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JP2023161721A - Manufacturing method of electrode - Google Patents

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JP2023161721A
JP2023161721A JP2022072232A JP2022072232A JP2023161721A JP 2023161721 A JP2023161721 A JP 2023161721A JP 2022072232 A JP2022072232 A JP 2022072232A JP 2022072232 A JP2022072232 A JP 2022072232A JP 2023161721 A JP2023161721 A JP 2023161721A
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Japan
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active material
binder
material layer
electrode
positive electrode
Prior art date
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JP2022072232A
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Japanese (ja)
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智也 召田
Tomoya Meshida
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract

To provide a manufacturing method of an electrode with reduced resistance.SOLUTION: A manufacturing method of an electrode includes the steps of forming an active material layer containing an active material and a binder, removing the binder on the surface of the active material layer by irradiating the surface of the active material layer with a pulsed laser having a pulse width of 100 ns or less.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本開示は、電極の製造方法に関する。 The present disclosure relates to a method of manufacturing an electrode.

特許文献1(特開2011-171020号公報)には、非水電解質二次電池の電極層の表面に連続波(CW)レーザを照射することにより、バインダが少ない領域を形成する方法が開示されている。 Patent Document 1 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-171020) discloses a method of forming a region with less binder by irradiating the surface of an electrode layer of a nonaqueous electrolyte secondary battery with a continuous wave (CW) laser. ing.

特開2011-171020号公報Japanese Patent Application Publication No. 2011-171020

特許文献1に開示されるような非水電解質二次電池は、電極層の表面にCWレーザを照射することで、バインダの膨潤による非水電解質の浸透しにくさを回避し、電池容量の低下を抑制することができる。しかし、CWレーザを照射した場合、バインダが溶解し、抵抗が上昇するおそれがある。 A non-aqueous electrolyte secondary battery as disclosed in Patent Document 1 avoids difficulty in penetrating the non-aqueous electrolyte due to swelling of the binder by irradiating the surface of the electrode layer with a CW laser, thereby reducing battery capacity. can be suppressed. However, when irradiated with a CW laser, the binder may melt and the resistance may increase.

したがって、本開示の目的は、抵抗が低減された電極の製造方法を提供することである。 Accordingly, it is an object of the present disclosure to provide a method for manufacturing electrodes with reduced resistance.

〔1〕本開示は、活物質およびバインダを含む活物質層を形成する工程と、
前記活物質層の表面にパルス幅が100ns以下であるパルスレーザを照射することにより、前記活物質層の表面の前記バインダを除去する工程と、を備える電極の製造方法である。
[1] The present disclosure includes a step of forming an active material layer containing an active material and a binder;
The method for manufacturing an electrode includes the step of removing the binder on the surface of the active material layer by irradiating the surface of the active material layer with a pulsed laser having a pulse width of 100 ns or less.

上記〔1〕の製造方法によれば、抵抗が低減された電極を製造することができる。 According to the manufacturing method [1] above, an electrode with reduced resistance can be manufactured.

すなわち、パルス幅が100ns以下であるパルスレーザを用いることで、活物質層の表面に存在するバインダを溶解させることなく除去することができる。また、一般的にバインダは抵抗成分であるため、活物質層の表面からバインダが除去されることにより、電解液と接する活物質の表面積が増大され、かつ、リチウムイオンの拡散が促進され、抵抗の増大が軽減され得る。 That is, by using a pulsed laser with a pulse width of 100 ns or less, the binder present on the surface of the active material layer can be removed without dissolving it. In addition, since the binder is generally a resistive component, by removing the binder from the surface of the active material layer, the surface area of the active material in contact with the electrolyte increases, and the diffusion of lithium ions is promoted, resulting in resistance. can be reduced.

図1は、本実施形態における電極の製造方法の概略フローチャートである。FIG. 1 is a schematic flowchart of the method for manufacturing an electrode in this embodiment. 図2は、本実施形態における活物質層の概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the active material layer in this embodiment. 図3は、本実施形態における活物質層のバインダの分布を説明する概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating the distribution of the binder in the active material layer in this embodiment. 図4は、参考電極、本実施形態のNo.1およびNo.4において、電極の断面におけるバインダの分布を示すSEM画像である。FIG. 4 shows the reference electrode No. of this embodiment. 1 and no. 4 is a SEM image showing the distribution of binder in the cross section of the electrode.

以下、本開示の一実施形態について説明する。ただし、本開示はこれらに限定されるものではない。なお、本明細書では、「正極」および「負極」を総称して「電極」と記す。 An embodiment of the present disclosure will be described below. However, the present disclosure is not limited thereto. Note that in this specification, the "positive electrode" and the "negative electrode" are collectively referred to as "electrode."

図1は、本実施形態の電極の製造方法の概略を示すフローチャートである。以下「本実施形態における電極の製造方法」が「本製造方法」と略記され得る。本製造方法は、少なくとも活物質層の形成(a)と、パルスレーザの照射(b)と、を備える。 FIG. 1 is a flowchart outlining the method for manufacturing an electrode according to this embodiment. Hereinafter, "the method for manufacturing an electrode in this embodiment" may be abbreviated as "this manufacturing method". This manufacturing method includes at least forming an active material layer (a) and irradiating with a pulsed laser (b).

なお、本実施形態で製造される電極は、例えば、リチウムイオン二次電池用のシート状の電極(電極シート)である。電極は、正極および負極のいずれであってもよい。 Note that the electrode manufactured in this embodiment is, for example, a sheet-shaped electrode (electrode sheet) for a lithium ion secondary battery. The electrode may be either a positive electrode or a negative electrode.

《活物質層の形成(a)》
図2は、本実施形態における活物質層の概略断面図である。本製造方法は、活物質2およびバインダ1を含む活物質層12を形成する工程を備える。活物質層12は、任意の方法により形成され得る。例えば、活物質2およびバインダ1を含むスラリーが作られてもよい。例えば、活物質2とバインダ1と導電材3と溶媒とが混合されることによりスラリーが作られてもよい。
<<Formation of active material layer (a)>>
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the active material layer in this embodiment. This manufacturing method includes a step of forming an active material layer 12 containing an active material 2 and a binder 1. Active material layer 12 may be formed by any method. For example, a slurry containing active material 2 and binder 1 may be made. For example, a slurry may be made by mixing the active material 2, the binder 1, the conductive material 3, and a solvent.

例えば、ダイコータにより、スラリーが集電箔11の表面に塗布されることにより、活物質層12が形成されてもよい。 For example, the active material layer 12 may be formed by applying slurry to the surface of the current collector foil 11 using a die coater.

本製造方法は、活物質層12を乾燥することを含んでいてもよい。例えば、熱風乾燥炉により、活物質層12が乾燥されてもよい。本製造方法は、活物質層12を圧縮することを含んでいてもよい。例えば、ロールプレスにより活物質層12が圧縮されてもよい。 This manufacturing method may include drying the active material layer 12. For example, the active material layer 12 may be dried using a hot air drying oven. This manufacturing method may include compressing the active material layer 12. For example, the active material layer 12 may be compressed by roll pressing.

活物質層12は、任意の厚さを有し得る。活物質層12は、例えば、5~1000μmの厚さを有していてもよいし、10~500μmの厚さを有していてもよいし、50~250μmの厚さを有していてもよい。 Active material layer 12 may have any thickness. The active material layer 12 may have a thickness of, for example, 5 to 1000 μm, 10 to 500 μm, or 50 to 250 μm. good.

(活物質)
活物質2は、正極活物質でもよいし、負極活物質でもよい。活物質2は、粒子状であってもよく、活物質2からなる一次粒子が集合して形成された多孔質活物質粒子であってもよい。
(active material)
The active material 2 may be a positive electrode active material or a negative electrode active material. The active material 2 may be in the form of particles, or may be porous active material particles formed by aggregation of primary particles made of the active material 2.

正極活物質としては、例えば、リチウム含有金属酸化物、リチウム含有リン酸塩等が挙げられる。リチウム含有金属酸化物としては、例えば、LiCoO2、LiNiO2、一般式LiNiaCob2(ただし式中、a+b=1、0<a<1、0<b<1である。)で表される化合物、LiMnO2、LiMn24、一般式LiNiaCobMnc2(ただし式中、a+b+c=1、0<a<1、0<b<1、0<c<1である。)で表される化合物、LiFePO4等が挙げられる。ここで、一般式LiNiaCobMnc2で表される化合物としては、例えば、LiNi1/3Co1/3Mn1/32等が挙げられる。リチウム含有リン酸塩としては、例えば、LiFePO等が挙げられる。 Examples of the positive electrode active material include lithium-containing metal oxides, lithium-containing phosphates, and the like. Examples of lithium-containing metal oxides include LiCoO 2 , LiNiO 2 , and compounds represented by the general formula LiNia Co b O 2 (wherein a+b=1, 0<a<1, 0<b<1). LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , general formula LiNia Co b Mn c O 2 (wherein a+b+c=1, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1) ), LiFePO 4 and the like. Here, examples of the compound represented by the general formula LiNia Co b Mn c O 2 include LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 and the like. Examples of the lithium-containing phosphate include LiFePO 4 and the like.

正極活物質の平均粒径は、例えば、1~25μm程度でよい。なお、ここでの「平均粒径」は、レーザ回折・散乱法によって測定された体積基準の粒度分布において、積算値50%での粒径(D50)を意味する。 The average particle size of the positive electrode active material may be, for example, about 1 to 25 μm. Note that the "average particle size" here means the particle size (D50) at an integrated value of 50% in a volume-based particle size distribution measured by a laser diffraction/scattering method.

負極活物質としては、例えば、黒鉛、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素等の炭素系負極活物質、および、珪素(Si)、錫(Sn)等を含有する合金系負極活物質が挙げられる。負極活物質粒子の平均粒径(D50)は、例えば、1~25μm程度でよい。 Examples of negative electrode active materials include carbon-based negative electrode active materials such as graphite, graphitizable carbon, and non-graphitizable carbon, and alloy-based negative electrode active materials containing silicon (Si), tin (Sn), etc. Can be mentioned. The average particle diameter (D50) of the negative electrode active material particles may be, for example, about 1 to 25 μm.

(バインダ)
バインダ1は、固体材料同士を結合し得る。バインダ1の配合量は、100質量部の活物質に対して、例えば、0.1~10質量部であってもよい。バインダ1は任意の成分を含み得る。バインダ1としては、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)、スチレンブタジエンラバー(SBR)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリル酸(PAA)等が挙げられる。バインダ1は1種単独で使用されてもよいし、2種以上が組み合わされて使用されてもよい。
(binder)
Binder 1 can bind solid materials together. The blending amount of the binder 1 may be, for example, 0.1 to 10 parts by mass based on 100 parts by mass of the active material. Binder 1 may contain any components. Examples of the binder 1 include carboxymethyl cellulose (CMC), styrene butadiene rubber (SBR), polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), and polyacrylic acid (PAA). One type of binder 1 may be used alone, or two or more types may be used in combination.

(導電材)
導電材3は、電子伝導パスを形成し得る。導電材3の配合量は、100質量部の活物質2に対して、例えば、0.1~10質量部であってもよい。導電材3は任意の成分を含み得る。導電材3としては、例えば、カーボンブラック、気相成長炭素繊維、カーボンナノチューブ、グラフェンフレーク等が挙げられる。導電材3は1種単独で使用されてもよいし、2種以上が組み合わされて使用されてもよい。
(conductive material)
The conductive material 3 can form an electron conduction path. The amount of the conductive material 3 may be, for example, 0.1 to 10 parts by mass based on 100 parts by mass of the active material 2. The conductive material 3 may contain arbitrary components. Examples of the conductive material 3 include carbon black, vapor-grown carbon fiber, carbon nanotubes, and graphene flakes. The conductive material 3 may be used alone or in combination of two or more.

(溶媒)
溶媒としては、例えば、水系溶媒、有機溶媒等が挙げられる。水系溶媒とは、水、または、水と極性有機溶媒とを含む混合溶媒を意味する。例えば、活物質、バインダ等の種類に応じて適当な分散媒が選択され得る。
(solvent)
Examples of the solvent include aqueous solvents and organic solvents. The aqueous solvent means water or a mixed solvent containing water and a polar organic solvent. For example, an appropriate dispersion medium can be selected depending on the type of active material, binder, etc.

水系溶媒としては、取扱いの容易さからは、水を好適に用いることができる。混合溶媒に使用可能な極性有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール類、アセトン等のケトン類、テトラヒドロフラン等のエーテル類等が挙げられる。なお、水系溶媒は、負極製造用の溶媒として好適に用いることができる。 As the aqueous solvent, water can be preferably used from the viewpoint of ease of handling. Examples of polar organic solvents that can be used in the mixed solvent include alcohols such as methanol, ethanol, and isopropyl alcohol, ketones such as acetone, and ethers such as tetrahydrofuran. Note that an aqueous solvent can be suitably used as a solvent for producing a negative electrode.

有機溶媒としては、例えば、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)等が挙げられる
。なお、有機溶媒は、正極製造用の溶媒として好適に用いることができる。
Examples of the organic solvent include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). Note that an organic solvent can be suitably used as a solvent for producing a positive electrode.

(集電箔)
集電箔11は、活物質層12の支持体である。集電箔11は、例えば、シート状であってもよく、帯状であってもよい。集電箔11としては、例えば、アルミニウム(Al)箔、Al合金箔、銅(Cu)箔、Cu合金箔、ニッケル(Ni)箔、Ni合金箔、チタン(Ti)箔、Ti合金箔等が挙げられる。電極10が正極であるとき、集電箔11は、例えば、Al箔等である。電極10が負極であるとき、集電箔11は、例えば、Cu箔等である。集電箔11は、例えば、5~50μmの厚さを有していてもよいし、5~20μmの厚さを有していてもよい。
(Current collector foil)
The current collector foil 11 is a support for the active material layer 12. The current collector foil 11 may be, for example, in the form of a sheet or a band. As the current collector foil 11, for example, aluminum (Al) foil, Al alloy foil, copper (Cu) foil, Cu alloy foil, nickel (Ni) foil, Ni alloy foil, titanium (Ti) foil, Ti alloy foil, etc. Can be mentioned. When the electrode 10 is a positive electrode, the current collector foil 11 is, for example, Al foil. When the electrode 10 is a negative electrode, the current collector foil 11 is, for example, a Cu foil. The current collector foil 11 may have a thickness of, for example, 5 to 50 μm or 5 to 20 μm.

《パルスレーザの照射(b)》
本製造方法は、活物質層12の表面にパルス幅が100ns以下であるパルスレーザを照射することにより、活物質層12の表面のバインダ1を除去する工程を備える。パルス幅が100ns以下であるパルスレーザは、活物質層12の表面全体に照射される。具体的には、活物質層12の集電箔11が接する面とは反対の表面に、パルス幅が100ns以下であるパルスレーザが照射される。なお、本実施形態において、「活物質層12の表面のバインダ1を除去する」とは、活物質層12の表面からバインダ1を完全に除去することを意味するものではなく、活物質層12の表面のバインダ1を量的に減少させることを意味する。
《Pulsed laser irradiation (b)》
This manufacturing method includes a step of removing the binder 1 on the surface of the active material layer 12 by irradiating the surface of the active material layer 12 with a pulsed laser having a pulse width of 100 ns or less. The entire surface of the active material layer 12 is irradiated with a pulsed laser whose pulse width is 100 ns or less. Specifically, the surface of the active material layer 12 opposite to the surface in contact with the current collector foil 11 is irradiated with a pulsed laser having a pulse width of 100 ns or less. Note that in this embodiment, "removing the binder 1 on the surface of the active material layer 12" does not mean completely removing the binder 1 from the surface of the active material layer 12; This means reducing the amount of binder 1 on the surface of the surface.

パルスレーザのパルス幅は、100ns以下である。パルスレーザのパルス幅が100ns以下である場合、活物質層12の表面に存在するバインダ1を溶解させることなく除去し、抵抗を低減させることができる。パルスレーザのパルス幅は、1ns以下であることが好ましく、0.01ns以下であることがより好ましく、0.001ns以下であることがさらに好ましい。パルスレーザのパルス幅は、0nsを超えていればよく、0.0001ns以上であってもよい。 The pulse width of the pulsed laser is 100 ns or less. When the pulse width of the pulsed laser is 100 ns or less, the binder 1 present on the surface of the active material layer 12 can be removed without being dissolved, and the resistance can be reduced. The pulse width of the pulsed laser is preferably 1 ns or less, more preferably 0.01 ns or less, and even more preferably 0.001 ns or less. The pulse width of the pulsed laser only needs to exceed 0 ns, and may be 0.0001 ns or more.

パルスレーザの出力は、例えば、0.5W以上1000W以下である。パルスレーザの波長は、例えば、200nm以上1600nm以下である。 The output of the pulse laser is, for example, 0.5W or more and 1000W or less. The wavelength of the pulsed laser is, for example, 200 nm or more and 1600 nm or less.

(活物質層におけるバインダの分布)
活物質層12の表面におけるバインダ1の量は、活物質層12の表面以外におけるバインダ1の量よりも少ない。ここで、活物質層12の厚さ方向におけるバインダ1の分布は、例えば、次の手順により求められる。
(Distribution of binder in active material layer)
The amount of binder 1 on the surface of active material layer 12 is smaller than the amount of binder 1 on other surfaces than the surface of active material layer 12. Here, the distribution of the binder 1 in the thickness direction of the active material layer 12 is determined, for example, by the following procedure.

まず、電極10から断面観察用のサンプルを切り出し、クロスセクションポリッシャ(CP)等を用いて断面の清浄化を行う。次に、所定の元素または化合物でバインダを修飾する。例えば、PVDFのようにフッ素(F)を含むバインダの場合には、Fのマッピングを行えばよい。バインダがFを含まない場合には、適宜指標となる元素が選択される。例えば、SBRのように炭素-炭素二重結合を含むバインダの場合には、臭素(Br)等で該二重結合を修飾できる。 First, a sample for cross-sectional observation is cut out from the electrode 10, and the cross-section is cleaned using a cross-section polisher (CP) or the like. Next, the binder is modified with a predetermined element or compound. For example, in the case of a binder containing fluorine (F) such as PVDF, mapping of F may be performed. When the binder does not contain F, an element serving as an index is appropriately selected. For example, in the case of a binder containing a carbon-carbon double bond such as SBR, the double bond can be modified with bromine (Br) or the like.

バインダ1を修飾した後、該断面をSEM(Scanning Electron Microscope)-EPMA(Electron Probe Micro Analyzer)またはSEM-EDX(Energy Dispersive X-ray Spectrometry)で面分析して所定の元素マッピングを行う。例えば、図3を参照して、活物質層12の断面の厚さ方向において、活物質層12の表面から5μmの領域を第1領域4(図3中の実線四角囲い部分)、活物質層12の表面から5μmを超えて集電箔側にある5μmの領域を第2領域5(図3中の点線四角囲い部分)とする。そして、第1領域4における所定の元素の検出強度の積算値を、第2領域5における所定の元素の検出強度の積算値で除することにより、第1領域4および第2領域5に含まれるバインダ1の分布(含有元素の大小関係)を求めることができる。以下、第1領域4における所定の元素の検出強度の積算値を、第2領域5における所定の元素の検出強度の積算値で除した値を、MIと称する。 After modifying the binder 1, the cross section is analyzed using a SEM (Scanning Electron Microscope)-EPMA (Electron Probe Micro Analyzer) or SEM-EDX (Energy Dispersive X-ray Spectrometry) to perform predetermined elemental mapping. For example, with reference to FIG. 3, in the thickness direction of the cross section of the active material layer 12, a region 5 μm from the surface of the active material layer 12 is the first region 4 (the solid rectangular part in FIG. 3), and the active material layer A region of 5 μm located on the current collector foil side beyond 5 μm from the surface of 12 is defined as a second region 5 (the area surrounded by a dotted square in FIG. 3). Then, by dividing the integrated value of the detection intensity of the predetermined element in the first region 4 by the integrated value of the detection intensity of the predetermined element in the second region 5, the The distribution of the binder 1 (size relationship of contained elements) can be determined. Hereinafter, the value obtained by dividing the integrated value of the detection intensity of a predetermined element in the first region 4 by the integrated value of the detection intensity of a predetermined element in the second region 5 will be referred to as MI.

バインダ1が均一に分布していれば、MIは1.0に近い値となる。本実施形態においては、活物質層12の表面のバインダ1は除去されていることから、MIは1.0未満となる。また、抵抗の低減の観点から、MIは、0.67以下であることが好ましく、0.5以下であることがより好ましい。 If Binder 1 is uniformly distributed, MI will be a value close to 1.0. In this embodiment, since the binder 1 on the surface of the active material layer 12 is removed, the MI is less than 1.0. Further, from the viewpoint of reducing resistance, MI is preferably 0.67 or less, more preferably 0.5 or less.

このようにして、電極10が製造され得る。電極10は、例えば、スリッタ等を用いて所定のサイズに切断加工してもよい。 In this way, electrode 10 can be manufactured. The electrode 10 may be cut into a predetermined size using, for example, a slitter.

《リチウムイオン二次電池》
本開示の製造方法によって得られる電極シートは、例えば、リチウムイオン二次電池(非水電解質二次電池)の電極として用いることができる。そのリチウムイオン二次電池は、例えば、ハイブリッド自動車(HV)、電気自動車(EV)、プラグインハイブリッド車(PHV)等の電源として用いることができる。ただし、本開示の製造方法によって得られる電極は、このような車載用途に限られず、あらゆる用途に適用可能である。
《Lithium ion secondary battery》
The electrode sheet obtained by the manufacturing method of the present disclosure can be used, for example, as an electrode of a lithium ion secondary battery (nonaqueous electrolyte secondary battery). The lithium ion secondary battery can be used as a power source for, for example, a hybrid vehicle (HV), an electric vehicle (EV), a plug-in hybrid vehicle (PHV), and the like. However, the electrode obtained by the manufacturing method of the present disclosure is not limited to such in-vehicle use, but can be applied to all kinds of uses.

リチウムイオン二次電池は、例えば、ケースを含んでいてもよい。ケースは、例えば、金属製の容器であってもよいし、金属箔ラミネートフィルム製のパウチ等であってもよい。ケースは、電極群と、電解質とを収納している。 For example, the lithium ion secondary battery may include a case. The case may be, for example, a metal container, a pouch made of a metal foil laminate film, or the like. The case houses an electrode group and an electrolyte.

電極群は、正極、負極およびセパレータを含む。セパレータは正極および負極の間に配置されている。電極群内の空隙には、電解質が存在している。 The electrode group includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator. A separator is placed between the positive electrode and the negative electrode. An electrolyte exists in the voids within the electrode group.

(セパレータ)
セパレータは多孔質である。セパレータは電気絶縁性である。セパレータは、例えば、ポリエチレン(PE)製、ポリプロピレン(PP)製等の多孔質フィルムであってもよい。セパレータは、例えば、10μm以上50μm以下の厚さを有してもよい。
(Separator)
The separator is porous. The separator is electrically insulating. The separator may be, for example, a porous film made of polyethylene (PE), polypropylene (PP), or the like. The separator may have a thickness of, for example, 10 μm or more and 50 μm or less.

セパレータは単層構造を有してもよい。セパレータは、例えば、PE製の多孔質フィルムのみから形成されていてもよい。セパレータは多層構造を有してもよい。セパレータは、例えば、PP製の多孔質フィルム、PE製の多孔質フィルムおよびPP製の多孔質フィルムがこの順序で積層されることにより形成されていてもよい。 The separator may have a single layer structure. The separator may be formed only from a porous film made of PE, for example. The separator may have a multilayer structure. The separator may be formed, for example, by laminating a porous film made of PP, a porous film made of PE, and a porous film made of PP in this order.

(電解液)
電解液は、溶媒と支持電解質とを含む。溶媒は非プロトン性である。溶媒は任意の成分を含み得る。溶媒は、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジエチルカーボネート(DEC)等であってもよい。1種の溶媒が単独で使用されてもよく、2種以上の溶媒が組み合わされて使用されてもよい。
(electrolyte)
The electrolyte includes a solvent and a supporting electrolyte. The solvent is aprotic. The solvent may contain optional ingredients. The solvent may be, for example, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate (DMC), ethylmethyl carbonate (EMC), diethyl carbonate (DEC), or the like. One type of solvent may be used alone, or two or more types of solvents may be used in combination.

支持電解質は、溶媒に溶解している。支持電解質は、例えば、LiPF6、LiBF4、LiN(FSO22等であってもよい。1種の支持電解質が単独で使用されてもよく、2種以上の支持電解質が組み合わされて使用されてもよい。支持電解質は、例えば、0.5mоl/L以上2mоl/L以下のモル濃度を有していてもよい。 The supporting electrolyte is dissolved in a solvent. The supporting electrolyte may be, for example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiN(FSO 2 ) 2 or the like. One type of supporting electrolyte may be used alone, or two or more types of supporting electrolytes may be used in combination. The supporting electrolyte may have a molar concentration of, for example, 0.5 mol/L or more and 2 mol/L or less.

電解液は、任意の添加剤をさらに含んでもよい。電解液は、例えば、質量分率で0.1%以上5%以下の添加剤を含んでもよい。添加剤は、例えば、ビニレンカーボネート(VC)、ジフルオロリン酸リチウム(LiPO)、フルオロスルホン酸リチウム(FSOLi)、リチウムビスオキサラトボラート(LiBOB)等であってもよい。1種の添加剤が単独で使用されてもよく、2種以上の添加剤が組み合わされて使用されてもよい。 The electrolyte may further include optional additives. The electrolytic solution may contain, for example, an additive in a mass fraction of 0.1% or more and 5% or less. The additive may be, for example, vinylene carbonate (VC), lithium difluorophosphate (LiPO 2 F 2 ), lithium fluorosulfonate (FSO 3 Li), lithium bisoxalatoborate (LiBOB), and the like. One type of additive may be used alone, or two or more types of additives may be used in combination.

以下、実施例を用いて本実施形態を説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。 The present embodiment will be described below using Examples, but the present embodiment is not limited thereto.

〔No.1〕
<正極の製造>
No.1の電極(正極)を、以下のようにして製造した。
[No. 1]
<Manufacture of positive electrode>
No. Electrode No. 1 (positive electrode) was manufactured as follows.

《活物質層の形成(a)》
下記材料が準備された。
<<Formation of active material layer (a)>>
The following materials were prepared.

正極活物質:NCM(ニッケルコバルトマンガン酸リチウム)
バインダ :PVDF
導電材 :AB
溶媒 :NMP
正極集電体:Al箔
正極活物質とバインダと導電材と溶媒とが混合されることにより、正極スラリーが調製された。正極スラリーが正極集電体の表面に塗布され、乾燥されることにより、正極活物質層が形成された。
Positive electrode active material: NCM (nickel cobalt lithium manganate)
Binder: PVDF
Conductive material: AB
Solvent: NMP
Positive electrode current collector: Al foil A positive electrode slurry was prepared by mixing a positive electrode active material, a binder, a conductive material, and a solvent. A positive electrode active material layer was formed by applying the positive electrode slurry to the surface of the positive electrode current collector and drying it.

《パルスレーザの照射(b)》
上記形成された正極活物質層の表面全体に、パルス幅が0.0004ns、出力が25/W、波長が1064nmのパルスレーザが照射された。これにより、No.1の正極が製造された。
《Pulsed laser irradiation (b)》
The entire surface of the positive electrode active material layer formed above was irradiated with a pulsed laser having a pulse width of 0.0004 ns, an output of 25/W, and a wavelength of 1064 nm. As a result, No. One positive electrode was manufactured.

〔No.2~5〕
パルス幅をそれぞれ表1に記載の値に変更した点を除いては、No.1と同様に正極が製造された。
[No. 2-5]
No. 1 except that the pulse widths were changed to the values listed in Table 1. A positive electrode was manufactured in the same manner as in Example 1.

〔No.6〕
出力が25/W、波長が1064nmのCWレーザが照射された点を除いては、No.1と同様に正極が製造された。
[No. 6]
No. 1 was irradiated with a CW laser with an output of 25/W and a wavelength of 1064 nm. A positive electrode was manufactured in the same manner as in Example 1.

<リチウムイオン二次電池の製造>
(負極の製造)
下記材料が準備された。
<Manufacture of lithium ion secondary batteries>
(Manufacture of negative electrode)
The following materials were prepared.

負極活物質:天然黒鉛
バインダ :PVDF
導電材 :AB
溶媒 :水
負極集電箔:Cu箔
負極活物質とバインダと導電材と溶媒とが混合されることにより、負極スラリーが調製された。負極スラリーが負極集電体の表面に塗布され、乾燥されることにより、負極活物質層が形成された。負極活物質層が圧縮されることにより、負極が製造された。
Negative electrode active material: Natural graphite Binder: PVDF
Conductive material: AB
Solvent: Water Negative electrode current collector foil: Cu foil A negative electrode slurry was prepared by mixing a negative electrode active material, a binder, a conductive material, and a solvent. A negative electrode active material layer was formed by applying the negative electrode slurry to the surface of the negative electrode current collector and drying it. A negative electrode was manufactured by compressing the negative electrode active material layer.

(セパレータ)
15μmの厚さを有するセパレータ(多孔質膜)が準備された。このセパレータは、3層構造を有する。3層構造は、PP製の多孔質層、PE製の多孔質層およびPP製の多孔質層がこの順序で積層されることにより構成されている。
(Separator)
A separator (porous membrane) having a thickness of 15 μm was prepared. This separator has a three-layer structure. The three-layer structure is constructed by laminating a porous layer made of PP, a porous layer made of PE, and a porous layer made of PP in this order.

(電解液の調製)
EC、DMCおよびEMCが混合されることにより混合溶媒が調製された。混合溶媒にLiPF6が溶解されることにより、以下の組成を備える電解液が調製された。
(Preparation of electrolyte)
A mixed solvent was prepared by mixing EC, DMC and EMC. An electrolytic solution having the following composition was prepared by dissolving LiPF 6 in a mixed solvent.

電解液溶媒:EC:DMC:EMC=3:4:3(体積比)
LiPF6 :1.0mоl/L
(リチウムイオン二次電池の製造)
No.1~6の各正極と、セパレータと負極とがこの順に積層されることにより積層体が形成された。外装体として、ラミネートフィルム製のパウチが準備された。外装体に各積層体が収納された。各外装体に電解液が注入された。電解液の注入後、各外装体が封止された。以上より、No.1~6のリチウムイオン二次電池がそれぞれ作製された。
Electrolyte solvent: EC:DMC:EMC=3:4:3 (volume ratio)
LiPF6 : 1.0mol/L
(Manufacture of lithium ion secondary batteries)
No. A laminate was formed by stacking each of the positive electrodes 1 to 6, the separator, and the negative electrode in this order. A pouch made of laminate film was prepared as the outer package. Each laminate was housed in the exterior body. An electrolyte solution was injected into each exterior body. After injecting the electrolyte, each exterior body was sealed. From the above, No. Lithium ion secondary batteries Nos. 1 to 6 were each manufactured.

<参考>
No.1の正極と同様の材料が準備された。正極活物質と導電材とバインダと分散媒とが混合されることにより、正極スラリーが調製された。正極スラリーが正極集電体の表面に塗布され、乾燥されることにより、正極活物質層が形成された。正極活物質層が圧縮されることにより、参考正極が製造された。すなわち、参考正極の製造においては、パルスレーザは照射されなかった。これ以降、No.1~6のリチウムイオン二次電池と同様に参考電池が作製された。
<Reference>
No. The same material as the positive electrode in No. 1 was prepared. A positive electrode slurry was prepared by mixing a positive electrode active material, a conductive material, a binder, and a dispersion medium. A positive electrode active material layer was formed by applying the positive electrode slurry to the surface of the positive electrode current collector and drying it. A reference positive electrode was manufactured by compressing the positive electrode active material layer. That is, in manufacturing the reference positive electrode, no pulsed laser was irradiated. From now on, No. A reference battery was produced in the same manner as the lithium ion secondary batteries Nos. 1 to 6.

<評価>
(活物質層におけるバインダの分布)
前述の手順により、No.1~6および参考正極の活物質層におけるバインダの分布を確認した。断面は、SEM-EPMAで面分析してFの元素マッピングを行った。第2領域は、活物質層の表面から20±2.5μmの領域とした。第1領域におけるFの検出強度の積算値を、第2領域におけるFの検出強度の積算値で除することで、MIを測定した。結果を表1に示す。なお、参考正極のMIは、1.21であった。
<Evaluation>
(Distribution of binder in active material layer)
By the above procedure, No. The distribution of the binder in the active material layers of Examples 1 to 6 and the reference positive electrodes was confirmed. The cross section was analyzed using SEM-EPMA and F element mapping was performed. The second region was a region 20±2.5 μm from the surface of the active material layer. MI was measured by dividing the integrated value of the detected intensity of F in the first region by the integrated value of the detected intensity of F in the second region. The results are shown in Table 1. Note that the MI of the reference positive electrode was 1.21.

(電池抵抗)
電池抵抗が測定された。参考正極に係るリチウムイオン二次電池の電池抵抗を基準(1.0)として、各リチウムイオン二次電池の電池抵抗を相対化して評価した。結果を表1に示す。
(Battery resistance)
Battery resistance was measured. The battery resistance of each lithium ion secondary battery was relativeized and evaluated using the battery resistance of the lithium ion secondary battery related to the reference positive electrode as a reference (1.0). The results are shown in Table 1.

Figure 2023161721000002
Figure 2023161721000002

<結果>
活物質層の表面にパルス幅が100ns以下であるパルスレーザを照射することにより、活物質層の表面のバインダを除去したNo.1~4は、MIおよび電池抵抗の低減が確認された。また、パルス幅が小さくなるにつれて、MIおよび電池抵抗がより低減されることも確認された。
<Results>
No. 1, in which the binder on the surface of the active material layer was removed by irradiating the surface of the active material layer with a pulsed laser having a pulse width of 100 ns or less. In samples 1 to 4, reductions in MI and battery resistance were confirmed. It was also confirmed that MI and battery resistance were further reduced as the pulse width became smaller.

一方、活物質層の表面にパルス幅が200ns以下であるパルスレーザを照射することにより、活物質層の表面のバインダを除去したNo.5は、MIは低減したが、電池抵抗は低減しなかった。これは、パルス幅がNo.1~4と比較して長く、熱影響により活物質が消失したことにより、電池容量が低下したものと考えられる。 On the other hand, in No. 1, the binder on the surface of the active material layer was removed by irradiating the surface of the active material layer with a pulsed laser having a pulse width of 200 ns or less. In No. 5, MI was reduced, but battery resistance was not reduced. This has a pulse width of No. It is thought that the battery capacity decreased due to the active material disappearing due to the thermal effect.

また、活物質層の表面にCWレーザを照射したNo.6は、活物質層の表面のバインダを除去することができず、MIおよび電池抵抗は低減しなかった。これは、CWレーザを照射したことにより、バインダが溶解し、電池抵抗が上昇したものと考えられる。 In addition, No. 1 in which the surface of the active material layer was irradiated with a CW laser. In No. 6, the binder on the surface of the active material layer could not be removed, and MI and battery resistance were not reduced. This is considered to be because the binder was melted by irradiation with the CW laser and the battery resistance increased.

図4は、参考正極、No.1およびNo.4の断面におけるバインダの分布を示すSEM画像である。各画像中、上側が活物質層の表面側を、下側が活物質層の集電箔側を示し、白色部位がバインダを示す。参考正極では、活物質層の表面にもバインダが分布していることが確認された。一方、No.1およびNo.4では、活物質層の表面ではバインダ量が少なく、パルス幅が100ns以下であるパルスレーザを照射することで、活物質層の表面のバインダが除去されていることが確認された。 FIG. 4 shows a reference positive electrode, No. 1 and no. 4 is a SEM image showing the distribution of binder in the cross section of No. 4. In each image, the upper side shows the surface side of the active material layer, the lower side shows the current collector foil side of the active material layer, and the white part shows the binder. In the reference positive electrode, it was confirmed that the binder was also distributed on the surface of the active material layer. On the other hand, No. 1 and no. In No. 4, it was confirmed that the amount of binder was small on the surface of the active material layer, and that the binder on the surface of the active material layer was removed by irradiation with a pulsed laser having a pulse width of 100 ns or less.

今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments and examples disclosed this time should be considered to be illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present disclosure is indicated by the claims rather than the above description, and it is intended that all changes within the meaning and range equivalent to the claims are included.

1 バインダ、2 活物質、3 導電材、4 第1領域、5 第2領域、10 電極、11 集電箔、12 活物質層。 Reference Signs List 1 binder, 2 active material, 3 conductive material, 4 first region, 5 second region, 10 electrode, 11 current collector foil, 12 active material layer.

Claims (1)

活物質およびバインダを含む活物質層を形成する工程と、
前記活物質層の表面にパルス幅が100ns以下であるパルスレーザを照射することにより、前記活物質層の表面の前記バインダを除去する工程と、を備える電極の製造方法。
forming an active material layer containing an active material and a binder;
A method for manufacturing an electrode, comprising: removing the binder on the surface of the active material layer by irradiating the surface of the active material layer with a pulsed laser having a pulse width of 100 ns or less.
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