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JP6931185B2 - A conductive carbon mixture, an electrode using this mixture, and a power storage device equipped with this electrode. - Google Patents

A conductive carbon mixture, an electrode using this mixture, and a power storage device equipped with this electrode. Download PDF

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JP6931185B2 JP2017136495A JP2017136495A JP6931185B2 JP 6931185 B2 JP6931185 B2 JP 6931185B2 JP 2017136495 A JP2017136495 A JP 2017136495A JP 2017136495 A JP2017136495 A JP 2017136495A JP 6931185 B2 JP6931185 B2 JP 6931185B2
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Description

本発明は、蓄電デバイスの電極の製造において使用される導電性カーボン混合物に関する。本発明はまた、上記導電性カーボン混合物を用いた電極及びこの電極を備えた蓄電デバイスに関する。 The present invention relates to a conductive carbon mixture used in the manufacture of electrodes for power storage devices. The present invention also relates to an electrode using the conductive carbon mixture and a power storage device provided with the electrode.

二次電池、電気二重層キャパシタ、レドックスキャパシタ及びハイブリッドキャパシタなどの蓄電デバイスは、携帯電話やノート型パソコンなどの情報機器の電源、電気自動車やハイブリッド自動車などの低公害車のモーター駆動電源やエネルギー回生システム等のために広く応用が検討されているデバイスであるが、これらの蓄電デバイスにおいて、高性能化、小型化の要請に答えるために、エネルギー密度及びサイクル寿命の向上が望まれている。 Power storage devices such as secondary batteries, electric double layer capacitors, redox capacitors and hybrid capacitors are used as power sources for information devices such as mobile phones and laptop computers, motor drive power sources for low-emission vehicles such as electric vehicles and hybrid vehicles, and energy regeneration. Although the devices are widely studied for applications such as systems, it is desired to improve the energy density and the cycle life of these power storage devices in order to meet the demands for higher performance and smaller size.

これらの蓄電デバイスでは、電解質(電解液を含む)中のイオンとの電子の授受を伴うファラデー反応或いは電子の授受を伴わない非ファラデー反応により容量を発現する電極活物質が、エネルギー貯蔵のために利用される。そして、これらの電極活物質は一般に導電剤との複合材料の形態で使用される。導電剤としては、通常、カーボンブラック、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンナノチューブ等の導電性カーボンが使用される。これらの導電性カーボンは、導電性の低い活物質と併用されて、複合材料に導電性を付与する役割を果たすが、これだけでなく、活物質の反応に伴う体積変化を吸収するマトリックスとしても作用し、また、活物質が機械的な損傷を受けても電子伝導パスを確保するという役割も果たす。 In these power storage devices, an electrode active material whose capacity is developed by a Faraday reaction involving the transfer of electrons with ions in an electrolyte (including an electrolyte) or a non-Faraday reaction without transfer of electrons is used for energy storage. It will be used. Then, these electrode active materials are generally used in the form of a composite material with a conductive agent. As the conductive agent, conductive carbon such as carbon black, natural graphite, artificial graphite, and carbon nanotubes is usually used. These conductive carbons play a role of imparting conductivity to the composite material when used in combination with an active material having low conductivity, but also act as a matrix for absorbing the volume change accompanying the reaction of the active material. However, it also plays a role of securing an electron conduction path even if the active material is mechanically damaged.

ところで、これらの活物質と導電性カーボンとの複合材料は、一般に活物質粒子と導電性カーボン粒子を混合する方法により製造される。導電性カーボンは基本的に蓄電デバイスのエネルギー密度の向上に寄与しないため、高いエネルギー密度を有する蓄電デバイスを得るためには、単位体積あたりの導電性カーボン量を減少させて活物質量を増加させる必要がある。しかしながら、活物質粒子間に導電性カーボン粒子を効率よく進入させることが困難であり、したがって活物質粒子間の距離を接近させて単位体積あたりの活物質量を増加させることが困難であるという問題が存在していた。 By the way, the composite material of these active materials and conductive carbon is generally produced by a method of mixing active material particles and conductive carbon particles. Since conductive carbon basically does not contribute to the improvement of the energy density of the power storage device, in order to obtain a power storage device having a high energy density, the amount of conductive carbon per unit volume is decreased and the amount of active material is increased. There is a need. However, there is a problem that it is difficult to efficiently allow the conductive carbon particles to enter between the active material particles, and therefore it is difficult to increase the amount of active material per unit volume by increasing the distance between the active material particles. Was present.

この問題に対し、出願人は、特許文献1(特開2016−96125号公報)において、蓄電デバイスの電極の製造のための導電性カーボン混合物を提案している。この導電性カーボン混合物は、空隙を有するカーボン原料に強い酸化処理を施すことによって得られた酸化処理カーボンと、上記酸化処理カーボンとは別の導電性カーボンと、の乾式混合により得られる。強い酸化処理を施した酸化処理カーボンは、圧力を受けると少なくとも一部が糊状に変化する性質を有するが、乾式混合の過程で上記酸化処理カーボンに及ぼされる圧力により、上記酸化処理カーボンの糊状化が進行し、この少なくとも一部が糊状に変化した酸化処理カーボンが上記別の導電性カーボンの表面に付着する。 In response to this problem, the applicant has proposed in Patent Document 1 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-96125) a conductive carbon mixture for producing an electrode of a power storage device. This conductive carbon mixture is obtained by dry mixing of an oxidation-treated carbon obtained by subjecting a carbon raw material having voids to a strong oxidation treatment and a conductive carbon different from the oxidation-treated carbon. Oxidized carbon that has been subjected to a strong oxidation treatment has the property that at least a part of it changes into a paste when it receives pressure. Oxidation-treated carbon, which is formed into a paste-like state at least in part, adheres to the surface of the other conductive carbon.

上記導電性カーボン混合物は電極活物質となじみが良く、この導電性カーボン混合物と電極活物質とを混合して蓄電デバイス用の電極材料を製造する過程で、導電性カーボン混合物のうちの少なくとも一部が糊状の酸化処理カーボンが電極活物質の表面を被覆する。そして、集電体上にこの電極材料を用いて活物質層を形成し、活物質層に圧力を印加して電極を製造すると、その圧力により、酸化処理カーボンの糊状化がさらに進行し、糊状化した酸化処理カーボンによる電極活物質の表面の被覆がさらに進行するとともに、糊状化した酸化処理カーボンとこれに被覆された別の導電性カーボンとが共に接近した電極活物質の粒子間に押し出されて緻密化する。その結果、活物質層における電極活物質の含有量を増加させることができ、高い電極密度を有する電極を得ることができる。また、得られた電極を用いて蓄電デバイスを構成すると、蓄電デバイス中の電解液の電極内への含浸が抑制されないにもかかわらず、導電性カーボン混合物が電極活物質の電解液への溶解を抑制することがわかっている。したがって、上記導電性カーボン混合物により、蓄電デバイスのエネルギー密度及びサイクル寿命の向上がもたらされる。 The conductive carbon mixture has a good affinity with the electrode active material, and in the process of mixing the conductive carbon mixture and the electrode active material to produce an electrode material for a power storage device, at least a part of the conductive carbon mixture. The paste-like oxidation-treated carbon coats the surface of the electrode active material. Then, when an active material layer is formed on the current collector using this electrode material and a pressure is applied to the active material layer to manufacture an electrode, the pressure further promotes gelatinization of the oxidized carbon. As the coating of the surface of the electrode active material by the gelatinized oxidation-treated carbon further progresses, the particles of the electrode active material in which the gelatinized oxidation-treated carbon and another conductive carbon coated on the gelatinized carbon are close to each other are close to each other. It is extruded and densified. As a result, the content of the electrode active material in the active material layer can be increased, and an electrode having a high electrode density can be obtained. Further, when the power storage device is configured by using the obtained electrodes, the conductive carbon mixture dissolves the electrode active material in the electrolytic solution even though the impregnation of the electrolytic solution in the power storage device into the electrode is not suppressed. It is known to suppress. Therefore, the conductive carbon mixture brings about an improvement in the energy density and cycle life of the power storage device.

特開2016−96125号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-96125

蓄電デバイスには、常にサイクル寿命のさらなる向上が要請されている。そこで、本発明の目的は、特許文献1の知見を基にして、蓄電デバイスのサイクル寿命をさらに長期化させる導電性カーボン混合物を提供することである。 The power storage device is always required to further improve the cycle life. Therefore, an object of the present invention is to provide a conductive carbon mixture that further prolongs the cycle life of the power storage device based on the findings of Patent Document 1.

発明者は、酸化処理カーボンとこれとは別の導電性カーボンとの乾式混合の強度を広範囲に変更することにより得られた導電性カーボン混合物について、所定の手順で上記導電性混合物の分散液に存在する凝集体粒子をSEM写真で観察し、同じ手順で上記別の導電性カーボンの分散液に存在する凝集体粒子をSEM写真で観察し、両者を対比したところ、上記導電性カーボン混合物の分散液中の凝集体粒子のうちの最大の凝集体粒子から数えて全個数の5%までの範囲に含まれる各凝集体粒子の周囲長の平均値が、上記別の導電性カーボンの分散液中の凝集体粒子のうちの最大の凝集体粒子から数えて全個数の5%までの範囲に含まれる各凝集体粒子の周囲長の平均値の40〜65%、好ましくは40〜60%、特に好ましくは40〜50%の範囲であると、得られた導電性カーボン混合物を使用して構成された蓄電デバイスのサイクル寿命が顕著に改善されることを発見し、発明を完成させた。なお、本発明において、「酸化処理カーボン」とは、導電性を有するカーボン原料に強い酸化処理を施すことによって得られた、圧力を受けると少なくとも一部が糊状に変化する性質を有するカーボンを意味し、「糊状」とは、倍率25000倍で撮影したSEM写真において、カーボン一次粒子の粒界が認められず、非粒子状の不定形なカーボンがつながっている状態を意味する The inventor applied the conductive carbon mixture obtained by extensively changing the strength of the dry mixture of the oxidized carbon and another conductive carbon to the dispersion liquid of the conductive mixture by a predetermined procedure. The existing agglomerate particles were observed with an SEM photograph, and the agglomerate particles present in the other conductive carbon dispersion liquid were observed with an SEM photograph in the same procedure, and when the two were compared, the dispersion of the conductive carbon mixture was observed. The average value of the peripheral length of each agglomerate particle contained in the range from the largest agglomerate particle in the liquid to 5% of the total number is in the other conductive carbon dispersion liquid. 40 to 65%, preferably 40 to 60%, particularly 40 to 65% of the average value of the peripheral length of each agglomerate particle contained in the range of up to 5% of the total number of the agglomerate particles counting from the largest agglomerate particle. It was discovered that preferably in the range of 40-50%, the cycle life of the power storage device constructed using the obtained conductive carbon mixture was significantly improved, and the invention was completed. In the present invention, the "oxidized carbon" refers to carbon obtained by subjecting a conductive carbon raw material to a strong oxidation treatment and having a property that at least a part thereof changes into a paste when pressure is applied. Meaning, "paste-like" means a state in which grain boundaries of carbon primary particles are not recognized in an SEM photograph taken at a magnification of 25,000 times, and non-particulate amorphous carbon is connected.

したがって、本発明はまず、導電性を有する酸化処理カーボンと、該酸化処理カーボンとは別の導電性カーボンと、を含み、上記酸化処理カーボンが上記別の導電性カーボンの表面を被覆している、蓄電デバイスの電極の製造のための導電性カーボン混合物であって、該導電性カーボン混合物の分散液中の凝集体粒子のうちの最大の凝集体粒子から数えて全個数の5%までの範囲に含まれる各凝集体粒子の周囲長の平均値が、上記別の導電性カーボンの分散液中の凝集体粒子のうちの最大の凝集体粒子から数えて全個数の5%までの範囲に含まれる各凝集体粒子の周囲長の平均値の40〜65%、好ましくは40〜60%、特に好ましくは40〜50%の範囲であることを特徴とする導電性カーボン混合物に関する。この導電性カーボン混合物において、上記酸化処理カーボンの少なくとも一部が糊状であるのが好ましい。 Therefore, the present invention first contains a conductive oxidation-treated carbon and a conductive carbon different from the oxidation-treated carbon, and the oxidation-treated carbon covers the surface of the other conductive carbon. , A conductive carbon mixture for manufacturing electrodes of a power storage device, in a range of up to 5% of the total number of agglomerate particles counted from the largest agglomerate particles in the dispersion liquid of the conductive carbon mixture. The average value of the peripheral length of each agglomerate particle contained in is included in the range of up to 5% of the total number of agglomerate particles counted from the largest agglomerate particle in the other conductive carbon dispersion liquid. The present invention relates to a conductive carbon mixture characterized in that it is in the range of 40 to 65%, preferably 40 to 60%, particularly preferably 40 to 50% of the average value of the peripheral length of each agglomerate particle. In this conductive carbon mixture, it is preferable that at least a part of the oxidized carbon is paste-like.

本発明において、「分散液中の凝集体粒子のうちの最大の凝集体粒子から数えて全個数の5%までの範囲に含まれる各凝集体粒子の周囲長の平均値」は、以下の手順で求めた値を意味する。まず、50ccのサンプル瓶に20ccのアセトニトリルを導入し、次いで上記導電性カーボン混合物或いは上記別の導電性カーボンの1mg±0.2mgを導入し、10分間超音波を照射して分散液を調製する。次いで、150℃に温めたホットプレート上の5mm角のSUS200メッシュの上に、調製した分散液を5μLずつ3回滴下し、滴下物を乾燥させる。滴下物の乾燥後に、上記メッシュをSEM試料台にカーボンテープを介して固定し、30000万倍でのSEM写真を、100個の凝集体粒子が確認されるように、6〜7枚撮影する。次いで、図1に示すように、得られたSEM写真について、ソフトウェア(例えば、「ImageJ」)を用いて、二値化画像に変換した後、100個の凝集体粒子の周囲長を計測する。そして、最も大きい凝集体粒子から5番目に大きい凝集体粒子までの各凝集体粒子の周囲長の平均値を求め、得られた値を分散液中の凝集体粒子のうちの最大の凝集体粒子から数えて全個数の5%までの範囲に含まれる各凝集体粒子の周囲長の平均値とする。以下、上述の手順で得られた、分散液中の凝集体粒子のうちの最大の凝集体粒子から数えて全個数の5%までの範囲に含まれる各凝集体粒子の周囲長の平均値を、「上位5%の周囲長の平均値」と表す。 In the present invention, "the average value of the peripheral length of each agglomerate particle included in the range of up to 5% of the total number of agglomerate particles counting from the largest agglomerate particle in the dispersion liquid" is the following procedure. Means the value obtained in. First, 20 cc of acetonitrile is introduced into a 50 cc sample bottle, then 1 mg ± 0.2 mg of the above conductive carbon mixture or the above other conductive carbon is introduced, and ultrasonic waves are irradiated for 10 minutes to prepare a dispersion liquid. .. Next, 5 μL of the prepared dispersion is dropped three times on a 5 mm square SUS200 mesh on a hot plate warmed to 150 ° C., and the dropped product is dried. After the droplets are dried, the mesh is fixed to the SEM sample table via carbon tape, and 6 to 7 SEM photographs are taken at a magnification of 300 million so that 100 aggregate particles can be confirmed. Then, as shown in FIG. 1, the obtained SEM photograph is converted into a binarized image using software (for example, "ImageJ"), and then the perimeter of 100 aggregate particles is measured. Then, the average value of the peripheral lengths of each of the agglomerate particles from the largest agglomerate particle to the fifth largest agglomerate particle is obtained, and the obtained value is the largest agglomerate particle among the agglomerate particles in the dispersion liquid. It is the average value of the peripheral length of each agglomerate particle included in the range of up to 5% of the total number counted from. Hereinafter, the average value of the peripheral lengths of the agglomerate particles contained in the range of up to 5% of the total number of the agglomerate particles obtained by the above procedure from the largest agglomerate particles in the dispersion liquid is calculated. , "The average value of the perimeter of the top 5%".

上記酸化処理カーボンと上記別の導電性カーボンとの乾式混合の過程で受ける圧力により、上記別の導電性カーボンが微細化し、微細化した粒子の表面を少なくとも一部が糊状に変化した酸化処理カーボンが被覆するが、上記酸化処理カーボンにより被覆された上記別の導電性カーボンはアセトニトリルに分散しやすく、凝集しにくいという特徴を有する。したがって、得られた分散液に存在する凝集体粒子の「上位5%の周囲長の平均値」は、上記酸化処理カーボンによる上記別の導電性カーボンの表面の被覆状態を反映した値となる。 Due to the pressure received in the process of dry mixing of the oxidation-treated carbon and the other conductive carbon, the other conductive carbon is made finer, and at least a part of the surface of the finer particles is changed into a paste-like oxidation treatment. Although it is coated with carbon, the other conductive carbon coated with the oxidation-treated carbon has a characteristic that it is easily dispersed in acetonitrile and is difficult to aggregate. Therefore, the "average value of the peripheral lengths of the top 5%" of the agglomerate particles present in the obtained dispersion liquid is a value that reflects the coating state of the surface of the other conductive carbon by the oxidation-treated carbon.

そして、乾式混合により得られた導電性カーボン混合物、すなわち、上記酸化処理カーボンが上記別の導電性カーボンの表面を被覆している導電性カーボン混合物について測定された上位5%の周囲長の平均値が、上記別の導電性カーボンの上位5%の周囲長の平均値の40〜65%、好ましくは40〜60%、特に好ましくは40〜50%の範囲であると、蓄電デバイスのサイクル寿命が顕著に改善されることがわかった。 Then, the average value of the peripheral lengths of the top 5% measured for the conductive carbon mixture obtained by the dry mixing, that is, the conductive carbon mixture in which the oxidation-treated carbon covers the surface of the other conductive carbon. However, when it is in the range of 40 to 65%, preferably 40 to 60%, particularly preferably 40 to 50% of the average value of the peripheral lengths of the top 5% of the other conductive carbons, the cycle life of the power storage device is long. It was found to be significantly improved.

上記導電性カーボン混合物における酸化処理カーボンが、親水性部分を含み、該親水性部分の含有量が酸化処理カーボン全体の10質量%以上であるのが好ましい。ここで、カーボンの「親水性部分」とは、以下の意味を有する。すなわち、pH11のアンモニア水溶液20mLに0.1gのカーボンを添加し、1分間の超音波照射を行ない、得られた液を5時間放置して固相部分を沈殿させる。沈殿せずにpH11のアンモニア水溶液に分散している部分が「親水性部分」である。また、親水性部分のカーボン全体に対する含有量は、以下の方法により求められる。上記固相部分の沈殿後、上澄み液を除去した残余部分を乾燥させ、乾燥後の固体の重量を測定する。乾燥後の固体の重量を最初のカーボンの重量0.1gから差し引いた重量が、pH11のアンモニア水溶液に分散している「親水性部分」の重量である。そして、「親水性部分」の重量の最初のカーボンの重量0.1gに対する重量比が、カーボンにおける「親水性部分」の含有量である。 It is preferable that the oxidized carbon in the conductive carbon mixture contains a hydrophilic portion, and the content of the hydrophilic portion is 10% by mass or more of the total amount of the oxidized carbon. Here, the "hydrophilic portion" of carbon has the following meaning. That is, 0.1 g of carbon is added to 20 mL of an aqueous ammonia solution having a pH of 11, and ultrasonic irradiation is performed for 1 minute, and the obtained liquid is left for 5 hours to precipitate a solid phase portion. The portion dispersed in the aqueous ammonia solution at pH 11 without precipitating is the “hydrophilic portion”. The content of the hydrophilic portion with respect to the entire carbon is determined by the following method. After the solid phase portion is precipitated, the residual portion from which the supernatant has been removed is dried, and the weight of the dried solid is measured. The weight obtained by subtracting the weight of the solid after drying from the weight of the first carbon of 0.1 g is the weight of the "hydrophilic portion" dispersed in the aqueous ammonia solution at pH 11. The weight ratio of the weight of the "hydrophilic portion" to the weight of the first carbon of 0.1 g is the content of the "hydrophilic portion" in the carbon.

従来の蓄電デバイスの電極において導電剤として使用されているカーボンブラック、天然黒鉛、カーボンナノチューブ等の導電性カーボンにおける親水性部分の割合は全体の5質量%以下である。しかし、カーボン原料に酸化処理を施すと、カーボン粒子の表面から酸化され、カーボンにヒドロキシ基、カルボキシ基やエーテル結合が導入され、またカーボンの共役二重結合が酸化されて炭素単結合が生成し、部分的に炭素間結合が切断され、粒子表面に親水性部分が生成する。そして、酸化処理の強度を強めていくと、カーボン粒子における親水性部分の割合が増加して親水性部分がカーボン全体の10質量%以上を占めるようになる。そして、このような酸化処理カーボンは、圧力を受けると一体的に圧縮されて糊状に広がりやすく且つ緻密化しやすいため好ましい。 The proportion of hydrophilic portions in conductive carbon such as carbon black, natural graphite, and carbon nanotubes used as conductive agents in the electrodes of conventional power storage devices is 5% by mass or less of the total. However, when the carbon raw material is oxidized, it is oxidized from the surface of the carbon particles, a hydroxy group, a carboxy group or an ether bond is introduced into the carbon, and the conjugated double bond of the carbon is oxidized to form a carbon single bond. , The carbon-carbon bond is partially broken, and a hydrophilic part is formed on the particle surface. Then, as the strength of the oxidation treatment is increased, the proportion of the hydrophilic portion in the carbon particles increases, and the hydrophilic portion occupies 10% by mass or more of the total carbon. Then, such an oxidation-treated carbon is preferable because it is integrally compressed when it receives pressure and easily spreads like a paste and is easily densified.

本発明の導電性カーボン混合物は、蓄電デバイスの電極の製造のために、電極活物質と混合された形態で使用される。本発明の導電性カーボン混合物と電極活物質とを混合して電極材料を得る過程で、上記酸化処理カーボンの糊状化が進行して電極活物質の表面をも被覆する。さらに、集電体上にこの電極材料を用いて活物質層を形成し、活物質層に圧力を印加して電極を製造する過程で、圧力により、酸化処理カーボンの糊状化がさらに進行して電極活物質の表面の被覆がさらに進行するとともに、導電性カーボン混合物が緻密化する。上位5%の周囲長の平均値が上記別の導電性カーボンの上位5%の周囲長の平均値の40〜65%、好ましくは40〜60%、特に好ましくは40〜50%の範囲である本発明の導電性カーボン混合物は、電極材料及び電極の製造の過程で電極活物質の表面を特に良好に被覆しつつ緻密化するため、得られた電極を備えた蓄電デバイスのサイクル寿命が長期化する。したがって、本発明はまた、蓄電デバイス用の電極であって、電極活物質と本発明の導電性カーボン混合物とを含む活物質層を有し、上記酸化処理カーボンが上記電極活物質の表面を被覆していることを特徴とする電極に関し、さらには、該電極を備えた蓄電デバイスに関する。 The conductive carbon mixture of the present invention is used in the form of being mixed with an electrode active material for the production of electrodes of a power storage device. In the process of mixing the conductive carbon mixture of the present invention and the electrode active material to obtain an electrode material, gelatinization of the oxidized carbon progresses and the surface of the electrode active material is also coated. Further, in the process of forming an active material layer on the current collector using this electrode material and applying pressure to the active material layer to manufacture an electrode, the pressure further promotes gelatinization of the oxidized carbon. As the surface coating of the electrode active material further progresses, the conductive carbon mixture becomes densified. The average value of the circumference length of the top 5% is in the range of 40 to 65%, preferably 40 to 60%, particularly preferably 40 to 50% of the average value of the circumference length of the top 5% of the other conductive carbon. Since the conductive carbon mixture of the present invention is densified while covering the surface of the electrode active material particularly well in the process of manufacturing the electrode material and the electrode, the cycle life of the power storage device provided with the obtained electrode is extended. do. Therefore, the present invention is also an electrode for a power storage device, which has an active material layer containing the electrode active material and the conductive carbon mixture of the present invention, and the oxidation-treated carbon covers the surface of the electrode active material. The present invention relates to an electrode characterized by the above, and further relates to a power storage device provided with the electrode.

上記電極の活物質層において、電極活物質と導電性カーボン混合物との割合には厳密な制限はないが、導電性カーボン混合物が電極活物質の表面を特に良好に被覆して活物質層に導電性を付与するとともに緻密化するため、活物質層中の電極活物質の量を増加させることができる。電極活物質の増量は、蓄電デバイスのエネルギー密度の向上につながる。電極活物質と導電性カーボン混合物との割合は、質量比で95:5〜99.5:0.5の範囲であるのが好ましく、97:3〜99.5:0.5の範囲であるのが特に好ましい。導電性カーボン混合物の割合が上述の範囲より少ないと、活物質層の導電性が不足し、また導電性カーボン混合物による活物質の被覆率が低下してサイクル特性が低下する傾向がある。 In the active material layer of the electrode, the ratio of the electrode active material to the conductive carbon mixture is not strictly limited, but the conductive carbon mixture covers the surface of the electrode active material particularly well and conducts to the active material layer. The amount of the electrode active material in the active material layer can be increased because the property is imparted and the material is densified. Increasing the amount of electrode active material leads to an improvement in the energy density of the power storage device. The ratio of the electrode active material to the conductive carbon mixture is preferably in the range of 95: 5 to 99.5: 0.5 and in the range of 97: 3 to 99.5: 0.5 in terms of mass ratio. Is particularly preferable. If the proportion of the conductive carbon mixture is less than the above range, the conductivity of the active material layer is insufficient, and the coverage of the active material by the conductive carbon mixture tends to decrease, resulting in a decrease in cycle characteristics.

導電性を有する酸化処理カーボンと該酸化処理カーボンとは別の導電性カーボンとを含み、上記酸化処理カーボンが上記別の導電性カーボンの表面を被覆している導電性カーボン混合物において、上位5%の周囲長の平均値が上記別の導電性カーボンの上位5%の周囲長の平均値の40〜65%の範囲である本発明の導電性カーボン混合物は、電極材料及び電極の製造の過程で電極活物質の表面を特に良好に被覆しつつ緻密化するため、得られた電極を備えた蓄電デバイスのサイクル寿命が長期化する。 The top 5% of the conductive carbon mixture containing conductive oxidation-treated carbon and conductive carbon different from the oxidation-treated carbon, wherein the oxidation-treated carbon covers the surface of the other conductive carbon. The conductive carbon mixture of the present invention in which the average value of the peripheral lengths of the above is in the range of 40 to 65% of the average value of the peripheral lengths of the top 5% of the other conductive carbons is used in the process of manufacturing the electrode material and the electrode. Since the surface of the electrode active material is densified while being particularly well covered, the cycle life of the power storage device provided with the obtained electrode is extended.

上位5%の周囲長の平均値を算出する手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the procedure of calculating the average value of the circumference length of the top 5%.

(1)導電性カーボン混合物
本発明の蓄電デバイスの電極の製造のための導電性カーボン混合物は、導電性を有する酸化処理カーボンと、該酸化処理カーボンとは別の導電性カーボンと、を含み、上記酸化処理カーボンが上記別の導電性カーボンの表面を被覆している。好ましくは上記酸化処理カーボンの少なくとも一部が糊状である。そして、この導電性カーボン混合物の上位5%の周囲長の平均値が、上記別の導電性カーボンの上位5%の周囲長の平均値の40〜65%、好ましくは40〜60%、特に好ましくは40〜50%の範囲である。
(1) Conductive Carbon Mixture The conductive carbon mixture for producing the electrode of the power storage device of the present invention contains an oxidation-treated carbon having conductivity and a conductive carbon different from the oxidation-treated carbon. The oxidation-treated carbon coats the surface of the other conductive carbon. Preferably, at least a part of the oxidized carbon is paste-like. The average value of the perimeter of the top 5% of the conductive carbon mixture is 40 to 65%, preferably 40 to 60%, particularly preferably 40 to 60% of the average value of the perimeter of the top 5% of the other conductive carbon. Is in the range of 40-50%.

上記別の導電性カーボンとの混合の過程で少なくとも一部が糊状に変化する酸化処理カーボンは、導電性を有するカーボン原料に比較的強い酸化処理を施すことにより得ることができる。使用されるカーボン原料には特に制限がないが、酸化の容易性の点から、多孔質炭素粉末、ケッチェンブラック、空隙を有するファーネスブラック、カーボンナノファイバ及びカーボンナノチューブのような空隙を有するカーボンが好ましく、また、BET法で測定した比表面積が300m/g以上の空隙を有するカーボンが好ましい。中でも、特にケッチェンブラックや空隙を有するファーネスブラックなどの球状の粒子が好ましい。 Oxidized carbon, which at least partly changes into a paste in the process of mixing with the other conductive carbon, can be obtained by subjecting the conductive carbon raw material to a relatively strong oxidation treatment. The carbon raw material used is not particularly limited, but from the viewpoint of easiness of oxidation, carbon having voids such as porous carbon powder, Ketjen black, furnace black having voids, carbon nanofibers and carbon nanotubes can be used. It is preferable, and carbon having voids having a specific surface area of 300 m 2 / g or more measured by the BET method is preferable. Of these, spherical particles such as Ketjen black and furnace black having voids are particularly preferable.

カーボン原料の酸化処理のためには、公知の酸化方法を特に限定なく使用することができる。例えば、酸又は過酸化水素の溶液中でカーボン原料を処理することにより、酸化処理カーボンを得ることができる。酸としては、硝酸、硝酸硫酸混合物、次亜塩素酸水溶液等を使用することができる。また、カーボン原料を酸素含有雰囲気、水蒸気、二酸化炭素中で加熱することにより、酸化処理カーボンを得ることができる。さらに、カーボン原料をアルカリ金属水酸化物と混合して酸素含有雰囲気中で加熱し、水洗などによりアルカリ金属を除去することにより、酸化処理カーボンを得ることができる。また、カーボン原料の酸素含有雰囲気中でのプラズマ処理、紫外線照射、コロナ放電処理及びグロー放電処理、オゾン水又はオゾンガスによる処理、水中での酸素バブリング処理により、酸化処理カーボンを得ることができる。 For the oxidation treatment of the carbon raw material, a known oxidation method can be used without particular limitation. For example, oxidation-treated carbon can be obtained by treating the carbon raw material in a solution of acid or hydrogen peroxide. As the acid, nitric acid, a mixture of nitric acid and sulfuric acid, an aqueous solution of hypochlorous acid and the like can be used. Further, by heating the carbon raw material in an oxygen-containing atmosphere, steam, or carbon dioxide, oxidation-treated carbon can be obtained. Further, the oxidized carbon can be obtained by mixing the carbon raw material with the alkali metal hydroxide and heating it in an oxygen-containing atmosphere to remove the alkali metal by washing with water or the like. Further, the oxidized carbon can be obtained by plasma treatment in an oxygen-containing atmosphere of the carbon raw material, ultraviolet irradiation, corona discharge treatment and glow discharge treatment, treatment with ozone water or ozone gas, and oxygen bubbling treatment in water.

カーボン原料、好ましくは上述した空隙を有するカーボン原料に酸化処理を施すと、カーボン粒子の表面から酸化され、カーボンにヒドロキシ基、カルボキシ基やエーテル結合が導入され、またカーボンの共役二重結合が酸化されて炭素単結合が生成し、部分的に炭素間結合が切断され、粒子表面に親水性に富む部分が生成する。このような親水性部分を有する酸化処理カーボンは、上記別の導電性カーボンの表面に付着しやすく、上記別の導電性カーボンの凝集を効果的に抑制する。そして、酸化処理の強度を強めていくと、カーボン粒子における親水性部分の割合が増加し、上記別の導電性カーボンと混合の過程で少なくとも一部が糊状に変化する酸化処理カーボンが得られる。酸化処理カーボンにおける親水性部分の含有量は、酸化処理カーボン全体の10質量%以上であるのが好ましい。このような酸化処理カーボンは、圧力を受けると一体的に圧縮されて糊状に広がりやすく且つ緻密化しやすい。親水性部分の含有量が全体の12質量%以上30質量%以下であるのが特に好ましい。 When the carbon raw material, preferably the carbon raw material having voids described above, is subjected to an oxidation treatment, it is oxidized from the surface of the carbon particles, a hydroxy group, a carboxy group or an ether bond is introduced into the carbon, and the conjugated double bond of the carbon is oxidized. Then, a carbon single bond is formed, the carbon-carbon bond is partially broken, and a highly hydrophilic portion is formed on the particle surface. The oxidized carbon having such a hydrophilic portion easily adheres to the surface of the other conductive carbon, and effectively suppresses the aggregation of the other conductive carbon. Then, as the strength of the oxidation treatment is increased, the proportion of the hydrophilic portion in the carbon particles increases, and at least a part of the oxidation-treated carbon that changes into a paste in the process of mixing with the other conductive carbon can be obtained. .. The content of the hydrophilic portion in the oxidized carbon is preferably 10% by mass or more of the total amount of the oxidized carbon. When such oxidized carbon is subjected to pressure, it is integrally compressed and easily spreads like a paste and is easily densified. It is particularly preferable that the content of the hydrophilic portion is 12% by mass or more and 30% by mass or less of the whole.

全体の10質量%以上の親水性部分を含む酸化処理カーボンは、
(a)空隙を有するカーボン原料を酸で処理する工程、
(b)酸処理後の生成物と遷移金属化合物とを混合する工程、
(c)得られた混合物を粉砕し、メカノケミカル反応を生じさせる工程、
(d)メカノケミカル反応後の生成物を非酸化雰囲気中で加熱する工程、及び、
(e)加熱後の生成物から、上記遷移金属化合物及び/又はその反応生成物を除去する工程
を含む製造方法によって、好適に得ることができる。
Oxidized carbon containing 10% by mass or more of the total hydrophilic part is
(A) A step of treating a carbon raw material having voids with an acid,
(B) Step of mixing the product after acid treatment with the transition metal compound,
(C) A step of crushing the obtained mixture to cause a mechanochemical reaction.
(D) A step of heating the product after the mechanochemical reaction in a non-oxidizing atmosphere, and
(E) It can be preferably obtained by a production method including a step of removing the transition metal compound and / or its reaction product from the product after heating.

(a)工程では、空隙を有するカーボン原料、好ましくはケッチェンブラック、を酸に浸漬して放置する。この浸漬の際に超音波を照射しても良い。酸としては、硝酸、硝酸硫酸混合物、次亜塩素酸水溶液等のカーボンの酸化処理に通常使用される酸を使用することができる。浸漬時間は酸の濃度や処理されるカーボン原料の量などに依存するが、一般に5分〜5時間の範囲である。酸処理後のカーボンを十分に水洗し、乾燥した後、(b)工程において遷移金属化合物と混合する。 In the step (a), a carbon raw material having voids, preferably Ketjen black, is immersed in an acid and left to stand. Ultrasonic waves may be applied during this immersion. As the acid, an acid usually used for oxidation treatment of carbon such as nitric acid, a mixture of nitric acid and sulfuric acid, and an aqueous solution of hypochlorous acid can be used. The immersion time depends on the concentration of the acid and the amount of the carbon raw material to be treated, but is generally in the range of 5 minutes to 5 hours. The carbon after the acid treatment is thoroughly washed with water, dried, and then mixed with the transition metal compound in step (b).

(b)工程においてカーボン原料に添加される遷移金属化合物としては、遷移金属のハロゲン化物、硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩等の無機金属塩、ギ酸塩、酢酸塩、蓚酸塩、メトキシド、エトキシド、イソプロポキシド等の有機金属塩、或いはこれらの混合物を使用することができる。これらの化合物は、単独で使用しても良く、2種以上を混合して使用しても良い。異なる遷移金属を含む化合物を所定量で混合して使用しても良い。また、反応に悪影響を与えない限り、遷移金属化合物以外の化合物、例えば、アルカリ金属化合物を共に添加しても良い。酸化処理カーボンは、蓄電デバイスの電極の製造において、電極活物質と混合されて使用されることから、電極活物質を構成する元素の化合物をカーボン原料に添加すると、電極活物質に対して不純物となりうる元素の混入を防止することができるため好ましい。 Examples of the transition metal compound added to the carbon raw material in the step (b) include inorganic metal salts such as halides, nitrates, sulfates and carbonates of transition metals, formates, acetates, oxalates, methoxydos, ethoxydos and iso. Organic metal salts such as propoxide or mixtures thereof can be used. These compounds may be used alone or in combination of two or more. Compounds containing different transition metals may be mixed and used in predetermined amounts. Further, a compound other than the transition metal compound, for example, an alkali metal compound may be added together as long as the reaction is not adversely affected. Oxidized carbon is used by being mixed with the electrode active material in the manufacture of electrodes for power storage devices. Therefore, when a compound of an element constituting the electrode active material is added to the carbon raw material, it becomes an impurity with respect to the electrode active material. It is preferable because it can prevent the mixing of possible elements.

(c)工程では、(b)工程で得られた混合物を粉砕し、メカノケミカル反応を生じさせる。遷移金属化合物がメカノケミカル反応によりカーボン原料の酸化を促進するように作用し、この工程でカーボン原料の酸化が迅速に進む。この反応のための粉砕機の例としては、ライカイ器、石臼式摩砕機、ボールミル、ビーズミル、ロッドミル、ローラミル、攪拌ミル、遊星ミル、振動ミル、ハイブリダイザー、メカノケミカル複合化装置及びジェットミルを挙げることができる。粉砕時間は、使用する粉砕機や処理されるカーボンの量などに依存し、厳密な制限が無いが、一般には5分〜3時間の範囲である。(d)工程は、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気などの非酸化雰囲気中で行われる。加熱温度及び加熱時間は使用される遷移金属化合物に応じて適宜選択される。続く(e)工程において、加熱後の生成物から遷移金属化合物及び/又はその反応生成物を酸で溶解する等の手段により除去した後、十分に洗浄し、乾燥する。これらの工程を介して、全体の10質量%以上、好ましくは全体の12質量%以上30質量%以下の親水性部分を含む酸化処理カーボンを得ることができる。 In the step (c), the mixture obtained in the step (b) is crushed to cause a mechanochemical reaction. The transition metal compound acts to promote the oxidation of the carbon raw material by the mechanochemical reaction, and the oxidation of the carbon raw material proceeds rapidly in this step. Examples of crushers for this reaction include raikai machines, millstone grinders, ball mills, bead mills, rod mills, roller mills, stirring mills, planetary mills, vibration mills, hybridizers, mechanochemical compounding devices and jet mills. be able to. The crushing time depends on the crusher used, the amount of carbon to be processed, and the like, and is not strictly limited, but is generally in the range of 5 minutes to 3 hours. The step (d) is performed in a non-oxidizing atmosphere such as a nitrogen atmosphere or an argon atmosphere. The heating temperature and heating time are appropriately selected according to the transition metal compound used. In the subsequent step (e), the transition metal compound and / or its reaction product is removed from the heated product by means such as dissolution with an acid, and then thoroughly washed and dried. Through these steps, it is possible to obtain an oxidized carbon containing a hydrophilic portion of 10% by mass or more, preferably 12% by mass or more and 30% by mass or less of the whole.

本発明の導電性カーボン混合物は、得られた酸化処理カーボンと、この酸化処理カーボンとは別の導電性カーボンと、を乾式混合することにより、得ることができる。 The conductive carbon mixture of the present invention can be obtained by dry-mixing the obtained oxidation-treated carbon and a conductive carbon different from the oxidation-treated carbon.

上記酸化処理カーボンと混合される別の導電性カーボンとしては、従来の蓄電デバイスの電極のために使用されている導電性カーボンを特に限定なく使用することができ、例としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、チャネルブラック、ファーネスブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック、フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバ、無定形炭素、炭素繊維、天然黒鉛、人造黒鉛、黒鉛化ケッチェンブラック、メソポーラス炭素、気相法炭素繊維が挙げられる。これらは、単独で使用しても良く、2種以上を混合して使用しても良い。少なくとも一部が糊状である酸化処理カーボンより高い導電率を有する導電性カーボンが使用されるのが好ましく、特にアセチレンブラックの使用が好ましい。 As another conductive carbon mixed with the oxidation-treated carbon, the conductive carbon used for the electrode of the conventional power storage device can be used without particular limitation, and examples thereof include Ketjen Black. Carbon black such as acetylene black, channel black, furnace black, thermal black, fullerene, carbon nanotubes, carbon nanofibers, amorphous carbon, carbon fiber, natural graphite, artificial graphite, graphitized Ketjen black, mesoporous carbon, vapor phase method Carbon fiber can be mentioned. These may be used alone or in combination of two or more. It is preferable to use conductive carbon having higher conductivity than the oxidized carbon which is at least partially paste-like, and it is particularly preferable to use acetylene black.

上記酸化処理カーボンと上記別の導電性カーボンとの割合は、質量比で、3:1〜1:3の範囲が好ましく、2.5:1.5〜1.5:2.5の範囲がより好ましい。乾式混合のために、ライカイ器、石臼式摩砕機、ボールミル、ビーズミル、ロッドミル、ローラミル、攪拌ミル、遊星ミル、振動ミル、ハイブリダイザー、メカノケミカル複合化装置及びジェットミルを使用することができる。乾式混合の時間は、混合に処される上記酸化処理カーボン及び上記別の導電性カーボンの合計量や使用する混合装置により変化するが、一般には10分〜1時間の間である。 The ratio of the oxidized carbon to the other conductive carbon is preferably in the range of 3: 1 to 1: 3, preferably in the range of 2.5: 1.5 to 1.5: 2.5 in terms of mass ratio. More preferred. For dry mixing, raikai, millstone grinders, ball mills, bead mills, rod mills, roller mills, stirring mills, planetary mills, vibration mills, hybridizers, mechanochemical compounding devices and jet mills can be used. The dry mixing time varies depending on the total amount of the oxidized carbon and the other conductive carbon to be mixed and the mixing device used, but is generally between 10 minutes and 1 hour.

乾式混合の過程で酸化処理カーボンの少なくとも一部が糊状に変化して、上記別の導電性カーボンの表面を被覆するため、別の導電性カーボンの凝集を抑制することができる。そして、乾式混合後の導電性カーボン混合物、すなわち、少なくとも一部が糊状の酸化処理カーボンにより上記別の導電性カーボンの表面が被覆されている導電性カーボン混合物について上位5%の周囲長の平均値を求めると、上記別の導電性カーボンの上位5%の周囲長の平均値より低下する。本発明の導電性カーボン混合物の上位5%の周囲長の平均値は、上記別の導電性カーボンの上位5%の周囲長の平均値の40〜65%、好ましくは40〜60%、特に好ましくは40〜50%の範囲であるが、この範囲に調整するための乾式混合条件は簡単な予備実験により定めることができる。本発明の導電性カーボン混合物は、以下に示す電極材料及び電極の製造の過程で、電極活物質の表面を特に良好に被覆しつつ緻密化するため、得られた電極を備えた蓄電デバイスのサイクル寿命が長期化する。 In the process of dry mixing, at least a part of the oxidized carbon is changed into a paste to coat the surface of the other conductive carbon, so that the aggregation of the other conductive carbon can be suppressed. Then, the average of the peripheral lengths of the top 5% of the conductive carbon mixture after the dry mixing, that is, the conductive carbon mixture in which the surface of the other conductive carbon is coated with at least a paste-like oxidation-treated carbon. When the value is obtained, it is lower than the average value of the peripheral lengths of the top 5% of the other conductive carbons. The average value of the perimeter of the top 5% of the conductive carbon mixture of the present invention is 40 to 65%, preferably 40 to 60%, particularly preferably 40 to 60% of the average value of the perimeter of the top 5% of the other conductive carbon. Is in the range of 40-50%, but the dry mixing conditions for adjusting to this range can be determined by a simple preliminary experiment. In the process of manufacturing the electrode material and the electrode shown below, the conductive carbon mixture of the present invention is densified while covering the surface of the electrode active material particularly well. Life is extended.

(2)電極
本発明の導電性カーボン混合物は、二次電池、電気二重層キャパシタ、レドックスキャパシタ及びハイブリッドキャパシタなどの蓄電デバイスの電極の製造のために、蓄電デバイスの電解質中のイオンとの電子の授受を伴うファラデー反応或いは電子の授受を伴わない非ファラデー反応により容量を発現する電極活物質と混合された形態で使用される。
(2) Electrodes The conductive carbon mixture of the present invention is used for the production of electrodes for power storage devices such as secondary batteries, electric double layer capacitors, redox capacitors and hybrid capacitors. It is used in the form of being mixed with an electrode active material that develops a capacitance by a Faraday reaction involving transfer or a non-Faraday reaction without transfer of electrons.

本発明の導電性カーボン混合物と併用される電極活物質としては、従来の蓄電デバイスにおいて正極活物質又は負極活物質として使用されている活物質を特に限定なく使用することができる。これらの活物質は、単独の化合物であっても良く、2種以上の化合物の混合物であっても良い。 As the electrode active material used in combination with the conductive carbon mixture of the present invention, the active material used as the positive electrode active material or the negative electrode active material in the conventional power storage device can be used without particular limitation. These active materials may be a single compound or a mixture of two or more kinds of compounds.

二次電池の正極活物質の例としては、まず、層状岩塩型LiMO、層状LiMnO−LiMO固溶体、及びスピネル型LiM(式中のMは、Mn、Fe、Co、Ni又はこれらの組み合わせを意味する)が挙げられる。これらの具体的な例としては、LiCoO、LiNiO、LiNi4/5Co1/5、LiNi1/3Co1/3Mn1/3、LiNi1/2Mn1/2、LiFeO、LiMnO、LiMnO−LiCoO2、LiMnO−LiNiO、LiMnO−LiNi1/3Co1/3Mn1/3、LiMnO−LiNi1/2Mn1/2、LiMnO−LiNi1/2Mn1/2−LiNi1/3Co1/3Mn1/3、LiMn、LiMn3/2Ni1/2が挙げられる。また、イオウ及びLiS、TiS、MoS、FeS、VS、Cr1/21/2などの硫化物、NbSe、VSe、NbSeなどのセレン化物、Cr、Cr、VO、V、V、V13などの酸化物の他、LiNi0.8Co0.15Al0.05、LiVOPO、LiV、LiV、MoV、LiFeSiO、LiMnSiO、LiFePO、LiFe1/2Mn1/2PO、LiMnPO、Li(POなどの複合酸化物が挙げられる。 Examples of the positive electrode active material of the secondary battery include, first, layered rock salt type LiMO 2 , layered Li 2 MnO 3- LiMO 2 solid solution, and spinel type LiM 2 O 4 (M in the formula is Mn, Fe, Co, Ni or a combination thereof). Specific examples of these include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiNi 4/5 Co 1/5 O 2 , LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiNi 1/2 Mn 1/2 O. 2 , LiFeO 2 , LiMnO 2 , Li 2 MnO 3- LiCoO 2, Li 2 MnO 3- LiNiO 2 , Li 2 MnO 3- LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , Li 2 MnO 3- LiNi 1/2 Mn 1/2 O 2 , Li 2 MnO 3- LiNi 1/2 Mn 1/2 O 2- LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiMn 2 O 4 , LiMn 3/2 Examples include Ni 1/2 O 4. In addition, sulfur and sulfides such as Li 2 S, TiS 2 , MoS 2 , FeS 2 , VS 2 , Cr 1/2 V 1/2 S 2 and sulphides such as NbSe 3 , VSe 2 and NbSe 3 , Cr 2 In addition to oxides such as O 5 , Cr 3 O 8 , VO 2 , V 3 O 8 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 , LiVOPO 4 , LiV 3 O 5 , LiV 3 O 8 , MoV 2 O 8 , Li 2 FeSiO 4 , Li 2 MnSiO 4 , LiFePO 4 , LiFe 1/2 Mn 1/2 PO 4 , LiMnPO 4 , Li 3 V 2 (PO 4 ) Examples include composite oxides such as 3.

二次電池の負極活物質の例としては、Fe、MnO、MnO、Mn、Mn、CoO、Co、NiO、Ni、TiO、TiO、SnO、SnO、SiO、RuO、WO、WO、ZnO等の酸化物、Sn、Si、Al、Zn等の金属、LiVO、LiVO、LiTi12などの複合酸化物、Li2.6Co0.4N、Ge、Zn、CuNなどの窒化物が挙げられる。 Examples of the negative electrode active material of the secondary battery are Fe 2 O 3 , MnO, MnO 2 , Mn 2 O 3 , Mn 3 O 4 , CoO, Co 3 O 4 , NiO, Ni 2 O 3 , TiO, and TIO 2. , SnO, SnO 2 , SiO 2 , RuO 2 , WO, WO 2 , ZnO and other oxides, Sn, Si, Al, Zn and other metals, LiVO 2 , Li 3 VO 4 , Li 4 Ti 5 O 12 and the like. Examples thereof include composite oxides and nitrides such as Li 2.6 Co 0.4 N, Ge 3 N 4 , Zn 3 N 2 , and Cu 3 N.

電気二重層キャパシタの分極性電極における活物質としては、比表面積の大きな活性炭、カーボンナノファイバ、カーボンナノチューブ、フェノール樹脂炭化物、ポリ塩化ビニリデン炭化物、微結晶炭素などの炭素材料が例示される。ハイブリッドキャパシタでは、二次電池のために例示した正極活物質を正極のために使用することができ、この場合には負極が活性炭等を用いた分極性電極により構成される。また、二次電池のために例示した負極活物質を負極のために使用することができ、この場合には正極が活性炭等を用いた分極性電極により構成される。レドックスキャパシタの正極活物質としてはRuO、MnO、NiOなどの金属酸化物を例示することができ、負極はRuO等の活物質と活性炭等の分極性材料により構成される。 Examples of the active material in the polarization electrode of the electric double layer capacitor include carbon materials such as activated carbon having a large specific surface area, carbon nanofibers, carbon nanotubes, phenol resin carbides, polyvinylidene chloride carbides, and microcrystalline carbon. In the hybrid capacitor, the positive electrode active material exemplified for the secondary battery can be used for the positive electrode, and in this case, the negative electrode is composed of a polar electrode using activated carbon or the like. Further, the negative electrode active material exemplified for the secondary battery can be used for the negative electrode, and in this case, the positive electrode is composed of a polarizable electrode using activated carbon or the like. Examples of the positive electrode active material of the redox capacitor include metal oxides such as RuO 2 , MnO 2 , and NiO, and the negative electrode is composed of an active material such as RuO 2 and a polarizing material such as activated carbon.

電極活物質の粒子形状や粒径には限定がないが、活物質の平均粒径が2μmより大きく25μm以下であるのが好ましい。この比較的大きな平均粒径を有する活物質は、それ自体で電極密度を向上させる上に、電極材料及び電極の製造の過程で、その押圧力により、導電性カーボン混合物のうちの少なくとも一部が糊状の酸化処理カーボンの糊状化及び緻密化を促進させる。また、活物質が、0.01〜2μmの平均粒径を有する微小粒子と、該微小粒子と同じ極の活物質として動作可能な2μmより大きく25μm以下の平均粒径を有する粗大粒子と、から構成されていても良い。粒径が小さい粒子は凝集しやすいといわれているが、導電性カーボン混合物のうちの少なくとも一部が糊状の酸化処理カーボンが粗大粒子の表面ばかりでなく微小粒子の表面にも付着して表面を覆うため、活物質の凝集を抑制することができ、活物質と導電性カーボン混合物との混合状態を均一化させることができる。 The particle shape and particle size of the electrode active material are not limited, but the average particle size of the active material is preferably larger than 2 μm and 25 μm or less. This active material having a relatively large average particle size improves the electrode density by itself, and in the process of manufacturing the electrode material and the electrode, the pressing force causes at least a part of the conductive carbon mixture to be present. Promotes paste-like and densification of paste-like oxidation-treated carbon. Further, the active material is composed of fine particles having an average particle size of 0.01 to 2 μm and coarse particles having an average particle size of 25 μm or less, which is larger than 2 μm and can operate as an active material having the same poles as the fine particles. It may be configured. It is said that particles with a small particle size tend to aggregate, but at least a part of the conductive carbon mixture has paste-like oxidation-treated carbon adhering not only to the surface of coarse particles but also to the surface of fine particles on the surface. Therefore, the aggregation of the active material can be suppressed, and the mixed state of the active material and the conductive carbon mixture can be made uniform.

混合される電極活物質と導電性カーボン混合物との質量比には特に限定がないが、高いエネルギー密度を有する蓄電デバイスを得るために、質量比で、90:10〜99.5:0.5の範囲であるのが好ましい。上位5%の周囲長の平均値が上記別の導電性カーボンの上位5%の周囲長の平均値の40〜65%、好ましくは40〜60%、特に好ましくは40〜50%の範囲である本発明の導電性カーボン混合物は、電極材料及び電極の製造の過程で電極活物質の表面を特に良好に被覆しつつ緻密化するため、電極活物質をさらに増量させることができ、電極活物質と導電性カーボン混合物との割合は、質量比で95:5〜99.5:0.5の範囲であるのが好ましく、97:3〜99.5:0.5の範囲であるのが特に好ましい。導電性カーボン混合物の割合が上述の範囲より少ないと、活物質層の導電性が不足し、また導電性カーボン混合物による活物質の被覆率が低下してサイクル寿命が低下する傾向がある。 The mass ratio of the electrode active material to be mixed and the conductive carbon mixture is not particularly limited, but in order to obtain a power storage device having a high energy density, the mass ratio is 90: 10 to 99.5: 0.5. It is preferably in the range of. The average value of the circumference length of the top 5% is in the range of 40 to 65%, preferably 40 to 60%, particularly preferably 40 to 50% of the average value of the circumference length of the top 5% of the other conductive carbon. Since the conductive carbon mixture of the present invention is densified while covering the surface of the electrode active material particularly well in the process of manufacturing the electrode material and the electrode, the amount of the electrode active material can be further increased, and the electrode active material and the electrode active material can be further increased. The ratio with the conductive carbon mixture is preferably in the range of 95: 5 to 99.5: 0.5, particularly preferably in the range of 97: 3 to 99.5: 0.5 in terms of mass ratio. .. If the proportion of the conductive carbon mixture is less than the above range, the conductivity of the active material layer is insufficient, and the coverage of the active material by the conductive carbon mixture tends to decrease, resulting in a decrease in cycle life.

本発明の導電性カーボン混合物と電極活物質とをバインダ及び溶媒と共に混合することにより、電極の製造のために使用するスラリー形態の電極材料を得ることができる。 By mixing the conductive carbon mixture of the present invention and the electrode active material together with a binder and a solvent, an electrode material in the form of a slurry used for producing an electrode can be obtained.

バインダとしては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレンコポリマー、ポリフッ化ビニル、カルボキシメチルセルロースなどの公知のバインダが使用される。バインダの含有量は、電極材料の総量に対して1〜30質量%であるのが好ましい。1質量%以下であると活物質層の強度が十分でなく、30質量%以上であると、電極の放電容量が低下する、内部抵抗が過大になるなどの不都合が生じる。溶媒としては、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、イソプロピルアルコール、水等の電極材料中の他の構成要素に悪影響を及ぼさない溶媒を特に限定なく使用することができる。バインダは、溶媒に溶解させた形態で使用することができる。使用される溶媒の量には、以下に示す電極の活物質層の形成に支障がなければ、特に限定がない。 As the binder, known binders such as polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, polyvinyl fluoride, and carboxymethyl cellulose are used. The binder content is preferably 1 to 30% by mass with respect to the total amount of the electrode material. If it is 1% by mass or less, the strength of the active material layer is not sufficient, and if it is 30% by mass or more, inconveniences such as a decrease in the discharge capacity of the electrode and an excessive internal resistance occur. As the solvent, a solvent that does not adversely affect other components in the electrode material such as N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, tetrahydrofuran, isopropyl alcohol, and water can be used without particular limitation. The binder can be used in the form of being dissolved in a solvent. The amount of the solvent used is not particularly limited as long as it does not interfere with the formation of the active material layer of the electrode shown below.

スラリー形態の電極材料は、本発明の導電性カーボン混合物と電極活物質とを乾式混合した後、得られた混合物をバインダ及び溶媒と共に混合する方法により製造することができる。導電性カーボン混合物と電極活物質との乾式混合の過程で、導電性カーボン混合物のうちの少なくとも一部が糊状の酸化処理カーボンがさらに糊状に広がって電極活物質の表面をも被覆する。乾式混合のために、ライカイ器、石臼式摩砕機、ボールミル、ビーズミル、ロッドミル、ローラミル、攪拌ミル、遊星ミル、振動ミル、ハイブリダイザー、メカノケミカル複合化装置及びジェットミルを使用することができる。乾式混合の時間は、混合に処される導電性カーボン混合物及び電極活物質の合計量や使用する混合装置により変化するが、一般には10分〜1時間の間である。続くバインダ及び溶媒との湿式混合における混合方法には特別な限定がなく、乳鉢を用いて手混合により行っても良く、攪拌機、ホモジナイザー等の公知の混合装置を用いて行っても良い。湿式混合の時間はやはり混合される材料の量や使用する混合装置によって変化するが、一般には10分〜1時間の間である。 The electrode material in the form of a slurry can be produced by a method in which the conductive carbon mixture of the present invention and the electrode active material are dry-mixed, and then the obtained mixture is mixed with a binder and a solvent. In the process of dry mixing of the conductive carbon mixture and the electrode active material, at least a part of the conductive carbon mixture is paste-like, and the oxidized carbon further spreads like a paste to cover the surface of the electrode active material. For dry mixing, raikai, millstone grinders, ball mills, bead mills, rod mills, roller mills, stirring mills, planetary mills, vibration mills, hybridizers, mechanochemical compounding devices and jet mills can be used. The dry mixing time varies depending on the total amount of the conductive carbon mixture and the electrode active material to be mixed and the mixing device used, but is generally between 10 minutes and 1 hour. The mixing method in the subsequent wet mixing with the binder and the solvent is not particularly limited, and may be performed by hand mixing using a mortar, or may be performed using a known mixing device such as a stirrer or a homogenizer. The time of wet mixing also varies depending on the amount of material to be mixed and the mixing device used, but is generally between 10 minutes and 1 hour.

また、本発明の導電性カーボン混合物はバインダ及び溶媒と馴染みが良いため、上記方法に代えて、導電性カーボン混合物、電極活物質、バインダ及び溶媒の全部を湿式混合する方法を採用しても良く、或いは、導電性カーボン混合物とバインダと溶媒とを湿式混合し、さらに電極活物質を加えて湿式混合する方法を採用しても良く、或いは、導電性カーボン混合物と電極活物質と溶媒とを湿式混合し、さらにバインダを加えて湿式混合する方法を採用しても良い。これらの湿式混合においても、混合方法に特別な限定はなく、混合時間も混合装置や混合量に応じて適宜選択される。微細なカーボン粒子はバインダ及び溶媒と馴染みにくいといわれているが、導電性カーボン混合物の利用により、混合方法にかかわらず、各構成要素が均一に混合された電極材料を容易に得ることができる。 Further, since the conductive carbon mixture of the present invention is compatible with the binder and the solvent, a method of wet-mixing the conductive carbon mixture, the electrode active material, the binder and the solvent may be adopted instead of the above method. Alternatively, a method may be adopted in which the conductive carbon mixture, the binder and the solvent are wet-mixed, and then the electrode active material is added and wet-mixed, or the conductive carbon mixture, the electrode active material and the solvent are wet-mixed. A method of mixing and then adding a binder and wet mixing may be adopted. Also in these wet mixing, the mixing method is not particularly limited, and the mixing time is appropriately selected according to the mixing device and the mixing amount. It is said that the fine carbon particles are difficult to be compatible with the binder and the solvent, but by using the conductive carbon mixture, it is possible to easily obtain an electrode material in which each component is uniformly mixed regardless of the mixing method.

次いで、スラリー形態の電極材料を蓄電デバイスの正極又は負極を構成するための集電体上に塗布することにより活物質層を形成し、必要に応じてこの活物質層を乾燥した後、活物質層に圧延処理により圧力を印加して電極を得る。得られた電極材料を所定形状に成形し、集電体上に圧着した後、圧延処理を施しても良い。 Next, an electrode material in the form of a slurry is applied onto a current collector for forming a positive electrode or a negative electrode of a power storage device to form an active material layer, and if necessary, the active material layer is dried and then the active material. An electrode is obtained by applying pressure to the layer by rolling treatment. The obtained electrode material may be formed into a predetermined shape, crimped onto a current collector, and then rolled.

蓄電デバイスの電極のための集電体としては、白金、金、ニッケル、アルミニウム、チタン、鋼、カーボンなどの導電材料を使用することができる。集電体の形状は、膜状、箔状、板状、網状、エキスパンドメタル状、円筒状などの任意の形状を採用することができる。活物質層の乾燥は、必要に応じて減圧・加熱して溶媒を除去すれば良い。圧延処理により活物質層に加えられる圧力は、一般には50000〜1000000N/cm、好ましくは100000〜500000N/cmの範囲である。また、圧延処理の温度には特別な制限がなく、処理を常温で行っても良く加熱条件下で行っても良い。 As the current collector for the electrodes of the power storage device, a conductive material such as platinum, gold, nickel, aluminum, titanium, steel, or carbon can be used. As the shape of the current collector, any shape such as a film shape, a foil shape, a plate shape, a net shape, an expanded metal shape, and a cylindrical shape can be adopted. The active material layer may be dried by reducing the pressure and heating as necessary to remove the solvent. The pressure applied to the active material layer by the rolling process is generally in the range of 50,000 to 1,000,000 N / cm 2 , preferably 100,000 to 500,000 N / cm 2. Further, the temperature of the rolling process is not particularly limited, and the process may be performed at room temperature or under heating conditions.

集電体上の活物質層に圧力を加えていくと、導電性カーボン混合物のうちの少なくとも一部が糊状の酸化処理カーボンがさらに糊状に広がって、活物質粒子の表面を覆いながら緻密化し、活物質粒子が互いに接近し、これに伴って糊状に変化した酸化処理カーボンが活物質粒子の表面を覆いながら隣り合う活物質粒子の間に形成される間隙部ばかりでなく活物質粒子の表面に存在する孔の内部にも上記別の導電性カーボンと共に押し出されて緻密に充填される。そのため、電極における単位体積あたりの活物質量が増加し、電極密度が増加する。また、緻密に充填された導電性カーボン混合物は、導電剤として機能するのに十分な導電性を有する上に、電極活物質の電解液への溶解を抑制する。 When pressure is applied to the active material layer on the current collector, at least a part of the conductive carbon mixture is paste-like, and the oxidized carbon further spreads like a paste, covering the surface of the active material particles and becoming dense. The active material particles approach each other, and the oxidized carbon that has changed into a paste form covers the surface of the active material particles and is formed between the adjacent active material particles as well as the active material particles. The inside of the hole existing on the surface of the above is also extruded together with the above-mentioned other conductive carbon and is densely filled. Therefore, the amount of active material per unit volume of the electrode increases, and the electrode density increases. Further, the densely packed conductive carbon mixture has sufficient conductivity to function as a conductive agent and suppresses the dissolution of the electrode active material in the electrolytic solution.

(3)蓄電デバイス
本発明の電極は、二次電池、電気二重層キャパシタ、レドックスキャパシタ及びハイブリッドキャパシタなどの蓄電デバイスの電極のために使用される。蓄電デバイスは、一対の電極(正極、負極)とこれらの間に配置された電解質とを必須要素として含むが、正極及び負極の少なくとも一方が本発明の電極である。
(3) Storage device The electrode of the present invention is used for an electrode of a power storage device such as a secondary battery, an electric double layer capacitor, a redox capacitor and a hybrid capacitor. The power storage device includes a pair of electrodes (positive electrode, negative electrode) and an electrolyte arranged between them as essential elements, and at least one of the positive electrode and the negative electrode is the electrode of the present invention.

蓄電デバイスにおいて正極と負極との間に配置される電解質は、セパレータに保持された電解液であっても良く、固体電解質であっても良く、ゲル状電解質であっても良く、従来の蓄電デバイスにおいて使用されている電解質を特に限定なく使用することができる。以下に、代表的な電解質を例示する。リチウムイオン二次電池のためには、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート等の溶媒に、LiPF、LiBF、LiCFSO、LiN(CFSO等のリチウム塩を溶解させた電解液が、ポリオレフィン繊維不織布、ガラス繊維不織布などのセパレータに保持された状態で使用される。この他、LiLaNb12、Li1.5Al0.5Ti1.5(PO、LiLaZr12、Li11等の無機固体電解質、リチウム塩とポリエチレンオキサイド、ポリメタクリレート、ポリアクリレート等の高分子化合物との複合体からなる有機固体電解質、電解液をポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル等に吸収させたゲル状電解質も使用される。電気二重層キャパシタ及びレドックスキャパシタのためには、(CNBF等の第4級アンモニウム塩をアクリロニトリル、プロピレンカーボネート等の溶媒に溶解させた電解液が使用される。ハイブリッドキャパシタのためには、リチウム塩をプロピレンカーボネート等に溶解させた電解液や、第4級アンモニウム塩をプロピレンカーボネート等に溶解させた電解液が使用される。 The electrolyte arranged between the positive electrode and the negative electrode in the power storage device may be an electrolyte solution held in the separator, a solid electrolyte, or a gel-like electrolyte, and is a conventional power storage device. The electrolyte used in the above can be used without particular limitation. A typical electrolyte is illustrated below. For a lithium ion secondary battery, a lithium salt such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , or LiN (CF 3 SO 2 ) 2 is added to a solvent such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, or dimethyl carbonate. The dissolved electrolytic solution is used in a state of being held by a separator such as a polyolefin fiber non-woven fabric or a glass fiber non-woven fabric. In addition, inorganic solid electrolytes such as Li 5 La 3 Nb 2 O 12 , Li 1.5 Al 0.5 Ti 1.5 (PO 4 ) 3 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , Li 7 P 3 S 11 etc. , An organic solid electrolyte composed of a composite of a lithium salt and a polymer compound such as polyethylene oxide, polymethacrylate, and polyacrylate, and a gel-like electrolyte in which an electrolytic solution is absorbed by polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, or the like are also used. For electric double layer capacitors and redox capacitors, an electrolytic solution in which a quaternary ammonium salt such as (C 2 H 5 ) 4 NBF 4 is dissolved in a solvent such as acrylonitrile or propylene carbonate is used. For the hybrid capacitor, an electrolytic solution in which a lithium salt is dissolved in propylene carbonate or the like or an electrolytic solution in which a quaternary ammonium salt is dissolved in propylene carbonate or the like is used.

但し、正極と負極との間の電解質として、固体電解質又はゲル状電解質が使用される場合には、活物質層におけるイオン伝導パスを確保する目的で、電極材料の調製工程において、上述した各構成要素に固体電解質を加えて調製する。 However, when a solid electrolyte or a gel-like electrolyte is used as the electrolyte between the positive electrode and the negative electrode, each of the above-described configurations is described in the electrode material preparation step for the purpose of ensuring an ion conduction path in the active material layer. Prepare by adding solid electrolyte to the elements.

本発明を以下の実施例を用いて説明するが、本発明は以下の実施例に限定されない。 The present invention will be described with reference to the following examples, but the present invention is not limited to the following examples.

実施例1
60%硝酸300mLにケッチェンブラック(商品名EC300J、ケッチェンブラックインターナショナル社製、BET比表面積800m/g)10gを添加し、得られた液に超音波を10分間照射した後、ろ過してケッチェンブラックを回収した。回収したケッチェンブラックを3回水洗し、乾燥することにより、酸処理ケッチェンブラックを得た。この酸処理ケッチェンブラック0.5gと、Fe(CHCOO)1.98gと、Li(CHCOO)0.77gと、C・HO1.10gと、CHCOOH1.32gと、HPO1.31gと、蒸留水120mLとを混合し、得られた混合液をスターラーで1時間攪拌した後、空気中100℃で蒸発乾固させて混合物を採集した。次いで、得られた混合物を振動ボールミル装置に導入し、20hzで10分間の粉砕を行なった。粉砕後の粉体を、窒素中700℃で3分間加熱し、ケッチェンブラックにLiFePOが担持された複合体を得た。
Example 1
To 300 mL of 60% nitric acid, 10 g of Ketjen Black (trade name EC300J, manufactured by Ketjen Black International, BET specific surface area 800 m 2 / g) was added, and the obtained liquid was irradiated with ultrasonic waves for 10 minutes and then filtered. Ketjen Black was recovered. The recovered Ketjen black was washed with water three times and dried to obtain an acid-treated Ketjen black. And acid treatment Ketjenblack 0.5g, and Fe (CH 3 COO) 2 1.98g , and Li (CH 3 COO) 0.77g, and C 6 H 8 O 7 · H 2 O1.10g, CH 3 1.32 g of COOH, 1.31 g of H 3 PO 4 and 120 mL of distilled water were mixed, and the obtained mixture was stirred with a stirrer for 1 hour and then evaporated to dryness in air at 100 ° C. to collect the mixture. .. Then, the obtained mixture was introduced into a vibrating ball mill device and pulverized at 20 hz for 10 minutes. The pulverized powder was heated in nitrogen at 700 ° C. for 3 minutes to obtain a composite in which LiFePO 4 was supported on Ketjen black.

濃度30%の塩酸水溶液100mLに、得られた複合体1gを添加し、得られた液に超音波を15分間照射させながら複合体中のLiFePOを溶解させ、残った固体をろ過し、水洗し、乾燥させた。乾燥後の固体の一部を、TG分析により空気中900℃まで加熱し、重量損失を測定した。重量損失が100%、すなわちLiFePOが残留していないことが確認できるまで、上述の塩酸水溶液によるLiFePOの溶解、ろ過、水洗及び乾燥の工程を繰り返し、LiFePOフリーの酸化処理カーボンを得た。 1 g of the obtained complex was added to 100 mL of a 30% hydrochloric acid aqueous solution, LiFePO 4 in the complex was dissolved while irradiating the obtained solution with ultrasonic waves for 15 minutes, the remaining solid was filtered, and washed with water. And dried. A part of the dried solid was heated to 900 ° C. in air by TG analysis, and the weight loss was measured. The steps of dissolution, filtration, washing with water and drying of LiFePO 4 with the above-mentioned aqueous hydrochloric acid solution were repeated until it was confirmed that the weight loss was 100%, that is, LiFePO 4 did not remain, to obtain LiFePO 4- free oxidized carbon. ..

次いで、得られた酸化処理カーボンの0.1gをpH11のアンモニア水溶液20mLに添加し、1分間の超音波照射を行なった。得られた液を5時間放置して固相部分を沈殿させた。固相部分の沈殿後、上澄み液を除去した残余部分を乾燥させ、乾燥後の固体の重量を測定した。乾燥後の固体の重量を最初の酸化処理カーボンの重量0.1gから差し引いた重量の最初の酸化処理カーボンの重量0.1gに対する重量比を、酸化処理カーボンにおける「親水性部分」の含有量とした。親水性部分の含有量は、15.2質量%であった。 Next, 0.1 g of the obtained oxidized carbon was added to 20 mL of an aqueous ammonia solution having a pH of 11, and ultrasonic irradiation was performed for 1 minute. The obtained liquid was left to stand for 5 hours to precipitate the solid phase portion. After the solid phase was precipitated, the residue from which the supernatant had been removed was dried, and the weight of the dried solid was measured. The weight ratio of the weight of the dried solid minus the weight of the first oxidized carbon of 0.1 g to the weight of the first oxidized carbon of 0.1 g is taken as the content of the "hydrophilic portion" in the oxidized carbon. bottom. The content of the hydrophilic moiety was 15.2% by mass.

得られた酸化処理カーボンとアセチレンブラック(上位5%の周囲長の平均値:4.2μm)とを1:1の質量比で振動ボールミル装置に導入し、10hzで20分間の乾式混合を行い、導電性カーボン混合物を得た。この混合物について、上位5%の周囲長の平均値を算出した。 The obtained oxidized carbon and acetylene black (average value of the peripheral length of the top 5%: 4.2 μm) were introduced into a vibrating ball mill device at a mass ratio of 1: 1 and dry-mixed at 10 hz for 20 minutes. A conductive carbon mixture was obtained. For this mixture, the average value of the top 5% perimeters was calculated.

得られた導電性カーボン混合物の2質量部と、2質量部のポリフッ化ビニリデンと、適量のN−メチルピロリドンと、96質量部の市販のLiNi1/3Mn1/3Co1/3粒子(平均粒径5μm)とを湿式混合してスラリーを形成し、得られたスラリーをアルミニウム箔上に塗布して乾燥した後、圧延処理を施して、リチウムイオン二次電池用の正極を得た。また、黒鉛93質量部と、アセチレンブラックの1質量部と、6質量部のポリフッ化ビニリデンと、適量のN−メチルピロリドンとを湿式混合してスラリーを形成し、得られたスラリーを銅箔上に塗布して乾燥した後、圧延処理を施して、リチウムイオン二次電池用の負極を得た。正極の容量と負極の容量は、容量比が1:1.2になるように調整した。この正極と負極とを用いて、1MのLiPFのエチレンカーボネート/ジメチルカーボネート1:1溶液に1質量%のビニレンカーボネートを添加した液を電解液として、リチウムイオン二次電池を作成した。得られた電池について、25℃、1Cの充放電レートの条件下、4.2〜3.0Vの範囲で充放電を繰り返し、200サイクル経験後の容量維持率を求めた。 2 parts by mass of the obtained conductive carbon mixture, 2 parts by mass of vinylidene fluoride, an appropriate amount of N-methylslurrydone, and 96 parts by mass of commercially available LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 Particles (average particle size 5 μm) are wet-mixed to form a slurry, and the obtained slurry is applied onto an aluminum foil and dried, and then rolled to obtain a positive electrode for a lithium ion secondary battery. rice field. Further, 93 parts by mass of graphite, 1 part by mass of acetylene black, 6 parts by mass of polyvinylidene fluoride, and an appropriate amount of N-methylpyrrolidone were wet-mixed to form a slurry, and the obtained slurry was placed on a copper foil. After being applied to and dried, it was rolled to obtain a negative electrode for a lithium ion secondary battery. The capacity of the positive electrode and the capacity of the negative electrode were adjusted so that the capacity ratio was 1: 1.2. Using the positive electrode and the negative electrode, a lithium ion secondary battery was prepared using a solution obtained by adding 1% by mass of vinylene carbonate to a 1: 1 solution of ethylene carbonate / dimethyl carbonate of 1M LiPF 6 as an electrolytic solution. The obtained battery was repeatedly charged and discharged in the range of 4.2 to 3.0 V under the conditions of a charge / discharge rate of 25 ° C. and 1 C, and the capacity retention rate after 200 cycles of experience was determined.

実施例2
実施例1における導電性カーボン混合物を得るための振動ボールミル装置による乾式混合条件を、10hzでの20分間の条件から20hzでの10分間の条件に変更した点を除いて、実施例1を繰り返した。
Example 2
Example 1 was repeated except that the dry mixing condition by the vibrating ball mill device for obtaining the conductive carbon mixture in Example 1 was changed from the condition of 20 minutes at 10 hz to the condition of 10 minutes at 20 hz. ..

実施例3
実施例1における導電性カーボン混合物を得るための振動ボールミル装置による乾式混合条件を、10hzでの20分間の条件から20hzでの20分間の条件に変更した点を除いて、実施例1を繰り返した。
Example 3
Example 1 was repeated except that the dry mixing condition by the vibrating ball mill device for obtaining the conductive carbon mixture in Example 1 was changed from the condition of 20 minutes at 10 hz to the condition of 20 minutes at 20 hz. ..

実施例4
実施例1における導電性カーボン混合物を得るための振動ボールミル装置による乾式混合条件を、10hzでの20分間の条件から20hzでの30分間の条件に変更した点を除いて、実施例1を繰り返した。
Example 4
Example 1 was repeated except that the dry mixing condition by the vibrating ball mill device for obtaining the conductive carbon mixture in Example 1 was changed from the condition of 20 minutes at 10 hz to the condition of 30 minutes at 20 hz. ..

実施例5
実施例1における導電性カーボン混合物を得るための振動ボールミル装置による乾式混合条件を、10hzでの20分間の条件から30hzでの20分間の条件に変更した点を除いて、実施例1を繰り返した。
Example 5
Example 1 was repeated except that the dry mixing condition by the vibrating ball mill device for obtaining the conductive carbon mixture in Example 1 was changed from the condition of 20 minutes at 10 hz to the condition of 20 minutes at 30 hz. ..

実施例6
実施例1における導電性カーボン混合物を得るための振動ボールミル装置による乾式混合条件を、10hzでの20分間の条件から30hzでの30分間の条件に変更した点を除いて、実施例1を繰り返した。
Example 6
Example 1 was repeated except that the dry mixing condition by the vibrating ball mill device for obtaining the conductive carbon mixture in Example 1 was changed from the condition of 20 minutes at 10 hz to the condition of 30 minutes at 30 hz. ..

比較例
実施例1における導電性カーボン混合物を得るための振動ボールミル装置による乾式混合条件を、10hzでの20分間の条件から10hzでの10分間の条件に変更した点を除いて、実施例1を繰り返した。
Comparative Example Except that the dry mixing condition by the vibrating ball mill device for obtaining the conductive carbon mixture in Example 1 was changed from the condition of 20 minutes at 10 hz to the condition of 10 minutes at 10 hz, Example 1 was used. Repeated.

表1に、実施例1〜6及び比較例の導電性カーボン混合物及びリチウムイオン二次電池について、上位5%の周囲長の平均値、導電性カーボン混合物の上位5%の周囲長の平均値のアセチレンブラックの上位5%の周囲長の平均値(4.2μm)に対する割合、及び、200サイクル経験後の容量維持率をまとめて示す。

Figure 0006931185
In Table 1, for the conductive carbon mixture and the lithium ion secondary battery of Examples 1 to 6 and Comparative Examples, the average value of the peripheral length of the top 5% and the average value of the peripheral length of the top 5% of the conductive carbon mixture are shown. The ratio of the top 5% of acetylene black to the average value (4.2 μm) of the peripheral length and the capacity retention rate after 200 cycles of experience are summarized.
Figure 0006931185

表1から明らかなように、上位5%の周囲長の平均値がアセチレンブラックの上位5%の周囲長の平均値の40〜65%の範囲である実施例1〜6の導電性カーボン混合物の使用により、リチウムイオン二次電池の高い容量維持率が得られ、したがってリチウムイオン二次電池のサイクル寿命の長期化が達成された。 As is clear from Table 1, the conductive carbon mixture of Examples 1 to 6 in which the average value of the peripheral lengths of the top 5% is in the range of 40 to 65% of the average value of the peripheral lengths of the top 5% of acetylene black. Upon use, a high capacity retention rate of the lithium ion secondary battery was obtained, and therefore a long cycle life of the lithium ion secondary battery was achieved.

本発明の導電性カーボン混合物の使用により、良好なサイクル寿命を有する蓄電デバイスが得られる。 By using the conductive carbon mixture of the present invention, a power storage device having a good cycle life can be obtained.

Claims (5)

導電性を有する酸化処理カーボンと、
該酸化処理カーボンとは別の導電性カーボンと、
を含み、前記酸化処理カーボンが前記別の導電性カーボンの表面を被覆している、蓄電デバイスの電極の製造のための導電性カーボン混合物であって、
該導電性カーボン混合物の分散液中の凝集体粒子のうちの最大の凝集体粒子から数えて全個数の5%までの範囲に含まれる各凝集体粒子の周囲長の平均値が、前記別の導電性カーボンの分散液中の凝集体粒子のうちの最大の凝集体粒子から数えて全個数の5%までの範囲に含まれる各凝集体粒子の周囲長の平均値の40〜65%の範囲であり、
前記酸化処理カーボンの少なくとも一部が糊状である
ことを特徴とする導電性カーボン混合物。
Oxidized carbon with conductivity and
Conductive carbon different from the oxidized carbon,
A conductive carbon mixture for the manufacture of electrodes for power storage devices, wherein the oxidized carbon comprises the surface of the other conductive carbon.
The average value of the peripheral lengths of the agglomerate particles contained in the range from the largest agglomerate particles in the dispersion liquid of the conductive carbon mixture to 5% of the total number is the above-mentioned other agglomerate particles. The range of 40 to 65% of the average value of the peripheral length of each agglomerate particle contained in the range from the largest agglomerate particle in the dispersion liquid of conductive carbon to 5% of the total number of agglomerate particles. der is,
A conductive carbon mixture characterized in that at least a part of the oxidized carbon is paste-like.
前記酸化処理カーボンが親水性部分を含み、該親水性部分の含有量が酸化処理カーボン全体の10質量%以上である、請求項に記載の導電性カーボン混合物。 The conductive carbon mixture according to claim 1 , wherein the oxidized carbon contains a hydrophilic portion, and the content of the hydrophilic portion is 10% by mass or more of the total amount of the oxidized carbon. 蓄電デバイス用の電極であって、
電極活物質と、
請求項1又は2に記載の導電性カーボン混合物と、
を含む活物質層を有し、前記酸化処理カーボンが前記電極活物質の表面を被覆していることを特徴とする電極。
Electrodes for power storage devices
Electrode active material and
With the conductive carbon mixture according to claim 1 or 2.
An electrode having an active material layer containing the above-mentioned electrode, wherein the oxidation-treated carbon covers the surface of the electrode active material.
前記電極活物質と前記導電性カーボン混合物との割合が、質量比で、97:3〜99.5:0.5の範囲である、請求項に記載の電極。 The electrode according to claim 3 , wherein the ratio of the electrode active material to the conductive carbon mixture is in the range of 97: 3 to 99.5: 0.5 in terms of mass ratio. 請求項3又は4に記載の電極を備えた蓄電デバイス。
A power storage device comprising the electrode according to claim 3 or 4.
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