JP2006172821A - 電極およびこれを用いた電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 集電体と、前記集電体の表面に形成された、活物質粒子を含む活物質層とを有する電極において、前記活物質層に界面活性剤をさらに含ませる。また、溶媒に、少なくとも活物質粒子および界面活性剤を添加して、電極インクを調製する電極インク調製工程と、前記電極インクを、インクジェット方式を用いて集電体の表面に噴出させることにより、塗膜を形成する塗膜形成工程と、前記塗膜が形成された前記集電体を乾燥させる乾燥工程と、によって、電極を製造する。
【選択図】図4
Description
電極インク調製工程においては、溶媒に、活物質粒子および界面活性剤を添加して、電極インクを調製する。また、必要であれば、電極インク中に、高分子電解質原料、導電助剤、リチウム塩(支持電解質)、および重合開始剤等の他の成分を添加してもよい。必要であれば、PVdF等の従来公知のバインダを添加してもよい。
塗膜形成工程においては、上記の電極インク調製工程において調製された電極インクを、インクジェット方式を用いて集電体の表面に塗布する。これにより、集電体の表面に電極インクを付着させ、塗膜を形成する。
乾燥工程においては、上記の塗膜形成工程において電極インクの塗膜が形成された集電体を乾燥させる。これにより、塗膜に含まれる溶媒が除去される。その結果、電極が完成する。
正極活物質:スピネル型LiMn2O4
負極活物質:粉砕したグラファイト(平均粒径:0.2μm)
なお、正極インクおよび負極インクの調製、インクジェット方式による印刷、電池の組み立ては、露点−30℃以下の乾燥雰囲気下で行った。
<正極インクの調製>
正極活物質(平均粒子径:0.2μm)(9質量%)、導電助剤であるアセチレンブラック(1質量%)、およびエーテル型界面活性剤であるポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル(酸化エチレン付加モル数:約5〜8モル)(以下、「界面活性剤A」とも称する)(0.1質量%)を準備し、これに溶媒としてN−メチル−2−ピロリドン(NMP)(89.9質量%)を加えた。これを十分に撹拌した後、数時間放置し、フィルターで濾過して、正極インクを調製した。このインクの粘度は約0.5Psであった。
負極活物質(平均粒子径:0.2μm)(9質量%)、および界面活性剤A(0.1質量%)を準備し、これに溶媒としてNMP(90.9質量%)を加えた。これを十分に撹拌した後、数時間放置し、フィルターで濾過して、正極インクを調製した。このインクの粘度は約0.3Psであった。
上記で調製したインクおよび市販のインクジェットプリンタを用いて、以下の手順により、電極(正極および負極)を作成した。インクジェットプリンタは、市販のコンピュータおよびソフトウェアによって制御された。正極活物質層、および負極活物質層を作製する際に、上記で調製した正極インク、および負極インクを、それぞれ用いた。正極活物質層、および負極活物質層は、コンピュータ上で作成したパターンを、インクジェットプリンタを用いて印刷することによって作製された。
上記で作製した正極(10枚)および負極(11枚)を、ポリプロピレン製セパレータ(厚さ:20μm)を介して正負交互に積層し、電池要素としての積層体を作製した。次いで、セパレータに電解液を注入後、得られた積層体を外装であるラミネートフィルムによって真空封止して、電池を完成させた。なお、電解液としては、エチレンカーボネート(EC)とプロピレンカーボネート(PC)との等体積混合液にリチウム塩を1.0モル/Lの濃度で添加した溶液を用いた。
正極インクおよび負極インク中への界面活性剤の添加量を、それぞれ0.01質量%としたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法を用いて、正極インクおよび負極インクを調製し、正極、負極、および電池を作製した。なお、界面活性剤の添加量の変化分は、NMPの添加量を調整することで補填した。
正極インクおよび負極インク中への界面活性剤の添加量を、それぞれ1.0質量%としたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法を用いて、正極インクおよび負極インクを調製し、正極、負極、および電池を作製した。なお、界面活性剤の添加量の変化分は、NMPの添加量を調整することで補填した。
正極インクおよび負極インク中への界面活性剤の添加量を、それぞれ10質量%としたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法を用いて、正極インクおよび負極インクを調製し、正極、負極、および電池を作製した。なお、界面活性剤の添加量の変化分は、NMPの添加量を調整することで補填した。
正極活物質の平均粒子径を、1.0μmとしたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法を用いて、正極インクおよび負極インクを調製し、正極、負極、および電池を作製した。
正極活物質の平均粒子径を、0.05μmとしたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法を用いて、正極インクおよび負極インクを調製し、正極、負極、および電池を作製した。
界面活性剤を、エーテル型界面活性剤であるポリオキシエチレンアルキルエーテル(酸化エチレン付加モル数:約5〜10モル)(以下、「界面活性剤B」とも称する)としたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法を用いて、正極インクおよび負極インクを調製し、正極、負極、および電池を作製した。
界面活性剤を、エーテル型界面活性剤であるポリオキシエチレンアルキレンエーテル(酸化エチレン付加モル数:約5〜10モル)(以下、「界面活性剤C」とも称する)としたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法を用いて、正極インクおよび負極インクを調製し、正極、負極、および電池を作製した。
界面活性剤を、陰イオン性界面活性剤であるβ−ナフタリンスルホン酸−ホルマリン縮合物のナトリウム塩(以下、「界面活性剤D」とも称する)としたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法を用いて、正極インクおよび負極インクを調製し、正極、負極、および電池を作製した。
界面活性剤を、陽イオン性界面活性剤である塩化ラウリルトリメチルアンモニウム(以下、「界面活性剤E」とも称する)としたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法を用いて、正極インクおよび負極インクを調製し、正極、負極、および電池を作製した。
界面活性剤に代えてポリフッ化ビニリデン(PVdF)を5質量%の量で添加したこと以外は、実施例1と同様の手法を用いて、正極インクおよび負極インクを調製した。さらに、得られた正極インクおよび負極インクを、バーコーターを用いて集電体の表面に塗布したこと以外は、実施例1と同様の手順により正極、負極、および電池を作製した。なお、正極活物質層および負極活物質層の厚さは、それぞれ20μmに制御した。
上記で作製した電極について、以下の手法により、接着強度および加振後強度を測定した。同様に、上記で作製した電池について、振動の平均低減率を測定した。
上記で作製した電極について、JIS K6253(1993年度版)に記載の手法に準拠して引っ張り試験を行い、接着強度を測定した。具体的には、上記の各実施例および比較例で作製した正極の表面に粘着テープを用いて引っ張り治具を接着させ、接着治具と集電体とを180度の方向に引っ張り、その際のピール強さおよび長さを測定した。実施例1および比較例についての測定データを示すグラフを図4に示す。
上記で作製した電極について、自動車部品振動試験方法(JIS D1601(1995年度版))に記載の手法に準拠して加振試験を行った。続いて、上記の<接着強度の測定>と同様に接着強度平均値を測定し、下記数式2に従って、加振前の比較例に対する各実施例および比較例の加振後接着強度比を算出した。算出した結果を表1に示す。
上記の各実施例および比較例で作製した電池の略中央部に加速度ピックアップを設定し、インパルスハンマにてハンマリングした際の加速度ピックアップの振動スペクトルを測定した。設定方法は、JIS B0908(1991年度版)(振動及び衝撃ピックアップの校正方法・基本概念)に準拠した。得られた振動スペクトルをFFT分析器を用いて解析し、周波数および加速度の次元に変換した。この変換により得られた周波数に関して平均化およびスムージングを行い、振動伝達率スペクトルを得た。各実施例のこの振動伝達率スペクトルの第一ピークの面積を、比較例の値を100%とした場合と比較した値を平均低減率として定義し、算出した。すなわち、値が小さいほど耐振動性に優れることを意味する。算出した結果を表1に示す。また、参考までに、実施例1および比較例の電池について得られた振動伝達率スペクトルを図5に示す。
11 集電体、
11a、11b 最外層集電体、
13 正極活物質層、
15 負極活物質層、
17 電解質層、
19 単電池層、
21 電池要素、
25 正極タブ、
27 負極タブ、
29 ラミネートシート、
31 絶縁層、
40 組電池、
42、43 電極ターミナル、
50 自動車。
Claims (15)
- 集電体と、前記集電体の表面に形成された、活物質粒子を含む活物質層とを有する電極であって、
前記活物質層が、界面活性剤をさらに含む、電極。 - 前記界面活性剤が、カルボン酸系界面活性剤もしくはエーテル型非イオン性界面活性剤、またはこれらの混合物である、請求項1に記載の電極。
- 前記界面活性剤がポリオキシエチレン系エーテル型非イオン性界面活性剤である、請求項2に記載の電極。
- 前記界面活性剤の有するHLB値が5〜30である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電極。
- 前記活物質層の全量に対する前記界面活性剤の含有量が0.05〜10質量%である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電極。
- 前記活物質として、Li−Mn系複合酸化物もしくはLi−Ni系複合酸化物、またはこれらの混合物を含み、正極として用いられる、請求項1〜5のいずれか1項に記載の電極。
- 前記活物質として、結晶性炭素材もしくは非結晶性炭素材、またはこれらの混合物を含み、負極として用いられる、請求項1〜5のいずれか1項に記載の電極。
- 正極、電解質層、および負極がこの順に積層されてなる電池であって、
前記正極または前記負極の少なくとも一方が、請求項1〜7のいずれか1項に記載の電極である、電池。 - 請求項8に記載の電池を用いた組電池。
- 請求項8に記載の電池、または請求項9に記載の組電池を搭載する車両。
- 溶媒に、少なくとも活物質粒子および界面活性剤を添加して、電極インクを調製する電極インク調製工程と、
前記電極インクを、インクジェット方式を用いて集電体の表面に噴出させることにより、塗膜を形成する塗膜形成工程と、
前記塗膜が形成された前記集電体を乾燥させる乾燥工程と、
を有する、電極の製造方法。 - 溶媒と、活物質粒子と、界面活性剤と、を含む電極インク。
- インク中に含まれる前記活物質の平均粒子径が0.01〜1.0μmである、請求項12に記載の電極インク。
- インク中に含まれる固形分の含有量が、インクの全量に対して5〜30質量%である、請求項12または13に記載の電極インク。
- インク中に含まれる前記界面活性剤の含有量が、インクの全量に対して0.1〜5.0質量%である、請求項12〜14のいずれか1項に記載の電極インク。
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