JP2010092721A - 電池電極の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】多孔質集電体5の開口径よりも大きな粒径を有する第1の電極材料1と、多孔質集電体の開口径よりも小さな粒径を有する第2の電極材料2と、溶媒に分散、溶解した結着剤3とを含有する電極層形成用組成物4を調製し、多孔質集電体の表面に塗布する。多孔質集電体の表面、および内部に形成され、第2の電極材料および結着材を含有する内部電極層11と、内部電極層の表面に形成され、第1の電極材料および結着材を含有する外部電極層12とを有する電池電極13を得る。
【選択図】図1
Description
まず、本発明の電池電極の製造方法について説明する。本発明の電池電極の製造方法は、多孔質集電体の開口径よりも大きな粒径を有する第1の電極材料、および、上記多孔質集電体の開口径よりも小さな粒径を有する第2の電極材料を含有する電極層形成用組成物を調製する組成物調製工程と、上記電極層形成用組成物を、上記多孔質集電体上に塗布する塗布工程と、を有することを特徴とするものである。
以下、本発明の電池電極の製造方法について、工程ごとに説明する。
まず、本発明における組成物調製工程について説明する。本発明における組成物調製工程は、多孔質集電体の開口径よりも大きな粒径を有する第1の電極材料、および、上記多孔質集電体の開口径よりも小さな粒径を有する第2の電極材料を含有する電極層形成用組成物を調製する工程である。電極層形成用組成物は、電極材料等を混合することにより得ることができる。
上記のように、本発明における電極層形成用組成物は、少なくとも第1の電極材料および第2の電極材料を含有する。なお、本発明においては、第1の電極材料および第2の電極材料を、それぞれ2種類以上用いても良い。また、電極層形成用組成物は、結着材を含有することが好ましい。電極材料の密着性を向上させることができるからである。さらに必要に応じて、電極層形成用組成物は、溶媒を含有していても良い。溶媒を添加することにより、電極材料等の分散性を向上させたり、組成物の粘度調整を容易にしたりすることができる。
電極層形成用組成物の固形分濃度(%)=(80℃、1h、Ar雰囲気下での乾燥後の組成物濃度)/(乾燥前の組成物濃度)×100
次に、本発明における、第1の電極材料および第2の電極材料の組み合わせについて説明する。本発明においては、第1の電極材料および第2の電極材料が、同じ材料であっても良く、異なる材料であっても良い。前者の場合、粒径のみが異なる電極材料を用いて、電池電極を作製することになる。一方、後者の場合は、さらに、機能が同じ材料である場合と、機能が異なる材料である場合とに大別することができる。機能が同じ材料である場合の一例としては、第1の電極材料が触媒であり、かつ、第2の電極材料が上記の触媒とは異なる材料の触媒である場合を挙げることができる。これに対して、機能が異なる材料である場合の一例としては、第1の電極材料が触媒であり、かつ、第2の電極材料が導電性材料である場合を挙げることができる。
この場合、本発明により、金属空気電池用の空気極または負極を得ることができる。空気極の電極層に含まれる電極材料としては、例えば触媒、導電性材料および撥水性材料等を挙げることができる。なお、触媒は、導電性材料に担持されたものであっても良い。また、例えば電池を全固体型化する場合は、固体電解質を用いることもできる。上記触媒としては、例えば二酸化マンガンおよびコバルトフタロシアニン等を挙げることができる。上記導電性材料としては、例えばメソポーラスカーボン、グラファイト、アセチレンブラック、カーボンナノチューブおよびカーボンファイバー等を挙げることができる。上記固体電解質としては、例えばポリマー電解質および無機固体電解質等を挙げることができる。上記撥水性材料としては、例えば撥水ポリマーを挙げることができる。さらに、上記撥水ポリマーとしては、具体的には、FAS(フルオロアルキルシラン)系撥水ポリマー等を挙げることができる。
この場合、本発明により、リチウム電池用の正極または負極を得ることができる。正極の電極層に含まれる電極材料としては、例えば、正極活物質および導電性材料を挙げることができる。また、全固体型化する場合は、固体電解質を用いることもできる。上記正極活物質としては、例えばLiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、LiNi0.5Mn1.5O4、LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2、LiNi0.5Mn0.5O2、LiCoPO4、LiFePO4、LiMnPO4等を挙げることができる。なお、導電性材料および固体電解質については、上記の金属空気電池における場合と同様である。
この場合、本発明により、燃料電池用の電極(アノード極またはカソード極)を得ることができる。燃料電池の電極層に含まれる電極材料としては、例えば、触媒および導電性材料等を挙げることができる。なお、触媒は、導電性材料に担持されたものであっても良い。上記触媒としては、例えばPt、Pd、Rh、鉄ポルフィリンおよびLa0.8Sr0.2MnO3等を挙げることができる。また、電極層形成用組成物は、パーフルオロスルホン酸系ポリマーに代表される電解質材料を含有していても良い。なお、導電性材料については、上記の金属空気電池における場合と同様である。また、本発明においては、燃料電池の電極層に含まれる電極材料を任意に組み合わせることができる。
次に、本発明における塗布工程について説明する。本発明における塗布工程は、上記電極層形成用組成物を、上記多孔質集電体上に塗布する工程である。なお、多孔質集電体の開口径等については、上述した通りである。
次に、本発明の電池電極について説明する。本発明の電池電極は、多孔質集電体と、上記多孔質集電体の表面内部に形成され、上記多孔質集電体の開口径よりも小さな粒径を有する第2の電極材料を含有する内部電極層と、上記内部電極層上に形成され、上記多孔質集電体の開口径よりも大きな粒径を有する第1の電極材料を含有する外部電極層と、を有することを特徴とするものである。
[実施例]
カーボンブラック(d50=5.0μm)と、MnO2触媒(d50=15μm)と、PVDF−HFP(ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン)バインダーと、を重量比で25:42:33となるように秤量し、混合した。次に、これらの混合物およびアセトンを混合撹拌(2000rpm、30分)し、電極層形成層組成物を得た。
実施例で用いたカーボンペーパーおよび実施例で得られた電池電極について、SEM(走査型電子顕微鏡)観察を行った。その結果を図2に示す。図2(a)は、カーボンペーパーの平面写真であり、カーボンファイバーがランダムに配列されていることが確認できた。また、図2(b)は、実施例で得られた電池電極の平面写真であり、カーボンペーパーの表面に、粒子径の大きなMnO2触媒が存在することが確認できた。また、図2(c)は、実施例で得られた電池電極の断面写真であり、カーボンペーパーの内部に、粒子径の小さなカーボンブラックが存在することが確認できた。このように、一度の塗布で多層構造の電極層を容易に形成できることが確認できた。
2 … 第2の電極材料
3 … 結着材
4 … 電極層形成用組成物
5 … 多孔質集電体
11 … 内部電極層
12 … 外部電極層
13 … 電池電極
Claims (7)
- 多孔質集電体の開口径よりも大きな粒径を有する第1の電極材料、および、前記多孔質集電体の開口径よりも小さな粒径を有する第2の電極材料を含有する電極層形成用組成物を調製する組成物調製工程と、
前記電極層形成用組成物を、前記多孔質集電体上に塗布する塗布工程と、
を有することを特徴とする電池電極の製造方法。 - 前記第1の電極材料および前記第2の電極材料が、互いに異なる材料であることを特徴とする請求項1に記載の電池電極の製造方法。
- 前記第1の電極材料および前記の第2電極材料が、それぞれ、触媒、導電性材料、撥水性材料、活物質または固体電解質であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電池電極の製造方法。
- 前記多孔質集電体の材料が、金属材料またはカーボン材料であることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかの請求項に記載の電池電極の製造方法。
- 前記電池電極が、金属空気電池用の電極であることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれかの請求項に記載の電池電極の製造方法。
- 前記第1の電極材料が触媒であり、前記第2の電極材料が導電性材料であり、前記多孔質集電体がカーボン材料を用いた集電体であることを特徴とする請求項5に記載の電池電極の製造方法。
- 多孔質集電体と、前記多孔質集電体の表面内部に形成され、前記多孔質集電体の開口径よりも小さな粒径を有する第2の電極材料を含有する内部電極層と、前記内部電極層上に形成され、前記多孔質集電体の開口径よりも大きな粒径を有する第1の電極材料を含有する外部電極層と、を有することを特徴とする電池電極。
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