JP2012519948A - 二次電池用電極バインダー及びこれを用いた二次電池 - Google Patents
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Abstract
Description
ポリアクリロニトリル(polyacrylonitrile、PAN)をバインダーとして用い、下記の接着力及び結着力の測定試験を行った。
重量平均分子量が1,150,000であるポリアクリロニトリル(polyacrylonitrile、PAN)バインダーをN-メチル-2-ピロリドン(N-methyl-2-pyrrolidone:NMP)に溶解させて電極バインダー溶液を得た後、銅箔フィルム上に塗布し、120℃で大凡6時間の間乾燥させてバインダーフィルムを得た。前記方法でバインダーコーティングされた銅箔を5mm間隔に裁断した後、図1に示すように180°ピールテスト(peel test)を行ってバインダーと銅箔の接着力(adhesion force)を測定しており、その結果を表1に示した。
重量平均分子量が1,150,000であるポリアクリロニトリル(polyacrylonitrile、PAN)バインダーに、金属酸化物系SiO-C複合体のアノード粉末をバインダー:アノード粉末=10重量部:90重量部の割合で混合し、これらを溶媒のNMPに入れ混合して均一なスラリーを製造した。その後、前記スラリーを銅箔に3.78mg/cm2で塗布し、18μmの厚さになるようロールプレス(roll press)してアノード電極を得た。製作されたそれぞれのアノードを1cm間隔に裁断した後、スコッチテープ(Scotch Tape)を利用して180°ピールテストを進めており、その結果を表1に記載した。
ポリアクリロニトリル(polyacrylonitrile、PAN)に代えて、比較例1はポリビニリデンフルオリド(polyvinylidene fluoride、PVdF)をバインダーとして用い、比較例2は4,4'-ビフタル酸無水物(Biphthalic anhydride、BPDA)と4,4'-オキシジフェニレンジアミン(oxydiphenylene diamine、ODA)を縮重合して得たポリイミド(polyimide、PI)をバインダーとして用いたことを除いては、実施例1と同一の方法で接着力及び結着力の測定試験を行った。なお、その結果を下記表1に記載した。
エチレンカーボネイト(EC)及びジエチルカーボネイト(DEC)を体積比3:7で混合した非水電解液溶媒に、1MのLiPF6を添加して非水電解液を製造した。
重量平均分子量が150,000のポリアクリロニトリル(polyacrylonitrile、PAN)を用いたことを除いては、実施例2と同一の方法でリチウム二次電池を製造した。
ポリアクリロニトリル(polyacrylonitrile、PAN)に代えて、比較例3は前記比較例1で用いられたポリビニリデンフルオリド(polyvinylidene fluoride、PVdF)をバインダーとして用い、比較例4は前記比較例2で用いられた4,4'-ビフタル酸無水物(Biphthalic anhydride、BPDA)と4,4'-オキシジフェニレンジアミン(oxydiphenylene diamine、ODA)を縮重合して得たポリイミド(polyimide、PI)をバインダーとして用いたことを除いては、実施例2と同一の方法でリチウム二次電池を製造した。
前記実施例2、3及び比較例3、4で製造された二次電池を25℃で5mVまで0.1Cの速度で充電し、5mVで0.005Cの電流となるまで充電し、1Vまで0.1Cの速度で放電して2回充/放電した後、同一の方法で、0.5C/0.5Cの速度で充/放電した。50サイクル後、電池の寿命特性、電池の厚さ増加率を下記のように測定しており、その結果を下記表2に示した。
* 寿命特性(%)= 50th放電容量(mAh)/1st放電容量(mAh)x 100
* 電池の厚さ増加率(%)=(50th充電状態の電極の厚さ−サイクル前の電極の厚さ)/サイクル前の電極の厚さ x 100
Claims (11)
- 二次電池用電極バインダーであって、
高分子を含んでなり、
前記高分子が、リチウムを可逆的に吸蔵及び放出することができる(準)金属系電極活物質との結着力(cohesion force)が100gf/cm以上であり、電極集電体との接着力(adhesion force)が0.1〜70gf/mmであり、
前記高分子が、ポリアミドイミド(polyamide imide)、ポリアミド(polyamide)、ポリアクリロニトリル(polyacrylonitrile)、ポリアクリル酸(polyacrylic acid)及びポリビニルアルコール(polyvinyl alcohol)からなる群から選択される、一種以上のものであることを特徴とする、二次電池用電極バインダー。 - 前記(準)金属系電極活物質が、
(i)Si、Al、Sn、Sb、Bi、As、Ge、Pb、Zn、Cd、In、Tl及びGaでなる群から選択される金属又は準金属;
(ii)前記金属又は準金属の酸化物;
(iii)前記金属又は準金属の合金;
(iv)前記金属又は準金属と炭素材の複合体;及び
(v)前記金属又は準金属の酸化物と炭素材の複合体からなる群から選択されてなることを特徴とする、請求項1に記載の二次電池用電極バインダー。 - 前記金属又は準金属の酸化物が、SiOx、AlOx、SnOx、SbOx、BiOx、AsOx、GeOx、PbOx、ZnOx、CdOx、InOx、TlOx及びGaOx(化合物の式中、0<x<2)からなる群から選択されることを特徴とする、請求項2に記載の二次電池用電極バインダー。
- 前記炭素材が、カーボン、石油コーク、活性化カーボン、カーボンナノチューブ、黒鉛及び炭素纎維からなる群から選択されることを特徴とする、請求項2に記載の二次電池用電極バインダー。
- 前記電極集電体が、銅、アルミニウム、金及びニッケルからなる群から選択されることを特徴とする、請求項1に記載の二次電池用電極バインダー。
- 二次電池用電極であって、
請求項1〜5の何れか一項に記載の二次電池用電極バインダーと、
(準)金属系電極活物質と、;及び
電極集電体とを備えてなる、二次電池用電極。 - 前記二次電池用電極バインダー及び前記(準)金属系電極活物質が、二次電池用電極用バインダー:(準)金属系電極活物質=3〜20重量部:80〜97重量部の割合で含まれることを特徴とする、請求項6に記載の二次電池用電極。
- 二次電池用電極が、パッキング密度(packing density)が1.2〜1.6g/ccであることを特徴とする、請求項6に記載の二次電池用電極。
- 二次電池であって、
カソードと、アノードと、分離膜と、及び電解液を備えてなり、
前記カソード又はアノードが、請求項1〜6の何れか一項に記載の二次電池用電極バインダーと、(準)金属系電極活物質と、及び電極集電体を備えてなる二次電池用電極であることを特徴とする、二次電池。 - 前記二次電池用電極バインダー及び(準)金属系電極活物質が、二次電池用電極用バインダー:(準)金属系電極活物質=3〜20重量部:80〜97重量部の割合で含まれることを特徴とする、請求項9に記載の二次電池。
- 前記二次電池用電極が、パッキング密度(packing density)が1.2〜1.6g/ccであることが特徴である請求項9に記載の二次電池。
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