JP2013161832A - バインダ、電極、電気化学キャパシタおよびリチウムイオン二次電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係るバインダは、電気化学キャパシタ用電極の材料である活物質および導電助剤を連結させるバインダにおいて、アルギン酸を含む。また、本発明に係るバインダは、リチウムイオン二次電池用炭素負極の材料である負極活物質および導電助剤を連結させるバインダにおいて、アルギン酸を含む。
【選択図】なし
Description
本発明の一実施形態について説明すれば、以下の通りであるが、本発明は当該実施形態に限定されるものではない。
本発明に係るバインダは、電気化学キャパシタ用電極の材料である活物質および導電助剤を連結させるバインダにおいて、アルギン酸を含むものである。なお、電気化学キャパシタは、電気二重層キャパシタと同義である。
電気化学キャパシタは、正極(電極)および負極(電極)を備え、正極と負極との間には、電解液が供給されており、正極と負極との短絡を防止するために正極と負極との間にはセパレーターが配置されている。正極および負極にはそれぞれ集電体が備えられており、両集電体は電源に接続されている。この電源の操作によって充放電の切り替えがなされる。
本発明の異なる一実施形態について説明すれば、以下の通りであるが、本発明は当該実施形態に限定されるものではない。
本発明に係るバインダは、リチウムイオン二次電池用炭素負極の材料である負極活物質および導電助剤を連結させるバインダにおいて、アルギン酸を含むものである。リチウムイオン二次電池用電極は、一般的に、活物質、導電助剤およびバインダを含む合材を乾燥することにより得られる。リチウムイオン二次電池に備えられる電極を作製するために、正極合材は活物質として正極活物質を含み、さらに導電助剤およびバインダを含む。また、負極合材は活物質として負極活物質を含み、導電助剤およびバインダを含む。
リチウムイオン二次電池は、上記正極および負極を備え、正極と負極との間には、電解液が供給されており、正極と負極との短絡を防止するために正極と負極との間にはセパレーターが配置されている。正極および負極にはそれぞれ集電体が備えられており、両集電体は電源に接続されている。この電源の操作によって充放電の切り替えがなされる。
実施例1、比較例1、2で得た評価用セルについて、30.0Ag−1の電流密度での充放電を行い、その時に観測される電気化学キャパシタのセル電圧の推移である。
実施例1〜3、比較例1、2で得た評価用セルについて、1.0〜90.0Ag−1の電流密度で放電した際の放電容量を測定した。
実施例1、比較例1、2で得た評価用セルについて、開回路電圧にて、電位振幅10mV、交流周波数範囲20kHz〜10mHzの条件において、交流インピーダンスを測定した。X軸に実数のインピーダンス(Z’)、Y軸に虚数のインピーダンス(Z”)をとったNyquistプロット(Cole−Coleプロット)で結果を示す。(a)はその全体図、(b)は高周波部分の拡大図を示す。
実施例1で得た評価用セルに対して、0〜2.5Vの作動電圧範囲で、5Ag−1の電流密度にて10000サイクル充放電し、放電容量を調べた。
2.5V、3.0V、3.5V、3.7V、3.8Vの5種類のセル上限電圧にて、電気化学キャパシタに5Ag−1の電流にて充放電を行い、その時に観測される電気化学キャパシタのセル電圧の推移である。
実施例4、5で得た評価用ハーフセルに対して、0.05〜1.5Vの作動電圧範囲で、1.0Cレートの電流密度にて40サイクル充放電し、各サイクルでの放電容量を調べた。
実施例4、5で得た評価用ハーフセルに対して、0.05〜1.5Vの作動電圧範囲で、0.2から10Cレートの電流密度にて5サイクルずつ充放電し、各電流密度での放電容量を調べた。
以下の手法により、本発明に係る電気化学キャパシタを作製した。なお、電気化学キャパシタの材料としては、以下の材料を使用した。
導電助剤:アセチレンブラック(電気化学工業株式会社、品番:HS−100)
バインダ:アルギン酸ナトリウム(Alg)(株式会社紀文フードケミファ、品番:NSPS2、1%溶液の規格粘度: 1000±100mPa・s)
電解液 :1.8M トリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレート
セパレータ:セルロール系セパレータ
集電体:エッチドアルミニウム箔
まず、3重量%のアルギン酸ナトリウム水溶液を調製した。次に、活物質、導電助剤およびアルギン酸ナトリウム水溶液を乾燥後の組成比(電極における含有比)が85:5:10となるように混合し、スラリーの合材を作製した。この合材に純水を加えスラリー粘度を調整した後、ドクターブレードにより合材をエッチドアルミ箔に塗布し、ホットプレート上で合材を80℃で10分程度加熱した。その後、エッチドアルミ箔に塗布された合材を、80℃の温度雰囲気下、10−1Paの減圧下で24時間乾燥させ、目的物である活性炭電極を得た。
バインダとして、アルギン酸ナトリウム(Alg)(株式会社紀文フードケミファ、品番:NSPS2)に代えて、以下のバインダを使用した以外は、実施例1と同様にして2極式セルを作製した。
この2極式セルに対して、出力特性測定を行い、結果を図6に示した。
バインダとして、アルギン酸ナトリウム(Alg)(株式会社紀文フードケミファ、品番:NSPS2)に代えて、以下のバインダを使用した以外は、実施例1と同様にして2極式セルを作製した。
この2極式セルに対して、充放電特性、出力特性、インピーダンス測定を行い、結果を図1〜図3に示した。
バインダとして、アルギン酸ナトリウム(Alg)(株式会社紀文フードケミファ、品番:NSPS2)に代えて、以下のバインダを使用した以外は、実施例1と同様にして2極式セルを作製した。
この2極式セルに対して、充放電特性、出力特性、インピーダンス測定を行い、結果を図1〜図3に示した。
電解液として、1.8M トリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレートに代えて、以下の電解液を使用した以外は、実施例1と同様にして2極式セルを作製した。
この2極式セルに対して、出力特性測定を行い、結果を図7に示した。
以下の手法により、本発明に係るリチウムイオン二次電池評価用ハーフセルを作製した。なお、評価用ハーフセルの材料としては、以下の材料を使用した。
対極: リチウム金属箔 (本城金属, 特注品)
導電助剤:カーボン微粉末
バインダ:アルギン酸ナトリウム(Alg)(株式会社紀文フードケミファ、品番:NSPS2)
電解液 :六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)/エチレンカーボネート(EC)およびジメチルカーボネート(DMC)の体積比1:1混合液
セパレータ:セルロール系セパレータ
集電体:エッチドアルミニウム箔
まず、3重量%のアルギン酸ナトリウム水溶液を調製し、天然黒鉛粉末、カーボン微粉末およびアルギン酸ナトリウムを乾燥後の電極組成比が91:3:6の割合となるよう混合し、スラリーを作製した。
バインダとして、アルギン酸ナトリウム(Alg)(株式会社紀文フードケミファ、品番:NSPS2)に代えて、以下のバインダを使用した以外は、実施例4と同様にして2極式評価用ハーフセルを作製した。
この2極式評価用ハーフセルに対して、サイクル耐久性測定を行い、結果を図8に示した。
まず、電気化学キャパシタである2極式セルの結果について説明する。図1に示すように、バインダがアルギン酸ナトリウムである実施例1では、典型的な電気化学キャパシタの充放電特性が示され、本発明に係るバインダが、電気化学キャパシタ材料として機能していることが分かる。
Claims (8)
- 電気化学キャパシタ用電極の材料である活物質および導電助剤を連結させるバインダにおいて、
アルギン酸を含むことを特徴とするバインダ。 - 上記アルギン酸がアルギン酸塩であり、
上記アルギン酸塩は、アルギン酸塩の1%(w/v)水溶液の20℃における粘度が300mPa・s以上、2000mPa・s以下であることを特徴とする請求項1に記載のバインダ。 - 請求項1または2に記載のバインダを含むことを特徴とする電気化学キャパシタ用電極。
- 請求項3に記載の電気化学キャパシタ用電極を備えることを特徴とする電気化学キャパシタ。
- リチウムイオン二次電池用炭素負極の材料である負極活物質および導電助剤を連結させるバインダにおいて、
アルギン酸を含むことを特徴とするバインダ。 - 上記アルギン酸がアルギン酸塩であり、
上記アルギン酸塩は、アルギン酸塩の1%(w/v)水溶液の20℃における粘度が300mPa・s以上、2000mPa・s以下であることを特徴とする請求項5に記載のバインダ。 - 請求項5または6に記載のバインダを含むことを特徴とするリチウムイオン二次電池用炭素負極。
- 請求項7に記載のリチウムイオン二次電池用炭素負極を備えることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
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