JP2013257978A - 負極ペースト及び負極ペーストの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】負極ペースト70は、リチウムイオン二次電池100用の負極ペーストであり、負極活物質粒子10と、カルボキシメチルセルロース(CMC)20と、スチレンブタジエンゴム(SBR)粒子30を含むSBRエマルジョン30xとを水40に分散させてなる。この負極ペースト70では、負極活物質粒子10の0.10〜0.40wt%に相当する量のCMC20が、負極活物質粒子10に吸着されている。
【選択図】図4
Description
かくして、この分散状態の良い負極ペーストを用いて電池を製造すれば、負極ペーストを電極箔に塗布する際、塗装機やフィルタに目詰まりが生じることを防止できる共に、塗膜に大きなスジ(スジ引き)が生じることを防止できる。また、負極活物質粒子の大きな凝集体の存在に起因して電池容量が小さくなることも防止できる。
更に、負極ペーストにおいて負極活物質粒子に吸着されたCMCの量は、負極活物質粒子に対し0.20〜0.30wt%とするのが特に好ましい。電池内部抵抗を特に小さくできると共に、電池容量を特に大きくできるからである。
また、第1混練工程における混練は、固練りとするのが好ましい。固練りを行うことで、負極活物質粒子に大きなせん断力を掛けることができるので、負極活物質粒子をより良好に分散させることができるからである。
なお、「固練り」とは、200rpm以下の低速回転で、少なくとも混練開始時における粘度が10,000mPa・s以上の高粘度のペーストを混練することを指す。
正極板121は、芯材として、アルミニウムからなる帯状の正極電極箔122を有する。この正極電極箔122の幅方向の一部(図3中、下方)の両主面には、それぞれ長手方向(図3中、左右方向)に帯状に延びる正極活物質層(正極合剤層)123,123が形成されている。この正極活物質層123は、正極活物質粒子と導電材と結着剤とから形成されている。本実施形態では、正極活物質粒子としてリチウム・コバルト・ニッケル・マンガン複合酸化物(具体的にはLiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2 )の粒子を、導電材としてカーボンブラック(具体的にはアセチレンブラック)を、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)を用いている。
また、CMC吸着量Mc(wt%)は、次のようにして求める。まず、負極ペースト(但し、SBRエマルジョン30xは添加されていない)を、イオン交換水で10倍に希釈した後、回転数30,000rpmで30分間、遠心分離処理を行って、液体(上澄み液)と固形分とに遠心分離する。
更に、この濃度から上澄み液中のCMC20の量が判るため、負極ペースト70に配合したCMC20の配合量との差から、負極活物質粒子10に吸着されたCMC20の量を得て、これを負極活物質粒子10の重量で除して、CMC吸着量Mc(wt%)を得た。
次いで、実施形態に係る負極ペースト70及びその製造方法の効果を検証するために行った試験の結果について説明する。
まず、第1混練工程(固練り)における固形分濃度Nc(wt%)を3段階に変えて、3種類の負極ペーストを作製し、そのときの混練時間T(min)と負極活物質粒子10に吸着されたCMC20の量(CMC吸着量)M(wt%)との関係を調べた。その結果を図5のグラフに示す。
また、比較例1は、第1混練工程において水40を増やし、固形分濃度Ncを更に低い56.0wt%として固練りを行った以外は、実施例1と同様にして、活物質ペースト及び負極ペーストを作製した。また、混練途中におけるCMC吸着量Mの変化も併せて調べた。
また、第1混練工程の後、第2混練工程において水40の残部を加えて活物質ペーストを希釈して更に混練すると、第1混練工程で負極活物質粒子10に吸着されたCMC20が、負極活物質粒子10から徐々に脱離し、やがて各例ともCMC吸着量Mがほぼ一定の値(=CMC吸着量Mc)となることが判る。
実施例1は、前述の実施例1(図5参照)と同様である。
また、比較例2は、固練り時間Tcを更に短い10分間として、活物質ペーストを作製した。一方、第2混練工程における混練時間Tdを50分間として、負極ペーストを作製した。これら以外は実施例1と同様にした。また、混練途中におけるCMC吸着量Mの変化も併せて調べた。
また、固練り時間Tcを変えたいずれの場合も、第1混練工程で負極活物質粒子10に吸着されたCMC20が、第2混練工程で負極活物質粒子10から徐々に脱離し、やがて各例ともCMC吸着量Mがほぼ一定の値(=CMC吸着量Mc)となることが判る。
また、実施例4に係る負極ペーストは、固形分濃度Ncを60.0wt%、固練り時間Tcを40分間、第2混練工程の混練時間Tdを20分間とし、それ以外は実施例1と同様にして作製した。
また、実施例5に係る負極ペーストは、固形分濃度Ncを62.0wt%、固練り時間Tcを30分間、第2混練工程の混練時間Tdを30分間とし、それ以外は実施例1と同様にして作製した。
また、比較例4に係る負極ペーストは、固形分濃度Ncを60.0wt%、固練り時間Tcを60分間、第2混練工程の混練時間Tdを20分間とし、それ以外は実施例1と同様にして作製した。
また、実施例1〜5及び比較例1〜4の各負極ペーストに含まれる粒(粒子)の大きさBc(μm)を、粒ゲージ(JIS5101,IS5600)により求めた。即ち、スジが発生したゲージの大きさ(μm)と同じ大きさの粒子が負極ペーストに含まれていると考えられるので、スジが発生したゲージの大きさを負極ペーストに含まれる粒の大きさBc(μm)とした。
更に、これらの電池について、電池内部抵抗Rc(mΩ)をそれぞれ測定した。具体的には、SOC50%に調整された電池を1Cの定電流で放電させて、放電開始から10秒経過後の電圧降下量を測定した。そして、この電圧降下量を電流値で割ってIV抵抗を求め、これを電池内部抵抗Rc(mΩ)とした。
これらの結果を表2に示す。
一方、実施例1〜5及び比較例3,4の各負極ペーストでは、負極活物質粒子10(個々の粒径は20〜25μm)が、凝集しないで存在している。これは、CMC吸着量Mcが十分に多いために、負極活物質粒子10の分散が良好となり、負極活物質粒子の凝集体が生じなかったと考えられる。
また、この負極ペースト70を用いて製造した電池100では、電池内部抵抗Rc(mΩ)が大きくなることも防止できる。負極活物質粒子10に実際に吸着しているCMC20の量が適切に制限されているからである(CMC吸着量Mcが0.4wt%以下)。
20 分散剤(CMC)
30 結着剤(SBR粒子)
30x SBRエマルジョン
40 水
50 活物質ペースト
70 負極ペースト
100 リチウムイオン二次電池(電池)
120 電極体
131 負極板
133 負極活物質層(負極合剤層)
Claims (4)
- 負極活物質粒子と、カルボキシメチルセルロースと、スチレンブタジエンゴム粒子を含むSBRエマルジョンと、を水に分散させてなるリチウムイオン二次電池用の負極ペーストであって、
前記負極活物質粒子の0.10〜0.40wt%に相当する量の前記カルボキシメチルセルロースが、前記負極活物質粒子に吸着されてなる
負極ペースト。 - 請求項1に記載の負極ペーストであって、
前記負極活物質粒子は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素材料からなる
負極ペースト。 - 負極活物質粒子と、カルボキシメチルセルロースと、スチレンブタジエンゴム粒子を含むSBRエマルジョンと、を水に分散させてなり、
前記負極活物質粒子の0.10〜0.40wt%に相当する量の前記カルボキシメチルセルロースが、前記負極活物質粒子に吸着されてなる
リチウムイオン二次電池用の負極ペーストの製造方法であって、
前記負極活物質粒子と前記カルボキシメチルセルロースとを前記水の一部で混練すると共に、前記負極活物質粒子に前記カルボキシメチルセルロースを吸着させて、活物質ペーストを作製する第1混練工程と、
前記活物質ペーストに、前記SBRエマルジョンと前記水の残部とを加えて混練して、前記負極ペーストを作製する第2混練工程と、を備える
負極ペーストの製造方法。 - 請求項3に記載の負極ペーストの製造方法であって、
前記活物質ペーストは、固形分濃度が65.0wt%以下である
負極ペーストの製造方法。
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