JP2015522928A - フルオロポリマーセパレータを有するLiイオン電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウムイオン電池を作成する方法に関わる。当該リチウムイオン電池において、 電極セパレータは、フッ化及びアクリル酸誘導体モノマーのコポリマーを有する。前記リチウムイオン電池は、好ましくは薄型電池である。
正極と;
電極セパレータと;
負極と
を有するLiイオン電池を作成する方法に関わる。前記方法は、
少なくとも1の電極活物質と少なくとも1のバインダとを有するインクから正極を製造するステップと;
少なくとも1のフッ化コポリマーを有するインクから電極セパレータを製造するステップであって、前記電極セパレータは厚さ1乃至20μm及び多孔率30%未満を有するステップと;
少なくとも1の電極活物質と少なくとも1のバインダとを有するインクから負極を製造するステップと
を有する。前記フッ化コポリマーは、
少なくとも1のフッ化モノマー99.99乃至90モル%、好ましくは99.9乃至95モル%及びより好ましくは99.5乃至97.5モル%;及び
式CR1R2=CR3−C(=O)−O−R4(式中、
互いに等しい、もしくは異なるR1,R2,R3のそれぞれは、独立に水素原子もしくはC1−C3炭化水素基であり、且つ
R4は、水素もしくは少なくとも1のヒドロキシル基を有するC1−C5炭化水素部分である)
の少なくとも1のアクリル酸誘導体0.01乃至10モル%、好ましくは0.1乃至5モル%、及びより好ましくは0.5乃至2.5モル%
を有する。
(1もしくは複数の)アクリル酸誘導体モノマーを有する水溶液を連続的に供給するステップ;及び
標準温度及び標準圧力において気体でよい(1もしくは複数の)フッ化モノマーの適当量を前記反応容器内で維持するステップ
によると、反応容器内でこの反応を実施してよい。
電極の少なくとも1の活物質と;
少なくとも1のバインダと;
任意には、少なくとも1の電子半導体と
を有する電極インクから好ましくは製造される。
Mは少なくとも1の遷移金属、例えばCo,Ni,Fe,Mn,Cr,Al及びVであり;及び
Yはカルコゲン、例えばOもしくはSである。
少なくとも1のフッ化モノマー99.99乃至90モル%、好ましくは99.9乃至95モル%、及びさらにより好ましくは99.5乃至97.5モル%;
式CR1R2=CR3−C(=O)−O−R4(式中、
互いに等しい、もしくは異なるR1,R2,R3のそれぞれは、独立に水素原子もしくはC1−C3炭化水素基であり、且つ
R4は、水素もしくは少なくとも1のヒドロキシル基を有するC1−C5炭化水素部分である)
のアクリル酸誘導体0.01乃至10モル%、及びさらにより好ましくは0.5乃至2.5モル%
を有するフッ化コポリマーである。
((ボイド容量/サンプルの全体積)×100)
と定義される。そのように定義された多孔率((ボイド容量/サンプルの全体積)×100)
が、以下の数式:
[1−(セパレータの密度/固体ポリマーの密度)]×100
を使用して密度から直接誘導されることは、当該技術において周知である。ここで、電極セパレータを水中に浸漬するとき、水はセパレータ内及び従ってそのポア内に入り込まず、且つ固体ポリマーはバルクポリマー(セパレータを形成するために使用されるものと同一)であると思われる。
表1の実施例は、フッ化ポリマーからなるセパレータを有する電池(例1乃至3,6,7)、及び市販のセパレータを有する電池(反証4,5及び8)に関わる。
(a) インクの乾燥重量と比較した重量%
(b) ポリエチレン = Celgard(R)2400 (Celgardから購入)
(c) 有機溶媒(NMP = N−メチルピロリドン)中で調製されたインク
(d) 水溶液中で調製されたインク
(e) THF/DMF(80/20重量比)中8.7wt%溶液から得られたセパレータ
(f) THF/DMF(80/20重量比)中22wt%溶液から得られたセパレータ
(g) MEK(ブタン−2−オン)中5wt%溶液から得られたセパレータ
(h) 実施例1a)−d)によるセパレータの厚さは、それぞれ3;4;5;6ミクロンである。
CMC=カルボキシメチルセルロース
NCA=LiNi0.8Co0.15Al0.05O2
VF2−MA=コポリマー組成物: 99モル%フッ化ビニリデン(CF2=CF2),及び1モル%アクリル酸(CH2=CH−C(=O)−OH)
VF2−HFP=コポリマー組成物: 97.7モル%フッ化ビニリデン(CF2=CF2),及び2.3モル%ヘキサフルオロプロペン(CF2=CF−CF3)
VF2−HFP−MA=コポリマー組成物:96.7モル%フッ化ビニリデン(CF2=CF2),2.3モル%ヘキサフルオロプロペン(CF2=CF−CF3),及び1モル%アクリル酸(CH2=CH−C(=O)−OH)
NBRラテックス=アクリロニトリルブタジエンコポリマー(NBR)(PolymerLatexから購入)(41%における溶液)
EC=電子半導体(ShowaDenkoのCarbonSuperP(SuperC65))
C/20−D/20: 2サイクル;
C/10−D/10: 5サイクル;
C/5−D/5: 5サイクル;
C/2−D: 4サイクル;
C/2−2D;
C/20−D/20 数サイクル
に従い試験した。
C/20−D/20: 2サイクル;
C/10−D/10: 5サイクル;
C/5−D/5: 5サイクル;
C/2−D: 4サイクル;
C/2−2D;
C/20−D/20: 数サイクル
に従い試験した。
C/20−D/20: 3サイクル;
C/10−D/10: 4サイクル;
C/5−D/5: 4サイクル;
C/2−D: 4サイクル;
C/2−2D: 3サイクル;
C/20−D/20 数サイクル
に従い試験した。
Claims (15)
- 正極と;
電極セパレータと;
負極と
を有するLiイオン電池を作成する方法であって、
前記方法は、
少なくとも1の電極活物質と少なくとも1のバインダとを有するインクから正極を製造するステップと;
少なくとも1のフッ化コポリマーを有するインクから電極セパレータを製造するステップであって、前記電極セパレータは厚さ1乃至20μm及び多孔率30%未満を有するステップと;
少なくとも1の電極活物質と少なくとも1のバインダとを有するインクから負極を製造するステップと
を有する;
前記フッ化コポリマーは、
少なくとも1のフッ化モノマー99.99乃至90モル%;
式CR1R2=CR3−C(=O)−O−R4(式中、
互いに等しい、もしくは異なるR1,R2,R3のそれぞれは、独立に水素原子もしくはC1−C3炭化水素基であり、且つ
R4は、水素もしくは少なくとも1のヒドロキシル基を有するC1−C5炭化水素部分である)
の少なくとも1のアクリル酸誘導体0.01乃至10モル%
を有する、前記方法。 - 正極及び/もしくは負極が集電体上にプリントもしくは塗布されることを特徴とする、請求項1に記載のLiイオン電池を作成する方法。
- 電極セパレータが正極及び/もしくは負極上にプリントされることを特徴とする、請求項1又は2に記載のLiイオン電池を作成する方法。
- 電極セパレータは自立ポリマーフィルムであって、前記ポリマーフィルムはまず基板上に塗布され、次いで2つの電極の間に置かれることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のLiイオン電池を作成する方法。
- フッ化モノマーは、フッ化ビニリデン;ヘキサフルオロプロピレン;クロロトリフルオロエチレン;トリフルオロエチレン、及びこれらの混合物からなるグループから選択されることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか一項に記載のLiイオン電池を作成する方法。
- アクリル酸誘導体モノマーは、アクリル酸、メタクリル酸、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチルヘキシル、及びこれらの混合物からなるグループから選択されることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか一項に記載のLiイオン電池を作成する方法。
- 正極の製造に使用されるインク及び/もしくは負極の製造に使用されるインク少なくとも1は、少なくとも1のバインダを有し、
前記バインダは、
少なくとも1のフッ化モノマー99.99乃至90モル%;
式CR1R2=CR3−C(=O)−O−R4(式中、
互いに等しい、もしくは異なるR1,R2,R3のそれぞれは、独立に水素原子もしくはC1−C3炭化水素基であり、且つ
R4は、水素もしくは少なくとも1のヒドロキシル基を有するC1−C5炭化水素部分である)
のアクリル酸誘導体0.01乃至10モル%
を有するフッ化コポリマーであることを特徴とする、請求項1乃至6のいずれか一項に記載のLiイオン電池を作成する方法。 - 正極の製造に使用されるインク及び負極の製造に使用されるインクの両方のバインダは、請求項7に規定されたコポリマーであることを特徴とする、請求項7に記載のLiイオン電池を作成する方法。
- 電極セパレータを製造するためのインクのフッ化コポリマーは、正極の製造に使用されるインク及び/もしくは負極の製造に使用されるインクのバインダのフッ化コポリマーと同一であることを特徴とする、請求項8に記載のLiイオン電池を作成する方法。
- フッ化コポリマーは、
少なくとも1のフッ化モノマー99.9乃至95モル%と;
少なくとも1のアクリル酸誘導体モノマー0.1乃至5モル%と
を有することを特徴とする、請求項1乃至9のいずれか一項に記載のLiイオン電池を作成する方法。 - フッ化コポリマーは、
99.5乃至97.5 モル%の少なくとも1のフッ化モノマーと;
0.5乃至2.5モル%の少なくとも1のアクリル酸誘導体モノマーと
を有することを特徴とする、請求項1乃至10のいずれか一項に記載のLiイオン電池を作成する方法。 - 電極セパレータは、厚さ2乃至13μmを有することを特徴とする、請求項1乃至11のいずれか一項に記載のLiイオン電池を作成する方法。
- 電極セパレータは、厚さ2乃至8μmを有することを特徴とする、請求項1乃至12のいずれか一項に記載のLiイオン電池を作成する方法。
- 電極セパレータは、多孔率20%未満を有することを特徴とする、請求項1乃至13のいずれか一項に記載のLiイオン電池を作成する方法。
- 電極セパレータは、多孔率10%未満を有することを特徴とする、請求項1乃至14のいずれか一項に記載のLiイオン電池を作成する方法。
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