JP2015535643A5

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Publication number: JP2015535643A5
Application number: JP2015541707A
Authority: JP
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2016-09-15
Anticipated expiration: 2034-03-27

Description

本発明は、アノード活物質スラリー、そのスラリーを用いたアノード及びそれを含む電気化学素子に関し、より詳しくは、リチウムの吸蔵及び放出によるアノード活物質の体積膨張を緩和することで、アノードの耐久性を向上して電気化学素子の寿命特性を向上し、剥離強度の高いアノード活物質層を形成することができるアノード活物質スラリー、そのスラリーを用いたアノード及びそれを含む電気化学素子に関する。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、電気化学素子のサイクル進行によるリチウムの吸蔵及び放出に起因するアノード活物質の体積膨張を緩和することで、アノード活物質層の耐久性を向上させて電気化学素子の寿命特性を向上させ、延いては、比較的小さい重量平均分子量の高分子バインダーを使用しても剥離強度の高いアノード活物質層を形成することができるアノード活物質スラリー、そのスラリーを用いたアノード及びそれを含む電気化学素子を提供することを目的とする。

本発明の一実施例によれば、電気化学素子のサイクル進行によるリチウムの吸蔵及び放出に起因するアノード活物質の体積膨張を緩和することで、アノード活物質層の耐久性を向上させ電気化学素子の寿命特性を向上させることができるという利点がある。
また、比較的小さい重量平均分子量のポリアクリル酸カリウムを使用しても剥離強度の高いアノード活物質層を形成することができる。
なお、本発明によるアノード活物質スラリーは、固形分の含量が高いため、アノード活物質層の形成時、分散媒を経済的に乾燥することができる。

このようなアノード活物質スラリーをアノードに塗布してアノード活物質層を形成すれば、重量平均分子量が９００，０００以上のカルボキシメチルセルロースのような一般的な高分子バインダーよりも重量平均分子量が顕著に小さいポリアクリル酸カリウムを使用しても、剥離強度の高いアノード活物質層を形成することができる。

しかし、本発明によれば、重量平均分子量が４００，０００ないし８００,０００のポリアクリル酸の水溶液を、水酸化カリウムで滴定してポリアクリル酸カリウムを形成することができ、このようなポリアクリル酸カリウムを含む高分子バインダーを、ナノサイズの比較的小さいアノード活物質は勿論、平均直径が１μｍないし３０μｍ、または５μｍないし２０μｍの比較的大きいアノード活物質に適用しても、さらに柔軟ながらも高い剥離強度を有するアノード活物質層を形成することができる。
また、前記アノード活物質スラリーは、水系バインダーをさらに含むことができる。

４．アノードの剥離強度の評価
前記実施例及び比較例によって製造されたアノードに対して剥離強度を測定した結果を下記の表１のように示した。

実施例によって製造されたアノードの場合、平均剥離強度が１４１．５ｇＦであって、比較例に比べて約４０％程度の剥離強度改善の効果があったことを確認することができる。

Claims

リチウム二次電池用アノード活物質スラリーであって、
アノード活物質と、
スチレンブタジエンゴム及びポリアクリル酸カリウムにより構成される高分子バインダーと、
導電材と、及び
分散媒とを含んでなり、
前記ポリアクリル酸の重量平均分子量が、４００，０００ないし８００，０００であることを特徴とする、リチウム二次電池用アノード活物質スラリー。
前記リチウム二次電池用アノード活物質スラリーが、前記分散媒１００重量部を基準として、
前記アノード活物質８０ないし１００重量部と、
前記高分子バインダー５ないし１０重量部と、
前記導電材１ないし５重量部とを含んでなることを特徴とする、請求項１に記載のリチウム二次電池用アノード活物質スラリー。
前記リチウム二次電池用アノード活物質スラリーが、２３℃、０．１ないし１ｓ^-1のせん断速度における粘度が７ないし５６Ｐａ・ｓであることを特徴とする、請求項１又は２に記載のリチウム二次電池用アノード活物質スラリー。
前記リチウム二次電池用アノード活物質スラリーが、水系バインダーをさらに含んでなることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載のリチウム二次電池用アノード活物質スラリー。
前記水系バインダーが、カルボキシメチルセルロース、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンプロピレン共重合体、ポリブタジエン、ブチルゴム、フッ素ゴム、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルピロリドン、ポリエピクロロヒドリン、ポリホスファゲン、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン、エチレンプロピレンジエン共重合体、ポリビニルピリジン、クロロスルホン化ポリエチレン、ラテックス、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリビニルアルコール及びヒドロキシプロピルセルロースからなる群より選択される何れか一種又は二種以上の混合物を含むことを特徴とする、請求項４に記載のリチウム二次電池用アノード活物質スラリー。
前記アノード活物質の平均直径が１μmないし３０μmであることを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載のリチウム二次電池用アノード活物質スラリー。
前記アノード活物質が、リチウム金属、炭素材、金属化合物、金属酸化物、又はこれらの混合物を含むことを特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載のリチウム二次電池用アノード活物質スラリー。
前記金属化合物が、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｐ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｍｇ、Ｓｒ及びＢａからなる群より選択される何れか一種又は二種以上の混合物であることを特徴とする、請求項７に記載のリチウム二次電池用アノード活物質スラリー。
前記金属酸化物が、珪素酸化物、すず酸化物、チタン酸化物及びリチウムバナジウム系酸化物からなる群より選択される、何れか一種又は二種以上の混合物であることを特徴とする、請求項７又は８に記載のリチウム二次電池用アノード活物質スラリー。
前記分散媒が、アセトン、テトラハイドロフラン、メチレンクロライド、クロロホルム、ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、シクロヘキサン及び水からなる群より選択される何れか一種又は二種以上の混合物であることを特徴とする、請求項１〜９の何れか一項に記載のリチウム二次電池用アノード活物質スラリー。
リチウム二次電池用アノードであって、
集電体と、
前記集電体の一面または両面上に形成されており、請求項１〜１０の何れか一項に記載のリチウム二次電池用アノード活物質スラリーの乾燥結果物からなるアノード活物質層とを備えてなる、リチウム二次電池用アノード。
リチウム二次電池であって、
カソードと、アノードと、前記カソードと前記アノードとの間に介されたセパレーターと、及び非水電解液とを備えてなり、
前記アノードが請求項１１に記載アノードであることを特徴とする、リチウム二次電池。