JP2016091987A - 負電極膜及びその電極膜を応用したリチウムイオン電池 - Google Patents
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Abstract
Description
好ましくは、式(1)におけるR1は、水素原子又は炭素数1〜10のアルキル基である;
好ましくは、式(2)におけるR3は、水素原子又は炭素数1〜10のアルキル基である;
好ましくは、上記負電極膜は、負極活物質、導電剤、接着剤と増粘剤からなる。
接着剤が硬化する前の接着剤乳液の調製:
蒸留水195重量部、乳化剤である不均化ロジン酸石鹸2.25重量部及び乳化剤であるオイル酸カリウム2.25重量部を窒素より置換された重合釜に仕込んだ。次に、スチレン15重量部、メタアクリル酸ブチル41重量部、アクリル酸エチル41重量部及びメタアクリル酸3重量部を重合釜に仕込み、再び窒素ガスより15分間をかけて反応装置内の空気を置換した。反応釜の温度を5〜10℃に安定させていながら、開始剤である過硫酸アンモニウム0.9重量部を加え、撹拌機で100r/minで攪拌し、8時間重合させ、接着剤乳液を得た。
活性材料である人工グラファイト、接着剤乳液、増粘剤であるカルボキシメチルセルロースナトリウム及び導電剤である導電性カーボンブラックを混合し、高速攪拌により負極活物質を含み均一に分散された混合物を調製した。混合物において、固形分には95wt%の人工グラファイト、1.5wt%のカルボキシメチルセルロースナトリウム、1.5wt%の導電性カーボンブラック及び2wt%の接着剤が含まれている。溶媒として水を用い、負極活物質のスラリーを調製し、スラリーにおける固形分含有量が50wt%であった。スラリーを銅箔の両面に均一に塗布し、乾燥し、ローラープレス機で圧密して、負極シートN1を得た。
正極活性物質であるコバルト酸リチウム(LiCoO2)、接着剤PVDF(ポリフッ化ビニリデン)及び導電性カーボンブラックを混合し、高速攪拌により正極活物質を含み均一に分散させた混合物を調製した。混合物において、固形分には90wt%のコバルト酸リチウム、5wt%のPVDF及び5wt%の導電性カーボンブラックが含まれている。前記混合物では、溶媒としてNMP(N−メチルピロリドン)を用いて、正極活物質のスラリーを調製し、スラリーにおける固形分含有量が75wt%であった。当該スラリーを銅箔の両面に均一に塗布し、乾燥し、ローラープレス機で圧密して、正極シートP1を得た。
正極シートP1及び負極シートN1に導電性タブ(tab)を熔接し、14μmのポリプロピレン/ポリエチレン複合セパレーター膜(PP/PE複合セパレーターフィルムと略す)を用い、正極及び負極の間に挟んで重ね、それを巻いて裸電池を調製し、さらにプラスチックフィルムで封入した。電解質として1Mの六フッ化リン酸リチウム電解液を用い、溶媒としてエチレンカーボネート/ジメチルカーボネート/1,2−プロピレングリコールカーボネートを1:1:1(体積比)となるように混合した混合溶液を用いた。封入後、電池に対し化成処理及び老化処理を行い、32mm×82mm×42mmの正方形の軟包装電池(soft-packing battery)C1を得た。
接着剤が硬化する前における接着剤乳液の調製手順は実施例1と同様であったが、異なる点については、モノマーとしてスチレン12重量部、メタアクリル酸ブチル42重量部、アクリル酸エチル43重量部及びメタアクリル酸3重量部を用いた。
接着剤が硬化する前における接着剤乳液の調製手順は実施例1と同様であったが、異なる点については、接着剤を硬化する前における接着剤乳液の調製過程において、モノマーとしてスチレン25重量部、メチルメタアクリル酸36重量部、ブチルアクリレート36重量部及びメタアクリル酸3重量部を用いた。
他の条件は実施例1と同様であったが、異なる点については、接着剤が硬化する前における接着剤乳液の調製過程において、モノマーがスチレン15重量部、アクリル酸メチル39重量部、アクリル酸ブチル39重量部、アクリル酸3重量部及びエチルアクリル酸4重量部を用いた。
他の条件は実施例1と同様であったが、異なる点については、接着剤が硬化する前における接着剤乳液の調製過程において、モノマーがスチレン10重量部、メタアクリル酸ブチル50重量部、アクリル酸エチル34重量部及びアクリル酸5重量部を用いた。
他の条件は実施例1と同様であったが、異なる点については、接着剤が硬化する前における接着剤乳液の調製過程において、モノマーがスチレン35重量部、アクリル酸エチル60重量部及びエチルアクリル酸5重量部を用いた。
他の条件は実施例1と同様であったが、異なる点については、接着剤が硬化する前における接着剤乳液の調製過程において、モノマーがスチレン40重量部、メタアクリル酸ブチル25重量部、アクリル酸エチル8重量部、アクリル酸メチル7重量部、アクリル酸ブチル10重量部、アクリル酸3重量部、メタアクリル酸3重量部及びエチルアクリル酸4重量部を用いた。
他の条件は実施例1と同様であったが、異なる点については、接着剤が硬化する前における接着剤乳液の調製過程において、モノマーがスチレン18重量部、メタアクリル酸エチル51重量部、アクリル酸ブチル30重量部、アクリル酸0.5重量部及びエチルアクリル酸0.5重量部を用いた。
他の条件は実施例1と同様であったが、異なる点については、接着剤乳液の調製工程が含まれていない;負極シートの調製では通常のスチレン・ブタジエンゴム(SBRと略する)接着剤を用い、他の条件が実施例1と同様であり、得られた負極シートをN9と表記するとした。
負極シートN1〜N9を冷間圧延した後、AI−3000高鉄引張試験機において、それぞれ負極シートN1〜N9の接着力について試験を行った。次に、負極シートN1〜N9を60℃の電解液に96時間浸漬した後、再び接着力に対し試験を行った。電解液は1Mの六フッ化リン酸リチウム電解液を用い、溶媒はジルコニウムエチレンカーボネート/ジルコニウムジメチルカーボネート/1,2−プロピレングリコールカーボネートを1:1:1(体積比)となるように混合した混合溶液を用いた。
実施例1〜8により得られたリチウムイオン電池C1〜C8及び比較例1により得られたリチウムイオン電池C9をそれぞれ25℃下、2Cの倍率で4.35Vになるように定電流充電し、その後4.35Vで定電圧充電し、カットオフ電流が0.05Cであり、その後、1Cの倍率で定電流放電し、カットオフ電圧が3Vであることを一回の充放電サイクルとし、上記充放電サイクルを10回繰り返した。終了後、電池を満タンまで充電させ、電池セルを外し、IRIS Advangtageフルスペクトルプラズマ直読式スペクトロメーター(ICPと略す)により負極シート表面に対してリチウムが析出するかないかを測定し、その結果を表2に示す。
IM6ex電気化学総合分析装置を用いて実施例1〜8により得られたリチウムイオン電池C1〜C8及び比較例1により得られたリチウムイオン電池C9に対し、室温で半充電状態で電気化学インピーダンススキャンを行った。本願発明の技術方案のC1〜C8におけるC1を典型的な代表とし、C1の電気化学インピーダンススペクトル及び比較例1により得られたC9の電気化学インピーダンススペクトルを図1に示す。図から分かるように、C9と比較してC1におけるリチウムイオンは負極における導電率が大幅に増加した。
実施例1〜8により得られたリチウムイオン電池C1〜C8及び比較例1により得られたリチウムイオン電池C9をそれぞれ25℃下、2Cの倍率で4.35Vになるように定電流充電し、その後4.35Vにおいて定電圧充電し、カットオフ電流が0.05Cであり、その後、1Cの倍率で定電流放電し、カットオフ電圧が3Vであることを一回の充放電サイクルとし、上記充放電サイクルを500回繰り返した。
本願発明の技術方案のC1〜C8におけるC1を典型的な代表とし、C1のサイクル過程における容量維持率及び比較例1により得られたC9の容量維持率を図2に示す。同じサイクル回数の状況下、C2〜C8のサイクル容量維持率=C1の容量維持率×(1±10%)。
Claims (10)
- 負極活物質、導電剤、接着剤と増粘剤を含み、
前記接着剤は負電極膜中の質量百分率が2%以下であり、且つスチレンモノマー、アクリル酸エステル系モノマー及びアクリル酸系モノマーからなるポリマーを含むことを特徴とする、負電極膜。 - 前記アクリル酸エステル系モノマーがアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタアクリル酸ブチル、アクリル酸ブチルからなる群より選ばれる少なくとも一種のものであり、前記アクリル酸系モノマーがアクリル酸、メタアクリル酸、エチルアクリル酸からなる群より選ばれる少なくとも一種のものであることを特徴とする、請求項1に記載の負電極膜。
- 前記スチレンモノマーは総モノマー中の質量百分率が10〜40%であり、前記アクリル酸エステル系モノマーは総モノマー中の質量百分率が50〜85%であり、前記アクリル酸系モノマーは総モノマー中の質量百分率が1〜10%であることを特徴とする、請求項1に記載の負電極膜。
- 前記負極活物質が黒鉛、メソカーボンミクロスフェア、ハードカーボン、ソフトカーボン、Li4Ti5O12、スズ、ケイ素からなる群より選ばれる少なくとも一種のものであることを特徴とする、請求項1に記載の負電極膜。
- 前記負極活物質が天然黒鉛、人工黒鉛、メソカーボンミクロスフェア、ハードカーボン、ソフトカーボン、Li4Ti5O12、スズ、ケイ素からなる群より選ばれる少なくとも一種のものであることを特徴とする、請求項1に記載の負電極膜。
- 前記導電剤が導電性カーボンブラック、グラフェン、カーボンナノチューブからなる群より選ばれる少なくとも一種のものであることを特徴とする、請求項1に記載の負電極膜。
- 前記増粘剤がカルボキシメチルセルロースナトリウム及び/又はポリアクリルアミドから選ばれるものであることを特徴とする、請求項1に記載の負電極膜。
- 前記増粘剤の電極膜における質量百分率が0.5〜2%であることを特徴とする、請求項1に記載の負電極膜。
- 請求項1〜9のいずれかに記載の負電極膜の少なくとも一種のものを含むことを特徴とするリチウムイオン電池。
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