JP2016146322A - 電池電極ペースト組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】シランカップリング剤で改質された活性物質を含み、電池の安全性とサイクル寿命を向上することができる電池電極ペースト組成物を提供する。
【解決手段】シランカップリング剤で改質された活性物質を含む電池電極ペースト組成物であって、シランカップリング剤で改質された活性物質と、導電添加剤と、接着剤と、マレイミド添加剤とを含む。
【選択図】なし

Description

本発明は電池電極ペースト組成物に関し、特にリチウム電池に使用される電極ペースト組成物に関する。
近年、ノートパソコン、折り畳み携帯電話、デジタルカメラやビデオカメラ等の電子製品は、軽薄短小の方向に向かって発展し、既に技術的な発展及び通信製品のトレンドとなっている。さらに、モバイルバッテリーである「二次電池」の需要も増えている。これと同時に、二次電池の需要及び規格も薄型化、小サイズ化及び軽量化に向かって発展している。また、電子製品機能の多様化、高速度、高性能及び高パワーの需要に対応するため、二次電池の容量に対する需要も徐々に増えてきている。
一般的に、リチウムイオン電池のエネルギー密度は約２６０〜２７０ｋＷｈ／ｍ3であり、ニッケル・カドミウムアルカリ二次電池の約二倍またはそれ以上である。リチウムイオン／リチウム高分子二次電池は、急速充電、高パワー放電、高エネルギー密度及び長いサイクル寿命等の利点を有しているため、二次電池では、リチウムイオン電池とリチウム高分子電池は小型電子製品の応用において重要な地位を占めている。
リチウムイオン電池またはリチウム高分子電池の電気化学原理は普通の電池と同様であり、主成分として正極と、負極と、セパレータと、電解液とを含み、充電時にリチウムイオンが正極から負極に移動し、放電時リチウムイオンが負極から正極に移動する。正極と負極はいずれも電子金属収集プレートと電極表面コーティング層を含み、当該正、負電極表面コーティング層はいずれも電極活性化物と、導電粉末と、電極接着剤とを含む。
台湾特許ＴＷ２００８２８６５８号公報
正極表面コーティングを作製する正極ペースト組成物には、高密度コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）等の正極活性物質である金属酸化物粉末及び低密度の炭素粉とグラファイトが含まれるため、電極接着剤のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）と溶媒のＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）との混合及び分散により、沈殿（ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ）現象が起こりやすい。したがって、バルビツール酸によってマレイミドを改質することで、電池電極ペースト溶媒との相溶性を向上させる方法が開発された。しかしながら、未反応のマレイミドとバルビツール酸はイオン化して電極接着剤と結合する可能性があり、電極接着剤本来の柔らかい靱性が破壊されるため、正極の脆性亀裂が生じやすくなり、高密度で圧延して電池のコアになるように巻く時に切れやすいため、生産歩留まりが低く、電解質が消耗し、さらに電気容量が減少するという問題がある。
したがって、いかにして上記問題を解決し、電池製品のサイクル寿命を延ばすかが重要な課題となっている。
本発明は、シランカップリング剤で改質された活性物質と、導電添加剤と、接着剤と、マレイミド添加剤とを含む電池電極ペースト組成物を提供する。
シランカップリング剤で改質された活性物質は、リチウムと少なくとも１つのリチウム以外の金属とを含む。
マレイミド添加剤はマレイミド構造を有する化合物である。
本発明におけるシランカップリング剤で改質された活性物質は、末端に活性がある化学反応基−ＮＨ2または−ＣＨ＝ＣＨ2を含むため、ペーストの調製、塗布、乾燥の加工条件において、ペースト配合におけるマレイミド及びバルビツール酸と反応し、化学結合により結合し、マレイミドとバルビツール酸がイオン化して電極接着剤と結合する可能性を低下させ、最終的に電極プレートが極度に壊れやすいこと及び圧延密度を向上させることができない欠陥を避けることができる。シランカップリング剤で改質された活性物質は、マレイミド、バルビツール酸、導電粉末及び電極接着剤と、Ｎ−メチル−２−ピロリドン溶液に分散し、均一構造のペーストを形成し、リチウムイオン電池またはリチウム高分子電池の正極ペーストの構成として正極プレートアルミニウム金属集電プレートに塗布され、安全であるとともに、電池の抵抗を低下させ、電池の電気容量を向上させたリチウム電池を製造することができる。
以下、特定の具体的な実施例により本発明の実施形態を説明するが、当業者は本明細書の開示内容から本発明の利点及び効果を容易に理解することができる。
本発明に係るリチウム電池に使用される電極ペースト組成物は、シランカップリング剤で改質された活性物質と、導電添加剤と、接着剤と、マレイミド添加剤とを含む。
シランカップリング剤で改質された活性物質は、リチウムと少なくとも１つのリチウム以外の金属とを含む。また、シランカップリング剤で改質された活性物質は、シランカップリング剤が活性物質に結合されることで得られたものを指す。
例を挙げると、シランカップリング剤で改質された活性物質は、シランカップリング剤と活性物質を溶媒、例えばヘキサンにおいて反応させることで得られる。当該反応の一つの具体的な実例では、シランカップリング剤で改質された活性物質において、シランカップリング剤と活性物質の質量比は１：１００００〜１５：１００００であり、活性物質とヘキサンの質量比は２０：１〜３：１であり、反応温度は１３０℃〜１９０℃である。
シランカップリング剤は、−ＮＨ2反応基または−ＣＨ＝ＣＨ2反応基を有するシランカップリング剤が好ましく、例えば：ビニルトリメトキシルシラン、ビニルトリエトキシシラン等のビニルシラン；３−メチルアクリルプロピルメチルジメトキシルシラン、３−メチルアクリルプロピルトリメトキシルシラン、３−メチルアクリルプロピルメチルジエトキシシラン、３−メチルアクリルプロピルトリエトキシシラン、３−アクリルプロピルトリメトキシルシラン等のアクリルシラン；及びＮ−２（アミノエチル）３−アミノプロピルメチルジメトキシルシラン、Ｎ−２（アミノエチル）３−アミノプロピルトリメトキシルシラン、Ｎ−２（アミノエチル）３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシルシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシルシラン、３−アミノ−Ｎ−（１，３−ジメチル−ブチリデン）プロピルトリエトキシシラン等のアミノシランが挙げられる。
一つの具体的な実例において、シランカップリング剤の化学構造は以下の通りである。
Ｈ2Ｎ−（ＣＨ2）3Ｓｉ（ＯＣnＨ2n+1）3またはＣＨ2＝ＣＨ−Ｒ−Ｓｉ（ＯＣnＨ2n+1）3
（式中、ｎは１以上の整数であり、ＲはＣ1〜Ｃ12のアルキレン基である。）
シランカップリング剤で改質された活性物質において、その活性物質の実例は以下を含むが、これらに限定されない：ニッケルコバルトアルミン酸リチウム（lithium nickel cobalt aluminum oxide）（ＮＣＡ）、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム（lithium nickel cobalt manganese oxide）（ＬＮＣＭ）または金属酸化物類の活性物質、例えばコバルト酸リチウム（lithium cobalt oxide）（ＬｉＣｏＯ2）、マンガン酸リチウム（lithium manganese oxide）（ＬｉＭｎＯ2）、ニッケル酸リチウム（lithium nickel oxide）（ＬｉＮｉＯ2）またはリン酸鉄リチウム酸化物（lithium iron phosphate oxide）（ＬｉＦｅＰＯ4）、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム（lithium nickel cobalt manganese oxide）（ＬｉＮｉ0.5Ｃｏ0.2Ｍｎ0.3Ｏ2）であってもよい。
マレイミド添加剤はマレイミド構造を有する化合物である。一つの具体的な実例において、マレイミド添加剤の量は、電池電極ペースト組成物の固形分総質量の０．１〜５質量％を占める。
一つの具体的な実例において、マレイミド構造を有する化合物はポリマレイミド構造を有する化合物である。このようなマレイミド添加剤の量は本発明に係る電池電極ペースト組成物の固形分総質量の０．１〜１質量％を占める。また、ポリマレイミド構造を有する化合物は２つ以上のマレイミド構造を有する化合物である。
他の一つの具体的な実例において、マレイミド構造を有する化合物は単一マレイミド構造を有する化合物またはバルビツール酸構造を有する化合物によって改質されたものである。
他の一つの具体的な実例において、マレイミド構造を有する化合物はバルビツール酸構造を有する化合物によって改質されたもの、またはバルビツール酸構造を有する化合物と、マレイミド構造を有する化合物とを含むものが反応することで得られる、改質型マレイミドといえるものである。このようなマレイミド添加剤の量は本発明に係る電池電極ペースト組成物の固形分総質量の０．５〜５質量％を占める。
前記改質型マレイミドを得るため、一つの具体的な実例において、マレイミド構造を有する化合物とバルビツール酸構造を有する化合物の反応モル比は２５：１〜１：１である。
本発明において使用するバルビツール酸構造を有する化合物は下記式（Ｉ）の構造を有する：
Figure 2016146322
 （式中、Ｘ、Ｙ及びＺはいずれも酸素原子またはそのうちの少なくとも１つが酸素原子に置換されるものであり、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3及びＲ4は独立して水素または（Ｃ1〜Ｃ5）のアルキルから選択される。）
一つの具体的な実施例において、Ｘ、Ｙ及びＺはいずれも酸素原子であり、Ｒ3及びＲ4はいずれも水素であり、Ｒ1及びＲ2は独立して水素または（Ｃ1〜Ｃ5）アルキルから選ばれるが、Ｒ1及びＲ2は同時に水素ではない。
他の一つの具体的な実施例において、Ｘ、Ｙ及びＺのうちの少なくとも１つは硫黄原子に置換されるものであり、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3及びＲ4は独立して水素またはＣ1〜Ｃ5のアルキル基から選択される。
また、マレイミド添加剤として、またはバルビツール酸構造を有する化合物と反応するためのマレイミド構造を有する化合物は、ポリマレイミド構造及び／または単一マレイミド構造を有する化合物であってもよい。
一つの具体的な実施例において、マレイミド構造を有する化合物は下記式（ＩＩ）の構造を有する：
Figure 2016146322
 （式中、ｍ、ｎ及びｏはそれぞれ０以上の整数であり、ｍ、ｎ及びｏは同時に０ではない。）
他の一つの具体的な実施例において、前記ｍ、ｎ及びｏはそれぞれ１より大きい整数である。
他の一つの具体的な実施例において、マレイミド構造を有する化合物は下記式（ＩＩＩ）の構造を有する：
Figure 2016146322
一つの具体的な実施例において、前記Ｃ1〜Ｃ12のアルキレン基は−（ＣＨ2）2−、−（ＣＨ2）6−、−（ＣＨ2）8−、−（ＣＨ2）12−または−ＣＨ2−Ｃ（ＣＨ3）2−ＣＨ2−ＣＨ（ＣＨ3）−（ＣＨ2）2−であってもよい。
一つの具体的な実施例において、マレイミド構造を有する化合物は、単一マレイミド構造を有する化合物であるフェニルマレイミド、Ｎ−（ｐ−メチルフェニル）マレイミド、Ｎ−（ｏ−メチルフェニル）マレイミド、Ｎ−（ｍ−メチルフェニル）マレイミド、Ｎ−シクロヘキシルマレイミド、マレイミド、マレイミドフェノール、マレイミドベンゾシクロブテン、リン含有マレイミド、ホスホン酸含有マレイミド、シロキサン含有マレイミド、Ｎ−（４−テトラヒドロピラニル−オキシフェニル）マレイミド及び２，６−キシリル−マレイミドからなる群から選択される少なくとも１つの化合物である。
前記改質型マレイミドの改質反応は、例えばプロピレン・カーボネート（ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｃａｒｂｏｎａｔｅ、ＰＣ）またはＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を溶媒として使用してもよく、バルビツール酸構造を有する化合物と、ラジカル捕捉剤と、マレイミド構造を有する化合物との合計質量と溶媒質量の質量比は、３：９７〜４０：６０の範囲にある。前記改質反応は１１０〜１３０℃の温度条件において２〜７時間をかけて反応させてもよい。
前記改質型マレイミドはデンドリマーに類似（ｄｅｎｄｒｉｍｅｒ−ｌｉｋｅ）する超分岐（ｈｙｐｅｒｂｒａｎｃｈｅｄ）構造を有し、電池電極ペースト組成物における電極活性物質、例えば金属酸化物と、安定した錯体化合物を形成し、分散性を向上させ、粘度の安定性を長時間維持することができる。
なお、本発明においては、ペースト組成物の電極活性物質として、ＭＣＭＢ（Ｍｅｓｏｐｈａｓｅ Ｃａｒｂｏｎ Ｍｉｃｒｏ Ｂｅａｄｓ、ＭＣＭＢ）及び自然グラファイト粉からなる群の少なくとも１つの負極活性物質を使用してもよい。
活性物質の量は特に制限がないが、必要な電気容量を提供するのに足り、かつ電極膜の加工特性に影響を及ぼさなければよい。一つの具体的な実例において、活性物質は組成物の総質量の２０〜８０質量％（ｗｔ％）を占める。
組成物の導電添加剤の実例は、粒状グラファイトＫＳ４（４μｍ）、粒状グラファイトＫＳ６（６μｍ）、気相法炭素繊維（Ｖａｐｏｒ Ｇｒｏｗｎ Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ、ＶＧＣＦ）及び小粒状カーボンブラック（ＳＰ）の少なくとも１つを含むが、これらに限定されず、通常は気相法炭素繊維（ＶＧＣＦ）を使用する。
表面処理・加工により、官能基を導電添加剤に導入することができ、添加剤表面にマレイミドと反応することができる二重結合官能基を付着させる。例えば、シランカップリング剤またはオレイン酸カップリング剤を用いて導電添加剤を改質させ、導電添加剤表面に改質マレイミド分散剤と反応することができるアミノ基（−ＮＨ2）またはビニル二重結合（−ＣＨ＝ＣＨ2）官能基を付着させる。通常、導電添加剤は組成物の総質量の０．１〜５質量％を占める。
電池電極ペースト組成物の接着剤の実例は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、アクリル樹脂及びスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）を含むが、これらに限定されず、少なくとも１つの接着剤を使用してもよい。接着剤は改質マレイミド分散剤と混合して網状の均一構造になり、ペーストの塗布特性を改善することができる。一つの具体的な実例において、接着剤は組成物の総質量の０．１〜１５質量％を占める。電池電極ペースト組成物はさらに他の添加剤、例えば界面活性剤、及び反応開始剤、例えば過酸化物またはＡＩＢＮ（２，２’−アゾビスイソブチロニトリル）を含んでもよい。
以下の実施例は本発明を説明するために提示するが、本発明の特許請求の範囲はこれによって制限されるものではない。本発明は他の実施形態によって実施または応用してもよく、本明細書における各細部は、異なる観点及び応用に基づき、本発明の主旨を逸脱しない範囲において様々な修正及び変更を施してもよい。
＜実施例＞
合成例１：シランカップリング剤で改質されたコバルト酸リチウムの調製
コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）：３−アミノプロピルトリエトキシシラン（ＡＰＴＥＳ）：ヘキサンを、８７．００：０．０２：１２．９８の質量比で混合し、上記混合物を７０℃で約１時間反応させた後、１０５℃まで昇温させて再び１時間反応させてから、１９０℃まで昇温させて１時間反応させ、シランカップリング剤で改質されたコバルト酸リチウムの初期生成物を得た。上記シランカップリング剤で改質されたコバルト酸リチウムの初期生成物を、ヘキサンを用いて３回洗った後、乾燥室に置き、１１０℃で２〜３時間乾燥させ、最終の精製された生成物、すなわち、シランカップリング剤で改質されたコバルト酸リチウムの粉末を得た。
合成例２：シランカップリング剤で改質された三元系リチウム酸化物の調製
三元系リチウム酸化物（ＬｉＮｉ0.5Ｃｏ0.2Ｍｎ0.3Ｏ2）：３−アミノプロピルトリエトキシシラン（ＡＰＴＥＳ）：ヘキサンを、８７．００：０．０２：１２．９８の質量比で混合し、上記混合物を７０℃で約１時間反応させた後、１０５℃まで昇温させて再び１時間反応させてから、１９０℃まで昇温させて１時間反応させ、シランカップリング剤で改質された三元系リチウム酸化物の初期生成物を得た。上記シランカップリング剤で改質された三元系リチウム酸化物の初期生成物を、ヘキサンを用いて３回洗った後、乾燥室に置き、１１０℃で２〜３時間乾燥させ、最終の精製された生成物、すなわち、シランカップリング剤で改質された三元系リチウム酸化物の粉末を得た。
合成例３：シランカップリング剤で改質されたニッケルコバルトアルミン酸リチウムの調製
ニッケルコバルトアルミン酸リチウム（ＮＣＡ）：３−アミノプロピルトリエトキシシラン（ＡＰＴＥＳ）：ヘキサンを、８７．００：０．０２：１２．９８の質量比で混合し、上記混合物を７０℃で約１時間反応させた後、１０５℃まで昇温させて再び１時間反応させてから、１９０℃まで昇温させて１時間反応させ、シランカップリング剤で改質されたニッケルコバルトアルミン酸リチウムの初期生成物を得た。上記シランカップリング剤で改質されたニッケルコバルトアルミン酸リチウムの初期生成物を、ヘキサンを用いて３回洗った後、乾燥室に置き、１１０℃で２〜３時間乾燥させ、最終の精製された生成物、すなわち、シランカップリング剤で改質されたニッケルコバルトアルミン酸リチウムの粉末を得た。
合成例４：ポリマレイミド分散剤の調製
ビスマレイミド：Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）溶媒を、３：９７の質量比で混合し、上記混合物を１３０℃で約２４時間反応させ、Ｎ−メチル−２−ピロリドンを溶媒とするポリマレイミドを得て、リチウム電池の電極材料の組成物配合の添加剤として使用した。前記ビスマレイミドは下記式（ＩＶ）化合物である：
Figure 2016146322
合成例５：改質型マレイミド分散剤の調製
ビスマレイミド：バルビツール酸（ＢＴＡ）（モル比２：１）を、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに入れ、（ビスマレイミド＋バルビツール酸）：Ｎ−メチル−２−ピロリドンの質量比は５：９５であり、上記混合物を１３０℃で約２４時間反応させ、Ｎ−メチル−２−ピロリドンを溶媒とする改質マレイミドを得て、リチウム電池の電極材料組成物配合の添加剤として使用した。前記ビスマレイミドは下記式（ＩＶ）化合物である：
Figure 2016146322
実施例１：シランカップリング剤で改質されたコバルト酸リチウムを含むリチウムイオン電池の調製
まず、合成例１のシランカップリング剤で改質されたコバルト酸リチウムを６７１．２ｇ、導電助剤（ＳｕｐｅｒＰ）を１７．４ｇ、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を１３．９ｇ、Ｎ−メチル−２−ピロリドンを２９７．５ｇ、プラネタリー型ミキサー（Ｐｌ ａｎｅｔａｒｙ Ｍｉｘｅｒ）に入れ、標準リチウムイオン電池正極ペーストを得て、電池添加剤として、合成例４のポリマレイミド分散剤に前記正極ペーストを２．１ｇ添加した。
続いて、標準リチウムイオン電池正極プレートの調製法にしたがい、アルミホイル表面に前記ペーストを塗布し、正極プレートを得た。
なお、標準リチウムイオン電池負極プレートの調製法にしたがい、負極ペースト及び負極プレートを調製し、すなわち、ＭＣＭＢ２５２８（Ｍｅｓｏｃａｒｂｏｎ Ｍｉｃｒｏ ｂｅａｄｓ）を９３０ｇ、導電グラファイト（ＫＳ４）を２０ｇ、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を６０ｇ、シュウ酸（Ｏｘａｌｉｃ ａｃｉｄ）を４５ｇ、Ｎ−メチル−２−ピロリドンを７５０ｇ、プラネタリー型ミキサーに入れ、負極プレートペーストを得て、そして銅箔表面に前記ペーストを塗布し、負極プレートを得た。
続いて、正極プレート及び負極プレートを組み立てて、寸法が５ｍｍ（高さ）ｘ３７ｍｍ（幅）ｘ５９ｍｍ（長さ）である標準の電池コア（ＪｅｌｌｙＲｏｌｌ、５０３７５９Ｃ）を得て、液体状態の標準電解液（ＰＣ／ＥＣ（エチレン・カーボネート）／ＤＥＣ（炭酸ジエチル）＝２／３／５（体積比）、１．１Ｍ ＬｉＰＦ６と２．０質量％ビニレンカーボネート（ＶＣ）を添加）を４．２ｇ入れ、パッケージング形成後、実施例１のリチウムイオン電池とした。
実施例２：シランカップリング剤で改質された活性物質を含むリチウムイオン電池の調製
実施例１の方法のようにリチウムイオン電池を調製したが、電池添加剤を、前記正極ペーストが７．０ｇ添加された合成例５の改質型マレイミド分散剤にした。
比較例１：未改質のコバルト酸リチウムを含むリチウムイオン電池の調製
実施例１の方法のようにリチウムイオン電池を調製したが、電池添加剤を入れず、シランカップリング剤で改質されたコバルト酸リチウムを未改質のコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）にした。
比較例２：未改質のコバルト酸リチウムを含むリチウムイオン電池の調製
実施例１の方法のようにリチウムイオン電池を調製したが、シランカップリング剤で改質されたコバルト酸リチウムを未改質のコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）にした。
比較例３：未改質のコバルト酸リチウムを含むリチウムイオン電池の調製
実施例２の方法のようにリチウムイオン電池を調製したが、シランカップリング剤で改質されたコバルト酸リチウムを未改質のコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）にした。
実施例１-１：シランカップリング剤で改質された三元系リチウム酸化物を含むリチウムイオン電池の調製
実施例１の方法のようにリチウムイオン電池を調製したが、合成例１のシランカップリング剤で改質されたコバルト酸リチウムを、合成例２のシランカップリング剤で改質された三元系リチウム酸化物にした。
実施例２-１：シランカップリング剤で改質された三元系リチウム酸化物を含むリチウムイオン電池の調製
実施例１-１の方法のようにリチウムイオン電池を調製したが、電池添加剤を、正極ペーストが７．０ｇ添加された合成例５にした。
比較例１-１：未改質の三元系リチウム酸化物を含むリチウムイオン電池の調製
実施例１-１の方法のようにリチウムイオン電池を調製したが、電池添加剤を入れず、シランカップリング剤で改質された三元系リチウム酸化物を、未改質の三元系リチウム酸化物にした。
比較例２-１：未改質の三元系リチウム酸化物を含むリチウムイオン電池の調製
実施例１-１の方法のようにリチウムイオン電池を調製したが、シランカップリング剤で改質された三元系リチウム酸化物を、未改質の三元系リチウム酸化物にした。
比較例３-１：未改質の三元系リチウム酸化物を含むリチウムイオン電池の調製
実施例２-１の方法のようにリチウムイオン電池を調製したが、シランカップリング剤で改質された三元系リチウム酸化物を、未改質の三元系リチウム酸化物にした。
実施例１-２：シランカップリング剤で改質されたニッケルコバルトアルミン酸リチウムを含むリチウムイオン電池の調製
実施例１の方法のようにリチウムイオン電池を調製したが、合成例１のシランカップリング剤で改質されたコバルト酸リチウムを、合成例３のシランカップリング剤で改質されたニッケルコバルトアルミン酸リチウムにした。
実施例２-２：シランカップリング剤で改質されたニッケルコバルトアルミン酸リチウムを含むリチウムイオン電池の調製
実施例１-２の方法のようにリチウムイオン電池を調製したが、電池添加剤を、正極ペーストが７．０ｇ添加された合成例５にした。
比較例１-２：未改質のニッケルコバルトアルミン酸リチウムを含むリチウムイオン電池の調製
実施例１-２の方法のようにリチウムイオン電池を調製したが、電池添加剤を入れず、シランカップリング剤で改質されたニッケルコバルトアルミン酸リチウムを、未改質のニッケルコバルトアルミン酸リチウムにした。
比較例２-２：未改質のニッケルコバルトアルミン酸リチウムを含むリチウムイオン電池の調製
実施例１-２の方法のようにリチウムイオン電池を調製したが、シランカップリング剤で改質されたニッケルコバルトアルミン酸リチウムを、未改質のニッケルコバルトアルミン酸リチウム酸化物にした。
比較例３-２：未改質のニッケルコバルトアルミン酸リチウムを含むリチウムイオン電池の調製
実施例２-２の方法のようにリチウムイオン電池を調製したが、シランカップリング剤で改質されたニッケルコバルトアルミン酸リチウムを、未改質のニッケルコバルトアルミン酸リチウムにした。
評価例１：正極プレート最終圧延密度の評価
標準製造道具によりアルミホイル基材の上記正極プレートをカットし、５０ｃｍ2標準円形面積を得て、所定厚さのアルミホイル（圧延プロセスにおいて、厚さ、直径及び質量は固定で変わらないものとみなす）を含み、アルミホイル基材正極組成の所定質量の純粋な固体物を塗り、Ｍ＝ＤｘＶ（Ｍ：質量、Ｄ：密度、Ｖ：体積）により、圧延前の開始密度と圧延後の最終密度をそれぞれ計算することができる。圧延機械はリチウム電池の製造によく用いられる圧延機器であり、本発明では日本Ｏｎｏ圧延機（最大出力は１５０トンであり、一般的な操作範囲は１０〜３０トンである）を使用し、本明細書の実施例と比較例の圧延密度値を得て、表１〜表３にまとめた。
Figure 2016146322
Figure 2016146322
 aプレートは本来の柔らさを維持し、２回折り畳で切れない
bプレートは本来の柔らさを維持し、２回折り畳で切れる

Figure 2016146322
 aプレートは本来の柔らさを維持し、２回折り畳で切れない
bプレートは本来の柔らさを維持し、２回折り畳で切れる
評価例２：リチウムイオン電池の性能評価１Ｃ充放電速度の安定電流手順のもと、電池性能の評価を行なった。評価は、１回目の放電量、抵抗、室温における５００回サイクル（ｃｙｃｌｅ、１時間で電力を完全に放電させ、１時間で充電させる）充放電後の放電残留量（最後に充電した後、再び放電した電量）と５５℃における５００回サイクル充放電後の放電残量を記録し、表４〜表６にまとめた。
Figure 2016146322
Figure 2016146322
Figure 2016146322
評価例３：リチウムイオン電池の安全性評価針径が２．５ｍｍの針により、電池安全性の評価を行い、針を刺す速度を１ｍｍ／Ｓとして、測った値を表７〜９にまとめた。
Figure 2016146322
Figure 2016146322
Figure 2016146322
表４〜表９のデータから、シランカップリング剤で改質された活性物質をリチウムイオン電池に応用することにより、安全性、高電気容量及び常温または高温における優れたサイクル寿命（ｃｙｃｌｅ ｌｉｆｅ）を同時に有することが分かる。

Claims (14)

  1. リチウムと少なくとも１つのリチウム以外の金属とを含む、シランカップリング剤で改質された活性物質と、
    導電添加剤と、
    接着剤と、
    マレイミド構造を有する化合物を含むマレイミド添加剤と、を含み、
    前記シランカップリング剤で改質された活性物質は、前記シランカップリング剤が活性物質に結合されることで得られたものである電池電極ペースト組成物。
  2. 前記シランカップリング剤は、−ＮＨ2反応基または−ＣＨ＝ＣＨ2反応基を有する、請求項１に記載の電池電極ペースト組成物。
  3. 前記シランカップリング剤は、Ｈ2Ｎ−（ＣＨ2）3Ｓｉ（ＯＣnＨ2n+1）3またはＣＨ2＝ＣＨ−Ｒ−Ｓｉ（ＯＣnＨ2n+1）3で示される化学構造を有し、式中、ｎは１以上の整数であり、Ｒは（Ｃ1〜Ｃ12）アルキレンである、請求項１に記載の電池電極ペースト組成物。
  4. 前記シランカップリング剤が３−アミノプロピルトリエトキシシランである、請求項１に記載の電池電極ペースト組成物。
  5. 前記活性物質が、ニッケルコバルトアルミン酸リチウム（ＮＣＡ）、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム（ＬＮＣＭ）、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ2）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ2）、リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ4）およびニッケルコバルトマンガン酸リチウム（ＬｉＮｉ0.5Ｃｏ0.2Ｍｎ0.3Ｏ2）からなる群から選択される金属酸化物である、請求項１に記載の電池電極ペースト組成物。
  6. 前記マレイミド構造を有する化合物が、ポリマレイミド構造を有する、またはバルビツール酸構造を有する化合物によって改質されている、請求項１に記載の電池電極ペースト組成物。
  7. 前記バルビツール酸構造を有する化合物が下記式（Ｉ）の構造を有する、請求項６に記載の電池電極ペースト組成物。
    Figure 2016146322
     （式中、Ｘ、Ｙ及びＺのそれぞれは酸素原子であるか、又は、Ｘ、Ｙ及びＺの少なくとも１つが硫黄原子に置換され、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3及びＲ4は独立して水素および（Ｃ1〜Ｃ5）アルキルからなる群から選択される。）
  8. Ｘ、Ｙ及びＺのそれぞれは酸素原子であり、Ｒ3及びＲ4それぞれは水素であり、Ｒ1及びＲ2は独立して水素および（Ｃ1〜Ｃ5）アルキルからなる群から選択され、但しＲ1及びＲ2は同時に水素ではない、請求項７に記載の電池電極ペースト組成物。
  9. 前記マレイミド構造を有する化合物が下記式（ＩＩ）の構造を有する、請求項１に記載の電池電極ペースト組成物。
    Figure 2016146322
     （式中、ｍ、ｎ及びｏは独立して０以上の整数であり、但しｍ、ｎ及びｏは同時に０ではない。）
  10. 前記マレイミド構造を有する化合物が下記式（ＩＩＩ）の構造を有する、請求項１に記載の電池電極ペースト組成物。
    Figure 2016146322
  11. 前記マレイミド構造を有する化合物が、フェニルマレイミド、Ｎ−（ｐ−メチルフェニル）マレイミド、Ｎ−（ｏ−メチルフェニル）マレイミド、Ｎ−（ｍ−メチルフェニル）マレイミド、Ｎ−シクロヘキシルマレイミド、マレイミド、マレイミドフェノール、マレイミドベンゾシクロブテン、リン含有マレイミド、ホスホン酸含有マレイミド、シロキサン含有マレイミド、Ｎ−（４−テトラヒドロピラニル−オキシフェニル）マレイミド及び２，６−キシリル−マレイミドからなる群から選択される少なくとも１つの化合物である、請求項１に記載の電池電極ペースト組成物。
  12. 前記マレイミド添加剤の量が、前記電池電極ペースト組成物の固形分総質量の０．１〜５質量％である、請求項１に記載の電池電極ペースト組成物。
  13. 前記接着剤の量が、前記電池電極ペースト組成物の総質量の０．１〜１５質量％である、請求項１に記載の電池電極ペースト組成物。
  14. 前記導電添加剤の量が、前記電池電極ペースト組成物の固形分総質量の０．１〜５質量％である、請求項１に記載の電池電極ペースト組成物。
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