JP2018198196A - 樹脂集電体、リチウムイオン電池用電極、及び、リチウムイオン電池 - Google Patents
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Abstract
Description
すなわち、本発明は、ポリオレフィンとニッケル粒子とを含む導電性樹脂組成物からなる樹脂集電体であって、温度180℃、荷重2.16kgの条件下でJIS K7210−1:2014に記載の方法で測定される上記導電性樹脂組成物のメルトマスフローレートが70〜200g/10minであることを特徴とする樹脂集電体;本発明の樹脂集電体と、上記樹脂集電体の表面に形成された活物質層とを備えることを特徴とするリチウムイオン電池用電極;本発明のリチウムイオン電池用電極を備えることを特徴とするリチウムイオン電池である。
本発明の樹脂集電体は、ポリオレフィンとニッケル粒子とを含む導電性樹脂組成物からなる。本発明の樹脂集電体は、好ましくはリチウムイオン電池用電極の樹脂集電体である。なお、本発明の樹脂集電体は、負極用樹脂集電体として用いられることが好ましい。
第2のポリプロピレンとして、市場から入手できるものとしては、商品名「サンアロマーPHA03A」(42g/10min)、「サンアロマーPC630A」(7.5g/10min)、「サンアロマーPM600A」(7g/10min)、「サンアロマーPL500A」(3g/10min)、「サンアロマーPM900A」(30g/10min)[サンアロマー(株)製]、商品名「ウェイマックスMFX3」(8g/10min)[日本ポリプロ(株)製]、商品名「ユーメックス1001」(230g/10min)、「ユーメックスCA620」(100g/10min)[三洋化成工業(株)製]等が挙げられる。
なお、商品名の後の括弧内に記載した値は、そのポリプロピレンのメルトマスフローレート(MFR)である。
なお、第1のポリプロピレンのメルトマスフローレート(MFR1)及び第2のポリプロピレンのメルトマスフローレート(MFR2)とは、温度230℃、荷重2.16kgの条件下でJIS K7210−1:2014に記載の方法でそれぞれ測定される。第1のポリプロピレン又は第2のポリプロピレンが2種以上のポリプロピレンからなる場合、MFR1又はMFR2はそれぞれを構成するポリプロピレンのMFRの加重平均値として計算して得ることができる。
なお、メジアン径とは、体積分布に基づくメジアン径であり、レーザー式粒度分布測定装置(LA−920:堀場製作所製)によって測定される。
本発明の樹脂集電体は、好ましくは、以下の方法で製造することができる。
本発明のリチウムイオン電池用電極は、上述した本発明の樹脂集電体と、樹脂集電体の表面に形成された活物質層とを備えることを特徴とする。
本発明のリチウムイオン電池は、本発明のリチウムイオン電池用電極を備えることを特徴とする。
2軸押出機にて、第1のポリプロピレン[商品名「サンアロマーPM854X」、サンアロマー(株)製]、第2のポリプロピレン[商品名「ユーメックスCA620」、三洋化成工業(株)製]、ニッケル粒子1[商品名「Type255」、Vale社製、メジアン径:20μm]を180℃、100rpm、滞留時間5分の条件で溶融混練して導電性樹脂組成物(Z−1)を得た。表1には、第1のポリプロピレンと第2のポリプロピレンとの重量比を示している。また、ポリオレフィンとニッケル粒子との重量比は、ポリオレフィン:ニッケル粒子=30:70である。
得られた導電性樹脂組成物(Z−1)をTダイから押し出し、熱プレス機により圧延することで、膜厚200μmの樹脂集電体(X−1)を得た。
表1に示す第1のポリプロピレン及び第2のポリプロピレンを用いたことを除いて、実施例1と同様の方法により導電性樹脂組成物(Z−2)〜(Z−5)を得た。
得られた導電性樹脂組成物(Z−2)〜(Z−5)をTダイから押し出し、熱プレス機により圧延することで、表2に示す膜厚の樹脂集電体(X−2)〜(X−5)を得た。
表1に示す第1のポリプロピレン及び第2のポリプロピレンを用い、ニッケル粒子2[商品名「4SP−10」:商品名「HCA−1」=29:71(重量比)、いずれもVale社製]を用いたことを除いて、実施例1と同様の方法により導電性樹脂組成物(Z−6)を得た。ポリオレフィンとニッケル粒子との重量比は、ポリオレフィン:ニッケル粒子=39:61である。
得られた導電性樹脂組成物(Z−6)をTダイから押し出し、熱プレス機により圧延することで、膜厚160μmの樹脂集電体(X−6)を得た。
表1に示す第1のポリプロピレン及び第2のポリプロピレンを用い、ニッケル粒子3[商品名「4SP−10」:商品名「Type123」=33:67(重量比)、いずれもVale社製]を用いたことを除いて、実施例1と同様の方法により導電性樹脂組成物(Z−7)を得た。ポリオレフィンとニッケル粒子との重量比は、ポリオレフィン:ニッケル粒子=40:60である。
得られた導電性樹脂組成物(Z−7)をTダイから押し出し、熱プレス機により圧延することで、膜厚180μmの樹脂集電体(X−7)を得た。
表1に示す実施例5のポリプロピレンを用いて、実施例1と同様の方法により導電性樹脂組成物(Z−8)を得た。ポリオレフィンとニッケル粒子との重量比は、ポリオレフィン:ニッケル粒子=35:65である。
得られた導電性樹脂組成物(Z−8)をTダイから押し出し、熱プレス機により圧延することで、膜厚80μmの樹脂集電体(X−8)を得た。
実施例5で得られた導電性樹脂組成物(Z−5)をTダイから押し出し、熱プレス機により圧延することで、膜厚50μmの第1の導電性樹脂層(X−9−1)を得た。同様にして、実施例6で得られた導電性樹脂組成物(Z−6)から膜厚80μmの第2の導電性樹脂層(X−9−2)を得た。第1の導電性樹脂層(X−9−1)、第2の導電性樹脂層(X−9−2)の順に重ねて、熱プレス機で接着して膜厚130μmの樹脂集電体(X−9)を得た。
実施例5で得られた導電性樹脂組成物(Z−5)をTダイから押し出し、熱プレス機により圧延することで、膜厚40μmの第1の導電性樹脂層(X−10−1)を得た。同様にして、実施例8で得られた導電性樹脂組成物(Z−8)から膜厚30μmの第2の導電性樹脂層(X−10−2)を、実施例6で得られた導電性樹脂組成物(Z−6)から膜厚50μmの第3の導電性樹脂層(X−10−3)を得た。第1の導電性樹脂層(X−10−1)、第2の導電性樹脂層(X−10−2)、第3の導電性樹脂層(X−10−3)の順に重ねて、熱プレス機で接着して膜厚120μmの樹脂集電体(X−10)を得た。
実施例5で得られた導電性樹脂組成物(Z−5)をTダイから押し出し、熱プレス機により圧延することで、膜厚35μmの第1の導電性樹脂層(X−11−1)を得た。同様にして、実施例6で得られた導電性樹脂組成物(Z−6)から膜厚50μmの第2の導電性樹脂層(X−11−2)を得た。第1の導電性樹脂層(X−11−1)、第2の導電性樹脂層(X−11−2)、第1の導電性樹脂層(X−11−1)の順に重ねて、熱プレス機で接着して膜厚120μmの樹脂集電体(X−11)を得た。
実施例5で得られた導電性樹脂組成物(Z−5)をTダイから押し出し、熱プレス機により圧延することで、膜厚50μmの第1の導電性樹脂層(X−12−1)を得た。第1の導電性樹脂層(X−12−1)を2枚重ねて、熱プレス機で接着して膜厚100μmの樹脂集電体(X−12)を得た。
表1に示す第1のポリプロピレン及び第2のポリプロピレンを用いたことを除いて、実施例1と同様の方法により導電性樹脂組成物(Z´−1)〜(Z´−3)を得た。
得られた導電性樹脂組成物(Z´−1)〜(Z´−3)をTダイから押し出し、熱プレス機により圧延することで、表2に示す膜厚の樹脂集電体(X´−1)〜(X´−3)を得た。
表1に示す第1のポリプロピレン及び第2のポリプロピレンを用いたことを除いて、実施例1と同様の方法により導電性樹脂組成物(Z´−4)を得た。得られた導電性樹脂組成物(Z´−4)は流動性が高いため、フィルム状に製膜することが困難であり、樹脂集電体(X´−4)を得ることができなかった。
表1に示す第1のポリプロピレン及び第2のポリプロピレンを用い、ニッケル粒子2を用いたことを除いて、実施例1と同様の方法により導電性樹脂組成物(Z´−5)を得た。ポリオレフィンとニッケル粒子との重量比は、ポリオレフィン:ニッケル粒子=39:61である。得られた導電性樹脂組成物(Z´−5)は流動性が高いため、フィルム状に製膜することが困難であり、樹脂集電体(X´−5)を得ることができなかった。
表1に示す第1のポリプロピレン及び第2のポリプロピレンを用い、ニッケル粒子3を用いたことを除いて、実施例1と同様の方法により導電性樹脂組成物(Z´−6)を得た。ポリオレフィンとニッケル粒子との重量比は、ポリオレフィン:ニッケル粒子=40:60である。得られた導電性樹脂組成物(Z´−6)は流動性が高いため、フィルム状に製膜することが困難であり、樹脂集電体(X´−6)を得ることができなかった。
なお、表中に記載した第1のポリプロピレン及び第2のポリプロピレンのMFRの値は、温度230℃、荷重2.16kgの条件下でJIS K7210−1:2014に記載の方法で測定される値である。また、表1には、第1のポリプロピレンのメルトマスフローレート(MFR1)と前記第2のポリプロピレンのメルトマスフローレート(MFR2)との差であるMFR2−MFR1の値も示している。
<実施例1>
ブロックポリプロピレン[商品名「サンアロマーPM854X」、サンアロマー(株)製]
酸変性ポリプロピレン[商品名「ユーメックスCA620」、三洋化成工業(株)製]
<実施例2>
ブロックポリプロピレン[商品名「サンアロマーPM854X」、サンアロマー(株)製]
長鎖分岐構造を有するポリプロピレン[商品名「ウェイマックスMFX3」、日本ポリプロ(株)製]
酸変性ポリプロピレン[商品名「ユーメックス1001」、三洋化成工業(株)製]
<実施例3>
ブロックポリプロピレン[商品名「サンアロマーPM854X」、サンアロマー(株)製]
ホモポリプロピレン[商品名「サンアロマーPHA03A」、サンアロマー(株)製]
酸変性ポリプロピレン[商品名「ユーメックス1001」、三洋化成工業(株)製]
<実施例4>
ブロックポリプロピレン[商品名「サンアロマーPM854X」、サンアロマー(株)製]
酸変性ポリプロピレン[商品名「ユーメックス1001」、三洋化成工業(株)製]
<実施例5>
ブロックポリプロピレン[商品名「サンアロマーPC684S」、サンアロマー(株)製]
ホモポリプロピレン[商品名「サンアロマーPHA03A」、サンアロマー(株)製]
酸変性ポリプロピレン[商品名「ユーメックス1001」、三洋化成工業(株)製]
<実施例6>
ブロックポリプロピレン[商品名「サンアロマーPM854X」、サンアロマー(株)製]
酸変性ポリプロピレン[商品名「ユーメックス1001」、三洋化成工業(株)製]
<実施例7>
ブロックポリプロピレン[商品名「サンアロマーPM854X」、サンアロマー(株)製]
酸変性ポリプロピレン[商品名「ユーメックス1001」、三洋化成工業(株)製]
<比較例1>
ブロックポリプロピレン[商品名「サンアロマーPM854X」、サンアロマー(株)製]
ホモポリプロピレン[商品名「サンアロマーPHA03A」、サンアロマー(株)製]
<比較例2>
ホモポリプロピレン[商品名「サンアロマーPM900A」、サンアロマー(株)製]
酸変性ポリプロピレン[商品名「ユーメックス1001」、三洋化成工業(株)製]
<比較例3>
ホモポリプロピレン[商品名「サンアロマーPM900A」、サンアロマー(株)製]
酸変性ポリプロピレン[商品名「ユーメックス1001」、三洋化成工業(株)製]
<比較例4>
ブロックポリプロピレン[商品名「サンアロマーPM854X」、サンアロマー(株)製]
酸変性ポリプロピレン[商品名「ユーメックス1001」、三洋化成工業(株)製]
<比較例5>
ブロックポリプロピレン[商品名「サンアロマーPM854X」、サンアロマー(株)製]
酸変性ポリプロピレン[商品名「ユーメックス1001」、三洋化成工業(株)製]
<比較例6>
ブロックポリプロピレン[商品名「サンアロマーPM854X」、サンアロマー(株)製]
酸変性ポリプロピレン[商品名「ユーメックス1001」、三洋化成工業(株)製]
<導電性樹脂組成物のMFRの測定>
導電性樹脂組成物(Z−1)〜(Z−8)及び(Z´−1)〜(Z´−6)について、温度180℃、荷重2.16kgの条件下でJIS K7210−1:2014に記載の方法によりメルトマスフローレート(MFR)を測定した。
樹脂集電体(X−1)〜(X−12)及び(X´−1)〜(X´−3)を3cm×10cm程度の短冊に裁断し、電気抵抗測定器[IMC−0240型、井元製作所(株)製]及び抵抗計[RM3548、HIOKI製]を用いて各樹脂集電体の貫通抵抗値を測定した。
電気抵抗測定器に2.16kgの荷重をかけた状態での樹脂集電体の抵抗値を測定し、2.16kgの荷重をかけてから60秒後の値をその樹脂集電体の抵抗値とした。下記の式に示すように、抵抗測定時の冶具の接触表面の面積(3.14cm2)をかけた値を貫通抵抗値とした。
貫通抵抗値(Ω・cm2)=抵抗値(Ω)×3.14(cm2)
貫通抵抗値が20Ω・cm2未満である場合を◎(優)、20Ω・cm2以上150Ω・cm2未満である場合を○(良)、150Ω・cm2以上10000Ω・cm2未満である場合を△(可)、10000Ω・cm2以上である場合を×(不可)と判定した。
Claims (11)
- ポリオレフィンとニッケル粒子とを含む導電性樹脂組成物からなる樹脂集電体であって、
温度180℃、荷重2.16kgの条件下でJIS K7210−1:2014に記載の方法で測定される前記導電性樹脂組成物のメルトマスフローレートが70〜200g/10minであることを特徴とする樹脂集電体。 - 前記ポリオレフィンが、ポリプロピレンである請求項1に記載の樹脂集電体。
- 前記ポリプロピレンが、第1のポリプロピレンと第2のポリプロピレンとの混合物であり、
前記第1のポリプロピレンは、ブロックポリプロピレンであり、
前記第2のポリプロピレンは、ホモポリプロピレン、ランダムポリプロピレン、長鎖分岐構造を有するポリプロピレン及び酸変性ポリプロピレンからなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項2に記載の樹脂集電体。 - 温度230℃、荷重2.16kgの条件下でJIS K7210−1:2014に記載の方法で測定される前記第1のポリプロピレンのメルトマスフローレート(MFR1)よりも、前記の条件と方法によって測定される前記第2のポリプロピレンのメルトマスフローレート(MFR2)が大きい請求項3に記載の樹脂集電体。
- 前記第1のポリプロピレンのメルトマスフローレート(MFR1)と前記第2のポリプロピレンのメルトマスフローレート(MFR2)との差が10g/10minを超える請求項4に記載の樹脂集電体。
- 前記ニッケル粒子の体積分布に基づくメジアン径が1〜20μmである請求項1〜5のいずれか1項に記載の樹脂集電体。
- 前記ポリオレフィンと前記ニッケル粒子との重量比が、ポリオレフィン:ニッケル粒子=25:75〜40:60である請求項1〜6のいずれか1項に記載の樹脂集電体。
- 前記ポリオレフィンと前記ニッケル粒子との重量比が異なる、2層以上の導電性樹脂層からなる請求項1〜7のいずれか1項に記載の樹脂集電体。
- 負極用樹脂集電体として用いられる請求項1〜8のいずれか1項に記載の樹脂集電体。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載の樹脂集電体と、
前記樹脂集電体の表面に形成された活物質層とを備えることを特徴とするリチウムイオン電池用電極。 - 請求項10に記載のリチウムイオン電池用電極を備えることを特徴とするリチウムイオン電池。
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