JP2018508928A - 電極形成組成物 - Google Patents

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Abstract

本発明は、(a)少なくとも1つのフルオロポリマー[ポリマー(F)]と、(b)少なくとも1つの活性電極材料の粒子[粒子(P)]であって、− 式(I):Li[Lix(APBQCW)1−x]O2(I)(式中、A、B、およびCは、互いに異なり、Fe、Ni、Mn、およびCoからなる群から選択され、xは、0〜0.3に含まれ、Pは、0.2〜0.8、好ましくは0.2〜0.5、より好ましくは0.2から0.4に含まれ、Qは、0.1〜0.4に含まれ、且つ、Wは、0.1〜0.4に含まれる)の少なくとも1つの活性電極化合物[化合物(NMC)]を含むコア、および− リチウムと異なる金属化合物[化合物(M)]からなる外層であって、前記コアを少なくとも部分的に取り囲む、外層を含む、粒子(P)と、(c)液体媒体[媒体(L)]とを含む電極形成組成物に関する。また、本発明は、前記電極形成組成物を製造するためのプロセス、正電極を製造するためのプロセスにおける前記電極形成組成物の使用、およびこれらから得ることができる正電極に関する。【選択図】なし

Description

本出願は、2014年12月19日に出願された欧州特許出願第14199484.8号に対する優先権を主張するものであり、この出願の全内容は、すべての目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、電極形成組成物、前記電極形成組成物を製造するためのプロセス、正電極を製造するためのプロセスにおける前記電極形成組成物の使用、およびこれらから得ることができる正電極に関する。
フッ化ビニリデン(VDF)ポリマーは、電池、好ましくは二次電池、および電気二重層キャパシターなどの非水性型電気化学デバイスでの使用のための電極の製造用のバインダーとして適切であることが当該技術分野において知られている。
一般的には、電極の製造技術は、VDFポリマーバインダーを溶解させ、それらを粉末状電極材料およびすべてのその他の適切な成分と均質化して金属コレクターに塗布されるペーストを製造するためにN−メチル−2−ピロリドン(NMP)などの有機溶媒の使用を伴う。
典型的には、有機溶媒の役割は、有機溶媒の蒸発の際に粉末状電極材料粒子をそれぞれともにおよび金属コレクターに結合させるためにVDFポリマーを溶解させることである。
それにもかかわらず、最近になって、有機溶媒の使用が、より環境にやさしい技法を確保するために一般的に回避されるアプローチが追求され、水希釈型溶液が提案されている。
それにもかかわらず、カソード材料は、最終電極性能に悪影響を及ぼす、カソード材料の水への溶解性、および/または、場合により、材料の完全な分解をもたらす加水分解現象のため、一般的に水分に影響を受けやすい。従って、電極を製造するための水希釈型ルートは、電極それ自体の製造中に導入される水分であって、典型的な運転の高温で活物質を攻撃する可能性がある水分の避けられない存在のために、溶解性および/または分解が問題となるときには、より乏しい最終電池性能をもたらし得るまたは完全に実行できない解決策でさえあり得る。
その他の面では、Li電池でのそれらの性能を向上させるための正(カソード)電極材料のコーティングまたはメッキを伴う技術が、PVDFバインダーを含むカソードを作製するためにこれらが使用される実施形態を含めて、当技術分野においてすでに知られている。
たとえば、2002年6月20日に公開の米国特許出願公開第2002/076486号明細書(SAMSUNG SDI CO.,LTD.)では、液体媒体におけるカソード活物質およびコーティング前駆体を含む組成物を同時に混合し乾燥させる工程を含む正電極材料をコーティングする方法を開示している。液体媒体は、水、またはアルコールなどの有機溶媒であることができる。コーティングの元素は、Mg、Al、Co、K、Na、Ca、Si、Ti、V、Sn、Ge、Ga、B、As、Zr、好ましくはAlまたはBのいずれかである。コーティングされた材料が、NMPに溶解したPVDFを含むペーストから電極を製作するために使用される。
このように、活性電極材料の水分吸収による悪影響がなく、電気化学デバイスにおける操作の間、優れた性能を示す電極を提供する電極形成組成物における当技術分野での欠点が依然として存在する。
本発明の電極形成組成物を集電体の1つの表面に対して塗布することによって得られた電極構造を示す。 セパレーターを有する一対の電極構造体を組み立てることによって得られた積層構造体である。
ここにおいて、本出願人は、金属化合物からなる外層を含む特定のコア−シェル活性電極材料粒子を含む電極形成組成物から製造された電極を含む電気化学デバイスにおいて優れた性能を確証することが可能であることを見出した。
第1の例においては、本発明は、
(a)少なくとも1つのフルオロポリマー[ポリマー(F)]と、
(b)少なくとも1つの活性電極材料の粒子[粒子(P)]であって、
− 式(I):
Li[Li(A1−x]O (I)
(式中、A、B、およびCは、互いに異なり、Fe、Ni、Mn、およびCoからなる群から選択され、xは、0〜0.3に含まれ、Pは、0.2〜0.8、好ましくは0.2〜0.5、より好ましくは0.2〜0.4に含まれ、Qは、0.1〜0.4に含まれ、且つ、Wは、0.1〜0.4に含まれる)の少なくとも1つの活性電極化合物[化合物(NMC)]を含むコア、および
− リチウムと異なる金属化合物[化合物(M)]からなる外層であって、
前記コアを少なくとも部分的に取り囲む、外層
を含む、粒子(P)と、
(c)液体媒体[媒体(L)]と
を含む電極形成組成物に関する。
驚くべきことに、出願人は、有利には、本発明の電極形成組成物は、コーティングされていない活性電極材料粒子から作製された正電極を含む電気化学デバイスに比べて、高い充電/放電率下でさえ、且つ、従来の活性電極材料粒子のコアを含むコア−シェル活性電極材料粒子から、または、従来の電極形成組成物から得られた結果に比べて、さらに良い、大きく向上した容量保持値を示す電気化学デバイスに驚くべきことに結びつく正電極を製造することを可能にすることを見出した。
本発明の目的のために、「フルオロポリマー[ポリマー(F)]」という表現は、少なくとも1つのフッ素原子を含む少なくとも1つのエチレン系不飽和モノマー(本明細書では以下、フッ素化モノマー)に由来する15モル%超の繰り返し単位を含む任意のポリマーを意味することを意図する。
フルオロポリマーは、少なくとも1つのフッ素化モノマーに由来する好ましくは20モル%超、より好ましくは30モル%超の繰り返し単位を含む。
フッ素化モノマーは、1つまたは複数のその他のハロゲン原子、特に塩素をさらに含むことができる。フッ素化モノマーが水素原子を含まない場合、それは、パー(ハロ)フルオロモノマーと称される。フッ素化モノマーが少なくとも1つの水素原子を含む場合、それは、水素含有フッ素化モノマーと称される。
ポリマー(F)は、1つまたは複数のフッ化モノマーのホモポリマーであることができる、あるいは、少なくとも1つのフッ化モノマー、および、任意選択的に、少なくとも1つの水素化(すなわち、フッ素原子を含まない)モノマーに由来する繰り返し単位を含むコポリマーであることができる。
適切なフッ化モノマーの非限定的な例は、
− テトラフルオロエチレン(TFE)、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン(VDF)、トリフルオロエチレン(TrFE)、ヘキサフルオロプロペン(HFP)、ペンタフルオロプロピレン、およびヘキサフルオロイソブチレンなどの、C〜Cフルオロ−および/またはパーフルオロオレフィン;
− 式CH=CH−Rf0(式中、Rf0は、C〜Cパーフルオロアルキル基である)のパーフルオロアルキルエチレン;
− クロロトリフルオロエチレン(CTFE)などのクロロ−および/またはブロモ−および/またはヨード−C〜Cフルオロオレフィン;
− 式CF=CFORf1(式中、Rf1は、C〜Cフルオロ−またはパーフルオロアルキル基、たとえば、CF、C、Cである)のフルオロアルキルビニルエーテル;
− 式CF=CFOX(式中、Xは、1つまたは複数のエーテル基を有するC〜C12オキシアルキル基またはC〜C12(パー)フルオロオキシアルキル基、たとえばパーフルオロ−2−プロポキシ−プロピル基である)のフルオロ−オキシアルキルビニルエーテル;
− 式CF=CFOCFORf2(式中、Rf2は、C〜Cフルオロ−またはパーフルオロアルキル基、たとえばCF、−C、−C、あるいは1つまたは複数のエーテル基を有するC〜C(パー)フルオロオキシアルキル基、たとえば−C−O−CFである)のフルオロアルキル−メトキシ−ビニルエーテル;
− 式:
(式中、Rf3、Rf4、Rf5、Rf6のそれぞれは、互いに等しくまたは異なり、独立して、フッ素原子、任意選択的に1つまたは複数の酸素原子を含む、C〜Cフルオロ−またはパー(ハロ)フルオロアルキル、たとえばCF、−C、−C、−OCF、−OCFCFOCFである)
のフルオロジオキソールからなる群から特に選択される。
適切な水素化モノマーの非限定的な例は、エチレン、プロピレン、酢酸ビニル、アクリルモノマーなどのビニルモノマー、ならびにスチレンおよびp−メチルスチレンなどのスチレンモノマーからなる群から特に選択される。
本発明の目的のために、「少なくとも1つのフルオロポリマー[ポリマー(F)]」という表現は、1つまたは複数のポリマー(F)を意味することを意図する。有利には、ポリマー(F)の混合物は、本発明の目的のために使用することができる。
ポリマー(F)は、好ましくは熱可塑性である。「熱可塑性」という用語は、本発明の目的のために、室温で、それが非晶質である場合、そのガラス転移温度未満で、または、それが半結晶性である場合、その融点未満で存在し、且つ、直鎖型である(すなわち、網状ではない)ポリマーを意味すると理解される。このポリマーは、明らかな化学変化なしに、加熱されると軟化し、冷却されると再び硬化する特性を有する。このような定義は、たとえば、1989年にElsevier Applied Scienceによって出版された、“Polymer Science Dictionary”,Mark S.M.Alger,London School of Polymer Technology,Polytechnic of North London,UKと称される百科事典に見出され得る。
従って、熱可塑性ポリマーは、エラストマーから区別できる。本発明の目的のために、「エラストマー」という用語は、真のエラストマー、または真のエラストマーを得るための基礎成分として機能するポリマー樹脂を示すことを意図する。真のエラストマーは、それらの固有の長さの2倍まで、室温で、引き伸ばすことができ、そして5分間張力下にそれらを保持した後にそれらが解放されてしまうとすぐに、同時にそれらの最初の長さの10%以内に戻る材料とASTM,Special Technical Bulletin,No.184標準によって定義されている。真のエラストマーを得るための基礎成分として機能するポリマー樹脂は、一般的に、室温未満のガラス転移温度(T)を有する非晶性生成物である。ほとんどの場合に、これらの生成物は、0℃未満のTを有し、且つ、真のエラストマーが形成されることを可能にする反応性官能基(任意選択的に添加剤の存在下で)を含むコポリマーに相当する。
好ましくは、ポリマー(F)は半結晶性である。
「半結晶性」という用語は、ASTM D3418に従って10℃/分の加熱速度で示差走査熱分析(DSC)によって測定した場合に、1J/gより大きい融解熱を有するポリマーを意味することを意図する。
好ましくは、ポリマー(F)は、少なくとも10J/gの、より好ましくは少なくとも30J/gの融解熱を有する。
一般的には、ポリマー(F)は、水素含有フルオロポリマーである。
「水素含有フルオロポリマー」とは、1つまたは複数の水素含有モノマーに由来した繰り返し単位を含む前述で定義されるフルオロポリマーを意味する。水素含有モノマーは、フッ素化(すなわち、少なくとも1つのフッ素原子を含む)モノマーであることができ、または、水素化(すなわち、フッ素原子を含まない)モノマーであることができる。
このように、この定義は、少なくとも1つのパー(ハロ)フルオロモノマー(たとえば、テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロアルキルビニルエーテルなど)と少なくとも1つの水素化モノマー(たとえば、エチレン、プロピレン、ビニルエーテル、アクリルモノマーなど)とのコポリマー、および/または少なくとも1つの水素含有フッ素化モノマー(たとえば、フッ化ビニリデン、トリフルオロエチレン、フッ化ビニルなど)のホモポリマー、ならびに少なくとも1つのフッ素化および/または水素化モノマーとのそれらのコポリマーを特に包含する。
好ましくは、ポリマー(F)は、フッ化ビニリデン(VDF)ポリマー、すなわち、フッ化ビニリデンに由来する繰り返し単位を含むポリマーである。
一般的には、VDFポリマー[ポリマー(VDF)]は、有利には溶融相で加工することができ、かつ、ASTM D3418に従って測定される場合、5J/g超、好ましくは7J/g超、さらにより好ましくは10J/g超の融解熱を典型的には有する半結晶性VDFポリマーである。
ポリマー(VDF)は、好ましくは、
(aa)少なくとも50モル%、好ましくは少なくとも70%、より好ましくは少なくとも80モル%のフッ化ビニリデン(VDF)に由来する繰り返し単位と;
(bb)任意選択的に0.1〜20モル%、好ましくは0.1〜15モル%、より好ましくは0.1〜10モル%のVDFとは異なるフッ素化モノマーであって、前記フッ素化モノマーは、フッ化ビニル(VF)、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)、ヘキサフルオロプロペン(HFP)、テトラフルオロエチレン(TFE)、パーフルオロメチルビニルエーテル(MVE)、トリフルオロエチレン(TrFE)、およびこれらからの混合物からなる群から好ましくは選択されるフッ素化モノマーと;
(cc)任意選択的に、モノマー(aa)および(bb)の総量に基づいて、0.1〜10モル%、好ましくは0.1〜5モル%、より好ましくは0.1〜3モル%の少なくとも1つの水素化モノマーと
を含むポリマーである。
本発明の特定の好ましい実施形態によれば、ポリマー(F)は、ビニリデンフルオリド(VDF)、および、式(II):
(式中:
− R、RおよびRは、互いに等しくまたは異なり、独立して、水素原子およびC〜C炭化水素基から選択され、
− Rは、水素原子、または少なくとも1つのヒドロキシル基を含むC〜C炭化水素基である)の少なくとも1つの(メタ)アクリルモノマー(MA)に由来する繰り返し単位を含むポリマーVDFである。
本発明のこの好ましい実施形態によるポリマー(VDF)は、典型的には少なくとも50モル%、好ましくは少なくとも70%、より好ましくは少なくとも80モル%のフッ化ビニリデン(VDF)に由来する繰り返し単位を含む。
ポリマー(F)は、典型的には少なくとも0.01モル%、好ましくは少なくとも0.02モル%、より好ましくは少なくとも0.03モル%の前述で定義される式(II)の少なくとも1つの(メタ)アクリルモノマー(MA)に由来する繰り返し単位を含む。
ポリマー(F)は、典型的には多くとも10モル%、好ましくは多くとも5モル%、より好ましくは多くとも2モル%の前述で定義される式(II)の少なくとも1つの(メタ)アクリルモノマー(MA)に由来する繰り返し単位を含む。
ポリマー(VDF)の(メタ)アクリルモノマー(MA)は、好ましくは式(II−A):
(式中:
− R’、R’およびR’は水素原子であり、かつ、
− R’は、水素原子、または少なくとも1つのヒドロキシル基を含むC〜C炭化水素基である)からなる。
(メタ)アクリルモノマー(MA)の非限定的な例としては、特に、アクリル酸、メタクリル酸、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ヒドロキシエチルヘキシル(メタ)アクリレートが挙げられる。
(メタ)アクリルモノマー(MA)は、
− 下式のヒドロキシエチルアクリレート(HEA):
− 下式の2−ヒドロキシプロピルアクリレート(HPA):
− 下式のアクリル酸(AA):
− および、これらの混合物からなる群からより好ましくは選択される。
良好な結果が、ポリマー(VDF)の(メタ)アクリルモノマー(MA)がアクリル酸(AA)またはヒドロキシエチルアクリレート(HEA)である場合に得られている。
ポリマー(VDF)は、VDFとは異なる少なくとも1つのその他のフッ素化モノマーであって、前記フッ素化モノマーは、フッ化ビニル(VF)、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)、ヘキサフルオロプロペン(HFP)、テトラフルオロエチレン(TFE)、パーフルオロメチルビニルエーテル(MVE)、トリフルオロエチレン(TrFE)、およびこれらからの混合物からなる群から好ましくは選択されるフッ素化モノマーに由来する繰り返し単位をさらに含むことができる。
ポリマー(VDF)が、VDFとは異なる少なくとも1つのフッ素化モノマーに由来する繰り返し単位を含む場合、典型的には、ポリマー(VDF)は、0.1〜20モル%、好ましくは0.1〜15モル%、より好ましくは0.1〜10モル%の前記モノマーに由来する繰り返し単位を含む。
一般的には、本発明に使用されるポリマー(F)は、懸濁、溶液、および超臨界CO重合プロセスが特に使用されることができるが、水性フリーラジカル乳化重合を用いて、当技術分野で公知の重合プロセスによって製造される。
典型的には、水性フリーラジカル乳化重合は、少なくとも1つの開始剤、少なくとも1つの非官能性パーフルオロポリエーテル(PFPE)油、および、任意選択的に、少なくとも1つの界面活性剤[界面活性剤(S)]の存在下で実行される。
典型的には、水性フリーラジカル乳化重合は、20バール〜70バール、好ましくは25バール〜65バールに含まれる圧力で実行される。当業者は、とりわけ、使用される開始剤を考慮して重合温度を選択することになる。
典型的には、水性フリーラジカル乳化重合温度は、60℃〜135℃、好ましくは90℃〜130℃に含まれる温度で実行される。
開始剤の選択は特に限定されないが、水性フリーラジカル乳化重合プロセスに適切な水溶性開始剤は、重合プロセスを開始および/または促進させることができる化合物から選択されることが理解される。
無機ラジカル開始剤が使用されることができ、これらに限定されるものではないが、ナトリウム、カリウム、およびアンモニウム過硫酸などの過硫酸、過マンガン酸カリウムなどの過マンガン酸が挙げられる。
また、有機ラジカル開始剤が使用されることができ、これらに限定されるものではないが、以下のもの:アセチルシクロヘキサンスルホニルペルオキシド;ジアセチルペルオキシジカーボネート;ジエチルペルオキシジカーボネート、ジシクロヘキシルペルオキシジカーボネート、ジ−2−エチルヘキシルペルオキシジカーボネートなどのジアルキルペルオキシジカーボネート;tert−ブチルペルネオデカノエート;2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル;tert−ブチルペルピバレート;ジオクタノイルペルオキシド;ジラウロイル−ペルオキシド;2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル);tert−ブチルアゾ−2−シアノブタン;ジベンゾイルペルオキシド;tert−ブチル−ペル−2エチルヘキサノエート;tert−ブチルペルマレエート;2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル);ビス(tert−ブチル−ペルオキシ)シクロヘキサン;tert−ブチルペルオキシイソプロピルカーボネート;tert−ブチルペルアセテート;2,2’−ビス(tert−ブチルペルオキシ)ブタン;ジクミルペルオキシド;ジ−tert−アミルペルオキシド;ジ−tert−ブチルペルオキシド(DTBP);p−メタンヒドロペルオキシド;ピナンヒドロペルオキシド;クメンヒドロペルオキシド;およびtert−ブチルヒドロペルオキシドが挙げられる。
その他の適切なラジカル開始剤としては、特に、クロロカーボン系およびフルオロカーボン系アシルパーオキシド、たとえばトリクロロアセチルパーオキシド、ビス(パーフルオロ−2−プロポキシプロピオニル)パーオキシド、[CFCFCFOCF(CF)COO]、パーフルオロプロピオニルパーオキシド、(CFCFCFCOO)、(CFCFCOO)、{(CFCFCF)−[CF(CF)CFO]−CF(CF)−COO}(式中、m=0〜8である)、[ClCF(CFCOO]、および[HCF(CFCOO](式中、n=0〜8である);パーフルオロアルキルアゾ化合物、たとえばパーフルオロアゾイソプロパン、[(CFCFN=]
(式中、
は、1〜8の炭素を有する直鎖型または分岐型のパーフルオロカーボン基である);安定なまたはヒンダードパーフルオロアルカンラジカル、たとえばヘキサフロオロプロピレン三量体ラジカル、[(CFCF](CFCF)C・ラジカルおよびパーフルオロアルカンなどのハロゲン化フリーラジカル開始剤が挙げられる。
レドックス対を形成する少なくとも2つの成分を含む、レドックス系、たとえば、ジメチルアニリン−ベンゾイルパーオキシド、ジエチルアニリン−ベンゾイルパーオキシドおよびジフェニルアミン−ベンゾイルパーオキシドがまた、重合プロセスを開始させるための開始剤として使用されることができる。
「非官能性パーフルオロポリエーテル(PFPE)油」とは、(パー)フルオロポリオキシアルキレン鎖[鎖(R)]および非官能性末端基を含むパーフルオロポリエーテル(PFPE)油を意味することが本明細書により意図される。
PFPE油の非官能性末端基は、一般的には、任意選択的に、フッ素または水素原子とは異なる1つ以上のハロゲン原子を含む、1〜3の炭素原子を有するフルオロ(ハロ)アルキル基、たとえば、CF−、C−、C−、ClCFCF(CF)−、CFCFClCF−、ClCFCF−、ClCF−から選択される。
非官能性PFPE油は、有利には400〜3000、好ましくは600〜1500に含まれる数平均分子量を有する。
非官能性PFPE油は、好ましくは、以下からなる群から選択される。
(1)GALDEN(登録商標)およびFOMBLIN(登録商標)の商標名でSolvay Specialty Polymers Italy S.p.A.から市販されている非官能性PFPE油、前記PFPE油は、一般的に、以下の式:
CF−[(OCFCF−(OCF]−OCF
m+n=40〜180;m/n=0.5〜2
CF−[(OCF(CF)CF−(OCF]−OCF
p+q=8〜45;p/q=20〜1000
のいずれかに従う少なくとも1つのPFPE油を含む。
(2)DEMNUM(登録商標)の商標名でDaikinから市販されている非官能性PFPE油、前記PFPEは、一般的には、以下の式:
F−(CFCFCFO)−(CFCFCHO)−CFCF
j=0または0を超える整数;n+j=10〜150
に従う少なくとも1つのPFPEを含む。
(3)KRYTOX(登録商標)の商標名でDu Pont de Nemoursから市販されている非官能性PFPE油、前記PFPEは、一般的には、以下の式:
F−(CF(CF)CFO)−CFCF
n=10〜60
に従うヘキサフルオロプロピレンエポキシドの少なくとも1つの低分子量のフッ素末端封止ホモポリマーを含む。
非官能性PFPE油は、前述で定義される式(1)を有するものからさらにより好ましくは選択される。
典型的には、上記で詳述された水性フリーラジカル乳化重合は、連鎖移動剤の存在下で実行される。
連鎖移動剤は、たとえば、アセトン、酢酸エチル、ジエチルエーテル、メチル−tert−ブチルエーテル、イソプロピルアルコールなどの3〜10の炭素原子を有するケトン、エステル、エーテル、または脂肪族アルコール;たとえば、クロロホルム、トリクロロフロオロメタンなどの、1〜6の炭素原子を有する、任意選択的に水素を含有する、クロロ(フルオロ)カーボン;たとえば、ビス(エチル)カーボネート、ビス(イソブチル)カーボネートなどの、アルキルが1〜5の炭素原子を有するビス(アルキル)カーボネートなどのフッ素化モノマーの重合において公知のものから一般的に選択される。連鎖移動剤は、開始時に、重合中に連続的にまたは個別的な量で(段階的に)水性媒体に供給されることができ、連続的または段階的供給が好ましい。
上記で詳述された水性フリーラジカル乳化重合プロセスは、当技術分野にて記載されている(たとえば、1991年2月5日に出願の米国特許第4990283号明細書(AUSIMONT S.P.A.)、1996年3月12日に出願の米国特許第5498680号明細書(AUSIMONT S.P.A.)、および2000年8月15日に出願の米国特許第6103843号明細書(AUSIMONT S.P.A.)を参照されたい)。
界面活性剤(S)は、存在する場合、フッ化界面活性剤[界面活性剤(FS)]、またはフッ素原子を有さない水素化界面活性剤[界面活性剤(H)]であることができる。
典型的には、界面活性剤(FS)は、式(III):
f§(X(M (III)
(式中:
− Rf§は、任意選択的に、1つまたは複数のカテナリーまたは非カテナリー酸素原子を含む、C〜C16(パー)フルオロアルキル鎖、および、(パー)フルオロポリオキシアルキル鎖から選択され、
− Xは、−COO、−PO および−SO から選択され、
− Mは、NH およびアルカリ金属イオンから選択され、かつ、
− kは、1または2である)からなる。
水性フリーラジカル乳化重合プロセスの使用に適する界面活性剤(FS)の非限定的な例は、特に、以下のものが挙げられる:
(1’)CF(CFn0COOM’(式中、nは、4〜10、好ましくは5〜7の範囲の整数であり、好ましくは、nは、6に等しく、M’は、NH、Na、Li、またはK、好ましくはNHを表わす);
(2’)T−(CO)n1(CFYO)m1CFCOOM’’(式中、Tは、Cl原子または式C2x+1−x’Clx’Oのパーフルオロアルコキシド基(xは、1〜3の範囲の整数であり、x’は、0または1である)を表わし、nは、1〜6の範囲の整数であり、mは、0または1〜6の範囲の整数であり、M’’は、NH、Na、Li、またはKを表わし、Yは、Fまたは−CFを表わす);
(3’)F−(CFCFn2−CH−CH−X*OM’’’(式中、X*は、リンまたは硫黄原子であり、好ましくはX*は、硫黄原子であり、M’’’は、NH、Na、Li、またはKを表わし、nは、2〜5の範囲の整数であり、好ましくはnは、3に等しい);
(4’)[R−O−L−COOi+(式中、Lは、直鎖型の部分または完全フッ素化アルキレン基または脂肪族炭化水素基を表し、Rは、直鎖型の部分または完全フッ素化脂肪族基、あるいは、1つまたは複数の酸素原子で割り込まれた直鎖型の部分または完全フッ素化脂肪族基を表し、Xi+は、原子価iを有するカチオンを表し、iは、1,2、または3である);
(5’)A−Rbf−B二官能性フッ素化界面活性剤(式中、AおよびBは、互いに等しくまたは異なり、式−(O)CFY’’−COOM*(式中、M*は、NH、Na、Li、またはKを表わし、好ましくはM*は、NHを表わし、Y’’は、Fまたは−CFであり、pは、0または1である)を有し、Rbfは、A−Rbf−Bの数平均分子量が300〜1800の範囲にあるような二価の(パー)フルオロアルキル鎖または(パー)フルオロポリエーテル鎖である)、ならびに、
(6’)これらの混合物。
水性フリーラジカル乳化重合プロセスへの使用に適する界面活性剤(H)の非限定的な例としては、特に、3−アリルオキシ−2−ヒドロキシ−1−プロパンスルホン酸塩、ポリビニルホスホン酸、ポリアクリル酸、ポリビニルスルホン酸、およびこれらの塩、オクチルフェノールエトキシレート、ポリエチレングリコールおよび/またはポリプロピレングリコール、ならびにこれらのブロックコポリマー、アルキルホスホネートおよびシロキサンベースの界面活性剤などのイオン性および非イオン性水素化界面活性剤が挙げられる。
好ましくは、界面活性剤(H)は、水性ラテックスに加えられ、TRITON(登録商標)XシリーズおよびPLURONIC(登録商標)シリーズとして市販される非イオン性界面活性剤である。
一般的には、水性フリーラジカル乳化重合は、一般的には、10%〜60重量%、好ましくは10%〜50重量%の固形分を有し、かつ、500nm未満、好ましくは400nm未満、より好ましくは300nm未満の平均粒径を有する、少なくとも1つのポリマー(F)を含む水性ラテックスをもたらす。平均粒径は、一般的には少なくとも20nm、好ましくは少なくとも50nmである。
少なくとも1つのポリマー(F)を含む水性ラテックスは、本発明の電極形成組成物を製造するためにそれ自体使用することができる、または、前記少なくとも1つのポリマー(F)は、凝固され、水性重合媒体から分離され、本発明の電極形成組成物に組み込まれる粒子の形態でもたらされることができる。
一般的には、本発明の電極形成組成物は、電極形成組成物の総重量に基づいて、0.5重量%〜10重量%、好ましくは1重量%〜8重量%の量の少なくとも1つのポリマー(F)を含む。
本発明の電極形成組成物は、少なくとも1つの界面活性剤(S)をさらに含むことができる。特に本発明の電極形成組成物を製造するためのプロセスにおいては、ポリマー(F)の自己安定性を向上させさらなる安定化をもたらすために、一般的には、界面活性剤(S)が加えられる。
界面活性剤(S)は、存在する場合、典型的には、水性フリーラジカル乳化重合プロセスの結果として、少なくとも1つのポリマー(F)との組合せにおいて、全体としてまたは部分的に、本発明の電極形成組成物に存在し、かつ/または、全体としてまたは部分的に、重合の後に前記電極形成組成物に加えられることができる。
界面活性剤(FS)は、存在する場合、一般的には、水性フリーラジカル乳化重合プロセスの結果として、前記界面活性剤(FS)を含む少なくとも1つのポリマー(F)の水性ラテックスの形態で、少なくとも1つのポリマー(F)との組合せにおいて一般的に提供される。それにもかかわらずまた、少なくとも一分画の界面活性剤(FS)が本発明の電極形成組成物の製造の間に別々に加えられる実施形態が、考えられる。
界面活性剤(H)は、存在する場合、一般的には、ポリマー(F)とは別に電極形成組成物の製造の間に加えられる。
界面活性剤(S)は、存在する場合、一般的には、電極形成組成物の総重量に基づいて、0.01%〜10重量%、好ましくは0.05%〜5重量%、より好ましくは0.1%〜3重量%の量で存在する。
本発明の目的のために、「活性電極材料」とは、電気化学デバイスの充電/放電サイクルの間にレドックス反応に能動的に関与する電気活性微粒子材料を意味すると意図される。
このように、前述で定義される式(I)の化合物(NMC)は、レドックス反応において実質的に不活性である、粒子(P)の外層の化合物(M)と異なると理解される。
化合物(NMC)は、好ましくは式(I−A):
Li[Lix’(NiP’MnQ’CoW’1−x’]O (I−A)
(式中、x’は、0〜0.3に含まれ、P’は、0.2〜0.8、好ましくは0.2〜0.5、より好ましくは0.2〜0.4に含まれ、Q’は、0.1〜0.4に含まれ、かつ、W’は、0.1〜0.4に含まれる)からなる。
化合物(NMC)は、より好ましくは式(I−B):
Li[Lix’’(NiP’’MnQ’’CoW’’1−x’’]O (I−B)
(式中、x’’は、0に等しく、P’’は、0.2〜0.8、好ましくは0.2〜0.5、より好ましくは0.2〜0.4に含まれ、Q’’は、0.1〜0.4に含まれ、かつ、W’’は、0.1〜0.4に含まれ、但し、合計(P’’+Q’’+W’’)は1に等しいという条件である)からなる。
式(I−A)の適切な化合物(NMC)の非限定的な例は、特に、以下を含む:Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O、Li1.12(Ni0.5Mn0.3Co0.20.88、Li1.12(Ni0.13Mn0.54Co0.13)OおよびLi(Ni0.4Mn0.4Co0.2)O
本発明の一実施形態によれば、前述で定義される式(I)の化合物(NMC)は、式(IV):
LiMn (IV)
(式中、yは、1〜3、好ましくは1.5〜2.5に含まれ、qは、1〜2に含まれ、かつ、zは、2〜4に含まれる)の金属酸化物からなる層によって、少なくとも部分的に取り囲まれることができる。
式(IV)の適切な金属酸化物の非限定的な例としては、特にLiMnOが挙げられる。
前述で定義される式(I)の化合物(NMC)が、前述で定義される式(IV)の金属酸化物からなる層によって少なくとも部分的に取り囲まれる場合、典型的には、式(I)の前記化合物(NMC)および式(IV)の前記金属酸化物の総モルに基づいて、式(IV)の前記金属酸化物は、30モル%〜70モル%に含まれる量で存在する。
粒子(P)の外層は、コアを好ましくは完全に取り囲む(たとえば、封入する)。さらに、粒子(P)が、コアを完全には取り囲まず、コアを部分的に覆い、コアの一部が露出されたままである外層を含むことは可能である。これらの粒子は、外層がコアを完全に取り囲むまたは封入する粒子と比べて、典型的には比較的少量で、典型的には10重量%未満で存在するであろう。
化合物(M)は、1つまたは複数の金属を、典型的には含む、好ましくはこれからなる。
化合物(M)は、典型的にはリチウムと異なる。「リチウムと異なる金属化合物[化合物(M)]」という表現は、その元素酸化状態におけるリチウムと異なる単一金属、さらにそれらの元素酸化状態における2つ以上の金属を含む金属間化合物(金属合金を含む)の両方を包含することを意図し、この場合に、前記金属の少なくとも1つは、リチウムと異なる。
化合物(M)は、Ru、Ti、Cd、Tl、Pb、In、Al、Ti、Cu、Ni、Pd、V、Fe、Cr、Mn、Co、Mo、W、Ag、Au、Pt、Ir、Ru、Pd、Sn、およびGaからなる群から選択される1つまたは複数の金属を好ましくは含む、より好ましくはこれからなる。化合物(M)は、有利には、Ru、Ti、Tl、Pb、In、Al、Ti、Cu、Ni、Pd、V、Fe、Cr、Mn、Co、Mo、W、Ag、Au、Pt、Ir、Ru、Pd、Sn、およびGaの1つである、あるいは、Ru、Ti、Tl、Pb、In、Al、Ti、Cu、Ni、Pd、V、Fe、Cr、Mn、Co、Mo、W、Ag、Au、Pt、Ir、Ru、Pd、Sn、およびGaの1つまたは複数の合金である。化合物(M)は、Ni、Cu、Al、Ag、およびこれらの合金からなる群から選択される1つまたは複数の金属をより好ましくは含む、さらにより好ましくはこれらからなる。化合物(M)は、Ni、Cu、およびこれらの合金からなる群から選択される1つまたは複数の金属をさらにより好ましくは含む、さらにより好ましくはこれらからなる。
本発明の第1の実施形態によれば、典型的には、粒子(P)は、化学蒸着、熱蒸着、イオンビーム蒸着、フィラメント蒸着、真空蒸着、およびスパッターリング技術などの蒸着技術によって得ることができる。
本発明の第2の実施形態によれば、典型的には、粒子(P)は、コーティング、含浸、または浸漬技術を含む、前述で定義される式(I)の少なくとも1つの化合物(NMC)を液相と接触させることを含むプロセスによって得ることができる。
これらの技術の中で、電気メッキおよび無電解メッキは、前述で定義される粒子(P)を製造することに特に適している。非常に良好な結果が、無電解メッキを使用して得られた。
典型的には、電気メッキは、通常、適切な液体媒体における化合物(M)のイオン性前駆体の溶液、メッキされている金属からなることができるアノード(可溶性アノード)、または不溶性アノード(通常、炭素、プラチナ、チタン、鉛、またはスチール)、およびカソードを含む、電解槽において実行される。
化学的または自己触媒的メッキとしても知られる無電解メッキは、典型的には、通常メッキ浴を含む、電気化学槽において実行され、前記メッキ浴は、典型的には、適切な液体媒体における化合物(M)のイオン性前駆体を含み、この場合に、前述で定義される式(I)の化合物(NMC)の粒子が、前記粒子に対して化合物(M)のメッキを誘発する適切な薬剤のさらなる存在において導入される。
一般的には、ゼロよりも高次の酸化状態の金属を含む化合物(M)のイオン性塩が、化合物(M)の前記イオン性塩を還元してその元素状態の化合物(M)を形成することに適する妥当な化学還元剤と組み合わせて使用される。
無電解メッキ浴は、水性媒体または非水性媒体を含むことができる。
典型的には、無電解メッキ浴は、触媒をさらに含み、この触媒は、典型的には、パラジウム、白金、ロジウム、イリジウム、ニッケル、銅、銀、および金に基づく触媒からなる群から選択される。
Cuからなる外層を無電解メッキする目的において、一般的には、水酸化ナトリウム、ホルムアルデヒド、キレート剤(たとえばEDTA)、および銅塩(一般的には、CuSOなどのCu2+塩)を含むメッキ浴が使用される。パラジウムベースの触媒は、前述で定義される式(I)の化合物(NMC)の粒子に対して多くの場合に事前に含浸される。この理論に束縛されることなく、場合により、パラジウムベースの触媒によって触媒された無電解メッキの間、ホルムアルデヒドが、銅イオンを還元して、金属銅が形成するものと、一般的には理解される。
典型的には、本発明の電極形成組成物は、電極形成組成物の総重量に基づいて、80重量%〜98重量%、好ましくは85重量%〜97重量%、より好ましくは87重量%〜96重量%の量の粒子(P)を含む。
本発明の目的のために、「液体媒体」という用語は、大気圧下20℃で液体状態において1つまたは複数の物質を含む媒体を意味することを意図する。
典型的には、本発明の電極形成組成物は、電極形成組成物の総重量に基づいて、25重量%〜70重量%、好ましくは30重量%〜60重量%、より好ましくは32重量%〜60重量%の量の媒体(L)を含む。
本発明の第1の実施形態によれば、媒体(L)は、典型的には水を含む、好ましくはこれからなる。
本発明の第1の実施形態によれば、ポリマー(F)は、典型的には前述で定義される水性ラテックスの形態でもたらされる。
本発明の第2の実施形態によれば、媒体(L)は、典型的には少なくとも1つの有機溶媒[溶媒(S)]を含む、好ましくはこれからからなる。
本発明の第2の実施形態によれば、ポリマー(F)は、典型的には乾燥粉末の形態でもたらされる。
典型的には、溶媒(S)は、N−メチル−2−ピロリドン、N、N−ジメチルホルムアミド、N、N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスファミド、ジオキサン、テトラヒドロフラン、テトラメチル尿素、リン酸トリエチル、およびトリメチルホスフェートなどの極性有機溶媒からなる群から選択される。
本発明の電極形成組成物は、1つまたは複数のその他の成分をさらに含むことができる。
典型的には、本発明の電極形成組成物は、少なくとも1つの導電性付与添加剤をさらに含むことができる。本発明の電極形成組成物が、少なくとも1つの導電性付与添加剤を含む場合、典型的には、前記添加剤は、電極形成組成物の総重量に基づいて、0.5重量%〜15重量%、好ましくは0.75重量%〜12.5重量%、より好ましくは1重量%〜10重量%の量で存在し、有利には電極の導電性を改良することを目的とする。
適切な導電性付与添加剤の非限定的な例としては、特に、カーボンブラック、グラフェンまたはカーボンナノチューブ、ならびにニッケルおよびアルミニウムなどの金属の粉末および繊維が挙げられる。
また、本発明の電極形成組成物は、少なくとも1つの増粘剤をさらに含むことができ、存在する場合、前記少なくとも1つの増粘剤(レオロジー改質剤とも表される)の量は、特に限定されないが、一般的には、電極形成組成物の総重量に基づいて、0.1重量%〜10重量%、好ましくは0.5重量%〜5重量%の範囲にある。一般的には、増粘剤は、キャスティングプロセスにおける組成物の適切な粘度をもたらしながら、本発明の電極形成組成物からの活性電極材料の沈降を防止または遅行するために添加される。適切な増粘剤の非限定的な例としては、特に、部分中和されたポリ(アクリル酸)またはポリ(メタクリル酸)、カルボキシル化メチルセルロースなどのカルボキシル化アルキルセルロースなどの有機増粘剤、モンモリロナイトおよびベントナイトなどの天然粘土、ラポナイトなどの人工粘土、ならびにシリカおよびタルクなどのその他のものなどの無機増粘剤が挙げられる。
第2の例においては、本発明は、本発明の電極形成組成物を製造するためのプロセスに関する。
有利には、このプロセスは、媒体(L)において、少なくとも1つのポリマー(F)、粒子(P)、任意選択的に、1つまたは複数のその他の成分を混合することを含む。
本発明のプロセスにおいては、ポリマー(F)は、乾燥粉末の形態でもたらされることができるまたは液体組成物の形態でもたらされることができる。液体組成物は、水性フリーラジカル乳化重合プロセスから直接得られる少なくとも1つのポリマー(F)を含む水性ラテックスであることができる、あるいは、媒体(L)において少なくとも1つのポリマー(F)の乾燥粉末を分散させることによって得ることができる液体組成物であることができる。
前述で定義される電極形成組成物の媒体(L)において、少なくとも1つのポリマー(F)、粒子(P)、および、任意選択的に1つまたは複数のその他の成分を混合することは、ロールニーダー、ミキサー、ホモミキサー、ボールミキサー、またはビードミルなどの装置によって実行されることができる。
第3の例においては、本発明は、正電極を製造するためのプロセスに関し、前記プロセスは、前述で定義される電極形成組成物を使用することを含む。
有利には、正電極を製造するためのプロセスは、
(i)集電装置の少なくとも1つの表面に対して前述で定義される電極形成組成物を塗布し、これによりフィルムをもたらす工程と、
(ii)工程(i)でもたらされたフィルムを乾燥させる工程と
を含む。
本発明の目的のために、「集電装置」という用語は、電子が充電サイクルまたは放電サイクルの間に流れることができる電気導電基材を意味することを意図する。
典型的には、集電装置は、金属層を含み、好ましくは、鉄、ステンレススチール、スチール、銅、アルミニウム、ニッケル、およびチタンからなる群から選択される金属からなる金属層を含む。
典型的には、集電装置の金属層は、金属ホイルまたは金属グリッドの形態である。
電極形成組成物は、任意の従来の湿式コーティングプロセスによって塗布されることができる。特に、非限定的な例として、湿式コーティングプロセスとしては、スクリーン印刷、ロールコーター、ブレードコーター、スリットコーター、カーテンコーター、ワイヤーコーター、吹付け機、フォームアプリケーター、およびブラシコーターを使用するコーティングを挙げることができる。
典型的には、乾燥は、大気圧または真空下で実行される。あるいは、乾燥は、たとえば、典型的には特に水分が除かれた(0.001%v/v未満の水蒸気含有量)不活性ガス下などの、改善された雰囲気下で行うことができる。乾燥温度は、本発明の正電極から媒体(L)の蒸発による除去を実行するために選択されることになる。
好ましくは、乾燥は、大気圧下で実行される。
本発明のプロセスの工程(i)でもたらされるフィルムは、典型的には25℃〜200℃、好ましくは50℃〜200℃に含まれる温度で乾燥される。
このように、第4の例においては、本発明は、本発明のプロセスによって得ることができる正電極に関する。
第5の例においては、本発明は、本発明の正電極を含む電気化学デバイスに関する。適切な電気化学デバイスの非限定的な例としては、特に、二次電池、好ましくはリチウムイオン電池などの電池、および電気二重層キャパシターなどのキャパシターが挙げられる。
本発明の目的のために、「二次」という用語は、それを再充電するために外部電源を必要とする蓄電池を意味することを意図する。典型的には、電池は、電子が、充電サイクルまたは放電サイクルの間、負電極から正電極へと流れる電気化学電池における電気化学プロセスを受ける。
本発明の目的のために、「負電極」という用語は、酸化が起こる電気化学電池のアノードを意味することを意図する。
本発明の目的のために、「正電極」という用語は、還元が起こる電気化学電池のカソードを意味することを意図する。
図1に示すように、本発明の電極形成組成物は、部分的な断面構造を有する正電極を製造するために使用されることができる。より具体的には、本発明の電極形成組成物は、鉄、ステンレススチール、スチール、銅、アルミニウム、ニッケル、またはチタンなどの金属からなるホイルまたはワイヤーネットを含む、好ましくはこれらからなり、たとえば、小型デバイスにおいて、5〜100μm、または5〜20μmmの厚さを有する集電装置(11)の1つの表面(図1)に対して塗布され、乾燥されて、小型デバイスにおける厚さにおいて、たとえば10〜1000μmの複合材料電極層(12)を形成することができ、これにより、電極構造体(20)をもたらす。
あるいはまた、図1に示される複合材料電極層(12)を、塗布および乾燥によってより良好な剥離性を有する集電装置(11)または任意の基材に対して一旦形成し、次いで、複合材料電極層(12)のみを基材から剥離して電極シートを得て、次いで、電極シートを集電装置(11)に対して電気化学デバイスの製造業者によって電気導電接着剤で貼り付けることで、図1に示されるものと同様の正電極をもたらすことが可能である。
このように形成された正電極(20)は、非水性電解液に浸漬されている状態において使用される電気化学デバイスにおける正電極として、好ましく使用されることができる。たとえば、図2で示される積層構造体(30)は、図1に示される正電極(20)および負電極(10)を配置することによって形成されることができ、その結果、複合材料電極層(12)および(14)が、互いに対して内側におよび反対に配置され、複合材料電極層(12)および(14)の間に挟まれるように液体透過性セパレーター(13)を配置し、非水性電解液で複合材料電極層(12)および(14)ならびにセパレーター(13)を含浸する。図2で示されるこうした積層構造体(30)は、二次電池または電気二重層キャパシターなどの電池を構成することができる。
本発明による正電極は、好ましくは電極構造体(20)(図1)の形態において、二次電池、好ましくはリチウムイオン電池での使用に特に適している。
参照により本明細書に組み込まれる任意の特許、特許出願、および刊行物の開示が、用語を不明瞭にさせ得る程度まで本出願の記載と矛盾する場合、本記載が優先するものとする。
本発明は、その目的が例示的であるにすぎず、本発明の範囲を限定することを意図するものではない、以下の実施例に関連して、ここでより詳細に記載される。
原材料
Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)OUmicore N.Vによって供給された市販の粉末グレード[化合物(NMC−1)]
調製例1−水性VDF−AAポリマーラテックスの製造
バッフルと40rpmで作動する撹拌機とを備えた21リットルの横型反応器オートクレーブに、14リットルの脱イオン水、その後、FLUOROLINK(登録商標)7800 SWナトリウム塩フッ素化界面活性剤の20重量%水溶液0.1gを導入した。35バールの圧力を、VDFガス状モノマーを供給することによって全試行の全体にわたって一定に維持した。次いで、温度を85℃にし、400mlの過硫酸アンモニウム(APS)の37.5g/l水溶液を20分間にわたって加えた。試験の全期間の間、合成されたポリマー250g当たりアクリル酸(AA)の溶液(水に溶解した2.3%w/wアクリル酸)20mlを供給した。混合物5000gが供給されたとき、混合物の供給を中断し、次いで、反応温度を一定に保持したまま、圧力を11バールまで低下させた。最終反応時間は150分であった。反応器を室温に冷却し、ラテックスを取り出し、PLURONIC(登録商標)F108水素化界面活性剤の10重量%水溶液1000gを攪拌しながら加えた。こうして得られたVDF−AAポリマーは、0.15モル%のアクリル酸(AA)モノマーを含んだ。こうして得られた水性ラテックスは、26重量%の固形分を有した。VDF−AAポリマーは、ISO 13321に従って測定して、340nmの平均一次サイズを有する粒子の形態で水性ラテックスに分散する。
調製例2−PVDFポリマーの液体組成物の製造
ポリマーが完全に溶解するまで、8重量%のPVDF溶液を、撹拌下で4gのPVDF粉末および46gのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を混合することによって調製した。
調製例3−金属化プロセス
化合物(NMC−1)の粒子を、無電解メッキによってNiでコーティングした。Ni蒸着の前に、Pd活性化プロセスを、1分間、0.03g/LのPdClを含む水溶液に化合物(NMC−1)を浸漬することによって実行し、高密度でPd粒子によって完全に覆われた化合物(NMC−1)の粒子を得た。次いで、NiClを含む水性メッキ電解質において磁気撹拌(200rpm)の下で、化合物(NMC−1)のこうして活性化した活粒子を浸漬した。メッキ温度は40℃であり、メッキ液のpH値は9.5であった。Niの蒸着の後、化合物(NMC−1)のNiコーティングされた粒子を、200℃で1時間、オーブンにおいて乾燥した。
実施例1−調製例3の化合物(NMC―1)のNiコーティングされた粒子を使用した正電極の製造
水性組成物を、6.8gの調製例1に従って調製した水性VDF−AAポリマーラテックス、0.4667gの増粘剤としてのカルボキシル化メチルセルロース、2.13gの脱イオン水、0.7gのSUPER P(登録商標)導電カーボンブラック、および、32.55gの調製例3に従って調製した化合物(NMC−1)のNiコーティングされた粒子を混合することによって調製した。平らなPTFEディスクを備えたディスパーマット(Dispermat)を使用して混合物を適度な撹拌によって均質化した。正電極は、こうして得られた水性組成物を、ドクターブレードでアルミホイルに対してキャストし、次いで、こうして得られたコーティング層を、60℃で30分間、次いで、110℃で30分間、最後に200℃で60分間、3つの温度工程でオーブンにおいて乾燥させることによって得た。乾燥されたコーティング層の厚さは、約60〜70μmであった。こうして得られた正電極は、4重量%のVDF−AAポリマーバインダー、93重量%の活物質、2重量%の導電添加剤、および1重量%の増粘剤からなった。
実施例2−調製例3の化合物(NMC―1)のNiコーティングされた粒子、正電極の製造:
11.25gの調製例2に従って調製したPVDFポリマーの液体組成物、11.7gのNMP、0.68gのSUPER C65(登録商標)導電カーボンブラック、21.38gの調製例3に従って調製した化合物(NMC−1)のNiコーティングされた粒子を混合することによって調製したスラリーを用いた以外は、実施例1で詳述した同一の手順に従った。スラリー調製に関係する材料はすべて、4Aのモレキュラーシーブを使用して乾燥することによって(溶媒については)、または100℃で一夜加熱することによって(粉末については)、前もって調製した。正電極は、こうして得られたスラリーを、ドクターブレードでアルミホイルに対してキャストし、次いで、こうして得られたコーティング層を、80℃で30分間、次いで、130℃で30分間、2つの温度工程でオーブンにおいて乾燥させることによって得た。乾燥されたコーティング層の厚さは、約60〜70μmであった。こうして得られた正電極は、2重量%のPVDFポリマーバインダー、95重量%の活物質および3重量%の導電添加剤からなった。
比較例1−化合物(NMC−1)のコーティングされていない粒子を使用した正電極の製造
化合物(NMC−1)のコーティングされていない粒子を使用した以外は、正電極を、実施例1で詳述した同一の手順に従って調製した。
比較例2−化合物(NMC−1)のコーティングされていない粒子を使用した正電極の製造
化合物(NMC−1)のコーティングされていない粒子を使用した以外は、正電極を、実施例2で詳述した同一の手順に従って調製した。
比較例3−コーティングされていないLiCoO粒子を使用した正電極の製造
スラリーを、12.5gの調製例2に従って調製したPVDFポリマーの液体組成物、18.5gのNMP、1.0gのSUPER C65(登録商標)導電カーボンブラック、18gの裸のLiCoO粒子を混合することによって調製した。スラリー調製に関係する材料はすべて、4Aのモレキュラーシーブを使用して乾燥することによって(溶剤については)、または100℃で一夜加熱することによって(粉末については)、前もって調製した。平らなPTFEディスクを備えたディスパーマットを使用して混合物を適度な撹拌によって均質化した。正電極は、こうして得られたスラリーを、ドクターブレードでアルミホイルに対してキャストし、次いで、こうして得られたコーティング層を、真空下にて130℃で30分間、オーブンで乾燥させることによって得た。乾燥コーティング層の厚さは、約50〜60μmであった。こうして得られた正電極は、5重量%のPVDFポリマーバインダー、90重量%の活物質、および5重量%の導電添加剤からなった。
比較例4−コーティングされていないLiCoO粒子を使用した正電極の製造
4.15gの調製例1に従って調製した水性VDF−AAポリマーラテックス、増粘剤としての0.12gのカルボキシル化メチルセルロース、12.9gの脱イオン水、0.7gのSUPER C65(登録商標)導電カーボンブラック、21.6gの裸のLiCoO粒子を混合することによって調製した水性組成物を使用した以外は、実施例1で詳述した同一の手順に従った。乾燥したコーティング層の厚さは、約50〜60μmであった。こうして得られた正電極は、4.5重量%のVDF−AAポリマーバインダー、90重量%の活物質、5重量%の導電添加剤、および0.5重量%の増粘剤からなった。
比較例5−CuコーティングされたLiCoO粒子を使用した正電極の製造
無電解メッキによってCuでコーティングされたLiCoO粉末の粒子を使用した以外は、比較例4で詳述した同一の手順に従って、カソードを調製した。Cu蒸着の前に、Pd活性化プロセスを、1分間、0.03g/LのPdClを含む水溶液にLiCoO粒子を含浸することによって実行し、高密度でPd粒子によって完全に覆われているLiCoOを得た。次いで、6g/Lの硫酸銅、27g/LのEDTA、7.47mL/Lのホルムアルデヒド、および5.6g/Lの水酸化ナトリウムを含む水性メッキ浴で、磁気撹拌(200rpm)下で、こうして活性化したLiCoO粒子を浸漬した。メッキ温度は、60℃であり、メッキ溶液のpH値は、12であった。Cuの蒸着後、CuコーティングされたLiCoO粒子を、100℃で2時間、オーブンにて乾燥した。
比較例6−化合物(NMC−1)のZnOコーティングされた粒子を使用した正電極の製造
無電解メッキによってZnOでコーティングされた化合物(NMC−1)の粒子を使用した以外は、実施例1で詳述した同一の手順に従って、カソードを調製した。ZnO蒸着の前に、Pd活性化プロセスを、1分間、0.03g/LのPdClを含む水溶液に化合物(NMC−1)を含浸することによって実行し、高密度でPd粒子によって完全に覆われている化合物(NMC−1)の粒子を得た。次いで、化合物(NMC−1)のこうして活性化した粒子を、0.05Mの硝酸亜鉛、および0.05Mのジメチルアミノボランを含む水性メッキ浴において、磁気撹拌(200rpm)下で浸漬した。メッキ温度は60℃であり、メッキ液のpH値は6.5であった。ZnOの蒸着後、化合物(NMC−1)のZnOコーティングされた粒子を、200℃で2時間、オーブンにて乾燥した。
製造されたカソードの電気化学特性の評価
リチウムコイン電池(CR2032型)を、対電極および参照電極として、実施例1または実施例2、あるいは比較例1〜6のいずれかに従って調製した正電極の小さいディスクにリチウム金属でパンチすることによってArガス雰囲気下でグローブボックスにて調製した。電解質は、エチレンカーボネート(EC)/ジメチルカーボネート(DMC)(1:1容積/容積)に溶解した1M LiPFであり、Whatman(登録商標)ガラス繊維紙をセパレーターとして使用した。低い電流率での最初の充電および放電サイクル後に、電池を、サイクルにわたる容量フェードを示すために5Cの一定電流率で定電流サイクルさせた(以下の表1を参照されたい)。電気化学結果は、有利には、粒子(P)は、コーティングされていない活性電極材料粒子から作製された正電極を含む二次電池に比べて、高い充電/放電率の下でさえ、且つ、従来の活性電極材料粒子のコアを含むコア−シェル活性電極材料粒子から、または、従来の電極形成組成物から得られた結果に比べて、さらに良い、大きく向上した容量保持値を示す二次電池に驚くべきことに結びつく正電極を製造することを可能にすることを確証する。
RC:可逆容量;11サイクル後に決定された容量保持。

Claims (15)

  1. (a)少なくとも1つのフルオロポリマー[ポリマー(F)]と、
    (b)少なくとも1つの活性電極材料の粒子[粒子(P)]であって、
    − 式(I):
    Li[Li(A1−x]O (I)
    (式中、A、B、およびCは、互いに異なり、Fe、Ni、Mn、およびCoからなる群から選択され、xは、0〜0.3に含まれ、Pは、0.2〜0.8、好ましくは0.2〜0.5、より好ましくは0.2〜0.4に含まれ、Qは、0.1〜0.4に含まれ、且つ、Wは、0.1〜0.4に含まれる)
    の少なくとも1つの活性電極化合物[化合物(NMC)]を含むコア、および
    − 金属化合物[化合物(M)]からなる外層であって、前記化合物(M)は、Ru、Ti、Cd、Tl、Pb、In、Al、Ti、Cu、Ni、Pd、V、Fe、Cr、Mn、Co、Mo、W、Ag、Au、Pt、Ir、Ru、Pd、Sn、およびGaからなる群から選択される1つまたは複数の金属からなり
    前記外層は前記コアを少なくとも部分的に取り囲む、外層
    を含む、粒子(P)と、
    (c)液体媒体[媒体(L)]と
    を含む電極形成組成物。
  2. 前記ポリマー(F)は、
    (aa)少なくとも50モル%、好ましくは少なくとも70モル%、より好ましくは少なくとも80モル%のフッ化ビニリデン(VDF)に由来する繰り返し単位と;
    (bb)任意選択的に、0.1〜20モル%、好ましくは0.1〜15モル%、より好ましくは0.1〜10モル%のVDFとは異なるフッ素化モノマーであって、前記フッ素化モノマーは、フッ化ビニル(VF)、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)、ヘキサフルオロプロペン(HFP)、テトラフルオロエチレン(TFE)、パーフルオロメチルビニルエーテル(MVE)、トリフルオロエチレン(TrFE)、およびこれらからの混合物からなる群から好ましくは選択されるフッ素化モノマーと;
    (cc)任意選択的に、モノマー(aa)および(bb)の総量に基づいて、0.1〜10モル%、好ましくは0.1〜5モル%、より好ましくは0.1〜3モル%の少なくとも1つの水素化モノマーと、
    を含むビニリデンフルオリド(VDF)ポリマー[ポリマー(VDF)]である、請求項1に記載の電極形成組成物。
  3. 前記ポリマー(F)は、ビニリデンフルオリド(VDF)、および、式(II):
    (式中:
    − R、RおよびRは、互いに等しくまたは異なり、独立して、水素原子およびC〜C炭化水素基から選択され、
    − Rは、水素原子または少なくとも1つのヒドロキシル基を含むC〜C炭化水素部分である)
    の少なくとも1つの(メタ)アクリルモノマー(MA)由来の繰り返し単位を含むポリマーVDFである、請求項2に記載の電極形成組成物。
  4. 前記化合物(NMC)は、式(I−A):
    Li[Lix’(NiP’MnQ’CoW’1−x’]O (I−A)
    (式中、x’は、0〜0.3に含まれ、P’は、0.2〜0.8、好ましくは0.2〜0.5、より好ましくは0.2〜0.4に含まれ、Q’は、0.1〜0.4に含まれ、かつ、W’は、0.1〜0.4に含まれる)
    からなる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の電極形成組成物。
  5. 前記化合物(NMC)は、式(I−B):
    Li[Lix’’(NiP’’MnQ’’CoW’’1−x’’]O (I−B)
    (式中、x’’は、0に等しく、P’’は、0.2〜0.8、好ましくは0.2〜0.5、より好ましくは0.2〜0.4に含まれ、Q’’は、0.1〜0.4に含まれ、かつ、W’’は、0.1〜0.4に含まれ、但し、合計(P’’+Q’’+W’’)
    は1に等しいという条件である)からなる、請求項4に記載の電極形成組成物。
  6. 前記化合物(M)は、Ni、Cu、Al、Ag、およびこれらの合金からなる群から選択される1つまたは複数の金属からなる、請求項1〜5のいずれか一項に記載の電極形成組成物。
  7. 前記組成物は、好ましくは、カーボンブラック、グラフェンまたはカーボンナノチューブ、ニッケルおよびアルミニウムを含む、金属の粉末および繊維からなる群から選択される、少なくとも1つの導電性付与添加剤をさらに含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の電極形成組成物。
  8. 前記媒体(L)は、水を含む、好ましくはこれからなる、請求項1〜7のいずれか一項に記載の電極形成組成物。
  9. 前記媒体(L)は、少なくとも1つの有機溶媒[溶媒(S)]を含む、好ましくはこれからからなる、請求項1〜7のいずれか一項に記載の電極形成組成物。
  10. 前記プロセスは、媒体(L)において、少なくとも1つのポリマー(F)、前記粒子(P)、および、任意選択的に、1つまたは複数のその他の成分を混合することを含み、前記粒子(P)は、無電解メッキによって製造される、請求項1〜9のいずれか一項に記載の電極形成組成物を製造するプロセス。
  11. 媒体(L)において、少なくとも1つのポリマー(F)、粒子(P)、および、任意選択的に、1つまたは複数のその他の成分を混合することは、ロールニーダー、ミキサー、ホモミキサー、ボールミキサー、またはビードミルなどの装置によって実行される、請求項10に記載のプロセス。
  12. 正電極を製造するプロセスであって、
    (i)集電装置の少なくとも1つの表面に対して請求項1〜9のいずれか一項に記載の電極形成組成物を塗布し、これによりフィルムをもたらす工程と、
    (ii)工程(i)でもたらされた前記フィルムを乾燥させる工程と、
    を含む、プロセス。
  13. 前記電極形成組成物は、好ましくは、スクリーン印刷、ロールコーター、ブレードコーター、スリットコーター、カーテンコーター、ワイヤーコーター、吹付け機、フォームアプリケーター、およびブラシコーターを使用するコーティングからなる群から選択される、任意の従来の湿式コーティングプロセスによって塗布される、請求項12に記載のプロセス。
  14. 請求項12または13に記載のプロセスによって得ることができる正電極。
  15. 請求項14に記載の正電極を含む電気化学デバイス。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3665216B1 (en) * 2017-08-11 2023-12-13 Solvay Specialty Polymers Italy S.p.A. Method for stabilizing aqueous dispersions of fluorinated polymers
CN112002950B (zh) * 2020-08-21 2023-11-28 江苏海基新能源股份有限公司 锂离子电池正极浆料及其制备方法、正极片、锂离子电池

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006196433A (ja) * 2004-12-13 2006-07-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd 正極活物質およびその製造法ならびに非水電解質二次電池
JP2010199006A (ja) * 2009-02-27 2010-09-09 Panasonic Corp 非水電解質二次電池
JP2012221855A (ja) * 2011-04-12 2012-11-12 Sony Corp 非水電解質電池用正極活物質、非水電解質電池用正極および非水電解質電池、ならびに非水電解質電池を用いた電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システム
JP5282170B1 (ja) * 2012-03-09 2013-09-04 株式会社日立製作所 非水電解質二次電池
JP2013206688A (ja) * 2012-03-28 2013-10-07 Nissan Motor Co Ltd リチウムイオン二次電池、その前処理方法及び使用方法
JP2014531707A (ja) * 2011-09-13 2014-11-27 ソルベイ スペシャルティ ポリマーズ イタリー エス.ピー.エー. 電極形成組成物

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL82308A (en) 1986-06-26 1990-11-29 Ausimont Spa Microemulsions containing perfluoropolyethers
IT1265067B1 (it) 1993-05-18 1996-10-30 Ausimont Spa Processo di (co)polimerizzazione in emulsione acquosa di monomeri olefinici fluorurati
IT1276072B1 (it) 1995-10-31 1997-10-24 Ausimont Spa Processo di (co)polimerizzazione di monomeri fluorurati per ottenere polimeri contenenti idrogeno
CN1269240C (zh) 2000-09-25 2006-08-09 三星Sdi株式会社 制备可充电锂电池的正极活性材料的方法
JP4077646B2 (ja) * 2002-04-05 2008-04-16 メルク株式会社 非水電解質二次電池用正極活物質及びその製造方法
KR101400593B1 (ko) * 2012-12-06 2014-05-27 삼성정밀화학 주식회사 양극 활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006196433A (ja) * 2004-12-13 2006-07-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd 正極活物質およびその製造法ならびに非水電解質二次電池
JP2010199006A (ja) * 2009-02-27 2010-09-09 Panasonic Corp 非水電解質二次電池
JP2012221855A (ja) * 2011-04-12 2012-11-12 Sony Corp 非水電解質電池用正極活物質、非水電解質電池用正極および非水電解質電池、ならびに非水電解質電池を用いた電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システム
JP2014531707A (ja) * 2011-09-13 2014-11-27 ソルベイ スペシャルティ ポリマーズ イタリー エス.ピー.エー. 電極形成組成物
JP5282170B1 (ja) * 2012-03-09 2013-09-04 株式会社日立製作所 非水電解質二次電池
JP2013206688A (ja) * 2012-03-28 2013-10-07 Nissan Motor Co Ltd リチウムイオン二次電池、その前処理方法及び使用方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023243714A1 (ja) * 2022-06-17 2023-12-21 トヨタ自動車株式会社 二次電池

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