JP2019537233A - フレキシブル電極、その製造方法及びそれを含む二次電池 - Google Patents
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Abstract
Description
(i)多数の気孔を有する多孔性集電体に、固形分含量30〜50%の活物質スラリーをコーティング及び乾燥して活物質コーティング層を形成する段階;
(ii)固形分含量30〜50%の活物質スラリーを前段階で形成された活物質コーティング層上にコーティング及び乾燥して追加活物質コーティング層を形成する段階;及び
(iii)前記段階(ii)をn回(1≦n≦5)繰り返して多層の活物質コーティング層を形成する段階。
活物質としてLiCoO2、導電材としてカーボンブラック及びバインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)を94:4:2の重量比で溶媒であるNMPに添加して、固形分含量40%の活物質スラリーを製造した。
第2活物質コーティング層、第3活物質コーティング層及び第4活物質コーティング層を形成する段階で、真空オーブン(OV−12、JEIO TECH社製)を用いて−0.1MPaの減圧条件を10分間維持したことを除き、実施例1と同じ工程を経て、4層の電極活物質層が形成されたフレキシブル電極を製造した。製造されたフレキシブル電極は、後述する実験例に記載する方法で測定した厚さが130μmであり、活物質ローディング量が5mAh/cm2であった。
活物質としてLiCoO2、導電材としてカーボンブラック及びバインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)を92:4:2の重量比で溶媒であるNMPに添加して、固形分含量65%の活物質スラリーを製造した。
活物質としてLiCoO2、導電材としてカーボンブラック及びバインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)を92:4:2の重量比で溶媒であるNMPに添加して、固形分含量65%の活物質スラリーを製造した。
活物質としてLiCoO2、導電材としてカーボンブラック及びバインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)を92:4:2の重量比で溶媒であるNMPに添加して、固形分含量65%の活物質スラリーを製造した。
活物質としてLiCoO2、導電材としてカーボンブラック及びバインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)を94:4:2の重量比で溶媒であるNMPに添加して、固形分含量65%の活物質スラリーを製造した。
実施例1、2及び比較例1〜4で製造された電極の多孔度(多孔性集電体及び電極活物質層を含む電極全体の多孔度)を下記式によって算出し、その結果を表1に示した。
多孔度(porosity)=電極に存在する単位質量当り空隙の体積/(比体積+単位質量当り空隙体積)
(式において、比体積(specific volume)は単位質量の物体が占める体積であって、密度の逆数である。)
上記式において、空隙の体積はBEL JAPAN社製のBELSORP(BET装備)を使用して、メソ細孔測定法であるBJH法によって計算された値を用いた。
実施例1、2及び比較例1〜4で製造された電極を曲げ(bending)テスト用の15R(直径30mm)のバーに巻き取って曲げたときのクラックまたは活物質の脱離如何を確認した。このとき、曲げ回数を1,000回繰り返し、その結果を下記基準で評価して表1に示した。
良い:曲げ回数1,000回以上でクラックまたは活物質の脱離が発生
中間:曲げ回数500回〜1,000回未満でクラックまたは活物質の脱離が発生
悪い:曲げ回数500回未満でクラックまたは活物質の脱離が発生
実施例2及び比較例1で製造された電極を打ち抜いて正極として使用し、該正極の対極であるリチウム電極との間にポリエチレンセパレータを介在させた後、エチレンカーボネート(EC)、エチルメチルカーボネート(DEC)を50:50の体積比で混合した溶媒に1M LiPF6が溶解された電解液を注入してコイン型半電池を製造した。
多孔性集電体と最終電極との厚さ比率による電池性能を評価するため、実施例2及び比較例4で製造された電極を用いて実験例3と同様の方式でコイン型半電池を製造した後、充放電を行って各電池に対する放電率(C−rate)を図4に示した。
Claims (14)
- (i)多数の気孔を有する多孔性集電体に、固形分含量30〜50%の活物質スラリーをコーティング及び乾燥して活物質コーティング層を形成する段階;
(ii)固形分含量30〜50%の活物質スラリーを前段階で形成された活物質コーティング層上にコーティング及び乾燥して追加活物質コーティング層を形成する段階;及び
(iii)前記段階(ii)をn回(1≦n≦5)繰り返して多層の活物質コーティング層を形成する段階;を含み、
前記多孔性集電体の気孔内部及び表面上に電極活物質層を圧延工程なく形成するフレキシブル電極の製造方法。 - 前記段階(ii)及び段階(iii)を−1〜−0.01MPaの減圧条件下で行う、請求項1に記載のフレキシブル電極の製造方法。
- 前記多孔性集電体が100〜400μmの厚さを有する、請求項1に記載のフレキシブル電極の製造方法。
- 前記多孔性集電体が60%以上の多孔度を有する、請求項1に記載のフレキシブル電極の製造方法。
- 前記第1活物質コーティング層が多孔性集電体の厚さレベルに形成される、請求項1に記載のフレキシブル電極の製造方法。
- 前記第2活物質コーティング層が多孔性集電体の厚さの50%以下の厚さに形成される、請求項1に記載のフレキシブル電極の製造方法。
- 前記多孔性集電体が、発泡型、ウェブ型、フェルト型及びメッシュ型から選択される、請求項1に記載のフレキシブル電極の製造方法。
- 前記多孔性集電体が、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素、銅;カーボン、ニッケル、チタンまたは銀で表面処理されたステンレススチール;アルミニウム−カドミウム合金;導電材で表面処理された非伝導性高分子;アルミニウムのような金属で表面処理された非伝導性高分子;及び伝導性高分子から選択されるいずれか1つの材質からなる、請求項1に記載のフレキシブル電極の製造方法。
- 多数の気孔を有する多孔性集電体、及び前記多孔性集電体の気孔内部及び表面上に形成された電極活物質層を含むフレキシブル電極であって、
前記多孔性集電体と前記フレキシブル電極との厚さの比率が1:1.05〜1:1.2であるフレキシブル電極。 - 前記多孔性集電体と前記フレキシブル電極との厚さの比率が1:1.05〜1:1.1である、請求項9に記載のフレキシブル電極。
- 前記多孔性集電体に存在する気孔は5〜100μmの平均直径を有し、前記電極活物質層は前記多孔性集電体の気孔を充填しており、活物質のローディング量は3.0〜20.0mAh/cm2であり、前記多孔性集電体及び前記電極活物質層を含む電極全体の多孔度は10〜50%である、請求項9に記載のフレキシブル電極。
- 前記多孔性集電体及び前記電極活物質層を含む電極全体の多孔度が20〜40%である、請求項9に記載のフレキシブル電極。
- 前記フレキシブル電極に対して15R(直径30mm)のバーを用いる曲げテストを行ったとき、曲げ回数を1,000回以上繰り返したときにクラックまたは活物質の脱離が生じたことを特徴とする、請求項9に記載のフレキシブル電極。
- 請求項9〜請求項13のうちいずれか1項に記載のフレキシブル電極を含むリチウム二次電池。
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