JP2020071947A - 導電結着材繊維及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
電極に用いられる導電結着材繊維であって、
結着材である樹脂と、
前記樹脂の100体積部に対して20体積部以上150体積部以下の導電材である炭素材料と、を含み、
体積抵抗率が100Ωcm以下であり、
直径が0.03μm以上3μm以下の範囲であるものである。
電極に用いられる導電結着材繊維の製造方法であって、
結着材である樹脂と、導電材である炭素材料とを前記樹脂の100体積部に対して前記炭素材料が20体積部以上150体積部以下の範囲となるよう溶媒と共に混合し、体積抵抗率が100Ωcm以下であり直径が0.03μm以上3μm以下の範囲となるように紡糸する紡糸工程、を含むものである。
本開示の導電結着材繊維の好適な実施形態について以下に説明する。本実施形態の導電結着材繊維は、電極に用いられるものであって、結着材である樹脂と、導電材である炭素材料とを含んでいる。また、導電結着材繊維は、体積抵抗率が100Ωcm以下である。また、導電結着材繊維は、直径が0.03μm以上3μm以下の範囲である。
この製造方法は、電極に用いられる導電結着材繊維の製造方法である。この製造方法は、紡糸工程を含む。また、更に、紡糸工程のあと、紡糸した繊維の長さを調整する調整工程を含むものとしてもよい。
この工程では、紡糸した導電結着材繊維の長さLを調整する。この長さLは、上述した導電結着材繊維で説明した範囲とすることができる。また、長さLの調整は、例えば、物理的な力を加えて繊維を切断したり解砕することにより行うことができる。平板状のコレクタに静電紡糸処理を行った場合は、繊維体が塊状に得られるので、これを解砕することにより、比較的容易に長さLを変更することができる。
N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、アセトン、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)を体積比として90:5:5で混合した混合溶媒に、結着材としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF,クレハ製W7300)を溶解した溶液へ、導電材としてのアセチレンブラック(デンカ製HS−100)を添加した。アセチレンブラックは、一次粒径が20〜50nmのものを用いた。この溶液を−60℃以下の露点雰囲気で十分に拡散したものを紡糸用ペーストとして用いた。実験例1〜6の導電材(炭素材料)の添加量、結着材(樹脂)の濃度、ペースト密度及び溶媒をまとめて表1に示した。なお、PHRは、結着材の固形分の100質量部に対する導電材の質量部を示し、100PHRは、結着材と導電材とが同質量であることを表す。また、表1には、結着材の固形分の100体積部に対する導電材の体積部も示した。導電結着材繊維の紡糸は、図2に示す静電紡糸装置30を用いて行った。紡糸工程は、100mm下方に配置しアースしたCu平板のコレクタに向けて、+20kVに電圧を印加した0.4mmのノズルから紡糸用ペーストを2mL/hrの流量で吐出させる条件で行った。なお、ノズル及び紡糸ペーストは、電気的に浮いた状態で配置されており、紡糸ペーストを介してノズルが接地されないようになっている。導電材の添加比が200PHR、150PHR、100PHR、50PHR、30PHR、20PHR及び10PHRであるものをそれぞれ実験例1〜7の導電結着材繊維とした。
実験例1〜7のSEM観察を行った。SEM観察は、日立ハイテクノロジーズ社製S−3600Nを用いて1000〜5000倍の条件で行った。また、観察結果より、導電結着材繊維の直径D(μm)を計測し、その上下限値を求めた。
実験例1〜7の体積抵抗率を測定した。測定試料は、上記紡糸ペーストを用いて、図3に示す静電紡糸装置30Bを用いて紡糸した。図3は、静電紡糸装置30Bによる繊維作製及び評価の説明図であり、図3Aが静電紡糸装置30Bの説明図、図3Bが得られた導電結着材繊維の説明図、図3Cが直線状に伸ばした導電結着材繊維とそのSEM写真、図3Dが距離に対する抵抗の測定概念図である。静電紡糸装置30Bは、円周部が鋭角に形成された直径200mmの円板形状のコレクタ34Bを備えている。コレクタ34Bを回転させながら紡糸すると、その円周部に沿って導電結着材繊維が紡糸される。上述した紡糸条件により、コレクタ34Bを300rpmで回転させながら30分間紡糸した。これを直線状に伸ばしたサンプルを用いて、繊維の長手方向の抵抗を測定した。ここでは、距離を変えたときの抵抗を測定し(図3C)、その関係図(図3D)の傾きに基づいて体積抵抗率(Ωcm)を求めた。
実験例1〜7の結着性の評価を行った。この評価では、上述した電気抵抗の評価を行った導電結着材繊維の繊維束1cmを15μm角のAl箔集電体に挟んで、含まれる樹脂の融点以上である200℃でロールプレスを行った。常温に戻したあと、Al箔同士が付着しているものを「A」、Al箔が剥がれたものを「C」と評価した。
また、実験例1〜78を総合判定した。この評価では、体積抵抗率が10Ωcm以下で且つ結着性「A」であるものを総合判定「A」、体積抵抗率が10Ωcm超過100Ωcm以下の範囲で且つ結着性「A」であるものを総合判定「B」、体積抵抗率が100Ωcm超過、又は結着性「C」であるものを総合判定「C」とした。
図4は、実験例1の導電結着材繊維のSEM写真であり、図4Bが図4Aの拡大写真である。図5は、実験例3の導電結着材繊維のSEM写真であり、図5Bが図5Aの拡大写真である。図6は、実験例5の導電結着材繊維のSEM写真であり、図6Bが図6Aの拡大写真である。図7は、実験例1〜6の導電材の添加比と体積抵抗率との関係図であり、図7Bが実験例2〜6の関係図である。また、実験例1〜6の導電材添加比と、結着材濃度、ペースト密度ρ及びペーストの溶媒種別をまとめて表2に示した。
Claims (18)
- 電極に用いられる導電結着材繊維であって、
結着材である樹脂と、
前記樹脂の100体積部に対して20体積部以上150体積部以下の導電材である炭素材料と、を含み、
体積抵抗率が100Ωcm以下であり、
直径が0.03μm以上3μm以下の範囲である、導電結着材繊維。 - 前記樹脂は、ポリフッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体、ポリメタクリル酸メチル、及びポリメタクリル酸メチルとアクリルポリマーとの共重合体のうち1以上である、請求項1に記載の導電結着材繊維。
- 前記樹脂は、ポリフッ化ビニリデンであり、
前記炭素材料は、前記樹脂の100質量部に対する質量部が20PHR以上150PHR以下の範囲で含まれる、請求項1又は2に記載の導電結着材繊維。 - 前記樹脂は、ポリフッ化ビニリデンであり、
前記炭素材料は、前記樹脂の100質量部に対する質量部が30PHR以上100PHR以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の導電結着材繊維。 - 前記炭素材料は、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、鱗片状黒鉛及びカーボンナノチューブのうち1以上である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の導電結着材繊維。
- 前記炭素材料は、粒子状であり、一次粒子の粒径が10nm以上100nm以下の範囲である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の導電結着材繊維。
- 前記導電結着材繊維は、体積抵抗率が10Ωcm以下である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の導電結着材繊維。
- 前記導電結着材繊維は、直径が0.3μm以上2μm以下の範囲である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の導電結着材繊維。
- 電極に用いられる導電結着材繊維の製造方法であって、
結着材である樹脂と、導電材である炭素材料とを前記樹脂の100体積部に対して前記炭素材料が20体積部以上150体積部以下の範囲となるよう溶媒と共に混合し、体積抵抗率が100Ωcm以下であり直径が0.03μm以上3μm以下の範囲となるように紡糸する紡糸工程、
を含む導電結着材繊維の製造方法。 - 前記紡糸工程では、前記樹脂としてポリフッ化ビニリデンを用い、前記炭素材料を前記樹脂の100質量部に対する質量比率が20PHR以上150PHR以下となるよう混合する、請求項9に記載の導電結着材繊維の製造方法。
- 前記紡糸工程では、前記樹脂としてポリフッ化ビニリデンを用い、前記炭素材料を前記樹脂の100質量部に対する質量比率が30PHR以上100PHR以下となるよう混合する、請求項9又は10に記載の導電結着材繊維の製造方法。
- 前記紡糸工程では、前記炭素材料として、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、鱗片状黒鉛及びカーボンナノチューブのうち1以上を用いる、請求項9〜11のいずれか1項に記載の導電結着材繊維の製造方法。
- 前記紡糸工程では、粒径が20nm以上50nm以下の範囲である前記炭素材料を用いる、請求項9〜12のいずれか1項に記載の導電結着材繊維の製造方法。
- 前記紡糸工程では、体積抵抗率が10Ωcm以下である前記導電結着材繊維を紡糸する、請求項9〜13のいずれか1項に記載の導電結着材繊維の製造方法。
- 前記紡糸工程では、直径が0.3μm以上2μm以下の範囲に前記導電結着材繊維を紡糸する、請求項9〜14のいずれか1項に記載の導電結着材繊維の製造方法。
- 前記紡糸工程では、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド及びアセトンのうち1以上を含む前記溶媒を用いる、請求項9〜15のいずれか1項に記載の導電結着材繊維の製造方法。
- 前記紡糸工程では、静電紡糸法により紡糸する、請求項9〜16のいずれか1項に記載の導電結着材繊維の製造方法。
- 請求項9〜17のいずれか1項に記載の導電結着材繊維の製造方法であって、
前記紡糸した導電結着材繊維の長さを調整する調整工程、を含む導電結着材繊維の製造方法。
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JP2015088450A (ja) * | 2013-09-26 | 2015-05-07 | 積水化学工業株式会社 | リチウムイオン二次電池 |
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