JP5179780B2 - 電極塗工剤、電極及び二次電池 - Google Patents
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Description
(1) 電極活物質、水溶性高分子、結着剤樹脂及び水を含む電極塗工剤であって、60℃における粘度が30℃における粘度の5倍以上である、電極塗工剤。
(2) 前記水溶性高分子は、メチルセルロースである、上記(1)記載の電極塗工剤。
(3) 前記メチルセルロースは、2質量%水溶液の溶液粘度(20℃)が1000mPa・s以上400000mPa・s以下である、上記(2)記載の電極塗工剤。
(4) 前記メチルセルロースは、グルコース環単位あたりメトキシル基で置換された水酸基の平均個数(DS)が1.4〜2.4である、上記(2)又は(3)に記載の電極塗工剤。
(5) 前記結着剤樹脂は、スチレン−ブタジエン共重合体ラテックス樹脂、アクリルラテックス樹脂、及びフッ素系樹脂よりなる群から選択される1種又は2種以上である、上記(1)〜(4)のいずれか記載の電極塗工剤。
(6) 前記水溶性高分子と水との比は、(水溶性高分子)/(水)(質量比)として0.3/99.7〜3.0/97.0である、上記(1)〜(5)のいずれか記載の電極塗工剤。
(7) 上記(1)〜(6)のいずれか記載の電極塗工剤を用いて製造された電極。
(8) 上記(7)記載の電極を備えた二次電池。
本実施の形態の電極は、上記電極活物質、水溶性高分子、結着剤樹脂及び水を含む電極塗工剤を集電材料に塗工し、次いで加熱乾燥することにより製造することができる。
上記のようにして得られた電極(正極及び/又は負極)を、所定の形状に切り出し、タブ等の取付を行う。その後、必要に応じて従来の塗工剤から製造された負極又は正極と組み合わせて、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等の微多孔膜からなるセパレータと積層した後、電池缶に挿入し、電解液の注入を経て封口することによって二次電池を製造することができる。
使用材料としては下記のものを用いた。
水溶性高分子
A−1: メチルセルロース(信越化学工業(株)社製 メトローズSM−8000) DS値:1.8 2質量%水溶液の20℃における溶液粘度:7000〜10000mPa・s
A−2: メチルセルロース(信越化学工業(株)社製 メトローズSM−1500) DS値:1.8 2質量%水溶液の20℃における溶液粘度:1200〜1800mPa・s
A−3: カルボキシメチルセルロース(第一工業製薬(株)社製 セロゲンBSH−12)
結着剤樹脂
B: 旭化成ケミカルズ(株)社製 スチレンブタジエンラテックスL−1571
電極活物質
C: 大阪ガスケミカル(株)社製 メソカーボンマイクロビーズ (平均粒径約10μm)MCMB10−28
集電体
D: 18μm厚みの銅箔
[評価方法]
(1)粘度測定
E型粘度計(東機産業社製RE100R型粘度計)を用いて電極塗工剤の溶液粘度を測定した。ローターは標準の1°34‘xR24を用いた。電極塗工剤の温度は温水循環装置を用いて調整した。
(2)膜密着性
ステンレス板の端面を一定の曲率(2.0R、1.5R、1.0R、0.5R)に加工した試験ピースを用意し、試作した片面塗工電極の非塗工面の集電体面を曲率面に沿って押し付け、200gf/cmの張力で引張りながら曲面に沿って交互に電極片を5回ずつ約2cmの距離移動させ、塗膜の剥れ、亀裂の発生の有無を目視で確認し、塗膜性能の良否を判定した。
[電極塗工剤の製造]
(電極塗工剤A:実施例1)
A−1の水溶液にCを加え、遊星混練機で充分分散混練させた後、更にBを加え、遊星混練機で再度分散させることにより、固形分換算の重量比がA−1:B:C=1.6:4.1:100であり、固形分濃度が48重量%である電極塗工剤Aを得た。該電極塗工剤の粘度の測定結果を表1に示す。
(電極塗工剤B:実施例2)
実施例1と同様の方法により、固形分換算の重量比がA−1:B:C=0.8:2.0:100であり、固形分濃度が47.5重量%である電極塗工剤Bを得、同様に粘度の測定を行った。測定結果を表1に示す。
(電極塗工剤C:実施例3)
実施例1と同様の方法により、固形分換算の重量比がA−1:B:C=0.8:4.1:100であり、固形分濃度が56.2重量%である電極塗工剤Cを得、同様に粘度の測定を行った。測定結果を表1に示す。
(電極塗工剤D:実施例4)
A−1に代わりにA−2を用いこと以外は実施例1と同様の方法により、固形分換算の重量比がA−2:B:C=0.8:2.0:100であり、固形分濃度が47.5重量%である電極塗工剤Dを得、同様に粘度の測定を行った。測定結果を表1に示す。
(電極塗工剤E:比較例1)
A−1の代わりにA−3を用いたこと以外は実施例1と同様の方法により、固形分換算の重量比がA−3:B:C=0.8:4.1:100であり、固形分濃度が47.5重量%である電極塗工剤Eを得、同様に粘度の測定を行った。測定結果を表1に示す。
(実施例5及び6)
電極塗工剤Aを集電体D上にギャップ130μmのドクターブレードで塗工した。塗工したサンプルを120℃に設定したホットプレート上に、集電体側がホットプレートに接するようにセットし、セット後5秒後(実施例5)又は10秒後(実施例6)にサンプル上面から、実験用ドライヤーにて熱風を吹きかけ乾燥し電極を得た。得られた電極の膜密着性の評価結果を表2に示す。表中で○は膜に欠陥がみられなかったことを示し、×は剥れ、亀裂の発生したことを示す。以下、同様の評価基準を用いた。
(実施例7)
実施例5と同様の方法により電極塗工剤Aを集電体D上に塗工したサンプルを、表面温度を200℃に設定したセラミック製の遠赤外線ヒーターにより、塗膜側から50mmの距離で10分加熱乾燥し電極を得た。得られた電極の膜密着性の評価結果を表2に示す。
(実施例8)
実施例5と同様の方法により電極塗工剤Aを集電体D上に塗工したサンプルを、表面温度を250℃に設定したセラミック製の遠赤外線ヒーターにより、塗膜側から50mmの距離で10秒加熱し、直ぐにサンプルをヒーター下から取り出し、続けて熱風を吹き付け乾燥し電極を得た。得られた電極の膜密着性の評価結果を表2に示す。
(実施例9)
遠赤外線ヒーターの表面温度を250℃から350℃に変更し、遠赤外線での加熱時間を10秒から5秒に変更した以外は実施例8と同様の方法により乾燥を行うことで電極を得た。得られた電極の膜密着性の評価結果を表2に示す。
(実施例10)
電極塗工剤Bを集電体D上にギャップ130μmのドクターブレードで塗工した。塗工したサンプルを100℃に設定したホットプレート上に、集電体側がホットプレートに接するようにセットし、セット後20秒後にサンプル上面から熱風を吹きかけ乾燥し電極を得た。得られた電極の膜密着性の評価結果を表2に示す。
(実施例11)
電極塗工剤Cを集電体D上にギャップ130μmのドクターブレードで塗工した。塗工したサンプルを表面温度を200℃に設定したセラミック製の遠赤外線ヒーターにより、塗膜側から50mmの距離で20秒加熱し、直ぐにサンプルをヒーター下から取り出し、続けて熱風を吹き付け乾燥し電極を得た。得られた電極の膜密着性の評価結果を表2に示す。
(実施例12)
電極塗工剤Aを集電体D上にギャップ65μmのドクターブレードで塗工した。塗工した塗膜の乾燥は遠赤外線ヒーターを備えた2槽の乾燥機を用い、第1槽の遠赤外線ヒーターの表面温度を350℃とし、ヒーター面から100mmの距離で10秒加熱後、直ぐに遠赤外線ヒーターの表面温度を250℃に設定した第2槽に移動すると同時に、熱風での乾燥も併用し、合計60秒乾燥し電極を得た。得られた電極の膜密着性の評価結果を表2に示す。また、乾燥時の塗膜温度の変化を図2に示す。
(実施例13)
電極塗工剤Aを集電体D上にギャップ210μmのドクターブレードで塗工した。塗工した塗膜の乾燥は遠赤外線ヒーターを備えた2槽の乾燥機を用い、第1槽の遠赤外線ヒーターの表面温度を400℃とし、ヒーター面から100mmの距離で30秒加熱後、直ぐに遠赤外線ヒーターの表面温度を300℃に設定した第2槽に移動すると同時に、熱風での乾燥も併用し、合計120秒乾燥し電極を得た。得られた電極の膜密着性の評価結果を表2に示す。また、乾燥時の塗膜温度の変化を図3に示す。
(実施例14)
電極塗工剤Bを電極塗工剤Dに代えた以外は実施例10と同様の方法により塗膜を塗工、乾燥し電極を得た。得られた電極の膜密着性批評価結果を表2に示す。
(比較例2)
実施例6と同様の方法により電極塗工剤Eを集電体Dに塗工、乾燥し電極を得た。得られた電極の膜密着性の評価結果を表2に示す。
(比較例3)
実施例13と同様の方法により電極塗工剤Eを集電体Dに塗工、乾燥し電極を得た。得られた電極の膜密着性の評価結果を表2に示す。
(参考例1)
実施例9と同様の方法により塗工したサンプルを350℃に設定した遠赤外線ヒーター下に投入し、5秒後に取り出さず、そのまま継続して遠赤外線による加熱を続けた。この時、集電体下面から温度を測定した。その結果を図1に示す。遠赤外線による加熱開始後5秒以内に温度は60℃を超え、粘度上昇が起こるが、約40秒後には温度は急上昇を始め、200℃以上まで過熱されてしまうことがわかる。
これに対して、比較例2及び3の電極は、電極塗工剤の60℃における粘度が30℃における粘度の5倍以上となっていないため、乾燥工程において結着剤樹脂が局在化し、膜密着性に劣っていた。
Claims (4)
- 電極活物質、水溶性高分子、結着剤樹脂及び水を含む電極塗工剤であって、
前記電極塗工剤は、60℃における粘度が30℃における粘度の5倍以上であり、かつ
30℃における粘度が110〜4360mPa・s、60℃における粘度が25600mPa・s超であり、
前記水溶性高分子は、2質量%水溶液の溶液粘度(20℃)が1000mPa・s以上400000mPa・s以下であり、且つ、グルコース環単位あたりメトキシル基で置換された水酸基の平均個数(DS)が1.4〜2.4であるメチルセルロースであり、
前記結着剤樹脂は、スチレン−ブタジエン共重合体ラテックス樹脂、アクリルラテックス樹脂、及びフッ素系樹脂よりなる群から選択される1種又は2種以上である、電極塗工剤。 - 前記水溶性高分子と水との比は、(水溶性高分子)/(水)(質量比)として0.3/99.7〜3.0/97.0である、請求項1に記載の電極塗工剤。
- 請求項1又は2記載の電極塗工剤を用いて製造された電極。
- 請求項3記載の電極を備えた二次電池。
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