JP5208946B2 - 結合剤として重合度が高いポリビニルアルコールとポリビニルピロリドンの混合物を含む電極材料及びそれを使用するリチウム二次バッテリー - Google Patents
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Description
ものである。
蒸留水149 g、及びポリビニルアルコール(PVA)(けん化度88%)2重量%を含む懸濁液1.13 gを、じゃま板を備えた反応容器中に入れ、200 rpmで攪拌した。蒸留水及び懸濁液を含む反応容器を、酸素及び水分を除去した窒素ガスで1時間掃気した。アゾビスジメチルバレロニトリル0.05 gを酢酸ビニルモノマー75 g中に溶解させ、反応容器中に入れ、次いでこの容器を重合温度30℃に昇温させ、重合歩進行させた。総反応時間は10時間であり、最終的な転化率は89%であった。得られた重合生成物を洗浄し、濾過し、乾燥させ、ポリ酢酸ビニルを得た。このようにして調製したポリ酢酸ビニルをメタノールに入れた溶液(濃度10重量%)500 gを、水酸化ナトリウムのメタノール溶液(濃度3重量%)80 gと合わせ、混合溶液を40℃で1時間けん化にかけた。この溶液を濾過し、メタノール460 gと混合した。得られた溶液に水酸化ナトリウムのメタノール溶液(濃度3重量%)120 gを加え、次いでこれを40℃で1時間の二次けん化にかけた。けん化されたポリビニルアルコールの重量平均重合度をゲル透過クロマトグラフィー(直列接続した2本のWaters Ultrahydrogel(商品名)カラム(Ultrahydrogel Linear and 250)、リン酸塩緩衝液、pH 6.7、ポリスチレンスルホネート標準)により決定し、そのけん化度は、1H-NMR分析により確認した。その結果、重合度は4600であり、けん化度は99%であった。
製造例1で製造した、重合度(DP)が4600であり、けん化度(DS)が99%を超えるポリビニルアルコール5重量%を、ジメチルスルホキシド(DMSO)中に溶解させた。得られた溶液に、分子量300,000のポリビニルピロリドンを、ポリビニルアルコールの10重量%の量で加えた。得られた溶液を銅ホイル上にドクターブレードを使用して厚さ500□に塗布し、130℃で2時間乾燥させた。その後、銅ホイルを除去し、重合体フィルムを製造した。
ポリビニルピロリドンをポリビニルアルコールの30重量%の量で加えた以外は、例1と同じ様式で重合体フィルムを製造した。
重合度(DP)が4600であり、けん化度(DS)が99%を超えるポリビニルアルコール5重量%だけを、ジメチルスルホキシド(DMSO)中に溶解させた。得られた溶液を使用し、例1と同じ手順で重合体フィルムを製造した。
重合度(DP)が4600であり、けん化度(DS)が99%を超えるポリビニルアルコールの代わりに、重合度(DP)が1700であり、けん化度(DS)が88%を超えるポリビニルアルコールを使用した以外は、例1と同じ様式で重合体フィルムを製造した。
重合度(DP)が4600であり、けん化度(DS)が99%を超えるポリビニルアルコールの代わりに、重合度(DP)が1800であり、けん化度(DS)が99%を超えるポリビニルアルコールを使用した以外は、例1と同じ様式で重合体フィルムを製造した。
従来型リチウム二次バッテリー用の結合剤として使用されているポリフッ化ビニリデン10重量%を、分散媒体としてN-メチル-2-ピロリドン(NMP)中に溶解させることにより、例1と同じ様式で重合体フィルムを製造した。
伸長百分率が優れているポリフッ化ビニリデンとポリヘキサフルオロプロピレンの共重合体10重量%を、分散媒体としてN-メチル-2-ピロリドン(NMP)中に溶解させることにより、例1と同じ様式で重合体フィルムを製造した。
ケイ素-グラファイト複合活性材料88 g、重合度(DP)が4600であり、けん化度(DS)が99%を超えるポリビニルアルコール10 g、分子量300,000のポリビニルピロリドン1g及び導電性材料としてカーボンブラック2 gを、溶剤としてジメチルスルホキシド中で混合し、固体総含有量を30重量%に調節し、スラリーを形成した。得られたスラリーを銅ホイル上にドクターブレードを使用して厚さ100□に塗布し、130℃で30分間乾燥させ、続いて適切な厚さにロール処理し、アノードを製造した。
ポリビニルピロリドン3 gを加えた以外は、例3と同じ様式でアノードを製造した。
ケイ素-グラファイト複合活性材料88 g、結合剤として重合度(DP)が4600であり、けん化度(DS)が99%を超えるポリビニルアルコール10 g、及び導電性材料としてカーボンブラック2 gを、溶剤としてジメチルスルホキシド(DMSO)中で混合し、固体総含有量を30重量%に調節し、スラリーを形成した。得られたスラリーを使用し、例3と同じ様式でアノードを製造した。
重合度(DP)が4600であり、けん化度(DS)が99%を超えるポリビニルアルコールの代わりに、重合度(DP)が1700であり、けん化度(DS)が88%を超えるポリビニルアルコール10 gを使用した以外は、例3と同じ様式でアノードを製造した。
重合度(DP)が4600であり、けん化度(DS)が99%を超えるポリビニルアルコールの代わりに、重合度(DP)が1800であり、けん化度(DS)が99%を超えるポリビニルアルコール10 gを使用した以外は、例3と同じ様式でアノードを製造した。
溶剤としてジメチルスルホキシド(DMSO)の代わりにN-メチル-2-ピロリドン(NMP)を使用し、ポリビニルアルコールの代わりに、ポリフッ化ビニリデン10 gを使用した以外は、比較例6と同じ様式でアノードを製造した。
溶剤としてジメチルスルホキシド(DMSO)の代わりにN-メチル-2-ピロリドン(NMP)を使用し、ポリビニルアルコールの代わりに、ポリフッ化ビニリデンとポリヘキサフルオロプロピレンの共重合体10 gを使用した以外は、比較例6と同じ様式でアノードを製造した。
ポリフッ化ビニリデン(10重量%)のN-メチル-2-ピロリドン(NMP)溶液30 gを使用した以外は、比較例6と同じ様式でアノードを製造した。
ポリフッ化ビニリデン-ポリヘキサフルオロプロピレン共重合体(10重量%)のN-メチル-2-ピロリドン(NMP)溶液30 gを使用した以外は、比較例6と同じ様式でアノードを製造した。
溶剤としてジメチルスルホキシド(DMSO)の代わりにN-メチル-2-ピロリドン(NMP)を使用し、ポリビニルアルコール10 gの代わりに、ポリフッ化ビニリデン10 g及びポリフッ化ビニリデン-ポリヘキサフルオロプロピレン共重合体3 gを使用した以外は、比較例6と同じ様式でアノードを製造した。
例3で製造したアノードプレートをプレス加工し、表面積1.49 cm2の円形試料に打ち抜き加工し、これを作動電極として使用し、表面積1.77 cm2の打ち抜き加工した円形リチウム金属ホイルを対電極として使用することにより、コイン型半電池を製造した。微細孔質ポリオレフィンフィルム製のセパレータを作動電極と対電極の間に挿入し、得られた電極アセンブリーの中に、1 M LiPF6を、エチルカーボネート(EC)/ジエチルカーボネート(DEC)/ エチルメチルカーボネート(EMC)(体積比4:3:3)の混合溶剤に入れた電解質を注入することにより、リチウム二次バッテリーを製造した。
例5で製造したアノードを使用した以外は、例5と同じ様式でリチウム二次バッテリーを製造した。
比較例6で製造したアノードを使用した以外は、例5と同じ様式でリチウム二次バッテリーを製造した。
比較例7で製造したアノードを使用した以外は、例5と同じ様式でリチウム二次バッテリーを製造した。
比較例8で製造したアノードを使用した以外は、例5と同じ様式でリチウム二次バッテリーを製造した。
比較例9で製造したアノードを使用した以外は、例5と同じ様式でリチウム二次バッテリーを製造した。
比較例10で製造したアノードを使用した以外は、例5と同じ様式でリチウム二次バッテリーを製造した。
比較例11で製造したアノードを使用した以外は、例5と同じ様式でリチウム二次バッテリーを製造した。
比較例12で製造したアノードを使用した以外は、例5と同じ様式でリチウム二次バッテリーを製造した。
比較例13で製造したアノードを使用した以外は、例5と同じ様式でリチウム二次バッテリーを製造した。
下記の例は、本発明により製造した重合体フィルム及び電極の特性を分析するために行った。
本発明の重合体フィルムの伸長百分率を測定するために、ASTM D638標準試験方法に従って、実験を行った。こうして得られた実験結果を下記の表1に示す。評価のために、弾性を5点以上の試料で測定し、平均値を計算した。
リチウム塩を含まない電解質における重合体フィルムの膨潤程度を測定するために、EC(エチルカーボネート)、DEC(ジエチルカーボネート)及びEMC(エチル-メチルカーボネート)を4:3:3(v/v)の比で混合した。例1及び比較例1〜5で製造した重合体フィルムを、直径1 cmの円形試料に切断し、得られた混合溶液10 mL中に浸漬し、次いでこれを密封し、インキュベータ中に25℃及び50℃で保存した。72時間後、フィルムを電解質から取り出し、フィルム表面上に残っている電解質を乾燥紙で拭い取り、フィルムの、初期重量に対する重量変化を測定した。電解質中の重合体フィルムの膨潤率を、下記の等式から計算した。評価のために、膨潤率(%)は、6点以上の試料で測定し、平均値を計算した。こうして得た実験結果を下記の表2に示す。
本発明の重合体フィルムを結合剤として使用した場合の、電極活性材料と集電装置の間の密着強度を測定するために、製造した電極の表面を特定のサイズに切断し、スライドガラス上に取り付けた。次いで、集電装置を剥離しながら、180度剥離強度を測定した。得られた結果を下記の表3に示す。評価のために、剥離強度は6点以上の試料で測定し、平均値を計算した。
コイン電池バッテリーの性能を評価するために、一定-電流/一定-電圧方法により、0.1C率で2サイクルの充電/放電及び0.5C率で50サイクルの充電/放電をバッテリーに対してそれぞれ繰り返した。初期容量及び初期効率、充電/放電サイクル作動後の効率、及び体積膨脹を、それぞれのバッテリー間で比較した。この目的には、同じ結合剤組成物に対して6個以上のコイン電池バッテリーをそれぞれ製造し、評価を行い、平均値を計算した。得られた結果を下記の表4に示す。
Claims (7)
- 重合度が3000超過、けん化度が80%超過である、ポリビニルアルコールとポリビニルピロリドンの混合物を電極混合物において使用される結合剤として含んでなるものである、リチウム二次バッテリー。
- 前記ポリビニルピロリドンの分子量が1000〜1,000,000である、請求項1に記載のリチウム二次バッテリー。
- ポリビニルピロリドンの含有量が、前記ポリビニルアルコール100重量部に対して0.1〜100重量部の範囲内にある、請求項1に記載のリチウム二次バッテリー。
- 前記結合剤の含有量が、前記電極混合物の総重量に対して1〜50重量%の範囲内にある、請求項1に記載のリチウム二次バッテリー。
- 前記混合物が、架橋促進剤、粘度調節剤、導電性材料、充填材、カップリング剤、密着促進剤、及びそれらのいずれかの組合せからなる群から選択された少なくとも一種をさらに含んでなる、請求項1に記載のリチウム二次バッテリー。
- 前記結合剤が、アノードで使用されてなる、請求項5に記載のリチウム二次バッテリー。
- 前記アノードが、炭素系、ケイ素系、スズ系またはケイ素/炭素系活性材料を含んでなる、請求項6に記載のリチウム二次バッテリー。
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