JP5668845B2 - リチウムイオン二次電池用電極及びその製造方法、並びにその電極を用いたリチウムイオン二次電池 - Google Patents
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Description
ここで図1を用いて本発明のリチウムイオン二次電池用電極を説明する。図1は本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極を説明する模式図である。
本発明のリチウムイオン二次電池用電極の製造方法は、スラリー作成工程と、スラリー塗布工程と、熱処理工程と、を有する。スラリー作成工程では、活物質と、バインダー樹脂と、アクリル系共重合体と、を混合してスラリーを作成する。必要に応じて溶媒、導電助剤をスラリーに添加しても良い。スラリー塗布工程では、上記スラリーを集電体の表面に塗布する。熱処理工程では、集電体の表面に塗布されたスラリーを加熱することによって、バインダー樹脂及びアクリル系共重合体を硬化させ、アクリル系共重合体とバインダー樹脂とを化学結合させる。
本発明のリチウムイオン二次電池は、正極及び負極のうちの少なくとも一方が上記リチウムイオン二次電池用電極である。正極及び負極のうちの少なくとも一方が上記リチウムイオン二次電池用電極であれば、正極活物質または負極活物質などによる電解液の分解を抑制することが出来、リチウムイオン二次電池は、優れたサイクル特性を有することが出来る。
<評価用電極作製>
活物質として、SiO(アルドリッチ社製)を準備した。バインダー樹脂としてアルコキシ基含有シラン変性ポリアミドイミド樹脂(荒川化学工業株式会社製、商品名コンポセラン、品番H901−2、溶剤組成:N-メチルピロリドン(NMP)/キシレン(Xyl)、硬化残分30%、粘度8000mPa・s、硬化残分中のシリカ、2質量%、硬化残分とは樹脂硬化させ揮発性成分を除いた固形分を意味する)を準備した。緩衝材として塊状人造黒鉛“MAG(Massive Artifical Graphite)”(日立化成工業株式会社製)を準備した。導電助剤としてケッチェンブラックインターナショナル社製のKB(ケッチェンブラック)を準備した。アクリル系共重合体としてビックケミージャパン株式会社製、品名BYK-355(硬化残分52%、硬化残分とは揮発性成分を除いた固形分を意味する)を準備した。
実施例1の電極を負極とした。正極として以下の電極を作製した。集電体として20μmのアルミニウム箔を用い、正極活物質としてLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2を用い、導電助剤としてアセチレンブラックを用い、バインダー樹脂としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)を用いた。上記活物質、導電助剤及びバインダー樹脂を、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2:アセチレンブラック:ポリフッ化ビニリデン(PVDF)=88:6:6(質量%)の割合で混合した。この混合物に、溶媒としてNMPを適量入れて調整してスラリーとした。厚さ20μmのアルミニウム箔に上記スラリ−を乗せて、ドクターブレードを用いてアルミニウム箔にスラリーを膜状に塗布した。得られたシートを80℃で30分間乾燥してNMPを揮発させて除去した後、ロ−ルプレス機により、集電体と集電体上の塗布物を、塗膜の厚さが50μmになるように、つまり電極の合計厚さが70μmとなるようにプレスした。これを負極と同様の所定形状に打ち抜き、抜き取ったものを120℃で6時間、真空で加熱し、正極を得た。この正極の容量は3.0mAh/cm2であり、電極密度は2.3g/cm2であった。電解液としてエチレンカ−ボネ−ト(EC)とジエチルカ−ボネ−ト(DEC)をEC:DEC=3:7(体積比)で混合した溶媒に1モルのLiPF6を溶解した溶液を用いた。
実施例1の電極を負極とし、まず実施例1の負極と金属リチウム箔を用いて半電池を組み、温度:25℃、レート:1/100C、カットオフ:0CV〜0.01V でLiを挿入した負極を用意し、正極活物質として酸化バナジウム(V2O5)を用いたこと以外は実施例1の正極と同様にした正極と組み合わせて、実施例2のリチウムイオン二次電池を作製した。
アクリル系共重合体をスラリーに添加しないこと以外は実施例1と同様にして比較例1の電極を作製し、実施例1と同様にして比較例1の電極を用いたラミネート型リチウムイオン二次電池を作製した。これを比較例1のリチウムイオン二次電池とする。
実施例1及び比較例1の各電極表面をオージェ電子分光法(AES(Auger Electron Spectrometry))で分析した。測定場所は25μmm×30μm角の範囲であり、測定条件は加速電圧10kV、試料電流10nAであった。運動エネルギー0eV〜700eVの範囲についてエネルギーステップ1eV、1ステップあたりの信号ためこみ時間20ミリ秒、スキャン回数7回で測定した。25μmm×30μm角の範囲の測定で、電極表面の全体を代表していると考えた。
(充放電試験)
上記実施例1のリチウムイオン二次電池及び比較例1のリチウムイオン二次電池の充放電試験を行った。充放電試験では、負荷試験(6サイクル)とサイクル試験(100サイクル)とを組み合わせた。
Claims (7)
- 電解液を有するリチウムイオン二次電池に用いられる電極であって、
集電体と、
該集電体の表面に形成されたバインダーを含む活物質層と、
該活物質層の表面全体に形成された被膜と、を有し、
該被膜は、アクリル系主鎖と、該アクリル系主鎖にグラフト重合されたポリエステルまたはポリエーテルを有する側鎖と、からなるアクリル系共重合体硬化物からなり、該被膜は該バインダーと化学結合していることを特徴とするリチウムイオン二次電池用電極。 - 前記ポリエステルまたは前記ポリエーテルの少なくとも一部が熱分解して前記バインダーと化学結合している請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用電極。
- 正極及び負極のうちの少なくとも一方が請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池用電極であるリチウムイオン二次電池。
- 前記正極はLiを含まない正極活物質を有する請求項3に記載のリチウムイオン二次電池。
- 前記正極活物質は、硫黄単体、硫黄とカーボンとの複合体、二酸化マンガンおよび酸化バナジウムから選ばれる少なくとも1つを含む請求項4に記載のリチウムイオン二次電池。
- 請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用電極の製造方法であって、
活物質と、バインダー樹脂と、アクリル系共重合体と、を混合してスラリーを作成するスラリー作成工程と、
該スラリーを集電体の表面に塗布するスラリー塗布工程と、
該集電体の表面に塗布された該スラリーを加熱することにより、該バインダー樹脂及び該アクリル系共重合体を硬化させ、かつ該アクリル系共重合体と該バインダー樹脂とを化学結合させる熱処理工程と、
を有し、
該アクリル系共重合体は、アクリル系主鎖と該アクリル系主鎖にグラフト重合されたポリエステルまたはポリエーテルを有する側鎖とからなり、かつ該スラリー形成工程における該アクリル系共重合体と該バインダー樹脂とは非相溶であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用電極の製造方法。 - 前記バインダーはアルコキシ基含有シラン変性ポリアミドイミド樹脂である請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池用電極。
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