JP5690487B2 - 電気化学システムの電極用バインダー、該バインダーを含む電極、及び該電極を含む電気化学システム - Google Patents
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Description
ステンレス鋼ケースの上蓋部(5)及び底部(6)、
ポリプロピレンシール(8)、
リチウム金属を区切る(cutting)と共に、その後電池の外部との電流集電体の良好な接触を保証するように機能するステンレス鋼挿入片(4)、
全ての構成要素間の接触を保証するスプリング(7)、
微多孔質セパレータ(2)、並びに
電極(1)及び(3)である。
活性電極材料及び任意に1つ以上の電子導電性添加剤の粉末状混合物を調製し、
第1の溶媒に溶解させた、架橋剤と反応し得る官能基を有する第1のポリマーの第1の溶液、及び第2の溶媒に溶解させた、フルオロポリマーから選択される第2のポリマーの第2の溶液を調製し、
第1の溶液及び第2の溶液を混合及び攪拌し、2つの溶液の均質混合物を得て、
架橋剤を、2つのポリマー溶液の均質混合物に添加し、
活性電極材料及び任意に1つ以上の電子導電性添加剤の粉末状混合物を、2つのポリマー溶液の均質混合物及び架橋剤に添加した後、攪拌し、インク又はペーストと称される均質混合物を得て、
上記インク又はペーストを、印刷装置を用いて電流集電体上に塗工、堆積又は印刷し、
堆積されたインク又はペーストを乾燥させ、そして
堆積され乾燥されたインク又はペースト及び電流集電体をカレンダー処理又は加圧する、電極の製造方法に関する。
この比較例では、本発明によるものでないバインダー、すなわち、ポリビニリデンフルオリド(PVDF)を含む電極を作製した。
この実施例では、本発明によるバインダー、すなわち、PVA−co−PVAcの重量に対して2重量%のエタンジアールと架橋するポリ(ビニルアルコール)−コ−ポリ(酢酸ビニル)(PVA−co−PVAc)を伴うポリビニリデンフルオリド(PVDF)を含む電極を作製した。
この比較例では、ポリビニリデンフルオリド(PVDF)から成る本発明によるものでないバインダーを含む電極を作製した。
この実施例では、PVA−co−PVAcの重量に対して2重量%のエタンジアールと架橋するポリ(ビニルアルコール)−コ−ポリ(酢酸ビニル)(PVA−co−PVAc)を伴うポリビニリデンフルオリド(PVDF)から成る本発明によるバインダーを含む電極を作製した。
試験される14mm直径の電極(1)、
200μlの電解質、すなわち、1/1のEC/DMC混合物に溶解させた1mol/リットルのLiPF6、
直径16.5mmの微孔質Celgard(登録商標)ポリプロピレンセパレータ(2)、
直径16mmのリチウムディスク(3)、又は非水性媒体における正極又は負極用に従来技術で用いられている従来の材料から選択される別のタイプの電極、
ステンレス鋼ディスク又はスペーサー(4)、
ステンレス鋼蓋(5)及びステンレス鋼底部(6)、並びに
ステンレス鋼スプリング(7)及びポリプロピレンシール(8)
を、図1に示すように電池のケースの底部から積み重ねていった。
Claims (26)
- 非水性電解質を有する電気化学システムの電極用バインダーであって、前記バインダーが、架橋剤と反応し得る官能基を有し且つ前記架橋剤と架橋する第1のポリマーを含み、架橋された前記第1のポリマーが、ビニリデンフルオリドポリマー(PVDF)、ビニリデンフルオリドコポリマー、及びそれらの混合物から選択されるフルオロポリマーである第2のポリマーを閉じ込める三次元網目構造を形成し、前記第1のポリマーが、ビニルアルコール/酢酸ビニル(PVA−co−PVAc)コポリマーから選択されるヒドロキシル化ポリマーであり、前記架橋剤が、脂肪族ジアルデヒド及び芳香族ジアルデヒドから選択され、前記バインダーが、前記第1のポリマーの重量に対して2重量%〜5重量%の前記架橋剤、及び前記バインダーの総重量に対して10重量%〜90重量%の前記第1のポリマーと10重量%〜90重量%の前記第2のポリマーとを含む、バインダー。
- 前記ビニルアルコール/酢酸ビニルコポリマーが、5%以上の加水分解度を有する請求項1に記載のバインダー。
- 前記ビニルアルコール/酢酸ビニルコポリマーが、5000g/mol〜600000g/molの重量平均分子量を有する請求項2に記載のバインダー。
- 前記脂肪族ジアルデヒドが、エタンジアール及びグルタルアルデヒドから選択され、前記芳香族ジアルデヒドが、オルト−フタルアルデヒド、メタ−フタルアルデヒド、パラ−フタルアルデヒド、2,6−ピリジンジカルバルデヒド及び2,5−チオフェンジカルバルデヒドから選択される請求項1に記載のバインダー。
- 前記ビニリデンフルオリドコポリマーが、ポリ(ビニリデンフルオリド/ヘキサフルオロプロピレン)(PVDF−HFP)である請求項1〜5のいずれか一項に記載のバインダー。
- 非水性電解質を有する電気化学システム用電極であって、請求項1〜6のいずれか一項に記載のバインダーと、電気化学的活物質と、電流集電体とを含む電極。
- 非水性電解質を有する充電式電気化学蓄電池の正極である請求項7に記載の電極。
- 前記電気化学的活物質が、LiCoO2 ;置換によって得られる、LiCoO2から誘導される化合物;LiMn2O4;LiNiO2 ;置換によって得られる、LiMn2O4から誘導される化合物;LiMnO2 ;置換によって得られる、LiMnO2から誘導される化合物;オリビン型LiFePO4、Li2FeSiO4、LiMnPO4及びLiCoPO4;リン酸鉄水和物又は無水物、及び硫酸鉄水和物又は無水物;LiFe2(PO4)3;リン酸バナジル水和物又は無水物、及び硫酸バナジル水和物又は無水物;Li1+xV3O8(0<x<4);LixV2O5・nH2O(0<x<3及び0<n<2);並びにそれらの混合物から選択される請求項8に記載の電極。
- 非水性電解質を有する充電式電気化学蓄電池の負極である請求項7に記載の電極。
- 前記電気化学的活物質が、炭素系化合物;LixM型のリチウム合金(式中、M=Sn、Sb又はSiである);LixCu6Sn5化合物(式中、0<x<13である);ホウ酸鉄;可逆分解性の単純酸化物;ピニクチュア;挿入酸化物;並びにそれらの混合物から選択される請求項10に記載の電極。
- 前記電子導電性添加剤が、金属粒子;グラファイト;カーボンブラック;カーボンファイバ;カーボンナノワイヤ及びカーボンナノチューブ;電子導電性ポリマー;並びにそれらの混合物から選択される請求項7〜11のいずれか一項に記載の電極。
- 請求項7〜12のいずれか一項に記載の、少なくとも1つの電極を含む電気化学システム。
- 非水性電解質を有する充電式電気化学蓄電池であって、請求項8又は9に記載の正極と、請求項10又は11に記載の負極と、非水性電解質とを含む充電式電気化学蓄電池。
- 前記非水性電解質が液体である請求項14に記載の蓄電池。
- 前記非水性電解質が固体である請求項14に記載の蓄電池。
- 前記非水性電解質が、有機溶媒に溶解させた少なくとも1つのリチウム塩の溶液から成る請求項15に記載の蓄電池。
- 前記非水性電解質が、ポリマー材料とリチウム塩とを含む請求項16に記載の蓄電池。
- 前記リチウム塩が、LiAsF6、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiBOB、LiODBF、LiB(C6H5)、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2(LiTFSI)、及びLiC(CF3SO2)3(LiTFSM)から選択される請求項17又は18に記載の蓄電池。
- 前記有機溶媒が、エーテル、エステル及びそれらの混合物から選択される請求項17に記載の蓄電池。
- 前記有機溶媒が、線形カーボネート;環状カーボネート;アルキルエステル;γ−ブチロラクトン;トリグライム;テトラグライム;ラクトン;ジメチルスルホキシド;ジオキソラン;スルホラン、並びにそれらの混合物から選択される請求項20に記載の蓄電池。
- 請求項7〜12のいずれか一項に記載の電極の製造方法であって、
活性電極材料の粉末状混合物を調製し、
第1の溶媒に溶解させた、架橋剤と反応し得る官能基を有する第1のポリマーの第1の溶液、及び第2の溶媒に溶解させた、フルオロポリマーから選択される第2のポリマーの第2の溶液を調製し、
前記第1の溶液及び前記第2の溶液を混合及び攪拌し、2つのポリマー溶液の均質混合物を得て、
架橋剤を、前記2つのポリマー溶液の前記均質混合物に添加し、
活性電極材料の前記粉末状混合物を、前記2つのポリマー溶液の前記均質混合物及び前記架橋剤に添加した後、攪拌し、インク又はペーストと称される均質混合物を得て、
前記インク又はペーストを、印刷装置を用いて電流集電体上に塗工、堆積又は印刷し、
堆積された前記インク又はペーストを乾燥させ、そして
堆積され乾燥された前記インク又はペースト及び前記電流集電体をカレンダー処理又は加圧する電極の製造方法。 - 前記インクを、塗工、積層、グラビア印刷、オフセット印刷、スクリーン印刷及びインクジェット印刷から選択されるプロセスによって塗布する請求項22に記載の方法。
- 溶媒中に、70重量%〜90重量%の活物質と、1重量%〜20重量%の、請求項1〜6のいずれか一項に記載のバインダーとを含むインク。
- 1重量%〜15重量%の1つ以上の電子導電性添加剤をさらに含む請求項24に記載のインク。
- 前記バインダーの含有量が1重量%〜10重量%である請求項24又は25に記載のインク。
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