JP6068993B2 - 電極用スラリー - Google Patents
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Description
これらの二次電池やキャパシタは一般に、電極、セパレーター、電解質を含む電解液を備えて構成される。電極は、樹脂バインダー(結着剤)が溶解した溶媒中に電極活物質を分散させた電極用スラリーを電極集電体用金属板上に塗工・乾燥させて、合剤層とすることで製造される。
(1)(A)バインダーと、(B)粘度調整剤と、(C)活物質及び導電助剤から選択される1種類以上の無機物質と、(D)HLB値が1.5〜7のノニオン性界面活性剤とを含み、(D)ノニオン性界面活性剤の添加量が、(A)〜(D)の総和100質量部(不揮発性分換算)に対し、1〜3質量部である水媒体の電極用スラリー。
(2)(D)ノニオン性界面活性剤が、鎖状炭化水素基、ポリエーテル基のいずれか1種類以上から選択されるブロック構造を有する電極用スラリー。
(3)(B)粘度調整剤が、カルボキシメチルセルロース及びその塩である、電極用スラリー。
(4)(A)バインダーが、エチレン性不飽和カルボン酸エステルを単量体単位として全単量体100質量部中80質量部以上含有するアクリル系共重合体である電極用スラリー。
(5)活物質が正極活物質であり、正極活物質が、LiFePO4、LiMnPO4、LiMnXFe(1−X)PO4(但し、0<X<1)、LiCoPO4又はLi3V2(PO4)3、LiNiPO4からなる群から選択される少なくとも1種のリチウム含有リン酸塩である電極用スラリー。
(6)活物質が正極活物質であり、正極活物質が、LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、Li(MnXNiYCoZ)O2又はLi(AlXNiYCoZ)O2からなる群から選択される少なくとも1種類のリチウム塩である電極用スラリー。但し、Li(MnXNiYCoZ)O2中又はLi(AlXNiYCoZ)O2中のX、Y及びZは、X+Y+Z=1という関係を満たしかつ0<X<1、0<Y<1、0<Z<1という関係を満たす。
(7)活物質が負極活物質であり、負極活物質が炭素質材料である電極用スラリー。
(8)活物質が負極活物質であり、負極活物質がLi4Ti5O12、金属スズを内包したスズ酸化物または金属シリコンを内包したシリコン酸化物からなる群から選択される少なくとも1種類である電極用スラリー。
(9)導電助剤が、(i)繊維状炭素、(ii)カーボンブラック、(iii)繊維状炭素とカーボンブラックが相互に連結した炭素複合体から選択される少なくとも1種である電極用スラリー。
(10)(i)繊維状炭素が、平均繊維径が5〜50nmであり、かつ比表面積が50〜400m2/gである電極用スラリー。
(11)(ii)カーボンブラックが、平均粒径10〜100nmの一次粒子が鎖状に結合してなるアセチレンブラックである電極用スラリー。
(12)前期電極用スラリーを用いて製造される電極。
(13)前期電極を用いて製造される電気二重層キャパシタ。
(14)前期電極を用いて製造される二次電池。
本発明の電極用スラリーは、(A)バインダーと、(B)粘度調整剤と、(C)活物質及び導電助剤から選択される1種類以上の無機物質と、(D)HLB値が1.5〜7のノニオン性界面活性剤とを、(D)ノニオン性界面活性剤の添加量が、(A)〜(D)の総和100質量部(不揮発性分換算)に対し、1〜3質量部となるように混合して水に分散させることで得られる。不揮発性分とは、常圧における沸点が220℃以下の物質を指す。
バインダーの添加量は、(A)〜(D)の総和100質量部中0.5〜10質量部(不揮発性分換算)であることが好ましく、2〜8質量部であることがさらに好ましい。添加量を0.5質量部以上とすることで、塗膜の平滑性、塗膜の結着性を良好に維持することができる。また、添加量を10質量部以下とすることで、内部抵抗を抑制できるため、レート特性の優れた電池を得ることができる。
(a1)化1で表わされる構造単位において、R2は炭素数1〜20のアルキル基である単量体。
(a2)化2で表わされる構造単位において、R3は炭素数1〜7のメチレン鎖である単量体。
(a1)の具体例としては、例えば、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ペンチル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ペンチル、メタクリル酸ヘキシル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸n−オクチル、メタクリル酸t−オクチル、メタクリル酸n−ドデシル、メタクリル酸n−オクタデシル、メタアクリル酸ノニル、メタアクリル酸イソノニル、メタクリル酸デシル、メタアクリル酸イソデシル、メタクリル酸ステアリル、アクリル酸ヘキシル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸n−オクチル、アクリル酸t−オクチル、アクリル酸n−ドデシル、アクリル酸n−オクタデシル、アクリル酸ノニル、アクリル酸イソノニル、アクリル酸デシル、アクリル酸イソデシル、アクリル酸ステアリル等が挙げられる。これらの中では、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチル、アクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸2−エチルヘキシルが好ましく、アクリル酸2−エチルヘキシルおよびメタクリル酸メチルの組み合わせがさらに好ましい。
(a1)の例示のものは、単独でも2種以上の組み合わせで使用することができる。
(a2)の具体例としては、例えば、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル、メタクリル酸3−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸4−ヒドロキシブチル、メタクリル酸ヒドロキシシクロヘキシル、アクリル酸2−ヒドロキシエチル、アタクリル酸4−ヒドロキシブチル等が挙げられる。これらの中では、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル、アクリル酸4−ヒドロキシブチルが好ましい。
これらは、単独でも2種以上の組み合わせでも使用することができる。
これらは、単独でも2種以上を組み合わせても使用することができる。
粘度調整剤の添加量は、(A)〜(D)の総和100質量部中0.5〜4質量部(不揮発性分換算)が好ましく、1〜2.5質量部がさらに好ましい。添加量を0.5質量部以上とすることで、活物質や導電助剤の沈降を抑制できるため、塗膜の平滑性が良好となる。また添加量を4質量部以下とすることで、スラリーの粘性を好適な範囲に調整することができると共に、内部抵抗を抑制できるため、レート特性の優れた電池を得ることができる。
これらは1種又は2種以上を組み合わせても良い。
活物質及び導電助剤から選択される1種類以上の無機物質の添加量は、(A)〜(D)の総和100質量部中83〜98質量部(不揮発性分換算)が好ましく、90〜98質量部がさらに好ましい。添加量を83質量部以上とすることで、内部抵抗を抑制できるため、レート特性の優れた電池を得ることができる。添加量を98質量部以下とすることで、電極用スラリーとして好適な粘度範囲に調製することができる。また、無機物質として、導電助剤を添加することで内部抵抗を抑制できるため、レート特性の優れた電池を得ることができる。導電助剤の添加量は、(A)〜(D)の総和100質量部中12質量部以下が好ましい。添加量を12質量部以下とすることで、活物質の添加量を確保できるため、より少量のスラリーで高容量の電池を得ることができる。
ノニオン性界面活性剤の添加量は、(A)〜(D)の総和100質量部中1〜3質量部(不揮発成分換算)であるが、1〜2質量部であることが好ましい。ノニオン性界面活性剤を1質量部以上とすることで、脱泡性及び平滑性の優れた電極用スラリーが得ることができる。また、ノニオン性界面活性剤を3質量部以下とすることで、内部抵抗を抑制できるため、レート特性の優れた電池を得ることができる。
尚、HLB値は、以下の式により定義されるグリフィン法により求めることができる。
HLB値=20×親水基の分子量の和/界面活性剤の分子量
電極は、本発明の電極用スラリーを金属板上に塗布し、乾燥して集電体を積層して得ることができる。なお、正極活物質を含む電極用スラリーにより正極が製造され、負極活物質を含む電極用スラリーにより負極が製造される。また、本発明の電極は、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池及び電気二重層キャパシタの製造に用いられるのが好ましく、特にリチウムイオン二次電池の製造に用いられるのが好ましい。
正極集電体の金属板としては、通常、アルミニウムが好ましく用いられる。また、負極集電体の金属板としては、通常、銅が好ましく用いられる。金属板の形状は、特に限定するものではないが、箔状が好ましい。金属板の厚さは、加工性を容易にする点から、厚さは5〜30μmが好ましい。
電極用スラリーの塗布方法は、一般的な方法を用いることができる。例えば、リバースロール法、ダイレクトロール法、ブレード法、ナイフ法、エクストルージョン法、カーテン法、グラビア法、バー法、ディップ法及びスクイーズ法を挙げることができる。そのなかでもブレード法(コンマロールまたはダイカット)、ナイフ法及びエクストルージョン法が好ましい。この際、バインダーの溶液物性、乾燥性に合わせて塗布方法を選定することにより、良好な塗布層の表面状態を得ることができる。塗布は片面に施しても、両面に施してもよく、両面の場合、片面ずつ逐次でも両面同時でもよい。また、塗布は連続でも間欠でもストライプでもよい。電極用スラリーの塗布厚みや長さ、巾は、電池の大きさに合わせて適宜決定すればよい。例えば、電極用スラリーの塗布厚み、すなわち、集電体の厚さは、10μm〜500μmの範囲とすることができる。
二次電池および電気二重層キャパシタは、本発明の電極を使用して得られるものである。二次電池としては、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池等が挙げられる。このうち、本発明の電極は、特に、リチウムイオン二次電池への利用が好適である。また、本発明の二次電池や電気二重層キャパシタは、本発明の電極(正極及び負極)と、セパレーターと、電解質溶液(以下、単に「電解液」ということがある)とを有して構成されるものが好適である。なお、本発明の正極あるいは負極と、本発明以外の電極と組合せても良い。
セパレーターには、電気絶縁性の多孔質膜、網、不織布等、充分な強度を有するものであればどのようなものでも使用可能である。特に、電解液のイオン移動に対して低抵抗であり、かつ、溶液保持に優れたものを使用するとよい。材質は特に限定しないが、ガラス繊維等の無機物繊維または有機物繊維、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリテトラフロオロエチレン、ポリフロン等の合成樹脂またはこれらの層状複合体等を挙げることができる。接着性および安全性の観点からポリエチレン、ポリプロピレンまたはこれらの層状複合膜が望ましい。
電解質は、公知のリチウム塩がいずれも使用でき、LiClO4、LiBF4,LiBF6、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiB10Cl10、LiAlCl4、LiCl、LiBr、LiI、LiB(C2H5)4、LiCF3SO3、LiCH3SO3、LiCF3SO3、LiC4F9SO3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、LiC(CF3SO2)3、低級脂肪酸カルボン酸リチウム等が挙げられるが、特に限定されるものではない。
リチウムイオン二次電池の場合の電解液としては、リチウム塩の電解質を溶解する非水系の有機溶媒より構成されるものが好適である。これらの有機溶媒としては、カーボネート類、γ−ブチロラクトン等のラクトン類、エーテル類、ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類、オキソラン類、含窒素化合物類、エステル類、無機酸エステル類、アミド類、グライム類、ケトン類、スルホラン等のスルホラン類、3−メチル−2−オキサゾリジノン等のオキサゾリジノン類、スルトン類等の1種又は2種以上の混合溶媒を用いることができる。
具体的には、カーボネート類としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート等が挙げられる。
エーテル類としては、トリメトキシメタン、1,2−ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、2−エトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等が挙げられる。
オキソラン類としては、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン等が挙げられる。
含窒素化合物類としては、アセトニトリル、ニトロメタン、N−メチル−2−ピロリドン等が挙げられる。
エステル類としては、ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、リン酸トリエステル等が挙げられる。
無機酸エステル類としては、硫酸エステル、硝酸エステル、塩酸エステル等が挙げられる。
アミド類としては、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等が挙げられる。
グライム類としては、ジグライム、トリグライム、テトラグライム等が挙げられる。
ケトン類としては、アセトン、ジエチルケトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等が挙げられる。
スルトン類としては、1,3−プロパンサルトン、4−ブタンスルトン、ナフタスルトン等が挙げられる。
(バインダー:アクリル系共重合体Aの製造)
攪拌機付きの温度調節の可能な容器に、アクリル酸2−エチルヘキシル86質量部(以下、単に「部」という)、メタクリル酸メチル5部、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル5部、ジメタクリル酸エチレングリコール2部、メタクリル酸2部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム2部、イオン交換水100部を加え容器内を窒素で置換した。次に、過硫酸アンモニウム0.2部により80℃で重合を開始し、重合転化率が99質量%になった時点で冷却し、バインダー(アクリル系共重合体A)のポリマーエマルジョンを得た。得られたポリマーエマルジョンに、10%水酸化カリウム水溶液を加え、pHを7に調整した。得られたポリマーエマルジョンの固形分は、50質量%であった。
正極剤スラリーの調製には、以下の原料を用いた。
・カルボキシメチルセルロース:株式会社ダイセル製「D2200」
エーテル化度0.8〜1.0、1%溶液粘度2,000mPa・s(25℃)
・LiFePO4:クラリアント株式会社製「P2」、平均一次粒子径600nm
・LiCoO2:日本化学工業株式会社製「C−10N」、平均一次粒子径12μm
・LiMn2O4:東ソー株式会社製、平均一次粒子径10μm
・アセチレンブラック:電気化学工業株式会社製「HS−100」、平均一次粒子径35n
m
・繊維状炭素:株式会社エムディーナノテック社製「MDCNF」、平均径15nm、比表
面積240m3/g
[スラリー調製時の脱泡性]
調整した正極材スラリー100mLをメスシリンダーに入れ、これをデシケーター内に密封し、ゲージ圧0mmHgの減圧下に15分間放置した。この間、液面が最高点に達した際の体積と、減圧処理前の体積比より脱泡性を評価した。評価は、体積比で3倍以上膨張した場合を「不可」、2倍以上3倍未満の場合を「可」、2倍未満の場合を「良」とした。
体積比=v2/v1
但し、v1:減圧前の体積、v2:減圧時の液面最高時の体積
厚み20μmのアルミニウム箔両面に、調製した正極材スラリーを、自動塗工機で片面ずつ140g/m2となるように塗布し、60℃、滞留時間15分で予備乾燥した。次に、ロールプレス機にて0.2〜3ton/cmの線圧でプレスし、正極集電体の厚さが両面で148μmになるように調製した。さらに集電体を54mm幅に切断して、短冊状の集電体シートを作製した。集電体シートの端部にアルミニウム製の集電体タブを超音波溶着した後、残留溶媒や吸着水分といった揮発成分を完全に除去するため、120℃で14時間真空乾燥して正極を得た。作製した正極について、以下の方法により、塗膜の平滑性および結着性を評価した。
[塗膜の平滑性(欠陥数)]
54mm×100mmに切断した正極表面を3枚準備し、それぞれの正極表面上の径が0.1mm以上の欠陥数を目視にて数え、その算術平均値より塗膜の平滑性を以下の基準により評価した。
良 :3個/枚未満
可 :3個/枚以上11個/枚未満
不可:11個/枚以上
ここで、欠陥とは、活物質、導電助剤およびバインダー組成物の凝集物、さらには気泡の発生によって周囲とは不均一となって見える部分を指す。尚、それぞれの欠陥の径は、光学顕微鏡を用い、倍率を100倍として観察することで確認した。
作製した正極を用い、JIS K 5600−5−6に準じ、カット間隔2mmで格子パターン25マスのクロスカット法試験により、塗膜の結着性を評価した。評価は0〜5の6段階により行い、数字が少ないものほど塗膜の結着性が良好であることを示す。
負極材スラリーの調製には、以下の原料を用いた。
・カルボキシメチルセルロース:株式会社ダイセル製「D2200」
エーテル化度0.8〜1.0、1%溶液粘度2,000mPa・s(25℃)
・黒鉛:株式会社クレハ製「カーボトロンP」、平均粒径9μm
・Li4Ti5O12:アルタイルナノテクノロジー社製、比表面積130m2/g
・SiO:株式会社大阪チタニウムテクノロジーズ社製「SiO」
・アセチレンブラック:電気化学工業株式会社製「HS−100」、平均一次粒子径35n
m
・繊維状炭素:株式会社エムディーナノテック社製「MDCNF」、平均径15nm、比表
面積240m3/g
厚み10μmの銅箔の両面に、調製した負極材スラリーを、自動塗工機で片面ずつ70g/m2となるように塗布し、60℃、滞留時間10分で予備乾燥した。次に、ロールプレス機にて0.2〜3ton/cmの線圧でプレスし、負極集電体の厚さが両面で90μmになるように調製した。さらに負極集電体を54mm幅に切断して短細状の集電体シートを作製した。集電体シートの端部にニッケル製の集電体タブを超音波溶着した後、残留溶媒や吸着水分といった揮発成分を完全に除去するため、120℃で14時間真空乾燥して負極を得た。
得られた正極と負極とを組合せ、厚み25μm、幅60mmのポリエチレン微多孔膜セパレーターを介して捲回し、スパイラル状の捲回群を作製した後、これを電池缶に挿入した。次いで、電解質としてLiPF6を1mol/Lの濃度で溶解した非水溶液系の電解液(エチレンカーボーネート/メチルエチルカーボネート=30/70(質量比)混合液)を電池容器に5ml注入した後、注入口をかしめて密閉し、直径18mm、高さ65mmの円筒形のリチウム二次電池(3.4V−940mAh)を作製した。作製したリチウムイオン二次電池について、以下の方法により電池性能を評価した。
作製したリチウムイオン二次電池を、25℃において4.0V、0.2ItA(188mA)制限の定電流定電圧充電をした後、0.2ItAの定電流で2.0Vまで放電した。
次いで、放電電流を0.2ItA、1ItAと変化させ、各放電電流に対する放電容量を測定した。各測定における回復充電は4.0V(1ItAカット)の定電流定電圧充電を行った。そして、0.2ItA放電時に対する1ItA放電時の高率放電容量維持率を計算した。
環境温度25℃にて、充電電圧4.0V、1ItAの定電流定電圧充電と、放電終止電圧2.0Vの1ItAの定電流放電を行った。充電及び放電のサイクルを繰り返し行い、1サイクル目の放電容量に対する500サイクル目の放電容量の比率を求めてサイクル容量維持率した。
LiFePO4を82.6質量部、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックポリマーを1.4質量部とした以外は、実施例1と同様な方法で、正極材スラリーを作製し、各評価を実施した。結果を表1に示す。
LiFePO4を82質量部、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックポリマーを2質量部とした以外は、実施例1と同様な方法で、正極材スラリーを作製し、各評価を実施した。結果を表1に示す。
LiFePO4を81質量部、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックポリマーを3質量部とした以外は、実施例1と同様な方法で、正極材スラリーを作製し、各評価を実施した。結果を表1に示す。
ノニオン性界面活性剤として、分子中にブロック構造を持たない、ステアリン酸グリセリル(日光ケミカルズ株式会社製「NIKKOL(登録商標) MGS−F75V」、HLB値=1.5)を1質量部使用した以外は、実施例1と同様な方法で、正極材スラリーを作製し、各評価を実施した。結果を表1に示す。
LiFePO4を82.6質量部、ステアリン酸グリセリルを1.4質量部とした以外は、実施例5と同様な方法で、正極材スラリーを作製し、各評価を実施した。結果を表1に示す。
LiFePO4を82質量部、ステアリン酸グリセリルを2質量部とした以外は、実施例5と同様な方法で、正極材スラリーを作製し、各評価を実施した。結果を表1に示す。
ノニオン性界面活性剤として、分子中にオキシエチレン鎖のブロックを有する、ポリオキシエチレンラウリルエーテル(第一工業製薬株式会社製「DKS−NL−Dash400」、HLB値=3)を1質量部使用した以外は、実施例1と同様な方法で、正極材スラリーを作製し、各評価を実施した。結果を表1に示す。
LiFePO4を82.6質量部、ポリオキシエチレンラウリルエーテルを1.4質量部とした以外は、実施例8と同様な方法で、正極材スラリーを作製し、各評価を実施した。結果を表1に示す。
LiFePO4を82質量部、ポリオキシエチレンラウリルエーテルを2質量部とした以外は、実施例8と同様な方法で、正極材スラリーを作製し、各評価を実施した。結果を表1に示す。
ノニオン性界面活性剤として、分子中にエチレンオキサイド鎖のブロックを有する、ポリオキシエチレンアルキルエーテル(日本乳化剤株式会社製「ニューコール2302」、HLB値=6.3)を使用した以外は、実施例1と同様な方法で、正極材スラリーを作製し、各評価を実施した。結果を表1に示す。
LiFePO4を82.6質量部、ポリオキシエチレンアルキルエーテルを1.4質量部とした以外は、実施例11と同様な方法で、正極材スラリーを作製し、各評価を実施した。結果を表1に示す。
LiFePO4を82質量部、ポリオキシエチレンアルキルエーテルを2質量部とした以外は、実施例11と同様と同様な方法で、正極材スラリーを作製し、各評価を実施した。結果を表1に示す。
カルボキシメチルセルロースを0.6質量部、LiFePO4を84質量部とした以外は、実施例2と同様な方法で、正極材スラリーを作製し、各評価を実施した。結果を表2に示す。
カルボキシメチルセルロースを1質量部、LiFePO4を83.6質量部とした以外は、実施例2と同様な方法で、正極材スラリーを作製し、各評価を実施した。結果を表2に示す。
カルボキシメチルセルロースを2.5質量部、LiFePO4を82.1質量部とした以外は、実施例2と同様な方法で、正極材スラリーを作製し、各評価を実施した。結果を表2に示す。
カルボキシメチルセルロースを3.5質量部、LiFePO4を81.1質量部とした以外は、実施例2と同様な方法で、正極材スラリーを作製し、各評価を実施した。結果を表2に示す。
粘度調整剤として、1%溶液粘度が400mPa・s(25℃)である、カルボキシメチルセルロース(株式会社ダイセル製「D1160」、エーテル化度0.6〜0.8)を2質量部、LiFePO4を82.6質量部とした以外は、実施例2と同様な方法で、正極材スラリーを作製し、各評価を実施した。結果を表2に示す。
粘度調整剤として、ポリビニルアルコール(電気化学工業株式会社製「デンカポバール(登録商標) H−17」、ケン化度95〜96mol%)を2質量部、LiFePO4を82.6質量部とした以外は、実施例2と同様な方法で、正極材スラリーを作製し、各評価を実施した。結果を表2に示す。
アクリル系共重合体Aを10質量部、カルボキシメチルセルロースを3.5質量部、LiFePO4を76.1質量部、とした以外は、実施例2と同様な方法で、正極材スラリーを作製し、各評価を実施した。結果を表2に示す。
(バインダー:アクリル系共重合体Bの製造および評価)
アクリル酸2−エチルヘキシル76部、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル5部、ジメタクリル酸エチレングリコール2部、メタクリル酸2部、スチレン15部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム2部を単量体として用いた以外は、アクリル系共重合体Aと同様に製造し、アクリル系共重合体Bを得た。正極バインダーをアクリル系共重合体Bとした以外は、全て実施例2と同様な方法で正極材スラリーを調製した。さらに、実施例1と同様な方法で、負極材スラリー、正極、負極を作製し、各評価を実施した。結果を表2に示す。
(バインダー:アクリル系共重合体Cの製造および評価)
アクリル酸2−エチルヘキシル71部、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル5部、ジメタクリル酸エチレングリコール2部、メタクリル酸2部、スチレン20部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム2部を単量体として用いた以外は、アクリル系共重合体Aと同様に製造し、アクリル系共重合体Cを得た。正極バインダーをアクリル系共重合体Cとした以外は、全て実施例2と同様な方法で正極材スラリーを調製した。さらに、実施例1と同様な方法で、負極材スラリー、正極、負極を作製し、各評価を実施した。結果を表2に示す。
(負極の評価)
負極バインダーをスチレンブタジエン共重合体(JSR社製「TRD−2001」)とした以外は、全て実施例1と同様な方法で負極材スラリーを調製し、負極材スラリー調製時の脱泡性、負極材塗膜の平滑性および結着性を評価した。尚、脱泡性、塗膜の平滑性および結着性は正極にて実施した基準に従った。さらに、実施例1と同様な方法で、正極材スラリー、正極、負極を作製し、各評価を実施した。結果を表3に示す。
<実施例24>
負極バインダーをフッ素系ゴム(ダイキン工業製「ダイエルラテックスGL−252」)とした以外は、全て実施例1と同様な方法で負極材スラリーを調製した。フッ素系ゴムは、A液(フッ素ゴム50質量%含有)、B液(架橋剤溶液)を99.5/0.005の質量比で混合して用い負極材スラリー調製時の脱泡性、負極材塗膜の平滑性および結着性を評価した。さらに、実施例2と同様な方法で、正極材スラリー、正極、負極を作製し、各評価を実施した。結果を表3に示す。
実施例1で作製した負極材スラリーを用い、スラリー調製時の脱泡性、負極材塗膜の平滑性および結着性を評価した。さらに、実施例2で作製した正極材スラリーを用い、各評価を実施した。結果を表3に示す。
表3に示す配合に従い負極材スラリーを作製し、負極の評価を行った。さらに、実施例2で作製した正極材スラリーを用い、各評価を実施した。結果を表3に示す。
正極活物質をLiCoO2とした以外は、全て実施例2と同様な方法で正極材スラリーを調製した。さらに、実施例1と同様な方法で、負極材スラリー、正極、負極を作製し、各評価を実施した。結果を表4に示す。
正極活物質をLiMn2O4とした以外は、全て実施例2と同様な方法で正極材スラリーを調製した。さらに、実施例1と同様な方法で、負極材スラリー、正極、負極を作製し、各評価を実施した。結果を表4に示す。
負極活物質を、金属シリコンを内包したシリコン酸化物(大阪チタニウムテクノロジーズ社製「SiO」)とした以外は、全て実施例1と同様な方法で負極材スラリーを調製した。さらに、実施例2と同様な方法で、正極材スラリー、正極、負極を作製し、各評価を実施した。結果を表4に示す。
負極活物質としてLi4Ti5O12を使用した以外は、全て実施例1と同様な方法で負極材スラリーを調製した。さらに、実施例2と同様な方法で、正極材スラリー、正極、負極を作製し、各評価を実施した。結果を表4に示す。
(正極活物質−繊維状炭素−アセチレンブラック:炭素複合体の製造および評価)
繊維状炭素2部、アセチレンブラック7部、LiFePO482.6部を、エタノール1000部に加え、アルミナ製ボールからなる撹拌媒体を用い、振動ミルで5時間湿式撹拌することによって、繊維状炭素とアセチレンブラックのメカノケミカル的複合化と、LiFePO4との混合を、同時に実施した。撹拌後、濾過によりエタノールを除去し、乾燥機で100℃、3時間保持して乾燥し、さらにらいかい機を用いて8時間解砕処理した。この混合物をマッフル炉に充填し、窒素ガスを流しながら700℃で1時間加熱処理を行い繊維状炭素、アセチレンブラック、LiFePO4からなる炭素複合体を焼成した。得られた炭素複合体91.6質量部に、バインダーとしてアクリル系共重合体Aを固形分で5質量部、粘度調整剤として1%溶液粘度が2000mPa・sのカルボキシメチルセルロース2質量部、ノニオン性界面活性剤としてポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックポリマー(第一工業製薬株式会社製「エパン410」、HLB値=2.0)1.4質量部を混合し、正極材スラリーを調製した。さらに、実施例1と同様な方法で、負極材スラリー、正極、負極を作製し、各評価を実施した。結果を表4に示す。
(負極活物質−繊維状炭素−アセチレンブラック:炭素複合体の製造および評価)
繊維状炭素1.9部、アセチレンブラック3.9部、金属シリコンを内包したシリコン酸化物(以下、シリコン酸化物と略す)91.2部を、エタノール1000部に加え、アルミナ製ボールからなる撹拌媒体を用い、振動ミルで5時間湿式撹拌することによって、繊維状炭素とアセチレンブラックのメカノケミカル的複合化と、シリコン酸化物との混合を、同時に実施した。さらに、実施例29と同様な方法で焼成を行い、炭素複合体を得た。得られた炭素複合体97質量部に、バインダーとしてアクリル系共重合体Aを固形分で1質量部、粘度調整剤として1%溶液粘度が2000mPa・sのカルボキシメチルセルロースを1質量部、ノニオン性界面活性剤としてポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックポリマー(第一工業製薬株式会社製「エパン410」 、HLB値=2.0)を1質量部混合し、全固形分が50質量%となるように適量の水を加えて混練し、負極材スラリーを調製した。さらに、実施例2と同様な方法で、正極材スラリー、正極、負極を作製し、各評価を実施した。結果を表4に示す。
LiFePO4を84質量部とし、ノニオン性界面活性剤を添加しなかった以外は、実施例1と同様な方法で正極材スラリーを調製した。さらに、実施例1と同様な方法で、負極材スラリー、正極、負極を作製し、各評価を実施した。結果を表5に示す。
LiFePO4を83.2質量部、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックポリマーを0.8質量部とした以外は、実施例1と同様な方法で正極材スラリーを調製した。さらに、実施例1と同様な方法で、負極材スラリー、正極、負極を作製し、各評価を実施した。結果を表5に示す。
LiFePO4を80質量部、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックポリマーを4質量部とした以外は、実施例1と同様な方法で正極材スラリーを調製した。さらに、実施例1と同様な方法で、負極材スラリー、正極、負極を作製し、各評価を実施した。結果を表5に示す。
ノニオン性界面活性剤として、HLB値が9であるポリオキシアルキレントリデシルエーテル(第一工業製薬株式会社製「ノイゲン(登録商標)TDX−50」)を使用した以外は、実施例2と同様な方法で正極材スラリーを調製した。さらに、実施例1と同様な方法で、負極材スラリー、正極、負極を作製し、各評価を実施した。結果を表5に示す。
ノニオン性界面活性剤を使用する代わりに、HLB値が0の疎水性化合物である流動パラフィン(モレスコ社製「モレスコホワイトP−260」)を使用した以外は、実施例2と同様な方法で正極材スラリーを調製した。さらに、実施例1と同様な方法で、負極材スラリー、正極、負極を作製し、各評価を実施した。結果を表5に示す。
ノニオン性界面活性剤を使用する代わりに、アニオン性界面活性剤としてポリオキシエチレントリデシルエーテルリン酸エステル(第一工業製薬株式会社製「プライサーフ(登録商標) A212C」)を使用した以外は、実施例2と同様にして正極材スラリーを作製したが、塗膜が剥がれ、評価を行うことができなかった。結果を表5に示す。
カルボキシメチルセルロース添加せず、LiFePO4を84.8質量部とした以外は、実施例2と同様にして正極材スラリーを作製したが、スラリー中で活物質が沈降し、均一な塗膜が得られず、評価を行うことができなかった。結果を表5に示す。
Claims (12)
- (A)(a1)で示されるエチレン性不飽和カルボン酸エステルと、(a2)で示されるエチレン性不飽和カルボン酸エステルと、多官能不飽和カルボン酸エステルと、を単量体として含むアクリル系共重合体からなるバインダーと、
(a1)式(1)で表わされる構造単位において、R2は炭素数1〜20のアルキル基である単量体。
CH2=C(R1)−COO−R2 式(1) (式中R1は、水素原子又はメチル基)
(a2)式(2)で表わされる構造単位において、R3は炭素数1〜7のメチレン鎖である単量体。
CH2=C(R1)−COO−R3−OH 式(2) (式中R1は、水素原子又はメチル基)
(B)粘度調整剤と、
(C)正極活物質及び導電助剤からなる無機物質と、
(D)HLB値が1.5〜7のノニオン性界面活性剤と、を含み、
(D)ノニオン性界面活性剤の添加量が、(A)〜(D)の総和100質量部(不揮発性分換算)に対し、1〜3質量部である水媒体の正極用スラリー。 - (D)ノニオン性界面活性剤が、鎖状炭化水素基、ポリエーテル基のいずれか1種類以上から選択されるブロック構造を有する、請求項1に記載の水媒体の正極用スラリー。
- (B)粘度調整剤が、カルボキシメチルセルロース及びその塩である、請求項1または2に記載の水媒体の正極用スラリー。
- (A)バインダーが、エチレン性不飽和カルボン酸エステルを単量体単位として、全単量体100質量部中80質量部以上含有するアクリル系共重合体である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の水媒体の正極用スラリー。
- 正極活物質が、LiFePO4、LiMnPO4、LiMnXFe(1−X)PO4(但し、0<X<1)、LiCoPO4又はLi3V2(PO4)3、LiNiPO4からなる群から選択される少なくとも1種のリチウム含有リン酸塩である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の水媒体の正極用スラリー。
- 正極活物質が、LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、Li(MnXNiYCoZ)O2又はLi(AlXNiYCoZ)O2からなる群から選択される少なくとも1種類のリチウム含有遷移金属酸化物である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の水媒体の正極用スラリー。但し、Li(MnXNiYCoZ)O2中又はLi(AlXNiYCoZ)O2中のX、Y及びZは、X+Y+Z=1という関係を満たしかつ0<X<1、0<Y<1、0<Z<1という関係を満たす。
- 導電助剤が、(i)繊維状炭素、(ii)カーボンブラック、(iii)繊維状炭素とカーボンブラックが相互に連結した炭素複合体から選択される少なくとも1種である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の水媒体の正極用スラリー。
- (i)繊維状炭素が、平均繊維径が5〜50nmであり、かつ比表面積が50〜400m2/gである、請求項7に記載の水媒体の正極用スラリー。
- (ii)カーボンブラックが、平均粒径10〜100nmの一次粒子が鎖状に結合してなるアセチレンブラックである、請求項7または8に記載の水媒体の正極用スラリー。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載の水媒体の正極用スラリーを用いて製造される正極。
- 請求項10に記載の正極を用いて製造される電気二重層キャパシタ。
- 請求項10に記載の正極を用いて製造される二次電池。
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