JP6116964B2 - 二次電池電極用水系組成物および二次電池正極用電極 - Google Patents
二次電池電極用水系組成物および二次電池正極用電極 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6116964B2 JP6116964B2 JP2013067274A JP2013067274A JP6116964B2 JP 6116964 B2 JP6116964 B2 JP 6116964B2 JP 2013067274 A JP2013067274 A JP 2013067274A JP 2013067274 A JP2013067274 A JP 2013067274A JP 6116964 B2 JP6116964 B2 JP 6116964B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- secondary battery
- weight
- monomer
- lithium
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Description
従来、リチウムイオン二次電池の正極活物質としてはコバルト酸リチウムが主に用いられてきたが、近年ではその資源の豊富さやコストなどの観点から、マンガン酸リチウムも使用されている。しかし、マンガン酸リチウムを用いた電池は高温時のマンガンの溶出により、高温での充放電サイクル特性に劣るという欠点があった。
また、リチウムイオン二次電池の電極の作製においては、通常、結着剤としてポリマーバインダーが用いられ、活物質(負極構成材および正極活物質)にポリマーバインダーを配合して電極用組成物を調製し、その電極用組成物を金属箔(以下、集電体という。)上に塗布、乾燥することにより、活物質を集電体に結着させている。ポリマーバインダーには、活物質との接着性、集電体との接着性、電解液である極性溶媒に対する耐性、電気化学的な環境下での安定性が求められる。
これら不具合を改良すべく、ポリマーバインダーとして、非フッ素系ポリマーの水分散体を用いることが種々提案されている。
例えば、バインダーとしてカルボキシメチルセルロースとブタジエン共重合体ゴムとを混合して用いることで、充放電サイクル性に優れた二次電池を提供することが可能とされている(例えば、特許文献1参照。)。
本発明の目的は、結着強度が良好なバインダーと水溶性高分子とを用い、それらの比率及び使用量をある特定範囲にすることで、製造工程での電極シートの剥離を抑制可能な、かつ高温での充放電サイクル特性の良好な電極を提供することにある。
脂肪族共役ジエン系共重合体の水分散体(I)と、カルボキシメチルセルロース(II)と、リチウムイオンを吸蔵、放出可能なリチウム含有複合酸化物(III)として、少なくともマンガン酸リチウムとを含有する水系組成物であって、脂肪族共役ジエン系共重合体の水分散体(I)のカルボキシメチルセルロース(II)に対する固形重量比(A)が下記式(1)を満たし、リチウム含有複合酸化物(III)100重量部に対する脂肪族共役ジエン系共重合体の水分散体(I)とカルボキシメチルセルロース(II)の合計固形重量部(B)が下記式(2)を満たすことを特徴とする、二次電池電極用水系組成物。
式(1) 0<(A)≦0.40
式(2) 3.2≦(B)<10
また第二発明として二次電池の正極を形成するために用いられる本発明の二次電池電極用水系組成物、第三発明として本発明の二次電池正極用水系組成物から得られる二次電池正極用電極を提供する。
本発明の二次電池正極用水系組成物は、高分子水分散体(I)と、水溶性高分子(II)と、リチウムイオンを吸蔵、放出可能なリチウム含有複合酸化物(III)として、少なくともマンガン酸リチウムと、必要により配合されるその他添加剤とから構成される。
高分子水分散体(I)としては、例えば、脂肪族共役ジエン系共重合体の水分散体、不飽和カルボン酸アルキルエステル系共重合体の水分散体などが挙げられる。結着力の観点から、好ましくは、脂肪族共役ジエン系共重合体の水分散体が挙げられる。
脂肪族共役ジエン系共重合体の水分散体は、脂肪族共役ジエン系共重合体の水分散体の原料単量体の総量に対して、脂肪族共役ジエン系単量体単位を5重量%以上の範囲で含有することが好ましい。脂肪族共役ジエン系単量体が5重量%未満では、バインダーとしての能力が低くなり、電極シートの打ち抜き特性が低下する傾向にある。さらに好ましくは20〜97重量%である。
不飽和カルボン酸アルキルエステル単量体と共重合可能な単量体は全単量体中、0〜50重量%の範囲で使用されることが好ましい。不飽和カルボン酸アルキルエステル単量体と共重合可能な単量体が50重量%を超えると、バインダーとしての能力が低く、電極シートの打ち抜き特性や捲回時の耐折れ割れ性が低下する傾向にある。さらに好ましくは、5〜40重量%である。
乳化剤は、単量体組成物100重量部に対して、例えば、0.05〜8重量部、好ましくは、0.1〜3重量部の割合で利用される。
重合開始剤は、例えば、単量体組成物100重量部に対して、0〜3重量部、好ましくは、0.01〜2重量部の割合で添加される。
還元剤としては、例えば、硫酸第一鉄、亜硫酸塩、亜硫酸水素塩、ピロ亜硫酸塩、亜ニチオン酸塩、ニチオン酸塩、チオ硫酸塩、ホルムアルデヒドスルホン酸塩、ベンズアルデヒドスルホン酸塩、例えば、エリソルビン酸、L−アスコルビン酸、酒石酸、クエン酸などのカルボン酸類およびその塩、例えば、デキストロース、サッカロースなどの還元糖類、例えば、ジメチルアニリン、トリエタノールアミンなどのアミン類が挙げられる。好ましくは、硫酸第一鉄、カルボン酸類およびその塩が挙げられ、より好ましくは、硫酸第一鉄、エリソルビン酸が挙げられる。
還元剤は、例えば、単量体組成物100重量部に対して、0〜3重量部、好ましくは、0.005〜1重量部の割合で添加される。
連鎖移動剤は、例えば、単量体組成物100重量部に対して、0〜3重量部、好ましくは、0.01〜1重量部の割合で添加される。
得られた高分子水分散体の固形分は、例えば、35〜55重量%、好ましくは、40〜50重量%である。
添加剤の配合割合は、リチウム含有複合酸化物(III)100重量部に対して、例えば、0〜30重量部、好ましくは、0.1〜20重量部である。
式(1) 0<(A)<3.0
式(2) 3.2≦(B)<10
(A)が0では、活物質等の集電体などに対する良好な結着力が得られない傾向があり、電極作製工程において、集電体からの活物質等の剥離が起こり易くなる。また(A)が3.0以上では高温での充放電サイクル特性が劣る。好ましくは、0を超えて1.5以下であり、さらに好ましくは0.05以上1.0以下である。
(B)が3.2未満、もしくは、10以上では、いずれも高温での充放電サイクル特性が劣る。好ましくは3.5以上6.5以下であり、さらに好ましくは4.0以上6.0以下である。
透過型電子顕微鏡で撮影した粒子1000個について、画像解析装置を用いて面積円相当径を測定し、数平均粒子径を算出した。結果を表1および表2に示した。
共重合体ラテックスをガラス板状に流延し70℃で4時間乾燥してフィルムを作製し、示差走査熱量計(セイコーインスツルメンツ社製 DSC6200)を用いて昇温速度10℃/minにて測定したDSC曲線において、補外ガラス転移開始点をガラス転移点とした。結果を表1および表2に示した。
80℃の乾燥機にてフィルムを作製した。作製したフィルムを約1g秤量し(これをXgとする。)、これを400mlのトルエンに入れ48時間膨潤溶解させた。その後、これを秤量済みの300メッシュの金網で濾過し、トルエンを蒸発乾燥させ、乾燥後重量から金網重量を減じて、試料の乾燥後重量を秤量した(これをYgとする。)。下記式よりゲル含量を計算した。結果を表1および表2に示した。
ゲル含量(%)=(Y/X)×100
耐圧性の重合反応機に、純水90部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.2部、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム0.4部、過硫酸カリウム0.4部を仕込み、十分攪拌した後、表1に示す1段目の各単量体及びt−ドデシルメルカプタン0.12部を加えて60℃で重合を開始した。6時間後に重合温度を65℃に上げて保ち、表1に示す2段目の各単量体、t−ドデシルメルカプタンおよび、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム0.4部と純水5部の混合物を3時間で連続的に添加し、重合転化率97%以上になった後、重合を終了した。
次いで、該高分子水分散体を水酸化ナトリウム水溶液でpHを7に調整した後、水蒸気蒸留により未反応単量体を除去し、高分子水分散体aを得た。
また、表1および表2に示す条件を変更する以外は高分子水分散体aと同様の方法にて、高分子水分散体b〜gを得た。
(正極用水系組成物の作成)
正極活物質として、LiMn2O4100.0重量部、導電剤としてのアセチレンブラック12.5重量部、カルボキシメチルセルロース4.4重量部を乳鉢にて十分混合した。続いて、純水及び高分子水分散体aを固形分で0.6重量部加え混合を継続し、実施例1の正極用水系組成物を調製した。
また、表3に示す各配合物の重量部、高分子水分散体の種類及び量を変更する以外は、実施例1と同様の方法にて、実施例2〜12の正極用水系組成物を得た。
(正極用水系組成物の作成)
表3に示す各配合物の重量部、高分子水分散体の種類及び量を変更する以外は、実施例1と同様の方法にて、比較例1〜7の正極用水系組成物を得た。
なお、比較例7においては、ポリフッ化ビニリデンのN−メチルピロリドン溶液jを高分子水分散体の代わりに使用し、純水の代わりにN−メチルピロリドンで混合した。
各々の正極用水系組成物を、集電体として厚さ20μmのアルニミウム箔に塗布し、80℃で2時間乾燥後、80℃で24時間真空乾燥し、室温でプレスして、塗工層の厚みが80μm(片面あたり)の正極を得た。但し、比較例1、7については、接着強度不足のため、セル打ち抜き時に電極層が集電体より剥離したため、セル作製が出来なかった。
各々の正極用シートをコインセル電池作成用のポンチ(直径10mm)を用いて打ち抜いた。その際の塗工層のはく離や欠けの程度を下記の基準にて目視評価した。結果を表3に示す。
○:全くはく離や欠けがない。
△:塗工層の端部がわずかに欠けた。
×:塗工層の大部分がはく離した。
前述のように作成した打ち抜き後の正極シート、多孔質ポリプロピレンセパレータ、負極としての金属リチウム箔の順で積層し、電池缶内に容量比が1:1であるエチレンカーボネートとジメチルカーボネートの混合溶媒に1mol/lとなるように六フッ化リン酸リチウムを溶解した電解液を充填し、コインセル電池を作成した。
上記の方法で得られたコインセル電池を用いて60℃の恒温槽内で4.5Vまで充電し、20mA/gで、3.5Vまで放電する工程を50サイクル繰り返した。下記の式により容量保持率を計算した。評価結果については表3に示した。容量保持率の数値が大きいほうが、サイクル特性が良好である。
容量保持率(%)={(50サイクル目の放電容量)/(1サイクル目の放電容量)}×100
(I):高分子水分散体
(II):カルボキシメチルセルロース
(III):LiMn2O4
AB :アセチレンブラック
Claims (3)
- 脂肪族共役ジエン系共重合体の水分散体(I)と、カルボキシメチルセルロース(II)と、リチウムイオンを吸蔵、放出可能なリチウム含有複合酸化物(III)として少なくともマンガン酸リチウムとを含有する水系組成物であって、脂肪族共役ジエン系共重合体の水分散体(I)のカルボキシメチルセルロース(II)に対する固形重量比(A)が下記式(1)を満たし、リチウム含有複合酸化物(III)100重量部に対する脂肪族共役ジエン系共重合体の水分散体(I)とカルボキシメチルセルロース(II)の合計固形重量部(B)が下記式(2)を満たすことを特徴とする、二次電池電極用水系組成物。
式(1) 0<(A)≦0.40
式(2) 3.2≦(B)<10 - 二次電池の正極を形成するために用いられることを特徴とする、請求項1に記載の二次電池電極用水系組成物。
- 請求項2に記載の二次電池正極用水系組成物を集電体に塗布して得られることを特徴とする、二次電池正極用電極。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013067274A JP6116964B2 (ja) | 2013-03-27 | 2013-03-27 | 二次電池電極用水系組成物および二次電池正極用電極 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013067274A JP6116964B2 (ja) | 2013-03-27 | 2013-03-27 | 二次電池電極用水系組成物および二次電池正極用電極 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014192034A JP2014192034A (ja) | 2014-10-06 |
JP6116964B2 true JP6116964B2 (ja) | 2017-04-19 |
Family
ID=51838098
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013067274A Active JP6116964B2 (ja) | 2013-03-27 | 2013-03-27 | 二次電池電極用水系組成物および二次電池正極用電極 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6116964B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7233829B2 (ja) | 2016-12-27 | 2023-03-07 | 東京製綱株式会社 | 鋼管杭式土砂崩壊予防施設及び鋼管杭式土砂崩壊予防施設の形成方法 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11339810A (ja) * | 1998-05-28 | 1999-12-10 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 非水電解液二次電池 |
FR2790330B1 (fr) * | 1999-02-25 | 2001-05-04 | Cit Alcatel | Electrode positive de generateur electrochimique rechargeable au lithium a collecteur de courant en aluminium |
JP3692965B2 (ja) * | 2000-05-15 | 2005-09-07 | 株式会社デンソー | リチウム二次電池およびその正極の製造方法 |
JP2011129400A (ja) * | 2009-12-18 | 2011-06-30 | Konica Minolta Holdings Inc | イオン液体を有する二次電池およびその製造方法 |
US9680154B2 (en) * | 2011-06-03 | 2017-06-13 | Positec Power Tools (Suzhou) Co., Ltd. | Battery |
JP6029823B2 (ja) * | 2011-09-12 | 2016-11-24 | 学校法人東京理科大学 | 二次電池電極用水系組成物および二次電池正極用電極 |
-
2013
- 2013-03-27 JP JP2013067274A patent/JP6116964B2/ja active Active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7233829B2 (ja) | 2016-12-27 | 2023-03-07 | 東京製綱株式会社 | 鋼管杭式土砂崩壊予防施設及び鋼管杭式土砂崩壊予防施設の形成方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2014192034A (ja) | 2014-10-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5259373B2 (ja) | 非水電解液二次電池電極用バインダー | |
JP5870216B2 (ja) | 電極用バインダー、電極用組成物及び電極シート | |
JP5329559B2 (ja) | 二次電池電極用バインダー | |
JP2010192434A (ja) | 二次電池電極用バインダー | |
JP2011108373A (ja) | 電池電極用バインダー | |
JPWO2019013102A1 (ja) | 電気化学素子機能層用バインダー組成物、電気化学素子機能層用組成物、電気化学素子用機能層、及び電気化学素子 | |
JP5809636B2 (ja) | 二次電池電極用バインダー、二次電池電極用スラリー及び二次電池電極 | |
JP5651346B2 (ja) | 電池電極用組成物 | |
JP6029823B2 (ja) | 二次電池電極用水系組成物および二次電池正極用電極 | |
TWI575014B (zh) | 鋰電池負極用樹脂、樹脂組成物、漿料、負極以及鋰電池 | |
JP2002319403A (ja) | 二次電池負極用バインダーおよび二次電池電極用組成物 | |
JP7347218B2 (ja) | 非水系電池電極用スラリー、並びに非水系電池電極及び非水系電池の製造方法 | |
JP6363331B2 (ja) | 電池電極用水系バインダー及びその製造方法 | |
JP5805252B2 (ja) | 電池電極用バインダーおよび電池電極用組成物 | |
JP5651518B2 (ja) | 電池電極用バインダー及び電池電極用組成物 | |
JP2012169112A (ja) | 二次電池電極用バインダー組成物、二次電池電極用スラリーおよび二次電池用電極 | |
JP6116964B2 (ja) | 二次電池電極用水系組成物および二次電池正極用電極 | |
JP2019053942A (ja) | 電気化学デバイス用電極の製造方法 | |
JP6431249B1 (ja) | 電極用バインダー、電極用組成物及び電極 | |
JP5835682B2 (ja) | 電池電極用組成物 | |
JP5547505B2 (ja) | 二次電池電極用バインダー | |
WO2019146720A1 (ja) | リチウムイオン二次電池用正極 | |
JP5632954B1 (ja) | 共重合体ラテックス |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160216 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20161116 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20161213 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170207 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170314 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170322 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6116964 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |