JP6607967B2 - 磁性物質を含む二次電池用バインダー - Google Patents

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Description

本発明は、磁性物質を含む二次電池用バインダーに関する。
本出願は、２０１５年８月３１日付の韓国特許出願第１０−２０１５−０１２２７９９号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。
最近、化石燃料の枯渇によるエネルギー源の値上がり、環境汚染の関心が増幅し、環境に優しい代替エネルギー源に対する要求が未来生活のための必須不可欠の要因となっている。そこで、原子力、太陽光、風力、潮力など多様な電力生産技術に対する研究が続いており、このように生産されたエネルギーをより効率的に使用するための電力貯蔵装置も大きな関心が続いている。
特に、モバイル機器に対する技術開発と需要が増加するに伴ってエネルギー源としての電池の需要が急激に増加しており、それによって多様な要求に応えられる電池に対する多くの研究が行われている。
代表的に、電池の形状の面では、薄い厚さで携帯電話などのような製品に適用可能な角型二次電池とパウチ型二次電池に対する需要が高く、材料の面では、高いエネルギー密度、放電電圧、出力安定性などの利点を有するリチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池などのようなリチウム二次電池に対する需要が高い。
また、二次電池は、正極、負極、および正極と負極との間に介在する分離膜が積層された構造の電極アセンブリがどのような構造からなっているかによって分類されたりするが、代表的には、長いシート状の正極と負極を分離膜が介在した状態で巻取った構造のゼリーロール型（巻取型）電極アセンブリ、所定大きさの単位に切り取った多数の正極と負極を分離膜を介在させた状態で順次に積層したスタック型（積層型）電極アセンブリなどが挙げられ、最近は、前記ゼリーロール型電極アセンブリおよびスタック型電極アセンブリの抱える問題点を解決するために、前記ゼリーロール型とスタック型の混合形態である一歩進んだ構造の電極アセンブリであって、所定単位の正極と負極を分離膜を介在させた状態で積層した単位セルを分離フィルム上に位置させた状態で順次に巻取った構造のスタック／フォールディング型電極アセンブリが開発された。
また、二次電池は、電池ケースの形状によって、電極アセンブリが円筒形または角形の金属缶に内装されている円筒型電池および角型電池と、電極アセンブリがアルミニウムラミネートシートのパウチ型ケースに内装されているパウチ型電池とに分類される。
特に、最近は、スタック型またはスタック／フォールディング型電極アセンブリをアルミニウムラミネートシートのパウチ型電池ケースに内蔵した構造のパウチ型電池が、低い製造費、小さい重量、容易な形態変形などを理由に、多くの関心を集めており、また、その使用量が次第に増加している。
一般に、このような二次電池は、電極集電体上に電極活物質、導電剤、バインダーなどが混合された電極合剤を塗布した後、乾燥して、電極を製造し、前記製造された電極を分離膜と共に積層した後、電解液と共に電池ケースに内装および密封することによって、完成する。
図１には、従来の二次電池用正極の製造過程を概略的に示す模式図が示されている。
図１を参照すれば、正極１００は、正極活物質粒子１１１とバインダー１１２とを含む正極合剤１１０が液状の状態で正極集電体１２０の上面に塗布された後、乾燥（１３０）する過程を経て製造される。
この時、正極合剤１１０に対する乾燥（１３０）過程では、正極合剤１１０に含まれている溶媒が乾燥（１３０）するが、バインダー１１２は、前記溶媒に溶解した状態で正極合剤１１０に含まれているため、前記溶媒が乾燥する過程で溶媒に溶解しているバインダー１１２は、正極合剤１１０の上部に移動する。
したがって、正極合剤１１０と正極集電体１２０との間にはバインダー成分が相対的に少なく位置し、これにより、正極合剤１１０と正極集電体１２０との間の接着力が低下し、正極１００の抵抗も増加するため、前記正極１００を含む二次電池の構造的安定性および電気的性能を低下させる問題点がある。
また、このような問題点は、電極製造工程での不良率を増加させて、前記電極製造工程に対する信頼性を低下させ、全体的な工程時間を遅延させて、製造費用を増加させる要因として作用する。
したがって、このような問題点を根本的に解決できる技術に対する必要性が高いのが現状である。
本発明は、上記の従来技術の問題点と過去から要請されてきた技術的課題を解決することを目的とする。
本出願の発明者らは、深い研究と多様な実験を繰り返した末に、後で説明するように、二次電池用バインダーがバインダー分子と共に、外部から印加される磁場に対して磁性を呈する磁性物質を含むように構成することによって、集電体の一面に塗布された電極合剤の乾燥過程で、これに対向する集電体の他面に位置した磁場印加部を介して、磁性物質を含むバインダーが溶媒の乾燥によって移動して電極合剤の上部方向に位置する現象を防止することができ、これにより、集電体に対する電極合剤の接着力を向上させて、電極の構造的安定性を向上させることができ、電極の抵抗増加を防止することで、電極の電気的性能の低下を防止可能で、製品の不良率の低下により、工程に対する信頼性を向上させることができることを確認して、本発明を完成するに至った。
このような目的を達成するための、本発明による二次電池用バインダーは、
電極合剤に含まれる二次電池用バインダーであって、
集電体および活物質粒子に対する接着力を発揮するバインダー分子と、
外部から印加される磁場に対して磁性を呈する磁性物質とを含むことができる。
したがって、前記電極集電体の一面に塗布された電極合剤の乾燥過程で、これに対向する集電体の他面に位置した磁場印加部を介して、磁性物質を含むバインダーが溶媒の乾燥によって移動して電極合剤の上部方向に位置する現象を防止することができ、これにより、集電体に対する電極合剤の接着力を向上させて、電極の構造的安定性を向上させることができ、電極の抵抗増加を防止することで、電極の電気的性能の低下を防止可能で、製品の不良率の低下により、工程に対する信頼性を向上させることができる。
一具体例において、前記磁性物質は、金属であってもよいし、詳細には、Ａｌ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｓｒ、Ｓｂ、Ｗ、およびＴｉからなる群より選択される１つ以上であってもよい。
しかし、前記磁性物質の種類がこれに限定されるものではなく、前記磁性物質は、外部から印加される磁場に対して磁性を呈すると同時に、電極の性能に影響を及ぼさない物質であれば、その種類が大きく制限されるわけではない。
また、前記磁性物質は、バインダーの全体重量を基準として０．１％〜２０％の範囲に含まれていてもよい。
万一、前記磁性物質がバインダーの全体重量を基準として０．１％未満で含まれている場合には、前記磁性物質の含有量が過度に少なくて、所望の効果を発揮できず、これとは逆に、前記磁性物質がバインダーの全体重量を基準として２０％を超えて含まれている場合には、同じ重量の電極合剤対比、電極活物質をはじめとするその他構成成分の含有量が過度に少なくなって、電極の電気的性能が低下することがある。
一方、前記磁性物質は、バインダー分子と化学的に結合されている構造であってもよい。
この場合に、前記磁性物質は、イオン形態としてバインダー分子に結合されている構造であってもよい。
また、前記磁性物質は、バインダー分子とイオン結合、共有結合または配位結合によって結合されている構造であってもよい。
したがって、前記磁性物質は、バインダー分子と強い結合力で結合されており、外部から印加される磁場に対して、所定の磁性を有する前記磁性物質に結合されたバインダー分子も、集電体方向に固定されたりまたは移動することによって、電極合剤の接着力の低下を防止することができる。
特に、前記バインダー分子は、１つ以上の陰イオン置換基を含んでおり、前記磁性物質は、陽イオン金属からなっており、バインダー分子と磁性物質は、キレート（ｃｈｅｌａｔｅ）結合をなしている構造であってもよい。
ここで、前記キレート結合とは、１個の分子またはイオンに２個以上の配位原子を有し、それが金属原子またはイオンを取り囲むように配位した環構造がある化合物の結合であって、一般に、前記磁性物質を構成する金属は、イオン形態として存在する場合、陽イオンをなし、これに対応して、前記バインダー分子は、１つ以上の陰イオン置換基を含んでいる。
したがって、前記バインダー分子は、陰イオン置換基を介して、磁性物質をなす金属イオンとキレート結合をなす構造であってもよいし、これにより、前記バインダー分子は、外部から印加される磁場に対して磁性を呈する金属と共に、電極集電体方向に位置することによって、所望の効果を発揮することができる。
一方、前記バインダー分子は、磁性物質と化学的に結合することができ、集電体および活物質粒子に対する接着力を発揮するものであれば、その種類が大きく制限されるわけではなく、詳細には、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、デンプン、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）、スルホン化ＥＰＤＭ、スチレンブチレンゴム、およびフッ素ゴムからなる群より選択されるいずれか１つ以上またはこれらの共重合体の分子であってもよい。
また、本発明は、前記二次電池用バインダーを含む二次電池用電極合剤を提供するが、前記電極合剤は、正極合剤または負極合剤であってもよい。
つまり、本発明による二次電池用バインダーは、電極合剤の極性に関係なく、正極合剤と負極合剤にすべて適用可能である。
本発明はまた、前記電極合剤を電極集電体上にコーティングする電極合剤コーティング装置を提供するが、前記装置は、
集電体を一方向に移送させる移送部と、
前記集電体の一面に電極合剤を塗布する電極合剤塗布部と、
前記集電体上に塗布された電極合剤を乾燥する乾燥部と、
前記集電体の一面に塗布された電極合剤に対して外部磁場を印加する磁場印加部とを含んでいる構造であってもよい。
この時、前記磁場印加部は、集電体の一面に対向する他面部位で乾燥部、または移送部および乾燥部に位置する構造であってもよいし、これにより、前記電極合剤は、集電体の一面でバインダーが磁場印加部に隣接した方向に位置し得る。
先に説明したのと同様に、前記電極合剤は、集電体の一面に塗布される構造であってもよい。
したがって、前記磁場印加部は、前記集電体の一面に対向する他面に位置することによって、電極合剤に外部磁場を印加することができ、これにより、前記電極合剤に含まれているバインダーの磁性物質が前記外部磁場に対して磁性を呈することによって、前記磁性物質を含むバインダーが乾燥する溶媒と共に上面方向に移動する現象を防止することができ、前記バインダーが磁性によって集電体の一面で磁場印加部に隣接した方向に位置することによって、前記電極合剤と集電体との間の接着力を向上させることができる。
また、前記電極合剤は、集電体の一面に塗布される場合、バインダーと活物質が均一に分布しており、これにより、前記磁場印加部は、相対的にバインダーの移動が容易に発生し得る乾燥部に位置したり、前記乾燥部を含む移送部に位置することによって、本発明の効果を極大化させることもできる。
一具体例において、前記磁場印加部によって印加される外部磁場の強さは、０．０５Ｔ（Ｔｅｓｌａ）〜１００Ｔであってもよい。
万一、前記磁場印加部によって印加される外部磁場の強さが前記範囲を外れて過度に小さい場合には、所望の接着力向上の効果を発揮できないことがあり、過度に大きい場合には、電極合剤の均一な混合状態を妨げたり、電極合剤に含まれているその他構成成分の電気的性能に影響を及ぼすことがある。
一方、本発明は、前記電極合剤コーティング装置を用いて製造された電池セルを提供するが、前記電池セルは、その種類が特に限定されるものではないが、具体例として、高いエネルギー密度、放電電圧、出力安定性などの利点を有するリチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池などのようなリチウム二次電池であってもよい。
一般に、リチウム二次電池は、正極、負極、分離膜、およびリチウム塩含有非水電解液から構成されている。
前記正極は、例えば、正極集電体上に正極活物質、導電剤、およびバインダーの混合物を塗布した後、乾燥して製造され、必要に応じては、前記混合物に充填剤をさらに添加したりする。
前記正極活物質は、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ２）、リチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ２）などの層状化合物や、１またはそれ以上の遷移金属で置換された化合物；化学式Ｌｉ１＋ｘＭｎ２−ｘＯ４（ここで、ｘは、０〜０．３３である）、ＬｉＭｎＯ３、ＬｉＭｎ２Ｏ３、ＬｉＭｎＯ２などのリチウムマンガン酸化物；リチウム銅酸化物（Ｌｉ２ＣｕＯ２）；ＬｉＶ３Ｏ８、ＬｉＦｅ３Ｏ４、Ｖ２Ｏ５、Ｃｕ２Ｖ２Ｏ７などのバナジウム酸化物；化学式ＬｉＮｉ１−ｘＭｘＯ２（ここで、Ｍ＝Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｂ、またはＧａであり、ｘ＝０．０１〜０．３である）で表されるＮｉサイト型リチウムニッケル酸化物；化学式ＬｉＭｎ２−ｘＭｘＯ２（ここで、Ｍ＝Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｚｎ、またはＴａであり、ｘ＝０．０１〜０．１である）またはＬｉ２Ｍｎ３ＭＯ８（ここで、Ｍ＝Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、またはＺｎである）で表されるリチウムマンガン複合酸化物；化学式のＬｉの一部がアルカリ土金属イオンで置換されたＬｉＭｎ２Ｏ４；ジスルフィド化合物；Ｆｅ２（ＭｏＯ４）３などが挙げられるが、これらにのみ限定されるものではない。
前記導電剤は、通常、正極活物質を含む混合物の全体重量を基準として１〜３０重量％添加される。このような導電剤は、当該電池に化学的変化を誘発することなく導電性を有するものであれば特に制限されるわけではなく、例えば、天然黒鉛や人造黒鉛などの黒鉛；カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック；炭素繊維や金属繊維などの導電性繊維；フッ化カーボン、アルミニウム、ニッケル粉末などの金属粉末；酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどの導電性ウィスキー；酸化チタンなどの導電性金属酸化物；ポリフェニレン誘導体などの導電性素材などが使用できる。
前記充填剤は、正極の膨張を抑制する成分として選択的に使用され、当該電池に化学的変化を誘発することなく繊維状材料であれば特に制限されるわけではなく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのオレフィン系重合体；ガラス繊維、炭素繊維などの繊維状物質が使用される。
前記負極は、負極集電体上に負極活物質を塗布、乾燥して作製され、必要に応じて、先に説明したような成分が選択的にさらに含まれてもよい。
前記負極活物質としては、例えば、難黒鉛化炭素、黒鉛系炭素などの炭素；ＬｉｘＦｅ２Ｏ３（０≦ｘ≦１）、ＬｉｘＷＯ２（０≦ｘ≦１）、ＳｎｘＭｅ１−ｘＭｅ’ｙＯｚ（Ｍｅ：Ｍｎ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｇｅ；Ｍｅ’：Ａｌ、Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、周期律表の１族、２族、３族元素、ハロゲン；０＜ｘ≦１；１≦ｙ≦３；１≦ｚ≦８）などの金属複合酸化物；リチウム金属；リチウム合金；ケイ素系合金；スズ系合金；ＳｎＯ、ＳｎＯ２、ＰｂＯ、ＰｂＯ２、Ｐｂ２Ｏ３、Ｐｂ３Ｏ４、Ｓｂ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ４、Ｓｂ２Ｏ５、ＧｅＯ、ＧｅＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ４、およびＢｉ２Ｏ５などの金属酸化物；ポリアセチレンなどの導電性高分子；Ｌｉ−Ｃｏ−Ｎｉ系材料などを使用することができる。
前記分離膜および分離フィルムは、正極と負極との間に介在し、高いイオン透過度と機械的強度を有する絶縁性の薄い薄膜が使用される。分離膜の気孔径は一般に０．０１〜１０μｍであり、厚さは一般に５〜１２０μｍである。このような分離膜としては、例えば、耐薬品性および疎水性のポリプロピレンなどのオレフィン系ポリマー；ガラス繊維またはポリエチレンなどで作られたシートや不織布などが使用される。電解質としてポリマーなどの固体電解質が使用される場合には、固体電解質が分離膜を兼ねてもよい。
また、一具体例において、電池の安全性の向上のために、前記分離膜および／または分離フィルムは、有／無機複合多孔性のＳＲＳ（Ｓａｆｅｔｙ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ Ｓｅｐａｒａｔｏｒｓ）分離膜であってもよい。
前記ＳＲＳ分離膜は、ポリオレフィン系分離膜基材上に無機物粒子とバインダー高分子を活性層成分として用いて製造され、この時、分離膜基材自体に含まれている気孔構造と共に、活性層成分である無機物粒子間の空き空間（ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ ｖｏｌｕｍｅ）によって形成された均一な気孔構造を有する。
このような有／無機複合多孔性分離膜を使用する場合、通常の分離膜を用いた場合に比べて、化成工程（Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）時のスウェリング（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）による電池の厚さの増加を抑制できるという利点があり、バインダー高分子成分として液体電解液の含浸時にゲル化可能な高分子を使用する場合、電解質としても同時に使用できる。
また、前記有／無機複合多孔性分離膜は、分離膜内の活性層成分である無機物粒子とバインダー高分子の含有量の調節によって優れた接着力特性を示し得るため、電池組立工程が容易に行われるという特徴がある。
前記無機物粒子は、電気化学的に安定さえすれば特に制限されない。つまり、本発明で使用可能な無機物粒子は、適用される電池の作動電圧範囲（例えば、Ｌｉ／Ｌｉ＋基準で０〜５Ｖ）で酸化および／または還元反応が起こらないものであれば特に制限されない。特に、イオン伝達能力がある無機物粒子を使用する場合、電気化学素子内のイオン伝導度を高めて性能向上を図ることができるので、できるだけイオン伝導度が高いことが好ましい。また、前記無機物粒子が高い密度を有する場合、コーティング時に分散させるのに困難があるだけでなく、電池製造時の重量増加の問題点もあるので、できるだけ密度が小さいことが好ましい。さらに、誘電率が高い無機物の場合、液体電解質内の電解質塩、例えば、リチウム塩の解離度の増加に寄与して電解液のイオン伝導度を向上させることができる。
リチウム塩含有非水電解液は、極性有機電解液とリチウム塩とからなる。電解液としては、非水系液状電解液、有機固体電解質、無機固体電解質などが使用される。
前記非水系液状電解液としては、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリジノン、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、ガンマ−ブチロラクトン、１，２−ジメトキシエタン、テトラヒドロキシフラン（ｆｒａｎｃ）、２−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、１，３−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、ギ酸メチル、酢酸メチル、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、メチルスルホラン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、エーテル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなどの非プロトン性有機溶媒が使用できる。
前記有機固体電解質としては、例えば、ポリエチレン誘導体、ポリエチレンオキシド誘導体、ポリプロピレンオキシド誘導体、リン酸エステルポリマー、ポリアジテーションリシン（ａｇｉｔａｔｉｏｎ ｌｙｓｉｎｅ）、ポリエステルスルフィド、ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデン、イオン性解離基を含む重合体などが使用できる。
前記無機固体電解質としては、例えば、Ｌｉ３Ｎ、ＬｉＩ、Ｌｉ５ＮＩ２、Ｌｉ３Ｎ−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、ＬｉＳｉＯ４、ＬｉＳｉＯ４−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、Ｌｉ２ＳｉＳ３、Ｌｉ４ＳｉＯ４、Ｌｉ４ＳｉＯ４−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、Ｌｉ３ＰＯ４−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２などのＬｉの窒化物、ハロゲン化物、硫酸塩などが使用できる。
前記リチウム塩は、前記非水系電解質に溶解しやすい物質であって、例えば、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＢ１０Ｃｌ１０、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＯ２、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｌＣｌ４、ＣＨ３ＳＯ３Ｌｉ、ＣＦ３ＳＯ３Ｌｉ、（ＣＦ３ＳＯ２）２ＮＬｉ、クロロボランリチウム、低級脂肪族カルボン酸リチウム、４フェニルホウ酸リチウム、イミドなどが使用できる。
また、非水系電解液には、充放電特性、難燃性などの改善を目的として、例えば、ピリジン、トリエチルホスファイト、トリエタノールアミン、環状エーテル、エチレンジアミン、ｎ−グリム（ｇｌｙｍｅ）、ヘキサリン酸トリアミド、ニトロベンゼン誘導体、硫黄、キノンイミン染料、Ｎ−置換オキサゾリジノン、Ｎ，Ｎ−置換イミダゾリジン、エチレングリコールジアルキルエーテル、アンモニウム塩、ピロール、２−メトキシエタノール、三塩化アルミニウムなどが添加されてもよい。場合によっては、不燃性を付与するために、四塩化炭素、三フッ化エチレンなどのハロゲン含有溶媒をさらに含ませてもよく、高温保存特性を向上させるために、二酸化炭酸ガスをさらに含ませてもよい。
本発明はまた、前記電池セルを１つ以上含むデバイスを提供するが、前記デバイスは、携帯電話、タブレットコンピュータ、ノートパソコン、パワーツール、ウエアラブル電子機器、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、および電力貯蔵装置からなる群より選択されるいずれか１つであってもよい。
前記デバイスは、当業界で公知であるので、本明細書ではそれに関する具体的な説明を省略する。
従来の二次電池用正極の製造過程を概略的に示す模式図である。 本発明の一実施例による二次電池用バインダーを含む正極合剤の構成を概略的に示す模式図である。 図２の正極合剤を集電体上にコーティングする過程を概略的に示す模式図である。
以下、本発明の実施例による図面を参照して本発明をさらに詳述するが、本発明の範疇がそれによって限定されるものではない。
図２には、本発明の一実施例による二次電池用バインダーを含む正極合剤の構成を概略的に示す模式図が示されている。
図２を参照すれば、正極合剤２１０は、正極活物質粒子２１１とバインダー２１２とを含んでいる。
バインダー２１２は、集電体および正極活物質粒子２１１に対する接着力を発揮するバインダー分子２１２ａと、バインダー分子２１２ａに化学的に結合されている磁性物質２１２ｂとを含んでいる。
磁性物質２１２ｂは、外部から印加される磁場に対して磁性を呈し、前記外部磁場を印加する磁場印加部は、正極合剤２１０が塗布された集電体の一面に対向する他面に位置するので、磁性物質２１２ｂは、正極合剤２１０が塗布された集電体の一面で、磁場印加部に隣接した方向に位置し、これにより、化学的に結合されているバインダー分子２１２ａが乾燥過程で溶媒と共に正極合剤２１０の上部方向に移動する現象を防止することができる。
図３には、図２の正極合剤を集電体上にコーティングする過程を概略的に示す模式図が示されている。
図３を参照すれば、正極２００は、正極活物質２１１とバインダー２１２とを含んでいる正極合剤２１０が液状の状態で正極集電体２２０の上面に塗布された後、乾燥（２３０）する過程を経て製造される。
この時、前記正極合剤２１０の乾燥（２３０）過程で、正極合剤２１０が塗布された正極集電体２２０の一面に対向する他面には、外部磁場を印加する磁場印加部２４０が位置している。
これにより、磁性物質２１２ｂは、磁場印加部２４０から印加される外部磁場に対して磁性を呈し、正極集電体２２０の一面で、化学的に結合されているバインダー分子２１２ａと共に磁場印加部２４０に隣接した方向に位置する。
したがって、磁性物質２１２ｂに化学的に結合されているバインダー分子２１２ａが溶媒の乾燥によって移動して正極合剤２１０の上部方向に位置する現象を防止すると同時に、正極集電体２２０に対する正極合剤２１０の接着力を向上させることができる。
本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、上記の内容に基づいて本発明の範疇内で多様な応用および変形を行うことが可能であろう。
以上説明したように、本発明による二次電池用バインダーは、バインダー分子と共に、外部から印加される磁場に対して磁性を呈する磁性物質を含むように構成することによって、集電体の一面に塗布された電極合剤の乾燥過程で、これに対向する集電体の他面に位置した磁場印加部を介して、磁性物質を含むバインダーが溶媒の乾燥によって移動して電極合剤の上部方向に位置する現象を防止することができ、これにより、集電体に対する電極合剤の接着力を向上させて、電極の構造的安定性を向上させることができ、電極の抵抗増加を防止することで、電極の電気的性能の低下を防止可能で、製品の不良率の低下により、工程に対する信頼性を向上させることができる効果がある。
１００、２００ 正極
１１０、２１０ 正極合剤
１１１、２１１ 正極活物質粒子
１１２、２１２ バインダー
１２０、２２０ 正極集電体
１３０、２３０ 乾燥
２１２ａ バインダー分子
２１２ｂ 磁性物質
２４０ 磁場印加部

Claims (12)

  1. 電極合剤に含まれる二次電池用バインダーであって、
    集電体および活物質粒子に対する接着力を発揮するバインダー分子と、
    外部から印加される磁場に対して磁性を呈する磁性物質とを含み、
    前記磁性物質は、Ｎｉ、Ｃｏ、およびＦｅからなる群より選択される１つ以上であり、
    前記磁性物質は、バインダーの全体重量を基準として０．１％〜２０％の範囲に含まれていて、
    前記磁性物質は、バインダー分子とイオン結合、共有結合または配位結合によって結合されていることを特徴とする二次電池用バインダー。
  2. 前記バインダー分子は、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、デンプン、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）、スルホン化ＥＰＤＭ、スチレンブチレンゴム、およびフッ素ゴムからなる群より選択されるいずれか１つ以上またはこれらの共重合体の分子であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池用バインダー。
  3. 請求項１に記載の二次電池用バインダーを含むことを特徴とする二次電池用電極合剤。
  4. 前記電極合剤は、正極合剤または負極合剤であることを特徴とする請求項３に記載の二次電池用電極合剤。
  5. 請求項３に記載の電極合剤を電極集電体上にコーティングする装置であって、
    集電体を一方向に移送させる移送部と、
    前記集電体の一面に電極合剤を塗布する電極合剤塗布部と、
    前記集電体上に塗布された電極合剤を乾燥する乾燥部と、
    前記集電体の一面に塗布された電極合剤に対して外部磁場を印加する磁場印加部とを含んでいることを特徴とする電極合剤コーティング装置。
  6. 前記磁場印加部は、集電体の一面に対向する他面部位で乾燥部、または移送部および乾燥部に位置することを特徴とする請求項５に記載の電極合剤コーティング装置。
  7. 前記電極合剤は、集電体の一面でバインダーが磁場印加部に隣接した方向に位置することを特徴とする請求項５に記載の電極合剤コーティング装置。
  8. 前記磁場印加部によって印加される外部磁場の強さは、０．０５Ｔ（Ｔｅｓｌａ）〜１００Ｔであることを特徴とする請求項５に記載の電極合剤コーティング装置。
  9. 請求項５に記載の電極合剤コーティング装置を用いて製造されたことを特徴とする電池セル。
  10. 前記電池セルは、リチウム二次電池であることを特徴とする請求項９に記載の電池セル。
  11. 請求項１０に記載の電池セルを１つ以上含むデバイス。
  12. 前記デバイスは、携帯電話、タブレットコンピュータ、ノートパソコン、パワーツール、ウエアラブル電子機器、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、および電力貯蔵装置からなる群より選択されるいずれか１つであることを特徴とする請求項１１に記載のデバイス。
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