JP6727661B2 - 電極合剤、その製造方法及びそれを含む二次電池 - Google Patents
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Description
本出願は、2015年5月27日付韓国特許出願第10−2015−0073786号に基づいた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ている全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は、導電材の凝集度が低い電極合剤と、それを含む二次電池とに関し、導電材の凝集度を低めることができる電極合剤の製造方法に関する。
1)正極合剤の製造
正極スラリーの総重量を基準に、導電材として、粒径が25nmで、DBP吸収量が267ml/100gであり、BET比表面積が135m2/gであるアセチレンブラック4重量%と、バインダーとしてPVDF 4重量%をNMP溶媒に添加して混合分散させることにより、固形分の濃度が約10%である先分散スラリーを製造した。前記先分散スラリーに正極活物質NMC 92重量%を混合し、固形分の濃度が約65%である最終の正極スラリーを製造した。
前記1)で製造された正極を利用してリチウム二次電池を製造したところ、前記リチウム二次電池の負極活物質には天然黒鉛を用い、電解液には、カーボネート電解液にLiPF6が1M溶解されている電解液を用い、分離膜にはポリプロピレン/ポリエチレン/ポリプロピレン(PP/PE/PP)3層からなるものを用いた。
正極スラリーの製造時、導電材とバインダーを先分散させることなく、正極活物質とともにNMP溶媒下で同時に分散及び混合を行ったことを除き、前記実施例1と同様の方法でリチウム二次電池を製造した。
前記正極合剤の製造時、スラリーのコーティング及び乾燥温度を130℃にして製造したことを除き、前記実施例1と同様の方法でリチウム二次電池を製造した。
前記正極合剤の製造時、スラリーのコーティング及び乾燥温度を140℃にして製造したことを除き、前記実施例1と同様の方法でリチウム二次電池を製造した。
前記正極合剤の製造時、スラリーのコーティング及び乾燥温度を110℃にして製造したことを除き、前記実施例1と同様の方法でリチウム二次電池を製造した。
前記正極合剤の製造時、スラリーのコーティング及び乾燥温度を160℃にして製造したことを除き、前記実施例1と同様の方法でリチウム二次電池を製造した。
前記正極合剤の製造時、スラリーのコーティング及び乾燥温度を90℃にして製造したことを除き、前記実施例1と同様の方法でリチウム二次電池を製造した。
導電材として、BET比表面積が50m2/gで、DBP吸収量が250ml/100gであり、粒径が30nmであるアセチレンブラックを用いたこと以外には、前記実施例1と同様の方法でリチウム二次電池を製造した。
導電材として、BET比表面積が377m2/gで、DBP吸収量が290ml/100gであり、粒径が20nmであるアセチレンブラックを用いたこと以外には、前記実施例1と同様の方法でリチウム二次電池を製造した。
導電材として、BET比表面積が58m2/gで、DBP吸収量が218ml/100gであり、粒径が35nmであるアセチレンブラックを用いたこと以外には、前記実施例1と同様の方法でリチウム二次電池を製造した。
導電材として、BET比表面積が45m2/gで、DBP吸収量が177ml/100gであり、粒径が35nmであるアセチレンブラックを用いたこと以外には、前記実施例1と同様の方法でリチウム二次電池を製造した。
1)導電材の凝集度の評価方法
ラマン分光法(Raman Spectroscopy)を利用して、製造された正極合剤層の深さ方向の断面を撮影し、撮影された写真をイメージ処理することによって断面全体を合計2080個のピクセルに分けた。そして、分けられたそれぞれのピクセルで、ピクセル内に導電材が埋められた量を0から100%に数値化したあと、100%であるピクセルをカウントしてその値を導電材の凝集度にした。
前記実施例及び比較例等の二次電池に対し、SOC 20及び50%でのセル抵抗を常温でそれぞれ測定した。
1)導電材の凝集度
前記評価方法に基づき、実施例1及び比較例1の正極合剤内の導電材の凝集度を評価し、その結果をそれぞれ図3及び図4に添付した。
前記評価方法に基づき、実施例1及び比較例1の二次電池の電極抵抗を測定し、その結果を下記表1に示した。
前記評価方法に基づき、実施例2−1から2−3及び比較例2−1の凝集度と、製造された二次電池の電極抵抗とを評価し、その結果を下記表2に示した。
前記評価方法に基づき、実施例3−1から3−3及び比較例3−1の凝集度と、製造された二次電池の電極抵抗とを評価し、その結果を下記表2に示した。
Claims (13)
- 電極活物質;バインダー;及び導電材を含む電極合剤であって、
前記導電材のBET比表面積が50から377m2/gであり、
前記導電材はDBP吸収量が218から290ml/100gであり、
前記電極合剤の深さ方向の断面をイメージ化し、分割された複数個のピクセルの中で、ピクセル内の導電材が100%埋められたピクセルを凝集されたピクセルとみて、凝集されたピクセルがカウントされた値を導電材の凝集度とみる場合において、
前記電極合剤の深さ方向に沿った電極合剤内の導電材の凝集度は、標準偏差が3.0未満のものであり、
前記分割された複数個のピクセルは、1,000個以上であり、
前記分割された複数個のピクセルは、一辺の長さが0.1から4μmの正方形であり、
有機溶媒が含まれない、電極合剤。 - 前記導電材の凝集度は、最大値が10未満のものである請求項1に記載の電極合剤。
- 前記導電材は、粒径が10から100nmであるものである請求項1に記載の電極合剤。
- 前記導電材は、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、サーマルブラック及びこれらの組み合わせからなる群より選択されるいずれか一つのものである請求項1に記載の電極合剤。
- 前記バインダーは、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリビニルアルコール(PVA)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、澱粉、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、フッ素ゴム及びこれらの組み合わせからなる群より選択されるいずれか一つのものである請求項1に記載の電極合剤。
- 前記電極合剤は、厚さが20から150μmであるものである請求項1に記載の電極合剤。
- 前記電極活物質は正極活物質であるものであり、
前記正極活物質は、リチウムコバルト系酸化物、リチウムニッケル系酸化物、リチウムマンガン系酸化物、リチウム銅系酸化物、バナジウム系酸化物、リチウムニッケル−マンガン−コバルト系複合酸化物からなる群より選択されるいずれか一つを含むものである請求項1に記載の電極合剤。 - 電極合剤を製造する方法であって、
有機溶媒にバインダー及び導電材を混合して先分散スラリーを製造する段階;
先分散スラリーに電極活物質を添加して電極スラリーを製造する段階;
電極スラリーを集電体上にコーティングする段階;及び、
集電体上にコーティングされた電極スラリーを乾燥する段階;を含み、
前記導電材のBET比表面積が50から377m2/gであり、
前記導電材はDBP吸収量が218から290ml/100gであり、
前記電極合剤の深さ方向の断面をイメージ化し、分割された複数個のピクセルの中で、ピクセル内の導電材が100%埋められたピクセルを凝集されたピクセルとみて、凝集されたピクセルがカウントされた値を導電材の凝集度とみる場合において、
前記電極合剤内の導電材の凝集度は、標準偏差が3.0未満のものであり、
前記分割された複数個のピクセルは、1,000個以上であり、
前記分割された複数個のピクセルは、一辺の長さが0.1から4μmの正方形であり、
前記乾燥は、110から150℃の温度で行われる、電極合剤の製造方法。 - 前記先分散スラリーは、固形分濃度が5から15重量%であるものである請求項8に記載の電極合剤の製造方法。
- 前記電極スラリーは、固形分濃度が50から70重量%であるものである請求項8に記載の電極合剤の製造方法。
- 前記乾燥は、120から140℃の温度で行われるものである請求項8に記載の電極合剤の製造方法。
- 請求項1に記載の電極合剤を含む二次電池用電極。
- 正極;負極;及び前記正極及び負極の間に介在された分離膜;を含み、前記正極は請求項12に記載の二次電池用電極であるものであるリチウム二次電池。
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