JP6943129B2 - 電極スラリー、並びに、電極スラリーの製造方法及び電気デバイス用電極の製造方法 - Google Patents
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Description
従来技術によれば、電極スラリーの降伏値を1Pa〜250Paの範囲内とすることにより、凝集体による合剤層の表面の凹凸を低減し、セパレータが突き破られて電極間で短絡するのを抑制することができるとされている。
本実施形態の電気デバイス用電極について説明する。なお、上述した実施形態と重複する部分については説明を省略する。本実施形態の電気デバイス用電極は、基材と、合剤層と、を備える。図2に示すように、電気デバイス用電極は、正極10であっても、負極20であってもよいが、一般的に、負極合剤層の形成時にクラックを生じやすいことから、負極20場合にクラックの抑制効果が大きい。
本実施形態の電気デバイスについて説明する。なお、上述した実施形態と重複する部分については説明を省略する。本実施形態の電気デバイスは、上記電気デバイス用電極を備える。上述した電気デバイス用電極によれば、合剤層に生じるクラックを抑制することができる。そのため、上記電気デバイス用電極を備える電気デバイスによれば、合剤層のクラックがセパレータを突き破ってもう一方の電極に接触して短絡する危険性を低下することができる。そのため、本実施形態の電気デバイスによれば、信頼性の高い電気デバイスを提供することができる。
セパレータ30は、正極10と負極20との間に配置することができる。セパレータ30は、正極10と負極20とを隔離し、リチウムイオンの移動を仲介する。セパレータ30の膜厚は、内部抵抗を低減させる観点から、1μm〜100μmが好ましく、5μm〜50μmであることがより好ましい。セパレータ30には、非水電解質を含めることができる。非水電解質としては、イオン伝導性ポリマーにリチウム塩が溶解したゲル状又は固体状のポリマー電解質、並びに有機溶媒にリチウム塩が溶解した液体電解質を多孔質基体層に保持させて用いることができる。
正極タブ60は、正極集電体11と、リチウムイオン二次電池100の外部の機器とを電気的に接続することができる。また、負極タブ65は、負極集電体21と、リチウムイオン二次電池100の外部の機器とを電気的に接続することができる。正極タブ60及び負極タブ65を形成する材料は特に限定されず、例えばアルミニウム、銅、チタン、ニッケルからなる群より選択される少なくとも1つの金属を用いることができる。なお、正極タブ60及び負極タブ65を形成する材料は、同一であっても異なっていてもよい。
外装体70は、単電池層40又は発電要素50を収容することができる。外装体70は、例えば、缶や、フィルムにより形成されたものが挙げられる。また、外装体70の形状は、特に限定されず、円筒型、角型、シート型とすることができる。特に限定されないが、小型化及び軽量化などの観点より、外装体70はフィルムにより形成されていることが好ましい。なかでも、高出力化や冷却性能の観点からは、フィルムはラミネートフィルムであることが好ましく、ラミネートフィルムはアルミニウムを含むことが好ましい。また、リチウムイオン二次電池100は扁平積層型リチウムイオン二次電池であることが好ましい。このようなリチウムイオン二次電池は、放電容量及び放熱性能を高くすることができるため、車両に搭載する場合に最適である。アルミニウムを含むラミネートフィルムの一例としては、PP/アルミニウム/ナイロンの3層ラミネートフィルムが挙げられる。
本実施形態の電極スラリーの製造方法について説明する。なお、上述した実施形態と重複する部分については説明を省略する。電極スラリーは、クラックが発生しないような原料や予め定められた条件で電極を作製しても、原料のロットが異なるなどした場合、合剤層にクラックが発生するおそれがある。このようなクラックは電極スラリーを一度熱処理して合剤層を形成しなければ確認することができず、生産時にクラックの発生が判明した場合には、大量の成形ロスが生じてしまうおそれがある。また、事前にサンプリングした電極スラリーを熱処理して合剤層を形成した場合であっても、多くの時間を必要とするため、効率的ではない。
混合工程では、活物質粒子と、導電助剤と、溶媒と、バインダ前駆体と、を混合して混合溶液を得る。活物質粒子、導電助剤、溶媒及びバインダ前駆体は、電極スラリーの実施形態において説明したものを用いることができる。
撹拌工程では、混合溶液を、レオメータにより測定したせん断応力−ひずみカーブの15Pa〜200Paにおける降伏の数が1つになるまで撹拌する。本実施形態では、このような撹拌工程を有するため、合剤層を形成する前にクラックの発生を抑制することができる。したがって、電極の成形ロスを低減することができる。
本実施形態の電気デバイス用電極の製造方法について説明する。なお、上述した実施形態と重複する部分については説明を省略する。本実施形態の電気デバイス用電極の製造方法は、上述した電極スラリーの製造方法により製造された電極スラリーを、基材に塗工及び熱処理して合剤層を形成する合剤層形成工程を備える。具体的には、本実施形態の電気デバイス用電極の製造方法は、混合工程と、撹拌工程と、合剤層形成工程と、を備える。混合工程と撹拌工程については、電極スラリーの製造方法と同様の工程とすることができる。すなわち、混合工程では、活物質粒子と、導電助剤と、溶媒と、バインダ前駆体と、を混合して混合溶液を得る。また、撹拌工程では、混合溶液を、レオメータにより測定したせん断応力−ひずみカーブの15Pa〜200Paにおける降伏の数が1つになるまで撹拌して電極スラリーを得る。
合剤層形成工程は、撹拌工程で降伏が1つになった電極スラリーを、基材に塗工及び熱処理して合剤層を形成する。すなわち、合剤層形成工程では、電極スラリーを、基材に塗工及び熱処理して合剤層を形成する。このような塗工及び熱処理により、基材に塗工した電極スラリーは合剤層を形成することができる。
本実施形態の電気デバイスの製造方法は、上記電気デバイス用電極の製造方法を備える。上述した電気デバイス用電極の製造方法によれば、合剤層でのクラックの発生を抑制することができる。そのため、上記電気デバイス用電極の製造方法により製造された電極を用いて電気デバイスを製造することにより、クラックがセパレータを突き破ってもう一方の電極に接触して短絡する危険性を低下することができる。そのため、本実施形態の電気デバイスの製造方法によれば、信頼性の高い電気デバイスを提供することができる。
活物質64質量部と、導電助剤を合計4質量部と、固形分濃度20質量%のバインダ前駆体分散液38.7質量部と、溶媒26.2質量部と、を混合して混合溶液を得た。なお、活物質はシリコン合金、導電助剤はアセチレンブラックとカーボンファイバを同量用い、バインダ前駆体はN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を分散媒としたポリアミック酸、溶媒はN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を用いた。
回転子(ホイール)を6m/秒で180秒間回転させた以外は、実施例1と同様にして電極を作製した。なお、電極スラリーの一部をサンプリングし、レオメータにてせん断応力−ひずみカーブを作成したところ、降伏は約18Paと約44Paの位置に2つ確認できた。この結果を図3に示す。
回転子(ホイール)を6m/秒で60秒間回転させた以外は、実施例1と同様にして電極を作製した。なお、電極スラリーの一部をサンプリングし、レオメータにてせん断応力−ひずみカーブを作成したところ、降伏は約22Paと約47Paの位置に2つ確認できた。この結果を図3に示す。
降伏の数及びクラックの有無は以下のようにして評価した。
降伏の数は、レオメータにより以下の条件で電極スラリーにせん断応力を連続的に増加させながら加え、そのときのひずみを測定することによりせん断応力−ひずみカーブを作成し、このグラフから降伏の数を評価した。この結果を図3に示す。
測定温度:室温(25℃)
試料量:0.08mL
上側プレート:直径25mmの円錐板(型式:RC3−25−1)
下側プレート:直径25mmの平板
プレート間の距離:50μm
応力測定範囲:10Pa〜250Pa
走査速度:+1Pa/秒
実施例及び比較例の電極について、合剤層表面の外観を目視にて確認した。実施例1及び比較例2の結果をそれぞれ図4及び図5に示す。
11 正極集電体(基材)
12 正極合剤層(合剤層)
20 負極(電気デバイス用電極)
21 負極集電体(基材)
22 負極合剤層(合剤層)
100 リチウムイオン二次電池(電気デバイス)
Claims (7)
- 活物質粒子と、導電助剤と、溶媒と、バインダ前駆体と、を備え、
レオメータにより測定したせん断応力−ひずみカーブの15Pa〜200Paにおける降伏の数が1つである電極スラリー。 - 前記活物質粒子はシリコン系粒子であり、前記導電助剤はカーボン粒子であり、前記溶媒は有機溶媒である請求項1に記載の電極スラリー。
- 前記溶媒はN−メチル−2−ピロリドンである請求項1又は2に記載の電極スラリー。
- 前記バインダ前駆体は高分子前駆体である請求項1〜3のいずれか1項に記載の電極スラリー。
- 前記バインダ前駆体はポリアミック酸である請求項1〜4のいずれか1項に記載の電極スラリー。
- 活物質粒子と、導電助剤と、溶媒と、バインダ前駆体と、を混合して混合溶液を得る混合工程と、
前記混合溶液を、レオメータにより測定したせん断応力−ひずみカーブの15Pa〜200Paにおける降伏の数が1つになるまで撹拌する撹拌工程と、
を備える電極スラリーの製造方法。 - 請求項6に記載の電極スラリーの製造方法により製造された電極スラリーを、基材に塗工及び熱処理して合剤層を形成する合剤層形成工程を備える電気デバイス用電極の製造方法。
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