JPH08321298A - 電極用塗布ペースト及び非水系二次電池電極 - Google Patents

電極用塗布ペースト及び非水系二次電池電極

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JPH08321298A
JPH08321298A JP7161341A JP16134195A JPH08321298A JP H08321298 A JPH08321298 A JP H08321298A JP 7161341 A JP7161341 A JP 7161341A JP 16134195 A JP16134195 A JP 16134195A JP H08321298 A JPH08321298 A JP H08321298A
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paste
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Kazuo Tagawa
和男 田川
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

(57)【要約】 【目的】 優れた非水二次電池性能を発揮する電極用塗
布ペースト及び電極を提供する。 【構成】 水に乳化ないし分散しているプロピレン−四
フッ化エチレン共重合体、プロピレン−四フッ化エチレ
ン−フッ化ビニリデン共重合体のプロピレン−フッソ共
重合体類とカルボキシメチルセルロース類とポリアクリ
ル酸類と電池活物質とを含んでなる電極用塗布ペースト
及び非水系二次電池電極。

Description

【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]本発明は、非水系二次電池の電極
に関する。
【0003】[従来の技術及び問題点]近年、電子機器
の進展はめざましく、携帯用電子機器の小型化、軽量化
が急速に進行している。これらの電源となる電池にも小
型、軽量となる高エネルギー密度が要求されている。中
でも非水系二次電池として、リチウムあるいはリチウム
合金を負極に用い、電解液含浸固体電解質を用いた二次
電池、炭素質材料を負極に用いたリチウムイオン二次電
池が注目されている。かかる非水系二次電池は、電子機
器の比較的消費電流の大きい電源に使用されることが多
く、電極を薄膜化し、電極面積を大きくする必要があ
る。従来、電極の成形方法として、電池活物質粉末をテ
フロン粉末、ポリエチレン粉末等の粉末状バインダーと
共に混合し、圧縮成形することができるが、薄膜・大面
積の電極を調製することには困難を伴う。一方、ブタジ
エン系ゴム、EPDMゴムは、有機溶剤溶液あるいは水
に乳化・分散したラテックスとして電池活物質粉末を加
えて分散した後、集電体である金属箔上に、塗布・乾燥
することにより電極を形成する方法も提案されている。
この方法によれば、薄膜・大面積の電極が容易に得られ
る利点がある。反面、絶縁性物質であるバインダーは、
金属箔との密着性を高めると、電極として電池の著しい
過電圧の上昇をまねき、実用上、必ずしも満足できるも
のではなかった。ポリフッ化ビニリデンがかかる問題点
を解決する方法として提案されているが、溶剤として、
N−メチルピロリドン,ジメチルアセトアミド,ヘキサ
メチルホスホアミド,ジメチルスルホキシド等の沸点が
高く、極性の強く、残存すると電池特性に悪影響を及ぼ
しやすく、中には毒性の強いものも含まれている。ま
た、フッ化ビニリデン,ヘキサフロロプロピレン,四フ
ッ化エチレンからなるフッ素系高分子共重合体は、通常
の塗工溶剤に容易に溶けて安定なバインダー溶液を与え
るとされている。しかるに、プロピレンカーボネート,
2−メチルテトラヒドロフラン,γ−ブチロラクトン等
の通常用いられる電解液中で60℃以上において、放置
時に、電池容量低下を招くことがある。
【0004】[発明が解決しようとする問題点]前述の
如く、電極の調製の方法として、実用上 1)溶剤の沸点が比較的低く、乾燥が容易であること。
2)毒性が小さいこと。3)溶剤コストが低いこと。
4)バインダーは、溶剤には、溶解し、乾燥後は、電解
液には、不溶ないし低い膨潤性を示すものが望ましく、
電極として電池活物質の実用性能が発揮されること。
5)金属箔へ一度に塗布し乾燥するにあたり50〜20
0μmの薄膜を得るために十分な粘稠性を有すること等
すべてを満足するものがないのが現状である。
【0005】[発明が解決しようとする課題]本発明
は、かかる問題点を解決し、工業的塗工プロセスにおい
て容易に電極が製造できる電極用塗布液と優れた電池性
能を有する非水二次電池電極の提供を目的とする。
【0006】[問題点を解決するための手段]本発明
は、電池活物質を98.5重量%〜85重量%とプロピ
レンと四フッ化エチレンとの共重合体、及び又はプロピ
レンと四フッ化エチレンとフッ化ビニリデンとの共重合
体のプロピレン−フッソ系共重合体類を0.1重量%〜
13重量%とカルボキシメチルセルロース類0.2重量
%〜2重量%とポリアクリル酸類0重量%〜1.0重量
%を含んでなる水性分散体である電極用塗布ペーストと
電池活物質を98.5重量%〜85重量%とプロピレン
と四フッ化エチレンとの共重合体、及び又はプロピレン
と四フッ化エチレンとフッ化ビニリデンとの共重合体の
プロピレン−フッソ系共重合体類を0.1重量%〜13
重量%とカルボキシメチルセルロース類0.2重量%〜
2重量%とポリアクリル酸類0重量%〜1.0重量%を
含んでなる非水系二次電池電極とすることにある。該プ
ロピレン−フッソ系共重合体類を、水に乳化ないし分散
して、水性分散液を用いることにより溶剤を不用とす
る。カルボキシメチルセルロース類とポリアクリル酸類
の水溶液と共に電池活物質粉末と混合し、塗工に十分な
適度な粘稠なペーストをつくることができ、工業的塗工
プロセスにおいて水を揮散させるのみで作業安全性も高
く容易に電極が、製造できる。またかかる電極は、電解
液に極めて低い膨潤性を示し、優れた電池性能を有す
る。
【0007】本発明で用いられる電池活物質は、特に限
定されるものではないが、一例を示せば、MnO、V
、V13等の金属酸化物、TiS、MoS
、FeS等の金属硫化物、LiCoO、LiNiO
、LiMn等のCo,Ni,Mn,Fe, T
i等の遷移金属を主成分とするリチウム複合金属酸化物
等の正極活物質、コークス、グラファイト、メソフェー
ズピッチ小球体、フェノール樹脂、ポリパラフェニレン
等の高分子の炭化物、気相生成カーボンファイバー、炭
素繊維等の炭素質材料の負極活物質がある。本発明で用
いられる電池活物質の平均粒子系は、良好な電極性能を
得る上で、1〜50μm、好ましくは、3〜20μmで
ある。本発明のプロピレン−フッソ系共重合体類とは、
乳化剤又は/及び分散剤を用いてプロピレンと四フッ化
エチレン、プロピレンと四フッ化エチレンとフッ化ビニ
リデンを主成分としてラジカル重合して得られる。本発
明のカルボキシメチルセルロース類とは、カルボキシメ
チルセルロース(Li、Na、K、NH塩)あるいは
これらのいずれかを主成分としメチルセルロース、エチ
ルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ポリビニ
ルアルコール、酸化スターチ、燐酸化スターチ等の1種
又は2種以上との混合物である。本発明のポリアクリル
酸類とは、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸の塩(L
i、Na、K、NH)、メタクリル酸、イタコン酸、
マレイン酸等のポリマーあるいはこれらのいずれのポリ
マーの前記塩、アクリル酸(塩)、メタクリル酸
(塩)、イタコン酸(塩)、マレイン酸(塩)等を主成
分とし、共重合可能なモノマーとの水溶性ポリマーであ
る。必要に応じて、ピロ燐酸Na等の燐酸系分散剤、ノ
ニルフェノールのエチレンオキサイド付加物等のノニオ
ン系界面活性剤、ラウリル硫酸Na等のアニオン系界面
活性剤を添加しても良い。
【0008】本発明の塗布ペーストは、前記プロピレン
−フッソ系共重合体類の水性分散液と前記カルボキシメ
チルセルロース類の水溶液と前記ポリアクリル酸類の水
溶液とを所定の比率範囲で混合される。混合には、特に
限定されるものではなく、通常の撹拌機が、使用でき
る。電池活物質を98.5重量%〜85重量%とプロピ
レンと四フッ化エチレンとの共重合体、及び又はプロピ
レンと四フッ化エチレンとフッ化ビニリデンとの共重合
体のプロピレン−フッソ系共重合体類を0.1重量%〜
13重量%とカルボキシメチルセルロース類0.2重量
%〜2重量%とポリアクリル酸類0重量%〜1.0重量
%を含んでなる水性分散体である。本発明の集電体の金
属箔としては、アルミニウム、ニッケル、ステンレスス
チール、銅の金属箔、金属網状物、金属多孔体等の1μ
m〜100μmの厚みのものが用いられる。本発明の非
水系二次電池電極は、前記塗布ペーストを、前記金属箔
に、ドクターブレード法、各種コーター法、グラビヤ法
等の任意の方法で塗布し、絶乾し、電極を得る。必要な
らば、更にプレスしてもよい。本発明の塗布ペースト及
び非水系二次電池電極は、電池活物質を98.5重量%
〜85重量%とプロピレンと四フッ化エチレンとの共重
合体、及び又はプロピレンと四フッ化エチレンとフッ化
ビニリデンとの共重合体のプロピレン−フッソ系共重合
体類を0.1重量%〜13重量%とカルボキシメチルセ
ルロース類0.2重量%〜2重量%とポリアクリル酸類
0重量%〜1.0重量%を含んでなる非水系二次電池電
極とすることにある。電池活物質が、98.5重量%を
越えると集電体への接着が、悪くなり充放電サイクル寿
命に劣る。また85重量%未満では、電池として、体積
当たりの容量の観点で劣り好ましくない。
【0009】本発明の電極に使用する電解液は、非プロ
トン性有機溶媒、例えばプロピレンカーボネート、エチ
レンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチ
ルカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラ
クトン、ジエトキシエタン等がある。電解塩としてはL
iClO、LiBF、LiPF、LiAsF
CFSOLi、(CFSONLi等のリチ
ウム塩からなる。本発明の電極は、円筒形、シート形、
角形等の任意の形状にして電池に用いられる。
【0010】[実施例]以下に本発明の実施例を説明す
る。但し、以下に示す実施例は、本発明の例示であって
本発明の電極は、これらに限定されるものではない。 [実施例1]プロピレン,四フッ化エチレンとの共重合
体(モル比45:55)ラテックス(固形分31.4重
量%)3.6重量部とカルボキシメチルセルロースLi
の0.895重量%の水溶液95.0重量部とポリアク
リル酸水溶液(固形分10重量%)0.22重量部とを
あらかじめ混合した液中に平均粒子径10μmのニード
ルコークス98.0重量部を撹拌しながら加える。表面
を粗くした12μmの銅箔に膜厚95μmになるように
塗布する。110℃で絶乾する。これを1.5cm×
2.0cmに切り出し、負極とする。 [実施例2]プロピレン,四フッ化エチレン,フッ化ビ
ニリデン(モル比25:40:35)との共重合体ラテ
ックス(固形分32.3重量%)3.5重量部とカルボ
キシメチルセルロースNaの0.9重量%の水溶液9
5.0重量部とポリアクリル酸水溶液(固形分10重量
%)0.22重量部とをあらかじめ混合した液中に平均
粒子径8μmのLiCoO91.5重量部,アセチレ
ンブラック0.5重量部,黒鉛粉末6.0重量部とを予
備混合したものを混合撹拌する。これを、アセチレンブ
ラックとカルボキシ変性ゴムとからなるトルエン溶液に
よりプライマー処理された表面を有する15μmのアル
ミ箔に塗布する。120℃の乾燥機に入れて絶乾する。
膜厚は、125μmとする。これを1.5cm×2.0
cmに切り出し正極とする。 [実施例3]プロピレン,四フッ化エチレンとの共重合
体(モル比45:55)ラテックス(固形31重量%)
3.6重量部とカルボキシメチルセルロースNaの0.
90重量%の水溶液94.4重量部とポリアクリル酸水
溶液(固形分10重量%)0.22重量部とをあらかじ
め混合した液中に平均粒子径5μmの人工グラファイト
98.0重量部を撹拌しながら加える。表面を粗くした
12μmの銅箔に膜厚95μmになるように塗布する。
110℃で絶乾する。これを1.5cm×2.0cmに
切り出し負極とする。 [実施例4]プロピレン,四フッ化エチレン,フッ化ビ
ニリデン(モル比25:40:35)との共重合体ラテ
ックス(固形分32.3重量%)3.5重量部とカルボ
キシメチルセルロースNaの0.9重量%の水溶液9
5.0重量部とポリアクリル酸水溶液(固形分10重量
%)0.22重量部とをあらかじめ混合した液中に平均
粒子径15μmのLiMn91.5重量部,アセ
チレンブラック0.5重量部,黒鉛粉末6.0重量部と
を予備混合したものを混合撹拌する。これを、実施例2
と同一のアルミ箔に塗布する。120℃の乾燥機に入れ
て絶乾する。膜厚は、115μmとなるようにする。こ
れを1.5cm×2.0cmに切り出し正極とする。 [比較例1]実施例1と同一のニードルコークス96重
量部をポリフッ化ビニリデン4重量部をN−メチルピロ
リドン96.0重量部に溶解した液と混合撹拌する。こ
れを表面を粗くした12μmの銅箔に塗布し、膜厚90
μmとする。160℃の乾燥機に入れて乾燥する。1.
5cm×2.0cmに切り出し負極とする。 [比較例2]実施例2と同一のLiCoO,アセチレ
ンブラック,黒鉛微粉末の予備混合品96重量部とポリ
フッ化ビニリデン4重量部をN−メチルピロリドン9
6.0重量部とを混合し撹拌するこれを15μmのアル
ミ箔にドクタープレートで塗布する。160℃の乾燥機
にいれて乾燥する。膜厚は130μmであり、1.5c
m×2.0cmに切り出し正極とする。 実施例1〜
4及び比較例1〜2ともいずれも対極は、リチウム金属
箔を銅ネットに押しつけたものを用いて、多孔質ポリエ
チレンセパレーター(25μm)を介在し、電解液1M
LiPFのエチルメチルカーボネート−エチレンカー
ボネート(体積比3:1)の電池として過電圧を測定す
る。初回の放電容量に対して充放電サイクル10回目の
放電容量を容量保持率として求める。結果をまとめて表
1に示す。
【0011】[発明の効果]表1の如く、本発明の塗布
液によりつくられた電極の過電圧は小さい。工業的に有
用な非水系二次電池電極を提供することができる。

Claims (2)

    【0001】 【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電池活物質を98.5重量%〜85重量
    %とプロピレンと四フッ化エチレンとの共重合体、及び
    又はプロピレンと四フッ化エチレンとフッ化ビニリデン
    との共重合体のプロピレン−フッソ系共重合体類を0.
    1重量%〜13重量%とカルボキシメチルセルロース類
    0.2重量%〜2重量%とポリアクリル酸類0重量%〜
    1.0重量%を含んでなる水性分散体であることを特徴
    とする電極用塗布ペースト。
  2. 【請求項2】 電池活物質を98.5重量%〜85重量
    %とプロピレンと四フッ化エチレンとの共重合体、及び
    又はプロピレンと四フッ化エチレンとフッ化ビニリデン
    との共重合体のプロピレン−フッソ系共重合体類を0.
    1重量%〜13重量%とカルボキシメチルセルロース類
    0.2重量%〜2重量%とポリアクリル酸類0重量%〜
    1.0重量%を含んでなることを特徴とする非水系二次
    電池電極。 【0002】
JP7161341A 1995-05-23 1995-05-23 電極用塗布ペースト及び非水系二次電池電極 Pending JPH08321298A (ja)

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