JPH09289023A - 電極バインダー溶液、電極合剤、電極構造体および電池 - Google Patents
電極バインダー溶液、電極合剤、電極構造体および電池Info
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Abstract
系電気化学素子における、非水電解液中での使用に適し
た、粉末電極材料とフッ化ビニリデン系重合体バインダ
ーとからなる電極合剤層を、従来よりも少量のフッ化ビ
ニリデン系重合体の使用により、良好な粉末電極材料保
持力を維持しつつ形成する。 【課題解決手段】 通常使用されるレベルよりも大なる
固有粘度(従って高重合度)を有するフッ化ビニリデン
系重合体を有機溶媒に溶解してバインダー溶液を形成
し、ゲル化を防止しつつ集電基体上に塗布し、乾燥して
電極合剤層を形成する。
Description
池(特にリチウムイオン電池)あるいは電気二重層キャ
パシタ等の非水系電気化学素子において、非水電解液中
での使用に適した電極形成用のバインダー溶液、電極合
剤ならびに形成される電極構造体あるいは電極シート、
更には非水系電池に関する。
源となる電池の小型軽量化の要望も非常に大きくなって
きている。少ない容積及び重量でより大きなエネルギー
を得るためには電池一本当たりの電圧が高いことが必要
となり、この見地から最近リチウムまたはリチウムイオ
ンを吸蔵可能な炭素質材料を負極活物質とし、正極活物
質として例えばリチウムコバルト酸化物を使用した非水
系電解液を用いる電池が注目されている。
いては、水系の電解液のイオン伝導度が通常10-1S/
cmであるのに対し、非水系電解液のイオン伝導度は1
0-2〜10-4S/cm程度と低いため、実用電池として
は厚さ数μmから数百μmと薄く且つ大面積の電極を用
いることが必須となってきている。かかる薄膜で且つ大
面積の電極を工業的に安価に得る方法としては、電極活
物質等の粉末電極材料のバインダーとなる有機重合体を
溶媒に溶解してなるバインダー溶液中に、粉末電極材料
を分散させた後、金属電極箔または金属網等からなる集
電基体上に塗布乾燥して電極を成型する方法が知られて
いる。
材料と樹脂質バインダーとからなる薄層電極を形成した
構造は、同じく非水電解液を含浸した状態で用いられる
電気二重層キャパシタの電極構造体も同様である(例え
ば特開平7−82450号公報)。
シタ等の非水系電気化学素子における電極形成用のバイ
ンダー溶液としては、特開平6−93025や特開平6
−172452号各公報に記載されているように、各種
のフッ化ビニリデン系重合体を、N−メチル−2−ピロ
リドン、ジメチルフォルムアミド、N,N−ジメチルア
セトアミドなどの極性溶媒に溶解したものが知られてい
る。これは、フッ化ビニリデン系重合体が、耐薬品性、
耐熱性、耐汚染性等に優れ、上記のような極性溶媒には
溶解するが、非水系電池等に用いられる非水系電解液に
対しては、多少膨潤するものの安定であり、また共重合
あるいは変性処理等により金属等の基材に対しても良好
な接着性を保持し得るからである。
おいて、バインダーは、電極の電気化学的性能(例えば
電池の充放電容量)にほとんど寄与しないため、その使
用量は極力少なくすることが望ましく、少量でも粉末電
極材料をよく保持し、集電体への接着性に優れたものが
要求される。またバインダーは通常電気絶縁性であるた
め、その使用量の増大は電極の内部抵抗を大きくする。
この点からもバインダーは、できるだけ少ない使用量で
その機能を果たすことが要求される。
かな通り、非水系電気化学素子における電極形成用バイ
ンダーとしてのフッ化ビニリデン系重合体の性能は、そ
の極性溶媒に対する溶解性と、非水電解液に対する耐久
性の微妙なバランスの上に得られるものであり、バイン
ダー使用量の減少にもおのずと限界が存在すると考えら
れた。例えばフッ化ビニリデン系重合体の分子量を低下
すれば、極性溶媒に対する溶解性はもちろん向上する
が、非水電解液に対する耐久性が著しく低下する。他
方、フッ化ビニリデン系重合体の分子量の増大は、フッ
化ビニリデン系重合体の極性溶媒に対する溶解性を著し
く低下させ、バインダー溶液のゲル化により粉末電極材
料と混合した電極合剤の塗布適性を損ない、塗布、乾燥
による通常の電極合剤層形成を不可能とする。またフッ
化ビニリデン系重合体の分子量(重合度)を増大させた
場合には成形物としての結晶化度を低下させることがわ
かっており、分子量をある程度以上増大させても、むし
ろ非水電解液による膨潤度が増大し、耐久性の更なる向
上は期待できないとも予測された。このような理由によ
り、フッ化ビニリデン系重合体の分子量は、その目安と
しての固有粘度(樹脂4gを1リットルのN,N−ジメ
チルホルムアミドに溶解させた溶液の対数粘度をいう。
以下、本明細書において同じ)において、2.0dl/
gが上限であり、一般に0.8〜1.5dl/gの範囲
内が用いられてきた(特開平6−93025号、同6−
172452号各公報、特願平7−184961号明細
書等)。事実、固有粘度が1.5を超えるフッ化ビニリ
デン系重合体は、加熱した極性溶媒により一旦は溶解し
ても室温に冷却した場合、急速にゲル化することが多
い。更に加熱状態でバインダー溶液に粉末電極材料加え
て電極合剤を形成しても、集電基体への塗布時に瞬時に
ゲル化して、適正な電極合剤層は形成されない。このよ
うに固有粘度が1.5dl/g、特に2.0dl/gを
超えるフッ化ビニリデン系重合体を用いることによって
は、適正な電極合剤の塗布適性を得ることは、本質的に
困難と考えられていた。このような理由により、バイン
ダー量の減少の要望は強いにも拘らず、上記のような固
有粘度のフッ化ビニリデン系重合体を用い、必要な特性
を確保するために、一般に固体基準で電極合剤の10重
量%程度のバインダー量は必要と考えられてきた(上記
公開公報等)。
よりも少量のフッ化ビニリデン系重合体の使用で、粉末
電極材料をよく保持し、非水電解液に対しても良好な耐
久性を示す、非水電解液中での使用に適した電極合剤層
の形成を可能とする電極形成用のバインダー溶液を提供
することにある。
ダー溶液に基づいて、良好な特性を有する電極合剤、電
極構造体あるいは電極シート更には非水系電気化学素子
の代表としての非水系電池を提供することにある。
ば、従来は得られる電極合剤の塗布適性の観点から使用
が本質的に困難と考えられてきた固有粘度が2.0dl
/gを超えるフッ化ビニリデン系重合体を用いても、適
切な条件下で使用することにより塗布適性が維持される
ことが見出された。特に電極合剤の形成までの状態を、
30〜200℃、好ましくは40〜130℃、更に好ま
しくは50〜120℃の加温下に保持し、塗布対象とし
ての集電基体をも、30〜200℃、特に40〜170
℃の範囲の温度に保持しながら、電極合剤を塗布するこ
とにより、電極合剤中のフッ化ビニリデン系重合体のゲ
ル化を防止しつつ、集電基体上に平滑な電極合剤層の形
成が可能であること;得られた電極合剤層中のフッ化ビ
ニリデン系重合体は粉末電極材料の保持性能で代表され
るバインダー性能が、従来のフッ化ビニリデン系重合体
のそれと比べて顕著に向上しており、少量(例えば後述
の実施例で示されるように約4重量%)で適正なバイン
ダー性能を示すことが見出された。また得られた電極合
剤層中のフッ化ビニリデン系重合体は、結晶化度の低下
にも拘らず、改善された非水電解液に対する耐膨潤性を
示すのみならず、活物質の保持性、さらには電池の充放
電サイクル特性が顕著に改善されることも認められた
(後述の実施例)。この結果は、フッ化ビニリデン系重
合体の重合度の増大、即ち分子量の増大により、重合体
自体の結晶サイズが小さくなり、分子間相互及び活物質
と分子間の絡み合いが増加したことによるものではない
かと推定される。
り、その第一の観点において、固有粘度が2.0dl/
gを超え、20dl/g以下であるフッ化ビニリデン系
重合体を有機溶媒に溶解してなる非水電解液中での使用
に適した電極形成用のバインダー溶液を提供するもので
ある。
溶液に粉末電極材料を混合してなるものである。
た電極構造体は、集電基体と、該集電基体の少なくとも
一面に設けた電極合剤層とからなり、該電極合剤層は粉
末電極材料と、固有粘度が2.0dl/gを超え20d
l/g以下であるフッ化ビニリデン系重合体からなるバ
インダーとからなることを特徴とするものである。
加温状態にある集電基体の少なくとも一面に、固有粘度
が2.0dl/gを超え20dl/g以下であるフッ化
ビニリデン系重合体を有機溶媒に溶解してなるバインダ
ー溶液と粉末電極材料とを混合してなり且つ加温状態に
ある電極合剤を塗布し、有機溶媒を揮散させて、電極合
剤層を形成することを特徴とするものである。
が2.0dl/gを超え20dl/g以下であるフッ化
ビニリデン系重合体からなるバインダーとからなる非水
電解液中での使用に適した電極シートを提供するもので
ある。
及び負極間に配置された非水電解液とからなり、該正極
および負極の少なくとも一方が上記電極構造体からなる
非水系電池をも提供するものである。
ビニリデン系重合体には、フッ化ビニリデンの単独重合
体、共重合体およびこれらの変性物が含まれる。フッ化
ビニリデンの単独重合体は、非水系電解液に対する耐久
性、特に耐膨潤性、の観点では好ましい。しかし、金属
等の集電基体との接着性が若干不足気味であるため、よ
り好ましくは、他のモノマーとの共重合体、特に不飽和
二塩基酸のモノエステル、ビニレンカーボネートあるい
はエポキシ含有ビニル単量体等との共重合によりカルボ
キシル基、カーボネート基、エポキシ基等の極性基を導
入した共重合体(固有粘度を除いて特開平6−1724
52号公報に開示)が好ましく用いられる。またこれら
フッ化ビニリデンの単独または共重合体を溶解または膨
潤する溶媒中で、アミノ基またはメルカプト基等のフッ
化ビニリデン系重合体と反応性基と加水分解性基を併有
するシラン系カップリング剤あるいはチタネート系カッ
プリング剤中で処理してなる変性フッ化ビニリデン系重
合体(固有粘度を除いて特開平6−93025号)も好
ましく用いられる。但し、全体として非水系電解液に対
する耐膨潤性を良好に維持するために、非処理のフッ化
ビニリデン単位を90モル%以上、特に95モル%以上
の範囲で維持することが好ましい。
例えばアクリル酸、マレイン酸、フマル酸、等の有機酸
やアクリル系重合体などのフッ化ビニリデン系重合体と
の混和性の良い低分子化合物や重合体を添加したものも
使用することが出来る。
度が、2.0dl/gを超え20dl/g以下の範囲の
もの、好ましくは2.5〜15dl/gの範囲内のも
の、さらに好ましくは3.0〜10.0dl/gの範囲
内の値を有するものが用いられる。
は本発明特有の効果が得られ難く、また20dl/gを
越えると溶媒に溶解させること自体が困難となるばかり
でなく、バインダー溶液のゲル化の制御が困難となって
電極合剤の塗布が不可能となりやすい。
体の製造方法としては、フッ化ビニリデン単量体の重合
またはこれと共重合可能な他の単量体との共重合により
得られる。重合または共重合は、懸濁重合、乳化重合、
溶液重合等の方法が採用できるが、後処理のしやすさか
ら水系の懸濁重合、乳化重合が好ましく、水系の懸濁重
合が特に好ましい。
ース、メトキシ化メチルセルロース、プロキシ化メチル
セルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリビニル
アルコール、ポリエチレンオキシド、ゼラチン等の懸濁
剤が使用でき、これらを水に対して0.005〜1.0
重量%、好ましくは0.01〜0.4重量%の範囲で添
加して使用する。重合開始剤としては、ジイソプロピル
パーオキシジカーボネート、ジノルマルプロピルパーオ
キシジカーボネート、イソブチリルパーオキサイド等が
使用できる。
5重量%以下、好ましくは2重量%以下である。
ン、エタノール、n−プロパノール等を連鎖移動剤とし
て添加して重合体の重合度を調節することが可能であ
る。通常は単量体合計量に対して連鎖移動剤を0.1〜
5重量%使用するが、本発明のフッ化ビニリデン系重合
体は従来のフッ化ビニリデン系重合体に比べはるかに重
合度を大きくするため、上記の連鎖移動剤は0.5重量
%以下とすることが好ましい。
有粘度(すなわち重合度)を有するフッ化ビニリデン系
重合体は、主として連鎖移動剤を減少するとともに、触
媒を減量するという、それ自体はフッ化ビニリデン系重
合体製造の公知技術の範囲内で得ることができる。
て、本発明のバインダー溶液を得るために用いられる有
機溶媒は、好ましくは極性のものであり、例えばN−メ
チル−2−ピロリドン、ジメチルフォルムアミド、N,
N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルスルフォ
キシド、ヘキサメチルフォスフォアミド、ジオキサン、
テトラヒドロフラン、テトラメチルウレア、トリエチル
フォスフェイト、トリメチルフォスフェイト、などが挙
げられる。本発明で使用するフッ化ビニリデン系重合体
は、通常のものよりはるかに重合度の大きいものなの
で、上記の極性有機溶媒の中でも、溶解力の大きいN−
メチル−2−ピロリドン、ジメチルフォルムアミド、
N,N−ジメチルアセトアミドなどの含窒素系有機溶媒
がより好ましく用いられる。また、これら有機溶媒は単
独での使用のみならず二種以上を混合した混合溶媒とし
て用いることも出来る。
れら有機溶媒100重量部当り、前記フッ化ビニリデン
系重合体を0.1〜10重量部、特に1〜5重量部、の
割合で溶解することが好ましい。0.1重量部未満で
は、溶液中での重合体の占める割合が小さすぎ、粉末電
極材料を相互に結着させるバインダーとしての効果が得
られない。また、10重量部を越えると、高重合度であ
るため溶液自体の粘度が異常に高くなり過ぎて電極合剤
の調整が困難になるばかりでなく、極端な場合電極合剤
のゲル化の制御が困難となり集電基体への塗布が均一に
出来なくなる。
ダー溶液を作成するためには、30〜200℃、好まし
くは40〜130℃、更に好ましくは50〜120℃、
の範囲の、加温下にある有機溶媒にフッ化ビニリデン系
重合体を溶解することが好ましい。30℃未満では溶解
に長時間を要し、また均一な溶解が困難である。
ビニリデン系重合体バインダー溶液に、粉末電極材料
(電池または電気二重層キャパシタの活物質および必要
に応じて加えられる導電材、その他の助剤)を分散混合
することにより電極合剤が得られる。
は、正極の場合は、一般式LiMY2 (Mは、Co、N
i、Fe、Mn、Cr、V等の遷移金属の少なくとも一
種:YはO、S等のカルコゲン元素)で表わされる複合
金属カルコゲン化合物、特にLiCoO2 をはじめとす
る複合金属酸化物やLiMn2 O4 などのスピネル構造
をとる複合金属酸化物が好ましい。負極の場合は、黒
鉛、活性炭、あるいはフェノール樹脂やピッチ等を焼成
炭化したもの等の炭素質物質で平均粒径が約0.5〜1
00μmのものが活物質としては好ましい。
子伝導性の小さい活物質を使用する場合に電極合剤層の
導電性を向上する目的で添加するもので、カーボンブラ
ック、黒鉛微粉末あるいは繊維等の炭素質物質やニッケ
ル、アルミニウム等の金属微粉末あるいは、繊維が使用
される。電極材料として導電性の大きい炭素質物質を用
いる場合はこれらの導電材は使用する必要がない。
は、活性炭、活性炭繊維、シリカ、アルミナ等の微粒子
で平均粒径(あるいは繊維径)が、0.5〜100μm
で比表面積が100〜3000m2 /g、すなわち、電
池用活物質に比べて比較的小粒(繊維)径で、大比表面
積のものが好ましい。
重量部と、0.1〜50重量部、特に1〜20重量部の
フッ化ビニリデン系重合体を含むバインダー溶液を混合
して形成することが好ましい。この混合も、上記バイン
ダー溶液の形成と同様な加温条件下、即ち30〜200
℃、好ましくは40〜130℃、更に好ましくは50〜
120℃の温度で行い、フッ化ビニリデン系重合体のゲ
ル化を防止することが好ましい。
鋼、鋼、銅、アルミニウム、ニッケル、チタン等の金属
箔あるいは金属網等からなり、厚さが5〜100μm、
小規模の場合には例えば5〜20μmとなるような集電
基体11の両面(図1)あるいは片面(図2)に塗布
し、例えば50〜170℃で乾燥して、例えば小規模の
場合厚さが10〜1000μmの電極合剤層(12a、
12bまたは12)を形成することにより、電極構造体
(10または20)が形成される。この際、電極合剤を
上記加温条件下に引き続き保持し、被塗布対象である集
電基体も30〜200℃、特に40〜170℃の範囲、
に維持されるよう加温しつつ、電極合剤の塗布を行い、
引き続き乾燥を行うことにより、フッ化ビニリデン系重
合体のゲル化を効果的に防止しつつ均一な電極合剤層を
形成することが可能となる。
剤層12を、集電基体11あるいはより良好な離型性を
有する任意の基体上に塗布、乾燥により形成した後、電
極合剤層12のみを剥離して電極シートを形成し、電池
等の電気化学素子メーカにおいて、集電基体11上に導
電性接着剤を介して該電極シートを貼付することによ
り、図1または図2に示すものとほぼ同等な電極構造体
を形成することもできる。
20は、非水電解液中に浸漬して用いられる電池あるい
は電気二重層キャパシタの電極として好ましく用いられ
る。例えば、図2に示す電極構造体20の二枚を、それ
らの電極合剤層12を内側にし、間に透液性のセパレー
タ13を挾持した積層体の電極合剤層12およびセパレ
ータ13に非水電解液を含浸した図3の積層構造体によ
り、電池あるいは電気二重層キャパシタが形成される。
くは、両面に電極合剤層12a、12bを形成した電極
構造体10(図1)の構造において、非水電解液型電
池、特にリチウムイオン電池の正極または負極に用いら
れる。
しての、リチウム二次電池の部分分解斜視図である。
極1および負極2間に、電解液を含浸したポリプロピレ
ン、ポリエチレン等の高分子物質の微多孔性膜からなる
セパレータ3を配置積層したものを渦巻き状に巻き回し
た発電素子が負極端子5aを形成する有底の金属ケーシ
ング5中に収容された構造を有する。この二次電池は更
に、負極は負極端子と電気的に接続され、頂部において
ガスケット6および安全弁7を配置したのち、凸部にお
いて前記正極1と電気的に接続された正極端子8aを構
成する頂部プレート8を配置し、ケーシング5の頂部リ
ム5bをかしめて、全体を封止した構造をなしている。
ここで正極1あるいは負極2が、図1または図2の積層
構造の電極構造体により形成される。
は、上述したように粉末電極材料(すなわち微粉末ある
いは繊維状の活物質、および必要により添加する炭素等
の導電材)およびバインダーからなる電極合剤を、上記
集電基体(11)に塗布接着し形成したものであり、上
述したように形成される。
は、例えばリチウムイオン二次電池の場合には、リチウ
ム塩などの電解質を非水系溶媒(有機溶媒)に溶解した
ものを用いることができる。ここで電解質としては、L
iPF6 、LiAsF6 、LiClO3 、LiBF4 、
CH3 SO3 Li、CF3 SO3 Li、LiCl、Li
Br等がある。また、電解質の有機溶媒としてはプロピ
レンカーボネート、エチレンカーボネート、1,2−ジ
メトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、ジメチル
カーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカ
ーボネート、γ−プチルラクトン、プロピオン酸メチ
ル、プロピオン酸エチル、およびこれらの混合溶媒など
が用いられるが、必ずしもこれらに限定されるものでは
ない。
体的に説明する。
晶化度、および膨潤度の測定は以下の方法によって行っ
た。
gを20mlのN,N−ジメチルホルムアミドに溶解し
て、30℃の恒温槽内でウベローテ粘度計を用い次式に
より固有粘度ηiを求めた。
ジメチルホルムアミド単独の粘度、Cは0.4(g/d
l)である。
合体のN−メチル−2−ピロリドン溶液(後記実施例に
ついては2重量%、比較例については10重量%濃度)
をガラス板の上にキャストして、直ちに130℃の恒温
槽で3時間乾燥し、ガラス板からキャストフィルムを剥
離してからさらに120℃で減圧乾燥して厚みが約10
0μmのフィルムを作成した。このフィルムをX線回折
法により結晶化度を求めた。
上記で得られたキャストフィルム(17mm×35mm
の大きさ)を70℃で6日間浸漬して、その重量増加率
で膨潤度とした。電解液の組成は、プロピレンカーボネ
ート52.7wt%、1,2−ジメトキシエタン38.
0wt%、に電解質のLiClO4 が9.3wt%混合
されたものを使用した。
レーブに、イオン交換水1075g、メチルセルロース
0.4g、フッ化ビニリデン420g、ジイソプロピル
パーオキシジカーボネート(IPP)2.8gを仕込み
25℃で懸濁重合した。
・脱水後、80℃で20時間乾燥して重合体粉末を得
た。
度は2.5(dl/g)であった。
レーブに、イオン交換水1075g、メチルセルロース
0.4g、フッ化ビニリデン420g、ジイソプロピル
パーオキシジカーボネート(IPP)を1.9gを仕込
み25℃で懸濁重合した。
・脱水後、80℃で20時間乾燥して重合体粉末を得
た。
度は3.1であった。
カーボネート(IPP)の仕込み量を0.8gとした以
外は実施例1、2と同様にして重合し、水洗・脱水後、
80℃で20時間乾燥して重合体粉末を得た。
度は5.1であった。
カーボネート(IPP)の仕込み量を0.2gとした以
外は実施例1、2と同様にして重合し、水洗・脱水後、
80℃で20時間乾燥して重合体粉末を得た。
度は8.8であった。
レーブに、イオン交換水1040g、メチルセルロース
0.4g、フッ化ビニリデン400g、ジノルマルプロ
ピルパーオキシジカーボネートを2g、酢酸エチル8g
の各量を仕込み25℃で懸濁重合した。
・脱水後、80℃で20時間乾燥して重合体粉末を得
た。
度は1.1であった。
レーブに、イオン交換水1075g、メチルセルロース
0.4g、フッ化ビニリデン420g、ジノルマルプロ
ピルパーオキシジカーボネートを2.5g、を添加し
て、25℃で懸濁重合した。
・脱水後、80℃で20時間乾燥して重合体粉末を得
た。
度は1.6であった。
ニリデン重合体について測定した固有粘度、ならびに上
記のようにしてN−メチル−2−ピロリドン溶液から得
たキャストフィルムについて測定したフィルム結晶化度
および膨潤度をまとめて、下表1に記す。
2.5のフッ化ビニリデン重合体0.30gをN−メチ
ル−2−ピロリドン(以下「NMP」と略記することが
ある)14.7gに60℃で均一に溶解してバインダー
溶液を作成し、これに平均粒径が約20μm、比表面積
が約3m2 /gのピッチ系炭素質粉末2.7gを混合
し、ホモジナイザーにより60℃にて均一に混合、分散
してペースト状の電極合剤を製造した。
合体の重量分率(以下、「重合体重量分率」と呼ぶ)は
10%とした。
20μmの銅箔の片面上にドクターブレードで塗布し、
これを加熱・乾燥して、合計厚み180μmの電極構造
体を作成した。
2.5のフッ化ビニリデン重合体0.12gをNMP
5.9gに60℃で均一に溶解してバインダー溶液を作
成し、これに実施例5と同様にして炭素質粉末2.9g
をホモジナイザーにより60℃にて均一に混合、分散し
てペースト状の電極合剤を製造した。
20μmの銅箔の片面上にドクターブレードで塗布し、
これを加熱・乾燥して、合計厚み180μmの電極構造
体を作成した。
3.1のフッ化ビニリデン重合体0.12gを実施例6
と同様にNMPに溶解し、炭素質粉末と混合して、重合
体重量分率が4%の電極合剤を製造した。
の片面上にドクターブレードで塗布し、これを加熱・乾
燥して、合計厚み185μmの電極構造体を作成した。
5.1のフッ化ビニリデン重合体0.12gを実施例6
と同様にNMPに溶解し、炭素質粉末と混合して、重合
体重量分率が4%の電極合剤を製造した。
の片面上にドクターブレードで塗布し、これを加熱・乾
燥して、合計厚み170μmの電極構造体を作成した。
8.8のフッ化ビニリデン重合体0.12gを実施例6
と同様NMPに溶解し、炭素質粉末と混合して、重合体
重量分率が4%の電極合剤を製造した。
の片面上にドクターブレードで塗布し、これを加熱・乾
燥して、合計厚み180μmの電極構造体を作成した。
化ビニリデン系共重合体> 内容積2リットルのオートクレーブに、イオン交換水1
040g、メチルセルロース0.8g、ジイソプロピル
パーオキシジカーボネートを2g、フッ化ビニリデン3
96g、マレイン酸モノメチルエステル4g(フッ化ビ
ニリデン:マレイン酸モノメチルエステル=100:
1.01)を添加して、28℃で懸濁重合した。
・脱水後、80℃で20時間乾燥して重合体粉末を得
た。
有粘度は2.9であった。
にしてNMPに溶解し、炭素質粉末と混合して重合体重
量分率が4%の電極合剤を製造した。
の片面上にドクターブレードで塗布、これを加熱・乾燥
して合計厚み180μmの電極構造体を作成した。
1.1のフッ化ビニリデン重合体0.3gをNMPに溶
解し、実施例5と同様に炭素質粉末と混合して重合体重
量分率が10%の電極合剤を製造した。
の片面上にドクターブレードで塗布、これを加熱・乾燥
して合計厚み180μmの電極構造体を作成した。
1.1のフッ化ビニリデン重合体0.12gをNMPに
溶解し、実施例6と同様に炭素質粉末と混合して重合体
重量分率が4%の電極合剤を製造した。
の片面上にドクターブレードで塗布、これを加熱・乾燥
して合計厚み175μmの電極構造体を作成した。
1.6のフッ化ビニリデン重合体0.3gをNMPに溶
解し、実施例5と同様に炭素質粉末と混合して重合体重
量分率が10%の電極合剤を製造した。
の片面上にドクターブレードで塗布、これを加熱・乾燥
して合計厚み185μmの電極構造体を作成した。
1.6のフッ化ビニリデン重合体0.12gをNMPに
溶解し、実施例6と同様に炭素質粉末と混合して重合体
重量分率が4%の電極合剤を製造した。
の片面上にドクターブレードで塗布、これを加熱・乾燥
して合計厚み180μmの電極構造体を作成した。
粘度が5.1のフッ化ビニリデン重合体0.15g、活
性炭粉末(平均粒径5μm、比表面積が2000m2 /
g)2.85gおよびNMP10.1gを混合して重合
体重量分率が5%の電極合剤を作成した。これを実施例
5と同様にして銅箔の片面上に塗布して加熱・乾燥し、
厚み190μmの電気二重層キャパシタ用電極構造体を
作成した。
有粘度が2.9のカルボキシル基含有フッ化ビニリデン
重合体0.15g、活性炭粉末(実施例11のものと同
じ)2.85gおよびNMP9.75gを混合して重合
体重量分率が5%の電極合剤を作成した。これを実施例
5と同様にして銅箔の片面上に塗布して、加熱・乾燥
し、厚み200μmの電気二重層キャパシタ用電極構造
体を作成した。
度が1.1のフッ化ビニリデン重合体0.30g、活性
炭粉末(実施例11のものと同じ)2.70gおよびN
MP6.50gを混合して重合体の固形分重量が10%
の電極合剤を作成した。これを実施例5と同様にして銅
箔の片面上に塗布し加熱・乾燥し、厚み220μmの電
気二重層キャパシタ用電極構造体を作成した。
度が1.6のフッ化ビニリデン重合体0.30g、活性
炭粉末(実施例11のものと同じ)2.70gおよびN
MP6.50gを混合して重合体重量分率が10%の電
極合剤を作成した。
塗布し加熱・乾燥し、厚み230μmの電気二重層キャ
パシタ用電極構造体を作成した。
〜10および比較例3〜6でそれぞれ形成されたリチウ
ムイオン電池中での使用に適した電極構造体ならびに実
施例11〜12および比較例7〜8でそれぞれ形成され
た電気二重層キャパシタ用電極構造体における、電極合
剤が塗布された面および電極を所定の幅に切断した時の
電極合剤層の状態について評価した。
触り、指に電極合剤が付着する度合いで活物質保持力を
評価した。評価は次の基準によった。
フを用いて電極構造体を切断した時に、その切断した端
面での電極合剤層の状態を観察し、評価した。評価は次
の基準によった。
8、10及び比較例4とそれぞれ同じ組成の電極合剤を
用いて、以下のようにしてコイン型の非水溶媒系二次電
池(電池1、2および3)を作成して、その充放電によ
るサイクル特性を評価した。
例8、実施例10及び比較例4とそれぞれ同じ組成で得
られた電極合剤を用いて、これらペースト状の合剤をア
ルミ箔上に均一に塗布し、乾燥した後、アルミ箔より剥
がし直径15mmの円板状に打ち抜いた。更に打ち抜い
た合剤を直径17mmのステンレススチール網円板状に
プレスにより加圧して圧着し、厚さ約130μmの電極
合剤層を有する負極とした。
90重量部、導電助剤のカーボンブラックを7重量部、
バインダーとして固有粘度1.3dl/gのフッ化ビニ
リデン重合体を3重量部およびNMP56重量部を混合
してペースト状とし、この正極合剤をアルミ箔状に均一
に塗布し、乾燥した後、アルミ箔より剥がし、直径14
mmの円板状に打ち抜く。これを直径16mmのステン
レススチール網円板にプレスにより加圧して圧着し厚さ
約100μmの電極合剤層を有する正極とした。
に使用し、それと上記の負極の各々とを組み合わせて用
い、電解液としてエチレンカーボネートとジエチルカー
ボネートを容量比で1:1で混合した混合溶媒に1mo
l/lの割合でLiPF6 を加えたものを使用し、ポリ
プロピレン性微多孔膜をセパレーターとして3種の非水
系リチウム二次電池(電池1〜3)を構成した。
(電池1〜3)の各々について、2.5mAの定電流で
充放電サイクルを繰り返し、各サイクル毎に電池の放電
容量を測定した。充電及び放電は電池の端子電圧がそれ
ぞれ4.20V及び2.75Vまで行った。放電容量は
電池の放電電気量(mAh)を負極活物質である炭素質
粉末の負極中の重量(g)で除し、負極活物質の炭素単
位重量当たりの値(mAh/g)で表した。
固有粘度および重量分率を下表3に、サイクル試験の結
果を図5に示した。
量フッ化ビニリデン重合体を含む電極合剤(実施例8お
よび10)を用いて構成した電池(電池1及び電池2)
は、その充放電サイクル試験で放電容量が安定している
が、本発明の電極合剤とは異なり従来レベルの分子量の
フッ化ビニリデンを含む電極合剤(比較例4)を用いて
構成した電池3は充放電サイクルが増加するに伴って放
電容量が著しく低下したことが判る。
よりもはるかに大なる重合度のフッ化ビニリデン系重合
体を有機溶媒に溶解することにより、従来よりも少量の
フッ化ビニリデン系重合体の使用で、粉末電極材料をよ
く保持し、非水電解液に対しても良好な耐久性を示す、
非水電解液中での使用に適した電極の形成を可能とする
電極形成用のバインダー溶液が提供される。また、上記
のバインダー溶液を使用することにより、良好な特性を
有する電極合剤、電極構造体あるいは電極シート更には
非水系電気化学素子の代表としての非水系電池が得られ
る。
図。
断面図。
一例の概略積層構造を示す断面図。
一部分解斜視図。
(4)の電極合剤を用いて形成をした負極を有するリチ
ウム電池のサイクル特性試験結果を示すグラフ。
Claims (9)
- 【請求項1】 固有粘度が2.0dl/gを超え、20
dl/g以下であるフッ化ビニリデン系重合体を有機溶
媒に溶解してなる、非水電解液中での使用に適した電極
形成用のバインダー溶液。 - 【請求項2】 フッ化ビニリデン系重合体が、95モル
%以上のフッ化ビニリデンと他のモノマーとの共重合体
またはフッ化ビニリデンの単独または共重合体の変性物
である請求項1に記載のバインダー溶液。 - 【請求項3】 フッ化ビニリデン系重合体が、カルボキ
シル基含有フッ化ビニリデン系重合体である請求項1に
記載のバインダー溶液。 - 【請求項4】 加温によりゲル化を防止した溶液状態に
ある請求項1〜3のいずれかのバインダー溶液。 - 【請求項5】 請求項1〜4のいずれかのバインダー溶
液と粉末電極材料とを混合してなる電極合剤。 - 【請求項6】 集電基体と、該集電基体の少なくとも一
面に設けた電極合剤層とからなり;該電極合剤層は粉末
電極材料と固有粘度が2.0dl/gを超え20dl/
g以下であるフッ化ビニリデン系重合体からなるバイン
ダーとからなる、非水電解液中での使用に適した電極構
造体。 - 【請求項7】 加温状態にある集電基体の少なくとも一
面に、固有粘度が2.0dl/gを超え20dl/g以
下であるフッ化ビニリデン系重合体を有機溶媒に溶解し
てなるバインダー溶液と粉末電極材料とを混合してなり
且つ加温状態にある電極合剤を塗布し、有機溶媒を揮散
させて、電極合剤層を形成する電極構造体の製造方法。 - 【請求項8】 粉末電極材料と、固有粘度が2.0dl
/gを超え20dl/g以下であるフッ化ビニリデン系
重合体からなるバインダーとからなる非水電解液中での
使用に適した電極シート。 - 【請求項9】 正極と、負極と、該正極および負極間に
配置された非水電解液とからなり、該正極および負極の
少なくとも一方が請求項6の電極構造体からなる非水系
電池。
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