JPWO2008099557A1 - 電極形成用スラリー、および電池 - Google Patents
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Abstract
Description
101 外装用フィルム
102 ラジカルポリマー正極
103 セパレータ
104 負極
105 正極リード
106 負極リード
(一般式(1)および(2)において、XおよびYは炭素数1〜15の直鎖または分岐または環状のアルキレン基、炭素数1〜15の直鎖または分岐または環状のアルキレンジオキシ基、フェニレン基、フェニレンジオキシ基、または一般式(3)で表される構造を示す。R1〜R12は、それぞれ独立に水素原子またはメチル基を示す)
(一般式(3)において、mは2〜6の整数を表す。)
架橋構造を有するポリマーとしては、たとえば、化学式6〜10に示す繰り返し構造単位を有し、かつ一般式(1)または(2)に示す分子内に重合基を2個有する2官能性の架橋剤によって架橋されたポリマーが挙げられる。
有機ラジカルポリマーを電極活物質として用いる場合、電極は本発明の電極形成用スラリーを集電体上に塗布乾燥し、形成することができる。集電体としては、例えばニッケルやアルミニウム、銅、金、銀、アルミニウム合金、ステンレス、炭素等からなる箔を用いることができる。
負極
有機ラジカルポリマーを正極として用いる場合の負極としては、例えばグラファイトや非晶質カーボンのような炭素材料、リチウム金属やリチウム合金、リチウムイオン吸蔵炭素、導電性高分子等が挙げられる。これらの形状としては、例えばリチウム金属では薄膜状のものに限らず、バルク状のもの、粉末を固めたもの、繊維状のもの、フレーク状のもの等の任意のものを用いることができる。その他の材料の形状としても特に限定されるものではなく、例えば、薄膜状、粉末を固めたもの、繊維状のもの、フレーク状のもの等であっても良い。また、これらの負極活物質を単独、もしくは組み合わせて使用できる。
有機ラジカルポリマーを負極として用いる場合の正極としては、例えば金属酸化物粒子、ジスルフィド化合物、導電性高分子等が挙げられる。ここで、金属酸化物としては例えばLiMnO2、LixMn2O4(0<x<2)等のマンガン酸リチウムあるいはスピネル構造を有するマンガン酸リチウム、MnO2、LiCoO2、LiNiO2、あるいはLixV2O5(0<x<2)等が、また、導電性高分子には例えばポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリアニリン、ポリピロール等が挙げられる。
電解質は、負極104と正極102の両極間の荷電担体輸送を行うものであり、一般には20℃で10−5〜10−1S/cmのイオン伝導性を有していることが好ましい。電解質としては、例えば電解質塩を溶剤に溶解した電解液を利用することができる。電解質塩として、例えばLiPF6、LiClO4、LiBF4、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、Li(C2F5SO2)2N、Li(CF3SO2)3C、Li(C2F5SO2)3C等の従来公知の材料を用いることができる。
正極および負極が接触しないようにポリエチレン、ポリプロピレン等からなる多孔質フィルム、セルロース膜、不織布などのセパレータ103を用いることもできる。
本発明において、有機ラジカル電池の形状は特に限定されるものではなく、従来公知のものを用いることができる。電池形状としては、円筒型、角型、コイン型、およびシート型等が挙げられる。このような電池は、上述した正極、負極、電解質、セパレータなどを、電極積層体あるいは巻回体を金属ケース、樹脂ケース、あるいはアルミニウム箔などの金属箔と合成樹脂フィルムからなるラミネートフィルム等によって封止することによって作製される。しかしながら、本発明はこれらに限定されるものではない。薄くやわらかい形状にしやすいという観点から、電池形状は、ラミネートフィルムによって封止されたシート型等とすることが好ましい。
化学式2で表される有機ラジカルポリマー化合物3.5gをN−メチルピロリドン(NMP)30gに加えて撹拌し、ゾル状にした有機ラジカルポリマーを作製した。このゾル状にした有機ラジカルポリマーを沈殿管に移して6000rpmで遠心分離を行い、余剰のNMPを除去した。遠心分離後に得られたゲル状にした有機ラジカルポリマーの重量は15.4gであった。このゲル状にした有機ラジカルポリマーに気相成長炭素繊維(VGCF)粉末1.2gを加えてメノー乳鉢で混合し、ゲル状にした有機ラジカルポリマーと導電付与剤の混合物を得た。得られたゲル状にした有機ラジカルポリマーと導電付与剤の混合物を100℃で真空乾燥してNMPを除去し、真空乾燥後に得られた固形物をメノー乳鉢で粉砕して、有機ラジカルポリマー―導電付与剤混合体を得た。この有機ラジカルポリマー―導電付与剤混合体3.8gとカルボキシメチルセルロース(CMC)160mg、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)80mgと水20mLをホモジナイザーにて撹拌し、電極形成用スラリーを調製した。
化学式3で表される有機ラジカルポリマー化合物3gをN−メチルピロリドン(NMP)20gに加えて撹拌し、ゾル状にした有機ラジカルポリマーを作製した。このゾル状にした有機ラジカルポリマーに気相成長炭素繊維(VGCF)粉末1.6gとカーボンブラック粉末0.1gを加えて自転公転式撹拌器で混合し、ゾル状にした有機ラジカルポリマーと導電付与剤の混合物を得た。得られたゾル状にした有機ラジカルポリマーと導電付与剤の混合物を沈殿管に移し、6000rpmで遠心分離を行った後、100℃で真空乾燥し、NMPを除去した。得られた固形物を自動乳鉢で粉砕し、有機ラジカルポリマー―導電付与剤混合体を得た。この有機ラジカルポリマー―導電付与剤混合体3.8gとカルボキシメチルセルロース(CMC)160mg、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)80mgと水20mLを自転公転式撹拌器にて撹拌し、電極形成用スラリーを調製した。
化学式7で表される繰り返し単位と、架橋材のエチレングリコールジメタクリレートとが、98:2の比率で共重合している架橋有機ラジカルポリマー化合物3gを用いる以外は、実施例2と同様の操作を行い、有機ラジカル電池を作製した。
化学式8で表される繰り返し単位と、架橋材のシクロヘキサンジメタノールジビニルエーテルとが、96:4の比率で共重合している架橋有機ラジカルポリマー化合物3gをN−メチルピロリドン(NMP)20gに加えて撹拌し、ゾル状にした有機ラジカルポリマーを作製した。このゾル状にした有機ラジカルポリマーを沈殿管に移して6000rpmで遠心分離を行い、余剰のNMPを除去した。遠心分離後に得られたゲル状にした有機ラジカルポリマーに気相成長炭素繊維(VGCF)粉末1.7gとNMP7gを加えて自転公転式撹拌器で混合し、ゾル状にした有機ラジカルポリマーと導電付与剤の混合物を得た。得られたゾル状にした有機ラジカルポリマーと導電付与剤の混合物を沈殿管に移して6000rpmで遠心分離を行った後、100℃で真空乾燥し、NMPを除去した。得られた固形物を自動乳鉢で粉砕し、有機ラジカルポリマー―導電付与剤混合体を得た。この有機ラジカルポリマー―導電付与剤混合体3.8gとカルボキシメチルセルロース(CMC)160mg、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)80mgと水20mLを自転公転式撹拌器にて撹拌し、電極形成用スラリーを調製した。
化学式2で表される有機ラジカルポリマー化合物2.6g、気相成長炭素繊維(VGCF)粉末1.2gを粉末のままメノー乳鉢で混合する。この混合体とカルボキシメチルセルロース(CMC)160mg、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)80mgと水20mLをホモジナイザーにて撹拌し、電極形成用スラリーを調製した。この電極形成用スラリーを用いる以外は、実施例1と同様の操作を行い、有機ラジカル電池を作製した。
Claims (11)
- 有機ラジカルポリマーを電極活物質として用いる電池の電極形成用スラリーであって、
溶媒と混合して作製したゾル状の有機ラジカルポリマーに導電付与剤を加えて混合した後に、乾燥して作製した有機ラジカルポリマー―導電付与剤混合体を用いて調製されたことを特徴とする電極形成用スラリー。 - 有機ラジカルポリマーを電極活物質として用いる電池の電極形成用スラリーであって、
溶媒と混合して作製したゾル状の有機ラジカルポリマーから余剰の溶媒を除去してゲル状にし、導電付与剤を加え混合した後に、乾燥して作製した有機ラジカルポリマー―導電付与剤混合体を用いて調製されたことを特徴とする電極形成用スラリー。 - 前記有機ラジカルポリマーが、架橋構造を有していることを特徴とする請求項1または2に記載の電極形成用スラリー。
- 前記導電付与剤が、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブッラク、気相成長炭素繊維、メソフェーズピッチ炭素繊維、カーボンナノチューブの中から選ばれた一つ、あるいは複数の炭素材料であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかの請求項に記載の電極形成用スラリー。
- 前記有機ラジカルポリマー―導電付与剤混合体の他に、結着剤または増粘剤あるいはこれら両方を含むことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかの請求項に記載の電極形成用スラリー。
- 請求項1ないし5のいずれかの請求項に記載の電極形成用スラリーを用いて作製した電極を備えることを特徴とする電池。
- 有機ラジカルポリマーを電極活物質として用いる電池の電極形成用スラリーの製造方法であって、有機ラジカルポリマーに溶媒を加えてゾル状にし、ゾル状にした有機ラジカルポリマーと導電付与剤とを混合した後に、乾燥して作製した有機ラジカルポリマー―導電付与剤混合体を用いることを特徴とする電極形成用スラリーの製造方法。
- 有機ラジカルポリマーを電極活物質として用いる電池の電極形成用スラリーの製造方法であって、有機ラジカルポリマーに溶媒を加えてゾル状にし、ゾル状にした有機ラジカルポリマーから余剰の溶媒を除去してゲル状にし、ゲル状にした有機ラジカルポリマーと導電付与剤とを混合した後に、乾燥して作製した有機ラジカルポリマー―導電付与剤混合体を用いることを特徴とする電極形成用スラリーの製造方法。
- 前記有機ラジカルポリマーが、架橋構造を有していることを特徴とする請求項7または8に記載の電極形成用スラリーの製造方法。
- 前記導電付与剤が、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブッラク、気相成長炭素繊維、メソフェーズピッチ炭素繊維、カーボンナノチューブの中から選ばれた一つ、あるいは複数の炭素材料であることを特徴とする請求項7ないし9のいずれかの請求項に記載の電極形成用スラリーの製造方法。
- 前記有機ラジカルポリマー―導電付与剤混合体の他に、結着剤または増粘剤あるいはこれら両方を含むことを特徴とする請求項7ないし10のいずれかの請求項に記載の電極形成用スラリーの製造方法。
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