JPWO2013042720A1 - セルロースファイバーをバインダーとして含有するリチウム二次電池電極形成用スラリー組成物及びリチウム二次電池用電極 - Google Patents
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Abstract
Description
電極形成用スラリーとしては、正極活物質、負極活物質などの電極活物質、バインダー及び分散媒を混合、混練したものが挙げられる。従来から、バインダー及び分散媒としては、有機溶媒系バインダーが主に用いられており、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)またはポリテトラフルオロエチレン(PTFE)をバインダーとし、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)などの極性溶媒を分散媒として用いるのが代表的である。
一方で、水系バインダーを用いた場合であっても、有機溶媒系バインダーと比較して電極集電体と活物質の結着性が低いことや、十分な電池容量が得られない等、実用性の観点からさらなる改善が望まれるものであった。
また本発明は、前記リチウム二次電池電極形成用スラリー組成物を用いて形成した電極を備えた、充放電サイクル特性、及び電池容量が向上したリチウム二次電池を提供することを目的とする。
また、前記微細化されたセルロースファイバー(C)は、高圧ホモジナイザー、グラインダー(石臼式摩砕機)及び媒体攪拌ミルからなる群から選択されるいずれかの湿式粉砕方法によって調製されることが好ましい。
さらに、前記微細化されたセルロースファイバー(C)は、植物由来セルロースまたはバクテリアセルロースから調製されることが好ましい。
さらに前記導電助剤(B)は、黒鉛粉末、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、またはカーボンナノファイバーであることが好ましい。
そして本発明は、正極、負極、または、正極及び負極として前記リチウム二次電池用電極を備えることを特徴とするリチウム二次電池に関する。
また本発明のリチウム二次電池用電極は、電極集電体と電極活物質及び導電助剤との結着性に優れた電極であり、そして該電極を用いたリチウム二次電池は、従来の有機溶媒系バインダーを用いて作製したリチウム二次電池と同等またはそれを超える放電サイクル特性及び電池容量を獲得することができる。
さらに本発明のリチウム二次電池用電極は、低温における電池特性に優れた電極であり、そして該電極を用いたリチウム二次電池は、低温条件下において、従来の有機溶媒系バインダーを用いて作製したリチウム二次電池及び既存の水溶性高分子バインダーを用いて作製したリチウム二次電池と同等またはそれを超える放電サイクル特性及び電池容量を獲得することができる。
本発明の二次電池電極形成用スラリー組成物は、電極活物質(A)、導電助剤(B)、及び水系バインダーとして微細化されたセルロースファイバー(C)を含有することを特徴とする。
本発明の上記スラリー組成物において、最大の特徴は、水系バインダーとして微細化されたセルロースファイバー(C)を用いる点にある。微細化されたセルロースファイバー(C)は、実際には後述するセルロースファイバー分散液の形態で用いられ、二次電池の電極形成にあたり、分散液より水を除去するとセルロースファイバーが網目状の構造を形成することにより、電極活物質(A)及び導電助剤(B)を含む電極層を電極集電体上に結着させるための有用なバインダーとしての役割を担うものである。
なかでも、植物由来のセルロースまたはバクテリアセルロースを原料として用いることが好ましい。
圧送圧力(処理圧力)は、通常、50MPa乃至250MPaであり、好ましくは100MPa乃至245MPaである。圧送圧力が50MPa未満の場合には、セルロースファイバーの微細化が不充分となり、微細化により期待される効果が得られない。
また、微細化処理時の水分散液中のセルロース濃度は0.1質量%乃至30質量%、好ましくは1質量%乃至10質量%である。水分散液中のセルロース濃度が0.1質量%未満だと生産性が著しく低く、30質量%より高い濃度だと粉砕効率が低く、所望の微細化されたセルロースファイバーが得られない。
微細化の処理回数は、前記水分散液中のセルロース濃度にもよるが、セルロース濃度が0.1質量%乃至1質量%の場合には処理回数は10パス乃至50パス程度で充分に微細化されるが、1質量%乃至10質量%では50パス乃至200パス程度必要となる。また、30質量%を超える高濃度な場合は、数百回以上の処理回数が必要となり、工業的観点から非現実的である。
粒子径が、0.01μm未満であると、セルロースファイバーが短繊維化されすぎることにより添加効果が得られず、すなわち、次いで得られるリチウム二次電池電極形成用のスラリー組成物を用いて得られる二次電池用電極において、電極集電体と、電極活物質及び導電助剤を含む電極層の結着性の改善につながらない。また、粒子径が40μmより大きいと、セルロースファイバーの微細化が不充分なものとなり、すなわち、前記電極層の均一性が不充分となるために、期待した効果が得られない。
なおこうして得られる微細化されたセルロースファイバーを含む水系バインダーも本発明の対象である。
本発明のリチウム二次電池電極形成用スラリー組成物に含まれる電極活物質(A)としては、正極活物質または負極活物質が挙げられる。
上記正極活物質の中でも、特にリン酸鉄リチウムが好ましい。これは、構造中のPO4ポリアニオンが熱的に安定であるため、従来の正極活物質と比べ高い安全性が期待されること、良好な容量保持特性を示すことによる。また中心金属である鉄は資源埋蔵量が豊富であり、低コスト、低環境負荷であるため量産化に適しているという点からも好ましい。
上記負極活物質の中でも、特にリチウムチタン複合酸化物が好ましい。これは、従来より負極として用いられてきた炭素電極は作動電位が低く(0.9V vs Li/Li+)、このため金属リチウムが析出しやすく内部短絡を起こしやすいという欠点があり、これに対して、リチウムチタン複合酸化物は作動電位が高く(1.55V vs Li/Li+)、固体電解質被膜(SEI)が形成されにくいことにより、高い安全性が期待されることによる。またリチウムチタン複合酸化物は、充放電時の体積変化が少ないことから、電池寿命の向上が期待できる点からも好ましい。
電極活物質の配合量が50質量部未満では、充分な電池容量が得られず、充放電サイクル特性も悪い。また、配合量が99.9質量部より多い場合、水系バインダー(微細化されたセルロースフィバー(C))の添加量が充分でなくなるために、電極集電体への親和性が低く、塗布性が悪く、次いで得られる電極の結着性が充分に得られず、充放電により電極からの活物質の剥離や脱落が誘発されるなど、耐久性に劣る虞がある。
本発明のリチウム二次電池電極形成用スラリー組成物に含まれる導電助剤(B)としては、炭素材料を用いることができ、黒鉛粉末、カーボンブラック(例えば、アセチレンブラック(AB)、ケッチェンブラック)、繊維状炭素材料(例えば、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー)を挙げることができる。中でもカーボンブラックは、微粒で表面積が大きく、本発明の上記スラリー組成物中に少量添加することにより、得られる電極内部の導電性を高め、充放電効率及び大電流放電特性を向上させることも可能である。
また、本発明のリチウム二次電池電極形成用スラリー組成物中には、前記電極活物質(A)及び導電助剤(B)の分散剤として、水溶性ポリマーを含んでもよい。水溶性ポリマーとしては、例えば、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸(PAA)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)が挙げられる。これら分散剤としての水溶性ポリマーは二種類以上が併用されてもよい。
本発明のリチウム二次電池電極形成用スラリー組成物中の分散剤の使用量は、微細化されたセルロースファイバー(C)100質量部に対して1質量部以上1000質量部以下が好ましく、10質量部以上500質量部以下が更に好ましい。
本発明のリチウム二次電池電極形成用スラリー組成物は、含有する電極活物質(A)及び導電助剤(B)が該組成物中に均一に分散された状態にあることが好ましい。その調製方法は、特に限定されるものではないが、たとえば水系バインダーである微細化されたセルロースファイバーを製造するための湿式粉砕工程において、セルロース原料と電極活物質及び導電助剤とを共存させた状態で、前記セルロース原料の微細化、及び電極活物質及び導電助剤の混合、または分散処理を同時に行い、スラリー組成物を調製してもよい。
あるいは、例えば、水系バインダーである微細化されたセルロースファイバーを調製後、該ファイバーと電極活物質及び導電助剤とを共存させた状態で、乳鉢などを用いて湿式混練することによってスラリー組成物を調製してもよい。
本発明のリチウム二次電池用電極は、電極集電体と、前記リチウム二次電池電極形成用スラリー組成物を用いて該電極集電体上に形成された層、即ち電極活物質層を含めて構成される。前記電極活物質層は充放電反応の中心を担う活物質を含む層である。
前記電極形成用スラリー組成物の電極集電体上への塗布方法は、特に限定されないが、例えば、ロールコーター、ブレードコーター、バーコーター、ダイコーター等の一般的に用いられている手法が採用され得る。
塗布後、電極集電体の表面に形成された塗膜を乾燥させる手段は特に制限されず、例えば、加熱乾燥、送風乾燥、減圧乾燥等、電極製造において従来公知の技術を採用することができる。塗膜の乾燥条件(乾燥時間、乾燥温度など)は、上記電極形成用スラリー組成物の塗布量及びスラリー組成物からの水分揮発速度に応じて、例えば40℃乃至100℃にて、1時間乃至24時間の間より適宜選択される。
このようにして得られる電極活物質層の厚さは、一般的に、0.01μm乃至100μm、好ましくは1μm乃至50μmである。
本発明のリチウム二次電池は、前記リチウム二次電池用電極を正極、または負極の少なくとも一方に使用したものである。すなわち、本発明のリチウム二次電池は、正極活物質または負極活物質を含む前記リチウム二次電池電極形成用スラリー組成物を電極集電体上に塗布し、乾燥して得られる電極を含むものである。
例えば、電解質としては、LiClO4、LiBF4、CF3SO3Li、LiI、LiAlCl4、LiPF6など、従来のリチウム二次電池で常用される電解液の電解質が挙げられる。
また電解液の溶媒としては、エーテル類、ケトン類、ラクトン類、ニトリル類、アミン類、アミド類、硫黄化合物類、塩素化炭化水素類、エステル類、カーボネート類、ニトロ化合物類、リン酸エステル化合物類などが例示され、一般に、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネートなどのカーボネート類が好適である。
〔走査型電子顕微鏡観察〕
電極断面の観察は、電極をエポキシ樹脂へ埋包させた後、スライス片を作製し、走査型電子顕微鏡(SEM、日本電子(株)製 JSM−7001F、加速電圧15kV)にてその断面観察を行った。
〔粉末X線回折測定〕
合成した試料の構造解析は、粉末X線回折測定(理学電機(株)製 RINT2200、測定条件:ステップ幅0.02°、線源CuKα、λ=1.541Å、管電圧40kV、管電流30mA)を用いて行なった。
〔充放電特性〕
作製したリチウム二次電池は、電池充放電計測システム(北斗電工(株)製、HJR−1010mSM8A)を用いて定電流充放電試験を行い、充放電特性を評価した。電流密度は17.5mAg−1乃至1750mAg−1(0.1C乃至10C:1C(175mAg−1)は1時間で活物質の理論容量に達する電流密度である)の範囲とし、電圧範囲は1.2V乃至3.0V、測定温度は25℃または0℃で行なった。
蒸留水400mLへシュウ酸二水和物25.6g、炭酸リチウム3.2gを添加し溶解させた。次いで、エタノール20mLへ予め溶解しておいたチタニウムテトライソプロポキシド29.2gを加え、80℃において3時間撹拌した。その後、スプレードライ(東京理化器械(株)製 SD−1000、乾燥条件:入口温度160℃、出口温度100℃、噴射圧力100kPa、熱風量0.7m3/分、流量400mL/時間)を用いて乾燥させ、800℃(昇温・降温速度:1℃/分)において12時間焼成した。粉末X線回折測定から、得られた電極活物質は、立方晶、空間群Fd−3mのリチウム過剰のLTOであった。
市販セルロース粉末(Celite社製 Fibra−Cell BH−100)5質量部を純水495質量部へ分散させて、微細化処理((株)スギノマシン製 スターバーストシステム)(200MPa、50Pass)を行い、微細化されたセルロースファイバー水分散液を得た。得られたセルロースファイバー水分散液をシャーレに測りとり、110℃にて5時間乾燥を行い、水分を除去して残渣の量を測定し、濃度を測定した。その結果、水中の微細化されたセルロースファイバー濃度(固形分濃度)は、0.74質量%であった。
〔リチウム二次電池電極形成用スラリー組成物・電極及びコインセル型二次電池作製〕
合成例1で得た電極活物質:電子伝導助剤(アセチレンブラック(電気化学工業(株)製 デンカブラック)):合成例2で得た水系バインダー(微細化されたセルロースファイバー水分散液)を88:6:6の質量比に秤量し、メノウ乳鉢を用いて15分程度混合し、リチウム二次電池電極形成用スラリー組成物を作製した。
次いで、電極集電体としてのアルミニウム箔(宝泉(株)製、膜厚20μm)へ、ドクターブレード法で塗布し、乾燥機で80℃にて3時間乾燥させた。その後、電極層を塗布したアルミニウム箔を、ロールプレス後、コルクボーラーを用いて打ち抜き、ディスク状に成型したものを真空下、80℃にて12時間乾燥させた。走査型電子顕微鏡を用いて、得られた電極の断面観察を行ったところ、膜厚は7μmであった(図1)。
さらに、本実施例で得られた電極と、対極に金属リチウムを用いてリチウム二次電池を作製した。リチウム二次電池は常法に従い、R2032コインセル型二次電池を作製した。
なお、コインセルの作製手順は以下のとおりである。すなわち、本実施例で得られた電極を正極に用い、負極には直径12mmに打ち抜いた金属リチウム箔(本荘ケミカル(株)製)、電解液には1mol・dm−3LiPF6/(エチレンカーボネート:ジメチルカーボネート=30:70質量%)(三菱化学(株)製 水分量20ppm以下)、セパレーターにはセルガード社製#2325(厚さ25μm、空孔率40%、透気度620秒を用いR2032コインタイプセルを作製した。リチウム二次電池の作製は、室温、乾燥アルゴン雰囲気下のグローブボックス内で行った。
合成例1で得た電極活物質:電子伝導助剤(アセチレンブラック(電気化学工業(株)製 デンカブラック)):合成例2で得た水系バインダーを92:6:2の質量比で秤量した以外は、実施例1と同様の方法にてリチウム二次電池電極形成用スラリー組成物及び電極を作製した。走査型電子顕微鏡にて、得られた電極の断面観察を行ったところ、膜厚は7μmであった(図2)。
次いで、実施例1と同様の方法にてコインセル型二次電池を作製した。
水系バインダーとして、カルボキシメチルセルロース(第一工業製薬(株)製)を用いて、合成例1で得た電極活物質:電子伝導助剤(アセチレンブラック(電気化学工業(株)製 デンカブラック)):水系バインダー(カルボキシメチルセルロース)を88:6:6の質量比とした以外は、実施例1と同様の方法にてリチウム二次電池電極形成用スラリー組成物及び電極を作製し、実施例1と同様の方法にてコインセル型二次電池を作製した。
水系バインダーとして、ポリアクリル酸(和光純薬工業(株)製)を用いて、合成例1で得た電極活物質:電子伝導助剤(アセチレンブラック(電気化学工業(株)製 デンカブラック)):水系バインダー(ポリアクリル酸)を88:6:6の質量比とした以外は、実施例1と同様の方法にてリチウム二次電池電極形成用スラリー組成物及び電極を作製し、実施例1と同様の方法にてコインセル型二次電池を作製した。
非水系バインダーとして、ポリフッ化ビニリデン(PVdF、(株)クレハ製)を用いて、合成例1で得た電極活物質:電子伝導助剤(アセチレンブラック(電気化学工業(株) 製デンカブラック)):非水系バインダーを88:6:6の質量比とした以外は、実施例1と同様の方法にてリチウム二次電池電極形成用スラリー組成物及び電極を作製し、実施例1と同様の方法にてコインセル型二次電池を作製した。
実施例1及び実施例2、並びに比較例1乃至比較例3にて作製したリチウム二次電池電極形成用スラリー組成物の、電極集電体であるアルミ箔上への塗布性について、目視にて評価した。評価結果を表1に示す。
スラリー組成物に用いた分散媒に関して、環境保全の観点から評価した。
実施例1及び実施例2、並びに比較例1乃至比較例3にて作製したリチウム二次電池に対して、25℃にて0.1C、0.5C、1C、2Cまたは3C(1C=175mAg−1)の定電流で1.2Vまで充電した後、続いて充電時と同じ定電流条件にて3.0Vまで放電するという充放電サイクルを、各電流密度にて5回ずつ繰り返して行った。その後、0.1Cの条件で5回充放電(1.2V−3.0V折り返し)を行い、その後、1Cの条件(1.2V−3.0V折り返し)にて、充放電のレート特性を評価した。1C及び3Cの比率で3Vまで充電した際の容量を、各リチウム二次電池の電池容量として評価した結果を表1に示す。
また、充放電レートを0.1Cから3C(1C=175mAg−1)に変化させた場合の充放電レート特性(充放電曲線)につき、図3に示す。
表1及び図3に示すように、実施例1及び実施例2で作成した二次電池は、バインダーとしてポリフッ化ビニリデンを用いた比較例3と同等の充放電レート特性を示した。
実施例1及び実施例2、並びに比較例1乃至比較例3にて作製したリチウム二次電池に対して、25℃にて0.1C、0.5C、1C、2Cまたは3C(1C=175mAg−1)の定電流で1.2Vまで充電した後、続いて充電時と同じ定電流条件にて3.0Vまで放電するという充放電サイクルを、各電流密度にて5回ずつ繰り返して行った。その後、0.1Cの条件で5回充放電(1.2V−3.0V折り返し)を行い、その後、1Cの条件(1.2V−3.0V折り返し)にて、充放電のサイクル特性を評価した。
図4に、実施例及び比較例にて作製したリチウム二次電池の充放電サイクル特性を示す。1C定電流充放電における30回以上でのサイクル特性を見ると、実施例1及び実施例2と比較して、比較例1及び比較例2は、徐々に放電容量が減少した。
実施例1、比較例2及び比較例3にて作製したリチウム二次電池に対して、0℃にて0.1C、0.5C、1C、2C、3C、5Cまたは10C(1C=175mAg−1)の定電流で1.2Vまで充電した後、続いて充電時と同じ定電流条件にて3.0Vまで放電するという充放電サイクルを、各電流密度にて5回ずつ繰り返して行った。その後、0.1Cの条件で5回充放電(1.2V−3.0V折り返し)を行い、低温(0℃)における充放電のサイクル特性を評価した。
実施例1、比較例2及び比較例3にて作製したリチウム二次電池の低温(0℃)における充放電レート特性(充放電曲線)を図5に、充放電レート特性(サイクル特性)を図6に示す。図5及び図6に示すように、実施例1で作製した二次電池は、各電流密度でバインダーとしてポリフッ化ビニリデンを用いた比較例3とほぼ同等の放電容量を示した。一方で、0.5C以上の電流密度を見ると、バインダーとして既存の水溶性高分子(ポリアクリル酸)を用いた比較例2では、実施例1と比較して、電流密度の増加に伴い大きく放電容量が低下した。
Claims (9)
- 電極活物質(A)、導電助剤(B)、及び水系バインダーとして微細化されたセルロースファイバー(C)を含有することを特徴とする、リチウム二次電池電極形成用スラリー組成物。
- 前記微細化されたセルロースファイバー(C)は、レーザー回折・散乱式粒度分布計を用いて水を分散媒として測定される体積累計50%における粒子径が0.01μm乃至40μmであることを特徴とする、請求項1に記載のリチウム二次電池電極形成用スラリー組成物。
- 前記微細化されたセルロースファイバー(C)は、高圧ホモジナイザー、グラインダー及び媒体攪拌ミルからなる群から選択されるいずれかの湿式粉砕方法によって調製されることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載のリチウム二次電池電極形成用スラリー組成物。
- 前記微細化されたセルロースファイバー(C)は、植物由来セルロースまたはバクテリアセルロースから調製されることを特徴とする、請求項1乃至請求項3のうち何れか一項に記載のリチウム二次電池電極形成用スラリー組成物。
- 前記電極活物質(A)は、リチウムチタン複合酸化物であることを特徴とする、請求項1に記載のリチウム二次電池電極形成用スラリー組成物。
- 前記導電助剤(B)は、黒鉛粉末、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、またはカーボンナノファイバーであることを特徴とする、請求項1に記載のリチウム二次電池電極形成用スラリー組成物。
- 電極集電体と、請求項1乃至請求項6のうち何れか一項に記載のリチウム二次電池電極形成用スラリー組成物を用いて該電極集電体上に形成された層を含む、リチウム二次電池用電極。
- 正極、負極、または、正極及び負極として請求項7に記載のリチウム二次電池用電極を備えることを特徴とするリチウム二次電池。
- 電極集電体上に、電極活物質(A)と導電助剤(B)とを含む電極層を形成するための水系バインダーであって、微細化されたセルロースファイバー(C)を含有することを特徴とする水系バインダー。
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KR20150110549A (ko) * | 2013-01-24 | 2015-10-02 | 니폰 제온 가부시키가이샤 | 카본 나노튜브 분산액 및 그의 제조 방법, 및 카본 나노튜브 조성물 및 그의 제조 방법 |
JP6111800B2 (ja) * | 2013-03-29 | 2017-04-12 | 凸版印刷株式会社 | 電池電極用組成物および電池 |
WO2014185365A1 (ja) * | 2013-05-13 | 2014-11-20 | 日本ゼオン株式会社 | 電気化学素子電極用複合粒子、電気化学素子電極用複合粒子の製造方法、電気化学素子電極および電気化学素子 |
FR3007582B1 (fr) * | 2013-06-24 | 2015-06-26 | Inst Polytechnique Grenoble | Procede d'impression ou de depot par atomisation pour la preparation d'une electrode flexible supportee et la fabrication d'une batterie lithium-ion |
EP3021380B1 (en) | 2013-07-10 | 2018-04-18 | Zeon Corporation | Porous film composition for lithium ion secondary batteries, separator for lithium ion secondary batteries, electrode for lithium ion secondary batteries, and lithium ion secondary battery |
US10141557B2 (en) | 2013-07-10 | 2018-11-27 | Zeon Corporation | Adhesive for lithium ion secondary batteries, separator for lithium ion secondary batteries, and lithium ion secondary battery |
JP6061145B2 (ja) * | 2013-08-02 | 2017-01-18 | トヨタ自動車株式会社 | 二次電池 |
JP6358256B2 (ja) * | 2013-09-03 | 2018-07-18 | 日本ゼオン株式会社 | リチウムイオン二次電池負極用スラリー組成物、リチウムイオン二次電池負極の製造方法及びリチウムイオン二次電池 |
KR102330766B1 (ko) | 2013-12-26 | 2021-11-23 | 제온 코포레이션 | 전기 화학 소자 전극용 복합 입자 |
JP6315984B2 (ja) * | 2013-12-26 | 2018-04-25 | 第一工業製薬株式会社 | 蓄電デバイスの電極塗工液用増粘・安定剤、該増粘・安定剤を用いて調製された塗工液、該塗工液を用いて製造された電極、該電極を使用した蓄電デバイス |
WO2015141464A1 (ja) | 2014-03-19 | 2015-09-24 | 日本ゼオン株式会社 | 電気化学素子電極用複合粒子 |
KR101691721B1 (ko) * | 2015-03-12 | 2016-12-30 | 충북대학교 산학협력단 | 하이브리드 커패시터용 구형 리튬티타늄산화물-탄소나노튜브 복합물질 및 이의 제조방법 |
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EP3297074B1 (en) * | 2015-05-13 | 2020-04-22 | Korea Forest Research Institute | Three-dimensional mesh structure form electrode for electrochemical device, method for producing same, and electrochemical device comprising same |
KR102019585B1 (ko) * | 2015-06-08 | 2019-09-06 | 후지필름 가부시키가이샤 | 고체 전해질 조성물, 전고체 이차 전지용 전극 시트 및 전고체 이차 전지와, 전고체 이차 전지용 전극 시트 및 전고체 이차 전지의 제조 방법 |
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KR20170130175A (ko) * | 2016-05-18 | 2017-11-28 | 삼성전자주식회사 | 셀룰로스 분리막을 제조하는 방법, 그에 의하여 제조된 셀룰로스 분리막 및 그를 포함하는 이차이온전지 |
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US10923760B2 (en) * | 2016-09-22 | 2021-02-16 | Grst International Limited | Electrode assemblies |
CN106356505A (zh) * | 2016-09-27 | 2017-01-25 | 柔电(武汉)科技有限公司 | 柔性极片及其制备方法、柔性电池、可弯曲手机 |
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JP7025852B2 (ja) * | 2017-07-04 | 2022-02-25 | 第一工業製薬株式会社 | 電極塗工液用分散剤、該電極塗工液用分散剤を含む電極塗工液組成物、該電極塗工液組成物を用いて作製された蓄電デバイス用電極、および該電極を備える蓄電デバイス |
JP7161478B2 (ja) * | 2017-09-01 | 2022-10-26 | 株式会社エンビジョンAescジャパン | リチウムイオン電池用水系電極スラリーの製造方法、リチウムイオン電池用電極の製造方法、リチウムイオン電池用増粘剤粉末、水系電極スラリー、リチウムイオン電池用電極およびリチウムイオン電池 |
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CN108538647A (zh) * | 2018-05-07 | 2018-09-14 | 中国科学技术大学 | 膜电极的制备方法 |
JP7068939B2 (ja) * | 2018-06-20 | 2022-05-17 | Fdk株式会社 | アルカリ電池、およびアルカリ電池用負極ゲルの製造方法 |
JP7143133B2 (ja) * | 2018-07-20 | 2022-09-28 | 株式会社ダイセル | 電池の電極活物質層形成用スラリー |
JP7390102B2 (ja) * | 2018-09-11 | 2023-12-01 | 太平洋セメント株式会社 | 二次電池用集電体、及びその製造方法、並びにそれを用いた二次電池 |
JP6874749B2 (ja) * | 2018-10-01 | 2021-05-19 | トヨタ自動車株式会社 | 負極、電池、および負極の製造方法 |
WO2020188707A1 (ja) * | 2019-03-18 | 2020-09-24 | 株式会社ダイセル | スラリー |
CN110600739A (zh) * | 2019-08-22 | 2019-12-20 | 浙江工业大学 | 一种金属锂负极保护层材料的制备方法 |
JP7448998B2 (ja) | 2020-02-20 | 2024-03-13 | 漢陽大学校エリカ産学協力団 | 複合繊維、これを含む固体電解質、及びこれを含む金属空気電池 |
JP7183212B2 (ja) * | 2020-03-23 | 2022-12-05 | 株式会社東芝 | 二次電池用電極、二次電池、電池パック、及び車両 |
KR20230108124A (ko) * | 2022-01-10 | 2023-07-18 | 주식회사 한솔케미칼 | 나노셀룰로오스 기반 이차전지 전극용 수계 바인더 및 슬러리 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11219708A (ja) * | 1998-02-02 | 1999-08-10 | Masaru Sugita | 電池構成材料の評価方法とその方法により選定された電池材料 |
JP2002042817A (ja) * | 2000-05-15 | 2002-02-08 | Denso Corp | リチウム二次電池およびその正極の製造方法 |
WO2006025148A1 (ja) * | 2004-08-30 | 2006-03-09 | Univ Nihon | バクテリアセルロース有機ゲルを利用したリチウムイオン導電性材料、それを用いたリチウムイオン電池及びバクテリアセルロースエアロゲル |
WO2010061871A1 (ja) * | 2008-11-26 | 2010-06-03 | 日本製紙ケミカル株式会社 | 非水電解質二次電池の電極用カルボキシメチルセルロースまたはその塩、及びその水溶液 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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FR2819106B1 (fr) * | 2001-01-04 | 2004-10-08 | Cit Alcatel | Electrode pour generateur electrochimique rechargeable au lithium et son procede de fabrication |
US6709788B2 (en) * | 2001-05-11 | 2004-03-23 | Denso Corporation | Lithium secondary cell and method of producing lithium nickel metal oxide positive electrode therefor |
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US20110143206A1 (en) * | 2010-07-14 | 2011-06-16 | International Battery, Inc. | Electrode for rechargeable batteries using aqueous binder solution for li-ion batteries |
US20120231341A1 (en) * | 2011-03-09 | 2012-09-13 | Jun-Sik Kim | Positive active material, and electrode and lithium battery containing the positive active material |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11219708A (ja) * | 1998-02-02 | 1999-08-10 | Masaru Sugita | 電池構成材料の評価方法とその方法により選定された電池材料 |
JP2002042817A (ja) * | 2000-05-15 | 2002-02-08 | Denso Corp | リチウム二次電池およびその正極の製造方法 |
WO2006025148A1 (ja) * | 2004-08-30 | 2006-03-09 | Univ Nihon | バクテリアセルロース有機ゲルを利用したリチウムイオン導電性材料、それを用いたリチウムイオン電池及びバクテリアセルロースエアロゲル |
WO2010061871A1 (ja) * | 2008-11-26 | 2010-06-03 | 日本製紙ケミカル株式会社 | 非水電解質二次電池の電極用カルボキシメチルセルロースまたはその塩、及びその水溶液 |
Non-Patent Citations (1)
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JPN6016022604; J.Power Sources 175(1), 2008, p.553-557 * |
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