TW201943123A - 能量儲藏裝置用電極及能量儲藏裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種能量儲藏裝置用電極,其具備集電體、形成在該集電體之至少一面上的包含導電性碳材料及陽離子性分散劑的底塗層、與形成在該底塗層上的電極合材層。
Description
本發明關於能量儲藏裝置用電極及能量儲藏裝置。
近年來,隨著以鋰離子二次電池或電雙層電容器為首的能量儲藏裝置之用途擴大,要求內部電阻的低電阻化。作為用於回應該要求的方法,有提案於電極合材層與集電體之間配置含有導電性碳材料的底塗層,而降低彼等的接觸界面的電阻(例如參照專利文獻1、2)。然而,若底塗層的每單位面積之重量(單位面積重量)大,則電池變重,且有大型化之問題。
又,於底塗層,亦期待能提高與電極合材層或集電體之密著性,抑制因界面剝離所造成的劣化。導電性碳材料為固體(粉末),由於與集電體或電極層之相互作用弱,故為了底塗層與集電體或電極層強地密著,需要導電性碳材料以外之密著力高的成分。然而,若導電性碳材料以外的成分變多,則絕緣性成分增加,故底塗層的導電性降低,有損害電池的低電阻化之效果。因此,期待導電性碳材料的分散劑本身係與集電體或電極合材層有高的密著性。
陽離子性聚合物係藉由與陰離子性聚合物進行強的靜電相互作用,而顯示高的接著力。作為使用陽離子性聚合物作為碳奈米管的分散劑之例,有報告專利文獻3,但必須併用二烯丙基胺系陽離子性聚合物、陰離子性界面活性劑與非離子性界面活性劑。又,專利文獻4中使用具有陽離子性的胺頭(amine head)的分散劑,但為兩性離子,再者為了分散碳奈米管,需要第2聚合物成分。於此等之例中,由於絕緣性的成分變多,會阻礙在導電性碳材料所期待的導電性之展現。另外,由於組成物內包含陽離子性成分與陰離子性成分,故變成中和的狀態,無法期待對於陰離子性的其他材料之強的靜電相互作用。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2010-170965號公報
[專利文獻2]國際公開第2014/042080號
[專利文獻3]日本發明專利第5403738號公報
[專利文獻4]日本發明專利第5328150號公報
[專利文獻2]國際公開第2014/042080號
[專利文獻3]日本發明專利第5403738號公報
[專利文獻4]日本發明專利第5328150號公報
[發明所欲解決的課題]
本發明係鑒於前述情事而完成者,目的在於提供一種能量儲藏裝置用電極,其具備能與電極合材層或集電體實現高的密著性之底塗層。
[解決課題的手段]
[解決課題的手段]
本發明者們為了達成前述目的而重複專心致力的檢討,結果發現藉由使用陽離子性聚合物作為底塗層中所含有的導電性碳材料之分散劑,可解決前述課題,而完成本發明。
即,本發明提供下述能量儲藏裝置用電極及能量儲藏裝置。
1.一種能量儲藏裝置用電極,其具備:集電體、形成在該集電體之至少一面上的包含導電性碳材料及陽離子性分散劑的底塗層,以及形成在該底塗層上的電極合材層。
2.如1之能量儲藏裝置用電極,其中前述導電性碳材料包含碳奈米管。
3.如1或2之能量儲藏裝置用電極,其中前述電極合材層包含具有陰離子性官能基的化合物。
4.如1~3中任一項之能量儲藏裝置用電極,其中前述陽離子性分散劑包含由使用二氰二胺作為單體而成的陽離子性聚合物、使用二伸乙三胺作為單體而成的陽離子性聚合物、使用二氰二胺及二伸乙三胺作為單體而成的陽離子性聚合物以及使用伸乙亞胺作為單體而成的陽離子性聚合物所選出的至少1種。
5.如4之能量儲藏裝置用電極,其中前述陽離子性分散劑包含使用伸乙亞胺作為單體而成的陽離子性聚合物。
6.如4之能量儲藏裝置用電極,其中前述陽離子性分散劑包含使用二氰二胺作為單體而成的陽離子性聚合物。
7.如4之能量儲藏裝置用電極,其中前述陽離子性分散劑包含使用二伸乙三胺作為單體而成的陽離子性聚合物。
8.如4之能量儲藏裝置用電極,其中前述陽離子性分散劑包含使用二氰二胺及二伸乙三胺作為單體而成的陽離子性聚合物。
9.如1~8中任一項之能量儲藏裝置用電極,其中集電體每一面的底塗層之單位面積重量為1,000mg/m2 以下。
10.如9之能量儲藏裝置用電極,其中集電體每一面的底塗層之單位面積重量為500mg/m2 以下。
11.如10之能量儲藏裝置用電極,其中集電體每一面的底塗層之單位面積重量為300mg/m2 以下。
12.如1~11中任一項之能量儲藏裝置用電極,其中前述集電體為銅箔或鋁箔。
13.一種能量儲藏裝置,其具備如1~12中任一項之能量儲藏裝置用電極。
[發明的效果]
1.一種能量儲藏裝置用電極,其具備:集電體、形成在該集電體之至少一面上的包含導電性碳材料及陽離子性分散劑的底塗層,以及形成在該底塗層上的電極合材層。
2.如1之能量儲藏裝置用電極,其中前述導電性碳材料包含碳奈米管。
3.如1或2之能量儲藏裝置用電極,其中前述電極合材層包含具有陰離子性官能基的化合物。
4.如1~3中任一項之能量儲藏裝置用電極,其中前述陽離子性分散劑包含由使用二氰二胺作為單體而成的陽離子性聚合物、使用二伸乙三胺作為單體而成的陽離子性聚合物、使用二氰二胺及二伸乙三胺作為單體而成的陽離子性聚合物以及使用伸乙亞胺作為單體而成的陽離子性聚合物所選出的至少1種。
5.如4之能量儲藏裝置用電極,其中前述陽離子性分散劑包含使用伸乙亞胺作為單體而成的陽離子性聚合物。
6.如4之能量儲藏裝置用電極,其中前述陽離子性分散劑包含使用二氰二胺作為單體而成的陽離子性聚合物。
7.如4之能量儲藏裝置用電極,其中前述陽離子性分散劑包含使用二伸乙三胺作為單體而成的陽離子性聚合物。
8.如4之能量儲藏裝置用電極,其中前述陽離子性分散劑包含使用二氰二胺及二伸乙三胺作為單體而成的陽離子性聚合物。
9.如1~8中任一項之能量儲藏裝置用電極,其中集電體每一面的底塗層之單位面積重量為1,000mg/m2 以下。
10.如9之能量儲藏裝置用電極,其中集電體每一面的底塗層之單位面積重量為500mg/m2 以下。
11.如10之能量儲藏裝置用電極,其中集電體每一面的底塗層之單位面積重量為300mg/m2 以下。
12.如1~11中任一項之能量儲藏裝置用電極,其中前述集電體為銅箔或鋁箔。
13.一種能量儲藏裝置,其具備如1~12中任一項之能量儲藏裝置用電極。
[發明的效果]
本發明之能量儲藏裝置用電極係集電體與電極合材層之密著力優異,可抑制因界面剝離所造成的電池之劣化。
[實施發明的形態]
[能量儲藏裝置用電極]
本發明之能量儲藏裝置用電極具備:集電體、形成在該集電體之至少一面上的包含導電性碳材料及陽離子性分散劑的底塗層,以及形成在該底塗層上的電極合材層。
本發明之能量儲藏裝置用電極具備:集電體、形成在該集電體之至少一面上的包含導電性碳材料及陽離子性分散劑的底塗層,以及形成在該底塗層上的電極合材層。
[集電體]
前述集電體係使用以往作為能量儲藏裝置用電極的集電體使用者。例如,可使用銅、鋁、鈦、不鏽鋼、鎳、金、銀及此等之合金,或碳材料、金屬氧化物、導電性高分子等,但採用超音波熔接等之熔接來製作電極構造體時,較佳為使用由銅、鋁、鈦、不鏽鋼或此等之合金所成的金屬箔。集電體之厚度係沒有特別的限定,但於本發明中較佳為1~100μm。
前述集電體係使用以往作為能量儲藏裝置用電極的集電體使用者。例如,可使用銅、鋁、鈦、不鏽鋼、鎳、金、銀及此等之合金,或碳材料、金屬氧化物、導電性高分子等,但採用超音波熔接等之熔接來製作電極構造體時,較佳為使用由銅、鋁、鈦、不鏽鋼或此等之合金所成的金屬箔。集電體之厚度係沒有特別的限定,但於本發明中較佳為1~100μm。
[底塗層]
前述底塗層包含導電性碳材料作為導電材料。作為前述導電性碳材料,可從碳黑、科琴黑、乙炔黑、碳晶鬚、碳奈米管(CNT)、碳纖維、天然石墨、人造石墨等眾所周知之碳材料中適宜選擇而使用,但於本發明中,特佳為使用包含碳黑及/或CNT的導電性碳材料,更佳為使用碳黑單獨或CNT單獨的導電性碳材料。
前述底塗層包含導電性碳材料作為導電材料。作為前述導電性碳材料,可從碳黑、科琴黑、乙炔黑、碳晶鬚、碳奈米管(CNT)、碳纖維、天然石墨、人造石墨等眾所周知之碳材料中適宜選擇而使用,但於本發明中,特佳為使用包含碳黑及/或CNT的導電性碳材料,更佳為使用碳黑單獨或CNT單獨的導電性碳材料。
CNT一般係使用電弧放電法、化學氣相成長法(CVD法)、雷射.剝蝕法等製作,但本發明所使用的CNT係可用任何方法獲得。又,於CNT中,有將1片的碳膜(石墨烯・薄片)捲繞成圓筒狀之單層CNT(SWCNT),與將2片石墨烯・薄片捲繞成同心圓狀之2層CNT(DWCNT),與將複數的石墨烯・薄片捲繞成同心圓狀之多層CNT(MWCNT),但於本發明中,可將SWCNT、DWCNT、MWCNT各自以單質或組合複數而使用。從成本之觀點來看,特佳係直徑為2nm以上的多層CNT,從能薄膜化之觀點來看,特佳係直徑500nm以下的多層CNT,尤佳係直徑100nm以下的多層CNT,尤更佳係直徑50nm以下的多層CNT,最佳係直徑30nm以下的多層CNT。再者,CNT之直徑例如可藉由穿透型電子顯微鏡觀察使CNT分散於溶劑中後經乾燥而得之薄膜,進行測定。
再者,以前述方法製作SWCNT、DWCNT或MWCNT時,由於鎳、鐵、鈷、釔等的觸媒金屬會殘存,故有需要用於去除該雜質的純化之情況。於雜質之去除中,硝酸、硫酸等之酸處理同時超音波處理係有效。然而,於硝酸、硫酸等之酸處理中,構成CNT的π共軛系統係被破壞,有損害CNT本來的特性之可能性,故宜在適當的條件下純化而使用。
作為前述CNT,使其分散液成為塗膜而作成底塗層時,為了發揮使電池電阻降低之效果,較佳為使用在分散液中容易分散者。作為該CNT,較佳為具有許多的以小能量能容易地切斷之結晶不連續部。從如此之觀點來看,本發明所用之CNT較佳為具有縮頸部者。所謂具有縮頸部的CNT,就是在CNT之壁(wall),具有平行部與相對於平行部的管外徑而言90%以下的管外徑之縮頸部者。該縮頸部由於係藉由變更CNT的成長方向而作出之部位,故具有結晶不連續部,成為以小的機械能量能容易地切斷之易斷裂處。
圖1中顯示具有平行部1與縮頸部3之CNT的示意剖面圖。平行部1係如圖1所示,壁為可辨識2條平行的直線或2條平行的曲線之部分。於該平行部1中,平行線的法線方向之壁的外壁間之距離為平行部1的管外徑2。另一方面,縮頸部3係其兩端與平行部1連接,壁間的距離比平行部1較接近之部分,更具體而言,為具有相對於平行部1的管外徑2而言90%以下的管外徑4之部分。再者,縮頸部3的管外徑4係在縮頸部3中,構成外壁的壁最近的地方之外壁間距離。如圖1所示,於縮頸部3的大部分中,存在結晶不連續的地方。
前述CNT之壁的形狀與管外徑係可用穿透型電子顯微鏡等觀察。具體而言,可製作CNT的0.5%分散液,將其分散液載置於試料台上及使乾燥,用穿透型電子顯微鏡以5萬倍拍攝影像,由其確認縮頸部。
前述CNT係製作CNT的0.1%分散液,將其分散液載置於試料台上及使其乾燥,用穿透型電子顯微鏡以2萬倍拍攝影像,將該影像劃分成100nm見方的區域,於100nm見方的區域中選擇300區域的CNT之佔有比例為10~80%的區域時,藉由1區域中縮頸部分至少1處存在的區域佔300區域中之比例,判斷易斷裂地方佔全體之比例(易斷裂地方之存在比例)。區域中的CNT之佔有面積未達10%時,由於CNT之存在量過少,而難以測定。又,區域的CNT之佔有面積超過80%時,由於區域中佔有的CNT變多,而CNT會疊合,難以區別平行部分與縮頸部分,正確的測定變困難。
於本發明所用之CNT中,易斷裂地方的存在比例為60%以上。易斷裂地方的存在比例比60%更少時,CNT係難以分散,為了使其分散而施加過度的機械能量時,造成石墨網面的結晶構造破壞,CNT之特徵的導電性等之特性降低。為了得到更高的分散性,易斷裂地方的存在比例較佳為70%以上。
作為本發明可使用的CNT之具體例,可舉出國際公開第2016/076393號或日本特開2017-206413號公報中揭示的具有縮頸構造之CNT的TC-2010、TC-2020、TC-3210L、TC-1210LN等的TC系列(戸田工業(股)製)、Super Growth法CNT(國立研究開發法人新能量・產業技術綜合開發機構製)、eDIPS-CNT(國立研究開發法人新能量・產業技術綜合開發機構製)、SWNT系列((股)名城奈米碳製:商品名)、VGCF系列(昭和電工(股)製:商品名)、FloTube系列(CNano Technology公司製:商品名)、AMC(宇部興產(股)製:商品名)、NANOCYL NC7000系列(Nanocyl S.A.公司製:商品名)、Baytubes(Bayer公司製:商品名)、GRAPHISTRENGTH (ARKEMA公司製:商品名)、MWNT7(保土谷化學工業(股)製:商品名)、Hypeprion CNT(Hypeprion Catalysis International公司製:商品名)等。
又,前述底塗層包含陽離子性分散劑作為導電性碳材料的分散劑。作為前述陽離子性分散劑,可從眾所周知的陽離子性聚合物中適宜選擇而使用,但較佳為不具有陰離子性官能基者。再者,本發明中所謂的「不具有陰離子性官能基」,就是意指在分子內不具有陰離子性官能基,亦即不取得兩性離子構造,包含陽離子性分散劑所具有的陽離子與配對陰離子之鹽(例如胺的鹽酸鹽)的態樣。
作為前述陽離子性分散劑,從碳材料的分散性更優異之點來看,尤其較佳為包含:由使用二氰二胺作為單體而合成的陽離子性聚合物、使用二伸乙三胺作為單體而合成的陽離子性聚合物、使用二氰二胺及二伸乙三胺作為單體而合成的陽離子性聚合物以及使用伸乙亞胺作為單體而合成的陽離子性聚合物所選出的1種或2種以上,尤其更佳為包含:由使用二氰二胺及二伸乙三胺作為單體而合成的陽離子性聚合物以及使用伸乙亞胺作為單體而合成的陽離子性聚合物所選出的1種或2種以上,尤特佳為包含:由使用二氰二胺-二伸乙三胺縮合物及伸乙亞胺作為單體而合成的陽離子性聚合物之聚伸乙亞胺所選出的1種或2種以上。再者,前述各陽離子性聚合物亦可為使用前述各單體成分以外的單體成分之共聚物。
此等之陽離子性聚合物係可使用以眾所周知的手法合成而得者,也可使用市售品。作為如此的市售品,可適宜使用SENKA(股)製的Unisence系列、日本觸媒(股)製的Epomin(註冊商標)(聚伸乙亞胺)SP-003、SP-006、SP-012、SP-018、SP-020、P-1000、Polyment(註冊商標)(胺基乙基化丙烯酸酯聚合物)NK-100PM、NM-200PM、NK-350、NK-380等。作為Unisence系列,可適宜使用Unisence KHP10P(二氰二胺-二伸乙三胺縮合物鹽酸鹽)。
前述底塗層較佳為使用包含前述導電性碳材料、陽離子性分散劑與溶劑之底塗組成物而製作。
作為溶劑,只要是以往用於導電性組成物之調製者,則沒有特別的限定,例如可舉出水;四氫呋喃(THF)、二乙基醚、1,2-二甲氧基乙烷(DME)等之醚類;二氯甲烷、氯仿、1,2-二氯乙烷等之鹵化烴類;N,N-二甲基甲醯胺(DMF)、N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)、N-甲基-2-吡咯啶酮(NMP)等之醯胺類;丙酮、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、環己酮等之酮類;甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、第三丁醇等之醇類;正庚烷、正己烷、環己烷等之脂肪族烴類;苯、甲苯、二甲苯、乙苯等之芳香族烴類;乙二醇單乙基醚、乙二醇單丁基醚、丙二醇單甲基醚等之二醇醚類;乙二醇、丙二醇等之二醇類等之有機溶劑。此等之溶劑係可單獨1種或混合2種以上使用。特別地,從可提高CNT的孤立分散之比例之觀點來看,較佳為水、NMP、DMF、THF、甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、第三丁醇。又,從可提高塗佈性之觀點來看,較佳為包含甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、第三丁醇。又,從能降低成本之觀點來看,較佳為包含水。此等之溶劑係以增加孤立分散之比例、提高塗佈性、降低成本為目的,可單獨1種或混合2種以上使用。使用水與醇類之混合溶劑,其混合比例係沒有特別的限定,但質量比較佳為水:醇類=1:1~10:1左右。
又,前述底塗組成物視需要亦可包含基質高分子。前述基質高分子較佳為不具有陰離子性官能基者。作為前述基質高分子,可舉出聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(P(TFE-HFP))、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物(P(VDF-HFP))、偏二氟乙烯-氯化三氟化乙烯共聚物(P(VDF-CTFE))等之氟系樹脂;聚乙烯吡咯啶酮、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、EEA(乙烯-丙烯酸乙酯共聚物)等之聚烯烴系樹脂;聚苯乙烯(PS)、高衝擊聚苯乙烯(HIPS)、丙烯腈-苯乙烯共聚物(AS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物(MS)、苯乙烯-丁二烯橡膠等之聚苯乙烯系樹脂;聚碳酸酯樹脂;氯乙烯樹脂;聚醯胺樹脂;聚醯亞胺樹脂;聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等之(甲基)丙烯酸樹脂;聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸丁二酯、聚乳酸(PLA)、聚-3-羥基丁酸、聚己內酯、聚丁二酸丁二酯、聚丁二酸乙二酯/己二酸酯等之聚酯樹脂;聚苯醚樹脂;改質聚苯醚樹脂;聚縮醛樹脂;聚碸樹脂;聚苯硫樹脂;聚乙烯醇樹脂;聚甘醇酸;改質澱粉;乙酸纖維素、羧甲基纖維素、三乙酸纖維素;甲殼素、殼聚醣;木質素等之熱塑性樹脂,或聚苯胺及其半氧化體之苯胺綠鹼(emeraldine base);聚噻吩;聚吡咯;聚伸苯伸乙烯;聚伸苯;聚乙炔等之導電性高分子,還有環氧樹脂;胺基甲酸酯丙烯酸酯;酚樹脂;三聚氰胺樹脂;尿素樹脂;醇酸樹脂等之熱硬化性樹脂或光硬化性樹脂等。於前述底塗組成物中,從宜使用水作為溶劑來看,作為基質高分子,亦較佳為水溶性者,例如較佳為水溶性纖維素醚、聚乙烯醇、聚乙二醇等。
基質高分子亦可作為市售品取得,作為如此的市售品,例如可舉出Metolose(註冊商標)SH系列(羥基丙基甲基纖維素,信越化學工業(股)製)、Metolose SE系列(羥基乙基甲基纖維素,信越化學工業(股)製)、JC-25(完全皂化型聚乙烯醇,日本VAM & POVAL(股)製)、JM-17(中間皂化型聚乙烯醇,日本VAM & POVAL(股)製)、JP-03(部分皂化型聚乙烯醇,日本VAM & POVAL(股)製)等。
基質高分子之含量係沒有特別的限定,但在組成物中較佳為0.0001~99質量%左右,更佳為0.001~90質量%左右。
於本發明中,CNT等的導電性碳材料與陽離子性分散劑之混合比率係沒有特別的限定,例如質量比可為1,000:1~1:100左右。又,組成物中的分散劑之濃度,只要是能使CNT等的導電性碳材料分散於溶劑中之濃度,則沒有特別的限定,但在組成物中較佳為0.001~30質量%左右,更佳為0.002~20質量%左右。
再者,組成物中之CNT等的導電性碳材料之濃度係在目的之導電性薄膜(底塗層)的單位面積重量或所要求的機械、電氣、熱之特性等中變化者,且當使用CNT時,只要至少其一部分能孤立分散,則為任意,但在組成物中較佳為0.0001~30質量%左右,更佳為0.001~20質量%左右,尤佳為0.001~10質量%左右。
前述底塗組成物亦可包含交聯劑。前述交聯劑較佳為不含陰離子性官能基者,較佳為溶解於所使用的溶劑中者。
作為前述交聯劑,例如可舉出能與胺基反應的酮類、烷基鹵化物類、丙烯醯基類、環氧化合物、氰胺類、尿素類、酸、酸酐、醯基鹵化物類、具有異硫氰酸酯基、異氰酸酯基、醛基等的官能基之化合物,或具有相同的交聯性官能基彼此反應之羥基(脫水縮合)、巰基(二硫鍵)、酯基(克萊森縮合)、矽醇基(脫水縮合)、乙烯基、丙烯酸基等之化合物等。作為前述交聯劑之具體例,可舉出在酸觸媒之存在下發揮交聯反應性之多官能丙烯酸酯、四烷氧基矽烷、具有封端異氰酸酯基之單體或聚合物等。
如此的交聯劑亦可作為市售品取得。作為市售品,例如於多官能丙烯酸酯中,可舉出A-9300(乙氧基化異三聚氰酸三丙烯酸酯,新中村化學工業(股)製)、A-GLY-9E(Ethoxylated glycerine triacrylate,乙氧基化甘油三丙烯酸酯(EO 9mol),新中村化學工業(股)製)、A-TMMT(季戊四醇四丙烯酸酯,新中村化學工業(股)製)等,於四烷氧基矽烷中,可舉出四甲氧基矽烷(東京化成工業(股)製)、四乙氧基矽烷(東橫化學(股)製)等,於具有封端異氰酸酯基之聚合物中,可舉出Elastron(註冊商標)系列E-37、H-3、H38、BAP、NEW BAP-15、C-52、F-29、W-11P、MF-9、MF-25K(第一工業製藥(股)製)等。
前述交聯劑之添加量係隨著所使用的溶劑、所使用的基材、所要求的黏度、所要求的膜形狀等而變動,但相對於前述陽離子性分散劑,較佳為0.001~80質量%,更佳為0.01~50質量%,尤佳為0.05~40質量%。
前述底塗組成物之調製法係沒有特別的限定,例如可將導電性碳材料及溶劑以及視需要使用的分散劑、基質聚合物及交聯劑以任意之順序混合而調製。
此時,較佳為將混合物分散處理,藉由此處理,可進一步提高導電性碳材料的分散比例。作為分散處理,可舉出機械處理之使用球磨機、珠磨機、噴射磨機的濕式處理,或使用匯流排型或探針型的超音波振盪器之超音波處理。於此等中,較佳為使用噴射磨機之濕式處理或超音波處理。
分散處理之時間為任意,但較佳為1分鐘至10小時左右,更佳為5分鐘至5小時左右。此時,視需要亦可施予加熱處理。再者,使用交聯劑及/或基質高分子時,此等係可在調製由分散劑、導電性碳材料及溶劑所成之混合物後添加。
可將前述底塗組成物塗佈於前述集電體之至少一面,將其自然或加熱乾燥,形成底塗層而製作底塗箔(複合集電體)。
又,底塗層之厚度,若考慮減低所得之裝置的內部電阻,則較佳為1nm~10μm,更佳為1nm~1μm,尤佳為1~500nm。底塗層之膜厚例如可從底塗箔切出適當大小的試驗片,藉由以手撕裂其等之方法而使剖面露出,藉由掃描電子顯微鏡(SEM)等之顯微鏡觀察,從在剖面部分中底塗層露出之部分求出。
集電體每一面的底塗層之單位面積重量,只要滿足前述膜厚,則沒有特別的限定,但較佳為1,000mg/m2
以下,更佳為500mg/m2
以下,尤佳為300mg/m2
以下。另一方面,為了擔保底塗層之功能,再現性良好地得到優異特性的電池,較佳為將集電體每一面的底塗層之單位面積重量設為1mg/m2
以上,更佳設為5mg/m2
以上,尤佳設為10mg/m2
以上,尤更佳設為15mg/m2
以上。
本發明中的底塗層之單位面積重量為底塗層的質量(mg)相對於底塗層的面積(m2
)之比例,當底塗層形成圖型狀時,該面積僅為底塗層之面積,未包含形成圖型狀的底塗層之間所露出的集電體之面積。
底塗層之質量例如可從底塗箔切出適當大小的試驗片,測定其質量W0
,然後從底塗箔剝離底塗層,測定剝離底塗層後的質量W1
,從其差(W0
-W1
)算出,或是預先測定集電體的質量W2
,然後測定形成有底塗層之底塗箔的質量W3
,從其差(W3
-W2
)算出。
作為剝離底塗層之方法,例如可舉出於溶解或膨潤底塗層的溶劑中,浸漬底塗層,以布等擦掉底塗層等之方法。
單位面積重量係可用眾所周知之方法調整。例如,藉由塗佈而形成底塗層時,可藉由變更用於形成底塗層的塗佈液(底塗組成物)之固體成分濃度、塗佈次數、塗佈機的塗佈液投入口之間隙等而調整。欲增多單位面積重量時,提高固體成分濃度,或增加塗佈次數,或加大間隙。欲減少單位面積重量時,降低固體成分濃度,或減少塗佈次數,或縮小間隙。
作為底塗組成物之塗佈方法,例如可舉出旋塗法、浸塗法、流塗法、噴墨法、澆鑄法、噴塗法、棒塗法、凹版塗佈法、狹縫塗佈法、輥塗法、柔版印刷法、轉印印刷法、毛刷塗佈、刮刀塗佈法、氣刀塗佈法等。於此等之中,從作業效率等之點來看,宜為噴墨法、澆鑄法、浸塗法、棒塗法、刮刀塗佈法、輥塗法、凹版塗佈法、柔版印刷法、噴塗法。
加熱乾燥時之溫度亦任意,但較佳為50~200℃左右,較佳為80~150℃左右。
[電極合材層]
前述電極合材層係可將包含活性物質、黏結劑聚合物及視需要的溶劑之電極漿料,塗佈於底塗層上,自然或加熱乾燥而形成。
前述電極合材層係可將包含活性物質、黏結劑聚合物及視需要的溶劑之電極漿料,塗佈於底塗層上,自然或加熱乾燥而形成。
作為前述活性物質,可使用以往之能量儲藏裝置用電極所使用的各種活性物質。例如,於鋰二次電池或鋰離子二次電池之情況,作為正極活性物質,可使用能吸附・脫離鋰離子之硫屬化合物或含有鋰離子之硫屬化合物、聚陰離子系化合物、硫單質及其化合物等。
作為如此能吸附脫離鋰離子之硫屬化合物,例如可舉出FeS2
、TiS2
、MoS2
、V2
O6
、V6
O13
、MnO2
等。
作為含有鋰離子之硫屬化合物,例如可舉出LiCoO2
、LiMnO2
、LiMn2
O4
、LiMo2
O4
、LiV3
O8
、LiNiO2
、Lix
Niy
M1-y
O2
(惟,M表示由Co、Mn、Ti、Cr、V、Al、Sn、Pb及Zn所選出的至少1種以上之金屬元素,0.05≦x≦1.10、0.5≦y≦1.0)等。
作為聚陰離子系化合物,例如可舉出磷酸鐵鋰(LiFePO4
)等。作為硫化合物,例如可舉出Li2
S、紅胺酸等。
另一方面,作為構成前述負極的負極活性物質,可使用鹼金屬、鹼合金、由吸藏・釋出鋰離子的週期表4~15族之元素所選出的至少1種之單質、氧化物、硫化物、氮化物或能可逆地吸藏・釋出鋰離子之碳材料。
作為鹼金屬,可舉出Li、NaヽK等,作為鹼金屬合金,例如可舉出Li-Al、Li-Mg、Li-Al-Ni、Na-Hg、Na-Zn等。
作為由吸藏・釋出鋰離子的週期表4~15族之元素所選出的至少1種元素之單質,例如可舉出矽或錫、鋁、鋅、砷等。作為同樣的氧化物,例如,可舉出錫矽氧化物(SnSiO3
)、鋰氧化鉍(Li3
BiO4
)、鋰氧化鋅(Li2
ZnO2
)、鋰氧化鈦(Li4
Ti5
O12
)、氧化鈦等。作為同樣的硫化物,可舉出鋰硫化鐵(Lix
FeS2
(0≦x≦3))、鋰硫化銅(Lix
CuS(0≦x≦3))等。作為同樣的氮化物,可舉出含有鋰的過渡金屬氮化物,具體而言,可舉出Lix
My
N(M=Co、Ni、Cu,0≦x≦3、0≦y≦0.5)、鋰鐵氮化物(Li3
FeN4
)等。
作為能可逆地吸藏・釋出鋰離子之碳材料,可舉出石墨、碳黑、焦炭、玻璃狀碳、碳纖維、碳奈米管或此等之燒結體等。
又,於雙層電容器之情況,可使用碳質材料作為活性物質。作為該碳質材料,可舉出活性炭等,例如將酚樹脂炭化後,活化處理而得之活性炭。
作為黏結劑聚合物,可從眾所周知的材料中適宜選擇使用,例如可舉出PVDF、PTFE、P(TFE-HFP)、P(VDF-HFP)、P(VDF-CTFE)等之具有氟原子的聚合物、聚乙烯吡咯啶酮、聚乙烯醇、聚醯亞胺、聚醯胺醯亞胺、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物、苯乙烯-丁二烯橡膠、CMC、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酸的有機鹽及金屬鹽、聚醯胺酸等之具有陰離子性官能基的聚合物、聚苯胺等之導電性高分子等。於此等之中,從集電體與電極合材層的密著力優異來看,較佳為具有氟原子的聚合物或具有陰離子性官能基的聚合物。
再者,相對於活性物質100質量份,黏結劑聚合物之添加量較佳為0.1~20質量份,特佳為1~10質量份。
作為溶劑,可舉出在前述底塗組成物所例示之溶劑,可從此等之中,按照黏結劑的種類,適宜選擇即可,但於PVDF等的非水溶性黏結劑之情況,宜為NMP,於PAA等的水溶性黏結劑之情況,宜為水。
還有,前述電極漿料亦可包含導電材料。作為導電材料,例如可舉出碳黑、CNT、科琴黑、乙炔黑、碳晶鬚、碳纖維、天然石墨、人造石墨、氧化鈦、氧化釕、鋁、鎳等。
作為電極漿料之塗佈方法,可舉出與前述底塗組成物同樣之方法。又,加熱乾燥時的溫度亦任意,但較佳為50~400℃左右,更佳為80~150℃左右。
電極合材層之形成部位,只要按照所用的裝置之電池形態等而適宜設定即可,可在底塗層之表面全部,也可在其一部分,但以使用於疊層電池等為目的,於作為藉由超音波熔接等之熔接接合金屬耳片(tab)與電極而成之電極構造體之情況,為了留下熔接部,較佳為在底塗層之表面的一部分上塗佈電極漿料而形成電極合材層。特別地,於疊層電池用途中,宜在留下底塗層的周緣之其以外的部分上塗佈電極漿料,形成電極合材層。
前述電極合材層之厚度,若考慮電池的容量與電阻之平衡,則較佳為10~500μm,更佳為10~300μm,尤佳為20~100μm。
前述電極合材層較佳為包含具有陰離子性官能基的化合物。此時,例如可為黏結劑聚合物具有陰離子性官能基者,也可為導電材料具有陰離子性官能基者。作為具有陰離子性官能基的黏結劑聚合物,如前述。作為具有陰離子性官能基的導電材料,可舉出:在含有氧的環境下合成,在表面上保持許多的酸性官能基者,藉由化學氧化處理或熱氧化處理等,在表面導入有酸性官能基者,使陰離子性界面活性劑、陰離子性分散劑複合化而得者等。
電極係視需要可進行加壓。此時,加壓壓力較佳為1kN/cm以上。加壓法可使用一般採用的方法,但特佳為模具加壓法或輥壓法。又,加壓壓力係沒有特別的限定,但較佳為2kN/cm以上,更佳為3kN/cm以上。加壓壓力之上限較佳為40kN/cm左右,更佳為30kN/cm左右。
[能量儲藏裝置]
本發明之能量儲藏裝置係具有前述的能量儲藏裝置用電極者,更具體而言,具備至少一對的正負極、介於此等各極間存在的隔板與電解質而構成,正負極之至少一者係由前述的能量儲藏裝置用電極所構成。
本發明之能量儲藏裝置係具有前述的能量儲藏裝置用電極者,更具體而言,具備至少一對的正負極、介於此等各極間存在的隔板與電解質而構成,正負極之至少一者係由前述的能量儲藏裝置用電極所構成。
作為本發明之能量儲藏裝置,例如可舉出鋰離子二次電池、混合式電容器(hybrid capacitor)、鋰二次電池、鎳氫電池、鉛蓄電池等之各種能量儲藏裝置。
該能量儲藏裝置由於其特徵為使用前述的能量儲藏裝置用電極作為電極,故其他裝置構成構件之隔板或電解質等係可從眾所周知的材料中適宜選擇而使用。
作為隔板,例如可舉出纖維素系隔板、聚烯烴系隔板等。作為電解質,可為液體、固體之任一者,且也可為水系、非水系之任一者,但本發明之能量儲藏裝置用電極即使應用於使用非水系電解質的裝置時,也能發揮實用上充分的性能。
作為非水系電解質,可舉出將電解質鹽溶解於非水系有機溶劑中而成之非水系電解液。作為電解質鹽,可舉出四氟化硼酸鋰、六氟化磷酸鋰、過氯酸鋰、三氟甲烷磺酸鋰等之鋰鹽;四甲基銨六氟磷酸鹽、四乙基銨六氟磷酸鹽、四丙基銨六氟磷酸鹽、甲基三乙基銨六氟磷酸鹽、四乙基銨四氟硼酸鹽、四乙基銨全氯酸鹽等之四級銨鹽、鋰雙(三氟甲烷磺醯基)醯亞胺、鋰雙(氟磺醯基)醯亞胺等之鋰醯亞胺等。
作為非水系有機溶劑,可舉出碳酸伸丙酯、碳酸伸乙酯、碳酸伸丁酯等之碳酸伸烷酯;碳酸二甲酯、碳酸甲基乙酯、碳酸二乙酯等之碳酸二烷酯;乙腈等之腈類、二甲基甲醯胺等之醯胺類等。
能量儲藏裝置之形態係沒有特別的限定,可採用圓筒型、扁平捲繞方型、積層方型、硬幣型、扁平捲繞層壓型、積層層壓型等之習知的各種形態之電池。
應用於硬幣型時,只要將前述的本發明之能量儲藏裝置用電極沖壓成為指定的圓盤狀而使用即可。例如,鋰離子二次電池係可在熔接有硬幣型電池的墊圈和墊片之蓋子,設置指定片數的經沖壓成指定形狀的鋰箔,於其上重疊含浸有電解液的相同形狀之隔板,更從上方,以電極合材層朝下重疊本發明之能量儲藏裝置用電極,載置外殼與密封墊,以硬幣電池鉚接機進行密封而製作。
應用於積層層壓型時,使用:在底塗層表面之一部分或全面上形成有電極合材層的電極中,以形成底塗層且未形成電極合材層的部分(熔接部),與金屬耳片熔接而得之電極構造體即可。此時,構成電極構造體的電極可為一片,也可為複數片,但一般而言,正負極皆使用複數片。用於形成正極的複數片電極,較佳為與用於形成負極的複數片電極,每一片交互地重疊,此時,較佳使前述隔板介於正極與負極之間存在。再者,以形成底塗層且未形成電極合材層的部分進行熔接時,集電體每一面的底塗層之單位面積重量較佳為100mg/m2
以下,更佳為90mg/m2
以下,尤佳為未達50mg/m2
。
金屬耳片係可以複數片電極的最外側之電極的熔接部進行熔接,也可在複數片電極之中,於任意的鄰接2片電極之熔接部間夾住金屬耳片,進行熔接。金屬耳片之材質只要是一般能量儲藏裝置所使用者,則沒有特別的限定,例如可舉出鎳、鋁、鈦、銅等之金屬;不鏽鋼、鎳合金、鋁合金、鈦合金、銅合金等之合金等。於此等之中,若考慮熔接效率,則較佳為包含由鋁、銅及鎳所選出的至少1種金屬而構成者。金屬耳片之形狀較佳為箔狀,其厚度較佳為0.05~1mm左右。
熔接方法係可使用金屬彼此之熔接所用之眾所周知的方法,作為其具體例,可舉出TIG熔接、點焊、雷射熔接、超音波熔接等,但較佳為以超音波熔接來接合電極與金屬耳片。
作為超音波熔接之方法,例如可舉出將複數片電極配置於砧座與焊頭之間,在熔接部配置金屬耳片,施加超音波而一次熔接之方法,或先熔接電極彼此,然後熔接金屬耳片之方法等。
於本發明中,於任一方法中,皆不僅金屬耳片與電極係以前述熔接部進行熔接,而且複數片電極彼此亦互相被超音波熔接。熔接時之壓力、頻率、輸出、處理時間等係沒有特別的限定,只要考慮所用的材料或底塗層之單位面積重量等而適宜設定即可。
將如以上所製作的電極構造體收納在疊層包中,注入前述的電解液後,進行熱封而得到疊層電池。
[實施例]
[實施例]
以下,舉出調製例、製造例、實施例及比較例,更詳細地說明本發明,惟本發明不受下述實施例所限定。再者,所使用裝置係如以下。
・探針型超音波照射裝置:Hielscher Ultrasonics公司製,UIP1000
・線棒塗佈機:(股)SMT製,PM-9050MC
・均質分散機:PRIMIX(股)製,T.K. Robomix(附均質分散機2.5型(ϕ32))
・薄膜旋轉型高速混合機:PRIMIX(股)製,Filmix 40型
・自轉・公轉混合機:(股)THINKY製,脫泡練太郎(ARE-310)
・輥壓裝置:(有限公司)TAKUMI技研,SA-602
・充放電測定裝置:東洋系統(股)製,TOSCAT-3100
・黏著・皮膜剝離分析裝置:協和界面科學(股)製,VERSATILE PEEL ANALYZER VPA-3
・探針型超音波照射裝置:Hielscher Ultrasonics公司製,UIP1000
・線棒塗佈機:(股)SMT製,PM-9050MC
・均質分散機:PRIMIX(股)製,T.K. Robomix(附均質分散機2.5型(ϕ32))
・薄膜旋轉型高速混合機:PRIMIX(股)製,Filmix 40型
・自轉・公轉混合機:(股)THINKY製,脫泡練太郎(ARE-310)
・輥壓裝置:(有限公司)TAKUMI技研,SA-602
・充放電測定裝置:東洋系統(股)製,TOSCAT-3100
・黏著・皮膜剝離分析裝置:協和界面科學(股)製,VERSATILE PEEL ANALYZER VPA-3
[1]底塗組成物之調製
[調製例1]
混合作為分散劑的陽離子性聚合物之Epomin P-1000 (日本觸媒(股)製,固體成分濃度:30質量%,單體組成:伸乙亞胺)4.19g與純水44.56g,更在其中混合作為導電性碳材料的CNT(戸田工業(股)製,TC-2010)1.25g。對於所得之混合物,使用探針型超音波照射裝置,以500W施予10分鐘超音波處理,調製均勻的CNT分散液,其為底塗組成物A。
[調製例1]
混合作為分散劑的陽離子性聚合物之Epomin P-1000 (日本觸媒(股)製,固體成分濃度:30質量%,單體組成:伸乙亞胺)4.19g與純水44.56g,更在其中混合作為導電性碳材料的CNT(戸田工業(股)製,TC-2010)1.25g。對於所得之混合物,使用探針型超音波照射裝置,以500W施予10分鐘超音波處理,調製均勻的CNT分散液,其為底塗組成物A。
[調製例2]
除了使用Denka Black(電氣化學工業(股)製)作為導電性碳材料以外,以與調製例1同樣之方法,調製均勻的CNT分散液,其為底塗組成物B。
除了使用Denka Black(電氣化學工業(股)製)作為導電性碳材料以外,以與調製例1同樣之方法,調製均勻的CNT分散液,其為底塗組成物B。
[調製例3]
除了使用作為分散劑的陽離子性聚合物之Unisence KHP10P(SENKA(股)製,固體成分濃度:99質量%,單體組成:二氰二胺/二伸乙三胺)1.25g以外,將純水的添加量設為47.5g以外,以與調製例1同樣之方法,調製均勻的CNT分散液,其為底塗組成物C。
除了使用作為分散劑的陽離子性聚合物之Unisence KHP10P(SENKA(股)製,固體成分濃度:99質量%,單體組成:二氰二胺/二伸乙三胺)1.25g以外,將純水的添加量設為47.5g以外,以與調製例1同樣之方法,調製均勻的CNT分散液,其為底塗組成物C。
[比較調製例1]
除了使用含有唑啉聚合物作為分散劑的水溶液之Epocros WS-700((股)日本觸媒製,固體成分濃度25質量%)5.0g,將純水的添加量設為43.75g以外,以與調製例1同樣之方法,調製均勻的CNT分散液,其為底塗組成物D。
除了使用含有唑啉聚合物作為分散劑的水溶液之Epocros WS-700((股)日本觸媒製,固體成分濃度25質量%)5.0g,將純水的添加量設為43.75g以外,以與調製例1同樣之方法,調製均勻的CNT分散液,其為底塗組成物D。
[比較調製例2]
除了使用Denka Black(電氣化學工業(股)製)作為導電性碳材料以外,以與比較調製例1同樣之方法,調製均勻的CNT分散液,其為底塗組成物E。
除了使用Denka Black(電氣化學工業(股)製)作為導電性碳材料以外,以與比較調製例1同樣之方法,調製均勻的CNT分散液,其為底塗組成物E。
[比較調製例3]
除了使用含有唑啉聚合物作為分散劑的水溶液之分散劑之Epocros WS-300((股)日本觸媒製,固體成分濃度l0質量%)12.5g,將純水的添加量設為36.25g以外,以與調製例1同樣之方法,調製均勻的CNT分散液,其為底塗組成物F。
除了使用含有唑啉聚合物作為分散劑的水溶液之分散劑之Epocros WS-300((股)日本觸媒製,固體成分濃度l0質量%)12.5g,將純水的添加量設為36.25g以外,以與調製例1同樣之方法,調製均勻的CNT分散液,其為底塗組成物F。
[比較調製例4]
除了使用作為分散劑的中性聚合物之聚乙烯醇(日本VAM & POVAL(股)製JF-17,固體成分濃度:98.5質量%)1.25g,將純水的添加量設為47.5g以外,以與調製例1同樣之方法,調製均勻的CNT分散液,其為底塗組成物G。
除了使用作為分散劑的中性聚合物之聚乙烯醇(日本VAM & POVAL(股)製JF-17,固體成分濃度:98.5質量%)1.25g,將純水的添加量設為47.5g以外,以與調製例1同樣之方法,調製均勻的CNT分散液,其為底塗組成物G。
[比較調製例5]
除了使用作為分散劑的中性聚合物之聚乙烯醇(日本VAM & POVAL(股)製JN-18,固體成分濃度:98.5質量%)1.25g,將純水的添加量設為47.5g以外,以與調製例1同樣之方法,調製均勻的CNT分散液,其為底塗組成物H。
除了使用作為分散劑的中性聚合物之聚乙烯醇(日本VAM & POVAL(股)製JN-18,固體成分濃度:98.5質量%)1.25g,將純水的添加量設為47.5g以外,以與調製例1同樣之方法,調製均勻的CNT分散液,其為底塗組成物H。
[2]底塗箔之製造
[製造例1]
將底塗組成物A以線棒塗佈機(OSP-3,濕膜厚3μm),在集電體的銅箔(厚度15μm)上均勻地展開後,在110℃乾燥20分鐘而形成底塗層,製作底塗箔A。測定單位面積重量,結果為133mg/m2 。
[製造例1]
將底塗組成物A以線棒塗佈機(OSP-3,濕膜厚3μm),在集電體的銅箔(厚度15μm)上均勻地展開後,在110℃乾燥20分鐘而形成底塗層,製作底塗箔A。測定單位面積重量,結果為133mg/m2 。
[製造例2]
除了使用底塗組成物B代替底塗組成物A以外,以與製造例1同樣之方法,製作底塗箔B。測定單位面積重量,結果為156mg/m2 。
除了使用底塗組成物B代替底塗組成物A以外,以與製造例1同樣之方法,製作底塗箔B。測定單位面積重量,結果為156mg/m2 。
[製造例3]
除了使用底塗組成物C代替底塗組成物A以外,以與製造例1同樣之方法,製作底塗箔C。測定單位面積重量,結果為145mg/m2 。
除了使用底塗組成物C代替底塗組成物A以外,以與製造例1同樣之方法,製作底塗箔C。測定單位面積重量,結果為145mg/m2 。
[比較製造例1]
除了使用底塗組成物D代替底塗組成物A以外,以與製造例1同樣之方法,製作底塗箔D。測定單位面積重量,結果為141mg/m2 。
除了使用底塗組成物D代替底塗組成物A以外,以與製造例1同樣之方法,製作底塗箔D。測定單位面積重量,結果為141mg/m2 。
[比較製造例2]
除了使用底塗組成物E代替底塗組成物A以外,以與製造例1同樣之方法,製作底塗箔E。測定單位面積重量,結果為136mg/m2 。
除了使用底塗組成物E代替底塗組成物A以外,以與製造例1同樣之方法,製作底塗箔E。測定單位面積重量,結果為136mg/m2 。
[比較製造例3]
除了使用底塗組成物F代替底塗組成物A以外,以與製造例1同樣之方法,製作底塗箔F。測定單位面積重量,結果為129mg/m2 。
除了使用底塗組成物F代替底塗組成物A以外,以與製造例1同樣之方法,製作底塗箔F。測定單位面積重量,結果為129mg/m2 。
[比較製造例4]
除了使用底塗組成物G代替底塗組成物A以外,以與製造例1同樣之方法,製作底塗箔G。測定單位面積重量,結果為97mg/m2 。
除了使用底塗組成物G代替底塗組成物A以外,以與製造例1同樣之方法,製作底塗箔G。測定單位面積重量,結果為97mg/m2 。
[比較製造例5]
除了使用底塗組成物H代替底塗組成物A以外,以與製造例1同樣之方法,製作底塗箔H。測定單位面積重量,結果為86mg/m2 。
除了使用底塗組成物H代替底塗組成物A以外,以與製造例1同樣之方法,製作底塗箔H。測定單位面積重量,結果為86mg/m2 。
[3]電極之製造
[實施例1]
用均質分散機,以3,000rpm、5分鐘混合作為活性物質的矽-碳複合材料(SiC,ITRI製)16.37g、作為具有陰離子性官能基的黏結劑之LA-132(Union Chemical Ind. Co製)的水溶液(14.9質量%)11.23g、作為導電材料的super-P(TIMCAL Graphite & Carbon公司製)0.19g及VGCF(昭和電工(股製)0.37g以及水31.84g。接著,使用薄膜旋轉型高速混合機,以周速20m/秒進行60秒的混合處理,更用自轉・公轉混合機,以1,000rpm脫泡2分鐘,製作電極漿料(固體成分濃度31質量%,SiC:LA-132:super-P:VGCF=88:9:1:2(質量比))。將所得之電極漿料在底塗箔A上均勻(濕膜厚75μm)地展開後,在80℃乾燥30分鐘,接著在120℃乾燥30分鐘,而在底塗層上形成電極合材層,更用輥壓機,以2kN/cm之加壓壓力進行加壓而使其壓接,製作電極A。
[實施例1]
用均質分散機,以3,000rpm、5分鐘混合作為活性物質的矽-碳複合材料(SiC,ITRI製)16.37g、作為具有陰離子性官能基的黏結劑之LA-132(Union Chemical Ind. Co製)的水溶液(14.9質量%)11.23g、作為導電材料的super-P(TIMCAL Graphite & Carbon公司製)0.19g及VGCF(昭和電工(股製)0.37g以及水31.84g。接著,使用薄膜旋轉型高速混合機,以周速20m/秒進行60秒的混合處理,更用自轉・公轉混合機,以1,000rpm脫泡2分鐘,製作電極漿料(固體成分濃度31質量%,SiC:LA-132:super-P:VGCF=88:9:1:2(質量比))。將所得之電極漿料在底塗箔A上均勻(濕膜厚75μm)地展開後,在80℃乾燥30分鐘,接著在120℃乾燥30分鐘,而在底塗層上形成電極合材層,更用輥壓機,以2kN/cm之加壓壓力進行加壓而使其壓接,製作電極A。
[實施例2]
除了使用底塗箔B代替底塗箔A以外,以與實施例1同樣之方法,製作電極B。
除了使用底塗箔B代替底塗箔A以外,以與實施例1同樣之方法,製作電極B。
[實施例3]
除了使用底塗箔C代替底塗箔A以外,以與實施例1同樣之方法,製作電極C。
除了使用底塗箔C代替底塗箔A以外,以與實施例1同樣之方法,製作電極C。
[比較例1]
除了使用底塗箔D代替底塗箔A以外,以與實施例1同樣之方法,製作電極D。
除了使用底塗箔D代替底塗箔A以外,以與實施例1同樣之方法,製作電極D。
[比較例2]
除了使用底塗箔E代替底塗箔A以外,以與實施例1同樣之方法,製作電極E。
除了使用底塗箔E代替底塗箔A以外,以與實施例1同樣之方法,製作電極E。
[比較例3]
除了使用底塗箔F代替底塗箔A以外,以與實施例1同樣之方法,製作電極F。
除了使用底塗箔F代替底塗箔A以外,以與實施例1同樣之方法,製作電極F。
[比較例4]
除了使用底塗箔G代替底塗箔A以外,以與實施例1同樣之方法,製作電極G。
除了使用底塗箔G代替底塗箔A以外,以與實施例1同樣之方法,製作電極G。
[比較例5]
除了使用底塗箔H代替底塗箔A以外,以與實施例1同樣之方法,製作電極H。
除了使用底塗箔H代替底塗箔A以外,以與實施例1同樣之方法,製作電極H。
[比較例6]
除了使用無垢的鋁箔代替底塗箔A以外,以與實施例1同樣之方法,製作電極I。
除了使用無垢的鋁箔代替底塗箔A以外,以與實施例1同樣之方法,製作電極I。
[3]電極的密著力之評價
以25mm寬度切出各實施例及比較例所得之電極,在電極合材層塗佈面上貼附20mm寬度的雙面膠帶,固定於玻璃基板上。將其固定於黏著・皮膜剝離分析裝置,以剝離角度90°且剝離速度100mm/min進行剝離試驗,測定密著力。表1中顯示結果。
以25mm寬度切出各實施例及比較例所得之電極,在電極合材層塗佈面上貼附20mm寬度的雙面膠帶,固定於玻璃基板上。將其固定於黏著・皮膜剝離分析裝置,以剝離角度90°且剝離速度100mm/min進行剝離試驗,測定密著力。表1中顯示結果。
由表1所示之結果可知,本發明之電極係集電體與電極合材層的密著力優異。
1‧‧‧平行部
2‧‧‧平行部的管外徑
3‧‧‧縮頸部
4‧‧‧縮頸部的管外徑
圖1係本發明所適用之具有縮頸部的碳奈米管之示意剖面圖。
Claims (13)
- 一種能量儲藏裝置用電極,其具備:集電體、形成在該集電體之至少一面上的包含導電性碳材料及陽離子性分散劑的底塗層,以及形成在該底塗層上的電極合材層。
- 如請求項1之能量儲藏裝置用電極,其中前述導電性碳材料包含碳奈米管。
- 如請求項1或2之能量儲藏裝置用電極,其中前述電極合材層包含具有陰離子性官能基的化合物。
- 如請求項1~3中任一項之能量儲藏裝置用電極,其中前述陽離子性分散劑包含由使用二氰二胺作為單體而成的陽離子性聚合物、使用二伸乙三胺作為單體而成的陽離子性聚合物、使用二氰二胺及二伸乙三胺作為單體而成的陽離子性聚合物以及使用伸乙亞胺作為單體而成的陽離子性聚合物所選出的至少1種。
- 如請求項4之能量儲藏裝置用電極,其中前述陽離子性分散劑包含使用伸乙亞胺作為單體而成的陽離子性聚合物。
- 如請求項4之能量儲藏裝置用電極,其中前述陽離子性分散劑包含使用二氰二胺作為單體而成的陽離子性聚合物。
- 如請求項4之能量儲藏裝置用電極,其中前述陽離子性分散劑包含使用二伸乙三胺作為單體而成的陽離子性聚合物。
- 如請求項4之能量儲藏裝置用電極,其中前述陽離子性分散劑包含使用二氰二胺及二伸乙三胺作為單體而成的陽離子性聚合物。
- 如請求項1~8中任一項之能量儲藏裝置用電極,其中集電體每一面的底塗層之單位面積重量為1,000mg/m2 以下。
- 如請求項9之能量儲藏裝置用電極,其中集電體每一面的底塗層之單位面積重量為500mg/m2 以下。
- 如請求項10之能量儲藏裝置用電極,其中集電體每一面的底塗層之單位面積重量為300mg/m2 以下。
- 如請求項1~11中任一項之能量儲藏裝置用電極,其中前述集電體為銅箔或鋁箔。
- 一種能量儲藏裝置,其具備如請求項1~12中任一項之能量儲藏裝置用電極。
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