JP2018142451A - 電池電極用バインダー - Google Patents
電池電極用バインダー Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018142451A JP2018142451A JP2017035623A JP2017035623A JP2018142451A JP 2018142451 A JP2018142451 A JP 2018142451A JP 2017035623 A JP2017035623 A JP 2017035623A JP 2017035623 A JP2017035623 A JP 2017035623A JP 2018142451 A JP2018142451 A JP 2018142451A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- battery
- electrode
- binder
- electrode binder
- monomer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000011883 electrode binding agent Substances 0.000 title claims abstract description 43
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 16
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 claims abstract description 14
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 13
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 12
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims description 11
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 8
- 125000003647 acryloyl group Chemical group O=C([*])C([H])=C([H])[H] 0.000 claims description 4
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 125000003903 2-propenyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])=C([H])[H] 0.000 claims description 2
- GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N hydron Chemical compound [H+] GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 claims description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims 1
- KUDUQBURMYMBIJ-UHFFFAOYSA-N 2-prop-2-enoyloxyethyl prop-2-enoate Chemical compound C=CC(=O)OCCOC(=O)C=C KUDUQBURMYMBIJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M Lithium hydroxide Chemical compound [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 21
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 17
- -1 carboxylate ions Chemical class 0.000 description 16
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 12
- 229940065472 octyl acrylate Drugs 0.000 description 11
- ANISOHQJBAQUQP-UHFFFAOYSA-N octyl prop-2-enoate Chemical compound CCCCCCCCOC(=O)C=C ANISOHQJBAQUQP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 10
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 2-Propenoic acid Natural products OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 8
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 7
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- QYKIQEUNHZKYBP-UHFFFAOYSA-N Vinyl ether Chemical compound C=COC=C QYKIQEUNHZKYBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N Acrylamide Chemical compound NC(=O)C=C HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 4
- WYGWHHGCAGTUCH-ISLYRVAYSA-N V-65 Substances CC(C)CC(C)(C#N)\N=N\C(C)(C#N)CC(C)C WYGWHHGCAGTUCH-ISLYRVAYSA-N 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 4
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 4
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 4
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 4
- 229960000834 vinyl ether Drugs 0.000 description 4
- AGBXYHCHUYARJY-UHFFFAOYSA-N 2-phenylethenesulfonic acid Chemical compound OS(=O)(=O)C=CC1=CC=CC=C1 AGBXYHCHUYARJY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 3
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 3
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 3
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 3
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 3
- 229920001197 polyacetylene Polymers 0.000 description 3
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 3
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 description 3
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 3
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 3
- BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-M sulfonate Chemical compound [O-]S(=O)=O BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- NLVXSWCKKBEXTG-UHFFFAOYSA-N vinylsulfonic acid Chemical compound OS(=O)(=O)C=C NLVXSWCKKBEXTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XHZPRMZZQOIPDS-UHFFFAOYSA-N 2-Methyl-2-[(1-oxo-2-propenyl)amino]-1-propanesulfonic acid Chemical compound OS(=O)(=O)CC(C)(C)NC(=O)C=C XHZPRMZZQOIPDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 2
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910012851 LiCoO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001128 Sn alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MPIAGWXWVAHQBB-UHFFFAOYSA-N [3-prop-2-enoyloxy-2-[[3-prop-2-enoyloxy-2,2-bis(prop-2-enoyloxymethyl)propoxy]methyl]-2-(prop-2-enoyloxymethyl)propyl] prop-2-enoate Chemical compound C=CC(=O)OCC(COC(=O)C=C)(COC(=O)C=C)COCC(COC(=O)C=C)(COC(=O)C=C)COC(=O)C=C MPIAGWXWVAHQBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 description 2
- JQRRFDWXQOQICD-UHFFFAOYSA-N biphenylen-1-ylboronic acid Chemical compound C12=CC=CC=C2C2=C1C=CC=C2B(O)O JQRRFDWXQOQICD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 2
- 235000019241 carbon black Nutrition 0.000 description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 2
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 2
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 2
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 description 2
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000002482 conductive additive Substances 0.000 description 2
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 2
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 2
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 description 2
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000001140 1,4-phenylene group Chemical group [H]C1=C([H])C([*:2])=C([H])C([H])=C1[*:1] 0.000 description 1
- PQUXFUBNSYCQAL-UHFFFAOYSA-N 1-(2,3-difluorophenyl)ethanone Chemical compound CC(=O)C1=CC=CC(F)=C1F PQUXFUBNSYCQAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DZSVIVLGBJKQAP-UHFFFAOYSA-N 1-(2-methyl-5-propan-2-ylcyclohex-2-en-1-yl)propan-1-one Chemical compound CCC(=O)C1CC(C(C)C)CC=C1C DZSVIVLGBJKQAP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WVXLLHWEQSZBLW-UHFFFAOYSA-N 2-(4-acetyl-2-methoxyphenoxy)acetic acid Chemical compound COC1=CC(C(C)=O)=CC=C1OCC(O)=O WVXLLHWEQSZBLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QHVBLSNVXDSMEB-UHFFFAOYSA-N 2-(diethylamino)ethyl prop-2-enoate Chemical compound CCN(CC)CCOC(=O)C=C QHVBLSNVXDSMEB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000536 2-Acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid Polymers 0.000 description 1
- TXBCBTDQIULDIA-UHFFFAOYSA-N 2-[[3-hydroxy-2,2-bis(hydroxymethyl)propoxy]methyl]-2-(hydroxymethyl)propane-1,3-diol Chemical compound OCC(CO)(CO)COCC(CO)(CO)CO TXBCBTDQIULDIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VAPQAGMSICPBKJ-UHFFFAOYSA-N 2-nitroacridine Chemical compound C1=CC=CC2=CC3=CC([N+](=O)[O-])=CC=C3N=C21 VAPQAGMSICPBKJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XSSOJMFOKGTAFU-UHFFFAOYSA-N 3-[2-(2-prop-2-enoxyethoxy)ethoxy]prop-1-ene Chemical compound C=CCOCCOCCOCC=C XSSOJMFOKGTAFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYRWKWGEFZTOQI-UHFFFAOYSA-N 3-prop-2-enoxy-2,2-bis(prop-2-enoxymethyl)propan-1-ol Chemical compound C=CCOCC(CO)(COCC=C)COCC=C FYRWKWGEFZTOQI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JHWGFJBTMHEZME-UHFFFAOYSA-N 4-prop-2-enoyloxybutyl prop-2-enoate Chemical compound C=CC(=O)OCCCCOC(=O)C=C JHWGFJBTMHEZME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M Bisulfite Chemical compound OS([O-])=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- UJOBWOGCFQCDNV-UHFFFAOYSA-N Carbazole Natural products C1=CC=C2C3=CC=CC=C3NC2=C1 UJOBWOGCFQCDNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910015643 LiMn 2 O 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910014689 LiMnO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013290 LiNiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 1
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N Methacrylic acid Chemical compound CC(=C)C(O)=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000914 Mn alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- WHNWPMSKXPGLAX-UHFFFAOYSA-N N-Vinyl-2-pyrrolidone Chemical compound C=CN1CCCC1=O WHNWPMSKXPGLAX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JFBZPFYRPYOZCQ-UHFFFAOYSA-N [Li].[Al] Chemical compound [Li].[Al] JFBZPFYRPYOZCQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZVLDJSZFKQJMKD-UHFFFAOYSA-N [Li].[Si] Chemical compound [Li].[Si] ZVLDJSZFKQJMKD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 1
- 229940048053 acrylate Drugs 0.000 description 1
- 125000001931 aliphatic group Chemical group 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920006231 aramid fiber Polymers 0.000 description 1
- AOJOEFVRHOZDFN-UHFFFAOYSA-N benzyl 2-methylprop-2-enoate Chemical compound CC(=C)C(=O)OCC1=CC=CC=C1 AOJOEFVRHOZDFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 description 1
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 description 1
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000006231 channel black Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 238000007334 copolymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000011267 electrode slurry Substances 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- UHESRSKEBRADOO-UHFFFAOYSA-N ethyl carbamate;prop-2-enoic acid Chemical compound OC(=O)C=C.CCOC(N)=O UHESRSKEBRADOO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 239000007849 furan resin Substances 0.000 description 1
- 239000006232 furnace black Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003273 ketjen black Substances 0.000 description 1
- 239000006233 lamp black Substances 0.000 description 1
- 229910001386 lithium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- UIDWHMKSOZZDAV-UHFFFAOYSA-N lithium tin Chemical compound [Li].[Sn] UIDWHMKSOZZDAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RLQOUIUVEQXDPW-UHFFFAOYSA-M lithium;2-methylprop-2-enoate Chemical compound [Li+].CC(=C)C([O-])=O RLQOUIUVEQXDPW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- ZKIAYSOOCAKOJR-UHFFFAOYSA-M lithium;2-phenylethenesulfonate Chemical compound [Li+].[O-]S(=O)(=O)C=CC1=CC=CC=C1 ZKIAYSOOCAKOJR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- BKOLBAQLWMWQMZ-UHFFFAOYSA-M lithium;ethenesulfonate Chemical compound [Li+].[O-]S(=O)(=O)C=C BKOLBAQLWMWQMZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- XSAOIFHNXYIRGG-UHFFFAOYSA-M lithium;prop-2-enoate Chemical compound [Li+].[O-]C(=O)C=C XSAOIFHNXYIRGG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011331 needle coke Substances 0.000 description 1
- 239000011255 nonaqueous electrolyte Substances 0.000 description 1
- 125000002347 octyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 229940105570 ornex Drugs 0.000 description 1
- WXZMFSXDPGVJKK-UHFFFAOYSA-N pentaerythritol Chemical compound OCC(CO)(CO)CO WXZMFSXDPGVJKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002006 petroleum coke Substances 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000006253 pitch coke Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 1
- 229920001088 polycarbazole Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 1
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 1
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 1
- YLQIJFPHMPTBGU-UHFFFAOYSA-M potassium;ethenesulfonate Chemical compound [K+].[O-]S(=O)(=O)C=C YLQIJFPHMPTBGU-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229940047670 sodium acrylate Drugs 0.000 description 1
- 239000001488 sodium phosphate Substances 0.000 description 1
- 229910000162 sodium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- SONHXMAHPHADTF-UHFFFAOYSA-M sodium;2-methylprop-2-enoate Chemical compound [Na+].CC(=C)C([O-])=O SONHXMAHPHADTF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- MNCGMVDMOKPCSQ-UHFFFAOYSA-M sodium;2-phenylethenesulfonate Chemical compound [Na+].[O-]S(=O)(=O)C=CC1=CC=CC=C1 MNCGMVDMOKPCSQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- BWYYYTVSBPRQCN-UHFFFAOYSA-M sodium;ethenesulfonate Chemical compound [Na+].[O-]S(=O)(=O)C=C BWYYYTVSBPRQCN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006234 thermal black Substances 0.000 description 1
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 1
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- TWQULNDIKKJZPH-UHFFFAOYSA-K trilithium;phosphate Chemical compound [Li+].[Li+].[Li+].[O-]P([O-])([O-])=O TWQULNDIKKJZPH-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- RYFMWSXOAZQYPI-UHFFFAOYSA-K trisodium phosphate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[O-]P([O-])([O-])=O RYFMWSXOAZQYPI-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
【課題】 本発明は二次電池の高容量化に向けた改良の中で、電極の柔軟性に優れた電気化学デバイスを得ることができる電池電極用バインダーを提供することを目的とする。【解決手段】 エチレン性重合性基(a)を2〜6個有する単量体(A)と、イオン解離性官能基(b)を有する単量体(B)とを必須成分として反応させてなる重合体(C)を含有する電池電極用バインダー(D)を用いる。【選択図】 なし
Description
本発明は電池用電極用バインダー、この電池電極用バインダーを含有する電極及び電極を有する電気化学デバイスに関する。
リチウムイオン電池などの非水電解液二次電池は、高電圧、高エネルギー密度という特徴を持つことから、携帯情報機器分野などにおいて広く利用され、携帯電話、ノート型パソコンを始めとする携帯端末用標準電池としての地位が確立されている。
その用途は拡大する一方で、従来用途に加えてハイブリット自動車や電気自動車などへの適用も検討されており一部では既に実用化されている。これらの更なる普及のためにも二次電池の高容量化、高出力化が求められており様々な技術の適用が試みられている。
その用途は拡大する一方で、従来用途に加えてハイブリット自動車や電気自動車などへの適用も検討されており一部では既に実用化されている。これらの更なる普及のためにも二次電池の高容量化、高出力化が求められており様々な技術の適用が試みられている。
容量を向上させるには二次電池中に占める活物質量を増やすことが必要であり、このための手法として電極密度の向上、電極の厚膜化などがある。しかし、これらの手法をとることで電極の柔軟性が低下し、電極を捲回させる場合に屈曲面に割れが発生し、製造工程で歩留りが低下するという問題があった。
このような課題を解決するために特許文献1では電極スラリーの作製工程で使用する電極用バインダーと増粘剤の組み合わせや電極用バインダーの組成を工夫することで電極の集電体への密着性を改善することによる改良がなされている。また、特許文献2では電極用バインダーの結晶化を阻害するための変性をすることで電極の柔軟性を向上させる技術が開示されている。
本発明は二次電池の高容量化に向けた改良の中で、電極の柔軟性に優れた電気化学デバイスを得ることができる電池電極用バインダーを提供することを目的とする。
本発明者らは、上記の目的を達成するべく検討を行った結果、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、エチレン性重合性基(a)を2〜6個有する単量体(A)と、少なくとも1個のイオン解離性官能基(b)と1個のエチレン性重合性基(a)を有する単量体(B)を必須成分として反応させてなる重合体(C)を含有する電池用電極用バインダー;この電極用バインダー(D)で活物質(E)と集電体(F)を結着してなる電極;電極にこの電極用バインダーを用いてなる電気化学デバイスである。
すなわち、本発明は、エチレン性重合性基(a)を2〜6個有する単量体(A)と、少なくとも1個のイオン解離性官能基(b)と1個のエチレン性重合性基(a)を有する単量体(B)を必須成分として反応させてなる重合体(C)を含有する電池用電極用バインダー;この電極用バインダー(D)で活物質(E)と集電体(F)を結着してなる電極;電極にこの電極用バインダーを用いてなる電気化学デバイスである。
本発明の電池用電極用バインダーは、高容量を維持したままで電極の柔軟性を向上させることができるという効果を奏する。
以下、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は、以下に記載された実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形例も含むものとして理解されるべきである。
本発明の電池電極用バインダー(D)は、エチレン性重合性基(a)を2〜6個有する単量体(A)と、少なくとも1個のイオン解離性官能基(b)と1個のエチレン性重合性基(a)を有する単量体(B)とを必須成分として反応させてなる重合体(C)を含有するものである。電池電極用バインダー(D)は重合体(C)のみを含有していてもよいし、また他の1種類以上の成分を含んでいてもよい。
本発明の電池電極用バインダーが必須に含む単量体(A)とは、炭素−炭素二重結合であるエチレン性不飽和結合基(a)を2〜6個有する構造を有するものである。なお(A)には後述するイオン解離性官能基(b)を有してよい。
エチレン性不飽和結合基(a)は例えば、(メタ)アクリロイル基、ビニル基およびアリル基等が挙げられる。
これらのうち好ましいのは(メタ)アクリロイル基である。
エチレン性不飽和結合基(a)は例えば、(メタ)アクリロイル基、ビニル基およびアリル基等が挙げられる。
これらのうち好ましいのは(メタ)アクリロイル基である。
エチレン性重合性基(a)を2〜6個有する単量体の具体例として、1,4−ブタンジオールジアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、1,4−ペンタエリストールジアクリレート、ジペンタエリストールヘキサアクリレート、1,4−シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、ジエチレングリコールジアリルエーテル、トリメチロールプロパンジアリルエーテル、ペンタエリスリトールトリアリルエーテルなどが挙げられる。
エチレン性不飽和結合基(a)が1個では重合体が分岐構造を持たないために弾性を持たず、柔軟性が不十分である。一方、7個以上では 結晶性が高くなるために柔軟性が不十分である。
本発明の電池電極用バインダーが必須に含む単量体(B)とは、イオン解離性官能基(b)と1個のみのエチレン性重合性基(a)を有するものである。
ここで、イオン解離性官能基とは、溶液中で陰イオンと陽イオンに解離する官能基である。
イオン解離性官能基(b)としては、溶液中で陰イオンと陽イオンに解離する官能基であれば特に限定されないが、例えば、下記の一般式(1)で表されるものが挙げられる。
−A−M+ (1)
式(1)中のA−は、例えばカルボン酸イオン、スルホン酸イオン、リン酸イオン等の1価のアニオンが挙げられる。
式(1)中、M+は1価の金属イオンまたは水素イオンであり、好ましくは1価の金属イオンである。金属イオンは例えばリチウム、ナトリウム、カリウム等が挙げられる。
式(1)中のA−は、例えばカルボン酸イオン、スルホン酸イオン、リン酸イオン等の1価のアニオンが挙げられる。
式(1)中、M+は1価の金属イオンまたは水素イオンであり、好ましくは1価の金属イオンである。金属イオンは例えばリチウム、ナトリウム、カリウム等が挙げられる。
これらのうち、イオン解離性官能基(b)の具体例としては、カルボン酸、スルホン酸、リン酸、カルボン酸リチウム、カルボン酸ナトリウム、カルボン酸カリウム、スルホン酸ナトリウム、スルホン酸リチウム、スルホン酸カリウム、リン酸リチウム、リン酸ナトリウムが挙げられる。
イオン解離性官能基(b)を有する単量体(B)の具体例としては、アクリル酸、メタクリル酸、2―アクリルアミドー2―メチルプロパンスルホン酸、スチレンスルホン酸、ビニルスルホン酸、アクリル酸ナトリウム、アクリル酸リチウム、アクリル酸カリウム、メタクリル酸ナトリウム、メタクリル酸リチウム、2―アクリルアミドー2―メチルプロパンスルホン酸ナトリウム、2―アクリルアミドー2―メチルプロパンスルホン酸リチウム、スチレンスルホン酸ナトリウム、スチレンスルホン酸リチウム、ビニルスルホン酸ナトリウム、ビニルスルホン酸リチウム、ビニルスルホン酸カリウムが挙げられる。
本発明の重合体(C)は、単量体(A)と単量体(B)を反応させて得られる共重合体でもいいし、(A)、(B)以外の他の単量体と、(A)と(B)の共重合体でもよい。
重合体(C)中における(A)、(B)以外の単量体の共重合比は、(C)の重量を基準として、0〜90重量%であることが好ましく、更に好ましくは0〜70重量%である。
重合体(C)中における(A)、(B)以外の単量体の共重合比は、(C)の重量を基準として、0〜90重量%であることが好ましく、更に好ましくは0〜70重量%である。
本発明において、電池とはリチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシタなどの電気化学デバイスを含むものとする。
本発明の電極は、活物質(E)と集電体(F)を本発明の電池電極用バインダー(D)を結着してなる。
発明の電極は、必要に応じて導電助剤(G)を含有していてもよい。電極用バインダーは、本発明の電極用バインダー(D)を単独で使用することもでき、他の電極用バインダーと併用してもよい。
発明の電極は、必要に応じて導電助剤(G)を含有していてもよい。電極用バインダーは、本発明の電極用バインダー(D)を単独で使用することもでき、他の電極用バインダーと併用してもよい。
本発明の電極用バインダー(D)と併用することができる他の電極用バインダーとしてはデンプン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、スチレン−ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリエチレンおよびポリプロピレン等の高分子化合物が挙げられる。
活物質(E)としては、負極活物質(E1)を用いることによりリチウムイオン電池用の負極が得られ、(E1)にリチウムをドーピングすることによりリチウムイオンキャパシタ用負極が得られる。
また、正極用の活物質(E)としては、リチウムイオン電池用正極活物質(E2)およびリチウムイオンキャパシタ用正極活物質(E3)が挙げられる。
また、正極用の活物質(E)としては、リチウムイオン電池用正極活物質(E2)およびリチウムイオンキャパシタ用正極活物質(E3)が挙げられる。
負極活物質(E1)としては、黒鉛、アモルファス炭素、高分子化合物焼成体(例えばフェノール樹脂およびフラン樹脂等を焼成し炭素化したもの)、コークス類(例えばピッチコークス、ニードルコークスおよび石油コークス)、炭素繊維、導電性高分子(例えばポリアセチレンおよびポリピロール)、スズ、シリコン、および金属合金(例えばリチウム−スズ合金、リチウム−シリコン合金、リチウム−アルミニウム合金およびリチウム−アルミニウム−マンガン合金等)等が挙げられる。
リチウムイオン電池用正極活物質(E2)としてはリチウムと遷移金属との複合酸化物(例えばLiCoO2、LiNiO2、LiMnO2およびLiMn2O4)、遷移金属酸化物(例えばMnO2およびV2O5)、遷移金属硫化物(例えばMoS2およびTiS2)、および導電性高分子(例えばポリアニリン、ポリフッ化ビニリデン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリ−p−フェニレンおよびポリカルバゾール)等が挙げられる。
リチウムイオンキャパシタ用正極活物質(E3)としては活性炭、炭素繊維および導電性高分子(例えばポリアセチレンおよびポリピロール)等が挙げられる。
リチウムイオンキャパシタ用正極活物質(E3)としては活性炭、炭素繊維および導電性高分子(例えばポリアセチレンおよびポリピロール)等が挙げられる。
集電体は(F)は活物質(E)を保持し、電流を活物質に供給する。集電体は(F)としては、アルミニウム箔や銅箔等の金属箔が挙げられる。
本発明の電極は、必要に応じて導電助剤(G)を含有していてもよい。
導電助剤(G)としてはカーボンブラック類(例えばカーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック及びサーマルブラック)及び金属粉末(例えばアルミニウム粉及びニッケル粉)、導電性金属酸化物(例えば酸化亜鉛及び酸化チタン)等が挙げられる。
導電助剤(G)としてはカーボンブラック類(例えばカーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック及びサーマルブラック)及び金属粉末(例えばアルミニウム粉及びニッケル粉)、導電性金属酸化物(例えば酸化亜鉛及び酸化チタン)等が挙げられる。
本発明の電極を調製する際に用いる溶媒としては水、N−メチルピロリドン、アセトンおよびトルエンなどがあげられる。
本発明の電極における電極用バインダー(D)、活物質(E)、導電助剤(G)の合計重量に基づく(D)、(E)、(G)のそれぞれの好ましい含有量は以下の通りである。
活物質(E)の含有量は、電池容量の観点から好ましくは70〜98重量%であり、更に好ましくは90〜98重量%である。
電極用バインダー(D)の含有量は、電池容量の観点から好ましくは0.5〜29重量%であり、更に好ましくは1〜10重量%である。
導電助剤(F)の含有量は、出力特性の観点から、好ましくは0〜29重量%であり、更に好ましくは0〜10重量%である。
活物質(E)の含有量は、電池容量の観点から好ましくは70〜98重量%であり、更に好ましくは90〜98重量%である。
電極用バインダー(D)の含有量は、電池容量の観点から好ましくは0.5〜29重量%であり、更に好ましくは1〜10重量%である。
導電助剤(F)の含有量は、出力特性の観点から、好ましくは0〜29重量%であり、更に好ましくは0〜10重量%である。
本発明の電気化学デバイスとしては、一次電池、二次電池、コンデンサー、キャパシターが挙げられる。
本発明においてその形態は限定されないが、特にリチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシターに好適である。
本発明においてその形態は限定されないが、特にリチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシターに好適である。
本発明のリチウムイオン電池は、正極、負極及びセパレータを収納した電池缶内に電解液を注入して電池缶を密封する際に、正極または負極として本発明の電極を用いるか、電解液に本発明の電解液を用いるか、又はこれらの併用により得られる。
リチウムイオン電池におけるセパレータとしては、ポリエチレン又はポリプロピレン製フィルムの微多孔膜、多孔性のポリエチレンフィルムとポリプロピレンとの多層フィルム、ポリエステル繊維、アラミド繊維及びガラス繊維等からなる不織布並びにこれらの表面にシリカ、アルミナ及びチタニア等のセラミック微粒子を付着させたものが挙げられる。
リチウムイオン電池における電池缶としては、ステンレススチール、鉄、アルミニウム及びニッケルメッキスチール等の金属材料を用いることができるが、電池用途に応じてプラスチック材料を用いることもできる。また電池缶は、用途に応じて円筒型、コイン型、角型又はその他任意の形状にすることができる。
本発明のリチウムイオンキャパシタは、本発明のリチウムイオン電池の基本構成において、正極をリチウムイオンキャパシタ用の正極に代え、電池缶をキャパシタ缶に代えることにより得られる。キャパシタ缶の材質及び形状としては、電池缶で例示したものと同様のものが挙げられる。
以下、実施例及び比較例により本発明をさらに説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。以下、特に定めない限り、%は重量%、部は重量部を示す。
製造例1
撹拌機及び温度計を取り付けたフラスコに、エチレングリコールジアクリレート(A−1)1部、アクリル酸40部、オクチルアクリレート59部、N−メチルピロリドン400部および開始剤のV−65(日油社製)1部を仕込み60℃で6時間加熱して重合体(C−1)を得た。この重合体を水酸化リチウム水溶液で中和して、水分を減圧加熱により留去して、本発明の電池電極用バインダー(D−1)を得た。
撹拌機及び温度計を取り付けたフラスコに、エチレングリコールジアクリレート(A−1)1部、アクリル酸40部、オクチルアクリレート59部、N−メチルピロリドン400部および開始剤のV−65(日油社製)1部を仕込み60℃で6時間加熱して重合体(C−1)を得た。この重合体を水酸化リチウム水溶液で中和して、水分を減圧加熱により留去して、本発明の電池電極用バインダー(D−1)を得た。
製造例2
実施例1において、エチレングリコールジアクリレート(A−1)をペンタエリストールエトキシテトラアクリレート(A−2)1部に、アクリル酸(B−1)をビニルスルホン酸(B−2)40部に、オクチルアクリルレートをビニルエーテル59部に、水酸化リチウム水溶液を水酸化ナトリウム溶液に変えた以外は、実施例1と同様の操作を行い、本発明の電池電極用バインダー(D−2)を得た。
実施例1において、エチレングリコールジアクリレート(A−1)をペンタエリストールエトキシテトラアクリレート(A−2)1部に、アクリル酸(B−1)をビニルスルホン酸(B−2)40部に、オクチルアクリルレートをビニルエーテル59部に、水酸化リチウム水溶液を水酸化ナトリウム溶液に変えた以外は、実施例1と同様の操作を行い、本発明の電池電極用バインダー(D−2)を得た。
製造例3
実施例1において、エチレングリコールジアクリレート(A−1)をジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(A−3)1部に、オクチルアクリルレートをアクリルアミド59部と変えた以外は、実施例1と同様の操作を行い本発明の電池電極用バインダー(D−3)を得た。
実施例1において、エチレングリコールジアクリレート(A−1)をジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(A−3)1部に、オクチルアクリルレートをアクリルアミド59部と変えた以外は、実施例1と同様の操作を行い本発明の電池電極用バインダー(D−3)を得た。
製造例4
実施例1において、エチレングリコールジアクリレート(A−1)を1,4‐シクロヘサンジメタノールジビニルエーテル(A−4)1部に、アクリル酸(B−1)をビニルスルホン酸(B−2)40部に、オクチルアクリルレートをアクリルアミド59部に、水酸化リチウム水溶液を水酸化ナトリウム水溶液と変えた以外は、実施例1と同様の操作を行い、本発明の電池電極用バインダー(D−4)を得た。
実施例1において、エチレングリコールジアクリレート(A−1)を1,4‐シクロヘサンジメタノールジビニルエーテル(A−4)1部に、アクリル酸(B−1)をビニルスルホン酸(B−2)40部に、オクチルアクリルレートをアクリルアミド59部に、水酸化リチウム水溶液を水酸化ナトリウム水溶液と変えた以外は、実施例1と同様の操作を行い、本発明の電池電極用バインダー(D−4)を得た。
製造例5
実施例1において、エチレングリコールジアクリレート(A−1)をトリメチロールプロパンジアリルエーテル(A−5)1部に、アクリル酸(B−1)をスチレンスルホン酸(B−3)40部に、オクチルアクリルレートをジエチルアミノエチルアクリレート59部に、水酸化リチウム水溶液を水酸化ナトリウム水溶液と変えた以外は、実施例1と同様の操作を行い本発明の電池電極用バインダー(D−5)を得た。
実施例1において、エチレングリコールジアクリレート(A−1)をトリメチロールプロパンジアリルエーテル(A−5)1部に、アクリル酸(B−1)をスチレンスルホン酸(B−3)40部に、オクチルアクリルレートをジエチルアミノエチルアクリレート59部に、水酸化リチウム水溶液を水酸化ナトリウム水溶液と変えた以外は、実施例1と同様の操作を行い本発明の電池電極用バインダー(D−5)を得た。
製造例6
実施例1において、アクリル酸(B−1)をスチレンスルホン酸(B−3)40部に、オクチルアクリルレートをベンジルメタクリレート59部に、水酸化リチウム水溶液を水酸化ナトリウム水溶液と変えた以外は、実施例1と同様の操作を行い、本発明の電池電極用バインダー(D−6)を得た。
実施例1において、アクリル酸(B−1)をスチレンスルホン酸(B−3)40部に、オクチルアクリルレートをベンジルメタクリレート59部に、水酸化リチウム水溶液を水酸化ナトリウム水溶液と変えた以外は、実施例1と同様の操作を行い、本発明の電池電極用バインダー(D−6)を得た。
製造例7
実施例1において、オクチルアクリルレートをN‐ビニルピロリドン59部と変えた以外は、実施例1と同様の操作を行い、本発明の電池電極用バインダー(D−7)を得た。
実施例1において、オクチルアクリルレートをN‐ビニルピロリドン59部と変えた以外は、実施例1と同様の操作を行い、本発明の電池電極用バインダー(D−7)を得た。
製造例8
実施例1において、アクリル酸(B−1)を2‐アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(B−4)40部に、オクチルアクリルレートをビニルエーテル59部と変えた以外は、実施例1と同様の操作を行い本発明の電池電極用バインダー(D−8)を得た。
実施例1において、アクリル酸(B−1)を2‐アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(B−4)40部に、オクチルアクリルレートをビニルエーテル59部と変えた以外は、実施例1と同様の操作を行い本発明の電池電極用バインダー(D−8)を得た。
製造例9
実施例1において、エチレングリコールジアクリレート(A−1)を1,4‐シクロヘサンジメタノールジビニルエーテル(A−4)10部に、オクチルアクリルレートをアクリルアミドを50部と変えた以外は、実施例1と同様の操作を行い、本発明の電池電極用バインダー(D−9)を得た。
実施例1において、エチレングリコールジアクリレート(A−1)を1,4‐シクロヘサンジメタノールジビニルエーテル(A−4)10部に、オクチルアクリルレートをアクリルアミドを50部と変えた以外は、実施例1と同様の操作を行い、本発明の電池電極用バインダー(D−9)を得た。
比較製造例1
撹拌機及び温度計を取り付けたフラスコにアクリル酸(B−1)40部、オクチルアクリレート60部、N‐メチルピロリドン400部及びV−65(日油社製)1部を仕込み60℃で6時間加熱して重合体(C’−1)得た。この重合体を水酸化リチウム水溶液で中和して、水分を減圧加熱により留去して、比較例のための電池電極用バインダー(D’−1)を得た。
撹拌機及び温度計を取り付けたフラスコにアクリル酸(B−1)40部、オクチルアクリレート60部、N‐メチルピロリドン400部及びV−65(日油社製)1部を仕込み60℃で6時間加熱して重合体(C’−1)得た。この重合体を水酸化リチウム水溶液で中和して、水分を減圧加熱により留去して、比較例のための電池電極用バインダー(D’−1)を得た。
比較製造例2
撹拌機及び温度計を取り付けたフラスコにKRM8904(ダイセル・オルネクス社製、アクリロイル基数が9個の脂肪族ウレタンアクリレート) (A’−1)1部、アクリル酸(B−1)40部、オクチルアクリレート59部、N‐メチルピロリドン400部及びV−65(日油社製)1部を仕込み60℃で6時間加熱して重合体(C’−2)得た。この重合体を水酸化リチウム水溶液で中和して、水分を減圧加熱により留去して、比較例のための電池電極用バインダー(D’−2)を得た。
撹拌機及び温度計を取り付けたフラスコにKRM8904(ダイセル・オルネクス社製、アクリロイル基数が9個の脂肪族ウレタンアクリレート) (A’−1)1部、アクリル酸(B−1)40部、オクチルアクリレート59部、N‐メチルピロリドン400部及びV−65(日油社製)1部を仕込み60℃で6時間加熱して重合体(C’−2)得た。この重合体を水酸化リチウム水溶液で中和して、水分を減圧加熱により留去して、比較例のための電池電極用バインダー(D’−2)を得た。
比較製造例3
撹拌機及び温度計を取り付けたフラスコにエチレングリコールジアクリレート(A−1)5部、アクリルアミド95部、N‐メチルピロリドン400部及びV−65(日油社製)1部を仕込み60℃で6時間加熱して比較例のための電池電極用バインダー(D’−3)を得た。
撹拌機及び温度計を取り付けたフラスコにエチレングリコールジアクリレート(A−1)5部、アクリルアミド95部、N‐メチルピロリドン400部及びV−65(日油社製)1部を仕込み60℃で6時間加熱して比較例のための電池電極用バインダー(D’−3)を得た。
製造例1〜9と比較製造例1〜3の配合を表1にまとめた・
以下の方法で、正極と負極の曲げ強度試験で柔軟性を評価した。
[リチウムイオン電池用正極の作製]
LiCoO2粉末97.0部、カーボンブラック 1.49部、ポリフッ化ビニリデン 1.49部及び電池電極用バインダー(D−1)〜(D−9)及び(D’−1)〜(D’−3)0.2部を乳鉢で充分に混合した後、N−メチルピロリドン70.0部を添加し、更に乳鉢で充分に混合してスラリーを得た。
得られたスラリーを、解放大気中で、ワイヤーバーを用いて厚さ20μmのアルミニウム電解箔上の片面に塗布し、80℃で1時間乾燥させた後、更に減圧下(1.3kPa)、80℃で2時間乾燥して正電極を作成した。なお、電池電極用バインダーを入れないブランク1と、電池電極用バインダーを入れずに電極密度を下げたブランク2も作製した。
LiCoO2粉末97.0部、カーボンブラック 1.49部、ポリフッ化ビニリデン 1.49部及び電池電極用バインダー(D−1)〜(D−9)及び(D’−1)〜(D’−3)0.2部を乳鉢で充分に混合した後、N−メチルピロリドン70.0部を添加し、更に乳鉢で充分に混合してスラリーを得た。
得られたスラリーを、解放大気中で、ワイヤーバーを用いて厚さ20μmのアルミニウム電解箔上の片面に塗布し、80℃で1時間乾燥させた後、更に減圧下(1.3kPa)、80℃で2時間乾燥して正電極を作成した。なお、電池電極用バインダーを入れないブランク1と、電池電極用バインダーを入れずに電極密度を下げたブランク2も作製した。
[リチウムイオン電池用負極の作製]
天然黒鉛95部、カルボキシメチルセルロース2.49部、スチレン−ブタジエンゴム2.49部、電池電極用バインダー(D−1)〜(D−9)及び(D’−1)〜(D’−3)0.2部、及び水100部を仕込み乳鉢で充分に混合しスラリーを得た。得られたスラリーを、ワイヤーバーを用いて厚さ20μmの銅箔の片面に塗布し、50℃で1時間乾燥させた後、更に減圧下(1.3kPa)、105℃で2時間乾燥して負電極を作成した。なお、電池電極用バインダーを入れないブランク3と、電池電極用バインダーを入れずに電極密度を下げたブランク4も作製した。
天然黒鉛95部、カルボキシメチルセルロース2.49部、スチレン−ブタジエンゴム2.49部、電池電極用バインダー(D−1)〜(D−9)及び(D’−1)〜(D’−3)0.2部、及び水100部を仕込み乳鉢で充分に混合しスラリーを得た。得られたスラリーを、ワイヤーバーを用いて厚さ20μmの銅箔の片面に塗布し、50℃で1時間乾燥させた後、更に減圧下(1.3kPa)、105℃で2時間乾燥して負電極を作成した。なお、電池電極用バインダーを入れないブランク3と、電池電極用バインダーを入れずに電極密度を下げたブランク4も作製した。
[正極および負極評価用単極セルの作製]
2032型コインセル内の一端に、もう一端にある金属理リチウムと合材塗工面ろ塗布面が向き合うように作成した正極、または負極を配置し、電極間にセパレータ(ポリプロピレン製不織布)を挿入し、LiPF6をエチレンカーボネーとジメチルカーボネートの混合液(1:1)に1モル/1Lとなるように溶解したものを電解液として用いて二次電池用セルを作製した。
2032型コインセル内の一端に、もう一端にある金属理リチウムと合材塗工面ろ塗布面が向き合うように作成した正極、または負極を配置し、電極間にセパレータ(ポリプロピレン製不織布)を挿入し、LiPF6をエチレンカーボネーとジメチルカーボネートの混合液(1:1)に1モル/1Lとなるように溶解したものを電解液として用いて二次電池用セルを作製した。
[電池容量(正極評価用単極セル)]
(1)20℃の環境下で、充放電測定装置「HJ1001SD8」[北斗電工(株)製]を用いて、1Cの電流で電圧4.4Vまで充電した。
(2)10分間の休止後、1Cの電流で電圧を3.0Vまで放電し得られた放電容量を電池容量とした。
(3)正極評価用の単極セルを用いた各実施例および比較例で測定した放電容量をブランク1の放電容量で除した相対値(%)を電池容量として表2に示した。
正極評価用単極セルの電池容量(%)=(各実施例および比較例で測定した放電容量/ブランク1の放電容量)
(1)20℃の環境下で、充放電測定装置「HJ1001SD8」[北斗電工(株)製]を用いて、1Cの電流で電圧4.4Vまで充電した。
(2)10分間の休止後、1Cの電流で電圧を3.0Vまで放電し得られた放電容量を電池容量とした。
(3)正極評価用の単極セルを用いた各実施例および比較例で測定した放電容量をブランク1の放電容量で除した相対値(%)を電池容量として表2に示した。
正極評価用単極セルの電池容量(%)=(各実施例および比較例で測定した放電容量/ブランク1の放電容量)
[電池容量(負極評価用単極セル)]
(1)20℃の環境下で、充放電測定装置「HJ1001SD8」[北斗電工(株)製]を用いて、1Cの電流で電圧0Vまで充電した。
(2)10分間の休止後、1Cの電流で電圧を1.0Vまで放電し得られた放電容量を電池容量とした。
(3)負極評価用の単極セルを用いた各実施例および比較例で測定した放電容量をブランク2の放電容量で除した相対値(%)を電池容量として表3に示した。
負極評価用単極セルの電池容量(%)=(各実施例および比較例で測定した放電容量/ブランク3の放電容量)
(1)20℃の環境下で、充放電測定装置「HJ1001SD8」[北斗電工(株)製]を用いて、1Cの電流で電圧0Vまで充電した。
(2)10分間の休止後、1Cの電流で電圧を1.0Vまで放電し得られた放電容量を電池容量とした。
(3)負極評価用の単極セルを用いた各実施例および比較例で測定した放電容量をブランク2の放電容量で除した相対値(%)を電池容量として表3に示した。
負極評価用単極セルの電池容量(%)=(各実施例および比較例で測定した放電容量/ブランク3の放電容量)
[曲げ試験]
曲げ試験をJISK 5600−5−1のタイプ1の方法に従って行った。また、ルーペは使用しない。
円筒形マンドレル試験器(オールグッド株式会社)に、合剤塗工面を外側にして作成した電極を装着し、合剤の割れや剥がれが見られるマンドレル(2、3、4、5、6、8、10mm)の最小径を求めた。試験の結果は下記の基準で判定した。
電極用バインダーを入れていない電極(ブランク)での結果は8mmであった。そこで、それを基準にして下記の基準で判定した。
○:6mm以下
△:8mm
×:10mm以上
正極、負極ともに同じ条件で測定を行い、正極の結果を表2に、負極の結果を表3に示した。
曲げ試験をJISK 5600−5−1のタイプ1の方法に従って行った。また、ルーペは使用しない。
円筒形マンドレル試験器(オールグッド株式会社)に、合剤塗工面を外側にして作成した電極を装着し、合剤の割れや剥がれが見られるマンドレル(2、3、4、5、6、8、10mm)の最小径を求めた。試験の結果は下記の基準で判定した。
電極用バインダーを入れていない電極(ブランク)での結果は8mmであった。そこで、それを基準にして下記の基準で判定した。
○:6mm以下
△:8mm
×:10mm以上
正極、負極ともに同じ条件で測定を行い、正極の結果を表2に、負極の結果を表3に示した。
本発明の電極用バインダーを用いることにより、高容量を維持したまま正極でも負極でも柔軟性の高い電極を作成することができた(正極の実施例1〜9及び負極の10〜18)。
一方、本発明の電極用バインダーを含まないブランク1の正電極やブランク3の負電極では高い容量を示すものの柔軟性は著しく低い。また、一般的に電極密度を下げると柔軟性が向上することが知られており、電極密度を下げたブランク2の正電極やブランク4の負電極は 柔軟性が向上した。その一方で電極密度を下げると電極に含まれる活物質の量が少なくなり容量が低下するため、ブランク2の正電極やブランク4の負電極はブランク1の正電極やブランク3の負電極と比較して容量が低下した。
(A)を含まず、その他のモノマーで(a)を1つしか持たないオクチルアクリレートしか含まない(D’−1)を用いた比較例1と比較例6の電極の柔軟性は低い。また、エチレン性重合性基(a)を9個持つ単量体を共重合させた(D’−2)を用いた比較例2と比較例7の電極も柔軟性は低い。また、イオン性解離基を有する単量体を含まない(D’−3)は集電体との密着性が低下するため、この電極用バインダーを用いた比較例3と比較例8の電極も柔軟性は低い。
一方、本発明の電極用バインダーを含まないブランク1の正電極やブランク3の負電極では高い容量を示すものの柔軟性は著しく低い。また、一般的に電極密度を下げると柔軟性が向上することが知られており、電極密度を下げたブランク2の正電極やブランク4の負電極は 柔軟性が向上した。その一方で電極密度を下げると電極に含まれる活物質の量が少なくなり容量が低下するため、ブランク2の正電極やブランク4の負電極はブランク1の正電極やブランク3の負電極と比較して容量が低下した。
(A)を含まず、その他のモノマーで(a)を1つしか持たないオクチルアクリレートしか含まない(D’−1)を用いた比較例1と比較例6の電極の柔軟性は低い。また、エチレン性重合性基(a)を9個持つ単量体を共重合させた(D’−2)を用いた比較例2と比較例7の電極も柔軟性は低い。また、イオン性解離基を有する単量体を含まない(D’−3)は集電体との密着性が低下するため、この電極用バインダーを用いた比較例3と比較例8の電極も柔軟性は低い。
本発明の電極用バインダーを利用して作成させる電極は高容量を保ったまま柔軟性が優れているため、高容量化リチウムイオン電池や小型化リチウム電池の電極用バインダーとして好適に用いることが出来る。また、本発明において開示した以外にもリチウムイオンキャパシタについても適用可能である。
Claims (8)
- エチレン性重合性基(a)を2〜6個有する単量体(A)と、少なくとも1個のイオン解離性官能基(b)と1個のエチレン性重合性基(a)を有する単量体(B)とを必須単量体として反応させてなる重合体(C)を含有する電池電極用バインダー(D)。
- エチレン性重合性基(a)が(メタ)アクリロイル基、ビニル基およびアリル基からなる群より選ばれる1種以上の基である請求項1記載の電池電極用バインダー。
- イオン解離性官能基(b)が下記一般式(1)で表される官能基である請求項1または2に記載の電池電極用バインダー。
−A−M+ (1)
[式(1)中、M+は1価の金属イオンまたは水素イオンであり、A−はSO3 −またはCO2 −を表す。] - 重合体(C)の構成単量体中に含まれる単量体(A)の含有量が0.01重量%〜10重量%である請求項1〜3いずれか記載の電池電極用バインダー。
- 活物質(E)と集電体(F)を 請求項1〜4のいずれか記載の電池電極用バインダー(D)で結着してなる電極。
- 電極に請求項1〜5いずれかに記載の電極バインダーを用いてなる電気化学デバイス。
- 電気化学デバイスがリチウムイオン電池である請求項6に記載の電気化学デバイス。
- 電気化学デバイスがリチウムイオンキャパシタである請求項6に記載の電気化学デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017035623A JP2018142451A (ja) | 2017-02-28 | 2017-02-28 | 電池電極用バインダー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017035623A JP2018142451A (ja) | 2017-02-28 | 2017-02-28 | 電池電極用バインダー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2018142451A true JP2018142451A (ja) | 2018-09-13 |
Family
ID=63528141
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2017035623A Pending JP2018142451A (ja) | 2017-02-28 | 2017-02-28 | 電池電極用バインダー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2018142451A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020017418A1 (ja) * | 2018-07-20 | 2020-01-23 | 東亞合成株式会社 | 二次電池電極用バインダー及びその利用 |
| WO2020208799A1 (ja) * | 2019-04-12 | 2020-10-15 | 花王株式会社 | 蓄電デバイス正極用分散剤 |
| JPWO2021111933A1 (ja) * | 2019-12-04 | 2021-06-10 | ||
| CN114335544A (zh) * | 2022-01-05 | 2022-04-12 | 湖南大晶新材料有限公司 | 一种水系粘结剂、锂离子电池负极材料及锂离子电池 |
| WO2023162897A1 (ja) * | 2022-02-28 | 2023-08-31 | 日本ゼオン株式会社 | 二次電池用バインダー組成物、二次電池電極用スラリー組成物、二次電池用電極、および二次電池 |
| US11894559B2 (en) | 2019-04-12 | 2024-02-06 | Kao Corporation | Dispersant composition for carbon nanotube |
-
2017
- 2017-02-28 JP JP2017035623A patent/JP2018142451A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020017418A1 (ja) * | 2018-07-20 | 2020-01-23 | 東亞合成株式会社 | 二次電池電極用バインダー及びその利用 |
| JPWO2020017418A1 (ja) * | 2018-07-20 | 2021-08-02 | 東亞合成株式会社 | 二次電池電極用バインダー及びその利用 |
| JP7322882B2 (ja) | 2018-07-20 | 2023-08-08 | 東亞合成株式会社 | 二次電池電極用バインダー及びその利用 |
| WO2020208799A1 (ja) * | 2019-04-12 | 2020-10-15 | 花王株式会社 | 蓄電デバイス正極用分散剤 |
| US11891502B2 (en) | 2019-04-12 | 2024-02-06 | Kao Corporation | Dispersant for power storage device positive electrode |
| US11894559B2 (en) | 2019-04-12 | 2024-02-06 | Kao Corporation | Dispersant composition for carbon nanotube |
| JPWO2021111933A1 (ja) * | 2019-12-04 | 2021-06-10 | ||
| WO2021111933A1 (ja) * | 2019-12-04 | 2021-06-10 | 東亞合成株式会社 | 二次電池電極用水系バインダー、二次電池電極合剤層用組成物、二次電池電極及び二次電池 |
| JP7694393B2 (ja) | 2019-12-04 | 2025-06-18 | 東亞合成株式会社 | 二次電池電極用水系バインダー、二次電池電極合剤層用組成物、二次電池電極及び二次電池 |
| CN114335544A (zh) * | 2022-01-05 | 2022-04-12 | 湖南大晶新材料有限公司 | 一种水系粘结剂、锂离子电池负极材料及锂离子电池 |
| WO2023162897A1 (ja) * | 2022-02-28 | 2023-08-31 | 日本ゼオン株式会社 | 二次電池用バインダー組成物、二次電池電極用スラリー組成物、二次電池用電極、および二次電池 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6222102B2 (ja) | 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用負極及びその製造方法、並びにリチウムイオン二次電池 | |
| KR102129829B1 (ko) | 리튬 이온 이차 전지 부극용 슬러리, 리튬 이온 이차 전지용 전극 및 그 제조 방법, 그리고 리튬 이온 이차 전지 | |
| KR101539819B1 (ko) | 이차 전지용 전극 및 이차 전지 | |
| JP2018142451A (ja) | 電池電極用バインダー | |
| CN103370816A (zh) | 使用电池电极用粘结剂获得的浆料、使用该浆料获得的电极和使用该电极获得的锂离子二次电池 | |
| WO2020110994A1 (ja) | 複合固体電解質、および複合固体電解質二次電池 | |
| KR102908004B1 (ko) | 전고체 전지 | |
| KR102254067B1 (ko) | 이차전지의 전극용 바인더 및 이의 제조 방법 | |
| JP7405081B2 (ja) | 全固体二次電池用バインダー組成物、全固体二次電池電極合材層用スラリー組成物、全固体二次電池固体電解質層用スラリー組成物、および全固体二次電池 | |
| CN108028424A (zh) | 用于凝胶聚合物电解质的组合物、由其制备的凝胶聚合物电解质和包括该凝胶聚合物电解质的电化学装置 | |
| CN107851802A (zh) | 锂离子二次电池的正极用浆料、使用锂离子二次电池的正极用浆料而得的锂离子二次电池用正极及其制造方法、以及具备锂离子二次电池用正极的锂离子二次电池及其制造方法 | |
| KR20190012843A (ko) | 이차전지의 제조방법 | |
| JP2018160397A (ja) | 電池電極用バインダー | |
| JP3500245B2 (ja) | ゲル状固体電解質二次電池 | |
| JP2002117860A (ja) | 電極およびリチウム二次電池 | |
| WO2014120970A1 (en) | Organometallic-inorganic hybrid electrodes for lithium-ion batteries | |
| JP4053657B2 (ja) | リチウム二次電池及びその製造方法 | |
| KR102144876B1 (ko) | 접착력이 향상된 음극 활물질 조성물, 이를 이용한 음극 및 리튬 이차전지 | |
| JP2003331838A (ja) | リチウム二次電池 | |
| WO2014132935A1 (ja) | リチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物、リチウムイオン二次電池、及びリチウムイオン二次電池用正極の製造方法 | |
| JP2010277701A (ja) | 二次電池及びその製造方法 | |
| JP2013097993A (ja) | リチウムイオン二次電池 | |
| JP2020145062A (ja) | 二次電池用負極合剤、二次電池用負極、および二次電池 | |
| JP2023116666A (ja) | 負極バインダー組成物、負極、及び二次電池 | |
| CN112864379B (zh) | 锂电池的正极浆料的制备方法 |