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JP2000040515A - 二次電池 - Google Patents

二次電池

Info

Publication number
JP2000040515A
JP2000040515A JP10206354A JP20635498A JP2000040515A JP 2000040515 A JP2000040515 A JP 2000040515A JP 10206354 A JP10206354 A JP 10206354A JP 20635498 A JP20635498 A JP 20635498A JP 2000040515 A JP2000040515 A JP 2000040515A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
resin
secondary battery
binder
negative electrode
positive electrode
Prior art date
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Pending
Application number
JP10206354A
Other languages
English (en)
Inventor
Takashi Dodo
隆史 堂々
Yasuhiro Yano
康洋 矢野
Takehiro Shimizu
健博 清水
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Resonac Corp
Original Assignee
Hitachi Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Chemical Co Ltd filed Critical Hitachi Chemical Co Ltd
Priority to JP10206354A priority Critical patent/JP2000040515A/ja
Publication of JP2000040515A publication Critical patent/JP2000040515A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 結合剤の支持体に対する接着力が高く、良好
なサイクル特性を有する二次電池を提供する。 【解決手段】 正極活物質と結合剤よりなる正極と、負
極活物質と結合剤よりなる負極、および有機電解質で構
成される二次電池において、正極または負極の少なくと
も一方の結合剤が、ポリフッ化ビニリデンとポリエーテ
ルアミド樹脂またはポリエーテルアミドイミド樹脂との
混合物である二次電池。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電極の活物質を保
持する結合剤を改良した二次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、携帯用パソコンやビデオカメラ等
の機器の普及に伴い、使い捨ての一次電池に代わって、
繰り返し使用できる二次電池に対する需要が高まってい
る。二次電池としては、特公昭62−23433号公報
において記載されているような、リチウムを混入した黒
鉛粉末等の炭素粉末と、結合剤として使用したフッ素樹
脂を主成分とする負極を用いた再充電可能なリチウム電
池が提案され使用されている。しかしながら、結合剤と
してフッ素樹脂を使用した二次電池は、結合剤と電極の
支持体(集電体)との密着力が低く、結合剤が支持体か
ら剥離し、サイクル寿命が短くなる等の問題があり改良
が求められていた。
【0003】これらの問題を解決するために、ポリフッ
化ビニリデンと他の樹脂を組み合わせる検討がなされて
いる。例えば特開平6−52861号公報では、ポリフ
ッ化ビニリデン樹脂とポリメタクリレート樹脂の併用の
検討がなされている。また、特開平9−129240号
公報ではポリフッ化ビニリデンとイミド基を有する有機
化合物との混合物を用いることが提案されている。しか
し、これらの発明は、密着性の向上には効果があるもの
の、電池に組み込んだ際に電解液に対する結合剤の膨潤
性が大きくなり、寸法安定性が低下するといった問題点
がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の課題
を解決するため、結合剤と支持体との密着性に優れ、か
つ電解液に対する膨潤が少ない二次電池の提供を目的と
するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は正極活物質と結
合剤よりなる正極と、負極活物質と結合剤よりなる負
極、および有機電解質で構成される二次電池において、
正極または負極の少なくとも一方の結合剤が、ポリフッ
化ビニリデンとポリエーテルアミド樹脂またはポリエー
テルアミドイミド樹脂との混合物である二次電池に関す
る。
【0006】本発明においては、結合剤中にポリエーテ
ルアミド樹脂またはポリエーテルアミドイミド樹脂を1
0〜90重量%含有する二次電池であることが好まし
い。
【0007】また本発明においては、ポリエーテルアミ
ド樹脂またはポリエーテルアミドイミド樹脂が、下記化
4〔一般式(I)〕で表される繰り返し単位を有する樹
脂であることが好ましい。
【化4】 [ただし、一般式(I)中、R1、R2、R3及びR4はそ
れぞれ独立に水素、低級アルキル基、低級アルコキシ基
またはハロゲン原子を示し、Xは結合、−O−、−S
−、−C(=O)−、−SO2−、−S(=O)−、また
は化5
【化5】 (ここでR5及びR6はそれぞれ独立に水素、低級アルキ
ル基、トリフルオロメチル基、トリクロロメチル基、ま
たはフェニル基を示す)で表される基を示し、Xは繰り
返し単位毎に相違してもよく、Yは化6
【化6】 (ここで、Arは芳香族の2価の基を、Ar'は芳香族
の3価の基を示す)で表される基を示し、Yは繰り返し
単位毎に相違してもよい。]
【0008】
【発明の実施の形態】次に、本発明の二次電池について
詳しく説明する。本発明に用いるポリフッ化ビニリデン
およびポリエーテルアミド樹脂またはポリエーテルアミ
ドイミド樹脂は、正極活物質、負極活物質及び他と容易
に混合するものが好ましく、さらに好ましくはポリエー
テルアミド樹脂またはポリエーテルアミドイミド樹脂が
下記化7〔一般式(。 )〕で表される繰り返し単位を有
する樹脂である。
【化7】 [ただし、一般式(I)中、R1、R2、R3及びR4はそ
れぞれ独立に水素、低級アルキル基、低級アルコキシ基
またはハロゲン原子を示し、Xは結合、−O−、−S
−、−C(=O)−、−SO2−、−S(=O)−、また
は化8
【化8】 (ここでR5及びR6はそれぞれ独立に水素、低級アルキ
ル基、トリフルオロメチル基、トリクロロメチル基、ま
たはフェニル基を示す)で表される基を示し、Xは繰り
返し単位毎に相違してもよく、Yは化9
【化9】 (ここで、Arは芳香族の2価の基を、Ar'は芳香族
の3価の基を示す)で表される基を示し、Yは繰り返し
単位毎に相違してもよい。]
【0009】前記一般式(I)で表される繰り返し単位
としては、例えば下記化10または化11で示される例
がある。
【化10】
【化11】
【0010】前記一般式(I)で表される繰り返し単位
を有する重合体は、例えば、芳香族ジカルボン酸または
その反応性誘導体と化12〔一般式(II)〕で表され
る芳香族ジアミンを重縮合させて製造することができ
る。
【化12】 〔ただし、一般式(II)中、 R1、R2、R3、4
びXは、一般式(I)におけるR1、R2、R3、4 及び
Xと同じ原子、基または結合を示す。〕
【0011】本発明におけるポリエーテルアミド樹脂ま
たはポリエーテルアミドイミド樹脂の結合剤中の含有量
は10〜90重量%が好ましい。結合剤中の含有量が1
0重量%未満では集電体との密着性向上効果が出にくい
傾向があり、90重量%を越えると活物質表面を樹脂が
覆い電池としての容量が出にくい傾向がある。
【0012】本発明における正極活物質としては、二次
電池において通常用いられる物質が使用できる。例え
ば、リチウム・コバルト酸化物、リチウム・コバルト・
ニッケル複合酸化物、二酸化マンガン、酸化バナジウ
ム、硫化鉄等が挙げられる。
【0013】本発明における負極物質としては、二次電
池において通常用いられる物質が使用できる。例えば、
カーボン、コークス、有機高分子材料焼成体、ポリアセ
チレン、ポリピロール等が挙げられる。
【0014】本発明における正極及び負極の支持体は特
に制限されないが、正極支持体としては、アルミが好ま
しく、負極支持体としては、銅が好ましい。また有機電
解質としては、特に制限されないが、例えば、エチレン
カーボネート、ジメチルカーボネート、ブチレンカーボ
ネート、プロピレンカーボネート等の二次電池において
通常用いられる溶媒に、LiClO4、LiPF6、Li
BF4、LiCl等、従来公知の電解質を溶解したもの
が好ましい。
【0015】本発明における正極及び負極の支持体上に
ポリフッ化ビニリデンおよびポリエーテルアミド樹脂ま
たはポリエーテルアミドイミド樹脂の混合物を結合剤と
する電極層を形成する方法としては、正極または負極活
物質と前記結合剤のN−メチル−2−ピロリドン溶解ワ
ニスを混合したものをプラネタリミキサ等を用いて混練
し、前記支持体に塗布、乾燥した後圧延等の方法で接着
する。塗布方法としては特に制限されないが、例えば、
ロールコート、リバースロールコート、グラビアコー
ト、バーコート、スピンコート等の方法が挙げられる。
【0016】本発明における乾燥後の電極層の厚さとし
ては、10〜200μmが好ましく、70〜120μm
がさらに好ましい。電極層の厚さが10μm未満では、
電池としての充分な容量が得られない傾向があり、20
0μmを越えると電極を巻く際に厚くなりすぎて、電池
の組立が難しくなる傾向がある。
【0017】
【実施例】以下実施例により本発明を説明するが、本発
明はこれらにより制限されるものではない。
【0018】実施例1 (正極の作製)正極活物質として、LiCoO2を90
重量部、導電剤として黒鉛粉末(中越炭素社 CGL−
15)を5重量部、結合剤としてN−メチル−2−ピロ
リドンに溶解したポリフッ化ビニリデン(呉羽化学 K
FL−1110)を固形分として3重量部およびN−メ
チル−2−ピロリドンに溶解したポリエーテルアミド樹
脂(日立化成工業 HL−1250)を固形分として2
重量部になるようにプラネタリミキサを用いて混練し正
極用ペーストを得た。得られた正極用ペーストを集電体
として用いる厚さ20μmのアルミ箔上に両面塗布し、
これを200℃で1時間真空乾燥して正極を作製した。 (負極の作製)平均粒子径10μmの黒鉛粉末(中越炭
素社 CGL−15)90重量部と、結合剤としてN−
メチル−2−ピロリドンに溶解したポリフッ化ビニリデ
ン(呉羽化学 KFL−1110)を固形分として5重
量部、同じくN−メチル−2−ピロリドンに溶解したポ
リエーテルアミド樹脂(日立化成工業 HL−125
0)を固形分として5重量部混合し、プラネタリミキサ
を用いて混練し負極用ペーストを作製した。得られた負
極用ペーストを集電体として用いる厚さ10μmの銅箔
上に両面塗布し、200℃で1時間真空乾燥して負極を
作製した。 (電解質の作製)作製したフィルム状正極とフィルム状
負極を25μmのポリプロピレン製セパレーターを介し
て積層し、多数回渦巻き状に巻き、渦巻き状電極体を作
製した。 (二次電池の作製)渦巻き状電極体をニッケルメッキし
た鉄製電池缶に入れ、正極を正極リードにより電池蓋に
接続し、負極を負極リードによって電池缶に接続した。
この電池缶の中に、エチレンカーボネートとジメチルカ
ーボネートとの当体積混合溶媒に、LiPF6を1モル
/リットルの割合で溶かした電解液を注入し、二次電池
を作製した。
【0019】実施例2 (正極および負極の作製)ポリエーテルアミド樹脂の替
わりにポリエーテルアミドイミド樹脂(日立化成工業
HL−1210)を用いた以外は実施例1の方法と同様
にして正極および負極を作製した。 (電解質の作製)作製したフィルム状正極とフィルム状
負極を25μmのポリプロピレン製セパレーターを介し
て積層し、多数回渦巻き状に巻き、渦巻き状電極体を作
製した。 (二次電池の作製)渦巻き状電極体をニッケルメッキし
た鉄製電池缶に入れ、正極を正極リードにより電池蓋に
接続し、負極を負極リードによって電池缶に接続した。
この電池缶の中に、エチレンカーボネートとジメチルカ
ーボネートとの当体積混合溶媒に、LiPF6を1モル
/リットルの割合で溶かした電解液を注入し、二次電池
を作製した。
【0020】比較例1 負極及び正極を作製する際の結合剤としてN−メチル−
2−ピロリドンに溶解したポリフッ化ビニリデンを、負
極側に10重量部、正極側に5重量部それぞれ用いるこ
と以外は実施例1と同様にして二次電池を作製した。
【0021】比較例2 負極及び正極を作製する際の結合剤としてN−メチル−
2−ピロリドンに溶解したポリアミド樹脂を、負極側に
10重量部、正極側に5重量部それぞれ用いること以外
は実施例1と同様にして二次電池を作製した。
【0022】(各電池の結合剤と支持体との接着強度)
実施例1、2及び比較例1、2で作製した各電池につい
て、結合剤の種類および組み合わせを変えて作製した正
極および負極の表面にセロテープを貼り付け、その一端
をピール強度試験機に取り付け引っ張り強度を測定し、
接着強度を評価した結果を表1に示す。
【0023】(各電池の捲回性)実施例1、2及び比較
例1、2で作製した各電池について、正極および陰極を
直径4mmのチューブに巻き付けた後、フィルムを広
げ、塗膜表面のひび割れの有無を確認した結果を表1に
示す。
【0024】(各電池のサイクル特性)実施例1、2及
び比較例1、2で作製した各電池について、室温で、充
電電流1400mAで充電終止電圧4.2V迄充電した
後、放電電流1400mAで放電終止電圧2.5Vまで
放電するという一連のサイクル試験を行い、放電容量が
初期容量の80%まで低下するサイクル数(80%容量
サイクル数)を測定した結果を表1に示す。
【0025】
【表1】
【0026】実施例1および2の電極は、結着剤と支持
体の密着力が強く、サイクルテスト時にも結着剤と支持
体の剥離は発生せず、良好なサイクル特性を示した。また、
膨潤も殆ど見られなかった。比較例1の電極は、結着剤
と支持体の密着力が弱く、サイクルテスト時に結着剤と
支持体の界面で一部剥離が発生し、80%容量サイクル
数も低く、十分なサイクル特性が得られなかった。電解
液に対する膨潤性も一部観察された。また、比較例2の
電極は、結着剤と支持体の密着性は良好であったが、フィ
ルムを巻く際に結着剤部分にクラックが発生し、サイクル特性が低
下した。
【0027】
【発明の効果】本発明になる二次電池は、正極、及び負
極の少なくとも一方の結合剤、または、電極の支持体と
結合剤間の接着層の主成分としてポリフッ化ビニリデン
とポリエーテルアミド樹脂またはポリエーテルアミドイ
ミド樹脂を用いることにより、結合剤の支持体に対する
接着力が高く、良好なサイクル特性を得ることができ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 健博 千葉県市原市五井南海岸14番地 日立化成 工業株式会社五井工場内 Fターム(参考) 5H003 AA04 AA06 BB11 BD03 BD04 5H014 AA02 EE01 HH01 5H017 AA03 HH01 5H029 AJ11 AK02 AK03 AK05 AL06 AL08 AL16 AM01 AM02 AM03 AM07 BJ02 BJ14 DJ08 EJ12 HJ01 HJ02

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正極活物質と結合剤よりなる正極と、負
    極活物質と結合剤よりなる負極、および有機電解質で構
    成される二次電池において、正極または負極の少なくと
    も一方の結合剤が、ポリフッ化ビニリデンとポリエーテ
    ルアミド樹脂またはポリエーテルアミドイミド樹脂との
    混合物である二次電池。
  2. 【請求項2】 結合剤中にポリエーテルアミド樹脂また
    はポリエーテルアミドイミド樹脂を10〜90重量%含
    有する請求項1記載の二次電池。
  3. 【請求項3】 ポリエーテルアミド樹脂またはポリエー
    テルアミドイミド樹脂が、下記化1〔一般式(I)〕で
    表される繰り返し単位を有する樹脂である請求項1また
    は2記載の二次電池。 【化1】 [ただし、一般式(I)中、R1、R2、R3及びR4はそ
    れぞれ独立に水素、低級アルキル基、低級アルコキシ基
    またはハロゲン原子を示し、Xは結合、−O−、−S
    −、−C(=O)−、−SO2−、−S(=O)−、また
    は化2 【化2】 (ここでR5及びR6はそれぞれ独立に水素、低級アルキ
    ル基、トリフルオロメチル基、トリクロロメチル基、ま
    たはフェニル基を示す)で表される基を示し、Xは繰り
    返し単位毎に相違してもよく、Yは化3 【化3】 (ここで、Arは芳香族の2価の基を、Ar'は芳香族
    の3価の基を示す)で表される基を示し、Yは繰り返し
    単位毎に相違してもよい。]
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