JPH06111823A - 電池用電極及び非水系電池 - Google Patents

電池用電極及び非水系電池

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JPH06111823A
JPH06111823A JP4280472A JP28047292A JPH06111823A JP H06111823 A JPH06111823 A JP H06111823A JP 4280472 A JP4280472 A JP 4280472A JP 28047292 A JP28047292 A JP 28047292A JP H06111823 A JPH06111823 A JP H06111823A
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JP
Japan
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electrode
binder
polyvinylidene fluoride
battery
slurry
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JP4280472A
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English (en)
Inventor
Toshiyuki Noma
俊之 能間
Masatoshi Takahashi
昌利 高橋
Mayumi Uehara
真弓 上原
Hiroshi Kurokawa
宏史 黒河
Koji Nishio
晃治 西尾
Toshihiko Saito
俊彦 斎藤
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.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621Binders
    • 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

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】活物質及び要すれば導電剤を結着剤にて結着し
一体化してなる非水系電池用電極であって、前記結着剤
がヘキサフルオロプロピレン成分を主鎖に少なくとも1
個含有する変性ポリビニリデンフルオライドからなる。 【効果】耐熱性及び耐アルカリ性に優れる変性ポリビニ
リデンフルオライドが結着剤として使用されているの
で、量産性良く製造することが可能で、しかも活物質の
電極からの脱落がない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、活物質(本明細書で
は、活物質を単に吸蔵放出するに過ぎない炭素粉末など
も、活物質と称することとする。)を結着剤により結着
し一体化してなる電池用電極(以下、「結着型電極」と
称する。)及びそれを使用してなる非水系電池に係わ
り、特に前記結着剤の改良に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
非水系電池における結着型電極は、通常、電極の厚みを
薄くしてエネルギー密度を高くするために、結着剤を有
機溶媒に溶解(分散)させてなる溶液(分散液)に活物
質を加え、混練してスラリーとし、これを薄く集電体上
に塗布し、乾燥した後、圧延することにより作製されて
いる。
【0003】而して、結着剤としては、ポリビニリデン
フルオライド(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレ
ン(PTFE)などのフッ素樹脂が主に使用されてお
り、なかでもポリビニリデンフルオライドは、結着性、
及び、有機溶媒との相溶性に優れていることから、最も
汎用されている結着剤の一つである。
【0004】ところで、このポリビニリデンフルオライ
ドを結着剤として使用する場合、それを溶解(分散)さ
せるための有機溶媒として、N−メチルピロリドン(N
MP)や、ジメチルホルムアミド(DMF)など、通常
沸点が150〜200°Cの有機溶媒が使用されるの
で、スラリーを乾燥硬化させるためには、これらの有機
溶媒の沸点以上の温度にスラリーを加熱して有機溶媒を
蒸発除去する必要がある。
【0005】しかしながら、スラリーを有機溶媒の沸点
温度以上に加熱すると、ポリビニリデンフルオライドが
徐々に熱分解を起こし、その本来の結着力が低下してし
まうことが分かった。これでは、活物質が電極から脱落
し易くなり、放電容量の大きい非水系電池を得ることは
困難である。
【0006】このようなポリビニリデンフルオライドの
加熱時の熱分解は、減圧下、その分解温度より低い温度
でスラリーを乾燥するようにすれば防止し得るが、その
場合乾燥をオフラインでバッチ式に行う必要があるた
め、量産性が低下するという新たな問題が生じる。
【0007】また、ポリビニリデンフルオライドはアル
カリに弱いため、その有機溶液(結着剤溶液)をアルカ
リ性の活物質と混練してスラリーとして放置した場合、
比較的短時間で硬化する。したがって、スラリー調製後
速やかに使用に供さねばならず、予め大量に調製して保
存しておき電極作製時に必要量だけ分取して使用するこ
とはできない。このようなスラリーの可使時間からくる
制約も、量産性を高める上で解決されねばならない課題
の一つであった。
【0008】本発明は、以上の事情に鑑みなされたもの
であって、その目的とするところは、量産性良く製造す
ることが可能で、しかも活物質の電極からの脱落がない
結着型電極及びそれを正極又は負極として使用してなる
非水系電池を提供するにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の請求項1記載の発明に係る電池用電極(以下、「本発
明電極」と称する。)は、活物質及び要すれば導電剤を
結着剤にて結着し一体化してなる電池用電極であって、
前記結着剤が、下記化4で表されるヘキサフルオロプロ
ピレン成分を主鎖に少なくとも1個含有する変性ポリビ
ニリデンフルオライド(以下、単に「変性ポリビニリデ
ンフルオライド」と称する。)であることを特徴とす
る。
【0010】
【化4】
【0011】このように、本発明電極においては、結着
剤として、ヘキサフルオロプロピレン成分を主鎖に少な
くとも1個有し、それゆえ従来のポリビニリデンフルオ
ライドに比し耐熱性、耐アルカリ性に優れる変性ポリビ
ニリデンフルオライドが使用されているので、従来の結
着型電極において問題となっていたところの量産性の悪
さや、可使時間についての制約が解消される。
【0012】本発明電極は非水系電池の正負いずれの電
極にも適用可能である。
【0013】本発明電極を正極に使用した非水系電池の
具体例としては、リチウムとコバルト、ニッケル及びマ
ンガンよりなる群から選ばれた少なくとも一種の金属と
の複合酸化物及び要すれば導電剤を、変性ポリビニリデ
ンフルオライドにて結着し一体化してなる正極を備える
非水系電池(請求項2記載の発明に係る非水系電池)が
挙げられる。
【0014】上記複合酸化物の具体例としては、LiN
iO2 、LiCoO2 、LiNixCo1-x 2 (0<
x<1)、LiMnO2 、LiMn2 4 が、また上記
導電剤の具体例としては、アセチレンブラック、カーボ
ンブラック等の導電性炭素粉末が挙げられるが、これら
に限定されない。
【0015】なお、LiNiO2 、LiNix Co1-x
2 (0<x<1)などの活物質は、製法に由来してL
iOH等のアルカリ性不純物を多く含むため、それらと
ポリビニリデンフルオライドとのスラリーはポリビニリ
デンフルオライドがアルカリに弱いため硬化し易く、可
使時間に制約がある。
【0016】この点から、結着剤として耐アルカリ性に
優れる変性ポリビニリデンフルオライドが使用される本
発明電極は、アルカリ性物質を含有するLiNiO2
どを活物質とする電極に適用した場合に特に有用であ
る。
【0017】また本発明電極を負極に使用した非水系電
池の具体例としては、リチウムを吸蔵放出可能な物質及
び要すれば導電剤を、変性ポリビニリデンフルオライド
にて結着し一体化してなる負極を備える非水系電池(請
求項4記載の発明に係る非水系電池)が挙げられる。
【0018】本発明電極において結着剤として使用され
る変性ポリビニリデンフルオライドは、ポリビニリデン
フルオライドの炭素−炭素主鎖中に、先の化4で表され
るヘキサフルオロプロピレン成分が少なくとも1個組み
込まれた構造を有する。このように、ポリビニリデンフ
ルオライドの主鎖の一部にフッ素リッチのヘキサフルオ
ロプロピレン成分を導入することにより、その耐熱性及
び耐アルカリ性が大きく改良されるのである。
【0019】このように、本発明は、結着型電極の結着
剤として従来使用されていたポリビニリデンフルオライ
ドに比し耐熱性及び耐アルカリ性に優れる変性ポリビニ
リデンフルオライドを使用することとした点に特徴を有
するものである。それゆえ、本発明に係る非水系電池に
おける非水系電解質、集電体など、電池を構成する他の
部材については、従来非水系電池用として実用され、或
いは提案されている種々の材料を制限なく使用すること
が可能である。
【0020】たとえば、非水系電解液の溶媒としては、
プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、1,
2−ブチレンカーボネートなどの有機溶媒や、これらと
ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、1,2
−ジメトキエタン、1,2−ジエトキエタン、エトキシ
メトキシエタンなどの低沸点溶媒との混合溶媒が例示さ
れ、また溶質としてはLiPF6 、LiClO4 、Li
CF3 SO3 が例示される。
【0021】
【作用】本発明電極における結着剤は、耐熱性に優れて
いるので、電極作製時にスラリーを比較的高温下で加熱
乾燥しても結着剤の熱分解が起こりにくく、このため結
着強度が低下しにくい。また、本発明電極における結着
剤は、耐アルカリ性にも優れているので、アルカリ性を
示す活物質と混練して、スラリーとして長期間保存して
も硬化しにくい。
【0022】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明するが、本発明は下記実施例により何ら限定され
るものではなく、その要旨を変更しない範囲において適
宜変更して実施することが可能なものである。
【0023】(実施例1)水酸化リチウム(LiOH)
と水酸化ニッケル(Ni(OH)2 )との等モル混合物
を800°Cで加熱処理して、正極活物質としてのLi
NiO2 を得た。このLiNiO2 と、導電剤としての
炭素粉末と、変性ポリビニリデンフルオライド(ヘキサ
フルオロプロピレン成分を5重量%含有)をN−メチル
ピロリドンに溶かしてなる結着剤溶液とを、重量比率8
5:10:5で混練して正極用スラリーを調製した。こ
の正極用スラリーの初期及び24時間後の粘度を測定し
て粘度変化を調べたところ、変化は認められなかった。
次いで、上記正極用スラリーをアルミニウム箔に塗布
し、加熱してN−メチルピロリドンを蒸発除去した後、
圧延して非水系電池用正極を作製した。
【0024】(実施例2)炭酸リチウム(Li2
3 )と炭酸コバルト(CoCO3 )とのモル比1:2
の混合物を900°Cで加熱処理して、正極活物質とし
てのLiCoO2 を得た。このLiCoO2 をLiNi
2 に代えて使用したこと以外は実施例1と同様にして
正極用スラリーを調製した。この正極用スラリーの初期
及び24時間後の粘度を測定して粘度変化を調べたとこ
ろ、変化は認められなかった。次いで、この正極用スラ
リーを使用して、実施例1と同様に、非水系電池用正極
を作製した。
【0025】(実施例3)水酸化リチウムと二酸化マン
ガン(MnO2 )との等モル混合物を700°Cで加熱
処理して、正極活物質としてのLiMnO2 を得た。こ
のLiMnO2 をLiNiO2 に代えて使用したこと以
外は実施例1と同様にして正極用スラリーを調製した。
この正極用スラリーの初期及び24時間後の粘度を測定
して粘度変化を調べたところ、変化は認められなかっ
た。次いで、この正極用スラリーを使用して、実施例1
と同様に、非水系電池用正極を作製した。
【0026】(実施例4)黒鉛と、変性ポリビニリデン
フルオライド(ヘキサフルオロプロピレン成分を5重量
%含有)をN−メチルピロリドンに溶かしてなる結着剤
溶液とを、重量比率95:5で混練して負極用スラリー
を調製した。この負極用スラリーの初期及び24時間後
の粘度を測定して粘度変化を調べたところ、変化は認め
られなかった。次いで、上記負極用スラリーを銅箔に塗
布し、加熱してN−メチルピロリドンを蒸発除去した
後、圧延して非水系電池用負極を作製した。
【0027】(比較例1)結着剤として、変性ポリビニ
リデンフルオライドに代えてポリビニリデンフルオライ
ドを使用したこと以外は実施例1と同様にして、正極用
スラリーを得た。この正極用スラリーを放置したとこ
ろ、3時間後に硬化した。硬化前の初期の正極用スラリ
ーを使用して、実施例1と同様に、非水系電池用正極を
作製した。
【0028】(比較例2)結着剤として、変性ポリビニ
リデンフルオライドに代えてポリビニリデンフルオライ
ドを使用したこと以外は実施例2と同様にして、正極用
スラリーを得た。この正極用スラリーを放置したとこ
ろ、12時間後に硬化した。硬化前の初期の正極用スラ
リーを使用して、実施例2と同様に、非水系電池用正極
を作製した。
【0029】(比較例3)結着剤として、変性ポリビニ
リデンフルオライドに代えてポリビニリデンフルオライ
ドを使用したこと以外は実施例3と同様にして、正極用
スラリーを得た。この正極用スラリーを放置したとこ
ろ、12時間後に硬化した。硬化前の初期の正極用スラ
リーを使用して、実施例3と同様に、非水系電池用正極
を作製した。
【0030】(比較例4)結着剤として、変性ポリビニ
リデンフルオライドに代えてポリビニリデンフルオライ
ドを使用したこと以外は実施例4と同様にして、負極用
スラリーを得た。この負極用スラリーの初期及び24時
間後の粘度を測定して粘度変化を調べたところ、変化は
認められなかった。次いで、この負極用スラリーを使用
して、実施例4と同様に、非水系電池用負極を作製し
た。
【0031】(比較例5)N−メチルピロリドンを蒸発
除去する操作を、真空下、60°Cで行ったこと以外は
比較例4と同様にして、負極用スラリーを得た。この負
極用スラリーの初期及び24時間後の粘度を測定して粘
度変化を調べたところ、変化は認められなかった。次い
で、この負極用スラリーを使用して、比較例4と同様
に、非水系電池用負極を作製した。
【0032】上記比較例4及び5において、初期及び2
4時間後の粘度間に変化が認められなかったのは、アル
カリ性物質が各スラリー中に含まれていないからであ
る。
【0033】(結着性試験)実施例1〜4及び比較例1
〜5で得た各電極について、結着剤の結着性の良否をバ
ネ秤を使用して調べた。バネ秤のフックを両面テープの
片面に取付け、もう一方の面を電極に張りつけた状態
で、バネ秤で引っ張り、電極が剥離した時点のバネ秤の
引っ張り荷重を結着強度とした。結果を次の表1に示
す。
【0034】
【表1】
【0035】表1より、実施例1〜4で作製した本発明
電極は、剥離時の荷重がいずれも5kg/cm2 と大き
く強固に結着されているのに対して、比較例1〜4で作
製した各比較電極は、剥離時の荷重が1kg/cm2
は2kg/cm2 と小さく、結着強度が低いことが分か
る。なお、比較例5で作製した比較電極の剥離時の荷重
が5kg/cm2 と大きいのは、60°Cという低温で
加熱したため、ポリビニリデンフルオライドに熱分解が
起こらなかったからである。しかし、この比較例5の作
製法には量産性の点で問題があることは既述したとおり
である。
【0036】(各スラリーの放置時間と粘度との関係)
実施例1〜4及び比較例1〜4で調製した各スラリーに
ついて、室温下において放置した場合の放置時間と粘度
との関係を調べた。結果を図1に示す。
【0037】図1は、スラリーの粘度と放置時間との関
係を示すグラフであり、縦軸にスラリーの粘度(cp)
を、横軸に放置時間(h)をとって示したものである。
同グラフより、実施例1〜4において調製した各スラリ
ーは24時間放置後においても粘度が全く上昇せず硬化
していないのに対して、比較例1〜3で調製した各スラ
リーは12時間以内に粘度が上昇して硬化してしまうこ
とが分かる。
【0038】
【発明の効果】本発明電極は、耐熱性及び耐アルカリ性
に優れる変性ポリビニリデンフルオライドが結着剤とし
て使用されているので、量産性良く製造することが可能
で、しかも活物質の電極からの脱落がないなど、本発明
は優れた特有の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】スラリーの粘度と放置時間との関係を示すグラ
フである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒河 宏史 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三洋 電機株式会社内 (72)発明者 西尾 晃治 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三洋 電機株式会社内 (72)発明者 斎藤 俊彦 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三洋 電機株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】活物質及び要すれば導電剤を結着剤にて結
    着し一体化してなる電池用電極であって、前記結着剤
    が、下記化1で表されるヘキサフルオロプロピレン成分
    を主鎖に少なくとも1個含有する変性ポリビニリデンフ
    ルオライドであることを特徴とする電池用電極。 【化1】
  2. 【請求項2】リチウムとコバルト、ニッケル及びマンガ
    ンよりなる群から選ばれた少なくとも一種の金属との複
    合酸化物及び要すれば導電剤を、結着剤にて結着し一体
    化してなる正極を備える非水系電池において、前記結着
    剤が、下記化2で表されるヘキサフルオロプロピレン成
    分を主鎖に少なくとも1個含有する変性ポリビニリデン
    フルオライドであることを特徴とする非水系電池。 【化2】
  3. 【請求項3】前記複合酸化物がLiNiO2 又はLiN
    iO2 を主成分とするものである請求項2記載の非水系
    電池。
  4. 【請求項4】リチウムを吸蔵放出可能な物質及び要すれ
    ば導電剤を、結着剤にて結着し一体化してなる負極を備
    える非水系電池において、前記結着剤が、下記化3で表
    されるヘキサフルオロプロピレン成分を主鎖に少なくと
    も1個含有する変性ポリビニリデンフルオライドである
    ことを特徴とする非水系電池。 【化3】
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0831408A (ja) * 1994-05-13 1996-02-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非水電解質リチウム二次電池用正極およびその製造方法
WO2002073720A3 (en) * 2001-02-20 2003-05-01 Atofina Binder composition

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