电极涂覆液用分散剂、含有该电极涂覆液用分散剂的电极涂覆液组合物、使用该电极涂覆液组合物制成的蓄电装置用电极以及具有该电极的蓄电装置

文档序号:1436455 发布日期:2020-03-20 浏览:16次 >En<

阅读说明:本技术 电极涂覆液用分散剂、含有该电极涂覆液用分散剂的电极涂覆液组合物、使用该电极涂覆液组合物制成的蓄电装置用电极以及具有该电极的蓄电装置 (Dispersant for electrode coating liquid, electrode coating liquid composition containing the dispersant for electrode coating liquid, electrode for electricity storage device using the electrode coati) 是由 祖父江绫乃 齐藤恭辉 后居洋介 伊藤圭树 东崎哲也 星原悠司 松本真昌 于 2018-01-24 设计创作,主要内容包括:提供一种含有蓄电装置的电极涂覆液用分散稳定剂的组合物,该分散稳定剂的电极活性物质和导电材料的分散稳定性优异,即使使用弱剪切力的分散装置也能够制作均匀的电极。蓄电装置的电极涂覆液用分散剂的特征在于含有满足下述(a)至(c)的纤维素纤维。(a)宽度短者的数均宽度为2~200nm;(b)长宽比为7.5以上且250以下;(c)具有纤维素I型结晶,并且其结晶度为70%以上且95%以下。(Provided is a composition containing a dispersion stabilizer for an electrode coating liquid of an electricity storage device, which has excellent dispersion stability of an electrode active material and a conductive material and can produce a uniform electrode even when a dispersion device with a weak shear force is used. A dispersant for an electrode coating liquid for an electricity storage device is characterized by containing cellulose fibers satisfying the following (a) to (c). (a) The number average width of the shorter one is 2-200 nm; (b) an aspect ratio of 7.5 or more and 250 or less; (c) has a cellulose I-type crystal and has a crystallinity of 70% or more and 95% or less.)

电极涂覆液用分散剂、含有该电极涂覆液用分散剂的电极涂 覆液组合物、使用该电极涂覆液组合物制成的蓄电装置用电 极以及具有该电极的蓄电装置

技术领域

本发明涉及电极涂覆液用分散剂、含有该电极涂覆液用分散剂的电极涂覆液组合物、使用该电极涂覆液组合物制成的蓄电装置用电极以及具有该蓄电装置用电极的蓄电装置。

背景技术

近年来,作为电子设备的驱动用电源,需要电压高且具有高能量密度的蓄电装置。特别是锂离子二次电池、锂离子电容器等,作为高电压、高能量密度的蓄电装置而备受期待。这样使用在蓄电装置中的电极通常通过将电极活性物质粒子、导电材料粒子、结合剂的混合物向集流体表面涂布并干燥来制造。作为蓄电装置的一个例子,可以列举:锂离子二次电池、双电层电容器、锂离子电容器等。这些蓄电装置主要由电极、非水电解液以及隔膜等部件构成。

其中,蓄电装置用电极例如通过将使电极活性物质和导电材料与结合剂一起分散于有机溶剂或水中而得到的蓄电装置用电极合剂液涂布在作为集流体表面的金属箔上并使其干燥而形成。蓄电装置的特性虽然在很大程度上被所使用的电极粒子材料、电解质、集流体等主要构成材料所左右,但也在很大程度上被作为添加剂而使用的结合剂、增稠稳定剂、分散剂所左右。蓄电装置用结合剂主要分为使聚合物溶解于有机溶剂中而成的有机溶剂系结合剂以及使聚合物溶解或分散于水中而成的水系的结合剂。特别是最近,由于能够降低环境负荷和制作成本以及改善作业环境,因此使用水系的结合剂的水系蓄电装置用电极合剂受到注目。现状是,对于电极活性物质、导电材料这样的电极材料,随着电池的高容量化、高能量化,纳米材料化正在推进。

但是,水系蓄电装置用电极制作中存在各种各样的问题,特别是正极材料,溶剂系涂料依然是主流。电极活性物质、导电材料由于疏水性高,所以难以均匀地分散在水系介质中,如果使用了分散不充分的电极合剂,则向集流体的涂覆性变差,存在电极不均匀、凝集块残留在电极表面并且在做成电池时存在发生短路等问题。

为了改善以上示出的问题,需要在水系电极涂覆液中赋予能够提高分散稳定性的分散稳定剂。分散稳定剂是为了使电极活性物质、导电材料分散、稳定化并且赋予适合电极涂覆液涂覆的粘性而添加。现有技术中,水溶性高分子被用作分散稳定剂,其中,羧甲基纤维素盐的分散稳定力优异,故常被使用(专利文献1、专利文献2)。但是,在羧甲基纤维素盐中,根据电极用纳米材料的种类,有时存在分散稳定性不够、稳定分散所需时间长、发生电极涂覆液的涂覆不良等问题。

特别是,关于电极活性物质的分散,通过将电极活性物质、增粘·稳定剂、分散介质、其他成分混合并制作电极涂覆液来实施。此时,为了提高电极活性物质的分散性,优选使用分散能力强的混合·分散机(专利文献3、专利文献4)。但是,在使用了这样的混合·分散机的情况下,如果对电极材料施加过强的剪切力,则有可能使电极活性物质表面损伤、崩解,这也会导致电池特性的劣化。因此,需要一种即使用弱的剪切力,也能够分散的技术和分散稳定剂。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2011-192610号公报

专利文献2:日本特开2010-238575号公报

专利文献3:日本特开2010-279896号公报

专利文献4:国际公开第10/018771号公报

发明内容

发明欲解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种电极涂覆液用分散剂、含有该分散剂的电极涂覆液组合物、使用该组合物制成的蓄电装置用电极以及具有该蓄电装置用电极的蓄电装置,该电极涂覆液用分散剂的电极活性物质、导电材料的分散稳定性优异,即使使用弱剪切力的分散装置,也能够制作均匀的电极涂覆液组合物。

用于解决问题的技术手段

本发明人为了得到使电极活性物质以及难分散性的导电剂的分散稳定性优异并且即使用弱剪切力的分散装置也能够制作均匀的电极的电极涂覆液用分散剂而反复进行了深入研究。在研究过程中,着眼于满足预定条件的纤维素纤维。而且,发现含有该纤维素纤维的电极涂覆液用分散剂能够解决预期的课题,从而完成本发明。即,本发明提供了以下[1]至[7]。

[1]一种电极涂覆液用分散剂,其特征在于,含有满足下述(a)至(c)的纤维素纤维,

(a)宽度短者的数均宽度为2nm以上且200nm以下;

(b)长宽比为7.5以上且250以下;

(c)具有纤维素I型结晶并且其结晶度为70%以上且95%以下。

[2]根据[1]所述的电极涂覆液用分散剂,其特征在于,上述纤维素纤维还满足下述(d),

(d)具有阴离子性官能团。

[3]根据[2]所述的电极涂覆液用分散剂,其特征在于,上述纤维素纤维还满足下述(e),

(e)上述阴离子性官能团是羧基,并且羧基的含量为1.2mmol/g以上且2.5mmol/g以下。

[4]一种电极涂覆液组合物,其特征在于,含有[1]至[3]中之一所述的电极涂覆液用分散剂。

[5]根据[4]所述的电极涂覆液组合物,其特征在于,上述纤维素纤维的含量相对于蓄电装置用涂覆液组合物的固体成分100质量%为0.05质量%以上且5.00质量%以下。

[6]一种蓄电装置用电极,其特征在于,上述蓄电装置用电极包括[4]或[5]所述的电极涂覆液用组合物的干燥物。

[7]一种蓄电装置,其特征在于,上述蓄电装置具有[6]所述的蓄电装置用电极。

发明效果

本发明的电极涂覆液用分散剂由于具有高的分散稳定性效果使得电极材料均匀地分散从而能够得到没有偏倚的电极涂覆液组合物以及由此做成的电极,得到的该蓄电装置的电子传导性高,从而得到内部电阻低,因此具有电池性能变高的效果。

进一步地,本发明的电极涂覆液用分散剂由于具有上述优异的分散效果,因此不需要现有技术中为了使电极涂覆液组合物的均匀分散所需要的强力的机械分散操作,利用具有弱剪切力的简易的机械分散装置即可以实现电极涂覆液组合物的均匀分散。

具体实施方式

接下来,对本发明的实施方式进行详细说明。本发明的电极涂覆液用分散剂含有预定的纤维素纤维。

(a)宽度短者的数均宽度

上述纤维素纤维中,宽度短者的数均宽度为2nm以上且200nm以下。如果宽度短者的数均宽度小于2nm,则分散稳定性有可能变差,如果超过200nm,则分散能力有可能下降。

上述数均宽度能够用以下方法进行测定。即,制备以固体成分率计为0.05~0.1质量%的微细纤维素纤维的水分散体,将该分散体浇铸在已完成亲水化处理的碳膜被覆栅格上,作为透射型电子显微镜(TEM)的观察用试样。然后,根据构成的纤维的大小,以5000倍、10000倍或者50000倍中的任意倍率进行基于电子显微镜图像的观察。此时,在得到的图像内假想纵横任意的图像宽度的轴,调节试样和观察条件(倍率等),使20根以上的纤维与该轴交叉。然后,在得到满足该条件的观察图像之后,针对该图像,在每一张图像中画上纵横各2根随机的轴,目视读取与轴交错的纤维的宽度。这样,用电子显微镜拍摄最少三张不重复的表面部分的图像,并分别读取与2个轴交错的纤维的宽度值(因此,得到最少20根×2×3=120根的宽度信息)。利用这样得到的纤维的数均宽度的数据,算出宽度短者以及宽度长者的数均宽度。

(b)长宽比

上述纤维素纤维的长宽比为7.5以上且250以下,更优选为25以上且75以下。在上述长宽比小于7.5的情况下,电极材料的分散性有可能不充分,在超过250的情况下,在电极材料的分散中需要强剪切力,有可能损伤电极材料。

上述纤维素纤维的长宽比例如能够用以下方法进行测定,即:在将纤维素浇铸在已完成亲水化处理的碳膜被覆栅格上之后,从用2%乙酸双氧铀(uranyl acetate)进行负染色后的TEM像(倍率:10000倍)观察纤维素纤维的宽度短者的数均宽度以及宽度长者的数均宽度。即,根据之前叙述的方法,算出宽度短者的数均宽度以及宽度长者的数均宽度,并且使用这些值根据下述式(1)算出长宽比。

长宽比=宽度长者的数均宽度(nm)/宽度短者的数均宽度(nm)···(1)

(c)纤维素I型结晶度

上述纤维素纤维具有纤维素I型结晶,并且其结晶度为70%以上。在结晶度小于70%的情况下,无法展现来自于纤维素结晶结构的特性,电极材料的分散性有可能不充分。结晶度也可以进一步优选为80%以上。结晶度的上限没有特别限制,从电极材料的分散所需要的剪切力的观点考虑,优选为95%以下,更优选为92%以下。

在本发明中,纤维素的结晶度是根据基于X射线衍射法的衍射强度值利用Segal法算出的纤维素I型结晶度,由下述式(2)定义。

纤维素I型结晶度(%)=〔(I22.6-I18.5)/I22.6〕×100…(2)

式中,I22.6表示X射线衍射中的晶面(002面)(衍射角2θ=22.6°)的衍射强度,I18.5表示非晶部(衍射角2θ=18.5°)的衍射强度。需要说明的是,纤维素I型是指天然纤维素的晶形,纤维素I型结晶度是指结晶区域量在纤维素总体中所占的比例。

上述纤维素纤维可以用公知的方法进行制造。虽然没有特别限定,但是具体而言,例如通过使天然纤维素纤维悬浮在水中,并且利用高压均质机或者研磨机等对其进行处理以微细化从而得到。

作为天然纤维素纤维,只要是来源于植物或动物、微生物的纤维素纤维,则没有特别限制,可以列举:来源于针叶树或阔叶树的牛皮纸浆、溶解纸浆、棉绒、纤维素纯度低的木质纤维素、木粉、草木纤维素、细菌纤维素等。

另外,上述纤维素纤维可以使用由细菌产生的细菌纤维素纤维。作为上述细菌,可以列举醋杆菌(Acetobacter)属等,更具体而言,可以列举:醋酸杆菌(Acetobacteraceti)、醋杆菌亚种(Acetobacter subsp.)、木醋杆菌(Acetobacter xylinum)等。通过培养这些细菌,从而由细菌产生纤维素。得到的产物由于包括细菌和由该细菌产生且与该细菌连着的纤维素纤维(细菌纤维素),因此从培养基取出该产物,并对其进行水洗或碱处理等来除去细菌,从而能够得到不含细菌的含水细菌纤维素。

(d)阴离子性官能团

上述纤维素纤维从能够维持I型结晶结构、并且能够高效地解纤至规定的纤维直径的观点考虑,优选具有阴离子性基团的纤维素纤维。

作为阴离子性基团,没有特别限制,可以列举:羧酸基、磷酸基、磺酸基、硫酸基、或形成盐的这些基团,可以具有这些中的一种,也可以具有两种以上。另外,也可以在构成纤维素的葡萄糖单元与上述阴离子性基团之间具有连结基。

作为阴离子性基团的盐,没有特别限制,可以列举:钠盐、钾盐、锂盐等碱金属盐;镁盐、钙盐、钡盐等碱土金属盐;铵盐、鏻盐等鎓盐;伯胺、仲胺、叔胺等的胺盐等。

在阴离子性基团中,如上所述,存在羧酸基、磷酸基、磺酸基、硫酸基等酸型、和羧酸盐基、磷酸盐基、磺酸盐基、硫酸盐基等盐型,但是作为优选的实施方式,是包含盐型的阴离子性基团的情况,可以使用只具有盐型的阴离子性基团的纤维素纤维,也可以使用盐型的阴离子性基团和酸型的阴离子性基团混合存在的纤维素纤维。

此处,作为一个实施方式涉及的具有阴离子性官能团的上述纤维素纤维的例子,示例了对构成纤维素的葡萄糖单元的羟基进行氧化而成的氧化纤维素,更具体地进行说明,也对制造方法的例子进行说明。

作为氧化纤维素,没有特别限制,优选的是葡萄糖单元的6位羟基被选择性地氧化后的纤维素。氧化纤维素是葡萄糖单元上的6位羟基被选择性地氧化后的纤维素例如可以通过13C-NMR谱图来确认。

需要说明的是,氧化纤维素虽然在具有羧酸基(COOH)和/或羧酸盐基(COOX,此处,X表示与羧酸形成盐的阳离子)的同时也可以具有醛基或酮基,但是优选实质上不具有醛基和酮基。

(e)羧基含量

上述纤维素纤维的羧酸基的含量(以下,称为羧基量)优选为1.2mmol/g以上,更优选为1.5mmol/g以上。另外,优选为2.5mmol/g以下,更优选为2.0mmol/g以下。在上述羧基量为上述范围内的情况下,电极材料的分散性良好。上述纤维素纤维的羧基量的测定例如可以如下进行:由精确称量了干燥质量的纤维素试样制备60mL的0.5~1质量%浆料,利用0.1M的盐酸水溶液将pH调整为约2.5之后,滴加0.05M的氢氧化钠水溶液,进行导电度测定。测定持续到pH约为11为止。可以根据在导电度变化缓慢的弱酸的中和阶段消耗的氢氧化钠量(V),按照下述式(3)求出羧基量。

羧基量(mmol/g)=V(mL)×〔0.05/纤维素质量〕…(3)

需要说明的是,羧基量的调整如后所述地,可以通过控制在纤维素纤维的氧化工序中使用的共氧化剂的添加量、反应时间来进行。

上述氧化纤维素纤维可以利用以下制造方法得到,该制造方法中包括:氧化反应工序(1),以天然纤维素纤维作为原料,在水中以N-氧自由基化合物作为氧化催化剂,并使共氧化剂作用,从而将该天然纤维素纤维氧化而得到反应物;精制工序(2),除去杂质而得到含浸有水的反应物;以及分散工序(3),使含浸有水的反应物分散于溶剂。

(1)氧化反应工序

在使天然纤维素纤维和N-氧自由基化合物分散于水(分散介质)之后,添加共氧化剂,开始反应。反应中,滴加0.5M的氢氧化钠水溶液,将pH保持在10~11,在确认pH不再变化的时间点视为反应结束。此处,共氧化剂不是指直接对纤维素羟基进行氧化的物质,而是指对作为氧化催化剂而使用的N-氧自由基化合物进行氧化的物质。

上述天然纤维素纤维是指从植物、动物、细菌产生凝胶等纤维素的生物合成系统中分离出的精制纤维素纤维。更具体而言,可以列举:针叶树系纸浆、阔叶树系纸浆、棉绒、皮棉等棉系纸浆、麦秆纸浆、甘蔗渣纸浆等非木材系纸浆、细菌纤维素纤维(BC)、从海鞘中分离的纤维素纤维、从海草中分离的纤维素纤维等。这些可以单独使用,也可以两种以上并用。在这些中,优选针叶树系纸浆、阔叶树系纸浆、棉绒、皮棉等棉系纸浆;麦秆纸浆、甘蔗渣纸浆等非木材系纸浆。上述天然纤维素纤维如果实施了打浆等提高表面积的处理,则能够提高反应效率,并且提高生产率,因此优选。另外,作为上述天然纤维素纤维,如果使用在分离、精制之后未干燥(从未干燥)而保存的纤维,则微纤丝的集束体是容易溶胀的状态,因此能够提高反应效率、减小微细化处理后的数均纤维直径,因此优选。

上述反应中的天然纤维素纤维的分散介质是水,反应水溶液中的天然纤维素纤维浓度只要是试剂(天然纤维素纤维)能够充分扩散的浓度,则可以是任意浓度。通常情况下,相对于反应水溶液的质量约为5%以下,不过通过使用机械搅拌力强的装置,能够提高反应浓度。

另外,作为上述N-氧自由基化合物,例如可以列举:一般作为氧化催化剂而使用的具有硝基氧自由基的化合物。上述N-氧自由基化合物优选水溶性的化合物,其中,优选哌啶氮氧自由基(Piperidine nitroxyoxy radical),特别优选2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧化物(TEMPO)或4-乙酰胺-TEMPO。上述N-氧自由基化合物的添加作为催化剂量是充分的,优选在0.1~4mmol/L、进一步优选在0.2~2mmol/L的范围内添加到反应水溶液中。

作为上述共氧化剂,例如可以列举:次卤酸或其盐、亚卤酸或其盐、过卤酸或其盐、过氧化氢、过有机酸等。这些可以单独使用,也可以两种以上并用。其中,优选次氯酸钠、次溴酸钠等碱金属次卤酸盐。而且,在使用上述次氯酸钠的情况下,从反应速度考虑,优选在溴化钠等溴化碱金属的存在下进行反应。上述溴化碱金属的添加量相对于上述N-氧自由基化合物约为1~40倍摩尔量,优选约为10~20倍摩尔量。

上述反应水溶液的pH优选维持在约8~11的范围。水溶液的温度虽然在约4~40℃中是任意的,但是反应能够在室温(25℃)下进行,不需要特别控制温度。为了得到期望的羧基量等,利用共氧化剂的添加量和反应时间来控制氧化的程度。通常,反应时间约为5~120分钟,最长也在240分钟以内完成。另外,通过控制共氧化剂的添加量和反应水溶液的pH,能够控制纤维素分子的水解程度,并且也可以任意设定纤维素纤维的长宽比。

(2)精制工序

接着,为了除去未反应的共氧化剂(次氯酸等)、各种副产物等而进行精制。反应物纤维通常在该阶段并不是零散地分散至纳米纤维单位,因此通过反复进行通常的精制法即水洗和过滤,而制成高纯度(99质量%以上)的反应物纤维和水的分散体。

上述精制工序中的精制方法只要是诸如利用离心脱水的方法(例如,连续式倾析器)能够达成上述目的的装置,则使用什么样的装置都可以。这样得到的反应物纤维的水分散体在挤干状态下固体成分(纤维素纤维)浓度处于大约10质量%~50质量%的范围。考虑到之后的分散工序,如果设定为高于50质量%的固体成分浓度,则分散需要极高的能量,因此不优选。

(3)分散工序(微细化处理工序)

使在上述精制工序中得到的含浸有水的反应物(水分散体)分散在分散介质中,进行分散处理。粘度随着处理而上升,能够得到微细化处理后的纤维素纤维的分散体。需要说明的是,随着纤维素纤维的微细化,纤维素纤维在长度方向的切断也同时发生,因此通过控制微细化处理的程度(例如,分散机的处理剪切力、处理压力、处理次数、处理时间等),能够任意地设定纤维素纤维的长宽比。然后,根据需要,也可以对上述纤维素纤维进行干燥,作为上述纤维素纤维的分散体的干燥法,例如在分散介质是水的情况下,可以使用喷雾干燥法、冷冻干燥法、真空干燥法等,在分散介质是水和有机溶剂的混合溶液的情况下,可以使用基于滚筒干燥机的干燥法、基于喷雾干燥机的喷雾干燥法等。需要说明的是,也可以不对上述纤维素纤维的分散体进行干燥而以分散体的状态使用。

作为上述分散工序中使用的分散机,通过使用高速运转下的均质混合机、高压均质机、超高压均质机、超声波分散处理机、打浆机、盘式磨浆机、圆锥式磨浆机、双盘式磨浆机、研磨机等具有以强力进行打浆能力的装置,能够更高效且高度地缩小尺寸,在经济方面有利地得到含水润滑剂组合物,在这一点上优选。需要说明的是,作为上述分散机,例如,使用螺杆式混合机、桨式混合机、分散式混合机、涡轮式混合机、分散器、螺旋桨式混合机、捏合机、搅拌机、均质机、超声波均质机、胶体磨、卵石磨、珠磨粉碎机等也可以。另外,也可以将两种以上的分散机组合使用。

(4)还原工序

上述纤维素纤维优选在上述氧化反应之后进一步进行还原反应。具体而言,将氧化反应后的微细氧化纤维素纤维分散在精制水中,将水分散体的pH调整为约10,利用各种还原剂进行还原反应。作为本发明中使用的还原剂,可以使用一般的还原剂,但优选地可以列举:LiBH4、NaBH3CN、NaBH4等。其中,从成本、可利用性的角度考虑,优选NaBH4

还原剂的量以微细氧化纤维素纤维为基准,优选为0.1~4质量%的范围,特别优选是1~3质量%的范围。反应在室温或比室温稍高的温度下,通常进行10分钟~10小时,优选为30分钟~2小时。

本发明的蓄电装置的电极用涂覆液中,含有上述纤维素纤维作为分散稳定剂。

上述纤维素纤维的含量优选相对于蓄电装置用涂覆液组合物的固体成分100质量%为0.05质量%以上且5.00质量%以下,更优选为0.1质量%以上且2.0质量%以下。在上述纤维素纤维的含量小于0.05质量%的情况下,发生分散稳定性变差的不良状况,在超过5.00质量%的情况下,电池的内部电阻增加,涂料的触变性变高,因此发生难以制作涂料这样的不良状况。

本发明的蓄电装置的电极用涂覆液组合物中,可以在不妨碍本发明的效果的范围内添加其他增稠剂、分散稳定剂。上述纤维素纤维与其他增稠剂、分散稳定剂之间的混合比率优选为99:1~50:50的范围。特别是,考虑到涂料制作时的粘度、制作后涂料的保存稳定性、涂覆中的触变性等,优选为95:5~80:20。另外,此时,上述纤维素纤维与其他增稠·稳定剂的含量优选相对于蓄电装置用涂覆液组合物的固体成分100质量%为0.2质量%以上且10.00质量%以下。

作为上述增稠剂、分散稳定剂,可以使用公知的增稠剂、分散稳定剂,没有特别限制,但具体而言,可以使用从羟甲基纤维素、羧甲基纤维素及其碱金属盐、甲基纤维素、乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素等纤维素类;聚丙烯酸、聚丙烯酸钠盐(Polyacrylic acid soda)等多元羧酸系化合物;聚乙烯基吡咯烷酮等具有乙烯基吡咯烷酮结构的化合物;聚丙烯酰胺、聚环氧乙烷、聚乙烯醇、海藻酸钠盐、黄原胶、角叉菜胶、瓜尔胶、琼脂、淀粉等中选出的一种或者两种以上。其中,可以优选使用羧甲基纤维素盐。

作为本发明的蓄电装置的电极用涂覆液组合物中使用的电极用结合剂,可以列举具有水溶性和/或水分散性的高分子化合物,例如可以使用聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯与六氟丙烯或全氟甲基乙烯基醚和四氟乙烯的共聚物等聚偏二氟乙烯共聚物树脂、聚四氟乙烯、氟橡胶等氟系树脂、苯乙烯-丁二烯橡胶、乙烯-丙烯橡胶、苯乙烯-丙烯腈共聚物等聚合物、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺树脂以及环氧树脂等的水分散物,但不限于此。这些结合剂可以单独使用或者两种以上并用、或者使用两种以上的树脂复合型结合剂。

作为本发明的蓄电装置,可以列举公知的蓄电装置,没有特别限制,具体而言,可以列举:锂二次电池、锂离子电容器等。

作为在本发明的锂二次电池的正极中使用的正极活性物质,只要能够进行锂离子的嵌入、脱嵌,则没有特别限制。作为例子,可以列举:CuO、Cu2O、MnO2、MoO3、V2O5、CrO3、MoO3、Fe2O3、Ni2O3、CoO3等金属氧化物;LixCoO2、LixNiO2、LixMn2O4、LiFePO4等锂与过渡金属的复合氧化物;TiS2、MoS2、NbSe3等金属硫属化物;和聚并苯、聚对苯、聚吡咯、聚苯胺等导电性高分子化合物等。

上述中,从一般称为高电压类的钴、镍、锰等过渡金属中选出的一种以上与锂的复合氧化物在锂离子的释放性、容易得到高电压的点上优选。作为钴、镍、锰与锂的复合氧化物的具体例,可以列举LiCoO2、LiMnO2、LiMn2O4、LiNiO2、LiNixCo(1-x)O2、LiMnaNibCoc(a+b+c=1)等。

另外,在这些锂复合氧化物中,也可以使用掺杂了少量氟、硼、铝、铬、锆、钼、铁等元素后的复合氧化物、将锂复合氧化物的粒子表面用碳、MgO、Al2O3、SiO2等进行了表面处理后的复合氧化物。上述正极活性物质也可以并用两种以上。

作为在上述锂二次电池的负极中使用的负极活性物质,只要是能够将金属锂或锂离子嵌入/脱嵌的负极活性物质,则没有特别限制,可以使用公知的活性物质。例如,可以使用天然石墨、人造石墨、难石墨化碳、易石墨化碳等碳材料。另外,也可以使用金属锂、合金、锡化合物等金属材料、锂过渡金属氮化物、结晶性金属氧化物、非晶质金属氧化物、硅化合物、导电性聚合物等,作为具体例,可以列举:Li4Ti5O12、NiSi5C6等。

对于本发明的蓄电装置,例如作为双电层电容器用电极中使用的电极活性物质,通常使用碳的同素异形体。作为碳的同素异形体的具体例,可以列举:活性炭、聚并苯、碳晶须以及石墨等,可以使用它们的粉末或纤维。优选的电极活性物质是活性炭,具体而言,可以列举以酚醛树脂、人造丝、丙烯腈树脂、沥青以及椰子壳等为原料的活性炭。

在本发明的锂离子电容器用电极中使用的电极活性物质中,作为锂离子电容器用电极的正极中使用的电极活性物质,只要能够可逆地承载锂离子和例如四氟硼酸盐这样的阴离子即可。具体而言,通常,使用碳的同素异形体,在双电层电容器中使用的电极活性物质可以被广泛使用。

在锂离子电容器用电极的负极中使用的电极活性物质是能够可逆地承载锂离子的物质。具体而言,在锂离子二次电池的负极中使用的电极活性物质能够被广泛使用。优选地,可以列举:石墨、难石墨化碳等结晶性碳材料、也作为上述正极活性物质说明过的聚并苯系物质(PAS)等。这些碳材料和PAS可以使用使酚醛树脂等碳化并根据需要而活化然后进行粉碎后的物质。

在本发明的蓄电装置用电极中根据需要可使用导电剂。作为该导电剂,只要是不对电池性能产生不良影响的电子传导性材料,都可以使用。通常使用乙炔黑、科琴黑等炭黑,但是也可以使用天然石墨(鳞状石墨、鳞片状石墨、土状石墨等)、人造石墨、碳晶须、碳纤维、金属(铜、镍、铝、银、金等)粉末、金属纤维、导电性陶瓷材料等导电性材料。这些可以使用一种或者两种以上混合物。其添加量相对于活性物质量优选为0.1~30质量%,特别优选为0.2~20质量%。

作为本发明的蓄电装置中使用的电极活性物质的集流体,只要是不会对构成的电池产生不良影响的电子传导体,使用什么都可以。例如,作为正极用集流体,除了铝、钛、不锈钢、镍、煅烧碳、导电性高分子、导电性玻璃等之外,为了提高粘合性、导电性、抗氧化性,可以使用将铝、铜等的表面用碳、镍、钛、银等进行处理后的物质。另外,作为负极用集流体,除了铜、不锈钢、镍、铝、钛、煅烧碳、导电性高分子、导电性玻璃、Al-Cd合金等之外,为了提高粘合性、导电性、抗氧化性,可以使用将铜等的表面用碳、镍、钛、银等进行处理后的物质。这些集流体材料也可以对表面进行氧化处理。另外,对于其形状,除了箔状以外,也可以使用膜状、片状、网状、冲压或延展而成的物质、板条体、多孔体、发泡体等成形体。厚度没有特别限制,但通常使用厚度1~100μm者。

本发明的蓄电装置的电极例如可以通过以下方式来制造,即:将电极活性物质、导电剂、电极活性物质的集流体以及使电极活性物质和导电剂粘结在集流体上的结合剂等混合而制备浆料状的电极材料,并且涂布在成为集流体的铝箔或铜箔等上,并且使分散介质挥发。

上述电极材料的混合方法/顺序等没有特别限制,例如可以将活性物质和导电剂预先混合而使用,在这种情况下的混合中,可以使用乳钵、研磨混合机、行星式球磨机或摇床式球磨机等球磨机、机械融合等。进一步地,本发明的分散稳定剂由于不发生由于混合时的切断而导致的粘度下降,因此也可以使用高压均质机、超高压均质机、高速旋转混合机、薄膜旋回式分散机等高剪切分散机,电极活性物质的分散性更加提高。另外,在本发明中,也可以在不预先混合活性物质和导电剂的情况下使用,除了上述手法之外,通过使用自动旋转混合机、高速均质混合机,从而能够制作保存稳定性良好的纳米材料水分散体。另外,在本发明中,利用上述纤维素纤维的优异的分散特性,能够制作保存稳定性良好的纳米材料水分散体。作为该纳米材料,不只限于活性物质、导电剂,也可以使用纳米材料。

在本发明的蓄电装置中使用的隔膜,可以没有特别限制地使用在通常的蓄电装置中使用的隔膜,作为其例子,可以列举:包含聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃、聚四氟乙烯等的多孔树脂、陶瓷、无纺布等。

在本发明的蓄电装置中使用的电解液只要是在通常的蓄电装置中使用的电解液即可,可以使用有机电解液以及离子液体等一般的电解液。作为本发明的蓄电装置中使用的电解质盐,例如可以列举:LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiCl、LiBr、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、LiI、LiAlCl4、NaClO4、NaBF4、NaI等,特别是可以列举:LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6等无机锂盐、由LiN(SO2CxF2x+1)(SO2CyF2y+1)表示的有机锂盐。此处,x和y表示0或1~4的整数,另外,x+y是2~8。作为有机锂盐,具体而言,可以列举:LiN(SO2F)2、LiN(SO2CF3)(SO2C2F5)、LiN(SO2CF3)(SO2C3F7)、LiN(SO2CF3)(SO2C4F9)、LiN(SO2C2F5)2、LiN(SO2C2F5)(SO2C3F7)、LiN(SO2C2F5)(SO2C4F9)等。其中,如果在电解质中使用LiPF6、LiBF4、LiN(CF3SO2)2、LiN(SO2F)2、LiN(SO2C2F5)2等,则电气特性优异,因此优选。上述电解质盐可以使用一种,也可以使用两种以上。这样的锂盐以通常0.1~2.0moL/L、优选0.3~1.5moL/L的浓度含有在电解液中。

作为使在本发明的蓄电装置中使用的电解质盐溶解的有机溶剂,只要是在蓄电装置的非水电解液中使用的有机溶剂,则没有特别限制,例如可以列举:碳酸酯化合物、内酯化合物、醚化合物、环丁砜化合物、二氧戊环化合物、酮化合物、腈化合物、卤代烃化合物等。详细地,可以列举:二甲基碳酸酯、甲基乙基碳酸酯、二乙基碳酸酯、乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯、乙二醇二甲基碳酸酯、丙二醇二甲基碳酸酯、乙二醇二乙基碳酸酯、碳酸亚乙烯酯等碳酸酯类;γ-丁内酯等内酯类;二甲氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、四氢吡喃、1,4-二恶烷等醚类;环丁砜、3-甲基环丁砜等环丁砜类;1,3-二氧戊环等二氧戊环类;4-甲基-2-戊酮等酮类;乙腈、丙腈、戊腈、苯甲腈等腈类;1,2-二氯乙烷等卤代烃类;其他的甲酸甲酯、二甲基甲酰胺、二乙基甲酰胺、二甲基亚砜、咪唑鎓盐、季铵盐等离子性液体等。进一步地,也可以使用它们的混合物。这些有机溶剂中,特别是含有一种以上从由碳酸酯类组成的组中选出的非水溶剂的情况在电解质的溶解性、介电常数以及粘度方面优异,因此优选。

在本发明的蓄电装置中,如果在聚合物电解质或高分子凝胶电解质中使用,则可以列举:作为高分子化合物的醚、酯、硅氧烷、丙烯腈、偏二氟乙烯、六氟丙烯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯、醋酸乙烯酯、氯乙烯、氧杂环丁烷等的聚合物或具有该共聚物结构的高分子或其交联体等,高分子可以是一种,也可以是两种以上。高分子结构没有特别限制,但特别优选聚环氧乙烷等具有醚结构的高分子。

作为本发明的蓄电装置,液系电池是将电解液收容在电池容器内,凝胶系电池是将在电解液中溶解有聚合物的前体溶液收容在电池容器内,固体电解质电池是将溶解有电解质盐的交联前的聚合物收容在电池容器内。

本发明涉及的蓄电装置可以形成为圆筒型、硬币型、方型、层压体型、其他任意形状,电池的基本构造相同,而与形状无关,可以根据目的实施各种设计上的改变。例如,当为圆筒型时,将对负极集流体涂布负极活性物质而成的负极和对正极集流体涂布正极活性物质而成的正极夹着隔膜而卷绕,并将卷绕成的卷绕体收容在电池桶中,注入非水电解液并在上下放置绝缘板,以此状态进行密封而得到。另外,如果应用于硬币型电池,则以层叠有圆盘状负极、隔膜、圆盘状正极以及不锈钢板的状态收容在硬币型电池桶中,注入非水电解液,进行密封。

实施例

接着,针对实施例,与比较例一起进行说明。但是,本发明不限于这些实施例。需要说明的是,例子中,除非另有说明,否则“%”是指质量基准。

〔纤维素纤维A-1(实施例用)的制造〕

在针叶树纸浆2g中加入水150ml、溴化钠0.25g、TEMPO 0.025g,充分搅拌使其分散,然后,加入13质量%次氯酸钠水溶液(共氧化剂),使次氯酸钠量相对于上述纸浆1.0g达到6.5mmol/g,开始反应。由于随着反应的进行,pH下降,因此持续滴加0.5N氢氧化钠水溶液以将pH保持在11,使反应一直进行到确认pH不再变化为止(反应时间:120分钟)。需要说明的是,反应中将反应液的温度保持在10℃。在反应结束后,添加0.1N盐酸进行中和,然后,反复进行过滤和水洗,进行精制,得到纤维表面被氧化后的纤维素纤维。接着,在上述纤维素纤维中加入纯水稀释到1%,使用高压均质机(Sanwa Engineering制造、H11),在压力100MPa下处理一次,从而制造了纤维素纤维A-1。

〔纤维素纤维A-2(实施例用)的制造〕

除了将反应中的反应液的温度设定为20℃、将pH设定为11以外,按照与纤维素纤维A-1的制造相同的方式制造了纤维素纤维A-2。

〔纤维素纤维A-3(实施例用)的制造〕

除了将反应中的反应液的温度设定为40℃、将pH设定为11、将次氯酸钠水溶液的添加量设定成相对于上述纸浆1.0g为4.0mmol/g以外,按照与纤维素纤维A-1的制造相同的方式制造了纤维素纤维A-3。

〔纤维素纤维A-4(实施例用)的制造〕

除了将次氯酸钠水溶液的添加量设定成相对于上述纸浆1.0g为6.0mmol/g以外,按照与纤维素纤维A-3的制造相同的方式制造了纤维素纤维A-4。

〔纤维素纤维A-5(实施例用)的制造〕

除了将次氯酸钠水溶液的添加量设定成相对于上述纸浆1.0g为9.0mmol/g以外,按照与纤维素纤维A3的制造相同的方式制造了纤维素纤维A-5。

〔纤维素纤维A-6(实施例用)的制造〕

使平均粒径为45μm的微晶纤维素(日本制纸工业株式会社制造“KC Flock W-50”)10g在玻璃制可分离烧瓶内悬浮于200mL的蒸馏水中。将该可分离烧瓶置于冰浴中,一边搅拌一边将体系中的温度维持在40℃以下,一边缓慢加入浓硫酸,直到最终浓度达到48质量%。接着,将该悬浮液移动到60℃的水浴中,继续搅拌30分钟,然后取出粗产物,以8000rpm进行10分钟离心分离。利用该离心分离来除去剩余的硫酸,反复进行使残渣再次悬浮于蒸馏水中并在离心分离后再次添加蒸馏水的操作,反复进行了五次洗净和再悬浮。使在该操作中得到的残渣悬浮于蒸馏水中,并在将pH调整为8之后,以使固体成分浓度达到5质量%的方式进行调整。然后,利用高压均质机对得到的纤维素悬浮液以压力140MPa处理一次,得到本发明中使用的纤维素纤维A-6。

〔纤维素纤维A′-1(比较例用)的制造〕

按照日本专利特开2003-73229公报的实施例中记载的方法,制造了纤维素微粒。即,首先,将把片状的精制纸浆切成5mm×5mm的小片而得到的聚合度760的原料纸浆以在-5℃的温度下纤维素浓度达到5质量%的方式溶解于65质量%硫酸水溶液,得到透明且粘稠的纤维素胶浆(日文:セルロースドープ)。将该纤维素胶浆一边搅拌一边注入到质量为其2.5倍的水中(5℃),使纤维素凝集为块状,得到块状固体的分散液。使该悬浮液在85℃的温度下水解20分钟后,通过使用玻璃过滤器的减压过滤来除去作为分散介质的硫酸水溶液,接着,充分地反复进行水洗直到洗液的pH达到约3左右为止,然后,用pH约为11的稀薄的氨水溶液进行洗净(中和),进一步地用离子交换水进行水洗,得到纤维素浓度为6.0质量%的半透明白色的凝胶状物。将这样得到的凝胶状物用离子交换水稀释,以纤维素浓度达到4.0质量%的方式进行制备,使用均质混合机(T.K.ROBOMICS、PREMIUM公司制造),以15000rpm的旋转速度进行10分钟分散处理,继续以超高压均质机140MPa的操作压力处理五次,制造了纤维素纤维A′-1。

〔纤维素纤维A′-2(比较例用)的制造〕

使针叶树漂白牛皮纸浆(NBKP)50g分散在4950g水中,制备了纸浆浓度1质量%的分散液。将该分散液用CerendipitorMKCA6-3(增幸产业(株)制造)处理十次,得到纤维素纤维A′-2。

〔宽度短者的数均宽度〕

使用透射型电子显微镜(TEM)(日本电子公司制造、JEM-1400)观察纤维素纤维的数均宽度。即,在将各纤维素纤维浇铸在已完成亲水化处理的碳膜被覆栅格上之后,从用2%乙酸双氧铀负染色后的TEM像(倍率:10000倍)中,按照之前叙述的方法,算出宽度短者的数均宽度。

〔长宽比〕

在将纤维素纤维浇铸在已完成亲水化处理的碳膜被覆栅格上之后,从用2%乙酸双氧铀负染色后的TEM像(倍率:10000倍)中观察纤维素纤维的宽度短者的数均宽度、宽度长者的数均宽度。即,根据之前叙述的各方法,算出宽度短者的数均宽度以及宽度长者的数均宽度,使用这些值按照下述式(1)算出长宽比。

长宽比=宽度长者的数均宽度(nm)/宽度短者的数均宽度(nm)…(1)

[纤维素I型结晶度]

用X射线衍射法测定纤维素原料的X射线衍射强度,根据其测定结果使用Segal法利用下述式(2)算出纤维素I型结晶度。

纤维素I型结晶度(%)=〔(I22.6-I18.5)/I22.6〕×100…(2)

式中,I22.6表示X射线衍射中的晶格面(002面)(衍射角2θ=22.6°)的衍射强度,I18.5表示非晶部(衍射角2θ=18.5°)的衍射强度。另外,使用株式会社RIGAKU制造的“RINT2200”在以下的条件下实施样品的X射线衍射强度测定:

X射线源:Cu/Kα-radiation

管电压:40Kv

管电流:30mA

测定范围:衍射角2θ=5~35°

X射线的扫描速度:10°/min。

〔羧基量的测定〕

制备使纤维素0.25g分散于水中的纤维素水分散体60ml,利用0.1M的盐酸水溶液使pH为约2.5,然后,滴加0.05M的氢氧化钠水溶液,进行导电度测定。测定继续直到pH达到11为止。在导电度变化缓慢的弱酸的中和阶段,根据已消耗的氢氧化钠量(V)按照下式(3)求出羧基量。

羧基量(mmol/g)=V(mL)×〔0.05/纤维素质量〕…(3)

根据表1的结果,实施例用的纤维素A-1~A-6都是宽度短者的数均宽度在2~200nm的范围内,长宽比在7.5~250的范围内。进一步地,纤维素I型结晶度为70%以上。与此相对,比较例用的纤维素A′-1的纤维素I型结晶度小于70%。纤维素A′-2虽然具有纤维素I型结晶结构,但是宽度短者的数均宽度、长宽比都在上述范围上限以上。

[表1]

[导电剂分散试验]

以下示出供分散试验使用的材料。

(分散稳定剂)

A-1:纤维素纤维A-1的2质量%水分散体

A-2:纤维素纤维A-2的2质量%水分散体

A-3:纤维素纤维A-3的2质量%水分散体

A-4:纤维素纤维A-4的2质量%水分散体

A-5:纤维素纤维A-5的2质量%水分散体

A-6:纤维素纤维A-6的2质量%水分散体

A′-1:纤维素纤维A′-1的2质量%水分散体

A′-2:纤维素纤维A′-2的2质量%水分散体

B-1:羧甲基纤维素盐(第一工业制药株式会社制造、WS-C)

B-2:羧甲基纤维素盐(第一工业制药株式会社制造、BSH-1)

(导电剂)

C-1:乙炔黑(DENKA株式会社制造、HS-100)

C-2:科琴黑(LION株式会社制造、EC600JD)

C-3:炭黑(IMERIS公司制造、Super-P)

C-4:活性炭(表面积:1700m2/g)

C-5:多层CNT(表面积:230m2/g)

[导电剂水分散体的制备]

(实施例1)

添加99质量份作为导电剂的C-1、50质量份(固体成分1质量份)作为分散稳定剂的A-1,并且加水使总固体成分变成6质量%,利用均质分散器(Primix公司制、TK ROBOMICS)在1800±2000rpm的条件下,混合90分钟,从而制作了导电剂水分散体。利用粒度测定仪(COATEC株式会社制)经时地评价导电剂的分散程度。

(实施例2~34、比较例1~18)

除了将上述导电剂的种类和添加量以及上述分散稳定剂的种类和添加量如表1所示地改变之外,与实施例1同样地制作了导电剂水分散体。

[导电剂分散试验评价]

在上述研究内容中,利用粒度测定仪对残留的粗大粒径进行评价。将评价开始90分钟后测量出的结果记录在表2中。

评价基准:

×:粗大粒径为50μm以下

△:粗大粒径为40μm以下

○:粗大粒径为30μm以下

◎:粗大粒径为20μm以下

[表2]

Figure BDA0002331397060000241

*表中的配合量表示导电剂分散体相对于固体成分100质量%的质量%。

[电极的制作]

以下示出供电极的制作中使用的材料

(分散稳定剂)

A-1:纤维素纤维A-1的2质量%水分散体

A-2:纤维素纤维A-2的2质量%水分散体

A-3:纤维素纤维A-3的2质量%水分散体

A-4:纤维素纤维A-4的2质量%水分散体

A-5:纤维素纤维A-5的2质量%水分散体

A-6:纤维素纤维A-6的2质量%水分散体

A′-1:纤维素纤维A′-1的2质量%水分散体

A′-2:纤维素纤维A′-2的2质量%水分散体

B-1:羧甲基纤维素盐(第一工业制药株式会社制造、WS-C)

B-2:羧甲基纤维素盐(第一工业制药株式会社制造、BSH-1)

HEC:羟乙基纤维素(DAICEL化学、品名:HEC DAICEL SP900)

Carbomer:羧基乙烯基聚合物(日光化学、品名:Carbopol Ultrez20)

(导电剂)

C-1:乙炔黑(DENKA株式会社制造、HS-100)

C-2:科琴黑(LION株式会社制造、EC600JD)

C-3:炭黑(IMERIS公司制造、Super-P)

(结合剂)

SBR:苯乙烯·丁二烯橡胶水分散物

PU-A:聚氨酯水分散体(第一工业制药公司制造;Superflex 130)

PU-B:聚氨酯水分散体(第一工业制药公司制造;Superflex 420)

PU-C:聚氨酯水分散体(第一工业制药公司制造;F-2160D-59)

PA:聚丙烯酸(SIGMA-ALDRICH制造、分子量15000)

(负极活性物质)

石墨:天然石墨

SiO:(平均粒径4.5μm、比表面积5.5m2/g)

石墨

LTO:Li4Ti5O12

(正极活性物质)

NMC:LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2

LMO:LiMn2O4

LFP:LiFePO4

LCO:LiCoO2

(负极1)

将作为负极活性物质的天然石墨100g、作为导电剂的炭黑0.5g(IMERIS公司制造、Super-P)以及作为分散稳定剂的纤维素纤维A-1的1质量%水分散体50g、作为结合剂的苯乙烯·丁二烯橡胶水分散物(SBR)50质量%溶液4.0g用均质分散器混合,以固体成分达到50%的方式制备了负极浆料。将该负极浆料用涂覆机涂布在厚度为10μm的电解铜箔上,在120℃的温度下进行干燥,然后进行辊压处理,得到负极活性物质为7mg/cm2的负极1。

(负极2~32)

除了将负极活性物质、导电剂、分散稳定剂以及结合剂的种类和配合量如表3和表5所示地变更之外,与负极1同样地制作,得到表3和表5所示的活性物质量的负极。

(正极1)

将作为正极活性物质的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(NMC)100g、作为导电剂的乙炔黑5g(DENKA公司制造、HS-100)7.8g、作为分散稳定剂的纤维素纤维A-1的1质量%水分散体50g、作为结合剂的聚丙烯酸(SIGMA-ALDRICH制造、分子量15000)的35质量%溶液5.7g用行星式混合器混合,以固体成分成为50%的方式制备了正极浆料。将该正极浆料用辊涂机涂布在厚度为15μm的电解铝箔上,在130℃的温度下进行干燥,然后,进行辊压处理,得到正极活性物质为13.8mg/cm2的正极1。

(正极2~42)

除了将正极活性物质、导电剂、分散稳定剂以及结合剂的种类和配合量如表4和表6所示地改变以外,与正极1同样地制作,得到表4和表6示出的活性物质量的正极。

(正极43)

将作为正极活性物质的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 100g、作为导电剂的乙炔黑(DENKA公司制造、HS-100)7.8g、作为结合剂的聚偏二氟乙烯6g、作为分散介质的N-甲基-2-吡咯烷酮61.3g用行星式混合机混合,以固体成分达到65%的方式制备了正极浆料。将该正极浆料用涂覆机涂布在厚度为15μm的铝箔上,在130℃的温度下进行干燥,然后进行辊压处理,得到正极活性物质为13.8mg/cm2的正极。

[电极的评价]

利用下述评价项目和评价基准对电极进行评价。将评价结果示于下述表3至6。

(凝集物的有无)

对上述得到的电极,使用SEM-EDX(JEOL JSM-6510A)观察3处5mm×5mm的区域,判断了在5mm见方的区域中有无凝集物。

评价基准:

◎:凝集物为0个以上且小于3个

○:凝集物为3个以上且小于6个

△:凝集物为6个以上且小于10个

×:凝集物为10个以上

[表3]

Figure BDA0002331397060000281

*表中的配合量表示导电剂分散体相对于固体成分100质量%的质量%。

[表4]

Figure BDA0002331397060000291

*表中的配合量表示导电剂分散体相对于固体成分100质量%的质量%。

[表5]

Figure BDA0002331397060000301

*表中的配合量表示导电剂分散体相对于固体成分100质量%的质量%。

[表6]

Figure BDA0002331397060000311

*表中的配合量表示导电剂分散体相对于固体成分100质量%的质量%。

[锂二次电池的制作]

按照下述表7的方式对上述得到的正极、负极进行组合,在电极之间夹着作为隔膜的聚烯烃系(PE/PP/PE)隔膜而层叠,将正极端子和负极端子超声波熔接在各正负极上。将该层叠体放入在铝层压片包装材料中,留有注液用的开口部,进行热封。制作了正极面积18cm2、负极面积19.8cm2的注液前电池。接着,注入使LiPF6(1.0mol/L)溶解在混合了乙烯碳酸酯和二乙基碳酸酯(30/70体积比)的溶剂中而得到的电解液,对开口部进行热封,得到评价用电池。

[表7]

Figure BDA0002331397060000321

[电池性能的评价]

针对制成的锂二次电池,进行20℃时的性能试验。试验方法如下所示。将试验结果示于表8。

(电池阻抗)

电池阻抗使用阻抗分析仪(biologic公司制造SP-150),对1kHz频率的电阻值进行了测定。

(充放电循环特性)

充放电循环特性在以下的条件下进行测定。在使用LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2或LiMn2O4或LiCoO2作为正极活性物质、使用天然石墨作为负极活性物质的情况下,以相当于1C的电流密度进行CC(恒流)充电直到4.2V,接着以4.2V切换为CV(恒压)充电,在充电1.5小时之后,以相当于1C的电流密度进行CC放电直到2.7V,在20℃下将这样的循环进行300个循环,此时的相对于初次1C放电容量的300循环后1C放电容量比作为1C充放电循环保持率。

在使用LiFePO4作为正极活性物质、使用天然石墨作为负极活性物质的情况下,以相当于1C的电流密度进行CC(恒流)充电直到4.0V,接着以4.0V切换为CV(恒压)充电,在充电了1.5小时之后,以相当于1C的电流密度进行CC放电直到2.0V,在20℃下进行这样的循环300个循环,将此时的相对于初次1C放电容量的300循环后1C放电容量比作为1C充放电循环保持率。

在使用LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2作为正极活性物质、使用Li4Ti5O12作为负极活性物质的情况下,以相当于1C的电流密度进行CC(恒流)充电直到2.9V,接着以2.9V切换为CV(恒压)充电,在充电1.5小时之后,以相当于1C的电流密度进行CC放电,直到1.0V,在20℃下将这样的循环进行300个循环,将此时的相对于初次1C放电容量的300循环后1C放电容量比作为1C充放电循环保持率。

在使用LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2作为正极活性物质、使用SiO/石墨作为负极活性物质的情况下,以相当于1C的电流密度进行CC(恒流)充电直到4.2V,接着以4.2V切换为CV(恒压)充电,在充电1.5小时后,以相当于1C的电流密度进行CC放电直到2.7V,在20℃下将这样的循环进行50个循环,将此时的相对于初次1C放电容量的50循环后1C放电容量比作为1C充放电循环保持率。

[表8]

产业实用性

本发明的分散稳定剂能够用作蓄电装置的电极涂覆液的分散稳定剂,由此制成的电极被用在各种蓄电装置的制造中。得到的蓄电装置能够在手机、笔记本电脑、掌上电脑(PDA)、摄像机、数码相机等各种便携型设备还有电动自行车、电动汽车等中搭载的中型或大型蓄电装置中使用。

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