JP6550377B2 - 電極用バインダー組成物及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本出願は、35 U.S.C. 119(e)の下、米国仮特許出願シリアル番号61/826,794号(2013年5月23日付け出願)及び米国仮特許出願シリアル番号61/840,098号(2013年6月27日付け出願)の優先権を主張するものであり、35 U.S.C.の下、当該出願の開示全体は、参照によりここに組み込まれる。
本開示及び/又は主張する発明のプロセス、手順、方法、製品、生成物及び/又は概念(まとめて「本開示及び/又は主張する発明概念」と称する)は、概して、電池電極で使用するバインダー組成物及びその製造方法に関する。より具体的には、限定ではないが、本開示及び/又は主張する発明概念は、リチウムイオン電池の電極の製造及び製品において使用される、イオン性水溶性ポリマーと、ラテックス、保護コロイド及び固化防止剤を含有する再分散性粉末とを備えるバインダー組成物に関する。加えて、本開示及び/又は主張する発明概念は、概して、イオン性水溶性ポリマー及び再分散性粉末を含有するバインダー組成物を用いた正極及び負極の両方の電極組成物及び電極を作製する方法に関する。
[粘度及び接着強度の試験用の黒鉛スラリーの準備]
黒鉛スラリーは、「ウェット」プロセス及び「ドライ」プロセスの2つの異なる方式を用いて準備した。
シリコンスラリーは、「ウェット」プロセス及び「ドライ」プロセスを用いて準備される。
黒鉛/シリコンスラリーは、「ウェット」プロセス及び「ドライ」プロセスの2つの異なる方式を用いて準備される。
2つの再分散性粉末は、以下の例で具体的に準備され、RDP−1及びRDP−2として区別される。以下、両方の再分散性粉末の成分及び準備する方法を説明する。
[スラリー安定性の測定]
選択シリコンスラリー試料の安定性は、キャップ付き円筒ガラスボトル内にスラリーを配置した後、室温で一週間格納することによって、測定される。具体的には、選択スラリー試料は、約50mLのガラスボトルに約7日間配置され、その間、試料は、毎日、相分離現象について監視される。不安定なスラリー試料は、ガラスボトルにおいて、水又は低粘度の水溶液が上層を形成し、さらに黒鉛又はシリコン水溶液が下層を形成するようにして、分離すると予測される。スラリーは、約5日以上、水溶液中に存在すれば、安定であると判定される。
実験的なスラリー組成物の粘度が、TAインスツルメント(TA Instruments)(登録商標)(ニューキャッスル、デラウェア州)のTAレオメータを用い、コーンプレートジオメトリを使用して、25℃で、せん断速度の関数として測定された。
接着測定は、上述のように、銅の集電体にスラリー組成物を塗布して乾燥させることで形成される電極上で、90度剥離試験を実行することによって得られた。
表2は、実施例1〜5の方式を提供し、実施例1〜5では、スラリー組成物で使用されるラテックス又は再分散性粉末の種類を変化させているが(組成物の比率については表1を参照)、それら内で使用される黒鉛及びカルボキシメチルセルロースの種類は一定に維持されている。実施例1〜5は「ウェット」プロセスで準備され、また、黒鉛、カルボキシメチルセルロース及び再分散性粉末(又はラテックス)の標準比は、それぞれ、100/1/1.5で一定に維持された。
(1)FSNC-1:Shanshan Tech社(Shanshan Tech Co.)(上海、中国)の天然黒鉛;粒子サイズ15μm;タップ密度:1.13g/cc;容量343mAh/g;BET表面積:1.42m2/g。
(2)Aqualon(登録商標) Aqu D-5139:アシュランド社(Ashland Inc.)(ウィルミントン、デラウェア州)から市販されているカルボキシメチルセルロースであり、置換度は0.82から0.95であり、ブルックフィールド(登録商標)粘度は、4つのスピンドルを用いた30rpmでの1%水溶液で5700〜9000cpsである。
(3)JSR(登録商標) TR2001:JSR株式会社(東京、日本)から市販されているスチレンブタジエンラテックスである。
(4)Dehydro(登録商標)6480:Acquos Pty 社(Acquos Pty Ltd.)(キャンプベティフィールド、オーストラリア)の再分散性粉末であり、ビニルアクリルラテックスを含む。
(5)Dehydro(登録商標)7552:Acquos Pty 社(キャンプベティフィールド、オーストラリア)の再分散性粉末であり、スチレンアクリルラテックスを含む。
表4は、実施例6〜12の方式を提供し、実施例6〜12では、スラリー組成物で使用されるラテックス又は再分散性粉末の種類及び量を変化させているが、それら内で使用される黒鉛及びカルボキシメチルセルロースの種類は一定に維持している(化合物の比率については表1を参照)。実施例6〜12は「ウェット」プロセスで準備され、また、黒鉛、カルボキシメチルセルロース及び再分散性粉末(又はラテックス)の標準比は、ある実施例のRDP又はラテックスの増加レベルに起因して、100/1/1.5から100/1/3の範囲内であった。
(1)FSNC-1:Shanshan Tech社(上海、中国)の黒鉛。
(2)Aqualon(登録商標)Aqu D-5284:アシュランド社(ウィルミントン、デラウェア州)から市販されているカルボキシメチルセルロースであり、置換度は0.8から0.95であり、ブルックフィールド(登録商標)粘度は、4つのスピンドルを用いた30rpmでの1%水溶液で2500〜4500cpsである。
(3)JSR(登録商標) TR2001:JSR株式会社(東京、日本)から市販されているスチレンブタジエンラテックスである。
(4)Celvolit (登録商標) 1388:セラニーズ社(ヒューストン、テキサス州)から市販されているエチレン酢酸ビニル共重合体ラテックスであり、Tg=−10℃である。
(5)Rovene(登録商標) 4002:マラード・クリークポリマー(Mallard Creek Polymers)(シャーロット、ノースカロライナ州)から市販されているカルボキシル化スチレンブタジエンラテックスエマルジョンである。
表6は、実施例13〜24を提供し、実施例13〜24では、スラリー組成物で使用される、ラテックス又は再分散性粉末の種類を変化させ、また、カルボキシメチルセルロースの種類を変化させているが、それら内で使用されるMAG黒鉛の種類は一定に維持している。実施例13〜24は「ウェット」プロセスで(水で40%の総固体で)準備され、また、黒鉛、カルボキシメチルセルロース及び再分散性粉末(又はラテックス)の標準比は、ある実施例のRDP又はラテックスの増加レベルに起因して、100/1/1.5から100/1/3の範囲内であった。
(1)MAG:日立化成株式会社(Hitachi Chemical Co.)(東京、日本)の人工黒鉛であり、平均粒子サイズ:22.4マイクロ、タップ密度:0.78g/cm3、BET表面積:3.7m2/g。
(2)Aqualon(登録商標) Aqu D-5139:アシュランド社(ウィルミントン、デラウェア州)から市販されているカルボキシメチルセルロースであり、置換度は0.82から0.95であり、ブルックフィールド(登録商標)粘度は、4つのスピンドルを用いた1%水溶液で5700〜9000cpsである。
(3)Aqualon(登録商標) Aqu D-5283:アシュランド社(ウィルミントン、デラウェア州)から市販されているカルボキシメチルセルロースであり、置換度は0.65から0.9であり、ブルックフィールド(登録商標)粘度は、4つのスピンドルを用いた30rpmでの1%水溶液で4000〜9000cpsである。
(4)Zeon(登録商標) BM-480B:日本ゼオン株式会社(Zeon Corporation)(東京、日本)から市販されているスチレンブタジエンラテックスである。
表7は、実施例25〜32を提供し、実施例25〜32では、スラリー組成物(40%の総固体調合)で使用されるカルボキシメチルセルロース及びラテックス又は再分散性粉末の種類を変化させるが、それら内で使用される黒鉛の種類は一定に維持している。加えて、実施例25〜32は、試料を作製するために使用される準備プロセスに応じて変化し、つまり、実施例25、27、29及び31は、「ドライ」プロセスで準備され、実施例26、28及び30は、「ウェット」プロセスで準備され、ここで、黒鉛、カルボキシメチルセルロース及び再分散性粉末(又はラテックス)の標準比は、ウェット又はドライプロセスの両方で準備される組成物において、それぞれ、100/1/1.5で一定に維持された。また、実施例25〜32は、上述のような接着試験を受け、この結果は、表7に提供される。
(1)MAG:日立化成株式会社(東京、日本)の人工黒鉛であり、平均粒子サイズ:22.4マイクロ、タップ密度:0.78g/cm3、BET表面積:3.7m2/g。
(2)Aqualon(登録商標) Aqu D-5139:アシュランド社(ウィルミントン、デラウェア州)から市販されているカルボキシメチルセルロースであり、置換度は0.82から0.95であり、ブルックフィールド(登録商標)粘度は、4つのスピンドルを用いた30rpmでの1%水溶液で5700〜9000cpsである。
(3)Aqualon(登録商標) Aqu D-5283:アシュランド社(ウィルミントン、デラウェア州)から市販されているカルボキシメチルセルロースであり、置換度は0.65から0.9であり、ブルックフィールド(登録商標)粘度は、4つのスピンドルを用いた30rpmでの1%水溶液で4000〜9000cpsである。
(4)Zeon(登録商標) BM-400:日本ゼオン株式会社(東京、日本)から市販されているスチレンブタジエンラテックスである。
表8は、実施例33〜38を提供し、実施例33〜38では、スラリー組成物で使用される黒鉛及びラテックス又は再分散性粉末の種類を変化させるが、それら内で使用されるカルボキシメチルセルロースの種類は一定に維持している。実施例33〜38は「ドライ」プロセスで準備され、ここで、黒鉛、カルボキシメチルセルロース及び再分散性粉末(又はラテックス)の標準比は、それぞれ、100/1/1.5で一定に維持された。実施例33〜38は、上述の接着試験を受け、また、この結果は表8に提供される。
(1)MAG:日立化成株式会社(東京、日本)の人工黒鉛であり、平均粒子サイズ:22.4マイクロ、タップ密度:0.78g/cm3、BET表面積:3.7m2/g。
(2)FSNC-1:Shanshan Tech社(上海、中国)の黒鉛。
(3)Aqualon(登録商標) Aqu D-5139:アシュランド社(ウィルミントン、デラウェア州)から市販されているカルボキシメチルセルロースであり、置換度は0.82から0.95であり、ブルックフィールド(登録商標)粘度は、4つのスピンドルを用いた30rpmでの1%水溶液で5700〜9000cpsである。
(4)Rovene(登録商標) 4002:マラード・クリークポリマー(シャーロット、ノースカロライナ州)から市販されているカルボキシル化スチレンブタジエンラテックスエマルジョンである。
(5)Celvolit (登録商標) 1388:セラニーズ社(ヒューストン、テキサス州)から市販されているエチレン酢酸ビニル共重合体ラテックスであり、Tg=−10℃である。
(1)Aqualon(登録商標)Aqu D-5284:アシュランド社(ウィルミントン、デラウェア州)から市販されているカルボキシメチルセルロースであり、置換度は0.8から0.95であり、ブルックフィールド(登録商標)粘度は、4つのスピンドルを用いた30rpmでの1%水溶液で2500〜4500cpsである。
(2)JSR(登録商標) TR2001:JSR株式会社(東京、日本)から市販されているスチレンブタジエンラテックスである。
(3)Dehydro(登録商標)6480:Acquos Pty 社(キャンプベティフィールド、オーストラリア)の再分散性粉末であり、ビニルアクリルラテックスを含む。
(4)Dehydro(登録商標)7552:Acquos Pty 社(キャンプベティフィールド、オーストラリア)の再分散性粉末であり、スチレンアクリルラテックスを含む。
電極、特に負極は、集電体上に所定の厚さの膜を形成するために、上述の方法を使用して、電極活物質を含有するスラリー組成物を銅の集電体上に塗布することで、準備された。準備された電極は、35μm又は70μmの何れか一方の膜厚を有した。
(1)MAG:日立化成株式会社(東京、日本)の人工黒鉛である。
(2)Sunrose(登録商標) MAC 350 HC:日本製紙株式会社(Nippon Paper Industries Co.LTD)(東京、日本)から市販されているカルボキシメチルセルロースである。
(3)Aqualon(登録商標) Aqu D-5139:アシュランド社(ウィルミントン、デラウェア州)から市販されているカルボキシメチルセルロースであり、置換度は0.82から0.95であり、ブルックフィールド(登録商標)粘度は、4つのスピンドルを用いた30rpmでの1%水溶液で5700〜9000cpsである。
(4)Aqualon(登録商標) Aqu D-5283:アシュランド社(ウィルミントン、デラウェア州)から市販されているカルボキシメチルセルロースであり、置換度は0.65から0.9であり、ブルックフィールド(登録商標)粘度は、4つのスピンドルを用いた30rpmでの1%水溶液で4000〜9000cpsである。
(5)Zeon(登録商標) BM-480B:日本ゼオン株式会社(東京、日本)から市販されているスチレンブタジエンラテックスである。
(6)Zeon(登録商標) BM-400:日本ゼオン株式会社(東京、日本)から市販されているスチレンブタジエンラテックスである。
上述のハーフコイン電池の放電容量は、室温25℃で、0.05クーロン(C)の電流レートを用いて評価し、ここで、負極は、35μm及び70μmの膜厚を有していた。電極は、Li/Li+に対して0.01から1.4Vの電圧範囲で、充電と放電との間の休止時間を10分として評価した。定電圧(「CV」)モード及び定電流(「CC」)モードは、それぞれ、充電状態の場合(つまり、黒鉛へのLiの挿入)と、放電状態の場合(つまり、黒鉛からのLiの抽出)の場合とに用いられた。結果を表11A及び11Bと図9及び10に示す。
上述のハーフコイン電池のレート性能は、室温25℃で、100サイクルにおいて0.5クーロン(C)レートでのハーフコイン電池の充放電により評価し、ここで、負極は、35μm及び70μmの膜を有していた。結果を表12と図11及び12に示す。
上述の2032ハーフコイン電池のインピーダンスは、70μmの膜厚を有する負極で評価した。電池インピーダンスは、ソーラトロン社(SolartronAnalytical)(レスター、イギリス)のSolartron(登録商標)1260を用いて測定した。結果を表14及び図14に示す。
表11A及び11Bで示されるように、試料A〜Fは、上記で規定した放電容量試験を受け、その結果は実施例43〜54に対応する。実施例43〜48(表11A)は、35μmの膜厚を有する負極に対応し、実施例49〜54(表11b)は、70μmの膜厚を有する電極に対応する。
表12で示されるように、試料A〜Fは、100サイクルで0.5クーロン(C)レートでのハーフコイン電池の充放電によって、上記で規定したレート性能試験を受け、ここで、負極は、35μm及び70μmの膜厚を有していた。表12は、50サイクル及び100サイクルで取得された測定値を強調するが、図11及び12は、100サイクル全体で得られたデータのグラフ表示である。
表13で示されるように、試料A〜Fは、各レートで5サイクルにおいて0.05、0.2及び0.5クーロン(C)レートでのハーフコイン電池の充放電によって、上記で規定したレート性能試験を受け、ここで、負極は、70μmの膜厚を有していた。図13は、各レートで得られたデータのグラフ表示である。
表14で示されるように、試料A〜Fは、インピーダンスの上記で規定した試験を受け、ここで、ハーフコイン電池で試験された負極は、70μmの膜厚を有していた。図14は、各試料で得られたデータのグラフ表示である。
表15及び16は、準備された異なるスラリー組成物の詳細な内容を提供する。各スラリー組成物は、水中に、黒鉛(MAG)/シリコン酸化物(SiOx)負極(92/5)、カルボキシメチルセルロース(Aqu D-5283)及び再分散性粉末(RDP)バインダーを含有する(乾燥比は100/0.67/1.19であった)。スラリー内の固形分は、40〜50%であった。加えて、ラテックスを含有するものを基準スラリーとし、そのラテックスは、乾燥成分の比率、つまり黒鉛/SiOx、カルボキシメチルセルロース、Zeon(登録商標) BM-400及びZeon(登録商標) BM-480の比率がそれぞれ97.5/1/0.75/0.75となるような同等の比率のZeon(登録商標) BM-400及びZeon(登録商標)BM-480Bラテックスで構成されるものとした。ハーフコイン電池を準備するために、スラリーを銅箔上に塗布し、電気化学的及びサイクル性能が評価された。表15はデータを提供し、図15及び図16はデータのプロットを提供する。
(1)MAG:日立化成株式会社(東京、日本)の人工黒鉛である。
(2)SiOx正極は、OTC(大阪、日本)から購入した。
(3)Aqualon(登録商標) Aqu D-5283:アシュランド社(ウィルミントン、デラウェア州)から市販されているカルボキシメチルセルロースであり、置換度は0.65から0.9であり、ブルックフィールド(登録商標)粘度は、4つのスピンドルを用いた30rpmでの1%水溶液で4000〜9000cpsである。
(4)Dehydro 6880、7660及び6150は、Acquos Pty 社(キャンプベティフィールド、オーストラリア)から購入した再分散性粉末である。これらは、スプレードライヤによって、スチレン―アクリル又はビニルアクリルエマルジョンラテックス、固化防止剤及び保護コロイドから生成される。
(5)Zeon(登録商標) BM-480B:日本ゼオン株式会社(東京、日本)から市販されているスチレンブタジエンラテックスである。
(6)Zeon(登録商標) BM-400:日本ゼオン株式会社(東京、日本)から市販されているスチレンブタジエンラテックスである。
(7)初期のクーロン効率
2つのクォートの撹拌オートクレーブのグラスボウルが、64.8g(0.4モル)のコットンリンター及び1000mlのt−ブチルアルコール(99.5+%)によって、満たされた。ボウルを反応器に密閉した後、酸素を一掃し、窒素で20psigまで加圧が続く26インチの真空ゲージに排除した。この真空加圧サイクルは、苛性溶液(61.7g50% NAOH/73ml H2O)を注射器によって真空下で撹拌されたセルローススラリーに加えた後、5回繰り返された。反応器では、上記のように、別の5回のガス抜きサイクルが行われた。アルカリセルロースは、10psigの窒素の下、15℃〜20℃で60分間、撹拌された。その後、モノクロロ酢酸溶液(10.4g MCA/25ml。tert-ブチルアルコール)が、真空下で注射器によってスラリーに導入された。N2で10psigまで加圧した後、反応物を70℃まで加熱し(約30分の昇温期間)、その後、30分間維持した。40℃まで冷却し約20インチ真空に排除すると、フィッシャー・ポータ管で凝縮された79.0gのエチレンオキシドが加えられた。N2で10psigまで加圧した後、反応物は60分間45℃で保持され、その後、120分間80℃で保持された。30℃未満まで冷却すると、反応混合物は、31mlのHNO3(70%)及び5mlの氷酢酸で中和された。濾過した後、湿った塊をアセトンでバッチ洗浄し、その後、99.5%のアセトンで脱水して乾燥させた。最終生成物は、HEMS:1.9〜2.5、CMDS:0.3〜0.5及び1%の粘度:3000cpsを有した。
表17及び18は、準備された異なるスラリー組成物の詳細な内容を提供する。各スラリー組成物は、水中に、黒鉛(MAG)/シリコン酸化物(SiOx)負極(92/5)、カルボキシメチルヒドロキシセルロース(実施例Aで準備したCMHEC)及び再分散性粉末(RDP)バインダーを含有する(乾燥比は100/1/1.5であった)。スラリー内の固形分は、40〜50%であった。加えて、ラテックスを含有するものを基準スラリーとし、そのラテックスはZeon(登録商標) BM-480Bラテックスで構成された。負極を準備するために、スラリーを銅箔上に塗布した。スラリーの粘度及び接着強度が測定された。表18にデータを提供する。実施例93による電極は、良い接着強度、柔軟性及び良い塗装外観を有する。
** Dehydro 7930は、Acquos Pty 社(キャンプベティフィールド、オーストラリア)の再分散性粉末である。それは、スプレードライヤを用いて、スチレンアクリルエマルジョンラテックス、固化防止剤及び保護コロイドから生成される。
Claims (61)
- リチウムイオン電池の作製中に使用するためのバインダー前駆体組成物であって、
イオン性水溶性ポリマーと、
保護コロイド、固化防止剤及びラテックスポリマーを備える再分散性粉末と、
を備えるバインダー前駆体組成物。 - 請求項1に記載のバインダー前駆体組成物において、前記イオン性水溶性ポリマーは、前記バインダー前駆体組成物中に、重量で約2%から約75%の範囲内で存在し、前記再分散性粉末は、前記バインダー前駆体組成物中に、重量で約25%から約98%の範囲内で存在する、バインダー前駆体組成物。
- 請求項1に記載のバインダー前駆体組成物において、前記保護コロイドは、前記再分散性粉末中に、重量で約0.1%から約10%の範囲内で存在する、バインダー前駆体組成物。
- 請求項1に記載のバインダー前駆体組成物において、前記固化防止剤は、前記再分散性粉末中に、重量で約1%から約35%の範囲内で存在する、バインダー前駆体組成物。
- 請求項1に記載のバインダー前駆体組成物において、前記ラテックスポリマーは、前記再分散性粉末中に、重量で約30%から約98.9%の範囲内で存在する、バインダー前駆体組成物。
- 請求項1に記載のバインダー前駆体組成物において、前記イオン性水溶性ポリマーは、親水化変性のセルロース材料、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸共重体及びそれらの組み合わせで構成される群から選択される、バインダー前駆体組成物。
- 請求項6に記載のバインダー前駆体組成物において、前記イオン性水溶性ポリマーは、カルボキシアルキルセルロース及びヒドロキシアルキルセルロースから選択される親水化変性のセルロース材料である、バインダー前駆体組成物。
- 請求項7に記載のバインダー前駆体組成物において、前記カルボキシアルキルセルロースは、約0.6から約1.2の範囲内の置換度を有する、バインダー前駆体組成物。
- 請求項7に記載のバインダー前駆体組成物において、前記カルボキシアルキルセルロースは、カルボキシメチルセルロースを備える、バインダー前駆体組成物。
- 請求項1に記載のバインダー前駆体組成物において、前記保護コロイドは、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ヒドロキシアルキルセルロースポリマー及びそれらの組み合わせで構成される群から選択される、バインダー前駆体組成物。
- 請求項1に記載のバインダー前駆体組成物において、前記固化防止剤は、炭酸カルシウム、カオリン、シリカ、炭素、炭酸リチウム及びそれらの組み合わせで構成される群から選択される、バインダー前駆体組成物。
- 請求項1に記載のバインダー前駆体組成物において、前記ラテックスポリマーは、スチレンブタジエン、酢酸ビニルエチレン、スチレンアクリル、ビニルアクリル、エチレンビニルバーサテート及びそれらの組み合わせで構成される群から選択される、バインダー前駆体組成物。
- 請求項1に記載のバインダー前駆体組成物において、前記再分散性粉末は、粒子状であり、該粒子の平均直径は、約500μm未満である、バインダー前駆体組成物。
- 請求項1から13の何れか一項に記載のバインダー前駆体組成物において、さらに電極活物質を備える、バインダー前駆体組成物。
- 請求項14に記載のバインダー前駆体組成物において、前記イオン性水溶性ポリマーは、前記バインダー前駆体組成物中に、重量で約0.25%から約2.25%の範囲内で存在し、前記再分散性粉末は、前記バインダー前駆体組成物中に、重量で約0.25%から約3.5%の範囲内で存在し、前記電極活物質は、前記バインダー前駆体組成物中に、重量で約94.25%から約99.5%の範囲内で存在する、バインダー前駆体組成物。
- 請求項14に記載のバインダー前駆体組成物において、前記電極活物質は、(1)炭素質材料、(2)シリコン系合金、(3)炭素質材料と、Al、Ag、Bi、In、Ge、Mg、Pb、Si、Sn、Ti及びそれらの組み合わせで構成される群から選択される材料とを備える複合化合物、(4)リチウム複合金属酸化物、(5)リチウムを含有する窒化物及び(6)それらの組み合わせで構成される群から選択される負極活物質である、バインダー前駆体組成物。
- 請求項14に記載のバインダー前駆体組成物において、前記電極活物質は、リチウムを含有する遷移金属酸化物で構成される群から選択される正極活物質である、バインダー前駆体組成物。
- 請求項14から17の何れか一項に記載のバインダー前駆体組成物を水に加えることで形成される水性スラリー組成物。
- 請求項18に記載の水性スラリー組成物において、前記イオン性水溶性ポリマーは、前記バインダー前駆体組成物中に、乾燥重量ベースで約0.25%から約2.25%の範囲内で存在し、前記再分散性粉末は、前記バインダー前駆体組成物中に、乾燥重量ベースで約0.25%から約3.5%の範囲内で存在し、前記電極活物質は、前記バインダー前駆体組成物中に、乾燥重量ベースで約94.25%から約99.5%の範囲内で存在する、水性スラリー組成物。
- 請求項18に記載の水性スラリー組成物において、前記イオン性水溶性ポリマーは、前記水性スラリー組成物中に、乾燥重量ベースで約0.25%から約2.25%の範囲内で存在し、前記保護コロイドは、前記水性スラリー組成物中に、乾燥重量ベースで約0.05%から約0.2%の範囲内で存在し、前記固化防止剤は、前記水性スラリー組成物中に、乾燥重量ベースで約0.1%から約0.5%の範囲内で存在し、前記ラテックスポリマーは、前記水性スラリー組成物中に、乾燥重量ベースで約0.5%から約3%の範囲内で存在し、前記電極活物質は、前記水性スラリー組成物中に、乾燥重量ベースで約94.25%から約99%の範囲内で存在する、水性スラリー組成物。
- 請求項18に記載の水性スラリー組成物において、前記水性スラリー組成物は、25℃で、約10s−1から約40s−1の範囲内のせん断速度で、約1000cpsから約15000cpsの範囲内のブルックフィールド粘度を有する、水性スラリー組成物。
- リチウムイオン電池用の電極であって、
(1)電極活物質と、(2)イオン性水溶性ポリマー及び再生分散性粉末を備えたバインダーと、を備える膜と、
集電体と、を備え、
前記再分散性粉末が、保護コロイド、固化防止剤及びラテックスポリマーを備える、リチウムイオン電池用の電極。 - 請求項22に記載のリチウムイオン電池用の電極において、前記イオン性水溶性ポリマーは、前記膜中に、重量で約0.25%から約2.25%の範囲内で存在し、前記保護コロイドは、前記膜中に、重量で約0.05%から約0.2%の範囲内で存在し、前記固化防止剤は、前記膜中に、重量で約0.1%から約0.5%の範囲内で存在し、前記ラテックスポリマーは、前記膜中に、重量で約0.5%から約3%の範囲内で存在し、前記電極活物質は、前記膜中に、重量で約94.25%から約99%の範囲内で存在する、リチウムイオン電池用の電極。
- 請求項22に記載のリチウムイオン電池用の電極において、前記イオン性水溶性ポリマーは、親水化変性のセルロース材料、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸共重体及びそれらの組み合わせで構成される群から選択される、リチウムイオン電池用の電極。
- 請求項24に記載のリチウムイオン電池用の電極において、前記イオン性水溶性ポリマーは、カルボキシアルキルセルロース及びヒドロキシアルキルセルロースから選択される親水化変性のセルロース材料である、リチウムイオン電池用の電極。
- 請求項25に記載のリチウムイオン電池用の電極において、前記カルボキシアルキルセルロースは、約0.6から約1.2の範囲内の置換度を有する、リチウムイオン電池用の電極。
- 請求項25に記載のリチウムイオン電池用の電極において、前記カルボキシアルキルセルロースは、カルボキシメチルセルロースを備える、リチウムイオン電池用の電極。
- 請求項22に記載のリチウムイオン電池用の電極において、前記保護コロイドは、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ヒドロキシアルキルセルロースポリマー及びそれらの組み合わせで構成される群から選択される、リチウムイオン電池用の電極。
- 請求項22に記載のリチウムイオン電池用の電極において、前記固化防止剤は、炭酸カルシウム、カオリン、シリカ、炭素、炭酸リチウム及びそれらの組み合わせで構成される群から選択される、リチウムイオン電池用の電極。
- 請求項22に記載のリチウムイオン電池用の電極において、前記ラテックスポリマーは、スチレンブタジエン、酢酸ビニルエチレン、スチレンアクリル、ビニルアクリル、エチレンビニルバーサテート及びそれらの組み合わせで構成される群から選択される、リチウムイオン電池用の電極。
- 請求項22に記載のリチウムイオン電池用の電極において、前記電極活物質は、(1)炭素質材料、(2)シリコン系合金、(3)炭素質材料と、Al、Ag、Bi、In、Ge、Mg、Pb、Si、Sn、Ti及びそれらの組み合わせで構成される群から選択される金属とを備える複合化合物、(4)リチウム複合金属酸化物、(5)リチウムを含有する窒化物及び(6)それらの組み合わせで構成される群から選択される負極活物質である、リチウムイオン電池用の電極。
- 請求項22に記載のリチウムイオン電池用の電極において、前記電極活物質は、リチウムを含有する遷移金属酸化物で構成される群から選択される正極活物質である、リチウムイオン電池用の電極。
- 請求項22に記載のリチウムイオン電池用の電極において、前記膜は、約30μmから約150μmの範囲内の厚さを有する、リチウムイオン電池用の電極。
- 請求項22に記載のリチウムイオン電池用の電極において、前記集電体は、アルミニウム、銅及びそれらの組み合わせで構成される群から選択される金属を備える、リチウムイオン電池用の電極。
- 請求項22に記載のリチウムイオン電池用の電極において、前記膜の表面が、前記集電体の表面に結合されて接合を形成し、該接合の接着強度は、90度剥離接着試験で決定され、少なくとも約0.3gf/mmである、リチウムイオン電池用の電極。
- 請求項22に記載のリチウムイオン電池用の電極において、0.5CのCレート及び50サイクルにおいて25℃での前記電極の容量保持パーセンテージは、約80より大きく、前記膜の厚さは、約30μmから約100μmである、リチウムイオン電池用の電極。
- 請求項22に記載のリチウムイオン電池用の電極において、0.5CのCレート及び100サイクルにおいて25℃での前記電極の容量保持パーセンテージは、約60より大きく、前記膜の厚さは、約30μmから約100μmである、リチウムイオン電池用の電極。
- 請求項22に記載のリチウムイオン電池用の電極において、前記電極のインピーダンスは、約300Rct未満であり、前記膜の厚さは、約70μm未満である、リチウムイオン電池用の電極。
- リチウムイオン電池の電極を作製する方法であって、
スラリーを形成するように、電極活物質と、バインダー前駆体組成物と、水とを組み合わせるステップ、ここで前記バインダー前駆体組成物は、イオン性水溶性ポリマーと、保護コロイド、固化防止剤及びラテックスポリマーを備える再分散性粉末と、を備える、と、
集電体上にスラリー層を備える覆われた集電体を形成するように前記スラリーを集電体に塗布するステップと、
前記集電体上に膜を形成するように前記覆われた集電体上の前記スラリー層を乾燥させるステップであって、電極は該膜及び前記集電体を備える、乾燥させるステップと、
を含む電極を作製する方法。 - 請求項39に記載の電極を作製する方法において、前記電極活物質は、(1)炭素質材料、(2)シリコン系合金、(3)炭素質材料と、Al、Ag、Bi、In、Ge、Mg、Pb、Si、Sn、Ti及びそれらの組み合わせで構成される群から選択される金属とを備える複合化合物、(4)リチウム複合金属酸化物、(5)リチウムを含有する窒化物及び(6)それらの組み合わせで構成される群から選択される負極活物質である、電極を作製する方法。
- 請求項39に記載の電極を作製する方法において、前記電極活物質は、リチウムを含有する遷移金属酸化物で構成される群から選択される正極活物質である、電極を作製する方法。
- 請求項39に記載の電極を作製する方法において、前記イオン性水溶性ポリマーは、前記バインダー前駆体組成物中に、乾燥重量ベースで約0.25%から約2.25%の範囲内で存在し、前記再分散性粉末は、前記バインダー前駆体組成物中に、乾燥重量ベースで約0.25%から約3.5%の範囲内で存在し、前記電極活物質は、前記バインダー前駆体組成物中に、乾燥重量ベースで約94.25%から約99.5%の範囲内で存在する、電極を作製する方法。
- 請求項39に記載の電極を作製する方法において、まず、乾燥バインダー前駆体組成物を形成するように、前記イオン性水溶性ポリマー及び前記再分散性粉末が乾燥混合され、その後、前記スラリーを形成するように、該乾燥バインダー前駆体組成物及び電極活物質が前記水に加えられる、電極を作製する方法。
- 請求項39に記載の電極を作製する方法において、前記イオン性水溶性ポリマー、前記再分散性粉末及び前記電極活物質が、混合物を形成するように乾燥混合された後に、前記スラリーを形成するように該混合物に水が加えられる、電極を作製する方法。
- 請求項39に記載の電極を作製する方法において、まず、前記イオン性水溶性ポリマー及び水を備える水溶液を形成するように、前記イオン性水溶性ポリマーが水に加えられ、その後、前記スラリーを形成するように、前記再分散性粉末及び前記電極活物質が該水溶液に加えられる、電極を作製する方法。
- 請求項39に記載の電極を作製する方法において、前記スラリーは、25℃で、約10s−1から約40s−1の範囲内のせん断速度で、約1000cpsから約15000cpsの範囲内のブルックフィールド粘度を有する、電極を作製する方法。
- 請求項39に記載の電極を作製する方法において、前記イオン性水溶性ポリマーは、親水化変性のセルロース材料、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸共重体及びそれらの組み合わせで構成される群から選択される、電極を作製する方法。
- 請求項47に記載の電極を作製する方法において、前記イオン性水溶性ポリマーは、カルボキシアルキルセルロース及びヒドロキシアルキルセルロースから選択される親水化変性のセルロース材料である、電極を作製する方法。
- 請求項48に記載の電極を作製する方法において、前記カルボキシアルキルセルロースは、約0.6から約1.2の範囲内の置換度を有する、電極を作製する方法。
- 請求項48に記載の電極を作製する方法において、前記親水化変性のセルロース材料は、カルボキシメチルセルロースを備える、電極を作製する方法。
- 請求項39に記載の電極を作製する方法において、前記保護コロイドは、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ヒドロキシアルキルセルロースポリマー及びそれらの組み合わせで構成される群から選択される、電極を作製する方法。
- 請求項39に記載の電極を作製する方法において、前記固化防止剤は、炭酸カルシウム、カオリン、シリカ、炭素、炭酸リチウム及びそれらの組み合わせで構成される群から選択される、電極を作製する方法。
- 請求項39に記載の電極を作製する方法において、前記ラテックスポリマーは、スチレンブタジエン、酢酸ビニルエチレン、スチレンアクリル、ビニルアクリル、エチレンビニルバーサテート及びそれらの組み合わせで構成される群から選択される、電極を作製する方法。
- 請求項39に記載の電極を作製する方法において、前記再分散性粉末は粒子状であり、該粒子の平均直径は、約500μm未満である、電極を作製する方法。
- 請求項39に記載の電極を作製する方法において、前記集電体は、アルミニウム、銅及びそれらの組み合わせで構成される群から選択される金属を備える、電極を作製する方法。
- 請求項39に記載の電極を作製する方法において、前記イオン性水溶性ポリマーは、前記膜中に、重量で約0.25%から約2.25%の範囲内で存在し、前記保護コロイドは、前記膜中に、重量で約0.05%から約0.2%の範囲内で存在し、前記固化防止剤は、前記膜中に、重量で約0.1%から約0.5%の範囲内で存在し、前記ラテックスポリマーは、前記膜中に、重量で約0.5%から3%の範囲内で存在し、前記電極活物質は、前記膜中に、重量で約94.25%から約99%の範囲内で存在する、電極を作製する方法。
- 請求項39に記載の電極を作製する方法において、前記膜は、約30μmから約150μmの範囲内の厚さを有する、電極を作製する方法。
- 請求項39に記載の電極を作製する方法において、前記膜の表面が、前記集電体の表面に結合されて接合を形成し、該接合の接着強度は、90度剥離接着試験で決定され、少なくとも約0.3gf/mmである、電極を作製する方法。
- 請求項39に記載の電極を作製する方法において、0.5CのCレート及び50サイクルにおいて25℃での前記電極の容量保持パーセンテージは、約80より大きく、前記膜の厚さは、約30μmから約100μmである、電極を作製する方法。
- 請求項39に記載の電極を作製する方法において、0.5CのCレート及び100サイクルにおいて25℃での前記電極の容量保持パーセンテージは、約60より大きく、前記膜の厚さは、約30μmから約100μmである、電極を作製する方法。
- 請求項39に記載の電極を作製する方法において、前記電極のインピーダンスは約300Rct未満であり、前記膜の厚さは約70μm未満である、電極を作製する方法。
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