リチウム 電極 書籍
 
【次世代】ヘルスケア機器の新製品開発
自動運転、先進運転支援システムの最新動向とセンシング技術

NO.1547

電池性能をフルに発揮するための『バインダーと活物質の混合比率』 『撹拌時間設定』の勘どころ!

Li二次電池電極材料スラリー調整

バインダー・添加剤の選び方・使い方/塗布・乾燥プロセスの最適化

発 刊 2009年12月   体 裁 B5判 379頁 上製本   定 価 85,000(税抜)
※上製本が絶版につき、オンデマンド版 30,000円(税抜)

■ 本書のポイント
◎ 活物質の作製・表面処理

・バインダーとの密着性、電解液とのぬれ性向上させる活物質表面改質法のメリット/デメリット

・ナノサイズ化し、凝集しやすくなった活物質に電解液を行き渡らせる工夫


◎ バインダー・添加剤の配合、スラリー調整

・塗工時の作業性と電極の性能を両立するバインダーの選び方と使い方のポイント

・疎水性の活物質、導電助剤を如何に均一に分散させるか? 分散剤・粘度調整剤の使い方と混合条件


◎ 電極スラリーの塗布・乾燥

・電極スラリーとの密着性を改善する集電体の粗化・孔開け処理、プライマーコート

・塗工厚みの不均一、ダイスジ、エア巻き込み  トラブルの原因がわかれば材料設計に活きる

■ 執筆者【敬称略】

電気化学工業(株) 
山形大学
山形大学
(株)住化分析センター 
佐賀大学 
富山県立大学
昭和電工(株) 
武田コロイドテクノ・コンサルティング 
ナノフォトン(株) 
群馬大学 
山形大学
児玉化学工業(株)
愛知工業大学
千葉大学
山口大学
東洋アルミニウム(株) 
ケッチェン・ブラック・インターナショナル(株)

和田 徹也
立花 和宏
木俣 光正
末広 省吾
芳尾 真幸
平井 敏郎
武内 正隆
武田 真一
内山 知也
鳶島 真一
長谷川 政裕
竹原 秀麿
大澤 善美
大坪泰文
大佐々邦久
多田裕志
前野聖二

群馬大学
アルケマ(株)
ビックケミー・ジャパン(株)
関西大学
鳥取大学
淺田鉄工(株)
神戸大学
東京理科大学
首都大学東京
宇部興産(株)
岩手大学
寿工業(株)
ホソカワミクロン(株)
旭化成エンジニアリング(株)
長崎大学
日本ゼオン(株)

森本 英行
松永 昌之
若原 章博
芝田 隼次
坂口 裕樹
後藤 正明
菰田 悦之
駒場 慎一
金村 聖志
吉武 秀哉
宇井 幸一
院去 貢
井上 義之
綾部 守久
山田 博俊
薮内 庸介

■ 目 次
 
第1章 電極活物質の微粉砕と粒子径最適化

第1節  リチウムイオン二次電池電極作製のための負極活物質の改質、表面修飾

 −活物質の表面性状が他の電極構成部材や電解液との相性を左右する!

1.負極活物質材料の表面修飾・改質法の概要
2.カーボンコーティングによる表面修飾・改質
3.カーボンコーティング以外の手法による表面修飾・改質


第2節 アセチレンブラックの均一粒径化、高伝導化と電極材料への応用

 −導電助剤としてどれだけの効果があるのか?

1.アセチレンブラックとは
2.高導電化への試み
3.導電助材としての適用(正極)
4.導電助材としての適用(負極)


第3節 電極活物質のナノ多孔化と挿入・脱離特性、反応解析

 −正極活物質に求められる『ナノサイズ化+多孔質化』『導電助剤との複合化』!
   最適な作製方法は? 電気化学特性はどこまで上がるか?!

1.電極活物質のナノ多孔化・複合化
2.ナノ多孔・複合体電極の作製例
3.ナノ多孔・複合体電極の電気化学特性評価


第4節 有機溶媒中における電極材料のぬれと分散

 −複数の電極材料からなるヘテロ系スラリーを調製するポイント!

1.ぬれとは
2.ぬれと接触角
3.ぬれと固体の表面自由エネルギー
4.湿潤剤の役割


第5節 湿式ジェットミルによる電極材料の微粒子化、分散状態の最適化

 −活物質の微粒子化と電池特性に及ぼす効果を詳説!

1.高圧湿式ジェットミル
2.Liイオン電池用正極活物質の微粒子化と電池特性に及ぼす効果


第6節 ビーズミルによる均一粉砕・分散・ナノ粒子分散と粒子径の均一化

 −粒度分布、コンタミ、安定性、、、  Li電極材料処理の可能性は?

1.微粉砕と粒子分散との違い
2.微粉砕機
3.ナノ粒子分散装置


第7節 粉砕粒径均一化のための粉砕助剤の効果的な活用

 −長寿命、高容量かつ安全性の高い活物質の生産に!

1.粉砕助剤とは
2.乾式粉砕プロセスにおける粉砕助剤
3.湿式粉砕プロセスにおける粉砕助剤
4.粉砕助剤の活用のすすめ

第2章 電極スラリー調製技術
     〜バインダー・添加剤の選び方・使い方、プロセスの最適化〜


第1節 スラリー調製のための各種添加剤の最適選定と添加効果
[1] リチウムイオン二次電池電極材における分散剤の最適な選定とその特性、効果

 −分散剤の分子量決定要因、バインダーとの相溶性コントロール、粘性制御法、分散剤の作用機構!

1.微粒子の分散安定化
2.粘性制御


[2] 電極材の熱安定性、過充電防止剤としての添加剤作用機構とメカニズム

 −シロキサン添加によるセルの充放電特性!

1.ポリエーテル変性シロキサン添加電解液によるリチウム電池用負極の表面改質が電気化学的特性と熱的挙動に与える影響
2.過充電防止剤
3.今後の展望


[3] Li電池電極用導電助剤としての導電性フィラーの適用と評価

 −サイクル寿命、電解液浸透性はどこまで改善できるのか?

1.VGCFの製造方法と特徴
2.VGCFのLIB電極用導電助剤としての添加効果
3.VGCFの分散方法の検討
4.VGCFのLIB電極用導電助剤としての今後の展開


第2節:最適なバインダーの選定と目的に応じた選び方
[1] リチウムイオン二次電池電極用バインダーの特徴とスラリー作製、乾燥のポイント

 −水系バインダーを用いて適正な粘度、レオロジー特性を得るためのポイントを詳説!
 −活物質をスラリー化した際の塗料特性、電極を捲回した際の柔軟性、電解液への不溶性、電気化学的な安定性

1・負極用バインダーの種類と特徴
2.スラリー作製上の留意点
3.乾燥工程上の留意点
4.負極用バインダー
5.正極用バインダー

[2] 水溶性高分子(PAA)を用いたリチウムイオン二次電池用バインダーの特性とスラリー調製

 −コスト・環境負荷の面で優位性のある水系バインダー! 電極のサイクル特性はどこまで改善できるのか?

1.電極の作製方法
2.ポリアクリル酸を用いたリチウムイオン二次電池用黒鉛負極の開発


[3] リチウムイオン二次電池用PVDFバインダーの特性とスラリー調製

 −電池の安全性に寄与するバインダーの性能は大きい!
  『残存する金属量』『イオン溶出量』『集電体との接着性』『電極シートの「曲げ」に対応する柔軟性』

1.PVDF製造プロセスとバインダー特性
2.高分子量PVDFが有するバインダー特性
3.PVDFバインダーと電池の安全性


[4] 負極活物質と電解液にあわせた界面制御と機能性バインダー

 −期待が集まるシリコン系負極材料! 性能をもっとも引き出すバインダーはどれだ!?

1.ナトリウム塩被覆による炭素負極特性の改善
2.機能性バインダーによる炭素負極特性の改善
3.バインダーによるシリコン系負極特性の改善


第3節 電極分散液・スラリーの調整プロセス最適化
[1] Li電池関連材料の有機溶媒中での分散とその評価

 −添加剤の種類・グレードや添加量を求めるキーポイント!
   粒子径、沈降速度/沈降体積、粘度/降伏応力の「考え方」「求め方」!

1.チタン酸バリウム(BaTiO3)のトルエンおよびエタノールの混合溶液中での分散
2.直鎖飽和脂肪酸による磁性酸化鉄の分散安定化
3.凝集・分散の評価法


[2] バッチ式精密混合機によるLi電極材料精密混合、分散技術

 −二種の活物質の混合、活物質のぬれ性改善、バインダーとの結合性改善、正極活物質と
          導電助剤を強固に結合、 高出力化、サイクル特性改善、熱的安定性の確保!

1.乾式粒子複合化技術
2.乾式粒子複合化装置によるLi電池材料の性能向上の事例


[3] 混練押し出し機を用いた電池材料の分散技術

 −充填密度のアップ/プレス圧の低減、厚膜コーティングへの対応、導電助剤・バインダー使用量の低減に向けて!

1.ミラクルKCKの構造と分散、解砕の原理
2.分散、解砕処理の方法
3.分散、解砕の実施例
4.期待される効果

[4] チクソ性の発現メカニズムとその制御

 −『活物質のネットワーク構造』と『電気伝導度・弾性率』の定量的関係に迫る!

1.ネットワーク構造の形成と輸送現象
2.ネットワーク構造とチクソ性の制御


[5] リチウムイオン二次電池用電極スラリーの流動・充填特性の評価と流動挙動メカニズム

 −電極スラリーの流動特性制御の必須事項!
   活物質間にはどんな力が働くのか? 分散剤はどのように吸着するのか?

1.微粒子の大きさと付着性
2.分散剤の吸着
3.分散性の評価


[6] ケッチェンブラックの特徴と応用および分散、スラリー調整方法

 −分散が難しいとされるカーボンブラックを、導電性が最適となるように処理するための『チェックポイント』!

1.導電性カーボンブラックとは?
2.導電性カーボンブラック含有スラリーを開発する上でのポイント
3.導電性カーボンブラック含有スラリーの応用例


[7] 電極作製におけるスラリーの調製と塗布、塗工の最適化

 −最適な活物質/バインダーの比率と混合時間の判断基準!

1.電極密度と塗工
2.有機溶媒系および水系塗工液バインダー
3.有機溶媒系バインダー用いる正極活物質(LiCoO2)の塗工例
4.アセチレンブラックを用いない塗料溶液の作成例

[8] 電極スラリーの分散・凝集特性の測定と評価

 −電極スラリーを希釈せず、濃厚なまま評価するには

1.電極スラリーの分散・凝集特性
2.分散・凝集特性と分散安定性
3.再凝集に対する安定性とゼータ電位
4.超音波スペクトロスコピーによる分散・凝集特性評価

第3章 電池特性向上へ向けた塗布・塗工・乾燥プロセスの最適化


総論 塗布・乾燥条件にまつわる最適プロセスと今後の課題

 −スラリーの乾燥途中で一体何が起きているのか? どのような成分が電極の特性に影響するのか?

1.リチウムイオン二次電池の高エネルギー密度化と高出力化の課題
2.リチウムイオン二次電池の大型化への課題
3.電池性能と電極合材スラリー
4.電極スラリーの乾燥過程


第1節 集電体の表面処理、界面制御
[1] 正極集電体に対するAl不働態化と不働態皮膜(バルブメタル)の制御

 −不働態皮膜の厚み、拡面処理が接触抵抗に及ぼす影響は?

1.有機電解液中におけるアルミニウムの不働態化
2.アルミニウム不働態皮膜と電池合材の接触抵抗


[2] 電極被膜形成の制御とその効果

 −電池の長期信頼性確保のキー技術『アルミニウム集電体の腐食抑制』!

1.機能性電解液:初期型機能性電解液
2.機能性電解液:第二世代機能性電解液(ナノコントロール)
3.機能性電解液:第三世代機能性電解液(ECM型被膜形成)
4.機能性電解液:新規機能性電解液(アルミニウム集電体腐食抑制機能性電解液)
5.機能性電解液の近未来技術


[3] アルミニウム箔電極、集電体表面処理

 −要求される機械的特性、耐電解液特性を満たす集電体の選び方
    充放電サイクル特性、電気化学特性を向上させる加工法!

1.アルミニウム箔電極・集電体の製造方法
2.リチウムイオン電池正極集電材料に要求される特性


第2節 正極・負極合材の塗布・乾燥プロセスの最適化
[1] 塗布・乾燥プロセスにおける微粒子分散・凝集状態と粘弾性・レオロジーの解析

 −『スラリーの粘度、塗布時のせん断速度』と『活物質の分散状態』の関係の予測に役立つ!

1.固体高分子形燃料電池とリチウムイオン電池の構成
2.PEFC触媒層の作製プロセスと塗布乾燥技術
3.調液プロセス
4.塗布プロセス
5.乾燥プロセス


[2] 電極コーティングの最適化、電極塗工での問題点と対応策

 −電極スラリーの粘度変化への対応、塗工厚みの均一化、エアの巻き込み/ダイスジ対策!

1.電極塗工に於ける現状の課題と問題点
2.塗工の最適化と問題点への対策
3.電極用コーティングに用いられるコーティングシステム
4.薄膜・低粘度塗工


[3] 電極塗布・乾燥プロセスにおける界面状態の制御と解析

 −多孔質電極の充放電曲線・インピーダンス挙動の予測法!

1.塗布電極の構造
2.塗布電極の観察
3.塗布電極と単粒子電極の比較
4.塗布電極の反応速度支配因子

[4] 電極のスリット技術及び巻き取り技術

 −電極スラリーをストライプ塗布した場合と間欠塗布した場合では、
    巻取り時に起こりやすいトラブルも変わる! 代表的なトラブル例とその対応策を解説!

1.電極を中心としたスリット技術
2.電極を中心とした巻き取り技術


第3節 正極・負極合材の塗布・乾燥プロセスの最適化
[1] 金属系負極活物質の創製とサイクル特性向上技術

 −湿式法VS乾式法! シリコン系、スズ系負極材の最大の問題点『充放電時の体積変化』に強い電極をつくることができるのはどっち??

1.スラリー形態の電極
2.膜形態の電極


[2] 合金系薄膜電極の作製と負極特性

 −Sn系薄膜電極の空隙制御、薄膜表面の凹凸形成と合金化技術!

1. Sn系合金薄膜負極の作製と評価用電気化学セルの作製
2. 非イオン性界面活性剤の添加量と見かけの薄膜電極密度との関係
3. 熱処理前のSn薄膜電極
4. 熱処理によるSn合金薄膜電極の作製と負極特性

第4章 電極の解析、評価技術

第1節 リチウムイオン二次電池用電極材料の成分分布観察

 −観察例を紹介! 成分分析がしっかりできれば材料設計に活かせる!

1.ラマン散乱とは
2.高速ラマン顕微鏡の概要
3.リチウムイオン電池正極表面における成分分布観察


第2節 電極材の断面形状、界面状態の分析

 −少量のバインダーに対して多くの活物質が充填された電極は断面試料作製が難しい!
   活物質の脱落やつぶれが少ない前処理法とは?

1.測定原理
2.事例(CP加工−FE-EPMAによるLIB正極断面の観察)


リチウム 電極 スラリー