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🌡️ 📆 令和6年4月13日
リチウムイオン二次電池の基礎とバインダーの役割

3. バインダーが電池で果たす役割


3.1バインダーの働き―電子パスの維持―

接着と結着

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接着と結着
©K.Tachibana

3.2バインダーの種類―溶液系(PVDF)と水分散系(SBR)

バインダーの種類

  1 374 バインダーの種類
© K.Tachibana
溶剤系バインダーと水分散系バインダー

配向分極(電気二重層)

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配向分極(電気二重層)
©2017 K.Tachibana

PVdF

  3 PVDF
©赤間未行

1 )


SBR

  4 PVDF
(©黒澤大輝

炭素材料とバインダー

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炭素材料とバインダー
©K.Kawada

バインダーのスプリングバック

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バインダーのスプリングバック
©K.Tachibana

3.3界面と表面―面接触と点接触―

接着の様式、点接着と面接着

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接着の様式、点接着と面接着
©2007 K.Tachibana

樹脂で被覆しない、電子伝導の阻害

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樹脂で被覆しない、電子伝導の阻害
©M.Yaginuma, C1

3.4固体粒子の結着―空隙充填の最適化―

スラリー中の粒子サイズのイメージ

  9 スラリーを塗工した電極をさらに拡大した図 赤は活物質、青は 正極集電体、黒はアセチレンブラック、緑はSBR
© D.Kurosawa , C1

電極は、活物質、導電助剤、バインダーを混錬し、塗工して作られます。異なる粒子サイズのもので、電池として動作できるように設計しなければなりません。 図は、活物質、導電助剤、バインダーの粒子サイズを3D-CADアプリ、 ソリッドワークスで、3D表示したものです。

2 )


3.5集電体との接着、付着―密着性と接触抵抗―


内部抵抗の内訳

接触抵抗Rc 接触容量Cc 粒子間抵抗Rp 粒子間容量Cp 粒界抵抗Ri バルク抵抗Rb
  10 接触抵抗Rc * +粒子間抵抗Rp+粒界抵抗Ri+バルク抵抗Rb

Rb+Ri+Rpは、15kΩ以下と推定された。 等価回路

©2020 K.Tachibana
  11 接触抵抗Rc * +粒子間抵抗Rp+粒界抵抗Ri+バルク抵抗Rb
©2020 K.Tachibana

電池 の劣化に伴う 内部抵抗の増大は、 形状変化に伴う 接触抵抗 の増大によるところが大きい


  12 空間電荷層と接触抵抗
©K.Tachibana

3.6電極製造とバインダー―塗工、プレス、乾燥―

調合・混合・攪拌・分散・塗布・乾燥・プレス・注液

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調合・混合・攪拌・分散・塗布・乾燥・プレス・注液
©K.Tachibana

3.7注液、充放電ととバインダー―膨潤、膨張収縮、ガス発生―

誘電率の異なるバインダー樹脂の種類と電解液の分解電位

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バインダー樹脂の種類と電解液の分解電位
© 2010 F. Sato

アノード分極による剥離

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アノード分極による剥離
©M.Morita, C1

3.8電池性能とバインダー―内部抵抗(出力特性)とサイクル寿命―

電池の内部抵抗とSOC- OCV曲線

  16 198 🖱 電池の内部抵抗とSOC- OCV曲線
©K.Tachibana

電池の内部抵抗 が大きくなると、カットオフ電圧に到達する時間が短くなり、電池の容量が小さくなります。 電池の内部抵抗 は、溶液抵抗( 抵抗過電圧)と接触抵抗からなります。 接触抵抗は、オーミックコンタクトでは、固体間接触の集中抵抗からなり、 またショットキーコンタクトでは、反応抵抗( 活性化過電圧)や皮膜抵抗となります。 SOCの推定に使われます。


蓄電ゴム

  17 蓄電ゴム
©K.Tachibana
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リチウムイオン二次電池の基礎とバインダーの役割