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機能界面設計工学特論

電極スラリーの調整と塗布・乾燥条件は、なぜリチウム電池の性能を左右するのか?

日時 2016年11月25日(金)〜11月26日(土)
16:30−17:45
研修場所 群馬県高崎市 高崎ワシントンホテル
塗布技術研究会

電池は材料をスラリーに調整し、集電箔に塗布・乾燥して電極とし、これを組み立て る。 このスラリーと一般の塗料と違う点は、組立後の電池の中で、 化学反応が起きたり、電気が流れたりするところにある。 その最終イメージなしには、途中のプロセスの最適化は為しえない。 本講演では、電気化学の基礎をおさらいしながら、 リチウム電池がどのように動作しているのかを解説し、 スラリーを調整・塗布・乾燥条件が、 電池動作のどこに影響を及ぼす可能性があるのかについて議論する。

電池の歴史

ダニエル電池と乾電池

ダニエル電池と乾電池の正極を較べてみると大きな違いに気がつきます。 乾電池の正極はぶあついのです。 これを実現するために活物質に導電助剤を加えて合材としたものが使われます。

ダニエル電池
LiMn2O4系に対する導電付与材、集電体&電解液の効果

分散との矛盾

固体を分散するということは固体を分散剤でくるむということです。 しかし分散剤は必ずしも電子やイオンの良導体とは限りません。 固体を分散剤でくるんだだけで終わってしまっては、電極は動作しません。 乾燥の途中で消えていなくなる分散剤か生き残るなら電子やイオンの導電パスを 自己組織化によって作り上げるような分散剤が必要です。 正極合材スラリーに使われる PVDFはスラリー中では分散剤として働き、乾燥後はバインダーとして働く優れものでした。

リチウムイオン二次電池における精密塗布・乾燥技術

集電体との接触抵抗

うまく塗れて密着性試験が終わったからとして油断してはいけない。 電極を電解液につけたらはらりと落ちた。充電を開始したとたんに落ちた、などということもあります。

リチウムイオン二次電池の正極の分極時におけるアルミニウム集電体と炭素導電助材の密着性

異物とマイクロショート


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