コンダクトメトリーによる炭素材料分散スラリー乾燥過程における導電ネットワーク形成の解析

＜タイトル＞コンダクトメトリーによる炭素材料分散スラリー乾燥過程における導電ネットワーク形成の解析

＜発表区分＞オーラル

＜キーワード＞コンダクトメトリー ，炭素導電助材，分散粒子，ストラクチャー，リチウム二次電池

＜概要＞リチウムイオン二次電池合材スラリー中の分散粒子が乾燥過程において、いかにして導電ネットワークを形成するか、その粒子凝集過程は十分に解明されているとは言えない。本研究は、コンダクトメトリーを炭素材料分散スラリーの評価に応用することで、スラリーの乾燥過程における導電ネットワーク形成の解析を試みた。

コンダクトメトリーによる導電ペースト乾燥過程における導電ネットワーク形成の解析

(山形大院理工*) ○佐藤史人*・立花和宏*・仁科辰夫*

英語（要約）

1. 緒言

　柳沼らは，リチウムイオン二次電池用正極合材スラリーの乾燥過程において、炭素｜炭素間、炭素｜活物質間の導電ネットワーク形成の解析をin-situインピーダンス測定により試みた結果、スラリーによってインピーダンスや位相差の変化が異なると述べている。1)

　交流での抵抗(インピーダンス)は、導電性フィラーだけでなく、ベース樹脂の特性の影響や導通経路の出来映えの影響を受けるため、直流での抵抗値が同じような材料であっても、大きく異なる場合があることが報告されている。2)

　導電性接着剤実装の信頼性評価に関して、電気抵抗値や絶縁特性を始めとするいずれの評価においても標準的な評価方法が確立していないのが現状である。2)

　導電性接着剤の乾燥過程において、いかにして導電性が発現するのか、粒子凝集過程は現在も明らかにされていない。3)

　本研究は、柳沼らの測定法を導電性接着剤の評価にも応用し、乾燥過程においてスラリー中の分散粒子がいかにして導電ネットワークを形成するか，電流アドミタンス，位相差を指標として解析を試みた。

2. 実験方法

スラリー 炭素材料 分散剤

① AB ノニオン系

② AB アニオン系

③ KB ノニオン系

④ 親水化AB ノニオン系

　4mm×40mmのアルミ箔（厚み0.1mm）を2枚用意し，1mmの間隔を空けてエポキシ樹脂（マルトー，ペトロポキシ154）にアルミ箔を貼り付け，乾燥プロセスのインピーダンスを測定するためのセルを作製した．次に，炭素材料スラリーを作製した．炭素導電助材にAB（アセチレンブラック），親水化AB，KB（ケッチェンブラック）を用いてTable 1に示す4種のスラリーを作製した．各スラリーは分散剤を使って水に分散させただけのスラリーである．スラリーをセルに塗布し，ホットプレート（マルトー，MS160）で60℃から80℃に昇温し乾燥させた．乾燥と同時に2017Hz，0.1Vppでアドミタンスと位相差を測定した．測定装置にはポテンショスタット（東方技研, 2020），ファンクションジェネレータ（NF回路ブロック，WF1945B），ロックインアンプ（NF回路ブロック，LI575），レコーダー（グラフテック，GL900），オシロスコープ（テクトロニクス，2247A）を使用した．

ふみとは、2012年に、それまでの研究をリチウムイオン二次電池正極用合材スラリーの評価法に関する研究というテーマで修士論文としてまとめ、山形大学を卒業したリチウムイオン二次電池正極用合材スラリーの評価法に関する研究¹⁾。

【関連講義】卒業研究（Ｃ１-電気化学２００４～）,カーボン材料（カーボンブラック系）カーボン材料（カーボンブラック系）²⁾

【材料】炭素材料スラリー

【物理量】ポットライフ t 〔s〕導電率 κ 〔S/m〕誘電率 ε 〔F/m〕双極子モーメント μ 〔D〕

○柳沼雅章,…らは、2009年に国立京都国際会館（〒606-0001　京都市左京区宝ヶ池）で開催された第50回電池討論会においてリチウムイオン二次電池合材スラリーのin-situインピーダンス測定による乾燥プロセスの解析について報告しているリチウムイオン二次電池合材スラリーのin-situインピーダンス測定による乾燥プロセスの解析³⁾。

【関連講義】コンダクトメトリーによる導電ペースト乾燥過程における導電ネットワーク形成の解析,コンダクトメトリー：電解液から分散液まで⁴⁾

【学会】炭素材料学会＠愛知県名古屋市【学会】炭素材料学会＠愛知県名古屋市

図 スラリー乾燥時のインピーダンス
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リチウムイオン二次電池合材スラリーのin-situインピーダンス測定による乾燥プロセスの解析

• (1) リチウムイオン二次電池正極用合材スラリーの評価法に関する研究
  佐藤　史人, 山形大学 理工学研究科 バイオ化学工学専攻, 修士論文 (2012).
• (2) 伊藤 智博、立花 和宏、仁科 辰夫. 卒業研究（Ｃ１-電気化学２００４～）：カーボン材料（カーボンブラック系）. /amenity/Syllabus/@Lecture.asp?nLectureID=1672.  (参照2007-08-29).
• (3) リチウムイオン二次電池合材スラリーのin-situインピーダンス測定による乾燥プロセスの解析
  ○柳沼雅章,立花和宏,仁科辰夫,第50回電池討論会講演要旨集 (2009).
• (4) 立花　和宏. コンダクトメトリーによる導電ペースト乾燥過程における導電ネットワーク形成の解析：コンダクトメトリー：電解液から分散液まで. /amenity/Syllabus/@Lecture.asp?nLectureID=3710.  (参照2011-08-08).