導電助材(導電助剤)

https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/Public/52255/_13/ChargeDischarge.asp
卒業研究(C1-電気化学2004〜) の単元です。

小単元

概要

活物質1)と混合して合材2)とします。

正極合材には、炭素導電助剤が添加される。コバルト酸リチウムに代表されるリチウムイオン二次電池の正極活物質は、リチウム複合酸化物であり、その結合様式は、イオン結合である。よって正極活物質は電子伝導性に乏しい。

◆活物質、集電体とオーミックコンタクトがとれること。金、炭素は可。酸化物を形成する金属は不可。

◆溶媒を分解しないこと。グラファイトは好ましくない炭素導電助材を圧着したアルミニウム電極を用いたリチウム二次電池駆動用電解液の分解挙動3)。

◆スラリー中によく分散すること。

リチウム負極活物質として使われる親油性表面を持つグラファイト系の炭素材料は有機系バインダーで被覆される傾向が強く導電助材としては適しません。

カーボン粉体を使うので4)、接触界面における粒子同士の接触が重要となります。炭素の導電は共役π電子による二次元伝導と考えられるので、粒子同士の接触ではトンネル効果によると思われ、粉体粒子間の微妙な距離で電気抵抗が大きく変化します。圧力によって容易に距離が変化するので、それを利用したものがカーボンマイクです。よって粉体粒子間の接触面積 A 〔m²〕が重要です。

一般に吸着は発熱反応なので熱量計でも測定できます。

集電体集電体(集電子)5)にアルミニウムを使っている場合、その不働態皮膜に接触して、欠陥を活性化して導電状態を作ります集電体不働態皮膜/炭素導電助剤界面と電極の内部抵抗の関係6)。その接触抵抗接触抵抗率 ρc 〔Ω·m²〕を下げるには、欠陥密度を増加させ、接触面積を増やせば良いです。見かけの面積と真の面積の比を拡面倍率といいます。

プレスによってアルミニウム集電体かずみアルミニウム集電体への炭素導電助材の塗布圧による充放電性能への影響7)アルミニウム集電体上への炭素導電助材の塗布圧による充放電の変化8)

森田 茉季,…らは、2010年に富山大学五福キャンパス(富山市五福3190) で開催された電気化学会第77回大会において液晶場をプローブとした炭素導電助材の表面官能基の評価について報告している液晶場をプローブとした炭素導電助材の表面官能基の評価9)。

○高塚知行,…らは、2009年に幕張メッセ 国際会議場(千葉市美浜区中瀬2-1) で開催された第120回講演大会においてリチウム電池活物質の表面特性が粉体抵抗に及ぼす効果と電極内部抵抗の関係について報告しているリチウム電池活物質の表面特性が粉体抵抗に及ぼす効果と電極内部抵抗の関係10)。

○佐藤幸裕・…らは、2001年に兵庫県神戸市で開催された電気化学会第68回大会において炭素導電助材を圧着したアルミニウム電極を用いたリチウム二次電池駆動用電解液の分解挙動について報告している炭素導電助材を圧着したアルミニウム電極を用いたリチウム二次電池駆動用電解液の分解挙動11)。

くわばらは、1998年に、それまでの研究をEMD粉末の界面制御に関する研究というテーマで卒業論文としてまとめ、山形大学を卒業したEMD粉末の界面制御に関する研究12)。

立花和宏…らは、1998年に北九州で開催された第49回国際電気化学会においてThe true function of carbon conductive additives to the cathode of recent high-performance batteriesについて報告しているThe true function of carbon conductive additives to the cathode of recent high-performance batteries13)。

○立花和宏…らは、1997年に大阪豊中で開催された第38回電池討論会において一次電池および二次電池の充放電時における正極導電助材としての炭素材料の機能について報告している一次電池および二次電池の充放電時における正極導電助材としての炭素材料の機能14)。

【材料】

アセチレンブラック

【関連講義】

卒業研究(C1-電気化学2004〜),乾電池乾電池(ルクランシェ電池・屋井電池・ガスナー電池)15)

エネルギー変換化学特論,共有結合、共有結合の結晶での電気の流れ方16)

炭素材料と導電助材17)

【関連界面】

導電助材|導電助材導電助材|導電助材@電池18)

アルミニウム|炭素導電助材19)

導電助材|活物質(界面)導電助材|活物質(界面)20)

炭素材料

【関連書籍】

炭素・自問自答(目次)21)

22)

よくわかる電池(目次)23)

炭素導電助材を圧着したアルミニウム電極を用いたリチウム二次電池駆動用電解液の分解挙動
アルミニウム集電体上への炭素導電助材の塗布圧による充放電の変化
液晶場をプローブとした炭素導電助材の表面官能基の評価
リチウム電池活物質の表面特性が粉体抵抗に及ぼす効果と電極内部抵抗の関係
炭素導電助材を圧着したアルミニウム電極を用いたリチウム二次電池駆動用電解液の分解挙動
The true function of carbon conductive additives to the cathode of recent high-performance batteries
一次電池および二次電池の充放電時における正極導電助材としての炭素材料の機能

関連の展示品

参考文献( 書籍 ・論文 ・URL)