特許 7622222 リチウムイオン電池用分散剤及びその製造方法、正極スラリー及びリチウムイオン電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-17

(45)【発行日】2025-01-27

(54)【発明の名称】リチウムイオン電池用分散剤及びその製造方法、正極スラリー及びリチウムイオン電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 4/62 20060101AFI20250120BHJP

   H01M 4/139 20100101ALI20250120BHJP

   H01M 4/13 20100101ALI20250120BHJP

   C08F 226/10 20060101ALI20250120BHJP

   C08F 8/04 20060101ALI20250120BHJP

   C08L 39/06 20060101ALI20250120BHJP

   C09K 23/52 20220101ALI20250120BHJP

【ＦＩ】

H01M4/62 Z

H01M4/139

H01M4/13

C08F226/10

C08F8/04

C08L39/06

C09K23/52

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2023532455

(86)(22)【出願日】2021-11-25

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-12-14

(86)【国際出願番号】 CN2021133204

(87)【国際公開番号】W WO2022111590

(87)【国際公開日】2022-06-02

【審査請求日】2023-06-30

(31)【優先権主張番号】202011361712.8

(32)【優先日】2020-11-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】510177809

【氏名又は名称】ビーワイディー カンパニー リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＢＹＤ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ． ３００９， ＢＹＤ Ｒｏａｄ， Ｐｉｎｇｓｈａｎ， Ｓｈｅｎｚｈｅｎ， Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５１８１１８， Ｐ． Ｒ． Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】100169904

【弁理士】

【氏名又は名称】村井 康司

(74)【代理人】

【識別番号】100132698

【弁理士】

【氏名又は名称】川分 康博

(72)【発明者】

【氏名】▲楊▼吉祥

(72)【発明者】

【氏名】▲陳▼永坤

(72)【発明者】

【氏名】唐富▲蘭▼

(72)【発明者】

【氏名】▲張▼▲亜▼楠

(72)【発明者】

【氏名】▲ハオ▼▲ロン▼

【審査官】窪田 陸人

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－０６１９９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／０５７９９３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２０／１１０６９１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－１４９１７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０５０１１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６５６６００６（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ４／００－４／６２

Ｃ０８Ｆ ２２６／１０

Ｃ０８Ｆ ８／０４

Ｃ０８Ｌ ３９／０６

Ｃ０９Ｋ ２３／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｎ－ビニルピロリドンに由来する構成単位Ａ、共役ジエン系単量体に由来する構成単位Ｂ及び有機酸系単量体に由来する構成単位Ｃを含み、前記有機酸系単量体は、不飽和スルホン酸系単量体、不飽和リン酸系単量体及び不飽和カルボン酸系単量体のうちの１種又は複数種を含む、リチウムイオン電池用分散剤。

【請求項2】

前記分散剤の総量で計算すると、前記構成単位Ａのモル割合は、３０％～９０％であり、前記構成単位Ｂのモル割合は、５％～５０％であり、前記構成単位Ｃのモル割合は、１％～３０％である、請求項１に記載の分散剤。

【請求項3】

前記不飽和スルホン酸系単量体は、ビニルスルホン酸、アリルスルホン酸、メタリルスルホン酸、２－アクリルアミド－２－メチルプロパンスルホン酸、スチレンスルホン酸、３－アリルオキシ－２－ヒドロキシプロパンスルホン酸、２－（メタクリロイルオキシ）エタンスルホン酸、アクリル酸３－スルホプロピル、メタクリル酸３－スルホプロピル及びそれらの塩のうちの１種又は複数種を含み、
前記不飽和リン酸系単量体は、ビニルホスホン酸、（１－フェニルビニル）ホスホン酸、アリルホスホン酸、ビス［２－（メタクリロイルオキシ）エチル］リン酸、２－（メタクリロイルオキシ）エチル－２－（トリメチルアミノ）エチルリン酸エステル及び２－メチル－２－アクリル酸－２－（ホスホノオキシ）エチルのうちの１種又は複数種を含み、
前記不飽和カルボン酸系単量体は、アクリル酸、メタクリル酸、２－エチルアクリル酸、α－アセトキシアクリル酸、クロトン酸、イソクロトン酸、マレイン酸、イタコン酸及びフマル酸のうちの１種又は複数種を含む、請求項１又は２に記載の分散剤。

【請求項4】

前記共役ジエン系単量体は、１，３－ブタジエン、イソプレン、２，３－ジメチル－１，３－ブタジエン、２－クロロ－１，３－ブタジエン、１，３－ペンタジエン、１，３－ヘキサジエン、１，３－デカジエン、２－メチル－１，５－ヘプタジエンのうちの１種又は複数種を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の分散剤。

【請求項5】

重量平均分子量は、５０００～１０万である、請求項１～４のいずれか一項に記載の分散剤。

【請求項6】

Ｎ－ビニルピロリドン、共役ジエン系単量体及び有機酸系単量体を含む単量体原料を重合反応させて、リチウムイオン電池用分散剤を得る工程を含み、前記有機酸系単量体は、不飽和スルホン酸系単量体、不飽和リン酸系単量体及び不飽和カルボン酸系単量体のうちの１種又は複数種を含む、リチウムイオン電池用分散剤の製造方法。

【請求項7】

前記単量体原料を重合反応させて形成されたポリマーを水素化反応させる工程をさらに含む、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記単量体原料の総質量で計算すると、前記Ｎ－ビニルピロリドンの割合は、３０％～９０％であり、前記共役ジエン系単量体の割合は、５％～４０％であり、前記有機酸系単量体の割合は、１％～４０％である、請求項６又は７に記載の方法。

【請求項9】

正極活物質、導電剤、接着剤、分散剤及び溶媒を含み、
前記分散剤は、請求項１～５のいずれか一項に記載の分散剤である、リチウムイオン電池用正極スラリー。

【請求項10】

リチウムイオン電池用正極スラリーの製造方法であって、
該正極スラリーは、正極活物質、導電剤、接着剤、分散剤及び溶媒を含み、
正極スラリーの製造方法は、
請求項６～８のいずれか一項に記載の分散剤の製造方法を含む、正極スラリーの製造方法。

【請求項11】

前記正極スラリーにおいて、前記分散剤の質量は、前記正極活物質の質量の０．４％を超えない、請求項９に記載の正極スラリー。

【請求項12】

集電体及び前記集電体上に配置された正極材料層を含む正極板を含むリチウムイオン電池であって、
前記正極材料層は、正極活物質、導電剤、接着剤及び分散剤を含み、前記分散剤は、請求項１～５のいずれか一項に記載の分散剤である、リチウムイオン電池。

【請求項13】

リチウムイオン電池の製造方法であって、
該リチウムイオン電池は、集電体及び前記集電体上に配置された正極材料層を含む正極板を含み、前記正極材料層は、正極活物質、導電剤、接着剤及び分散剤を含み、
前記リチウムイオン電池の製造方法は、請求項６～８のいずれか一項に記載の分散剤の製造方法を含む、リチウムイオン電池の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の参照出願）
本願は、２０２０年１１月２８日に中国国家知識産権局に提出された、出願名称が「リチウムイオン電池用分散剤及びその製造方法、正極スラリー、正極板及びリチウムイオン電池」の中国特許出願第２０２０１１３６１７１２．８号の優先権を主張するものであり、その全ての内容は参照により本願に組み込まれるものとする。

【0002】

本願は、リチウムイオン電池の技術分野に関し、具体的には、リチウムイオン電池用分散剤及びその製造方法、正極スラリー及びリチウムイオン電池に関する。

【背景技術】

【0003】

電池の性能への要求が高まっているにつれて、その正極スラリーのプロセス製造工程への要求も高まっている。リチウムイオン電池の正極スラリーの成分は、主に正極活物質、導電剤、接着剤及び溶媒を含む。正極板の均一性を向上させるために正極活物質及び導電剤などの正極スラリーにおける分散効果を向上させる必要がある。一方では、正極スラリーの塗布性能を改善し、正極板の歩留まり及び生産能力を向上させるために、正極スラリーの固体含有量を向上させる必要がある。正極スラリーに分散助剤を添加する方法を採用する電池メーカーを増加しつつある。正極スラリーに分散助剤を添加することは、業界では、正極スラリーの分散効果及び固体含有量を向上させる主流な方法である。

【0004】

従来のリチウムイオン電池に利用可能な分散剤は、種類が少なく、主にポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリアクリルアミド（ＰＡＭ）などである。しかしながら、これらの分散剤は、正極スラリーに対する分散能力が限られ、添加量が一般的に大きいため、それに応じて、正極スラリーで形成された正極材料層における正極活物質の質量割合を低下させ、さらに電池の比容量を低下させる。したがって、少ない使用量の分散剤により優れたスラリー分散効果を達成するために、正極スラリーに対して優れた分散能力を有する分散剤を開発する必要がある。

【発明の概要】

【0005】

これに鑑み、本願の実施例は、リチウムイオン電池用分散剤及びその製造方法、正極スラリー及びリチウムイオン電池を提供し、当該リチウムイオン電池用分散剤は、正極スラリーの分散性及び固体含有量を向上させるとともに正極活物質の含有量の低下による電池の比容量の低下の問題を回避することができる。

【0006】

具体的には、第１の態様では、本願は、リチウムイオン電池用分散剤を提供し、前記リチウムイオン電池用分散剤は、Ｎ－ビニルピロリドンに由来する構成単位Ａ、共役ジエン系単量体に由来する構成単位Ｂ及び有機酸系単量体に由来する構成単位Ｃを含み、前記有機酸系単量体は、不飽和スルホン酸系単量体、不飽和リン酸系単量体及び不飽和カルボン酸系単量体のうちの１種又は複数種を含む。

【0007】

前記共役ジエン系単量体は、前記分散剤に対して分子骨格作用を果たす構成単位Ｂを提供し、前記分散剤の分子鎖に一定の可撓性を持たせる。前記Ｎ－ビニルピロリドンは、前記分散剤に正極スラリーの溶媒（例えばＮ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）など）と高い親和性を有する構成単位Ａを提供し、前記分散剤と正極スラリーの溶媒との相溶性を向上させる。前記有機酸系単量体により、前記分散剤は、カルボキシル基、リン酸基、スルホン酸基などの極性基の構成単位Ｃを有するため、当該分散剤が正極活物質の表面に水素結合、ファンデルワールス力などを形成することができる。例えば、分散剤は、リン酸鉄リチウム、リン酸マンガン鉄リチウムなどの正極活物質の表面のリン酸基と水素結合を形成し、三元系正極活物質の表面のヒドロキシル基と水素結合を形成することができ、また、カーボンナノチューブ、グラフェンなどの導電剤の表面のヒドロキシル基、カルボキシル基などの機能基と水素結合を形成することができる。

【0008】

したがって、前記分散剤は、両親媒性を有し、溶媒への親和性を有するだけでなく、分散される粒子（正極活物質の粒子、導電剤の粒子など）への親和性を有し、当該分散剤は、分散される粒子の表面と溶媒の界面に吸着されやすく、正極活物質及び導電剤などがリチウムイオン電池の正極スラリーにおいて優れた分散効果を達成し、分散される粒子の再凝集を阻止し、かつ分散時間が短く、分散剤の使用量が少なく、また、前記分散剤は、優れた可撓性を有し、その両親媒性作用をよりよく発揮し、その可撓性により各粒子の正極板における内部応力を減少させることにより、正極板の可撓性を改善する作用を果たし、正極板を電池に組み立てやすい。

【0009】

本願のいくつかの実施形態では、前記分散剤は、上記構成単位Ａ、構成単位Ｂ及び構成単位Ｃを同時に含有する共重合体を含む。当該共重合体は、ランダム、ブロック、交互及びグラフト共重合構造のうちのいずれかの構造を含んでもよい。

【0010】

本願のいくつかの実施形態では、前記分散剤の総量で計算すると、前記構成単位Ａのモル割合は、３０％～９０％であり、前記構成単位Ｂのモル割合は、５％～５０％であり、前記構成単位Ｃのモル割合は、１％～３０％である。このようにして、当該分散剤は、一定の親溶媒性、分散対象粒子親和性及び可撓性を有して、高い分散効果を達成することができる。

【0011】

本願のいくつかの実施形態では、前記共役ジエン系単量体の炭素原子数は、４個以上であり、例えば４個～１２個である。例示的な共役ジエン系単量体は、１，３－ブタジエン、イソプレン、２，３－ジメチル－１，３－ブタジエン、２－クロロ－１，３－ブタジエン、１，３－ペンタジエン、１，３－ヘキサジエン、１，３－デカジエン、２－メチル－１，５－ヘプタジエンなどのうちの１種又は複数種を含むことができる。

【0012】

本願の実施形態では、例示的な前記不飽和スルホン酸系単量体は、ビニルスルホン酸及びその塩、アリルスルホン酸及びその塩、メタリルスルホン酸及びその塩、２－アクリルアミド－２－メチルプロパンスルホン酸及びその塩、スチレンスルホン酸及びその塩、３－アリルオキシ－２－ヒドロキシプロパンスルホン酸及びその塩、２－（メタクリロイルオキシ）エタンスルホン酸及びその塩、アクリル酸３－スルホプロピル及びその塩、メタクリル酸３－スルホプロピル及びその塩のうちの１種又は複数種を含んでもよく、本願のいくつかの実施形態では、前記不飽和スルホン酸系単量体は、アリルスルホン酸ナトリウム（ＣＡＳ番号：２４９５－３９－８）、メタリルスルホン酸ナトリウム（１５６１－９２－８）、２－アクリルアミド－２－メチルプロパンスルホン酸、スチレンスルホン酸ナトリウム、３－アリルオキシ－２－ヒドロキシ－１－プロパンスルホン酸ナトリウム塩（ＣＡＳ番号：５２５５６－４２－０）、２－（メタクリロイルオキシ）エタンスルホン酸（ＣＡＳ番号：１０５９５－８０－９）、メタクリル酸３－スルホプロピルカリウム塩（ＣＡＳ番号：３１０９８－２１－２）及びアクリル酸３－スルホプロピルカリウム塩（ＣＡＳ番号：３１０９８－２０－１）などのうちの１種又は複数種を含んでもよい。

【0013】

本願の実施形態では、例示的な前記不飽和リン酸系単量体は、ビニルホスホン酸（ＣＡＳ番号：１７４６－０３－８）、（１－フェニルビニル）ホスホン酸（ＣＡＳ番号：３２２０－５－６）、アリルホスホン酸（ＣＡＳ番号：６８３３－６７－６）、ビス［２－（メタクリロイルオキシ）エチル］リン酸（ＣＡＳ番号：３２４３５－４６－４）、２－（メタクリロイルオキシ）エチル－２－（トリメチルアミノ）エチルリン酸エステル（ＣＡＳ番号：６７８８１－９８－５）及び２－メチル－２－アクリル酸－２－（ホスホノオキシ）エチル（２４５９９－２１－１）のうちの１種又は複数種を含んでもよいが、これらに限定されない。

【0014】

本願の実施形態では、例示的な前記不飽和カルボン酸系単量体は、アクリル酸、メタクリル酸、２－エチルアクリル酸、α－アセトキシアクリル酸、クロトン酸、イソクロトン酸、マレイン酸、イタコン酸及びフマル酸などのうちの１種又は複数種を含んでもよいが、これらに限定されない。

【0015】

本願のいくつかの実施形態では、前記有機酸系単量体は、不飽和スルホン酸系単量体及び／又は不飽和リン酸系単量体である。不飽和カルボン酸系単量体に対して、これらの２種類の有機酸系単量体は、提供するリン酸基、スルホン酸基が正極活物質と水素結合を形成しやすく、正極活物質との間のファンデルワールス力もより強いため、前記分散剤が正極活物質、導電剤などに対してより高い分散効果を有する。

【0016】

本願のいくつかの実施形態では、前記分散剤は、Ｎ－ビニルピロリドン、共役ジエン系単量体及び有機酸系単量体を含む単量体原料を重合して形成される。本願の別のいくつかの実施形態では、前記分散剤は、前記単量体原料を順に重合し、水素化して得られてもよい。前記単量体原料を重合して得られたポリマーを水素化することにより、単量体原料を重合して得られたポリマーにおける二重結合を還元し、前記分散剤の高電圧での抗酸化能力を強化することができる。

【0017】

本願の実施形態では、前記分散剤の重量平均分子量は、５０００～１０万である。重量平均分子量が当該範囲にある分散剤は、一定の強度及び良好な柔軟性などの良好な力学的性質を有することができ、後続の加工利用が容易になる。本願のいくつかの実施形態では、前記分散剤の重量平均分子量は、１万～９万であり、例えば、２万、３万、３．５万、４万、４．５万、５万、５．５万、６万、７万、８万又は８．５万である。

【0018】

本願の第１の態様に係る前記分散剤は、非常に低い使用量であれば、短時間でリチウムイオン電池の正極スラリーにおいて正極活物質及び導電剤などの高い分散効果を達成することができ、正極スラリーの固体含有量を高くし、正極板の製造効率、製品歩留まり、可撓性などを向上させることができ、正極板における正極活物質の質量割合を明らかに低下させない。

【0019】

第２の態様では、本願に係るリチウムイオン電池用分散剤の製造方法は、Ｎ－ビニルピロリドン、共役ジエン系単量体及び有機酸系単量体を含む単量体原料を重合反応させる工程を含む。

【0020】

本願のいくつかの実施形態では、前記製造方法は、前記単量体原料を重合反応させて形成されたポリマーを水素化反応させる工程をさらに含む。換言すれば、このとき、前記分散剤の製造方法は、前記単量体原料を重合反応させて分散剤前駆体を得る工程と、前記分散剤前駆体を水素化反応させる工程と、を含む。単量体原料を重合反応させて得られた分散剤前駆体の一部又は全部の二重結合を水素化反応により還元し、前記分散剤の高電圧での抗酸化能力を強化することができる。

【0021】

本願のいくつかの実施形態では、前記水素化反応は、Ｐｔを触媒とし、水素を還元剤として行われてもよい。

【0022】

本願のいくつかの実施形態では、前記単量体原料の総質量で計算すると、Ｎ－ビニルピロリドンの割合は、３０％～９０％であり、共役ジエン系単量体の割合は、５％～４０％であり、有機酸系単量体の割合は、１％～４０％である。このような配合割合の単量体原料を用いることにより製造された分散剤は、高い分散能力を有することができる。本願の他の実施形態では、前記単量体原料の総質量に基づいて、Ｎ－ビニルピロリドンの割合は、４５％～８０％であり、共役ジエン系単量体の割合は、１０％～３０％であり、有機酸系単量体の割合は、１０％～３０％である。

【0023】

上記重合反応の方法は、特に限定されず、例えば、溶液重合法、乳化重合法、懸濁重合法又は塊状重合法などを用いることができ、本願のいくつかの実施形態では、上記重合反応は、溶液重合法を用いる。前記溶液重合法は、上記単量体原料及び開始剤を溶媒に溶解させ、一定の温度で重合して、得られた反応液を固液分離し、乾燥させる工程を含む。

【0024】

前記開始剤は、熱開始剤及び／又は光開始剤であってもよく、例えば、熱開始剤である。熱開始剤としては、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウムなどの水性開始剤のうちの１種又は複数種、又はアゾビスイソブチロニトリル、アゾビスイソへプトニトリル、過酸化ベンゾイルなどの油性開始剤のうちの１種又は複数種を用いることができる。このとき、重合反応の温度は、４０℃～８０℃であってもよく、重合反応の時間は、２ｈ～２４ｈであってもよい。水性開始剤又は油性開始剤は、単量体原料及び使用される溶媒に基づいて選択することができる。

【0025】

本願のいくつかの実施形態では、溶液重合プロセスにおいて、得られるポリマーの分子鎖長を制御するために、連鎖移動剤を溶媒に添加してもよい。例示的な連鎖移動剤としては、酢酸エチル、酢酸ブチル、アセトン、ジエチルカーボネート、メチルｔｅｒｔ－ブチルエーテル、イソプロピルアルコール、エタノール、メタノール、１－ドデカンチオールなどが挙げられる。

【0026】

本願の第２の態様に係る分散剤の製造方法は、簡単で操作しやすく、エネルギー消費が低く、反応度合いが制御可能であり、工業生産することができる。

【0027】

本願の第３の態様は、正極スラリーを提供し、前記正極スラリーは、正極活物質、導電剤、接着剤、分散剤及び溶媒を含み、前記分散剤は、本願の第１の態様に記載の分散剤、又は本願の第２の態様に記載の製造方法で製造された分散剤である。

【0028】

正極スラリーに用いられる従来の分散剤（例えばＰＶＰ）は、良好な分散効果を達成するために、使用量が一般的に正極活物質の質量の０．５％以上であり、一般的に０．８％～２％であるが、これは、正極スラリーにおける正極活物質の質量割合を大幅に低下させる。本願の前記分散剤の質量は、前記正極活物質の質量の０．４％を超えない。例えば、分散剤の質量は、正極活物質の質量の０．１％～０．３％であってもよい。

【0029】

上記正極活物質、接着剤及び導電剤は、電池分野の一般的な選択である。接着剤は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリ（アクリル酸）（ＰＡＡ）、ポリアクリレート、ポリオレフィン、カルボキシメチルセルロースナトリウム（ＣＭＣ）及びアルギン酸ナトリウムから選択される１種又は複数種であってもよい。前記正極活物質は、リン酸鉄リチウム、リン酸マンガンリチウム、リン酸マンガン鉄リチウム、リン酸バナジウムリチウム、リン酸コバルトリチウム、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム、ニッケルコバルト酸リチウム、ニッケルマンガン酸リチウム、及びニッケルコバルトマンガン（ＮＣＭ）三元系材料、ニッケルコバルトアルミニウム（ＮＣＡ）三元系材料のうちの少なくとも１種であってもよい。導電剤は、カーボンナノチューブ、カーボンブラック及びグラフェンのうちの少なくとも１種を含んでもよいが、これらに限定されない。導電剤は、正極スラリーに分散するように、カルボキシル基、ヒドロキシル基などの官能基を表面に有することができる。上記分散剤は、正極活物質粒子及び接着剤粒子の両方に対して良好な親和性を有する。

【0030】

本願の第３の態様に係る正極スラリーは、固体含有量が高く、特に正極活物質の含有量が高く、当該正極スラリーの分散性が良く、沈降しにくく、長時間放置することができる。

【0031】

本願の第４の態様は、リチウムイオン電池をさらに提供し、前記リチウムイオン電池は、集電体及び前記集電体に設けられた正極材料層を含む正極板を含み、前記正極材料層は、正極活物質、導電剤、接着剤及び分散剤を含み、前記分散剤は、本願の第１の態様に記載の分散剤、又は本願の第２の態様に記載の製造方法で製造された分散剤である。前記リチウムイオン電池は、負極板と、負極板と正極板との間に位置するセパレータ及び電解液とをさらに含む。なお、負極板、セパレータ及び電解液などは、いずれも電池の一般的な構造であり、ここでは説明を省略する。正極板における正極活物質の含有量が高いため、当該電池は、高い比容量を有することができる。

【0032】

さらに、前記正極材料層は、本願の第３の態様に記載の正極スラリーを塗布し、乾燥させて形成することができる。当該正極スラリーは、固体含有量が高く、溶媒量が少なく、短い時間内に乾燥されて正極板を得ることができ、正極板の製造効率が向上し、乾燥処理の時間が短いため、正極板が割れにくく、歩留まりが高い。また、当該正極板は、良好な可撓性を有し、電池に組み立てやすい。

【発明を実施するための形態】

【0033】

以下の説明は、本願の例示的な実施形態であり、なお、当業者にとって、本願の原理から逸脱することなく、いくつかの改良及び修正を行うことができ、これらの改良及び修正も本願の保護範囲にあると見なされる。

【0034】

以下、具体的な実施例により本願をさらに説明する。
（実施例１）

【0035】

リチウムイオン電池用分散剤の製造方法は、
Ｎ－ビニルピロリドン、１，３－ブタジエン、ビニルホスホン酸を７０：２０：１０の質量比でＮ，Ｎ－ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）に溶解させ、開始剤のアゾビスイソブチロニトリル及び連鎖移動剤の１－ドデカンチオールを添加し、４ＭＰａの圧力で６０℃で４ｈ重合し、冷却して反応を停止し、得られた反応物を洗浄し、乾燥させて、分散剤１’を得て、分散剤１’に水素化処理を行って、分散剤１を得る工程を含む。測定された分散剤１の重量平均分子量は、５万である。

【0036】

正極板の製造方法は、２ｇの接着剤ＰＶＤＦを４０ｇのＮＭＰ（Ｎ－メチルピロリドン）に溶解させ、十分に溶解させた後に０．３ｇの上記分散剤１を添加し、２０ｍｉｎ撹拌する工程と、２０ｇのカーボンナノチューブ分散液（溶媒がＮＭＰであり、固体含有量が５ｗｔ％である）を添加し、２０ｍｉｎ撹拌する工程と、最後に９７ｇのリン酸鉄リチウム正極活物質を添加し、１．５ｈ撹拌し続けて、正極スラリーを得る工程と、当該正極スラリーをアルミニウム箔に塗布し、１３０℃で３０ｍｉｎ乾燥させて、正極材料層を形成し、リン酸鉄リチウム正極板の製造を完了する工程と、を含む。
（実施例２）

【0037】

リチウムイオン電池用分散剤の製造方法は、
Ｎ－ビニルピロリドン、１，３－ペンタジエン、ビス［２－（メタクリロイルオキシ）エチル］リン酸を５０：２０：３０の質量比でジオキサンに溶解させ、開始剤のアゾビスイソブチロニトリル及び連鎖移動剤の１－ドデカンチオールを添加し、４ＭＰａの圧力で６０℃で４ｈ重合し、冷却して反応を停止し、得られた反応物を洗浄し、乾燥させて、分散剤２を得る工程を含む。測定された分散剤２の重量平均分子量は、１万である。

【0038】

正極板の製造方法において、実施例１の０．３ｇの分散剤１を０．３ｇの分散剤２に置き換え、他は実施例１と同じである。
（実施例３）

【0039】

リチウムイオン電池用分散剤の製造方法は、
Ｎ－ビニルピロリドン、１，３－ヘキサジエン、２－エチルアクリル酸を９０：５：５の質量比でジオキサンに溶解させ、開始剤のアゾビスイソブチロニトリル及び連鎖移動剤の酢酸エチルを添加し、４ＭＰａの圧力で６０℃で４ｈ重合し、冷却して反応を停止し、得られた反応物を洗浄し、乾燥させて、分散剤３を得る工程を含む。測定された分散剤３の重量平均分子量は、８．６万である。

【0040】

正極板の製造方法において、実施例１の０．３ｇの分散剤１を０．３ｇの分散剤３に置き換え、他は実施例１と同じである。
（実施例４）

【0041】

リチウムイオン電池用分散剤の製造方法は、
Ｎ－ビニルピロリドン、イソプレン、ビニルスルホン酸を６５：３０：５の質量比でＤＭＦに溶解させ、開始剤のアゾビスイソブチロニトリル及び連鎖移動剤の１－ドデカンチオールを添加し、４ＭＰａの圧力で６０℃で４ｈ重合し、冷却して反応を停止し、得られた反応物を洗浄し、乾燥させて、分散剤４’を得て、分散剤４’に水素化処理を行って、分散剤４を得る工程を含む。測定された分散剤４の重量平均分子量は、２．２万である。

【0042】

正極板の製造方法は、１ｇの接着剤ＰＶＤＦを３０ｇのＮＭＰに溶解させ、十分に溶解させた後に０．３ｇの分散剤４を添加し、２０ｍｉｎ撹拌する工程と、１０ｇのカーボンナノチューブのＮＭＰ分散液（固体含有量が５ｗｔ％である）及び１．５ｇのカーボンブラックを導電剤として添加し、２０ｍｉｎ撹拌する工程と、最後に９７ｇの正極活物質ＮＣＭ６２２（ＬｉＮｉ_０．６Ｃｏ_０．２Ｍｎ_０．２Ｏ_２）を添加し、１．５ｈ撹拌し続けて、正極スラリーを得る工程と、当該正極スラリーをアルミニウム箔に塗布し、１３０℃で３０ｍｉｎ乾燥させて、正極材料層を形成し、ＮＣＭ三元系正極板の製造を完了する工程と、を含む。
（実施例５）

【0043】

リチウムイオン電池用分散剤の製造方法は、
Ｎ－ビニルピロリドン、１，３－ブタジエン、２－アクリルアミド－２－メチルプロパンスルホン酸を６０：３０：１０の質量比でＤＭＦに溶解させ、開始剤のアゾビスイソブチロニトリル及び連鎖移動剤の酢酸エチルを添加し、４ＭＰａの圧力で６０℃で４ｈ重合し、冷却して反応を停止し、洗浄し、乾燥させて、分散剤５’を得て、分散剤５’に水素化処理を行って、分散剤５を得る工程を含む。測定された分散剤５の重量平均分子量は、４万である。

【0044】

正極板の製造方法において、実施例４の０．３ｇの分散剤４を０．３ｇの分散剤５に置き換え、他は実施例４と同じである。
（実施例６）

【0045】

リチウムイオン電池用分散剤の製造方法は、
Ｎ－ビニルピロリドン、イソプレン、マレイン酸を５０：３５：１５の質量比でジオキサンに溶解させ、開始剤のアゾビスイソブチロニトリル及び連鎖移動剤の１－ドデカンチオールを添加し、４ＭＰａの圧力で６０℃で４ｈ重合し、冷却して反応を停止し、得られた反応物を洗浄し、乾燥させて、分散剤６’を得て、分散剤６’に水素化処理を行って、分散剤６を得る工程を含む。測定された分散剤６の重量平均分子量は、５．５万である。

【0046】

正極板の製造方法において、実施例４の０．３ｇの分散剤４を０．３ｇの分散剤６に置き換え、他は実施例４と同じである。

【0047】

本願の有益な効果を強調するために、以下の比較例１～４を設定する。
（比較例１）

【0048】

比較例１のリン酸鉄リチウム正極板と実施例１のリン酸鉄リチウム正極板とを対比すると、主に、リン酸鉄リチウム正極板を製造する場合、分散剤を添加しないが、溶媒の使用量が増加するという点で相違する。

【0049】

具体的には、比較例１のリン酸鉄リチウム正極板の製造方法は、２ｇの接着剤ＰＶＤＦを５０ｇのＮＭＰに溶解させ、十分に溶解させる工程と、２０ｇのカーボンナノチューブのＮＭＰ分散液（固体含有量が５ｗｔ％である）を添加し、２０ｍｉｎ撹拌する工程と、最後に９７ｇのリン酸鉄リチウム正極活物質を添加し、３ｈ撹拌し続けて、正極スラリーを得る工程と、当該正極スラリーをアルミニウム箔に塗布し、１３０℃で３０ｍｉｎ乾燥させて、正極材料層を形成し、リン酸鉄リチウム正極板の製造を完了する工程と、を含む。
（比較例２）

【0050】

比較例２のリン酸鉄リチウム正極板と実施例１のリン酸鉄リチウム正極板とを対比すると、主に、リン酸鉄リチウム正極板を製造する場合、１．０ｇの従来の分散剤ＰＶＰを添加するという点で相違する。

【0051】

具体的には、比較例２のリン酸鉄リチウム正極板の製造方法は、２ｇの接着剤ＰＶＤＦを４０ｇのＮＭＰに溶解させ、十分に溶解させた後に１．０ｇの分散剤ＰＶＰを添加し、２０ｍｉｎ撹拌する工程と、２０ｇのカーボンナノチューブのＮＭＰ分散液（固体含有量が５ｗｔ％である）を添加し、２０ｍｉｎ撹拌する工程と、最後に９７ｇのリン酸鉄リチウム正極活物質を添加し、１．５ｈ撹拌し続けて、正極スラリーを得る工程と、当該正極スラリーをアルミニウム箔に塗布し、１３０℃で３０ｍｉｎ乾燥させて、正極材料層を形成し、リン酸鉄リチウム正極板の製造を完了する工程と、を含む。
（比較例３）

【0052】

比較例３の三元系正極板と実施例４の三元系正極板とを対比すると、主に、ＮＣＭ三元系正極板を製造する場合、分散剤を添加しないが、溶媒の使用量が増加するという点で相違する。

【0053】

具体的には、比較例３の三元系正極板の製造方法は、１ｇの接着剤ＰＶＤＦを４０ｇのＮＭＰに溶解させ、十分に溶解させる工程と、１０ｇのカーボンナノチューブ分散液（５ｗｔ％）及び１．５ｇのカーボンブラックを導電剤として添加し、２０ｍｉｎ撹拌する工程と、最後に９７ｇの正極活物質ＮＣＭ６２２（ＬｉＮｉ_０．６Ｃｏ_０．２Ｍｎ_０．２Ｏ_２）を添加し、３ｈ撹拌し続けて、正極スラリーを得る工程と、当該正極スラリーをアルミニウム箔に塗布し、１３０℃で３０ｍｉｎ乾燥させて、正極材料層を形成し、ＮＣＭ三元系正極板の製造を完了する工程と、を含む。

【0054】

比較例４の三元系正極板と実施例４の三元系正極板とを対比すると、主に、ＮＣＭ三元系正極板を製造する場合、１．０ｇの分散剤ＰＶＰを添加するという点で相違する。

【0055】

具体的には、比較例４のＮＣＭ正極板の製造方法は、１ｇの接着剤ＰＶＤＦを３０ｇのＮＭＰに溶解させ、十分に溶解させた後に１．０ｇの分散剤ＰＶＰを添加し、２０ｍｉｎ撹拌する工程と、１０ｇのカーボンナノチューブ分散液（５ｗｔ％）及び１．５ｇのカーボンブラックを導電剤として添加し、２０ｍｉｎ撹拌する工程と、最後に９７ｇの正極活物質ＮＣＭ６２２を添加し、１．５ｈ撹拌し続けて、正極スラリーを得る工程と、当該正極スラリーをアルミニウム箔に塗布し、１３０℃で３０ｍｉｎ乾燥させて、正極材料層を形成し、ＮＣＭ三元系正極板の製造を完了する工程と、を含む。

【0056】

本願の有益な効果を有利にサポートするために、各実施例及び比較例の正極スラリーの粘度及び固体含有量の結果、正極材料層における正極活物質の含有量、正極板の可撓性の観察結果を以下の表１にまとめる。

【表1】

【0057】

上記表１中の正極スラリーの粘度は、参照型番がＡｎｔｏｎ Ｐａａｒ社のＭＣＲ ３０２のレオメータを用いて測定される。正極板の可撓性は、同じ条件で正極板を半分に折った後に肉眼で観察される。

【0058】

表１から分かるように、実施例１～３と比較例１との比較、及び実施例４～６と比較例２との比較から分かるように、各正極スラリーは、粘度が近く、正極材料層における正極活物質の含有量がほとんど変化しない（又は小さく変動した）場合に、少量の本願の実施例に係る分散剤を含有する正極スラリーは、固体含有量が高く、分散効果が高い正極スラリーの製造時間が短い。また、実施例１～３と比較例２との比較、及び実施例４～６と比較例４との比較から分かるように、正極スラリーが同じ固体含有量を有する場合、ＰＶＰの添加量は、本願の実施例に係る分散剤よりはるかに大きいため、比較例の正極材料層における活物質の割合が少なくなり、その後に電池の比容量を低下させる。これらの結果は、本願に係る分散剤が正極スラリーに対して高い分散能力を有することを示す。また、本願の実施例の分散剤を含有する正極板の可撓性も対応する比較例の正極板の可撓性より大きく、半分に折った後に破断しにくく、光を透過しにくく、これは、本願の実施例の正極板が高い加工性能を有することができることを示す。

【0059】

上述した実施例は、本願のいくつかの実施形態を示すものに過ぎず、その説明が具体的で詳細であるが、本願の特許請求の範囲を限定するものと理解してはならない。なお、当業者にとっては、本願の構想から逸脱しない前提で、さらにいくつかの変形及び改良を行うことができ、これらは、いずれも本願の保護範囲に属する。したがって、本願の特許の保護範囲は、添付された特許請求の範囲を基準とすべきである。