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UPIA®‐LB

Overview

リチウムイオン電池(LiB)は、優れたエネルギー貯蔵能力を有し、スマートフォンやドローン、自動車などといった様々なアプリケーションで採用されています。
従来、リチウムイオン電池の負極活物質にはグラファイトが使用されています。その理論容量は、372mAh/gになります。近年、リチウムイオン電池の高容量化の検討がされています。

リチウムイオン電池の高容量化が必要な理由...

  • スマートフォン:SNSの利用や動画の視聴
  • 自動車(PHEV/BEV):航続距離の伸長
  • ドローン:飛行時間の伸長 など

電池が高容量化することで、1日の生活の中で、スマートフォンでは電池容量を気にせず過ごせるようなり、また自動車では充電せずに遠出ができるようになります。

リチウムイオン電池の高容量化の方法として、負極活物質材料にSi系材料を使用する検討が進められています。Si系活物質は、電池の高容量化に大きく寄与することが知られています。その一方で、充放電に伴い膨張収縮を起こすことも知られています。膨張収縮による活物質の劣化が電池の寿命(サイクル特性)を縮めてしまうという課題があります。

UBEでは、Si系材料を使用したLiBを実現するため、ポリイミドバインダの開発を行っています。

Features

  1. 1.高容量Si系負極に対応

    高容量Si系負極に対応したポリイミドバインダ

  2. 2.水溶媒ワニス

    従来から使用されているバインダと同様に水溶媒材料

  3. 3.低温熱処理が可能

    溶媒をNMPから水へ変更したことで通常のポリイミドよりも低い温度での熱処理が可能

  4. 4.高機械強度

    他の樹脂と比較して高い機械強度でSi系材料の膨張を抑制

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電極性能評価

水溶媒ポリイミドバインダ使用時のハーフセル用電極作製方法例

●電極構

構成 材料名
活物質 SiO(約1400mAh/g)
導電助剤 SWCNT
導電助剤 アセチレンブラック
バインダ 新規水系バインダ or PAANa

●電極作製方法

●電極組成

バインダ SiO
wt%
バインダ
wt%
AB
wt%
SWCNT
wt%
目付
mAh/cm²
新規水系バインダ 78.0 7.0 14.0 1.0 2
PAANa 78.0 7.0 13.8 1.2 2

電極構成、測定条件

  • ・負極組成 SiO : AB : CNT : PI or PAA
  • ・電解液 1M LiPF6 EC: DEC(1:1vol%) VC(1wt%)
  • ・目付: 2.0mAh/cm2
  • ・熱処理条件: PI 150℃×12hr(真空)、PAA 120℃×12hr(真空)
  • ・測定条件: 温度30ºC、0.1CA、0.001-2.0 V(1st)、0.001-1.0V(2nd~)

電極性能評価(フルセル)

水溶媒ポリイミドバインダ使用時のフルセル用電極作製方法例

●電極構成材料

構成 材料名
活物質 SiO(約1400mAh/g)
導電助剤 SWCNT
導電助剤 アセチレンブラック
バインダ 新規水系バインダ or PAANa

●電極作製方法

●乾燥工程

搬送中にカールがなく、平滑な電極が得られます。

●ラミネートセルにおける電極性能評価

[300mAh積層セルの設計]
正極:NCM811 (50×50mm 2枚)
正極目付:3.0mAh/cm2、正極厚み:60µm (集電体12µm)、多孔度:35%
負極:SiO (52×52mm 3枚)
負極目付:3.2mAh/cm2、負極厚み:65µm (集電体10µm)、多孔度:40~43%
電解液:1M LiPF6 EC/DEC (1:1 v/v) VC 1wt%
セパレータ:セラミックスコートセパレータ (9µm)

測定条件

  • ・電位範囲:2.5~4.15V
  • ・充電電流値:0.1CA
  • ・放電電流値:0.1~7CA

測定条件

  • ・電位範囲 : 2.7~4.1V
  • ・放電電流値 : 0.2CA

●フルセルにおける電極性能比較

電極構成

  • ・正極:NCM811
  • ・負極:グラファイト + SiO, 電解液 1M LiPF6 EC:ECM(3:7 vol%)

電池性能評価

山形大学有機エレクトロニクス
イノベーションセンター
森下 正典 教授

Basic Properties of Polyimide Binder

弊社既存PI
(NMP溶媒)
開発品
(NMP溶媒)
開発品
(水溶媒)
他社PI アクリル酸
活物質 Si,SiO,SiC
グラファイト
/Si,SiO,SiC
Si,SiO,SiC
グラファイト
/Si,SiO,SiC
Si,SiO,SiC
グラファイト
/Si,SiO,SiC
Si,SiO,SiC
グラファイト
/Si,SiO,SiC
Si,SiO,SiC
グラファイト
/Si,SiO,SiC
負極容量 ~4,000 ~4,000 ~2,000 ~1,500 ~600
溶媒 NMP NMP NMP
固形分濃度 18 30 18 18 -
熱処理温度 250-350 200-350 150-350 300-400 80-160
保存温度 <50˚C <50˚C <25˚C <5˚C <50˚C

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