リチウムイオン電池における電極バインダーの開発動向と応用・選定、使用による電池特性との関係性

第1部 リチウムイオン二次電池における正負極材用新規バインダーの開発

(2014年7月28日 10:00〜11:30)
神奈川大学 工学部 物質生命化学科 准教授
兼
神奈川大学リチウムイオン二次電池オープンラボ ラボ長
松本 太​ 氏

　現在、リチウムイオン2次電池の開発現場では高エネルギー密度をもつシリコン負極活物質に、注目が集まっている。 　本講演ではバインダーの種類の関係、製膜された負極膜の形状と電池特性の関係などについて、シリコン負極活物質やCMC (カルボキシメチルセルロース) バインダーを中心に最近のデータを示しながらその特徴と問題点について述べる。

1. リチムイオン二次電池におけるバインダーの機能と役割
   1. バインダーの持つべき役割
   2. バインダーの種類と分類
   3. 電池特性に及ぼすバインダーの特性
   4. シリコン負極が及ぼす影響
2. バインダーの分散法と電極の成膜方法
   1. 高分散性を得るための方法
   2. 実際の例から見る成膜方法と電池特性の関係
3. 水系バインダー
   1. 水系バインダーの種類
   2. 水系バインダーと溶媒系バインダーの電池性能の比較
4. Si負極活物質をふくむアノードの特徴
   1. シリコン (Si) ・カーボン © ・カルボキシメチルセルロース (CMC) からなるアノード
   2. Si・C・CMCの構成比とサイクル特性の変化
   3. Si溶液のpHが及ぼす影響
   4. 焼結後のSi-Cコンポジットの形態
5. 正極用バインダーと電極
   1. 正極膜の作製法と耐久性について
   2. CMCバインダーとLiFePO4正極材料の組み合わせについて
   3. CMCバインダーとLi過剰固溶体正極材料の組み合わせについて

• 質疑応答

第2部 水系を中心としたバインダーの機能、開発・応用と選定・使用法

(2014年7月28日 11:40〜13:10)

日本ゼオン (株) エナジー材料事業推進部長
脇坂 康尋 氏

　バインダーは単に「結着する」という機能以外に、塗料化、塗工などのプロセスにおける機能、電気化学的な安定性などに起因する電池特性への機能など様々な役割を持つ。 　本講演では、電池の寿命劣化への影響を踏まえ、バインダーのプロセス的な役割、電池内部での電気化学的な特性を解説する。 　特に、プロセスが異なる事で電極内部で劣化がどうの様に進むのか、そのセル内部での影響などを解説する。 　さらに、耐熱セパレーターに用いられる特殊なバインダーによる寿命劣化抑制な最新技術動向も交えてど詳しく解説する。

1. リチムイオン電池におけるバインダーの機能と役割
   1. プロセス面における機能
   2. 電池特性における機能
2. 分散の基本技術とバインダーの設計
   1. 分散の基礎理論
   2. バインダー設計による分散制御
   3. 水溶性高分子の役割、選定方法
3. バインダーの電気化学的な特性と電池寿命の関係
   1. バインダーの電気化学的特性
   2. 電極直接観察によるバインダー劣化機構の解明
4. 正極用バインダーの種類と特徴
   1. 溶剤系バインダー
   2. 水系バインダー
   3. 水溶性バインダーを用いたオリビン鉄材料の電池特性
5. 負極用バインダーの種類と特徴
   1. 溶剤系バインダー
   2. 水系バインダー
6. 新しい電池設計
   1. Si系活物質のバインダーによるマネジメント
   2. 耐熱セパレーターを用いた電池劣化の抑制とその機構

• 質疑応答

第3部 ポリイミドバインダーの種類とその選び方・使い方

(2014年7月28日 13:50〜15:20)

株式会社I.S.T 主任研究員
藤原 花英​ 氏

　リチウムイオン電池の高容量化に向けて合金活物質を利用した負極の開発が活発に行われている。 　特にSi系活物質は炭素系活物質に比べ5倍以上の理論容量があると言われているが、自身の体積変化により集電体に繋ぎとめることが難しい。このSi系活物質のバインダーとして有効といわれているのが機械的物性に優れたポリイミドである。 　本講演では、ポリイミドの基礎知識から、ポリイミドバインダーの利用方法、電池性能などについて述べる。

1. はじめに
2. ポリイミドとは
   1. 特徴と用途
   2. 構造と物性
   3. 加工方法
3. ポリイミドバインダーの背景
   1. ポリイミドバインダーが利用されてきた経緯
   2. ポリイミドバインダーと他のバインダーの相違点
4. ポリイミドバインダーのSi系合金への適用
   1. ポリイミドの種類とSi系電池の性能
   2. ポリイミドバインダーの添加量の検討
   3. ポリイミドバインダーの温度条件の検討
   4. ポリイミドバインダーへの添加剤の検討
5. 今後の展開

• 質疑応答

第4部 各種活物質に最適なバインダの開発～電池の耐熱性と安全性の向上に向けて～

(15:30～17:30 間に5分程休憩を含む)

(独) 産業技術総合研究所 関西センター 関西産学官連携センター イノベーションコーディネータ
境 哲男 氏

1. 電池の利用技術と要求性能
   1. 世界における電池マーケットの拡大
   2. 車載用や定置用電池に求められる性能 (耐熱性、安全性など)
   3. 電池の限界を突破するための材料戦略
2. 高容量シリコン・スズ系負極の開発～耐熱性と安全性の向上～
   1. シリコン・スズ系負極に適した電極構成材料の開発
      1. 高強度ポリイミドバインダの開発
      2. 高強度SUS箔集電体の開発
      3. リチウムプリドープ技術
   2. シリコン・スズ系負極を用いた電池の耐熱性と安全性
      1. 4V系正極を用いた1Ahクラス電池の例
      2. 3V系LiFePO正極を用いた1Ahクラス電池の例
      3. 2V硫黄系正極を用いた1Ahクラス電池の例
3. 各種の正極材料に適したバインダ
   1. アクリル酸系バインダ
   2. アミドイミド系バインダ
   3. ポリイミド系バインダ
4. Naイオン電池の開発とバインダ
5. 今後の展開～次世代電池の可能性～

• 質疑応答