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公開番号2025027413
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-27
出願番号2023201105
出願日2023-11-28
発明の名称リチウム二次電池の負極用自立膜の製造方法及びそれにより製造されたリチウム二次電池の負極用自立膜
出願人現代自動車株式会社,HYUNDAI MOTOR COMPANY,起亞株式会社,KIA CORPORATION
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H01M 4/139 20100101AFI20250219BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】成形が容易で負電位でも安定し、引張強度に優れ、3次元のネットワークを形成して負極活物質及び導電材と強く結合できるリチウム二次電池の負極用自立膜及びその製造方法の提供。
【解決手段】負極活物質、導電材、及びバインダーを含むリチウム二次電池の負極形成用組成物を用いた除膜工程により負極活物質層を形成する段階を含む、リチウム二次電池の負極用自立膜の製造方法であって、前記バインダーは、脂肪族又は脂環族ジエン系単量体に由来し、常温でゴム状を示すソフトブロック;及び前記ソフトブロックの両末端にそれぞれ連結され、芳香環含有エチレン性不飽和単量体に由来し、常温でガラス状を示す第1ハードブロック及び第2ハードブロックを含む三元ブロック共重合体を含み、前記バインダーは、平均直径(D₅₀)が1um以上50um以下の粒子を含む、リチウム二次電池の負極用自立膜の製造方法とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
負極活物質、導電材、及びバインダーを含むリチウム二次電池の負極形成用組成物を用いた除膜工程により負極活物質層を形成する段階を含む、リチウム二次電池の負極用自立膜の製造方法であって、
前記バインダーは、脂肪族又は脂環族ジエン系単量体に由来し、常温でゴム状を示すソフトブロック、及び前記ソフトブロックの両末端にそれぞれ連結され、芳香環含有エチレン性不飽和単量体に由来し、常温でガラス状を示す第１ハードブロック及び第２ハードブロックを含む三元ブロック共重合体を含み、
前記バインダーは、平均直径（Ｄ
５０
）が１ｕｍ以上５０ｕｍ以下の粒子を含む、リチウム二次電池の負極用自立膜の製造方法。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記バインダーは、球状であり、その平均真球度が０．８以上１．０以下である、請求項１に記載のリチウム二次電池の負極用自立膜の製造方法。
【請求項３】
前記第１ハードブロック及び前記第２ハードブロックにそれぞれ対応する第１ガラス転移温度及び第２ガラス転移温度が５０℃以上１２０℃以下であり、前記ソフトブロックに対応する第３ガラス転移温度が－１２０℃以上－５０℃以下である、請求項１に記載のリチウム二次電池の負極用自立膜の製造方法。
【請求項４】
前記ソフトブロックは、ブタジエン系単量体、ペンタジエン系単量体、及びヘキサジエン系単量体からなる群から選択される少なくとも一つを含む脂肪族ジエン系単量体に由来する、請求項１に記載のリチウム二次電池の負極用自立膜の製造方法。
【請求項５】
前記第１ハードブロック及び前記第２ハードブロックは、それぞれ独立して、スチレン系単量体及び芳香族（メタ）アクリル系単量体の少なくとも一つを含む芳香環含有エチレン性不飽和単量体に由来する、請求項１に記載のリチウム二次電池の負極用自立膜の製造方法。
【請求項６】
前記負極活物質は、炭素系活物質、シリコン系活物質、リチウムと合金が可能な金属系活物質、及びリチウム含有活物質からなる群から選択される少なくとも一つを含む、請求項１に記載のリチウム二次電池の負極用自立膜の製造方法。
【請求項７】
前記導電材は、黒鉛、活性カーボン、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、グラフェン、及び炭素繊維からなる群から選択される少なくとも一つを含む、請求項１に記載のリチウム二次電池の負極用自立膜の製造方法。
【請求項８】
前記除膜工程は、乾式で行われる、請求項１に記載のリチウム二次電池の負極用自立膜の製造方法。
【請求項９】
前記除膜工程は、カレンダリングを含み、
前記カレンダリングは、前記第１ハードブロック及び前記第２ハードブロックにそれぞれ対応する第１ガラス転移温度及び第２ガラス転移温度と同一であるか高い温度で行われる、請求項８に記載のリチウム二次電池の負極用自立膜の製造方法。
【請求項１０】
複数の負極活物質のドメイン、複数の導電材のドメイン及びバインダーを含む負極活物質層を含むリチウム二次電池の負極用自立膜であって、
前記バインダーは、脂肪族又は脂環族ジエン系単量体に由来し、常温でゴム状を示すソフトブロック、及び前記ソフトブロックの両末端にそれぞれ連結され、芳香環含有エチレン性不飽和単量体に由来し、常温でガラス状を示す第１ハードブロック及び第２ハードブロックを含む三元ブロック共重合体を含み、
前記バインダーは、いずれか一つの活物質のドメイン又は導電材のドメインと他の一つの活物質のドメイン又は導電材のドメインとの間を連結する断続的な柱状を有する、リチウム二次電池の負極用自立膜。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソフトブロック及びハードブロックを含む三元ブロック共重合体を含むバインダーを適用したリチウム二次電池の負極用自立膜の製造方法及びそれにより製造されたリチウム二次電池の負極用自立膜に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
リチウム二次電池は、１９９０年代に初めて商用化されてから携帯用電子機器市場で広く適用されており、最も多く研究されたエネルギー貯蔵システムとして持続的な関心を浴びている。リチウム二次電池が有する高い駆動電圧、高いエネルギー密度、低い自己放電（ｓｅｌｆ－ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）率、高率性能及び長いサイクル安定性などの特徴のために、リチウム二次電池は、電気自動車のエネルギー源としての適合した要件を揃えている。
【０００３】
それにもかかわらず、電気自動車に適用されるリチウム二次電池は、安全性、運行時間、及びコストの三つの主要な課題に直面している。安全性及び運行時間の問題は、全固体電池を介して解決することができ、コストは、リチウム二次電池の広範囲な適用を妨害する要素であるため、リチウム二次電池のコスト節減のための多くの研究が行われている。
【０００４】
製造に必要なエネルギー消費を減少するか、電極の厚さを増加させることは、リチウム二次電池の製造コストを減少させ得る最も効果的な方法の一つである。従来の電極製造技術は、電極活物質、高分子バインダー、及び伝導性添加剤を水又は有機溶媒に混合したスラリーを集電体にキャスティングし、乾燥及び圧着して電極を形成し、このようにスラリーを製造して集電体にコーティングすることに要するエネルギーが、全製造工程に消費するエネルギーの約５０％を占めるため、リチウム二次電池の製造コストを節減するために溶媒なしに乾式で電極を製造するための工程に対する研究が進行された。
【０００５】
乾式の電極製造技術に対する多くの研究が進行されたにもかかわらず、成形性と電気化学的安定性及び引張強度などの機械的物性などが良好な負極の製造のための乾式の負極製造技術に対する開発は相変らず十分ではないので、これに対する研究開発が必要な実情である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前述した問題を解決するために、優れた機械的物性に寄与するハードブロックと柔軟性を有するソフトブロックとを含む三元ブロック共重合体を含むバインダーを適用することで、成形が容易で負電位でも安定しているだけでなく、負極活物質と強く結合することができ、また、引張強度に優れ、３次元のネットワークを形成して負極活物質及び導電材と強く結合できるリチウム二次電池の負極用自立膜及びその製造方法と、前記負極用自立膜を含むリチウム二次電池用負極及びリチウム二次電池の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態によれば、負極活物質、導電材、及びバインダーを含むリチウム二次電池の負極形成用組成物を用いた除膜工程により負極活物質層を形成する段階を含むリチウム二次電池の負極用自立膜の製造方法であって、前記バインダーは、脂肪族又は脂環族ジエン系単量体に由来し、常温でゴム状を示すソフトブロック；及び前記ソフトブロックの両末端にそれぞれ連結され、芳香環含有エチレン性不飽和単量体に由来し、常温でガラス状を示す第１ハードブロック及び第２ハードブロックを含む三元ブロック共重合体を含み、前記バインダーは、平均直径（Ｄ
５０
）が１ｕｍ以上５０ｕｍ以下の粒子を含む、リチウム二次電池の負極用自立膜の製造方法を提供する。
【０００８】
また、本発明の他の一実施形態によれば、複数の負極活物質のドメイン、複数の導電材のドメイン及びバインダーを含む負極活物質層；を含むリチウム二次電池の負極用自立膜であって、前記バインダーは、脂肪族又は脂環族ジエン系単量体に由来し、常温でゴム状を示すソフトブロック；及び前記ソフトブロックの両末端にそれぞれ連結され、芳香環含有エチレン性不飽和単量体に由来し、常温でガラス状を示す第１ハードブロック及び第２ハードブロックを含む三元ブロック共重合体を含み、前記バインダーは、いずれか一つの活物質のドメイン又は導電材のドメインと他の一つの活物質のドメイン又は導電材のドメインとの間を連結する断続的な柱状を有する、リチウム二次電池の負極用自立膜を提供する。
【０００９】
本発明のさらに他の一実施形態によれば、集電体；及び前記集電体上に設けられた、前記リチウム二次電池の負極用自立膜を含むリチウム二次電池用負極を提供する。
【００１０】
本発明の一実施形態によれば、前記リチウム二次電池用負極；リチウム二次電池用正極；及び電解質を含むリチウム二次電池を提供する。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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