26・ 東レリサーチセンター The TRC News No.112(Jan.2011) ●リチウムイオン電池電極の密着性、バインダー分布評価 1. リチウムイオン電池電極のバインダー分布と密着性評価 リチウムイオン電池は、モバイル機器用電源から大型 の移動用電源まで、幅広い用途を目指して材料の研究開 発が進められている。電池の長寿命化、高容量化のため に電極材料の研究開発が進められているが、一方で、電 池の性能は、電極と集電箔との密着性や、活物質の結着 に用いられるバインダーの電極内での分布状態といった 電極の製造条件にも依存すると考えられる。集電箔と電 極合剤との密着性が低ければ、電極の巻き取り時におけ る活物質の欠落といった製品の品質低下につながる可能 性がある。また、電極製造のスループット向上のために、 電極の乾燥速度を変更した際に、電極内でのバインダー の分布状態に変化が生じ、結果として、電極と集電箔の 密着性が変化する可能性もある。このような観点から、 電極と集電箔との密着性評価および、電極内でのバイン ダー・組成分布評価の手法について紹介する。 2.正極合剤の密着性評価 電極の密着性評価には、切削法を応用した。電極の密 着性評価に用いた試料は、市販電極サンプルAとサンプ ルB、Cの3検体である。サンプルB、Cは、バインダー 乾燥工程を変更したものであり、サンプルCでは乾燥速 度を上げて、電極の作製を行った。切削法を用いた密着 性評価の原理を以下に示す。 図1 切削法の測定原理 切削段階ではアルミ集電箔側から、ダイヤモンドナイ フにより切削を行う。集電箔の剥離後は切削刃を水平に 移動させ、その時にかかる水平加重が密着性の指標とな る。切削法を用いることで、剥離段階における荷重変動 から密着性を定量的に評価することが可能である。切削 法を用いて評価したバインダーの密着性は、サンプルB、 C < サンプルAの順となった。 図2 各試料の切削時の加重プロファイル 3.電極バインダーの分布評価 正極のバインダーには、PVdFなどのフッ素系樹脂が 用いられており、その深さ方向の分布評価には、EPMA (Electron Probe MicroAnalyzer)を用いたF元素のマッ ピングが用いられる。以下に、密着性評価に用いたサン プルB、 CのEPMAによるF元素のマッピング結果を示す。 図3 試料のSEM 観察とEPMA によるF 元素のマッピング 結果 EPMAを用いたバインダー分布評価においては、分布 状態を可視化できるメリットがあるものの、観測領域が 100ミクロン程度と小さく、平均的な傾向を得るために は、複数断面についての観察が望ましい場合がある。ま た、正極の活物質にはCoを用いる場合が多いが、CoとF の信号が重畳するため、低濃度にしか含まれないバイン ダーを正確に定量することが難しい。そこで、ここでは、 NRA:Nuclear Reaction Analysisを用いてF元素の定量 リチウムイオン電池電極の密着 性、バインダー分布評価 構造化学研究部 青木 靖仁