新技術のポイント耐熱コーティングバインダー PNVA® GE191シリーズ

リチウムイオン電池において正極と負極を絶縁し、安全面で大きな役割を果たすセパレーター。当社は、独自の親水性ポリマーPNVA®をセパレーターのセラミック耐熱層用バインダー用途に最適化し、GE191 シリーズとして販売しています。PNVA®を添加すると、セラミックコーティングの耐熱性および塗工性が向上し、バッテリーの安全性と高容量化に寄与します。

PNVA®とは

PNVA®とは

PNVA®は、昭和電工が世界で唯一工業化に成功したN-ビニルアセトアミド(NVAモノマー®)を重合した水溶性ポリマーです。極性溶媒や広範囲のpH領域における増粘効果や耐熱性を有すことから、97年の発売以来、これまで凝集剤、湿布薬の基剤や吸水ゴムなどに販売しておりました。

PNVA®GE191シリーズは、リチウムイオン電池のセパレーターや電極に塗工されるセラミック耐熱層のバインダー用途として分子量などを調整し、最適化したグレードです。水素結合を多く有する設計で、セラミック粒子をより均一に分散・安定させることができ、塗工層の薄膜化によるリチウムイオン電池のダウンサイジングや高エネルギー密度化、塗工工程のコスト低減に寄与します。また、塗工層の高耐熱化により、リチウムイオン電池の安全性・耐久性を向上、車載用途のリチウムイオン電池にも採用いただいています。

リチウムイオン電池をはじめ、電気二重層キャパシタ、コンデンサー、CMPスラリーや洗浄剤などの電気、電子材料分野においても幅広い導入実績があるPNVA®GE191シリーズをぜひお試しください。

金属酸化物粒子

PNVA®GE191シリーズはアルミナやベーマイトのような金属酸化物粒子と水素結合により被覆し、水との親和性により均一分散します。

詳しいグレードはこちらをご覧ください

https://www.sdk.co.jp/products/43/60/1161.html

基本特性

セパレーターの高耐熱化を実現

一般的なセパレーターは、ポリエチレンやポロプロピレンなどの薄膜で構成され、融点が130~150℃程度の結晶を有します。このため、リチウムイオン電池異常により発熱した場合、バッテリー温度が130~150℃に到達すると、結晶が融解し、細孔が塞がります。リチウムイオン電池の通電・発熱が止まることで、冷却される仕組みです。しかし異常により更に発熱が進むと、200℃以下でセパレーターの結晶が完全に融解、膜の収縮がおこり、電極同士が接触、短絡し、発火など重大な事故に結びつきます。

PNVA®GE191シリーズを添加したセラミック耐熱層をセパレーターにコーティングすると、異常発熱時にセパレーターの形状が保持され、電極同士の接触を防ぎ、短絡の危険性を回避します。これはPNVA®GE191シリーズ自体の高耐熱性に加え、アルミナやベーマイトなど耐熱層の無機粒子とPNVA®GE191シリーズが水素結合により強固に結着していることによるものです。

耐熱性評価

耐熱収縮率(M方向、T方向)
 PVPCMC-NaPNVA®
GE191シリーズ
加熱前 加熱前 PVP 加熱前 CMC-Na 加熱前 PNVA®GE191シリーズ
150℃ 15分後 7.0%
150℃15分後 PVP
34.4%
150℃15分後 CMC-Na
1.3%
150℃15分後 PNVA®GE191シリーズ
200℃ 15分後 30%
200℃15分後 PVP
崩壊
200℃15分後 CMC-Na
0.7%
200℃15分後 PNVA®GE191シリーズ

上記の数値は代表値であり、保証値ではありません。

試験条件

セラミック耐熱層をセパレーターに塗工後、各温度で熱処理し比較

セラミック耐熱層:
アルミナ塗料(アルミナ、水、分散剤、エマルジョン)にPNVA®GE191シリーズ、
CMC-Na、PVPを添加
基材:ポリプロピレン系セパレーター

均一塗工と薄膜化でコストダウン、バッテリーの高容量化に貢献

PNVA®GE191シリーズは水との親和性が高く、水中にて高分子の分子鎖が広がり、増粘性(レオロジー特性)が高いことが特長です。セラミック粒子が均一分散し、低剪断時には高粘性ですが、剪断速度に応じて粘度が下がる性質(=チキソ性)に優れます。

そのため耐熱層塗工液の安定性(沈降防止)に優れ、セパレーターや電極へ均一かつ速く塗工する事が可能です。結果、ラインスピードのアップやロスの削減などで、コストダウンに貢献できます。また薄膜化できる事も特長であり、セラミック耐熱層を薄くする事により、電池全体のダウンサイジングや高容量化にも寄与します。

塗工性評価

PNVA®は剪断速度を上げるとより低粘度になるため、高速でも均一に塗工可能

せん断速度(塗工速度)による粘度変化測定

せん断速度(塗工速度)による粘度変化測定
上記の数値は代表値であり、保証値ではありません。

塗工速度が面粗度に与える影響

塗工速度が面粗度に与える影響
上記の数値は代表値であり、保証値ではありません。

200mm/秒で塗工した各セラミック耐熱層

200mm/秒で塗工した各セラミック耐熱層
試験条件

セラミック耐熱層をダイコーターでセパレーターに塗工

セラミック耐熱層:
アルミナ塗料(アルミナ、水、分散剤、エマルジョン)にPNVA®GE191シリーズ、
CMC-Na、PVPを添加
基材:ポリプロピレン系セパレーター