はじめに
電池用バインダーは、電極などの活物質を集電箔に固定するために使用されるポリマー材料である。イオンの自由な移動を可能にしながら、充放電サイクル中に電極粒子が所定の位置に留まることを保証する。リチウムイオン電池に使用される最も一般的なバインダーの一つはPVDF（ポリフッ化ビニリデン）です。PVDFは、機械的強度、接着性、化学的・電気化学的安定性、有機溶媒への溶解性、電解液に対する膨潤性など、いくつかの利点を兼ね備えている。
PVDFとNMPの構造式を図1に示す。PVDFは常に溶媒とともに塗布され、均質なスラリーを形成する。PVDFの溶媒としては、主にNMP（N-メチル-2-ピロリドン）が使用される。耐薬品性が高いため、NMPはしばしばリサイクルされ、乾燥工程後に再利用することができます。NMPは、電極材料上の均一な層を可能にし、それによって出力、エネルギー密度、電池寿命の面で電極の品質を向上させるため、重要な役割を果たしている。
測定条件
測定条件を表1に示す。
表1：測定条件
| 測定器 | PERSEUS® TGLibra |
|---|---|
| 測定温度範囲 | 室温～1000 |
| 加熱速度 | 10K/分 |
| パージガス | 窒素および空気（40 ml/min） |
| るつぼ | Al2O3、オープン（85μl） |
測定結果と考察
はじめに、純粋なPVDFを調査し、熱安定性、分解挙動、発生ガスを測定した。第二段階では、NMPに溶解したPVDFを分析した。どちらのサンプルも不活性雰囲気中で800℃まで加熱した。800℃と1000℃の間に酸化性雰囲気を適用した。純粋なPVDFの分解は400℃以上で始まる。合計で3段階の熱分解が検出された。ガス雰囲気を空気に切り替えた後、熱分解炭素の燃焼が起こる。曲線は、すべての質量損失ステップでIR活性物質が放出されることを示している（図2参照）。
3次元プロットは、測定されたすべてのIRスペクトルを、温度およびTGA曲線と相関させて表示したものである（図3参照）。
460℃と570℃での熱分解中に発生するガススペクトルを抽出し、気相ライブラリーと比較した。このようにして、フッ化ケイ素とフッ化水素が同定された。これは文献データ1) とよく一致する。TGAとFT-IRの加熱界面でコーティングとして使用されているSiO2が、フッ化水素と反応して検出されたフッ化ケイ素になると考えられる。
PVDFと組み合わせたNMPのTGA-FT-IR測定（図5）も同じ測定条件で行った。800℃までの不活性条件下では、95%と2%の2段階の質量損失が検出された。800℃以上の酸化条件下での燃焼では、熱分解炭素が燃焼し、二酸化炭素が放出された。1.2%の質量損失が検出された。FT-IRを用いて、放出された生成物を同定することができた。
測定された155℃のスペクトルを抽出し、NISTの気相スペクトルライブラリー（図6）と比較した。NMPのライブラリ・スペクトルと非常に高い類似性が認められたため、NMPは加熱中に蒸発し、分解しないことを証明することができた。したがって、原理的には、電池製造における乾燥工程後のNMPをリサイクルすることが可能である。
測定された432℃のスペクトルはフッ化水素の放出と同定された。従って、この質量損失ステップにおけるPVDFの分解が実証された（図7）。
概要
TGA-FT-IR分析の助けを借りて、電池製造のためのNMP中のPVDFの典型的な溶液を特徴付けることが可能である。NMPの蒸発と同時に、PVDFの分解も発生ガス分析によって容易に特定できました。TGA-FT-IRカップリングは、このようにHFのような腐食性ガスの分析にも適しています。