JP2016219358A - Composition for power storage device, slurry for power storage device, separator for power storage device, power storage device electrode and power storage device - Google Patents
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Abstract
【課題】セパレータの熱収縮を抑制し、しかも電解液の浸透性及び保液性に優れると共に、蓄電デバイスの内部抵抗の上昇を抑制できる保護膜をセパレータや電極表面に形成するための蓄電デバイス用組成物、及び該組成物を含有する蓄電デバイス用スラリーを提供する。また、密着性及び充放電特性に優れる蓄電デバイス電極を作製するための蓄電デバイス用組成物、及び該組成物を含有する蓄電デバイス用スラリーを提供する。【解決手段】本発明に係る蓄電デバイス用組成物は、重合体粒子(A)と、金属錯塩(B)と、液状媒体(C)と、を含有することを特徴とする。【選択図】なしPROBLEM TO BE SOLVED: To form a protective film on a surface of a separator or an electrode, which suppresses thermal contraction of a separator and is excellent in permeability and liquid retention of an electrolyte solution and can suppress increase in internal resistance of the electricity storage device. Provided are a composition and a slurry for an electricity storage device containing the composition. Also provided are a composition for an electricity storage device for producing an electricity storage device electrode having excellent adhesiveness and charge/discharge characteristics, and a slurry for an electricity storage device containing the composition. The composition for an electricity storage device according to the present invention is characterized by containing polymer particles (A), a metal complex salt (B), and a liquid medium (C). [Selection diagram] None
Description
本発明は、蓄電デバイス用組成物、蓄電デバイス用スラリー、蓄電デバイス用セパレータ、蓄電デバイス電極及び蓄電デバイスに関する。 The present invention relates to an electrical storage device composition, an electrical storage device slurry, an electrical storage device separator, an electrical storage device electrode, and an electrical storage device.
近年、電子機器の駆動用電源として高電圧、高エネルギー密度を有する蓄電デバイスが要求されている。特にリチウムイオン電池やリチウムイオンキャパシタは、高電圧、高エネルギー密度を有する蓄電デバイスとして期待されている。 In recent years, a power storage device having a high voltage and a high energy density has been required as a power source for driving electronic equipment. In particular, lithium ion batteries and lithium ion capacitors are expected as power storage devices having high voltage and high energy density.
このような高電圧・高エネルギー密度を有する蓄電デバイスは、さらに小型化も要求されている。蓄電デバイスの小型化を達成するためには、正極や負極等の発電要素の薄膜化だけではなく、正極と負極を隔離するセパレータ等の薄膜化も必須となる。しかしながら、蓄電デバイスの小型化によって正極と負極の間隔が狭まると短絡が発生しやすくなるという問題が生じ得る。 The electricity storage device having such a high voltage and high energy density is required to be further downsized. In order to achieve miniaturization of an electricity storage device, it is essential not only to reduce the thickness of power generation elements such as a positive electrode and a negative electrode, but also to reduce the thickness of a separator or the like that separates the positive electrode and the negative electrode. However, when the interval between the positive electrode and the negative electrode is reduced due to the miniaturization of the electricity storage device, there may be a problem that a short circuit is likely to occur.
短絡や過充電などの異常時には、蓄電デバイスの高電圧・高エネルギー密度化に伴い従来以上に過剰な発熱に至る危険性が大きい。そのため蓄電デバイスには異常時でも安全を確保するための手段が数種施されており、その中の一つにセパレータのシャットダウン機能がある。シャットダウン機能とは、何らかの要因で電池の温度が上昇した際に、セパレータの孔が閉塞し、イオンの移動を阻止することにより電池反応を停止させ、過剰な発熱を抑制する機能である。特にリチウムイオンのような金属イオンを利用する蓄電デバイス用セパレータとしてポリエチレン多孔膜が多用されている理由の一つに、このシャットダウン機能に優れている点が挙げられる。しかしながら、蓄電デバイスの高電圧・高エネルギー密度化に伴い、異常発熱時の発熱量が大きくなり、急激に高温に至る場合やシャットダウン後の放熱に時間を要し長時間高温状態が維持される場合がある。そのような場合には、セパレータは収縮又は破膜して正負極間が短絡し、さらなる発熱を引き起こす危険性がある。 In the event of an abnormality such as a short circuit or overcharge, there is a greater risk of excessive heat generation than before due to the high voltage and high energy density of the electricity storage device. For this reason, the electric storage device is provided with several means for ensuring safety even in the event of an abnormality, and one of them is a separator shutdown function. The shutdown function is a function that suppresses excessive heat generation by stopping the battery reaction by blocking the movement of ions when the temperature of the battery rises for some reason and blocking the movement of ions. In particular, one of the reasons why polyethylene porous membranes are frequently used as power storage device separators using metal ions such as lithium ions is that they have an excellent shutdown function. However, as the electricity storage device increases in voltage and energy density, the amount of heat generated during abnormal heat generation increases rapidly, and when the temperature suddenly reaches high temperatures or when heat is required after shutdown and the high temperature state is maintained for a long time. There is. In such a case, there is a risk that the separator contracts or breaks and short-circuits between the positive and negative electrodes, causing further heat generation.
このような現象を避けるため、例えば特許文献1や特許文献2では、重合体と無機粒子を溶融混練して多孔質セパレータ基材上に微多孔膜を形成することで、電池特性を改良する技術が検討されている。一方、特許文献3では、多孔性保護膜を正極及び負極の少なくとも一方の表面に形成することで、電池特性を改良する技術が検討されている。また、特許文献4では、重合体と非導電性粒子を含む多孔膜を有機セパレータ基材上に積層させることで、電池特性を改良する技術が検討されている。 In order to avoid such a phenomenon, for example, in Patent Document 1 and Patent Document 2, a technique for improving battery characteristics by melting and kneading a polymer and inorganic particles to form a microporous film on a porous separator substrate. Is being considered. On the other hand, Patent Document 3 discusses a technique for improving battery characteristics by forming a porous protective film on at least one surface of a positive electrode and a negative electrode. Moreover, in patent document 4, the technique which improves a battery characteristic is laminated | stacked by laminating | stacking the porous film containing a polymer and nonelectroconductive particle on an organic separator base material.
また、最近になって、蓄電デバイスの高出力化及び高エネルギー密度化の要求を達成する観点から、リチウム吸蔵量の大きい材料を利用する検討が進められている。例えば、より結晶性の高い黒鉛(グラファイト)を活物質として利用することでリチウム吸蔵量を向上させ、炭素材料の理論吸蔵量(約370mAh/g)に近い容量を実現するアプローチが進められている。一方、特許文献5には、リチウムの理論吸蔵量が最大で約4200mAh/gであるケイ素材料を活物質として活用するアプローチが開示されている。いずれにしても、このようなリチウム吸蔵量が大きい活物質を活用することで、蓄電デバイスの容量が大幅に向上すると考えられている。 Recently, from the viewpoint of achieving the demand for higher output and higher energy density of power storage devices, studies are being made on the use of materials with large lithium storage capacity. For example, an approach to improve the lithium occlusion amount by using graphite having higher crystallinity as an active material and to realize a capacity close to the theoretical occlusion amount (about 370 mAh / g) of the carbon material is being advanced. . On the other hand, Patent Document 5 discloses an approach in which a silicon material having a maximum lithium occlusion amount of about 4200 mAh / g is used as an active material. In any case, it is considered that the capacity of the electricity storage device is greatly improved by utilizing such an active material having a large lithium storage amount.
しかしながら、このようなリチウム吸蔵量の大きい材料を利用した活物質は、リチウムの吸蔵・放出により大きな体積変化を伴う。このため、従来使用されている電極用バイン
ダーを、このようなリチウム吸蔵量の大きい材料に適用すると、密着性を維持することができずに活物質が剥離するなどし、充放電に伴って顕著な容量低下が発生する。
However, an active material using such a material having a large amount of lithium storage is accompanied by a large volume change due to the storage and release of lithium. For this reason, when the conventionally used binder for electrodes is applied to such a material having a large lithium storage amount, the adhesive cannot be maintained, and the active material is peeled off. Capacity drop occurs.
しかしながら、上述の特許文献1〜4に記載されているような無機粒子を用いた従来技術によれば、セパレータや電極表面に保護膜を形成することにより充放電に伴って発生するデンドライトに起因する短絡を抑制できるものの、異常発熱時にセパレータの孔が閉塞してシャットダウン機能を発現する際、セパレータが熱収縮を引き起こし、その収縮した箇所で正極と負極が短絡してしまい、シャットダウン機能が十分に発現しない危険性があった。 However, according to the prior art using inorganic particles as described in the above-mentioned Patent Documents 1 to 4, the protective film is formed on the separator or electrode surface, which is caused by dendrite generated along with charge / discharge. Although the short circuit can be suppressed, when the separator hole closes due to abnormal heat generation and the shutdown function is exhibited, the separator causes thermal contraction, and the positive electrode and the negative electrode are short-circuited at the contracted portion, so that the shutdown function is sufficiently developed. There was a risk of not doing.
そこで、本発明に係る幾つかの態様は、セパレータの熱収縮を抑制し、しかも電解液の浸透性及び保液性に優れると共に、蓄電デバイスの内部抵抗の上昇を抑制できる保護膜をセパレータや電極表面に形成するための蓄電デバイス用組成物、及び該組成物を含有する蓄電デバイス用スラリーを提供するものである。 Accordingly, some embodiments according to the present invention provide a protective film that suppresses thermal contraction of the separator, is excellent in electrolyte permeability and liquid retention, and can suppress an increase in internal resistance of the electricity storage device. The composition for electrical storage devices for forming on the surface, and the slurry for electrical storage devices containing this composition are provided.
一方、上記特許文献5に記載されているような電極用バインダーは、リチウム吸蔵量の大きい材料を利用した活物質を実用化するにあたり密着性が十分でなく、充放電を繰り返すことにより電極特性が劣化するため、実用化に必要な耐久性が十分に得られないという課題があった。 On the other hand, the electrode binder described in the above-mentioned Patent Document 5 does not have sufficient adhesion to put an active material using a material having a large amount of lithium occlusion into practical use, and the electrode characteristics are improved by repeated charge and discharge. Due to the deterioration, there is a problem that the durability required for practical use cannot be obtained sufficiently.
そこで、本発明に係る幾つかの態様は、密着性及び充放電特性に優れる蓄電デバイス電極を作製するための蓄電デバイス用組成物、及び該組成物を含有する蓄電デバイス用スラリーを提供するものである。 Accordingly, some embodiments according to the present invention provide a composition for an electricity storage device for producing an electricity storage device electrode having excellent adhesion and charge / discharge characteristics, and a slurry for an electricity storage device containing the composition. is there.
本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following aspects or application examples.
[適用例1]
本発明に係る蓄電デバイス用組成物の一態様は、
重合体粒子(A)と、
金属錯塩(B)と、
液状媒体(C)と、
を含有することを特徴とする。
[Application Example 1]
One aspect of the composition for an electricity storage device according to the present invention is:
Polymer particles (A);
A metal complex salt (B),
A liquid medium (C);
It is characterized by containing.
[適用例2]
適用例1の蓄電デバイス用組成物において、
前記金属錯塩(B)に含まれる金属が多価金属であることができる。
[Application Example 2]
In the composition for an electricity storage device of Application Example 1,
The metal contained in the metal complex salt (B) may be a polyvalent metal.
[適用例3]
適用例1または適用例2の蓄電デバイス用組成物において、
前記金属錯塩(B)が、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、スズ、及び亜鉛よりなる群から選択される少なくとも1種の金属を含有することができる。
[Application Example 3]
In the composition for an electricity storage device of Application Example 1 or Application Example 2,
The metal complex salt (B) may contain at least one metal selected from the group consisting of titanium, zirconium, aluminum, tin, and zinc.
[適用例4]
適用例1ないし適用例3のいずれか一例の蓄電デバイス用組成物において、
前記重合体粒子(A)が、イオン性官能基を有することができる。
[Application Example 4]
In the composition for an electricity storage device of any one of Application Examples 1 to 3,
The polymer particles (A) can have an ionic functional group.
[適用例5]
適用例4の蓄電デバイス用組成物において、
前記イオン性官能基が、スルホ基、カルボキシ基、水酸基、アミノ基、リン酸基、及びこれらの塩の基よりなる群から選択される少なくとも1種の官能基であることができる。
[Application Example 5]
In the composition for an electricity storage device of Application Example 4,
The ionic functional group may be at least one functional group selected from the group consisting of a sulfo group, a carboxy group, a hydroxyl group, an amino group, a phosphate group, and a salt group thereof.
[適用例6]
適用例4または適用例5の蓄電デバイス用組成物において、
前記重合体粒子(A)のイオン性官能基量をMaモル、前記金属錯塩(B)の含有量をMbモルとした場合、Mb/Ma=0.1〜15の範囲であることができる。
[Application Example 6]
In the composition for an electricity storage device of Application Example 4 or Application Example 5,
When the amount of the ionic functional group of the polymer particles (A) is Ma mol and the content of the metal complex salt (B) is Mb mol, Mb / Ma = 0.1 to 15 can be obtained.
[適用例7]
適用例1ないし適用例6のいずれか一例の蓄電デバイス用組成物において、
前記重合体粒子(A)100g当たりのイオン性官能基量が0.001〜1.2モルであることができる。
[Application Example 7]
In the composition for an electricity storage device of any one of Application Examples 1 to 6,
The amount of ionic functional groups per 100 g of the polymer particles (A) may be 0.001 to 1.2 mol.
[適用例8]
適用例1ないし適用例7のいずれか一例の蓄電デバイス用組成物において、
前記重合体粒子(A)の50℃におけるトルエン不溶分が90%以上であることができる。
[Application Example 8]
In the composition for an electricity storage device of any one of Application Examples 1 to 7,
The toluene insoluble content at 50 ° C. of the polymer particles (A) may be 90% or more.
[適用例9]
適用例1ないし適用例8のいずれか一例の蓄電デバイス用組成物において、
前記重合体粒子(A)が、100質量部中に重合性不飽和基を二つ以上有する化合物に由来する繰り返し単位を15質量部未満含む重合体粒子(A1)を含有することができる。
[Application Example 9]
In the composition for an electricity storage device of any one of Application Examples 1 to 8,
The said polymer particle (A) can contain the polymer particle (A1) which contains less than 15 mass parts of repeating units derived from the compound which has two or more polymerizable unsaturated groups in 100 mass parts.
[適用例10]
適用例9の蓄電デバイス用組成物において、
前記重合体粒子(A1)が、フッ素原子を有する単量体に由来する繰り返し単位と、不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位と、をさらに含有することができる。
[Application Example 10]
In the composition for an electricity storage device of Application Example 9,
The polymer particles (A1) may further contain a repeating unit derived from a monomer having a fluorine atom and a repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid.
[適用例11]
適用例9の蓄電デバイス用組成物において、
前記重合体粒子(A1)が、不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位と、不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位と、芳香族ビニル化合物に由来する繰り返し単位と、共役ジエン化合物に由来する繰り返し単位と、をさらに含有することができる。
[Application Example 11]
In the composition for an electricity storage device of Application Example 9,
The polymer particle (A1) is a repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid, a repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid ester, a repeating unit derived from an aromatic vinyl compound, and a repeating derived from a conjugated diene compound. And a unit.
[適用例12]
適用例1ないし適用例11のいずれか一例の蓄電デバイス用組成物において、
前記重合体粒子(A)が、100質量部中に重合性不飽和基を二つ以上有する化合物に由来する繰り返し単位を20質量部以上100質量部以下含む重合体粒子(A2)を含有することができる。
[Application Example 12]
In the composition for an electricity storage device of any one of Application Examples 1 to 11,
The polymer particles (A) contain polymer particles (A2) containing 20 to 100 parts by mass of repeating units derived from a compound having two or more polymerizable unsaturated groups in 100 parts by mass. Can do.
[適用例13]
適用例12の蓄電デバイス用組成物において、
前記重合体粒子(A2)が、不飽和カルボン酸エステル(重合性不飽和基を二つ以上有する化合物を除く。)に由来する繰り返し単位及び芳香族ビニル化合物(重合性不飽和基を二つ以上有する化合物を除く。)に由来する繰り返し単位の少なくとも一方をさらに含有することができる。
[Application Example 13]
In the composition for an electricity storage device of Application Example 12,
The polymer particle (A2) is a repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid ester (excluding a compound having two or more polymerizable unsaturated groups) and an aromatic vinyl compound (two or more polymerizable unsaturated groups). At least one of the repeating units derived from (2).
[適用例14]
適用例9ないし適用例13のいずれか一例の蓄電デバイス用組成物において、
前記重合性不飽和基を二つ以上有する化合物が、多官能(メタ)アクリル酸エステル及び芳香族多官能ビニル化合物よりなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物であることができる。
[Application Example 14]
In the composition for an electricity storage device of any one of Application Example 9 to Application Example 13,
The compound having two or more polymerizable unsaturated groups may be at least one compound selected from the group consisting of polyfunctional (meth) acrylic acid esters and aromatic polyfunctional vinyl compounds.
[適用例15]
本発明に係る蓄電デバイス用スラリーの一態様は、
適用例1ないし適用例14のいずれか一例の蓄電デバイス用組成物と、無機フィラーと、を含有することを特徴とする。
[Application Example 15]
One aspect of the slurry for an electricity storage device according to the present invention is:
It contains the composition for electrical storage devices of any one of the application examples 1 thru | or the application example 14, and an inorganic filler.
[適用例16]
適用例15の蓄電デバイス用スラリーにおいて、
前記無機フィラーが、シリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、及び酸化マグネシウムからなる群より選択される少なくとも1種の粒子であることができる。
[Application Example 16]
In the slurry for the electricity storage device of Application Example 15,
The inorganic filler may be at least one particle selected from the group consisting of silica, titanium oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, and magnesium oxide.
[適用例17]
本発明に係る蓄電デバイス用セパレータの一態様は、
適用例15または適用例16の蓄電デバイス用スラリーを塗布及び乾燥させて形成された層を表面に備えることを特徴とする。
[Application Example 17]
One aspect of the separator for an electricity storage device according to the present invention is:
A layer formed by applying and drying the slurry for an electricity storage device of Application Example 15 or Application Example 16 is provided on the surface.
[適用例18]
本発明に係る蓄電デバイスの一態様は、
適用例17の蓄電デバイス用セパレータを備えることを特徴とする。
[Application Example 18]
One aspect of the electricity storage device according to the present invention is:
The power storage device separator according to Application Example 17 is provided.
[適用例19]
本発明に係る蓄電デバイス用スラリーの一態様は、
適用例1ないし適用例14のいずれか一例の蓄電デバイス用組成物と、活物質と、を含有することを特徴とする。
[Application Example 19]
One aspect of the slurry for an electricity storage device according to the present invention is:
It contains the composition for electrical storage devices of any one example of the application example 1 thru | or the application example 14, and an active material, It is characterized by the above-mentioned.
[適用例20]
本発明に係る蓄電デバイス用電極の一態様は、
集電体と、前記集電体の表面上に適用例19の蓄電デバイス用スラリーが塗布及び乾燥されて形成された層と、を備えることを特徴とする。
[Application Example 20]
One aspect of the electrode for an electricity storage device according to the present invention is:
It is characterized by comprising a current collector and a layer formed by applying and drying the electricity storage device slurry of Application Example 19 on the surface of the current collector.
[適用例21]
本発明に係る蓄電デバイスの一態様は、
適用例20の蓄電デバイス用電極を備えることを特徴とする。
[Application Example 21]
One aspect of the electricity storage device according to the present invention is:
The electrode for an electricity storage device of Application Example 20 is provided.
本発明に係る蓄電デバイス用組成物は、充放電に伴って発生するデンドライトに起因す
る短絡を抑制するための保護膜を形成するための材料として使用することもできるし、活物質同士の結合能力及び活物質と集電体との密着能力並びに粉落ち耐性を向上させた蓄電デバイス電極を作製するための材料として使用することもできる。本発明に係る蓄電デバイス用組成物を用いてセパレータまたは電極表面に保護膜を形成することにより、セパレータの熱収縮を効果的に抑制し、電解液の浸透性及び保液性に優れると共に、内部抵抗の上昇を抑制することができる。これにより、充放電の繰り返しまたは過充電によっても蓄電デバイスの内部抵抗が上昇する程度が少なくなるので、充放電特性に優れた蓄電デバイスが得られる。
The composition for an electricity storage device according to the present invention can also be used as a material for forming a protective film for suppressing a short circuit caused by dendrites generated during charging and discharging, and the binding ability between active materials. And it can also be used as a material for producing the electrical storage device electrode which improved the adhesion capability of an active material and an electrical power collector, and powder fall resistance. By forming a protective film on the surface of the separator or electrode using the composition for an electricity storage device according to the present invention, the thermal contraction of the separator is effectively suppressed, and the electrolyte has excellent permeability and liquid retention, An increase in resistance can be suppressed. Thereby, since the degree to which the internal resistance of the electricity storage device increases due to repeated charge / discharge or overcharge is reduced, an electricity storage device having excellent charge / discharge characteristics can be obtained.
また、本発明に係る蓄電デバイス用組成物を用いて活物質層を形成することにより、密着性及び充放電特性に優れる蓄電デバイス電極を作製することができる。 Moreover, the electrical storage device electrode which is excellent in adhesiveness and charging / discharging characteristic can be produced by forming an active material layer using the composition for electrical storage devices according to the present invention.
以下、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は、以下に記載された実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形例も含むものとして理解されるべきである。なお、本明細書における「(メタ)アクリル酸〜」とは、「アクリル酸〜」及び「メタクリル酸〜」の双方を包括する概念である。また、「〜(メタ)アクリル酸エステル」とは、「〜アクリル酸エステル」および「〜メタクリル酸エステル」の双方を包括する概念である。 Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail. It should be understood that the present invention is not limited to only the embodiments described below, and includes various modifications that are implemented without departing from the scope of the present invention. In this specification, “(meth) acrylic acid” is a concept encompassing both “acrylic acid” and “methacrylic acid”. Further, “˜ (meth) acrylic acid ester” is a concept encompassing both “˜acrylic acid ester” and “˜methacrylic acid ester”.
1.蓄電デバイス用組成物
本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物は、重合体粒子(A)と、金属錯塩(B)と、液状媒体(C)と、を含有することを特徴とする。本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物は、充放電に伴って発生するデンドライトに起因する短絡を抑制するための保護膜を形成するための材料として使用することもできるし、活物質同士の結合能力及び活物質と集電体との密着能力並びに粉落ち耐性を向上させた蓄電デバイス電極(活物質層)を作製するための材料として使用することもできる。以下、本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物に含まれる各成分について詳細に説明する。
1. Composition for electrical storage device The composition for electrical storage devices which concerns on this embodiment is characterized by containing a polymer particle (A), a metal complex salt (B), and a liquid medium (C). The composition for an electricity storage device according to the present embodiment can be used as a material for forming a protective film for suppressing a short circuit caused by dendrite that occurs in association with charge / discharge, or a combination of active materials. It can also be used as a material for producing an electricity storage device electrode (active material layer) having improved ability, adhesion between the active material and the current collector, and powder fall resistance. Hereafter, each component contained in the composition for electrical storage devices which concerns on this embodiment is demonstrated in detail.
1.1.重合体粒子(A)
本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物は、重合体粒子(A)を含有する。重合体粒子(A)は、表面官能基を有することが好ましい。重合体粒子(A)が表面官能基を有することにより、後述する金属錯塩(B)の作用により架橋が形成されてポリマー間のネットワークを構築することができる。これにより、保護膜や活物質層の弾性率及び耐熱性を向上させることができる。
1.1. Polymer particles (A)
The composition for an electricity storage device according to the present embodiment contains polymer particles (A). The polymer particle (A) preferably has a surface functional group. When polymer particle (A) has a surface functional group, a bridge | crosslinking is formed by the effect | action of the metal complex salt (B) mentioned later, and the network between polymers can be constructed | assembled. Thereby, the elasticity modulus and heat resistance of a protective film or an active material layer can be improved.
重合体粒子(A)の表面官能基は、イオン性官能基であることが好ましい。表面官能基がイオン性官能基である場合、後述する金属錯塩(B)と容易にキレート化することができ、金属架橋構造が構築される。これにより、セパレータの熱収縮を効果的に抑制できる保護膜が形成されると推測される。また、重合体粒子(A)と後述する金属錯塩(B)とがイオン結合を形成するため、より強固な密着性に優れた保護膜をセパレータ上に作製することができ、保護膜の剥離などによるセパレータの不均質化を効果的に抑制することができ、充放電サイクルを重ねても充放電特性の劣化を抑制できると推測される。なお、「イオン性官能基」とは、水中で陽イオンまたは陰イオンを形成する官能基を意味する。 The surface functional group of the polymer particle (A) is preferably an ionic functional group. When the surface functional group is an ionic functional group, it can be easily chelated with the metal complex salt (B) described later, and a metal crosslinked structure is constructed. Thereby, it is estimated that the protective film which can suppress the thermal contraction of a separator effectively is formed. In addition, since the polymer particles (A) and a metal complex salt (B) described later form an ionic bond, a protective film with stronger and stronger adhesion can be produced on the separator, and the protective film is peeled off. It can be presumed that the heterogeneity of the separator due to the above can be effectively suppressed, and the deterioration of the charge / discharge characteristics can be suppressed even if the charge / discharge cycles are repeated. The “ionic functional group” means a functional group that forms a cation or an anion in water.
このようなイオン性官能基を有する重合体粒子(A)は、イオン性官能基を含むモノマー(単量体、高分子の繰り返し構造単位)を含有するものであれば適時作製する保護膜の要求特性に応じて選択して使用することができる。例えば、ポリペプチド、核酸、及び多糖よりなる群から選択される少なくとも1種又はこれらの複合体等の生体から得られたものであってもよいし、後述する重合体粒子(A1)や(A2)のように人工的に合成したものであっても構わない。 The polymer particles (A) having such an ionic functional group are required to have a protective film produced in a timely manner as long as they contain a monomer (monomer, polymer repeating structural unit) containing an ionic functional group. It can be selected and used according to the characteristics. For example, it may be obtained from a living body such as at least one selected from the group consisting of polypeptides, nucleic acids, and polysaccharides, or a complex thereof, or may be polymer particles (A1) or (A2) described later. It may be an artificially synthesized material such as
イオン性官能基としては、特に限定されないが、スルホ基、カルボキシ基、水酸基、アミノ基、リン酸基、及びこれらの塩の基よりなる群から選択される少なくとも1種の官能基であることが好ましい。このようなイオン性官能基を有する重合体粒子(A)を用いることによって、重合体粒子(A)の表面に存在するイオン性官能基と、後述する金属錯塩(B)の金属イオンとがイオン結合を形成し得る。このようなイオン結合を介して、重合体粒子(A)が保護膜中で強固に結着するので、蓄電デバイスの異常発熱時にセパレータの孔が閉塞してシャットダウン機能を発現する際、セパレータが熱収縮することを効果的に抑制することができる。 The ionic functional group is not particularly limited, but may be at least one functional group selected from the group consisting of a sulfo group, a carboxy group, a hydroxyl group, an amino group, a phosphate group, and a salt group thereof. preferable. By using the polymer particle (A) having such an ionic functional group, the ionic functional group present on the surface of the polymer particle (A) and the metal ion of the metal complex salt (B) described later are ionized. Bonds can be formed. Since the polymer particles (A) are firmly bound in the protective film through such ionic bonds, the separator is heated when the pores of the separator are closed due to abnormal heat generation of the electricity storage device and the shutdown function is exhibited. Shrinkage can be effectively suppressed.
重合体粒子(A)100g当たりのイオン性官能基量は、好ましくは0.001〜1.2モル含有することが好ましく、0.005〜1モル含有することがより好ましく、0.01〜0.9モル含有することが特に好ましい。重合体粒子(A)100g当たりのイオン性官能基量が前記範囲にあると、静電反発力及び立体障害効果により蓄電デバイス用組成物の保存安定性をより向上させることができ、また蓄電デバイスを作製した際に電解液に遊離する金属イオン濃度を抑制することができるため、より良好な充放電レート特性を有する蓄電デバイスを作製することができる。 The amount of the ionic functional group per 100 g of the polymer particles (A) is preferably 0.001 to 1.2 mol, more preferably 0.005 to 1 mol, and 0.01 to 0. It is particularly preferable to contain 9 mol. When the amount of the ionic functional group per 100 g of the polymer particles (A) is in the above range, the storage stability of the composition for the electricity storage device can be further improved by electrostatic repulsion and steric hindrance effect, and the electricity storage device Since the concentration of metal ions liberated in the electrolyte solution can be suppressed, a power storage device having better charge / discharge rate characteristics can be manufactured.
<トルエン不溶分>
重合体粒子(A)の50℃におけるトルエン不溶分は、85%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましく、100%、すなわち溶解しないことが特に好ましい。トルエン不溶分は、蓄電デバイスで使用する電解液への不溶分量とほぼ比例すると推測される。このため、トルエン不溶分が前記範囲であれば、蓄電デバイスを作製して、長期間にわたり充放電を繰り返した場合でも電解液への重合体の溶出を抑制できるため良好であると推測できる。
<Toluene insoluble matter>
The toluene insoluble content at 50 ° C. of the polymer particles (A) is preferably 85% or more, more preferably 90% or more, and particularly preferably 100%, that is, not dissolved. It is presumed that the toluene insoluble content is approximately proportional to the amount of insoluble content in the electrolytic solution used in the electricity storage device. For this reason, if a toluene insoluble content is the said range, even if it manufactures an electrical storage device and it repeats charging / discharging over a long period of time, since it can suppress the elution of the polymer to electrolyte solution, it can be estimated that it is favorable.
トルエン不溶分は、以下のようにして算出することができる。重合体粒子(A)を含む水分散体10gを直径8cmのテフロン(登録商標)シャーレへ秤り取り、120℃で1時間乾燥して成膜する。得られた膜(重合体)のうちの1gをトルエン400mL中に浸漬して50℃で3時間振とうする。次いで、トルエン相を300メッシュの金網で濾過して不溶分を分離した後、溶解分のトルエンを蒸発除去して得た残存物の重量(Y(g))を測定した値から、下記数式(1)によってトルエン不溶分を求める。
トルエン不溶分(%)=((1−Y)/1)×100 ・・・・・(1)
The toluene insoluble content can be calculated as follows. 10 g of the aqueous dispersion containing the polymer particles (A) is weighed into a Teflon (registered trademark) petri dish having a diameter of 8 cm and dried at 120 ° C. for 1 hour to form a film. 1 g of the obtained film (polymer) is immersed in 400 mL of toluene and shaken at 50 ° C. for 3 hours. Next, the toluene phase was filtered through a 300-mesh wire mesh to separate insoluble components, and the weight (Y (g)) of the residue obtained by evaporating and removing the dissolved toluene was measured. The toluene insoluble matter is obtained by 1).
Toluene insoluble content (%) = ((1-Y) / 1) × 100 (1)
<空気雰囲気下で10重量%減量する温度(T10)>
重合体粒子(A)の重量が空気雰囲気下で10重量%減量する温度(T10)は、320℃以上であることが好ましく、350℃以上であることがより好ましい。重合体粒子(A)の重量が空気雰囲気下で10重量%減量する温度(T10)は、電池内部での高温・高電圧時の酸化に対する化学的安定性に相関すると推測される。このため、重合体粒子(A)の重量が空気雰囲気下で10重量%減量する温度(T10)が前記温度範囲であれば、電池内部での高温・高電圧時の酸化に対する安定性が向上して、重合体粒子(A)の分解反応が起こりにくくなるため残存容量率が良好となる。
<Temperature for reducing 10% by weight in an air atmosphere (T 10 )>
The temperature (T 10 ) at which the weight of the polymer particles (A) is reduced by 10% by weight in an air atmosphere is preferably 320 ° C. or higher, and more preferably 350 ° C. or higher. The temperature (T 10 ) at which the weight of the polymer particles (A) is reduced by 10% by weight in an air atmosphere is presumed to correlate with the chemical stability against oxidation at high temperature and high voltage inside the battery. Therefore, if the temperature (T 10 ) at which the weight of the polymer particles (A) is reduced by 10% by weight in an air atmosphere is within the above temperature range, the stability against oxidation at high temperature and high voltage inside the battery is improved. As a result, the decomposition reaction of the polymer particles (A) is difficult to occur, so that the remaining capacity ratio is improved.
重合体粒子(A)の重量が空気雰囲気下で10重量%減量する温度(T10)は、以下のようにして測定することができる。重合体粒子(A)を含む水分散体10gを直径8cmのテフロン(登録商標)シャーレへ秤り取り、120℃で1時間乾燥して成膜した。得られた膜(重合体)を粉砕して粉末化し、この粉体を熱分析装置(例えば、株式会社島津製作所製、型式「DTG−60A」)にて熱重量分析を行う。その結果、空気雰囲気下、昇温速度20℃/分で加熱したときに、重合体粒子(A)の重量が空気雰囲気下で10重量%減量する温度を(T10)とする。 The temperature (T 10 ) at which the weight of the polymer particles (A) is reduced by 10% by weight in an air atmosphere can be measured as follows. 10 g of an aqueous dispersion containing polymer particles (A) was weighed into a Teflon (registered trademark) petri dish having a diameter of 8 cm and dried at 120 ° C. for 1 hour to form a film. The obtained film (polymer) is pulverized into powder, and this powder is subjected to thermogravimetric analysis with a thermal analyzer (for example, model “DTG-60A” manufactured by Shimadzu Corporation). As a result, the temperature at which the weight of the polymer particles (A) is reduced by 10% by weight in the air atmosphere when heated at a heating rate of 20 ° C./min in an air atmosphere is defined as (T 10 ).
重合体粒子(A)は、単量体の重合方法を適宜調整して作製してもよい。また、重合体粒子(A)は、以下に示す重合体粒子(A1)のみを含有してもよいし、以下に示す重合体粒子(A2)のみを含有してもよいし、重合体粒子(A1)及び重合体粒子(A2)の両者を含有してもよいが、セパレータの熱収縮をより効果的に抑制する観点から、重合体粒子(A1)及び重合体粒子(A2)の両者を含有することが好ましい。 The polymer particles (A) may be prepared by appropriately adjusting the monomer polymerization method. In addition, the polymer particles (A) may contain only the polymer particles (A1) shown below, may contain only the polymer particles (A2) shown below, or the polymer particles ( Both A1) and polymer particles (A2) may be contained, but from the viewpoint of more effectively suppressing thermal shrinkage of the separator, both polymer particles (A1) and polymer particles (A2) are contained. It is preferable to do.
1.1.1.重合体粒子(A1)
重合体粒子(A1)は、当該粒子100質量部中の重合性不飽和基を二つ以上有する化合物に由来する繰り返し単位の含有量が15質量部未満であればよいが、5質量部以下であることが好ましく、0質量部、すなわち実質的に含有しないことがより好ましい。重合性不飽和基を二つ以上有する化合物に由来する繰り返し単位が前記範囲であると、重合体粒子(A1)の柔軟性が高くなり、重合体粒子同士の密着性や、セパレータ及び電極との接着性が良好になるため好ましい。
1.1.1. Polymer particles (A1)
The polymer particles (A1) may have a repeating unit content of less than 15 parts by mass derived from a compound having two or more polymerizable unsaturated groups in 100 parts by mass of the particles. It is preferable that there is 0 part by mass, that is, it is more preferable not to contain substantially. When the repeating unit derived from the compound having two or more polymerizable unsaturated groups is in the above range, the flexibility of the polymer particles (A1) increases, and the adhesion between the polymer particles and the separator and the electrode Since adhesiveness becomes favorable, it is preferable.
重合性不飽和基を二つ以上有する化合物としては、特に制限されないが、例えば多官能(メタ)アクリル酸エステル、芳香族多官能ビニル化合物等が挙げられる。 Although it does not restrict | limit especially as a compound which has two or more polymerizable unsaturated groups, For example, a polyfunctional (meth) acrylic acid ester, an aromatic polyfunctional vinyl compound, etc. are mentioned.
多官能(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば下記一般式(2)で表される化合物、多価アルコールの(ポリ)(メタ)アクリル酸エステル及びその他の多官能性単量体が挙げられる。 Examples of the polyfunctional (meth) acrylic acid ester include compounds represented by the following general formula (2), (poly) (meth) acrylic acid esters of polyhydric alcohols, and other polyfunctional monomers.
上記一般式(2)中のR2の好ましい具体例としては、例えばビニル基、イソプロペニル基、アリル基、(メタ)アクリロイル基、エポキシ基、グリシジル基、ヒドロキシアルキル基等を挙げることができる。 Preferable specific examples of R 2 in the general formula (2) include, for example, vinyl group, isopropenyl group, allyl group, (meth) acryloyl group, epoxy group, glycidyl group, hydroxyalkyl group and the like.
多官能(メタ)アクリル酸エステルとしては、ジ(メタ)アクリル酸エチレングリコール、ジ(メタ)アクリル酸プロピレングリコール、トリ(メタ)アクリル酸トリメチロールプロパン、テトラ(メタ)アクリル酸ペンタエリスリトール、ヘキサ(メタ)アクリル酸ジペンタエリスリトール、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシメチル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸アリル等を挙げることができ、これらから選択される1種以上であることができる。これらのうち、ジ(
メタ)アクリル酸エチレングリコール、トリ(メタ)アクリル酸トリメチロールプロパン及び(メタ)アクリル酸アリルよりなる群から選択される少なくとも1種以上であることが好ましく、ジ(メタ)アクリル酸エチレングリコールであることが特に好ましい。上記例示した多官能(メタ)アクリル酸エステルは、1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。
Polyfunctional (meth) acrylic acid esters include ethylene glycol di (meth) acrylate, propylene glycol di (meth) acrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate, pentaerythritol tetra (meth) acrylate, hexa ( 1) selected from these, such as dipentaerythritol (meth) acrylate, glycidyl (meth) acrylate, hydroxymethyl (meth) acrylate, hydroxyethyl (meth) acrylate, allyl (meth) acrylate, and the like. It can be more than a seed. Of these,
It is preferably at least one selected from the group consisting of ethylene glycol methacrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate and allyl (meth) acrylate, and is ethylene glycol di (meth) acrylate. It is particularly preferred. The polyfunctional (meth) acrylic acid ester exemplified above may be used alone or in combination of two or more.
芳香族多官能ビニル化合物としては、例えば下記一般式(3)で表される化合物を好ましく使用することができる。 As the aromatic polyfunctional vinyl compound, for example, a compound represented by the following general formula (3) can be preferably used.
上記一般式(3)中のR3としては、例えば炭素数2〜12のビニレン基、アリル基、ビニル基、イソプロペニル基等を挙げることができ、これらの中でも炭素数2〜12のビニレン基であることが好ましい。上記一般式(3)中のR4としては、例えばメチル基、エチル基等を挙げることができる。 Examples of R 3 in the general formula (3) include a vinylene group having 2 to 12 carbon atoms, an allyl group, a vinyl group, and an isopropenyl group, and among these, a vinylene group having 2 to 12 carbon atoms. It is preferable that Examples of R 4 in the general formula (3) include a methyl group and an ethyl group.
芳香族多官能ビニル化合物としては、ジビニルベンゼン、ジイソプロペニルベンゼン等の芳香族ジビニル化合物が挙げられるが、これらに制限されるものではない。これらのうち、ジビニルベンゼンであることが好ましい。上記例示した芳香族多官能ビニル化合物は、1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。 Examples of the aromatic polyfunctional vinyl compound include aromatic divinyl compounds such as divinylbenzene and diisopropenylbenzene, but are not limited thereto. Of these, divinylbenzene is preferred. The aromatic polyfunctional vinyl compounds exemplified above may be used alone or in combination of two or more.
前記重合体粒子(A1)は、後述する重合体粒子(A2)同士を密着させるバインダーとして機能し、さらに、セパレータ、電極、及び保護膜のそれぞれの部材を密着させるバインダーとして機能する。前記重合体粒子(A1)がこのようなバインダーとして機能する場合、粒子内部に空孔を有しない中実粒子であることが好ましい。中実粒子であることにより、より良好なバインダー特性を発現することができる。そして、前記重合体粒子(A1)は、含有される繰り返し単位の種類によって「含フッ素系重合体粒子」と「ジエン系重合体粒子」とに大別できる。 The polymer particles (A1) function as a binder for closely adhering polymer particles (A2) to be described later, and further function as a binder for closely adhering the separator, electrode, and protective film. When the polymer particle (A1) functions as such a binder, it is preferably a solid particle having no pores inside the particle. By being solid particles, better binder properties can be expressed. The polymer particles (A1) can be roughly classified into “fluorinated polymer particles” and “diene polymer particles” depending on the types of repeating units contained.
以下、各重合体粒子(A1)に含有される繰り返し単位を構成する単量体、重合体粒子(A1)の態様及び製造方法等に関して詳述する。 Hereinafter, the monomer constituting the repeating unit contained in each polymer particle (A1), the mode of the polymer particle (A1), the production method, and the like will be described in detail.
1.1.1.1.含フッ素系重合体粒子
<フッ素原子を有する単量体>
含フッ素系重合体粒子は、フッ素原子を有する単量体に由来する繰り返し単位を含有する。フッ素原子を有する単量体としては、例えばフッ素原子を有するオレフィン化合物、フッ素原子を有する(メタ)アクリル酸エステル等が挙げられる。フッ素原子を有するオレフィン化合物としては、例えばフッ化ビニリデン、四フッ化エチレン、六フッ化プロピ
レン、三フッ化塩化エチレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル等が挙げられる。フッ素原子を有する(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば下記一般式(4)で表される化合物、(メタ)アクリル酸3[4[1−トリフルオロメチル−2,2−ビス[ビス(トリフルオロメチル)フルオロメチル]エチニルオキシ]ベンゾオキシ]2−ヒドロキシプロピル等が挙げられる。
1.1.1.1. Fluorine-containing polymer particles <monomer having fluorine atoms>
The fluorine-containing polymer particles contain a repeating unit derived from a monomer having a fluorine atom. Examples of the monomer having a fluorine atom include an olefin compound having a fluorine atom and a (meth) acrylic acid ester having a fluorine atom. Examples of the olefin compound having a fluorine atom include vinylidene fluoride, tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, ethylene trifluoride chloride, and perfluoroalkyl vinyl ether. As the (meth) acrylic acid ester having a fluorine atom, for example, a compound represented by the following general formula (4), (meth) acrylic acid 3 [4 [1-trifluoromethyl-2,2-bis [bis (tri Fluoromethyl) fluoromethyl] ethynyloxy] benzooxy] 2-hydroxypropyl and the like.
上記一般式(4)中のR6としては、例えば炭素数1〜12のフッ化アルキル基、炭素数6〜16のフッ化アリール基、炭素数7〜18のフッ化アラルキル基等を挙げることができ、これらの中でも炭素数1〜12のフッ化アルキル基であることが好ましい。上記一般式(4)中のR6の好ましい具体例としては、例えば2,2,2−トリフルオロエチル基、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル基、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン−2−イル基、β−(パーフルオロオクチル)エチル基、2,2,3,3−テトラフルオロプロピル基、2,2,3,4,4,4−ヘキサフルオロブチル基、1H,1H,5H−オクタフルオロペンチル基、1H,1H,9H−パーフルオロ−1−ノニル基、1H,1H,11H−パーフルオロウンデシル基、パーフルオロオクチル基等を挙げることができる。フッ素原子を有する単量体としては、これらのうち、フッ素原子を有するオレフィン化合物が好ましく、フッ化ビニリデン、四フッ化エチレン及び六フッ化プロピレンよりなる群から選ばれる少なくとも1種であることがより好ましい。上記フッ素原子を有する単量体は、1種のみを使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。 Examples of R 6 in the general formula (4) include a fluorinated alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, a fluorinated aryl group having 6 to 16 carbon atoms, and a fluorinated aralkyl group having 7 to 18 carbon atoms. Among these, a fluorinated alkyl group having 1 to 12 carbon atoms is preferable. Preferable specific examples of R 6 in the general formula (4) include, for example, 2,2,2-trifluoroethyl group, 2,2,3,3,3-pentafluoropropyl group, 1,1,1, 3,3,3-hexafluoropropan-2-yl group, β- (perfluorooctyl) ethyl group, 2,2,3,3-tetrafluoropropyl group, 2,2,3,4,4,4- Hexafluorobutyl group, 1H, 1H, 5H-octafluoropentyl group, 1H, 1H, 9H-perfluoro-1-nonyl group, 1H, 1H, 11H-perfluoroundecyl group, perfluorooctyl group, etc. Can do. Of these, the monomer having a fluorine atom is preferably an olefin compound having a fluorine atom, more preferably at least one selected from the group consisting of vinylidene fluoride, tetrafluoroethylene and hexafluoropropylene. preferable. The monomer having a fluorine atom may be used alone or in combination of two or more.
含フッ素系重合体粒子100質量部中のフッ素原子を有する単量体に由来する繰り返し単位の含有割合は、5〜50質量部であることが好ましく、15〜40質量部であることがより好ましく、20〜30質量部であることが特に好ましい。 The content ratio of the repeating unit derived from the monomer having a fluorine atom in 100 parts by mass of the fluorine-containing polymer particles is preferably 5 to 50 parts by mass, and more preferably 15 to 40 parts by mass. It is especially preferable that it is 20-30 mass parts.
<不飽和カルボン酸>
含フッ素系重合体粒子には、前記フッ素原子を有する単量体に由来する繰り返し単位の他に、不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位を含有することが好ましい。不飽和カルボン酸としては、例えばアクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等の、モノカルボン酸またはジカルボン酸を挙げることができ、これらから選択される1種以上を使用することができる。不飽和カルボン酸としては、アクリル酸及びメタクリル酸から選択される1種以上を使用することが好ましく、アクリル酸が特に好ましい。
<Unsaturated carboxylic acid>
The fluorine-containing polymer particles preferably contain a repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid in addition to the repeating unit derived from the monomer having a fluorine atom. Examples of the unsaturated carboxylic acid include monocarboxylic acids or dicarboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, maleic acid, fumaric acid, and itaconic acid, and one or more selected from these are used. can do. As the unsaturated carboxylic acid, it is preferable to use one or more selected from acrylic acid and methacrylic acid, and acrylic acid is particularly preferable.
含フッ素系重合体粒子100質量部中の不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位の含有割合は、1〜10質量部であることが好ましく、2.5〜7.5質量部であることがより好ましい。 The content ratio of the repeating unit derived from the unsaturated carboxylic acid in 100 parts by mass of the fluorine-containing polymer particles is preferably 1 to 10 parts by mass, and more preferably 2.5 to 7.5 parts by mass. preferable.
<その他の不飽和単量体>
含フッ素系重合体粒子には、上述の繰り返し単位の他に、これらと共重合可能な他の不
飽和単量体に由来する繰り返し単位がさらに含まれていてもよい。
<Other unsaturated monomers>
In addition to the above-mentioned repeating units, the fluorine-containing polymer particles may further contain repeating units derived from other unsaturated monomers copolymerizable therewith.
このような不飽和単量体としては、例えば不飽和カルボン酸エステル(但し、上記重合性不飽和基を二つ以上有する化合物および上記フッ素原子を有する単量体に該当するものを除く。)、α,β−不飽和ニトリル化合物、芳香族ビニル化合物(但し、上記重合性不飽和基を二つ以上有する化合物に該当するものを除く。)及びその他の単量体が挙げられる。 As such an unsaturated monomer, for example, an unsaturated carboxylic acid ester (excluding those corresponding to the compound having two or more polymerizable unsaturated groups and the monomer having a fluorine atom), Examples include α, β-unsaturated nitrile compounds, aromatic vinyl compounds (excluding those corresponding to the compounds having two or more polymerizable unsaturated groups) and other monomers.
α,β−不飽和ニトリル化合物の具体例としては、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、α−クロルアクリロニトリル、α−エチルアクリロニトリル、シアン化ビニリデン等が挙げられ、これらから選択される1種以上を使用することができる。これらのうち、アクリロニトリル及びメタクリロニトリルよりなる群から選択される1種以上が好ましく、アクリロニトリルが特に好ましい。 Specific examples of the α, β-unsaturated nitrile compound include acrylonitrile, methacrylonitrile, α-chloroacrylonitrile, α-ethylacrylonitrile, vinylidene cyanide, etc., and use one or more selected from these. Can do. Among these, at least one selected from the group consisting of acrylonitrile and methacrylonitrile is preferable, and acrylonitrile is particularly preferable.
その他の単量体としては、(メタ)アクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド等のエチレン性不飽和カルボン酸のアルキルアミド;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のカルボン酸ビニルエステル;エチレン性不飽和ジカルボン酸の酸無水物;モノアルキルエステル;モノアミド;アミノエチルアクリルアミド、ジメチルアミノメチルメタクリルアミド、メチルアミノプロピルメタクリルアミド等のエチレン性不飽和カルボン酸のアミノアルキルアミド;ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸、アリルスルホン酸、スルホエチルメタクリレート、スルホプロピルメタクリレート、スルホブチルメタクリレート、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、2−ヒドロキシ−3−アクリルアミドプロパンスルホン酸、3−アリロキシ−2−ヒドロキシプロパンスルホン酸などのスルホン酸基を有する化合物等を挙げることができ、これらから選択される1種以上を使用することができる。 Other monomers include alkyl amides of ethylenically unsaturated carboxylic acids such as (meth) acrylamide and N-methylol acrylamide; carboxylic acid vinyl esters such as vinyl acetate and vinyl propionate; acids of ethylenically unsaturated dicarboxylic acids Monoalkyl ester; Monoamide; Aminoalkylamide of ethylenically unsaturated carboxylic acid such as aminoethylacrylamide, dimethylaminomethylmethacrylamide, methylaminopropylmethacrylamide, etc .; Vinylsulfonic acid, styrenesulfonic acid, allylsulfonic acid, sulfone Ethyl methacrylate, sulfopropyl methacrylate, sulfobutyl methacrylate, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, 2-hydroxy-3-acrylamidopropanesulfonic acid, 3-a Can be exemplified compounds having a sulfonic acid group such as a proxy-2-hydroxypropane sulfonic acid, may be used one or more selected from these.
不飽和カルボン酸エステル及び芳香族ビニル化合物の具体例については、後述のジエン系重合体粒子で例示したものと同様の化合物を挙げることができる。 Specific examples of the unsaturated carboxylic acid ester and the aromatic vinyl compound include the same compounds as those exemplified in the diene polymer particles described later.
<含フッ素系重合体粒子の態様>
含フッ素系重合体粒子の具体的態様としては、(1)フッ素原子を有する単量体に由来する繰り返し単位を有する重合体粒子(A1)を一段階重合で合成して得られる共重合体粒子、(2)フッ素原子を有する単量体に由来する繰り返し単位を有する重合体Xと不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位を有する重合体Yとを有する複合粒子、の二態様が挙げられる。これらのうち、耐酸化性に優れる観点から、複合粒子であることが好ましく、該複合粒子がポリマーアロイ粒子であることがより好ましい。
<Aspects of fluorinated polymer particles>
Specific embodiments of the fluorine-containing polymer particles include (1) copolymer particles obtained by synthesizing polymer particles (A1) having a repeating unit derived from a monomer having a fluorine atom by one-step polymerization. And (2) composite particles having a polymer X having a repeating unit derived from a monomer having a fluorine atom and a polymer Y having a repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid. Among these, from the viewpoint of excellent oxidation resistance, composite particles are preferable, and the composite particles are more preferably polymer alloy particles.
「ポリマーアロイ」とは、「岩波 理化学辞典 第5版.岩波書店」における定義によれば、「2成分以上の高分子の混合あるいは化学結合により得られる多成分系高分子の総称」であって「異種高分子を物理的に混合した重合体ブレンド、異種高分子成分が共有結合で結合したブロック及びグラフト共重合体、異種高分子が分子間力によって会合した高分子錯体、異種高分子が互いに絡み合ったIPN(Interpenetrating Polymer Network、相互侵入高分子網目)など」をいう。しかしながら、本願発明の蓄電デバイス用組成物に含有される重合体としてのポリマーアロイとは、「異種高分子成分が共有結合によって結合していないポリマーアロイ」のうちIPNからなる重合体である。 “Polymer alloy” is a “generic name for multi-component polymers obtained by mixing or chemical bonding of two or more components” according to the definition in “Iwanami Physical and Chemical Dictionary 5th edition. Iwanami Shoten”. “Polymer blends physically mixed with different polymers, block and graft copolymers in which different polymer components are covalently bonded, polymer complexes in which different polymers are associated by intermolecular forces, An entangled IPN (Interpenetrating Polymer Network, etc.) ”. However, the polymer alloy as a polymer contained in the composition for an electricity storage device of the present invention is a polymer composed of IPN among “a polymer alloy in which different types of polymer components are not bonded by a covalent bond”.
ポリマーアロイ粒子を構成する重合体Xは、電解液の浸透性や保液性に優れると共に、結晶性樹脂のハードセグメントが凝集して、主鎖にC−H…F−Cのような疑似架橋点を与えているものと考えられる。このような重合体Xのみを重合体粒子(A1)と混合し、
蓄電デバイスの保護膜に用いると、電解液の浸透性や保液性及び耐酸化性は良好であるものの、密着性および柔軟性が不十分となる傾向がある。その結果、保護膜中の重合体粒子(A1)を十分に結着しておくことができず、重合体粒子(A1)が剥落するなど保護膜の不均質化が進行し、抵抗上昇率の低い蓄電デバイスを得ることができない。一方、ポリマーアロイ粒子を構成する重合体Yは、密着性及び柔軟性には優れるものの、耐酸化性が低い傾向があり、これを単独で蓄電デバイスの保護膜として使用した場合には、充放電を繰り返し、あるいは過充電することによって酸化分解するなどして変質するため、抵抗上昇率の低い蓄電デバイスを得ることができない。
The polymer X constituting the polymer alloy particles is excellent in electrolyte permeability and liquid retention, and the hard segment of the crystalline resin is aggregated to form a pseudo-crosslink such as C—H—FC in the main chain. It is thought that the point is given. Only such polymer X is mixed with polymer particles (A1),
When used for a protective film of an electricity storage device, the permeability, liquid retention and oxidation resistance of the electrolytic solution are good, but the adhesion and flexibility tend to be insufficient. As a result, the polymer particles (A1) in the protective film cannot be sufficiently bound, and the protective film becomes inhomogeneous, such as the polymer particles (A1) being peeled off. A low power storage device cannot be obtained. On the other hand, although the polymer Y constituting the polymer alloy particles is excellent in adhesion and flexibility, it tends to have low oxidation resistance. When this is used alone as a protective film for an electricity storage device, charge / discharge is performed. Therefore, it is impossible to obtain an electricity storage device having a low rate of increase in resistance.
しかしながら、重合体X及び重合体Yを含有するポリマーアロイ粒子を使用することにより、電解液の浸透性や保液性及び耐酸化性、並びに密着性及び柔軟性を同時に発現することができ、抵抗上昇率の低い蓄電デバイスを製造することが可能となる。なお、ポリマーアロイ粒子が重合体X及び重合体Yのみからなる場合、耐酸化性をより向上させることができるため好ましい。 However, by using polymer alloy particles containing the polymer X and the polymer Y, the permeability, liquid retention and oxidation resistance, and adhesion and flexibility of the electrolyte can be expressed at the same time. It is possible to manufacture an electricity storage device with a low increase rate. In addition, when a polymer alloy particle consists only of the polymer X and the polymer Y, since oxidation resistance can be improved more, it is preferable.
このようなポリマーアロイ粒子は、JIS K7121に準拠する示差走査熱量測定(DSC)によって測定した場合、−50〜250℃の温度範囲において吸熱ピークを1つのみ有するものであることが好ましい。この吸熱ピークの温度は、−30〜+80℃の範囲にあることがより好ましい。 Such polymer alloy particles preferably have only one endothermic peak in the temperature range of −50 to 250 ° C. when measured by differential scanning calorimetry (DSC) in accordance with JIS K7121. The temperature of this endothermic peak is more preferably in the range of −30 to + 80 ° C.
ポリマーアロイ粒子を構成する重合体Xは、これが単独で存在する場合には、一般的に−50〜250℃に吸熱ピーク(融解温度)を有する。また、ポリマーアロイ粒子を構成する重合体Yは、重合体Xとは異なる吸熱ピーク(ガラス転移温度)を有することが一般的である。このため、重合体粒子(A1)中において重合体X及び重合体Yが、例えばコア−シエル構造のように相分離して存在する場合、−50〜250℃の温度範囲において2つの吸熱ピークが観察されるはずである。このことから、−50〜250℃の温度範囲における吸熱ピークが1つのみである場合には、該重合体粒子(A1)はポリマーアロイ粒子であると推定することができる。 The polymer X constituting the polymer alloy particle generally has an endothermic peak (melting temperature) at −50 to 250 ° C. when it exists alone. In addition, the polymer Y constituting the polymer alloy particles generally has an endothermic peak (glass transition temperature) different from that of the polymer X. For this reason, in the polymer particles (A1), when the polymer X and the polymer Y are present in phase separation as in, for example, a core-shell structure, there are two endothermic peaks in the temperature range of −50 to 250 ° C. Should be observed. From this, when there is only one endothermic peak in the temperature range of −50 to 250 ° C., it can be estimated that the polymer particles (A1) are polymer alloy particles.
さらに、ポリマーアロイ粒子である重合体粒子(A1)の有する1つのみの吸熱ピークの温度が−30〜+80℃の範囲にある場合、該重合体粒子(A1)は良好な柔軟性と粘着性とを付与することができ、従って密着性をより向上させることができることとなるため好ましい。 Furthermore, when the temperature of only one endothermic peak of the polymer particles (A1) which are polymer alloy particles is in the range of −30 to + 80 ° C., the polymer particles (A1) have good flexibility and adhesiveness. Therefore, it is preferable because the adhesion can be further improved.
重合体Xには、フッ素原子を有する単量体に由来する繰り返し単位の他に、他の不飽和単量体に由来する繰り返し単位をさらに有していてもよい。ここで、他の不飽和単量体としては、上記例示した不飽和カルボン酸、不飽和カルボン酸エステル、α,β−不飽和ニトリル化合物及びその他の単量体を使用することができる。 The polymer X may further include a repeating unit derived from another unsaturated monomer in addition to the repeating unit derived from the monomer having a fluorine atom. Here, as another unsaturated monomer, the above-exemplified unsaturated carboxylic acid, unsaturated carboxylic acid ester, α, β-unsaturated nitrile compound, and other monomers can be used.
重合体X100質量部におけるフッ素原子を有する単量体に由来する繰り返し単位の含有割合は、80質量部以上であることが好ましく、90質量部以上であることがより好ましい。かかる場合のフッ素原子を有する単量体は、その全てがフッ化ビニリデン、四フッ化エチレン及び六フッ化プロピレンよりなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。 The content ratio of the repeating unit derived from the monomer having a fluorine atom in 100 parts by mass of the polymer X is preferably 80 parts by mass or more, and more preferably 90 parts by mass or more. In such a case, the monomer having a fluorine atom is preferably at least one selected from the group consisting of vinylidene fluoride, ethylene tetrafluoride and propylene hexafluoride.
重合体Xのさらに好ましい態様は、以下の通りである。すなわち、重合体X100質量部におけるフッ化ビニリデンに由来する繰り返し単位の含有割合が、好ましくは50〜99質量部であり、より好ましくは80〜98質量部であり;四フッ化エチレンに由来する繰り返し単位の含有割合が、好ましくは50質量部以下であり、より好ましくは1〜30質量部であり、特に好ましくは2〜20質量部であり;そして六フッ化プロピレンに由来
する繰り返し単位の含有割合は、好ましくは50質量部以下であり、より好ましくは1〜30質量部であり、特に好ましくは2〜25質量部である。なお、重合体Xは、フッ化ビニリデン、四フッ化エチレン及び六フッ化プロピレンよりなる群から選ばれる少なくとも1種に由来する繰り返し単位のみからなるものであることが最も好ましい。
The more preferable aspect of the polymer X is as follows. That is, the content ratio of the repeating unit derived from vinylidene fluoride in 100 parts by mass of the polymer X is preferably 50 to 99 parts by mass, more preferably 80 to 98 parts by mass; the repetition derived from ethylene tetrafluoride. The content of the unit is preferably 50 parts by mass or less, more preferably 1 to 30 parts by mass, particularly preferably 2 to 20 parts by mass; and the content of the repeating unit derived from propylene hexafluoride. Is preferably 50 parts by mass or less, more preferably 1 to 30 parts by mass, and particularly preferably 2 to 25 parts by mass. The polymer X is most preferably composed of only a repeating unit derived from at least one selected from the group consisting of vinylidene fluoride, tetrafluoroethylene and hexafluoropropylene.
一方、重合体Yは、不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位の他に、他の不飽和単量体に由来する繰り返し単位をさらに有していてもよい。ここで、他の不飽和単量体としては、上記例示した不飽和カルボン酸エステル、α,β−不飽和ニトリル化合物及びその他の単量体を使用することができる。 On the other hand, the polymer Y may further have a repeating unit derived from another unsaturated monomer in addition to the repeating unit derived from the unsaturated carboxylic acid. Here, as the other unsaturated monomer, the unsaturated carboxylic acid ester, α, β-unsaturated nitrile compound and other monomers exemplified above can be used.
重合体Y100質量部における不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位の含有割合は、2〜20質量部であることが好ましく、3〜15質量部であることがより好ましい。 The content ratio of the repeating unit derived from the unsaturated carboxylic acid in 100 parts by mass of the polymer Y is preferably 2 to 20 parts by mass, and more preferably 3 to 15 parts by mass.
上記ポリマーアロイ粒子は、上記のような構成を有する限り、その合成方法は特に限定されるものではないが、例えば公知の乳化重合工程またはこれを適宜に組み合わせることにより容易に合成することができる。 As long as the polymer alloy particles have the above-described configuration, the synthesis method is not particularly limited. For example, the polymer alloy particles can be easily synthesized by a known emulsion polymerization step or an appropriate combination thereof.
例えば、まずフッ素原子を有する単量体に由来する繰り返し単位を有する重合体Xを公知の方法によって合成し、次いで該重合体Xに重合体Yを構成するための単量体を加え、重合体Xからなる重合体粒子の編み目構造の中に前記単量体を十分吸収させた後、重合体Xの編み目構造の中で吸収させた単量体を重合して重合体Yを合成する方法によりポリマーアロイ粒子を容易に製造することができる。このような方法によってポリマーアロイ粒子を製造する場合、重合体Xに重合体Yの単量体を十分に吸収させることが必須である。吸収温度が低すぎる場合または吸収時間が短すぎる場合には単なるコアシェル型の重合体または表層の一部のみがIPN型の構造である重合体となり、本発明におけるポリマーアロイ粒子を得ることができない場合が多い。但し、吸収温度が高すぎると重合系の圧力が高くなりすぎ、反応系のハンドリング及び反応制御の面から不利となり、吸収時間を過度に長くしても、さらに有利な結果が得られるわけではない。 For example, first, a polymer X having a repeating unit derived from a monomer having a fluorine atom is synthesized by a known method, and then a monomer for constituting the polymer Y is added to the polymer X to obtain a polymer. A method of synthesizing a polymer Y by sufficiently absorbing the monomer in the stitch structure of the polymer particles X and then polymerizing the monomer absorbed in the stitch structure of the polymer X Polymer alloy particles can be easily produced. When polymer alloy particles are produced by such a method, it is essential that the polymer X sufficiently absorbs the monomer of the polymer Y. When the absorption temperature is too low or the absorption time is too short, only a core-shell type polymer or a part of the surface layer becomes a polymer having an IPN type structure, and the polymer alloy particles in the present invention cannot be obtained. There are many. However, if the absorption temperature is too high, the pressure of the polymerization system becomes too high, which is disadvantageous from the viewpoint of reaction system handling and reaction control, and even if the absorption time is excessively long, further advantageous results are not obtained. .
上記のような観点から、吸収温度は30〜100℃とすることが好ましく、40〜80℃とすることがより好ましく、吸収時間は1〜12時間とすることが好ましく、2〜8時間とすることがより好ましい。このとき、吸収温度が低い場合には吸収時間を長くすることが好ましく、吸収温度が高い場合には短い吸収時間で十分である。吸収温度(℃)と吸収時間(h)を乗じた値が、概ね120〜300(℃・h)、好ましくは150〜250(℃・h)の範囲となるような条件が適当である。 From the above viewpoint, the absorption temperature is preferably 30 to 100 ° C, more preferably 40 to 80 ° C, and the absorption time is preferably 1 to 12 hours, and 2 to 8 hours. It is more preferable. At this time, it is preferable to lengthen the absorption time when the absorption temperature is low, and a short absorption time is sufficient when the absorption temperature is high. Conditions under which the value obtained by multiplying the absorption temperature (° C.) and the absorption time (h) is approximately 120 to 300 (° C. · h), preferably 150 to 250 (° C. · h) are appropriate.
重合体Xの編み目構造の中に重合体Yの単量体を吸収させる操作は、乳化重合に用いられる公知の媒体中、例えば水中で行うことが好ましい。 The operation of absorbing the monomer of the polymer Y in the stitch structure of the polymer X is preferably performed in a known medium used for emulsion polymerization, for example, in water.
ポリマーアロイ粒子100質量部における重合体Xの含有割合は、5〜50質量部であることが好ましく、15〜40質量部であることがより好ましく、20〜30質量部であることが特に好ましい。ポリマーアロイ粒子が重合体Xを前記範囲で含有することにより、電解液の浸透性や保液性及び耐酸化性と、密着性とのバランスがより良好となる。また、各単量体に由来する繰り返し単位の含有割合が上記の好ましい範囲にある重合体Yを用いた場合には、ポリマーアロイ粒子が重合体Xを前記範囲で含有することにより、該ポリマーアロイ粒子全体の各繰り返し単位の含有割合を上述の好ましい範囲に設定することが可能となり、このことによりエチレンカーボネート(EC)/ジエチルカーボネート(DEC)不溶分が適切な値となるため、得られる蓄電デバイスの抵抗上昇率が十分に低いものとなる。 The content ratio of the polymer X in 100 parts by mass of the polymer alloy particles is preferably 5 to 50 parts by mass, more preferably 15 to 40 parts by mass, and particularly preferably 20 to 30 parts by mass. When the polymer alloy particles contain the polymer X in the above range, the balance between the permeability, liquid retention and oxidation resistance of the electrolytic solution, and adhesion is improved. Further, when the polymer Y in which the content ratio of the repeating unit derived from each monomer is in the above preferable range is used, the polymer alloy particles contain the polymer X in the above range, so that the polymer alloy It becomes possible to set the content ratio of each repeating unit in the whole particle within the above-mentioned preferable range, and this makes the ethylene carbonate (EC) / diethyl carbonate (DEC) insoluble content an appropriate value. The rate of increase in resistance is sufficiently low.
1.1.1.2.ジエン系重合体粒子
<共役ジエン化合物>
ジエン系重合体粒子は、共役ジエン化合物に由来する繰り返し単位を含有する。共役ジエン化合物の具体例としては、1,3−ブタジエン、2−メチル−1,3−ブタジエン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、2−クロル−1,3−ブタジエンなどを挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上であることができる。これらの中でも、1,3−ブタジエンが特に好ましい。
1.1.1.2. Diene polymer particles <conjugated diene compound>
The diene polymer particles contain a repeating unit derived from a conjugated diene compound. Specific examples of the conjugated diene compound include 1,3-butadiene, 2-methyl-1,3-butadiene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 2-chloro-1,3-butadiene and the like. It can be one or more selected from these. Among these, 1,3-butadiene is particularly preferable.
ジエン系重合体粒子100質量部中の共役ジエン化合物に由来する繰り返し単位の含有割合は、30〜60質量部であることが好ましく、40〜55質量部であることがより好ましい。共役ジエン化合物に由来する繰り返し単位の含有割合が前記範囲にあると、適度な柔軟性を付与することができ、重合体粒子同士の結着性が良好となるため好ましい。 The content ratio of the repeating unit derived from the conjugated diene compound in 100 parts by mass of the diene polymer particles is preferably 30 to 60 parts by mass, and more preferably 40 to 55 parts by mass. When the content ratio of the repeating unit derived from the conjugated diene compound is within the above range, it is preferable because appropriate flexibility can be imparted and the binding property between the polymer particles becomes good.
<芳香族ビニル化合物>
ジエン系重合体粒子は、芳香族ビニル化合物に由来する繰り返し単位を含有することが好ましい。蓄電デバイス用スラリーが導電付与剤を含有する場合に、これに対する親和性をより良好にすることができる。
<Aromatic vinyl compound>
The diene polymer particles preferably contain a repeating unit derived from an aromatic vinyl compound. When the slurry for electrical storage devices contains a conductivity-imparting agent, the affinity for this can be made better.
芳香族ビニル化合物の具体例としては、スチレン、α−メチルスチレン、p−メチルスチレン、ビニルトルエン、クロルスチレンなどを挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上であることができる。芳香族ビニル化合物としては、上記のうち特にスチレンであることが好ましい。 Specific examples of the aromatic vinyl compound include styrene, α-methylstyrene, p-methylstyrene, vinyltoluene, chlorostyrene, and the like, and can be one or more selected from these. Among the above, the aromatic vinyl compound is particularly preferably styrene.
ジエン系重合体粒子100質量部中の芳香族ビニル化合物に由来する繰り返し単位の含有割合は、10〜60質量部であることが好ましく、15〜50質量部であることがより好ましい。芳香族ビニル化合物に由来する繰り返し単位の含有割合が前記範囲にあると、重合体粒子が活物質として用いられるグラファイトに対して適度な結着性を有する。また、得られる電極層は、柔軟性や集電体に対する結着性が良好なものとなる。 The content ratio of the repeating unit derived from the aromatic vinyl compound in 100 parts by mass of the diene polymer particles is preferably 10 to 60 parts by mass, and more preferably 15 to 50 parts by mass. When the content ratio of the repeating unit derived from the aromatic vinyl compound is in the above range, the polymer particles have an appropriate binding property to graphite used as an active material. In addition, the obtained electrode layer has excellent flexibility and binding property to the current collector.
<不飽和カルボン酸エステル>
ジエン系重合体粒子は、不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位を含有することが好ましい。ジエン系重合体粒子が不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位を有することにより、電解液との親和性が良好となり、蓄電デバイス中でバインダーが電気抵抗成分となることによる内部抵抗の上昇を抑制すると共に、電解液を過大に吸収することによる結着性の低下を防ぐことができる。
<Unsaturated carboxylic acid ester>
The diene polymer particles preferably contain a repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid ester. The diene polymer particles have repeating units derived from unsaturated carboxylic acid esters, thereby improving the affinity with the electrolyte and suppressing the increase in internal resistance due to the binder becoming an electrical resistance component in the electricity storage device. In addition, it is possible to prevent a decrease in binding property due to excessive absorption of the electrolytic solution.
不飽和カルボン酸エステルとしては、(メタ)アクリル酸エステルを好ましく使用することができ、例えば(メタ)アクリル酸のアルキルエステル、(メタ)アクリル酸のシクロアルキルエステル等が挙げられる。上記(メタ)アクリル酸のアルキルエステルとしては、炭素数1〜10のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸のアルキルエステルが好ましく、例えば(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−プロピル、(メタ)アクリル酸i−プロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸i−ブチル、(メタ)アクリル酸n−アミル、(メタ)アクリル酸i−アミル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸n−オクチル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸デシル等が挙げられる。上記(メタ)アクリル酸のシクロアルキルエステルとしては、例えば(メタ)アクリル酸シクロヘキシル等が挙げられる。上記例示した不飽和カルボン酸エステルは、1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。これらのうち、(メタ)アクリル酸のアルキルエステルであることが好ましく、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−ブチル及び(メタ)アクリル酸2−エ
チルヘキシルから選択される1種以上を使用することがより好ましい。
As the unsaturated carboxylic acid ester, a (meth) acrylic acid ester can be preferably used. Examples thereof include an alkyl ester of (meth) acrylic acid and a cycloalkyl ester of (meth) acrylic acid. The alkyl ester of (meth) acrylic acid is preferably an alkyl ester of (meth) acrylic acid having an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, such as methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, (meth N-propyl acrylate, i-propyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, i-butyl (meth) acrylate, n-amyl (meth) acrylate, i- (meth) acrylate Examples include amyl, hexyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, n-octyl (meth) acrylate, nonyl (meth) acrylate, and decyl (meth) acrylate. Examples of the cycloalkyl ester of (meth) acrylic acid include cyclohexyl (meth) acrylate. The unsaturated carboxylic acid ester exemplified above may be used alone or in combination of two or more. Among these, it is preferable that it is an alkyl ester of (meth) acrylic acid, from (meth) acrylic acid methyl, (meth) acrylic acid ethyl, (meth) acrylic acid n-butyl, and (meth) acrylic acid 2-ethylhexyl. It is more preferable to use one or more selected.
ジエン系重合体粒子100質量部中の不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位の含有割合は、5〜40質量部であることが好ましく、10〜30質量部であることがより好ましい。不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位の含有割合が前記範囲にあると、得られるジエン系重合体粒子は電解液との親和性が適度なものとなり、蓄電デバイス中でバインダーが電気抵抗成分となることによる内部抵抗の上昇を抑制すると共に、電解液を過大に吸収することによる結着性の低下を防ぐことができる。 The content ratio of the repeating unit derived from the unsaturated carboxylic acid ester in 100 parts by mass of the diene polymer particles is preferably 5 to 40 parts by mass, and more preferably 10 to 30 parts by mass. When the content ratio of the repeating unit derived from the unsaturated carboxylic acid ester is in the above range, the resulting diene polymer particles have an appropriate affinity with the electrolytic solution, and the binder is an electric resistance component in the electricity storage device. It is possible to prevent an increase in internal resistance due to becoming, and to prevent a decrease in binding property due to excessive absorption of the electrolytic solution.
<不飽和カルボン酸>
ジエン系重合体粒子は、不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位を含有することが好ましい。ジエン系重合体粒子が不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位を有することにより、本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物を用いた蓄電デバイス用スラリーの安定性が向上する。
<Unsaturated carboxylic acid>
The diene polymer particles preferably contain a repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid. When the diene polymer particles have a repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid, the stability of the slurry for an electricity storage device using the composition for an electricity storage device according to this embodiment is improved.
不飽和カルボン酸の具体例としては、上記含フッ素系重合体粒子で例示したものと同様の不飽和カルボン酸を挙げることができる。 Specific examples of the unsaturated carboxylic acid include unsaturated carboxylic acids similar to those exemplified for the fluorine-containing polymer particles.
ジエン系重合体粒子100質量部中の不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位の含有割合は、15質量部以下であることが好ましく、0.3〜10質量部であることがより好ましい。不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位の含有割合が前記範囲にあると、蓄電デバイス用スラリー調製時において、ジエン系重合体粒子の分散安定性が優れるため、凝集物が生じにくい。また、経時的なスラリー粘度の上昇も抑えることができる。 The content ratio of the repeating unit derived from the unsaturated carboxylic acid in 100 parts by mass of the diene polymer particles is preferably 15 parts by mass or less, and more preferably 0.3 to 10 parts by mass. When the content ratio of the repeating unit derived from the unsaturated carboxylic acid is in the above range, since the dispersion stability of the diene polymer particles is excellent at the time of preparing the slurry for the electricity storage device, aggregates are hardly generated. Further, an increase in slurry viscosity over time can be suppressed.
<その他の繰り返し単位>
ジエン系重合体粒子には、上述の繰り返し単位の他に、これらと共重合可能な他の不飽和単量体に由来する繰り返し単位がさらに含まれていてもよい。
<Other repeating units>
In addition to the above-mentioned repeating units, the diene polymer particles may further contain repeating units derived from other unsaturated monomers copolymerizable therewith.
このような不飽和単量体としては、例えば、フッ化ビニリデン、四フッ化エチレン及び六フッ化プロピレン等のエチレン性不飽和結合を有する含フッ素化合物;(メタ)アクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド等のエチレン性不飽和カルボン酸のアルキルアミド;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のカルボン酸ビニルエステル;エチレン性不飽和ジカルボン酸の酸無水物;モノアルキルエステル;モノアミド;アミノエチルアクリルアミド、ジメチルアミノメチルメタクリルアミド、メチルアミノプロピルメタクリルアミド等のエチレン性不飽和カルボン酸のアミノアルキルアミド;ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸、アリルスルホン酸、スルホエチルメタクリレート、スルホプロピルメタクリレート、スルホブチルメタクリレート、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、2−ヒドロキシ−3−アクリルアミドプロパンスルホン酸、3−アリロキシ−2−ヒドロキシプロパンスルホン酸などのスルホン酸基を有する化合物等を挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上であることができる。 Examples of such unsaturated monomers include fluorine-containing compounds having an ethylenically unsaturated bond such as vinylidene fluoride, tetrafluoroethylene, and hexafluoropropylene; (meth) acrylamide, N-methylolacrylamide, and the like. Alkyl amides of ethylenically unsaturated carboxylic acids; carboxylic acid vinyl esters such as vinyl acetate and vinyl propionate; acid anhydrides of ethylenically unsaturated dicarboxylic acids; monoalkyl esters; monoamides; aminoethylacrylamide, dimethylaminomethylmethacrylamide, Aminoalkylamides of ethylenically unsaturated carboxylic acids such as methylaminopropylmethacrylamide; vinyl sulfonic acid, styrene sulfonic acid, allyl sulfonic acid, sulfoethyl methacrylate, sulfopropyl methacrylate, sulfobutyl methacrylate And compounds having a sulfonic acid group such as a rate, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, 2-hydroxy-3-acrylamidopropanesulfonic acid, 3-allyloxy-2-hydroxypropanesulfonic acid, and the like. It can be one or more selected from among the above.
1.1.1.3.重合体粒子(A1)の数平均粒子径(Da1)
重合体粒子(A1)の数平均粒子径(Da1)は、20〜450nmの範囲にあることが好ましく、30〜420nmの範囲にあることがより好ましく、50〜400nmの範囲にあることが特に好ましい。
1.1.1.3. Number average particle diameter (Da1) of polymer particles (A1)
The number average particle diameter (Da1) of the polymer particles (A1) is preferably in the range of 20 to 450 nm, more preferably in the range of 30 to 420 nm, and particularly preferably in the range of 50 to 400 nm. .
重合体粒子(A1)の数平均粒子径(Da1)が前記範囲にあると、蓄電デバイス用組成物の安定性が向上すると共に、電極やセパレータに保護膜が形成されても内部抵抗の上昇(抵抗上昇率)を低く抑えることができる。 When the number average particle diameter (Da1) of the polymer particles (A1) is in the above range, the stability of the composition for an electricity storage device is improved, and the internal resistance is increased even when a protective film is formed on the electrode or separator ( Resistance increase rate) can be kept low.
重合体粒子(A1)の数平均粒子径(Da1)とは、光散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置を用いて粒度分布を測定し、小さい粒子から粒子を累積したときの粒子数の累積度数が50%となる粒子径(D50)の値である。このような粒度分布測定装置としては、例えばコールターLS230、LS100、LS13 320(以上、Beckman Coulter.Inc製)や、FPAR−1000(大塚電子株式会社製)等を挙げることができる。これらの粒度分布測定装置は、重合体粒子(A1)の一次粒子だけを評価対象とするものではなく、一次粒子が凝集して形成された二次粒子をも評価対象とすることができる。従って、これらの粒度分布測定装置によって測定された粒度分布は、組成物中に含まれる重合体粒子(A1)の分散状態の指標とすることができる。 The number average particle diameter (Da1) of the polymer particles (A1) is the number of particles when the particle size distribution is measured using a particle size distribution measuring apparatus based on the light scattering method and the particles are accumulated from small particles. This is the value of the particle diameter (D50) at which the cumulative frequency is 50%. Examples of such a particle size distribution measuring apparatus include Coulter LS230, LS100, LS13320 (above, manufactured by Beckman Coulter. Inc), FPAR-1000 (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.), and the like. These particle size distribution measuring devices are not intended to evaluate only the primary particles of the polymer particles (A1), but can also evaluate secondary particles formed by aggregation of the primary particles. Therefore, the particle size distribution measured by these particle size distribution measuring devices can be used as an indicator of the dispersion state of the polymer particles (A1) contained in the composition.
1.1.1.4.重合体粒子(A1)の吸熱特性
重合体粒子(A1)は、JIS K7121に準拠して示差走査熱量測定(DSC)を行ったときに、−50〜+80℃の温度範囲における吸熱ピークが1つのみ観測されることが好ましい。重合体粒子(A1)の吸熱挙動は、重合体粒子の形状安定性と相関すると推測される。このため、重合体粒子(A1)の吸熱ピークが前記温度範囲であれば、前記重合体粒子の形状安定性が良好となり、形成された保護膜が十分な強度を有することができると推測できる。
1.1.1.4. Endothermic Properties of Polymer Particles (A1) The polymer particles (A1) have one endothermic peak in the temperature range of −50 to + 80 ° C. when differential scanning calorimetry (DSC) is performed according to JIS K7121. It is preferable that only be observed. It is presumed that the endothermic behavior of the polymer particles (A1) correlates with the shape stability of the polymer particles. For this reason, if the endothermic peak of the polymer particles (A1) is within the above temperature range, it can be estimated that the shape stability of the polymer particles becomes good and the formed protective film can have sufficient strength.
1.1.1.5.重合体粒子(A1)の製造方法
重合体粒子(A1)が含フッ素系重合体粒子である場合、その製造、すなわち、フッ素原子を有する単量体に由来する繰り返し単位を有する重合体を一段階重合で合成する場合の該重合、重合体Xの重合、ならびに重合体Xの存在下における重合体Yの重合は、それぞれ公知の重合開始剤、分子量調節剤、乳化剤(界面活性剤)等の存在下で行うことができる。
1.1.1.5. Production method of polymer particle (A1) When polymer particle (A1) is a fluorine-containing polymer particle, its production, that is, a polymer having a repeating unit derived from a monomer having a fluorine atom is one step. In the case of synthesis by polymerization, the polymerization of the polymer X, and the polymerization of the polymer Y in the presence of the polymer X are the presence of a known polymerization initiator, molecular weight regulator, emulsifier (surfactant), etc., respectively. Can be done below.
また、重合体粒子(A1)がジエン系重合体粒子である場合、一段重合で作製してもよく、二段重合、さらに多段重合で作製してもよく、それぞれの重合において公知の重合開始剤、分子量調節剤、乳化剤(界面活性剤)等の存在下で行うことができる。 Further, when the polymer particles (A1) are diene polymer particles, they may be prepared by one-stage polymerization, two-stage polymerization or further multistage polymerization, and known polymerization initiators in the respective polymerizations. , Molecular weight regulators, emulsifiers (surfactants) and the like.
上記重合開始剤としては、例えば過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等の水溶性重合開始剤;過酸化ベンゾイル、ラウリルパーオキサイド、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル等の油溶性重合開始剤;重亜硫酸ナトリウム、鉄(II)塩、三級アミン等の還元剤と、過硫酸塩や有機過酸化物等の酸化剤との組合せからなるレドックス系重合開始剤等を挙げることができる。これらの重合開始剤は、1種単独または2種以上を組み合わせて用いることができる。重合開始剤の使用割合は、使用する単量体の合計100質量部に対して、0.3〜3質量部とすることが好ましい。 Examples of the polymerization initiator include water-soluble polymerization initiators such as sodium persulfate, potassium persulfate, and ammonium persulfate; oil-soluble polymerization such as benzoyl peroxide, lauryl peroxide, and 2,2′-azobisisobutyronitrile. Initiators: Redox polymerization initiators composed of a combination of a reducing agent such as sodium bisulfite, iron (II) salt, tertiary amine and the like, and an oxidizing agent such as persulfate and organic peroxide. . These polymerization initiators can be used singly or in combination of two or more. The use ratio of the polymerization initiator is preferably 0.3 to 3 parts by mass with respect to 100 parts by mass in total of the monomers used.
上記分子量調節剤としては、例えばクロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素;n−ヘキシルメルカプタン、n−オクチルメルカプタン、n−ドデシルメルカプタン、t−ドテジルメルカプタン、チオグリコール酸等のメルカプタン化合物;ジメチルキサントゲンジサルファイド、ジイソプロピルキサントゲンジサルファイド等のキサントゲン化合物;ターピノーレン、α−メチルスチレンダイマー等のその他の分子量調節剤を挙げることができる。これらの分子量調節剤は、1種単独または2種以上を組み合わせて用いることができる。分子量調節剤の使用割合は、使用する単量体の合計100質量部に対して、5質量部以下とすることが好ましい。 Examples of the molecular weight regulator include halogenated hydrocarbons such as chloroform and carbon tetrachloride; mercaptan compounds such as n-hexyl mercaptan, n-octyl mercaptan, n-dodecyl mercaptan, t-dotezyl mercaptan, and thioglycolic acid; dimethyl Examples thereof include xanthogen compounds such as xanthogen disulfide and diisopropylxanthogen disulfide; other molecular weight regulators such as terpinolene and α-methylstyrene dimer. These molecular weight regulators can be used singly or in combination of two or more. The use ratio of the molecular weight regulator is preferably 5 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass in total of the monomers used.
上記乳化剤としては、例えばアニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、両性界面活性剤、フッ素系界面活性剤等を挙げることができる。 Examples of the emulsifier include an anionic surfactant, a nonionic surfactant, an amphoteric surfactant, and a fluorosurfactant.
上記アニオン性界面活性剤としては、例えば高級アルコールの硫酸エステル、アルキル
ベンゼンスルホン酸塩、脂肪族スルホン酸塩、ポリエチレングリコールアルキルエーテルの硫酸エステル等を;上記ノニオン性界面活性剤としては、例えばポリエチレングリコールのアルキルエステル、ポリエチレングリコールのアルキルエーテル、ポリエチレングリコールのアルキルフェニルエーテル等を、それぞれ挙げることができる。
Examples of the anionic surfactant include sulfates of higher alcohols, alkylbenzene sulfonates, aliphatic sulfonates, sulfates of polyethylene glycol alkyl ethers, etc .; examples of the nonionic surfactants include polyethylene glycol Examples thereof include alkyl esters, alkyl ethers of polyethylene glycol, alkyl phenyl ethers of polyethylene glycol, and the like.
上記両性界面活性剤としては、例えば、アニオン部分が、カルボン酸塩、硫酸エステル塩、スルホン酸塩またはリン酸エステル塩等からなり、そしてカチオン部分が、アミン塩、第4級アンモニウム塩等からなるものを挙げることができる。このような両性界面活性剤の具体例としては、例えばラウリルベタイン、ステアリルベタイン等のベタイン化合物;ラウリル−β−アラニン、ラウリルジ(アミノエチル)グリシン、オクチルジ(アミノエチル)グリシン等のアミノ酸タイプの界面活性剤を挙げることができる。 As the amphoteric surfactant, for example, the anion portion is composed of a carboxylate salt, a sulfate ester salt, a sulfonate salt or a phosphate ester salt, and the cation portion is composed of an amine salt, a quaternary ammonium salt or the like. Things can be mentioned. Specific examples of such amphoteric surfactants include betaine compounds such as lauryl betaine and stearyl betaine; surface activity of amino acid types such as lauryl-β-alanine, lauryl di (aminoethyl) glycine, octyldi (aminoethyl) glycine, and the like. An agent can be mentioned.
上記フッ素系界面活性剤としては、例えばフルオロブチルスルホン酸塩、フルオロアルキル基を有するリン酸エステル、フルオロアルキル基を有するカルボン酸塩、フルオロアルキルエチレンオキシド付加物等を挙げることができる。このようなフッ素系界面活性剤の市販品としては、例えばエフトップEF301、EF303、EF352(以上、株式会社トーケムプロダクツ製);メガファックF171、F172、F173(以上、DIC株式会社製);フロラードFC430、FC431(以上、住友スリーエム株式会社製);アサヒガードAG710、サーフロンS−381、S−382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106、サーフィノールE1004、KH−10、KH−20、KH−30、KH−40(以上、旭硝子株式会社製);フタージェント250、251、222F、FTX−218(以上、株式会社ネオス製)等を挙げることができる。乳化剤としては、上記のうちから選択される1種または2種以上を使用することができる。
Examples of the fluorosurfactant include fluorobutyl sulfonate, phosphoric acid ester having a fluoroalkyl group, carboxylate having a fluoroalkyl group, and a fluoroalkylethylene oxide adduct. Examples of such commercially available fluorosurfactants include F-top EF301, EF303, EF352 (above, manufactured by Tochem Products Co., Ltd.); Megafac F171, F172, F173 (above, manufactured by DIC Corporation); FC430, FC431 (above, manufactured by Sumitomo 3M Limited); Asahi Guard AG710, Surflon S-382, S-382, SC101, SC102, SC103, SC104, SC105, SC106, Surfinol E1004, KH-10, KH-20, KH-30, KH-40 (above, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.);
乳化剤の使用割合は、使用する単量体の合計100質量部に対して、0.01〜10質量部とすることが好ましく、0.02〜5質量部とすることがより好ましい。 The use ratio of the emulsifier is preferably 0.01 to 10 parts by mass and more preferably 0.02 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass in total of the monomers used.
乳化重合は適当な水性媒体中で行うことが好ましく、特に水中で行うことが好ましい。この水性媒体中におけるモノマーの合計の含有割合は、10〜50質量%とすることができ、20〜40質量%とすることが好ましい。 The emulsion polymerization is preferably carried out in a suitable aqueous medium, particularly preferably in water. The total content of the monomers in the aqueous medium can be 10 to 50% by mass, and preferably 20 to 40% by mass.
乳化重合の条件としては、重合温度40〜85℃において重合時間2〜24時間とすることが好ましく、重合温度50〜80℃において重合時間3〜20時間とすることがより好ましい。 The conditions for emulsion polymerization are preferably a polymerization time of 2 to 24 hours at a polymerization temperature of 40 to 85 ° C, and more preferably a polymerization time of 3 to 20 hours at a polymerization temperature of 50 to 80 ° C.
1.1.2.重合体粒子(A2)
本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物は、重合体粒子(A)として、100質量部中に重合性不飽和基を二つ以上有する化合物に由来する繰り返し単位を20質量部以上100質量部以下含む重合体粒子(A2)を含有してもよい。
1.1.2. Polymer particles (A2)
In the composition for an electricity storage device according to this embodiment, as polymer particles (A), a repeating unit derived from a compound having two or more polymerizable unsaturated groups in 100 parts by mass is 20 parts by mass or more and 100 parts by mass or less. You may contain the polymer particle (A2) to contain.
重合体粒子(A2)100質量部中の重合性不飽和基を二つ以上有する化合物に由来する繰り返し単位の含有割合は、20〜100質量部であるが、好ましくは50質量部以上、より好ましくは80質量部以上、特に好ましくは90質量部以上である。重合性不飽和基を二つ以上有する化合物に由来する繰り返し単位の含有量が前記範囲であると、蓄電デバイス用組成物から作製される保護膜の耐熱性、耐溶剤性、デンドライトによる短絡を防止する機能が向上するため好ましい。さらに本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物は、重合体粒子(A2)を含有することにより、形成される保護膜のタフネスを向上させることができる。 The content ratio of the repeating unit derived from the compound having two or more polymerizable unsaturated groups in 100 parts by mass of the polymer particles (A2) is 20 to 100 parts by mass, preferably 50 parts by mass or more, more preferably. Is 80 parts by mass or more, particularly preferably 90 parts by mass or more. When the content of the repeating unit derived from the compound having two or more polymerizable unsaturated groups is within the above range, the heat resistance, solvent resistance, and short circuit caused by dendrites of the protective film prepared from the composition for the electricity storage device are prevented. This is preferable because the function to improve is improved. Furthermore, the composition for electrical storage devices according to the present embodiment can improve the toughness of the protective film formed by containing the polymer particles (A2).
以下、重合体粒子(A2)に含有される繰り返し単位を構成する単量体と、重合体粒子(A2)の態様及び製造方法等に関して詳述する。 Hereinafter, the monomer constituting the repeating unit contained in the polymer particle (A2), the mode of the polymer particle (A2), the production method, and the like will be described in detail.
1.1.2.1.重合体粒子(A2)に含有される繰り返し単位を構成する単量体
<重合性不飽和基を二つ以上有する化合物>
重合性不飽和基を二つ以上有する化合物としては、上記重合体粒子(A1)で例示した化合物を使用することができ、上記で説明した多官能(メタ)アクリル酸エステル及び芳香族多官能ビニル化合物よりなる群から選ばれる少なくとも1種を好ましく使用することができる。これらの中でも、芳香族ジビニル化合物であることがより好ましく、ジビニルベンゼンが特に好ましい。また、重合体粒子(A1)が重合性不飽和基を二つ以上有する化合物に由来する繰り返し単位を有する場合、重合体粒子(A2)は重合体粒子(A1)と同じ重合性不飽和基を二つ以上有する化合物に由来する繰り返し単位を有することが好ましい。
1.1.2.1. Monomer constituting repeating unit contained in polymer particle (A2) <compound having two or more polymerizable unsaturated groups>
As the compound having two or more polymerizable unsaturated groups, the compound exemplified in the polymer particle (A1) can be used, and the polyfunctional (meth) acrylic acid ester and aromatic polyfunctional vinyl described above are used. At least one selected from the group consisting of compounds can be preferably used. Among these, aromatic divinyl compounds are more preferable, and divinylbenzene is particularly preferable. When the polymer particle (A1) has a repeating unit derived from a compound having two or more polymerizable unsaturated groups, the polymer particle (A2) has the same polymerizable unsaturated group as the polymer particle (A1). It is preferable to have a repeating unit derived from a compound having two or more.
重合体粒子(A2)がジビニルベンゼンに由来する繰り返し単位を含有する場合、ジビニルベンゼンの含有割合は、全モノマーに対して、好ましくは20〜100質量%、より好ましくは50〜100質量%、特に好ましくは80〜100質量%である。ジビニルベンゼンの含有割合が20質量%未満の場合には、得られる重合体粒子(A2)は、耐熱性や耐電解液性などの点で劣ったものとなることがある。 When the polymer particles (A2) contain a repeating unit derived from divinylbenzene, the content ratio of divinylbenzene is preferably 20 to 100% by mass, more preferably 50 to 100% by mass, particularly with respect to the total monomers. Preferably it is 80-100 mass%. When the content ratio of divinylbenzene is less than 20% by mass, the resulting polymer particles (A2) may be inferior in terms of heat resistance, electrolytic solution resistance, and the like.
<その他の不飽和単量体>
重合体粒子(A2)には、重合性不飽和基を二つ以上有する化合物に由来する繰り返し単位の他に、これらと共重合可能な他の不飽和単量体に由来する繰り返し単位がさらに含まれていてもよい。
<Other unsaturated monomers>
The polymer particle (A2) further includes a repeating unit derived from a compound having two or more polymerizable unsaturated groups, and a repeating unit derived from another unsaturated monomer copolymerizable therewith. It may be.
このような不飽和単量体としては、上記重合体粒子(A1)で説明した不飽和カルボン酸エステル(但し、重合性不飽和基を二つ以上有する化合物を除く。)、芳香族ビニル化合物(但し、重合性不飽和基を二つ以上有する化合物を除く。)、不飽和カルボン酸、α,β−不飽和ニトリル化合物、その他の不飽和単量体等が挙げられる。なお、重合体粒子(A2)は、重合性不飽和基を二以上有する化合物に由来する繰り返し単位の他、不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位及び芳香族ビニル化合物に由来する繰り返し単位の少なくとも一方を有することが好ましい。 Examples of such unsaturated monomers include unsaturated carboxylic acid esters (excluding compounds having two or more polymerizable unsaturated groups) described in the above polymer particles (A1), aromatic vinyl compounds ( However, compounds having two or more polymerizable unsaturated groups are excluded.), Unsaturated carboxylic acids, α, β-unsaturated nitrile compounds, and other unsaturated monomers. In addition, the polymer particle (A2) includes at least a repeating unit derived from a compound having two or more polymerizable unsaturated groups, a repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid ester, and a repeating unit derived from an aromatic vinyl compound. It is preferable to have one.
重合体粒子(A2)100質量部中の不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位の含有割合は、5〜80質量部であることが好ましく、10〜75質量部であることがより好ましい。 The content ratio of the repeating unit derived from the unsaturated carboxylic acid ester in 100 parts by mass of the polymer particles (A2) is preferably 5 to 80 parts by mass, and more preferably 10 to 75 parts by mass.
重合体粒子(A2)100質量部中の芳香族ビニル化合物に由来する繰り返し単位の含有割合は、5〜85質量部であることが好ましく、10〜80質量部であることがより好ましい。 The content ratio of the repeating unit derived from the aromatic vinyl compound in 100 parts by mass of the polymer particles (A2) is preferably 5 to 85 parts by mass, and more preferably 10 to 80 parts by mass.
1.1.2.2.重合体粒子(A2)の数平均粒子径(Da2)
重合体粒子(A2)の数平均粒子径(Da2)は、100〜3000nmの範囲内であることが好ましく、100〜1500nmの範囲内であることがより好ましい。なお、重合体粒子(A2)の数平均粒子径(Da2)は、多孔質膜であるセパレータの平均孔径よりも大きいことが好ましい。これにより、セパレータへのダメージを軽減し、重合体粒子(A2)がセパレータの微多孔に詰まることを防ぐことができる。
1.1.2.2. Number average particle diameter (Da2) of polymer particles (A2)
The number average particle diameter (Da2) of the polymer particles (A2) is preferably in the range of 100 to 3000 nm, and more preferably in the range of 100 to 1500 nm. The number average particle diameter (Da2) of the polymer particles (A2) is preferably larger than the average pore diameter of the separator that is a porous film. Thereby, the damage to a separator can be reduced and it can prevent that a polymer particle (A2) is clogged with the microporous of a separator.
重合体粒子(A2)の数平均粒子径(Da2)は、上述の重合体粒子(A1)と同様の方法により測定することができる。 The number average particle diameter (Da2) of the polymer particles (A2) can be measured by the same method as that for the polymer particles (A1) described above.
上記重合体粒子(A1)の数平均粒子径(Da1)と上記重合体粒子(A2)の数平均粒子径(Da2)との粒径比(Da2/Da1)は1〜30であることが好ましい。粒径比(Da2/Da1)の値が前記範囲であると、蓄電デバイス用組成物を塗工、乾燥させて保護膜を形成する際に、上記重合体粒子(A2)同士の接触点に重合体粒子(A1)が集まりやすく粒子同士の結着力が向上するため、保護膜の形状保持の観点から好ましい。 The particle size ratio (Da2 / Da1) between the number average particle size (Da1) of the polymer particles (A1) and the number average particle size (Da2) of the polymer particles (A2) is preferably 1-30. . When the value of the particle size ratio (Da2 / Da1) is within the above range, when the protective film is formed by coating and drying the composition for an electricity storage device, the polymer particle (A2) is overlapped at the contact point. The coalesced particles (A1) are easy to gather, and the binding force between the particles is improved, which is preferable from the viewpoint of maintaining the shape of the protective film.
1.1.2.3.重合体粒子(A2)の吸熱特性
重合体粒子(A2)をJIS K7121に準拠する示差走査熱量測定(DSC)によって測定した場合、−50℃〜+300℃の範囲内では吸熱ピークが観測されないことが好ましい。このことは、重合体粒子(A2)が前記重合性不飽和基を二つ以上有する化合物により架橋されていることを示している。これにより、蓄電デバイス用組成物から得られる保護膜に耐熱性と強度を付与することができる。
1.1.2.3. Endothermic characteristics of polymer particles (A2) When polymer particles (A2) are measured by differential scanning calorimetry (DSC) in accordance with JIS K7121, no endothermic peak is observed within the range of -50 ° C to + 300 ° C. preferable. This indicates that the polymer particles (A2) are crosslinked with a compound having two or more polymerizable unsaturated groups. Thereby, heat resistance and intensity | strength can be provided to the protective film obtained from the composition for electrical storage devices.
1.1.2.4.重合体粒子(A2)の態様
重合体粒子(A2)は、その内部に1つ以上の空孔を有する粒子であることが好ましい。重合体粒子(A2)がその内部に1つ以上の空孔を有する場合、得られる保護膜の電解液の浸透性や保液性が向上し、良好な充放電特性を発現させることができる。このような粒子の構造としては、例えば、粒子の内部に空孔を有する中空構造であってもよく、また粒子の表面から内部(コア)にかけて複数の空孔を有するコアシェル型の構造であってもよい。
1.1.2.4. Embodiment of Polymer Particle (A2) The polymer particle (A2) is preferably a particle having one or more pores therein. When the polymer particles (A2) have one or more pores therein, the electrolyte solution penetrability and liquid retention of the protective film obtained can be improved, and good charge / discharge characteristics can be exhibited. The particle structure may be, for example, a hollow structure having pores inside the particle, or a core-shell type structure having a plurality of pores from the surface of the particle to the inside (core). Also good.
重合体粒子(A2)がその内部に1つ以上の空孔を有する場合、容積空孔率は1%〜80%であることが好ましく、2%〜70%であることがより好ましく、5%〜60%であることが特に好ましい。容積空孔率がこの範囲にあることで、得られる保護膜の電解液の浸透性や保液性とタフネスの向上とを両立することができる。 When the polymer particles (A2) have one or more pores therein, the volume porosity is preferably 1% to 80%, more preferably 2% to 70%, and more preferably 5% Particularly preferred is ˜60%. When the volumetric porosity is in this range, it is possible to achieve both the permeability of the electrolytic solution of the protective film obtained and the liquid retention and toughness improvement.
重合体粒子(A2)の容積空孔率は、重合体粒子(A2)について電子顕微鏡(株式会社日立ハイテクノロジーズ製、日立透過型電子顕微鏡 H−7650)により観察し、無作為に抽出した100個の粒子の平均粒子径及び粒子内径を測定し、下記式(5)により算出することができる。
容積空孔率(%)=((粒子内径)3/(平均粒子径)3)×100 ・・・・(5)
The volumetric porosity of the polymer particles (A2) was determined by observing the polymer particles (A2) with an electron microscope (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, Hitachi transmission electron microscope H-7650) and randomly extracting 100 particles. The average particle diameter and particle inner diameter of the particles can be measured and calculated by the following formula (5).
Volume porosity (%) = ((particle inner diameter) 3 / (average particle diameter) 3 ) × 100 (5)
1.1.2.5.重合体粒子(A2)の製造方法
本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物に含まれる重合体粒子(A2)は、上記のような構成を採るものである限り、その合成方法は特に限定されないが、具体的には乳化重合、播種乳化重合、懸濁重合、播種懸濁重合、溶液析出重合等の方法を用いることが好ましい。このうち、乳化重合及び播種乳化重合が好ましい。このうち粒子径分布を均一に制御しやすいことから播種乳化重合が特に好ましい。
1.1.2.5. Production method of polymer particles (A2) The polymer particles (A2) contained in the composition for an electricity storage device according to the present embodiment are not particularly limited as long as the polymer particles (A2) have the above-described configuration. Specifically, it is preferable to use methods such as emulsion polymerization, seeding emulsion polymerization, suspension polymerization, seeding suspension polymerization, and solution precipitation polymerization. Of these, emulsion polymerization and seeding emulsion polymerization are preferred. Of these, seeding emulsion polymerization is particularly preferred because the particle size distribution can be easily controlled uniformly.
また、重合体粒子(A2)が中空構造である場合には、特開2002−30113号公報や特開2009−120784号公報、特開昭62−127336号公報に記載されている方法に準じて作製することができ、コアシェル型である場合には特開平4−98201号公報に記載されている方法に準じて作製することができる。 When the polymer particles (A2) have a hollow structure, the methods described in JP-A No. 2002-30113, JP-A No. 2009-120784, and JP-A No. 62-127336 are used. In the case of a core-shell type, it can be manufactured according to the method described in JP-A-4-98201.
1.2.金属錯塩(B)
本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物は、金属錯塩(B)を含有する。金属錯塩(B)は、上述の重合体粒子(A)の有するイオン性官能基とキレート化や配位子交換することで金属架橋構造を形成し、セパレータの熱収縮を抑制することのできる保護膜を作製することができると推測される。また、同様にして、高弾性率を有する蓄電デバイス用電極
を作製することができると推測される。
1.2. Metal complex salt (B)
The composition for an electricity storage device according to the present embodiment contains a metal complex salt (B). The metal complex salt (B) forms a metal cross-linking structure by chelating or ligand exchange with the ionic functional group of the polymer particle (A) described above, and can protect the separator from thermal shrinkage. It is presumed that a film can be produced. Similarly, it is presumed that an electrode for an electricity storage device having a high elastic modulus can be produced.
このような金属錯塩(B)は、保護膜を作製するための蓄電デバイス用組成物の安定性をより向上させるためには、蓄電デバイス用組成物の調製工程において配位子交換を行う配位子を有する金属塩として添加してもよいし、低分子量配位子を有するキレート化合物として添加してもよい。 In order to further improve the stability of the composition for an electricity storage device for producing a protective film, such a metal complex salt (B) is coordinated for ligand exchange in the preparation process for the composition for an electricity storage device. You may add as a metal salt which has a child, and may add as a chelate compound which has a low molecular weight ligand.
金属錯塩(B)としては、下記一般式(6)で表される金属錯塩であることが好ましい。
R7sM ・・・・・(6)
(R7は、キレート剤、アンモニア、アンモニウムイオン、水酸化物イオン、炭酸イオン、炭素数2〜10の置換基を有していてもよいアルコキシ基及び炭素数6〜20の置換基を有していてもよいフェノキシ基よりなる群から選択される少なくとも1種を表す。Mは金属原子を表す。sは金属Mの原子価を表す。)
The metal complex salt (B) is preferably a metal complex salt represented by the following general formula (6).
R 7 sM (6)
(R 7 has a chelating agent, ammonia, ammonium ion, hydroxide ion, carbonate ion, an alkoxy group which may have a substituent having 2 to 10 carbon atoms, and a substituent having 6 to 20 carbon atoms. And represents at least one selected from the group consisting of phenoxy groups which may be present, M represents a metal atom, and s represents the valence of the metal M.)
R7のキレート剤としては、β−ジケトン、β−ケトエステルなどを挙げることができ、具体的にはアセチルアセトン、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、アセト酢酸−n−プロピル、アセト酢酸−i−プロピル、アセト酢酸−n−ブチル、アセト酢酸−sec−ブチル、アセト酢酸−t−ブチル、2,4−ヘキサン−ジオン、2,4−ヘプタン−ジオン、3,5−ヘプタン−ジオン、2,4−オクタン−ジオン、2,4−ノナン−ジオン、5−メチルヘキサン−ジオンなどを挙げることができる。 Examples of the chelating agent for R 7 include β-diketone, β-ketoester, and the like. Specifically, acetylacetone, methyl acetoacetate, ethyl acetoacetate, acetoacetate-n-propyl, acetoacetate-i-propyl, Acetoacetate-n-butyl, acetoacetate-sec-butyl, acetoacetate-t-butyl, 2,4-hexane-dione, 2,4-heptane-dione, 3,5-heptane-dione, 2,4-octane -Dione, 2,4-nonane-dione, 5-methylhexane-dione and the like can be mentioned.
R7の炭素数2〜10の置換基を有していてもよいアルコキシ基としては、イソプロポキシ等の炭化水素、トリエタノールアミン、トリメタノールアミン等のアミン、乳酸等のヒドロキシ酸、を例示することができる。 Examples of the alkoxy group which may have a substituent of 2 to 10 carbon atoms for R 7 include hydrocarbons such as isopropoxy, amines such as triethanolamine and trimethanolamine, and hydroxy acids such as lactic acid. be able to.
Mの金属原子としては、2価以上の多価金属イオンであることが好ましく、周期表の第4族、第12族及び第13族の金属イオンであることがより好ましく、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、スズ、及び亜鉛よりなる群から選択される少なくとも1種の金属イオンであることが特に好ましい。
The metal atom of M is preferably a divalent or higher polyvalent metal ion, more preferably a
上記一般式(6)で表される金属錯塩の具体例としては、トリエトキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ−n−プロポキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ−i−プロポキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ−n−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ−sec−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ−t−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、ジエトキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ−n−プロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ−i−プロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ−n−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ−sec−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ−t−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、モノエトキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ−n−プロポキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ−i−プロポキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ−n−ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ−sec−ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ−t−ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、テトラキス(アセチルアセトナート)チタン、トリエトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ−n−プロポキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ−i−プロポキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ−n−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ−sec−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ−t−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、ジエトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ−n−プ
ロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ−i−プロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ−n−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ−sec−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ−t−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、モノエトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ−n−プロポキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ−i−プロポキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ−n−ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ−sec−ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ−t−ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、テトラキス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ(アセチルアセトナート)トリス(エチルアセトアセテート)チタン、ビス(アセチルアセトナート)ビス(エチルアセトアセテート)チタン、トリス(アセチルアセトナート)モノ(エチルアセトアセテート)チタン、チタンオクチレングリコレート、チタンラクテート、チタンジイソプロポキシビス(トリエタノールアミネート)、ジ−i−プロポキシビス(トリエタノールアミネート)チタン、チタンラクテート等のチタンキレート化合物;
Specific examples of the metal complex represented by the general formula (6) include triethoxy mono (acetylacetonato) titanium, tri-n-propoxy mono (acetylacetonato) titanium, tri-i-propoxy mono ( Acetylacetonato) titanium, tri-n-butoxy mono (acetylacetonato) titanium, tri-sec-butoxy mono (acetylacetonato) titanium, tri-t-butoxy mono (acetylacetonato) titanium, diethoxy Bis (acetylacetonato) titanium, di-n-propoxy bis (acetylacetonato) titanium, di-i-propoxy bis (acetylacetonato) titanium, di-n-butoxy bis (acetylacetonato) titanium, Di-sec-butoxy bis (acetylacetonato) titanium, di- -Butoxy bis (acetylacetonato) titanium, monoethoxy tris (acetylacetonato) titanium, mono-n-propoxy tris (acetylacetonato) titanium, mono-i-propoxy tris (acetylacetonato) titanium, Mono-n-butoxy-tris (acetylacetonato) titanium, mono-sec-butoxy-tris (acetylacetonato) titanium, mono-t-butoxy-tris (acetylacetonato) titanium, tetrakis (acetylacetonato) titanium, Triethoxy mono (ethyl acetoacetate) titanium, tri-n-propoxy mono (ethyl acetoacetate) titanium, tri-i-propoxy mono (ethyl acetoacetate) titanium, tri-n-butoxy mono (ethyl acetoacetate) H Tri-sec-butoxy mono (ethyl acetoacetate) titanium, tri-t-butoxy mono (ethyl acetoacetate) titanium, diethoxy bis (ethyl acetoacetate) titanium, di-n-propoxy bis (ethyl aceto) Acetate) titanium, di-i-propoxy bis (ethyl acetoacetate) titanium, di-n-butoxy bis (ethyl acetoacetate) titanium, di-sec-butoxy bis (ethyl acetoacetate) titanium, di-t- Butoxy bis (ethyl acetoacetate) titanium, monoethoxy tris (ethyl acetoacetate) titanium, mono-n-propoxy tris (ethyl acetoacetate) titanium, mono-i-propoxy tris (ethyl acetoacetate) titanium, mono -N-Butoxy Tris (Ethyl acetoacetate) titanium, mono-sec-butoxy tris (ethyl acetoacetate) titanium, mono-t-butoxy tris (ethyl acetoacetate) titanium, tetrakis (ethyl acetoacetate) titanium, mono (acetylacetonate) tris (Ethyl acetoacetate) titanium, bis (acetylacetonate) bis (ethylacetoacetate) titanium, tris (acetylacetonate) mono (ethylacetoacetate) titanium, titanium octylene glycolate, titanium lactate, titanium diisopropoxybis ( Titanium chelate compounds such as triethanolaminate), di-i-propoxybis (triethanolamate) titanium, titanium lactate;
トリエトキシ・モノ(アセチルアセトナート)ジルコニウム、トリ−n−プロポキシ・モノ(アセチルアセトナート)ジルコニウム、トリ−i−プロポキシ・モノ(アセチルアセトナート)ジルコニウム、トリ−n−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)ジルコニウム、トリ−sec−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)ジルコニウム、トリ−t−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)ジルコニウム、ジエトキシ・ビス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、ジ−n−プロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、ジ−i−プロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、ジ−n−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、ジ−sec−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、ジ−t−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、モノエトキシ・トリス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、モノ−n−プロポキシ・トリス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、モノ−i−プロポキシ・トリス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、モノ−n−ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、モノ−sec−ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、モノ−t−ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、テトラキス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、トリエトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、トリ−n−プロポキシ・モノ(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、トリ−i−プロポキシ・モノ(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、トリ−n−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、トリ−sec−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、トリ−t−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、ジエトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、ジ−n−プロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、ジ−i−プロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、ジ−n−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、ジ−sec−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、ジ−t−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、モノエトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、モノ−n−プロポキシ・トリス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、モノ−i−プロポキシ・トリス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、モノ−n−ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、モノ−sec−ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、モノ−t−ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、テトラキス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、モノ(アセチルアセトナート)トリス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、ビス(アセチルアセトナート)ビス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、トリス(アセチルアセトナート)モノ(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、ジルコニウムアンモニウムカーボネート等のジルコニウム化合物; Triethoxy mono (acetylacetonato) zirconium, tri-n-propoxy mono (acetylacetonato) zirconium, tri-i-propoxy mono (acetylacetonato) zirconium, tri-n-butoxy mono (acetylacetonate) Zirconium, tri-sec-butoxy mono (acetylacetonato) zirconium, tri-t-butoxy mono (acetylacetonato) zirconium, diethoxybis (acetylacetonato) zirconium, di-n-propoxybis (acetylacetate) Nato) zirconium, di-i-propoxy bis (acetylacetonato) zirconium, di-n-butoxy bis (acetylacetonato) zirconium, di-sec-butoxy bis (acetylacetonato) ziru Ni, di-t-butoxy bis (acetylacetonato) zirconium, monoethoxy tris (acetylacetonato) zirconium, mono-n-propoxytris (acetylacetonato) zirconium, mono-i-propoxytris (acetyl) Acetonato) zirconium, mono-n-butoxy-tris (acetylacetonato) zirconium, mono-sec-butoxy-tris (acetylacetonato) zirconium, mono-t-butoxy-tris (acetylacetonato) zirconium, tetrakis (acetyl) Acetonato) zirconium, triethoxy mono (ethyl acetoacetate) zirconium, tri-n-propoxy mono (ethyl acetoacetate) zirconium, tri-i-propoxy mono (ethyl acetate) Acetate) zirconium, tri-n-butoxy mono (ethyl acetoacetate) zirconium, tri-sec-butoxy mono (ethyl acetoacetate) zirconium, tri-t-butoxy mono (ethyl acetoacetate) zirconium, diethoxy bis ( Ethyl acetoacetate) zirconium, di-n-propoxy bis (ethyl acetoacetate) zirconium, di-i-propoxy bis (ethyl acetoacetate) zirconium, di-n-butoxy bis (ethyl acetoacetate) zirconium, di- sec-butoxy bis (ethyl acetoacetate) zirconium, di-t-butoxy bis (ethyl acetoacetate) zirconium, monoethoxy tris (ethyl acetoacetate) zirconium, mono-n- Propoxy tris (ethyl acetoacetate) zirconium, mono-i-propoxy tris (ethyl acetoacetate) zirconium, mono-n-butoxy tris (ethyl acetoacetate) zirconium, mono-sec-butoxy tris (ethyl acetoacetate) Zirconium, mono-t-butoxy-tris (ethylacetoacetate) zirconium, tetrakis (ethylacetoacetate) zirconium, mono (acetylacetonato) tris (ethylacetoacetate) zirconium, bis (acetylacetonato) bis (ethylacetoacetate) Zirconium compounds such as zirconium, tris (acetylacetonate) mono (ethylacetoacetate) zirconium, zirconium ammonium carbonate;
トリス(アセチルアセトナート)アルミニウム、トリス(エチルアセトアセテート)アルミニウム等のアルミニウム化合物;酢酸亜鉛アンモニウム、亜鉛アンモニウムカーボネート等の亜鉛化合物;などの1種または2種以上が挙げられる。 One type or two or more types of aluminum compounds such as tris (acetylacetonate) aluminum and tris (ethylacetoacetate) aluminum; zinc compounds such as zinc ammonium acetate and zinc ammonium carbonate;
本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物を用いてセパレータ表面に保護膜を形成する場合、前記重合体粒子(A)の有するイオン性官能基量をMaモル、前記金属錯塩(B)の含有量をMbモルとすると、Mb/Ma=0.1〜15の範囲であることが好ましく、0.2〜13の範囲であることがより好ましい。Mb/Maが前記範囲であると、重合体粒子(A)の有するイオン性官能基と、金属錯塩(B)とが配位子交換反応あるいはイオン結合を形成し、重合体粒子(A)が保護膜中で強固に結着する。その結果、蓄電デバイスの異常発熱時にセパレータの孔が閉塞してシャットダウン機能を発現する際、セパレータが熱収縮することをより効果的に抑制することができる。 When forming a protective film on the separator surface using the composition for an electricity storage device according to this embodiment, the ionic functional group content of the polymer particles (A) is Ma mol, and the content of the metal complex salt (B) When Mb is Mb mol, it is preferably in the range of Mb / Ma = 0.1-15, more preferably in the range of 0.2-13. When Mb / Ma is in the above range, the ionic functional group of the polymer particle (A) and the metal complex salt (B) form a ligand exchange reaction or an ionic bond, and the polymer particle (A) Bonds firmly in the protective film. As a result, it is possible to more effectively suppress the thermal contraction of the separator when the hole of the separator is closed during the abnormal heat generation of the electricity storage device and the shutdown function is exhibited.
重合体粒子(A)の有するイオン性官能基量Ma(mmol)は、以下の計算式により算出することができる。
・各重合体粒子1gにおけるイオン性官能基量(mol/1g)=(各重合体粒子の構成単位の合計を100gとした際のイオン性官能基を有する構成単位の質量部(g)÷イオン性官能基を有する構成単位の分子量(g/mol))÷100
・Ma(mmol)=(各重合体粒子1gにおけるイオン性官能基量(mol/1g)×各重合体粒子の質量部(g))×1000
The ionic functional group amount Ma (mmol) of the polymer particles (A) can be calculated by the following calculation formula.
-Amount of ionic functional group in 1 g of each polymer particle (mol / 1 g) = (mass part of structural unit having ionic functional group (g) ÷ ion when the total of the structural units of each polymer particle is 100 g) Molecular weight of structural unit having a functional group (g / mol)) ÷ 100
Ma (mmol) = (Amount of ionic functional group in 1 g of each polymer particle (mol / 1 g) × mass part of each polymer particle (g)) × 1000
金属錯塩(B)の含有量Mb(mmol)は、以下の計算式により算出することができる。
・Mb(mmol)=金属化合物の質量部(g)÷金属化合物の分子量(g/mol)×1000
The content Mb (mmol) of the metal complex salt (B) can be calculated by the following calculation formula.
Mb (mmol) = mass part of metal compound (g) ÷ molecular weight of metal compound (g / mol) × 1000
本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物を用いてセパレータ表面に保護膜を形成する場合、金属錯塩(B)の含有割合は、重合体粒子(A)、後述する水溶性ポリマー(D)及び無機フィラー(E)の合計100質量部に対して、0.5〜15質量部であることが好ましく、0.9〜10質量部であることがより好ましい。 When forming a protective film on the separator surface using the composition for an electricity storage device according to the present embodiment, the content of the metal complex salt (B) is such that the polymer particles (A), a water-soluble polymer (D) described later, and inorganic It is preferably 0.5 to 15 parts by mass and more preferably 0.9 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass in total of the filler (E).
本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物を用いて蓄電デバイス電極を作製する場合、前記重合体粒子(A)のイオン性官能基量の量をMaモル、金属錯塩(B)の含有量をMbモルとすると、Mb/Ma=0.1〜15の範囲であることが好ましく、0.2〜13の範囲であることがより好ましい。Mb/Maが前記範囲であると、重合体粒子(A)のイオン性官能基と、金属錯塩(B)とが配位子交換反応あるいはイオン結合を形成することで、重合体粒子(A)が活物質層の密着性を向上させる。その結果、密着性及び充放電特性に優れる蓄電デバイス電極を得ることができる。 When producing an electricity storage device electrode using the composition for an electricity storage device according to this embodiment, the amount of the ionic functional group of the polymer particles (A) is Ma mol, and the content of the metal complex salt (B) is Mb. In terms of mole, Mb / Ma is preferably in the range of 0.1 to 15, more preferably in the range of 0.2 to 13. When Mb / Ma is in the above range, the ionic functional group of the polymer particle (A) and the metal complex salt (B) form a ligand exchange reaction or an ionic bond, so that the polymer particle (A) Improves the adhesion of the active material layer. As a result, an electricity storage device electrode having excellent adhesion and charge / discharge characteristics can be obtained.
本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物を用いて蓄電デバイス電極を作製する場合、金属錯塩(B)の含有割合は、活物質(F)の合計100質量部に対して、0.01〜5質量部であることが好ましく、0.5〜4質量部であることがより好ましい。 When producing an electrical storage device electrode using the electrical storage device composition according to the present embodiment, the content of the metal complex salt (B) is 0.01 to 5 with respect to a total of 100 parts by mass of the active material (F). It is preferable that it is a mass part, and it is more preferable that it is 0.5-4 mass parts.
1.3.液状媒体(C)
本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物は、さらに液状媒体(C)を含有する。液状媒体(C)としては、水を含有する水性媒体であることが好ましい。この水性媒体は、水以外に少量の非水媒体を含有することができる。このような非水媒体としては、例えばアミド化合物、炭化水素、アルコール、ケトン、エステル、アミン化合物、ラクトン、スルホキシド、スルホン化合物等を挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上を使用することができる。このような非水媒体の含有割合は、水性媒体の全量に対して、好
ましくは10質量%以下であり、より好ましくは5質量%以下である。なお、水性媒体は、非水媒体を含有せずに水のみからなるものであることが最も好ましい。
1.3. Liquid medium (C)
The composition for an electricity storage device according to this embodiment further contains a liquid medium (C). The liquid medium (C) is preferably an aqueous medium containing water. This aqueous medium can contain a small amount of non-aqueous medium in addition to water. Examples of such non-aqueous media include amide compounds, hydrocarbons, alcohols, ketones, esters, amine compounds, lactones, sulfoxides, sulfone compounds, and the like, and one or more selected from these are used. can do. The content ratio of such a non-aqueous medium is preferably 10% by mass or less, and more preferably 5% by mass or less, with respect to the total amount of the aqueous medium. The aqueous medium is most preferably composed only of water without containing a non-aqueous medium.
本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物は、液状媒体(C)として水性媒体を使用し、好ましくは水以外の非水媒体を含有しないことにより、環境に対する悪影響を与える程度が低く、取扱作業者に対する安全性も高くなる。 The composition for an electricity storage device according to the present embodiment uses an aqueous medium as the liquid medium (C), and preferably contains no non-aqueous medium other than water, so that it has a low degree of adverse effects on the environment. The safety against is increased.
1.4.その他の成分
1.4.1.水溶性ポリマー(D)
本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物は、その塗工性や密着性を改善する観点から、水溶性ポリマー(D)を含有してもよい。水溶性ポリマー(D)が有するイオン性官能基と前記金属錯塩(B)とがキレート化や配位子交換することで金属架橋構造となることにより、セパレータの熱収縮を抑制できる保護膜を作製することができると推測される。また、同様にして、密着性に優れた蓄電デバイス用電極を作製することができると推測される。
1.4. Other components 1.4.1. Water-soluble polymer (D)
The composition for an electricity storage device according to the present embodiment may contain a water-soluble polymer (D) from the viewpoint of improving the coatability and adhesion. A protective film capable of suppressing thermal shrinkage of the separator is produced by forming a metal cross-linking structure by chelating or ligand exchange between the ionic functional group of the water-soluble polymer (D) and the metal complex salt (B). It is speculated that you can. Similarly, it is presumed that an electrode for an electricity storage device having excellent adhesion can be produced.
水溶性ポリマー(D)としては、例えばカルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等のセルロース化合物;上記セルロース化合物のアンモニウム塩またはアルカリ金属塩;ポリ(メタ)アクリル酸、変性ポリ(メタ)アクリル酸等のポリカルボン酸;上記ポリカルボン酸のアルカリ金属塩;ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体等のポリビニルアルコール系(共)重合体;(メタ)アクリル酸、マレイン酸及びフマル酸等の不飽和カルボン酸とビニルエステルとの共重合体の鹸化物;無水マレイン酸とイソブチレンとの交互共重合体;上記交互共重合体のアンモニウム塩またはアルカリ金属塩等の水溶性ポリマーを挙げることができる。これらの中でも特に好ましい水溶性ポリマー(D)としては、カルボキシメチルセルロースのアルカリ金属塩、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリ(メタ)アクリル酸のアルカリ金属塩、無水マレイン酸とイソブチレンとの交互共重合体のアルカリ金属塩等である。 Examples of the water-soluble polymer (D) include cellulose compounds such as carboxymethylcellulose, methylcellulose, hydroxypropylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, and hydroxyethylcellulose; ammonium salts or alkali metal salts of the above cellulose compounds; poly (meth) acrylic acid, modified poly Polycarboxylic acids such as (meth) acrylic acid; alkali metal salts of the above polycarboxylic acids; polyvinyl alcohol (co) polymers such as polyvinyl alcohol, modified polyvinyl alcohol, and ethylene-vinyl alcohol copolymers; (meth) acrylic acid Saponified products of copolymers of unsaturated carboxylic acids such as maleic acid and fumaric acid with vinyl esters; alternating copolymers of maleic anhydride and isobutylene; ammonium salts of the alternating copolymers or And water-soluble polymers such as alkali metal salts. Among these, particularly preferred water-soluble polymers (D) include alkali metal salts of carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, alkali metal salts of poly (meth) acrylic acid, and alternating copolymers of maleic anhydride and isobutylene. Alkali metal salts of
水溶性ポリマー(D)の市販品としては、例えばCMC1120、CMC1150、CMC2200、CMC2280、CMC2450(以上、株式会社ダイセル製)、メトローズSHタイプ、メトローズSEタイプ(以上、信越化学工業株式会社製)等のカルボキシメチルセルロースのアルカリ金属塩を挙げることができる。また、無水マレイン酸とイソブチレンとの交互共重合体の市販品としては、イソバン06、イソバン10、イソバン18、イソバン110(以上、株式会社クラレ製)等を挙げることができる。
Examples of commercially available water-soluble polymers (D) include CMC 1120, CMC 1150, CMC 2200, CMC 2280, CMC 2450 (manufactured by Daicel Corporation), Metroles SH type, Metroles SE type (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) and the like. Mention may be made of alkali metal salts of carboxymethylcellulose. In addition, examples of commercially available alternating copolymers of maleic anhydride and isobutylene include isoban 06,
本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物を用いてセパレータ表面に保護膜を形成する場合、前記金属錯塩(B)の含有量をMbモル、前記水溶性ポリマー(D)の有するイオン性官能基の量をMdとすると、Mb/Md=0.1〜15の範囲であることが好ましく、0.2〜13の範囲であることがより好ましい。Mb/Mdが前記範囲であると、水溶性ポリマー(D)の有するイオン性官能基と、金属錯塩(B)とが配位子交換反応あるいはイオン結合を形成し、水溶性ポリマー(D)が保護膜中で強固に結着する。その結果、蓄電デバイスの異常発熱時にセパレータの孔が閉塞してシャットダウン機能を発現する際、セパレータが熱収縮することをより効果的に抑制することができる。 When forming a protective film on the separator surface using the composition for an electricity storage device according to the present embodiment, the content of the metal complex salt (B) is Mb mol, and the water-soluble polymer (D) has an ionic functional group. When the amount is Md, it is preferably in the range of Mb / Md = 0.1-15, and more preferably in the range of 0.2-13. When Mb / Md is in the above range, the ionic functional group of the water-soluble polymer (D) and the metal complex salt (B) form a ligand exchange reaction or ionic bond, and the water-soluble polymer (D) Bonds firmly in the protective film. As a result, it is possible to more effectively suppress the thermal contraction of the separator when the hole of the separator is closed during the abnormal heat generation of the electricity storage device and the shutdown function is exhibited.
本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物を用いて蓄電デバイス電極を作製する場合、前記金属錯塩(B)の含有量をMbモル、前記水溶性ポリマー(D)の有するイオン性官能基の量をMdとした場合、Mb/Md=0.1〜15の範囲であることが好ましく、0.2〜13の範囲であることがより好ましい。Mb/Mdが前記範囲であると、水溶性ポリ
マー(D)のイオン性官能基と、金属錯塩とが配位子交換反応あるいはイオン結合を形成し、水溶性ポリマー(D)が活物質層の密着性を向上させる。その結果、密着性及び充放電特性の優れる蓄電デバイス電極を得ることができる。
When producing an electricity storage device electrode using the composition for an electricity storage device according to this embodiment, the content of the metal complex salt (B) is Mb mol, and the amount of the ionic functional group of the water-soluble polymer (D) is When Md is set, Mb / Md is preferably in the range of 0.1 to 15, more preferably in the range of 0.2 to 13. When Mb / Md is within the above range, the ionic functional group of the water-soluble polymer (D) and the metal complex salt form a ligand exchange reaction or an ionic bond, and the water-soluble polymer (D) becomes the active material layer. Improve adhesion. As a result, an electricity storage device electrode having excellent adhesion and charge / discharge characteristics can be obtained.
水溶性ポリマー(D)の有するイオン性官能基の量Md(mmol)は、以下の計算式により算出することができる。
・Md(mmol)=(水溶性ポリマー1gにおけるイオン性官能基量(mol/1g)×(水溶性ポリマーの質量部(g))×1000
The amount Md (mmol) of the ionic functional group of the water-soluble polymer (D) can be calculated by the following calculation formula.
Md (mmol) = (Amount of ionic functional group in 1 g of water-soluble polymer (mol / 1 g) × (mass part of water-soluble polymer (g)) × 1000
本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物が水溶性ポリマー(D)を含有する場合、水溶性ポリマー(D)の含有割合は、蓄電デバイス用組成物の全固形分量に対して、5質量%以下であることが好ましく、0.1〜3質量%であることがより好ましい。 When the composition for an electricity storage device according to this embodiment contains a water-soluble polymer (D), the content of the water-soluble polymer (D) is 5% by mass or less based on the total solid content of the composition for an electricity storage device. It is preferable that it is 0.1-3 mass%.
1.4.2.界面活性剤
本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物は、分散性及び分散安定性を改善する観点から界面活性剤を含有してもよい。界面活性剤としては、「1.1.1.5.重合体粒子(A1)の製造方法」に記載されているものが挙げられる。
1.4.2. Surfactant The composition for an electricity storage device according to the present embodiment may contain a surfactant from the viewpoint of improving dispersibility and dispersion stability. Examples of the surfactant include those described in “1.1.1.5. Production method of polymer particles (A1)”.
2.蓄電デバイス用スラリー
本実施形態に係る蓄電デバイス用スラリーは、上述の蓄電デバイス用組成物を含有するものである。そして、上述の蓄電デバイス用組成物は、充放電に伴って発生するデンドライトに起因する短絡を抑制するための保護膜を形成するための材料として使用することもできるし、活物質同士の結合能力及び活物質と集電体との密着能力並びに粉落ち耐性を向上させた蓄電デバイス電極(活物質層)を作製するための材料として使用することもできる。そのため、保護膜を形成するための蓄電デバイス用スラリー(以下、「保護膜形成用スラリー」ともいう。)と、蓄電デバイス電極の活物質層を形成するための蓄電デバイス用スラリー(以下、「蓄電デバイス電極用スラリー」ともいう。)とに分けて説明する。
2. Power Storage Device Slurry The power storage device slurry according to the present embodiment contains the above-described power storage device composition. And the above-mentioned composition for electrical storage devices can also be used as a material for forming a protective film for suppressing a short circuit caused by dendrite that occurs in association with charge and discharge, and the ability to bind active materials to each other In addition, it can also be used as a material for producing an electricity storage device electrode (active material layer) having improved adhesion ability between the active material and the current collector and resistance to powder falling. Therefore, a slurry for an electricity storage device for forming a protective film (hereinafter also referred to as “slurry for forming a protective film”) and a slurry for an electricity storage device for forming an active material layer of the electricity storage device electrode (hereinafter referred to as “electric storage device”). It is also referred to as “device electrode slurry”.
2.1.保護膜形成用スラリー
本明細書における「保護膜形成用スラリー」とは、これを電極またはセパレータの表面もしくはその両方に塗布した後、乾燥させて、電極またはセパレータの表面もしくはその両方に保護膜を形成するために用いられる分散液のことをいう。本実施形態に係る保護膜形成用スラリーは、上述した蓄電デバイス用組成物のみから構成されていてもよく、無機粒子をさらに含有していてもよい。以下、本実施形態に係る保護膜形成用スラリーに含まれる各成分について詳細に説明する。なお、蓄電デバイス用組成物については、上述した通りであるので説明を省略する。
2.1. Protective film forming slurry In this specification, “slurry for forming a protective film” is applied to the surface of the electrode and / or separator and then dried to form a protective film on the surface of the electrode and / or separator. Refers to the dispersion used to form. The slurry for forming a protective film according to this embodiment may be composed only of the above-described composition for an electricity storage device, and may further contain inorganic particles. Hereinafter, each component contained in the slurry for forming a protective film according to this embodiment will be described in detail. In addition, about the composition for electrical storage devices, since it is as above-mentioned, description is abbreviate | omitted.
2.1.1.無機フィラー(E)
本実施形態に係る保護膜形成用スラリーは、無機フィラー(E)を含有することにより、形成される保護膜のタフネスを向上させることができる。無機フィラー(E)としては、シリカ、酸化チタン(チタニア)、酸化アルミニウム(アルミナ)、酸化ジルコニウム(ジルコニア)、及び酸化マグネシウム(マグネシア)よりなる群から選択される少なくとも1種の粒子を用いることが好ましい。これらの中でも、保護膜のタフネスをより向上させる観点から、酸化チタン、酸化アルミニウムが好ましい。また、酸化チタンとしてはルチル型の酸化チタンがより好ましい。
2.1.1. Inorganic filler (E)
The protective film-forming slurry according to this embodiment can improve the toughness of the protective film to be formed by containing the inorganic filler (E). As the inorganic filler (E), at least one kind of particles selected from the group consisting of silica, titanium oxide (titania), aluminum oxide (alumina), zirconium oxide (zirconia), and magnesium oxide (magnesia) is used. preferable. Among these, titanium oxide and aluminum oxide are preferable from the viewpoint of further improving the toughness of the protective film. Further, as the titanium oxide, rutile type titanium oxide is more preferable.
無機フィラー(E)の平均粒子径は、1μm以下であることが好ましく、0.1〜0.8μmの範囲内であることがより好ましい。なお、無機フィラー(E)の平均粒子径は、多孔質膜であるセパレータの平均孔径よりも大きいことが好ましい。これにより、セパレータへのダメージを軽減し、無機フィラー(E)がセパレータの微多孔に詰まることを防
ぐことができる。
The average particle size of the inorganic filler (E) is preferably 1 μm or less, and more preferably in the range of 0.1 to 0.8 μm. In addition, it is preferable that the average particle diameter of an inorganic filler (E) is larger than the average hole diameter of the separator which is a porous film. Thereby, damage to a separator can be reduced and it can prevent that an inorganic filler (E) is clogged with the microporous of a separator.
本実施形態に係る保護膜形成用スラリーは、無機フィラー(E)100質量部に対して、上述の蓄電デバイス用組成物が、固形分換算で0.1〜20質量部含有されていることが好ましく、1〜10質量部含有されていることがより好ましい。蓄電デバイス用組成物の含有割合が固形分換算で0.1〜10質量部であることにより、形成される保護膜のタフネスとリチウムイオンの透過性とのバランスが良好となり、その結果、得られる蓄電デバイスの抵抗上昇率をより低くすることができる。 The slurry for forming a protective film according to this embodiment may contain 0.1 to 20 parts by mass of the composition for an electricity storage device described above in terms of solid content with respect to 100 parts by mass of the inorganic filler (E). Preferably, 1 to 10 parts by mass is contained. When the content ratio of the composition for an electricity storage device is 0.1 to 10 parts by mass in terms of solid content, the balance between the toughness of the formed protective film and the lithium ion permeability is improved, and as a result, obtained. The rate of increase in resistance of the electricity storage device can be further reduced.
2.1.2.その他の成分
本実施形態に係る保護膜形成用スラリーは、上述の蓄電デバイス用組成物の「1.4.その他の成分」に記載されている材料、添加量を必要に応じて用いることができる。
2.1.2. Other components In the slurry for forming a protective film according to the present embodiment, the materials and addition amounts described in “1.4. Other components” of the composition for an electricity storage device can be used as necessary. .
2.2.蓄電デバイス電極用スラリー
本明細書における「蓄電デバイス電極用スラリー」とは、これを集電体の表面に塗布した後、乾燥して、集電体表面上に活物質層を形成するために用いられる分散液のことをいう。本実施形態に係る蓄電デバイス電極用スラリーは、上述の蓄電デバイス用組成物と、活物質とを含有する。以下、本実施形態に係る蓄電デバイス電極用スラリーに含まれる成分についてそれぞれ詳細に説明する。なお、蓄電デバイス用組成物については、上述した通りであるので説明を省略する。
2.2. “Slurry for electricity storage device electrode” in this specification is used to form an active material layer on the surface of the current collector after being applied to the surface of the current collector and then dried. Refers to a dispersion. The slurry for an electricity storage device electrode according to this embodiment contains the above-described composition for an electricity storage device and an active material. Hereinafter, each component contained in the slurry for an electricity storage device electrode according to the present embodiment will be described in detail. In addition, about the composition for electrical storage devices, since it is as above-mentioned, description is abbreviate | omitted.
2.2.1.活物質(F)
本実施形態に係る蓄電デバイス電極用スラリーに使用される活物質(F)としては、例えば炭素材料、ケイ素材料、リチウム原子を含む酸化物、鉛化合物、錫化合物、砒素化合物、アンチモン化合物、アルミニウム化合物などを挙げることができる。
2.2.1. Active material (F)
Examples of the active material (F) used in the power storage device electrode slurry according to the present embodiment include carbon materials, silicon materials, oxides containing lithium atoms, lead compounds, tin compounds, arsenic compounds, antimony compounds, and aluminum compounds. And so on.
上記炭素材料としては、例えばアモルファスカーボン、グラファイト、天然黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、ピッチ系炭素繊維などが挙げられる。 Examples of the carbon material include amorphous carbon, graphite, natural graphite, mesocarbon microbeads (MCMB), and pitch-based carbon fibers.
上記ケイ素材料としては、例えばケイ素単体、ケイ素酸化物、ケイ素合金などを挙げることができるほか、例えばSiC、SiOxCy(0<x≦3、0<y≦5)、Si3N4、Si2N2O、SiOx(0<x≦2)で表記されるSi酸化物複合体(例えば特開2004−185810号公報や特開2005−259697号公報に記載されている材料など)、特開2004−185810号公報に記載されたケイ素材料を使用することができる。上記ケイ素酸化物としては、組成式SiOx(0<x<2、好ましくは0.1≦x≦1)で表されるケイ素酸化物が好ましい。上記ケイ素合金としては、ケイ素と、チタン、ジルコニウム、ニッケル、銅、鉄及びモリブデンよりなる群から選ばれる少なくとも1種の遷移金属との合金が好ましい。これらの遷移金属のケイ素合金は、高い電子伝導度を有し、かつ高い強度を有することから好ましく用いられる。また、活物質がこれらの遷移金属を含むことにより、活物質の表面に存在する遷移金属が酸化されて表面に水酸基を有する酸化物となるため、バインダーとの結着力がより良好になる点でも好ましい。ケイ素合金としては、ケイ素−ニッケル合金またはケイ素−チタン合金を使用することがより好ましく、ケイ素−チタン合金を使用することが特に好ましい。ケイ素合金におけるケイ素の含有割合は、該合金中の金属元素の全部に対して10モル%以上とすることが好ましく、20〜70モル%とすることがより好ましい。なお、ケイ素材料は、単結晶、多結晶及び非晶質のいずれであってもよい。 Examples of the silicon material include silicon simple substance, silicon oxide, and silicon alloy. For example, SiC, SiO x C y (0 <x ≦ 3, 0 <y ≦ 5), Si 3 N 4 , Si oxide complex represented by Si 2 N 2 O, SiO x (0 <x ≦ 2) (for example, materials described in JP-A Nos. 2004-185810 and 2005-259697), A silicon material described in JP-A No. 2004-185810 can be used. The silicon oxide is preferably a silicon oxide represented by the composition formula SiO x (0 <x <2, preferably 0.1 ≦ x ≦ 1). The silicon alloy is preferably an alloy of silicon and at least one transition metal selected from the group consisting of titanium, zirconium, nickel, copper, iron and molybdenum. These transition metal silicon alloys are preferably used because they have high electronic conductivity and high strength. In addition, since the active material contains these transition metals, the transition metal present on the surface of the active material is oxidized to form an oxide having a hydroxyl group on the surface, so that the binding force with the binder is further improved. preferable. As the silicon alloy, it is more preferable to use a silicon-nickel alloy or a silicon-titanium alloy, and it is particularly preferable to use a silicon-titanium alloy. The silicon content in the silicon alloy is preferably 10 mol% or more, and more preferably 20 to 70 mol%, based on all the metal elements in the alloy. Note that the silicon material may be single crystal, polycrystalline, or amorphous.
上記リチウム原子を含む酸化物としては、例えばコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、三元系ニッケルコバルトマンガン酸リチウム、LiFePO4、LiCoPO4、LiMnPO4、Li0.90Ti0.05Nb0.05Fe0.
30Co0.30Mn0.30PO4などが挙げられる。
Examples of the oxide containing a lithium atom include lithium cobaltate, lithium nickelate, lithium manganate, ternary nickel cobalt lithium manganate, LiFePO 4 , LiCoPO 4 , LiMnPO 4 , Li 0.90 Ti 0.05 Nb. 0.05 Fe 0.
30 Co 0.30 Mn 0.30 PO 4 and the like.
また、活物質層中には、以下に例示する活物質を含んでもよい。このような活物質としては、例えばポリアセン等の導電性高分子;AXBYOZ(但し、Aはアルカリ金属または遷移金属、Bはコバルト、ニッケル、アルミニウム、スズ、マンガン等の遷移金属から選択される少なくとも1種、Oは酸素原子を表し、X、Y及びZはそれぞれ1.10>X>0.05、4.00>Y>0.85、5.00>Z>1.5の範囲の数である。)で表される複合金属酸化物や、その他の金属酸化物等が例示される。 Further, the active material exemplified below may be included in the active material layer. Examples of such an active material include a conductive polymer such as polyacene; A X B Y O Z (where A is an alkali metal or transition metal, B is a transition metal such as cobalt, nickel, aluminum, tin, or manganese) At least one selected, O represents an oxygen atom, and X, Y, and Z are 1.10>X> 0.05, 4.00>Y> 0.85, 5.00>Z> 1.5, respectively. The composite metal oxide represented by (2) and other metal oxides are exemplified.
本実施形態に係る蓄電デバイス電極用スラリーは、正極及び負極のいずれの蓄電デバイス電極を作製する際にも使用することができる。 The slurry for an electricity storage device electrode according to this embodiment can be used when producing either the positive electrode or the negative electrode electricity storage device electrode.
正極を作製する場合には、上記例示した活物質の中でもリチウム原子を含む酸化物を使用することが好ましい。 When producing a positive electrode, it is preferable to use the oxide containing a lithium atom among the active materials illustrated above.
負極を作製する場合には、上記例示した活物質の中でもケイ素材料を含有するものを使用することが好ましい。ケイ素材料は単位重量当たりのリチウムの吸蔵量がその他の活物質と比較して大きいことから、活物質がケイ素材料を含有することにより、得られる蓄電デバイスの蓄電容量を高めることができ、その結果蓄電デバイスの出力及びエネルギー密度を高くすることができる。また、負極活物質としては、ケイ素材料と炭素材料との混合物からなることがより好ましい。炭素材料は、充放電に伴う体積変化が小さいから、負極活物質としてケイ素材料と炭素材料との混合物を使用することにより、ケイ素材料の体積変化の影響を緩和することができ、集電体と活物質層との密着能力をより向上させることができる。かかる混合物としては、ケイ素材料の表面に炭素材料の被膜が形成された炭素被膜ケイ素材料を用いることもできる。炭素被膜ケイ素材料を用いることで、ケイ素材料の充放電に伴う体積変化の影響を表面に存在する炭素材料によってより効果的に緩和することができるようになるため、活物質層と集電体との密着能力を向上させることが容易となる。 When producing a negative electrode, it is preferable to use what contained the silicon material among the active materials illustrated above. Since the silicon material has a larger amount of occlusion of lithium per unit weight than other active materials, the active material contains the silicon material, so that the power storage capacity of the obtained power storage device can be increased. The output and energy density of the electricity storage device can be increased. The negative electrode active material is more preferably composed of a mixture of a silicon material and a carbon material. Since the volume change due to charge and discharge is small, the carbon material can reduce the influence of the volume change of the silicon material by using a mixture of the silicon material and the carbon material as the negative electrode active material, The adhesion ability with the active material layer can be further improved. As such a mixture, a carbon-coated silicon material in which a carbon material film is formed on the surface of the silicon material can also be used. By using a carbon-coated silicon material, the effect of volume change associated with charging / discharging of the silicon material can be more effectively mitigated by the carbon material present on the surface, so that the active material layer and the current collector It becomes easy to improve the adhesion ability.
シリコン(Si)を活物質として使用する場合、シリコンは5原子あたり最大22個のリチウムを吸蔵することができる(5Si+22Li→Li22Si5)。この結果、シリコン理論容量は4200mAh/gにも達する。しかしながら、シリコンはリチウムを吸蔵する際に大きな体積変化を生じる。具体的には、炭素材料はリチウムを吸蔵することにより最大1.2倍程度に体積膨張するのに対して、ケイ素材料はリチウムを吸蔵することにより最大4.4倍程度に体積膨張する。このためケイ素材料は膨張と収縮の繰り返しによって微粉化、集電体からの剥離や、活物質同士の乖離を引き起こし、活物質層内部の導電ネットワークが寸断される。したがって短時間でサイクル特性が極端に劣化してしまう。 When silicon (Si) is used as an active material, silicon can occlude up to 22 lithium atoms per 5 atoms (5Si + 22Li → Li 22 Si 5 ). As a result, the theoretical silicon capacity reaches 4200 mAh / g. However, silicon causes a large volume change when occludes lithium. Specifically, the carbon material expands in volume up to about 1.2 times by occluding lithium, whereas the silicon material expands in volume up to about 4.4 times by occluding lithium. For this reason, the silicon material is pulverized by repeated expansion and contraction, peeling from the current collector, and separation of the active materials, and the conductive network inside the active material layer is broken. Therefore, the cycle characteristics are extremely deteriorated in a short time.
しかしながら、本実施形態に係る蓄電デバイス電極では、ケイ素材料を使用した場合でも上述のような問題が発生することなく、良好な電気的特性を示すことができる。これは、重合体粒子(A)がケイ素材料を強固に結着させることができると同時に、リチウムを吸蔵することによりケイ素材料が体積膨張しても重合体粒子(A)が伸び縮みしてケイ素材料を強固に結着させた状態を維持することができるためであると考えられる。 However, in the electricity storage device electrode according to the present embodiment, even when a silicon material is used, good electrical characteristics can be exhibited without causing the above-described problems. This is because the polymer particles (A) can firmly bind the silicon material, and at the same time, the polymer particles (A) expand and contract even if the silicon material undergoes volume expansion due to occlusion of lithium. This is considered to be because the state in which the material is firmly bound can be maintained.
活物質100質量%中に占めるケイ素材料の含有割合は、1質量%以上とすることが好ましく、1〜50質量%とすることがより好ましく、5〜45質量%とすることがさらに好ましく、10〜40質量%とすることが特に好ましい。 The content ratio of the silicon material in 100% by mass of the active material is preferably 1% by mass or more, more preferably 1 to 50% by mass, further preferably 5 to 45% by mass. It is especially preferable to set it as -40 mass%.
活物質としてケイ素材料と炭素材料とを併用する場合、ケイ素材料の使用量は、十分な
結着性を維持する観点から、活物質100質量%に占めるケイ素材料の含有割合は、4〜40質量%であること好ましく、5〜35質量%であることがより好ましく、5〜30質量%であることが特に好ましい。ケイ素材料の使用量が前記範囲であると、リチウムの吸蔵に伴うケイ素材料の体積膨張に対する炭素材料の体積膨張が小さいため、これらの活物質を含有する活物質層の充放電に伴う体積変化を低減させることができ、集電体と活物質層との結着性をより向上させることができる。
When a silicon material and a carbon material are used in combination as the active material, the amount of the silicon material used is 4 to 40% by mass in terms of 100% by mass of the active material from the viewpoint of maintaining sufficient binding properties. %, More preferably 5 to 35% by mass, and particularly preferably 5 to 30% by mass. Since the volume expansion of the carbon material relative to the volume expansion of the silicon material due to occlusion of lithium is small when the amount of silicon material used is in the above range, the volume change due to charge / discharge of the active material layer containing these active materials is reduced. The binding between the current collector and the active material layer can be further improved.
活物質の形状としては、粒状であることが好ましい。活物質の平均粒子径としては、0.1〜100μmであることが好ましく、1〜20μmであることがより好ましい。 The shape of the active material is preferably granular. The average particle diameter of the active material is preferably 0.1 to 100 μm, and more preferably 1 to 20 μm.
ここで、活物質の平均粒子径とは、レーザー回折法を測定原理とする粒度分布測定装置を用いて粒度分布を測定し、その粒度分布から算出される体積平均粒子径のことである。このようなレーザー回折式粒度分布測定装置としては、例えばHORIBA LA−300シリーズ、HORIBA LA−920シリーズ(以上、株式会社堀場製作所製)などを挙げることができる。この粒度分布測定装置は、活物質の一次粒子だけを評価対象とするものではなく、一次粒子が凝集して形成された二次粒子をも評価対象とする。従って、この粒度分布測定装置によって得られた平均粒子径は、蓄電デバイス電極用スラリー中に含まれる活物質の分散状態の指標とすることができる。なお、活物質の平均粒子径は、スラリーを遠心分離して活物質を沈降させた後、その上澄み液を除去し、沈降した活物質を上記の方法により測定することによっても測定することができる。 Here, the average particle diameter of the active material is a volume average particle diameter calculated from a particle size distribution measured by using a particle size distribution measuring apparatus based on a laser diffraction method. Examples of such a laser diffraction particle size distribution measuring apparatus include HORIBA LA-300 series, HORIBA LA-920 series (manufactured by Horiba, Ltd.) and the like. This particle size distribution measuring apparatus does not only evaluate primary particles of the active material, but also evaluates secondary particles formed by aggregation of the primary particles. Therefore, the average particle diameter obtained by the particle size distribution measuring apparatus can be used as an index of the dispersion state of the active material contained in the slurry for the electricity storage device electrode. The average particle diameter of the active material can also be measured by centrifuging the slurry to settle the active material, removing the supernatant, and measuring the precipitated active material by the above method. .
活物質(F)の使用割合は、活物質100質量部に対する重合体粒子(A)の含有割合が、0.1〜25質量部となるような割合で使用することが好ましく、0.5〜15質量部となるような割合で使用することがより好ましい。このような使用割合とすることにより、密着性により優れ、しかも電極抵抗が小さく充放電特性により優れた電極を製造することができる。 The use ratio of the active material (F) is preferably such that the content ratio of the polymer particles (A) to 100 parts by mass of the active material is 0.1 to 25 parts by mass, It is more preferable to use it at a ratio of 15 parts by mass. By setting it as such a usage rate, it is possible to produce an electrode that is excellent in adhesiveness and has low electrode resistance and excellent charge / discharge characteristics.
3.蓄電デバイス電極
本実施形態に係る蓄電デバイス電極は、集電体と、前記集電体の表面上に上述の蓄電デバイス電極用スラリーが塗布、乾燥されて形成された層と、を備えるものである。かかる蓄電デバイス電極は、金属箔などの適宜の集電体の表面に、上述の蓄電デバイス電極用スラリーを塗布して塗膜を形成し、次いで該塗膜を乾燥することにより製造することができる。このようにして製造された蓄電デバイス電極は、集電体上に、上述の重合体粒子(A)及び活物質、さらに必要に応じて添加した任意成分を含有する活物質層が結着されてなるものである。かかる蓄電デバイス電極は、重合体粒子(A)の有するイオン性官能基と、金属錯塩(B)とが配位子交換反応あるいはイオン結合を形成することで、重合体粒子(A)が活物質層の密着性を向上させる。これにより、集電体と活物質層との密着性に優れるとともに、電気的特性の一つである充放電レート特性が良好となる。
3. The electricity storage device electrode according to the present embodiment includes a current collector and a layer formed by applying and drying the above-mentioned slurry for an electricity storage device electrode on the surface of the current collector. . Such an electricity storage device electrode can be produced by applying the above-mentioned slurry for an electricity storage device electrode on the surface of an appropriate current collector such as a metal foil to form a coating film, and then drying the coating film. . In the electrical storage device electrode thus manufactured, an active material layer containing the above-described polymer particles (A) and an active material, and an optional component added as necessary, is bound on a current collector. It will be. In such an electricity storage device electrode, the ionic functional group of the polymer particle (A) and the metal complex salt (B) form a ligand exchange reaction or an ionic bond, whereby the polymer particle (A) is an active material. Improve layer adhesion. Thereby, while being excellent in the adhesiveness of a collector and an active material layer, the charge / discharge rate characteristic which is one of the electrical characteristics becomes favorable.
集電体は、導電性材料からなるものであれば特に制限されない。リチウムイオン二次電池においては、鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、ステンレスなどの金属製の集電体が使用されるが、特に正極にアルミニウムを、負極に銅を用いた場合、上述の蓄電デバイス電極用スラリーの効果が最もよく現れる。ニッケル水素二次電池における集電体としては、パンチングメタル、エキスパンドメタル、金網、発泡金属、網状金属繊維焼結体、金属メッキ樹脂板などが使用される。集電体の形状及び厚さは特に制限されないが、厚さ0.001〜0.5mm程度のシート状のものとすることが好ましい。 The current collector is not particularly limited as long as it is made of a conductive material. In a lithium ion secondary battery, a current collector made of metal such as iron, copper, aluminum, nickel, and stainless steel is used. In particular, when aluminum is used for the positive electrode and copper is used for the negative electrode, the above-described storage device electrode The effect of the slurry is most apparent. As the current collector in the nickel metal hydride secondary battery, a punching metal, an expanded metal, a wire mesh, a foam metal, a mesh metal fiber sintered body, a metal plated resin plate, or the like is used. The shape and thickness of the current collector are not particularly limited, but it is preferable that the current collector has a sheet shape with a thickness of about 0.001 to 0.5 mm.
蓄電デバイス電極用スラリーの集電体への塗布方法についても特に制限はない。塗布は、例えばドクターブレード法、ディップ法、リバースロール法、ダイレクトロール法、グラビヤ法、エクストルージョン法、浸漬法、ハケ塗り法などの適宜の方法によることがで
きる。蓄電デバイス電極用スラリーの塗布量も特に制限されないが、液状媒体を除去した後に形成される活物質層の厚さが、0.005〜5mmとなる量とすることが好ましく、0.01〜2mmとなる量とすることがより好ましい。
There is no particular limitation on the method for applying the slurry for the electricity storage device electrode to the current collector. The coating can be performed by an appropriate method such as a doctor blade method, a dip method, a reverse roll method, a direct roll method, a gravure method, an extrusion method, a dipping method, or a brush coating method. The amount of the electricity storage device electrode slurry applied is not particularly limited, but it is preferable that the thickness of the active material layer formed after removing the liquid medium be 0.005 to 5 mm, 0.01 to 2 mm. It is more preferable to set the amount to be.
塗布後の塗膜からの乾燥方法(水および任意的に使用される非水媒体の除去方法)についても特に制限されず、例えば温風、熱風、低湿風による乾燥;真空乾燥;(遠)赤外線、電子線などの照射による乾燥などによることができる。乾燥速度としては、応力集中によって活物質層に亀裂が入ったり、活物質層が集電体から剥離したりしない程度の速度範囲の中で、できるだけ早く液状媒体が除去できるように適宜に設定することができる。 There is no particular limitation on the drying method from the coated film after coating (method for removing water and optionally used non-aqueous medium), for example, drying with hot air, hot air or low-humidity air; vacuum drying; (far) infrared , Drying by irradiation with an electron beam or the like. The drying speed is appropriately set so that the liquid medium can be removed as quickly as possible within a speed range in which the active material layer does not crack due to stress concentration or the active material layer does not peel from the current collector. be able to.
さらに、乾燥後の活物質層をプレスすることにより、活物質層の密度を高めることが好ましい。プレス方法は、金型プレスやロールプレスなどの方法が挙げられる。プレス後の活物質層の密度としては、1.6〜2.4g/cm3とすることが好ましく、1.7〜2.2g/cm3とすることがより好ましい。 Furthermore, it is preferable to increase the density of the active material layer by pressing the dried active material layer. Examples of the pressing method include a mold press and a roll press. The density of the active material layer after the press, preferably in the 1.6~2.4g / cm 3, and more preferably to 1.7~2.2g / cm 3.
4.蓄電デバイス
以下、本発明に係る蓄電デバイスの好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。本発明の一実施形態に係る蓄電デバイスは、正極と、負極と、前記正極および前記負極の間に配置された保護膜と、電解液と、を備え、前記保護膜が上述の保護膜形成用スラリーを用いて作製されたものであることを特徴とする。以下、第1ないし第3の実施形態について図面を参照しながら説明する。
4). Hereinafter, preferred embodiments of an electricity storage device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. An electricity storage device according to an embodiment of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, a protective film disposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolytic solution, and the protective film is for forming the protective film described above. It is produced using a slurry. Hereinafter, first to third embodiments will be described with reference to the drawings.
4.1.第1の実施形態
図1は、第1の実施形態に係る蓄電デバイスの断面を示した模式図である。図1に示すように、蓄電デバイス1は、正極集電体12の表面に正極活物質層14を形成した正極10と、負極集電体22の表面に負極活物質層24を形成した負極20と、正極10と負極20との間に設けられた保護膜30と、正極10と負極20の間を満たす電解液40と、を備えたものである。なお、蓄電デバイス1では、正極10と負極20との間にセパレータが設けられていない。正極10と負極20とが固体電解質等で完全に固定されていれば、正極10と負極20とが接触して短絡することはないからである。
4.1. First Embodiment FIG. 1 is a schematic view showing a cross section of an electricity storage device according to a first embodiment. As shown in FIG. 1, the electricity storage device 1 includes a
図1に示す正極10は、その長手方向に沿う一方の面において正極活物質層14が設けられておらず、正極集電体12が露出するように形成されているが、両面に正極活物質層14を設けてもよい。同様に、図1に示す負極20は、その長手方向に沿う一方の面において負極活物質層24が設けられておらず、負極集電体22が露出するように形成されているが、両面に負極活物質層24を設けてもよい。
The
正極集電体12としては、例えば金属箔、エッチング金属箔、エキスパンドメタル等を用いることができる。これらの材料の具体例としては、例えばアルミニウム、銅、ニッケル、タンタル、ステンレス、チタン等の金属を挙げることができ、目的とする蓄電デバイスの種類に応じて適宜選択して用いることができる。例えばリチウムイオン二次電池の正極を形成する場合には、正極集電体12としては上記のうちのアルミニウムを用いることが好ましい。かかる場合、正極集電体12の厚みは、5〜30μmとすることが好ましく、8〜25μmとすることがより好ましい。
As the positive electrode
正極活物質層14は、リチウムをドープ/脱ドープ可能な正極材料の1種または2種以上の正極活物質を含んでおり、必要に応じてグラファイト等の導電付与剤を含んで構成されている。また、結着剤として、ポリフッ化ビニリデンやポリフッ化アクリル酸エステル等のフッ素含有ポリマーや正極活物質の分散に用いられる増粘剤、あるいはスチレンブタジエンゴム(SBR)や(メタ)アクリル酸エステル共重合体を含む重合体組成物を用い
るようにしてもよい。これらの結着剤は、1種のみを使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。
The positive electrode
負極集電体22としては、例えば金属箔、エッチング金属箔、エキスパンドメタル等を用いることができる。これらの材料の具体例としては、例えばアルミニウム、銅、ニッケル、タンタル、ステンレス、チタン等の金属を挙げることができ、目的とする蓄電デバイスの種類に応じて適宜選択して用いることができる。負極集電体22としては上記のうちの銅を用いることが好ましい。かかる場合、集電体の厚みは、5〜30μmとすることが好ましく、8〜25μmとすることがより好ましい。
As the negative electrode
負極活物質層24は、リチウムをドープ/脱ドープ可能な負極材料のいずれか1種または2種以上を負極活物質として含んで構成されており、必要に応じて正極電極と同様の結着剤を含んで構成されている。
The negative electrode
なお、上述した活物質層は、プレス加工に供されることが好ましい。このプレス加工を行うための手段としては、例えばロールプレス機、高圧スーパープレス機、ソフトカレンダー、1トンプレス機等を挙げることができる。プレス加工の条件は、用いる加工機の種類ならびに活物質層の所望の厚みおよび密度に応じて、適宜に設定される。リチウムイオン二次電池正極の場合、厚みが40〜100μmであり、密度が2.0〜5.0g/cm3であることが好ましい。リチウムイオン二次電池負極の場合、厚みが40〜100μmであり、密度が1.3〜1.9g/cm3であることが好ましい。 Note that the above-described active material layer is preferably subjected to press working. Examples of means for performing the press working include a roll press machine, a high-pressure super press machine, a soft calendar, and a 1-ton press machine. The conditions for the press working are appropriately set according to the type of processing machine used and the desired thickness and density of the active material layer. In the case of a lithium ion secondary battery positive electrode, the thickness is preferably 40 to 100 μm and the density is preferably 2.0 to 5.0 g / cm 3 . In the case of a lithium ion secondary battery negative electrode, the thickness is preferably 40 to 100 μm and the density is preferably 1.3 to 1.9 g / cm 3 .
保護膜30は、正極10と負極20との間に配置されている。なお、図1に示す蓄電デバイス1では、正極10と負極20との間に、保護膜30が正極活物質層14と接するように配置されているが、負極活物質層24と接するように配置されてもよい。また、保護膜30は、正極10または負極20と接することなく、正極10と負極20との間に自立膜として配置されてもよい。これにより、充放電を繰り返してデンドライトが析出した場合であっても、保護膜30でガードされるため短絡が発生しない。したがって、蓄電デバイスとしての機能を維持できる。
The
保護膜30は、例えば正極10(または負極20)の表面に、上述の保護膜形成用スラリーを塗布して乾燥させることにより形成することができる。正極10(または負極20)の表面に保護膜形成用スラリーを塗布する方法としては、例えばドクターブレード法、リバースロール法、コンマバー法、グラビヤ法、エアーナイフ法、ダイコート法等の方法を適用することができる。塗膜の乾燥処理は、好ましくは20〜250℃、より好ましくは50〜150℃の温度範囲において、好ましくは1〜120分間、より好ましくは5〜60分間の処理時間で行われる。
The
保護膜30の膜厚は、特に限定されるものではないが、0.5〜4μmの範囲であることが好ましく、0.5〜3μmの範囲であることがより好ましい。保護膜30の膜厚が前記範囲にあると、電極内部への電解液の浸透性および保液性が良好となると共に、電極の内部抵抗の上昇を抑制することもできる。
Although the film thickness of the
電解液40は、目的とする蓄電デバイスの種類に応じて適宜選択して用いられる。電解液40としては、適当な電解質が溶媒中に溶解された溶液が用いられる。
The
リチウムイオン二次電池を製造する場合には、電解質としてリチウム化合物が用いられる。具体的には、例えばLiClO4、LiBF4、LiI、LiPF6、LiCF3SO3、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、LiCl、LiBr、LiB(C2H5)4、LiCH3SO3、LiC4F9SO3、Li(CF3SO2)2N等を挙
げることができる。この場合の電解質濃度は、好ましくは0.5〜3.0モル/Lであり、より好ましくは0.7〜2.0モル/Lである。
When manufacturing a lithium ion secondary battery, a lithium compound is used as an electrolyte. Specifically, for example LiClO 4, LiBF 4, LiI, LiPF 6, LiCF 3 SO 3, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, LiCl, LiBr, LiB (C 2 H 5) 4, LiCH 3 SO 3, LiC 4 F 9 SO 3, Li ( CF 3 SO 2) can be cited 2 N or the like. The electrolyte concentration in this case is preferably 0.5 to 3.0 mol / L, more preferably 0.7 to 2.0 mol / L.
リチウムイオンキャパシタを製造する場合における電解質の種類及び濃度は、リチウムイオン二次電池の場合と同様である。 The type and concentration of the electrolyte in the case of manufacturing a lithium ion capacitor are the same as in the case of the lithium ion secondary battery.
上記いずれの場合であっても、電解液に用いられる溶媒としては、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート等のカーボネート;γ−ブチロラクトン等のラクトン;トリメトキシシラン、1,2−ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、2−エトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等のエーテル;ジメチルスルホキシド等のスルホキシド;1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン等のオキソラン誘導体;アセトニトリル、ニトロメタン等の窒素含有化合物;ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、リン酸トリエステル等のエステル;ジグライム、トリグライム、テトラグライム等のグライム化合物;アセトン、ジエチルケトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン;スルホラン等のスルホン化合物;2−メチル−2−オキサゾリジノン等のオキサゾリジノン誘導体;1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、2,4−ブタンスルトン、1,8−ナフタスルトン等のスルトン化合物を挙げることができる。 In any of the above cases, examples of the solvent used in the electrolytic solution include carbonates such as propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate; lactones such as γ-butyrolactone; trimethoxy Silane, 1,2-dimethoxyethane, diethyl ether, 2-ethoxyethane, tetrahydrofuran, ether such as 2-methyltetrahydrofuran; Sulfoxide such as dimethyl sulfoxide; 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, etc. Oxolane derivatives; nitrogen-containing compounds such as acetonitrile and nitromethane; esters such as methyl formate, methyl acetate, butyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, and phosphate triester Glyme compounds such as diglyme, triglyme and tetraglyme; ketones such as acetone, diethyl ketone, methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone; sulfone compounds such as sulfolane; oxazolidinone derivatives such as 2-methyl-2-oxazolidinone; 1,3-propane sultone; Examples include sultone compounds such as 1,4-butane sultone, 2,4-butane sultone, and 1,8-naphtha sultone.
4.2.第2の実施形態
図2は、第2の実施形態に係る蓄電デバイスの断面を示した模式図である。図2に示すように、蓄電デバイス2は、正極集電体112の表面に正極活物質層114を形成した正極110と、負極集電体122の表面に負極活物質層124を形成した負極120と、正極110と負極120との間に設けられた保護膜130と、正極110と負極120の間を満たす電解液140と、正極110と負極120との間に設けられたセパレータ150と、を備えたものである。
4.2. Second Embodiment FIG. 2 is a schematic view showing a cross section of an electricity storage device according to a second embodiment. As shown in FIG. 2, the electricity storage device 2 includes a
蓄電デバイス2では、保護膜130が正極110とセパレータ150と間に挟持されるように配置されている点で、上述した蓄電デバイス1とは相違する。なお、図2に示す蓄電デバイス2では、保護膜130が正極110とセパレータ150との間に挟持されるように配置されているが、保護膜130が負極120とセパレータ150との間に挟持されるように配置されてもよい。このような構成とすることにより、充放電を繰り返してデンドライトが析出した場合であっても、保護膜130でガードされるため短絡が発生しない。したがって、蓄電デバイスとしての機能を維持できる。
The electricity storage device 2 is different from the electricity storage device 1 described above in that the protective film 130 is disposed so as to be sandwiched between the
保護膜130は、例えばセパレータ150の表面に保護膜形成用スラリーを塗布した後、正極110(または負極120)と貼り合わせて、その後乾燥させることにより形成することができる。セパレータ150の表面に保護膜形成用スラリーを塗布する方法としては、例えばドクターブレード法、リバースロール法、コンマバー法、グラビヤ法、エアーナイフ法、ダイコート法等の方法を適用することができる。塗膜の乾燥処理は、好ましくは20〜250℃、より好ましくは50〜150℃の温度範囲において、好ましくは1〜120分間、より好ましくは5〜60分間の処理時間で行われる。
The protective film 130 can be formed by, for example, applying a slurry for forming a protective film on the surface of the
セパレータ150は、電気的に安定であると共に、正極活物質、負極活物質あるいは溶媒に対して化学的に安定であり、かつ電気伝導性を有していなければどのようなものを用いてもよい。例えば、高分子の不織布、多孔質フィルム、ガラスあるいはセラミックスの繊維を紙状にしたものを用いることができ、これらを複数積層して用いてもよい。特に多孔質ポリオレフィンフィルムを用いることが好ましく、これをポリイミド、ガラスあるいはセラミックスの繊維等よりなる耐熱性の材料と複合させたものを用いてもよい。
Any
第2の実施形態に係る蓄電デバイス2のその他の構成については、図1を用いて説明した第1の実施形態に係る蓄電デバイス1と同様であるので説明を省略する。 The other configuration of the power storage device 2 according to the second embodiment is the same as that of the power storage device 1 according to the first embodiment described with reference to FIG.
4.3.第3の実施形態
図3は、第3の実施形態に係る蓄電デバイスの断面を示した模式図である。図3に示すように、蓄電デバイス3は、正極集電体212の表面に正極活物質層214を形成した正極210と、負極集電体222の表面に負極活物質層224を形成した負極220と、正極210と負極220の間を満たす電解液240と、正極210と負極220との間に設けられたセパレータ250と、セパレータ250の表面を覆うようにして形成された保護膜230と、を備えたものである。
4.3. Third Embodiment FIG. 3 is a schematic view showing a cross section of an electricity storage device according to a third embodiment. As shown in FIG. 3, the electricity storage device 3 includes a
蓄電デバイス3では、保護膜230がセパレータ250の表面を覆うようにして形成されている点で、上述した蓄電デバイス1や蓄電デバイス2とは相違する。このような構成とすることにより、充放電を繰り返してデンドライトが析出した場合であっても、保護膜230でガードされるため短絡が発生しない。したがって、蓄電デバイスとしての機能を維持できる。
The electricity storage device 3 is different from the electricity storage device 1 and the electricity storage device 2 described above in that the
保護膜230は、例えばセパレータ250の表面に、保護膜形成用スラリーを塗布して乾燥させることにより形成することができる。セパレータ250の表面に保護膜形成用スラリーを塗布する方法としては、例えばドクターブレード法、リバースロール法、コンマバー法、グラビヤ法、エアーナイフ法、ダイコート法等の方法を適用することができる。塗膜の乾燥処理は、好ましくは20〜250℃、より好ましくは50〜150℃の温度範囲において、好ましくは1〜120分間、より好ましくは5〜60分間の処理時間で行われる。
The
第3の実施形態に係る蓄電デバイス3のその他の構成については、図1を用いて説明した第1の実施形態に係る蓄電デバイス1や図2を用いて説明した第2の実施形態に係る蓄電デバイス2と同様であるので説明を省略する。 Regarding other configurations of the power storage device 3 according to the third embodiment, the power storage device 1 according to the first embodiment described with reference to FIG. 1 and the power storage according to the second embodiment described with reference to FIG. Since it is the same as the device 2, the description thereof is omitted.
4.4.蓄電デバイスの製造方法
上述したような蓄電デバイスの製造方法としては、例えば、2つの電極(正極および負極の2つ、またはキャパシタ用電極の2つ)を必要に応じてセパレータを介して重ね合わせ、これを電池形状に応じて巻く、折るなどして電池容器に入れ、電池容器に電解液を注入して封口する方法が挙げられる。電池の形状は、コイン型、ボタン型、シート型、円筒型、角形、扁平型など、適宜の形状であることができる。
4.4. As a method of manufacturing an electricity storage device as described above, for example, two electrodes (two of a positive electrode and a negative electrode, or two of electrodes for a capacitor) are stacked with a separator as necessary, Examples include a method in which this is wound or folded in accordance with the shape of the battery and placed in a battery container, and an electrolytic solution is injected into the battery container and sealed. The shape of the battery can be an appropriate shape such as a coin shape, a button shape, a sheet shape, a cylindrical shape, a square shape, or a flat shape.
4.5.用途
上述したような蓄電デバイスは、電気自動車、ハイブリッドカー、トラック等の自動車に搭載される二次電池またはキャパシタとして好適であるほか、AV機器、OA機器、通信機器などに用いられる二次電池、キャパシタとしても好適である。
4.5. Applications The power storage device as described above is suitable as a secondary battery or a capacitor mounted on an automobile such as an electric vehicle, a hybrid car, and a truck, as well as a secondary battery used for AV equipment, OA equipment, communication equipment, It is also suitable as a capacitor.
5.実施例
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例、比較例中の「部」および「%」は、特に断らない限り質量基準である。
5. EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples, but the present invention is not limited to these examples. “Part” and “%” in Examples and Comparative Examples are based on mass unless otherwise specified.
5.1.重合体粒子(A1)の合成
5.1.1.合成例1
<重合体Xの合成>
電磁式撹拌機を備えた内容積6Lのオートクレーブの内部を十分に窒素置換した後、脱酸素した純水2.5L及び乳化剤としてパーフルオロデカン酸アンモニウム25gを仕込み、350rpmで撹拌しながら60℃まで昇温した。次いで、単量体であるフッ化ビニリデン(VDF)70%および六フッ化プロピレン(HFP)30%からなる混合ガスを、内圧が20kg/cm2に達するまで仕込んだ。重合開始剤としてジイソプロピルパーオキシジカーボネートを20%含有するフロン113溶液25gを窒素ガスを使用して圧入し、重合を開始した。重合中は内圧が20kg/cm2に維持されるようVDF60.2%およびHFP39.8%からなる混合ガスを逐次圧入して、圧力を20kg/cm2に維持した。また、重合が進行するに従って重合速度が低下するため、3時間経過後に、先と同じ重合開始剤溶液の同量を窒素ガスを使用して圧入し、さらに3時間反応を継続した。その後、反応液を冷却すると同時に撹拌を停止し、未反応の単量体を放出した後に反応を停止することにより、重合体Xの粒子を40%含有する水分散体を得た。得られた重合体Xにつき、19F−NMRにより分析した結果、各単量体の質量組成比はVDF/HFP=21/4であった。
5.1. Synthesis of polymer particles (A1) 5.1.1. Synthesis example 1
<Synthesis of Polymer X>
The inside of an autoclave having an internal volume of 6 L equipped with an electromagnetic stirrer was sufficiently purged with nitrogen, then 2.5 L of deoxygenated pure water and 25 g of ammonium perfluorodecanoate as an emulsifier were charged, and the mixture was stirred at 350 rpm up to 60 ° C. The temperature rose. Next, a mixed gas composed of 70% of vinylidene fluoride (VDF) as a monomer and 30% of propylene hexafluoride (HFP) was charged until the internal pressure reached 20 kg / cm 2 . 25 g of Freon 113 solution containing 20% of diisopropyl peroxydicarbonate as a polymerization initiator was injected using nitrogen gas to initiate polymerization. During the polymerization, a mixed gas composed of 60.2% VDF and 39.8% HFP was sequentially injected so that the internal pressure was maintained at 20 kg / cm 2 to maintain the pressure at 20 kg / cm 2 . Further, since the polymerization rate decreased as the polymerization progressed, the same amount of the same polymerization initiator solution as that described above was injected using nitrogen gas after 3 hours, and the reaction was continued for 3 hours. Then, simultaneously with cooling the reaction liquid, the stirring was stopped and the reaction was stopped after releasing the unreacted monomer, whereby an aqueous dispersion containing 40% of the particles of the polymer X was obtained. As a result of analyzing the obtained polymer X by 19 F-NMR, the mass composition ratio of each monomer was VDF / HFP = 21/4.
<重合体粒子(A1)の合成>
容量7Lのセパラブルフラスコの内部を十分に窒素置換した後、上記の工程で得られた重合体Xの粒子を含有する水分散体を重合体X換算で25質量部、乳化剤「アデカリアソープSR1025」(商品名、株式会社ADEKA製)0.5質量部、メタクリル酸メチル(MMA)30質量部、アクリル酸2−エチルヘキシル(EHA)40質量部及びメタクリル酸(MAA)5質量部並びに水130質量部を順次仕込み、70℃で3時間攪拌し、重合体Xに単量体を吸収させた。次いで油溶性重合開始剤であるアゾビスイソブチロニトリル0.5質量部を含有するテトラヒドロフラン溶液20mLを添加し、75℃に昇温して3時間反応を行い、さらに85℃で2時間反応を行った。その後、冷却した後に反応を停止し、2.5N水酸化ナトリウム水溶液でpH7に調節することにより、重合体X及び重合体Yを含有する重合体粒子(A1)を40%含有する水分散体S1を得た。
<Synthesis of polymer particles (A1)>
After the inside of the 7-L separable flask was sufficiently purged with nitrogen, 25 parts by mass of an aqueous dispersion containing the particles of the polymer X obtained in the above step in terms of the polymer X was added to the emulsifier “ADEKA rear soap SR1025”. (Trade name, manufactured by ADEKA Corporation) 0.5 parts by mass, methyl methacrylate (MMA) 30 parts by mass, 2-ethylhexyl acrylate (EHA) 40 parts by mass, methacrylic acid (MAA) 5 parts by mass and water 130 parts by mass The portions were sequentially charged and stirred at 70 ° C. for 3 hours to allow the polymer X to absorb the monomer. Next, 20 mL of a tetrahydrofuran solution containing 0.5 part by mass of azobisisobutyronitrile, which is an oil-soluble polymerization initiator, is added, heated to 75 ° C., reacted for 3 hours, and further reacted at 85 ° C. for 2 hours. went. Thereafter, the reaction is stopped after cooling, and the aqueous dispersion S1 containing 40% of the polymer particles (A1) containing the polymer X and the polymer Y is adjusted to pH 7 with a 2.5N aqueous sodium hydroxide solution. Got.
得られた水分散体S1について、動的光散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置(大塚電子株式会社製、型式「FPAR−1000」)を用いて粒度分布を測定し、その粒度分布から数平均粒子径(Da1)を求めたところ330nmであった。 About the obtained water dispersion S1, a particle size distribution is measured using the particle size distribution measuring apparatus (The model "FPAR-1000" by Otsuka Electronics Co., Ltd.) which makes a dynamic light scattering method a measurement principle, From the particle size distribution, The number average particle diameter (Da1) was determined to be 330 nm.
得られた水分散体S1の10gを直径8cmのテフロン(登録商標)シャーレへ秤り取り、120℃で1時間乾燥して成膜した。得られた膜(重合体)のうちの1gをトルエン400mL中に浸漬して50℃で3時間振とうした。次いで、トルエン相を300メッシュの金網で濾過して不溶分を分離した後、溶解分のトルエンを蒸発除去して得た残存物の重量(Y(g))を測定した値から、下記式(1)によってトルエン不溶分を求めたところ、上記重合体粒子(A1)のトルエン不溶分は85%であった。
トルエン不溶分(%)=((1−Y)/1)×100 ・・・・・(1)
10 g of the obtained aqueous dispersion S1 was weighed into a Teflon (registered trademark) petri dish having a diameter of 8 cm and dried at 120 ° C. for 1 hour to form a film. 1 g of the obtained film (polymer) was immersed in 400 mL of toluene and shaken at 50 ° C. for 3 hours. Next, the toluene phase was filtered through a 300-mesh wire mesh to separate insoluble components, and the weight of the residue (Y (g)) obtained by evaporating and removing the dissolved toluene was measured from the following formula ( When the toluene insoluble content was determined by 1), the toluene insoluble content of the polymer particles (A1) was 85%.
Toluene insoluble content (%) = ((1-Y) / 1) × 100 (1)
さらに、得られた膜(重合体粒子(A1)から構成された膜)を示差走査熱量計(NETZSCH社製、DSC204F1 Phoenix)によって測定したところ、融解温度Tmは観察されず、単一のガラス転移温度Tgが−5℃に観測されたことから、得られた重合体粒子(A1)はポリマーアロイ粒子であると推定される。 Further, when the obtained film (film composed of polymer particles (A1)) was measured by a differential scanning calorimeter (manufactured by NETZSCH, DSC204F1 Phoenix), the melting temperature Tm was not observed, and the single glass transition Since the temperature Tg was observed at −5 ° C., the obtained polymer particles (A1) are presumed to be polymer alloy particles.
また、得られた膜(重合体)を熱分析装置(株式会社島津製作所製、型式「DTG−60A」)にて熱重量分析を行った。空気雰囲気下、昇温速度20℃/分で加熱したときに、重合体粒子A1が10重量%減量する温度(以下、この減量開始温度を「T10」と表す。)は338℃であった。 Further, the obtained film (polymer) was subjected to thermogravimetric analysis with a thermal analyzer (manufactured by Shimadzu Corporation, model “DTG-60A”). The temperature at which the polymer particles A1 are reduced by 10% by weight when heated at a rate of temperature increase of 20 ° C./min in an air atmosphere (hereinafter, this reduction start temperature is expressed as “T 10 ”) was 338 ° C. .
5.1.2.合成例2
上記合成例1において、重合体Xを使用せずに表1に示す組成の重合体粒子(A1)を含有する水分散体を調製し、該水分散体の固形分濃度に応じて水を減圧除去または追加することにより、固形分濃度40%の水分散体S2を作製した。得られた重合体粒子(A1)について合成例1と同様に行ったトルエン不溶分測定の結果、DSC測定の結果(ガラス転移温度Tg、融解温度Tm)及びTG測定の結果(減量開始温度T10)を、表1に併せて示した。
5.1.2. Synthesis example 2
In Synthesis Example 1, an aqueous dispersion containing polymer particles (A1) having the composition shown in Table 1 is prepared without using the polymer X, and water is reduced in pressure according to the solid content concentration of the aqueous dispersion. By removing or adding, an aqueous dispersion S2 having a solid concentration of 40% was produced. As a result of measurement of insoluble toluene in the same manner as in Synthesis Example 1, the obtained polymer particles (A1), DSC measurement results (glass transition temperature Tg, melting temperature Tm), and TG measurement results (reduction start temperature T 10) ) Is also shown in Table 1.
5.1.3.合成例3
攪拌機を備えた温度調節可能なオートクレーブ中に、水200質量部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.6質量部、過硫酸カリウム1.0質量部、重亜硫酸ナトリウム0.5質量部、α−メチルスチレンダイマー0.5質量部、ドデシルメルカプタン0.3質量部及び表1の重合体(A1)の欄に示した単量体を一括して仕込み、70℃に昇温し8時間重合反応を行った。その後、温度を80℃に昇温し、さらに3時間反応を行なってラテックスを得た。このラテックスのpHを7.5に調節し、トリポリリン酸ナトリウム5質量部(固形分換算値、濃度10質量%の水溶液として添加)を加えた。その後、残留モノマーを水蒸気蒸留によって除去し、減圧下で濃縮することにより、重合体粒子(A1)を50質量%含有する水分散体S3を得た。得られた重合体粒子(A1)について合成例1と同様に行ったトルエン不溶分測定の結果、DSC測定の結果(ガラス転移温度Tg、融解温度Tm)及びTG測定の結果(減量開始温度T10)を、表1に併せて示した。
5.1.3. Synthesis example 3
In a temperature-controllable autoclave equipped with a stirrer,
5.1.4.合成例4
容量7リットルのセパラブルフラスコに、水150質量部およびドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.3質量部を仕込み、セパラブルフラスコの内部を十分に窒素置換した。一方、別の容器に、水60質量部、乳化剤としてエーテルサルフェート型乳化剤(商品名「アデカリアソープSR1025」、株式会社ADEKA製)を固形分換算で0.8質量部ならびに単量体としてアクリル酸n−ブチル(BA)83質量部、アクリロニトリル(AN)5質量部、アクリル酸シクロヘキシル(CHMA)5質量部、メタクリル酸2−ヒドロキエチル(HEMA)1質量部、メタクリル酸(MAA)2質量部、アクリル酸(AA)1質量部、メタクリル酸アリル(AMA)0.5質量部、メタクリル酸グリシジル(GMA)2.5質量部を加え、十分に攪拌して上記単量体の混合物を含有する単量体乳化液を調製した。その後、上記セパラブルフラスコの内部の昇温を開始し、当該セパラブルフラスコの内部の温度が60℃に到達した時点で、重合開始剤として過硫酸アンモニウム0.5質量部を加えた。そして、セパラブルフラスコの内部の温度が70℃に到達した時点で、上記で調製した単量体乳化液の添加を開始し、セパラブルフラスコの内部の温度を70℃に維持したまま単量体乳化液を3時間かけてゆっくりと添加した。その後、セパラブルフラスコの内部の温度を85℃に昇温し、この温度を3時間維持して重合反応を行った。3時間後、セパラブルフラスコを冷却して反応を停止した後、アンモニウム水を加えてpHを7.6に調整することにより、重合体粒子(A1)を30%含有する水系分散体S4を得た。得られた重合体粒子(A1)について合成例1と同様に行ったトルエン不溶分測定の結果、DSC測定の結果(ガラス転移温度Tg、融解温度Tm)及びTG測定の結果(減量開始温度T10)を、表1に併せて示した。
5.1.4. Synthesis example 4
A separable flask having a volume of 7 liters was charged with 150 parts by mass of water and 0.3 parts by mass of sodium dodecylbenzenesulfonate, and the inside of the separable flask was sufficiently purged with nitrogen. On the other hand, in another container, 60 parts by mass of water, ether sulfate type emulsifier (trade name “ADEKA rear soap SR1025”, manufactured by ADEKA Corporation) as an emulsifier, 0.8 parts by mass in terms of solid content, and acrylic acid as a monomer 83 parts by mass of n-butyl (BA), 5 parts by mass of acrylonitrile (AN), 5 parts by mass of cyclohexyl acrylate (CHMA), 1 part by mass of 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA), 2 parts by mass of methacrylic acid (MAA), Simply add 1 part by weight of acrylic acid (AA), 0.5 part by weight of allyl methacrylate (AMA), 2.5 parts by weight of glycidyl methacrylate (GMA) and stir well to contain a mixture of the above monomers. A mass emulsion was prepared. Then, the temperature inside the separable flask was started, and when the temperature inside the separable flask reached 60 ° C., 0.5 parts by mass of ammonium persulfate was added as a polymerization initiator. Then, when the temperature inside the separable flask reaches 70 ° C., the addition of the monomer emulsion prepared above is started, and the temperature inside the separable flask is maintained at 70 ° C. The emulsion was added slowly over 3 hours. Thereafter, the temperature inside the separable flask was raised to 85 ° C., and this temperature was maintained for 3 hours to carry out the polymerization reaction. After 3 hours, the separable flask was cooled to stop the reaction, and ammonium water was added to adjust the pH to 7.6, thereby obtaining an aqueous dispersion S4 containing 30% of polymer particles (A1). It was. As a result of measurement of insoluble toluene in the same manner as in Synthesis Example 1, the obtained polymer particles (A1), DSC measurement results (glass transition temperature Tg, melting temperature Tm), and TG measurement results (reduction start temperature T 10) ) Is also shown in Table 1.
5.1.5.合成例5〜7
単量体の組成と乳化剤量を適宜に変更したほかは合成例4と同様にして、表1に示す組成の重合体(A)を含有する水系分散体を調製し、該水系分散体の固形分濃度に応じて水を減圧除去または追加することにより、固形分濃度30%の水系分散体を得た。得られた重合体粒子(A1)について合成例1と同様に行ったトルエン不溶分測定の結果、DSC測定の結果(ガラス転移温度Tg、融解温度Tm)及びTG測定の結果(減量開始温度T10)を、表1に併せて示した。
5.1.5. Synthesis Examples 5-7
An aqueous dispersion containing the polymer (A) having the composition shown in Table 1 was prepared in the same manner as in Synthesis Example 4 except that the monomer composition and the amount of the emulsifier were appropriately changed, and the solid of the aqueous dispersion was prepared. By removing or adding water under reduced pressure according to the partial concentration, an aqueous dispersion having a solid concentration of 30% was obtained. As a result of measurement of insoluble toluene in the same manner as in Synthesis Example 1, the obtained polymer particles (A1), DSC measurement results (glass transition temperature Tg, melting temperature Tm), and TG measurement results (reduction start temperature T 10) ) Is also shown in Table 1.
5.1.6.合成例8
攪拌機を備えた温度調節可能なオートクレーブ中に、水300質量部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.9質量部、過硫酸カリウム1.0質量部、重亜硫酸ナトリウム0.5質量部、α−メチルスチレンダイマー0.2質量部、ドデシルメルカプタン0.2質量部、および表1に示した重合成分を一括して仕込み、50℃に昇温し16時間重合反応させた。重合添加率が90%以上であることを確認した後、反応温度を70℃にし、α−メチルスチレンダイマー1.0質量部およびドデシルメルカプタン0.3質量部を添加後、さらに3時間反応させた。重合反応終了後、ラテックスのpHを7.5に調節し、トリポリリン酸ナトリウム5質量部(固形分換算)を添加した。その後、残留モノマーを水蒸気蒸留で処理し、減圧下で固形分50%まで濃縮することで、重合体粒子(A1)を50%含有する水系分散体を得た。得られた重合体粒子(A1)について合成例1と同様に行ったトルエン不溶分測定の結果、DSC測定の結果(ガラス転移温度Tg、融解温度Tm)及びTG測定の結果(減量開始温度T10)を、表1に併せて示した。
5.1.6. Synthesis Example 8
In a temperature-controllable autoclave equipped with a stirrer, 300 parts by weight of water, 0.9 part by weight of sodium dodecylbenzenesulfonate, 1.0 part by weight of potassium persulfate, 0.5 part by weight of sodium bisulfite, α-methylstyrene 0.2 parts by mass of dimer, 0.2 parts by mass of dodecyl mercaptan, and the polymerization components shown in Table 1 were charged all at once, and the temperature was raised to 50 ° C. to carry out the polymerization reaction for 16 hours. After confirming that the polymerization addition rate was 90% or more, the reaction temperature was set to 70 ° C., and 1.0 part by mass of α-methylstyrene dimer and 0.3 part by mass of dodecyl mercaptan were added, followed by further reaction for 3 hours. . After completion of the polymerization reaction, the latex pH was adjusted to 7.5, and 5 parts by mass of sodium tripolyphosphate (in terms of solid content) was added. Thereafter, the residual monomer was treated with steam distillation and concentrated under reduced pressure to a solid content of 50% to obtain an aqueous dispersion containing 50% of polymer particles (A1). As a result of measurement of insoluble toluene in the same manner as in Synthesis Example 1, the obtained polymer particles (A1), DSC measurement results (glass transition temperature Tg, melting temperature Tm), and TG measurement results (reduction start temperature T 10) ) Is also shown in Table 1.
5.1.7.合成例9〜11
各単量体の種類および仕込み量(部)をそれぞれ表1に記載のとおりとした他は上記合成例8と同様にして、表1記載の重合体粒子(A1)を含有する水系分散体をそれぞれ得た。得られた重合体粒子(A1)について合成例1と同様に行ったトルエン不溶分測定の結果、DSC測定の結果(ガラス転移温度Tg、融解温度Tm)及びTG測定の結果(減量開始温度T10)を、表1に併せて示した。
5.1.7. Synthesis Examples 9 to 11
An aqueous dispersion containing the polymer particles (A1) shown in Table 1 was prepared in the same manner as in Synthesis Example 8 except that the type and amount (parts) of each monomer were as shown in Table 1. I got each. As a result of measurement of insoluble toluene in the same manner as in Synthesis Example 1, the obtained polymer particles (A1), DSC measurement results (glass transition temperature Tg, melting temperature Tm), and TG measurement results (reduction start temperature T 10) ) Is also shown in Table 1.
5.2.重合体粒子(A2)の合成
5.2.1.合成例12
スチレン100質量部、t−ドデシルメルカプタン10質量部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.8質量部、過硫酸カリウム0.4質量部、及び水200質量部を、容量2Lのフラスコ中に入れ、撹拌しながら窒素ガス雰囲気下にて80℃に昇温して6時間重合を行った。これにより、重合収率98%で数平均粒子径170nm、粒子径の標準偏差値が0.02μmの重合体粒子を含有する水分散体を得た。この重合体粒子は、トルエン溶解分98%、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定した分子量が、重量平均分子量(Mw)=5,000、数平均分子量(Mn)=3,100であった。
5.2. Synthesis of polymer particles (A2) 5.2.1. Synthesis Example 12
100 parts by mass of styrene, 10 parts by mass of t-dodecyl mercaptan, 0.8 parts by mass of sodium dodecylbenzenesulfonate, 0.4 parts by mass of potassium persulfate, and 200 parts by mass of water were placed in a 2 L flask and stirred. Then, the temperature was raised to 80 ° C. in a nitrogen gas atmosphere, and polymerization was performed for 6 hours. As a result, an aqueous dispersion containing polymer particles having a polymerization yield of 98% and a number average particle diameter of 170 nm and a standard deviation of the particle diameter of 0.02 μm was obtained. The polymer particles had a toluene dissolved content of 98%, and the molecular weight measured by gel permeation chromatography was weight average molecular weight (Mw) = 5,000 and number average molecular weight (Mn) = 3,100.
反応容器の内部を十分に窒素置換した後、上記の工程で得られた重合体粒子を含有する水分散体を、重合体粒子(固形分換算)5質量部、ラウリル硫酸ナトリウム1.0質量部、過硫酸カリウム0.5質量部、水400質量部、及びスチレン45質量部、ジビニルベンゼン50質量部を混合し、30℃で10分間撹拌して重合体粒子にモノマーを吸収させた。その後、70℃に昇温して3時間反応を行った。その後、冷却した後に反応を停止し、2.5N水酸化ナトリウム水溶液でpH7に調節し、重合体粒子(A2)を20%含有する水分散体L1を得た。 After sufficiently substituting the inside of the reaction vessel with nitrogen, 5 parts by mass of polymer particles (in terms of solid content) and 1.0 part by mass of sodium lauryl sulfate were obtained. Then, 0.5 parts by mass of potassium persulfate, 400 parts by mass of water, 45 parts by mass of styrene, and 50 parts by mass of divinylbenzene were mixed and stirred at 30 ° C. for 10 minutes to allow the polymer particles to absorb the monomer. Then, it heated up at 70 degreeC and reacted for 3 hours. Then, after cooling, the reaction was stopped, the pH was adjusted to 7 with a 2.5N aqueous sodium hydroxide solution, and an aqueous dispersion L1 containing 20% of polymer particles (A2) was obtained.
動的光散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置(大塚電子株式会社製、型式「FPAR−1000」)を用いて粒度分布を測定し、その粒度分布から重合体粒子(A2)の数平均粒子径(Da2)を求めたところ380nmであった。 The particle size distribution is measured using a particle size distribution measuring apparatus (model “FPAR-1000” manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.) having a dynamic light scattering method as a measurement principle, and the number average of the polymer particles (A2) is determined from the particle size distribution. The particle diameter (Da2) was determined to be 380 nm.
この重合体粒子(A2)の水分散体の100gをシャーレ秤り取り、120℃で1時間乾燥した。得られた固形物をめのう乳鉢で粉砕し粉体(重合体粒子(A2))を得た。 100 g of the aqueous dispersion of the polymer particles (A2) was weighed and dried at 120 ° C. for 1 hour. The obtained solid was pulverized in an agate mortar to obtain a powder (polymer particles (A2)).
得られた粉体(重合体粒子(A2)から構成された粉体)のトルエン不溶分測定、DSC測定及びTG測定を合成例1と同様に行った結果、トルエン不溶分は99%であり、ガラス転移温度Tg及び融解温度Tmは観測できず、減量開始温度T10は379℃であっ
た。なお、図4は、合成例12で得られた重合体粒子(A2)のTGAチャートである。図4によれば、合成例12で得られた重合体粒子(A2)の重量が空気雰囲気下で10重量%減量する温度(T10)は、379℃であることが読み取れる。
As a result of performing toluene insoluble content measurement, DSC measurement and TG measurement of the obtained powder (powder composed of polymer particles (A2)) in the same manner as in Synthesis Example 1, the toluene insoluble content was 99%. the glass transition temperature Tg and the melting temperature Tm can not be observed, weight loss initiation temperature T 10 was 379 ° C.. FIG. 4 is a TGA chart of the polymer particles (A2) obtained in Synthesis Example 12. According to FIG. 4, it can be read that the temperature (T 10 ) at which the weight of the polymer particles (A2) obtained in Synthesis Example 12 is reduced by 10% by weight in an air atmosphere is 379 ° C.
さらに詳細に粒子の構造を分析するために、得られた重合体粒子(A2)を20%含有する重合体粒子の水分散体を乾燥固化し、固形分に対して20倍量のpH10に調整したアンモニア水で3回洗浄し、さらにイオン交換水で4回洗浄することで水溶性成分を完全に除去し、再度乾燥固化させることで重合体粒子(A2)の粉末を得た。この粉末を日立透過型電子顕微鏡 H−7650(株式会社日立ハイテクノロジーズ製)を使用して観察したところ、観察された粒子100個の平均粒子径が380nmの中実重合体粒子であった。
In order to analyze the structure of the particles in more detail, the aqueous dispersion of polymer particles containing 20% of the obtained polymer particles (A2) was dried and solidified, and adjusted to
5.2.2.合成例13
上記合成例12において、組成と乳化剤量を適宜に変更したほかは表2に示す組成の重合体粒子(A2)を含有する水分散体を調製し、該水分散体の固形分濃度に応じて水を減圧除去または追加することにより、固形分濃度20%の水分散体L2を得た。得られた重合体粒子(A2)について合成例1と同様に行ったトルエン不溶分測定の結果、DSC測定の結果(ガラス転移温度Tg、融解温度Tm)及びTG測定の結果(減量開始温度T10)を、表2に併せて示した。
5.2.2. Synthesis Example 13
In the synthesis example 12, except that the composition and the amount of the emulsifier were appropriately changed, an aqueous dispersion containing the polymer particles (A2) having the composition shown in Table 2 was prepared, and according to the solid content concentration of the aqueous dispersion. By removing or adding water under reduced pressure, an aqueous dispersion L2 having a solid concentration of 20% was obtained. The resulting polymer particles (A2) were measured for toluene insolubles in the same manner as in Synthesis Example 1, the results of DSC measurement (glass transition temperature Tg, melting temperature Tm), and the results of TG measurement (reduction start temperature T 10). ) Is also shown in Table 2.
さらに詳細に粒子の構造を分析するために、得られた重合体粒子(A2)を20%含有する重合体粒子の水分散体を乾燥固化し、固形分に対して20倍量のpH10に調整したアンモニア水で3回洗浄し、さらにイオン交換水で4回洗浄することで水溶性成分を完全に除去し、再度乾燥固化させることで重合体粒子(A2)の粉末を得た。この粉末を日立透過型電子顕微鏡 H−7650(株式会社日立ハイテクノロジーズ製)を使用して観察したところ、観察された粒子100個の平均粒子径が420nm、粒子内径が220nmの中空重合体粒子であり、容積空孔率は14%であった。
In order to analyze the structure of the particles in more detail, the aqueous dispersion of polymer particles containing 20% of the obtained polymer particles (A2) was dried and solidified, and adjusted to
5.2.3.合成例14
撹拌装置及び温度調節器を備えた容量2リットルの耐圧反応容器に水109.5質量部、乳化剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.02質量部、分子量調節剤としてオクチルグリコール0.5質量部及び重合開始剤として過硫酸ナトリウム0.5質量部を投入した。次にアクリル酸20質量部及びメタクリル酸メチル80質量部を混合したモノマー混合物の20%を耐圧反応容器に投入した。その後、撹拌しながら温度75℃まで昇温し、75℃到達後1時間、重合反応を行い、その後、温度を75℃に保ちながら残りのモノマー混合物を連続的に2時間かけて耐圧反応容器に添加した。その後、さらに2時間熟成を行い、固形分40%、数平均粒子径が400nmの重合体粒子(A2a)の水分散体を得た。
5.2.3. Synthesis Example 14
In a pressure-resistant reaction vessel with a capacity of 2 liters equipped with a stirrer and a temperature controller, 109.5 parts by mass of water, 0.02 parts by mass of sodium dodecylbenzenesulfonate as an emulsifier, 0.5 parts by mass of octyl glycol as a molecular weight regulator and polymerization As an initiator, 0.5 part by mass of sodium persulfate was added. Next, 20% of a monomer mixture obtained by mixing 20 parts by mass of acrylic acid and 80 parts by mass of methyl methacrylate was charged into a pressure resistant reactor. Thereafter, the temperature is raised to 75 ° C. while stirring, and a polymerization reaction is carried out for 1 hour after reaching 75 ° C., and then the remaining monomer mixture is continuously put into a pressure-resistant reaction vessel over 2 hours while maintaining the temperature at 75 ° C. Added. Thereafter, aging was further performed for 2 hours to obtain an aqueous dispersion of polymer particles (A2a) having a solid content of 40% and a number average particle diameter of 400 nm.
撹拌装置及び温度調節器を備えた容量2リットルの耐圧反応容器に、水350質量部を投入し、これに上述の数平均粒子径400nmの重合体粒子(A2a)を固形分で10質量部投入した。次に、エチレングリコールジメタクリレート50質量部及びメタクリル酸メチル37質量部、アクリル酸3質量部を混合したモノマー混合物を撹拌しながら反応容器に投入した。その後、撹拌しながら溶液を80℃まで昇温し、重合開始剤として過硫酸ナトリウム0.4質量部を投入し、温度80℃を保持して4時間熟成を行った。室温まで冷却後25%アンモニウム水を5質量部投入して3時間熟成を行い、重合体粒子(A2)を20%含有する水分散体L3を得た。 350 parts by mass of water was put into a pressure-resistant reaction vessel having a capacity of 2 liters equipped with a stirrer and a temperature controller, and 10 parts by mass of the above polymer particles (A2a) having a number average particle diameter of 400 nm were added thereto. did. Next, a monomer mixture obtained by mixing 50 parts by mass of ethylene glycol dimethacrylate, 37 parts by mass of methyl methacrylate and 3 parts by mass of acrylic acid was charged into the reaction vessel while stirring. Thereafter, the temperature of the solution was increased to 80 ° C. while stirring, 0.4 part by mass of sodium persulfate was added as a polymerization initiator, and the mixture was aged for 4 hours while maintaining the temperature of 80 ° C. After cooling to room temperature, 5 parts by mass of 25% ammonium water was added and aged for 3 hours to obtain an aqueous dispersion L3 containing 20% of polymer particles (A2).
得られた重合体粒子(A2)について合成例1と同様に行ったトルエン不溶分測定の結果、DSC測定の結果(ガラス転移温度Tg、融解温度Tm)及びTG測定の結果(減量
開始温度T10)を表2に併せて示した。
The resulting polymer particles (A2) were measured for toluene insolubles in the same manner as in Synthesis Example 1, the results of DSC measurement (glass transition temperature Tg, melting temperature Tm), and the results of TG measurement (reduction start temperature T 10). ) Is also shown in Table 2.
動的光散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置(大塚電子株式会社製、型式「FPAR−1000」)を用いて粒度分布を測定し、その粒度分布から重合体粒子(A2)の数平均粒子径(Da2)を求めたところ1000nmであった。 The particle size distribution is measured using a particle size distribution measuring apparatus (model “FPAR-1000” manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.) having a dynamic light scattering method as a measurement principle, and the number average of the polymer particles (A2) is determined from the particle size distribution. The particle diameter (Da2) was determined to be 1000 nm.
さらに詳細に粒子の構造を分析するために、得られた重合体粒子(A2)を20%含有する重合体粒子の水分散体を乾燥固化し、固形分に対して20倍量のpH10に調整したアンモニア水で3回洗浄し、さらにイオン交換水で4回洗浄することで水溶性成分を完全に除去し、再度乾燥固化させることで重合体粒子(A2)の粉末を得た。この粉末を日立透過型電子顕微鏡 H−7650(株式会社日立ハイテクノロジーズ製)を使用して観察したところ、観察された粒子100個の平均粒子径が1,000nm、粒子内径が400nmの中空重合体粒子であり、容積空孔率は51%であった。
In order to analyze the structure of the particles in more detail, the aqueous dispersion of polymer particles containing 20% of the obtained polymer particles (A2) was dried and solidified, and adjusted to
表1及び表2における各成分の略称または名称は、それぞれ以下の化合物を表す。
<重合性不飽和基を二つ以上有する化合物>
・EDMA:エチレングリコールジメタクリレート
・DVB:ジビニルベンゼン
<フッ素原子を有する単量体>
・VDF:フッ化ビニリデン
・HFP:六フッ化プロピレン
<不飽和カルボン酸>
・MAA:メタクリル酸
・TA:イタコン酸
・AA:アクリル酸
<不飽和カルボン酸エステル>
・MMA:メタクリル酸メチル
・EHA:アクリル酸2−エチルヘキシル
・HEMA:メタクリル酸2−エチルヘキシル
・BA :アクリル酸n−ブチル
・BMA:メタクリル酸n−ブチル
・AMA:メタクリル酸アリル
・GMA:メタクリル酸グリシジル
・AN:アクリロニトリル
・CHMA:メタクリル酸シクロヘキシル
<芳香族ビニル化合物>
・ST:スチレン
<共役ジエン化合物>
・BD:1,3−ブタジエン
なお、表1及び表2における「−」の表記は、該当する成分を使用しなかったことを示す。
The abbreviations or names of the components in Table 1 and Table 2 represent the following compounds, respectively.
<Compound having two or more polymerizable unsaturated groups>
EDMA: ethylene glycol dimethacrylate DVB: divinylbenzene <monomer having a fluorine atom>
・ VDF: Vinylidene fluoride ・ HFP: Propylene hexafluoride <Unsaturated carboxylic acid>
MAA: methacrylic acid TA: itaconic acid AA: acrylic acid <unsaturated carboxylic acid ester>
MMA: methyl methacrylate, EHA: 2-ethylhexyl acrylate, HEMA: 2-ethylhexyl methacrylate, BA: n-butyl acrylate, BMA: n-butyl methacrylate, AMA: allyl methacrylate, GMA: glycidyl methacrylate・ AN: Acrylonitrile ・ CHMA: Cyclohexyl methacrylate <Aromatic vinyl compound>
ST: Styrene <conjugated diene compound>
-BD: 1,3-butadiene In addition, the description of "-" in Table 1 and Table 2 shows that the applicable component was not used.
5.3.実施例1
5.3.1.蓄電デバイス用組成物の調製
水分散体S1と水分散体L1を、重合体粒子(A2)94.8質量部に対して、重合体粒子(A1)が5質量部になるように混合し、さらに金属錯体(B)としてZn(NH3)4(CH3COO)210質量部、水溶性ポリマー(株式会社ダイセル製、商品名「CMC1120」)0.2質量部、水275質量部をT.K.フィルミックス(R)56−50型(プライミクス株式会社製)を用いて混合分散処理を行い、蓄電デバイス用組成物を調製した。
5.3. Example 1
5.3.1. Preparation of composition for electricity storage device The aqueous dispersion S1 and the aqueous dispersion L1 are mixed with respect to 94.8 parts by mass of the polymer particles (A2) so that the polymer particles (A1) are 5 parts by mass, Furthermore, 10 parts by mass of Zn (NH 3 ) 4 (CH 3 COO) 2 as a metal complex (B), 0.2 part by mass of a water-soluble polymer (trade name “CMC1120” manufactured by Daicel Corporation), and 275 parts by mass of water are T . K. Mixing and dispersing treatment was performed using a film mix (R) 56-50 type (manufactured by PRIMIX Co., Ltd.) to prepare a composition for an electricity storage device.
こうして得られた蓄電デバイス用組成物について、「5.1.1.合成例1」と同様の方法によりトルエン不溶分測定を行った結果、トルエン不溶分は99%あった。 As a result of measuring the toluene insoluble content of the composition for an electricity storage device thus obtained by the same method as in “5.1.1. Synthesis Example 1”, the toluene insoluble content was 99%.
また、重合体粒子(A1)と重合体粒子(A2)を合わせたイオン性官能基量Ma(mmol)を以下の計算式により求め、表3に併せて示した。
・各重合体粒子1gにおけるイオン性官能基量(mol/1g)=(各重合体粒子の構成単位の合計を100gとした際のイオン性官能基を有する構成単位の質量部(g)÷イオン性官能基を有する構成単位の分子量(g/mol))÷100
・Ma(mmol)=(各重合体粒子1gにおけるイオン性官能基量(mol/1g)×各重合体粒子の質量部(g))×1000
Further, the ionic functional group amount Ma (mmol) of the polymer particles (A1) and the polymer particles (A2) was determined by the following calculation formula, and is shown in Table 3 together.
-Amount of ionic functional group in 1 g of each polymer particle (mol / 1 g) = (mass part of structural unit having ionic functional group (g) ÷ ion when the total of the structural units of each polymer particle is 100 g) Molecular weight of structural unit having a functional group (g / mol)) ÷ 100
Ma (mmol) = (Amount of ionic functional group in 1 g of each polymer particle (mol / 1 g) × mass part of each polymer particle (g)) × 1000
5.3.2.正極の製造
<正極活物質の調製>
市販のリン酸鉄リチウム(LiFePO4)をめのう乳鉢で粉砕し、ふるいを用いて分級することにより、粒子径(D50値)が0.5μmである活物質粒子を調製した。
5.3.2. Production of positive electrode <Preparation of positive electrode active material>
Commercially available lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) was pulverized in an agate mortar and classified using a sieve to prepare active material particles having a particle diameter (D50 value) of 0.5 μm.
<正極用スラリーの調製>
二軸型プラネタリーミキサー(プライミクス株式会社製、商品名「TKハイビスミックス 2P−03」)にポリフッ化ビニリデン4質量部(固形分換算)、上記活物質粒子100質量部、アセチレンブラック5質量部及びN−メチルピロリドン68質量部を投入し、60rpmで1時間攪拌を行った。さらに、N−メチルピロリドン32質量部を投入し、1時間攪拌してペーストを得た。得られたペーストを、攪拌脱泡機(株式会社シンキー製、商品名「あわとり練太郎」)を使用して、200rpmで2分間、1800rpmで5分間、さらに真空下(5.0×103Pa)において1800rpmで1.5分間攪拌混合することにより、正極用スラリーを調製した。
<Preparation of slurry for positive electrode>
A biaxial planetary mixer (product name “TK Hibismix 2P-03” manufactured by PRIMIX Co., Ltd.), 4 parts by mass of polyvinylidene fluoride (in terms of solid content), 100 parts by mass of the active material particles, 5 parts by mass of acetylene black, and 68 parts by mass of N-methylpyrrolidone was added and stirred at 60 rpm for 1 hour. Further, 32 parts by mass of N-methylpyrrolidone was added and stirred for 1 hour to obtain a paste. The obtained paste was stirred at 200 rpm for 2 minutes, 1800 rpm for 5 minutes, and further under vacuum (5.0 × 10 3 ) using a stirring defoaming machine (trade name “Awatori Netaro”, manufactured by Shinky Corporation). The slurry for positive electrode was prepared by stirring and mixing at 1800 rpm for 1.5 minutes at Pa).
<正極用電極の作製>
アルミニウム箔からなる集電体の表面に、上記正極用スラリーを、乾燥後の膜厚が100μmとなるようにドクターブレード法によって均一に塗布し、120℃で20分間乾燥した。その後、膜(活物質層)の密度が2.0g/cm3となるようにロールプレス機によりプレス加工することにより、集電体の表面に正極活物質層が形成された正極を得た。
<Preparation of electrode for positive electrode>
The positive electrode slurry was uniformly applied to the surface of a current collector made of aluminum foil by a doctor blade method so that the film thickness after drying was 100 μm, and dried at 120 ° C. for 20 minutes. Then, the positive electrode with the positive electrode active material layer formed on the surface of the current collector was obtained by pressing with a roll press so that the density of the film (active material layer) was 2.0 g / cm 3 .
5.3.3.保護膜の作製(保護膜付きセパレータの作製)
ポリプロピレン製多孔膜からなるセパレータ(セルガード株式会社製、商品名「セルガード#2400」)の両面に、上記「5.3.1.蓄電デバイス用組成物の調製」で得られた蓄電デバイス用組成物をディップコート法を用いて塗布した後、80℃、10分で乾燥し、セパレータの両面に保護膜を形成した。なお、得られた保護膜の厚みは片面2μm(表・裏の両面で合計4μm)であった。
5.3.3. Production of protective film (production of separator with protective film)
The composition for an electricity storage device obtained in the above “5.3.1. Preparation of composition for electricity storage device” on both sides of a separator (trade name “Celguard # 2400” manufactured by Celgard Co., Ltd.) made of a polypropylene porous membrane. Was applied using a dip coating method, followed by drying at 80 ° C. for 10 minutes to form protective films on both sides of the separator. The thickness of the protective film obtained was 2 μm on one side (total of 4 μm on both the front and back sides).
5.3.4.負極の製造
<負極用スラリーの調製>
二軸型プラネタリーミキサー(プライミクス株式会社製、商品名「TKハイビスミックス 2P−03」)に増粘剤(商品名「CMC2200」、株式会社ダイセル製)1質量部(固形分換算)、負極活物質としてグラファイト100質量部(固形分換算)、水68質量部を投入し、60rpmで1時間攪拌を行った。その後、上記合成例4で作製した重合体粒子(A1)水分散体S4を2質量部(固形分換算)加え、さらに1時間攪拌しペーストを得た。得られたペーストに水を投入し、固形分を50%に調製した後、攪拌脱泡機(株式会社シンキー製、商品名「泡とり練太郎」)を使用して、200rpmで2分間、1800rpmで5分間、さらに真空下において1800rpmで1.5分間攪拌混合することにより、負極用スラリーを調製した。
5.3.4. Production of negative electrode <Preparation of slurry for negative electrode>
A biaxial planetary mixer (product name “TK Hibismix 2P-03” manufactured by PRIMIX Co., Ltd.) and a thickener (product name “CMC2200” manufactured by Daicel Corporation) 1 part by mass (solid content conversion), negative electrode active As materials, 100 parts by mass of graphite (in terms of solid content) and 68 parts by mass of water were added and stirred at 60 rpm for 1 hour. Thereafter, 2 parts by mass (in terms of solid content) of the polymer particle (A1) aqueous dispersion S4 prepared in Synthesis Example 4 was added, and the mixture was further stirred for 1 hour to obtain a paste. Water was added to the obtained paste to adjust the solid content to 50%, and then the mixture was stirred at 200 rpm for 2 minutes at 1800 rpm at 200 rpm using a stirring defoamer (trade name “Netaro Awatori” manufactured by Shinky Co., Ltd.). The slurry for negative electrode was prepared by stirring and mixing for 5 minutes at 1800 rpm for 1 minute at 1800 rpm.
<負極用電極の作製>
厚み20μmの銅箔よりなる集電体の表面に、上記負極用スラリーを、乾燥後の膜厚が80μmとなるようにドクターブレード法によって均一に塗布し、120℃で20分間乾燥処理した。その後、電極層の密度が1.5g/cm3となるようにロールプレス機によりプレス加工することにより、集電体の表面に負極活物質層が形成された負極を得た。
<Preparation of electrode for negative electrode>
The negative electrode slurry was uniformly applied to the surface of a current collector made of a copper foil having a thickness of 20 μm by a doctor blade method so that the film thickness after drying was 80 μm, followed by drying at 120 ° C. for 20 minutes. Then, the negative electrode by which the negative electrode active material layer was formed in the surface of the electrical power collector was obtained by pressing with a roll press so that the density of an electrode layer might be 1.5 g / cm < 3 >.
5.3.5.リチウムイオン電池セルの組立て
露点が−80℃以下となるようAr置換されたグローブボックス内で、上記で製造した負極を直径15.95mmに打ち抜き成形したものを、2極式コインセル(宝泉株式会社製、商品名「HSフラットセル」)上に載置した。次いで、直径24mmに打ち抜いた上記「5.3.3.保護膜の作製」で得られた保護膜付きセパレータを載置し、さらに、空気が入らないように電解液を500μL注入した後、上記で製造した保護膜つき正極を直径16.16mmに打ち抜き成形したものを上記セパレータと正極に形成された保護膜とが相対するように載置し、上記2極式コインセルの外装ボディーをネジで閉めて封止することにより、リチウムイオン電池セル(蓄電デバイス)を組み立てた。なお、ここで使用した電解液は、エチレンカーボネート/エチルメチルカーボネート=1/1(質量比)の溶媒に、LiPF6を1モル/Lの濃度で溶解した溶液である。
5.3.5. Assembly of Lithium Ion Battery Cell A bipolar coin cell (Hosen Co., Ltd.) obtained by punching and molding the negative electrode produced above to a diameter of 15.95 mm in an Ar-substituted glove box with a dew point of −80 ° C. or lower. And product name “HS flat cell”). Next, the separator with the protective film obtained in “5.3.3 Production of protective film” punched out to a diameter of 24 mm was placed, and after injecting 500 μL of the electrolyte solution so that air did not enter, The positive electrode with a protective film manufactured in the above is punched into a shape of 16.16 mm and placed so that the separator and the protective film formed on the positive electrode face each other, and the outer body of the bipolar coin cell is closed with a screw. The lithium ion battery cell (electric storage device) was assembled by sealing. The electrolytic solution used here is a solution obtained by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1 mol / L in a solvent of ethylene carbonate / ethyl methyl carbonate = 1/1 (mass ratio).
5.3.6.残存容量率及び抵抗上昇率の測定
上記で製造した電池セルを25℃の恒温槽に入れ、定電流(0.2C)にて充電を開始し、電圧が4.1Vになった時点で引き続き定電圧(4.1V)にて充電を続行し、電流値が0.01Cとなった時点を充電完了(カットオフ)とした。次いで、定電流(0.2C)にて放電を開始し、電圧が2.5Vになった時点を放電完了(カットオフ)とした(エージング充放電)。
5.3.6. Measurement of remaining capacity rate and resistance increase rate The battery cell produced above was placed in a thermostatic bath at 25 ° C., charging was started at a constant current (0.2 C), and when the voltage reached 4.1 V, it was continuously determined. Charging was continued at a voltage (4.1 V), and charging was completed (cut off) when the current value reached 0.01C. Next, discharging was started at a constant current (0.2 C), and the time when the voltage reached 2.5 V was regarded as discharging completion (cut-off) (aging charge / discharge).
上記エージング充放電後のセルを25℃の恒温槽に入れ、定電流(0.2C)にて充電を開始し、電圧が4.1Vになった時点で引き続き定電圧(4.1V)にて充電を続行し、電流値が0.01Cとなった時点を充電完了(カットオフ)とした。次いで、定電流(0.2C)にて放電を開始し、電圧が2.5Vになった時点を放電完了(カットオフ)とし、0.2Cにおける放電容量(初期)の値であるC1を測定した。 The cell after the aging charge / discharge is put in a thermostat at 25 ° C., and charging is started at a constant current (0.2 C). When the voltage reaches 4.1 V, the cell is continuously maintained at a constant voltage (4.1 V). Charging was continued, and charging was completed (cut off) when the current value reached 0.01C. Next, discharge was started at a constant current (0.2 C), and when the voltage reached 2.5 V, the discharge was completed (cut off), and C1 which was the value of the discharge capacity (initial) at 0.2 C was measured. did.
上記放電容量(初期)測定後のセルを25℃の恒温槽に入れ、定電流(0.2C)にて
充電を開始し、電圧が4.1Vになった時点で引き続き定電圧(4.1V)にて充電を続行し、電流値が0.01Cとなった時点を充電完了(カットオフ)とした。
The cell after the discharge capacity (initial) measurement was placed in a constant temperature bath at 25 ° C., charging was started at a constant current (0.2 C), and when the voltage reached 4.1 V, the constant voltage (4.1 V) was continued. The charging was continued at), and the time when the current value reached 0.01 C was defined as the completion of charging (cut-off).
この充電状態のセルについてEIS測定(“Electrochemical Inpedance Spectroscopy”、「電気化学インピーダンス測定」)を行い、初期の抵抗値EISaを測定した。 An EIS measurement ("Electrochemical Impedance Spectroscopy", "electrochemical impedance measurement") was performed on the charged cell, and an initial resistance value EISA was measured.
次に、初期の抵抗値EISaを測定したセルを60℃の恒温槽に入れ、定電流(0.2C)にて充電を開始し、電圧が4.4Vになった時点で引き続き定電圧(4.4V)にて充電を168時間続行した(過充電の加速試験)。 Next, the cell in which the initial resistance value EISa was measured was placed in a constant temperature bath at 60 ° C., and charging was started at a constant current (0.2 C). When the voltage reached 4.4 V, the constant voltage (4 4V), charging was continued for 168 hours (overcharge acceleration test).
その後、この充電状態のセルを25℃の恒温槽に入れてセル温度を25℃に低下してから、定電流(0.2C)にて放電を開始し、電圧が2.5Vになった時点を放電完了(カットオフ)として、0.2Cにおける放電容量(試験後)の値であるC2を測定した。 After that, the charged cell was placed in a constant temperature bath at 25 ° C., the cell temperature was lowered to 25 ° C., and then discharging was started at a constant current (0.2 C), and the voltage became 2.5V. Was completed (cutoff), and C2 as a value of the discharge capacity at 0.2 C (after the test) was measured.
上記放電容量(試験後)のセルを25℃の恒温槽に入れ、定電流(0.2C)にて充電を開始し、電圧が4.1Vになった時点で引き続き定電圧(4.1V)にて充電を続行し、電流値が0.01Cとなった時点を充電完了(カットオフ)とした。次いで、定電流(0.2C)にて放電を開始し、電圧が2.5Vになった時点を放電完了(カットオフ)とした。このセルのEIS測定を行い、熱ストレス及び過充電ストレス印加後の抵抗値であるEISbを測定した。 The cell having the above discharge capacity (after the test) is placed in a constant temperature bath at 25 ° C., and charging is started at a constant current (0.2 C). When the voltage reaches 4.1 V, the constant voltage (4.1 V) continues. The charging was continued at, and the time when the current value reached 0.01 C was regarded as charging completion (cut-off). Next, discharging was started at a constant current (0.2 C), and the time when the voltage reached 2.5 V was regarded as completion of discharging (cut-off). EIS measurement of this cell was performed, and EISb which is a resistance value after application of thermal stress and overcharge stress was measured.
上記の各測定値を下記式(7)に代入して求めた残存容量率は90%であり、上記の各測定値を下記式(8)に代入して求めた抵抗上昇率は180%であった。
残存容量率(%)=(C2/C1)×100 ・・・(7)
抵抗上昇率(%)=(EISb/EISa)×100 ・・・(8)
この残存容量率が75%以上であり、かつ、抵抗上昇率300%以下であるとき、耐久性は良好であると評価することができる。
The remaining capacity rate obtained by substituting the above measured values into the following formula (7) is 90%, and the resistance increase rate obtained by substituting the above measured values into the following formula (8) is 180%. there were.
Remaining capacity ratio (%) = (C2 / C1) × 100 (7)
Resistance increase rate (%) = (EISb / EISa) × 100 (8)
When this remaining capacity ratio is 75% or more and the resistance increase rate is 300% or less, it can be evaluated that the durability is good.
なお、上記測定条件において「1C」とは、ある一定の電気容量を有するセルを定電流放電して1時間で放電終了となる電流値を示す。例えば「0.1C」とは、10時間かけて放電終了となる電流値のことであり、「10C」とは0.1時間かけて放電完了となる電流値のことをいう。 In the above measurement conditions, “1C” indicates a current value at which discharge is completed in one hour after constant current discharge of a cell having a certain electric capacity. For example, “0.1 C” is a current value at which discharge is completed over 10 hours, and “10 C” is a current value at which discharge is completed over 0.1 hours.
<シャットダウン特性及び200℃抵抗維持率の評価>
1M LiPF6 エチレンカーボネート/ジエチルカーボネート(3/7重量比)(キシダ化学社製)と上記「5.3.3.保護膜の作製」で得られた保護膜付きセパレータを2枚のアルミニウム(ニラコ社製)集電体の間に接触、介在させたユニットを準備し、フラットセル(タクミ技研製、フラットセル)に装填して評価セルを作製した。
<Evaluation of shutdown characteristics and 200 ° C resistance maintenance ratio>
1M LiPF 6 ethylene carbonate / diethyl carbonate (3/7 weight ratio) (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) and the separator with protective film obtained in the above “5.3.3 Production of protective film” A unit in contact with and interposed between current collectors was prepared and loaded into a flat cell (Takumi Giken, flat cell) to produce an evaluation cell.
上記評価セルを熱風炉中に静置し、温度30℃から200℃まで5℃/分の速度で昇温させ、200℃で20分保持した。この過程で、160℃、200℃到達時及び200℃20分保持後にLCRメーター(日置電機株式会社製、装置名「LCR HiTESTER」)で測定した1Hzでの抵抗は130Ω、200℃で20分保持内部抵抗を200℃到達時内部抵抗で除し、100を掛けた抵抗維持率(単位:%)は80%であった。160℃内部抵抗が100Ω以上であればシャットダウン特性が良好であると判断して○と表3中に表記し、200℃抵抗維持率は40%未満であれば不良と判断して「×」、40%以上70%未満であれば良好であると判断して「○」、70%以上であればなお良好であると判断して「◎」と表3中に表記した。 The evaluation cell was allowed to stand in a hot stove, the temperature was raised from 30 ° C. to 200 ° C. at a rate of 5 ° C./min, and held at 200 ° C. for 20 minutes. During this process, the resistance at 1 Hz measured with an LCR meter (manufactured by Hioki Electric Co., Ltd., device name “LCR HiTESTER”) when reaching 160 ° C., 200 ° C. and holding at 200 ° C. for 20 minutes is 130Ω, and held at 200 ° C. for 20 minutes. The internal resistance was divided by the internal resistance when reaching 200 ° C., and the resistance maintenance ratio (unit:%) multiplied by 100 was 80%. If the 160 ° C. internal resistance is 100Ω or more, it is judged that the shutdown characteristic is good and is described as “◯” in Table 3, and if the 200 ° C. resistance maintenance rate is less than 40%, it is judged as “poor”. Table 3 shows “good” when it is 40% or more and less than 70%, and “good” when it is 70% or more.
5.4.実施例2〜9、比較例1
表3に示す各成分を表3に示す使用割合で配合した以外は、上記実施例1と同様にして蓄電デバイスを製造し、評価した。その評価結果を表3に併せて示した。
5.4. Examples 2-9, Comparative Example 1
An electricity storage device was produced and evaluated in the same manner as in Example 1 except that each component shown in Table 3 was blended in the usage ratio shown in Table 3. The evaluation results are also shown in Table 3.
表3及び表4における各成分の略称または名称は、それぞれ以下の化合物を表す。
<水溶性ポリマー(D)>
・CMC:株式会社ダイセル製、商品名「CMC1120」、カルボキシメチルセルロースナトリウム
・PAA:和光純薬工業株式会社製、研究用試薬、ポリアクリル酸ナトリウム(MW:350,000)
・イソバン#10:株式会社クラレ製、商品名「イソバン#10」、無水マレイン酸とイソブチレンとの交互共重合体のNaOH中和物、中和度0.8
<無機フィラー(E)>
・アルミナ:住友化学株式会社製、商品名「AKP−3000」、平均粒子径0.74μm
・マグネシア:タテホ化学工業株式会社製、商品名「PUREMAG(R) FNM−G」、平均粒子径0.50μm
・チタニア:チタン工業株式会社製、商品名「KR380」、ルチル型、平均粒子径0.38μm
なお、表3及び表4における「−」の表記は、該当する成分を使用しなかったことを示す。
The abbreviations or names of the components in Table 3 and Table 4 represent the following compounds, respectively.
<Water-soluble polymer (D)>
CMC: manufactured by Daicel Corporation, trade name “CMC1120”, sodium carboxymethyl cellulose. PAA: manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., research reagent, sodium polyacrylate (MW: 350,000)
Isoban # 10: manufactured by Kuraray Co., Ltd., trade name “
<Inorganic filler (E)>
Alumina: manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., trade name “AKP-3000”, average particle size 0.74 μm
・ Magnesia: manufactured by Tateho Chemical Industry Co., Ltd., trade name “PUREMAG® FNM-G”, average particle size 0.50 μm
-Titania: manufactured by Titanium Industry Co., Ltd., trade name “KR380”, rutile type, average particle size 0.38 μm
In addition, the notation of “-” in Table 3 and Table 4 indicates that the corresponding component was not used.
5.5.実施例10
5.5.1.蓄電デバイス用組成物の調製及び評価
表4に示す各成分を表4に示す使用割合で配合した以外は、上記実施例1と同様にして表3に記載の蓄電デバイス用組成物を調製した。
5.5. Example 10
5.5.1. Preparation and evaluation of the composition for electrical storage devices The composition for electrical storage devices shown in Table 3 was prepared like Example 1 except having mix | blended each component shown in Table 4 with the use ratio shown in Table 4.
こうして得られた蓄電デバイス用組成物について、「5.1.1.合成例1」と同様の方法によりトルエン不溶分測定、DSC測定(ガラス転移温度Tg、融解温度Tm)およびTG測定(減量開始温度T10)を行った結果、トルエン不溶分は99%であった。 About the composition for electrical storage devices obtained in this way, toluene insoluble content measurement, DSC measurement (glass transition temperature Tg, melting temperature Tm) and TG measurement (start of weight loss) by the same method as “5.1.1. Synthesis Example 1” As a result of the temperature T 10 ), the toluene insoluble content was 99%.
5.5.2.蓄電デバイス電極用スラリーの調製及び評価
<ケイ素材料(活物質)の合成>
粉砕した二酸化ケイ素粉末(平均粒子径10μm)と炭素粉末(平均粒子径35μm)との混合物を、温度を1100〜1600℃の範囲に調整した電気炉中で、窒素気流下(0.5NL/分)、10時間の加熱処理を行い、組成式SiOx(x=0.5〜1.1)で表される酸化ケイ素の粉末(平均粒子径8μm)を得た。この酸化ケイ素の粉末300gをバッチ式加熱炉内に仕込み、真空ポンプにより絶対圧100Paの減圧を維持しながら、300℃/hの昇温速度にて室温(25℃)から1100℃まで昇温した。次いで、加熱炉内の圧力を2000Paに維持しつつ、メタンガスを0.5NL/分の流速にて導入しながら、1100℃、5時間の加熱処理(黒鉛被膜処理)を行った。黒鉛被膜処理終了後、50℃/hの降温速度で室温まで冷却することにより、黒鉛被膜酸化ケイ素の粉末約330gを得た。この黒鉛被膜酸化ケイ素は、酸化ケイ素の表面が黒鉛で被覆された導電性の粉末(活物質)であり、その平均粒子径は10.5μmであり、得られた黒鉛被膜酸化ケイ素の全体を100質量%とした場合の黒鉛被膜の割合は2質量%であった。
5.5.2. Preparation and evaluation of slurry for electricity storage device electrode <Synthesis of silicon material (active material)>
A mixture of pulverized silicon dioxide powder (
<蓄電デバイス電極用スラリーの調製>
二軸型プラネタリーミキサー(プライミクス株式会社製、商品名「TKハイビスミックス 2P−03」)に、負極活物質として結晶性の高いグラファイトである人造黒鉛(日立化成工業株式会社製、商品名「MAG」)80質量部(固形分換算値)、上記で得られた黒鉛被覆膜酸化ケイ素の粉末を20質量部(固形分換算値)、及び水68質量部を投入し、60rpmで1時間攪拌を行った。その後、得られたペーストに水と上記で得られた蓄電デバイス用組成物を、これに含有される重合体粒子(A)2.1質量部に相当する量投入し、固形分濃度を50質量%に調整した後、攪拌脱泡機(株式会社シンキー製、商品名「泡とり練太郎」)を使用して、200rpmで2分間、1800rpmで5分間、さ
らに減圧下(約2.5×104Pa)において1800rpmで1.5分間攪拌混合することにより、蓄電デバイス電極用スラリーを調製した。
<Preparation of slurry for electricity storage device electrode>
Artificial graphite (manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd., trade name “MAG”) having high crystallinity as a negative electrode active material in a biaxial planetary mixer (trade name “TK Hibismix 2P-03” manufactured by PRIMIX Corporation) ”) 80 parts by mass (converted to solid content), 20 parts by mass of the graphite-coated silicon oxide powder obtained above (converted to solids), and 68 parts by mass of water were added and stirred at 60 rpm for 1 hour. Went. Thereafter, water and the power storage device composition obtained above were added to the obtained paste in an amount corresponding to 2.1 parts by mass of the polymer particles (A) contained therein, and the solid content concentration was 50 masses. %, And then using a stirring defoamer (trade name “Netaro Awatori” manufactured by Shinky Co., Ltd.) for 2 minutes at 200 rpm and 5 minutes at 1800 rpm, and further under reduced pressure (about 2.5 × 10 × 10). 4 Pa), a slurry for an electricity storage device electrode was prepared by stirring and mixing at 1800 rpm for 1.5 minutes.
5.5.3.蓄電デバイス電極の製造及び評価
<蓄電デバイス電極の製造>
厚み20μmの銅箔よりなる集電体の表面に、上記で得られた蓄電デバイス電極用スラリーを、乾燥後の膜厚が80μmとなるようにドクターブレード法によって均一に塗布し、60℃で10分間乾燥し、次いで120℃で10分間乾燥処理した。その後、活物質層の密度が1.6g/cm3になるようにロールプレス機によりプレス加工することにより、蓄電デバイス電極(負極)を得た。
5.5.3. Production and evaluation of electricity storage device electrode <Production of electricity storage device electrode>
The electricity storage device electrode slurry obtained above was uniformly applied to the surface of a current collector made of copper foil having a thickness of 20 μm by a doctor blade method so that the film thickness after drying was 80 μm. It was dried for 10 minutes and then dried at 120 ° C. for 10 minutes. Then, the electrical storage device electrode (negative electrode) was obtained by pressing with a roll-press machine so that the density of an active material layer may be 1.6 g / cm < 3 >.
<密着性評価>
上記で得られた蓄電デバイス電極(負極)から幅2cm×長さ12cmの試験片を切り出し、この試験片の活物質層側の表面を、幅25mmの両面テープ(ニチバン株式会社製、商品名「ナイスタック(登録商標)」)を用いてアルミニウム板に貼り付けた。一方、試験片の集電体の表面に、幅18mmテープ(ニチバン株式会社製、商品名「セロテープ(登録商標)」、JIS Z1522に規定)を貼り付けた。この幅18mmテープを90°方向に50mm/minの速度で2cm剥離したときの力(N/m)を6回測定し、その平均値を密着強度(ピール強度、N/m)として算出した。このピール強度の値が大きいほど、集電体と活物質層との密着強度が高く、集電体から活物質層が剥離し難いと評価することができる。定量的には、ピール強度の値が8N/m以上である場合、密着強度が良好であると判断することができる。このときの評価結果を以下のように判定し、密着性評価の評価結果を表4に併せて示した。
◎:ピール強度の値が8N/m以上
〇:ピール強度の値が5N/m以上8N/m未満
×:ピール強度の値が5N/m未満
<Adhesion evaluation>
A test piece having a width of 2 cm and a length of 12 cm was cut out from the electricity storage device electrode (negative electrode) obtained above, and the surface of the test piece on the active material layer side was coated with a double-sided tape having a width of 25 mm (product name “Nichiban Co., Ltd. It was affixed on the aluminum plate using a Nystack (registered trademark) ”. On the other hand, a 18 mm wide tape (manufactured by Nichiban Co., Ltd., trade name “Cello Tape (registered trademark)”, prescribed in JIS Z1522) was attached to the surface of the current collector of the test piece. The force (N / m) when this 18 mm wide tape was peeled 2 cm in the 90 ° direction at a speed of 50 mm / min was measured 6 times, and the average value was calculated as the adhesion strength (peel strength, N / m). It can be evaluated that the larger the peel strength value, the higher the adhesion strength between the current collector and the active material layer, and the more difficult the active material layer peels from the current collector. Quantitatively, when the peel strength value is 8 N / m or more, it can be determined that the adhesion strength is good. The evaluation results at this time were determined as follows, and the evaluation results of the adhesion evaluation are also shown in Table 4.
A: Peel strength value is 8 N / m or more ○: Peel strength value is 5 N / m or more and less than 8 N / m ×: Peel strength value is less than 5 N / m
5.5.4.蓄電デバイスの製造及び評価
<対極(正極)の製造>
二軸型プラネタリーミキサー(プライミクス株式会社製、商品名「TKハイビスミックス 2P−03」)に、電気化学デバイス電極用バインダー(株式会社クレハ製、商品名「KFポリマー#1120」)4.0質量部(固形分換算値)、導電助剤(電気化学工業株式会社製、商品名「デンカブラック50%プレス品」)3.0質量部、正極活物質として平均粒子径5μmのLiCoO2(ハヤシ化成株式会社製)100質量部(固形分換算値)及びN−メチルピロリドン36質量部を投入し、60rpmで2時間攪拌を行った。得られたペーストにN−メチルピロリドンを追加し、固形分濃度を65質量%に調製した後、攪拌脱泡機(株式会社シンキー製、商品名「泡とり練太郎」)を使用して、200rpmで2分間、1,800rpmで5分間、さらに減圧下(約2.5×104Pa)において1,800rpmで1.5分間攪拌混合することにより、正極用スラリーを調製した。アルミニウム箔よりなる集電体の表面に、この正極用スラリーを、溶媒除去後の膜厚が80μmとなるようにドクターブレード法によって均一に塗布し、120℃で20分間加熱して溶媒を除去した。その後、活物質層の密度が3.0g/cm3となるようにロールプレス機によりプレス加工することにより、対極(正極)を得た。
5.5.4. Manufacturing and evaluation of electricity storage devices <Manufacture of counter electrode (positive electrode)>
Biaxial planetary mixer (product name “TK Hibismix 2P-03” manufactured by PRIMIX Corporation) and electrochemical device electrode binder (product name “KF polymer # 1120” manufactured by Kureha Co., Ltd.) 4.0 mass Parts (solid content conversion value), conductive auxiliary agent (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd., trade name “
<リチウムイオン電池セルの組立て>
露点が−80℃以下となるようAr置換されたグローブボックス内で、上記で製造した負極を直径15.95mmに打ち抜き成形したものを、2極式コインセル(宝泉株式会社製、商品名「HSフラットセル」)上に載置した。次いで、直径24mmに打ち抜いたポリプロピレン製多孔膜からなるセパレータ(セルガード株式会社製、商品名「セルガード#2400」)を載置し、さらに、空気が入らないように電解液を500μL注入した後
、上記で製造した正極を直径16.16mmに打ち抜き成形したものを載置し、前記2極式コインセルの外装ボディーをネジで閉めて封止することにより、リチウムイオン電池セル(蓄電デバイス)を組み立てた。ここで使用した電解液は、エチレンカーボネート/エチルメチルカーボネート=1/1(質量比)の溶媒に、LiPF6を1モル/Lの濃度で溶解した溶液である。
<Assembly of lithium-ion battery cells>
In a glove box substituted with Ar so that the dew point is −80 ° C. or less, the negative electrode produced above was punched and molded to a diameter of 15.95 mm. A bipolar coin cell (trade name “HS Mounted on a flat cell "). Next, a separator made of a polypropylene porous film punched to a diameter of 24 mm (product name “Celguard # 2400” manufactured by Celgard Co., Ltd.) was placed, and after injecting 500 μL of electrolyte so that air did not enter, A lithium ion battery cell (power storage device) was assembled by placing the positive electrode manufactured in the above-described method by punching and molding the positive electrode to a diameter of 16.16 mm, and sealing the outer body of the bipolar coin cell with a screw. The electrolytic solution used here is a solution obtained by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1 mol / L in a solvent of ethylene carbonate / ethyl methyl carbonate = 1/1 (mass ratio).
<10サイクル目保持率の評価>
上記で製造した蓄電デバイスにつき、25℃に調温された恒温槽にて、定電流(0.5C)にて充電を開始し、電圧が4.2Vになった時点で引き続き定電圧(4.2V)にて充電を続行し、電流値が0.05Cとなった時点で充電完了(カットオフ)する。次いで、定電流(0.5C)にて放電を開始し、電圧が3Vになった時点を放電完了(カットオフ)とし、0.5Cでの1回目の放電容量を測定した。上記充放電をあと9回繰り返し行い、1回目の放電容量に対する10回目の放電容量の割合(百分率%)を計算することにより10サイクル目保持率(%)を算出した。10サイクル目保持率が80%を超える場合、充放電サイクル特性が良好であると判断することができる。このときの評価結果を以下のように判定し、10サイクル目保持率の評価結果を表4に併せて示した。
◎:10サイクル目保持率が80%以上
○:10サイクル目保持率が50%以上80%未満
×:10サイクル目保持率が50%未満
<Evaluation of 10th cycle retention>
About the electrical storage device manufactured above, charging was started at a constant current (0.5 C) in a thermostatic chamber adjusted to 25 ° C., and when the voltage reached 4.2 V, the constant voltage (4. Charging is continued at 2V), and charging is completed (cut off) when the current value reaches 0.05C. Next, discharging was started at a constant current (0.5 C), and when the voltage reached 3 V, discharging was completed (cut off), and the first discharge capacity at 0.5 C was measured. The charge / discharge was repeated 9 times, and the 10th cycle retention rate (%) was calculated by calculating the ratio (percent%) of the 10th discharge capacity to the first discharge capacity. When the 10th cycle retention rate exceeds 80%, it can be determined that the charge / discharge cycle characteristics are good. The evaluation results at this time were determined as follows, and the evaluation results of the tenth cycle retention were also shown in Table 4.
A: Retention rate at 10th cycle is 80% or more B: Retention rate at 10th cycle is 50% or more and less than 80% X: Retention rate at 10th cycle is less than 50%
<充放電レート特性の評価>
上記で製造した蓄電デバイスにつき、25℃に調温された恒温槽にて、定電流(0.2C)にて充電を開始し、電圧が4.2Vになった時点で引き続き定電圧(4.2V)にて充電を続行し、電流値が0.01Cとなった時点を充電完了(カットオフ)として、0.2Cでの充電容量を測定した。次いで、定電流(0.2C)にて放電を開始し、電圧が2.7Vになった時点を放電完了(カットオフ)とし、0.2Cでの放電容量を測定した。
<Evaluation of charge / discharge rate characteristics>
About the electrical storage device manufactured above, charging was started at a constant current (0.2 C) in a thermostatic chamber adjusted to 25 ° C., and when the voltage reached 4.2 V, the constant voltage (4. Charging was continued at 2 V), and the charging capacity at 0.2 C was measured with the time when the current value reached 0.01 C as the completion of charging (cut-off). Next, discharge was started at a constant current (0.2 C), and when the voltage reached 2.7 V, the discharge was completed (cut off), and the discharge capacity at 0.2 C was measured.
次に、同じセルにつき、定電流(3C)にて充電を開始し、電圧が4.2Vになった時点で引き続き定電圧(4.2V)にて充電を続行し、電流値が0.01Cとなった時点を充電完了(カットオフ)として3Cでの充電容量を測定した。次いで、定電流(3C)にて放電を開始し、電圧が2.7Vになった時点を放電完了(カットオフ)とし、3Cでの放電容量を測定した。 Next, charging is started at a constant current (3C) for the same cell, and when the voltage reaches 4.2V, charging is continued at a constant voltage (4.2V). The charging capacity at 3C was measured with the time point of becoming the completion of charging (cut-off). Next, discharge was started at a constant current (3C), and when the voltage reached 2.7 V, the discharge was completed (cut off), and the discharge capacity at 3C was measured.
上記の測定値を用いて、0.2Cでの充電容量に対する3Cでの充電容量の割合(百分率%)を計算することにより充電レート(%)を、0.2Cでの放電容量に対する3Cでの放電容量の割合(百分率%)を計算することにより放電レート(%)を、それぞれ算出した。充電レート及び放電レートの双方がいずれもが80%以上のとき、充放電レート特性は良好であると評価することができる。このときの評価結果を以下のように判定し、充放電レート特性の評価結果を表4に併せて示した。
◎:充電レート及び放電レートの双方がいずれも80%以上
○:充電レート及び放電レートの少なくとも一方が80%未満
×:充電レート及び放電レートの双方がいずれも80%未満
Using the measured values above, calculate the charge rate (%) by calculating the ratio (percent%) of the charge capacity at 3C to the charge capacity at 0.2C at 3C versus the discharge capacity at 0.2C. The discharge rate (%) was calculated by calculating the discharge capacity ratio (percentage%). When both the charge rate and the discharge rate are 80% or more, it can be evaluated that the charge / discharge rate characteristics are good. The evaluation results at this time were determined as follows, and the evaluation results of the charge / discharge rate characteristics are also shown in Table 4.
◎: Both the charge rate and the discharge rate are 80% or more ○: At least one of the charge rate and the discharge rate is less than 80% ×: Both the charge rate and the discharge rate are less than 80%
なお、測定条件において「1C」とは、ある一定の電気容量を有するセルを定電流放電して1時間で放電終了となる電流値のことを示す。例えば「0.1C」とは、10時間かけて放電終了となる電流値のことであり、10Cとは0.1時間かけて放電完了となる電流値のことをいう。 In the measurement conditions, “1C” indicates a current value at which discharge is completed in one hour after constant current discharge of a cell having a certain electric capacity. For example, “0.1 C” is a current value at which discharge is completed over 10 hours, and 10 C is a current value at which discharge is completed over 0.1 hours.
5.6.実施例11〜15、比較例2
表4に示す各成分を表4に示す使用割合で配合した以外は、上記実施例10と同様にし
て表4に記載の蓄電デバイス用組成物を作製した。こうして得られた蓄電デバイス用組成物について、「5.1.1.合成例1」と同様の方法によりトルエン不溶分測定を行い、それらの結果を表4に併せて示した。また、重合体粒子(A)のイオン性官能基量Ma(mmol)について、上記実施例1と同様にして計算して求め、表4に併せて示した。
5.6. Examples 11 to 15 and Comparative Example 2
The composition for electrical storage devices shown in Table 4 was produced like Example 10 except having mix | blended each component shown in Table 4 with the use ratio shown in Table 4. FIG. About the composition for electrical storage devices obtained in this way, toluene insoluble content was measured by the same method as “5.1.1. Synthesis Example 1”, and the results are also shown in Table 4. Moreover, it calculated | required similarly to the said Example 1 about the ionic functional group amount Ma (mmol) of a polymer particle (A), and it showed in Table 4 together.
上表3から明らかなように、実施例1〜9に示した本願発明に係る保護膜を有するセパレータを具備する蓄電デバイス(リチウムイオン電池)は、耐久試験後の残存容量、および抵抗上昇の抑制に優れたものであった。一方、比較例1では、良好な残存容量および抵抗上昇率の抑制の両方を満たす蓄電デバイスは得られなかった。この理由として金属化合
物と、重合体粒子あるいは水溶性ポリマーが架橋を形成することで、上記効果を発現すると考えられる。
As is apparent from Table 3 above, the electricity storage device (lithium ion battery) including the separator having the protective film according to the present invention shown in Examples 1 to 9 has a remaining capacity after the durability test and a suppression of an increase in resistance. It was excellent. On the other hand, in Comparative Example 1, an electricity storage device that satisfies both the good remaining capacity and the suppression of the resistance increase rate was not obtained. The reason for this is considered to be that the metal compound and the polymer particles or the water-soluble polymer form a cross-link, thereby exhibiting the above effect.
上表4から明らかなように、実施例10〜15に示した本願発明に係る蓄電デバイス用組成物を用いて作製された電極を蓄電デバイス(リチウムイオン電池)は、保護膜と電極との接着性が良好であると共に、充放電サイクル特性、充放電レート特性が良好であることが確認できた。一方、比較例2では、密着性、充放電サイクル特性、充放電レート特性のいずれも良好である蓄電デバイスは得られなかった。この理由として金属化合物と、重合体粒子あるいは水溶性ポリマーが架橋を形成することで、上記効果を発現すると考えられる。 As is clear from Table 4 above, the electrode produced using the composition for an electricity storage device according to the present invention shown in Examples 10 to 15 is an electricity storage device (lithium ion battery), which is an adhesive between the protective film and the electrode. It was confirmed that the chargeability / discharge cycle characteristics and charge / discharge rate characteristics were good. On the other hand, in Comparative Example 2, an electricity storage device having good adhesion, charge / discharge cycle characteristics, and charge / discharge rate characteristics was not obtained. The reason for this is considered to be that the metal compound and the polymer particles or the water-soluble polymer form a cross-link, thereby exhibiting the above effect.
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成)を包含する。また本発明は、上記の実施形態で説明した構成の本質的でない部分を他の構成に置き換えた構成を包含する。さらに本発明は、上記の実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成をも包含する。さらに本発明は、上記の実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成をも包含する。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. The present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same objects and effects). The present invention also includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the above embodiment is replaced with another configuration. Furthermore, the present invention includes a configuration that achieves the same effects as the configuration described in the above embodiment or a configuration that can achieve the same object. Furthermore, the present invention includes a configuration obtained by adding a known technique to the configuration described in the above embodiment.
1,2,3…蓄電デバイス、10,110,210…正極、12,112,212…正極集電体、14,114,214…正極活物質層、20,120,220…負極、22,122,222…負極集電体、24,124,224…負極活物質層、30,130,230…保護膜、40,140,240…電解液、150,250…セパレータ
1, 2, 3 ...
Claims (21)
金属錯塩(B)と、
液状媒体(C)と、
を含有する、蓄電デバイス用組成物。 Polymer particles (A);
A metal complex salt (B),
A liquid medium (C);
The composition for electrical storage devices containing this.
を二つ以上有する化合物を除く。)に由来する繰り返し単位の少なくとも一方をさらに含有する、請求項12に記載の蓄電デバイス用組成物。 The polymer particle (A2) is a repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid ester (excluding a compound having two or more polymerizable unsaturated groups) and an aromatic vinyl compound (two or more polymerizable unsaturated groups). The composition for electrical storage devices according to claim 12, further comprising at least one of repeating units derived from (1).
An electricity storage device comprising the electrode for an electricity storage device according to claim 20.
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