JP2018060603A - Binder composition for lithium ion secondary battery positive electrode, lithium ion secondary battery positive electrode, and lithium ion secondary battery - Google Patents
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Abstract
【課題】リチウムイオン二次電池を形成した場合に常温下及び低温下での充放電のサイクル特性が良好となるリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物の提供。【解決手段】平均ケン化度が60〜95モル%のポリビニルアルコール系樹脂(A)及びスチレン系熱可塑性エラストマー(B)を含有してなることを特徴とするリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物。【選択図】なしPROBLEM TO BE SOLVED: To provide a binder composition for a lithium ion secondary battery positive electrode, which has good cycle characteristics of charge/discharge at room temperature and at low temperature when a lithium ion secondary battery is formed. A binder composition for a positive electrode of a lithium ion secondary battery, comprising a polyvinyl alcohol resin (A) having an average degree of saponification of 60 to 95 mol% and a styrene thermoplastic elastomer (B). Stuff. [Selection diagram] None
Description
本発明は、リチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物、リチウムイオン二次電池正極、及びリチウムイオン二次電池に関する。詳細には、リチウムイオン二次電池の正極を構成するために、活物質とともに用いられ、リチウムイオン二次電池を形成した場合に常温下及び低温下での充放電のサイクル特性が良好となるバインダー組成物、当該バインダー組成物を用いて得られるリチウムイオン二次電池正極、ならびに当該リチウムイオン二次電池正極を有するリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a binder composition for a lithium ion secondary battery positive electrode, a lithium ion secondary battery positive electrode, and a lithium ion secondary battery. Specifically, a binder that is used together with an active material to form a positive electrode of a lithium ion secondary battery, and has good charge / discharge cycle characteristics at room temperature and low temperature when a lithium ion secondary battery is formed. The present invention relates to a composition, a lithium ion secondary battery positive electrode obtained using the binder composition, and a lithium ion secondary battery having the lithium ion secondary battery positive electrode.
リチウムイオン二次電池は、軽量でエネルギー密度が高いこと、繰り返し充放電に対する耐久性が高いことから、携帯電話やノートパソコンなどの電子デバイスの電源として用いられている。また、電気自動車等の電動車両においても、放電・充電できる電源装置として活用されている。特に、近年の電池の大型化に伴い、高容量であり且つ急速充放電対応可能であるなど、性能の更に高い電池が要求されている。 Lithium ion secondary batteries are light and have high energy density and high durability against repeated charge and discharge, and are therefore used as power sources for electronic devices such as mobile phones and laptop computers. Moreover, it is utilized as a power supply device that can be discharged and charged in an electric vehicle such as an electric vehicle. In particular, with the recent increase in size of batteries, there is a demand for batteries having higher performance such as high capacity and capable of rapid charge / discharge.
リチウムイオン二次電池は、一般に、正極活物質を含む正極活物質層が正極集電体の両面に形成された正極と、負極活物質を含む負極活物質層が負極集電体の両面に形成された負極とが、電解質層を介して接続され、電池ケースに収納される構成を有している。このような電極は、活物質と電極用バインダーとの混合スラリーを集電体表面に塗布、乾燥することにより形成される。 Generally, in a lithium ion secondary battery, a positive electrode active material layer including a positive electrode active material is formed on both surfaces of a positive electrode current collector, and a negative electrode active material layer including a negative electrode active material is formed on both surfaces of the negative electrode current collector. The negative electrode is connected via an electrolyte layer and is housed in a battery case. Such an electrode is formed by applying and drying a mixed slurry of an active material and an electrode binder on the current collector surface.
ここで電極用バインダーは、活物質同士を結着するとともに、集電体である金属箔と活物質とを結着する働きをしている。バインダーが十分な量の活物質を集電体に結着できないか、又は、活物質同士を結着できないと、容量の大きな電池は得られない。また、充放電を繰り返すことによってバインダーが徐々に酸化され、活物質の集電体への結着力が低下し、集電体から活物質が脱落して電池の容量が低下するおそれがある。
また電極の製造工程はロール・ツー・ロールでの成形工程を含むので、作製された電極には高い柔軟性や可とう性が求められる。もし電極が十分な柔軟性や可とう性を有していないと、合剤層の割れ、活物質の剥離・脱落が発生して電池容量が低下するおそれがある。そのため、結着力と柔軟性の両方を兼ね備えたバインダーが要求されている。
Here, the binder for electrodes serves to bind the active materials to each other and bind the metal foil, which is a current collector, to the active material. If the binder cannot bind a sufficient amount of the active material to the current collector, or if the binder cannot bind the active materials, a battery having a large capacity cannot be obtained. Further, by repeating charge and discharge, the binder is gradually oxidized, the binding force of the active material to the current collector is reduced, and the active material may fall off from the current collector and the battery capacity may be reduced.
Moreover, since the manufacturing process of the electrode includes a roll-to-roll forming process, the manufactured electrode is required to have high flexibility and flexibility. If the electrode does not have sufficient flexibility and flexibility, the mixture layer may be cracked and the active material may be peeled or dropped, resulting in a decrease in battery capacity. Therefore, a binder having both binding power and flexibility is required.
この問題を解決する方法として、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)のような柔軟なフッ素系樹脂をバインダーに使用する方法が知られている。しかしPVDFは結着力が弱いので、バインダーを多く使用しないと結着力が低下するおそれがあった。 As a method for solving this problem, a method is known in which a flexible fluorine-based resin such as polyvinylidene fluoride (PVDF) is used as a binder. However, since PVDF has a weak binding force, there is a possibility that the binding force may decrease unless a large amount of binder is used.
また、リチウムイオン二次電池電極用バインダー組成物として、負極の場合にはポリビニルアルコール系樹脂等の水溶性バインダーを用いることが提案されている。例えば、高い充放電容量を発現し、かつ柔軟性の高い電極を得るために、エチレン性不飽和単量体に由来する重合体粒子が、粘度平均重合度400〜3000のポリビニルアルコール系樹脂の水溶液中に分散しているエマルジョンを含むリチウムイオン二次電池電極用バインダー組成物が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In addition, as a binder composition for a lithium ion secondary battery electrode, it has been proposed to use a water-soluble binder such as a polyvinyl alcohol resin in the case of a negative electrode. For example, an aqueous solution of a polyvinyl alcohol-based resin having a viscosity average degree of polymerization of 400 to 3000, in which polymer particles derived from an ethylenically unsaturated monomer exhibit a high charge / discharge capacity and a highly flexible electrode. A binder composition for lithium ion secondary battery electrodes containing an emulsion dispersed therein has been proposed (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、上記特許文献1には、実施例において負極用のバインダー組成物が記載されているものの、正極用のバインダー組成物については具体的な評価までは記載されていない。 However, although the said patent document 1 has described the binder composition for negative electrodes in the Example, it does not describe until the specific evaluation about the binder composition for positive electrodes.
一方、高エネルギー密度を有するリチウムイオン二次電池は、電気自動車やハイブリッド車等の自動車の駆動電源として用いられるため、高い出力特性が求められる。特に自動車は、寒冷地においても短時間での高負荷の入出力が必要であるため、常温下のみならず低温下における高い入出力特性が求められる。
しかしながら、リチウムイオン二次電池に用いられる非水電解液は、低温時の粘度上昇によるイオン伝導度の大幅な低下を引き起こす場合がある。したがって、リチウムイオン二次電池の低温下での入出力特性を向上させることは、電気自動車やハイブリッド車等の自動車の駆動電源として用いる場合において重要な課題である。
On the other hand, since a lithium ion secondary battery having a high energy density is used as a driving power source for an automobile such as an electric vehicle or a hybrid vehicle, high output characteristics are required. In particular, automobiles require high load input / output in a short time even in a cold region, and therefore high input / output characteristics not only at room temperature but also at low temperatures are required.
However, non-aqueous electrolytes used for lithium ion secondary batteries may cause a significant decrease in ionic conductivity due to increased viscosity at low temperatures. Therefore, improving the input / output characteristics of the lithium ion secondary battery at a low temperature is an important issue when used as a drive power source for automobiles such as electric cars and hybrid cars.
そこで、本発明はこのような背景下において、リチウムイオン二次電池を形成した場合に常温下及び低温下での充放電のサイクル特性が良好となるリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物、当該バインダー組成物を用いて得られるリチウムイオン二次電池正極、及び当該リチウムイオン二次電池正極を有するリチウムイオン二次電池を提供することを目的とするものである。 Therefore, the present invention, in such a background, when a lithium ion secondary battery is formed, the binder composition for a lithium ion secondary battery positive electrode, in which the cycle characteristics of charge and discharge at room temperature and low temperature are good, An object of the present invention is to provide a lithium ion secondary battery positive electrode obtained by using a binder composition and a lithium ion secondary battery having the lithium ion secondary battery positive electrode.
しかるに、本発明者らは、かかる事情に鑑み鋭意研究を重ねた結果、所定の平均ケン化度を有するポリビニルアルコール系樹脂(A)及びスチレン系熱可塑性エラストマー(B)をリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物に用いることによって、好ましくはポリビニルアルコール系樹脂(A)及びスチレン系熱可塑性エラストマー(B)を含有してなるラテックス[I]をリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物に用いることによって、リチウムイオン二次電池を形成した場合に、常温下及び低温下での充放電のサイクル特性が良好となることを見出し、本発明を完成した。 However, as a result of intensive studies in view of such circumstances, the present inventors have determined that a polyvinyl alcohol resin (A) and a styrene thermoplastic elastomer (B) having a predetermined average saponification degree are lithium ion secondary battery positive electrodes. The latex [I] containing the polyvinyl alcohol resin (A) and the styrene thermoplastic elastomer (B) is preferably used for the binder composition for a lithium ion secondary battery positive electrode. Thus, when a lithium ion secondary battery is formed, the charge / discharge cycle characteristics at room temperature and low temperature are improved, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明の要旨は、平均ケン化度が60〜95モル%のポリビニルアルコール系樹脂(A)及びスチレン系熱可塑性エラストマー(B)を含有してなることを特徴とするリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物、好ましくは平均ケン化度が60〜95モル%のポリビニルアルコール系樹脂(A)及びスチレン系熱可塑性エラストマー(B)を含有してなるラテックス[I]を含むことを特徴とするリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物に関するものである。 That is, the gist of the present invention is a lithium ion secondary battery comprising a polyvinyl alcohol resin (A) having an average saponification degree of 60 to 95 mol% and a styrene thermoplastic elastomer (B). A positive electrode binder composition, preferably comprising a latex [I] containing a polyvinyl alcohol resin (A) having an average degree of saponification of 60 to 95 mol% and a styrene thermoplastic elastomer (B). The present invention relates to a lithium ion secondary battery positive electrode binder composition.
また、本発明の要旨は、本発明のリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物を用いて得られるリチウムイオン二次電池正極、更に、本発明のリチウムイオン二次電池正極を有するリチウムイオン二次電池にも関するものである。 Further, the gist of the present invention is a lithium ion secondary battery positive electrode obtained using the binder composition for a lithium ion secondary battery positive electrode of the present invention, and further a lithium ion secondary battery having the lithium ion secondary battery positive electrode of the present invention. It also relates to batteries.
なお、以下では、「リチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物」を単に「正極用バインダー組成物」と略称することがある。また、「ポリビニルアルコール系樹脂」を「PVA系樹脂」と表記することがある。 In the following, “a binder composition for a positive electrode of a lithium ion secondary battery” may be simply abbreviated as “a binder composition for a positive electrode”. In addition, “polyvinyl alcohol resin” may be referred to as “PVA resin”.
本発明のリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物は、リチウムイオン二次電池を形成した場合に、活物質同士、または活物質と集電体間の結着性を担保しながらも、PVA系樹脂が電解液、とりわけ有機系電解液と適度な親和性を発揮するため、常温下及び低温下でのイオン伝導度の低下を抑制することができ、そのため、常温下及び低温下での充放電のサイクル特性が良好なリチウムイオン二次電池を得ることができる。 The binder composition for a lithium ion secondary battery positive electrode of the present invention, when forming a lithium ion secondary battery, ensures the binding between the active materials or between the active material and the current collector, while being a PVA-based material. Since the resin exhibits moderate affinity with electrolytes, especially organic electrolytes, it is possible to suppress a decrease in ionic conductivity at normal and low temperatures, and therefore charge and discharge at normal and low temperatures. A lithium ion secondary battery with good cycle characteristics can be obtained.
本発明において、バインダーは活物質と電解液との界面上に存在しており、リチウムイオン電池における電池抵抗に大きな影響を与える。これは、電解液の粘度が上昇し、Liイオン伝導度が顕著に低下する低温時においてより明確に影響する。本発明で使用するPVA系樹脂(A)及びスチレン系熱可塑性エラストマー(B)を含有してなるバインダー組成物において、PVA系樹脂(A)が有機系電解液と適度な親和性を持つため、低温時においてもLiイオンの移動を阻害しない。そのため、常温下及び低温下での良好な充放電サイクル特性を発揮することが可能となる。 In the present invention, the binder exists on the interface between the active material and the electrolytic solution, and greatly affects the battery resistance in the lithium ion battery. This influences more clearly at low temperatures when the viscosity of the electrolyte increases and the Li ion conductivity decreases significantly. In the binder composition comprising the PVA resin (A) and the styrene thermoplastic elastomer (B) used in the present invention, the PVA resin (A) has an appropriate affinity with the organic electrolyte solution. It does not inhibit the movement of Li ions even at low temperatures. Therefore, it is possible to exhibit good charge / discharge cycle characteristics at room temperature and low temperature.
以下、本発明の構成につき詳細に説明するが、これらは望ましい実施態様の一例を示すものであり、本発明はこれらの内容に特定されるものではない。
なお、本明細書において、アクリルとメタクリルを特段区別しない場合には、(メタ)アクリルと総称し、アクリレートとメタクリレートを特段区別しない場合には(メタ)アクリレートと総称する。
本発明において固形分とは、対象物を105℃、3時間の乾燥減量法に供することにより得られるものを意味する。
Hereinafter, although it demonstrates in detail about the structure of this invention, these show an example of a desirable embodiment, and this invention is not specified by these content.
In this specification, acrylic and methacryl are collectively referred to as (meth) acryl when not particularly distinguished, and acrylate and methacrylate are collectively referred to as (meth) acrylate when not particularly distinguished.
In the present invention, the solid content means that obtained by subjecting an object to a drying loss method at 105 ° C. for 3 hours.
<リチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物>
本発明のリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物は、平均ケン化度が60〜95モル%のPVA系樹脂(A)及びスチレン系熱可塑性エラストマー(B)を含有してなるものであり、好ましくはPVA系樹脂(A)及びスチレン系熱可塑性エラストマー(B)を含有してなるラテックス[I]を含むものである。
かかるラテックス[I]を得る方法としては、例えば、(1)かかるPVA系樹脂(A)とスチレン系熱可塑性エラストマー(B)とを溶融混練したものを水に分散させラテックスを得る方法、(2)PVA系樹脂(A)の存在下にスチレン系モノマーを乳化重合し、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)のラテックスを得る方法、等が挙げられる。
<Binder composition for positive electrode of lithium ion secondary battery>
The binder composition for a lithium ion secondary battery positive electrode of the present invention comprises a PVA resin (A) having an average saponification degree of 60 to 95 mol% and a styrene thermoplastic elastomer (B), Preferably, a latex [I] containing a PVA resin (A) and a styrene thermoplastic elastomer (B) is included.
As a method for obtaining such a latex [I], for example, (1) a method of obtaining a latex by dispersing a melt-kneaded mixture of such a PVA resin (A) and a styrene thermoplastic elastomer (B) in water, (2 And a method of emulsion polymerization of a styrene monomer in the presence of a PVA resin (A) to obtain a latex of a styrene thermoplastic elastomer (B).
〔ポリビニルアルコール系樹脂(A)〕
本発明で用いられるPVA系樹脂(A)としては、例えば、公知一般の水溶性のPVA系樹脂が挙げられる。
かかるPVA系樹脂(A)は、例えば、ビニルエステル系モノマーを重合し、ケン化することにより得られる。
[Polyvinyl alcohol resin (A)]
As a PVA-type resin (A) used by this invention, a well-known general water-soluble PVA-type resin is mentioned, for example.
Such a PVA resin (A) can be obtained, for example, by polymerizing and saponifying a vinyl ester monomer.
上記ビニルエステル系モノマーとしては、代表的には酢酸ビニルが挙げられる。また酢酸ビニルの代わりに、例えば、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、カプロン酸ビニル、カプリル酸ビニル、カプリン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ミリスチン酸ビニル、パルミチン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、シクロヘキサンカルボン酸ビニル、ピパリン酸ビニル、オクチル酸ビニル、モノクロロ酢酸ビニル、アジピン酸ビニル、メタクリル酸ビニル、クロトン酸ビニル、ソルビン酸ビニル、安息香酸ビニル、桂皮酸ビニル、トリフロロ酢酸ビニル等を例示できるが、価格や入手の容易さの観点で、酢酸ビニルが好ましく用いられる。 A typical example of the vinyl ester monomer is vinyl acetate. Also, instead of vinyl acetate, for example, vinyl propionate, vinyl butyrate, vinyl caproate, vinyl caprylate, vinyl caprate, vinyl laurate, vinyl myristate, vinyl palmitate, vinyl stearate, vinyl cyclohexanecarboxylate, piperine Examples include vinyl acid, vinyl octylate, vinyl monochloroacetate, vinyl adipate, vinyl methacrylate, vinyl crotonate, vinyl sorbate, vinyl benzoate, vinyl cinnamate, and vinyl trifluoroacetate. In view of the above, vinyl acetate is preferably used.
ビニルエステル系モノマーの重合は、公知の任意の重合法、例えば、溶液重合、懸濁重合、乳化重合などにより行うことができる。なかでも、反応熱を効率的に除去できる溶液重合を還流下で行うことが好ましい。溶液重合の溶媒としては、通常はアルコールが用いられ、好ましくは炭素数1〜3の低級アルコールが用いられる。 The polymerization of the vinyl ester monomer can be performed by any known polymerization method such as solution polymerization, suspension polymerization, emulsion polymerization and the like. Especially, it is preferable to perform the solution polymerization which can remove reaction heat efficiently under recirculation | reflux. As the solvent for the solution polymerization, alcohol is usually used, and preferably a lower alcohol having 1 to 3 carbon atoms is used.
得られた共重合体のケン化についても、従来のPVA系樹脂で行われている公知のケン化方法を採用することができる。すなわち、重合体をアルコール又は水/アルコール溶媒に溶解させた状態で、アルカリ触媒又は酸触媒を用いてケン化を行うことができる。
前記アルカリ触媒としては、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、ナトリウムメチラート、ナトリウムエチラート、カリウムメチラート、リチウムメチラート等のアルカリ金属の水酸化物やアルコラートを用いることができる。
通常、無水アルコール系溶媒下、アルカリ触媒を用いたエステル交換反応が反応速度の点や脂肪酸塩等の不純物を低減できるなどの点で好適に用いられる。
Also for the saponification of the obtained copolymer, a known saponification method performed with a conventional PVA-based resin can be employed. That is, saponification can be performed using an alkali catalyst or an acid catalyst in a state where the polymer is dissolved in alcohol or water / alcohol solvent.
Examples of the alkali catalyst include alkali metal hydroxides and alcoholates such as potassium hydroxide, sodium hydroxide, sodium methylate, sodium ethylate, potassium methylate, and lithium methylate.
Usually, an ester exchange reaction using an alkali catalyst in an anhydrous alcohol solvent is suitably used in terms of reaction rate and reduction of impurities such as fatty acid salts.
ケン化反応の反応温度は、通常20℃〜60℃である。反応温度が低すぎると、反応速度が小さくなり反応効率が低下する傾向があり、高すぎると反応溶媒の沸点以上となる場合があり、製造面における安全性が低下する傾向がある。なお、耐圧性の高い塔式連続ケン化塔などを用いて高圧下でケン化する場合には、より高温、例えば、80〜150℃でケン化することが可能であり、少量のケン化触媒でも短時間、高ケン化度のものを得ることが可能である。 The reaction temperature of the saponification reaction is usually 20 ° C to 60 ° C. If the reaction temperature is too low, the reaction rate tends to decrease and the reaction efficiency tends to decrease. If it is too high, the reaction solvent may have a boiling point or higher, and the safety in production tends to decrease. In addition, when saponifying under high pressure using a tower type continuous saponification tower having high pressure resistance, it is possible to saponify at a higher temperature, for example, 80 to 150 ° C., and a small amount of saponification catalyst. However, it is possible to obtain a highly saponified product for a short time.
PVA系樹脂(A)の平均ケン化度(JIS K6726に準拠して測定)は、60〜95モル%であり、好ましくは75〜95モル%であり、更に好ましくは80〜90モル%である。
平均ケン化度が低すぎると、電解液に対して膨潤しやすくなり、この結果、正極部材間の結着性が低下する傾向があり、高すぎると、電解液との親和性が低下し、低温での電池抵抗が上昇する傾向がある。
The average saponification degree (measured according to JIS K6726) of the PVA-based resin (A) is 60 to 95 mol%, preferably 75 to 95 mol%, more preferably 80 to 90 mol%. .
If the average degree of saponification is too low, it tends to swell with respect to the electrolyte solution. As a result, the binding property between the positive electrode members tends to decrease, and if too high, the affinity with the electrolyte solution decreases. Battery resistance at low temperatures tends to increase.
また、PVA系樹脂(A)とスチレン系熱可塑性エラストマー(B)を溶融混練する場合においては、平均ケン化度が低すぎると、溶融粘度の大幅な低下をもたらし、溶融成形性が低下する傾向があり、平均ケン化度が高すぎると、融点の上昇を招き、溶融混練時の製造安定性が低下する傾向がある。
一方、PVA系樹脂(A)の存在下にスチレン系モノマーを乳化重合し、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)のラテックスを得る場合においては、平均ケン化度が低すぎると、PVA系樹脂(A)の乳化力が高くなりすぎ、重合時の粘度が高くなりすぎる傾向があり、また、曇点が発現しやすくなり、重合安定性が低下しやすくなる傾向があり、平均ケン化度が高すぎるとPVA系樹脂(A)の乳化力が低くなりすぎ、重合安定性が低下し、生産性が低下する傾向がある。
Further, in the case of melt-kneading the PVA resin (A) and the styrene thermoplastic elastomer (B), if the average saponification degree is too low, the melt viscosity tends to be greatly reduced and the melt moldability tends to be lowered. If the average degree of saponification is too high, the melting point increases, and the production stability during melt-kneading tends to decrease.
On the other hand, in the case of emulsion polymerization of a styrene monomer in the presence of a PVA resin (A) to obtain a latex of a styrene thermoplastic elastomer (B), if the average saponification degree is too low, the PVA resin (A ) Emulsifying power becomes too high, the viscosity at the time of polymerization tends to be too high, the cloud point tends to appear, and the polymerization stability tends to decrease, and the average saponification degree is too high. And the emulsifying power of the PVA resin (A) becomes too low, the polymerization stability tends to decrease, and the productivity tends to decrease.
PVA系樹脂(A)の粘度平均重合度(JIS K6726に準拠して測定)は、350〜3,000であることが好ましく、特に好ましくは350〜2,800、更に好ましくは400〜2,500である。かかる粘度平均重合度が低すぎると、造膜された皮膜の柔軟性が低下することで、正極の柔軟性が低下する傾向がある。逆に高すぎるとラテックスの粘度が高くなる傾向があり、電極活物質と混合する際に混ざりにくく、電極が不均一になる傾向がある。 The viscosity average polymerization degree (measured in accordance with JIS K6726) of the PVA resin (A) is preferably 350 to 3,000, particularly preferably 350 to 2,800, and more preferably 400 to 2,500. It is. When the viscosity average degree of polymerization is too low, the flexibility of the positive electrode tends to decrease due to the decrease in flexibility of the film formed. On the other hand, when the viscosity is too high, the viscosity of the latex tends to increase, and when mixed with the electrode active material, it is difficult to mix and the electrode tends to become non-uniform.
本発明において、PVA系樹脂(A)とスチレン系熱可塑性エラストマー(B)を溶融混練する場合には、粘度平均重合度(JIS K6726に準拠して測定)は、300〜3,000であることが好ましく、特に好ましくは350〜2,000、更に好ましくは400〜1,200である。
かかる粘度平均重合度が低すぎると、成形性が低下する傾向がある。かかる粘度平均重合度が高すぎると、溶融粘度が大きくなりすぎ、溶融混練による製造が困難となる傾向がある。
In the present invention, when the PVA resin (A) and the styrene thermoplastic elastomer (B) are melt-kneaded, the viscosity average degree of polymerization (measured in accordance with JIS K6726) is 300 to 3,000. Is preferable, particularly preferably 350 to 2,000, and still more preferably 400 to 1,200.
If the viscosity average degree of polymerization is too low, moldability tends to decrease. When the viscosity average degree of polymerization is too high, the melt viscosity becomes too large and production by melt kneading tends to be difficult.
本発明において、PVA系樹脂(A)の存在下にスチレン系モノマーを乳化重合し、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)のラテックスを得る場合には、粘度平均重合度(JIS K6726に準拠して測定)は、250〜3,000であることが好ましく、特に好ましくは300〜2,800、更に好ましくは400〜2,500である。
かかる粘度平均重合度が低すぎると、バインダー組成物とした場合の結着性が低下する傾向がある。かかる粘度平均重合度が高すぎると、重合反応溶液の粘度が高くなりすぎ、重合中に撹拌が難しくなり、重合反応が困難となる傾向がある。
In the present invention, when a styrene monomer is emulsion polymerized in the presence of a PVA resin (A) to obtain a latex of a styrene thermoplastic elastomer (B), the viscosity average polymerization degree (measured in accordance with JIS K6726). ) Is preferably 250 to 3,000, particularly preferably 300 to 2,800, and more preferably 400 to 2,500.
If the viscosity average degree of polymerization is too low, the binding property in the case of a binder composition tends to be lowered. When the viscosity average degree of polymerization is too high, the viscosity of the polymerization reaction solution becomes too high, stirring becomes difficult during the polymerization, and the polymerization reaction tends to be difficult.
上記PVA系樹脂(A)には、本発明の効果を阻害しない範囲(例えば、10モル%未満、好ましくは5モル%以下)にて、ビニルエステル系モノマー以外の他のモノマーに由来する構造単位を有していても良い。
例えば、グリシジル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アリルエーテル、3,4−エポキシシクロヘキシル(メタ)アクリレート、アリルグリシジルエーテル等のビニル基とエポキシ基を有するモノマー;トリアリルオキシエチレン、ジアリルマレアート、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、テトラアリルオキシエタン、ジアリルフタレート等のアリル基を2個以上有するモノマー;酢酸アリル、アセト酢酸ビニルエステル、アセト酢酸アリルエステル、ジアセト酢酸アリルエステル等のアリルエステル系モノマー;アセトアセトキシエチル(メタ)アクリレート、アセトアセトキシプロピル(メタ)アクリレート等のアセトアセトキシアルキル(メタ)アクリレート;アセトアセトキシエチルクロトナート、アセトアセトキシプロピルクロトナート等のアセトアセトキシアルキルクロトナート;2−シアノアセトアセトキシエチル(メタ)アクリレート;ジビニルベンゼン;エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,2−プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,3−プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート等のアルキレングリコール(メタ)アクリレート;トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート;アリル(メタ)アクリレート;2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート(アルキル部分がC1〜C10アルキル基であり、好ましくはC1〜C6アルキル基);(メタ)アクリロニトリルなどのニトリル系モノマー;スチレン、α−メチルスチレン等のスチレン系モノマー;エチレン、プロピレン、1−ブテン、イソブテン等のオレフィン;塩化ビニル、塩化ビニリデン、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン等のハロゲン化オレフィン;エチレンスルホン酸等のオレフィン系モノマー;ブタジエン−1,3、2−メチルブタジエン、1,3又は2,3−ジメチルブタジエン−1,3、2−クロロブタジエン−1,3等のジエン系モノマー;3−ブテン−1−オール、4−ペンテン−1−オール、5−ヘキセン−1,2−ジオール、グリセリンモノアリルエーテル等のヒドロキシ基含有α−オレフィン類、およびそのアシル化物などの誘導体;1,3−ジアセトキシ−2−メチレンプロパン、1,3−ジプロピオニルオキシ−2−メチレンプロパン、1,3−ジブチロニルオキシ−2−メチレンプロパンなどのヒドロキシメチルビニリデンジアセテート類;イタコン酸、マレイン酸、アクリル酸等の不飽和酸類、その塩又はモノ若しくはジアルキルエステル;アクリロニトリル等のニトリル類、メタクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド等のアミド類、エチレンスルホン酸、アリルスルホン酸、メタアリルスルホン酸、AMPS等のオレフィンスルホン酸あるいはその塩などの化合物、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリプロポキシシラン、ビニルトリブトキシシラン、ビニルメチルジメトキシシラン、ビニルメチルジエトキシシラン等のビニルアルキルジアルコキシシラン;γ−(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−(メタ)アクリロキシプロピルトリエトキシシラン等のγ−(メタ)アクリロキシプロピルトリアルコキシシラン;γ−(メタ)アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−(メタ)アクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン等のγ−(メタ)アクリロキシプロピルアルキルジアルコキシシラン;ビニルトリス(β−メトキシエトキシ)シラン、ヒドロキシメチルビニリデンジアセテートが挙げられる。ヒドロキシメチルビニリデンジアセテートの具体的な例としては、1,3−ジアセトキシ−2−メチレンプロパン、1,3−ジプロピオニルオキシ−2−メチレンプロパン、1,3−ジブチロニルオキシ−2−メチレンプロパン等が挙げられる。これらのモノマーは単独で用いても良く、又は2種以上を併せて用いても良い。
The PVA-based resin (A) has a structural unit derived from another monomer other than the vinyl ester monomer within a range not inhibiting the effects of the present invention (for example, less than 10 mol%, preferably 5 mol% or less). You may have.
For example, monomers having a vinyl group and an epoxy group, such as glycidyl (meth) acrylate, glycidyl (meth) allyl ether, 3,4-epoxycyclohexyl (meth) acrylate, allyl glycidyl ether; triallyloxyethylene, diallyl maleate, tri Monomers having two or more allyl groups such as allyl cyanurate, triallyl isocyanurate, tetraallyloxyethane, diallyl phthalate; allyl ester monomers such as allyl acetate, vinyl acetoacetate, allyl acetoacetate, allyl diacetate Acetoacetoxyethyl (meth) acrylate, acetoacetoxyalkyl (meth) acrylates such as acetoacetoxypropyl (meth) acrylate, acetoacetoxyethyl crotonate, Acetoacetoxyalkyl crotonates such as cetoacetoxypropyl crotonate; 2-cyanoacetoacetoxyethyl (meth) acrylate; divinylbenzene; ethylene glycol di (meth) acrylate, 1,2-propylene glycol di (meth) acrylate, 1,3 -Alkylene glycol (meth) acrylates such as propylene glycol di (meth) acrylate, 1,4-butanediol di (meth) acrylate, 1,6-hexanediol di (meth) acrylate, neopentyl glycol di (meth) acrylate; Trimethylolpropane tri (meth) acrylate; allyl (meth) acrylate; 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, hydroxypropyl (meth) acrylate, 4-hydroxybutyl (meth) Hydroxyalkyl (meth) acrylates such as acrylate (the alkyl moiety is a C1 to C10 alkyl group, preferably a C1 to C6 alkyl group); Nitrile monomers such as (meth) acrylonitrile; Styrenes such as styrene and α-methylstyrene Monomers; Olefins such as ethylene, propylene, 1-butene and isobutene; Halogenated olefins such as vinyl chloride, vinylidene chloride, vinyl fluoride and vinylidene fluoride; Olefin monomers such as ethylene sulfonic acid; Butadiene-1,3,2 -Diene monomers such as methylbutadiene, 1,3 or 2,3-dimethylbutadiene-1,3, 2-chlorobutadiene-1,3; 3-buten-1-ol, 4-penten-1-ol, 5 -Hexene-1,2-diol, glycerol monoallylamine Hydroxyl group-containing α-olefins such as ruthenium and derivatives thereof such as acylated products thereof; 1,3-diacetoxy-2-methylenepropane, 1,3-dipropionyloxy-2-methylenepropane, 1,3-dibutyronyl Hydroxymethylvinylidene diacetates such as oxy-2-methylenepropane; Unsaturated acids such as itaconic acid, maleic acid and acrylic acid, salts or mono- or dialkyl esters thereof; Nitriles such as acrylonitrile, methacrylamide, diacetone acrylamide, etc. Amides, ethylene sulfonic acid, allyl sulfonic acid, methallyl sulfonic acid, olefin sulfonic acid such as AMPS or salts thereof, vinyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltripropoxysilane, vinyltributoxy Vinyl, alkyldialkoxysilanes such as lan, vinylmethyldimethoxysilane, vinylmethyldiethoxysilane; γ- (meth) such as γ- (meth) acryloxypropyltrimethoxysilane, γ- (meth) acryloxypropyltriethoxysilane Acryloxypropyltrialkoxysilane; γ- (meth) acryloxypropylalkyldialkoxysilane such as γ- (meth) acryloxypropylmethyldimethoxysilane, γ- (meth) acryloxypropylmethyldiethoxysilane; vinyl tris (β- Methoxyethoxy) silane, hydroxymethylvinylidene diacetate. Specific examples of hydroxymethylvinylidene diacetate include 1,3-diacetoxy-2-methylenepropane, 1,3-dipropionyloxy-2-methylenepropane, 1,3-dibutyronyloxy-2-methylenepropane. Etc. These monomers may be used alone or in combination of two or more.
また、本発明のPVA系樹脂(A)には、本発明の効果を阻害しない範囲(通常15モル%以下、好ましくは10モル%以下)にて変性されたPVA系樹脂、例えば、PVA系樹脂のホルマール化物、アセタール化物、アセトアセチル化物、ブチラール化物、ウレタン化物、スルホン酸やカルボン酸等とのエステル化物等が含まれていても良い。 In addition, the PVA resin (A) of the present invention includes a PVA resin modified within a range that does not inhibit the effects of the present invention (usually 15 mol% or less, preferably 10 mol% or less), such as a PVA resin. Formalized products, acetalized products, acetoacetylated products, butyralized products, urethanized products, esterified products with sulfonic acids, carboxylic acids, and the like may be included.
本発明においては、PVA系樹脂(A)として、水酸基含有α−オレフィン類およびそのアシル化物などの誘導体変性PVA系樹脂を用いることが好ましい。例えば、PVA系樹脂(A)として、側鎖に一級水酸基を有する構造単位を含有する変性ポリビニルアルコール系樹脂(a)を用いることが好ましい。かかる構造単位における一級水酸基の数は、通常1〜5個であり、好ましくは1〜2個であり、特に好ましくは1個である。また、一級水酸基以外にも二級水酸基を有することが好ましい。
このような側鎖に一級水酸基を有する構造単位を含有するPVA系樹脂としては、例えば、側鎖に1,2−ジオール構造単位を有するPVA系樹脂、側鎖にヒドロキシアルキル基構造単位を有するPVA系樹脂等が挙げられる。中でも、特に下記一般式(1)で表される、側鎖に1,2−ジオール構造を有する構造単位を含有するPVA系樹脂を用いることが好ましい(以下、「側鎖1,2−ジオール構造単位含有PVA系樹脂」と称することがある)。
In the present invention, as the PVA resin (A), it is preferable to use a derivative-modified PVA resin such as a hydroxyl group-containing α-olefin and an acylated product thereof. For example, a modified polyvinyl alcohol resin (a) containing a structural unit having a primary hydroxyl group in the side chain is preferably used as the PVA resin (A). The number of primary hydroxyl groups in such a structural unit is usually 1 to 5, preferably 1 to 2, and particularly preferably 1. In addition to the primary hydroxyl group, it preferably has a secondary hydroxyl group.
Examples of the PVA resin containing a structural unit having a primary hydroxyl group in the side chain include, for example, a PVA resin having a 1,2-diol structural unit in the side chain and a PVA having a hydroxyalkyl group structural unit in the side chain. Based resins and the like. Among these, it is particularly preferable to use a PVA resin containing a structural unit having a 1,2-diol structure in the side chain represented by the following general formula (1) (hereinafter referred to as “side chain 1,2-diol structure”). Sometimes referred to as “unit-containing PVA-based resin”).
上記一般式(1)において、R1〜R6はそれぞれ独立して水素原子又は有機基を表す。R1〜R6は、すべて水素原子であることが望ましいが、樹脂特性を大幅に損なわない程度の量であれば有機基であってもよい。該有機基としては、特に限定しないが、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基等の炭素数1〜4のアルキル基が好ましく、必要に応じてハロゲン基、水酸基、エステル基、カルボン酸基、スルホン酸基等の置換基を有していてもよい。 In the general formula (1), R 1 to R 6 each independently represent a hydrogen atom or an organic group. R 1 to R 6 are preferably all hydrogen atoms, but may be organic groups as long as the resin properties are not significantly impaired. Although it does not specifically limit as this organic group, For example, C1-C4 alkyl groups, such as a methyl group, an ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, tert-butyl group, are mentioned. Preferably, it may have a substituent such as a halogen group, a hydroxyl group, an ester group, a carboxylic acid group, or a sulfonic acid group as necessary.
上記一般式(1)中、Xは単結合又は結合鎖であり、非晶部におけるフリーボリューム(分子間空隙)低減による耐電解液性(すなわち、電解液による膨潤が起こり難い性質)の点から、単結合であることが好ましい。上記結合鎖としては、特に限定されず、例えば、アルキレン、アルケニレン、アルキニレン、フェニレン、ナフチレン等の炭化水素(これらの炭化水素は、フッ素、塩素、臭素等のハロゲン等で置換されていてもよい)の他、−O−、−(CH2O)m−、−(OCH2)m−、−(CH2O)mCH2−、−CO−、−COCO−、−CO(CH2)mCO−、−CO(C6H4)CO−、−S−、−CS−、−SO−、−SO2−、−NR−、−CONR−、−NRCO−、−CSNR−、−NRCS−、−NRNR−、−HPO4−、−Si(OR)2−、−OSi(OR)2−、−OSi(OR)2O−、−Ti(OR)2−、−OTi(OR)2−、−OTi(OR)2O−、−Al(OR)−、−OAl(OR)−、−OAl(OR)O−等が挙げられる。Rは各々独立して任意の置換基であり、水素原子、アルキル基が好ましく、またmは自然数である。なかでも、製造時の粘度安定性や耐熱性等の点で、炭素数6以下のアルキレン基、特にメチレン基、あるいは−CH2OCH2−が好ましい。 In the above general formula (1), X is a single bond or a bonded chain, and is from the viewpoint of the resistance to electrolytic solution (that is, the property that swelling by the electrolytic solution hardly occurs) due to the reduction of free volume (intermolecular void) in the amorphous part. A single bond is preferred. The bonding chain is not particularly limited, and examples thereof include hydrocarbons such as alkylene, alkenylene, alkynylene, phenylene, and naphthylene (these hydrocarbons may be substituted with halogen such as fluorine, chlorine, and bromine). other, -O -, - (CH 2 O) m -, - (OCH 2) m -, - (CH 2 O) mCH 2 -, - CO -, - COCO -, - CO (CH 2) mCO- , -CO (C 6 H 4) CO -, - S -, - CS -, - SO -, - SO 2 -, - NR -, - CONR -, - NRCO -, - CSNR -, - NRCS -, - NRNR -, - HPO 4 -, - Si (OR) 2 -, - OSi (OR) 2 -, - OSi (OR) 2 O -, - Ti (OR) 2 -, - OTi (OR) 2 -, - OTi (OR) 2 O—, —Al (OR) —, —OAl (OR) -, -OAl (OR) O- and the like. R is each independently an arbitrary substituent, preferably a hydrogen atom or an alkyl group, and m is a natural number. Among these, an alkylene group having 6 or less carbon atoms, particularly a methylene group, or —CH 2 OCH 2 — is preferable from the viewpoint of viscosity stability during production, heat resistance, and the like.
上記一般式(1)で表される1,2−ジオール構造単位における特に好ましい構造は、R1〜R6がすべて水素原子であり、Xが単結合である。すなわち、下記構造式(1a)で示される構造単位が特に好ましい。 In the particularly preferred structure of the 1,2-diol structural unit represented by the general formula (1), R 1 to R 6 are all hydrogen atoms, and X is a single bond. That is, the structural unit represented by the following structural formula (1a) is particularly preferable.
このような側鎖1,2−ジオール構造単位含有PVA系樹脂は、公知の製造方法により製造することができる。例えば、特開2002−284818号公報、特開2004−285143号公報、特開2006−95825号公報に記載されている方法により製造することができる。すなわち、(i)ビニルエステル系モノマーと下記一般式(2)で示される化合物との共重合体をケン化する方法、(ii)ビニルエステル系モノマーと下記一般式(3)で示されるビニルエチレンカーボネートとの共重合体をケン化及び脱炭酸する方法、(iii)ビニルエステル系モノマーと下記一般式(4)で示される2,2−ジアルキル−4−ビニル−1,3−ジオキソランとの共重合体をケン化及び脱ケタール化する方法などにより、製造することができる。 Such a side chain 1,2-diol structural unit containing PVA-type resin can be manufactured with a well-known manufacturing method. For example, it can be produced by the methods described in JP-A Nos. 2002-284818, 2004-285143, and 2006-95825. That is, (i) a method of saponifying a copolymer of a vinyl ester monomer and a compound represented by the following general formula (2), (ii) a vinyl ester monomer and vinyl ethylene represented by the following general formula (3) A method of saponifying and decarboxylating a copolymer with carbonate; (iii) a copolymer of a vinyl ester monomer and 2,2-dialkyl-4-vinyl-1,3-dioxolane represented by the following general formula (4): The polymer can be produced by a method of saponification and deketalization.
上記一般式(2)(3)(4)中、R1〜R6は、いずれも一般式(1)の場合と同様である。R7及びR8は、それぞれ独立して水素またはR9−CO−(式中、R9は、炭素数1〜4のアルキル基である。)であり、R10及びR11は、それぞれ独立して水素原子又は有機基であり、有機基は一般式(1)の場合と同様である。
上記方法のうち、共重合反応性及び工業的な取扱いにおいて優れるという点で、(i)の方法が好ましく、特にR1〜R6が水素、Xが単結合、R7、R8がR9−CO−であり、R9がアルキル基である3,4−ジアシロキシ−1−ブテンが好ましく、その中でも特にR9がメチル基である3,4−ジアセトキシ−1−ブテンが好ましく用いられる。
In the general formulas (2), (3), and (4), R 1 to R 6 are the same as those in the general formula (1). R 7 and R 8 are each independently hydrogen or R 9 —CO— (wherein R 9 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms), and R 10 and R 11 are each independently A hydrogen atom or an organic group, and the organic group is the same as in the case of the general formula (1).
Among the above methods, the method (i) is preferable in that it is excellent in copolymerization reactivity and industrial handling. Particularly, R 1 to R 6 are hydrogen, X is a single bond, R 7 and R 8 are R 9. 3,4-diasiloxy-1-butene, which is —CO— and R 9 is an alkyl group, is preferred, and 3,4-diacetoxy-1-butene in which R 9 is a methyl group is particularly preferred.
なお、(ii)や(iii)の方法によって得られた側鎖1,2−ジオール構造単位含有PVA系樹脂は、ケン化度が低い場合や、脱炭酸あるいは脱アセタール化が不充分な場合には、側鎖にカーボネート環あるいはアセタール環が残存することがある。そのようなPVA系樹脂をラテックスの分散剤として用いた場合、粗大な粒子の割合が増加する傾向がある。このような理由からも、(i)の方法によって得られたPVA系樹脂が本用途においては特に好適である。 The side chain 1,2-diol structural unit-containing PVA resin obtained by the method (ii) or (iii) is used when the degree of saponification is low, or when decarboxylation or deacetalization is insufficient. In some cases, a carbonate ring or an acetal ring may remain in the side chain. When such a PVA resin is used as a latex dispersant, the ratio of coarse particles tends to increase. For this reason, the PVA resin obtained by the method (i) is particularly suitable for this application.
PVA系樹脂(A)が上記1,2−ジオール構造単位を含む場合、その含有量は、乳化重合時の分散質たるエチレン性不飽和重合体粒子へのPVA系樹脂のグラフト化や耐電解液性、ラテックスの放置安定性等の点から、通常0.5〜15モル%であり、好ましくは1〜10モル%、より好ましくは1〜8モル%である。含有量が少なすぎると、分散質たるエチレン性不飽和重合体粒子へのPVA系樹脂のグラフト化率が低下し、耐電解液性、ラテックスの放置安定性等が低下する傾向がある。含有量が多すぎると、充放電時の内部抵抗が大きくなる傾向がある。
なお、PVA系樹脂(A)中の1,2−ジオール構造単位の含有率は、ケン化度100モル%のPVA系樹脂の1H−NMRスペクトル(溶媒:DMSO−d6、内部標準:テトラメチルシラン)から求めることができる。具体的には1,2−ジオール構造単位中の水酸基プロトン、メチンプロトン、およびメチレンプロトン、主鎖のメチレンプロトン、主鎖に連結する水酸基のプロトンなどに由来するピーク面積から算出することができる。
When the PVA-based resin (A) contains the 1,2-diol structural unit, the content thereof is grafting of the PVA-based resin onto the ethylenically unsaturated polymer particles as a dispersoid during emulsion polymerization or an electrolytic solution. From the standpoints of the properties, stability of latex standing, and the like, it is usually 0.5 to 15 mol%, preferably 1 to 10 mol%, more preferably 1 to 8 mol%. If the content is too small, the grafting rate of the PVA-based resin onto the ethylenically unsaturated polymer particles as the dispersoid tends to be lowered, and the resistance to electrolytic solution, the standing stability of latex, etc. tend to be lowered. When there is too much content, there exists a tendency for the internal resistance at the time of charging / discharging to become large.
The content of the 1,2-diol structural unit in the PVA resin (A) is 1 H-NMR spectrum (solvent: DMSO-d6, internal standard: tetramethyl) of the PVA resin having a saponification degree of 100 mol%. Silane). Specifically, it can be calculated from the peak area derived from the hydroxyl proton, methine proton, and methylene proton in the 1,2-diol structural unit, the methylene proton in the main chain, the proton in the hydroxyl group linked to the main chain, and the like.
なお、本発明においては、上記のPVA系樹脂(A)の中で、1種を用いてもよく、また2種を併用してもよい。 In the present invention, one type of PVA resin (A) may be used, or two types may be used in combination.
〔スチレン系熱可塑性エラストマー(B)〕
本発明で用いられるスチレン系熱可塑性エラストマー(B)について説明する。
本発明で用いられるエラストマー(B)は、スチレンに代表される芳香族ビニル化合物の重合体ブロックをハードセグメントとし、ソフトセグメントとして共役ジエン化合物の重合体ブロックや、かかる重合体ブロックに残存する二重結合の一部、または全部が水素添加されたブロック、あるいはイソブチレンの重合体ブロックを有するものである。
特に、本発明においては、かかるエラストマーとして、側鎖にカルボン酸基あるいはその誘導体基を有するものが、正極の柔軟性を大幅に向上させ、電池電極の製造安定性を向上させるという点で好ましく用いられる。なお、そのような効果が得られる理由は、明らかではないが、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)の側鎖にカルボン酸基あるいはその誘導体基が存在することにより、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)が反応型相溶化剤として作用し、PVA系樹脂、特に側鎖に一級水酸基を有する構造単位を含有するPVA系樹脂中への微分散化が可能になるためと推測される。
[Styrenic thermoplastic elastomer (B)]
The styrenic thermoplastic elastomer (B) used in the present invention will be described.
The elastomer (B) used in the present invention has a polymer block of an aromatic vinyl compound typified by styrene as a hard segment, a polymer block of a conjugated diene compound as a soft segment, and a double block remaining in the polymer block. Some or all of the bonds have hydrogenated blocks or isobutylene polymer blocks.
In particular, in the present invention, such an elastomer having a carboxylic acid group or its derivative group in the side chain is preferably used from the viewpoint of greatly improving the flexibility of the positive electrode and improving the production stability of the battery electrode. It is done. The reason why such an effect is obtained is not clear, but the presence of a carboxylic acid group or a derivative group thereof in the side chain of the styrene thermoplastic elastomer (B) results in the styrene thermoplastic elastomer (B). It is presumed that this acts as a reactive compatibilizing agent and can be finely dispersed in a PVA resin, particularly a PVA resin containing a structural unit having a primary hydroxyl group in the side chain.
かかるエラストマー(B)中の各ブロックの構成は、ハードセグメントをXで示し、ソフトセグメントをYで示した場合に、X−Yで表されるジブロック共重合体、X−Y−XまたはY−X−Yで表されるトリブロック共重合体、さらにXとYが交互に接続したポリブロック共重合体などを挙げることができ、その構造も直鎖状、分岐状、星型などを挙げることができる。中でも、力学特性の点でX−Y−Xで表される直鎖状のトリブロック共重合体が好適である。 The constitution of each block in the elastomer (B) is as follows: when the hard segment is represented by X and the soft segment is represented by Y, a diblock copolymer represented by XY, XYX or Y Examples include a triblock copolymer represented by -XY, and a polyblock copolymer in which X and Y are alternately connected, and the structure includes linear, branched, and star shapes. be able to. Among these, a linear triblock copolymer represented by XYX is preferable in terms of mechanical properties.
ハードセグメントである芳香族ビニル化合物の重合体ブロックの形成に用いられるモノマーとしては、例えば、スチレン;α−メチルスチレン、β−メチルスチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、t−ブチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、2,4,6−トリメチルスチレン等のアルキルスチレン;モノフルオロスチレン、ジフルオロスチレン、モノクロロスチレン、ジクロロスチレン、メトキシスチレン等のハロゲン化スチレン;ビニルナフタレン、ビニルアントラセン、インデン、アセトナフチレンなどのベンゼン環以外の芳香環を有するビニル化合物、およびその誘導体等を挙げることができる。かかる芳香族ビニル化合物の重合体ブロックは、上述のモノマーの単独重合体ブロックでも、複数のモノマーによる共重合体ブロックでもよいが、スチレンの単独重合体ブロックが好適に用いられる。 As a monomer used for forming a polymer block of an aromatic vinyl compound that is a hard segment, for example, styrene; α-methylstyrene, β-methylstyrene, o-methylstyrene, m-methylstyrene, p-methylstyrene, alkyl styrene such as t-butylstyrene, 2,4-dimethylstyrene, 2,4,6-trimethylstyrene; halogenated styrene such as monofluorostyrene, difluorostyrene, monochlorostyrene, dichlorostyrene, methoxystyrene; vinyl naphthalene, vinyl Examples thereof include vinyl compounds having an aromatic ring other than a benzene ring, such as anthracene, indene, and acetonaphthylene, and derivatives thereof. The polymer block of the aromatic vinyl compound may be a homopolymer block of the above-described monomer or a copolymer block of a plurality of monomers, but a styrene homopolymer block is preferably used.
なお、かかる芳香族ビニル化合物の重合体ブロックは、本発明の効果を阻害しない範囲で、芳香族ビニル化合物以外のモノマーが少量共重合されたものでもよい。かかるモノマーとしては、例えば、ブテン、ペンテン、ヘキセンなどのオレフィン類;ブタジエン、イソプレンなどのジエン化合物;メチルビニルエーテルなどのビニルエーテル化合物やアリルエーテル化合物等を挙げることができ、その共重合比率は、通常、重合体ブロック全体の10モル%以下である。 In addition, the polymer block of the aromatic vinyl compound may be obtained by copolymerizing a small amount of monomers other than the aromatic vinyl compound as long as the effects of the present invention are not impaired. Examples of such monomers include olefins such as butene, pentene, and hexene; diene compounds such as butadiene and isoprene; vinyl ether compounds such as methyl vinyl ether, and allyl ether compounds. It is 10 mol% or less of the whole polymer block.
エラストマー(B)中の芳香族ビニル化合物の重合体ブロックの重量平均分子量は、通常、10, 000〜300, 000であり、特に20, 000〜200, 000、さらに50, 000〜100, 000のものが好ましく用いられる。 The weight average molecular weight of the polymer block of the aromatic vinyl compound in the elastomer (B) is usually 10,000 to 300,000, particularly 20,000 to 200,000, more preferably 50,000 to 100,000. Those are preferably used.
また、ソフトセグメントである重合体ブロックの形成に用いられるモノマーとしては、例えば、1,3−ブタジエン、イソプレン(2−メチル−1,3−ブタジエン)、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエンなどの共役ジエン化合物、およびイソブチレンを挙げることができ、これらを単独で用いても、複数を組み合わせて用いてもよい。中でもイソプレン、ブタジエン、およびイソブチレンの単独重合ブロックや共重合ブロックが好ましく、特にブタジエン、あるいはイソブチレンの単独重合ブロックが好適に用いられる。 Moreover, as a monomer used for formation of the polymer block which is a soft segment, for example, 1,3-butadiene, isoprene (2-methyl-1,3-butadiene), 2,3-dimethyl-1,3-butadiene Conjugated diene compounds such as 1,3-pentadiene, and isobutylene, and these may be used alone or in combination. Of these, a homopolymer block or copolymer block of isoprene, butadiene, and isobutylene is preferable, and a homopolymer block of butadiene or isobutylene is particularly preferably used.
なお、かかる共役ジエン化合物の重合体ブロックの場合、重合によって複数の結合形式をとる場合があり、例えば、ブタジエンでは、1,2−結合によるブタジエン単位(−CH2−CH(CH=CH2)−)と1,4−結合によるブタジエン単位(−CH2−CH=CH−CH2−)が生成する。これらの生成比率は、共役ジエン化合物の種類により異なるので、一概にはいえないが、ブタジエンの場合、1,2−結合が生成する比率は、通常、20〜80モル%の範囲である。 In the case of such a polymer block of a conjugated diene compound, a plurality of bonding forms may be taken by polymerization. For example, in butadiene, a butadiene unit (—CH 2 —CH (CH═CH 2 ) by 1,2-bonding is used. -) And 1,4-bonded butadiene units (—CH 2 —CH═CH—CH 2 —) are formed. Since these production ratios vary depending on the type of conjugated diene compound, it cannot be generally stated, but in the case of butadiene, the ratio of 1,2-bond production is usually in the range of 20 to 80 mol%.
かかる共役ジエン化合物による重合体ブロックは、残存する二重結合の一部または全部を水素添加することによって、スチレン系熱可塑性エラストマーの耐熱性や耐候性を向上させることが可能である。その際の水素添加率は、50モル%以上であることが好ましく、特に70モル%以上のものが好ましく用いられる。
なお、かかる水素添加により、例えばブタジエンの1,2−結合によるブタジエン単位は、ブチレン単位(−CH2−CH(CH2−CH3)−)となり、1,4−結合によって生成するブタジエン単位は二つの連続したエチレン単位(−CH2−CH2−CH2−CH2−)となるが、通常は前者が優先して生成する。
The polymer block of such a conjugated diene compound can improve the heat resistance and weather resistance of the styrenic thermoplastic elastomer by hydrogenating part or all of the remaining double bonds. The hydrogenation rate at that time is preferably 50 mol% or more, and particularly preferably 70 mol% or more.
By this hydrogenation, for example, the butadiene unit of 1,2-bond of butadiene becomes a butylene unit (—CH 2 —CH (CH 2 —CH 3 ) —), and the butadiene unit generated by the 1,4-bond is Two continuous ethylene units (—CH 2 —CH 2 —CH 2 —CH 2 —) are formed, but usually the former is preferred.
なお、かかるソフトセグメントである重合体ブロックは、本発明の効果を阻害しない範囲で、上述のモノマー以外のモノマーが少量共重合されたものでもよい。かかるモノマーとしては、スチレンなどの芳香族ビニル化合物、ブテン、ペンテン、ヘキセンなどのオレフィン類、メチルビニルエーテルなどのビニルエーテル化合物やアリルエーテル化合物等を挙げることができ、その共重合比率は、通常、重合体ブロック全体の10モル%以下である。 In addition, the polymer block which is such a soft segment may be obtained by copolymerizing a small amount of monomers other than the above-mentioned monomers within a range not inhibiting the effects of the present invention. Examples of such monomers include aromatic vinyl compounds such as styrene, olefins such as butene, pentene, and hexene, vinyl ether compounds such as methyl vinyl ether, and allyl ether compounds. The copolymerization ratio thereof is usually a polymer. It is 10 mol% or less of the whole block.
また、エラストマー(B)中の共役ジエン化合物、あるいはイソブチレンに由来する重合体ブロックの重量平均分子量は、通常、10, 000〜300, 000であり、特に20, 000〜200, 000、さらに50, 000〜100, 000のものが好ましく用いられる。 The weight average molecular weight of the polymer block derived from the conjugated diene compound or isobutylene in the elastomer (B) is usually 10,000 to 300,000, particularly 20,000 to 200,000, and further 50, Those of 000 to 100,000 are preferably used.
上述の通り、本発明に用いられるエラストマー(B)は、ハードセグメントが芳香族ビニル化合物の重合体ブロックであり、ソフトセグメントが共役ジエン化合物の重合体ブロック、またはその残存二重結合の一部もしくは全部が水素添加された重合体ブロック、イソブチレンの重合体ブロックなどからなるものであり、その代表例としては、スチレンとブタジエンを原料とするスチレン/ブタジエンブロック共重合体(SBS)、SBSのブタジエン構造単位における側鎖二重結合が水素添加されたスチレン/ブタジエン/ブチレンブロック共重合体(SBBS)、さらに主鎖二重結合が水素添加されたスチレン/エチレン/ブチレンブロック共重合体(SEBS)、スチレンとイソプレンを原料とするスチレン/イソプレンブロック共重合体(SIPS)、スチレンとイソブチレンを原料とするスチレン/イソブチレンブロック共重合体(SIBS)などを挙げることができ、中でも熱安定性、耐候性に優れる点でSEBSやSIBSが好ましく用いられる。 As described above, in the elastomer (B) used in the present invention, the hard segment is a polymer block of an aromatic vinyl compound, the soft segment is a polymer block of a conjugated diene compound, or a part of the remaining double bond or It is composed of a polymer block that is entirely hydrogenated, a polymer block of isobutylene, etc., and typical examples thereof include a styrene / butadiene block copolymer (SBS) using styrene and butadiene as raw materials, and a butadiene structure of SBS. Styrene / butadiene / butylene block copolymer (SBBS) in which side chain double bonds in the unit are hydrogenated, and styrene / ethylene / butylene block copolymer (SEBS) in which main chain double bonds are hydrogenated, styrene Styrene / isoprene block co-polymer made from styrene and isoprene Body (SIPS), styrene / isobutylene block copolymer of styrene and isobutylene as a raw material (SIBS) and the like can be illustrated, among others thermal stability, SEBS or SIBS is preferably used in terms of excellent weather resistance.
かかるエラストマー(B)中のハードセグメントである芳香族ビニル化合物の重合体ブロックとソフトセグメントである重合体ブロックの含有比率としては、重量比で、通常、10/90〜70/30であり、特に、20/80〜50/50の範囲のものが好適である。芳香族ビニル化合物の重合体ブロックの含有比率が多すぎたり、少なすぎたりすると、エラストマー(B)の柔軟性とゴム弾性のバランスが崩れる傾向があり、その結果、本発明の組成物、とりわけラテックスから得られた乾燥皮膜などの特性が不充分となる傾向がある。 The content ratio of the polymer block of the aromatic vinyl compound that is a hard segment and the polymer block that is a soft segment in the elastomer (B) is usually 10/90 to 70/30 in weight ratio, A range of 20/80 to 50/50 is preferred. If the content ratio of the polymer block of the aromatic vinyl compound is too large or too small, the balance between the flexibility of the elastomer (B) and the rubber elasticity tends to be lost, and as a result, the composition of the present invention, especially the latex There is a tendency that properties such as a dry film obtained from the above are insufficient.
かかるエラストマー(B)は、芳香族ビニル化合物の重合体ブロックと、共役ジエン化合物あるいはイソブチレンの重合体ブロックを有するブロック共重合体を得て、さらに必要に応じて共役ジエン化合物の重合体ブロック中の二重結合を水素添加することによって得ることができる。
まず、芳香族ビニル化合物の重合体ブロックと、共役ジエン化合物、あるいはイソブチレンの重合体ブロックを有するブロック共重合体の製造法としては、公知の方法を用いることができ、例えば、アルキルリチウム化合物などを開始剤とし、不活性有機溶媒中で芳香族ビニル化合物と共役ジエン化合物、あるいはイソブチレンを逐次重合させる方法などを挙げることができる。
次に、この芳香族ビニル化合物の重合体ブロックと共役ジエン化合物の重合体ブロックを有するブロック共重合体を水素添加する方法としては、公知の方法を用いることができ、例えば、水素化ホウ素化合物などの還元剤を用いる方法や、白金、パラジウム、ラネーニッケルなどの金属触媒を用いた水素還元などを挙げることができる。
The elastomer (B) obtains a block copolymer having a polymer block of an aromatic vinyl compound and a polymer block of a conjugated diene compound or isobutylene, and if necessary, in the polymer block of the conjugated diene compound. It can be obtained by hydrogenating double bonds.
First, as a method for producing a block copolymer having a polymer block of an aromatic vinyl compound and a conjugated diene compound or an isobutylene polymer block, a known method can be used, for example, an alkyl lithium compound or the like. As an initiator, a method of sequentially polymerizing an aromatic vinyl compound and a conjugated diene compound or isobutylene in an inert organic solvent can be exemplified.
Next, as a method of hydrogenating the block copolymer having the polymer block of the aromatic vinyl compound and the polymer block of the conjugated diene compound, a known method can be used, for example, a borohydride compound, etc. And a method using a reducing agent, hydrogen reduction using a metal catalyst such as platinum, palladium, Raney nickel, and the like.
また、本発明で用いられるエラストマー(B)は、側鎖にカルボン酸基あるいはその誘導体基を有するものであることが好ましく、かかるカルボン酸(誘導体)基を有するスチレン系熱可塑性エラストマーを用いることによって、特に安定性に優れた組成物、特にラテックスを得ることが可能となる。
つまり、側鎖にカルボン酸基あるいはその誘導体基を有するエラストマー(B)が溶融混練時に、PVA系樹脂(A)とグラフト反応することにより、反応型相溶化剤として作用する。熱可塑性エラストマー(B)が反応型相溶化剤として作用することにより、PVA系樹脂(A)中での熱可塑性エラストマー(B)の分散性が向上し、微分散が可能となる。また、PVA系樹脂(A)と強固な界面を形成するので、バインダー組成物を水に分散した際の分散安定性が向上する。
The elastomer (B) used in the present invention preferably has a carboxylic acid group or a derivative group thereof in the side chain. By using a styrenic thermoplastic elastomer having such a carboxylic acid (derivative) group. In particular, it becomes possible to obtain a composition excellent in stability, particularly a latex.
That is, the elastomer (B) having a carboxylic acid group or a derivative group thereof in the side chain acts as a reactive compatibilizing agent by graft reaction with the PVA resin (A) during melt kneading. When the thermoplastic elastomer (B) acts as a reactive compatibilizing agent, the dispersibility of the thermoplastic elastomer (B) in the PVA resin (A) is improved, and fine dispersion becomes possible. Moreover, since a firm interface is formed with the PVA resin (A), the dispersion stability when the binder composition is dispersed in water is improved.
エラストマー(B)中のカルボン酸(誘導体)基の含有量は、滴定法で測定した酸価が、通常、0.5〜20mgCH3ONa/gであり、特に1〜15mgCH3ONa/g、さらに2〜10mgCH3ONa/gのものが好ましく用いられる。
かかる酸価が低すぎると、カルボン酸(誘導体)基を導入した効果が充分に得られ難い傾向があり、また、高すぎるとPVA系樹脂(A)との溶融混練時にゲルが発生する傾向がある。
The content of the carboxylic acid (derivative) group in the elastomer (B) is such that the acid value measured by a titration method is usually 0.5 to 20 mg CH 3 ONa / g, particularly 1 to 15 mg CH 3 ONa / g, those 2~10mgCH 3 ONa / g is preferably used.
If the acid value is too low, the effect of introducing a carboxylic acid (derivative) group tends to be difficult to obtain, and if it is too high, a gel tends to be generated during melt-kneading with the PVA resin (A). is there.
かかるカルボン酸基あるいはその誘導体基をエラストマーに導入する方法としては、公知の方法を用いることが可能であり、例えば、エラストマーの製造時、すなわち、共重合時にα、β−不飽和カルボン酸またはその誘導体を共重合させる方法、あるいは、エラストマーの製造後、これにα、β−不飽和カルボン酸またはその誘導体を付加させる方法が好ましく用いられる。かかる付加方法としては、例えば、ラジカル開始剤の存在下、あるいは非存在下、溶液中でのラジカル反応による方法や、押出機中で溶融混練する方法などを挙げることができる。 As a method for introducing such a carboxylic acid group or a derivative group thereof into the elastomer, a known method can be used. For example, an α, β-unsaturated carboxylic acid or its carboxylic acid group or its A method of copolymerizing a derivative or a method of adding an α, β-unsaturated carboxylic acid or a derivative thereof to the elastomer after the production of the elastomer is preferably used. Examples of such an addition method include a method using a radical reaction in a solution in the presence or absence of a radical initiator, and a method of melt kneading in an extruder.
かかるカルボキシル基(誘導体基)導入に用いられるα、β−不飽和カルボン酸またはその誘導体としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸等のα,β−不飽和モノカルボン酸;マレイン酸、コハク酸、イタコン酸、フタル酸等のα,β−不飽和ジカルボン酸;グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシメチルメタクリレート等のα,β−不飽和モノカルボン酸エステル;無水マレイン酸、無水コハク酸、無水イタコン酸、無水フタル酸等のα,β−不飽和ジカルボン酸無水物などを挙げることができる。 Examples of the α, β-unsaturated carboxylic acid or derivative thereof used for introducing the carboxyl group (derivative group) include α, β-unsaturated monocarboxylic acids such as acrylic acid and methacrylic acid; maleic acid, succinic acid, Α, β-unsaturated dicarboxylic acid such as itaconic acid and phthalic acid; α, β-unsaturated monocarboxylic acid ester such as glycidyl acrylate, glycidyl methacrylate, hydroxyethyl acrylate, hydroxymethyl methacrylate; maleic anhydride, succinic anhydride, Examples include α, β-unsaturated dicarboxylic acid anhydrides such as itaconic anhydride and phthalic anhydride.
本発明で用いられるエラストマー(B)の重量平均分子量は、通常、50, 000〜500, 000であり、特に120, 000〜450, 000、さらに150, 000〜400, 000のものが好ましく用いられる。
また、エラストマー(B)の220℃、せん断速度122sec−1での溶融粘度は、通常100〜3000mPa・sであり、特に300〜2000mPa・s、さらに800〜1500mPa・sのものが好ましく用いられる。
かかる重量平均分子量が大きすぎたり、溶融粘度が高すぎると、PVA系樹脂(A)と溶融混練する際の作業性やPVA系樹脂(A)中での分散性が低下する傾向があり、逆に重量平均分子量が小さすぎたり、溶融粘度が低すぎると、乾燥皮膜の機械強度が不充分となる傾向がある。
なお、かかるエラストマー(B)の重量平均分子量は、GPCを用い、ポリスチレンを標準として求めた値である。
The weight average molecular weight of the elastomer (B) used in the present invention is usually from 50,000 to 500,000, particularly preferably from 120,000 to 450,000, more preferably from 150,000 to 400,000. .
The melt viscosity of the elastomer (B) at 220 ° C. and a shear rate of 122 sec −1 is usually 100 to 3000 mPa · s, particularly 300 to 2000 mPa · s, and more preferably 800 to 1500 mPa · s.
If the weight average molecular weight is too large or the melt viscosity is too high, the workability during melt kneading with the PVA resin (A) and the dispersibility in the PVA resin (A) tend to be reduced. If the weight average molecular weight is too small or the melt viscosity is too low, the mechanical strength of the dried film tends to be insufficient.
The weight average molecular weight of the elastomer (B) is a value obtained by using GPC and using polystyrene as a standard.
また、本発明においては、上述のエラストマー(B)として、一種類のものを用いてもよいが、所望の特性を得る目的で複数のものを適宜混合して用いることも可能である。なお、その場合には、カルボン酸(誘導体)基を有するものと、有さないものとを併用してもよい。 In the present invention, as the above-mentioned elastomer (B), one type may be used, but a plurality of types may be appropriately mixed and used for the purpose of obtaining desired characteristics. In that case, those having a carboxylic acid (derivative) group and those having no carboxylic acid (derivative) group may be used in combination.
かかるカルボン酸(誘導体)基を有するスチレン系熱可塑性エラストマー(B)の市販品としては、例えば、SBSのカルボキシル基変性品である旭化成社製の「タフテックMシリーズ」や、JSR社製「f−ダイナロン」、シェルジャパン社製「クレイトンFG」などを挙げることができる。 Examples of commercially available styrenic thermoplastic elastomers (B) having such a carboxylic acid (derivative) group include “Tuftec M Series” manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd., which is a carboxyl group-modified product of SBS, and “f−” manufactured by JSR. Dynalon ”,“ Clayton FG ”manufactured by Shell Japan, and the like can be mentioned.
また、カルボン酸(誘導体)基を有さないスチレン系熱可塑性エラストマー(B)の市販品としては、例えば、SBSである旭化成社製の「タフプレン」「アサプレンT」「アサフレックス」、SBBSである旭化成社製「タフテックPシリーズ」、SEBSである旭化成社製「タフテックHシリーズ」などを挙げることができる。
その他の市販品として、例えば、シェルジャパン社製の「クレイトンG」「クレイトンD」「カリフレックスTR」、クラレ社製の「セプトン」、「ハイプラー」、JSR社製の「ダイナロン」、「JSR−TR」、「JSR−SIS」、日本ゼオン社製の「クインタック」、電気化学社製の「電化STR」などを挙げることができる。
Examples of commercially available styrenic thermoplastic elastomers (B) having no carboxylic acid (derivative) group include “Tufprene”, “Asaprene T”, “Asaflex”, and SBBS manufactured by Asahi Kasei Corporation. Asahi Kasei's “Tough Tech P Series” and SEBS's “Tough Tech H Series” can be listed.
Other commercially available products include, for example, “Clayton G”, “Clayton D”, “Califlex TR” manufactured by Shell Japan, “Septon”, “Hypler” manufactured by Kuraray, “Dynalon” manufactured by JSR, “JSR-” TR ”,“ JSR-SIS ”,“ Quintac ”manufactured by Zeon Corporation,“ Electrified STR ”manufactured by Electrochemical Co., Ltd., and the like.
〔リチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物〕
本発明のリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物は、上述の平均ケン化度が60〜95モル%のPVA系樹脂(A)及びスチレン系熱可塑性エラストマー(B)を含有してなるものであり、好ましくは(1)かかるPVA系樹脂(A)とスチレン系熱可塑性エラストマー(B)を溶融混練したものを水に分散させラテックスにしたものを含有してなるもの、(2)PVA系樹脂(A)とスチレン系熱可塑性エラストマー(B)を高圧条件下で乳化重合を行い、ラテックスにしたものを含有してなるもの等が挙げられる。中でも、電池電極製造上の簡便さを有し、低温動作時の抵抗増加を抑制するという点で、PVA系樹脂(A)及びスチレン系熱可塑性エラストマー(B)を含有してなるラテックス[I]を含むものであることが好ましい。
以下に、本発明の正極用バインダー組成物に含まれるラテックス[I]について説明する。
[Binder composition for positive electrode of lithium ion secondary battery]
The binder composition for a lithium ion secondary battery positive electrode of the present invention comprises a PVA resin (A) having an average saponification degree of 60 to 95 mol% and a styrene thermoplastic elastomer (B). Yes, preferably (1) containing a PVA resin (A) and a styrene thermoplastic elastomer (B) melt-kneaded and dispersed in water to form a latex; (2) PVA resin Examples thereof include those obtained by subjecting (A) and a styrene-based thermoplastic elastomer (B) to emulsion polymerization under high pressure conditions to form a latex. Among them, latex [I] containing PVA-based resin (A) and styrene-based thermoplastic elastomer (B) in that it has simplicity in battery electrode production and suppresses an increase in resistance during low-temperature operation. It is preferable that it contains.
Below, latex [I] contained in the binder composition for positive electrodes of this invention is demonstrated.
本発明で用いられるラテックス[I]は、通常、上述のPVA系樹脂(A)と、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)とを溶融混練し、得られた溶融混練物を水中に入れ、溶融混練物のPVA系樹脂(A)を水に溶解し、かかるエラストマー(B)を水中に分散して得られる。 The latex [I] used in the present invention is usually obtained by melt-kneading the above-mentioned PVA resin (A) and the styrene-based thermoplastic elastomer (B), and placing the obtained melt-kneaded material in water, and melt-kneading. The product PVA resin (A) is dissolved in water and the elastomer (B) is dispersed in water.
本発明で用いられるラテックス[I]は、PVA系樹脂(A)とスチレン系熱可塑性エラストマー(B)の含有割合(A/B)が、重量比にて90/10〜60/40であることが好ましく、特に80/20〜70/30の範囲が好適に用いられる。かかる含有割合(A/B)が小さすぎると、溶融混練物中でエラストマー(B)が充分に分散せず、均一に微分散したラテックスが得られ難くなる傾向がある。また、大きすぎると、得られるラテックス[I]中のエラストマー濃度が低くなり、さらにラテックスから得られる乾燥物中のPVA系樹脂の比率が高くなるため、耐水性が低下する傾向がある。
かかるPVA系樹脂(A)とエラストマー(B)との溶融混練は、例えば、ニーダールーダー、押出機、ミキシングロール、バンバリーミキサー、ブラストミルなどの公知の混練装置を用いて行うことができ、中でも押出機を用いる方法が工業的に好ましい。
かかる押出機としては単軸押出機や二軸押出機が挙げられるが、中でもスクリューの回転方向が同方向の二軸押出機が適度なせん断により充分な混練が得られる点でより好ましい。かかる押出機のL/Dは、通常10〜80であり、特に15〜70、さらには15〜60であるものが好ましく用いられる。かかるL/Dが小さすぎると、溶融混練が不充分で、溶融混練物中のエラストマー(B)の分散性が不充分となる場合があり、逆に大きすぎると過度のせん断を与えることにより好ましくないせん断発熱を引き起こす傾向がある。
In the latex [I] used in the present invention, the content ratio (A / B) of the PVA resin (A) and the styrene thermoplastic elastomer (B) is 90/10 to 60/40 in weight ratio. In particular, the range of 80/20 to 70/30 is preferably used. When the content ratio (A / B) is too small, the elastomer (B) is not sufficiently dispersed in the melt-kneaded product, and it is difficult to obtain a uniformly finely dispersed latex. On the other hand, if it is too large, the elastomer concentration in the resulting latex [I] will be low, and the ratio of the PVA resin in the dried product obtained from the latex will be high, so that the water resistance tends to decrease.
The melt kneading of the PVA resin (A) and the elastomer (B) can be performed using a known kneading apparatus such as a kneader ruder, an extruder, a mixing roll, a Banbury mixer, or a blast mill. A method using a machine is industrially preferred.
Examples of such an extruder include a single screw extruder and a twin screw extruder. Among these, a twin screw extruder having the same screw rotation direction is more preferable because sufficient kneading can be obtained by appropriate shearing. The L / D of such an extruder is usually 10 to 80, and those having 15 to 70, more preferably 15 to 60 are preferably used. If the L / D is too small, melt kneading is insufficient, and the dispersibility of the elastomer (B) in the melt kneaded product may be insufficient. Conversely, if too large, it is preferable to give excessive shear. There is no tendency to cause shearing fever.
押出機のスクリュー回転数は、通常、10〜400rpmであり、特に30〜300rpm、さらには50〜250rpmの範囲が好ましく用いられる。かかる回転数が小さすぎると吐出が不安定となる傾向があり、また、大きすぎると好ましくないせん断発熱によって樹脂の劣化の原因となる場合がある。 The screw rotation speed of the extruder is usually from 10 to 400 rpm, particularly preferably from 30 to 300 rpm, more preferably from 50 to 250 rpm. If the rotational speed is too small, the ejection tends to be unstable, and if it is too large, the resin may be deteriorated due to undesirable shearing heat generation.
押出機内における樹脂温度は、通常は80〜260℃で行われ、特に130〜240℃、さらに180〜230℃の範囲が好適に用いられる。かかる樹脂温度が高すぎるとPVA系樹脂(A)、あるいはエラストマー(B)が熱分解する傾向があり、逆に低すぎると、溶融混練が不充分で、溶融混練物中のエラストマー(B)の分散性が低下する傾向がある。
かかる樹脂温度の調整方法は特に限定されないが、通常は、押出機内シリンダーの温度、および回転数を適宜設定する方法が用いられる。
The resin temperature in the extruder is usually 80 to 260 ° C., and particularly preferably 130 to 240 ° C., more preferably 180 to 230 ° C. If the resin temperature is too high, the PVA resin (A) or the elastomer (B) tends to be thermally decomposed. On the other hand, if the resin temperature is too low, the melt kneading is insufficient and the elastomer (B) in the melt kneaded product is insufficient. Dispersibility tends to decrease.
The method for adjusting the resin temperature is not particularly limited, but usually, a method of appropriately setting the temperature of the cylinder in the extruder and the number of rotations is used.
押出機から吐出された溶融混練物は、次工程への移送、および取り扱いの簡便性から、通常はペレットとされることが好ましく、かかるペレット化法は特に限定されないが、前記樹脂組成物をダイスからストランド状に押出し、冷却の後、適切な長さにカットする方法が用いられる。かかる冷却の方法としては、特に限定されないが、押し出された樹脂の温度よりも低温に保持された液体に接触させる方式や、冷風を吹き付ける空冷方式が好ましく用いられる。前述の液体としてはPVA系樹脂(A)を溶解しない有機溶剤である必要があり、例えばアルコール系溶剤が挙げられるが、環境の点では空冷方式が好ましく用いられる。
かかるペレットの形状は通常、円筒状であり、その大きさは、後にこれを水と接触させ、その中のPVA系樹脂(A)を溶解除去することを考えると、小さいほうが好ましく、例えば、ダイスの口径は直径2〜6mm、ストランドのカット長さは1〜6mm程度が好適である。なお、押出機から吐出された溶融混練物がまだ溶融状態である間に、大気中あるいは有機溶剤中でカットする方法も用いることができ、その場合には球状に近いペレットが得られる。その場合の大きさとしては、直径が2〜5mmの範囲のペレットが好適に用いられる。
The melt-kneaded product discharged from the extruder is preferably made into pellets from the viewpoint of transfer to the next step and ease of handling, and the pelletizing method is not particularly limited. A method is used in which the material is extruded into strands, cooled, and then cut into an appropriate length. The cooling method is not particularly limited, but a method of contacting with a liquid held at a temperature lower than the temperature of the extruded resin or an air cooling method of blowing cool air is preferably used. The liquid needs to be an organic solvent that does not dissolve the PVA resin (A). For example, an alcohol solvent may be used, but an air cooling method is preferably used in terms of the environment.
The shape of such a pellet is usually cylindrical, and the size thereof is preferably smaller considering that it is later brought into contact with water and the PVA resin (A) therein is dissolved and removed. The diameter is preferably 2 to 6 mm, and the strand cut length is preferably about 1 to 6 mm. A method of cutting in the air or in an organic solvent while the melt-kneaded material discharged from the extruder is still in a molten state can be used, and in that case, a nearly spherical pellet is obtained. As the size in that case, pellets having a diameter in the range of 2 to 5 mm are preferably used.
次に、上述の工程で得られたPVA系樹脂(A)とスチレン系熱可塑性エラストマー(B)の溶融混練物から、ラテックス[I]を製造する工程について説明する。
かかる工程は、得られたPVA系樹脂(A)とエラストマー(B)の溶融混練物から、これに含まれるPVA系樹脂(A)を溶解するもので、その方法としては特に限定されるものではないが、通常は、上述の方法で得られた溶融混練物のペレットを水中に投入し、必要に応じて撹拌、および加熱することでラテックス[I]を得ることができる。
Next, the process for producing the latex [I] from the melt-kneaded product of the PVA resin (A) and the styrene thermoplastic elastomer (B) obtained in the above process will be described.
This process involves dissolving the PVA resin (A) contained therein from the melt-kneaded product of the obtained PVA resin (A) and elastomer (B), and the method is not particularly limited. Usually, however, the latex [I] can be obtained by putting the pellets of the melt-kneaded product obtained by the above-mentioned method into water and stirring and heating as necessary.
かかる方法によって得られたラテックス[I]の固形分濃度は、通常、10〜50重量%であり、特に10〜40重量%の範囲が好ましい。かかる固形分濃度が小さすぎると、その水分の除去に多大なエネルギーや時間を要する傾向があり、また、固形分濃度が大きすぎると、流動性が低下し、作業性を阻害する傾向がある。 The solid concentration of the latex [I] obtained by such a method is usually 10 to 50% by weight, and particularly preferably 10 to 40% by weight. If the solid content concentration is too small, it takes a lot of energy and time to remove the moisture. If the solid content concentration is too large, the fluidity tends to decrease and workability tends to be hindered.
かかる方法で得られたラテックス[I]中のスチレン系熱可塑性エラストマー(B)の粒径は、通常、50〜2000nmであり、特に100〜1000nm、さらに150〜800nmμmが好ましい。 The particle size of the styrenic thermoplastic elastomer (B) in the latex [I] obtained by such a method is usually from 50 to 2000 nm, particularly preferably from 100 to 1000 nm, and more preferably from 150 to 800 nm.
<他の成分>
本発明の正極用バインダー組成物には、通常、塗膜に用いられる塗料や成型用樹脂に用いられる配合剤等を配合することができる。例えば、光安定剤、紫外線吸収剤、増粘剤、レベリング剤、チクソ化剤、消泡剤、凍結安定剤、艶消し剤、架橋反応触媒、顔料、硬化触媒、架橋剤{ホウ酸、メチロール化メラミン、炭酸ジルコニュム、ジイソプロポキシチタンビストリエタノールアミネート等}、皮張り防止剤、分散剤、湿潤剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、レオロジーコントロール剤、成膜助剤、防錆剤、染料、可塑剤、潤滑剤、還元剤、防腐剤、防黴剤、消臭剤、黄変防止剤、静電防止剤又は帯電調整剤等が挙げられる。それぞれの目的に応じて選択したり、組み合わせたりして配合することができる。なお、正極用バインダー組成物がこれらの配合剤を含有する場合、含有する配合剤の有機分は、正極用バインダー組成物の固形分に含まれる。
上記配合剤の配合量は、正極用バインダー組成物における上記ラテックス[I]の固形分100重量部に対して通常10重量部未満、好ましくは5重量部未満である。
<Other ingredients>
In the positive electrode binder composition of the present invention, a coating agent used for a coating film, a compounding agent used for a molding resin, or the like can be blended. For example, light stabilizer, ultraviolet absorber, thickener, leveling agent, thixotropic agent, antifoaming agent, freezing stabilizer, matting agent, crosslinking reaction catalyst, pigment, curing catalyst, crosslinking agent {boric acid, methylolation Melamine, zirconium carbonate, diisopropoxytitanium bistriethanolaminate, etc.}, anti-skinning agents, dispersants, wetting agents, antioxidants, UV absorbers, rheology control agents, film forming aids, rust inhibitors, dyes, Examples include plasticizers, lubricants, reducing agents, antiseptics, antifungal agents, deodorants, anti-yellowing agents, antistatic agents, and charge control agents. They can be selected or combined according to their purpose. In addition, when the binder composition for positive electrodes contains these compounding agents, the organic content of the compounding agent to contain is contained in solid content of the binder composition for positive electrodes.
The compounding amount of the compounding agent is usually less than 10 parts by weight, preferably less than 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the solid content of the latex [I] in the positive electrode binder composition.
〔正極用スラリーの調製:正極の製造〕
上記本発明の正極用バインダー組成物及び活物質を混合して、リチウムイオン二次電池正極用スラリーを調製することができる。
[Preparation of slurry for positive electrode: manufacture of positive electrode]
The positive electrode binder composition of the present invention and the active material can be mixed to prepare a slurry for a lithium ion secondary battery positive electrode.
かかる活物質は、リチウムイオン二次電池正極に用いられる、公知一般の活物資を用いることが可能である。
正極用活物質としては、例えば、オリビン型リン酸鉄リチウム、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム、三元系ニッケルコバルトマンガン酸リチウム、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物等を用いることができる。
スラリー中の活物質の含有量は、10〜95重量%、好ましくは20〜80重量%、特に好ましくは35〜65重量%である。
As such an active material, a known general active material used for a positive electrode of a lithium ion secondary battery can be used.
As the positive electrode active material, for example, olivine-type lithium iron phosphate, lithium cobaltate, lithium manganate, lithium nickelate, ternary nickel cobalt lithium manganate, lithium nickel cobalt aluminum composite oxide, or the like can be used. .
The content of the active material in the slurry is 10 to 95% by weight, preferably 20 to 80% by weight, particularly preferably 35 to 65% by weight.
活物質の平均粒子径は、通常1〜100μmであり、好ましくは1〜50μmであり、特に好ましくは1〜25μmである。なお、活物質の平均粒子径は、レーザ回折式粒度分布測定(レーザ回折散乱法)により測定された値を採用するものとする。 The average particle diameter of the active material is usually 1 to 100 μm, preferably 1 to 50 μm, and particularly preferably 1 to 25 μm. In addition, the value measured by the laser diffraction type particle size distribution measurement (laser diffraction scattering method) shall be employ | adopted for the average particle diameter of an active material.
正極用スラリーにおける活物質とバインダー組成物との含有比率は、活物質100重量部に対して、前記正極用バインダー組成物に含まれるスチレン系熱可塑性エラストマー(B)の固形分にて通常0.1〜10重量部であり、好ましくは0.1〜5重量部、特に好ましくは0.1〜4重量部である。正極用バインダー組成物の含有量が多くなりすぎると、内部抵抗が増大する傾向がある。一方、少なすぎると、活物質間の所望の結着力や集電体への接着力が得られ難く、正極が不安定となり、充放電サイクル特性が低下する傾向がある。 The content ratio of the active material and the binder composition in the positive electrode slurry is generally 0. 0% by solid content of the styrene thermoplastic elastomer (B) contained in the positive electrode binder composition with respect to 100 parts by weight of the active material. 1 to 10 parts by weight, preferably 0.1 to 5 parts by weight, particularly preferably 0.1 to 4 parts by weight. When the content of the positive electrode binder composition is too large, the internal resistance tends to increase. On the other hand, if the amount is too small, it is difficult to obtain a desired binding force between the active materials and an adhesive force to the current collector, the positive electrode becomes unstable, and the charge / discharge cycle characteristics tend to deteriorate.
正極用スラリーには、上記活物質、正極用バインダー組成物の他、その他の物質が含まれてもよい。例えば、導電助剤、支持塩(リチウム塩)等が含まれ得る。これらの成分の配合比は、公知の一般的な範囲である。配合比についても、リチウムイオン二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整され得る。 The positive electrode slurry may contain other materials in addition to the active material and the positive electrode binder composition. For example, a conductive aid, a supporting salt (lithium salt), and the like can be included. The compounding ratio of these components is a known general range. The blending ratio can also be adjusted by appropriately referring to known knowledge about lithium ion secondary batteries.
導電助剤とは、導電性を向上させるために配合される配合物をいう。導電助剤としては、黒鉛などのカーボン粉末や、気相成長炭素繊維(VGCF(登録商標))、スーパーグロスナノチューブなどの種々の炭素繊維などが挙げられる。本発明のリチウムイオン二次電池正極の作成において種々の配合の結果、結着剤の導電性を更に高める必要がある場合、導電助剤を配合することが好ましく、導電助剤としてVGCF(登録商標)を用いると、活物質が有効に活用され、結着剤を多量に用いることに起因する充放電容量の低下が抑制され得る。この際、VGCF(登録商標)の配合量は、活物質層の合計質量に対して、好ましくは1〜10重量%である。 A conductive assistant means the compounded in order to improve electroconductivity. Examples of the conductive assistant include carbon powder such as graphite, and various carbon fibers such as vapor grown carbon fiber (VGCF (registered trademark)) and super gloss nanotube. In the production of the positive electrode of the lithium ion secondary battery of the present invention, when it is necessary to further increase the conductivity of the binder as a result of various blending, it is preferable to blend a conductive assistant, and VGCF (registered trademark) as the conductive assistant. ), The active material is effectively utilized, and the decrease in charge / discharge capacity due to the use of a large amount of the binder can be suppressed. At this time, the blending amount of VGCF (registered trademark) is preferably 1 to 10% by weight with respect to the total mass of the active material layer.
さらに、正極作製時の作業性等を考慮して、粘度調整、正極用バインダー組成物の固形分の調整などの目的により、溶媒を追加して、正極用スラリーを調製してもよい。かかる溶媒としては、上記した有機溶媒と同様のものを用いることができる。 Furthermore, in consideration of workability at the time of producing the positive electrode, a positive electrode slurry may be prepared by adding a solvent for the purpose of adjusting the viscosity and adjusting the solid content of the positive electrode binder composition. As such a solvent, the same organic solvent as described above can be used.
正極用スラリーには、上記活物質や正極用バインダー組成物及び導電助剤などの分散性向上、または塗工時のレベリング性改善を目的として、正極用バインダー組成物とは別に増粘剤を添加してもよい。増粘剤の種類としては、特に限定はしないが、PVA系樹脂との混和性や、ラテックスの分散媒に水が好適に用いられていることなどから、主に水溶性高分子が好適に用いられる。
水溶性高分子としては、例えば、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシブチルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、アミノメチルヒドロキシプロピルセルロース、アミノエチルヒドロキシプロピルセルロース等のセルロース誘導体類;デンプン、トラガント、ペクチン、グルー、アルギン酸又はその塩;ゼラチン;ポリビニルピロリドン;ポリアクリル酸又はその塩、ポリメタクリル酸又はその塩;ポリアクリルアミド、ポリメタクリルアミド糖のアクリルアミド類;酢酸ビニルとマレイン酸、無水マレイン酸、アクリル酸、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、フマル酸、クロトン酸等の不飽和酸との共重合体;スチレンと上記不飽和酸との共重合体;ビニルエーテルと上記不飽和酸との共重合体;及び前記不飽和酸と各共重合体の塩類又はエステル類、カラギーナン、キサンタンガム、ヒアルロン酸ナトリウム、ローカストビーンガム、タラガム、グアーガム、タマリンドシードガム等の天然多糖類が挙げられる。
正極用スラリーに用いられる増粘剤の量としては、正極用スラリーの固形分にて、通常0.01〜5重量%、好ましくは0.1〜3重量%、特に好ましくは0.5〜2重量%である。スラリーに対して用いる量が少なすぎると、上記活物質や正極用バインダー及び導電助剤などの分散安定性が低下したり、正極が不均一になって安定な充放電が得られない傾向にある。また一方で、かかる量が多すぎると、正極用スラリーの粘度が高くなり過ぎて、正極を作成する際に集電体に均一に塗工するのが困難となる傾向がある他、作成した電池の内部抵抗が向上して充放電容量が低下する傾向がある。
To the positive electrode slurry, a thickener is added separately from the positive electrode binder composition for the purpose of improving the dispersibility of the active material, positive electrode binder composition and conductive additive, or improving the leveling properties during coating. May be. The type of thickener is not particularly limited, but mainly water-soluble polymers are preferably used because of miscibility with PVA-based resins and the use of water as a latex dispersion medium. It is done.
Examples of water-soluble polymers include cellulose derivatives such as methyl cellulose, ethyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, hydroxybutyl methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, aminomethyl hydroxypropyl cellulose, aminoethyl hydroxypropyl cellulose; starch, tragacanth , Pectin, glue, alginic acid or salt thereof; gelatin; polyvinyl pyrrolidone; polyacrylic acid or salt thereof, polymethacrylic acid or salt thereof; polyacrylamide, acrylamide of polymethacrylamide sugar; vinyl acetate and maleic acid, maleic anhydride, Copolymerization with unsaturated acids such as acrylic acid, acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, fumaric acid and crotonic acid A copolymer of styrene and the unsaturated acid; a copolymer of vinyl ether and the unsaturated acid; and salts or esters of the unsaturated acid and each copolymer, carrageenan, xanthan gum, sodium hyaluronate, Examples include natural polysaccharides such as locust bean gum, tara gum, guar gum, tamarind seed gum and the like.
The amount of the thickener used in the positive electrode slurry is usually 0.01 to 5% by weight, preferably 0.1 to 3% by weight, particularly preferably 0.5 to 2%, based on the solid content of the positive electrode slurry. % By weight. If the amount used for the slurry is too small, the dispersion stability of the active material, the positive electrode binder and the conductive auxiliary agent tends to be reduced, or the positive electrode becomes non-uniform and stable charge / discharge tends not to be obtained. . On the other hand, if the amount is too large, the viscosity of the positive electrode slurry becomes too high, and it tends to be difficult to uniformly coat the current collector when preparing the positive electrode. There is a tendency that the internal resistance increases and the charge / discharge capacity decreases.
正極用バインダー組成物、活物質、及び必要に応じて用いられる配合剤、溶媒の混合は、攪拌機、脱泡機、ビーズミル、高圧ホモジナイザー等を利用することができる。また、正極用スラリーの調製は、減圧下で行うことが好ましい。これにより、得られる活物質層内に気泡が生じることを防止することができる。 For the mixing of the positive electrode binder composition, the active material, and the compounding agent and solvent used as necessary, a stirrer, a defoamer, a bead mill, a high-pressure homogenizer, or the like can be used. The positive electrode slurry is preferably prepared under reduced pressure. Thereby, it can prevent that a bubble arises in the active material layer obtained.
以上のようにして調製される正極用スラリーを、集電体上に塗布、乾燥することにより、本発明のリチウムイオン二次電池正極(以下「本発明の正極」と略称することがある。)を製造することができる。必要に応じて、塗布後、プレスして密度を上げることが好ましい。 The positive electrode slurry prepared as described above is applied onto a current collector and dried, whereby the lithium ion secondary battery positive electrode of the present invention (hereinafter sometimes abbreviated as “positive electrode of the present invention”). Can be manufactured. If necessary, it is preferable to increase the density by pressing after coating.
本発明の正極に用いられる集電体としては、リチウムイオン二次電池の正極の集電体として用いられているものを使用できる。具体的には、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、タンタル、ステンレス、チタン等の金属材料が挙げられ、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。 As the current collector used in the positive electrode of the present invention, those used as the current collector of the positive electrode of the lithium ion secondary battery can be used. Specifically, for example, metal materials such as aluminum, copper, nickel, tantalum, stainless steel, titanium, and the like can be given, and can be appropriately selected and used according to the type of the target power storage device.
このような集電体上に、正極用スラリーを塗布、乾燥することで、正極層を形成することができる。正極用スラリーを集電体に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、エアーナイフ法等が挙げられる。また、正極用スラリーの塗布膜の乾燥処理の条件としては、処理温度が通常20〜250℃であり、好ましくは50〜150℃である。また、処理時間は通常1〜120分間であり、好ましくは5〜60分間である。 A positive electrode layer can be formed by applying and drying a positive electrode slurry on such a current collector. Examples of the method for applying the positive electrode slurry to the current collector include a doctor blade method, a reverse roll method, a comma bar method, a gravure method, and an air knife method. Moreover, as conditions for the drying process of the coating film of the slurry for positive electrodes, process temperature is 20-250 degreeC normally, Preferably it is 50-150 degreeC. Moreover, processing time is 1 to 120 minutes normally, Preferably it is 5 to 60 minutes.
活物質層の厚さ(塗布層の片面の厚さ)は、通常20〜500μmであり、好ましくは20〜300μm、特に好ましくは20〜150μmである。 The thickness of the active material layer (the thickness of one surface of the coating layer) is usually 20 to 500 μm, preferably 20 to 300 μm, particularly preferably 20 to 150 μm.
得られる正極における本発明の正極用バインダー組成物の電解液膨潤率は、スチレン系熱可塑性エラストマーの種類、組成にもよるが、通常10%以下であり、好ましくは7%以下、特に好ましくは0.1〜5%である。
電解液膨潤率が前記範囲にあると、本発明の正極用バインダー組成物は電解液に対して適度に膨潤し、効果的に内部抵抗を低下させて、より良好な充放電特性を実現できる傾向がある。また、本発明の正極用バインダー組成物の電解液に対する膨潤を一定範囲に留めることにより、長期充放電時の抵抗増加を抑制することが可能となる。これは、正極活物質と電解液の接触を抑制することにより、電解液の酸化分解によりもたらされる電池抵抗の増加を抑制することが可能となるためと推測される。
The electrolyte swelling ratio of the positive electrode binder composition of the present invention in the obtained positive electrode is usually 10% or less, preferably 7% or less, particularly preferably 0, although it depends on the type and composition of the styrene-based thermoplastic elastomer. .1-5%.
When the electrolytic solution swelling ratio is in the above range, the positive electrode binder composition of the present invention tends to swell appropriately with respect to the electrolytic solution, effectively reducing internal resistance, and realizing better charge / discharge characteristics. There is. Moreover, it becomes possible to suppress the increase in resistance at the time of long-term charging / discharging by restrict | swelling with respect to the electrolyte solution of the binder composition for positive electrodes of this invention to a fixed range. This is presumably because the increase in battery resistance caused by the oxidative decomposition of the electrolytic solution can be suppressed by suppressing the contact between the positive electrode active material and the electrolytic solution.
かかる電解液膨潤率は、例えば、以下のように測定した値をいう。
正極用バインダー組成物として調製したラテックスを500μmのアプリケータを用いてPETフィルム上にキャストした後、105℃の乾燥機で3時間加熱乾燥してフィルムを得た。得られるフィルムを、所定サイズに切り出して、その重量を測定する(W0(g))。このフィルムを10gのプロピレンカーボネート(PC)、又はエチレンカーボネート/ジメチルカーボネート(EC/DMC)の3/7混合液(体積比)に浸漬させて60℃で3時間加熱する。室温まで冷却した後、フィルムを取り出し、フィルム表面に付着した電解液をふき取った後に、試験後の浸漬後重量(W1(g))から、下式に従って、電解液膨潤率を算出する。
電解液膨潤率(%)=((W1−W0)/W0)×100
Such an electrolyte swelling rate refers to a value measured as follows, for example.
The latex prepared as the positive electrode binder composition was cast on a PET film using a 500 μm applicator, and then heat-dried with a dryer at 105 ° C. for 3 hours to obtain a film. The resulting film is cut into a predetermined size and the weight is measured (W0 (g)). This film is immersed in 10 g of propylene carbonate (PC) or 3/7 mixed solution (volume ratio) of ethylene carbonate / dimethyl carbonate (EC / DMC) and heated at 60 ° C. for 3 hours. After cooling to room temperature, the film is taken out, and the electrolyte solution adhered to the film surface is wiped off. Then, the electrolyte swelling rate is calculated from the weight after immersion after the test (W1 (g)) according to the following formula.
Electrolytic solution swelling rate (%) = ((W1-W0) / W0) × 100
本発明のリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物を用いて得られた正極は柔軟性や耐酸化性が従来の正極よりも改善される為、合剤層の割れ、活物質の剥離・脱落や電解液の酸化分解が発生し難くなるという効果が得られる。 Since the positive electrode obtained using the binder composition for a lithium ion secondary battery positive electrode of the present invention has improved flexibility and oxidation resistance compared to the conventional positive electrode, the mixture layer is cracked, the active material is peeled off and dropped off. In addition, an effect that the oxidative decomposition of the electrolyte solution hardly occurs can be obtained.
〔リチウムイオン二次電池〕
本発明のリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物を用いて作製された正極を有するリチウムイオン二次電池について説明する。
リチウムイオン二次電池は、正極、負極、電解液、セパレータを少なくとも有する。
[Lithium ion secondary battery]
A lithium ion secondary battery having a positive electrode produced using the binder composition for a positive electrode of the lithium ion secondary battery of the present invention will be described.
The lithium ion secondary battery has at least a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, and a separator.
負極は、上述の正極と同様の方法で製造することができ、例えば、一般的なバインダー組成物、負極用活物質、及び必要に応じて用いられる配合剤を含有する負極用スラリーを集電体上に塗布、乾燥して形成することができる。
負極用活物質としては、炭素材料が好ましい。炭素材料としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛等の黒鉛系炭素材料(黒鉛)、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、ソフトカーボン、ハードカーボン等が挙げられる。それ以外に、リチウム金属、リチウム含有金属複合酸化物、炭素粉末、珪素粉末、錫粉末、またはこれらの混合物を用いることが好ましい。
負極の集電体としては、例えば、銅、ニッケルといった金属箔、エッチング金属箔、エキスパンドメタルなどが用いられる。
The negative electrode can be produced by the same method as the above-described positive electrode. For example, a negative electrode slurry containing a general binder composition, a negative electrode active material, and a compounding agent used as necessary is collected. It can be formed by coating and drying.
A carbon material is preferable as the negative electrode active material. Examples of the carbon material include graphite-based carbon materials (graphite) such as natural graphite, artificial graphite, and expanded graphite, carbon black, activated carbon, carbon fiber, coke, soft carbon, and hard carbon. In addition, it is preferable to use lithium metal, lithium-containing metal composite oxide, carbon powder, silicon powder, tin powder, or a mixture thereof.
As the current collector for the negative electrode, for example, a metal foil such as copper or nickel, an etching metal foil, an expanded metal, or the like is used.
電解液としては、リチウム塩を溶解する非プロトン性極性溶媒が用いられる。特に限定しないが、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等の環状炭酸エステル系高誘電率・高沸点溶媒に、低粘性率溶媒である炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル、炭酸ジエチル等の低級鎖状炭酸エステルを含有させて用いられる。具体的には、例えば、エチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、イソプロピルメチルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、イソプロピルエチルカーボネート、ブチルメチルカーボネート、ブチルエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、スルホラン、3−メチルスルホラン、2,4−ジメチルスルホラン、1,3−ジオキソラン、酢酸メチル、酢酸エチル、ギ酸メチル、ギ酸エチルなどが挙げられ、これらは混合して用いることが好ましい。 As the electrolytic solution, an aprotic polar solvent that dissolves a lithium salt is used. Although not particularly limited, low-chain solvents such as dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and diethyl carbonate, which are low-viscosity solvents, are contained in cyclic carbonate high dielectric constant / high boiling point solvents such as ethylene carbonate and propylene carbonate. Used. Specifically, for example, ethylene carbonate, chloroethylene carbonate, trifluoropropylene carbonate, butylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, isopropyl methyl carbonate, ethyl propyl carbonate, isopropyl ethyl carbonate, butyl methyl Carbonate, butyl ethyl carbonate, dipropyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, γ-butyrolactone, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, sulfolane, 3-methylsulfolane, 2,4-dimethylsulfolane, 1,3-dioxolane, methyl acetate , Ethyl acetate, methyl formate, ethyl formate, etc., and these are preferably used as a mixture. Arbitrariness.
電解質のリチウム塩としては、例えば、LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiCl、LiBr等の無機塩や、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3) 22、LiN(SO2C2F5)2、LiC( SO2CF3) 3、LiN(SO3CF3)2等の有機塩など、非水電解液の電解質として常用されているものを用いればよい。これらのなかでもLiPF6、LiBF4又はLiClO4を用いるのが好ましい。 Examples of the lithium salt of the electrolyte include inorganic salts such as LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiCl, and LiBr, LiCF 3 SO 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 2, LiN (SO 2 C What is commonly used as an electrolyte of a nonaqueous electrolytic solution such as an organic salt such as 2 F 5 ) 2 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , or LiN (SO 3 CF 3 ) 2 may be used. Of these, LiPF 6 , LiBF 4 or LiClO 4 is preferably used.
セパレータとしては、例えば、ポリオレフィンの不織布や多孔性フィルム、またガラスフィルター、ポリアラミド製フィルム、PVA系樹脂からなら不織布などを用いることができる。 As the separator, for example, a non-woven fabric of polyolefin or a porous film, a glass filter, a polyaramid film, a non-woven fabric or the like can be used from PVA resin.
二次電池の構造としては、積層型(扁平型)電池、巻回型(円筒型)電池など、従来公知のいずれの形態・構造にも適用し得る。また、リチウムイオン二次電池内の電気的な接続形態(電極構造)については、(内部並列接続タイプ)電池および双極型(内部直列接続タイプ)電池のいずれにも適用し得る。 The structure of the secondary battery can be applied to any conventionally known form / structure such as a stacked (flat) battery or a wound (cylindrical) battery. In addition, the electrical connection form (electrode structure) in the lithium ion secondary battery can be applied to both (internal parallel connection type) batteries and bipolar (internal series connection type) batteries.
以上のようにして得られるリチウムイオン二次電池は、本発明の電極用バインダー組成物を用いたことに基づき、電極の柔軟性が改善され、合剤層の割れ、活物質の剥離・脱落が発生し難くなる。また、耐酸化性も改善されるため初回放電容量が高く、しかも高い充放電容量を安定的に得ることが可能となる。 The lithium ion secondary battery obtained as described above has improved flexibility of the electrode based on the use of the electrode binder composition of the present invention, cracking of the mixture layer, peeling and dropping of the active material. It becomes difficult to occur. Moreover, since the oxidation resistance is improved, the initial discharge capacity is high, and a high charge / discharge capacity can be stably obtained.
また、電池の内部抵抗を抑制する為に、ラテックス中の分散質の粒子径を制御する方法を用いても良い。本発明のリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物は、スチレン系熱可塑性エラストマーがPVA系樹脂水溶液中に分散しているラテックスを含むことによって、当該バインダー組成物を用いて得られる電極において、バインダー中のPVA系樹脂マトリックスの表面積が大きく、且つPVA系樹脂層の厚みが薄くなる。この結果、PVA系樹脂特有の耐電解液性及び耐酸化性を維持したまま、電池の内部抵抗が軽減され、電池の安全性や耐久性が向上する。これらの効果が得られる理由は、明らかではないが、スチレン系熱可塑性エラストマーとPVA系樹脂マトリックスとの界面にてバインダー組成物の製造の際に形成されるグラフト形成物が増大することにより、スチレン系熱可塑性エラストマーの分散粒径が更に小さくなり、且つ粒径分布が均一化され、内部抵抗の軽減を図ることが可能となるためと考えられる。 In order to suppress the internal resistance of the battery, a method of controlling the particle size of the dispersoid in the latex may be used. The binder composition for a positive electrode of a lithium ion secondary battery of the present invention includes a latex in which a styrene-based thermoplastic elastomer is dispersed in a PVA-based resin aqueous solution. The surface area of the PVA resin matrix inside is large, and the thickness of the PVA resin layer is reduced. As a result, the internal resistance of the battery is reduced while maintaining the electrolytic solution resistance and oxidation resistance unique to the PVA resin, and the safety and durability of the battery are improved. The reason why these effects are obtained is not clear, but the graft formation formed during the production of the binder composition at the interface between the styrene-based thermoplastic elastomer and the PVA-based resin matrix increases. This is presumably because the dispersed particle size of the thermoplastic elastomer is further reduced, the particle size distribution is made uniform, and the internal resistance can be reduced.
以下、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、例中「部」とあるのは重量基準を意味する。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated further more concretely, this invention is not limited to a following example, unless the summary is exceeded. In the examples, “part” means a weight basis.
〔分析方法〕
下記実施例及び比較例において製造したPVA系樹脂は、以下の方法にて分析した。
[Analysis method]
The PVA resin produced in the following examples and comparative examples was analyzed by the following method.
(1)平均ケン化度(モル%)
残存酢酸ビニル及び3,4−ジアセトキシ−1−ブテンの加水分解に要するアルカリ消費量にて分析した。
(1) Average saponification degree (mol%)
The analysis was performed based on the alkali consumption required for hydrolysis of residual vinyl acetate and 3,4-diacetoxy-1-butene.
(2)粘度平均重合度
JIS K 6726に準じて測定した。
(2) Viscosity average polymerization degree Measured according to JIS K 6726.
(3)側鎖1,2−ジオール構造単位の含有量(変性量)(モル%)
BRUKER社製のAVANCEIIIHD 400を用いて、1H−NMR(400MHz、プロトンNMR、溶媒:重水溶液、温度:50℃)にて測定し、得られたNMRチャートに基づき、積分値より算出した。
(3) Content of side chain 1,2-diol structural unit (modified amount) (mol%)
Using an AVANCE III HD 400 manufactured by BRUKER, 1 H-NMR (400 MHz, proton NMR, solvent: heavy aqueous solution, temperature: 50 ° C.) was calculated from the integrated value based on the obtained NMR chart.
〔測定評価方法〕
下記実施例及び比較例において調製したバインダーは、以下の方法にて電池特性の評価を行った。
[Measurement evaluation method]
Binders prepared in the following examples and comparative examples were evaluated for battery characteristics by the following methods.
(1)電池特性
作製したセルを25℃で50時間放置した後充放電試験に供した。
電流密度を30mA/gとし電位範囲2.7−4.2Vで定電流充放電試験を行い、初回の放電容量(mAh/g)、クーロン効率(%)を測定した。
(1) Battery characteristics The prepared cell was left at 25 ° C. for 50 hours and then subjected to a charge / discharge test.
A constant current charge / discharge test was conducted at a current density of 30 mA / g and a potential range of 2.7-4.2 V, and the initial discharge capacity (mAh / g) and Coulomb efficiency (%) were measured.
(2−1)初回放電容量(mAh/g)
初回放電時の定電流値(制御電流値(mA))と設定電位に達するまでの時間(h)の積を、電極活物質(正極活物質)重量(g)で除した値を初回放電容量(mAh/g)とした。
初回放電容量の絶対値が140(mAh/g)以上を「優」(◎)、120(mAh/g)以上140(mAh/g)未満を「良」(○)、120(mAh/g)未満を「不良」(×)と評価した。
(2-1) Initial discharge capacity (mAh / g)
The value obtained by dividing the product of the constant current value (control current value (mA)) at the first discharge and the time (h) until reaching the set potential by the weight (g) of the electrode active material (positive electrode active material). (MAh / g).
The absolute value of the initial discharge capacity is 140 (mAh / g) or more as “excellent” (◎), 120 (mAh / g) or more and less than 140 (mAh / g) as “good” (◯), 120 (mAh / g) Less than was evaluated as “bad” (×).
(2−2)初回クーロン効率(%)
初回放電容量(mAh/g)を初回充電容量(mAh/g)で除した百分率(%)を初回クーロン効率とした。
初回クーロン効率が90%以上を「優」(◎)、80%以上90%未満を「良」(○)、80%未満を「不良」(×)と評価した。
(2-2) First-time coulomb efficiency (%)
The percentage (%) obtained by dividing the initial discharge capacity (mAh / g) by the initial charge capacity (mAh / g) was defined as the initial coulomb efficiency.
The initial coulombic efficiency was evaluated as “excellent” ()) when 90% or more, “good” (◯) when 80% or more and less than 90%, and “bad” (×) when less than 80%.
(2−3)常温抵抗特性
電流密度30mA/g、25℃で5サイクル後、充電状態50%における25℃インピーダンスによる抵抗値の測定を行った。このインピーダンス測定において、周波数範囲は0.1m〜100MHz、電圧の振幅は±10mVとした。周波数10Hz時における抵抗値が低い程良好であることを示す。なお、抵抗値の絶対値は0に近い程よいものとする。
10Hzにおいての抵抗値(Ω)が40以下を「優」(◎)、40超80以下を「良」(〇)、80超を「不良」(×)と評価した。
(2-3) Normal temperature resistance characteristics After 5 cycles at a current density of 30 mA / g and 25 ° C., the resistance value was measured by impedance at 25 ° C. in a charged state of 50%. In this impedance measurement, the frequency range was 0.1 m to 100 MHz, and the voltage amplitude was ± 10 mV. The lower the resistance value at a frequency of 10 Hz, the better. The absolute value of the resistance value is preferably closer to 0.
A resistance value (Ω) at 10 Hz of 40 or less was evaluated as “excellent” (◎), 40 to 80 or less evaluated as “good” (◯), and 80 or more evaluated as “bad” (×).
(2−4)低温抵抗特性
電流密度30mA/g、25℃で5サイクル後、充電状態50%における0℃インピーダンスによる抵抗値の測定を行った。このインピーダンス測定において、周波数範囲は0.1m〜100MHz、電圧の振幅は±10mVとした。周波数10Hz時における抵抗値が低い程良好であることを示す。なお、抵抗値の絶対値は0に近い程よいものとする。
10Hzにおいての抵抗値(Ω)が40以下を「優」(◎)、40超80以下を「良」(〇)、80超を「不良」(×)と評価した。
(2-4) Low-temperature resistance characteristics After 5 cycles at a current density of 30 mA / g and 25 ° C., the resistance value was measured by 0 ° C. impedance in a charged state of 50%. In this impedance measurement, the frequency range was 0.1 m to 100 MHz, and the voltage amplitude was ± 10 mV. The lower the resistance value at a frequency of 10 Hz, the better. The absolute value of the resistance value is preferably closer to 0.
A resistance value (Ω) at 10 Hz of 40 or less was evaluated as “excellent” (◎), 40 to 80 or less evaluated as “good” (◯), and 80 or more evaluated as “bad” (×).
以下のものを用意した。
〔PVA系樹脂(A1)〕
還流冷却器、滴下漏斗、攪拌機を備えた反応容器に、酢酸ビニル72.1部、メタノール21.5部、3,4−ジアセトキシ−1−ブテン4.1部を仕込み、アゾビスイソブチロニトリルを0.3モル%(対仕込み酢酸ビニル)投入し、攪拌しながら窒素気流下で温度を上昇させ、重合を開始した。酢酸ビニルの重合率が90%となった時点で、m−ジニトロベンゼンを添加して重合を終了し、続いて、メタノール蒸気を吹き込む方法により未反応の酢酸ビニルモノマーを系外に除去し共重合体のメタノール溶液とした。
The following were prepared.
[PVA resin (A1)]
A reaction vessel equipped with a reflux condenser, a dropping funnel and a stirrer was charged with 72.1 parts of vinyl acetate, 21.5 parts of methanol, and 4.1 parts of 3,4-diacetoxy-1-butene, and azobisisobutyronitrile. Was added in an amount of 0.3 mol% (compared with vinyl acetate), and the temperature was raised under a nitrogen stream while stirring to initiate polymerization. When the polymerization rate of vinyl acetate reaches 90%, m-dinitrobenzene is added to complete the polymerization, and then unreacted vinyl acetate monomer is removed out of the system by blowing methanol vapor. A combined methanol solution was obtained.
ついで、上記メタノール溶液をさらにメタノールで希釈し、濃度45%に調整してニーダーに仕込み、溶液温度を35℃に保ちながら、水酸化ナトリウムの2%メタノール溶液を共重合体中の酢酸ビニル構造単位および3,4−ジアセトキシ−1−ブテン構造単位の合計量1モルに対して3ミリモルとなる割合で加えてケン化を行った。ケン化が進行するとともにケン化物が析出し、粒子状となった時点で濾別し、メタノールでよく洗浄して熱風乾燥機中で乾燥し、目的とするPVA系樹脂(A1)を作製した。 Next, the methanol solution was further diluted with methanol, adjusted to a concentration of 45%, charged into a kneader, and a 2% methanol solution of sodium hydroxide was added to the vinyl acetate structural unit in the copolymer while maintaining the solution temperature at 35 ° C. Further, saponification was carried out by adding 3 mmol per 1 mol of the total amount of 3,4-diacetoxy-1-butene structural units. As saponification progressed, when saponified substances were precipitated and formed into particles, they were separated by filtration, washed well with methanol, and dried in a hot air drier to prepare the intended PVA resin (A1).
得られたPVA系樹脂(A1)のケン化度は、残存酢酸ビニルおよび3,4−ジアセトキシ−1−ブテンの加水分解に要するアルカリ消費量にて分析したところ、88モル%であった。また、平均重合度は、JIS K 6726に準じて分析を行ったところ、340であった。また、一般式(1)で表される1,2−ジオール構造単位の含有量は、1H−NMR(300MHzプロトンNMR、d6−DMSO溶液、内部標準物質;テトラメチルシラン、50℃)にて測定した積分値より算出したところ、3モル%であった。
また、MFR(210℃、荷重2160g)は28.2g/10分、溶融粘度(220℃、せん断速度122sec−1)は324Pa・sであった。
The saponification degree of the obtained PVA resin (A1) was 88 mol% when analyzed by the alkali consumption required for hydrolysis of residual vinyl acetate and 3,4-diacetoxy-1-butene. The average degree of polymerization was 340 when analyzed according to JIS K 6726. The content of the 1,2-diol structural unit represented by the general formula (1) is 1 H-NMR (300 MHz proton NMR, d6-DMSO solution, internal standard substance: tetramethylsilane, 50 ° C.). It was 3 mol% when computed from the measured integral value.
The MFR (210 ° C., load 2160 g) was 28.2 g / 10 minutes, and the melt viscosity (220 ° C., shear rate 122 sec −1 ) was 324 Pa · s.
〔PVA系樹脂(A2)〕
還流冷却器、滴下漏斗、攪拌機を備えた反応容器に、酢酸ビニル68.0部、メタノール23.8部、3,4−ジアセトキシ−1−ブテン8.2部を仕込み、アゾビスイソブチロニトリルを0.3モル%(対仕込み酢酸ビニル)投入し、攪拌しながら窒素気流下で温度を上昇させ、重合を開始した。酢酸ビニルの重合率が90%となった時点で、m−ジニトロベンゼンを添加して重合を終了し、続いて、メタノール蒸気を吹き込む方法により未反応の酢酸ビニルモノマーを系外に除去し共重合体のメタノール溶液とした。
[PVA resin (A2)]
A reaction vessel equipped with a reflux condenser, a dropping funnel and a stirrer was charged with 68.0 parts of vinyl acetate, 23.8 parts of methanol, and 8.2 parts of 3,4-diacetoxy-1-butene, and azobisisobutyronitrile. Was added in an amount of 0.3 mol% (compared with vinyl acetate), and the temperature was raised under a nitrogen stream while stirring to initiate polymerization. When the polymerization rate of vinyl acetate reaches 90%, m-dinitrobenzene is added to complete the polymerization, and then unreacted vinyl acetate monomer is removed out of the system by blowing methanol vapor. A combined methanol solution was obtained.
ついで、上記メタノール溶液をさらにメタノールで希釈し、濃度45%に調整してニーダーに仕込み、溶液温度を35℃に保ちながら、水酸化ナトリウムの2%メタノール溶液を共重合体中の酢酸ビニル構造単位および3,4−ジアセトキシ−1−ブテン構造単位の合計量1モルに対して3ミリモルとなる割合で加えてケン化を行った。ケン化が進行するとともにケン化物が析出し、粒子状となった時点で濾別し、メタノールでよく洗浄して熱風乾燥機中で乾燥し、目的とするPVA系樹脂(A2)を作製した。 Next, the methanol solution was further diluted with methanol, adjusted to a concentration of 45%, charged into a kneader, and a 2% methanol solution of sodium hydroxide was added to the vinyl acetate structural unit in the copolymer while maintaining the solution temperature at 35 ° C. Further, saponification was carried out by adding 3 mmol per 1 mol of the total amount of 3,4-diacetoxy-1-butene structural units. As saponification progressed, when saponified substances were precipitated and formed into particles, they were separated by filtration, washed well with methanol, and dried in a hot air dryer to prepare the intended PVA resin (A2).
得られたPVA系樹脂(A2)のケン化度は、残存酢酸ビニルおよび3,4−ジアセトキシ−1−ブテンの加水分解に要するアルカリ消費量にて分析したところ、88モル%であった。また、平均重合度は、JIS K 6726に準じて分析を行ったところ、450であった。また、一般式(1)で表される1,2−ジオール構造単位の含有量は、1H−NMR(300MHzプロトンNMR、d6−DMSO溶液、内部標準物質;テトラメチルシラン、50℃)にて測定した積分値より算出したところ、6モル%であった。
また、MFR(210℃、荷重2160g)は6.1g/10分、溶融粘度(220℃、せん断速度122sec−1)は858Pa・sであった。
The saponification degree of the obtained PVA-based resin (A2) was 88 mol% when analyzed by the alkali consumption required for hydrolysis of residual vinyl acetate and 3,4-diacetoxy-1-butene. The average degree of polymerization was 450 when analyzed according to JIS K 6726. The content of the 1,2-diol structural unit represented by the general formula (1) is 1 H-NMR (300 MHz proton NMR, d6-DMSO solution, internal standard substance: tetramethylsilane, 50 ° C.). It was 6 mol% when computed from the measured integral value.
The MFR (210 ° C., load 2160 g) was 6.1 g / 10 min, and the melt viscosity (220 ° C., shear rate 122 sec −1 ) was 858 Pa · s.
〔PVA系樹脂(A’1)〕
還流冷却器、滴下漏斗、攪拌機を備えた反応容器に、酢酸ビニル68.5部、メタノール20.5部、3,4−ジアセトキシ−1−ブテン11部を仕込み、アゾビスイソブチロニトリルを0.3モル%(対仕込み酢酸ビニル)投入し、攪拌しながら窒素気流下で温度を上昇させ、重合を開始した。酢酸ビニルの重合率が90%となった時点で、m−ジニトロベンゼンを添加して重合を終了し、続いて、メタノール蒸気を吹き込む方法により未反応の酢酸ビニルモノマーを系外に除去し共重合体のメタノール溶液とした。
[PVA resin (A'1)]
A reaction vessel equipped with a reflux condenser, a dropping funnel and a stirrer was charged with 68.5 parts of vinyl acetate, 20.5 parts of methanol, and 11 parts of 3,4-diacetoxy-1-butene, and 0% of azobisisobutyronitrile was added. .3 mol% (vs. vinyl acetate charged) was added, and the temperature was raised under a nitrogen stream while stirring to initiate polymerization. When the polymerization rate of vinyl acetate reaches 90%, m-dinitrobenzene is added to complete the polymerization, and then unreacted vinyl acetate monomer is removed out of the system by blowing methanol vapor. A combined methanol solution was obtained.
ついで、上記メタノール溶液をさらにメタノールで希釈し、濃度45%に調整してニーダーに仕込み、溶液温度を35℃に保ちながら、水酸化ナトリウムの2%メタノール溶液を共重合体中の酢酸ビニル構造単位および3,4−ジアセトキシ−1−ブテン構造単位の合計量1モルに対して10.5ミリモルとなる割合で加えてケン化を行った。ケン化が進行するとともにケン化物が析出し、粒子状となった時点で濾別し、メタノールでよく洗浄して熱風乾燥機中で乾燥し、目的とするPVA系樹脂(A’1)を作製した。 Next, the methanol solution was further diluted with methanol, adjusted to a concentration of 45%, charged into a kneader, and a 2% methanol solution of sodium hydroxide was added to the vinyl acetate structural unit in the copolymer while maintaining the solution temperature at 35 ° C. And saponification was performed by adding 10.5 mmol with respect to 1 mol of the total amount of 3,4-diacetoxy-1-butene structural units. When saponification progresses and saponification precipitates and becomes particulate, it is filtered, washed well with methanol and dried in a hot air dryer to produce the desired PVA resin (A'1) did.
得られたPVA系樹脂(A’1)のケン化度は、残存酢酸ビニルおよび3,4−ジアセトキシ−1−ブテンの加水分解に要するアルカリ消費量にて分析したところ、99モル%であった。また、平均重合度は、JIS K 6726に準じて分析を行ったところ、300であった。また、一般式(1)で表される1,2−ジオール構造単位の含有量は、1H−NMR(300MHzプロトンNMR、d6−DMSO溶液、内部標準物質;テトラメチルシラン、50℃)にて測定した積分値より算出したところ、8モル%であった。
また、MFR(210℃、荷重2160g)は28g/10分、溶融粘度(220℃、せん断速度122sec−1)は274Pa・sであった。
The saponification degree of the obtained PVA-based resin (A′1) was 99 mol% when analyzed by the alkali consumption required for hydrolysis of residual vinyl acetate and 3,4-diacetoxy-1-butene. . Moreover, the average degree of polymerization was 300 when analyzed according to JIS K 6726. The content of the 1,2-diol structural unit represented by the general formula (1) is 1 H-NMR (300 MHz proton NMR, d6-DMSO solution, internal standard substance: tetramethylsilane, 50 ° C.). It was 8 mol% when computed from the measured integral value.
The MFR (210 ° C., load 2160 g) was 28 g / 10 min, and the melt viscosity (220 ° C., shear rate 122 sec −1 ) was 274 Pa · s.
〔PVA系樹脂(A’2)〕
還流冷却器、滴下漏斗、攪拌機を備えた反応容器に、酢酸ビニル68.0部、メタノール23.8部、3,4−ジアセトキシ−1−ブテン8.2部を仕込み、アゾビスイソブチロニトリルを0.3モル%(対仕込み酢酸ビニル)投入し、攪拌しながら窒素気流下で温度を上昇させ、重合を開始した。酢酸ビニルの重合率が90%となった時点で、m−ジニトロベンゼンを添加して重合を終了し、続いて、メタノール蒸気を吹き込む方法により未反応の酢酸ビニルモノマーを系外に除去し共重合体のメタノール溶液とした。
[PVA resin (A'2)]
A reaction vessel equipped with a reflux condenser, a dropping funnel and a stirrer was charged with 68.0 parts of vinyl acetate, 23.8 parts of methanol, and 8.2 parts of 3,4-diacetoxy-1-butene, and azobisisobutyronitrile. Was added in an amount of 0.3 mol% (compared with vinyl acetate), and the temperature was raised under a nitrogen stream while stirring to initiate polymerization. When the polymerization rate of vinyl acetate reaches 90%, m-dinitrobenzene is added to complete the polymerization, and then unreacted vinyl acetate monomer is removed out of the system by blowing methanol vapor. A combined methanol solution was obtained.
ついで、上記メタノール溶液をさらにメタノールで希釈し、濃度45%に調整してニーダーに仕込み、溶液温度を35℃に保ちながら、水酸化ナトリウムの2%メタノール溶液を共重合体中の酢酸ビニル構造単位および3,4−ジアセトキシ−1−ブテン構造単位の合計量1モルに対して10.5ミリモルとなる割合で加えてケン化を行った。ケン化が進行するとともにケン化物が析出し、粒子状となった時点で濾別し、メタノールでよく洗浄して熱風乾燥機中で乾燥し、目的とするPVA系樹脂(A’2)を作製した。 Next, the methanol solution was further diluted with methanol, adjusted to a concentration of 45%, charged into a kneader, and a 2% methanol solution of sodium hydroxide was added to the vinyl acetate structural unit in the copolymer while maintaining the solution temperature at 35 ° C. And saponification was performed by adding 10.5 mmol with respect to 1 mol of the total amount of 3,4-diacetoxy-1-butene structural units. When saponification progresses and saponification precipitates and forms particles, it is filtered, washed well with methanol and dried in a hot air dryer to produce the desired PVA resin (A'2) did.
得られたPVA系樹脂(A’2)のケン化度は、残存酢酸ビニルおよび3,4−ジアセトキシ−1−ブテンの加水分解に要するアルカリ消費量にて分析したところ、99モル%であった。また、平均重合度は、JIS K 6726に準じて分析を行ったところ、450であった。また、一般式(1)で表される1,2−ジオール構造単位の含有量は、1H−NMR(300MHzプロトンNMR、d6−DMSO溶液、内部標準物質;テトラメチルシラン、50℃)にて測定した積分値より算出したところ、6モル%であった。
また、MFR(210℃、荷重2160g)は5.5g/10分、溶融粘度(220℃、せん断速度122sec−1)は1040Pa・sであった。
The saponification degree of the obtained PVA-based resin (A′2) was 99 mol% when analyzed by the alkali consumption required for hydrolysis of residual vinyl acetate and 3,4-diacetoxy-1-butene. . The average degree of polymerization was 450 when analyzed according to JIS K 6726. The content of the 1,2-diol structural unit represented by the general formula (1) is 1 H-NMR (300 MHz proton NMR, d6-DMSO solution, internal standard substance: tetramethylsilane, 50 ° C.). It was 6 mol% when computed from the measured integral value.
The MFR (210 ° C., load 2160 g) was 5.5 g / 10 minutes, and the melt viscosity (220 ° C., shear rate 122 sec −1 ) was 1040 Pa · s.
〔スチレン系熱可塑性エラストマー(B1)〕
カルボキシル基を有するスチレン/エチレン/ブチレンブロック共重合体(SEBS)(旭化成社製「タフテックM1911」(酸化10mgCH3ONa/g、溶融粘度1100mPa・s(220℃ せん断速度122sec−1))
[Styrenic thermoplastic elastomer (B1)]
Styrene / ethylene / butylene block copolymer having a carboxyl group (SEBS) (manufactured by Asahi Kasei Corporation, "Tuftec M1911" (oxidation 10mgCH 3 ONa / g, the melt viscosity of 1100 mPa · s (220 ° C. shear rate 122 sec -1))
〔実施例1〕
(樹脂組成物の製造)
PVA系樹脂(A1)49部、PVA系樹脂(A2)21部とスチレン系熱可塑性エラストマー(B1)30部をドライブレンドした後、二軸押出機を用い、下記条件で溶融混練し、ストランド状に押し出してペレタイザーでカットし、溶融混練物ペレット(直径約1mm、長さ約2mm)を得た。
直径(D)15mm
L/D=60
スクリュー回転数:200rpm
設定温度:C1/C2/C3/C4/C5/C6/D=90/205/210/210/210/215/220/220/220℃
吐出量:1.5kg/hr
[Example 1]
(Manufacture of resin composition)
After dry blending 49 parts of PVA-based resin (A1), 21 parts of PVA-based resin (A2) and 30 parts of styrene-based thermoplastic elastomer (B1), it was melt-kneaded under the following conditions using a twin-screw extruder, in a strand form And then cut with a pelletizer to obtain a melt-kneaded pellet (diameter: about 1 mm, length: about 2 mm).
Diameter (D) 15mm
L / D = 60
Screw rotation speed: 200rpm
Setting temperature: C1 / C2 / C3 / C4 / C5 / C6 / D = 90/205/210/210/210/215/220/220/220 ° C.
Discharge rate: 1.5kg / hr
(バインダー組成物溶液の製造)
得られたペレット30部を常温の水70部に投入し、攪拌しながら昇温し、80℃で90分間撹拌することで、ラテックス[I]を得た。
得られたラテックス[I]を分取し、希釈用の精製水と混合し、20%の正極用バインダー組成物溶液を得た。
(Manufacture of binder composition solution)
30 parts of the obtained pellets were put into 70 parts of water at room temperature, heated while stirring, and stirred at 80 ° C. for 90 minutes to obtain latex [I].
The obtained latex [I] was fractionated and mixed with purified water for dilution to obtain a 20% positive electrode binder composition solution.
(電池の製造)
上記で得られた正極用バインダー組成物溶液を用いて、以下のようにして正極用スラリーを作製し、リチウムイオン二次電池正極、次いでリチウムイオン二次電池を作製した。作製した電池について上記評価方法の通り電池特性を測定評価した。結果を表1に示す。
(Manufacture of batteries)
Using the positive electrode binder composition solution obtained above, a positive electrode slurry was prepared as follows, and a lithium ion secondary battery positive electrode and then a lithium ion secondary battery were prepared. The battery characteristics were measured and evaluated according to the evaluation method described above. The results are shown in Table 1.
〔リチウムイオン二次電池正極の作製〕
<正極活物質を用いた電池用正極の作製>
活物質としてLiNiMnCoO2(日本化学工業株式会社製、平均粒径10μm)を94部、導電助剤としてアセチレンブラック(電気化学工業株式会社製「デンカブラック」)を3部、さらに分散剤として1.5重量%水溶液に調製したカルボキシメチルセルロース#2200(ダイセルファインケム株式会社製)を固形分換算で1.5部、また適時に精製水を加えた後、遊星式混練機(株式会社シンキー製「泡取り錬太郎」)を用いて混合して固形分濃度66.3重量%のペーストを得た(2000rpmで8分間混合した後、更に2200rpmで0.5分間脱泡した。)。
得られたペースト中に、正極用バインダーとして上記で得られたバインダー組成物溶液(20重量%)を固形分換算で1.5部、また適時に精製水を加水した後、さらに遊星式混練機を用いて同様の条件で混合することで、固形分濃度が55.9重量%の活物質ペーストを得た。
次に、集電体として圧延アルミ箔(株式会社製箔、厚さ18μm)の表面に、180μmのアプリケータと塗工機(株式会社井元製作所製「コントロールコーター(塗工機)」)を用いて、塗工速度10mm/秒で上記活物質ペーストを塗工した。これを60℃で10分間乾燥させ、電池用正極を得た。
[Preparation of positive electrode for lithium ion secondary battery]
<Production of positive electrode for battery using positive electrode active material>
94 parts of LiNiMnCoO 2 (manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd., average particle size 10 μm) as an active material, 3 parts of acetylene black (“DENKA BLACK” produced by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) as a conductive additive, and 1. After adding 1.5 parts of carboxymethylcellulose # 2200 (manufactured by Daicel Finechem Co., Ltd.) prepared in a 5% by weight aqueous solution in terms of solid content and adding purified water in a timely manner, a planetary kneader (“Foam Removal” manufactured by Shinky Co., Ltd.) Rintaro ") was used to obtain a paste having a solid concentration of 66.3% by weight (after mixing at 2000 rpm for 8 minutes, defoaming was further performed at 2200 rpm for 0.5 minutes).
In the obtained paste, 1.5 parts of the binder composition solution (20% by weight) obtained above as a positive electrode binder in terms of solid content is added, and purified water is added in a timely manner, and then a planetary kneader. Was used under the same conditions to obtain an active material paste having a solid content concentration of 55.9% by weight.
Next, a 180 μm applicator and a coating machine (“Control Coater (coating machine)” manufactured by Imoto Seisakusho Co., Ltd.) are used on the surface of a rolled aluminum foil (made by Foil, thickness 18 μm) as a current collector. Then, the active material paste was applied at a coating speed of 10 mm / second. This was dried at 60 ° C. for 10 minutes to obtain a positive electrode for a battery.
(充放電試験)
評価用の電池の外層としては、2032型のコイン型セルを使用した。得られた電池用正極を直径11mmの大きさに打ち抜き、更に80℃で24時間以上の真空乾燥を行った後にグローブボックスへと仕込んだ。作用極に作製した電池用正極、対極に金属リチウム負極(直径13mm)、厚さ16μmのポリプロピレン多孔膜から成るセパレータ(直径18mm)を介在させて、互いに電極が対向するように配置させた。電解液として、エチレンカーボネートとジエチレンカーボネートとを体積比で3:7に混合した溶媒を使用し、電解質としてLiPF6を1mol/リットルの濃度に溶解したものを使用した。ポリプロピレン製パッキングを介して外層容器にステンレス鋼のキャップを被せて固定し、電池缶を封止することでハーフセルを作製し、評価用の電池を作製した。
(Charge / discharge test)
As an outer layer of the battery for evaluation, a 2032 type coin cell was used. The obtained positive electrode for a battery was punched into a size of 11 mm in diameter, and further vacuum dried at 80 ° C. for 24 hours or more, and then charged into a glove box. A positive electrode for a battery produced on the working electrode, a metallic lithium negative electrode (diameter 13 mm), and a separator (diameter 18 mm) made of a polypropylene porous film with a thickness of 16 μm were interposed between the counter electrode and the counter electrode so that the electrodes face each other. As the electrolytic solution, a solvent in which ethylene carbonate and diethylene carbonate were mixed at a volume ratio of 3: 7 was used, and as the electrolyte, LiPF 6 dissolved in a concentration of 1 mol / liter was used. A stainless steel cap was put on and fixed to the outer layer container via a polypropylene packing, and the battery can was sealed to prepare a half cell, and a battery for evaluation was prepared.
〔比較例1〕
実施例1において、下記の樹脂組成物を用いて同様に調製した正極用バインダー組成物溶液を用いた以外は同様に行い、電池を作製し、実施例1と同様の評価を行った。
[Comparative Example 1]
In Example 1, it carried out similarly except having used the binder composition solution for positive electrodes prepared similarly using the following resin composition, the battery was produced, and evaluation similar to Example 1 was performed.
(樹脂組成物の製造)
PVA系樹脂(A’1)42部、PVA系樹脂(A’2)28部とスチレン系熱可塑性エラストマー(B1)30部をドライブレンドした後、二軸押出機を用い、下記条件で溶融混練し、ストランド状に押し出してペレタイザーでカットし、溶融混練物ペレット(直径約1mm、長さ約2mm)を得た。
直径(D)15mm
L/D=60
スクリュー回転数:200rpm
設定温度:C1/C2/C3/C4/C5/C6/D=90/205/210/210/210/215/220/220/220℃
吐出量:1.5kg/hr
(Manufacture of resin composition)
After dry blending 42 parts of PVA-based resin (A′1), 28 parts of PVA-based resin (A′2) and 30 parts of styrene-based thermoplastic elastomer (B1), it was melt kneaded under the following conditions using a twin screw extruder. Then, it was extruded into a strand shape and cut with a pelletizer to obtain a melt-kneaded pellet (diameter: about 1 mm, length: about 2 mm).
Diameter (D) 15mm
L / D = 60
Screw rotation speed: 200rpm
Setting temperature: C1 / C2 / C3 / C4 / C5 / C6 / D = 90/205/210/210/210/215/220/220/220 ° C.
Discharge rate: 1.5kg / hr
表1に示す結果から、平均ケン化度の低いPVA系樹脂(A)を用いた実施例1においては、初回放電容量が高く、また0℃という低温下での電池抵抗特性が良好であることが分かる。これに対して、平均ケン化度の高いPVA系樹脂を用いた比較例1では、特に低温下での電池抵抗値が高いものとなり、本発明の目的を満足しないものであった。 From the results shown in Table 1, in Example 1 using the PVA resin (A) having a low average saponification degree, the initial discharge capacity is high, and the battery resistance characteristics at a low temperature of 0 ° C. are good. I understand. On the other hand, in Comparative Example 1 using a PVA-based resin having a high average degree of saponification, the battery resistance value was particularly high at a low temperature, and the object of the present invention was not satisfied.
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