[go: up one dir, main page]

TWI877500B - 電極形成用組成物、電極及二次電池 - Google Patents

電極形成用組成物、電極及二次電池 Download PDF

Info

Publication number
TWI877500B
TWI877500B TW111124316A TW111124316A TWI877500B TW I877500 B TWI877500 B TW I877500B TW 111124316 A TW111124316 A TW 111124316A TW 111124316 A TW111124316 A TW 111124316A TW I877500 B TWI877500 B TW I877500B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
group
electrode
forming composition
vdf
mol
Prior art date
Application number
TW111124316A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202314738A (zh
Inventor
西山由美
細田千紘
山崎穣輝
寺田純平
Original Assignee
日商大金工業股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商大金工業股份有限公司 filed Critical 日商大金工業股份有限公司
Publication of TW202314738A publication Critical patent/TW202314738A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI877500B publication Critical patent/TWI877500B/zh

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/485Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/04Hybrid capacitors
    • H01G11/06Hybrid capacitors with one of the electrodes allowing ions to be reversibly doped thereinto, e.g. lithium ion capacitors [LIC]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22Electrodes
    • H01G11/30Electrodes characterised by their material
    • H01G11/32Carbon-based
    • H01G11/38Carbon pastes or blends; Binders or additives therein
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621Binders
    • H01M4/622Binders being polymers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621Binders
    • H01M4/622Binders being polymers
    • H01M4/623Binders being polymers fluorinated polymers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028Positive electrodes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本發明提供一種電極形成用組成物,其含有:具有偏二氟乙烯單元及除偏二氟乙烯以外之其他單體單元之共聚物、以及通式(1)NR 1R 2R 3(式中,R 1、R 2及R 3獨立地為H或一價取代基,其中,R 1、R 2及R 3之合計碳數為6以上,R 1、R 2及R 3之至少一者為具有羰基之有機基。R 1、R 2及R 3之任兩者可鍵結而形成環)所表示之溶劑。

Description

電極形成用組成物、電極及二次電池
本發明係關於一種電極形成用組成物、電極及二次電池。
鋰離子電池等電化學裝置所具備之電極例如可藉由以下方式形成:使電極材料及黏合劑溶解於溶劑中,將所獲得之組成物塗布於集電體。
例如,於專利文獻1中揭示有一種電極形成組成物,其包含共聚物[聚合物(A)]、粉末狀電極材料、及任意選擇而使用之導電性賦予添加劑及/或黏度調整劑,上述共聚物[聚合物(A)]係包含源自偏二氟乙烯(VDF)單體及特定化學式所表示之親水性(甲基)丙烯酸單體(MA)之重複單元之線狀半結晶性共聚物[聚合物(A)],且包含上述源自親水性(甲基)丙烯酸單體(MA)之0.05~10莫耳%之重複單元,且其特徵在於:無規分布之單元(MA)之分率至少為40%。
於專利文獻2中揭示有一種聚合物摻雜物,其特徵在於包含:氟樹脂及/或芳香族聚醯胺樹脂、及特定化學式所表示之β-烷氧基丙醯胺系溶劑。
據專利文獻3所載,將含有懸浮於N-乙基-2-吡咯啶酮(NEP)中之92.5質量%之陰極活性物質、2質量%之石墨、2質量%之Super C65碳黑、3.5質量%之聚偏二氟乙烯(PVdF)黏合劑之漿料塗布於鋁箔上,藉此製備電化學循環實驗用正電極。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特表2010-525124號公報 [專利文獻2]日本特開2011-184479號公報 [專利文獻3]日本特表2021-508145號公報
[發明所欲解決之課題]
本發明之目的在於:提供一種電極形成用組成物,其含有與習知有機溶劑不同之溶劑,且可非常容易地製備,並且漿料穩定性優異,可形成與金屬箔牢固密接,且柔軟性及導電性亦優異之塗布層,藉由使用具備此種塗布層之金屬箔作為電池之電極,可實現高溫保存容量維持率較高、氣體產生量較少、電阻不易增加之電池。 [解決課題之技術手段]
根據本發明,提供一種電極形成用組成物,其含有:具有偏二氟乙烯單元及除偏二氟乙烯以外之其他單體單元之共聚物、以及通式(1)所表示之溶劑。
通式(1): (式中,R 1、R 2及R 3獨立地為H或一價取代基,其中,R 1、R 2及R 3之合計碳數為6以上,R 1、R 2及R 3之至少一者為具有羰基之有機基。R 1、R 2及R 3之任兩者可鍵結而形成環)。
於本發明之電極形成用組成物中,上述溶劑較佳為通式(1a)所表示之溶劑。
通式(1a): (式中,R 1a為一價取代基,R 2a及R 3a獨立地為H或一價取代基,其中,R 1a、R 2a及R 3a之合計碳數為5以上。R 1a、R 2a及R 3a之任兩者可鍵結而形成環)。
於本發明之電極形成用組成物中,上述溶劑較佳為選自由通式(1b-1)所表示之溶劑及通式(1b-2)所表示之溶劑所組成之群中之至少1種。
通式(1b-1): (式中,R 1b為烷基、烷氧基烷基、醯基烷基、烯基、胺基或胺基烷基,R 2b及R 3b獨立地為烷基或烷氧基烷基,R 1b、R 2b及R 3b之合計碳數為5以上。R 2b及R 3b可彼此鍵結而與R 2b及R 3b所鍵結之氮原子一同形成環,亦可包含氧原子作為環之構成原子)。
通式(1b-2): (式中,環A為五員或六員之醯胺環,R 4b為烷基、環烷基或烯基,環A及R 4b之合計碳數為5以上)。
於本發明之電極形成用組成物中,上述溶劑較佳為選自由3-甲氧基-N,N-二甲基丙醯胺、N-乙基-2-吡咯啶酮及N-丁基-2-吡咯啶酮所組成之群中之至少1種。 於本發明之電極形成用組成物中,其他單體較佳為選自由四氟乙烯、三氟氯乙烯、(甲基)丙烯酸、2,3,3,3-四氟丙烯、六氟丙烯及氟烷基乙烯醚所組成之群中之至少1種。 於本發明之電極形成用組成物中,共聚物中之其他單體單元之含量較佳為相對於總單體單元為0.0001~50.0莫耳%。 本發明之電極形成用組成物較佳為進而含有粉末電極材料。 於本發明之電極形成用組成物中,上述粉末電極材料較佳為含有鋰過渡金屬複合氧化物。 本發明之電極形成用組成物較佳為正極形成用組成物。
又,根據本發明,提供一種電極,其具備:集電體;及電極材料層,其設置於上述集電體之單面或雙面,且由上述電極形成用組成物形成。
又,根據本發明,提供一種二次電池,其具備上述電極。 [發明之效果]
根據本發明,可提供一種電極形成用組成物,其含有與習知有機溶劑不同之溶劑,且非常容易製備,並且漿料穩定性優異,可形成與金屬箔牢固密接,柔軟性及導電性亦優異之塗布層,藉由使用具備此種塗布層之金屬箔作為電池之電極,可實現高溫保存容量維持率較高、氣體產生量較少、電阻不易增加之電池。
以下,對本發明之具體實施方式進行詳細說明,但本發明並不限定於以下實施方式。
本發明之電極形成用組成物含有:具有偏二氟乙烯(VdF)單元及除VdF以外之其他單體單元之共聚物及具有特定化學結構之溶劑。
於專利文獻1中揭示有一種電極形成組成物,其包含線狀半結晶性共聚物,該線狀半結晶性共聚物包含源自偏二氟乙烯單體及特定化學式所表示之親水性(甲基)丙烯酸單體之重複單元。於該電極形成用組成物中,較佳為使用N-甲基-2-吡咯啶酮(NMP)、N,N-二甲基甲醯胺(DMF)或N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)等具有更大溶解力之含氮有機溶劑作為有機溶劑。
又,關於電極形成用組成物之有機溶劑,據專利文獻2所載,使用β-烷氧基丙醯胺系溶劑,且據專利文獻3所載,使用N-乙基-2-吡咯啶酮。然而,於專利文獻2及3中所記載之氟樹脂與有機溶劑之組合中,氟樹脂不易溶解或分散於有機溶劑中,所獲得之電極形成用組成物之漿料穩定性亦不充分。
於本發明中,使用含有VdF單元及除VdF以外之其他單體單元之共聚物作為電極形成用組成物之黏結劑,並且使用通式(1)所表示之溶劑作為電極形成用組成物之溶劑。
通式(1): (式中,R 1、R 2及R 3獨立地為H或一價取代基,其中,R 1、R 2及R 3之合計碳數為6以上,R 1、R 2及R 3之至少一者為具有羰基之有機基。R 1、R 2及R 3之任兩者可鍵結而形成環)。
發現通式(1)所表示之溶劑與NMP等習知有機溶劑相同,容易於常溫使含有VdF及其他單體單元之共聚物溶解。因此,本發明之電極形成用組成物非常容易製備。又,本發明之電極形成用組成物之漿料穩定性(與粉末電極材料混合後黏度亦不易上升之性質)亦優異,可容易地塗布於鋁箔等金屬箔。進而,所獲得之塗布層與金屬箔牢固密接,柔軟性及導電性亦優異。並且,藉由使用具備此種塗布層之金屬箔作為電池之電極,可實現高溫保存容量維持率較高、氣體產生量較少、電阻不易增加之電池。
<共聚物> 本發明之電極形成用組成物所含有之共聚物含有VdF單元及除VdF以外之其他單體單元。其他單體可為氟化單體,亦可為非氟化單體。本發明之電極形成用組成物所含有之共聚物除含有VdF單元以外,亦含有除VdF以外之其他單體單元,故而與習知用作黏結劑之VdF均聚物相比,容易溶解於通式(1)所表示之溶劑。
作為氟化單體(其中,不包括VdF),例如可例舉:四氟乙烯(TFE)、氟乙烯、三氟乙烯、三氟氯乙烯(CTFE)、氟烷基乙烯醚、六氟丙烯(HFP)、(全氟烷基)乙烯、2,3,3,3-四氟丙烯及反-1,3,3,3-四氟丙烯。
作為氟烷基乙烯醚,較佳為具有碳數1~5之氟烷基之氟烷基乙烯醚,更佳為選自由全氟(甲基乙烯醚)(PMVE)、全氟(乙基乙烯醚)及全氟(丙基乙烯醚)所組成之群中之至少1種。
其中,就可形成柔軟性及對集電體之密接性進一步優異之電極材料層,且可形成電池特性進一步優異之二次電池之方面而言,作為氟化單體,較佳為選自由TFE、CTFE、2,3,3,3-四氟丙烯、HFP及氟烷基乙烯醚所組成之群中之至少1種,更佳為選自由TFE及HFP所組成之群中之至少1種,特佳為TFE。
氟化單體(其中,不包括VdF)可具有極性基,亦可不具有極性基。
作為非氟化單體,可例舉:不具有伸乙基、伸丙基等極性基之非氟化單體、具有極性基之非氟化單體(以下,有時稱為含極性基單體)等。
若使用具有極性基之單體作為非氟化單體,則極性基會被導入共聚物,藉此可獲得塗布層與金屬箔之進一步優異之密接性。作為極性基,較佳為選自由含羰基之基、環氧基、羥基、磺酸基、硫酸基、磷酸基、胺基、醯胺基及烷氧基所組成之群中之至少1種,更佳為選自由含羰基之基、環氧基及羥基所組成之群中之至少1種,進而較佳為含羰基之基。上述羥基不包括構成上述含羰基之基之一部分之羥基。又,上述胺基係自氨、一級或二級胺中去除氫而成之一價官能基。
上述含羰基之基係具有羰基(-C(=O)-)之官能基。作為上述含羰基之基,較佳為通式-COOR(R表示氫原子、烷基或羥烷基)所表示之基或羧酸酐基,更佳為通式-COOR所表示之基。作為烷基及羥烷基之碳數,較佳為1~16,更佳為1~6,進而較佳為1~3。作為通式-COOR所表示之基,具體而言可例舉:-COOCH 2CH 2OH、-COOCH 2CH(CH 3)OH、-COOCH(CH 3)CH 2OH、-COOH、-COOCH 3、-COOC 2H 5等。於通式-COOR所表示之基為-COOH或包含-COOH之情形時,-COOH亦可為羧酸金屬鹽、羧酸銨鹽等羧酸鹽。
又,上述含羰基之基可為通式-X-COOR(X為主鏈由1~20個原子所構成之分子量500以下之原子團,R表示氫原子、烷基或羥烷基)所表示之基。作為烷基及羥烷基之碳數,較佳為1~16,更佳為1~6,進而較佳為1~3。
作為上述醯胺基,較佳為通式-CO-NRR’(R及R’獨立地表示氫原子或者經取代或未經取代之烷基)所表示之基、或通式-CO-NR’’-(R’’表示氫原子、經取代或未經取代之烷基或者經取代或未經取代之苯基)所表示之基。
作為上述含極性基單體,可例舉:丙烯酸羥基乙酯、丙烯酸-2-羥基丙酯等(甲基)丙烯酸羥基烷基酯;亞甲基丙二酸二甲酯等亞烷基丙二酸酯;乙烯基羧基甲基醚、乙烯基羧基乙基醚等乙烯基羧基烷基醚;丙烯酸-2-羧基乙酯、甲基丙烯酸-2-羧基乙酯等(甲基)丙烯酸羧基烷基酯;琥珀酸丙烯醯氧基乙酯、琥珀酸丙烯醯氧基丙酯、琥珀酸甲基丙烯醯氧基乙酯、鄰苯二甲酸丙烯醯氧基乙酯、鄰苯二甲酸甲基丙烯醯氧基乙酯等(甲基)丙烯醯氧基烷基二羧酸酯;馬來酸單甲酯、馬來酸單乙酯、檸康酸單甲酯、檸康酸單乙酯等不飽和二元酸之單酯;通式(4)所表示之單體(4);馬來酸、馬來酸酐、檸康酸、檸康酸酐等不飽和二元酸等。 (式中,R 11~R 13獨立地表示氫原子或碳數1~8之烴基。R 14表示單鍵或碳數1~8之烴基。Y 1表示無機陽離子及/或有機陽離子)。
作為共聚物可含有之上述含極性基之單體單元,較佳為基於通式(4)所表示之單體(4)之單元。
於通式(4)中,Y 1表示無機陽離子及/或有機陽離子。作為無機陽離子,可例舉:H、Li、Na、K、Mg、Ca、Al、Fe等陽離子。作為有機陽離子,可例舉:NH 4、NH 3R 15、NH 2R 15 2、NHR 15 3、NR 15 4(R 15獨立地表示碳數1~4之烷基)等陽離子。作為Y 1,較佳為H、Li、Na、K、Mg、Ca、Al、NH 4,更佳為H、Li、Na、K、Mg、Al、NH 4,進而較佳為H、Li、Al、NH 4,特佳為H。再者,為了方便,無機陽離子及有機陽離子之具體例省略符號及價數而記載。
於通式(4)中,R 11~R 13獨立地表示氫原子或碳數1~8之烴基。上述烴基為一價烴基。上述烴基之碳數較佳為4以下。作為上述烴基,可例舉上述碳數之烷基、烯基、炔基等,較佳為甲基或乙基。R 11及R 12較佳為獨立地為氫原子、甲基或乙基,R 13較佳為氫原子或甲基。
於通式(4)中,R 14表示單鍵或碳數1~8之烴基。上述烴基為二價烴基。上述烴基之碳數較佳為4以下。作為上述烴基,可例舉上述碳數之伸烷基、伸烯基等,其中,較佳為選自由亞甲基、伸乙基、亞乙基、亞丙基及亞異丙基所組成之群中之至少1種,更佳為亞甲基。
作為單體(4),較佳為選自由(甲基)丙烯酸及其鹽、乙烯基乙酸(3-丁烯酸)及其鹽、3-戊烯酸及其鹽、4-戊烯酸及其鹽、3-己烯酸及其鹽、4-庚烯酸及其鹽、以及5-己烯酸及其鹽所組成之群中之至少1種。
作為其他單體,較佳為選自由TFE、CTFE、(甲基)丙烯酸、2,3,3,3-四氟丙烯、HFP及氟烷基乙烯醚所組成之群中之至少1種。(甲基)丙烯酸包含丙烯酸及甲基丙烯酸。
相對於總單體單元,共聚物之其他單體單元之含量較佳為0.0001~50.0莫耳%,更佳為0.01莫耳%以上,進而較佳為0.10莫耳%以上,且更佳為45.0莫耳%以下,進而較佳為40.0莫耳%以下,特佳為35.0莫耳%以下。
相對於總單體單元,共聚物之VdF單元之含量為50.0~99.9999莫耳%,更佳為55.0莫耳%以上,進而較佳為60.0莫耳%以上,特佳為65.0莫耳%以上,且更佳為99.99莫耳%以下,進而較佳為99.90莫耳%以下。
於共聚物含有氟化單體單元作為其他單體單元之情形時,相對於總單體單元,氟化單體單元之含量較佳為0.0001~50.0莫耳%,更佳為2.0莫耳%以上,進而較佳為3.0莫耳%以上,特佳為4.0莫耳%以上,且更佳為45.0莫耳%以下,進而較佳為40.0莫耳%以下,特佳為35.0莫耳%以下。
於共聚物含有氟化單體單元作為其他單體單元之情形時,相對於總單體單元,共聚物之VdF單元之含量為50.0~99.999莫耳%,更佳為55.0莫耳%以上,進而較佳為60.0莫耳%以上,特佳為65.0莫耳%以上,且更佳為98.0莫耳%以下,進而較佳為97.0莫耳%以下,特佳為96.0莫耳%以下。
於共聚物含有含極性基單體等非氟化單體單元作為其他單體單元之情形時,相對於總單體單元,非氟化單體單元之含量較佳為0.0001~50.0莫耳%,更佳為0.01莫耳%以上,進而較佳為0.10莫耳%以上,且更佳為5.0莫耳%以下,進而較佳為3.0莫耳%以下,特佳為1.5莫耳%以下。
於共聚物含有非氟化單體單元作為其他單體單元之情形時,相對於總單體單元,共聚物之VdF單元之含量較佳為50.0~99.999莫耳%,更佳為95.0莫耳%以上,進而較佳為97.0莫耳%以上,特佳為98.5莫耳%以上,且更佳為99.99莫耳%以下,進而較佳為99.90莫耳%以下。
於本發明中,共聚物之組成例如可藉由 19F-NMR測定進行測定。又,於共聚物含有含極性基之單體單元作為其他單體單元之情形時,含極性基之單體單元之含量例如在極性基為羧酸等酸基之情形時,可藉由酸基之酸鹼滴定進行測定。
共聚物之重量平均分子量(聚苯乙烯換算)較佳為10000~3000000,更佳為30000以上,進而較佳為50000以上,特佳為200000以上,且更佳為2400000以下,進而較佳為2200000以下,特佳為2000000以下。重量平均分子量可藉由凝膠滲透層析法(GPC)並使用二甲基甲醯胺作為溶劑來進行測定。
共聚物之數量平均分子量(聚苯乙烯換算)較佳為7000~1500000,更佳為21000以上,進而較佳為35000以上,且更佳為1400000以下,進而較佳為1200000以下,特佳為1100000以下。數量平均分子量可藉由凝膠滲透層析法(GPC)並使用二甲基甲醯胺作為溶劑來進行測定。
作為共聚物,例如可例舉:VdF/(甲基)丙烯酸共聚物、VdF/TFE共聚物、VdF/HFP共聚物、VdF/氟烷基乙烯醚共聚物、VdF/TFE/HFP共聚物、VdF/2,3,3,3-四氟丙烯共聚物、VdF/TFE/2,3,3,3-四氟丙烯共聚物、VdF/TFE/(甲基)丙烯酸共聚物、VdF/HFP/(甲基)丙烯酸共聚物、VdF/CTFE共聚物、VdF/TFE/4-戊烯酸共聚物、VdF/TFE/3-丁烯酸共聚物、VdF/TFE/HFP/(甲基)丙烯酸共聚物、VdF/TFE/HFP/4-戊烯酸共聚物、VdF/TFE/HFP/3-丁烯酸共聚物、VdF/TFE/丙烯酸-2-羧基乙酯共聚物、VdF/TFE/HFP/丙烯酸-2-羧基乙酯共聚物、VdF/TFE/琥珀酸丙烯醯氧基乙酯共聚物、VdF/TFE/HFP/琥珀酸丙烯醯氧基乙酯共聚物等。
作為共聚物,其中,較佳為選自由VdF/TFE共聚物、VdF/CTFE共聚物、VdF/(甲基)丙烯酸共聚物、VdF/2,3,3,3-四氟丙烯共聚物、VdF/HFP共聚物及VdF/氟烷基乙烯醚共聚物所組成之群中之至少1種。
VdF/TFE共聚物含有VdF單元及TFE單元。藉由使用VdF/TFE共聚物作為共聚物,可非常容易地形成電極形成用組成物,並且可獲得漿料穩定性非常優異之電極形成用組成物,可形成柔軟性非常優異之塗布層。作為VdF單元之含量,相對於VdF/TFE共聚物之總單體單元,較佳為50.0~95.0莫耳%,更佳為55.0莫耳%以上,進而較佳為60.0莫耳%以上,且更佳為92.0莫耳%以下,進而較佳為89.0莫耳%以下。作為TFE單元之含量。相對於VdF/TFE共聚物之總單體單元,較佳為50.0~5.0莫耳%,更佳為45.0莫耳%以下,進而較佳為40.0莫耳%以下,且更佳為8.0莫耳%以上,進而較佳為11.0莫耳%以上。
VdF/TFE共聚物除包含VdF單元及TFE單元以外,亦可包含基於可與VdF及TFE共聚之單體(其中,不包括VdF及TFE)之單元。就耐電解液膨潤性之觀點而言,相對於VdF/TFE共聚物之總單體單元,基於可與VdF及TFE共聚之單體之單元之含量較佳為3.0莫耳%以下。
作為可與VdF及TFE共聚之單體,可例舉上述氟化單體、上述非氟化單體等。作為可與VdF及TFE共聚之單體,其中,較佳為選自由氟化單體及含極性基單體所組成之群中之至少1種,更佳為選自由HFP、2,3,3,3-四氟丙烯及單體(4)所組成之群中之至少1種。
作為VdF/TFE共聚物之重量平均分子量(聚苯乙烯換算),較佳為50000~2000000,更佳為80000~1700000,進而較佳為100000~1500000。
VdF/TFE共聚物之數量平均分子量(聚苯乙烯換算)為35000~1400000,更佳為40000~1300000,進而較佳為50000~1200000。
VdF/CTFE共聚物含有VdF單元及CTFE單元。藉由使用VdF/CTFE共聚物作為共聚物,可非常容易地形成電極形成用組成物,並且可形成與金屬箔極牢固地密接之塗布層。作為VdF單元之含量,相對於VdF/CTFE共聚物之總單體單元,較佳為80.0~98.0莫耳%,更佳為85.0莫耳%以上,進而較佳為90.0莫耳%以上,且更佳為97.5莫耳%以下,進而較佳為97.0莫耳%以下。作為CTFE單元之含量,相對於VdF/CTFE共聚物之總單體單元,較佳為20.0~2.0莫耳%,更佳為15.0莫耳%以下,進而較佳為10.0莫耳%以下,且更佳為2.5莫耳%以上,進而較佳為3.0莫耳%以上。
VdF/CTFE共聚物除包含VdF單元及CTFE單元以外,亦可包含基於可與VdF及CTFE共聚之單體(其中,不包括VdF及CTFE)之單元。就耐電解液膨潤性之觀點而言,相對於VdF/CTFE共聚物之總單體單元,基於可與VdF及CTFE共聚之單體之單元之含量較佳為3.0莫耳%以下。
作為可與VdF及CTFE共聚之單體,可例舉上述氟化單體、上述非氟化單體等。作為可與VdF及CTFE共聚之單體,其中,較佳為選自由氟化單體及含極性基單體所組成之群中之至少1種,更佳為選自由TFE、HFP、2,3,3,3-四氟丙烯及單體(4)所組成之群中之至少1種,進而較佳為TFE。
作為VdF/CTFE共聚物之重量平均分子量(聚苯乙烯換算),較佳為50000~2000000,更佳為80000~1700000,進而較佳為100000~1500000。
作為VdF/CTFE共聚物之數量平均分子量(聚苯乙烯換算),較佳為35000~1400000,更佳為40000~1300000,進而較佳為50000~1200000。
VdF/(甲基)丙烯酸共聚物含有VdF單元及(甲基)丙烯酸單元。藉由使用VdF/(甲基)丙烯酸共聚物作為共聚物,可非常容易地形成電極形成用組成物,並且可形成與金屬箔極牢固地密接之塗布層。相對於總單體單元,(甲基)丙烯酸單元之含量較佳為0.0001~5.0莫耳%,更佳為0.01~3.0莫耳%,進而較佳為0.10~1.5莫耳%。
相對於總單體單元,VdF/(甲基)丙烯酸共聚物之VdF單元之含量較佳為95.0~99.9999莫耳%,更佳為97.0~99.99莫耳%,進而較佳為98.5~99.90莫耳%。
VdF/(甲基)丙烯酸共聚物之重量平均分子量(聚苯乙烯換算)較佳為50000~3000000,更佳為80000以上,進而較佳為100000以上,特佳為200000以上,且更佳為2400000以下,進而較佳為2200000以下,特佳為2000000以下。
VdF/(甲基)丙烯酸共聚物之數量平均分子量(聚苯乙烯換算)較佳為20000~1500000,更佳為40000以上,進而較佳為70000以上,特佳為140000以上,且更佳為1400000以下,進而較佳為1200000以下,特佳為1100000以下。
VdF/2,3,3,3-四氟丙烯共聚物含有VdF單元及2,3,3,3-四氟丙烯單元。藉由使用VdF/2,3,3,3-四氟丙烯共聚物作為共聚物,可非常容易地形成電極形成用組成物,並且可形成柔軟性及導電性非常優異之塗布層。作為VdF單元之含量,相對於VdF/2,3,3,3-四氟丙烯共聚物之總單體單元,較佳為50.0~98.0莫耳%,更佳為55.0莫耳%以上,進而較佳為60.0莫耳%以上,特佳為65.0莫耳%以上,且更佳為97.0莫耳%以下,進而較佳為96.0莫耳%以下。作為2,3,3,3-四氟丙烯單元之含量,相對於VdF/TFE共聚物之總單體單元,較佳為2.0~50.0莫耳%,更佳為3.0莫耳%以上,進而較佳為4.0莫耳%以上,且更佳為45.0莫耳%以下,進而較佳為40.0莫耳%以下,特佳為35.0莫耳%以下。
VdF/2,3,3,3-四氟丙烯共聚物除包含VdF單元及2,3,3,3-四氟丙烯單元以外,亦可包含基於可與VdF及2,3,3,3-四氟丙烯共聚之單體(其中,不包括VdF及2,3,3,3-四氟丙烯)之單元。就耐電解液膨潤性之觀點而言,相對於VdF/2,3,3,3-四氟丙烯共聚物之總單體單元,基於可與VdF及2,3,3,3-四氟丙烯共聚之單體之單元之含量較佳為3.0莫耳%以下。
作為可與VdF及2,3,3,3-四氟丙烯共聚之單體,可例舉上述氟化單體、上述非氟化單體等。作為可與VdF及2,3,3,3-四氟丙烯共聚之單體,其中,較佳為選自由氟化單體及含極性基單體所組成之群中之至少1種,更佳為選自由TFE、HFP及單體(4)所組成之群中之至少1種。
作為VdF/2,3,3,3-四氟丙烯共聚物之重量平均分子量(聚苯乙烯換算),較佳為10000~2000000,更佳為30000~1700000,進而較佳為5000~1500000。
作為VdF/2,3,3,3-四氟丙烯共聚物之數量平均分子量(聚苯乙烯換算),較佳為7000~1400000,更佳為21000~1300000,進而較佳為35000~1200000。
VdF/HFP共聚物含有VdF單元及HFP單元。藉由使用VdF/HFP共聚物作為共聚物,可非常容易地形成電極形成用組成物,並且可形成與金屬箔極牢固地密接之塗布層。作為VdF單元之含量,相對於VdF/HFP共聚物之總單體單元,較佳為80.0~98.0莫耳%,更佳為83.0莫耳%以上,進而較佳為85.0莫耳%以上,且更佳為97.0莫耳%以下,進而較佳為96.0莫耳%以下。作為HFP單元之含量,相對於VdF/HFP共聚物之總單體單元,較佳為20.0~2.0莫耳%,更佳為17.0莫耳%以下,進而較佳為15.0莫耳%以下,且更佳為3.0莫耳%以上,進而較佳為4.0莫耳%以上。
VdF/HFP共聚物除包含VdF單元及HFP單元以外,亦可包含基於可與VdF及HFP共聚之單體(其中,不包括VdF及HFP)之單元。就耐電解液膨潤性之觀點而言,相對於VdF/HFP共聚物之總單體單元,基於可與VdF及HFP共聚之單體之單元之含量較佳為3.0莫耳%以下。
作為可與VdF及HFP共聚之單體,可例舉上述氟化單體、上述非氟化單體等。作為可與VdF及HFP共聚之單體,其中,較佳為選自由氟化單體及含極性基單體所組成之群中之至少1種,更佳為選自由TFE、2,3,3,3-四氟丙烯及單體(4)所組成之群中之至少1種,進而較佳為單體(4)。
作為VdF/HFP共聚物之重量平均分子量(聚苯乙烯換算),較佳為50000~2000000,更佳為80000~1700000,進而較佳為100000~1500000。
作為VdF/HFP共聚物之數量平均分子量(聚苯乙烯換算),較佳為35000~1400000,更佳為40000~1300000,進而較佳為50000~1200000。
VdF/氟烷基乙烯醚共聚物含有VdF單元及氟烷基乙烯醚單元。作為VdF單元之含量,相對於VdF/氟烷基乙烯醚共聚物之總單體單元,較佳為80.0~98.0莫耳%,更佳為83.0莫耳%以上,進而較佳為85.0莫耳%以上,且更佳為97.0莫耳%以下,進而較佳為96.0莫耳%以下。作為氟烷基乙烯醚單元之含量,相對於VdF/氟烷基乙烯醚共聚物之總單體單元,較佳為20.0~2.0莫耳%,更佳為17.0莫耳%以下,進而較佳為15.0莫耳%以下,且更佳為3.0莫耳%以上,進而較佳為4.0莫耳%以上。
VdF/氟烷基乙烯醚共聚物除包含VdF單元及氟烷基乙烯醚單元以外,亦可包含基於可與VdF及氟烷基乙烯醚共聚之單體(其中,不包括VdF及氟烷基乙烯醚)之單元。就耐電解液膨潤性之觀點而言,相對於VdF/氟烷基乙烯醚共聚物之總單體單元,基於可與VdF及氟烷基乙烯醚共聚之單體之單元之含量較佳為3.0莫耳%以下。
作為可與VdF及氟烷基乙烯醚共聚之單體,可例舉上述氟化單體、上述非氟化單體等。作為可與VdF及氟烷基乙烯醚共聚之單體,其中,較佳為選自由氟化單體及含極性基單體所組成之群中之至少1種,更佳為選自由TFE、2,3,3,3-四氟丙烯及單體(4)所組成之群中之至少1種,進而較佳為單體(4)。
作為VdF/氟烷基乙烯醚共聚物之重量平均分子量(聚苯乙烯換算),較佳為50000~2000000,更佳為80000~1700000,進而較佳為100000~1500000。
作為VdF/氟烷基乙烯醚共聚物之數量平均分子量(聚苯乙烯換算),較佳為35000~1400000,更佳為40000~1300000,進而較佳為50000~1200000。
作為電極形成用組成物中之共聚物之含量,相對於電極形成用組成物之質量,較佳為0.1~20質量%,更佳為0.2~10質量%,進而較佳為0.5~3質量%。
<溶劑> 本發明之電極形成用組成物所含有之溶劑由通式(1)表示。本發明所使用之溶劑較佳為於20℃為液體之溶劑。
通式(1): (式中,R 1、R 2及R 3獨立地為H或一價取代基, 其中,R 1、R 2及R 3之合計碳數為6以上,R 1、R 2及R 3之至少一者為具有羰基之有機基。R 1、R 2及R 3之任兩者可鍵結而形成環)。
R 1、R 2及R 3之合計碳數為6以上。即,R 1、R 2及R 3以合計碳數成為6以上之方式分別選擇基之種類。R 1、R 2及R 3之合計碳數之上限並無限定,可為16以下、14以下或12以下。
R 1、R 2及R 3獨立地為H或一價取代基。作為一價取代基,較佳為烷基、烷氧基烷基、醯基烷基、烯基、胺基、胺基烷基或環烷基。
R 1、R 2及R 3之至少一者為具有羰基之有機基。作為具有羰基之有機基,較佳為醯基。作為醯基,較佳為通式-CO-R 4(式中,R 4為碳數1~6之烷基)所表示之基。於烷基之碳數為3以上之情形時,可為直鏈狀,亦可為支鏈狀。於R 4之烷基之碳數為2以上之情形時,可於碳-碳原子間包含氧原子、氮原子等雜原子或羰基。
R 1、R 2及R 3之任兩者可鍵結而形成環。又,可包含氧原子等雜原子作為環之構成原子。環較佳為飽和環。環之員數並無特別限定,較佳為五員或六員。作為環,較佳為吡咯啶環、唑啉環、哌啶環或嗎福林環。
作為溶劑,較佳為通式(1a)所表示之溶劑。
通式(1a): (式中,R 1a為一價取代基,R 2a及R 3a獨立地為H或一價取代基,其中,R 1a、R 2a及R 3a之合計碳數為5以上。R 1a、R 2a及R 3a之任兩者可鍵結而形成環)。
於通式(1a)中,R 1a、R 2a及R 3a之合計碳數為5以上。即,R 1a、R 2a及R 3a以合計碳數成為5以上之方式分別選擇基之種類。R 1a、R 2a及R 3a之合計碳數之上限並無限定,可為15以下、13以下或11以下。
於通式(1a)中,R 1a為一價取代基。作為一價取代基,較佳為烷基、烷氧基烷基、醯基烷基、烯基、胺基、胺基烷基或環烷基,更佳為烷基、烷氧基烷基、醯基烷基、烯基、胺基或胺基烷基。
於通式(1a)中,R 2a及R 3a獨立地為H或一價取代基。作為R 2a及R 3a,較佳為獨立地為一價取代基。作為一價取代基,較佳為烷基、烷氧基烷基、醯基烷基、烯基、胺基、胺基烷基或環烷基,更佳為烷基、烷氧基烷基、環烷基或烯基。
R 1a、R 2a及R 3a之任兩者可鍵結而形成環。特佳為R 2a及R 3a鍵結而與R 2a及R 3a所鍵結之氮原子一同形成環。又,可包含氧原子等雜原子作為環之構成原子。環較佳為飽和環。環之員數並無特別限定,較佳為五員或六員。作為環,較佳為吡咯啶環、唑啉環、哌啶環或嗎福林環。
作為溶劑,更佳為選自由通式(1b-1)所表示之溶劑及通式(1b-2)所表示之溶劑所組成之群中之至少1種。
通式(1b-1): (式中,R 1b為烷基、烷氧基烷基、醯基烷基、烯基、胺基或胺基烷基,R 2b及R 3b獨立地為烷基或烷氧基烷基,R 1b、R 2b及R 3b之合計碳數為5以上。R 2b及R 3b可彼此鍵結而與R 2b及R 3b所鍵結之氮原子一同形成環,亦可包含氧原子作為環之構成原子)。
通式(1b-2): (式中,環A為五員或六員之醯胺環,R 4b為烷基、環烷基或烯基,環A及R 4b之合計碳數為5以上)。
於通式(1b-1)中,R 1b、R 2b及R 3b之合計碳數為5以上。即,R 1b、R 2b及R 3b以合計碳數成為5以上之方式分別選擇基之種類。R 1b、R 2b及R 3b之合計碳數之上限並無限定,可為15以下、13以下或11以下。
於通式(1b-1)中,R 1b為烷基、烷氧基烷基、醯基烷基、烯基、胺基或胺基烷基。
作為R 1b之烷基,較佳為碳數1~10之烷基。於烷基之碳數為3以上之情形時,可為直鏈狀,亦可為支鏈狀。
作為R 1b之烷氧基烷基,較佳為通式-R 1b1-O-R 1b2(式中,R 1b1為碳數1~5之伸烷基,R 1b2為碳數1~5之烷基)所表示之基。於烷基及伸烷基之碳數為3以上之情形時,可為直鏈狀,亦可為支鏈狀。
作為R 1b之醯基烷基,較佳為通式-R 1b3-CO-R 1b4(式中,R 1b3為碳數1~5之伸烷基,R 1b4為碳數1~5之烷基)所表示之基。於烷基及伸烷基之碳數為3以上之情形時,可為直鏈狀,亦可為支鏈狀。
作為R 1b之烯基,較佳為通式-R 1b5-CR 1b6=CR 1b7(式中,R 1b5為單鍵或碳數1~5之伸烷基,R 1b6及R 1b7獨立地為H或碳數1~5之烷基)所表示之基。於烷基及伸烷基之碳數為3以上之情形時,可為直鏈狀,亦可為支鏈狀。作為烯基,較佳為乙烯基。
R 1b之胺基及胺基烷基所具有之胺基為自氨、一級或二級胺中去除氫而成之一價官能基。於R 1b為胺基之情形時,可與R 1b所鍵結之羰基一同形成醯胺鍵。
作為R 1b之胺基,較佳為通式-N-(R 1b8) 2(式中,R 1b8為H或碳數1~5之烷基)所表示之基。於烷基之碳數為3以上之情形時,可為直鏈狀,亦可為支鏈狀。作為胺基,較佳為-N-(CH 3) 2或-N-(C 2H 5) 2
作為R 1b之胺基烷基,較佳為通式-R 1b9-N-(R 1b8) 2(式中,R 1b9為碳數1~5之伸烷基,R 1b8為H或碳數1~5之烷基)所表示之基。於烷基及伸烷基之碳數為3以上之情形時,可為直鏈狀,亦可為支鏈狀。
於通式(1b-1)中,R 2b及R 3b獨立地為烷基或烷氧基烷基。
作為R 2b及R 3b之烷基,較佳為碳數1~10之烷基。於烷基之碳數為3以上之情形時,可為直鏈狀,亦可為支鏈狀。
作為R 2b及R 3b之烷氧基烷基,較佳為通式-R 2b1-O-R 2b2(式中,R 2b1為碳數1~5之伸烷基,R 2b2為碳數1~5之烷基)所表示之基。於烷基及伸烷基之碳數為3以上之情形時,可為直鏈狀,亦可為支鏈狀。
R 2b及R 3b可彼此鍵結而與R 2b及R 3b所鍵結之氮原子一同形成環,亦可包含氧原子作為環之構成原子。環較佳為飽和環。環之員數並無特別限定,較佳為五員或六員。作為環,較佳為吡咯啶環、唑啉環、哌啶環或嗎福林環。
於通式(1b-2)中,環A及R 4b之合計碳數為5以上。即,環A及R 4b以合計碳數成為5以上之方式選擇環及基之種類。環A及R 4b之合計碳數之上限並無限定,可為15以下、13以下或11以下。
環A為五員或六員之醯胺環。因此,環A由碳原子及氮原子、以及碳數3~4之伸烷基構成。鍵結於構成環A之伸烷基之碳原子之氫原子可被取代基取代,亦可不被取代基取代,較佳為不被取代基取代。作為取代基,可例舉甲基等烷基。
R 4b為烷基、環烷基或烯基。
作為R 4b之烷基,較佳為碳數1~10之烷基。於烷基之碳數為3以上之情形時,可為直鏈狀,亦可為支鏈狀。
作為R 4b之環烷基,較佳為碳數3~10之環烷基。作為環烷基,較佳為環丁基、環戊基、環己基、環庚基或環辛基。
作為R 4b之烯基,較佳為通式-R 4b1-CR 4b2=CR 4b3(式中,R 4b1為單鍵或碳數1~5之伸烷基,R 4b2及R 4b3獨立地為H或碳數1~5之烷基)所表示之基。於烷基及伸烷基之碳數為3以上之情形時,可為直鏈狀,亦可為支鏈狀。作為烯基,較佳為乙烯基。
作為溶劑,較佳為選自由3-甲氧基-N,N-二甲基丙醯胺、N-乙基-2-吡咯啶酮(NEP)、N-丁基-2-吡咯啶酮(NBP)、丙烯醯基嗎福林、N-環己基-2-吡咯啶酮、N-乙烯基-2-吡咯啶酮、3-丁氧基-N,N-二甲基丙醯胺、N,N,N’,N’-四乙基脲、N,N-二甲基乙醯基乙醯胺、N-辛基-2-吡咯啶酮及N,N-二乙基乙醯胺所組成之群中之至少1種。
作為溶劑,其中,更佳為選自由3-甲氧基-N,N-二甲基丙醯胺、N-乙基-2-吡咯啶酮及N-丁基-2-吡咯啶酮所組成之群中之至少1種。 尤其若使用含有3-甲氧基-N,N-二甲基丙醯胺作為溶劑之電極形成用組成物,則有抑制所獲得之電池之氣體產生量之傾向。 尤其若使用含有N-乙基-2-吡咯啶酮(NEP)作為溶劑之電極形成用組成物,則有所獲得之電池之高溫保存容量維持率提高之傾向。 尤其若使用含有N-丁基-2-吡咯啶酮(NBP)作為溶劑之電極形成用組成物,則有所獲得之電池之電阻不易增加之傾向。
電極形成用組成物中之溶劑量考慮對集電體之塗布性、乾燥後之薄膜形成性等來決定。通常,共聚物與溶劑之比率以質量比計為0.5:99.5~20:80。
<其他成分> 本發明之電極形成用組成物較佳為進而含有粉末電極材料。
粉末電極材料為用於電池之粉末電極材料,較佳為包含電極活性物質。電極活性物質分為正極活性物質及負極活性物質。於鋰離子二次電池之情形時,正極活性物質為可電化學性地吸藏、釋放鋰離子者即可,並無特別限制,較佳為鋰複合氧化物,更佳為鋰過渡金屬複合氧化物。作為上述正極活性物質,含有鋰之過渡金屬磷酸化合物亦佳。上述正極活性物質亦較佳為鋰過渡金屬複合氧化物、含有鋰之過渡金屬磷酸化合物等含有鋰及至少1種過渡金屬之物質。
作為鋰過渡金屬複合氧化物之過渡金屬,較佳為V、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等,作為鋰過渡金屬複合氧化物之具體例,可例舉:LiCoO 2等鋰-鈷複合氧化物、LiNiO 2等鋰-鎳複合氧化物、LiMnO 2、LiMn 2O 4、Li 2MnO 3等鋰-錳複合氧化物、利用Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Si等其它金屬取代作為該等鋰過渡金屬複合氧化物之主體之過渡金屬原子之一部分而成者等。作為上述經取代者,可例舉鋰-鎳-錳複合氧化物、鋰-鎳-鈷-鋁複合氧化物、鋰-鎳-鈷-錳複合氧化物、鋰-錳-鋁複合氧化物、鋰-鈦複合氧化物等,更具體而言,可例舉LiNi 0.5Mn 0.5O 2、LiNi 0.85Co 0.10Al 0.05O 2、LiNi 0.33Co 0.33Mn 0.33O 2、LiNi 0.5Mn 0.3Co 0.2O 2、LiNi 0.6Mn 0.2Co 0.2O 2、LiNi 0.8Mn 0.1Co 0.1O 2、LiMn 1.8Al 0.2O 4、LiMn 1.5Ni 0.5O 4、Li 4Ti 5O 12、LiNi 0.82Co 0.15Al 0.03O 2等。
作為含有鋰之過渡金屬磷酸化合物之過渡金屬,較佳為V、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等,作為含有鋰之過渡金屬磷酸化合物之具體例,例如可例舉:LiFePO 4、Li 3Fe 2(PO 4) 3、LiFeP 2O 7等磷酸鐵類、LiCoPO 4等磷酸鈷類、利用Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Nb、Si等其他金屬取代作為該等鋰過渡金屬磷酸化合物之主體之過渡金屬原子之一部分而成者等。
尤其就高電壓、高能量密度或充放電循環特性等觀點而言,較佳為LiCoO 2、LiNiO 2、LiMn 2O 4、LiNi 0.82Co 0.15Al 0.03O 2、LiNi 0.33Mn 0.33Co 0.33O 2、LiNi 0.5Mn 0.3Co 0.2O 2、LiNi 0.6Mn 0.2Co 0.2O 2、LiNi 0.8Mn 0.1Co 0.1O 2、LiFePO 4
又,作為鋰過渡金屬複合氧化物,較佳為鋰-鎳系複合氧化物,更佳為通式(7)所表示之鋰-鎳系複合氧化物。 通式(7):Li yNi 1-xM xO 2(式中,x為0.01≦x≦0.5,y為0.9≦y≦1.2,M表示金屬原子(其中,不包括Li及Ni))。 如此,鎳含有率較高之鋰過渡金屬複合氧化物有利於二次電池之高容量化。
於通式(7)中,x為滿足0.01≦x≦0.5之係數,就可獲得更高容量之二次電池之方面而言,較佳為0.05≦x≦0.4,進而較佳為0.10≦x≦0.3。
於通式(7)中,作為M之金屬原子,可例舉V、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Cu、Al、Zn、Mg、Ga、Zr、Si等。作為M之金屬原子,較佳為V、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Cu等過渡金屬、或上述過渡金屬與Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Si等其他金屬之組合。
作為鎳含有率較高之鋰過渡金屬複合氧化物,較佳為選自由LiNi 0.80Co 0.15Al 0.05O 2、LiNi 0.82Co 0.15Al 0.03O 2、LiNi 0.33Mn 0.33Co 0.33O 2、LiNi 0.5Mn 0.3Co 0.2O 2、LiNi 0.6Mn 0.2Co 0.2O 2、LiNi 0.8Mn 0.1Co 0.1O 2及LiNi 0.90Mn 0.05Co 0.05O 2所組成之群中之至少1種,更佳為選自由LiNi 0.82Co 0.15Al 0.03O 2、LiNi 0.6Mn 0.2Co 0.2O 2及LiNi 0.8Mn 0.1Co 0.1O 2所組成之群中之至少1種。
又,亦可使用於該等正極活性物質之表面附著有與構成作為主體之正極活性物質之物質不同組成之物質者。作為表面附著物質,可例舉:氧化鋁、氧化矽、氧化鈦、氧化鋯、氧化鎂、氧化鈣、氧化硼、氧化銻、氧化鉍等氧化物;硫酸鋰、硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鎂、硫酸鈣、硫酸鋁等硫酸鹽;碳酸鋰、碳酸鈣、碳酸鎂等碳酸鹽等。
該等表面附著物質例如可藉由以下方法而附著於正極活性物質表面:使其溶解或懸浮於溶劑中,浸漬添加於正極活性物質並進行乾燥之方法;使表面附著物質前驅物溶解或懸浮於溶劑中,浸漬添加於正極活性物質後,藉由加熱等而使其反應之方法;將其添加於正極活性物質前驅物中,同時進行焙燒之方法等。
關於表面附著物質之量,以下述範圍使用:相對於正極活性物質以質量計,下限較佳為0.1 ppm以上,更佳為1 ppm以上,進而較佳為10 ppm以上,且上限較佳為20%以下,更佳為10%以下,進而較佳為5%以下。藉由表面附著物質,可抑制非水電解液在正極活性物質表面之氧化反應,可提昇電池壽命,但於其附著量過少之情形時,其效果未充分表現出,於其附著量過多之情形時,會阻礙鋰離子出入,故而有電阻增加之情況。
正極活性物質之粒子形狀可使用以往使用之塊狀、多面體狀、球狀、橢球狀、板狀、針狀、柱狀等,其中,較佳為一次粒子凝聚而形成二次粒子,該二次粒子之形狀為球狀或橢球狀。通常,電化學元件隨著其充放電,電極中之活性物質膨脹收縮,故而容易產生由其應力所導致之活性物質破壞或導電路徑斷開等劣化。因此,相較於僅一次粒子之單一粒子活性物質而言,一次粒子凝聚而形成二次粒子者由於緩和膨脹收縮之應力,防止劣化,故而較佳。又,相較於板狀等軸配向性粒子而言,球狀或橢球狀粒子在電極成形時之配向較少,故而充放電時電極之膨脹收縮亦較少,又,即便在製作電極時與導電劑混合,亦混合均勻,故而較佳。
正極活性物質之振實密度通常為1.3 g/cm 3以上,較佳為1.5 g/cm 3以上,進而較佳為1.6 g/cm 3以上,最佳為1.7 g/cm 3以上。若正極活性物質之振實密度低於上述下限,則有以下情況:在正極材料層形成時,所需之分散介質量增加,並且導電劑或共聚物之必需量增加,正極活性物質在正極材料層之填充率受到限制,電池容量受到限制。藉由使用振實密度較高之金屬複合氧化物粉體,可形成高密度正極材料層。一般而言,振實密度越大越好,並無特別上限,但若過大,則有時以正極材料層內之非水電解液作為介質之鋰離子擴散有速率限制,負載特性容易下降,故而通常為2.5 g/cm 3以下,較佳為2.4 g/cm 3以下。
正極活性物質之振實密度定義如下:使試樣通過網眼300 μm之篩而掉落至20 cm 3之振實槽並填滿槽容積後,使用粉體密度測定器(例如清新企業公司製造之Tap Denser),將衝程長度10 mm之振實進行1000次,根據此時之體積及試樣之重量求出密度,將該密度作為振實密度。
正極活性物質之粒子之中值粒徑d50(於一次粒子凝聚而形成二次粒子之情形時為二次粒徑)通常為0.1 μm以上,較佳為0.5 μm以上,更佳為1 μm以上,最佳為3 μm以上,且通常為20 μm以下,較佳為18 μm以下,更佳為16 μm以下,最佳為15 μm以下。若低於上述下限,則有時無法獲得高鬆密度(bulk density)品,若超過上限,則有時產生以下等問題:由於粒子內之鋰擴散耗費時間,故而導致電池性能下降,或者在製作電池正極即利用溶劑使活性物質及導電劑或共聚物等漿料化並塗布為薄膜狀時,拉出條紋。此處,亦可藉由將2種以上之具有不同中值粒徑d50之正極活性物質加以混合,而進一步提昇正極製作時之填充性。
再者,本發明中之中值粒徑d50藉由公知之雷射繞射/散射式粒度分布測定裝置來測定。於使用HORIBA公司製造之LA-920作為粒度分布儀之情形時,使用0.1質量%六偏磷酸鈉水溶液作為測定時所使用之分散介質,進行5分鐘超音波分散後,將測定折射率設定為1.24而進行測定。
於一次粒子凝聚而形成二次粒子之情形時,作為正極活性物質之平均一次粒徑,通常為0.01 μm以上,較佳為0.05 μm以上,進而較佳為0.08 μm以上,最佳為0.1 μm以上,且通常為3 μm以下,較佳為2 μm以下,進而較佳為1 μm以下,最佳為0.6 μm以下。若超過上述上限,則不易形成球狀二次粒子,對粉體填充性造成不良影響,或比表面積大幅度下降,因此有時輸出特性等電池性能下降之可能性會提高。反之,若低於上述下限,則通常結晶不發達,故而有時產生充放電可逆性較差等問題。再者,一次粒徑藉由使用掃描電子顯微鏡(SEM)之觀察來測定。具體而言,藉由以下方式求出:於10000倍之倍率之照片中,對於任意50個一次粒子,求出利用一次粒子相對於水平方向之直線之左右的邊界線所得之截距之最長值,取平均值。
正極活性物質之BET比表面積為0.2 m 2/g以上,較佳為0.3 m 2/g以上,進而較佳為0.4 m 2/g以上,且為4.0 m 2/g以下,較佳為2.5 m 2/g以下,進而較佳為1.5 m 2/g以下。若BET比表面積小於該範圍,則電池性能容易下降,若BET比表面積大於該範圍,則有時振實密度不易上升,正極材料層形成時之塗布性容易產生問題。
關於BET比表面積,使用表面積儀(例如大倉理研製造之全自動表面積測定裝置),於氮氣流通下以150℃對試樣進行30分鐘預乾燥後,使用氮氣相對於大氣壓之相對壓力之值準確調整為0.3之氮氦混合氣體,藉由使用氣體流動法之氮氣吸附BET單點法進行測定,將所測得之值定義為BET比表面積。
正極活性物質之製造法可使用作為無機化合物之製造法一般使用之方法。尤其,考慮製作球狀或橢球狀活性物質之各種方法,例如可例舉以下方法等:使過渡金屬硝酸鹽、硫酸鹽等過渡金屬原料物質及視需要使用之其他元素之原料物質溶解或粉碎分散於水等溶劑中,攪拌並同時調節pH,製作回收球狀前驅物,視需要對其進行乾燥後,添加LiOH、Li 2CO 3、LiNO 3等Li源,於高溫進行焙燒,從而獲得活性物質;使過渡金屬硝酸鹽、硫酸鹽、氫氧化物、氧化物等過渡金屬原料物質及視需要使用之其他元素之原料物質溶解或粉碎分散於水等溶劑中,利用噴霧乾燥器等對其進行乾燥成形,製成球狀或橢球狀前驅物,向其中添加LiOH、Li 2CO 3、LiNO 3等Li源,於高溫進行焙燒,從而獲得活性物質;或者,使過渡金屬硝酸鹽、硫酸鹽、氫氧化物、氧化物等過渡金屬原料物質、LiOH、Li 2CO 3、LiNO 3等Li源、及視需要使用之其他元素之原料物質溶解或粉碎分散於水等溶劑中,利用噴霧乾燥器等對其進行乾燥成形,製成球狀或橢球狀前驅物,於高溫對其進行焙燒,從而獲得活性物質。
再者,於本發明中,正極活性物質粉體可單獨使用1種,亦能以任意組合及比率併用不同組成或不同粉體物性之2種以上。
負極活性物質為可電化學性地吸藏、釋放鋰離子者即可,並無特別限制,可例舉:碳質材料、氧化錫或氧化矽等金屬氧化物、金屬複合氧化物、鋰單質或鋰鋁合金等鋰合金、Sn或Si等可與鋰形成合金之金屬等。該等可單獨使用1種,亦能以任意組合及比率併用2種以上。其中,就安全性之方面而言,可較佳地使用碳質材料或鋰複合氧化物。
金屬複合氧化物可吸藏、釋放鋰即可,並無特別限制,就高電流密度充放電特性之觀點而言,較佳為含有鈦及/或鋰作為構成成分。
作為碳質材料,自以下成分中選擇者其初始不可逆容量、高電流密度充放電特性之平衡良好,而較佳。 (1)天然石墨; (2)人造碳質物質以及人造石墨質物質;將碳質物質{例如,天然石墨、煤系焦炭、石油系焦炭、煤系瀝青、石油系瀝青或對該等瀝青進行氧化處理而成者、針狀焦炭、瀝青焦炭及將該等之一部分石墨化而成之碳材料、爐黑、乙炔黑、瀝青系碳纖維等有機物之熱分解物、可碳化之有機物(例如,軟瀝青至硬瀝青之煤焦油瀝青、或乾餾液化油等煤系重油、常壓殘油、減壓殘油之直餾系重油、原油、石油腦等熱分解時副產出之乙烯焦油等分解系石油重油、以及苊、十環烯、蒽、菲等芳香族烴、啡或吖啶等N環化合物、噻吩、聯噻吩等S環化合物、聯苯、聯三苯等聚苯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯丁醛、該等之不溶化處理品、含氮性聚丙烯腈、聚吡咯等有機高分子、含硫性聚噻吩、聚苯乙烯等有機高分子、以纖維素、木質素、甘露聚糖、聚半乳糖醛酸、聚葡萄胺糖、蔗糖為代表之多糖類等天然高分子、聚苯硫醚、聚苯醚等熱塑性樹脂、糠醇樹脂、苯酚-甲醛樹脂、醯亞胺樹脂等熱固性樹脂)及該等之碳化物、或者使可碳化之有機物溶解於苯、甲苯、二甲苯、喹啉、正己烷等低分子有機溶劑而成之溶液及該等之碳化物}於400至3200℃之範圍進行一次以上熱處理而成之碳質材料; (3)負極材料層由至少2種以上之具有不同結晶性之碳質構成且/或該不同結晶性之碳質具有相接之界面之碳質材料;及 (4)負極材料層由至少2種以上之具有不同配向性之碳質構成且/或該不同配向性之碳質具有相接之界面之碳質材料。
為了增加所獲得之電極之容量,電極活性物質(正極活性物質或負極活性物質)之含量較佳為於電極形成用組成物中為40質量%以上。
上述粉末電極材料進而可包含導電劑。作為導電劑,例如可例舉:乙炔黑、科琴黑(Ketjenblack)等碳黑類或石墨等碳材料、碳纖維、奈米碳管、奈米碳角、石墨烯等。
電極形成用組成物中之粉末電極材料(活性物質及導電劑)與上述共聚物之比率通常以質量比計約為80:20~99.5:0.5,考慮到粉體成分之保持、對集電體之密接性、電極之導電性而決定。
電極形成用組成物例如可含有聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯等丙烯酸系樹脂、聚醯亞胺、聚醯胺及聚醯胺醯亞胺系樹脂、苯乙烯橡膠、丁二烯橡膠、苯乙烯-丁二烯橡膠等。
為了提昇漿料穩定性,電極形成用組成物可含有具有界面活性作用等之樹脂系或陽離子性界面活性劑、非離子性界面活性劑等分散劑。
作為製備電極形成用組成物之方法,可例舉以下方法:將上述粉末電極材料分散、混合於使共聚物溶解或分散於溶劑而成之溶液或分散液。其後,將所獲得之電極形成用組成物均勻塗布於金屬箔、金屬網等集電體,進行乾燥,視需要進行加壓而於集電體上形成較薄之電極材料層,製成薄膜狀電極。此外,亦可先將共聚物與電極材料之粉末加以混合後,添加溶劑,製作電極形成用組成物。
本發明之電極形成用組成物可較佳地用作形成二次電池、電容器等電池之電極之材料。電池可為一次電池,亦可為蓄電池(二次電池)或蓄電元件。電池可為非水電解液電池。非水電解液電池包括所有具備電解液及發電元件之電池。作為非水電解液電池,例如可例舉:鋰離子一次電池、鋰離子二次電池、鎳氫電池、鋰離子電容器、電雙層電容器等。
本發明之電極形成用組成物可為用於製作正極之正極形成用組成物,亦可為用於製作負極之負極形成用組成物。由本發明之電極形成用組成物所形成之電極材料層可為正極材料層,亦可為負極材料層。
<電極> 本發明之電極具備集電體及電極材料層。電極材料層使用本發明之電極形成用組成物形成,可設置於集電體之單面,亦可設置於雙面。
本發明之電極具備使用本發明之電極形成用組成物所形成之電極材料層,故而柔軟性及導電性優異,集電體與電極材料層充分密接,且可形成電池特性優異之二次電池。
電極材料層之密度較佳為2.0~5.0 g/cm 3,更佳為2.5~4.5 g/cm 3
電極材料層之密度可根據電極材料層之質量及體積來算出。
就獲得更高之電池特性之方面而言,電極材料層之厚度較佳為20 μm以上,更佳為30 μm以上,進而較佳為40 μm以上,特佳為45 μm以上,且較佳為170 μm以下,更佳為150 μm以下。又,電極材料層之厚度可為85 μm以下,亦可未達69 μm。
電極材料層之厚度可藉由測微計來測定。於電極材料層設置於集電體之雙面之情形時,本發明中之電極材料層之厚度為每一面之厚度。
作為本發明之電極所具備之集電體,例如可例舉鐵、不鏽鋼、銅、鋁、鎳、鈦等金屬箔或金屬網等,其中,較佳為鋁箔。
本發明之電極可藉由將本發明之電極形成用組成物塗布於集電體之製造方法而適當地製造。亦可在塗布電極形成用組成物後,進而對塗膜進行乾燥,對所獲得之乾燥塗膜進行加壓。
作為電極形成用組成物在集電體之塗布量,較佳為10 mg/cm 2以上,更佳為17.5 mg/cm 2以上,且較佳為60 mg/cm 2以下,更佳為50 mg/cm 2以下。電極形成用組成物之塗布量為每單位面積之電極形成用組成物之乾燥重量。
<二次電池> 又,根據本發明,提供一種二次電池,其具備上述電極。
本發明之二次電池具備使用本發明之電極形成用組成物所形成之電極,故而高溫保存容量維持率較高,氣體產生量較少,電阻不易增加。
本發明之二次電池較佳為具備正極、負極、非水電解液,且正極及負極之一者或兩者為上述電極。又,本發明之二次電池較佳為具備正極、負極、非水電解液,且正極為上述電極。又,可於正極與負極之間介置隔離膜。
非水電解液並無特別限定,可使用碳酸丙烯酯、碳酸伸乙酯、碳酸丁烯酯、γ-丁內酯、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯等公知之溶劑之1種或2種以上。先前公知之電解質亦均可使用,可使用LiClO 4、LiAsF 6、LiPF 6、LiBF 4、LiCl、LiBr、CH 3SO 3Li、CF 3SO 3Li、碳酸銫等。
本發明之電極由於柔軟性及導電性優異,集電體與電極材料層充分密接,且可形成電池特性優異之二次電池,故而可較佳地用作捲繞型二次電池用電極。又,本發明之二次電池可為捲繞型二次電池。
本發明之電極用於非水電解液二次電池,不僅可用於以上所說明之使用液狀電解質之鋰離子二次電池,亦可用於聚合物電解質鋰二次電池。又,亦可用於電雙層電容器。
以上,對實施方式進行了說明,但應理解,在不脫離申請專利範圍之主旨及範圍之情況下,可進行形態或詳細情況之多種變更。 [實施例]
繼而,例舉實施例對本發明之實施方式進行說明,但本發明並不僅限於該實施例。
實施例之各數值藉由以下方法來測定。
(聚合物組成) 共聚物及PVdF之組成藉由溶液NMR法來測定。 測定裝置:Varian公司製造之VNMRS400 共振頻率:376.04(Sfrq) 脈衝寬度:30°(pw=6.8)
(聚合物中之含極性基之單體單元之含量) 含極性基之單體單元(丙烯酸單元)之含量藉由羧基之酸鹼滴定來測定。具體而言,使約0.5 g之共聚物於70~80℃之溫度溶解於丙酮中。於激烈攪拌下滴加5 ml水以避免共聚物凝固。於約-270 mV之中性轉移下,利用具有0.1 N之濃度之NaOH水溶液實施滴定直至酸性度完全中和為止。根據測定結果,求出1 g共聚物中所包含之含極性基之單體單元之含有物質量,算出含極性基之單體單元之含量。
(重量平均分子量) 藉由凝膠滲透層析法(GPC)進行測定。使用東曹公司製造之AS-8010、CO-8020、管柱(將3根GMHHR-H串聯連接)及島津製作所公司製造之RID-10A,以流速1.0 ml/分鐘通入作為溶劑之二甲基甲醯胺(DMF),進行測定,根據所測得之資料(參考:聚苯乙烯)算出重量平均分子量。
比較例1 (電極形成用組成物(黏結劑溶液)之製備) 將表1中所記載之PVdF(VdF均聚物)以濃度達到8質量%之方式添加於3-甲氧基-N,N-二甲基丙醯胺中,於25℃或50℃攪拌24小時。觀察PVdF溶解情況,藉由以下基準進行評價。
<溶解性> 1    不溶解 2    於加溫(50℃)下在超過12小時且24小時以內溶解 3    於加溫(50℃)下在12小時以內溶解 4    於常溫(25℃)下在超過12小時且24小時以內溶解 5    於常溫(25℃)下在12小時以內溶解
(電極形成用組成物(正極合劑漿料)之製備) 向上述中所獲得之黏結劑溶液中添加正極活性物質(NMC622(LiNi 0.6Mn 0.2Co 0.2O 2)及導電劑(乙炔黑),利用攪拌機充分混合,製備正極合劑。正極合劑中之正極活性物質、導電劑及黏結劑之質量比為97/1.5/1.5。又,正極合劑中之固形物成分濃度為75質量%。測定所獲得之正極合劑漿料之黏度變化率,並藉由以下基準進行評價。
<漿料穩定性> 1    黏度上升率為400%以上 2    黏度上升率為350%以上且未達400% 3    黏度上升率為300%以上且未達350% 4    黏度上升率為200%以上且未達300% 5    黏度上升率未達200%
黏度上升率藉由以下方法來測定。使用B型黏度計(Brookfield公司製造之DV2T),於25℃、主軸LV-04(64)、旋轉速度6 rpm之條件下,測定自測定開始起經過10分鐘後之正極合劑之黏度。根據製備正極合劑後迅速測得之正極合劑之黏度(η0)及自混合劑製備起經過24小時之黏度(ηn),藉由下式求出黏度上升率(Xn)。 Xn=ηn/η0×100[%]
(於單面具備正極材料層之正極之製作) 以塗布量成為22.5 mg/cm 2之方式將所獲得之正極合劑均勻塗布於正極集電體(厚度20 μm之鋁箔)之單面,使3-甲氧基-N,N-二甲基丙醯胺完全揮發後,使用輥壓機,施加10 t之壓力而進行加壓,藉此製作具備正極材料層及正極集電體之正極。
(於雙面具備正極材料層之正極之製作) 以塗布量成為每一面30.0 mg/cm 2之方式將所獲得之正極合劑均勻塗布於正極集電體(厚度20 μm之鋁箔)之雙面,使3-甲氧基-N,N-二甲基丙醯胺完全揮發後,使用輥壓機,施加6 t之壓力而進行加壓,藉此製作具備正極材料層及正極集電體之正極。
<正極之正極材料層與正極集電體之密接性> 切取於單面具備正極材料層之正極,藉此製作1.2 cm×7.0 cm之試驗片。利用雙面膠帶將試驗片之正極材料層側固定於可動式夾具後,於正極集電體之表面貼上膠帶,利用自動立體測圖儀測定以100 mm/分鐘之速度將膠帶拉伸為90度時之應力(N/cm),測定剝離強度。自動立體測圖儀之負載單元使用1 N。
<正極柔軟性> 切取於雙面具備正極材料層之正極,藉此製作2 cm×20 cm之試驗片。使用圓筒形心軸彎曲試驗器(Allgood公司製造),利用本體夾具將試驗片夾入固定於設置有直徑3 mm之心軸之試驗器後,使輥靠近試驗片,歷時1~2秒之時間將把手均等地旋轉180°,利用目視確認此時之正極材料層,基於以下基準進行評價。 2:未觀察到裂紋。 1:觀察到裂紋,但未觀察到正極材料層斷裂。 0:正極材料層斷裂。
<導電性> 使用刮刀將正極合劑塗布於PET膜上後,進行乾燥,測定塗膜之表面電阻。測定使用Loresta-GP(三菱化學Analytech公司製造)(依據JIS K7194)。
(電解液之製備) 將作為高介電常數溶劑之碳酸乙二酯及作為低黏度溶劑之碳酸甲乙酯以體積比成為30:70之方式加以混合,以成為1.0莫耳/升之濃度之方式向其中添加LiPF 6,向其中添加2質量%之碳酸伸乙烯酯,藉此獲得非水電解液。
(鋰離子二次電池之製作) 將於單面具備正極材料層之正極切割為具有寬度50 mm、長度30 mm之塗敷部(正極材料層)、及寬度5 mm、長度9 mm之未塗敷部的形狀。
向98質量份之人造石墨中添加作為增黏劑及黏結劑之羧甲基纖維素鈉之水性分散液(羧甲基纖維素鈉之濃度為1質量%)1質量份及苯乙烯-丁二烯橡膠之水性分散液(苯乙烯-丁二烯橡膠之濃度為50質量%)1質量份,利用分散器加以混合,製成漿料。將所獲得之漿料塗布於厚度20 μm之銅箔並進行乾燥,利用壓製機進行壓延,將所獲得者切割為具有寬度52 mm、長度32 mm之塗敷部(負極材料層)、及寬度5 mm、長度9 mm之未塗敷部之形狀,製成負極。
關於上述正極及負極,介隔厚度20 μm之微孔性聚乙烯膜(隔離膜)使正極與負極相對向,注入上述所獲得之非水電解液,上述非水電解液充分滲透隔離膜等後,將其密封,進行預充電、老化,製作鋰離子二次電池(鋁層壓電池)。
對所獲得之鋰離子二次電池之高溫保存容量維持率、氣體量變化率及電阻增加率進行評價。
[初始特性評價] 於利用板夾持加壓之狀態下,將鋰離子二次電池於25℃以相當於0.2 C之定電流充電至4.2 V後,以0.2 C之定電流放電至3.0 V。將上述操作進行2個循環而使電池穩定,第3個循環係以0.2 C之定電流充電至4.2 V後,以4.2 V之定電壓實施充電直至電流值成為0.05 C為止,以0.2 C之定電流放電至3.0 V。其後,於第4個循環中,以0.2 C之定電流充電至4.2 V後,以4.2 V之定電壓實施充電直至電流值成為0.05 C為止,以0.2 C之定電流放電至3.0 V,求出初始放電容量。其後,以0.2 C之定電流充電至4.2 V後,以4.2 V之定電壓實施充電直至電流值成為0.05 C為止,測定初始電阻。 此處,1 C表示將電池之基準容量放電1小時之電流值,5 C表示上述電流值之5倍之電流值,0.1 C表示上述電流值之1/10之電流值,又,0.2 C表示上述電流值之1/5之電流值。
[高溫保存試驗] 將結束了初始特性評價之鋰離子二次電池於85℃、36小時之條件下進行高溫保存。使電池充分冷卻後,藉由阿基米德法測定電池體積,根據高溫保存前後之體積變化,求出氣體量變化率。 繼而,於25℃以0.5 C放電至3 V,求出高溫保存後之殘存容量,基於下式,求出高溫保存容量維持率(%)。進而以0.2 C之定電流充電至4.2 V後,在以4.2 V之定電壓實施充電直至電流值成為0.05 C後,以0.5 C放電至3 V。其後,以0.2 C之定電流充電至4.2 V後,以4.2 V之定電壓實施充電直至電流值成為0.05 C為止,測定高溫保存後之電阻,基於下式求出電阻增加率(%)。 高溫保存容量維持率(%)=(殘存容量)/(初始放電容量)×100 氣體量變化率(%)=(高溫保存後之體積(ml))/(高溫保存前之體積(ml))×100 電阻增加率(%)=(高溫保存後之電阻(Ω))/(初始電阻(Ω))×100
實施例1~18 除使用表1中所記載之共聚物(含有VdF單元及除VdF以外之其他單體單元之共聚物)來代替PVdF(VdF均聚物)以外,以與比較例1相同之方式,製備電極形成用組成物(黏結劑溶液及正極合劑漿料),製作正極及鋰離子二次電池,與比較例1相同地進行評價。
將以上結果示於表1。
[表1]
溶劑 其他單體(α)之種類 組成(莫耳%) 重量平均分子量 溶解性 特性 電池特性
VdF α 漿料穩定性 密接性 (N/cm) 柔軟性 表面電阻 (Ω‧cm) 高溫保存容量維持率 (%) 氣體量變化率 (%) 電阻增加率 (%)
比較例1 3-甲氧基-N,N-二甲基丙醯胺 - 100 - 900000 1 2 0.23 0 50 60 0.30 184
實施例2 TFE 95 5 1050000 4 4 0.21 2 22 88 0.14 119
實施例3 90 10 1200000 5 5 0.22 2 20 89 0.13 115
實施例4 80 20 980000 5 5 0.23 2 18 90 0.10 114
實施例5 70 30 1180000 5 4 0.22 2 19 88 0.12 118
實施例6 CTFE 95 5 800000 4 2 0.27 2 24 86 0.11 120
實施例7 90 10 840000 5 3 0.28 2 23 85 0.12 123
實施例8 2,3,3,3-四氟丙烯 95 5 650000 5 3 0.22 1 19 86 0.13 127
實施例9 90 10 700000 5 4 0.23 2 17 85 0.14 121
實施例10 80 20 450000 5 5 0.24 2 15 87 0.11 122
實施例11 70 30 600000 5 5 0.23 2 17 85 0.15 137
實施例12 丙烯酸 99.9 0.1 1250000 4 3 0.28 1 26 85 0.20 143
實施例13 99.5 0.5 1200000 4 3 0.29 1 28 84 0.21 140
實施例14 99 1 1100000 5 3 0.3 1 29 84 0.22 151
實施例15 HFP 95 5 700000 4 3 0.25 1 30 78 0.23 152
實施例16 90 10 900000 4 4 0.26 1 28 77 0.24 162
實施例17 80 20 550000 5 4 0.28 2 27 76 0.25 155
實施例18 PMVE 95 5 1050000 4 3 0.24 2 24 82 0.18 133
表1~4中所記載之「其他單體(α)」表示於含有VdF單元及除VdF以外之其他單體單元之共聚物中,形成其他單體單元之其他單體(α)之種類。又,表1中所記載之「組成(莫耳%)」表示PVdF(均聚物)及共聚物中之VdF單元之含量(莫耳%)及其他單體(α)單元之含量(莫耳%)。
實施例19~52、比較例2~10 除使用表2~4中所記載之溶劑來代替3-甲氧基-N,N-二甲基丙醯胺以外,以與比較例1及實施例1~18相同之方式,製備電極形成用組成物(黏結劑溶液及正極合劑漿料),製作正極及鋰離子二次電池,與比較例1相同地進行評價。將結果示於表2~4。
[表2]
溶劑 其他單體(α)之種類 組成(莫耳%) 重量平均分子量 溶解性 特性 電池特性
VdF α 漿料穩定性 密接性 (N/cm) 柔軟性 表面電阻 (Ω‧cm) 高溫保存容量維持率 (%) 氣體量變化率 (%) 電阻增加率 (%)
比較例2 NEP - 100 - 900000 2 1 - 0 150 - - -
實施例19 TFE 95 5 1050000 5 4 0.17 2 54 88 0.19 121
實施例20 90 10 1200000 5 5 0.19 2 50 90 0.17 115
實施例21 80 20 980000 5 5 0.18 2 47 92 0.15 113
實施例22 70 30 1180000 5 4 0.18 2 49 90 0.17 114
實施例23 CTFE 95 5 800000 4 2 0.22 2 55 88 0.17 114
實施例24 90 10 840000 5 3 0.23 2 53 87 0.17 119
實施例25 2,3,3,3-四氟丙烯 95 5 650000 5 3 0.18 2 49 88 0.18 120
實施例26 90 10 700000 5 3 0.19 2 47 85 0.19 121
實施例27 80 20 450000 5 5 0.20 2 44 88 0.15 118
實施例28 70 30 600000 5 5 0.18 2 48 87 0.20 118
實施例29 丙烯酸 99.9 0.1 1250000 4 2 0.22 0 56 86 0.23 132
實施例30 99.5 0.5 1200000 4 3 0.24 1 58 87 0.25 138
實施例31 99 1 1100000 5 3 0.24 1 61 86 0.27 136
實施例32 HFP 95 5 700000 4 3 0.21 1 60 80 0.28 143
實施例33 90 10 900000 5 3 0.21 1 59 79 0.27 147
實施例34 80 20 550000 5 4 0.23 2 57 78 0.29 146
實施例35 PMVE 95 5 1050000 4 2 0.17 1 49 84 0.20 133
[表3]
溶劑 其他單體(α)之種類 組成(莫耳%) 重量平均分子量 溶解性 特性 電池特性
VdF α 漿料穩定性 密接性 (N/cm) 柔軟性 表面電阻 (Ω‧cm) 高溫保存容量維持率 (%) 氣體量變化率 (%) 電阻增加率 (%)
比較例3 NBP - 100 - 900000 1 2 0.20 0 82 69 0.38 170
實施例36 TFE 95 5 1050000 4 4 0.16 2 56 96 0.21 111
實施例37 90 10 1200000 5 5 0.19 2 52 97 0.18 107
實施例38 80 20 980000 5 5 0.19 2 49 98 0.16 102
實施例39 70 30 1180000 5 5 0.18 2 51 97 0.18 104
實施例40 CTFE 95 5 800000 4 2 0.24 2 57 96 0.18 106
實施例41 90 10 840000 5 2 0.22 2 56 95 0.18 108
實施例42 2,3,3,3-四氟丙烯 95 5 650000 5 3 0.18 2 51 96 0.19 110
實施例43 90 10 700000 5 3 0.21 2 47 95 0.21 113
實施例44 80 20 450000 5 4 0.20 2 44 97 0.18 109
實施例45 70 30 600000 5 3 0.21 2 50 95 0.21 110
實施例46 丙烯酸 99.9 0.1 1250000 4 2 0.23 0 59 95 0.26 124
實施例47 99.5 0.5 1200000 4 2 0.24 1 61 94 0.28 127
實施例48 99 1 1100000 5 2 0.26 1 64 94 0.28 128
實施例49 HFP 95 5 700000 4 3 0.22 1 63 89 0.29 138
實施例50 90 10 900000 4 4 0.21 1 61 88 0.30 141
實施例51 80 20 550000 5 5 0.20 2 60 87 0.32 149
實施例52 PMVE 95 5 1050000 4 2 0.17 1 61 85 0.20 117
[表4]
溶劑 其他單體(α)之種類 組成(莫耳%) 重量平均分子量 溶解性 特性 電池特性
VdF α 漿料穩定性 密接性 (N/cm) 柔軟性 表面電阻 (Ω‧cm) 高溫保存容量維持率 (%) 氣體量變化率 (%) 電阻增加率 (%)
比較例4 NMP - 100 - 900000 5 2 0.15 0 83 55 0.40 210
比較例5 TFE 80 20 980000 5 2 0.12 1 80 60 0.37 180
比較例6 CTFE 95 5 800000 5 2 0.18 0 82 58 0.38 192
比較例7 2,3,3,3-四氟丙烯 80 20 450000 5 2 0.16 1 75 55 0.39 205
比較例8 丙烯酸 99.5 0.5 1200000 5 2 0.21 0 81 54 0.42 218
比較例9 HFP 95 5 700000 5 2 0.18 0 83 52 0.43 224
比較例10 PMVE 95 5 1050000 5 2 0.15 0 84 51 0.41 205

Claims (11)

  1. 一種電極形成用組成物,其含有:具有偏二氟乙烯單元及除偏二氟乙烯以外之其他單體單元之共聚物、以及通式(1)所表示之溶劑,
    Figure 111124316-A0305-13-0001-1
    (式中,R1、R2及R3獨立地為H或一價取代基,其中,R1、R2及R3之合計碳數為6以上,R1、R2及R3之至少一者為具有羰基之有機基;R1、R2及R3之任兩者可鍵結而形成環)。
  2. 如請求項1之電極形成用組成物,其中,上述溶劑為通式(1a)所表示之溶劑,
    Figure 111124316-A0305-13-0001-2
    (式中,R1a為一價取代基,R2a及R3a獨立地為H或一價取代基,其中,R1a、R2a及R3a之合計碳數為5以上;R1a、R2a及R3a之任兩者可鍵結而形成環)。
  3. 如請求項1或2之電極形成用組成物,其中,上述溶劑為選自由通式(1b-1)所表示之溶劑及通式(1b-2)所表示之溶劑所組成之群中之至少1種,
    Figure 111124316-A0305-13-0001-3
    (式中,R1b為烷基、烷氧基烷基、醯基烷基、烯基、胺基或胺基烷基,R2b及R3b獨立地為烷基或烷氧基烷基,R1b、R2b及R3b之合計碳數為5以上;R2b及R3b 可彼此鍵結而與R2b及R3b所鍵結之氮原子一同形成環,亦可包含氧原子作為環之構成原子);
    Figure 111124316-A0305-13-0002-4
    (式中,環A為五員或六員之醯胺環,R4b為烷基、環烷基或烯基,環A及R4b之合計碳數為5以上)。
  4. 如請求項1或2之電極形成用組成物,其中,上述溶劑為選自由3-甲氧基-N,N-二甲基丙醯胺、N-乙基-2-吡咯啶酮及N-丁基-2-吡咯啶酮所組成之群中之至少1種。
  5. 如請求項1或2之電極形成用組成物,其中,其他單體為選自由四氟乙烯、三氟氯乙烯、(甲基)丙烯酸、2,3,3,3-四氟丙烯、六氟丙烯及氟烷基乙烯醚所組成之群中之至少1種。
  6. 如請求項1或2之電極形成用組成物,其中,共聚物中之其他單體單元之含量相對於總單體單元為0.0001~50.0莫耳%。
  7. 如請求項1或2之電極形成用組成物,其進而含有粉末電極材料。
  8. 如請求項7之電極形成用組成物,其中,上述粉末電極材料含有鋰過渡金屬複合氧化物。
  9. 如請求項1或2之電極形成用組成物,其為正極形成用組成物。
  10. 一種電極,其具備:集電體;及電極材料層,其設置於上述集電體之單面或雙面,且由請求項1至9中任一項之電極形成用組成物形成。
  11. 一種二次電池,其具備請求項10之電極。
TW111124316A 2021-06-29 2022-06-29 電極形成用組成物、電極及二次電池 TWI877500B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021-107335 2021-06-29
JP2021107335 2021-06-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202314738A TW202314738A (zh) 2023-04-01
TWI877500B true TWI877500B (zh) 2025-03-21

Family

ID=84690244

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW111124316A TWI877500B (zh) 2021-06-29 2022-06-29 電極形成用組成物、電極及二次電池

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20240162432A1 (zh)
EP (1) EP4365997A4 (zh)
JP (1) JPWO2023277055A1 (zh)
KR (1) KR20240013794A (zh)
CN (1) CN117581398A (zh)
TW (1) TWI877500B (zh)
WO (1) WO2023277055A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12494471B2 (en) 2023-12-08 2025-12-09 Enovix Corporation Mechanical stripping of sacrificial layer
EP4675689A1 (en) * 2024-07-03 2026-01-07 Elantas GmbH Composition for use in manufacturing of batteries

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170229739A1 (en) * 2011-06-03 2017-08-10 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Ionic liquid and power storage device including the same
TW202109952A (zh) * 2019-07-01 2021-03-01 盧森堡商Mcd技術有限公司 電化學裝置用組成物、正極合劑、正極結構體及二次電池
TW202119679A (zh) * 2019-11-07 2021-05-16 日商東麗股份有限公司 具有表面塗佈層的活性物質、包含該活性物質的電極、漿料組成物及蓄電元件

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001210372A (ja) * 2000-01-25 2001-08-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電池の製造方法
JP3596420B2 (ja) * 2000-04-17 2004-12-02 松下電器産業株式会社 非水電解質二次電池
JP2001297737A (ja) * 2000-04-17 2001-10-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非水電解質二次電池
JP3576102B2 (ja) * 2000-12-28 2004-10-13 松下電器産業株式会社 非水電解質電池
JP5021874B2 (ja) * 2001-08-31 2012-09-12 パナソニック株式会社 非水電解質二次電池
JP2003151558A (ja) * 2001-11-14 2003-05-23 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非水電解質二次電池
TWI437009B (zh) 2007-04-24 2014-05-11 Solvay Solexis Spa 1,1-二氟乙烯共聚物類
KR20110111481A (ko) * 2009-02-12 2011-10-11 다이킨 고교 가부시키가이샤 리튬 이차 전지의 전극 합제용 슬러리, 상기 슬러리를 사용한 전극 및 리튬 이차 전지
DE102009034799A1 (de) * 2009-07-25 2011-01-27 Evonik Degussa Gmbh Beschichtungsverfahren zur Herstellung von Elektroden für elektrische Energiespeicher
JP2011184479A (ja) 2010-03-04 2011-09-22 Teijin Techno Products Ltd 耐熱性高分子ドープおよびそれをバインダー成分とした分極性電極
JP5534595B2 (ja) * 2010-04-19 2014-07-02 日立マクセル株式会社 リチウム二次電池用正極およびリチウム二次電池
KR101485382B1 (ko) * 2010-07-29 2015-01-26 히다치 막셀 가부시키가이샤 리튬 이차 전지
JP5922665B2 (ja) * 2011-09-29 2016-05-24 日立マクセル株式会社 リチウム二次電池
EP2866285B1 (de) * 2013-10-23 2019-01-16 VARTA Microbattery GmbH Lithium-Ionen-Batterien und Verfahren zu ihrer Herstellung
JP6491040B2 (ja) * 2015-05-21 2019-03-27 マクセルホールディングス株式会社 リチウムイオン二次電池
CN111480257B (zh) 2017-12-13 2025-05-02 巴斯夫欧洲公司 包含低聚甲硅烷基膦酸酯的电解质组合物
WO2019168308A1 (ko) * 2018-02-27 2019-09-06 주식회사 엘지화학 양극 및 상기 양극을 포함하는 이차 전지
JP7017468B2 (ja) * 2018-05-15 2022-02-08 株式会社クレハ 電極合剤、電極合剤の製造方法、電極構造体、電極構造体の製造方法および二次電池
CN108767235B (zh) * 2018-06-04 2020-05-29 广州天赐高新材料股份有限公司 锂二次电池正极浆料及其制备方法和应用
JP2020202158A (ja) * 2019-06-13 2020-12-17 株式会社日立製作所 絶縁層、電池セル用シート及び電池セル
JP2021082549A (ja) * 2019-11-22 2021-05-27 昭和電工マテリアルズ株式会社 二次電池、及びその製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170229739A1 (en) * 2011-06-03 2017-08-10 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Ionic liquid and power storage device including the same
TW202109952A (zh) * 2019-07-01 2021-03-01 盧森堡商Mcd技術有限公司 電化學裝置用組成物、正極合劑、正極結構體及二次電池
TW202119679A (zh) * 2019-11-07 2021-05-16 日商東麗股份有限公司 具有表面塗佈層的活性物質、包含該活性物質的電極、漿料組成物及蓄電元件

Also Published As

Publication number Publication date
EP4365997A1 (en) 2024-05-08
TW202314738A (zh) 2023-04-01
KR20240013794A (ko) 2024-01-30
US20240162432A1 (en) 2024-05-16
JPWO2023277055A1 (zh) 2023-01-05
WO2023277055A1 (ja) 2023-01-05
CN117581398A (zh) 2024-02-20
EP4365997A4 (en) 2025-09-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5949915B2 (ja) 電極合剤
JP5949914B2 (ja) 電極合剤
JP7212291B2 (ja) 電池用結着剤、電極合剤、電極および二次電池
TWI877500B (zh) 電極形成用組成物、電極及二次電池
TWI867242B (zh) 電極合劑、二次電池及組成物
JP7331276B2 (ja) 組成物、電極および二次電池
JP7420978B2 (ja) 電気化学デバイス用組成物、電極および二次電池
JP7332970B2 (ja) 電気化学デバイス用組成物、電極および二次電池
TW202421745A (zh) 電極合劑、電極及二次電池