WO2023008582A1 - 非水系二次電池電極用バインダー組成物、非水系二次電池電極用スラリー組成物、非水系二次電池用電極、および非水系二次電池 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a binder composition for non-aqueous secondary battery electrodes, a slurry composition for non-aqueous secondary battery electrodes, an electrode for non-aqueous secondary batteries, and a non-aqueous secondary battery.
- Non-aqueous secondary batteries such as lithium-ion secondary batteries (hereinafter sometimes simply referred to as "secondary batteries") are characterized by their small size, light weight, high energy density, and the ability to be charged and discharged repeatedly. Yes, it is used for a wide range of purposes. Therefore, in recent years, improvements in battery members such as electrodes have been studied for the purpose of further improving the performance of non-aqueous secondary batteries.
- an electrode used in a secondary battery such as a lithium ion secondary battery usually includes a current collector and an electrode mixture layer (a positive electrode mixture layer or a negative electrode mixture layer) formed on the current collector. It has Then, this electrode mixture layer is formed by, for example, applying a slurry composition containing an electrode active material and a binder composition containing a binder onto a current collector and drying the applied slurry composition. It is formed.
- binders contained in the binder composition include particulate polymers containing monomer units such as aromatic vinyl monomer units, aliphatic conjugated diene monomer units, and carboxyl group-containing monomer units. is conventionally used.
- an aromatic vinyl monomer unit, an aliphatic conjugated diene monomer unit, and a carboxyl group-containing monomer unit are included, and the average particle diameter (DA) measured by a dynamic light scattering method and , a binder composition containing a particulate polymer having a ratio (DA/DB) of 2 to 10 to an average particle diameter (DB) measured by TEM observation.
- Patent Document 1 reports that an electricity storage device exhibiting good charge/discharge durability can be obtained by using an electrode produced using the binder composition.
- the binder composition is required to have good viscosity.
- the adhesion between the electrode mixture layer and the current collector that is, the peel strength of the electrode
- the content ratio is within a predetermined range, and the average particle diameter Da of the particulate polymer measured by the dynamic light scattering method and the volume average particle diameter Db of the particulate polymer measured by the laser diffraction scattering method If the ratio (Da/Db) is within a predetermined range and the volume average particle diameter Db of the particulate polymer is within a predetermined range, the slurry composition can be obtained while maintaining good viscosity of the binder composition.
- the inventors have found that an electrode formed using a material can exhibit excellent peel strength, and have completed the present invention.
- an object of the present invention is to advantageously solve the above problems, and the present invention provides [1] a binder composition for a non-aqueous secondary battery electrode containing a particulate polymer,
- the particulate polymer contains aromatic vinyl monomer units of 5% by mass or more and 65% by mass or less, aliphatic conjugated diene monomer units of 30% by mass or more and 90% by mass or less, and carboxyl group-containing monomer units.
- the average particle diameter measured by the dynamic light scattering method containing the aromatic vinyl monomer unit, the aliphatic conjugated diene monomer unit, and the carboxyl group-containing monomer unit in each predetermined ratio A particulate polymer in which the ratio of Da to the volume average particle diameter Db measured by a laser diffraction scattering method (Da/Db) is within a predetermined range, and the volume average particle diameter Db is within a predetermined range.
- a binder composition containing has good viscosity and can form an electrode with excellent peel strength.
- the "monomer unit" of a polymer means "a repeating unit derived from the monomer and contained in the polymer obtained using the monomer".
- the content of each monomer unit in the polymer can be measured using 1 H-NMR.
- the average particle diameter Da and the volume average particle diameter Db of the particulate polymer can be specifically measured by the methods described in the Examples of the present specification.
- the particulate polymer further contains a hydrophilic monomeric unit containing no carboxyl group. If the particulate polymer further contains a hydrophilic monomer unit containing no carboxyl group, the tack strength of the binder composition can be reduced.
- the particulate polymer further contains a crosslinkable group-containing hydrophilic monomer unit. If the particulate polymer further contains a crosslinkable group-containing hydrophilic monomer unit, the tack strength of the binder composition can be reduced.
- the binder composition for a non-aqueous secondary battery electrode according to any one of [1] to [3] preferably has a pH of 6 or more and 10 or less. If the pH of the binder composition is within the predetermined range, the binder composition is imparted with better viscosity, and the peel strength of the electrode formed using the slurry composition containing the binder composition is further improved. can be made
- the binder composition for a non-aqueous secondary battery electrode includes an aqueous phase containing an acidic water-soluble polymer, and the weight average molecular weight of the acidic water-soluble polymer is preferably 500 or more and 20,000 or less. If the weight-average molecular weight of the acidic water-soluble polymer contained in the aqueous phase is within the above-specified range, the binder composition is imparted with even better viscosity, and a slurry composition containing the binder composition is used to form the slurry composition. The peel strength of the electrode to be coated can be further improved.
- the weight average molecular weight of the acidic water-soluble polymer can be measured by the method described in the Examples of the present specification.
- the average particle diameter Da of the particulate polymer is preferably 100 nm or more and 340 nm or less. If the average particle diameter Da of the particulate polymer measured by the dynamic light scattering method is within the above predetermined range, the slurry composition containing the binder composition while imparting even better viscosity to the binder composition can further improve the peel strength of the electrode formed using
- an object of the present invention is to advantageously solve the above problems, and the present invention provides [7] an electrode active material and the non-aqueous secondary electrode according to any one of [1] to [6] above. and a binder composition for battery electrodes.
- the slurry composition for a non-aqueous secondary battery electrode containing the electrode active material and any of the binder compositions for a non-aqueous secondary battery electrode described above can form an electrode having excellent peel strength. .
- an object of the present invention is to advantageously solve the above problems, and the present invention provides [8] an electrode formed using the slurry composition for a non-aqueous secondary battery electrode of [7] above.
- the non-aqueous secondary battery electrode provided with the electrode mixture layer formed using the above slurry composition for non-aqueous secondary battery electrode is excellent in peel strength.
- An object of the present invention is to advantageously solve the above problems, and the present invention provides [9] a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolytic solution, wherein at least one of the positive electrode and the negative electrode is A non-aqueous secondary battery that is the electrode for a non-aqueous secondary battery according to [8] above.
- a non-aqueous secondary battery comprising the electrode for a non-aqueous secondary battery described above can exhibit excellent performance, for example, has excellent battery characteristics such as cycle characteristics and reduced internal resistance.
- the binder composition for non-aqueous secondary battery electrodes which can form the electrode for non-aqueous secondary batteries excellent in peel strength, and has favorable viscosity can be provided.
- the slurry composition for non-aqueous secondary battery electrodes which can form the electrode for non-aqueous secondary batteries excellent in peel strength can be provided.
- binder composition for non-aqueous secondary battery electrodes of the present invention is the slurry composition for non-aqueous secondary battery electrodes of the present invention (hereinafter, It may be simply referred to as a "slurry composition”.).
- slurry composition for non-aqueous secondary battery electrodes prepared using the binder composition for non-aqueous secondary battery electrodes of the present invention is used when producing electrodes for non-aqueous secondary batteries such as lithium ion secondary batteries.
- the non-aqueous secondary battery of the present invention is an electrode for a non-aqueous secondary battery of the present invention (hereinafter simply referred to as "electrode") formed using the slurry composition for a non-aqueous secondary battery electrode of the present invention. There is.) is used.
- the binder composition for non-aqueous secondary battery electrodes, the slurry composition for non-aqueous secondary battery electrodes, and the non-aqueous secondary battery electrode of the present invention are preferably for negative electrodes, and the non-aqueous secondary battery electrode of the present invention is preferably used for negative electrodes.
- the secondary battery preferably uses the non-aqueous secondary battery electrode of the present invention as a negative electrode.
- the binder composition for non-aqueous secondary battery electrodes of the present invention is a particulate binder composition containing aromatic vinyl monomer units, aliphatic conjugated diene monomer units, and carboxyl group-containing monomer units in predetermined proportions. Contains polymers. Then, the ratio (Da/Db) of the average particle diameter Da of the particulate polymer measured by the dynamic light scattering method and the volume average particle diameter Db of the particulate polymer measured by the laser diffraction scattering method is predetermined is within the range of Furthermore, the volume average particle diameter Db of the particulate polymer is within a predetermined range.
- the binder composition for a non-aqueous secondary battery electrode of the present invention contains the predetermined particulate polymer, it has good viscosity, and an electrode formed using a slurry composition containing the binder composition. Excellent peel strength can be exhibited. Then, by using an electrode having excellent peel strength formed using a slurry composition containing the binder composition of the present invention, it is possible to improve the performance of the secondary battery, for example, improve battery characteristics such as cycle characteristics. In addition, the internal resistance of the secondary battery can be reduced. Furthermore, if the binder composition for a non-aqueous secondary battery electrode of the present invention is used, a slurry composition prepared using the binder composition is applied at a high speed (coated and dried) to produce an electrode. Even if there is, the formed electrode can exhibit excellent peel strength. In addition, the binder composition for non-aqueous secondary battery electrodes of the present invention usually further contains a dispersion medium such as water (aqueous phase).
- the particulate polymer is a component that functions as a binder, and in the electrode mixture layer formed using the slurry composition containing the binder composition, components such as the electrode active material are detached from the electrode mixture layer. keep it from happening.
- the particulate polymer is water-insoluble particles made of a given polymer. In the present invention, that the polymer particles are "water-insoluble" means that the insoluble content is 90% by mass or more when 0.5 g of the polymer is dissolved in 100 g of water at a temperature of 25°C. Say.
- the particulate polymer contains aromatic vinyl monomer units, aliphatic conjugated diene monomer units, and carboxyl group-containing monomer units in predetermined proportions.
- the particulate polymer may optionally contain monomer units other than the above aromatic vinyl monomer units, aliphatic conjugated diene monomer units, and carboxyl group-containing monomer units (hereinafter referred to as "other monomer units”). (sometimes referred to as "mer unit").
- aromatic vinyl monomers capable of forming aromatic vinyl monomer units in the particulate polymer include styrene, styrenesulfonic acid and salts thereof, ⁇ -methylstyrene, pt-butylstyrene, butoxy Examples include styrene, vinyltoluene, chlorostyrene, and aromatic monovinyl compounds such as vinylnaphthalene. Among them, styrene is preferred. These can be used singly or in combination of two or more, but it is preferable to use one kind alone.
- the content of aromatic vinyl monomer units in the particulate polymer is 5% by mass or more when the amount of all repeating units (monomer units) in the particulate polymer is 100% by mass. is required, preferably 10% by mass or more, more preferably 20% by mass or more, required to be 65% by mass or less, preferably 55% by mass or less, 47 % or less is more preferable.
- the content of the aromatic vinyl monomer unit in the particulate polymer is at least the above lower limit, the stability of the slurry composition containing the binder composition can be improved.
- the content of the aromatic vinyl monomer unit in the particulate polymer is equal to or less than the above upper limit, the peel strength of the electrode formed using the binder composition can be sufficiently improved.
- the content of aromatic vinyl monomer units in the particulate polymer is 21% by mass or more when the amount of all repeating units (monomer units) in the particulate polymer is 100% by mass. It may be 23% by mass or more, may be 24% by mass or more, may be 30% by mass or more, or may be 40% by mass or more. , 50% by mass or more, or 60% by mass or more.
- Aliphatic conjugated diene monomers capable of forming aliphatic conjugated diene monomer units in the particulate polymer include 1,3-butadiene, isoprene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 1, Examples include conjugated diene compounds having 4 or more carbon atoms such as 3-pentadiene. These can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types. Among these, 1,3-butadiene and isoprene are preferred, and 1,3-butadiene is more preferred, from the viewpoint of improving the moisture resistance of the electrode.
- the content of aliphatic conjugated diene monomer units in the particulate polymer is 30% by mass or more when the amount of all repeating units (monomer units) in the particulate polymer is 100% by mass. preferably 40% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, required to be 90% by mass or less, preferably 85% by mass or less, It is more preferably 77% by mass or less, and even more preferably 73.5% by mass or less.
- the content of the aliphatic conjugated diene monomer unit in the particulate polymer is at least the above lower limit, the peel strength of the electrode formed using the binder composition can be sufficiently improved.
- the stability of the slurry composition containing the binder composition can be improved.
- the content of aliphatic conjugated diene monomer units in the particulate polymer is 65% by mass when the amount of all repeating units (monomer units) in the particulate polymer is 100% by mass. or less, 55% by mass or less, 45% by mass or less, or 35% by mass or less.
- Carboxyl Group-Containing Monomer Unit As the carboxyl group-containing monomer capable of forming the carboxyl group-containing monomer unit in the particulate polymer, a monomer having a carbon-carbon double bond and a carboxyl group can be used. and derivatives thereof, dicarboxylic acids, acid anhydrides thereof, and derivatives thereof.
- Monocarboxylic acids include acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid and the like.
- Monocarboxylic acid derivatives include 2-ethylacrylic acid, isocrotonic acid, ⁇ -acetoxyacrylic acid, ⁇ -trans-aryloxyacrylic acid, ⁇ -chloro- ⁇ -E-methoxyacrylic acid and the like.
- Dicarboxylic acids include maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, and the like.
- Dicarboxylic acid derivatives include methylmaleic acid, dimethylmaleic acid, phenylmaleic acid, chloromaleic acid, dichloromaleic acid, fluoromaleic acid, butyl maleate, nonyl maleate, decyl maleate, dodecyl maleate, and octadecyl maleate. and maleic acid monoesters such as fluoroalkyl maleate.
- Acid anhydrides of dicarboxylic acids include maleic anhydride, acrylic anhydride, methyl maleic anhydride, dimethyl maleic anhydride, citraconic anhydride and the like.
- the carboxyl group-containing monomer an acid anhydride that produces a carboxyl group by hydrolysis can also be used.
- the carboxyl group-containing monomers include ethylenically unsaturated polycarboxylic acids such as butenetricarboxylic acid, and partial esters of ethylenically unsaturated polycarboxylic acids such as monobutyl fumarate and mono-2-hydroxypropyl maleate. etc. can also be used. These may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more types.
- acrylic acid, methacrylic acid, and itaconic acid are preferable, and methacrylic acid, Itaconic acid is more preferred, and methacrylic acid is even more preferred.
- the content of the carboxyl group-containing monomer units in the particulate polymer is 2% by mass or more when the amount of all repeating units (monomer units) in the particulate polymer is 100% by mass. is required, preferably 2.5% by mass or more, required to be 9% by mass or less, preferably 5% by mass or less, and preferably 3.5% by mass or less More preferably, it is 3% by mass or less.
- the content of the carboxyl group-containing monomer unit in the particulate polymer is at least the above lower limit, the peel strength of the electrode formed using the binder composition can be sufficiently improved.
- the content of the carboxyl group-containing monomer unit in the particulate polymer is equal to or less than the above upper limit, the viscosity of the binder composition is suppressed from excessively increasing, thereby improving the viscosity of the binder composition.
- the content of the carboxyl group-containing monomer units in the particulate polymer is 3% by mass or more when the amount of all repeating units (monomer units) in the particulate polymer is 100% by mass. , 3.5% by mass or more, 3.7% by mass or more, or 4.0% by mass or more.
- the particulate polymer preferably further contains a hydrophilic monomeric unit containing no carboxyl group as another monomeric unit. If the particulate polymer further contains a hydrophilic monomer unit containing no carboxyl group, the tack strength of the binder composition can be reduced.
- Carboxyl-free hydrophilic monomers capable of forming carboxyl-free hydrophilic monomer units in the particulate polymer include, for example, hydroxyl-containing monomers; nitrile groups such as (meth)acrylonitrile; Containing monomers; (meth)acrylamide monomers such as acrylamide and methacrylamide; methyl (meth)acrylate, ethyl (meth)acrylate, propyl (meth)acrylate, butyl (meth)acrylate, (meth)acrylate A (meth)acrylic acid alkyl ester monomer having an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, preferably 1 to 3 carbon atoms, more preferably 1 to 2 carbon atoms, such as pentyl acrylate; containing a polyalkylene oxide structure monomer; and the like.
- (meth)acryl means acryl and/or methacryl
- (meth)acrylonitrile means acrylonitrile and/or methacrylonitrile
- hydroxyl group-containing monomers examples include ethylenically unsaturated alcohols such as (meth)allyl alcohol, 3-buten-1-ol, and 5-hexene-1-ol; 2-hydroxyethyl acrylate ( 2-hydroxyethyl acrylate), 2-hydroxypropyl acrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate (2-hydroxyethyl methacrylate), 2-hydroxypropyl methacrylate, di-2-hydroxyethyl maleate, di-maleate -Alkanol esters of ethylenically unsaturated carboxylic acids such as 4-hydroxybutyl and di- 2 -hydroxypropyl itaconate ; Among them, p is an integer of 2 to 9, q is an integer of 2 to 4, R a represents a hydrogen atom or a methyl group.) Esters of polyalkylene glycol and (meth) acrylic acid; Mono(meth)acrylic acid esters of dihydroxyesters of dicarboxylic acids such as
- (meth)allyl means allyl and/or methallyl
- (meth)acryloyl means acryloyl and/or methacryloyl.
- one type of the hydroxyl group-containing monomer may be used alone, or two or more types may be used in combination at an arbitrary ratio.
- polyalkylene oxide structure-containing monomers examples include the formula (I): CH 2 ⁇ CR 1 —COO—(CH 2 CH 2 O) n —R 2 (wherein R 1 is a hydrogen atom or a methyl group, R 2 represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, and n represents an integer of 5 or more.) can be used.
- R 1 is a hydrogen atom or a methyl group
- R 2 represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
- n represents an integer of 5 or more.
- the number of carbon atoms in the alkyl group constituting R 2 is preferably 3 or less, more preferably 2 or less, and even more preferably 1.
- n is preferably 7 or more, preferably 9 or more, and preferably 25 or less, more preferably 15 or less.
- Polyethylene oxide structure-containing monomers such as product names "AM-90G”, “AM-130G”, “M-90G” and “M-230G” (all manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.) can be mentioned. These can be used singly or in combination of two or more at any ratio.
- hydrophilic monomer containing no carboxyl group from the viewpoint of further reducing the tack strength of the binder composition while suppressing foaming of the slurry composition containing the binder composition, (meth)acrylic acid- 2-hydroxyethyl, N-hydroxyethyl (meth)acrylamide, (meth)acrylonitrile, (meth)acrylamide and methyl (meth)acrylate are preferably used.
- the hydrophilic monomer containing no carboxyl group is a monomer different from the crosslinkable group-containing hydrophilic monomer capable of forming the crosslinkable group-containing hydrophilic monomer unit described later. .
- the solubility in water of the hydrophilic monomer containing no carboxyl group is preferably 10,000 mg/L or more, more preferably 12,000 mg/L or more, and 14,000 mg/L or more. is more preferably 2,000,000 mg/L or less, and more preferably 1,900,000 mg/L or less. If the solubility in water of the hydrophilic monomer containing no carboxyl group is at least the above lower limit, the tack strength of the binder composition can be further reduced. On the other hand, when the solubility in water of the hydrophilic monomer containing no carboxyl group is equal to or less than the above upper limit, foaming of the slurry composition containing the binder composition can be suppressed.
- "solubility in water” refers to solubility in water at 25°C.
- the content of hydrophilic monomeric units containing no carboxyl groups in the particulate polymer is, when the amount of all repeating units (monomer units) in the particulate polymer is 100% by mass, It is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.5% by mass or more, still more preferably 1% by mass or more, preferably less than 5% by mass, and 4% by mass or less. is more preferably 3% by mass or less. If the content of hydrophilic monomeric units containing no carboxyl group in the particulate polymer is at least the above lower limit, the tack strength of the binder composition can be further reduced.
- the slurry stability of the slurry composition containing the binder composition can be improved. can be done.
- the content ratio of hydrophilic monomeric units containing no carboxyl group in the particulate polymer is, when the amount of all repeating units (monomer units) in the particulate polymer is 100% by mass, It may be 2.5% by mass or less, 2% by mass or less, 1.5% by mass or less, or 1% by mass or less, and It may be 0% by mass or more.
- the particulate polymer preferably further contains a crosslinkable group-containing hydrophilic monomeric unit as another monomeric unit. If the particulate polymer further contains a crosslinkable group-containing hydrophilic monomer unit, the tack strength of the binder composition can be reduced.
- the crosslinkable group-containing hydrophilic monomer capable of forming the crosslinkable group-containing hydrophilic monomer unit in the particulate polymer includes, for example, glycidyl (meth)acrylate containing an epoxy group as a crosslinkable group.
- a monomer having a heavy bond; a monomer containing an N-methylolamide group as a crosslinkable group such as N-methylol (meth)acrylamide (solubility in water: 1,880 mg/L); and the like are preferably used.
- (meth)acrylate means acrylate and/or methacrylate.
- the solubility in water of the crosslinkable group-containing hydrophilic monomer is preferably 1,000 mg/L or more, more preferably 1,200 mg/L or more, and preferably 1,500 mg/L or more. More preferably, it is 2,000,000 mg/L or less, and more preferably 1,900,000 mg/L or less. If the solubility in water of the crosslinkable group-containing hydrophilic monomer is at least the above lower limit, the tack strength of the binder composition can be further reduced. On the other hand, when the solubility in water of the crosslinkable group-containing hydrophilic monomer is equal to or less than the above upper limit, foaming of the slurry composition containing the binder composition can be suppressed.
- crosslinkable group-containing hydrophilic monomer does not contain a carboxyl group.
- the content of the crosslinkable group-containing hydrophilic monomer unit in the particulate polymer is 0% by mass when the amount of all repeating units (monomer units) in the particulate polymer is 100% by mass. It is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.2% by mass or more, further preferably 0.3% by mass or more, and less than 5% by mass. It is preferably 3% by mass or less, more preferably 1% by mass or less. If the content of the crosslinkable group-containing hydrophilic monomer unit in the particulate polymer is at least the above lower limit, the tack strength of the binder composition can be further reduced.
- the peel strength of the electrode formed using the slurry composition containing the binder composition can be improved.
- the particulate polymer may be a particulate polymer having a uniform monomer unit composition (type and content of monomer units), or a particulate polymer having a non-uniform monomer unit composition.
- the particulate polymer having a non-uniform monomer unit composition includes, for example, a core portion and a shell portion covering at least a part of the outer surface of the core portion, and the core portion and the shell portion Examples include particulate polymers having a core-shell structure with different unit compositions, and particulate polymers having monomer unit compositions with different core portions only.
- the particulate polymer includes a core portion made of a copolymer containing an aromatic vinyl monomer unit and an aliphatic conjugated diene monomer unit, It preferably has a core-shell structure including a shell portion made of a polymer containing carboxyl group-containing monomer units.
- the core-shell structure of the particulate polymer may further contain constituent elements other than the core portion and the shell portion, but preferably consists of only the core portion and the shell portion.
- the core portion of the core-shell structure of the particulate polymer is a random copolymer containing aromatic vinyl monomer units and aliphatic conjugated diene monomer units. More preferably, it consists of a coalescence.
- the copolymer constituting the core portion may contain monomer units other than the aromatic vinyl monomer unit and the aliphatic conjugated diene monomer unit, or the aromatic vinyl monomer unit and may contain only aliphatic conjugated diene monomer units.
- the copolymer constituting the core portion further contains a hydrophilic monomer unit containing no carboxyl group.
- the shell portion of the core-shell structure of the particulate polymer may be composed of, for example, a copolymer containing a monomer unit other than the carboxyl group-containing monomer unit, or may be composed of a carboxyl group-containing monomer unit. It may be composed of a homopolymer containing only Furthermore, from the viewpoint of reducing the tack strength of the binder composition, it is preferable that the polymer constituting the shell portion further contains a crosslinkable group-containing hydrophilic monomer unit.
- the ratio of the core portion in the particulate polymer is preferably 91% by mass or more, more preferably 95% by mass or more, when the mass of the entire particulate polymer is 100% by mass. It is more preferably 0.5% by mass or more, preferably 98% by mass or less, and more preferably 97.5% by mass or less. If the ratio of the core portion in the particulate polymer is at least the above lower limit, the viscosity of the binder composition can be maintained even better by further suppressing an excessive increase in the viscosity of the binder composition. . On the other hand, if the ratio of the shell portion in the particulate polymer is equal to or less than the above upper limit, the peel strength of the electrode formed using the binder composition can be further improved.
- the proportion of the shell portion in the particulate polymer is preferably 2% by mass or more, more preferably 2.5% by mass or more, when the mass of the entire particulate polymer is 100% by mass. , is preferably 9% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, and even more preferably 3.5% by mass or less. If the ratio of the shell portion in the particulate polymer is at least the above lower limit, the peel strength of the electrode formed using the binder composition can be further improved. On the other hand, if the ratio of the shell portion in the particulate polymer is equal to or less than the above upper limit, the viscosity of the binder composition can be maintained better by further suppressing an excessive increase in the viscosity of the binder composition. can be done.
- the particulate polymer may be a particulate polymer that does not have the core-shell structure described above and has a uniform monomer unit composition (type and content of monomer units).
- the particulate polymer includes aromatic vinyl monomer units, aliphatic conjugated diene monomer units, carboxyl group-containing monomer units, and carboxyl group-free hydrophilic monomer units as described above. It may be a random copolymer containing at a predetermined content ratio.
- the average particle diameter Da of the particulate polymer measured by a dynamic light scattering method is preferably 100 nm or more, more preferably 130 nm or more, still more preferably 150 nm or more, and 160 nm or more. more preferably 180 nm or more, even more preferably 200 nm or more, particularly preferably 220 nm or more, preferably 340 nm or less, more preferably 300 nm or less , 260 nm or less, and even more preferably 240 nm or less.
- the average particle diameter Da of the particulate polymer measured by the dynamic light scattering method may be 220 nm or less, 200 nm or less, 180 nm or less, or 160 nm. It may be below.
- the value of the average particle diameter Da of the particulate polymer measured by the dynamic light scattering method is the particle diameter of the entire core-shell structure of the particulate polymer. presumed to depend on Therefore, the value of the average particle diameter Da of the particulate polymer measured by the dynamic light scattering method is, for example, the type and amount of the monomer used to form the particulate polymer, the polymerization method and conditions, etc.
- the average particle diameter Da of the particulate polymer can be measured by the following method. That is, the binder composition (aqueous dispersion of particulate polymer) obtained above was measured using a particle size distribution analyzer (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd., model "nano SAQLA”) whose measurement principle is the dynamic light scattering method. In the measured particle size distribution, the particle diameter (D50) at which the cumulative frequency of light scattering intensity calculated from the small diameter side becomes 50% was defined as the average particle diameter Da.
- the measurement conditions for the dynamic light scattering method are as follows. Dispersion medium: ion-exchanged water Measurement temperature: 25 ⁇ 1°C Measurement concentration (solid content concentration): 0.5% by mass Scattering angle: 168.8° Light source laser wavelength: 660 nm
- the volume average particle diameter Db of the particulate polymer measured by a laser diffraction scattering method is required to be 100 nm or more, preferably 110 nm or more, more preferably 120 nm or more, and 130 nm or more. It is more preferably 170 nm or less, preferably 160 nm or less, and more preferably 150 nm or less.
- the volume average particle diameter Db of the particulate polymer measured by a laser diffraction scattering method is within the predetermined range, the peel strength of the electrode formed using the binder composition can be sufficiently improved.
- the volume average particle diameter Db of the particulate polymer measured by the laser diffraction scattering method is at least the above lower limit, the electrolyte pourability of the secondary battery provided with the electrode formed using the binder composition is improved. In addition, the internal resistance of the secondary battery can be reduced. Moreover, the volume average particle diameter Db of the particulate polymer measured by a laser diffraction scattering method may be 140 nm or more and may be 140 nm or less.
- the value of the volume average particle diameter Db of the particulate polymer measured by the laser diffraction scattering method is somewhat affected by the shell portion, but the core It is speculated that it greatly depends on the particle size of the part. Therefore, the value of the volume average particle diameter Db of the particulate polymer measured by the laser diffraction scattering method is, for example, the type and amount of the monomer used to form the core portion of the particulate polymer, and the polymerization conditions etc. can be adjusted.
- the ratio of the average particle diameter Da of the particulate polymer measured by the dynamic light scattering method to the volume average particle diameter Db of the particulate polymer measured by the laser diffraction scattering method is required to be 1.05 or more, preferably 1.1 or more, more preferably 1.3 or more, more preferably 1.38 or more, and 2.0 or less is preferably 1.9 or less, more preferably 1.8 or less, and even more preferably 1.69 or less.
- the ratio Da/Db between Da and Db is equal to or higher than the lower limit, the peel strength of the electrode formed using the binder composition can be sufficiently improved.
- the reason why the peel strength of the electrode formed using the binder composition can be sufficiently improved when the ratio Da/Db of the above Da and Db is equal to or higher than the above lower limit is not clear, but the following guessed by the street. That is, when a binder composition containing a particulate polymer having a ratio of Da/Db equal to or higher than the above lower limit is used, in the production of an electrode, a slurry composition containing the binder composition is applied onto a current collector and dried. By doing so, when forming the electrode mixture layer, the particulate polymer can be suppressed from migrating to the surface side of the electrode mixture layer (that is, the side opposite to the current collector side).
- the peel strength of the electrode can be sufficiently improved by the particulate polymer being well dispersed in the layer.
- the ratio Da/Db of Da to Db is equal to or less than the upper limit, the viscosity of the binder composition can be maintained well by suppressing an excessive increase in the viscosity of the binder composition.
- the ratio of the average particle diameter Da of the particulate polymer measured by the dynamic light scattering method to the volume average particle diameter Db of the particulate polymer measured by the laser diffraction scattering method (Da/Db) may be 1.6 or less, 1.4 or less, 1.2 or less, or 1.14 or less. It may be 14 or more.
- the glass transition temperature of the particulate polymer is preferably ⁇ 60° C. or higher, more preferably ⁇ 30° C. or higher, still more preferably ⁇ 25° C. or higher, and preferably 500° C. or lower. , 400° C. or lower, and more preferably 300° C. or lower. If the glass transition temperature of the particulate polymer is at least the above lower limit, the tack strength of the binder composition can be reduced. On the other hand, when the glass transition temperature of the particulate polymer is equal to or lower than the above upper limit, a sufficiently high peel strength of the formed electrode can be ensured. Further, the glass transition temperature of the particulate polymer may be ⁇ 20° C.
- the glass transition temperature of the particulate polymer can be measured using the method described in the examples of the present specification.
- the binder composition for non-aqueous secondary battery electrodes of the present invention usually contains water as a dispersion medium for the particulate polymer.
- the pH of the binder composition is preferably 6 or more, more preferably 7 or more, preferably 10 or less, and 9 or less. is more preferable, and 8 or less is even more preferable. If the pH of the binder composition is equal to or higher than the above lower limit, the peel strength of the electrode formed using the binder composition can be further improved. On the other hand, if the pH of the binder composition is equal to or less than the above upper limit, the viscosity of the binder composition can be favorably maintained by suppressing an excessive increase in the viscosity of the binder composition.
- adjustment of pH may be performed by addition of an alkaline seed
- alkaline species include lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, and aqueous ammonia.
- Aqueous ammonia is preferred because aggregates are less likely to occur due to addition shock during neutralization with alkali.
- the aqueous phase of the binder composition may contain an acidic water-soluble polymer.
- the acidic water-soluble polymer that can be contained in the aqueous phase is, for example, polymerized as a by-product from monomers that are raw materials for the particulate polymer when the particulate polymer is produced by polymerization.
- Such an acidic water-soluble polymer is, for example, a polymer that contains a carboxyl group-containing monomer unit and optionally further contains an aromatic vinyl monomer unit and an aliphatic conjugated diene monomer unit. be.
- Examples of monomers capable of forming monomer units such as carboxyl group-containing monomer units, aromatic vinyl monomer units, and aliphatic conjugated diene monomer units that can be contained in the acidic water-soluble polymer include: The monomers described above in the "particulate polymer" section can be used.
- the weight average molecular weight of such an acidic water-soluble polymer is preferably 500 or more, more preferably 700 or more, still more preferably 1,000 or more, and 20,000 or less. It is preferably 15,000 or less, still more preferably 8,000 or less, even more preferably 3,500 or less, and even more preferably 2,000 or less. If the weight average molecular weight of the acidic water-soluble polymer is at least the above lower limit, the peel strength of the electrode formed using the binder composition can be further improved. On the other hand, if the weight average molecular weight of the acidic water-soluble polymer is equal to or less than the above upper limit, the viscosity of the binder composition can be favorably maintained by suppressing an excessive increase in the viscosity of the binder composition.
- the acidic water-soluble polymer may be in the form of a salt (salt of acidic water-soluble polymer). That is, in the present invention, the term “acidic water-soluble polymer” includes salts of the acidic water-soluble polymer. Further, in the present invention, the term “water-soluble” as used herein means that when 0.5 g of the polymer is dissolved in 100 g of water at a temperature of 25° C., the insoluble content is less than 1.0% by mass. say.
- the aqueous phase of the binder composition may contain additives such as antioxidants and preservatives.
- Antiaging agents include hindered phenolic antioxidants (e.g., 4-[[4,6-bis(octylthio)-1,3,5-triazin-2-yl]amino]-2,6-di- tert-butylphenol, 2,6-di-tert-butyl-p-cresol, 3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)stearylpropionate, pentaerythritol tetrakis[3-(3,5 -di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate], 2,4,6-tris(3′,5′-di-tert-butyl-4′-hydroxybenzyl)mesitylene), oligomeric phenolic antioxidant agent (eg, WINGSTAY L), phosphite antioxidant (eg, 3,9-bis(octadecyloxy)-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphospha
- the amount of the antioxidant added is preferably 0.1 parts by mass or more, more preferably 1 part by mass or more, and 10 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the particulate polymer. It is preferably 5 parts by mass or less, and more preferably 5 parts by mass or less.
- preservatives include known preservatives such as isothiazoline compounds and 2-bromo-2-nitro-1,3-propanediol.
- the isothiazoline compound is not particularly limited, and includes those described in JP-A-2013-211246, JP-A-2005-097474, and JP-A-2013-206624.
- one kind of preservative may be used alone, or two or more kinds may be used in combination.
- 1,2-benzisothiazolin-3-one, 2-methyl-4-isothiazolin-3-one, 5-chloro-2-methyl-4-isothiazolin-3-one, 2-bromo-2 -Nitro-1,3-propanediol is preferred, and 1,2-benzisothiazolin-3-one is more preferred.
- the amount of the preservative contained in the binder composition is preferably 0.01 parts by mass or more, preferably 0.5 parts by mass or less, and 0.4 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the particulate polymer. It is more preferably 0.3 parts by mass or less, more preferably 0.3 parts by mass or less. If the content of the preservative is 0.01 parts by mass or more per 100 parts by mass of the particulate polymer, the formation of aggregates in the binder composition after long-term storage can be further suppressed, and the content is 0.5 parts by mass or less. If so, a sufficiently high peel strength of the electrode can be ensured.
- the binder composition for non-aqueous secondary battery electrodes of the present invention contains monomers (aromatic vinyl monomers, aliphatic conjugated diene monomers, acid monomers) that are the origin of the structural units contained in the particulate polymer. , any other monomer) can be prepared by polymerizing in emulsion. Examples of such a preparation method include a batch emulsion polymerization method, an emulsion (Em) prop method, and a seed polymerization method, and a batch emulsion polymerization method is preferred.
- the batch emulsion polymerization method may be performed, for example, by the following procedure.
- Monomers aromatic vinyl monomers, aliphatic conjugated diene monomers, carboxyl group-containing monomers, optionally other monomers
- Monomers that are the origin of the monomer units contained in the particulate polymer are , water, emulsifier, and polymerization initiator.
- the mixture emulsion
- the mixture is heated to carry out the polymerization reaction.
- a predetermined polymerization conversion rate is achieved, the reaction is terminated by cooling to obtain a mixture containing a particulate polymer. Remove unreacted monomer from the mixture.
- the pH of the mixture is adjusted to be within the preferred pH range of the aqueous phase described above, and optionally the additives described above (e.g., anti-aging agents) are added to prepare the aqueous dispersion as a non-aqueous secondary battery. Obtained as a binder composition for electrodes.
- the aromatic vinyl monomer and the conjugated diene monomer are preferably added in their entirety first.
- the carboxyl group-containing monomer and other optionally added monomers may be added entirely at first, or may be added stepwise in part.
- the total amount of the aromatic vinyl monomer and the conjugated diene monomer is first added and the polymerization reaction is performed, and then the carboxyl group-containing monomer is added.
- the polymerization reaction may be further carried out by adding the total amount of the monomer and optionally other monomers.
- the heating during the polymerization reaction is, for example, 40°C or higher, 45°C or higher, 50°C or higher, 55°C or higher, or 60°C or higher, 90°C or lower, 85°C or lower, 80°C or lower, 75°C or lower, or 70°C or higher. °C or below.
- Removal of unreacted monomers from the mixture may be carried out, for example, by heating under reduced pressure distillation or steam blowing.
- the Em Prop method may be performed, for example, by the following procedure.
- Monomers for core part formation any one or more of aromatic vinyl monomers, aliphatic conjugated diene monomers, carboxyl group-containing monomers, and other optional monomers
- Monomers for core part formation are mixed with water, Mix with an emulsifier, a chain transfer agent, and a polymerization initiator.
- a mixture (emulsion) is heated and a polymerization reaction is carried out until a predetermined polymerization conversion rate is reached to obtain a mixture containing a seed particle polymer as a core portion.
- a monomer for forming the core portion any one or more of aromatic vinyl monomers, aliphatic conjugated diene monomers, carboxyl group-containing monomers, and other optional monomers
- optionally emulsifier and water were continuously added to continue the polymerization.
- the reaction is terminated by cooling to obtain a mixture containing a particulate polymer.
- the pH of the mixture is adjusted to be within the preferred pH range of the aqueous phase described above, and optionally the additives described above (e.g., anti-aging agents) are added to give the aqueous dispersion a core-shell structure. Obtained as a binder composition for a non-aqueous secondary battery electrode containing a particulate polymer.
- any one or more of aromatic vinyl monomer units, aliphatic conjugated diene monomer units, carboxyl group-containing monomer units, and any other monomer units A seed particle polymer composed of a polymer containing a polymer unit is added with a particulate polymer-forming monomer (aromatic vinyl monomer, aliphatic conjugated diene monomer, carboxyl group-containing monomer, any other monomer), water, an emulsifier, a chain transfer agent, and a polymerization initiator, and by performing a polymerization reaction or the like in the same manner as described above, an aqueous dispersion is obtained as a binder composition for a non-aqueous secondary battery electrode. be able to.
- a particulate polymer-forming monomer aromatic vinyl monomer, aliphatic conjugated diene monomer, carboxyl group-containing monomer, any other monomer
- water an emulsifier, a chain transfer agent, and a polymerization initiator
- emulsifiers used for preparing the binder composition include alkyldiphenyletherdisulfonic acid, dodecylbenzenesulfonic acid, laurylsulfuric acid, and salts thereof (eg, potassium salt, sodium salt).
- Polymerization initiators used for preparing the binder composition include, for example, potassium persulfate, n-butyllithium and ammonium persulfate.
- Chain transfer agents used in preparing the binder composition include, for example, ⁇ -methylstyrene dimer, tert-dodecylmercaptan, and 3-mercapto-1,2-propanediol.
- the binder composition of the invention described above has good viscosity.
- the state in which the binder composition "has good viscosity" specifically means that the binder composition has a viscosity of 3000 mPa ⁇ s or less, preferably 1500 mPa ⁇ s when the solid content concentration of the binder composition is 30% by mass. s or less and 10 mPa ⁇ s or more. If the viscosity of the binder composition is within the predetermined range, it can be said that the binder composition has good viscosity because the production efficiency of the binder can be improved.
- the viscosity of the binder composition can be measured by the method described in the examples of the present specification.
- the slurry composition of the present invention is a composition used for forming an electrode mixture layer of an electrode, and contains the binder composition described above and an electrode active material. That is, the slurry composition of the present invention contains the particulate polymer and the electrode active material described above, usually further contains a dispersion medium such as water (aqueous phase), and optionally contains components other than the above components (hereinafter referred to as , referred to as "other ingredients"). And, since the slurry composition of the present invention contains the binder composition described above, it has a good viscosity as a slurry composition and can form an electrode excellent in peel strength. Then, by using an electrode having excellent peel strength formed using the slurry composition of the present invention, it is possible to exhibit excellent performance in the secondary battery, for example, improve battery characteristics such as cycle characteristics, The internal resistance of the secondary battery can be reduced.
- the binder composition As the binder composition, the above-described binder composition of the present invention, which contains a particulate polymer and generally further contains a dispersion medium such as water (aqueous phase), is used.
- the amount of the binder composition in the slurry composition is not particularly limited.
- the amount of the binder composition to be blended can be such that the amount of the particulate polymer is 0.5 parts by mass or more and 15 parts by mass or less in terms of solid content per 100 parts by mass of the electrode active material.
- the electrode active material is not particularly limited, and known electrode active materials used in secondary batteries can be used.
- the electrode active material that can be used in the electrode mixture layer of a lithium ion secondary battery as an example of a secondary battery is not particularly limited, and the following electrode active materials can be used. can.
- Examples of the positive electrode active material to be incorporated in the positive electrode mixture layer of the positive electrode of the lithium ion secondary battery include compounds containing transition metals, such as transition metal oxides, transition metal sulfides, and composites of lithium and transition metals. A metal oxide or the like can be used. Examples of transition metals include Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, and Mo.
- the positive electrode active material is not particularly limited, and lithium-containing cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), lithium-containing nickel oxide (LiNiO 2 ), Co- Ni—Mn lithium-containing composite oxide, Ni—Mn—Al lithium-containing composite oxide, Ni—Co—Al lithium-containing composite oxide, olivine-type lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), olivine-type manganese phosphate Lithium (LiMnPO 4 ), a lithium-rich spinel compound represented by Li 1+x Mn 2-x O 4 (0 ⁇ X ⁇ 2), Li[Ni 0.17 Li 0.2 Co 0.07 Mn 0.56 ] O 2 , LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 and the like.
- the positive electrode active material mentioned above may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more types.
- Examples of the negative electrode active material to be mixed in the negative electrode mixture layer of the negative electrode of the lithium ion secondary battery include carbon-based negative electrode active materials, metal-based negative electrode active materials, and negative electrode active materials in which these are combined.
- the carbon-based negative electrode active material refers to an active material having carbon as a main skeleton and into which lithium can be inserted (also referred to as “doping”).
- the carbon-based negative electrode active material specifically, coke, mesocarbon microbeads (MCMB), mesophase pitch-based carbon fiber, pyrolytic vapor growth carbon fiber, phenol resin baked body, polyacrylonitrile-based carbon fiber, Examples thereof include carbonaceous materials such as pseudoisotropic carbon, furfuryl alcohol resin sintered body (PFA) and hard carbon, and graphite materials such as natural graphite and artificial graphite.
- the metal-based negative electrode active material is an active material containing a metal, and usually contains an element capable of intercalating lithium in its structure, and the theoretical electric capacity per unit mass when lithium is intercalated is 500 mAh / g or more.
- lithium metal for example, a single metal capable of forming a lithium alloy (eg, Ag, Al, Ba, Bi, Cu, Ga, Ge, In, Ni, P, Pb, Sb, Si , Sn, Sr, Zn, Ti, etc.) and their oxides, sulfides, nitrides, silicides, carbides and phosphides. Furthermore, oxides such as lithium titanate can be mentioned.
- a lithium alloy eg, Ag, Al, Ba, Bi, Cu, Ga, Ge, In, Ni, P, Pb, Sb, Si , Sn, Sr, Zn, Ti, etc.
- oxides such as lithium titanate can be mentioned.
- active materials containing silicon are preferable. This is because the use of the silicon-based negative electrode active material can increase the capacity of the lithium ion secondary battery.
- Silicon-based negative electrode active materials include, for example, silicon (Si), alloys of silicon and cobalt, nickel, iron, etc., SiO x , mixtures of Si-containing materials and carbon materials, Si-containing materials coated with conductive carbon, or A composite of a Si-containing material and conductive carbon, etc., which are composited, may be mentioned.
- SiO x is a compound containing at least one of SiO and SiO 2 and Si, and x is usually 0.01 or more and less than 2.
- SiO x can be formed, for example, by utilizing a disproportionation reaction of silicon monoxide (SiO).
- SiO x can be prepared by heat treating SiO, optionally in the presence of a polymer such as polyvinyl alcohol, to produce silicon and silicon dioxide. The heat treatment can be performed in an inert gas atmosphere after SiO and optionally a polymer are pulverized and mixed.
- a Si-containing material such as silicon or SiO x and a carbon material such as a carbonaceous material or a graphite material are pulverized and mixed optionally in the presence of a polymer such as polyvinyl alcohol.
- a polymer such as polyvinyl alcohol.
- the carbonaceous material and the graphite material a material that can be used as a carbon-based negative electrode active material can be used.
- Examples of composites of Si-containing materials and conductive carbon include compounds obtained by heat-treating a pulverized mixture of SiO, a polymer such as polyvinyl alcohol, and optionally a carbon material, for example, in an inert gas atmosphere. be able to.
- SiO x generated by the disproportionation reaction of SiO is dispersed in the conductive carbon matrix made of the carbonized polymer or the carbon material blended as an optional component.
- a composite Si—SiO x —C composite
- a composite compound (SiO—C) in which part of Si in SiO is replaced with conductive carbon is produced.
- one of the negative electrode active materials described above may be used alone, or two or more of them may be used in combination.
- ⁇ Other ingredients Other components that can be added to the slurry composition include, but are not limited to, dispersants, viscosity modifiers (thickeners), phosphite-based antioxidants, metal scavengers, conductive materials, and the like.
- another component may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more types by arbitrary ratios.
- a method for preparing the slurry composition is not particularly limited.
- a slurry composition is prepared by mixing a binder composition, an electrode active material, and optionally other components in the presence of an aqueous phase (aqueous medium) normally contained in the binder composition. be able to.
- the mixing method is not particularly limited, but mixing can be performed using a commonly used stirrer or disperser.
- the non-aqueous secondary battery electrode of the present invention includes an electrode mixture layer formed using the slurry composition for a non-aqueous secondary battery electrode described above. Therefore, the electrode mixture layer is made of the dried slurry composition described above, and usually contains an electrode active material and a component derived from the particulate polymer, and optionally further contains other components.
- each component contained in the electrode mixture layer was contained in the slurry composition for the non-aqueous secondary battery electrode, and the preferred abundance ratio of each component is the slurry composition It is the same as the preferred abundance ratio of each component in the product.
- the particulate polymer exists in the form of particles in the slurry composition, it may be in the form of particles or any other shape in the electrode mixture layer formed using the slurry composition. may be And since the electrode for non-aqueous secondary batteries of this invention forms an electrode mixture layer using the slurry composition for non-aqueous secondary battery electrodes mentioned above, it has excellent peel strength. . Therefore, the non-aqueous secondary battery provided with the non-aqueous secondary battery electrode of the present invention can exhibit excellent performance, for example, excellent battery characteristics such as cycle characteristics, and reduced internal resistance. .
- the electrode mixture layer of the non-aqueous secondary battery electrode of the present invention can be formed, for example, using the following method. 1) A method of applying the slurry composition of the present invention to the surface of a current collector and then drying; 2) a method of immersing a current collector in the slurry composition of the present invention and then drying it; and 3) coating the slurry composition of the present invention on a release substrate and drying to produce an electrode mixture layer. and transferring the obtained electrode mixture layer to the surface of the current collector.
- the method 1) is particularly preferable because the layer thickness of the electrode mixture layer can be easily controlled.
- the method 1) comprises a step of applying a slurry composition onto a current collector (coating step), and drying the slurry composition applied on the current collector to form an electrode on the current collector. It includes a step of forming a mixture layer (drying step).
- the method for applying the slurry composition onto the current collector is not particularly limited, and a known method can be used. Specifically, as the coating method, a doctor blade method, a dip method, a reverse roll method, a direct roll method, a gravure method, an extrusion method, a brush coating method, or the like can be used. At this time, the slurry composition may be applied to only one side of the current collector, or may be applied to both sides. The thickness of the slurry film on the current collector after application and before drying can be appropriately set according to the thickness of the electrode mixture layer obtained by drying. By using the slurry composition of the present invention, even when an electrode is produced by coating the slurry composition on a current collector at a high speed, the formed electrode can exhibit excellent peel strength. can.
- the current collector to which the slurry composition is applied a material having electrical conductivity and electrochemical durability is used.
- a current collector for example, a current collector made of iron, copper, aluminum, nickel, stainless steel, titanium, tantalum, gold, platinum, or the like can be used.
- one type of the above materials may be used alone, or two or more types may be used in combination at an arbitrary ratio.
- the method for drying the slurry composition on the current collector is not particularly limited, and known methods can be used. A drying method by irradiation can be used. By drying the slurry composition on the current collector in this way, an electrode mixture layer is formed on the current collector to obtain an electrode for a non-aqueous secondary battery comprising the current collector and the electrode mixture layer. be able to. In addition, if the slurry composition of the present invention is used, even when an electrode is produced by drying the slurry composition applied on the current collector at a high speed, the formed electrode exhibits excellent peel strength. can be made
- the electrode mixture layer may be pressurized using a mold press, roll press, or the like.
- the pressure treatment can improve the adhesion between the electrode mixture layer and the current collector and increase the density of the obtained electrode mixture layer.
- the electrode mixture layer contains a curable polymer, it is preferable to cure the polymer after forming the electrode mixture layer.
- the non-aqueous secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, and a separator, and uses the non-aqueous secondary battery electrode described above as at least one of the positive electrode and the negative electrode. Since the non-aqueous secondary battery of the present invention is manufactured using the above-described non-aqueous secondary battery electrode as at least one of the positive electrode and the negative electrode, it can exhibit excellent performance, such as cycle characteristics. In addition to excellent battery characteristics such as, internal resistance is reduced. In addition, although the case where the secondary battery is a lithium ion secondary battery will be described below as an example, the present invention is not limited to the following example.
- the electrodes other than the non-aqueous secondary battery electrode of the present invention that can be used in the non-aqueous secondary battery of the present invention are not particularly limited, and are used in the production of secondary batteries. known electrodes can be used.
- an electrode other than the non-aqueous secondary battery electrode of the present invention described above an electrode obtained by forming an electrode mixture layer on a current collector using a known manufacturing method, or the like can be used. can.
- an organic electrolytic solution in which a supporting electrolyte is dissolved in an organic solvent is usually used.
- Lithium salts for example, are used as supporting electrolytes for lithium ion secondary batteries.
- lithium salts include LiPF 6 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , LiClO 4 , CF 3 SO 3 Li, C 4 F 9 SO 3 Li, CF 3 COOLi, (CF 3 CO) 2 NLi. , (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, (C 2 F 5 SO 2 ) NLi and the like.
- LiPF 6 , LiClO 4 and CF 3 SO 3 Li are preferable because they are easily dissolved in a solvent and exhibit a high degree of dissociation.
- one electrolyte may be used alone, or two or more electrolytes may be used in combination at an arbitrary ratio.
- lithium ion conductivity tends to increase as a supporting electrolyte with a higher degree of dissociation is used, so the lithium ion conductivity can be adjusted depending on the type of supporting electrolyte.
- the organic solvent used in the electrolytic solution is not particularly limited as long as it can dissolve the supporting electrolyte.
- Examples include dimethyl carbonate (DMC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), propylene carbonate (PC), Carbonates such as butylene carbonate (BC), ethyl methyl carbonate (EMC), vinylene carbonate (VC); esters such as ⁇ -butyrolactone and methyl formate; ethers such as 1,2-dimethoxyethane and tetrahydrofuran; sulfolane, dimethyl sulfur-containing compounds such as sulfoxide; and the like are preferably used. A mixture of these solvents may also be used.
- carbonates are preferably used because they have a high dielectric constant and a wide stable potential range.
- the lower the viscosity of the solvent used the higher the lithium ion conductivity, so the lithium ion conductivity can be adjusted by the type of solvent.
- concentration of the electrolyte in the electrolytic solution can be adjusted as appropriate.
- known additives can be added to the electrolytic solution.
- the separator is not particularly limited, and for example, those described in JP-A-2012-204303 can be used. Among these, polyolefin-based ( A microporous membrane made of resin (polyethylene, polypropylene, polybutene, polyvinyl chloride) is preferred.
- the positive electrode and the negative electrode are superimposed with a separator interposed therebetween, and if necessary, they are rolled or folded according to the shape of the battery and placed in a battery container. It can be produced by injecting an electrolytic solution into the container and sealing it.
- at least one of the positive electrode and the negative electrode, preferably the negative electrode is the electrode for non-aqueous secondary batteries described above.
- an overcurrent prevention element such as a fuse, a PTC element, etc. is optionally added in order to prevent the occurrence of pressure rise inside the secondary battery, overcharge and discharge, etc.
- An expanded metal, a lead plate, or the like may be provided.
- the shape of the secondary battery may be, for example, coin-shaped, button-shaped, sheet-shaped, cylindrical, rectangular, or flat.
- the binder composition after pH adjustment obtained above (aqueous dispersion of particulate polymer The particle size distribution of the liquid) was measured, and in the measured particle size distribution, the particle size (D50) at which the cumulative frequency of light scattering intensity calculated from the small size side was 50% was defined as the average particle size Da.
- the measurement conditions for the dynamic light scattering method are as follows. Dispersion medium: ion-exchanged water Measurement temperature: 25 ⁇ 1°C Measurement concentration (solid content concentration): 0.5% by mass Scattering angle: 168.8° Light source laser wavelength: 660 nm
- ⁇ Volume average particle diameter Db of particulate polymer measured by laser diffraction scattering method A binder composition (particulate polymer Measure the particle size distribution of the aqueous dispersion of (adjust the solid content concentration to 0.1% by mass), and in the measured particle size distribution, average the particle diameter (D50) at which the cumulative volume calculated from the small diameter side becomes 50% The particle size was defined as Db.
- ⁇ Glass transition temperature of particulate polymer> The dispersion containing the particulate polymer was preliminarily dried for 7 days in an environment of 50% humidity and 23 to 26° C. temperature to form a preliminarily formed film having a thickness of 2 ⁇ 0.5 mm.
- the preformed film was dried in a vacuum dryer at a temperature of 120° C. for 10 hours. Thereafter, the dried film was used as a sample, and a differential scanning calorimeter (DSC6220SII, manufactured by Nanotechnology Co., Ltd.) was used under the conditions of a measurement temperature of -100°C to 180°C and a heating rate of 5°C/min in accordance with JIS K7121. was used to measure the glass transition temperature (°C).
- ⁇ Weight average molecular weight of acidic water-soluble polymer in aqueous phase The binder composition was neutralized with sodium hydroxide, adjusted to pH 8, and air-dried to obtain a dried product. A 0.01% by mass sodium hydroxide aqueous solution was added to the resulting dried product, and the mixture was heated at 80° C. for 4 hours to obtain a solution. The resulting filtrate was separated by filtration using filter paper to obtain an extract. Then, the weight-average molecular weight of the acidic water-soluble polymer in the aqueous phase was measured by high performance liquid chromatography (HPLC) using the solid matter (water-soluble component) obtained by drying the extract as a measurement sample. .
- HPLC high performance liquid chromatography
- ⁇ Viscosity of Binder Composition> After adjusting the solid content concentration of the resulting binder composition to 30% by mass using water, a B-type viscometer (manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd., product name “TVB-10”, rotation speed: 60 rpm) was used. Then, the viscosity of the binder composition was measured and evaluated according to the following criteria. The temperature during viscosity measurement was 25°C. In addition, if the viscosity of the binder composition is 10 mPa ⁇ s or more and 3000 mPa ⁇ s or less, it can be said that the binder composition has good viscosity.
- A 10 mPa s or more and 1500 mPa s or less
- B 1500 mPa s or more and 3000 mPa s or less
- C less than 10 mPa s or more than 3000 mPa s
- the binder composition was applied onto a copper foil so that the film thickness after drying was 2 to 10 ⁇ m, and dried at 110° C. for 5 minutes to prepare a binder film.
- the produced film was cut into a size of 30 mm ⁇ 20 mm to obtain a test piece.
- a SUS probe (10 mm ⁇ ) is pressed against one surface of the test piece under the conditions of a pressing speed of 3 mm / s, a pressing load of 100 gf, and a pressing holding time of 1 second.
- the tack strength (N) was measured when the SUS probe was pulled up, and evaluated according to the following criteria. The lower the tack strength, the better the productivity without adhesion to the dryer, etc.
- Tack strength is 4N or less
- B Tack strength is greater than 4N and 8N or less
- C Tack strength is 8N or more
- the IV resistance was measured as follows. At a temperature of 25° C., charge at a charge rate of 0.1 C until the voltage reaches 4.2 V, rest for 10 minutes, and then discharge at a constant current (CC) to 3.0 V at a discharge rate of 0.1 C for 3 cycles. Repeated conditioning treatment was applied. After that, in an atmosphere of -10 ° C., after charging to 3.75 V at 1 C (C is a numerical value represented by rated capacity (mA) / 1 hour (h)), 0.5 C, 1 0 C, 1.5 C, and 2.0 C for 20 seconds and 20 seconds of discharge, respectively.
- C is a numerical value represented by rated capacity (mA) / 1 hour (h)
- the battery voltage on the charging side after 15 seconds was plotted against the current value, and the slope was obtained as the IV resistance ( ⁇ ).
- the obtained IV resistance value ( ⁇ ) was compared with the IV resistance of Comparative Example 4 and evaluated according to the following criteria. Note that the smaller the IV resistance value, the lower the internal resistance of the secondary battery.
- D 105% or more relative to the IV resistance of Comparative Example 4
- the lithium-ion secondary batteries produced in Examples and Comparative Examples were allowed to stand at a temperature of 25° C. for 5 hours after electrolyte injection. Next, it was charged to a cell voltage of 3.65 V by a constant current method at a temperature of 25° C. and 0.2 C, and then subjected to aging treatment at a temperature of 60° C. for 12 hours. Then, the battery was discharged to a cell voltage of 3.00 V by a constant current method at a temperature of 25° C. and 0.2 C.
- a larger value of the capacity change rate ⁇ C′ indicates better cycle characteristics.
- Example 1 Preparation of binder composition containing particulate polymer (batch polymerization method)> First, in the first-stage polymerization, 24 parts of styrene as an aromatic vinyl monomer, 73 parts of 1,3-butadiene as an aliphatic conjugated diene monomer, and 0.6 parts of alkyldiphenyl ether disulfonate as an emulsifier, 143 parts of ion-exchanged water, 0.1 part of tert-dodecylmercaptan as a chain transfer agent, and 0.3 parts of potassium persulfate as a polymerization initiator are added and sufficiently mixed.
- aqueous dispersion containing a particulate polymer having a core-shell structure in which at least a part of the outer surface of the core is covered with the shell (lithium ion two A binder composition for the negative electrode of the next battery) was obtained.
- the content ratio of each monomer unit in the particulate polymer, the average particle diameter Da measured by the dynamic light scattering method of the particulate polymer, and the measured by the laser diffraction scattering method The volume-average particle diameter Db produced as a by-product, the weight-average molecular weight of the acidic water-soluble polymer contained in the aqueous phase produced as a by-product, and the viscosity and tackiness of the binder composition were measured. Table 1 shows the results.
- the mixture was further mixed at 25° C. for 15 minutes to obtain a mixed liquid.
- 2.0 parts of the binder composition prepared above in terms of solids content and ion-exchanged water were added to the resulting mixed liquid to adjust the final solids concentration to 48%.
- defoaming treatment was performed under reduced pressure to obtain a negative electrode slurry composition with good fluidity.
- the negative electrode slurry composition thus obtained was coated on a copper foil having a thickness of 15 ⁇ m as a current collector with a comma coater at a speed of 1.2 m/min so that the basis weight after drying was 10.5 mg/cm 2 . It was applied and dried. This drying was carried out by conveying the copper foil at a speed of 1.2 m/min in an oven at 120° C. for 1 minute and then in an oven at 130° C. for 1 minute.
- the obtained negative electrode original fabric was rolled by a roll press to obtain a negative electrode having a negative electrode mixture layer with a density of 1.70 g/cm 3 . Then, the peel strength of the negative electrode was evaluated. Table 1 shows the results.
- the speed when applying the slurry composition on the copper foil was changed from 1.2 m / min to 3.6 m / min, and the transport speed during drying was also changed from 1.2 m / min to 3.6 m / min.
- a negative electrode manufactured by high-speed coating was obtained in the same manner as above, except that the sample was transported in an oven at 120° C. for 20 seconds and then in an oven at 150° C. for 20 seconds. Then, the peel strength of the negative electrode produced by high-speed coating was evaluated. Table 1 shows the results.
- the positive electrode slurry composition thus obtained was applied onto a 20 ⁇ m thick aluminum foil as a current collector with a comma coater so that the weight after drying would be 23 mg/cm 2 and dried. This drying was carried out by conveying the aluminum foil at a speed of 0.5 m/min in an oven at 60° C. for 2 minutes. After that, heat treatment was performed at 120° C. for 2 minutes to obtain a positive electrode original fabric. Then, the raw positive electrode sheet was rolled by a roll press to obtain a positive electrode having a positive electrode mixture layer with a density of 4.0 g/cm 3 .
- a single-layer polypropylene separator (manufactured by Celgard, product name: "Celgard 2500") was prepared as a separator made of a separator base material.
- the positive electrode for a lithium ion secondary battery after pressing and the negative electrode for a lithium ion secondary battery after pressing prepared as described above are separated by a separator (a polypropylene microporous film having a thickness of 20 ⁇ m), and the separator/positive electrode/separator/negative electrode.
- a laminate was obtained by interposing so that Next, the laminate of the electrode and the separator was wound around a core with a diameter of 20 mm to obtain a wound body comprising the positive electrode, the separator, and the negative electrode. Subsequently, the obtained wound body was compressed from one direction at a speed of 10 mm/sec until the thickness became 4.5 mm to obtain a flat body.
- the obtained flat body had an elliptical shape in plan view, and the ratio of the major axis to the minor axis (major axis/minor axis) was 7.7.
- the obtained secondary battery was a pouch-shaped battery having a width of 35 mm, a height of 48 mm, and a thickness of 5 mm, and had a nominal capacity of 700 mAh. Then, the internal resistance and cycle characteristics of this lithium ion secondary battery were evaluated. Table 1 shows the results.
- Example 2 The particulate polymer was prepared in the same manner as in Example 1, except that the amount of methacrylic acid added as the carboxyl group-containing monomer was changed from 3 parts to 4 parts during the preparation of the binder composition containing the particulate polymer.
- a binder composition containing a polymer, a slurry composition for a non-aqueous secondary battery negative electrode, a negative electrode, a positive electrode, and a lithium ion secondary battery were produced or prepared. Then, evaluation was performed in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results.
- Example 3 When preparing a binder composition containing a particulate polymer, in the first stage polymerization, the amount of 1,3-butadiene added as an aliphatic conjugated diene monomer is changed from 73 parts to 73.5 parts, A binder composition containing a particulate polymer in the same manner as in Example 1, except that in the second-stage polymerization, the amount of methacrylic acid added as a carboxyl group-containing monomer was changed from 3 parts to 2.5 parts. A material, a slurry composition for a non-aqueous secondary battery negative electrode, a negative electrode, a positive electrode, and a lithium ion secondary battery were produced or prepared. Then, evaluation was performed in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results.
- Example 4 When preparing a binder composition containing a particulate polymer, in the first stage polymerization, the amount of 1,3-butadiene added as an aliphatic conjugated diene monomer was changed from 73 parts to 74 parts, and the second stage A binder composition containing a particulate polymer, a non-aqueous A secondary battery negative electrode slurry composition, a negative electrode, a positive electrode, and a lithium ion secondary battery were produced or prepared. Then, evaluation was performed in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results.
- Example 5 When preparing the binder composition containing the particulate polymer, the amount of styrene added as the aromatic vinyl monomer was changed from 24 parts to 48.5 parts, and 1, In the same manner as in Example 1, except that the amount of 3-butadiene added was changed from 73 parts to 48.5 parts, a binder composition containing a particulate polymer, a slurry composition for a non-aqueous secondary battery negative electrode, A negative electrode, a positive electrode, and a lithium ion secondary battery were produced or prepared. Then, evaluation was performed in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results.
- Example 6 The procedure of Example 1 was repeated except that 73 parts of isoprene was added instead of 73 parts of 1,3-butadiene as the aliphatic conjugated diene monomer when preparing the binder composition containing the particulate polymer.
- a binder composition containing a particulate polymer, a slurry composition for a non-aqueous secondary battery negative electrode, a negative electrode, a positive electrode, and a lithium ion secondary battery were produced or prepared. Then, evaluation was performed in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results.
- Example 7 A binder composition containing a particulate polymer and a non-aqueous secondary battery negative electrode were prepared in the same manner as in Example 1, except that the pH was adjusted to pH 9 instead of pH 7 when preparing the binder composition containing the particulate polymer. A slurry composition, a negative electrode, a positive electrode, and a lithium ion secondary battery were produced or prepared. Then, evaluation was performed in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results.
- Comparative example 1 During the preparation of the binder composition containing the particulate polymer, the amount of styrene added as the aromatic vinyl monomer was changed from 24 parts to 73 parts, and 1,3- In the same manner as in Example 1, except that the amount of butadiene added was changed from 73 parts to 24 parts, a binder composition containing a particulate polymer, a slurry composition for a non-aqueous secondary battery negative electrode, a negative electrode, a positive electrode, A lithium ion secondary battery was produced or prepared. Then, evaluation was performed in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results.
- Comparative Example 4 Slurry composition for non-aqueous secondary battery negative electrode, negative electrode, positive electrode, lithium ion secondary battery in the same manner as in Example 1, except that a binder composition containing a particulate polymer prepared by the following method was used. was made or prepared. Then, evaluation was performed in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results. ⁇ Preparation of binder composition containing particulate polymer> A binder composition containing a particulate polymer was obtained by two-stage polymerization as shown below.
- the first-stage polymerization 211 parts of water, 39 parts of 1,3-butadiene, 28 parts of styrene, 5 parts of methyl methacrylate, 5 parts of acrylonitrile, and 2 parts of itaconic acid and 1 part of acrylic acid were added to the reactor. 80 parts by mass of the polymer mixture, 0.1 part of t-dodecyl mercaptan as a chain transfer agent, 1 part of sodium alkyldiphenyl ether disulfonate as an emulsifier, and 0.2 parts of potassium persulfate as a polymerization initiator were charged and stirred. The mixture was polymerized at 60° C.
- Example 8 In the same manner as in Example 1, except that 3 parts of acrylic acid was used instead of 3 parts of methacrylic acid as the carboxyl group-containing monomer when preparing the binder composition containing the particulate polymer.
- a binder composition containing a particulate polymer, a slurry composition for a non-aqueous secondary battery negative electrode, a negative electrode, a positive electrode, and a lithium ion secondary battery were produced or prepared. Then, evaluation was performed in the same manner as in Example 1. Table 2 shows the results.
- Example 9 When preparing a binder composition containing a particulate polymer, in the first stage polymerization, the amount of 1,3-butadiene added as an aliphatic conjugated diene monomer is changed from 73 parts to 72.7 parts. , In the second stage polymerization, a binder containing a particulate polymer was prepared in the same manner as in Example 1, except that 0.3 parts of N-methylolacrylamide as a crosslinkable group-containing hydrophilic monomer was further added. A composition, a slurry composition for a non-aqueous secondary battery negative electrode, a negative electrode, a positive electrode, and a lithium ion secondary battery were produced or prepared. Then, evaluation was performed in the same manner as in Example 1. Table 2 shows the results.
- Example 10 During the preparation of the binder composition containing the particulate polymer, in the first stage polymerization, the amount of styrene added as the aromatic vinyl monomer was changed from 24 parts to 62 parts, and the aliphatic conjugated diene monomer The amount of 1,3-butadiene added as was changed from 73 parts to 33 parts, 4 parts of itaconic acid as a carboxyl group-containing monomer, and 2-hydroxy as a hydrophilic monomer containing no carboxyl group 1 part of ethyl acrylate (solubility in water: 1,000,000 mg / L) was further added, and in the second-stage polymerization, 3 parts of methacrylic acid as a carboxyl group-containing monomer was not added to form a core-shell structure.
- a battery was made or prepared. Then, evaluation was performed in the same manner as in Example 1. Furthermore, the glass transition temperature of the particulate polymer obtained above was measured. Table 2 shows the results.
- Example 11 When preparing a binder composition containing a particulate polymer, in the first-stage polymerization, the amount of styrene added as an aromatic vinyl monomer is changed from 24 parts to 23 parts, and a hydrophilic polymer containing no carboxyl group is added.
- a binder composition containing a particulate polymer was prepared in the same manner as in Example 1, except that 1 part of 2-hydroxyethyl methacrylate (solubility in water: 1,000,000 mg/L) was further added as a functional monomer.
- a material, a slurry composition for a non-aqueous secondary battery negative electrode, a negative electrode, a positive electrode, and a lithium ion secondary battery were produced or prepared. Then, evaluation was performed in the same manner as in Example 1. Furthermore, the glass transition temperature of the particulate polymer obtained above was measured. Table 2 shows the results.
- Example 12 When preparing a binder composition containing a particulate polymer, in the first-stage polymerization, the amount of styrene added as an aromatic vinyl monomer was changed from 24 parts to 21 parts, and a hydrophilic binder containing no carboxyl group was added. A binder composition containing a particulate polymer, a non-aqueous A secondary battery negative electrode slurry composition, a negative electrode, a positive electrode, and a lithium ion secondary battery were produced or prepared. Then, evaluation was performed in the same manner as in Example 1. Furthermore, the glass transition temperature of the particulate polymer obtained above was measured. Table 2 shows the results.
- Example 13 When preparing a binder composition containing a particulate polymer, methyl methacrylate (solubility in water: 15,000 mg/L) 3 is used as a hydrophilic monomer containing no carboxyl group during the first-stage polymerization.
- a binder composition containing a particulate polymer, a non-aqueous secondary A battery negative electrode slurry composition, a negative electrode, a positive electrode, and a lithium ion secondary battery were produced or prepared. Then, evaluation was performed in the same manner as in Example 1. Furthermore, the glass transition temperature of the particulate polymer obtained above was measured. Table 2 shows the results.
- methyl methacrylate (solubility in water: 15,000 mg/L) 3 is used as a hydrophilic monomer containing no carboxyl group during the first-stage polymerization.
- Solubility 1,000,000 mg/L
- a binder composition containing a particulate polymer, a slurry composition for a non-aqueous secondary battery negative electrode, a negative electrode, A positive electrode and a lithium ion secondary battery were produced or prepared.
- evaluation was performed in the same manner as in Example 1. Furthermore, the glass transition temperature of the particulate polymer obtained above was measured. Table 2 shows the results.
- Example 15 When preparing a binder composition containing a particulate polymer, methyl methacrylate (solubility in water: 15,000 mg/L) 3 is used as a hydrophilic monomer containing no carboxyl group during the first-stage polymerization.
- a secondary battery negative electrode slurry composition, a negative electrode, a positive electrode, and a lithium ion secondary battery were produced or prepared. Then, evaluation was performed in the same manner as in Example 1. Furthermore, the glass transition temperature of the particulate polymer obtained above was measured. Table 2 shows the results.
- Example 16 When preparing a binder composition containing a particulate polymer, methyl methacrylate (solubility in water: 15,000 mg/L) 3 is used as a hydrophilic monomer containing no carboxyl group during the first-stage polymerization.
- a slurry composition, a negative electrode, a positive electrode, and a lithium ion secondary battery were produced or prepared. Then, evaluation was performed in the same manner as in Example 1. Furthermore, the glass transition temperature of the particulate polymer obtained above was measured. Table 2 shows the results.
- Example 17 When preparing a binder composition containing a particulate polymer, the amount of styrene added as an aromatic vinyl monomer is changed from 21 parts to 23 parts, and as a hydrophilic monomer containing no carboxyl group In the same manner as in Example 16, except that the amount of acrylonitrile added was changed from 3 parts to 1 part, a binder composition containing a particulate polymer, a slurry composition for a non-aqueous secondary battery negative electrode, a negative electrode, a positive electrode, A lithium ion secondary battery was produced or prepared. Then, evaluation was performed in the same manner as in Example 1. Furthermore, the glass transition temperature of the particulate polymer obtained above was measured. Table 2 shows the results.
- Example 18 Same as Example 17, except that 73 parts of isoprene was used instead of 73 parts of 1,3-butadiene as the aliphatic conjugated diene monomer when preparing the binder composition containing the particulate polymer. Then, a binder composition containing a particulate polymer, a slurry composition for a non-aqueous secondary battery negative electrode, a negative electrode, a positive electrode, and a lithium ion secondary battery were produced or prepared. Then, evaluation was performed in the same manner as in Example 1. Furthermore, the glass transition temperature of the particulate polymer obtained above was measured. Table 2 shows the results.
- Example 19 When preparing a slurry composition for a non-aqueous secondary battery negative electrode, the amount of artificial graphite added as a negative electrode active material was changed from 100 parts to 93 parts, and 7 parts of a silicon-based negative electrode active material (SiO x ) was added.
- a binder composition containing a particulate polymer, a slurry composition for a non-aqueous secondary battery negative electrode, a negative electrode, a positive electrode, and a lithium ion secondary battery were prepared or prepared in the same manner as in Example 1 except that the above was done. Then, evaluation was performed in the same manner as in Example 1. Table 2 shows the results.
- Example 20 When preparing a slurry composition for a non-aqueous secondary battery negative electrode, the amount of artificial graphite added as a negative electrode active material was changed from 100 parts to 93 parts, and 7 parts of a silicon-based negative electrode active material (SiO x ) was added.
- a binder composition containing a particulate polymer, a slurry composition for a non-aqueous secondary battery negative electrode, a negative electrode, a positive electrode, and a lithium ion secondary battery were prepared or prepared in the same manner as in Example 17 except that the above was done. Then, evaluation was performed in the same manner as in Example 1. Table 2 shows the results.
- the aromatic vinyl monomer unit, the aliphatic conjugated diene monomer unit, and the carboxyl group-containing monomer unit are each contained in a predetermined ratio, and the average measured by the dynamic light scattering method Particles in which the ratio (Da/Db) of the particle diameter Da to the volume average particle diameter Db measured by a laser diffraction scattering method is within a predetermined range, and the volume average particle diameter Db is within a predetermined range It can be seen that the binder compositions of Examples 1 to 20 containing polymers have good viscosity and can form electrodes with excellent peel strength.
- the binder composition of Comparative Example 3 in which the content of the carboxyl group-containing monomer units in the particulate polymer exceeds a predetermined range, and the ratio of Da to Db (Da/Db) also exceeds a predetermined range. It can be seen that the product does not have good viscosity. Moreover, when the binder composition of Comparative Example 4, in which the volume average particle diameter Db of the particulate polymer exceeds the predetermined range, is used, the peel strength of the formed electrode is found to be inferior.
- the binder composition for non-aqueous secondary battery electrodes which can form the electrode for non-aqueous secondary batteries excellent in peel strength, and has favorable viscosity can be provided. Moreover, according to the present invention, it is possible to provide a slurry composition for a non-aqueous secondary battery electrode that can form a non-aqueous secondary battery electrode having excellent peel strength. Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a non-aqueous secondary battery electrode having excellent peel strength, and a non-aqueous secondary battery including the non-aqueous secondary battery electrode.
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Abstract
Description
例えば特許文献1では、芳香族ビニル単量体単位、脂肪族共役ジエン単量体単位、およびカルボキシル基含有単量体単位を含み、動的光散乱法により測定された平均粒子径(DA)と、TEM観察により測定された平均粒子径(DB)との比(DA/DB)の値が2~10である粒子状重合体を含むバインダー組成物が開示されている。そして、特許文献1では、当該バインダー組成物を用いて作製された電極を用いれば、良好な充放電耐久特性を示す蓄電デバイスが得られることが報告されている。
一方で、バインダー組成物を含むスラリー組成物から電極合材層を形成して電極を作製した場合、電極合材層と集電体との密着性(即ち、電極のピール強度)を十分に高く確保することも求められる。
しかしながら、上記従来技術のバインダー組成物においては、当該バインダー組成物の粘性を良好に維持しつつ、当該バインダー組成物を含むスラリー組成物を用いて形成した電極のピール強度を高めることが困難であった。
また、本発明は、ピール強度に優れた非水系二次電池用電極を形成可能な非水系二次電池電極用スラリー組成物を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、ピール強度に優れた非水系二次電池用電極、および、当該非水系二次電池用電極を備える非水系二次電池を提供することを目的とする。
このように、芳香族ビニル単量体単位、脂肪族共役ジエン単量体単位、およびカルボキシル基含有単量体単位をそれぞれ所定の割合で含有し、動的光散乱法により測定された平均粒子径Daと、レーザー回折散乱法により測定された体積平均粒子径Dbとの比(Da/Db)が所定の範囲内であり、且つ、体積平均粒子径Dbが所定の範囲内である粒子状重合体を含むバインダー組成物は、良好な粘性を有すると共に、ピール強度に優れた電極を形成することができる。
なお、本発明において、重合体の「単量体単位」とは、「その単量体を用いて得た重合体中に含まれる、当該単量体由来の繰り返し単位」を意味する。
また、本発明において、重合体中の各単量体単位の含有割合は、1H-NMRを用いて測定することができる。
さらに、本発明において、粒子状重合体の平均粒子径Daおよび体積平均粒子径Dbは、具体的には、本明細書の実施例に記載の方法により測定することができる。
粒子状重合体がカルボキシル基を含有しない親水性単量体単位を更に含有すれば、バインダー組成物のタック強度を低減することができる。
粒子状重合体が架橋性基含有親水性単量体単位を更に含有すれば、バインダー組成物のタック強度を低減することができる。
バインダー組成物のpHが上記所定の範囲内であれば、バインダー組成物に更に良好な粘性を付与すると共に、当該バインダー組成物を含むスラリー組成物を用いて形成される電極のピール強度を更に向上させることができる。
水相に含まれる酸性水溶性重合体の重量平均分子量が上記所定の範囲内であれば、バインダー組成物に更に良好な粘性を付与すると共に、当該バインダー組成物を含むスラリー組成物を用いて形成される電極のピール強度を更に向上させることができる。
なお、本発明において、酸性水溶性重合体の重量平均分子量は、本明細書の実施例に記載の方法により測定することができる。
動的光散乱法により測定された粒子状重合体の平均粒子径Daが上記所定の範囲内であれば、バインダー組成物に更に良好な粘性を付与すると共に、当該バインダー組成物を含むスラリー組成物を用いて形成される電極のピール強度を更に向上させることができる。
このように、電極活物質と、上述したいずれかの非水系二次電池電極用バインダー組成物とを含む非水系二次電池電極用スラリー組成物は、ピール強度に優れた電極を形成可能である。
このように、上述した非水系二次電池電極用スラリー組成物を用いて形成した電極合材層を備える非水系二次電池用電極は、ピール強度に優れている。
上述した非水系二次電池用電極を備える非水系二次電池は、優れた性能を発揮することができ、例えば、サイクル特性等の電池特性に優れると共に、内部抵抗が低減されている。
また、本発明によれば、ピール強度に優れた非水系二次電池用電極を形成可能な非水系二次電池電極用スラリー組成物を提供することができる。
さらに、本発明によれば、ピール強度に優れた非水系二次電池用電極、および、当該非水系二次電池用電極を備える非水系二次電池を提供することができる。
ここで、本発明の非水系二次電池電極用バインダー組成物(以下、単に「バインダー組成物」と称することがある。)は、本発明の非水系二次電池電極用スラリー組成物(以下、単に「スラリー組成物」と称することがある。)の調製に用いることができる。そして、本発明の非水系二次電池電極用バインダー組成物を用いて調製した非水系二次電池電極用スラリー組成物は、リチウムイオン二次電池等の非水系二次電池の電極を製造する際に用いることができる。さらに、本発明の非水系二次電池は、本発明の非水系二次電池電極用スラリー組成物を用いて形成した本発明の非水系二次電池用電極(以下、単に「電極」と称することがある。)を用いたことを特徴とする。
なお、本発明の非水系二次電池電極用バインダー組成物、非水系二次電池電極用スラリー組成物および非水系二次電池用電極は、負極用であることが好ましく、本発明の非水系二次電池は、本発明の非水系二次電池用電極を負極として用いたものであることが好ましい。
本発明の非水系二次電池電極用バインダー組成物は、芳香族ビニル単量体単位、脂肪族共役ジエン単量体単位、およびカルボキシル基含有単量体単位をそれぞれ所定の割合で含有する粒子状重合体を含む。そして、動的光散乱法により測定された粒子状重合体の平均粒子径Daと、レーザー回折散乱法により測定された粒子状重合体の体積平均粒子径Dbとの比(Da/Db)が所定の範囲内である。さらに、粒子状重合体の体積平均粒子径Dbが所定の範囲内である。本発明の非水系二次電池電極用バインダー組成物は、上記所定の粒子状重合体を含んでいるため、良好な粘性を有すると共に、当該バインダー組成物を含むスラリー組成物を用いて形成した電極に優れたピール強度を発揮させることができる。そして、本発明のバインダー組成物を含むスラリー組成物を用いて形成したピール強度に優れる電極を用いることにより、二次電池の性能を向上させることができ、例えば、サイクル特性等の電池特性を向上させると共に、二次電池の内部抵抗を低減することができる。
さらに、本発明の非水系二次電池電極用バインダー組成物を用いれば、当該バインダー組成物を用いて調製されたスラリー組成物を高速で塗工(塗布および乾燥)して電極を製造した場合であっても、形成される電極に優れたピール強度を発揮させることができる。
なお、本発明の非水系二次電池電極用バインダー組成物は、通常、水(水相)などの分散媒を更に含んでいる。
粒子状重合体は、結着材として機能する成分であり、バインダー組成物を含むスラリー組成物を使用して形成した電極合材層において、電極活物質などの成分が電極合材層から脱離しないように保持する。
そして、粒子状重合体は、所定の重合体からなる非水溶性の粒子である。なお、本発明において、重合体の粒子が「非水溶性」であるとは、温度25℃において重合体0.5gを100gの水に溶解した際に、不溶分が90質量%以上となることをいう。
粒子状重合体中の芳香族ビニル単量体単位を形成し得る芳香族ビニル単量体としては、例えば、スチレン、スチレンスルホン酸およびその塩、α-メチルスチレン、p-t-ブチルスチレン、ブトキシスチレン、ビニルトルエン、クロロスチレン、並びに、ビニルナフタレンなどの芳香族モノビニル化合物が挙げられる。中でも、スチレンが好ましい。これらは1種を単独で、または、2種以上を組み合わせて用いることができるが、1種を単独で用いることが好ましい。
なお、粒子状重合体中の芳香族ビニル単量体単位の含有割合は、粒子状重合体中の全繰り返し単位(単量体単位)の量を100質量%とした場合に、21質量%以上であってもよいし、23質量%以上であってもよいし、24質量%以上であってもよいし、30質量%以上であってもよいし、40質量%以上であってもよいし、50質量%以上であってもよいし、60質量%以上であってもよい。
粒子状重合体中の脂肪族共役ジエン単量体単位を形成し得る脂肪族共役ジエン単量体としては、1,3-ブタジエン、イソプレン、2,3-ジメチル-1,3-ブタジエン、1,3-ペンタジエンなどの炭素数4以上の共役ジエン化合物が挙げられる。これらは1種を単独で、または、2種以上を組み合わせて用いることができる。そして、これらの中でも、電極の耐湿性を向上させる観点から、1,3-ブタジエン、イソプレンが好ましく、1,3-ブタジエンがより好ましい。
なお、粒子状重合体中の脂肪族共役ジエン単量体単位の含有割合は、粒子状重合体中の全繰り返し単位(単量体単位)の量を100質量%とした場合に、65質量%以下であってもよいし、55質量%以下であってもよいし、45質量%以下であってもよいし、35質量%以下であってもよい。
粒子状重合体中のカルボキシル基含有単量体単位を形成し得るカルボキシル基含有単量体としては、炭素間二重結合およびカルボキシル基を有する単量体を用いることができ、例えば、モノカルボン酸およびその誘導体や、ジカルボン酸およびその酸無水物並びにそれらの誘導体などが挙げられる。
モノカルボン酸としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸などが挙げられる。
モノカルボン酸誘導体としては、2-エチルアクリル酸、イソクロトン酸、α-アセトキシアクリル酸、β-trans-アリールオキシアクリル酸、α-クロロ-β-E-メトキシアクリル酸などが挙げられる。
ジカルボン酸としては、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸などが挙げられる。
ジカルボン酸誘導体としては、メチルマレイン酸、ジメチルマレイン酸、フェニルマレイン酸、クロロマレイン酸、ジクロロマレイン酸、フルオロマレイン酸や、マレイン酸ブチル、マレイン酸ノニル、マレイン酸デシル、マレイン酸ドデシル、マレイン酸オクタデシル、マレイン酸フルオロアルキルなどのマレイン酸モノエステルが挙げられる。
ジカルボン酸の酸無水物としては、無水マレイン酸、アクリル酸無水物、メチル無水マレイン酸、ジメチル無水マレイン酸、無水シトラコン酸などが挙げられる。
また、カルボキシル基含有単量体としては、加水分解によりカルボキシル基を生成する酸無水物も使用できる。
さらに、カルボキシル基含有単量体としては、ブテントリカルボン酸等のエチレン性不飽和多価カルボン酸や、フマル酸モノブチル、マレイン酸モノ2-ヒドロキシプロピル等のエチレン性不飽和多価カルボン酸の部分エステルなども用いることができる。
これらは、1種類単独で用いてもよいし、2種類以上を組合せて用いてもよい。
中でも、バインダー組成物を用いて調製されるスラリー組成物の安定性を向上させると共に、形成される電極のピール強度を更に向上させる観点から、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸が好ましく、メタクリル酸、イタコン酸がより好ましく、メタクリル酸が更に好ましい。
また、粒子状重合体中のカルボキシル基含有単量体単位の含有割合は、粒子状重合体中の全繰り返し単位(単量体単位)の量を100質量%とした場合に、3質量%以上であってもよいし、3.5質量%以上であってもよいし、3.7質量%以上であってもよいし、4.0質量%以上であってもよい。
粒子状重合体が更に含み得るその他の単量体単位としては、特に限定されないが、例えば、カルボキシル基を含有しない親水性単量体単位、および架橋性基含有親水性単量体単位などが挙げられる。
粒子状重合体は、その他の単量体単位として、カルボキシル基を含有しない親水性単量体単位を更に含むことが好ましい。粒子状重合体がカルボキシル基を含有しない親水性単量体単位を更に含んでいれば、バインダー組成物のタック強度を低減することができる。
なお、本発明において、「(メタ)アクリル」とはアクリルおよび/またはメタクリルを意味し、「(メタ)アクリロニトリル」は、アクリロニトリルおよび/またはメタクリロニトリルを意味する。
なお、本発明において、「(メタ)アリル」とは、アリルおよび/またはメタリルを意味し、「(メタ)アクリロイル」とは、アクリロイルおよび/またはメタクリロイルを意味する。
また、水酸基含有単量体は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
式(I)中、R2を構成するアルキル基の炭素数は、3以下であることが好ましく、2以下であることがより好ましく、1であることが更に好ましい。
また、式(I)中、nは、7以上であることが好ましく、9以上であることが好ましく、また、25以下であることが好ましく、15以下であることがより好ましい。
製品名「AM-90G」、「AM-130G」、「M-90G」、「M-230G」(いずれも新中村化学社製)などのポリエチレンオキサイド構造含有単量体が挙げられる。これらは1種単独で、または、2種以上を任意の比率で組み合わせて用いることができる。
なお、本発明において、「水に対する溶解度」は、25℃下での水に対する溶解度を指す。
なお、粒子状重合体中のカルボキシル基を含有しない親水性単量体単位の含有割合は、粒子状重合体中の全繰り返し単位(単量体単位)の量を100質量%とした場合に、2.5質量%以下であってもよいし、2質量%以下であってもよいし、1.5質量%以下であってもよいし、1質量%以下であってもよいし、また、0質量%以上であってもよい。
粒子状重合体は、その他の単量体単位として、架橋性基含有親水性単量体単位を更に含むことが好ましい。粒子状重合体が架橋性基含有親水性単量体単位を更に含んでいれば、バインダー組成物のタック強度を低減することができる。
なお、本発明において、「(メタ)アクリレート」とは、アクリレートおよび/またはメタクリレートを意味する。
粒子状重合体は、均一な単量体単位組成(単量体単位の種類および含有割合)を有する粒子状重合体であってもよく、不均一な単量体単位組成を有する粒子状重合体であってもよい。不均一な単量体単位組成を有する粒子状重合体としては、例えば、コア部と、コア部の外表面の少なくとも一部を覆うシェル部とを備え、コア部とシェル部とで単量体単位組成が異なるコアシェル構造を有する粒子状重合体、核部分のみが異なる単量体単位組成を有する粒子状重合体等が挙げられる。
なお、粒子状重合体のコアシェル構造は、コア部およびシェル部以外の構成要素を更に含んでいてよいが、コア部およびシェル部のみからなることが好ましい。
なお、コア部を構成する共重合体は、芳香族ビニル単量体単位および脂肪族共役ジエン単量体単位以外の単量体単位を含有していてもよいし、芳香族ビニル単量体単位および脂肪族共役ジエン単量体単位のみを含有していてもよい。
さらに、バインダー組成物のタック強度を低減する観点から、コア部を構成する共重合体はカルボキシル基を含有しない親水性単量体単位を更に含有することが好ましい。
さらに、バインダー組成物のタック強度を低減する観点から、シェル部を構成する重合体は、架橋性基含有親水性単量体単位を更に含有することが好ましい。
動的光散乱法により測定された粒子状重合体の平均粒子径Daは、100nm以上であることが好ましく、130nm以上であることがより好ましく、150nm以上であることが更に好ましく、160nm以上であることが一層好ましく、180nm以上であることがより一層好ましく、200nm以上であることが更に一層好ましく、220nm以上であることが特に好ましく、340nm以下であることが好ましく、300nm以下であることがより好ましく、260nm以下であることが更に好ましく、240nm以下であることが一層好ましい。
なお、動的光散乱法により測定された粒子状重合体の平均粒子径Daは、220nm以下であってもよいし、200nm以下であってもよいし、180nm以下であってもよいし、160nm以下であってもよい。
なお、粒子状重合体が例えば上述したコアシェル構造を有する場合、動的光散乱法により測定された粒子状重合体の平均粒子径Daの値は、粒子状重合体のコアシェル構造全体の粒子径に依存するものと推察される。
したがって、動的光散乱法により測定された粒子状重合体の平均粒子径Daの値は、例えば、粒子状重合体の形成に用いる単量体の種類および量、並びに、重合の方法および条件などにより調節することができる。
なお、本発明において、粒子状重合体の平均粒子径Daは、以下の方法により測定することができる。即ち、動的光散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置(大塚電子株式会社製、型式「nanoSAQLA」)を用いて、上記で得られたバインダー組成物(粒子状重合体の水分散液)の粒度分布を測定し、測定された粒度分布において、小径側から計算した光散乱強度の累積度数が50%となる粒子径(D50)を平均粒子径Daとした。なお、動的光散乱法の測定条件は以下の通りである。
分散媒:イオン交換水
測定温度:25±1℃
測定濃度(固形分濃度):0.5質量%
散乱角度:168.8°
光源レーザー波長:660nm
レーザー回折散乱法により測定された粒子状重合体の体積平均粒子径Dbは、100nm以上であることが必要であり、110nm以上であることが好ましく、120nm以上であることがより好ましく、130nm以上であることが更に好ましく、170nm以下であることが必要であり、160nm以下であることが好ましく、150nm以下であることがより好ましい。レーザー回折散乱法により測定された粒子状重合体の体積平均粒子径Dbが上記所定の範囲内であると、バインダー組成物を用いて形成された電極のピール強度を十分に向上させることができる。レーザー回折散乱法により測定された粒子状重合体の体積平均粒子径Dbが上記下限以上であれば、バインダー組成物を用いて形成された電極を備える二次電池の電解液の注液性を向上させると共に、当該二次電池の内部抵抗を低減することができる。
また、レーザー回折散乱法により測定された粒子状重合体の体積平均粒子径Dbは、140nm以上であってもよいし、140nm以下であってもよい。
なお、粒子状重合体が例えば上述したコアシェル構造を有する場合、レーザー回折散乱法により測定される粒子状重合体の体積平均粒子径Dbの値は、シェル部によっても多少の影響を受けるが、コア部の粒子径に大きく依存すると推察される。
したがって、レーザー回折散乱法により測定される粒子状重合体の体積平均粒子径Dbの値は、例えば、粒子状重合体のコア部の形成に用いる単量体の種類および量、並びに、重合の条件などにより調節することができる。
そして、動的光散乱法により測定された前記粒子状重合体の平均粒子径Daと、レーザー回折散乱法により測定された前記粒子状重合体の体積平均粒子径Dbとの比(Da/Db)は、1.05以上であることが必要であり、1.1以上であることが好ましく、1.3以上であることがより好ましく、1.38以上であることがより好ましく、2.0以下であることが必要であり、1.9以下であることが好ましく、1.8以下であることがより好ましく、1.69以下であることが更に好ましい。
上記DaとDbとの比Da/Dbが上記下限以上であると、バインダー組成物を用いて形成された電極のピール強度を十分に向上させることができる。ここで、上記DaとDbとの比Da/Dbが上記下限以上である場合にバインダー組成物を用いて形成された電極のピール強度を十分に向上させ得る理由は、明らかではないが、以下の通りに推察される。即ち、Da/Dbの比が上記下限以上である粒子状重合体を含むバインダー組成物を用いた場合、電極の製造において、バインダー組成物を含むスラリー組成物を集電体上に塗布して乾燥することにより電極合材層を形成する際、粒子状重合体が電極合材層の表面側(即ち、集電体側とは反対側)に移行(マイグレーション)することを抑制できるため、電極合材層中に粒子状重合体が良好に分散して存在することにより、電極のピール強度を十分に向上させることができると考えられる。
一方、上記DaとDbとの比Da/Dbが上記上限以下であると、バインダー組成物の粘度が過度に上昇することを抑制することにより、バインダー組成物の粘性を良好に維持することができる。
なお、動的光散乱法により測定された前記粒子状重合体の平均粒子径Daと、レーザー回折散乱法により測定された前記粒子状重合体の体積平均粒子径Dbとの比(Da/Db)は、1.6以下であってもよいし、1.4以下であってもよいし、1.2以下であってもよいし、1.14以下であってもよいし、また、1.14以上であってもよい。
粒子状重合体のガラス転移温度は、-60℃以上であることが好ましく、-30℃以上であることがより好ましく、-25℃以上であることが更に好ましく、500℃以下であることが好ましく、400℃以下であることがより好ましく、300℃以下であることが更に好ましい。粒子状重合体のガラス転移温度が上記下限以上であれば、バインダー組成物のタック強度を低減することができる。一方、粒子状重合体のガラス転移温度が上記上限以下であれば、形成される電極のピール強度を十分に高く確保することができる。
また、粒子状重合体のガラス転移温度は、-20℃以上であってもよいし、-15℃以上であってもよいし、また、0℃以下であってもよいし、-15℃以下であってもよい。
なお、粒子状重合体のガラス転移温度は、本明細書の実施例に記載の方法を用いて測定することができる。
本発明の非水系二次電池電極用バインダー組成物は、通常、粒子状重合体の分散媒として水を含有する。
なお、pHの調整は、水相へのアルカリ種の添加により行われてもよい。アルカリ種としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア水が挙げられ、アルカリ中和時に添加ショックで凝集物が発生しづらいことから、アンモニア水が好ましい。
本発明の非水系二次電池電極用バインダー組成物は、粒子状重合体に含まれる構造単位の元となる単量体(芳香族ビニル単量体、脂肪族共役ジエン単量体、酸単量体、任意のその他の単量体)をエマルジョン中で重合することにより調製することができる。このような調製方法としては、例えば、バッチ式乳化重合法、エマルジョン(Em)プロップ法、シード重合法が挙げられ、バッチ式乳化重合法が好ましい。
バインダー組成物の調製に用いる重合開始剤としては、例えば、過硫酸カリウム、n-ブチルリチウム、過硫酸アンモニウムが挙げられる。
バインダー組成物の調製に用いる連鎖移動剤としては、例えば、α-メチルスチレンダイマー、tert-ドデシルメルカプタン、3-メルカプト-1,2-プロパンジオールが挙げられる。
上述した本発明のバインダー組成物は、良好な粘性を有している。
ここで、バインダー組成物が「良好な粘性を有する」状態とは、具体的には、バインダー組成物の固形分濃度が30質量%である場合の粘度が、3000mPa・s以下、好ましくは1500mPa・s以下であり、また、10mPa・s以上であることを意味する。バインダー組成物の粘度が上記所定の範囲内であれば、バインダーの製造効率を向上させることができるため、バインダー組成物が良好な粘性を有するといえる。
なお、本発明において、バインダー組成物の粘度は、本明細書の実施例に記載の方法により測定することができる。
本発明のスラリー組成物は、電極の電極合材層の形成用途に用いられる組成物であり、上述したバインダー組成物と、電極活物質とを含む。即ち、本発明のスラリー組成物は、上述した粒子状重合体および電極活物質を含有し、通常、水(水相)などの分散媒を更に含有し、任意に、上記成分以外の成分(以下、「その他の成分」と称する)を更に含有する。そして、本発明のスラリー組成物は、上述したバインダー組成物を含んでいるので、スラリー組成物として良好な粘度を有すると共に、ピール強度に優れる電極を形成可能である。そして、本発明のスラリー組成物を用いて形成したピール強度に優れる電極を用いることにより、二次電池に優れた性能を発揮させることができ、例えば、サイクル特性等の電池特性を向上させると共に、二次電池の内部抵抗を低減することができる。
バインダー組成物としては、粒子状重合体を含み、通常、水(水相)などの分散媒を更に含有する、上述した本発明のバインダー組成物を用いる。
なお、スラリー組成物中のバインダー組成物の配合量は、特に限定されない。例えば、バインダー組成物の配合量は、電極活物質100質量部当たり、固形分換算で、粒子状重合体の量が0.5質量部以上15質量部以下となる量とすることができる。
そして、電極活物質としては、特に限定されることなく、二次電池に用いられる既知の電極活物質を使用することができる。具体的には、例えば、二次電池の一例としてのリチウムイオン二次電池の電極合材層において使用し得る電極活物質としては、特に限定されることなく、以下の電極活物質を用いることができる。
リチウムイオン二次電池の正極の正極合材層に配合される正極活物質としては、例えば、遷移金属を含有する化合物、例えば、遷移金属酸化物、遷移金属硫化物、リチウムと遷移金属との複合金属酸化物などを用いることができる。なお、遷移金属としては、例えば、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo等が挙げられる。
具体的には、正極活物質としては、特に限定されることなく、リチウム含有コバルト酸化物(LiCoO2)、マンガン酸リチウム(LiMn2O4)、リチウム含有ニッケル酸化物(LiNiO2)、Co-Ni-Mnのリチウム含有複合酸化物、Ni-Mn-Alのリチウム含有複合酸化物、Ni-Co-Alのリチウム含有複合酸化物、オリビン型リン酸鉄リチウム(LiFePO4)、オリビン型リン酸マンガンリチウム(LiMnPO4)、Li1+xMn2-xO4(0<X<2)で表されるリチウム過剰のスピネル化合物、Li[Ni0.17Li0.2Co0.07Mn0.56]O2、LiNi0.5Mn1.5O4等が挙げられる。
なお、上述した正極活物質は、1種類を単独で使用してもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
リチウムイオン二次電池の負極の負極合材層に配合される負極活物質としては、例えば、炭素系負極活物質、金属系負極活物質、および、これらを組み合わせた負極活物質などが挙げられる。
ここで、炭素系負極活物質とは、リチウムを挿入(「ドープ」ともいう。)可能な、炭素を主骨格とする活物質をいう。そして、炭素系負極活物質としては、具体的には、コークス、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、メソフェーズピッチ系炭素繊維、熱分解気相成長炭素繊維、フェノール樹脂焼成体、ポリアクリロニトリル系炭素繊維、擬等方性炭素、フルフリルアルコール樹脂焼成体(PFA)およびハードカーボンなどの炭素質材料、並びに、天然黒鉛および人造黒鉛などの黒鉛質材料が挙げられる。
また、金属系負極活物質とは、金属を含む活物質であり、通常は、リチウムの挿入が可能な元素を構造に含み、リチウムが挿入された場合の単位質量当たりの理論電気容量が500mAh/g以上である活物質をいう。そして、金属系活物質としては、例えば、リチウム金属、リチウム合金を形成し得る単体金属(例えば、Ag、Al、Ba、Bi、Cu、Ga、Ge、In、Ni、P、Pb、Sb、Si、Sn、Sr、Zn、Tiなど)およびそれらの酸化物、硫化物、窒化物、ケイ化物、炭化物、燐化物などが挙げられる。さらに、チタン酸リチウムなどの酸化物を挙げることができる。
スラリー組成物に配合し得るその他の成分としては、特に限定することなく、分散剤、粘度調整剤(増粘剤)、ホスファイト系酸化防止剤、金属捕捉剤、導電材等が挙げられる。なお、その他の成分は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
スラリー組成物の調製方法は、特に限定はされない。
例えば、バインダー組成物と、電極活物質と、必要に応じて用いられるその他の成分とを、バインダー組成物に通常含まれる水相(水系媒体)の存在下で混合してスラリー組成物を調製することができる。
なお、混合方法は特に制限されないが、通常用いられうる撹拌機や、分散機を用いて混合することができる。
本発明の非水系二次電池用電極は、上述した非水系二次電池電極用スラリー組成物を用いて形成した電極合材層を備える。したがって、電極合材層は、上述したスラリー組成物の乾燥物よりなり、通常、電極活物質と、粒子状重合体に由来する成分とを含有し、任意に、その他の成分を更に含有する。なお、電極合材層中に含まれている各成分は、上記非水系二次電池電極用スラリー組成物中に含まれていたものであり、それらの各成分の好適な存在比は、スラリー組成物中の各成分の好適な存在比と同じである。また、粒子状重合体は、スラリー組成物中では粒子形状で存在するが、スラリー組成物を用いて形成された電極合材層中では、粒子形状であってもよいし、その他の任意の形状であってもよい。
そして、本発明の非水系二次電池用電極は、上述した非水系二次電池電極用スラリー組成物を使用して電極合材層を形成しているので、優れたピール強度を有している。したがって、本発明の非水系二次電池用電極を備える非水系二次電池は、優れた性能を発揮することができ、例えば、サイクル特性等の電池特性に優れると共に、内部抵抗が低減されている。
ここで、本発明の非水系二次電池用電極の電極合材層は、例えば、以下の方法を用いて形成することができる。
1)本発明のスラリー組成物を集電体の表面に塗布し、次いで乾燥する方法;
2)本発明のスラリー組成物に集電体を浸漬後、これを乾燥する方法;および
3)本発明のスラリー組成物を離型基材上に塗布し、乾燥して電極合材層を製造し、得られた電極合材層を集電体の表面に転写する方法。
これらの中でも、前記1)の方法が、電極合材層の層厚制御をしやすいことから特に好ましい。前記1)の方法は、詳細には、スラリー組成物を集電体上に塗布する工程(塗布工程)と、集電体上に塗布されたスラリー組成物を乾燥させて集電体上に電極合材層を形成する工程(乾燥工程)を含む。
上記スラリー組成物を集電体上に塗布する方法としては、特に限定されず公知の方法を用いることができる。具体的には、塗布方法としては、ドクターブレード法、ディップ法、リバースロール法、ダイレクトロール法、グラビア法、エクストルージョン法、ハケ塗り法などを用いることができる。この際、スラリー組成物を集電体の片面だけに塗布してもよいし、両面に塗布してもよい。塗布後乾燥前の集電体上のスラリー膜の厚みは、乾燥して得られる電極合材層の厚みに応じて適宜に設定しうる。
なお、本発明のスラリー組成物を用いれば、スラリー組成物を集電体上に高速で塗布して電極を製造した場合であっても、形成される電極に優れたピール強度を発揮させることができる。
集電体上のスラリー組成物を乾燥する方法としては、特に限定されず公知の方法を用いることができ、例えば温風、熱風、低湿風による乾燥法、真空乾燥法、赤外線や電子線などの照射による乾燥法を用いることができる。このように集電体上のスラリー組成物を乾燥することで、集電体上に電極合材層を形成し、集電体と電極合材層とを備える非水系二次電池用電極を得ることができる。なお、本発明のスラリー組成物を用いれば、集電体上に塗布されたスラリー組成物を高速で乾燥させて電極を製造した場合であっても、形成される電極に優れたピール強度を発揮させることができる。
本発明の非水系二次電池は、正極と、負極と、電解液と、セパレータとを備えており、上述した非水系二次電池用電極を正極および負極の少なくとも一方として用いる。そして、本発明の非水系二次電池は、上述した非水系二次電池用電極を正極および負極の少なくとも一方として用いて製造されるため、優れた性能を発揮することができ、例えば、サイクル特性等の電池特性に優れると共に、内部抵抗が低減されている。
なお、以下では、一例として二次電池がリチウムイオン二次電池である場合について説明するが、本発明は下記の一例に限定されるものではない。
ここで、本発明の非水系二次電池で使用し得る、上述した本発明の非水系二次電池用電極以外の電極としては、特に限定されることなく、二次電池の製造に用いられている既知の電極を用いることができる。具体的には、上述した本発明の非水系二次電池用電極以外の電極としては、既知の製造方法を用いて集電体上に電極合材層を形成してなる電極などを用いることができる。
電解液としては、通常、有機溶媒に支持電解質を溶解した有機電解液が用いられる。リチウムイオン二次電池の支持電解質としては、例えば、リチウム塩が用いられる。リチウム塩としては、例えば、LiPF6、LiAsF6、LiBF4、LiSbF6、LiAlCl4、LiClO4、CF3SO3Li、C4F9SO3Li、CF3COOLi、(CF3CO)2NLi、(CF3SO2)2NLi、(C2F5SO2)NLiなどが挙げられる。なかでも、溶媒に溶けやすく高い解離度を示すので、LiPF6、LiClO4、CF3SO3Liが好ましい。なお、電解質は1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。通常は、解離度の高い支持電解質を用いるほどリチウムイオン伝導度が高くなる傾向があるので、支持電解質の種類によりリチウムイオン伝導度を調節することができる。
なお、電解液中の電解質の濃度は適宜調整することができる。また、電解液には、既知の添加剤を添加することができる。
セパレータとしては、特に限定されることなく、例えば特開2012-204303号公報に記載のものを用いることができる。これらの中でも、セパレータ全体の膜厚を薄くすることができ、これにより、二次電池内の電極活物質の比率を高くして体積あたりの容量を高くすることができるという点より、ポリオレフィン系(ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリ塩化ビニル)の樹脂からなる微多孔膜が好ましい。
そして、実施例および比較例において、粒子状重合体中の各単量体単位の含有割合、粒子状重合体の動的光散乱法により測定された平均粒子径Da、レーザー回折散乱法により測定された体積平均粒子径Db、粒子状重合体のガラス転移温度、バインダー組成物の水相に含まれる酸性水溶性重合体の重量平均分子量、バインダー組成物の粘性およびタック性、負極のピール強度、並びに、リチウムイオン二次電池の内部抵抗およびサイクル特性は、以下の方法で測定および評価した。
1H-NMR(核磁気共鳴)法により、粒子状重合体中の各単量体単位に由来するピークの強度比を求め、質量比に換算することで、粒子状重合体中の各単量体単位の含有割合を求めた。
バインダー組成物に対して水酸化ナトリムを必要に応じて添加し、バインダー組成物のpHを調整した(実施例7ではpH9、比較例4ではpH7.6、それ以外の実施例、比較例ではpH7に調整)。
動的光散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置(大塚電子株式会社製、型式「nanoSAQLA」)を用いて、上記で得られたpH調整後のバインダー組成物(粒子状重合体の水分散液)の粒度分布を測定し、測定された粒度分布において、小径側から計算した光散乱強度の累積度数が50%となる粒子径(D50)を平均粒子径Daとした。なお、動的光散乱法の測定条件は以下の通りである。
分散媒:イオン交換水
測定温度:25±1℃
測定濃度(固形分濃度):0.5質量%
散乱角度:168.8°
光源レーザー波長:660nm
レーザー回折散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置(島津製作所社製、製品名「SALD-2300」)を用いて、JIS Z 8825に準拠して、得られたバインダー組成物(粒子状重合体の水分散液、固形分濃度を0.1質量%に調整)の粒度分布を測定し、測定された粒度分布において、小径側から計算した累積体積が50%となる粒子径(D50)を平均粒子径Dbとした。
粒子状重合体を含む分散液を、湿度50%、温度23~26℃の環境下で7日間予備乾燥させて、厚み2±0.5mmに予備成膜した。予備成膜したフィルムを、温度120℃の真空乾燥機で10時間乾燥させた。その後、乾燥させたフィルムをサンプルとし、JIS K7121に準拠して、測定温度-100℃~180℃、昇温速度5℃/分の条件下、示差走査熱量分析計(ナノテクノロジー社製、DSC6220SII)を用いてガラス転移温度(℃)を測定した。
バインダー組成物を水酸化ナトリウムで中和し、pH8に調整し、自然乾燥させて乾燥物を得た。得られた乾燥物に0.01質量%の水酸化ナトリウム水溶液を添加して4時間80℃で加熱して溶液を得た。ろ紙を用いて、得られたろ液を濾過で分離し、抽出液を得た。そして、抽出液を乾燥して得られた固形物(水溶性成分)を測定試料として用いて、水相中の酸性水溶性重合体の重量平均分子量を高速液体クロマトグラフィー(HPLC)にて測定した。
[分子量測定条件]
カラム:Tosoh Corporation製 TSKgel G3000PWXL+G2500PWXL
移動相:100mM 硝酸ナトリウム/アセトニトリル=70/30(体積比)
流量:1.0mL/min
検出器:RI 検出器
標準物:ポリエチレンオキシド、ポリエチレングリコ―ル
水を用いて、得られたバインダー組成物の固形分濃度を30質量%に調整した後、B型粘度計(東機産業社製、製品名「TVB-10」、回転数:60rpm)を用いて、バインダー組成物の粘度を測定し、下記の基準により評価を行った。粘度測定時の温度は25℃であった。なお、バインダー組成物の粘度が10mPa・s以上3000mPa・s以下であれば、バインダー組成物は良好な粘性を有するといえる。
A:10mPa・s以上1500mPa・s以下
B:1500mPa・s超3000mPa・s以下
C:10mPa・s未満または3000mPa・s超
バインダー組成物を銅箔上へ乾燥後のフィルム厚さが2~10μmとなるように塗布し、110℃5分間乾燥させ、バインダーフィルムを作製した。作製したフィルムを30mm×20mmの寸法に切り出して試験片とした。当該試験片の一方の面に対し、SUS製プローブ(10mmφ)を、押付け速度3mm/s、押付け荷重:100gf、押付け保持時間1秒の条件にて、押付け動作を行い、次いで、引き上げ速度3mm/sにて、SUS製プローブを引き上げた際における、タック強度(N)を測定し、下記の基準により評価した。タック強度が低いほど、乾燥機等への付着が起こらず生産性が良好になる(タック強度が高いと、乾燥機の壁面や搬送機等に硬く付着し始め生産効率が落ちるばかりでなく均一な品質が得られない等の問題も生じ好ましくない)。また、タック強度が低いほど、ロールにて加工した際におけるロールへの粘着性が低く、ロール加工性に優れると判断できる。
A:タック強度が4N以下
B:タック強度が4Nより大きく8N以下
C:タック強度が8N以上
作製した負極を長さ100mm、幅10mmの長方形に切り出して試験片とした。この試験片を、負極合材層の表面を下にして、負極合材層の表面にセロハンテープを貼り付けた。この際、セロハンテープとしてはJIS Z1522に規定されるものを用いた。また、セロハンテープは試験台に固定しておいた。その後、集電体の一端を鉛直上方に引張り速度50mm/分で引っ張って剥がしたときの応力を測定した。この測定を3回行い、その平均値を求め、当該平均値をピール強度として、下記の基準で評価した。
A:ピール強度が10N/m以上
B:ピール強度が7N/m以上10N/m未満
C:ピール強度が7N/m未満
リチウムイオン二次電池の内部抵抗を評価するために、以下のようにしてIV抵抗を測定した。温度25℃で、電圧が4.2Vとなるまで0.1Cの充電レートで充電し、10分間休止した後、0.1Cの放電レートで3.0Vまで定電流(CC)放電させる操作を3回繰り返すコンディショニング処理を施した。その後、-10℃雰囲気下で、1C(Cは定格容量(mA)/1時間(h)で表される数値)で3.75Vまで充電した後、3.75Vを中心として0.5C、1.0C、1.5C、2.0Cで、20秒間充電と20秒間放電とをそれぞれ行った。そして、それぞれの場合について、充電側における15秒後の電池電圧を電流値に対してプロットし、その傾きをIV抵抗(Ω)として求めた。得られたIV抵抗の値(Ω)について、比較例4のIV抵抗と比較して、下記の基準により評価を行なった。なお、IV抵抗の値が小さいほど、二次電池の内部抵抗が低いことを示す。
A:比較例4のIV抵抗に対し、85%未満
B:比較例4のIV抵抗に対し、85%以上95%未満
C:比較例4のIV抵抗に対し、95%以上105%未満
D:比較例4のIV抵抗に対し、105%以上
実施例、比較例で作製したリチウムイオン二次電池を、電解液注液後、温度25℃で5時間静置した。次に、温度25℃、0.2Cの定電流法にて、セル電圧3.65Vまで充電し、その後、温度60℃で12時間エージング処理を行った。そして、温度25℃、0.2Cの定電流法にて、セル電圧3.00Vまで放電した。その後、0.2Cの定電流法にて、定電流(CC)-定電圧(CV)充電(上限セル電圧4.20V)を行い、0.2Cの定電流法にて3.00VまでCC放電した。この0.2Cにおける充放電を3回繰り返し実施した。
その後、温度25℃の環境下、セル電圧4.20-3.00V、1.0Cの充放電レートにて充放電の操作を100サイクル行った。その際、第1回目のサイクルの放電容量をX1、第100回目のサイクルの放電容量をX2と定義した。
該放電容量X1および放電容量X2を用いて、ΔC’=(X2/X1)×100(%)で示される容量変化率を求め、以下の基準により評価した。この容量変化率ΔC’の値が大きいほど、サイクル特性に優れていることを示す。
A:ΔC’が93%以上
B:ΔC’が90%以上93%未満
C:ΔC’が87%以上90%未満
D:ΔC’が87%未満
<粒子状重合体を含むバインダー組成物の調製(バッチ重合法)>
まず、一段目の重合では、攪拌機付き5MPa耐圧容器に、コア部形成用として、芳香族ビニル単量体としてのスチレン24部、脂肪族共役ジエン単量体としての1,3-ブタジエン73部、乳化剤としてのアルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩0.6部、イオン交換水143部、連鎖移動剤としてのtert-ドデシルメルカプタン0.1部、および重合開始剤としての過硫酸カリウム0.3部を入れ、十分に撹拌した後、55℃に加温して重合を開始させ、10時間反応させた。次いで65℃に加温し、更に6時間反応させた。
次いで、二段目の重合では、同じ耐圧容器に、攪拌下で、シェル部形成用として、カルボキシル基含有単量体としてのメタクリル酸3部を添加し、85℃に加温し、更に6時間反応させた。その後、加熱減圧蒸留によって未反応単量体の除去を行い、コア部の外表面の少なくとも一部がシェル部により被覆されてなるコアシェル構造を有する粒子状重合体を含む水分散液(リチウムイオン二次電池負極用バインダー組成物)を得た。
得られたバインダー組成物を用いて、粒子状重合体中の各単量体単位の含有割合、粒子状重合体の動的光散乱法により測定された平均粒子径Da、レーザー回折散乱法により測定された体積平均粒子径Db、副生物として生成された、水相中に含まれる酸性水溶性重合体の重量平均分子量、およびバインダー組成物の粘度およびタック性を測定した。結果を表1に示す。
ディスパー付きのプラネタリーミキサーに、負極活物質としての人造黒鉛(タップ密度:0.85g/cm3、容量:360mAh/g)100部、導電材としてのカーボンブラック(TIMCAL社製、製品名「Super C65」)1部、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(ダイセル社製、製品名「Daicel2200」)の2%水溶液を固形分相当で1.2部加えて混合物を得た。得られた混合物をイオン交換水で固形分濃度60%に調整した後、25℃で60分間混合した。次に、イオン交換水で固形分濃度52%に調整した後、さらに25℃で15分間混合し混合液を得た。得られた混合液に、上述で調製されたバインダー組成物を固形分相当量で2.0部、およびイオン交換水を入れ、最終固形分濃度が48%となるように調整した。さらに10分間混合した後、減圧下で脱泡処理することにより、流動性の良い負極用スラリー組成物を得た。
得られた負極用スラリー組成物を、コンマコーターで、集電体である厚さ15μmの銅箔の上に、1.2m/minの速度で、乾燥後の目付が10.5mg/cm2になるように塗布し、乾燥させた。この乾燥は、銅箔を1.2m/minの速度で120℃のオーブン内を1分間、130℃のオーブンを1分間かけて搬送することにより行った。
得られた負極原反をロールプレスで圧延して、負極合材層の密度が1.70g/cm3の負極を得た。
そして、負極のピール強度を評価した。結果を表1に示す。
さらに、スラリー組成物を銅箔上に塗布する際の速度を1.2m/minから3.6m/minに変更すると共に、乾燥の際の搬送速度も1.2m/minから3.6m/minに変更して、120℃のオーブン内を20秒間、150℃のオーブンを20秒間かけて搬送したこと以外は上記と同様の操作を行い、高速塗工で製造した場合の負極を得た。
そして、高速塗工で製造した場合の負極のピール強度を評価した。結果を表1に示す。
正極活物質としてのメディアン径12μmのLiCoO2を100部と、導電材としてのアセチレンブラック(電気化学工業社製、製品名「HS-100」)を2部と、結着材としてのポリフッ化ビニリデン(クレハ社製、製品名「#7208」)を固形分相当で2部と、溶媒としてのN-メチルピロリドンとを混合して全固形分濃度を70%とした。これらをプラネタリーミキサーにより混合し、正極用スラリー組成物を得た。
得られた正極用スラリー組成物を、コンマコーターで、集電体である厚さ20μmのアルミ箔の上に、乾燥後の目付が23mg/cm2になるように塗布し、乾燥させた。この乾燥は、アルミ箔を0.5m/分の速度で60℃のオーブン内を2分間かけて搬送することにより行った。その後、120℃にて2分間加熱処理して、正極原反を得た。
そして、正極原反をロールプレスで圧延して、正極合材層の密度が4.0g/cm3の正極を得た。
セパレータ基材よりなるセパレータとして、単層のポリプロピレン製セパレータ(セルガード社製、製品名「セルガード2500」)を準備した。
上述の通り作製したプレス後のリチウムイオン二次電池用正極とプレス後のリチウムイオン二次電池用負極とを、セパレータ(厚さ20μmのポリプロピレン製微多孔膜)を、セパレータ/正極/セパレータ/負極となるように介在させることにより、積層体を得た。次に、電極およびセパレータの積層体を、直径20mmの芯に対して捲回することにより、正極、セパレータ、および負極を備える捲回体を得た。続いて、得られた捲回体を、10mm/秒の速度で、厚さ4.5mmになるまで一方向から圧縮することにより扁平体を得た。なお、得られた扁平体は平面視楕円形をしており、その長径と短径との比(長径/短径)は7.7であった。
また、非水系電解液(濃度1.0MのLiPF6溶液、溶媒:エチレンカーボネート(EC)/エチルメチルカーボネート(EMC)=3/7(質量比)の混合溶媒に、添加剤としてビニレンカーボネート(VC)2体積%を更に添加)を準備した。
次に、上記扁平体を、上記非水系電解液とともにアルミニウム製のラミネートケース内に収容した。そして、負極リードおよび正極リードを所定の箇所に接続した後に、ラミネートケースの開口部を熱で封口することにより、非水系二次電池としてのラミネート型リチウムイオン二次電池を製造した。なお、得られた二次電池は、幅35mm×高さ48mm×厚さ5mmのパウチ形であり、公称容量は700mAhであった。
そして、このリチウムイオン二次電池の内部抵抗およびサイクル特性を評価した。結果を表1に示す。
粒子状重合体を含むバインダー組成物の調製の際に、カルボキシル基含有単量体としてメタクリル酸の添加量を3部から4部に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、粒子状重合体を含むバインダー組成物、非水系二次電池負極用スラリー組成物、負極、正極、リチウムイオン二次電池を作製または準備した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表1に示す。
粒子状重合体を含むバインダー組成物の調製の際に、一段目の重合において、脂肪族共役ジエン単量体としての1,3-ブタジエンの添加量を73部から73.5部に変更し、二段目の重合において、カルボキシル基含有単量体としてメタクリル酸の添加量を3部から2.5部に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、粒子状重合体を含むバインダー組成物、非水系二次電池負極用スラリー組成物、負極、正極、リチウムイオン二次電池を作製または準備した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表1に示す。
粒子状重合体を含むバインダー組成物の調製の際に、一段目の重合において、脂肪族共役ジエン単量体としての1,3-ブタジエンの添加量を73部から74部に変更し、二段目の重合において、カルボキシル基含有単量体としてメタクリル酸の添加量を3部から2部に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、粒子状重合体を含むバインダー組成物、非水系二次電池負極用スラリー組成物、負極、正極、リチウムイオン二次電池を作製または準備した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表1に示す。
粒子状重合体を含むバインダー組成物の調製の際に、芳香族ビニル単量体としてのスチレンの添加量を24部から48.5部に変更し、脂肪族共役ジエン単量体としての1,3-ブタジエンの添加量を73部から48.5部に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、粒子状重合体を含むバインダー組成物、非水系二次電池負極用スラリー組成物、負極、正極、リチウムイオン二次電池を作製または準備した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表1に示す。
粒子状重合体を含むバインダー組成物の調製の際に、脂肪族共役ジエン単量体として、1,3-ブタジエン73部に代えてイソプレン73部を添加したこと以外は、実施例1と同様にして、粒子状重合体を含むバインダー組成物、非水系二次電池負極用スラリー組成物、負極、正極、リチウムイオン二次電池を作製または準備した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表1に示す。
粒子状重合体を含むバインダー組成物の調製の際に、pH7ではなくpH9に調整したこと以外は、実施例1と同様にして、粒子状重合体を含むバインダー組成物、非水系二次電池負極用スラリー組成物、負極、正極、リチウムイオン二次電池を作製または準備した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表1に示す。
粒子状重合体を含むバインダー組成物の調製の際に、芳香族ビニル単量体としてのスチレンの添加量を24部から73部に変更し、脂肪族共役ジエン単量体としての1,3-ブタジエンの添加量を73部から24部に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、粒子状重合体を含むバインダー組成物、非水系二次電池負極用スラリー組成物、負極、正極、リチウムイオン二次電池を作製または準備した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表1に示す。
粒子状重合体を含むバインダー組成物の調製の際に、一段目の重合において、脂肪族共役ジエン単量体としての1,3-ブタジエンの添加量を73部から75部に変更し、二段目の重合において、カルボキシル基含有単量体としてメタクリル酸の添加量を3部から1部に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、粒子状重合体を含むバインダー組成物、非水系二次電池負極用スラリー組成物、負極、正極、リチウムイオン二次電池を作製または準備した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表1に示す。
粒子状重合体を含むバインダー組成物の調製の際に、一段目の重合において、脂肪族共役ジエン単量体としての1,3-ブタジエンの添加量を73部から66部に変更し、二段目の重合において、カルボキシル基含有単量体としてメタクリル酸の添加量を3部から10部に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、粒子状重合体を含むバインダー組成物、非水系二次電池負極用スラリー組成物、負極、正極、リチウムイオン二次電池を作製または準備した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表1に示す。
下記の方法により調製した粒子状重合体を含むバインダー組成物を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、非水系二次電池負極用スラリー組成物、負極、正極、リチウムイオン二次電池を作製または準備した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表1に示す。
<粒子状重合体を含むバインダー組成物の調製>
以下に示すような二段重合により、粒子状重合体を含むバインダー組成物を得た。
一段目の重合では、反応器に水211部と、1,3-ブタジエン39部、スチレン28部、メタクリル酸メチル5部、アクリロニトリル5部、並びに、イタコン酸2部およびアクリル酸1部からなる単量体混合物80質量部と、連鎖移動剤としてt-ドデシルメルカプタン0.1部と、乳化剤としてアルキルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム1部と、重合開始剤として過硫酸カリウム0.2部とを仕込み、攪拌しながら60℃で18時間重合し、重合転化率96%で反応を終了した。
続いて、二段目の重合では、この反応器に水189部と、メタクリル酸2部と、1,3-ブタジエン10部と、スチレン8部と、重合開始剤として過硫酸カリウム0.05質量部と、炭酸ナトリウム0.1質量部とを添加して80℃にて2時間重合反応を継続した後、反応を終了させた。このときの重合転化率は98%であった。得られた粒子状重合体のラテックス(粒子状重合体の水分散液)から未反応単量体を除去し、濃縮後10%水酸化ナトリウム水溶液および水を添加して、固形分濃度およびpHを調整し、粒子状重合体を20%含有するpH7.6のリチウムイオン二次電池負極用バインダー組成物を得た。
粒子状重合体を含むバインダー組成物の調製の際に、カルボキシル基含有単量体として、メタクリル酸3部に代えて、アクリル酸3部を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、粒子状重合体を含むバインダー組成物、非水系二次電池負極用スラリー組成物、負極、正極、リチウムイオン二次電池を作製または準備した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表2に示す。
粒子状重合体を含むバインダー組成物の調製の際に、一段目の重合において、脂肪族共役ジエン単量体としての1,3-ブタジエンの添加量を73部から72.7部に変更すると共に、二段目の重合において、架橋性基含有親水性単量体としてのN-メチロールアクリルアミド0.3部を更に添加したこと以外は、実施例1と同様にして、粒子状重合体を含むバインダー組成物、非水系二次電池負極用スラリー組成物、負極、正極、リチウムイオン二次電池を作製または準備した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表2に示す。
粒子状重合体を含むバインダー組成物の調製の際に、一段目の重合において、芳香族ビニル単量体としてのスチレンの添加量を24部から62部に変更し、脂肪族共役ジエン単量体としての1,3-ブタジエンの添加量を73部から33部に変更し、カルボキシル基含有単量体としてのイタコン酸4部、および、カルボキシル基を含有しない親水性単量体としての2-ヒドロキシエチルアクリレート(水に対する溶解度:1,000,000mg/L)1部を更に添加すると共に、二段目の重合において、カルボキシル基含有単量体としてのメタクリル酸3部を添加せず、コアシェル構造を有しないランダム共重合体を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、粒子状重合体を含むバインダー組成物、非水系二次電池負極用スラリー組成物、負極、正極、リチウムイオン二次電池を作製または準備した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。さらに、上記で得られた粒子状重合体のガラス転移温度を測定した。結果を表2に示す。
粒子状重合体を含むバインダー組成物の調製の際に、一段目の重合において、芳香族ビニル単量体としてのスチレンの添加量を24部から23部に変更すると共に、カルボキシル基を含有しない親水性単量体としての2-ヒドロキシエチルメタクリレート(水に対する溶解度:1,000,000mg/L)1部を更に添加したこと以外は、実施例1と同様にして、粒子状重合体を含むバインダー組成物、非水系二次電池負極用スラリー組成物、負極、正極、リチウムイオン二次電池を作製または準備した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。さらに、上記で得られた粒子状重合体のガラス転移温度を測定した。結果を表2に示す。
粒子状重合体を含むバインダー組成物の調製の際に、一段目の重合において、芳香族ビニル単量体としてのスチレンの添加量を24部から21部に変更すると共に、カルボキシル基を含有しない親水性単量体としてのメタクリル酸メチル(水に対する溶解度:15,000mg/L)3部を更に添加したこと以外は、実施例1と同様にして、粒子状重合体を含むバインダー組成物、非水系二次電池負極用スラリー組成物、負極、正極、リチウムイオン二次電池を作製または準備した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。さらに、上記で得られた粒子状重合体のガラス転移温度を測定した。結果を表2に示す。
粒子状重合体を含むバインダー組成物の調製の際に、一段目の重合の際に、カルボキシル基を含有しない親水性単量体として、メタクリル酸メチル(水に対する溶解度:15,000mg/L)3部に代えて、アクリルアミド(水に対する溶解度:2,040,000mg/L)3部を用いたこと以外は、実施例12と同様にして、粒子状重合体を含むバインダー組成物、非水系二次電池負極用スラリー組成物、負極、正極、リチウムイオン二次電池を作製または準備した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。さらに、上記で得られた粒子状重合体のガラス転移温度を測定した。結果を表2に示す。
粒子状重合体を含むバインダー組成物の調製の際に、一段目の重合の際に、カルボキシル基を含有しない親水性単量体として、メタクリル酸メチル(水に対する溶解度:15,000mg/L)3部に代えて、新中村化学社製「M-90G」(R1がメチル基、R2がメチル基、およびn=9の式(I)のポリエチレンオキサイド構造含有単量体に相当。水に対する溶解度:1,000,000mg/L)3部を用いたこと以外は、実施例12と同様にして、粒子状重合体を含むバインダー組成物、非水系二次電池負極用スラリー組成物、負極、正極、リチウムイオン二次電池を作製または準備した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。さらに、上記で得られた粒子状重合体のガラス転移温度を測定した。結果を表2に示す。
粒子状重合体を含むバインダー組成物の調製の際に、一段目の重合の際に、カルボキシル基を含有しない親水性単量体として、メタクリル酸メチル(水に対する溶解度:15,000mg/L)3部に代えて、ヒドロキシエチルアクリルアミド(水に対する溶解度:1,000,000mg/L)3部を用いたこと以外は、実施例12と同様にして、粒子状重合体を含むバインダー組成物、非水系二次電池負極用スラリー組成物、負極、正極、リチウムイオン二次電池を作製または準備した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。さらに、上記で得られた粒子状重合体のガラス転移温度を測定した。結果を表2に示す。
粒子状重合体を含むバインダー組成物の調製の際に、一段目の重合の際に、カルボキシル基を含有しない親水性単量体として、メタクリル酸メチル(水に対する溶解度:15,000mg/L)3部に代えて、アクリロニトリル(水に対する溶解度:70,000mg/L)3部を用いたこと以外は、実施例12と同様にして、粒子状重合体を含むバインダー組成物、非水系二次電池負極用スラリー組成物、負極、正極、リチウムイオン二次電池を作製または準備した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。さらに、上記で得られた粒子状重合体のガラス転移温度を測定した。結果を表2に示す。
粒子状重合体を含むバインダー組成物の調製の際に、芳香族ビニル単量体としてのスチレンの添加量を21部から23部に変更すると共に、カルボキシル基を含有しない親水性単量体としてのアクリロニトリルの添加量を3部から1部に変更したこと以外は、実施例16と同様にして、粒子状重合体を含むバインダー組成物、非水系二次電池負極用スラリー組成物、負極、正極、リチウムイオン二次電池を作製または準備した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。さらに、上記で得られた粒子状重合体のガラス転移温度を測定した。結果を表2に示す。
粒子状重合体を含むバインダー組成物の調製の際に、脂肪族共役ジエン単量体として、1,3-ブタジエン73部に代えて、イソプレン73部を用いたこと以外は、実施例17と同様にして、粒子状重合体を含むバインダー組成物、非水系二次電池負極用スラリー組成物、負極、正極、リチウムイオン二次電池を作製または準備した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。さらに、上記で得られた粒子状重合体のガラス転移温度を測定した。結果を表2に示す。
非水系二次電池負極用スラリー組成物の調製の際に、負極活物質としての人造黒鉛の添加量を100部から93部に変更し、さらにシリコン系負極活物質(SiOx)7部を添加したこと以外は、実施例1と同様にして、粒子状重合体を含むバインダー組成物、非水系二次電池負極用スラリー組成物、負極、正極、リチウムイオン二次電池を作製または準備した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表2に示す。
非水系二次電池負極用スラリー組成物の調製の際に、負極活物質としての人造黒鉛の添加量を100部から93部に変更し、さらにシリコン系負極活物質(SiOx)7部を添加したこと以外は、実施例17と同様にして、粒子状重合体を含むバインダー組成物、非水系二次電池負極用スラリー組成物、負極、正極、リチウムイオン二次電池を作製または準備した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表2に示す。
「St」は、スチレンを示し、
「BD」は、1,3-ブタジエンを示し、
「IP」は、イソプレンを示し、
「MAA」は、メタクリル酸を示し、
「AA」は、メタクリル酸を示し、
「IA」は、イタコン酸を示し、
「AN」は、アクリロニトリルを示し、
「MMA」は、メタクリル酸メチルを示し、
「NMA」は、N-メチロールアクリルアミドを示し、
「2HEA」は、2-ヒドロキシエチルアクリレートを示し、
「2HEMA」は、2-ヒドロキシエチルメタクリレートを示し、
「Aam」は、アクリルアミドを示し、
「M-90G」は、新中村化学社製「M-90G」(R1がメチル基、R2がメチル基、およびn=9である式(I)のポリエステルオキサイド構造含有単量体に相当)を示し、
「HEAam」は、ヒドロキシエチルアクリルアミドを示す。
一方、粒子状重合体中の芳香族ビニル単量体単位および脂肪族共役ジエン単量体単位の含有割合がそれぞれ所定の範囲から外れている比較例1のバインダー組成物を用いた場合、形成される電極のピール強度に劣ることが分かる。
また、粒子状重合体中のカルボキシル基含有単量体単位の含有割合が所定の範囲に満たず、DaとDbとの比(Da/Db)も所定の範囲に満たない比較例2のバインダー組成物を用いた場合においても、形成される電極のピール強度に劣ることが分かる。
さらに、粒子状重合体中のカルボキシル基含有単量体単位の含有割合が所定の範囲を超え、DaとDbとの比(Da/Db)も所定の範囲を超えている比較例3のバインダー組成物は、良好な粘性を有していないことが分かる。
また、粒子状重合体の体積平均粒子径Dbが所定の範囲を超えている比較例4のバインダー組成物を用いた場合、形成される電極のピール強度に劣ることが分かる。
また、本発明によれば、ピール強度に優れた非水系二次電池用電極を形成可能な非水系二次電池電極用スラリー組成物を提供することができる。
さらに、本発明によれば、ピール強度に優れた非水系二次電池用電極、および、当該非水系二次電池用電極を備える非水系二次電池を提供することができる。
Claims (9)
- 粒子状重合体を含む非水系二次電池電極用バインダー組成物であって、
前記粒子状重合体は、芳香族ビニル単量体単位を5質量%以上65質量%以下、脂肪族共役ジエン単量体単位を30質量%以上90質量%以下、およびカルボキシル基含有単量体単位を2質量%以上9質量%以下含有し、
動的光散乱法により測定された前記粒子状重合体の平均粒子径Daと、レーザー回折散乱法により測定された前記粒子状重合体の体積平均粒子径Dbとの比(Da/Db)が1.05以上2.0以下であり、
前記粒子状重合体の体積平均粒子径Dbが100nm以上170nm以下である、非水系二次電池電極用バインダー組成物。 - 前記粒子状重合体が、カルボキシル基を含有しない親水性単量体単位を更に含有する、請求項1に記載の非水系二次電池電極用バインダー組成物。
- 前記粒子状重合体が、架橋性基含有親水性単量体単位を更に含有する、請求項1に記載の非水系二次電池電極用バインダー組成物。
- pHが6以上10以下である、請求項1に記載の非水系二次電池電極用バインダー組成物。
- 酸性水溶性重合体を含有する水相を含み、
前記酸性水溶性重合体の重量平均分子量が500以上20,000以下である、請求項1に記載の非水系二次電池電極用バインダー組成物。 - 前記粒子状重合体の平均粒子径Daが100nm以上340nm以下である、請求項1に記載の非水系二次電池電極用バインダー組成物。
- 電極活物質と、請求項1~6のいずれかに記載の非水系二次電池電極用バインダー組成物とを含む、非水系二次電池電極用スラリー組成物。
- 請求項7に記載の非水系二次電池電極用スラリー組成物を用いて形成した電極合材層を備える、非水系二次電池用電極。
- 正極、負極、セパレータおよび電解液を有し、
前記正極および前記負極の少なくとも一方が請求項8に記載の非水系二次電池用電極である、非水系二次電池。
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