WO2024070249A1 - 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, electrodes for non-aqueous secondary batteries, and non-aqueous secondary batteries.
- Non-aqueous secondary batteries such as lithium-ion secondary batteries (hereinafter sometimes simply referred to as "secondary batteries") are small, lightweight, have high energy density, and can be repeatedly charged and discharged, and are used in a wide range of applications. For this reason, in recent years, efforts have been made to improve battery components such as electrodes in order to further improve the performance of secondary batteries.
- the electrode for the secondary battery usually has an electrode mixture layer.
- the electrode mixture layer is formed, for example, by applying a slurry-like composition (slurry composition for non-aqueous secondary battery electrodes) made by dispersing an electrode active material and a binder composition for non-aqueous secondary battery electrodes containing a polymer that acts as a binding agent in a dispersion medium onto a current collector and then drying it.
- a slurry-like composition slurry composition for non-aqueous secondary battery electrodes
- a binder composition for non-aqueous secondary battery electrodes containing a polymer that acts as a binding agent in a dispersion medium onto a current collector and then drying it.
- Patent Document 1 reports that a binder composition containing 50 to 95 mass% of structural units derived from ethylenically unsaturated carboxylate monomers and 5 to 50 mass% of structural units derived from ethylenically unsaturated carboxylate monomers, and a water-soluble polymer with a weight-average molecular weight of 500,000 or more, can improve electrode formability, substrate adhesion, and flexibility without impairing the dispersibility and viscosity adjustment function of the aqueous electrode composition.
- binder compositions of the above-mentioned conventional technology left room for improvement in terms of providing excellent flexibility to the electrode mixture layer.
- an electrode mixture layer with excellent flexibility can be formed by using a binder composition containing a polymer X that contains a specified ratio of an acidic group-containing monomer unit and a repeating unit derived from a specified unsaturated monomer, and have completed the present invention.
- an object of the present invention is to advantageously solve the above-mentioned problems, and the present invention provides: [1] a binder composition for a non-aqueous secondary battery electrode, comprising a polymer X, wherein the polymer X contains 3 mass % or more and 20 mass % or less of acidic group-containing monomer units and 5 mass % or more and less than 50 mass % of repeating units derived from an unsaturated monomer A, the solubility of the unsaturated monomer A in water is 1 g/100 mL or more and 15 g/100 mL or less, and the glass transition temperature of the unsaturated monomer A is 40° C. or less.
- a binder composition containing a polymer X containing an acidic group-containing monomer unit and a repeating unit derived from the above-mentioned specified unsaturated monomer A in a specified ratio can make the electrode mixture layer exhibit excellent flexibility.
- the phrase "containing a monomer unit” means that "a polymer obtained by using the monomer contains a repeating unit derived from the monomer.”
- a "repeating unit derived from unsaturated monomer A” may be referred to as an "unsaturated monomer A unit.”
- the “content (mass %)" of each monomer unit (repeating unit) contained in the polymer can be measured by a nuclear magnetic resonance (NMR) method such as 1 H-NMR.
- NMR nuclear magnetic resonance
- solubility in water means the solubility (amount dissolved) in 100 g of water at a temperature of 20°C.
- the "glass transition temperature" of the unsaturated monomer A refers to the glass transition temperature (°C) obtained by measuring a homopolymer of the unsaturated monomer A at a measurement temperature of -100°C to 180°C and a heating rate of 5°C/min using a differential scanning calorimeter (DSC7200, manufactured by SII) in accordance with JIS K7121.
- the weight average molecular weight of the homopolymer of the unsaturated monomer A is 10,000 or more and 1,000,000 or less.
- the polymer X may contain 20 mass % or less of repeating units derived from the unsaturated monomer A.
- the polymer X contains 55% by mass or more and 90% by mass or less of a hydroxyl group-containing acrylic acid ester monomer unit.
- the polymer X further contains hydroxyl group-containing acrylic acid ester monomer units in the above-mentioned predetermined ratio, the adhesiveness and flexibility of the electrode mixture layer formed using the slurry composition containing the binder composition can be improved.
- the weight average molecular weight of the polymer X is preferably 50,000 or more and less than 500,000.
- the weight average molecular weight (Mw) of the polymer X is within the above-mentioned range, the dispersibility of the slurry composition prepared using the binder composition can be improved, and the adhesiveness of the electrode mixture layer formed using the slurry composition can be improved.
- the weight average molecular weight (Mw) can be measured by the method described in the Examples of this specification.
- the polymer X contains 2% by mass or more and 30% by mass or less of a hydroxyl group-containing methacrylic acid ester monomer unit.
- the polymer X further contains hydroxyl group-containing methacrylic acid ester monomer units in the above-mentioned predetermined ratio, the adhesiveness and flexibility of the electrode mixture layer formed using the slurry composition containing the binder composition can be improved.
- the unsaturated monomer A contains at least one selected from the group consisting of 2-methoxyethyl acrylate, ethyl acrylate, methyl acrylate, and vinyl acetate.
- the polymer X contains both or at least one of a hydroxyl group-containing acrylic ester monomer unit and a hydroxyl group-containing methacrylic ester unit, and the total content of the hydroxyl group-containing acrylic ester monomer unit and the hydroxyl group-containing methacrylic ester unit in the polymer X is 30 mass % or more and 90 mass % or less.
- polymer X By using the above-mentioned specified polymer as polymer X, it is possible to improve the dispersibility of the slurry composition prepared using the binder composition, and also to improve the adhesion and flexibility of the electrode mixture layer formed using the slurry composition, thereby improving the output characteristics of the obtained secondary battery.
- the polymer X contains both or at least one of a hydroxyl group-containing acrylic ester monomer unit and a hydroxyl group-containing methacrylic ester unit, and that the total content of the repeating units derived from the unsaturated monomer A, the hydroxyl group-containing acrylic ester monomer unit, and the hydroxyl group-containing methacrylic ester unit in the polymer X is 80 mass% or more.
- polymer X By using the above-mentioned specified polymer as polymer X, it is possible to improve the dispersibility of the slurry composition prepared using the binder composition, and also to improve the adhesion and flexibility of the electrode mixture layer formed using the slurry composition, thereby improving the output characteristics of the obtained secondary battery.
- the polymer X may contain 3% by mass or more and 20% by mass or less of a (meth)acrylamide monomer unit.
- the adhesiveness and flexibility of the resulting electrode mixture layer can be improved by using the above-mentioned specific polymer as the polymer X.
- (meth)acrylamide means acrylamide or methacrylamide.
- Another object of the present invention is to advantageously solve the above-mentioned problems, and the present invention relates to a slurry composition for a non-aqueous secondary battery electrode, comprising [10] an electrode active material and any one of the binder compositions for a non-aqueous secondary battery electrode according to [1] to [9] above.
- a slurry composition for a non-aqueous secondary battery electrode containing any one of the binder compositions described above can provide an electrode mixture layer with excellent flexibility.
- the above-mentioned [10] slurry composition for a non-aqueous secondary battery electrode preferably further contains a particulate polymer Y containing a hydrophilic group.
- the slurry composition for a non-aqueous secondary battery electrode further contains a particulate polymer Y containing a hydrophilic group, the dispersibility of the slurry composition, as well as the adhesion and flexibility of the electrode mixture layer formed using the slurry composition, can be improved.
- the content ratio of the particulate polymer Y is preferably 0.1 mass % or more and 5 mass % or less, when the total solid content contained in the slurry composition for a non-aqueous secondary battery electrode is taken as 100 mass %.
- the content ratio of the particulate polymer Y is within the above-mentioned specified range, the dispersibility of the slurry composition, as well as the adhesion and flexibility of the electrode mixture layer formed using the slurry composition, can be improved, and the internal resistance of the secondary battery can be reduced.
- the electrode active material preferably contains olivine-type lithium iron phosphate.
- the slurry composition for a nonaqueous secondary battery electrode according to any one of the above [10] to [13] preferably further contains a conductive material containing carbon nanotubes. If carbon nanotubes are used as the conductive material, the internal resistance of the non-aqueous secondary battery can be reduced.
- the conductive material further contains a particulate conductive material. If a particulate conductive material is further used as the conductive material, the flexibility of the electrode mixture layer formed using the slurry composition can be further improved.
- the present invention also aims to advantageously solve the above problems, and the present invention provides [16] a non-aqueous secondary battery electrode comprising an electrode mixture layer formed using the slurry composition for a non-aqueous secondary battery electrode according to any one of [10] to [15] above.
- the non-aqueous secondary battery electrode of the present invention is formed using any one of the above-mentioned slurry compositions for a non-aqueous secondary battery electrode, and has an electrode mixture layer capable of exhibiting excellent flexibility.
- the present invention has an object to advantageously solve the above problems, and the present invention relates to [17] a nonaqueous secondary battery comprising the nonaqueous secondary battery electrode according to [16] above.
- a secondary battery including the above-described non-aqueous secondary battery electrode has, for example, reduced internal resistance and excellent battery characteristics.
- a binder composition for a non-aqueous secondary battery electrode that can impart excellent flexibility to an electrode mixture layer.
- a slurry composition for a non-aqueous secondary battery electrode which is capable of imparting excellent flexibility to an electrode mixture layer.
- an electrode for a non-aqueous secondary battery which comprises an electrode mixture layer capable of exhibiting excellent flexibility.
- a nonaqueous secondary battery including the nonaqueous secondary battery electrode can be provided.
- binder composition for non-aqueous secondary battery electrodes of the present invention can be used when preparing a slurry composition for non-aqueous secondary battery electrodes (hereinafter, sometimes abbreviated as "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 can be used when forming an electrode mixture layer of an electrode (electrode for non-aqueous secondary battery) of a non-aqueous secondary battery such as a lithium ion secondary battery.
- non-aqueous secondary battery (hereinafter, sometimes abbreviated as “secondary battery”) of the present invention is characterized by using a non-aqueous secondary battery electrode (hereinafter, sometimes abbreviated as “electrode”) having an electrode mixture layer formed from the slurry composition for non-aqueous secondary battery electrodes of the present invention.
- electrode a non-aqueous secondary battery electrode
- the binder composition of the present invention is characterized by containing a predetermined polymer X.
- the binder composition of the present invention can enable an electrode mixture layer formed using the binder composition to exhibit excellent flexibility.
- the electrode mixture layer formed from the slurry composition prepared using the binder composition of the present invention has excellent flexibility, and therefore, for example, when the electrode is wound or folded according to the shape of the secondary battery during the manufacture of the secondary battery, the occurrence of cracks can be suppressed. Therefore, the electrode mixture layer formed from the slurry composition prepared using the binder composition of the present invention has a uniform structure and has few cracks, and therefore the internal resistance of the secondary battery can be reduced or the output characteristics can be improved.
- the binder composition of the present invention can sufficiently exhibit the above-mentioned desired effects even if the content of the binder composition in the slurry composition (i.e., the content of the above-mentioned specified polymer X) is small. Therefore, by suppressing the content of the binder composition of the present invention in the slurry composition (i.e., the content of the above-mentioned specified polymer X) to a small amount, the internal resistance of the secondary battery can be reduced, and the flexibility of the formed electrode mixture layer can be sufficiently improved.
- the binder composition of the present invention may optionally further contain a solvent.
- the binder composition of the present invention may optionally further contain components other than the polymer X and the solvent (other components).
- the polymer X is a component that can function as a dispersant for dispersing components such as an electrode active material and a conductive material in a slurry composition prepared using the binder composition, and can also function as a binder in an electrode mixture layer formed using the slurry composition.
- the polymer X contains an acidic group-containing monomer unit and a repeating unit derived from a specific unsaturated monomer A (i.e., an unsaturated monomer A unit).
- the unsaturated monomer A has a solubility in water within a specific range and a glass transition temperature equal to or lower than a specific value.
- the content of the acidic group-containing monomer unit and the content of the unsaturated monomer A unit in the polymer X are each within a specific range.
- the polymer X may further contain at least one of a hydroxyl-containing acrylic acid ester monomer unit, a hydroxyl-containing methacrylic acid ester monomer unit, and a (meth)acrylamide monomer unit in addition to the above-mentioned acidic group-containing monomer unit and unsaturated monomer A unit.
- the polymer X may contain a hydroxyl-containing acrylic acid ester monomer unit and a hydroxyl-containing methacrylic acid ester monomer unit in addition to the above-mentioned acidic group-containing monomer unit and unsaturated monomer A unit.
- the polymer X may contain at least one of a hydroxyl-containing acrylic acid ester monomer unit and a hydroxyl-containing methacrylic acid ester unit in addition to the above-mentioned acidic group-containing monomer unit and unsaturated monomer A unit. Furthermore, the polymer X may contain a hydroxyl-containing acrylic acid ester monomer unit, a hydroxyl-containing methacrylic acid ester monomer unit, and a (meth)acrylamide monomer unit in addition to the above-mentioned acidic group-containing monomer unit and unsaturated monomer A unit.
- polymer X may further contain monomer units (hereinafter sometimes referred to as "other monomer units") other than the above-mentioned acidic group-containing monomer units, unsaturated monomer A units, hydroxyl group-containing acrylic acid ester monomer units, hydroxyl group-containing methacrylic acid ester monomer units, and (meth)acrylamide monomer units, within the range in which the desired effects of the present invention can be obtained.
- polymer X may not contain other monomer units.
- the polymer X is not particularly limited, but is usually water-soluble.
- a polymer is "water-soluble" when 0.5 g of the polymer (solid content equivalent) is dissolved in 100 g of water at a temperature of 25°C, and the amount of insoluble matter is less than 5.0 mass%.
- Examples of the acidic group-containing monomer capable of forming the acidic group-containing monomer unit in the polymer X include a carboxylic acid group-containing monomer, a sulfonic acid group-containing monomer, and a phosphoric acid group-containing monomer.
- Examples of the carboxylic acid group-containing monomer include monocarboxylic acids and their derivatives, dicarboxylic acids and their acid anhydrides, and their derivatives.
- Examples of the monocarboxylic acid include acrylic acid, methacrylic acid, and crotonic acid.
- Examples of the monocarboxylic acid derivatives include 2-ethylacrylic acid, isocrotonic acid, ⁇ -acetoxyacrylic acid, ⁇ -trans-aryloxyacrylic acid, ⁇ -chloro- ⁇ -E-methoxyacrylic acid, and ⁇ -diaminoacrylic acid.
- the dicarboxylic acids include maleic acid, fumaric acid, and itaconic acid.
- dicarboxylic acid derivatives include methylmaleic acid, dimethylmaleic acid, phenylmaleic acid, chloromaleic acid, dichloromaleic acid, fluoromaleic acid, and maleic acid esters such as methylallyl maleate, diphenyl maleate, nonyl maleate, decyl maleate, dodecyl maleate, octadecyl maleate, and fluoroalkyl maleate.
- the acid anhydrides of dicarboxylic acids include maleic anhydride, acrylic anhydride, methylmaleic anhydride, and dimethylmaleic anhydride.
- an acid anhydride which generates a carboxyl group upon hydrolysis can also be used.
- Other examples include monoesters and diesters of ⁇ , ⁇ -ethylenically unsaturated polyvalent carboxylic acids such as monoethyl maleate, diethyl maleate, monobutyl maleate, dibutyl maleate, monoethyl fumarate, diethyl fumarate, monobutyl fumarate, dibutyl fumarate, monocyclohexyl fumarate, dicyclohexyl fumarate, monoethyl itaconate, diethyl itaconate, monobutyl itaconate, and dibutyl itaconate.
- a hydrogen atom may be replaced by an inorganic ion or an organic ion, and the carboxylic acid group may be in the form of an inorganic salt or an organic salt. That is, the carboxylic acid group-containing monomer may be in the form of a carboxylate.
- sulfonic acid group-containing monomer examples include vinyl sulfonic acid, methyl vinyl sulfonic acid, (meth)allyl sulfonic acid, styrene sulfonic acid, (meth)acrylic acid-2-ethyl sulfonate, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, and 3-allyloxy-2-hydroxypropanesulfonic acid.
- a hydrogen atom may be substituted with an inorganic ion or an organic ion to be in the form of an inorganic salt or an organic salt, i.e., the sulfonic acid group-containing monomer may be in the form of a sulfonate salt.
- the phosphate group-containing monomer examples include 2-(meth)acryloyloxyethyl phosphate, methyl-2-(meth)acryloyloxyethyl phosphate, and ethyl-(meth)acryloyloxyethyl phosphate.
- the hydrogen atom in the phosphate group may be replaced by an inorganic ion or an organic ion to be in the form of an inorganic salt or an organic salt, i.e., the phosphate group-containing monomer may be in the form of a phosphate salt.
- These acidic group-containing monomers may be used alone or in any combination of two or more kinds in any ratio. From the viewpoint of further improving the adhesion of the electrode mixture layer to be formed, it is preferable to use a carboxylic acid group-containing monomer or a sulfonic acid group-containing monomer as the acidic group-containing monomer, it is more preferable to use a carboxylic acid group-containing monomer, and it is even more preferable to use acrylic acid.
- the content of the acidic group-containing monomer unit in polymer X is, when all monomer units (all repeating units) contained in polymer X are taken as 100 mass%, necessarily 3 mass% or more, preferably 4.5 mass% or more, more preferably 5 mass% or more, even more preferably 6 mass% or more, and may be 7 mass% or more, but is necessarily 20 mass% or less, preferably 17.5 mass% or less, and more preferably 15 mass% or less. If the content of the acidic group-containing monomer unit in the polymer X is 3% by mass or more, it is presumed that the interaction between the polymer X and the electrode active material is enhanced, and the dispersibility of the slurry composition prepared using the binder composition can be improved.
- the content of the acidic group-containing monomer unit in the polymer X is 20% by mass or less, it is presumed that the flexibility of the molecular chain of the polymer X is increased, and the adhesiveness and flexibility of the electrode mixture layer formed using the slurry composition can be improved.
- the content of the acidic group-containing monomer unit in the polymer X is 20% by mass or less, it is presumed that the electrostatic repulsion of the polymer X is reduced and the adsorption to the electrode active material is increased, and the dispersibility of the slurry composition can be further improved.
- the unsaturated monomer A unit is a repeating unit derived from the unsaturated monomer A.
- the unsaturated monomer A units in the polymer X can impart adhesiveness and flexibility to an electrode mixture layer formed using a slurry composition containing the binder composition.
- the solubility in water of the unsaturated monomer A capable of forming the unsaturated monomer A unit must be 1 g/100 mL or more, more preferably 1.2 g/100 mL or more, even more preferably 1.5 g/100 mL or more, and still more preferably 2 g/100 mL or more; it must be 15 g/100 mL or less, preferably 13 g/100 mL or less, and more preferably 12 g/100 mL or less.
- solubility of the unsaturated monomer A in water is 1 g/100 mL or more, the solubility of the polymer X in water is suppressed from decreasing, and the dispersibility of the slurry composition prepared using the binder composition can be ensured to be sufficiently high.
- solubility of the unsaturated monomer A in water is 1 g/100 mL or more, the polymerizability of the unsaturated monomer A during the preparation of the polymer X can be ensured to be sufficiently high.
- the solubility of the unsaturated monomer A in water is 15 g/100 mL or less, it is presumed that the affinity of the polymer X to the electrode active material is increased, and the adhesiveness of the electrode mixture layer formed using the slurry composition containing the binder composition can be improved.
- the glass transition temperature of the unsaturated monomer A capable of forming the unsaturated monomer A unit must be 40° C. or lower, preferably 30° C. or lower, more preferably 10° C. or lower, and even more preferably 0° C. or lower. It is presumed that when the glass transition temperature of the unsaturated monomer A is 40° C. or lower, the flexibility of the polymer X is increased, and the adhesion and flexibility of the electrode mixture layer formed using the slurry composition containing the binder composition can be sufficiently improved.
- the lower limit of the glass transition temperature of the unsaturated monomer A is not particularly limited, but is preferably, for example, ⁇ 60° C. or higher, and more preferably ⁇ 55° C. or higher.
- the unsaturated monomer A capable of forming the unsaturated monomer A unit is not particularly limited as long as it is a monomer having an ethylenically unsaturated bond, a solubility in water within the above-mentioned range, and a glass transition temperature equal to or lower than the above-mentioned value.
- Examples of the unsaturated monomer A include 2-methoxyethyl acrylate (also referred to as "2-methoxyethyl acrylate”; solubility in water: 11.6 g/100 mL, glass transition temperature: -50°C), ethyl acrylate (solubility in water: 1.5 g/100 mL, glass transition temperature: -22°C), methyl acrylate (solubility in water: 6 g/100 mL, glass transition temperature: 3°C), and vinyl acetate (solubility in water: 2.5 g/100 mL, glass transition temperature: 32°C). These may be used alone or in combination of two or more kinds in any ratio.
- the unsaturated monomer A it is preferable to use 2-methoxyethyl acrylate, ethyl acrylate, and methyl acrylate, and it is particularly preferable to use 2-methoxyethyl acrylate.
- the content of the unsaturated monomer A units in polymer X when all monomer units (all repeating units) contained in polymer X are taken as 100% by mass, must be 5% by mass or more, preferably 6% by mass or more, more preferably 7% by mass or more, may be 25% by mass or more, may be 27.5% by mass or more, or may be 30% by mass or more, must be less than 50% by mass, is preferably 47% by mass or less, more preferably 42% by mass or less, may be 20% by mass or less, may be 17.5% by mass or less, or may be 15% by mass or less.
- the content of the unsaturated monomer A in the polymer X is 5% by mass or more, the adhesiveness and flexibility of the electrode mixture layer formed using the slurry composition containing the binder composition can be improved.
- the content of the unsaturated monomer A in the polymer X is less than 50% by mass, the solubility of the polymer X in water can be suppressed from decreasing, and the dispersibility of the slurry composition prepared using the binder composition can be increased.
- the dispersibility of the resulting slurry composition can be further improved, thereby improving the output characteristics of the resulting secondary battery.
- the polymer X further contains a hydroxyl group-containing acrylate monomer unit. If polymer X further contains a hydroxyl group-containing acrylic acid ester monomer unit, it is possible to improve the adhesiveness of the electrode mixture layer formed using a slurry composition containing a binder composition, presumably due to the interaction of hydroxyl groups between the molecules of polymer X. Also, if polymer X further contains a hydroxyl group-containing acrylic acid ester monomer unit, it is possible to further improve the flexibility of the electrode mixture layer, presumably due to the further increase in flexibility of the molecular chain of polymer X.
- hydroxyl-containing acrylic ester monomers capable of forming the hydroxyl-containing acrylic ester monomer units in polymer X include alkanol esters of acrylic acid such as 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, and 4-hydroxybutyl acrylate (also referred to as "hydroxyalkyl acrylate monomers”); esters of acrylic acid and polyalkylene glycols represented by the general formula CH 2 ⁇ CH-COO-(C q H 2q O) p -H (wherein p is an integer of 2 to 9, and q is an integer of 2 to 4) (also referred to as "polyalkylene glycol acrylate ester monomers”); and the like.
- hydroxyl group-containing acrylic acid ester monomer alkanol esters of acrylic acid (hydroxyalkyl acrylate monomers) such as 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, and 4-hydroxybutyl acrylate.
- the content of the hydroxyl group-containing acrylic ester monomer units in polymer X is preferably 55% by mass or more, more preferably 57.5% by mass or more, even more preferably 60% by mass or more, and more preferably 65% by mass or more, and is preferably 90% by mass or less, preferably 85% by mass or less, and more preferably 80% by mass or less, when the total monomer units (total repeating units) contained in polymer X is taken as 100% by mass.
- the content ratio of the hydroxyl group-containing acrylic acid ester monomer unit in the polymer X is equal to or higher than the above lower limit, it is presumed that the interaction of the hydroxyl groups between the molecules of the polymer X is enhanced, and the adhesiveness of the electrode mixture layer formed using the slurry composition containing the binder composition can be improved.
- the content ratio of the hydroxyl group-containing acrylic acid ester monomer unit in the polymer X is equal to or higher than the above lower limit, it is presumed that the flexibility of the molecular chain of the polymer X is further enhanced, and the flexibility of the electrode mixture layer can be sufficiently improved.
- the content ratio of the hydroxyl group-containing acrylic acid ester monomer unit in the polymer X is equal to or lower than the above upper limit, it is possible to avoid excessive increase in the flexibility of the molecular chain of the polymer X, and to enhance the adhesiveness of the electrode mixture layer.
- the polymer X further contains a hydroxyl group-containing methacrylic acid ester monomer unit. If the polymer X further contains a hydroxyl group-containing methacrylic acid ester monomer unit, the adhesiveness of the electrode mixture layer formed using the slurry composition containing the binder composition can be improved, presumably due to the interaction of the hydroxyl groups between the molecules of the polymer X.
- the flexibility of the electrode mixture layer can be further improved, presumably due to the steric hindrance of the molecular chain of the polymer X causing the three-dimensional structure of the polymer X to expand, allowing the polymer X to thinly cover the surface of the electrode active material over a wide area.
- hydroxyl-containing methacrylic acid ester monomers capable of forming the hydroxyl-containing methacrylic acid ester monomer units in polymer X include alkanol esters of methacrylic acid such as 2-hydroxyethyl methacrylate and 2-hydroxypropyl methacrylate (also referred to as "hydroxyalkyl methacrylic acid ester monomers”); esters of methacrylic acid and polyalkylene glycol represented by the general formula CH 2 ⁇ C(CH 3 )—COO—(C s H 2s O) r -H (wherein r is an integer of 2 to 9, and s is an integer of 2 to 4) (also referred to as "polyalkylene glycol methacrylic acid ester monomers”); and the like.
- alkanol esters of methacrylic acid such as 2-hydroxyethyl methacrylate and 2-hydroxypropyl methacrylate
- hydroxyl group-containing methacrylic acid ester monomer alkanol esters of methacrylic acid (hydroxyalkyl methacrylic acid ester monomers) such as 2-hydroxyethyl methacrylate and 2-hydroxypropyl methacrylate.
- the content ratio of the hydroxyl group-containing methacrylic acid ester monomer unit in polymer X is preferably 2% by mass or less, more preferably 5% by mass or more, even more preferably 6% by mass or more, and even more preferably 7% by mass or more, preferably 30% by mass or less, more preferably 20% by mass or less, and even more preferably 15% by mass or less, when the total monomer units (total repeating units) contained in polymer X is taken as 100% by mass.
- the content ratio of the hydroxyl group-containing methacrylic acid ester monomer unit in the polymer X is within the above-mentioned specified range, the adhesion and flexibility of the electrode mixture layer formed using the slurry composition containing the binder composition can be further improved.
- the content ratio of the hydroxyl group-containing methacrylic acid ester monomer units in polymer X can be 0% by mass or more, or can be 10% by mass or less, when the total amount of all monomer units (total repeating units) contained in polymer X is taken as 100% by mass.
- the total content ratio of the hydroxyl group-containing acrylic acid ester monomer units and the hydroxyl group-containing methacrylic acid ester units in the polymer X is preferably 30% by mass or more, more preferably 35% by mass or more, and even more preferably 40% by mass or more, and preferably 90% by mass or less, more preferably 85% by mass or less, and may be 60% by mass or less, 57.5% by mass or less, or may be 55% by mass or less, based on the total monomer units (total repeating units) contained in the polymer X being 100% by mass.
- the affinity of the polymer X to the electrode active material is increased, and the adhesiveness of the electrode mixture layer formed using the slurry composition containing the binder composition can be improved.
- the dispersibility of the slurry composition prepared using the binder composition can be further improved.
- the total content of the hydroxyl-containing acrylic ester monomer units and the hydroxyl-containing methacrylic ester units in the polymer X is equal to or less than the upper limit, the flexibility of the molecular chain of the polymer X can be prevented from being excessively increased, and the adhesiveness of the electrode mixture layer can be improved.
- the polymer X contains both or at least one of the hydroxyl group-containing acrylic acid ester monomer units and the hydroxyl group-containing methacrylic acid ester units
- the total content ratio of the repeating units derived from the unsaturated monomer A, the hydroxyl group-containing acrylic acid ester monomer units, and the hydroxyl group-containing methacrylic acid ester units in the polymer X is preferably 80% by mass or more, more preferably 84% by mass or more, and preferably 97% by mass or less, and more preferably 93% by mass or less, based on 100% by mass of all monomer units (total repeating units) contained in the polymer X.
- the dispersibility of the slurry composition prepared using the binder composition can be improved, and the adhesiveness and flexibility of the electrode mixture layer formed using the slurry composition can be improved, which in turn can improve the output characteristics of the resulting secondary battery.
- the adhesion of the obtained electrode mixture layer can be improved, and the output characteristics of the obtained secondary battery can be improved.
- the polymer X may further contain a (meth)acrylamide monomer unit.
- the adhesiveness and flexibility of the obtained electrode mixture layer can be improved.
- Examples of (meth)acrylamide monomers that can form the (meth)acrylamide monomer units in polymer X include acrylamide, methacrylamide, N-hydroxymethylacrylamide, N-hydroxymethylmethacrylamide, N-hydroxyethylacrylamide, and N-hydroxyethylmethacrylamide. These may be used alone or in any ratio of two or more. Among these, acrylamide and N-hydroxyethylacrylamide are preferred from the viewpoint of improving the adhesion and flexibility of the resulting electrode mixture layer. Note that units that can fall under the other monomer units described in this specification are not considered to fall under "(meth)acrylamide monomer units" even if they have a (meth)acrylamide group.
- the content of the (meth)acrylamide monomer units in polymer X is preferably 3% by mass or more, more preferably 4.5% by mass or more, more preferably 7.5% by mass or more, preferably 20% by mass or less, more preferably 18% by mass or less, and even more preferably 16% by mass or less, when the total monomer units (total repeating units) contained in polymer X is taken as 100% by mass. If the content of the (meth)acrylamide monomer units in polymer X is equal to or greater than the lower limit, the adhesiveness of the resulting electrode mixture layer can be improved.
- the adhesiveness and flexibility of the resulting electrode mixture layer can be improved, presumably due to the fact that polymer X can be prevented from becoming excessively hard. This can improve the output characteristics of the resulting secondary battery.
- the polymer X is not particularly limited, but can be prepared, for example, as follows.
- a solvent such as water
- the above-mentioned acidic group-containing monomer and unsaturated monomer A, as well as optionally usable hydroxyl group-containing acrylic acid ester monomer and hydroxyl group-containing methacrylic acid ester monomer, etc. are mixed.
- the acidic group-containing monomer may be dissolved in an alkaline aqueous solution and further neutralized to prepare an aqueous solution, which may then be mixed with the unsaturated monomer A and other monomers that may be optionally blended.
- a polymerization promoter is added to the resulting mixture.
- the polymerization temperature is, for example, preferably 35° C. or more and 65° C. or less, and more preferably 40° C. or more and 55° C. or less.
- the polymerization reaction time between the addition of the polymerization initiator and the addition of the polymerization promoter is, for example, preferably 5 minutes or more and 40 minutes or less, and more preferably 10 minutes or more and 30 minutes or less.
- the above-mentioned operation is preferably performed under a nitrogen atmosphere.
- a chain transfer agent may be used as a polymerization aid during the polymerization reaction.
- a reaction terminator is used to terminate the polymerization reaction.
- the product is then cooled and placed under an air atmosphere, and an aqueous lithium hydroxide solution or the like is added to adjust the pH of the product to 7.0 or more and 9.0 or less.
- the polymerization initiator is not particularly limited, and a known polymerization initiator can be used.
- the polymerization initiator include potassium persulfate, sodium persulfate, and ammonium persulfate. Among them, potassium persulfate is preferably used.
- the polymerization initiator may be the same or different for each time. The amount of the polymerization initiator used can be appropriately adjusted within a range in which the desired effects of the present invention can be obtained.
- the polymerization accelerator examples include L-ascorbic acid and sodium hydrogen sulfite.
- the polymerization accelerator may be the same or different for each addition.
- L-ascorbic acid is present in the polymerization system as the polymerization accelerator at the start of the polymerization reaction.
- the amount of the polymerization accelerator used can be appropriately adjusted within a range in which the desired effects of the present invention can be obtained.
- the weight average molecular weight (Mw) of polymer X is preferably 50,000 or more, more preferably 75,000 or more, and even more preferably 100,000 or more, and is preferably less than 2,000,000, more preferably less than 1,500,000, and even more preferably less than 1,000,000, and may be less than 500,000, less than 400,000, or less than 300,000.
- the weight average molecular weight (Mw) of the polymer X is equal to or greater than the lower limit, the adhesiveness of the electrode mixture layer formed using the slurry composition containing the binder composition can be further improved.
- the weight average molecular weight (Mw) of the polymer X when the weight average molecular weight (Mw) of the polymer X is less than the upper limit, the dispersibility of the slurry composition prepared using the binder composition can be further improved.
- the weight average molecular weight (Mw) of polymer X can be controlled by the polymerization conditions in the above-mentioned method for preparing polymer X. Specifically, it can be controlled by the types and amounts of polymerization initiator, polymerization accelerator, chain transfer agent, etc., as well as the time and temperature of the polymerization reaction.
- the molecular weight distribution (Mw/Mn) of polymer X is preferably 1.5 or more, more preferably 1.8 or more, and even more preferably 2.2 or more, and is preferably 10 or less, more preferably 7 or less, and even more preferably 4 or less.
- the molecular weight distribution (Mw/Mn) of polymer X can be controlled by the polymerization conditions in the above-mentioned method for preparing polymer X. Specifically, it can be controlled by the types and amounts of a polymerization initiator, a polymerization accelerator, a chain transfer agent, etc., as well as the time and temperature of the polymerization reaction. In the present invention, the molecular weight distribution (Mw/Mn) can be measured by the method described in the Examples of this specification.
- solvent that can be used in the preparation of the binder composition of the present invention a known solvent capable of dissolving or dispersing the above-mentioned polymer X can be used. Among them, it is preferable to use water as the solvent. Note that the solvent such as water used in the preparation of the polymer X can be used as at least a part of the solvent contained in the binder composition.
- the binder composition of the present invention may further contain any other components such as a reinforcing material, a leveling agent, a viscosity modifier, and an electrolyte additive, in addition to the above-mentioned polymer X and solvent. These are not particularly limited as long as they do not affect the battery reaction, and known components can be used. In addition, these components may be used alone or in combination of two or more types in any ratio.
- the binder composition of the present invention may further contain a particulate polymer Y which can be contained in the slurry composition of the present invention described below.
- the binder composition of the present invention can be prepared, for example, by mixing polymer X and other components in a solvent such as water by a known method. Further, for example, the aqueous solution or aqueous dispersion of polymer X obtained by the above-mentioned method for preparing polymer X can be used as it is as the binder composition of the present invention. Furthermore, for example, after mixing the polymer X and the electrode active material, other components such as the particulate polymer Y that is optionally used may be added, thereby simultaneously preparing the binder composition and the slurry composition described below.
- the slurry composition of the present invention is characterized by containing an electrode active material and the above-mentioned binder composition. Since the slurry composition of the present invention contains the binder composition of the present invention described above, it has excellent dispersibility and can cause an electrode mixture layer formed using the slurry composition to exhibit excellent adhesion and flexibility. And, since the slurry composition of the present invention has excellent dispersibility, it is possible to form an electrode mixture layer having a uniform structure.
- the electrode mixture layer formed from the slurry composition of the present invention has excellent flexibility as described above, for example, when the electrode is rolled or folded according to the shape of the secondary battery during the manufacture of the secondary battery, it is possible to suppress the occurrence of cracks. Therefore, the electrode mixture layer formed from the slurry composition of the present invention has a uniform structure and has few cracks, so that the internal resistance of the secondary battery can be reduced.
- the slurry composition of the present invention may optionally further contain a particulate polymer Y and a conductive material in addition to the electrode active material and the binder composition. Furthermore, the slurry composition of the present invention usually further contains a dispersion medium such as water. The slurry composition of the present invention may further contain components (other components) other than the above-mentioned electrode active material, binder composition, particulate polymer, conductive material, and dispersion medium.
- the content of the electrode active material in the slurry composition is preferably, for example, 90% by mass or more and 99% by mass or more, assuming that the total solid content in the slurry composition is 100% by mass. If the content of the electrode active material in the slurry composition is equal to or more than the above lower limit, the energy density of the secondary battery can be improved. On the other hand, if the content of the electrode active material in the slurry composition is equal to or less than the above upper limit, the dispersibility of the slurry composition, as well as the adhesion and flexibility of the electrode mixture layer can be ensured to be sufficiently high.
- the slurry composition of the present invention may be a slurry composition for a positive electrode of a non-aqueous secondary battery that contains a positive electrode active material as an electrode active material, or may be a slurry composition for a negative electrode of a non-aqueous secondary battery that contains a negative electrode active material as an electrode active material.
- the slurry composition of the present invention is preferably a slurry composition for a positive electrode of a non-aqueous secondary battery.
- non-aqueous secondary battery electrode slurry composition of the present invention is a slurry composition for a lithium ion secondary battery positive electrode, but the present invention is not limited to the following example.
- the positive electrode active material of the lithium ion secondary battery is not particularly limited, and any known positive electrode active material can be used.
- the positive electrode active material may be a compound containing a transition metal, such as a transition metal oxide, a transition metal sulfide, a composite metal oxide of lithium and a transition metal, etc.
- the transition metal include Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, and Mo.
- transition metal oxides include MnO, MnO2 , V2O5 , V6O13, TiO2, Cu2V2O3 , amorphous V2O - P2O5 , amorphous MoO3 , amorphous V2O5 , and amorphous V6O13 .
- transition metal sulfides include TiS 2 , TiS 3 , amorphous MoS 2 , and FeS.
- the composite metal oxide of lithium and a transition metal include a lithium-containing composite metal oxide having a layered structure, a lithium-containing composite metal oxide having a spinel structure, and a lithium-containing composite metal oxide having an olivine structure.
- lithium-containing composite metal oxides having a layered structure examples include lithium-containing cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium-containing nickel oxide (LiNiO 2 ), Co—Ni—Mn lithium-containing composite oxide (Li(Co Mn Ni)O 2 ), Ni—Mn—Al lithium-containing composite oxide, Ni—Co—Al lithium-containing composite oxide, and a solid solution of LiMaO 2 and Li 2 MbO 3.
- Examples of Co—Ni—Mn lithium-containing composite oxides include Li[Ni 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 ]O 2 and Li[Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 ]O 2 .
- examples of solid solutions of LiMaO2 and Li2MbO3 include xLiMaO2 .(1- x ) Li2MbO3 , where x is a number satisfying 0 ⁇ x ⁇ 1, Ma is one or more transition metals whose average oxidation state is 3+, and Mb is one or more transition metals whose average oxidation state is 4+ .
- Examples of such solid solutions include Li[ Ni0.17Li0.2Co0.07Mn0.56 ] O2 .
- the "average oxidation state” refers to the average oxidation state of the "one or more transition metals" and is calculated from the molar amount and valence of the transition metal.
- lithium-containing composite metal oxides having a spinel structure examples include lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) and compounds in which part of Mn in lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) is replaced with other transition metals.
- Specific examples include Li s [Mn 2-t Mc t ] O 4 , such as LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4.
- Mc represents one or more transition metals whose average oxidation state is 4+.
- Mc include Ni, Co, Fe, Cu, and Cr.
- t represents a number that satisfies 0 ⁇ t ⁇ 1
- s represents a number that satisfies 0 ⁇ s ⁇ 1.
- a lithium-excess spinel compound represented by Li 1+x Mn 2-x O 4 (0 ⁇ X ⁇ 2) can also be used as the positive electrode active material.
- lithium-containing composite metal oxides having an olivine structure examples include olivine-type lithium iron phosphate compounds represented by Li y MdPO 4 such as olivine-type lithium manganese phosphate (LiFePO 4 ), olivine-type lithium manganese iron phosphate (LiMnPO 4 ), and olivine-type lithium manganese iron phosphate (LiMn 1-x Fe x PO 4 ; 0 ⁇ x ⁇ 1).
- Md represents one or more transition metals having an average oxidation state of 3+, such as Mn, Fe, and Co.
- y represents a number satisfying 0 ⁇ y ⁇ 2.
- Md may be partially replaced with other metals.
- the metal that can be replaced include Cu, Mg, Zn, V, Ca, Sr, Ba, Ti, Al, Si, B, and Mo.
- olivine-type lithium iron phosphate it is preferable to use olivine-type lithium iron phosphate from the viewpoint of improving the stability of the secondary battery against overcharging.
- olivine-type lithium iron phosphate carbon-coated olivine-type lithium iron phosphate particles, in which at least a part of the surface of olivine-type lithium iron phosphate particles is coated with a carbon coating layer, can also be used.
- the particle diameter of the positive electrode active material is not particularly limited and can be adjusted as appropriate within a range in which the desired effects of the present invention can be obtained.
- the average particle diameter of the positive electrode active material is 2 ⁇ m or less.
- the average particle diameter of the positive electrode active material refers to the particle diameter D50 at which the cumulative volume calculated from the small diameter side is 50% in the particle size distribution (volume basis) measured using a laser diffraction particle size measurement device manufactured by Malvern Instruments.
- Binder composition As the binder composition, the above-mentioned binder composition of the present invention can be used.
- the amount of binder composition added when preparing the slurry composition can be adjusted as appropriate within a range in which the desired effect of the present invention can be obtained.
- the amount of binder composition added can be adjusted so that the content of polymer X is 0.1% by mass or more and 5% by mass or less, preferably 0.1% by mass or more and 3% by mass or less, and more preferably 0.1% by mass or more and 1% by mass or less, when the total solid content in the slurry composition is taken as 100% by mass. If the content of polymer X in the slurry composition is equal to or more than the lower limit, the dispersibility of the slurry composition and the adhesiveness and flexibility of the electrode mixture layer can be further improved. On the other hand, if the content of polymer X in the slurry composition is equal to or less than the upper limit, the internal resistance of the secondary battery can be reduced.
- the particulate polymer Y is a component that can function as a binder together with the above-mentioned polymer X in the electrode mixture layer.
- the particulate polymer Y is a polymer different from the above-mentioned polymer X.
- the particulate polymer Y is usually water-insoluble.
- water-insoluble means that when 0.5 g of the polymer (solid content equivalent) is dissolved in 100 g of water at a temperature of 25° C., the amount of insoluble matter is 90 mass % or more.
- the particulate polymer Y preferably contains a hydrophilic group. If a particulate polymer containing a hydrophilic group (a particulate polymer containing a hydrophilic group) is used as the particulate polymer Y, the dispersibility of the slurry composition, as well as the adhesiveness and flexibility of the electrode mixture layer to be formed, can be further improved.
- the method for introducing hydrophilic groups into the particulate polymer Y is not particularly limited, but for example, a method can be adopted in which a hydrophilic group-containing monomer is used during polymerization of the particulate polymer Y to form a hydrophilic group-containing monomer unit in the resulting particulate polymer Y.
- hydrophilic group-containing monomer capable of forming the hydrophilic group-containing monomer unit in the particulate polymer Y include acidic group-containing monomers such as carboxylic acid group-containing monomers, sulfonic acid group-containing monomers, and phosphoric acid group-containing monomers, as well as hydroxyl group-containing monomers.
- acidic group-containing monomer such as a carboxylic acid group-containing monomer, a sulfonic acid group-containing monomer, or a phosphoric acid group-containing monomer
- various acidic group-containing monomers that can be used in the preparation of the above-mentioned polymer X can be used.
- hydroxyl group-containing monomer examples include alkanol esters of ethylenically unsaturated carboxylic acids such as 2-hydroxyethyl acrylate (2-hydroxyethyl acrylate), 2-hydroxypropyl acrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, 2-hydroxypropyl methacrylate, di - 2 -hydroxyethyl maleate , di - 4- hydroxybutyl maleate, and di-2-hydroxypropyl itaconate; esters of polyalkylene glycols represented by the formula (I, 1 represents hydrogen or a methyl group) with (meth)acrylic acid; mono(meth)acrylic acid esters of dihydroxy esters of dicarboxylic acids such as 2-hydroxyethyl-2'-(meth)acryloyloxyphthalate and 2-hydroxyethyl-2'-(meth)acryloyloxysuccinate; vinyl ethers such as 2-hydroxyethyl vinyl ether and 2-hydroxypropyl vinyl ether; alky
- hydrophilic group-containing monomers may be used alone or in combination of two or more kinds in any ratio.
- hydrophilic group-containing monomer from the viewpoint of further improving the dispersibility of the slurry composition and the adhesiveness of the electrode mixture layer to be formed, it is preferable to use an acidic group-containing monomer (such as a carboxylic acid group-containing monomer, a sulfonic acid group-containing monomer, or a phosphate group-containing monomer), and from the viewpoint of further improving the adhesiveness of the electrode mixture layer to be formed, it is more preferable to use an acidic group-containing monomer in combination with a hydroxyl group-containing monomer, and even more preferable to use a carboxylic acid group-containing monomer in combination with a hydroxyl group-containing monomer.
- an acidic group-containing monomer such as a carboxylic acid group-containing monomer, a sulfonic acid group-containing monomer, or a phosphate group-containing monomer
- the content ratio of the hydrophilic group-containing monomer unit in the particulate polymer Y is preferably 1% by mass or more and 10% by mass or less, when the total monomer units contained in the particulate polymer Y is taken as 100% by mass. If the content ratio of the hydrophilic group-containing monomer unit in the particulate polymer Y is within the above-mentioned predetermined range, the dispersibility of the slurry composition and the adhesiveness and flexibility of the electrode mixture layer to be formed can be further improved.
- the particulate polymer Y contains both an acidic group-containing monomer unit (such as a carboxylic acid-containing monomer unit, a sulfonic acid-containing monomer unit, and a phosphoric acid-containing monomer unit) and a hydroxyl group-containing monomer unit as a hydrophilic group-containing monomer unit
- the content ratio of the hydrophilic group-containing monomer unit in the particulate polymer Y is more preferably 2% by mass or more, more preferably 3% by mass or more, more preferably 5% by mass or less, and even more preferably 4% by mass or less, when the total monomer units contained in the particulate polymer Y are taken as 100% by mass.
- the dispersibility of the slurry composition and the adhesiveness and flexibility of the electrode mixture layer formed can be further improved.
- the content ratio of the acidic group-containing monomer unit in the particulate polymer Y is preferably 0.5% by mass or more, more preferably 1% by mass or more, even more preferably 1.5% by mass or more, preferably 5% by mass or less, more preferably 3% by mass or less, and even more preferably 2.5% by mass or less, when the total monomer units contained in the particulate polymer Y are taken as 100% by mass.
- the content ratio of the acidic group-containing monomer unit in the particulate polymer Y is equal to or more than the above lower limit, the dispersibility of the slurry composition and the adhesiveness of the electrode mixture layer to be formed can be further improved.
- the content ratio of the acidic group-containing monomer unit in the particulate polymer Y is equal to or less than the above upper limit, the flexibility of the electrode mixture layer to be formed can be sufficiently high.
- the content ratio of the hydroxyl group-containing monomer unit in the particulate polymer Y is preferably 0.5% by mass or more, more preferably 1% by mass or more, more preferably 5% by mass or less, more preferably 2% by mass or less, and even more preferably 1.5% by mass or less, when the total monomer units contained in the particulate polymer Y are taken as 100% by mass. If the content ratio of the acidic group-containing monomer unit in the particulate polymer Y is equal to or more than the above lower limit, the flexibility of the electrode mixture layer formed can be further improved.
- the dispersibility of the slurry composition and the adhesiveness of the electrode mixture layer formed can be sufficiently high.
- the particulate polymer Y containing a hydrophilic group for example, it is preferable to use a hydrophilic group-containing acrylic polymer or a hydrophilic group-containing conjugated diene polymer, and from the viewpoint of ensuring sufficiently high cycle characteristics of the secondary battery, it is more preferable to use a hydrophilic group-containing acrylic polymer.
- the hydrophilic group-containing acrylic polymer is a copolymer containing at least a (meth)acrylic acid ester monomer unit in addition to the above-mentioned hydrophilic group-containing monomer unit.
- the hydrophilic group-containing acrylic polymer preferably further contains a nitrile group-containing monomer unit or an aromatic vinyl monomer unit.
- the hydrophilic group-containing acrylic polymer may further contain a monomer unit other than the hydrophilic group-containing monomer unit, the (meth)acrylic acid ester monomer unit, the nitrile group-containing monomer unit, and the aromatic vinyl monomer unit.
- the content ratio of the hydrophilic group-containing monomer unit in the hydrophilic group-containing acrylic polymer can be set to the same range as the preferred range of the content ratio of the hydrophilic group-containing monomer unit in the polymer described above.
- (meth)acrylic acid ester monomer capable of forming the (meth)acrylic acid ester monomer unit in the hydrophilic group-containing acrylic polymer
- (meth)acrylic acid alkyl esters such as methyl acrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, 2-ethylhexyl acrylate, etc. These may be used alone or in any combination of two or more kinds in any ratio.
- “(meth)acrylic” means acrylic and/or methacrylic.
- the content of (meth)acrylic acid ester monomer units in the hydrophilic group-containing acrylic polymer is preferably 50% by mass or more, more preferably 60% by mass or more, even more preferably 70% by mass or more, preferably 90% by mass or less, more preferably 85% by mass or less, and even more preferably 80% by mass or less, when the total monomer units contained in the hydrophilic group-containing acrylic polymer is taken as 100% by mass. If the content of (meth)acrylic acid ester monomer units in the hydrophilic group-containing acrylic polymer is within the above-mentioned specified range, the adhesion and flexibility of the electrode mixture layer to be formed can be further improved.
- the nitrile group-containing monomer capable of forming the nitrile group-containing monomer unit in the hydrophilic group-containing acrylic polymer the above-mentioned nitrile group-containing monomer capable of being used to form polymer X can be used.
- the content of the nitrile group-containing monomer units in the hydrophilic group-containing acrylic polymer is preferably 5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, even more preferably 17% by mass or more, preferably 40% by mass or less, more preferably 35% by mass or less, and even more preferably 26% by mass or less, when the total monomer units contained in the hydrophilic group-containing acrylic polymer is taken as 100% by mass. If the content of the nitrile group-containing monomer units in the hydrophilic group-containing acrylic polymer is within the above-mentioned specified range, the adhesion and flexibility of the electrode mixture layer to be formed can be further improved.
- aromatic vinyl monomer capable of forming the aromatic vinyl monomer unit in the hydrophilic group-containing acrylic polymer
- aromatic vinyl monomers described below in the section "hydrophilic group-containing conjugated diene polymer" can be used.
- the content of aromatic vinyl monomer units in the hydrophilic group-containing acrylic polymer is preferably 5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, even more preferably 17% by mass or more, preferably 40% by mass or less, more preferably 35% by mass or less, and even more preferably 25% by mass or less, when the total monomer units contained in the hydrophilic group-containing acrylic polymer is taken as 100% by mass.
- the hydrophilic group-containing conjugated diene polymer is a copolymer containing conjugated diene monomer units in addition to the above-mentioned hydrophilic group-containing monomer units.
- conjugated diene polymer examples include, but are not limited to, hydrophilic group-containing monomer units such as hydrophilic group-containing styrene-butadiene copolymer (hydrophilic group-containing SBR), copolymers containing aromatic vinyl monomer units and aliphatic conjugated diene monomer units, hydrophilic group-containing butadiene rubber (hydrophilic group-containing BR) (copolymers containing hydrophilic group-containing monomer units and butadiene units), hydrophilic group-containing acrylic rubber (hydrophilic group-containing NBR) (copolymers containing hydrophilic group-containing monomer units, acrylonitrile units and butadiene units), and hydrogenated products thereof.
- hydrophilic group-containing monomer units such as hydrophilic group-containing styrene-butadiene copolymer (hydrophilic group-containing SBR), copolymers containing aromatic vinyl monomer units and aliphatic conjugated diene monomer units, hydrophilic group
- a copolymer containing a hydrophilic group-containing monomer unit, an aromatic vinyl monomer unit, and an aliphatic conjugated diene monomer unit such as a hydrophilic group-containing styrene-butadiene copolymer (hydrophilic group-containing SBR).
- the content ratio of the hydrophilic group-containing monomer unit in the hydrophilic group-containing conjugated diene polymer can be in the same range as the preferred range of the content ratio of the hydrophilic group-containing monomer unit in the polymer described above.
- Conjugated diene monomer units that can form the conjugated diene monomer units in the hydrophilic group-containing conjugated diene polymer include conjugated diene compounds such as 1,3-butadiene, isoprene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, and 1,3-pentadiene. These may be used alone or in any combination of two or more in any ratio. Of these, 1,3-butadiene is preferred.
- the content of the conjugated diene monomer units in the hydrophilic group-containing conjugated diene polymer is preferably 15% by mass or more, more preferably 20% by mass or more, even more preferably 25% by mass or more, preferably 60% by mass or less, more preferably 50% by mass or less, and even more preferably 40% by mass or less, based on 100% by mass of all monomer units contained in the hydrophilic group-containing conjugated diene polymer. If the content of the conjugated diene monomer units in the hydrophilic group-containing conjugated diene polymer is within the above-mentioned specified range, the adhesion and flexibility of the electrode mixture layer formed can be further improved.
- Aromatic vinyl monomers that can form aromatic vinyl monomer units in hydrophilic group-containing conjugated diene polymers include styrene, ⁇ -methylstyrene, vinyltoluene, divinylbenzene, etc. These may be used alone or in any combination of two or more in any ratio. Of these, styrene is preferred.
- the content of aromatic vinyl monomer units in the hydrophilic group-containing conjugated diene polymer is preferably 30% by mass or more, more preferably 45% by mass or more, even more preferably 56% by mass or more, preferably 80% by mass or less, more preferably 75% by mass or less, and even more preferably 71% by mass or less, based on 100% by mass of all monomer units contained in the hydrophilic group-containing conjugated diene polymer. If the content of aromatic vinyl monomer units in the hydrophilic group-containing conjugated diene polymer is within the above-mentioned specified range, the adhesion and flexibility of the electrode mixture layer formed can be further improved.
- the polymerization mode of the particulate polymer A is not particularly limited, and any method such as solution polymerization, suspension polymerization, bulk polymerization, emulsion polymerization, etc. may be used.
- addition polymerization such as ion polymerization, radical polymerization, living radical polymerization, etc. may be used.
- emulsifier, dispersant, polymerization initiator, chain transfer agent, etc. that can be used in polymerization, those that are generally used may be used, and the amount of each of them may be the amount generally used.
- the content of the particulate polymer Y in the slurry composition can be appropriately adjusted within a range in which the desired effects of the present invention can be obtained, but for example, when the total solid content contained in the slurry composition is 100 mass%, it is preferably 0.1 mass% or more and 5 mass% or less, more preferably 0.1 mass% or more and 3 mass% or less, and even more preferably 0.1 mass% or more and 2 mass% or less. If the content of the particulate polymer Y in the slurry composition is equal to or more than the above lower limit, the dispersibility of the slurry composition and the adhesiveness and flexibility of the electrode mixture layer can be further improved. On the other hand, if the content of the polymer Y in the slurry composition is equal to or less than the above upper limit, the internal resistance of the secondary battery can be reduced.
- the conductive material is a component having the function of ensuring electrical contact between the electrode active materials in the electrode mixture layer.
- As the conductive material it is preferable to use at least carbon nanotubes, and it is more preferable to use carbon nanotubes and particulate conductive material in combination.
- the internal resistance of the secondary battery can be reduced.
- the internal resistance of the secondary battery can be reduced while the flexibility of the electrode mixture layer can be further improved.
- the conductive material may be a conductive material other than carbon nanotubes and particulate conductive materials (other conductive materials).
- a fibrous conductive material other than carbon nanotubes may be used as the conductive material.
- Carbon nanotubes can reduce the internal resistance of a secondary battery by forming a conductive path in the electrode mixture layer, and can also improve the cycle characteristics and low-temperature characteristics of the secondary battery.
- the carbon nanotube is not particularly limited as long as it is a carbon nanotube (hereinafter, sometimes abbreviated as "CNT") that can obtain the desired effect of the present invention.
- Carbon nanotubes include single-walled (SW) carbon nanotubes and multi-walled (MW) carbon nanotubes, depending on the type of layer.
- Carbon nanotubes that can be used as the conductive material may be single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, or a combination thereof.
- the average number of layers of the CNT is preferably 10 or less, more preferably 9 or less, even more preferably 8 or less, still more preferably 2 or less, and even more preferably 1.5 or less. If the average number of layers of the CNT is equal to or less than the above upper limit, the cycle characteristics of the secondary battery can be further improved.
- the lower limit of the average number of walls of the CNT is not particularly limited, and is usually 1 or more.
- the average diameter of the CNTs is preferably 0.5 nm or more, more preferably 1 nm or more, even more preferably 1.5 nm or more, even more preferably 2 nm or more, even more preferably 2.5 nm or more, preferably 20 nm or less, more preferably 12 nm or less, even more preferably 8 nm or less, even more preferably 6 nm or less, and even more preferably 4 nm or less. If the average diameter of the CNTs is equal to or greater than the lower limit, the aggregation of the CNTs can be sufficiently suppressed, and the dispersibility of the CNTs as a conductive material can be sufficiently ensured.
- the average diameter of the CNTs is equal to or less than the upper limit, a good conductive path can be formed in the electrode mixture layer, the internal resistance of the secondary battery can be further reduced, and the cycle characteristics of the secondary battery can be further improved.
- the ratio of the G band peak intensity to the D band peak intensity in the Raman spectrum of the CNT is preferably 0.6 or more, more preferably 1.2 or more, even more preferably 2.1 or more, even more preferably 3.0 or more, and even more preferably 3.6 or more. If the G/D ratio of the CNT is equal to or higher than the lower limit, the cycle characteristics of the secondary battery can be further improved.
- the upper limit of the G/D ratio of the CNT is not particularly limited, but is, for example, 200 or less.
- the BET specific surface area of the CNT is preferably 100 m2/g or more, more preferably 200 m2/g or more, and even more preferably 250 m2/g or more, and is preferably 1200 m2 /g or less, more preferably 1100 m2/g or less, and even more preferably 1000 m2 /g or less. If the BET specific surface area of the CNT is within the above-mentioned range, the internal resistance of the secondary battery can be further reduced.
- the "BET specific surface area" of CNT refers to the nitrogen adsorption specific surface area measured using the BET method.
- CNTs having the above-mentioned properties can be produced using known methods such as the arc discharge method, the laser ablation method, and the super growth method, without any particular limitation.
- the content of CNT in the slurry composition can be appropriately adjusted within a range in which the desired effect of the present invention can be obtained, but for example, when the total solid content contained in the slurry composition is 100 mass%, it is preferably 0.01 mass% or more and 0.5 mass% or less. If the content of CNT in the slurry composition is equal to or more than the above lower limit, the internal resistance of the secondary battery can be further reduced. On the other hand, if the content of CNT in the slurry composition is equal to or less than the above upper limit, the flexibility of the electrode mixture layer can be sufficiently high.
- the particulate conductive material is a component that can function as a conductive material in the electrode mixture layer and can improve the flexibility of the electrode mixture layer.
- the particulate conductive material is not particularly limited as long as it is a conductive material having a shape other than a fiber shape (e.g., a spherical shape, a plate shape, etc.), and examples thereof include carbon black (e.g., acetylene black, Ketjen Black (registered trademark), Furnest Black, etc.), graphene, etc. Note that these particulate conductive materials may be used alone or in combination of two or more kinds in any ratio.
- the content of the particulate conductive material in the slurry composition can be appropriately adjusted within a range in which the desired effect of the present invention can be obtained, but for example, it is preferable to set it to 0.1% by mass or more and 5% by mass or less when the total solid content contained in the slurry composition is 100% by mass. If the content of the particulate conductive material in the slurry composition is equal to or more than the above lower limit, the flexibility of the electrode mixture layer can be further improved. On the other hand, if the content of the particulate conductive material in the slurry composition is equal to or less than the above upper limit, the adhesion of the electrode mixture layer can be sufficiently high.
- the mixing ratio of CNT and particulate conductive material is not particularly limited, but for example, the ratio of the CNT content in the total content of CNT and particulate conductive material in the slurry composition is preferably 1% by mass or more, more preferably 2% by mass or more, even more preferably 3% by mass or more, preferably 30% by mass or less, more preferably 20% by mass or less, and even more preferably 10% by mass or less. If the ratio of the CNT content in the total content of CNT and particulate conductive material is the above lower limit or more, the internal resistance of the secondary battery can be further reduced. On the other hand, if the ratio of the CNT content in the total content of CNT and particulate conductive material is the above upper limit or less, the flexibility of the electrode mixture layer can be further improved.
- the slurry composition of the present invention usually contains a dispersion medium such as water. At least a part of the dispersion medium of the slurry composition of the present invention can be, for example, a solvent such as water contained in the binder composition used in preparing the slurry composition.
- the slurry composition of the present invention may further contain other components in addition to the above-mentioned components.
- the other components for example, the same components as those that can be contained in the above-mentioned binder composition can be used.
- the slurry composition of the present invention may further contain a dispersant as another component.
- a dispersant carboxymethyl cellulose and its salts; aromatic sulfonic acid-formalin condensates such as ⁇ -naphthalenesulfonic acid-formalin condensates and their salts; and the like can be used.
- aromatic sulfonic acid-formalin condensates and their salts from the viewpoint of further improving the adhesiveness of the electrode mixture layer, it is preferable to use aromatic sulfonic acid-formalin condensates and their salts, and it is more preferable to use ⁇ -naphthalenesulfonic acid-formalin condensate sodium salt.
- the content ratio of the aromatic sulfonic acid-formalin condensate and a salt thereof in the slurry composition can be, for example, 0.01 mass % or more and 0.5 mass % or less, when the total solid content contained in the slurry composition is 100 mass %.
- the slurry composition of the present invention is not particularly limited, but can be prepared, for example, by dispersing or dissolving each of the above-mentioned components in a dispersion medium.
- the slurry composition can be prepared by mixing each of the above-mentioned components with a dispersion medium using a mixer such as a ball mill, a sand mill, a bead mill, a pigment disperser, a crusher, an ultrasonic disperser, a homogenizer, a planetary mixer, or a film mix.
- water is usually used as the dispersion medium, but an aqueous solution of any compound or a mixed solution of a small amount of an organic medium and water may also be used.
- a dispersion liquid in which the CNT and the conductive material such as the particulate conductive material are dispersed in a dispersion medium such as water in advance may be prepared, and the obtained dispersion liquid may then be mixed with other components such as the electrode active material, polymer X, and particulate polymer Y.
- the electrode of the present invention includes an electrode mixture layer formed using the above-mentioned slurry composition of the present invention, and usually has a structure in which the electrode mixture layer is formed on a current collector.
- the electrode mixture layer contains at least an electrode active material and a polymer X, and optionally further contains a particulate polymer Y, a conductive material, and the like.
- Each component, such as the electrode active material, polymer X, particulate polymer Y, and conductive material, contained in the electrode mixture layer is the same as that contained in the above-mentioned slurry composition, and the suitable content ratio of each component is the same as the suitable content ratio of each component when the total solid content contained in the slurry composition is taken as 100 mass %.
- the suitable ratio of the CNT content to the total content of the CNT and the particulate conductive material that can be contained in the electrode mixture layer is the same as the suitable ratio of the CNT content to the total content of the CNT and the particulate conductive material that can be contained in the slurry composition described above.
- the electrode of the present invention may further include a conductive adhesive layer between the current collector and the electrode mixture layer, the conductive adhesive layer including at least a conductive material and an adhesive.
- the electrode mixture layer of the electrode of the present invention is formed using the slurry composition of the present invention, and therefore can exhibit excellent adhesion and flexibility.
- the electrode mixture layer of the electrode of the present invention has a uniform structure because it is formed using the slurry composition of the present invention, which has excellent dispersibility.
- the electrode mixture layer of the electrode of the present invention is also excellent in flexibility, so that, for example, when the electrode is rolled or folded according to the shape of the secondary battery during the manufacture of the secondary battery, the occurrence of cracks can be suppressed. Therefore, the electrode of the present invention has a uniform structure and is provided with an electrode mixture layer with few cracks, so that the internal resistance of the secondary battery can be reduced.
- the current collector is made of a material that is electrically conductive and electrochemically durable.
- the current collector may be made of a metal material such as iron, copper, aluminum, nickel, stainless steel, titanium, tantalum, gold, or platinum. These materials may be used alone or in combination of two or more in any ratio.
- a current collector with a conductive adhesive layer formed on a current collector substrate can be used as the current collector.
- a current collector substrate for example, a current collector made of the above-mentioned metal material can be used.
- the method for forming the conductive adhesive layer on the collector substrate is not particularly limited.
- a slurry composition also referred to as "conductive adhesive” in which at least a conductive material and an adhesive are dispersed or dissolved in a dispersion medium or solvent such as water, and optionally a dispersant is further dispersed or dissolved, is applied onto the collector substrate, and then dried to form the conductive adhesive layer.
- the conductive material is not particularly limited, and for example, the conductive material that can be contained in the above-mentioned slurry composition can be used.
- the adhesive is not particularly limited, and the particulate polymer Y that can be contained in the above-mentioned slurry composition can be used.
- the dispersant is not particularly limited, and for example, a known dispersant such as carboxymethyl cellulose and its salt can be used.
- the method for applying the conductive adhesive onto the collector substrate and the method for drying the applied conductive adhesive are not particularly limited, and any known method can be used.
- the electrode mixture layer is formed, for example, through a step of applying a slurry composition onto a current collector (application step) and a step of drying the slurry composition applied onto the current collector (drying step).
- the method of applying the slurry composition onto the current collector is not particularly limited, and any known method can be used.
- the application method can be 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.
- 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 composition 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.
- the method for drying the slurry composition applied onto the current collector is not particularly limited and may be any known method, such as drying with warm air, hot air, or low-humidity air, vacuum drying, or drying by irradiation with infrared rays or electron beams, etc.
- an electrode mixture layer can be formed on the current collector, and an electrode having the current collector and the electrode mixture layer can be obtained.
- the electrode mixture layer may be subjected to a pressure treatment using a mold press or a roll press, etc. The pressure treatment can improve the peel strength of the electrode.
- the secondary battery of the present invention includes the electrode of the present invention described above.
- the secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolyte, and at least one of the positive electrode and the negative electrode is the electrode of the present invention described above. That is, in the secondary battery of the present invention, the positive electrode may be the electrode of the present invention and the negative electrode may be a known negative electrode, the negative electrode may be the electrode of the present invention and the positive electrode may be a known positive electrode, or both the positive electrode and the negative electrode may be the electrode of the present invention.
- the positive electrode of the secondary battery of the present invention is the electrode of the present invention.
- the secondary battery of the present invention has a reduced internal resistance since it includes the electrode of the present invention described above.
- the nonaqueous secondary battery is a lithium ion secondary battery will be described as an example, but the present invention is not limited to the following example.
- the positive electrode is not particularly limited and may be the electrode of the present invention described above. That is, as the positive electrode, for example, a positive electrode including a positive electrode mixture layer formed from the slurry composition of the present invention and a current collector may be used. When the electrode of the present invention is not used as the positive electrode, a known positive electrode can be used as the positive electrode.
- the negative electrode is not particularly limited and may be the above-mentioned electrode of the present invention. That is, as the negative electrode, for example, a negative electrode including a negative electrode mixture layer formed from the slurry composition of the present invention and a current collector can be used. When the electrode of the present invention is not used as the negative electrode, a known negative electrode can be used as the negative electrode.
- the separator is not particularly limited, and examples thereof include microporous films using polyolefin-based (polyethylene, polypropylene, polybutene, polyvinyl chloride) resins, microporous films using polyethylene terephthalate, polycycloolefin, polyethersulfone, polyamide, polyimide, polyimideamide, polyaramid, polycycloolefin, nylon, polytetrafluoroethylene, etc. resins, woven or nonwoven fabrics using polyolefin-based fibers, aggregates of particles made of insulating materials, etc.
- polyolefin-based polyethylene, polypropylene, polybutene, polyvinyl chloride
- microporous films using polyethylene terephthalate, polycycloolefin, polyethersulfone, polyamide, polyimide, polyimideamide, polyaramid, polycycloolefin, nylon, polytetrafluoroethylene, etc. resins, woven or nonwoven fabrics
- microporous films using polyolefin-based (polyethylene, polypropylene, polybutene, polyvinyl chloride) resins are preferred because they can reduce the overall thickness of the separator, thereby increasing the ratio of the electrode mixture layer in the secondary battery and increasing the capacity per volume.
- the electrolytic solution may be one in which an electrolyte is dissolved in a solvent.
- a solvent an organic solvent capable of dissolving the electrolyte can be used.
- carbonates such as dimethyl carbonate (DMC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), ethyl methyl carbonate (EMC), etc.
- esters such as ⁇ -butyrolactone and methyl formate
- ethers such as 1,2-dimethoxyethane and tetrahydrofuran
- sulfur-containing compounds such as sulfolane and dimethyl sulfoxide; and the like are preferably used.
- Lithium salts can be used as the electrolyte.
- compounds described in JP-A-2012-204303 can be used as the lithium salt.
- LiPF 6 , LiClO 4 , and CF 3 SO 3 Li are preferred as the electrolyte, since they are easily dissolved in organic solvents and show a high degree of dissociation.
- one type of electrolyte may be used alone, or two or more types may be used in combination at any ratio.
- the lithium ion conductivity tends to be higher as the supporting electrolyte with a higher degree of dissociation is used, so the lithium ion conductivity can be adjusted by the type of supporting electrolyte.
- the secondary battery of the present invention can be manufactured by using a known assembly method without any particular limitation.
- the secondary battery of the present invention can be manufactured, for example, by winding or folding the negative electrode, positive electrode, and separator obtained above into a battery shape as necessary, placing them in a battery container, injecting an electrolyte into the battery container, and sealing it.
- a fuse in order to prevent an increase in the internal pressure of the secondary battery, overcharging and discharging, etc., a fuse, an overcurrent prevention element such as a PTC element, an expanded metal, a lead plate, etc. may be provided as necessary.
- the shape of the secondary battery may be, for example, any of a coin type, a button type, a sheet type, a cylindrical type, a square type, a flat type, etc.
- the battery components of the secondary battery such as a positive electrode, a negative electrode, and a separator, are usually arranged such that the positive electrode is in contact with one side of the separator and the negative electrode is in contact with the other side of the separator. More specifically, the positive electrode mixture layer is in contact with one side of the separator and the negative electrode mixture layer is in contact with the other side of the separator.
- the weight average molecular weight (Mw) and number average molecular weight (Mn) of the obtained polymer X were measured by gel permeation chromatography (GPC), and the molecular weight distribution (Mw/Mn) was calculated.
- the eluent 0.1 M Tris buffer (pH 9, 0.1 M KCl)
- the eluent was prepared as follows. 1) 0.8 L of ultrapure water was prepared, and 12.11 g of trishydroxymethylaminomethane and 7.46 g of potassium chloride were dissolved in it. 2) 0.1 M hydrochloric acid was added dropwise to adjust the pH to 9.
- the solution was diluted with ultrapure water until the volume of the solution reached 1 L in a measuring flask.
- the sample preparation was carried out as follows. First, polymer X was added to 5 mL of the eluent so that the solid content concentration was 0.05 wt %, and a stirrer was placed in the solution, followed by stirring at 300 rpm for 30 minutes using a magnetic stirrer at 25° C. The resulting solution was filtered through a 0.45 ⁇ m membrane filter to prepare a measurement sample.
- the GPC measurement conditions were as follows: Apparatus: Agilent 1260 Infinity II HPLC (Agilent Technologies, Inc.) Column: TSKgel GMPWXL 13 ⁇ m 300 mm ⁇ 7.8 mm Eluent: 0.1M Tris buffer (pH 9, 0.1M KCl) Flow rate: 0.7 mL/min Detector: 1260 Infinity II RI detector (Agilent Technologies, Inc.) Column temperature: 40°C Injection volume: 200 ⁇ L Molecular weight standards: standard polyethylene oxide (PEO) Sample concentration: 0.05% by mass (solid content concentration)
- ⁇ Volume average particle diameter D50 of particulate polymer Y> For each of the particulate polymers produced in the Examples and Comparative Examples, the particle size distribution (volume basis) of an aqueous dispersion adjusted to a solid content concentration of 0.1% by mass was measured using a laser diffraction particle size distribution measuring device (manufactured by Beckman Coulter, Inc., product name "LS-230"), and the particle size ( ⁇ m) at which the cumulative volume calculated from the small diameter side becomes 50% was determined as the volume average particle size D50 of the particulate polymer.
- LS-230 laser diffraction particle size distribution measuring device
- the viscosity of the positive electrode slurry composition was measured in accordance with JIS Z8803:1991 using a single cylindrical rotational viscometer (Brookfield B type viscometer) under conditions of a rotation speed of 60 rpm and a temperature of 25°C, and was confirmed to be within the range of 1000 mPa ⁇ s to 2000 mPa ⁇ s. From the solid content concentration value of the positive electrode slurry composition having a viscosity within the above range, the dispersibility of the positive electrode slurry composition was evaluated according to the following criteria.
- Solid content concentration is 52% or more.
- Solid content concentration is 50% or more and less than 52%.
- C Solid content concentration is 48% or more and less than 50%.
- D Solid content concentration is less than 48% or not dispersed (no fluidity).
- a lithium ion secondary battery positive electrode was cut into a rectangle of 1.0 cm wide x 10 cm long to prepare a test piece.
- Cellophane tape (specified in JIS Z1522) was attached to the surface of the positive electrode composite layer side of this test piece, and the stress was measured when the cellophane tape was peeled off from one end of the test piece in a 90° direction at a speed of 50 mm/min. The measurement was performed three times in total, and the average value was calculated as the peel strength (N/m) and evaluated according to the following criteria. The higher the peel strength, the better the adhesiveness of the positive electrode composite layer and the stronger the adhesion to the current collector.
- a + Peel strength is 25 N/m or more.
- SUS cylindrical rods of different diameters were placed on the positive electrode composite layer side of the positive electrode for lithium ion secondary battery, and the positive electrode was wrapped around the cylindrical rod to visually evaluate whether the positive electrode composite layer cracked.
- B Breaks at 5 cm ⁇ , but does not break at 7.5 cm ⁇ and 10.0 cm ⁇ .
- C Breaks at 5 cm ⁇ and 7.5 cm ⁇ , but does not break at 10.0 cm ⁇ .
- D Breaks at any of 5 cm ⁇ , 7.5 cm ⁇ , and 10.0 cm ⁇ .
- Example 1-1 to Comparative Example 1-5 The lithium ion secondary battery was charged to 50% of SOC (State Of Charge, charging depth) at 1C (C is a value expressed as rated capacity (mA)/1 hour (h)) in a 25°C atmosphere. Thereafter, in a 25°C environment, charging and discharging were performed for 20 seconds at 0.2C, 0.5C, 1.0C, 2.0C, and 3.0C, with 50% of SOC as the center, and the battery voltage after 20 seconds in each case (charging side and discharging side) was plotted against the current value, and the slope was obtained as IV resistance ( ⁇ ) (IV resistance during charging and IV resistance during discharging). The obtained IV resistance value ( ⁇ ) was evaluated according to the following criteria.
- IV resistance is less than 8 ⁇ .
- B IV resistance is 8 ⁇ or more but less than 10 ⁇ .
- C IV resistance is 10 ⁇ or more but less than 12 ⁇ .
- D IV resistance is 12 ⁇ or more.
- Example 2-1 to Comparative Example 2-1 The lithium ion secondary batteries prepared in Example 2-1 to Comparative Example 2-1 were left to stand at 25°C for 5 hours after injecting the electrolyte. Next, the batteries were charged to 20% SOC (State Of Charge, charging depth) at 25°C and 0.1C constant current, and then aged at 60°C for 12 hours. Then, the batteries were discharged to a cell voltage of 2.6V at 25°C and 0.2C constant current. Then, the batteries were CC-CV charged (upper limit cell voltage 3.6V) at a constant current of 0.2C, and CC discharged to a cell voltage of 2.6V at a constant current of 0.2C. This charge and discharge at 0.2C was repeated three times.
- SOC State Of Charge, charging depth
- the third discharge capacity at 0.2C was taken as the initial capacity CX. Then, the batteries were CC-CV charged (upper limit cell voltage 3.6V) at a constant current of 0.2C, and CC discharged to a cell voltage of 2.6V at a constant current of 2.0C, and the discharge capacity at this time was taken as CY.
- the 2.0C/0.2C discharge capacity retention rate expressed as (CY/CX) ⁇ 100(%), was determined and evaluated according to the following criteria. A higher discharge capacity retention rate indicates better output characteristics of the lithium ion secondary battery.
- Example 1-1 ⁇ Preparation of Binder Composition (Aqueous Solution of Polymer X)> 770 parts of ion-exchanged water was placed in a 10 L flask with a septum, heated to a temperature of 40° C., and the inside of the flask was replaced with nitrogen gas at a flow rate of 100 mL/min.
- a hydrophilic group-containing acrylic polymer as particulate polymer Y was prepared as follows. Into a 1 L flask (reaction vessel) equipped with a stirrer and equipped with a septum, 90 parts of ion-exchanged water and 0.5 parts of sodium lauryl sulfate as an emulsifier were added, the gas phase was replaced with nitrogen gas, and the temperature was raised to 60° C., after which 0.3 parts of ammonium persulfate (APS) as a polymerization initiator was dissolved in 20.0 parts of ion-exchanged water and added.
- APS ammonium persulfate
- a separate container emulsion container
- ⁇ -HEA 2-hydroxyethyl acrylate
- This monomer composition was continuously added to the 1 L flask equipped with a septum over a period of 3 hours to carry out polymerization. During the addition, the reaction was carried out at 60°C. After completion of the addition, the mixture was further stirred at 80°C for 2 hours. A 5% aqueous sodium hydroxide solution was added to the aqueous dispersion containing the polymer obtained above to adjust the pH to 8, thereby obtaining an aqueous dispersion of particulate polymer Y (a hydrophilic group-containing acrylic polymer). The obtained particulate polymer Y was water-insoluble according to the definition of this specification. The volume average particle diameter of particulate polymer Y was measured according to the above. As a result, the volume average particle diameter was 135 nm.
- Acetylene Black Dispersion 4.4 parts of acetylene black as a conductive material, 0.6 parts (solid content equivalent) of carboxymethyl cellulose (Daicel 1220, manufactured by Daicel Corporation), and 95 parts of ion-exchanged water were stirred using a disper (3,000 rpm, 60 minutes) to prepare an acetylene black dispersion having a solid content concentration of 5 mass%.
- ⁇ Preparation of Positive Electrode Slurry Composition 95.6 parts of olivine-type lithium iron phosphate ( LiFePO4 ) (average particle size: 1 ⁇ m) as a positive electrode active material, 0.9 parts (corresponding to solid content) of an aqueous solution of polymer X as a binder composition, and ion-exchanged water were added, the solid content was adjusted to 78%, and the mixture was mixed with a planetary mixer (60 rpm, 50 minutes). Next, the acetylene black dispersion was added so that the amount of acetylene black added was 1.9 parts, and mixed with a planetary mixer (60 rpm, 10 minutes).
- LiFePO4 olivine-type lithium iron phosphate
- the CNT dispersion was added so that the amount of carbon nanotubes added was 0.1 parts, and mixed with a planetary mixer (60 rpm, 10 minutes).
- 1.5 parts (solid content equivalent) of the aqueous dispersion of particulate polymer Y was added, and mixed with a planetary mixer (40 rpm, 10 minutes) to prepare a positive electrode slurry composition.
- water was added so that the viscosity of the resulting positive electrode slurry composition (measured with a single cylindrical rotational viscometer (Brookfield B type viscometer) in accordance with JIS Z8803:1991.
- the conductive adhesive was applied onto an aluminum foil as a current collector substrate using a casting method with a roll bar at a forming speed of 20 m/min, and then dried at 80° C. to form a conductive adhesive layer having a thickness of 1 ⁇ m. In this way, a current collector with a conductive adhesive layer was obtained, in which the conductive adhesive layer was formed on the current collector substrate.
- the slurry composition for positive electrode obtained as described above was applied to the conductive adhesive layer side of the current collector with the conductive adhesive layer by a comma coater so that the weight per unit area after drying was 22 mg/ cm2 , and the composition was dried at 90°C for 20 minutes and then at 120°C for 20 minutes, and then heated at 60°C for 10 hours to obtain a positive electrode raw sheet.
- the positive electrode raw sheet was rolled by a roll press to produce a sheet-shaped positive electrode consisting of a positive electrode mixture layer having a density of 2.5 g/ cm3 , a conductive adhesive layer, and aluminum foil.
- the sheet-shaped positive electrode was then cut to a width of 48.0 mm and a length of 47 cm to obtain a positive electrode for a lithium ion secondary battery.
- the positive electrode for lithium ion secondary batteries thus obtained was used to evaluate the adhesion and flexibility of the positive electrode mixture layer. The results are shown in Table 1.
- the mixture was then diluted with ion-exchanged water to a solid content concentration of 60%, and then kneaded for 60 minutes at a rotation speed of 45 rpm. Then, 1.5 parts of the aqueous dispersion of particulate polymer as a negative electrode binder obtained as described above was added in solid content equivalent, and kneaded for 40 minutes at a rotation speed of 40 rpm. Then, ion-exchanged water was added to the mixture so that the viscosity was 3000 ⁇ 500 mPa ⁇ s (measured with a B-type viscometer at 25°C and 60 rpm), to prepare a negative electrode slurry composition.
- the above-mentioned negative electrode slurry composition was applied to the surface of a 15 ⁇ m-thick copper foil current collector using a comma coater in an amount of 10 ⁇ 0.5 mg/cm 2. Thereafter, the copper foil to which the negative electrode slurry composition was applied was transported at a speed of 400 mm/min through an oven at a temperature of 80° C. for 2 minutes and then through an oven at a temperature of 110° C. for 2 minutes, thereby drying the negative electrode slurry composition on the copper foil and obtaining a negative electrode raw sheet in which a negative electrode composite layer was formed on the current collector.
- This negative electrode raw sheet was rolled by a roll press to produce a sheet-shaped negative electrode consisting of a negative electrode composite layer having a density of 1.6 g/ cm3 and copper foil.
- the sheet-shaped negative electrode was then cut to a width of 50.0 mm and a length of 52 cm to prepare a negative electrode for a lithium ion secondary battery.
- the positive electrode for lithium ion secondary battery and the negative electrode for lithium ion secondary battery thus prepared were arranged so that the electrode mixture layers faced each other, and a separator (a microporous film made of polyethylene) having a thickness of 15 ⁇ m was interposed between them, and the electrodes were wound using a core having a diameter of 20 mm to obtain a wound body.
- the wound body thus obtained was then compressed in one direction at a speed of 10 mm/sec until the thickness became 4.5 mm.
- the wound body after compression had an elliptical shape in a plan view, and the ratio of the major axis to the minor axis (major axis/minor axis) was 7.7.
- additive containing 2 vol% vinylene carbonate (solvent ratio)
- This lithium ion secondary battery was a pouch-shaped battery with a width of 35 mm, a height of 60 mm, and a thickness of 5 mm, and had a nominal capacity of 700 mAh.
- the internal resistance of the resulting lithium ion secondary battery was evaluated, and the results are shown in Table 1.
- Example 1-2 Except for the preparation of particulate polymer Y as described below, the preparation of binder composition (aqueous solution of polymer X), the preparation of particulate polymer Y, the preparation of CNT dispersion, the preparation of acetylene black dispersion, the preparation of a positive electrode slurry composition, the preparation of a collector with a conductive adhesive layer, the preparation of a positive electrode for a lithium ion secondary battery, the preparation of a negative electrode for a lithium ion secondary battery, and the preparation of a lithium ion secondary battery were carried out in the same manner as in Example 1-1, and various measurements and evaluations were carried out. The results are shown in Table 1.
- a hydrophilic group-containing styrene-butadiene copolymer (hydrophilic group-containing SBR) was prepared as particulate polymer Y in the following manner.
- a 5 MPa pressure vessel equipped with a stirrer was charged with 63 parts of styrene as an aromatic vinyl monomer, 34 parts of 1,3-butadiene as a conjugated diene monomer, 2 parts of itaconic acid as a carboxylic acid group-containing monomer, 1 part of 2-hydroxyethyl acrylate as a hydroxyl group-containing monomer, 0.3 parts of t-dodecyl mercaptan as a molecular weight regulator, 5 parts of sodium dodecylbenzenesulfonate as an emulsifier, 150 parts of ion-exchanged water as a solvent, and 1 part of potassium persulfate as a polymerization initiator, and the mixture was thoroughly stirred and
- the mixture was cooled to stop the reaction.
- a 5% aqueous sodium hydroxide solution was added to the aqueous dispersion containing the polymer thus obtained, and the pH was adjusted to 8. Thereafter, unreacted monomers were removed by heating under reduced pressure. Thereafter, the mixture was cooled to 30° C. or less to obtain an aqueous dispersion of hydrophilic group-containing SBR as particulate polymer Y.
- the particulate polymer Y thus obtained was water-insoluble as defined in this specification.
- the volume average particle diameter of the particulate polymer was measured as described above. As a result, the volume average particle diameter was 150 nm.
- Examples 1-3 to 1-9, Example 1-12, Comparative Examples 1-1 to 1-5) In preparing polymer X as a binder composition, the type and/or amount of monomer added was changed so that the composition of the obtained polymer X (content ratio of each monomer unit) was as shown in Tables 1 to 3, respectively, except that the binder composition (aqueous solution of polymer X), particulate polymer Y, CNT dispersion, acetylene black dispersion, positive electrode slurry composition, conductive adhesive layer-attached current collector, lithium ion secondary battery positive electrode, lithium ion secondary battery negative electrode, and lithium ion secondary battery were prepared in the same manner as in Example 1-1, and various measurements and evaluations were performed. The results are shown in Tables 1 to 3.
- Examples 1 to 10 In the preparation of the slurry composition for the positive electrode, except that the CNT dispersion was not added and the amount of acetylene black dispersion was changed so that the amount of acetylene black added was changed from 1.9 parts to 3.0 parts, the binder composition (aqueous solution of polymer X), the particulate polymer Y, the acetylene black dispersion, the slurry composition for the positive electrode, the conductive adhesive layer-attached current collector, the positive electrode for the lithium ion secondary battery, the negative electrode for the lithium ion secondary battery, and the lithium ion secondary battery were prepared in the same manner as in Example 1-1, and various measurements and evaluations were performed. The results are shown in Table 2.
- Examples 1 to 11 In preparing the slurry composition for the positive electrode, the amount of olivine-type lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) added as the positive electrode active material was changed from 94.8 parts to 96.2 parts, and the amount of acetylene black dispersion (amount equivalent to 1.9 parts of acetylene black) was not added, and the amount of carbon nanotubes added was changed from 0.1 parts to 0.5 parts.
- LiFePO 4 lithium iron phosphate
- the binder composition aqueous solution of polymer X
- particulate polymer Y particulate polymer Y
- CNT dispersion positive electrode slurry composition
- conductive adhesive layer-attached current collector lithium ion secondary battery positive electrode
- lithium ion secondary battery negative electrode lithium ion secondary battery negative electrode
- lithium ion secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1-1, and various measurements and evaluations were performed. The results are shown in Table 2.
- LFP stands for olivine-type lithium iron phosphate
- AA represents an acrylic acid unit
- AA2ME indicates a 2-methoxyethyl acrylate unit (acrylic acid-2-methoxyethyl unit)
- EA indicates an ethyl acrylate unit
- MA indicates a methyl acrylate unit
- AN indicates an acrylonitrile unit
- BA indicates n-butyl acrylate units (butyl acrylate units)
- ⁇ -HEA indicates a 2-hydroxyethyl acrylate unit
- HEMA indicates a 2-hydroxyethyl methacrylate unit
- ACR represents a hydrophilic group-containing acrylic polymer
- SBR refers to a hydrophilic group-containing styrene-butadiene copolymer
- CNT refers to carbon nanotubes
- AcB refers to acetylene black.
- Example 2-1 ⁇ Synthesis of Water-Soluble Polymer> (Example 2-1) The same operations, measurements, and evaluations as in Example 1-1 were carried out, except that the polymer X, particulate polymer Y, and positive electrode slurry composition prepared as described below were used. The results are shown in Table 4.
- Binder Composition (Aqueous Solution of Polymer X)> Ion-exchanged water and an 8% aqueous solution of sodium hydroxide were added to the acrylic acid monomer, and the mixture was neutralized to pH 8.0 to prepare an aqueous sodium acrylate solution (solid concentration: 3.0%). 680 parts of ion-exchanged water were charged into a 10 L flask with a septum, heated to a temperature of 55° C., and the atmosphere in the flask was replaced with nitrogen gas at a flow rate of 100 mL/min.
- the composition of the obtained water-soluble polymer was the same as the ratio (feed ratio) of each monomer to the total monomers used in the polymerization of the water-soluble polymer.
- the obtained water-soluble polymer was water-soluble according to the definition of this specification.
- a particulate polymer (hydrophilic group-containing acrylic polymer) serving as a binder was prepared according to the following procedure. Into a 1 L flask (reaction vessel) equipped with a stirrer and equipped with a septum, 90 parts of ion-exchanged water and 0.5 parts of sodium lauryl sulfate as an emulsifier were added, the gas phase was replaced with nitrogen gas, and the temperature was raised to 60° C., after which 0.3 parts of ammonium persulfate (APS) as a polymerization initiator was dissolved in 20.0 parts of ion-exchanged water and added.
- APS ammonium persulfate
- a separate vessel emulsion vessel
- 30 parts of ion-exchanged water, 0.5 parts of sodium lauryl sulfate as an emulsifier, 78.0 parts of butyl acrylate, 2.5 parts of itaconic acid, 1.0 part of 2-hydroxyethyl acrylate, and 18.5 parts of styrene were mixed to obtain a monomer composition.
- This monomer composition was continuously added to the 1 L flask equipped with a septum over a period of 3 hours to carry out polymerization. During the addition, the reaction was carried out at 60°C. After completion of the addition, the mixture was further stirred at 80°C for 2 hours to obtain an aqueous dispersion of a particulate polymer.
- the thus obtained aqueous dispersion of the particulate polymer was adjusted to pH 8 by adding an 8% aqueous sodium hydroxide solution to obtain an aqueous dispersion of the particulate polymer.
- the obtained particulate polymer was water-insoluble according to the definition of this specification.
- the volume average particle diameter of the particulate polymer was measured according to the above. As a result, the volume average particle diameter was 135 nm.
- ⁇ Preparation of Positive Electrode Slurry Composition 95.6 parts of olivine-type lithium iron phosphate (LiFePO4) (average particle size: 1 ⁇ m) as a positive electrode active material and 2.0 parts of acetylene black as a conductive assistant were mixed with a planetary mixer (15 rpm, 15 minutes). Then, 0.9 parts (solid content equivalent) of an aqueous solution of polymer X as a binder composition and ion-exchanged water were added, the solid content concentration was adjusted to 78%, and mixed with a planetary mixer (60 rpm, 50 minutes).
- LiFePO4 olivine-type lithium iron phosphate
- the viscosity of the obtained positive electrode slurry composition was measured (temperature: 25° C., rotation speed: 60 rpm) using a single cylindrical rotational viscometer (Brookfield B type viscometer) in accordance with JIS Z8803:1991.
- Example 2-2 The same operations, measurements and evaluations as in Example 2-1 were carried out except that the particulate polymer Y prepared in the same manner as in Example 1-2 was used. The results are shown in Table 4.
- Examples 2-3 to 2-10, 2-12, Comparative Example 2-1 In preparing polymer X as a binder composition, the same operations, measurements, and evaluations as in Example 2-1 were carried out, except that the type and/or amount of monomer added was changed so that the composition of the obtained polymer X (content ratio of each monomer unit) would be as shown in Tables 4 and 5, respectively. The results are shown in Tables 4 and 5.
- Example 2-11 In preparing the positive electrode slurry composition, the same operations, measurements, and evaluations as in Example 2-1 were carried out except that the following procedures were followed. The results are shown in Tables 4 and 5.
- ⁇ Preparation of Positive Electrode Slurry Composition 95.6 parts of olivine-type lithium iron phosphate (LiFePO4) (average particle size: 1 ⁇ m) as a positive electrode active material and 1.9 parts of acetylene black as a conductive assistant were mixed with a planetary mixer (15 rpm, 15 minutes). Then, 0.9 parts of an aqueous solution of polymer X as a binder composition (corresponding to solid content) and ion-exchanged water were added, the solid content concentration was adjusted to 78%, and mixed with a planetary mixer (60 rpm, 50 minutes).
- LiFePO4 olivine-type lithium iron phosphate
- a CNT dispersion was added so that the amount of carbon nanotubes added was 0.1 parts, and mixed with a planetary mixer (60 rpm, 10 minutes).
- water was added to adjust the viscosity of the slurry composition to be within the range of 3000 mPa ⁇ s to 4000 mPa ⁇ s.
- 1.5 parts (solid content equivalent) of the aqueous dispersion of particulate polymer Y was added and mixed with a planetary mixer (40 rpm, 10 minutes) to prepare a slurry composition for a positive electrode.
- water was added to adjust the viscosity of the slurry composition to a range of 1000 mPa ⁇ s to 2000 mPa ⁇ s.
- the dispersibility of the obtained positive electrode slurry composition was evaluated. The results are shown in Table 1.
- the viscosity of the obtained positive electrode slurry composition was measured by a single cylindrical rotational viscometer (Brookfield B type viscometer) in accordance with JIS Z8803:1991 (temperature: 25° C., rotation speed: 60 rpm).
- LFP stands for olivine-type lithium iron phosphate
- AA represents an acrylic acid unit
- AA2ME indicates a 2-methoxyethyl acrylate unit (acrylic acid-2-methoxyethyl unit)
- EA indicates an ethyl acrylate unit
- MA indicates a methyl acrylate unit
- AN indicates an acrylonitrile unit
- BA indicates n-butyl acrylate units (butyl acrylate units)
- ⁇ -HEA indicates a 2-hydroxyethyl acrylate unit
- HEMA indicates a 2-hydroxyethyl methacrylate unit
- ACR represents a hydrophilic group-containing acrylic polymer
- SBR refers to a hydrophilic group-containing styrene-butadiene copolymer
- Aamid indicates an acrylamide unit
- HOAamid indicates an N-hydroxyethylacrylamide unit
- the flexibility of the electrode mixture layer is inferior when the binder composition of Comparative Example 1-4, which contains a polymer containing a repeating unit derived from an unsaturated monomer having a glass transition temperature exceeding a predetermined value instead of the repeating unit derived from the unsaturated monomer A, is used.
- the binder composition of Comparative Example 1-5 which contained a polymer containing a repeating unit derived from an unsaturated monomer whose solubility in water does not fall within a predetermined range, instead of the repeating unit derived from the unsaturated monomer A, the flexibility of the electrode mixture layer was also found to be inferior.
- a binder composition for a non-aqueous secondary battery electrode that can impart excellent flexibility to an electrode mixture layer.
- a slurry composition for a non-aqueous secondary battery electrode which is capable of imparting excellent flexibility to an electrode mixture layer.
- an electrode for a non-aqueous secondary battery which comprises an electrode mixture layer capable of exhibiting excellent flexibility.
- a nonaqueous secondary battery including the nonaqueous secondary battery electrode can be provided.
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Abstract
Description
また、本発明は、電極合材層に優れた柔軟性を発揮させ得る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、優れた柔軟性を発揮し得る電極合材層を備える非水系二次電池用電極を提供することを目的とする。
そして、本発明は、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、酸性基含有単量体単位と、上記所定の不飽和単量体Aに由来する繰り返し単位とをそれぞれ所定の割合で含有する重合体Xを含むバインダー組成物であれば、電極合材層に優れた柔軟性を発揮させることができる。
なお、本発明において、重合体が「単量体単位を含有する」とは、「その単量体を用いて得た重合体中にその単量体に由来する繰り返し単位が含まれている」ことを意味する。本明細書中では、「不飽和単量体Aに由来する繰り返し単位」を「不飽和単量体A単位」と称することがある。
また、本発明において、重合体に含まれる各単量体単位(繰り返し単位)の「含有割合(質量%)」は、1H-NMRなどの核磁気共鳴(NMR)法を用いて測定することができる。
さらに、本発明において、「水に対する溶解度」は、20℃の温度下での水100gに対する溶解度(溶解量)を意味する。
また、本発明において、不飽和単量体Aの「ガラス転移温度」は、当該不飽和単量体Aの単独重合体(即ち、ホモポリマー)を、JIS K7121に準拠して、示差走査熱量分析計(SII社製、DSC7200)を用いて、測定温度-100℃~180℃、昇温速度5℃/分の条件下で測定することで得られるガラス転移温度(℃)を指す。なお、当該不飽和単量体Aの単独重合体の重量平均分子量は10,000以上1,000,000以下であるものとする。
重合体Xが水酸基含有アクリル酸エステル単量体単位を上記所定の割合で更に含有すれば、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合材層の接着性および柔軟性を向上させることができる。
重合体Xの重量平均分子量(Mw)が上記所定の範囲内であれば、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分散性を向上させると共に、当該スラリー組成物を用いて形成した電極合材層の接着性を向上させることができる。
なお、本発明において、重量平均分子量(Mw)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。
重合体Xが水酸基含有メタクリル酸エステル単量体単位を上記所定の割合で更に含有すれば、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合材層の接着性および柔軟性を向上させることができる。
不飽和単量体Aとして上記所定の単量体を用いれば、バインダー組成物を用いて調製したスラリー組成物の分散性を更に向上させると共に、当該スラリー組成物を用いて形成した電極合材層の接着性および柔軟性を向上させることができる。
重合体Xとして上記所定の重合体を用いれば、バインダー組成物を用いて調製したスラリー組成物の分散性を向上させると共に、当該スラリー組成物を用いて形成した電極合材層の接着性および柔軟性を向上させることができ、ひいては、得られる二次電池の出力特性を高めることができる。
重合体Xとして上記所定の重合体を用いれば、バインダー組成物を用いて調製したスラリー組成物の分散性を向上させると共に、当該スラリー組成物を用いて形成した電極合材層の接着性および柔軟性を向上させることができ、ひいては、得られる二次電池の出力特性を高めることができる。
重合体Xとして上記所定の重合体を用いれば、得られる電極合材層の接着性および柔軟性を向上させることができる。なお、本明細書において「(メタ)アクリルアミド」とはアクリルアミドまたはメタクリルアミドを意味する。
このように、上述したいずれかのバインダー組成物を含む非水系二次電池電極用スラリー組成物は、電極合材層に優れた柔軟性を発揮させることができる。
非水系二次電池電極用スラリー組成物が親水性基を含有する粒子状重合体Yを更に含んでいれば、当該スラリー組成物の分散性、並びに、当該スラリー組成物を用いて形成した電極合材層の接着性および柔軟性を向上させることができる。
粒子状重合体Yの含有割合が上記所定の範囲内であれば、スラリー組成物の分散性、並びに、当該スラリー組成物を用いて形成した電極合材層の接着性および柔軟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。
電極活物質としてオリビン型リン酸鉄リチウムを用いれば、二次電池の過充電に対する安定性を向上させることができる。
導電材としてカーボンナノチューブを用いれば、非水系二次電池の内部抵抗を低減することができる。
導電材として粒子状導電材を更に用いれば、スラリー組成物を用いて形成した電極合材層の柔軟性を更に向上させることができる。
本発明の非水系二次電池用電極は、上述したいずれかの非水系二次電池電極用スラリー組成物を用いて形成され、優れた柔軟性を発揮し得る電極合材層を備えている。
上述した非水系二次電池用電極を備える二次電池は、例えば内部抵抗が低減され、電池特性に優れている。
また、本発明によれば、電極合材層に優れた柔軟性を発揮させ得る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、優れた柔軟性を発揮し得る電極合材層を備える非水系二次電池用電極を提供することができる。
そして、本発明によれば、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、「バインダー組成物」と略記する場合がある。)は、非水系二次電池電極用スラリー組成物(以下、「スラリー組成物」と略記する場合がある。)を調製する際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(非水系二次電池用電極)が有する電極合材層を形成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(以下、「二次電池」と略記する場合がある。)は、本発明の非水系二次電池電極用スラリー組成物から形成した電極合材層を有する非水系二次電池用電極(以下、「電極」と略記する場合がある。)を用いたことを特徴とする。
本発明のバインダー組成物は、所定の重合体Xを含むことを特徴とする。本発明のバインダー組成物は、当該バインダー組成物を用いて形成された電極合材層に優れた柔軟性を発揮させることができる。
本発明のバインダー組成物を用いて調製されたスラリー組成物から形成された電極合材層は、上述した通り、柔軟性に優れているため、例えば、二次電池の製造の際に、当該二次電池の形状に応じて電極を巻く、折る等した場合に、ひび割れの発生を抑制することができる。したがって、本発明のバインダー組成物を用いて調製されたスラリー組成物から形成された電極合材層は、均一な構造を有すると共に、ひび割れが少ないため、二次電池の内部抵抗を低減することができるか、あるいは、出力特性を高めることができる。
なお、本発明のバインダー組成物は、スラリー組成物中における含有量(即ち、上記所定の重合体Xの含有量)が少量であっても、上述した所望の効果を十分に発揮することができる。そのため、スラリー組成物中における本発明のバインダー組成物の含有量(即ち、上記所定の重合体Xの含有量)を少量に抑えて二次電池の内部抵抗を低減しつつ、形成される電極合材層の柔軟性を十分に向上させることができる。
重合体Xは、バインダー組成物を用いて調製したスラリー組成物中において、電極活物質および導電材などの成分を良好に分散させるための分散剤として機能し得る成分である。また、重合体Xは、当該スラリー組成物を用いて形成した電極合材層中において結着材としても機能することができる。
また、重合体Xは、上述した酸性基含有単量体単位および不飽和単量体A単位に加えて、水酸基含有アクリル酸エステル単量体単位、水酸基含有メタクリル酸エステル単量体単位、および(メタ)アクリルアミド単量体単位のうちの少なくとも一つを更に含有してもよい。具体的には、重合体Xは、上述した酸性基含有単量体単位および不飽和単量体A単位に加えて、水酸基含有アクリル酸エステル単量体単位および水酸基含有メタクリル酸エステル単量体単位を含有していてもよい。あるいは、重合体Xは、上述した酸性基含有単量体単位および不飽和単量体A単位に加えて、水酸基含有アクリル酸エステル単量体単位および水酸基含有メタクリル酸エステル単位のうちの少なくとも一方を含有していてもよい。さらには、重合体Xは、上述した酸性基含有単量体単位および不飽和単量体A単位に加えて、水酸基含有アクリル酸エステル単量体単位、水酸基含有メタクリル酸エステル単量体単位、および(メタ)アクリルアミド単量体単位を含有していてもよい。
さらに、重合体Xは、本発明の所望の効果が得られる範囲内で、上述した酸性基含有単量体単位、不飽和単量体A単位、水酸基含有アクリル酸エステル単量体単位、水酸基含有メタクリル酸エステル単量体単位、および(メタ)アクリルアミド単量体単位以外の単量体単位(以下、「その他の単量体単位」と称することもある。)を更に含有していてもよい。当然ながら、重合体Xは、その他の単量体単位を含有しなくてもよい。
重合体X中の酸性基含有単量体単位を形成し得る酸性基含有単量体としては、カルボン酸基含有単量体、スルホン酸基含有単量体、およびリン酸基含有単量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、β-ジアミノ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、マレイン酸メチルアリル、マレイン酸ジフェニル、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などが挙げられる。
また、カルボン酸基を有する単量体としては、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。
その他、マレイン酸モノエチル、マレイン酸ジエチル、マレイン酸モノブチル、マレイン酸ジブチル、フマル酸モノエチル、フマル酸ジエチル、フマル酸モノブチル、フマル酸ジブチル、フマル酸モノシクロヘキシル、フマル酸ジシクロヘキシル、イタコン酸モノエチル、イタコン酸ジエチル、イタコン酸モノブチル、イタコン酸ジブチルなどのα,β-エチレン性不飽和多価カルボン酸のモノエステルおよびジエステルも挙げられる。
なお、上述したカルボン酸基含有単量体におけるカルボン酸基中、水素原子が無機イオンまたは有機イオンで置換され、無機塩または有機塩の形態になっていてもよい。即ち、カルボン酸基含有単量体は、カルボン酸塩の形態になっていてもよい。
なお、上述したスルホン酸基含有単量体におけるスルホン酸基中、水素原子が無機イオンまたは有機イオンで置換され、無機塩または有機塩の形態になっていてもよい。即ち、スルホン酸基含有単量体は、スルホン酸塩の形態になっていてもよい。
なお、上述したリン酸基含有単量体におけるリン酸基中、水素原子が無機イオンまたは有機イオンで置換され、無機塩または有機塩の形態になっていてもよい。即ち、リン酸基含有単量体は、リン酸塩の形態になっていてもよい。
そして、形成される電極合材層の接着性を更に向上させる観点から、酸性基含有単量体としては、カルボン酸基含有単量体、スルホン酸基含有単量体を用いることが好ましく、カルボン酸基含有単量体を用いることがより好ましく、アクリル酸を用いることが更に好ましい。
重合体X中の酸性基含有単量体単位の含有割合が3質量%以上であれば、重合体Xと電極活物質との相互作用が高まるためと推察されるが、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分散性を向上させることができる。一方、重合体X中の酸性基含有単量体単位の含有割合が20質量%以下であれば、重合体Xの分子鎖の柔軟性が高まるためと推察されるが、当該スラリー組成物を用いて形成された電極合材層の接着性および柔軟性を向上させることができる。また、重合体X中の酸性基含有単量体単位の含有割合が20質量%以下であれば、重合体Xの静電反発を低減して電極活物質に対する吸着性が高まるためと推察されるが、当該スラリー組成物の分散性を更に向上させることができる。
不飽和単量体A単位は、不飽和単量体Aに由来する繰り返し単位である。
重合体X中の不飽和単量体A単位は、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合材層に接着性および柔軟性を付与することができる。
不飽和単量体Aの水に対する溶解度が1g/100mL以上であれば、重合体Xの水に対する溶解度が低下することを抑制して、バインダー組成物を用いて調製したスラリー組成物の分散性を十分に高く確保することができる。また、不飽和単量体Aの水に対する溶解度が1g/100mL以上であれば、重合体Xの調製の際の不飽和単量体Aの重合性を十分に高く確保することができる。一方、不飽和単量体Aの水に対する溶解度が15g/100mL以下であれば、重合体Xの電極活物質に対する親和性が高まるためと推察されるが、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合材層の接着性を向上させることができる。
不飽和単量体Aのガラス転移温度が40℃以下であれば、重合体Xの柔軟性が高まるためと推察されるが、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合材層の接着性および柔軟性を十分に向上させることができる。
なお、不飽和単量体Aのガラス転移温度の下限は、特に限定されないが、例えば、-60℃以上であることが好ましく、-55℃以上であることが好ましい。
不飽和単量体Aとしては、例えば、2-メトキシエチルアクリレート(「アクリル酸-2-メトキシエチル」とも称する。水に対する溶解度:11.6g/100mL、ガラス転移温度:-50℃)、エチルアクリレート(水に対する溶解度:1.5g/100mL、ガラス転移温度:-22℃)、メチルアクリレート(水に対する溶解度:6g/100mL、ガラス転移温度:3℃)、および、酢酸ビニル(水に対する溶解度:2.5g/100mL、ガラス転移温度:32℃)などが挙げられる。
なお、これらは、1種単独で用いてもよいし、2種以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
中でも、不飽和単量体Aとしては、2-メトキシエチルアクリレート、エチルアクリレート、およびメチルアクリレートを用いることが好ましく、2-メトキシエチルアクリレートを用いることが特に好ましい。
重合体X中の不飽和単量体Aの含有割合が5質量%以上であれば、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合材層の接着性および柔軟性を向上させることができる。一方、重合体X中の不飽和単量体Aの含有割合が50質量%未満であれば、重合体Xの水に対する溶解度が低下することを抑制して、バインダー組成物を用いて調製したスラリー組成物の分散性を高めることができる。
重合体Xは、水酸基含有アクリル酸エステル単量体単位を更に含有することが好ましい。
重合体Xが水酸基含有アクリル酸エステル単量体単位を更に含有すれば、重合体Xの分子間での水酸基の相互作用のためと推察されるが、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合材層の接着性を向上させることができる。また、重合体Xが水酸基含有アクリル酸エステル単量体単位を更に含有すれば、重合体Xの分子鎖の柔軟性が更に高まるためと推察されるが、当該電極合材層の柔軟性を更に向上させることができる。
中でも、電極合材層の接着性および柔軟性を向上させる観点から、水酸基含有アクリル酸エステル単量体としては、アクリル酸-2-ヒドロキシエチル、アクリル酸-2-ヒドロキシプロピル、アクリル酸-4-ヒドロキシブチル等のアクリル酸のアルカノールエステル類(アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル単量体)を用いることが好ましい。
重合体X中の重合体X中の水酸基含有アクリル酸エステル単量体単位の含有割合が上記下限以上であれば、重合体Xの分子間における水酸基の相互作用が高まるためと推察されるが、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合材層の接着性を向上させることができる。また、重合体X中の水酸基含有アクリル酸エステル単量体単位の含有割合が上記下限以上であれば、重合体Xの分子鎖の柔軟性が一層高まるためと推察されるが、当該電極合材層の柔軟性を十分に向上させることができる。一方、重合体X中の水酸基含有アクリル酸エステル単量体単位の含有割合が上記上限以下であれば、重合体Xの分子鎖の柔軟性が過度に高まることを回避して、当該電極合材層の接着性を高めることができる。
重合体Xは、水酸基含有メタクリル酸エステル単量体単位を更に含有することが好ましい。
重合体Xが水酸基含有メタクリル酸エステル単量体単位を更に含有すれば、重合体Xの分子間での水酸基の相互作用のためと推察されるが、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合材層の接着性を向上させることができる。また、重合体Xが水酸基含有メタクリル酸エステル単量体単位を更に含有すれば、重合体Xの分子鎖の立体障害により重合体Xの立体構造が拡がることで、重合体Xが電極活物質の表面を薄く且つ広範囲に被覆できるためと推察されるが、当該電極合材層の柔軟性を更に向上させることができる。
中でも、電極合材層の接着性および柔軟性を更に向上させる観点から、水酸基含有メタクリル酸エステル単量体としては、メタクリル酸-2-ヒドロキシエチル、メタクリル酸-2-ヒドロキシプロピル等のメタクリル酸のアルカノールエステル類(メタクリル酸ヒドロキシアルキルエステル単量体)を用いることが好ましい。
重合体X中の水酸基含有メタクリル酸エステル単量体単位の含有割合が上記所定の範囲内であれば、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合材層の接着性および柔軟性を一層向上させることができる。
なお、重合体X中の水酸基含有メタクリル酸エステル単量体単位の含有割合は、重合体Xに含まれる全単量体単位(全繰り返し単位)を100質量%とした場合に、0質量%以上とすることができ、また、10質量%以下とすることもできる。
重合体Xが、水酸基含有アクリル酸エステル単量体単位および水酸基含有メタクリル酸エステル単位のうちの双方または少なくとも一方を含む場合において、重合体Xにおける水酸基含有アクリル酸エステル単量体単位および水酸基含有メタクリル酸エステル単位の合計含有割合が、重合体Xに含まれる全単量体単位(全繰り返し単位)を100質量%として、30質量%以上であることが好ましく、35質量%以上であることがより好ましく、40質量%以上であることが更に好ましく、90質量%以下であることが好ましく、85質量%以下であることがより好ましく、60質量%以下であってもよく、57.5質量%以下であってもよく、55質量%以下であってもよい。重合体X中の水酸基含有アクリル酸エステル単量体単位および水酸基含有メタクリル酸エステル単位の合計含有割合が上記下限値以上であれば、重合体Xの電極活物質に対する親和性が高まるためと推察されるが、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合材層の接着性を向上させることができる。また、重合体X中の水酸基含有アクリル酸エステル単量体単位および水酸基含有メタクリル酸エステル単位の合計含有割合が上記下限値以上であれば、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分散性を更に向上させることができる。さらに、重合体X中の水酸基含有アクリル酸エステル単量体単位および水酸基含有メタクリル酸エステル単位の合計含有割合が上記上限値以下であれば、重合体Xの分子鎖の柔軟性が過度に高まることを回避して、当該電極合材層の接着性を高めることができる。
重合体Xが、水酸基含有アクリル酸エステル単量体単位および水酸基含有メタクリル酸エステル単位のうちの双方または少なくとも一方を含む場合において、重合体Xにおける、不飽和単量体Aに由来する繰り返し単位、水酸基含有アクリル酸エステル単量体単位、および水酸基含有メタクリル酸エステル単位の合計含有割合が、重合体Xに含まれる全単量体単位(全繰り返し単位)を100質量%として、80質量%以上であることが好ましく、84質量%以上であることがより好ましく、97質量%以下であることが好ましく、93質量%以下であることがより好ましい。重合体Xにおける、不飽和単量体Aに由来する繰り返し単位、水酸基含有アクリル酸エステル単量体単位、および水酸基含有メタクリル酸エステル単位の合計含有割合が上記下限値以上であれば、バインダー組成物を用いて調製したスラリー組成物の分散性を向上させると共に、当該スラリー組成物を用いて形成した電極合材層の接着性および柔軟性を向上させることができ、ひいては、得られる二次電池の出力特性を高めることができる。また、重合体Xにおける、不飽和単量体Aに由来する繰り返し単位、水酸基含有アクリル酸エステル単量体単位、および水酸基含有メタクリル酸エステル単位の合計含有割合が上記上限値以下であれば、得られる電極合材層の接着性を高めることができるとともに、得られる二次電池の出力特性を高めることができる。
重合体Xは、(メタ)アクリルアミド単量体単位を更に含有していてもよい。重合体Xが(メタ)アクリルアミド単量体単位を更に含有していれば、得られる電極合材層の接着性および柔軟性を向上させることができる。
重合体Xは、特に限定されないが、例えば、以下のように調製することができる。
水等の溶媒中にて、上述した酸性基含有単量体および不飽和単量体A、並びに、任意で用い得る水酸基含有アクリル酸エステル単量体および水酸基含有メタクリル酸エステル単量体などを混合する。なお、任意で、酸性基含有単量体をアルカリ水溶液に溶解してさらに中和してなる水溶液を調製してから、不飽和単量体Aおよびその他の任意で配合されうる単量体と混合してもよい。得られた混合物に対して重合促進剤を添加する。その後、重合開始剤を添加して、重合反応を開始する。その後、必要に応じて、重合促進剤の追加、重合開始剤の追加および重合のサイクルを、1または2以上行ってもよい。重合開始剤を添加して重合反応を開始する際に、重合温度は、例えば、35℃以上65℃以下であることが好ましく、40℃以上55℃以下であることがより好ましい。また、重合開始剤の添加と、重合促進剤の添加との間の重合反応の時間は、例えば、5分間以上40分間以下が好ましく、10分間以上30分間以下がより好ましい。なお、上述した操作は、窒素雰囲気下で行うことが好ましい。また、重合反応の際に、重合助剤として連鎖移動剤を用いてもよい。重合反応後、反応停止剤を用いて、重合反応を停止する。次いで、生成物を冷却し、空気雰囲気下に置いた後、水酸化リチウム水溶液などを添加して、生成物のpHを7.0以上9.0以下に調整する。
なお、重合開始剤の使用量は、本発明の所望の効果が得られる範囲内で適宜調整することができる。
なお、重合促進剤の使用量は、本発明の所望の効果が得られる範囲内で適宜調整することができる。
重合体Xの重量平均分子量(Mw)は、50,000以上であることが好ましく、75,000以上であることがより好ましく、100,000以上であることが更に好ましく、2,000,000未満であることが好ましく、1,500,000未満であることがより好ましく、1,000,000未満であることが更に好ましく、500,000未満であってもよく、400,000未満であってもよく、300,000未満であってもよい。
重合体Xの重量平均分子量(Mw)が上記下限以上であれば、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合材層の接着性を更に向上させることができる。一方、重合体Xの重量平均分子量(Mw)が上記上限未満であれば、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分散性を更に向上させることができる。
なお、重合体Xの重量平均分子量(Mw)は、上述した重合体Xの調製方法における重合条件により制御可能であり、具体的には、重合開始剤、重合促進剤、連鎖移動剤等の種類および添加量、並びに、重合反応の時間および温度などによって制御することができる。
重合体Xの分子量分布(Mw/Mn)は、1.5以上であることが好ましく、1.8以上であることがより好ましく、2.2以上であることが更に好ましく、10以下であることが好ましく、7以下であることがより好ましく、4以下であることが更に好ましい。
なお、重合体Xの分子量分布(Mw/Mn)は、上述した重合体Xの調製方法における重合条件により制御可能であり、具体的には、重合開始剤、重合促進剤、連鎖移動剤等の種類および添加量、並びに、重合反応の時間および温度などによって制御することができる。
本発明において、分子量分布は、(Mw/Mn)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。
本発明のバインダー組成物の調製に使用できる溶媒としては、上述した重合体Xを溶解または分散可能な既知の溶媒を用いることができる。中でも、溶媒としては、水を用いることが好ましい。なお、バインダー組成物中に含まれる溶媒の少なくとも一部として、重合体Xの調製に用いた水等の溶媒を用いることができる。
また、本発明のバインダー組成物は、上述した重合体Xおよび溶媒以外に、補強材、レベリング剤、粘度調整剤、電解液添加剤等の任意のその他の成分を更に含んでいてもよい。これらは、電池反応に影響を及ぼさないものであれば、特に限定されず、既知の成分を使用することができる。また、これらの成分は、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。
また、本発明のバインダー組成物は、後述する本発明のスラリー組成物に含まれ得る粒子状重合体Yを更に含んでいてもよい。
そして、本発明のバインダー組成物は、例えば、水等の溶媒中で、重合体Xおよびその他の成分を、既知の方法で混合することにより調製することができる。
また、例えば、上述した重合体Xの調製方法により得られた重合体Xの水溶液または水分散液をそのまま本発明のバインダー組成物として用いることもできる。
さらに、例えば、重合体Xと電極活物質とを混合した後、任意に用いる粒子状重合体Y等のその他の成分を添加することにより、バインダー組成物の調製と、後述するスラリー組成物の調製とを同時に実施してもよい。
本発明のスラリー組成物は、電極活物質と、上述したバインダー組成物とを含むことを特徴とする。
本発明のスラリー組成物は、上述した本発明のバインダー組成物を含むため、分散性に優れると共に、当該スラリー組成物を用いて形成された電極合材層に優れた接着性および柔軟性を発揮させることができる。
そして、本発明のスラリー組成物は、分散性に優れているため、均一な構造を有する電極合材層を形成することができる。さらに、本発明のスラリー組成物から形成された電極合材層は、上述した通り、柔軟性にも優れているため、例えば、二次電池の製造の際に、当該二次電池の形状に応じて電極を巻く、折る等した場合に、ひび割れの発生を抑制することができる。したがって、本発明のスラリー組成物から形成された電極合材層は、均一な構造を有すると共に、ひび割れが少ないため、二次電池の内部抵抗を低減することができる。
さらに、本発明のスラリー組成物は、通常、水等の分散媒を更に含んでいる。
また、本発明のスラリー組成物は、上述した電極活物質、バインダー組成物、粒子状重合体、導電材、および分散媒以外の成分(その他の成分)を更に含んでいてもよい。
ここで、リチウムイオン二次電池の正極活物質としては、特に限定されることなく、既知の正極活物質を用いることができる。
具体的には、正極活物質としては、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。
遷移金属硫化物としては、TiS2、TiS3、非晶質MoS2、FeSなどが挙げられる。
リチウムと遷移金属との複合金属酸化物としては、層状構造を有するリチウム含有複合金属酸化物、スピネル型構造を有するリチウム含有複合金属酸化物、オリビン型構造を有するリチウム含有複合金属酸化物などが挙げられる。
なお、本明細書において、「平均酸化状態」とは、前記「1種類以上の遷移金属」の平均の酸化状態を示し、遷移金属のモル量と原子価とから算出される。例えば、「1種類以上の遷移金属」が、50mol%のNi2+と50mol%のMn4+から構成される場合には、「1種類以上の遷移金属」の平均酸化状態は、(0.5)×(2+)+(0.5)×(4+)=3+となる。
ここで、オリビン型リン酸鉄リチウムとしては、オリビン型リン酸鉄リチウム粒子の表面の少なくとも一部がカーボンコート層で被覆されてなる、カーボンコート層被覆オリビン型リン酸鉄リチウム粒子を用いることもできる。
バインダー組成物としては、上述した本発明のバインダー組成物を用いることができる。
粒子状重合体Yは、上述した重合体Xと共に、電極合材層中において結着材として機能し得る成分である。
なお、粒子状重合体Yは、上述した重合体Xとは異なる重合体であるものとする。
ここで、粒子状重合体Yは、通常、非水溶性である。なお、本発明において、重合体が「非水溶性」であるとは、温度25℃において重合体0.5g(固形分換算)を100gの水に溶解した際に、不溶分量が90質量%以上となることをいう。
粒子状重合体Y中の親水性基含有単量体単位を形成し得る親水性基含有単量体としては、カルボン酸基含有単量体、スルホン酸基含有単量体、およびリン酸基含有単量体などの酸性基含有単量体、並びに、水酸基含有単量体などが挙げられる。
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。
そして、親水性基含有単量体としては、スラリー組成物の分散性および形成される電極合材層の接着性を一層向上させる観点から、酸性基含有単量体(カルボン酸基含有単量体、スルホン酸基含有単量体、およびリン酸基含有単量体など)を用いることが好ましく、形成される電極合材層の密着性を一層向上させる観点から、酸性基含有単量体と水酸基含有単量体とを併用することがより好ましく、カルボン酸基含有単量体と水酸基含有単量体とを併用することが更に好ましい。
粒子状重合体Y中の親水性基含有単量体単位の含有割合は、粒子状重合体Yに含まれる全単量体単位を100質量%とした場合に、1質量%以上10質量%以下であることが好ましい。粒子状重合体Y中の親水性基含有単量体単位の含有割合が上記所定の範囲内であれば、スラリー組成物の分散性、並びに、形成される電極合材層の接着性および柔軟性を一層向上させることができる。
さらに、粒子状重合体Yが親水性基含有単量体単位として酸性基含有単量体単位(カルボン酸含有単量体単位、スルホン酸基含有単量体単位、およびリン酸基含有単量体単位など)と水酸基含有単量体単位との双方を含む場合、粒子状重合体Y中の親水性基含有単量体単位の含有割合(即ち、酸性基含有単量体単位および水酸基含有単量体単位の合計含有割合)は、粒子状重合体Yに含まれる全単量体単位を100質量%とした場合に、2質量%以上であることがより好ましく、3質量%以上であることが更に好ましく、5質量%以下であることがより好ましく、4質量%以下であることが更に好ましい。粒子状重合体Y中の酸性基含有単量体単位および水酸基含有単量体単位の合計含有割合が上記所定の範囲内であれば、スラリー組成物の分散性、並びに、形成される電極合材層の接着性および柔軟性をより一層向上させることができる。
そして、親水性基を含有する粒子状重合体Yとしては、例えば、親水性基含有アクリル系重合体、親水性基含有共役ジエン系重合体を用いることが好ましく、二次電池のサイクル特性を十分に高く確保する観点から、親水性基含有アクリル系重合体を用いることがより好ましい。
親水性基含有アクリル系重合体は、上述した親水性基含有単量体単位に加えて、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を少なくとも含む共重合体である。なお、親水性基含有アクリル系重合体は、ニトリル基含有単量体単位または芳香族ビニル単量体単位を更に含むことが好ましい。また、親水性基含有アクリル系重合体は、親水性基含有単量体単位、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位、ニトリル基含有単量体単位、および芳香族ビニル単量体単位以外の単量体単位を更に含んでいてもよい。
なお、本明細書中において、「(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する。
親水性基含有共役ジエン系重合体は、上述した親水性基含有単量体単位に加えて、共役ジエン単量体単位を含む共重合体である。
中でも、形成される電極合材層の接着性および柔軟性を一層向上させる観点から、親水性基含有スチレン-ブタジエン共重合体(親水性基含有SBR)などの、親水性基含有単量体単位、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を含む共重合体を用いることが好ましい。
粒子状重合体Aの重合様式は、特に限定されることなく、例えば、溶液重合法、懸濁重合法、塊状重合法、乳化重合法などのいずれの方法を用いてもよい。また、重合反応としては、イオン重合、ラジカル重合、リビングラジカル重合などの付加重合を用いることができる。そして、重合に使用され得る乳化剤、分散剤、重合開始剤、連鎖移動剤などは、一般に用いられるものを使用することができ、その使用量も、一般に使用される量とすることができる。
スラリー組成物中の粒子状重合体Yの含有割合は、本発明の所望の効果が得られる範囲内で適宜調整可能であるが、例えば、スラリー組成物に含まれる全固形分を100質量%とした場合に、好ましくは0.1質量%以上5質量%以下、より好ましくは0.1質量%以上3質量%以下、更に好ましくは0.1質量%以上2質量%以下とすることが好ましい。スラリー組成物中の粒子状重合体Yの含有割合が上記下限以上であれば、スラリー組成物の分散性、並びに、電極合材層の接着性および柔軟性を一層向上させることができる。一方、スラリー組成物中の重合体Yの含有割合が上記上限以下であれば、二次電池の内部抵抗を低減することができる。
導電材は、電極合材層中で電極活物質同士の電気的接触を確保する機能を有する成分である。
導電材としては、少なくともカーボンナノチューブを用いることが好ましく、カーボンナノチューブと粒子状導電材とを併用することがより好ましい。
導電材として少なくともカーボンナノチューブを用いれば、二次電池の内部抵抗を低減することができる。さらに、導電材としてカーボンナノチューブと粒子状導電材とを併用すれば、二次電池の内部抵抗を低減しつつ、電極合材層の柔軟性を更に向上させることができる。
なお、導電材としては、カーボンナノチューブおよび粒子状導電材以外の導電材(その他の導電材)を用いてもよい。その他の導電材としては、例えば、カーボンナノチューブ以外の繊維状導電材などを用いることができる。
カーボンナノチューブは、電極合材層中において導電パスを形成することで、二次電池の内部抵抗を低減することができる。また、カーボンナノチューブを用いることで、二次電池のサイクル特性および低温特性を向上させることもできる。
カーボンナノチューブとしては、本発明の所望の効果が得られるカーボンナノチューブ(以下、「CNT」と略記する場合がある。)であれば、特に限定されない。カーボンナノチューブとしては、層の形式の種類に応じて、単層(SW)カーボンナノチューブおよび多層(MW)カーボンナノチューブが挙げられる。そして、導電材として用い得るカーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、またはこれらの組合せのいずれであってもよい。
なお、CNTの平均層数の下限は、特に限定されることはなく、通常1以上である。
なお、本発明において、CNTの「BET比表面積」は、BET法を用いて測定した窒素吸着比表面積を指す。
上述した性状を有するCNTは、特に限定されることなく、アーク放電法、レーザーアブレーション法、スーパーグロース法などの既知の手法を用いて製造することができる。
スラリー組成物中のCNTの含有割合は、本発明の所望の効果が得られる範囲内で適宜調整可能であるが、例えば、スラリー組成物に含まれる全固形分を100質量%とした場合に、0.01質量%以上0.5質量%以下とすることが好ましい。スラリー組成物中のCNTの含有割合が上記下限以上であれば、二次電池の内部抵抗を更に低減することができる。一方、スラリー組成物中のCNTの含有割合が上記上限以下であれば、電極合材層の柔軟性を十分に高く確保することができる。
粒子状導電材は、電極合材層中で導電材として機能し得ると共に、当該電極合材層の柔軟性を向上させ得る成分である。
粒子状導電材としては、繊維状以外の形状(例えば、球状、板状等)を有する導電材であれば、特に限定されず、カーボンブラック(例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック(登録商標)、ファーネストブラック等)、およびグラフェンなどが挙げられる。なお、これらの粒子状導電材は、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。
スラリー組成物中の粒子状導電材の含有割合は、本発明の所望の効果が得られる範囲内で適宜調整可能であるが、例えば、スラリー組成物に含まれる全固形分を100質量%とした場合に、0.1質量%以上5質量%以下とすることが好ましい。スラリー組成物中の粒子状導電材の含有割合が上記下限以上であれば、電極合材層の柔軟性を更に向上させることができる。一方、スラリー組成物中の粒子状導電材の含有割合が上記上限以下であれば、電極合材層の接着性を十分に高く確保することができる。
CNTと粒子状導電材との混合比は、特に限定されないが、例えば、スラリー組成物中のCNTと粒子状導電材との合計含有量に占めるCNTの含有量の割合が1質量%以上であることが好ましく、2質量%以上であることがより好ましく、3質量%以上であることが更に好ましく、30質量%以下であることが好ましく、20質量%以下であることがより好ましく、10質量%以下であることが更に好ましい。CNTと粒子状導電材との合計含有量に占めるCNTの含有量の割合が上記下限以上であれば、二次電池の内部抵抗を更に低減することができる。一方、CNTと粒子状導電材との合計含有量に占めるCNTの含有量の割合が上記上限以下であれば、電極合材層の柔軟性を更に向上させることができる。
本発明のスラリー組成物は、通常、水等の分散媒を含んでいる。
なお、本発明のスラリー組成物の分散媒の少なくとも一部としては、例えば、スラリー組成物の調製に使用したバインダー組成物に含まれていた水等の溶媒を用いることができる。
また、本発明のスラリー組成物は、上述した成分の他に、その他の成分を更に含有していてもよい。そして、その他の成分としては、例えば、上述したバインダー組成物に含まれ得るその他の成分と同様の成分を用いることができる。
なお、分散剤として芳香族スルホン酸ホルマリン縮合物およびその塩を用いる場合、スラリー組成物中の芳香族スルホン酸ホルマリン縮合物およびその塩の含有割合は、例えば、スラリー組成物に含まれる全固形分を100質量%とした場合に、0.01質量%以上0.5質量%以下とすることができる。
本発明のスラリー組成物は、特に限定されないが、例えば、上述した各成分を分散媒に分散または溶解させることにより調製することができる。具体的には、ボールミル、サンドミル、ビーズミル、顔料分散機、らい潰機、超音波分散機、ホモジナイザー、プラネタリーミキサー、フィルミックスなどの混合機を用いて上記各成分と分散媒とを混合することにより、スラリー組成物を調製することができる。
ここで、分散媒としては、通常は水を用いるが、任意の化合物の水溶液や、少量の有機媒体と水との混合溶液などを用いてもよい。
また、本発明のスラリー組成物の調製の際に、例えば上述したCNTおよび粒子状導電材などの導電材を用いる場合、予め、水等の分散媒中にCNTおよび粒子状導電材などの導電材を分散させてなる分散液を調製した後、得られた分散液を、電極活物質、重合体X、および粒子状重合体Yなどの他の成分と混合することもできる。
本発明の電極は、上述した本発明のスラリー組成物を用いて形成された電極合材層を備え、通常は、電極合材層が集電体上に形成された構造を有している。したがって、電極合材層には、電極活物質と、重合体Xとが少なくとも含まれ、任意で、粒子状重合体Yおよび導電材などが更に含まれている。
また、電極合材層に含まれ得るCNTと粒子状導電材との合計含有量に占めるCNTの含有量の好適な割合も、上述したスラリー組成物に含まれ得るCNTと粒子状導電材との合計含有量に占めるCNTの含有量の好適な割合と同じである。
また、本発明の電極が備える電極合材層は、分散性に優れた本発明のスラリー組成物を用いて形成されているため、均一な構造を有している。さらに、本発明の電極が備える電極合材層は、上述した通り、柔軟性にも優れているため、例えば、二次電池の製造の際に、当該二次電池の形状に応じて電極を巻く、折る等した場合に、ひび割れの発生を抑制することができる。したがって、本発明の電極は、均一な構造を有すると共に、ひび割れが少ない電極合材層を備えているため、二次電池の内部抵抗を低減することができる。
集電体としては、電気導電性を有し、かつ、電気化学的に耐久性のある材料が用いられる。具体的には、集電体としては、例えば、鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼、チタン、タンタル、金、白金などの金属材料からなる集電体を用い得る。なお、これらの材料は、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。
集電体用基材としては、例えば、上述した金属材料からなる集電体を用いることができる。
集電体用基材上に導電性接着剤層を形成する方法は、特に限定されることない。例えば、水等の分散媒または溶媒中に、導電材と接着剤とが少なくとも分散または溶解され、任意で分散剤が更に分散または溶解されてなるスラリー組成物(「導電性接着剤」とも称する。)を、集電体用基材上に塗布した後、乾燥することにより導電性接着剤層を形成することができる。
導電材としては、特に限定されず、例えば、上述したスラリー組成物に含まれ得る導電材を用いることができる。また、接着剤としては、特に限定されず、上述したスラリー組成物に含まれ得る粒子状重合体Yを用いることができる。さらに、分散剤としては、特に限定されず、例えば、カルボキシメチルセルロースおよびその塩などの既知の分散剤を用いることができる。
また、集電体用基材上に導電性接着剤を塗布する方法、および、塗布された導電性接着剤を乾燥する方法としては、特に限定されず、既知の方法を用いることができる。
電極合材層は、例えば、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する工程(乾燥工程)とを経て形成される。
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。また、塗布後乾燥前の集電体上のスラリー組成物膜の厚みは、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。
集電体上に塗布された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が挙げられる。このように集電体上に塗布された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有する電極を得ることができる。
なお、乾燥工程の後、金型プレスまたはロールプレスなどを用い、電極合材層に加圧処理を施してもよい。加圧処理により、電極のピール強度を向上させることができる。
本発明の二次電池は、上述した本発明の電極を備える。例えば、本発明の二次電池は、正極、負極、セパレータ、および電解液を備え、正極および負極の少なくとも一方が、上述した本発明の電極である。つまり、本発明の二次電池は、正極が本発明の電極であって負極が既知の負極であってもよく、負極が本発明の電極であって正極が既知の正極であってもよく、正極および負極のいずれも本発明の電極であってもよい。そして、正極合材層においては柔軟性が特に課題になり得ることから、電極合材層としての正極合材層の柔軟性を更に向上させる観点から、本発明の二次電池は、少なくとも正極が本発明の電極であることが好ましい。
そして、本発明の二次電池は、上述した本発明の電極を備えているので、内部抵抗が低減されている。
なお、以下では、一例として非水系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。
正極は、特に制限されることなく、上述した本発明の電極とすることができる。つまり、正極としては、例えば、本発明のスラリー組成物から形成した正極合材層と、集電体とを備える正極を用いることができる。
また、正極に本発明の電極を用いない場合は、正極としては、既知の正極を用いることができる。
負極は、特に制限されることなく、上述した本発明の電極とすることができる。つまり、負極としては、例えば、本発明のスラリー組成物から形成した負極合材層と、集電体とを備える負極を用いることができる。
また、負極に本発明の電極を用いない場合は、負極としては、既知の負極を用いることができる。
セパレータとしては、特に限定されることなく、例えば、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)の樹脂を用いた微多孔膜、ポリエチレンテレフタレート、ポリシクロオレフィン、ポリエーテルスルフォン、ポリアミド、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリアラミド、ポリシクロオレフィン、ナイロン、ポリテトラフルオロエチレン等の樹脂を用いた微多孔膜、ポリオレフィン系の繊維を用いた織布または不織布、絶縁性物質よりなる粒子の集合体等が挙げられる。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、二次電池内の電極合材層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)の樹脂を用いた微多孔膜が好ましい。
電解液としては、溶媒に電解質を溶解した電解液を用いることができる。
ここで、溶媒としては、電解質を溶解可能な有機溶媒を用いることができる。具体的には、溶媒としては、ジメチルカーボネート(DMC)、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等のカーボネート類;γ-ブチロラクトン、ギ酸メチル等のエステル類;1,2-ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン等のエーテル類;スルホラン、ジメチルスルホキシド等の含硫黄化合物類;などが好適に用いられる。またこれらの溶媒の混合液を用いてもよい。また、溶媒には、既知の添加剤、例えば、ビニレンカーボネート(VC)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)やエチルメチルスルホンなどを添加してもよい。
電解質としては、リチウム塩を用いることができる。リチウム塩としては、例えば、特開2012-204303号公報に記載の化合物を用いることができる。これらのリチウム塩の中でも、有機溶媒に溶解しやすく、高い解離度を示すという点より、電解質としては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性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性を調節することができる。
なお、二次電池が備える正極、負極、およびセパレータ等の電池部材は、通常、セパレータの片側に正極が、セパレータの他方の片側に負極が接するように配置される。より具体的には、セパレータの片側に正極合材層が、セパレータの他方の片側に負極合材層が、それぞれセパレータと接するように配置される。
なお、複数種類の単量体を重合して得られる重合体において、ある単量体が重合して形成される単量体単位の当該重合体中における含有割合は、別に断らない限り、通常は、当該重合体の重合に用いる全単量体に占める当該ある単量体の比率(仕込み比)と一致する。
そして、各種の測定および評価は、以下の方法に従って行った。
得られた重合体Xについて、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を用いて、重量平均分子量(Mw)および数平均分子量(Mn)を測定し、分子量分布(Mw/Mn)を算出した。
なお、溶離液(0.1Mトリス緩衝液(pH9,0.1M KCl))の調製は、以下の通りに行った。
1)超純水0.8Lを用意し、トリスヒドロキシメチルアミノメタン12.11gと塩化カリウム7.46gを溶解させた。
2)0.1M塩酸を滴下していき、pHを9に合わせた。
3)pH調製後メスフラスコにて液量が1Lとなるまで、超純水にてメスアップした。
試料の調製は、以下の通りに行った。
まず、溶離液5mLに、重合体Xを固形分濃度が0.05wt%となるように加えて、25℃下にて、攪拌子を入れ、マグネティックスターラーを用いて300rpmで30分間攪拌した。得られた溶液を0.45μmメンブランフィルターろ過したものを測定試料とした。
GPCの測定条件は、以下の通りとした。
装置:Agilent 1260 Infinity II HPLC(アジレント・テクノロジー株式会社)
カラム:TSKgel GMPWXL 13μm 300mm×7.8mm
溶離液:0.1Mトリス緩衝液(pH9,0.1M KCl)
流量:0.7mL/min
検出器:1260 Infinity II RI検出器(アジレント・テクノロジー株式会社)
カラム温度:40℃
注入量:200μL
分子量標準:標準ポリエチレンオキシド(PEO)
試料濃度:0.05質量%(固形分濃度)
実施例、比較例で製造した各粒子状重合体について、固形分濃度0.1質量%に調整した水分散溶液の、レーザー回折式粒子径分布測定装置(ベックマン・コールター社製、製品名「LS-230」)により測定された粒度分布(体積基準)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(μm)として求め、粒子状重合体の体積平均粒子径D50とした。
正極用スラリー組成物の粘度を、JIS Z8803:1991に準じて、単一円筒形回転粘度計(ブルックフィールドB型粘度計)を用い、回転数:60rpm、温度:25℃の条件下で測定し、1000mPa・s~2000mPa・sの範囲内であることを確認した。粘度が上記範囲内である正極用スラリー組成物の固形分濃度の値から、下記の基準に従って、当該正極用スラリー組成物の分散性を評価した。なお、同種のスラリー組成物において同じ粘度範囲(1000mPa・s~2000mPa・s)での固形分濃度の値が大きいほど、スラリー組成物に含まれる固形分が良好に分散していること、即ち、スラリー組成物の分散性が優れていることを示す。
A:固形分濃度が52%以上
B:固形分濃度が50%以上52%未満
C:固形分濃度が48%以上50%未満
D:固形分濃度が48%未満または分散しない(流動性なし)
リチウムイオン二次電池用正極を幅1.0cm×長さ10cmの矩形に切り出し、試験片とした。この試験片の正極合材層側の表面にセロハンテープ(JIS Z1522に規定されるもの)を貼り付けた後、試験片の一端からセロハンテープを50mm/分の速度で90°方向に引き剥がしたときの応力を測定した。測定を計3回行い、その平均値を求めてこれをピール強度(N/m)とし、下記の基準で評価した。ピール強度が大きいほど、正極合材層が接着性に優れ、集電体と強固に密着していることを示す。
A+:ピール強度が25N/m以上
A:ピール強度が20N/m以上
B:ピール強度が18N/m以上20N/m未満
C:ピール強度が16N/m以上18N/m未満
D:ピール強度が16N/m未満
リチウムイオン二次電池用正極の正極合材層側に直径の異なるSUS製円柱棒(5cmφ、7.5cmφおよび10.0cmφ)を載置し、正極を円柱棒に巻き付けて正極合材層が割れるかどうかを目視で評価した。SUS製円柱棒に正極を巻き付けたときに正極合材層が割れずに維持できる当該SUS製円柱棒の最小の直径が小さいほど、正極合材層が柔軟性に優れることを示す。
A:5cmφ、7.5cmφおよび10.0cmφのいずれでも割れない
B:5cmφでは割れるが、7.5cmφおよび10.0cmφでは割れない
C:5cmφおよび7.5cmφでは割れるが、10.0cmφでは割れない
D:5cmφ、7.5cmφおよび10.0cmφのいずれでも割れる
リチウムイオン二次電池を、25℃雰囲気下、1C(Cは、定格容量(mA)/1時間(h)で表される数値)でSOC(State Of Charge、充電深度)の50%まで充電した。その後、25℃の環境下において、SOCの50%を中心として0.2C、0.5C、1.0C、2.0C、3.0Cで20秒間充電と20秒間放電とをそれぞれ行い、それぞれの場合(充電側および放電側)における20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)(充電時IV抵抗および放電時IV抵抗)として求めた。得られたIV抵抗の値(Ω)について、下記の基準で評価した。IV抵抗の値が小さいほど、リチウムイオン二次電池の内部抵抗が少ないことを示す。
A:IV抵抗が8Ω未満
B:IV抵抗が8Ω以上10Ω未満
C:IV抵抗が10Ω以上12Ω未満
D:IV抵抗が12Ω以上
実施例2-1~比較例2-1にて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℃、0.1Cの定電流法にて、SOC(State Of Charge、充電深度)20%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2.6Vまで放電した。その後、0.2Cの定電流にて、CC-CV充電(上限セル電圧3.6V)を行い、0.2Cの定電流にてセル電圧2.6VまでCC放電を行った。この0.2Cにおける充放電を3回繰り返し実施した。この0.2Cにおける3回目の放電容量を初期容量CXとした。その後、0.2Cの定電流にて、CC-CV充電(上限セル電圧3.6V)を行い、2.0Cの定電流にてセル電圧2.6VまでCC放電を行い、このときの放電容量をCYとした。(CY/CX)×100(%)で示される2.0C/0.2C放電容量維持率を求め、下記の基準で評価した。放電容量維持率が大きいほど、リチウムイオン二次電池の出力特性が優れることを示す。
A:2.0C/0.2C放電容量維持率が60%以上
B:2.0C/0.2C放電容量維持率が55%以上60%未満
C:2.0C/0.2C放電容量維持率が50%以上55%未満
D:2.0C/0.2C放電容量維持率が50%未満
<バインダー組成物(重合体Xの水溶液)の調製>
セプタム付き10Lフラスコに、イオン交換水770部を投入して、温度40℃に加熱し、流量100mL/分の窒素ガスでフラスコ内を置換した。次に、エチレン性不飽和カルボン酸単量体としてのアクリル酸(水に対する溶解度:80g/100mL)8部と、不飽和単量体Aとしての2-メトキシエチルアクリレート(水に対する溶解度:11.6g/100mL、ガラス転移温度:-50℃)8部と、水酸基含有メタクリル酸エステル単量体としてのメタクリル酸2-ヒドロキシエチル(HEMA、水に対する溶解度:35g/100mL)9部と、水酸基含有アクリル酸エステル単量体としてのアクリル酸2-ヒドロキシエチル(β-HEA、水に対する溶解度:70g/100mL)75部とを混合して、シリンジでフラスコ内に注入した。その後、重合促進剤としてのL-アスコルビン酸ナトリウムの10.0%水溶液3部をシリンジで投入し、10分後に重合開始剤としての過硫酸カリウムの4.0%水溶液38部をシリンジでフラスコ内に追加した。反応開始1時間後に温度を55℃に昇温し、重合反応を進めた。2時間後、重合促進剤としての亜硫酸水素ナトリウムの10.0%水溶液0.5部をシリンジで投入し、10分後に重合開始剤としての過硫酸カリウムの4.0%水溶液5部をシリンジでフラスコ内に追加した。3時間後、重合促進剤としての亜硫酸水素ナトリウムの10.0%水溶液0.5部をシリンジで投入し、10分後に重合開始剤としての過硫酸カリウムの4.0%水溶液5部をシリンジでフラスコ内に追加した。4時間後、重合促進剤としての亜硫酸水素ナトリウムの10.0%水溶液0.5部をシリンジで投入し、10分後に重合開始剤としての過硫酸カリウムの4.0%水溶液5部をシリンジでフラスコ内に追加した。5時間後、重合促進剤としての亜硫酸水素ナトリウムの10.0%水溶液0.5部をシリンジで投入し、10分後に重合開始剤としての過硫酸カリウムの4.0%水溶液5部をシリンジでフラスコ内に追加した。6時間後、反応停止剤を添加し、フラスコを空気中に開放して重合反応を停止させた。その後、水酸化リチウムの8%水溶液を用いて生成物のpHを8に調整することにより、バインダー組成物として、重合体Xの水溶液を得た。
なお、上記重合反応における単量体の重合転化率は約100%であり、得られた重合体Xの組成(各単量体単位の含有割合)は、重合体Xの重合に用いた全単量体に占める各単量体の比率(仕込み比率)と同じであった。また、得られた重合体Xは本明細書の定義に従う水溶性であった。
以下のようにして、粒子状重合体Yとしての親水性基含有アクリル系重合体を調製した。
撹拌機を備えたセプタム付き1Lフラスコ(反応容器)にイオン交換水90部、乳化剤としてラウリル硫酸ナトリウム0.5部を加え、気相部を窒素ガスで置換し、60℃に昇温した後、重合開始剤として過硫酸アンモニウム(APS)0.3部をイオン交換水20.0部に溶解させ加えた。
一方、別の容器(エマルジョン容器)でイオン交換水30部、乳化剤としてラウリル硫酸ナトリウム0.5部、そして、(メタ)アクリル酸エステル単量体としての2-エチルヘキシルアクリレート76部、カルボン酸基含有単量体としてのイタコン酸2.0部、水酸基含有単量体としてのアクリル酸2-ヒドロキシエチル(β-HEA)1.0部、ニトリル基含有単量体としてのアクリロニトリル21部を混合して単量体組成物を得た。この単量体組成物を3時間かけて前記セプタム付き1Lフラスコに連続的に添加して重合を行った。添加中は、60℃で反応を行った。添加終了後、さらに80℃で2時間撹拌した。
上記で得られた重合体を含む水分散体に、5%水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pH8に調整し、粒子状重合体Y(親水性基含有アクリル系重合体)の水分散液を得た。なお、得られた粒子状重合体Yは本明細書の定義に従う非水溶性であった。粒子状重合体Yについて、上記に従って体積平均粒子径を測定した。その結果、体積平均粒子径は135nmであった。
導電材としてのカーボンナノチューブ(BET比表面積:250m2/g)0.4部と、カルボキシメチルセルロース(ダイセル社製「ダイセル1220」)0.6部(固形分換算量)と、イオン交換水99部とを、ディスパーを用いて撹拌し(3000rpm、10分間)、その後、直径1mmのジルコニアビーズを用いたビーズミルを使用し、周速8m/sにて1時間混合することにより、固形分濃度が1質量%のCNT分散液を調製した。
導電材としてのアセチレンブラック4.4部と、カルボキシメチルセルロース(ダイセル社製「ダイセル1220」)0.6部(固形分換算量)と、イオン交換水95部とを、ディスパーを用いて撹拌し(3000rpm、60分間)、固形分濃度が5質量%のアセチレンブラック分散液を調製した。
正極活物質としてのオリビン型リン酸鉄リチウム(LiFePO4)(平均粒子径:1μm)95.6部と、バインダー組成物としての重合体Xの水溶液0.9部(固形分相当)と、イオン交換水とを添加し、固形分濃度を78%に調整し、プラネタリーミキサーにて混合(60rpm、50分間)した。
次に、アセチレンブラックの添加量が1.9部になるようにアセチレンブラック分散液を添加し、プラネタリーミキサーにて混合(60rpm、10分間)した。次に、カーボンナノチューブの添加量が0.1部になるようにCNT分散液を添加し、プラネタリーミキサーにて混合(60rpm、10分間)した。最後に、粒子状重合体Yの水分散液を1.5部(固形分相当)添加し、プラネタリーミキサーにて混合(40rpm、10分間)し、正極用スラリー組成物を調製した。なお、正極用スラリー組成物の調製の際、得られる正極用スラリー組成物の粘度(JIS Z8803:1991に準じて単一円筒形回転粘度計(ブルックフィールドB型粘度計)により測定。温度:25℃、回転数:60rpm)が1000mPa・s~2000mPa・sの範囲内となるように水を添加して調整した。
得られた正極用スラリー組成物の分散性を評価した。結果を表1に示す。
正極の製造に用いる集電体として、下記の方法により作製した導電性接着剤層付き集電体を用いた。
導電性カーボン(グラファイト/アセチレンブラック=70/30(質量比))を70部、分散剤としてカルボキシメチルセルロース(ダイセル社製「ダイセル1220」)を8部添加し、ディスパーを使用して3000rpmで60分間撹拌した後、粒子状重合体Yの水分散液を固形分相当で22部添加して、さらにディスパーにて1500rpmで10分間撹拌して、導電性接着剤を調製した。
導電性接着剤を、キャスト法を用いて、ロールバーにて20m/分の成形速度で、集電体用基材としてのアルミ箔の上に塗布し、80℃で乾燥して、厚さ1μmの導電性接着剤層を形成した。これにより集電体用基材上に導電性接着剤層が形成されてなる導電性接着剤層付き集電体を得た。
導電性接着剤層付き集電体の導電性接着剤層側の面に、上述のようにして得た正極用スラリー組成物を、コンマコーターで、乾燥後の目付量が22mg/cm2になるように塗布し、90℃で20分間、さらに120℃で20分間乾燥後、60℃で10時間加熱処理して正極原反を得た。この正極原反をロールプレスで圧延し、密度が2.5g/cm3の正極合材層と、導電性接着剤層と、アルミ箔とからなるシート状正極を作製した。そして、シート状正極を幅48.0mm、長さ47cmに切断して、リチウムイオン二次電池用正極とした。
得られたリチウムイオン二次電池用正極を用いて、正極合材層の接着性および柔軟性を評価した。結果を表1に示す。
攪拌機付き5MPa耐圧容器に、芳香族ビニル単量体としてのスチレン65部、脂肪族共役ジエン単量体としての1,3-ブタジエン35部、エチレン性不飽和カルボン酸単量体としてのイタコン酸2部、水酸基含有単量体としての2-ヒドロキシエチルアクリレート1部、分子量調整剤としてのt-ドデシルメルカプタン0.3部、乳化剤としてのドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム5部、溶媒としてのイオン交換水150部、および、重合開始剤としての過硫酸カリウム1部を入れ、十分に攪拌した後、55℃に加温して重合を開始した。
モノマー消費量が95.0%になった時点で冷却し、反応を停止した。こうして得られた重合体を含んだ水分散体に、5%水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pH8に調整した。その後、加熱減圧蒸留によって未反応単量体の除去を行った。さらにその後、30℃以下まで冷却し、負極用結着材としての粒子状重合体の水分散液を得た。
プラネタリーミキサーに、負極活物質としての人造黒鉛48.75部および天然黒鉛48.75部、並びに増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース1部(固形分相当)を投入した。さらに、イオン交換水にて固形分濃度が60%となるように希釈し、その後、回転速度45rpmで60分混練した。その後、上述のようにして得た負極用結着材としての粒子状重合体の水分散液を固形分相当で1.5部投入し、回転速度40rpmで40分混練した。そして、粘度が3000±500mPa・s(B型粘度計、25℃、60rpmで測定)となるようにイオン交換水を加えることにより、負極用スラリー組成物を調製した。
上記の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の銅箔の表面に、塗付量が10±0.5mg/cm2となるように塗布した。その後、負極用スラリー組成物が塗布された銅箔を、400mm/分の速度で、温度80℃のオーブン内を2分間、さらに温度110℃のオーブン内を2分間かけて搬送することにより、銅箔上の負極用スラリー組成物を乾燥させ、集電体上に負極合材層が形成された負極原反を得た。
この負極原反をロールプレスで圧延し、密度が1.6g/cm3の負極合材層と銅箔とからなるシート状負極を作製した。そして、シート状負極を幅50.0mm、長さ52cmに切断して、リチウムイオン二次電池用負極とした。
作製したリチウムイオン二次電池用正極とリチウムイオン二次電池用負極とを電極合材層同士が向かい合うようにし、厚さ15μmのセパレータ(ポリエチレン製の微多孔膜)を介在させて、直径20mmの芯を用いて捲回し、捲回体を得た。そして、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した。なお、圧縮後の捲回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、電解液として濃度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(体積比)の混合溶媒、添加剤:ビニレンカーボネート2体積%(溶媒比)含有)を準備した。
その後、圧縮後の捲回体をアルミ製ラミネートケース内に3.2gの電解液とともに収容した。そして、二次電池用負極の所定の箇所にニッケルリード線を接続し、リチウムイオン二次電池用正極の所定の箇所にアルミニウムリード線を接続したのち、ケースの開口部を熱で封口し、リチウムイオン二次電池を得た。このリチウムイオン二次電池は、幅35mm、高さ60mm、厚さ5mmのパウチ形であり、電池の公称容量は700mAhであった。
得られたリチウムイオン二次電池の内部抵抗を評価した。結果を表1に示す。
粒子状重合体Yの調製を下記の通りにして行ったこと以外は、実施例1-1と同様にして、バインダー組成物(重合体Xの水溶液)の調製、粒子状重合体Yの調製、CNT分散液の調製、アセチレンブラック分散液の調製、正極用スラリー組成物の調製、導電性接着剤層付き集電体の作製、リチウムイオン二次電池用正極の作製、リチウムイオン二次電池用負極の作製、およびリチウムイオン二次電池の作製を行い、各種の測定および評価を行った。結果を表1に示す。
<粒子状重合体Yの調製>
以下のようにして、粒子状重合体Yとしての親水性基含有スチレン-ブタジエン共重合体(親水性基含有SBR)を調製した。
攪拌機付き5MPa耐圧容器に、芳香族ビニル単量体としてのスチレン63部、共役ジエン単量体としての1,3-ブタジエン34部、カルボン酸基含有単量体としてのイタコン酸2部、水酸基含有単量体としての2-ヒドロキシエチルアクリレート1部、分子量調整剤としてt-ドデシルメルカプタン0.3部、乳化剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム5部、溶媒としてイオン交換水150部、および、重合開始剤として過硫酸カリウム1部を入れ、十分に攪拌した後、55℃に加温して重合を開始した。
モノマー消費量が95.0%になった時点で冷却し、反応を停止した。こうして得られた重合体を含んだ水分散体に、5%水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pH8に調整した。その後、加熱減圧蒸留によって未反応単量体の除去を行った。さらにその後、30℃以下まで冷却し、粒子状重合体Yとしての親水性基含有SBRの水分散液を得た。なお、得られた粒子状重合体Yは本明細書の定義に従う非水溶性であった。粒子状重合体について、上記に従って体積平均粒子径を測定した。その結果、体積平均粒子径は150nmであった。
バインダー組成物としての重合体Xの調製の際に、得られる重合体Xの組成(各単量体単位の含有割合)が表1~3にそれぞれ示す通りになるように、添加する単量体の種類および/また量を変更したこと以外は、実施例1-1と同様にして、バインダー組成物(重合体Xの水溶液)の調製、粒子状重合体Yの調製、CNT分散液の調製、アセチレンブラック分散液の調製、正極用スラリー組成物の調製、導電性接着剤層付き集電体の作製、リチウムイオン二次電池用正極の作製、リチウムイオン二次電池用負極の作製、およびリチウムイオン二次電池の作製を行い、各種の測定および評価を行った。結果を表1~3に示す。
正極用スラリー組成物の調製の際に、CNT分散液を添加せず、アセチレンブラックの添加量が1.9部から3.0部になるようにアセチレンブラック分散液の添加量を変更したこと以外は、実施例1-1と同様にして、バインダー組成物(重合体Xの水溶液)の調製、粒子状重合体Yの調製、アセチレンブラック分散液の調製、正極用スラリー組成物の調製、導電性接着剤層付き集電体の作製、リチウムイオン二次電池用正極の作製、リチウムイオン二次電池用負極の作製、およびリチウムイオン二次電池の作製を行い、各種の測定および評価を行った。結果を表2に示す。
正極用スラリー組成物の調製の際に、正極活物質としてのオリビン型リン酸鉄リチウム(LiFePO4)の添加量を94.8部から96.2部に変更すると共に、アセチレンブラック分散液(アセチレンブラック1.9部に相当する量)を添加せず、カーボンナノチューブの添加量が0.1部から0.5部になるようにCNT分散液の添加量を変更したこと以外は、実施例1-1と同様にして、バインダー組成物(重合体Xの水溶液)の調製、粒子状重合体Yの調製、CNT分散液の調製、正極用スラリー組成物の調製、導電性接着剤層付き集電体の作製、リチウムイオン二次電池用正極の作製、リチウムイオン二次電池用負極の作製、およびリチウムイオン二次電池の作製を行い、各種の測定および評価を行った。結果を表2に示す。
「LFP」は、オリビン型リン酸鉄リチウムを示し、
「AA」は、アクリル酸単位を示し、
「AA2ME」は、2-メトキシエチルアクリレート単位(アクリル酸-2-メトキシエチル単位)を示し、
「EA」は、エチルアクリレート単位を示し、
「MA」は、メチルアクリレート単位を示し、
「AN」は、アクリロニトリル単位を示し、
「BA」は、n-ブチルアクリレート単位(アクリル酸ブチル単位)を示し、
「β-HEA」は、アクリル酸2-ヒドロキシエチル単位を示し、
「HEMA」は、メタクリル酸2-ヒドロキシエチル単位を示し、
「ACR」は、親水性基含有アクリル系重合体を示し、
「SBR」は、親水性基含有スチレン-ブタジエン共重合体を示し、
「CNT」は、カーボンナノチューブを示し、
「AcB」は、アセチレンブラックを示す。
(実施例2-1)
下記のようにして調製した重合体X、粒子状重合体Y、および正極用スラリー組成物を用いた以外は、実施例1-1と同様の各種操作、測定、および評価を実施した。結果を表4に示す。
アクリル酸単量体にイオン交換水と水酸化ナトリウムの8%水溶液を添加してから、pH8.0となるように中和して、アクリル酸ナトリウム水溶液(固形分濃度:3.0%)を調製した。セプタム付き10Lフラスコに、イオン交換水680部を投入して、温度55℃に加熱し、流量100mL/分の窒素ガスでフラスコ内を置換した。次に、酸性基含有単量体としてのアクリル酸ナトリウム9.0部と、式(I)で表される単量体(水酸基非含有(メタ)アクリル酸エステル単量体)としてのアクリル酸-2-メトキシエチル40.0部、水酸基含有(メタ)アクリル酸エステル単量体としての、アクリル酸-2-ヒドロキシエチル51.0部、連鎖移動剤として1-チオグリセロール0.2部を混合して、シリンジでフラスコ内に注入した。その後、重合促進剤としてL-アスコルビン酸ナトリウムの10.0%水溶液3部をシリンジで投入し、10分後に重合開始剤としての過硫酸カリウムの4.0%水溶液25部をシリンジでフラスコ内に追加した。反応開始1時間後に温度を70℃に昇温し、重合反応を進めた。2時間後、重合促進剤として亜硫酸水素ナトリウムの10.0%水溶液0.5部をシリンジで投入し、10分後に重合開始剤としての過硫酸カリウムの4.0%水溶液5部をシリンジでフラスコ内に追加した。3時間後、重合促進剤として亜硫酸水素ナトリウムの10.0%水溶液0.5部をシリンジで投入し、10分後に重合開始剤としての過硫酸カリウムの4.0%水溶液5部をシリンジでフラスコ内に追加した。4時間後、重合促進剤として亜硫酸水素ナトリウムの10.0%水溶液0.5部をシリンジで投入し、10分後に重合開始剤としての過硫酸カリウムの4.0%水溶液5部をシリンジでフラスコ内に追加した。5時間後、重合促進剤として亜硫酸水素ナトリウムの10.0%水溶液0.5部をシリンジで投入し、10分後に重合開始剤としての過硫酸カリウムの4.0%水溶液5部をシリンジでフラスコ内に追加した。6時間後、反応停止剤を添加し、フラスコを空気中に開放して重合反応を停止させた。その後、水酸化ナトリウムの8%水溶液を用いて生成物のpHを8に調整することにより、水溶性重合体を得た。得られた水溶性重合体について、上記に従って重量平均分子量を測定した。結果を表1に示す。
なお、得られた水溶性重合体の組成は、水溶性重合体の重合に用いた全単量体に占める各単量体の比率(仕込み比率)と同じであった。また、得られた水溶性重合体は本明細書の定義に従う水溶性であった。
以下の手順に従って、結着材としての粒子状重合体(親水性基含有アクリル系重合体)を調製した。
撹拌機を備えたセプタム付き1Lフラスコ(反応容器)にイオン交換水90部、乳化剤としてラウリル硫酸ナトリウム0.5部を加え、気相部を窒素ガスで置換し、60℃に昇温した後、重合開始剤として過硫酸アンモニウム(APS)0.3部をイオン交換水20.0部に溶解させ加えた。
一方、別の容器(エマルジョン容器)でイオン交換水30部、乳化剤としてラウリル硫酸ナトリウム0.5部、そしてアクリル酸ブチル78.0部、イタコン酸2.5部、アクリル酸-2-ヒドロキシエチル1.0部、スチレン18.5部を混合して単量体組成物を得た。この単量体組成物を3時間かけて前記セプタム付き1Lフラスコに連続的に添加して重合を行った。添加中は、60℃で反応を行った。添加終了後、さらに80℃で2時間撹拌し、粒子状重合体の水分散体を得た。
こうして得られた粒子状重合体の水分散体に、8%水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pH8に調整し、粒子状重合体の水分散液を得た。なお、得られた粒子状重合体は本明細書の定義に従う非水溶性であった。粒子状重合体について、上記に従って体積平均粒子径を測定した。その結果、体積平均粒子径は135nmであった。
正極活物質としてのオリビン型リン酸鉄リチウム(LiFePO4)(平均粒子径:1μm)95.6部と、導電助剤としてアセチレンブラック2.0部をプラネタリーミキサーにて混合(15rpm、15分間)した。その後、バインダー組成物としての重合体Xの水溶液0.9部(固形分相当)と、イオン交換水とを添加し、固形分濃度を78%に調整し、プラネタリーミキサーにて混合(60rpm、50分間)した。次に、スラリー組成物の粘度が3000mPa・s~4000mPa・sの範囲内となるように水を添加して調整した。さらに、粒子状重合体Yの水分散液を1.5部(固形分相当)添加し、プラネタリーミキサーにて混合(40rpm、10分間)し、正極用スラリー組成物を調製した。最後に、スラリー組成物の粘度が1000mPa・s~2000mPa・sの範囲内となるように水を添加して調整した。得られた正極用スラリー組成物の分散性を評価した。結果を表1に示す。なお、正極用スラリー組成物の調製の際、得られる正極用スラリー組成物の粘度は、JIS Z8803:1991に準じて単一円筒形回転粘度計(ブルックフィールドB型粘度計)により測定(温度:25℃、回転数:60rpm)した。
実施例1-2と同様にして調製した粒子状重合体Yを用いた以外は、実施例2-1と同様の各種操作、測定、および評価を実施した。結果を表4に示す。
バインダー組成物としての重合体Xの調製の際に、得られる重合体Xの組成(各単量体単位の含有割合)が表4、5にそれぞれ示す通りになるように、添加する単量体の種類および/また量を変更したこと以外は、実施例2-1と同様の各種操作、測定、および評価を実施した。結果を表4、5に示す。
正極用スラリー組成物の調製にあたり、下記の手順に従った以外は、実施例2-1と同様の各種操作、測定、および評価を実施した。結果を表4、5に示す。
導電材としてのカーボンナノチューブ(BET比表面積:250m2/g)0.4部と、カルボキシメチルセルロース(ダイセル社製「ダイセル1220」)0.6部(固形分換算量)と、イオン交換水99部とを、ディスパーを用いて撹拌し(3000rpm、10分間)、その後、直径1mmのジルコニアビーズを用いたビーズミルを使用し、周速8m/sにて1時間混合することにより、固形分濃度が1質量%のCNT分散液を調製した。
正極活物質としてのオリビン型リン酸鉄リチウム(LiFePO4)(平均粒子径:1μm)95.6部と、導電助剤としてアセチレンブラック1.9部をプラネタリーミキサーにて混合(15rpm、15分間)した。その後、バインダー組成物としての重合体Xの水溶液0.9部(固形分相当)と、イオン交換水とを添加し、固形分濃度を78%に調整し、プラネタリーミキサーにて混合(60rpm、50分間)した。次に、カーボンナノチューブの添加量が0.1部になるようにCNT分散液を添加し、プラネタリーミキサーにて混合(60rpm、10分間)した。次に、スラリー組成物の粘度が3000mPa・s~4000mPa・sの範囲内となるように水を添加して調整した。次に、粒子状重合体Yの水分散液を1.5部(固形分相当)添加し、プラネタリーミキサーにて混合(40rpm、10分間)し、正極用スラリー組成物を調製した。最後に、スラリー組成物の粘度が1000mPa・s~2000mPa・sの範囲内となるように水を添加して調整した。
得られた正極用スラリー組成物の分散性を評価した。結果を表1に示す。なお、正極用スラリー組成物の調製の際、得られる正極用スラリー組成物の粘度は、JIS Z8803:1991に準じて単一円筒形回転粘度計(ブルックフィールドB型粘度計)により測定した(温度:25℃、回転数:60rpm)。
「LFP」は、オリビン型リン酸鉄リチウムを示し、
「AA」は、アクリル酸単位を示し、
「AA2ME」は、2-メトキシエチルアクリレート単位(アクリル酸-2-メトキシエチル単位)を示し、
「EA」は、エチルアクリレート単位を示し、
「MA」は、メチルアクリレート単位を示し、
「AN」は、アクリロニトリル単位を示し、
「BA」は、n-ブチルアクリレート単位(アクリル酸ブチル単位)を示し、
「β-HEA」は、アクリル酸2-ヒドロキシエチル単位を示し、
「HEMA」は、メタクリル酸2-ヒドロキシエチル単位を示し、
「ACR」は、親水性基含有アクリル系重合体を示し、
「SBR」は、親水性基含有スチレン-ブタジエン共重合体を示し、
「Aamid」は、アクリルアミド単位を示し、
「HEAamid」は、N-ヒドロキシエチルアクリルアミド単位を示し、
「CNT」は、カーボンナノチューブを示し、
「AcB」は、アセチレンブラックを示す。
一方、不飽和単量体Aに由来する繰り返し単位の含有割合が所定の範囲から外れた重合体を含む比較例1-1、2-1のバインダー組成物を用いた場合、電極合材層の柔軟性にも劣ることがわかる。
また、酸性基含有単量体単位の含有割合が所定の範囲から外れた重合体を含む比較例1-2~1-3のバインダー組成物を用いた場合も、電極合材層の柔軟性に劣ることがわかる。
さらに、不飽和単量体Aに由来する繰り返し単位に代えて、ガラス転移温度が所定値を超える不飽和単量体に由来する繰り返し単位を含有する重合体を含む比較例1-4のバインダー組成物を用いた場合も、電極合材層の柔軟性に劣ることがわかる。
また、不飽和単量体Aに由来する繰り返し単位に代えて、水に対する溶解度が所定の範囲に満たない不飽和単量体に由来する繰り返し単位を含有する重合体を含む比較例1-5のバインダー組成物を用いた場合も、電極合材層の柔軟性に劣ることがわかる。
また、本発明によれば、電極合材層に優れた柔軟性を発揮させ得る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、優れた柔軟性を発揮し得る電極合材層を備える非水系二次電池用電極を提供することができる。
そして、本発明によれば、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 (17)
- 重合体X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、
前記重合体Xが、酸性基含有単量体単位を3質量%以上20質量%以下、不飽和単量体Aに由来する繰り返し単位を5質量%以上50質量%未満含有し、
前記不飽和単量体Aの水に対する溶解度が1g/100mL以上15g/100mL以下であり、
前記不飽和単量体Aのガラス転移温度が40℃以下である、非水系二次電池電極用バインダー組成物。 - 前記重合体Xが、前記不飽和単量体Aに由来する繰り返し単位を20質量%以下含有する、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。
- 前記重合体Xが水酸基含有アクリル酸エステル単量体単位を55質量%以上90質量%以下含有する、請求項2に記載の非水系二次電池電極用バインダー組成物。
- 前記重合体Xの重量平均分子量が50,000以上500,000未満である、請求項2に記載の非水系二次電池電極用バインダー組成物。
- 前記重合体Xが水酸基含有メタクリル酸エステル単量体単位を2質量%以上30質量%以下含有する、請求項2に記載の非水系二次電池電極用バインダー組成物。
- 前記不飽和単量体Aが、2-メトキシエチルアクリレート、エチルアクリレート、メチルアクリレート、および酢酸ビニルからなる群より選択される少なくとも1種を含有する、請求項2に記載の非水系二次電池電極用バインダー組成物。
- 前記重合体Xが、水酸基含有アクリル酸エステル単量体単位および水酸基含有メタクリル酸エステル単位のうちの双方または少なくとも一方を含み、前記重合体Xにおける水酸基含有アクリル酸エステル単量体単位および水酸基含有メタクリル酸エステル単位の合計含有割合が30質量%以上90質量%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。
- 前記重合体Xが、水酸基含有アクリル酸エステル単量体単位および水酸基含有メタクリル酸エステル単位のうちの双方または少なくとも一方を含み、
前記重合体Xにおける、前記不飽和単量体Aに由来する繰り返し単位、前記水酸基含有アクリル酸エステル単量体単位、および前記水酸基含有メタクリル酸エステル単位の合計含有割合が80質量%以上である、請求項7に記載の非水系二次電池電極用バインダー組成物。 - 前記重合体Xが、(メタ)アクリルアミド単量体単位を3質量%以上20質量%以下含有する、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。
- 電極活物質と、請求項1~9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。
- 親水性基を含有する粒子状重合体Yを更に含む、請求項10に記載の非水系二次電池電極用スラリー組成物。
- 前記粒子状重合体Yの含有割合が、前記非水系二次電池電極用スラリー組成物に含まれる全固形分を100質量%とした場合に、0.1質量%以上5質量%以下である、請求項11に記載の非水系二次電池電極用スラリー組成物。
- 前記電極活物質がオリビン型リン酸鉄リチウムを含有する、請求項10に記載の非水系二次電池電極用スラリー組成物。
- カーボンナノチューブを含有する導電材を更に含む、請求項10に記載の非水系二次電池電極用スラリー組成物。
- 前記導電材が粒子状導電材を更に含有する、請求項14に記載の非水系二次電池電極用スラリー組成物。
- 請求項10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された電極合材層を備える、非水系二次電池用電極。
- 請求項16に記載の非水系二次電池用電極を備える、非水系二次電池。
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