WO2025070650A1 - 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, improvements to battery components such as electrodes have been considered with the aim of further improving the performance of non-aqueous secondary batteries.
- an electrode for a secondary battery such as a lithium ion secondary battery typically comprises a current collector and an electrode mixture layer formed on the current collector.
- the electrode mixture layer is formed, for example, by applying a slurry composition, which is made by dispersing an electrode active material and a binder composition containing a binding agent in a dispersion medium, onto the current collector and then drying the applied slurry composition.
- Patent Documents 1 to 4 describe the use of a particulate polymer containing a monomer unit such as an aromatic vinyl monomer unit, an aliphatic conjugated diene monomer unit, or a carboxyl group-containing monomer unit as a binding agent contained in a binder composition.
- an electrode when an electrode is produced by forming an electrode mixture layer from a slurry composition containing a binder composition, it is necessary to ensure high adhesion between the electrode mixture layer and the current collector (i.e., peel strength of the electrode).
- the conventional binder compositions described above have room for further improvement in terms of increasing the peel strength of the electrodes.
- an object of the present invention is to provide a binder composition for non-aqueous secondary battery electrodes capable of forming non-aqueous secondary battery electrodes having excellent peel strength, and a slurry composition for non-aqueous secondary battery electrodes containing the binder composition.
- Another object of the present invention is to provide an electrode for a non-aqueous secondary battery having excellent peel strength, and a non-aqueous secondary battery including the electrode for a non-aqueous secondary battery.
- the present inventors have conducted extensive research with the aim of solving the above problems.
- the present inventors have focused on the pores in a binder film formed using a binder composition.
- the present inventors have found that by using a binder composition that contains a particulate binder and water and in which the average free volume radius of the pores in the binder film, as measured by positron annihilation lifetime spectroscopy, is within a predetermined range, it is possible to form an electrode with excellent peel strength, and have completed the present invention.
- the present invention aims to advantageously solve the above problems, and provides the following binder compositions for non-aqueous secondary battery electrodes (1) to (7), the following slurry composition for non-aqueous secondary battery electrodes (8), the following electrode for non-aqueous secondary batteries (9), and the following non-aqueous secondary battery (10).
- a binder composition for a non-aqueous secondary battery electrode comprising a particulate binder and water, wherein the binder composition for a non-aqueous secondary battery electrode has an average free volume radius of pores of 0.30 nm or more and 0.50 nm or less, the average free volume radius being measured by a positron annihilation lifetime spectrometry on a binder film formed from the binder composition for a non-aqueous secondary battery electrode adjusted to a pH of 8.0.
- the electrode can exhibit excellent peel strength.
- the "binder film” can be prepared by the method described in the examples of this specification.
- the "average free volume radius" of the pores of the binder film can be measured by the method described in the examples of this specification.
- a binder composition having a viscosity under specified conditions equal to or greater than the above value can further improve the peel strength of an electrode.
- the "viscosity" of the binder composition can be measured by the method described in the examples of this specification.
- the "average particle diameter Da" of the particulate binder means "the cumulant average particle diameter obtained by cumulant analysis of the particle size distribution (volume basis) measured by a dynamic light scattering method", and can be measured by the method described in the examples of this specification.
- the "average particle diameter Db" of the particulate binder means "a particle diameter (D50) at which the cumulative volume calculated from the small diameter side in the particle size distribution (volume basis) measured by a laser diffraction scattering method becomes 50%", and can be measured using the method described in the examples of this specification.
- the particulate binder comprises a polymer (A) containing at least one of an aliphatic conjugated diene monomer unit and a (meth)acrylic acid ester monomer unit. If the particulate binder contains a polymer (A) containing an aliphatic conjugated diene monomer unit and/or a (meth)acrylic acid ester monomer unit, the peel strength of the electrode can be further improved.
- the "monomer unit" of a polymer means "a repeating unit derived from the monomer contained in a polymer obtained by using the monomer”.
- the term "(meth)acrylic acid” means acrylic acid and/or methacrylic acid.
- the "content (mass %)" of each monomer unit (each repeating unit) contained in the polymer can be measured by a nuclear magnetic resonance (NMR) method such as 1 H-NMR or 13 C-NMR.
- NMR nuclear magnetic resonance
- the binder composition for a non-aqueous secondary battery electrode according to any one of [1] to [6] above, having a pH of 6.0 or more and 10.0 or less. If the pH of the binder composition is within the above range, the tackiness of the binder composition can be improved and the peel strength of the electrode can be further improved.
- the "pH" of the binder composition means the pH measured under the condition of a temperature of 25°C.
- a slurry composition for a non-aqueous secondary battery electrode comprising an electrode active material and the binder composition for a non-aqueous secondary battery electrode according to any one of [1] to [7] above.
- a slurry composition containing an electrode active material and any one of the binder compositions described above can provide an electrode with excellent peel strength.
- 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 [8] above.
- An electrode including an electrode mixture layer obtained by using a slurry composition containing an electrode active material and any one of the binder compositions described above has excellent peel strength.
- a non-aqueous secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator and an electrolyte, wherein at least one of the positive electrode and the negative electrode is the non-aqueous secondary battery electrode according to [9] above.
- a secondary battery including the above-described electrode has excellent storage characteristics and cycle characteristics.
- a binder composition for a non-aqueous secondary battery electrode capable of forming a non-aqueous secondary battery electrode having excellent peel strength
- a slurry composition for a non-aqueous secondary battery electrode containing the binder composition Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide an electrode for a non-aqueous secondary battery having excellent peel strength, and a non-aqueous secondary battery including the electrode for a non-aqueous secondary battery.
- the binder composition for non-aqueous secondary battery electrodes of the present invention can be used to prepare the slurry composition for non-aqueous secondary battery electrodes of the present invention.
- the slurry composition for non-aqueous secondary battery electrodes of the present invention can be used to form electrodes (electrodes for non-aqueous secondary batteries) for non-aqueous secondary batteries such as lithium ion secondary batteries.
- the electrode for non-aqueous secondary batteries of the present invention is characterized by comprising an electrode mixture layer formed from the slurry composition for non-aqueous secondary battery electrodes of the present invention.
- the non-aqueous secondary battery of the present invention is characterized by comprising an electrode for non-aqueous secondary batteries prepared using the slurry composition for non-aqueous secondary battery electrodes of the present invention.
- the binder composition of the present invention contains a particulate binder and water as a dispersion medium, and optionally further contains components other than the particulate binder and the dispersion medium (other components).
- the binder composition of the present invention is characterized in that the average free volume radius of pores in the binder film formed after adjusting the pH to a predetermined value is 0.30 nm or more and 0.50 nm or less.
- the binder composition of the present invention contains a particulate binder and water, and the average free volume radius of the pores in the binder film formed after adjusting the pH to a specified value is within the above-mentioned range, so that the use of this binder composition can provide the electrode with excellent peel strength.
- the reason why the above effects are obtained by using the binder composition of the present invention is not clear, but it is presumed to be as follows.
- the present inventors focused on the pores (voids between particulate binders) present in the binder film formed from the binder composition.
- the particulate binder in the slurry composition applied on the current collector may move (migrate) toward the surface of the slurry composition on the opposite side of the current collector due to thermal convection when drying the slurry composition.
- the pores in the binder film are large, it is considered that the particulate binder can be uniformly distributed in the obtained electrode mixture layer by suppressing the above-mentioned migration of the particulate binder.
- the pores in the binder film are small, it is considered that the particulate binder can be distributed at high density in the obtained electrode mixture layer.
- the binder composition of the present invention can distribute the particulate binder at high density and uniformly in the obtained electrode mixture layer by setting the average free volume radius of the pores of the binder film to 0.30 nm or more and 0.50 nm or less. Therefore, by forming an electrode mixture layer on a current collector using a slurry composition containing the binder composition of the present invention, the electrode active materials can be firmly adhered to the current collector while favorably bonding the electrode active materials to each other (i.e., the peel strength of the electrode can be improved). For the reasons described above, it is believed that use of the binder composition of the present invention allows the electrode to exhibit excellent peel strength.
- the particulate binder holds components such as the electrode active material contained in the electrode mixture layer formed using a slurry composition containing the binder composition so that they do not detach from the electrode mixture layer.
- the particulate binder is a water-insoluble particle made of a polymer.
- water-insoluble refers to the fact that when 0.5 g of the particles are dissolved in 100 g of water at 25° C., the insoluble content is 90 mass % or more.
- the structure of the particulate binder is not particularly limited as long as the average free volume radius of the pores of the binder film can be within the above-mentioned range. From the viewpoint of further improving the peel strength of the electrode, it is preferable that the particulate binder contains a polymer (A) containing at least one of an aliphatic conjugated diene monomer unit and a (meth)acrylic acid ester monomer unit.
- the structure of the particulate binder containing the polymer (A) is not particularly limited, and examples thereof include the following.
- the structures (iii) and (iv) are preferred, and the structure (iv) is more preferred.
- the core portion is made of polymer (A) and the shell portion is made of polymer (C) different from polymer (A).
- the proportion of the surface layer portion in the particulate binder is preferably 0.5% by mass or more, more preferably 1% by mass or more, even more preferably 2% by mass or more, preferably 30% by mass or less, more preferably 20% by mass or less, even more preferably 10% by mass or less, and particularly preferably 4% by mass or less. If the proportion of the surface layer portion in the particulate binder is within the above range, the peel strength of the electrode can be further improved and the storage characteristics of the secondary battery can be improved.
- the ratio of the core portion in the particulate binder is preferably 60% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, even more preferably 80% by mass or more, particularly preferably 85% by mass or more, preferably 98% by mass or less, more preferably 96% by mass or less, and even more preferably 94% by mass or less. If the ratio of the core portion in the particulate binder is within the above range, the peel strength of the electrode can be further improved.
- the proportion of the shell portion in the particulate binder 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 proportion of the shell portion in the particulate binder is within the above range, the peel strength of the electrode can be further improved.
- the polymer (A) contains at least one of an aliphatic conjugated diene monomer unit and a (meth)acrylic acid ester monomer unit, and optionally further contains an acidic functional group-containing monomer unit and an aromatic vinyl monomer unit.
- the polymer (A) may contain monomer units other than the aliphatic conjugated diene monomer unit, the (meth)acrylic acid ester monomer unit, the acidic functional group-containing monomer unit, and the aromatic vinyl monomer unit (hereinafter referred to as "other monomer units").
- Aliphatic conjugated diene monomer unit examples include 1,3-butadiene, 2-methyl-1,3-butadiene (isoprene), and 2,3-dimethyl-1,3-butadiene. These can be used alone or in combination of two or more. Among these, 1,3-butadiene is preferred.
- the proportion of the aliphatic conjugated diene monomer units in polymer (A) is preferably 50% by mass or more, more preferably 60% by mass or more, even more preferably 70% by mass or more, even more preferably 76% by mass or more, particularly preferably 78% by mass or more, preferably 90% by mass or less, and more preferably 85% by mass or less, based on 100% by mass of all repeating units (monomer units) in polymer (A). If the proportion of the aliphatic conjugated diene monomer units in polymer (A) is within the above range, the peel strength of the electrode can be further improved and the cycle characteristics of the secondary battery can be enhanced.
- (meth)acrylic acid ester monomers capable of forming a (meth)acrylic acid ester monomer unit include acrylic acid alkyl esters such as methyl acrylate, ethyl acrylate, n-propyl acrylate, isopropyl acrylate, n-butyl acrylate, t-butyl acrylate, pentyl acrylate, hexyl acrylate, heptyl acrylate, octyl acrylate, and 2-ethylhexyl acrylate; methyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-propyl methacrylate, isopropyl methacrylate, n-butyl methacrylate, t-butyl methacrylate, pentyl acrylate, hexyl acrylate, heptyl acrylate, octyl acrylate
- the proportion of the (meth)acrylic acid ester monomer units in polymer (A) is preferably 1% by mass or more, more preferably 5% by mass or more, even more preferably 10% by mass or more, preferably 98% by mass or less, and more preferably 96% by mass or less, with the total repeating units (monomer units) in polymer (A) being 100% by mass. If the proportion of the (meth)acrylic acid ester monomer units in polymer (A) is within the above range, the peel strength of the electrode can be further improved.
- the total proportion of the aliphatic conjugated diene monomer units and the (meth)acrylic acid ester monomer units in polymer (A) is preferably 50% by mass or more, more preferably 60% by mass or more, even more preferably 70% by mass or more, particularly preferably 75% by mass or more, and preferably 97% by mass or less, more preferably 90% by mass or less, and even more preferably 85% by mass or less, assuming that all repeating units (monomer units) in polymer (A) are 100% by mass.
- the peel strength of the electrode can be further improved and the cycle characteristics of the secondary battery can be enhanced.
- Monomer units containing acidic functional groups Examples of the acidic functional group-containing monomer capable of forming the acidic functional group-containing monomer unit include a carboxyl group-containing monomer, a sulfonic acid group-containing monomer, and a phosphoric acid group-containing monomer.
- the acidic functional group contained in the acidic functional group-containing monomer unit may form a salt with an alkali metal, ammonia, or the like.
- Examples of the carboxyl group-containing monomer capable of forming the carboxyl group-containing monomer unit include monocarboxylic acids and derivatives thereof, dicarboxylic acids and acid anhydrides thereof, and derivatives thereof.
- 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, and ⁇ -chloro- ⁇ -E-methoxyacrylic 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 monoesters such as butyl maleate, nonyl maleate, decyl maleate, dodecyl maleate, octadecyl maleate, and fluoroalkyl maleates.
- maleic acid monoesters such as butyl maleate, nonyl maleate, decyl maleate, dodecyl maleate, octadecyl maleate, and fluoroalkyl maleates.
- acid anhydrides of dicarboxylic acids include maleic anhydride, acrylic anhydride, methylmaleic anhydride, dimethylmaleic anhydride, and citraconic anhydride.
- carboxyl group-containing monomer an acid anhydride which generates a carboxyl group upon hydrolysis can also be used.
- carboxyl group-containing monomer ethylenically unsaturated polycarboxylic acids such as butene tricarboxylic acid, and partial esters of ethylenically unsaturated polycarboxylic acids such as monobutyl fumarate and mono-2-hydroxypropyl maleate can also be used.
- sulfonic acid group-containing monomers capable of forming sulfonic acid group-containing monomer units include styrene sulfonic acid, vinyl sulfonic acid (ethylene sulfonic acid), methyl vinyl sulfonic acid, (meth)allyl sulfonic acid, and 3-allyloxy-2-hydroxypropane sulfonic acid.
- (meth)allyl means allyl and/or methallyl.
- Examples of the phosphate group-containing monomer capable of forming the phosphate group-containing monomer unit include 2-(meth)acryloyloxyethyl phosphate, methyl-2-(meth)acryloyloxyethyl phosphate, and ethyl-(meth)acryloyloxyethyl phosphate.
- (meth)acryloyl means acryloyl and/or methacryloyl.
- the above-mentioned monomers may be used alone or in combination of two or more kinds.
- a carboxyl group-containing monomer is preferable, acrylic acid and methacrylic acid are more preferable, and methacrylic acid is even more preferable.
- the proportion of the acidic functional group-containing monomer unit in polymer (A) is preferably 0.5% by mass or more, more preferably 1% by mass or more, preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, and even more preferably 2.5% by mass or less, based on 100% by mass of all repeating units (monomer units) in polymer (A). If the proportion of the acidic functional group-containing monomer unit in polymer (A) is within the above range, the peel strength of the electrode can be further improved.
- Aromatic vinyl monomer unit examples include aromatic monovinyl compounds such as styrene, ⁇ -methylstyrene, p-t-butylstyrene, butoxystyrene, vinyltoluene, chlorostyrene, and vinylnaphthalene. These can be used alone or in combination of two or more. Among these, styrene is preferred.
- the proportion of aromatic vinyl monomer units in polymer (A) is preferably 5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, even more preferably 15% by mass or more, preferably 35% by mass or less, more preferably 30% by mass or less, even more preferably 25% by mass or less, and particularly preferably 22% by mass or less, based on 100% by mass of all repeating units (monomer units) in polymer (A). If the proportion of aromatic vinyl monomer units in polymer (A) is within the above range, the peel strength of the electrode can be further improved and the cycle characteristics of the secondary battery can be enhanced.
- the other monomer units contained in the polymer (A) are not particularly limited, and examples of the other monomer units include a nitrile group-containing monomer unit and a crosslinkable monomer unit.
- nitrile group-containing monomers capable of forming nitrile group-containing monomer units include acrylonitrile; ⁇ -halogenoacrylonitriles such as ⁇ -chloroacrylonitrile and ⁇ -bromoacrylonitrile; and ⁇ -alkylacrylonitriles such as methacrylonitrile and ⁇ -ethylacrylonitrile. These can be used alone or in combination of two or more. Of these, acrylonitrile is preferred.
- the proportion of the nitrile group-containing monomer units in polymer (A) is preferably 0.5% by mass or more, more preferably 1% by mass or more, preferably 40% by mass or less, and more preferably 30% by mass or less, with the total repeating units (monomer units) in polymer (A) being 100% by mass.
- a crosslinkable monomer capable of forming a crosslinkable monomer unit is a monomer having two or more polymerizable double bonds (e.g., olefinic double bonds) per molecule.
- crosslinkable monomers include polyfunctional (meth)acrylates such as allyl (meth)acrylate, ethylene di(meth)acrylate, ethylene glycol di(meth)acrylate, diethylene glycol di(meth)acrylate, triethylene glycol di(meth)acrylate, tetraethylene glycol di(meth)acrylate, and trimethylolpropane-tri(meth)acrylate; polyfunctional allyl/vinyl ethers such as dipropylene glycol diallyl ether, polyglycol diallyl ether, triethylene glycol divinyl ether, hydroquinone diallyl ether, and tetraallyloxyethane; divinylbenzene; vinyl glycidyl ether; allyl glycidyl ether;
- the proportion of crosslinkable monomer units in polymer (A) is preferably 1% by mass or more, more preferably 2% by mass or more, preferably 10% by mass or less, and more preferably 5% by mass or less, with the total repeating units (monomer units) in polymer (A) being 100% by mass.
- the polymer (B) contains an acidic functional group-containing monomer unit, and may optionally further contain a monomer unit other than the acidic functional group-containing monomer unit.
- Examples of the acidic functional group-containing monomer units contained in polymer (B) include those described above in the section on "polymer (A)". Among these, carboxyl group-containing monomer units are preferred, and methacrylic acid units are more preferred.
- polymer (B) When the total repeating units (monomer units) in polymer (B) is taken as 100 mass%, polymer (B) preferably contains 80 mass% or more of acidic functional group-containing monomer units, more preferably 90 mass% or more, even more preferably 95 mass% or more, and particularly preferably 100 mass% (i.e., it is particularly preferable that polymer (B) contains only acidic functional group-containing monomer units). If the proportion of acidic functional group-containing monomer units in polymer (B) is equal to or greater than the above lower limit, the peel strength of the electrode can be further improved and the storage characteristics of the secondary battery can be enhanced.
- the polymer (C) is a polymer different from the polymer (A) and the polymer (B) described above. From the viewpoint of improving the cycle characteristics of the secondary battery, the polymer (C) preferably contains an aromatic vinyl monomer unit.
- the polymer (C) may further contain a monomer unit other than the aromatic vinyl monomer unit as desired.
- the monomer unit other than the aromatic vinyl monomer unit contained in the polymer (C) for example, the (meth)acrylic acid ester monomer unit described above in the section "Polymer (A)" can be mentioned.
- polymer (C) examples include those mentioned above in the section on "polymer (A)". Among these, styrene units are preferred.
- polymer (C) When the total repeating units (monomer units) in polymer (C) is taken as 100 mass%, polymer (C) preferably contains aromatic vinyl monomer units in a proportion of 50 mass% or more, more preferably 70 mass% or more, even more preferably 90 mass% or more, even more preferably 99 mass% or more, and particularly preferably 100 mass% (i.e., it is particularly preferable that polymer (C) contains only aromatic vinyl monomer units). If the proportion of aromatic vinyl monomer units in polymer (C) is equal to or greater than the above lower limit, the cycle characteristics of the secondary battery can be improved.
- the average particle diameter Da of the particulate binder is preferably 50 nm or more, more preferably 100 nm or more, and even more preferably 200 nm or more, and is preferably 800 nm or less, more preferably 600 nm or less, and even more preferably 400 nm or less, and particularly preferably 250 nm or less.
- the value of average particle diameter Da measured by dynamic light scattering method is a value that reflects the spatial spread of molecular chains in the surface layer of particulate binder relatively strongly.That is, when particulate binder has core-shell particles inside the surface layer, for example, it is presumed that the value of average particle diameter Da of particulate binder depends on the particle diameter of the whole structure (core part, shell part and surface layer) of particulate binder.Therefore, the value of average particle diameter Da of particulate binder can be adjusted by, for example, changing the type and amount of monomer used to form particulate binder, polymerization method and conditions, and particulate binder structure.
- the average particle diameter Db of the particulate binder is preferably 50 nm or more, more preferably 75 nm or more, even more preferably 100 nm or more, particularly preferably 125 nm or more, preferably 500 nm or less, more preferably 400 nm or less, even more preferably 300 nm or less, particularly preferably 200 nm or less. If the average particle diameter Db of the particulate binder is equal to or greater than the lower limit, the injectability of the electrolyte of the secondary battery can be improved and the internal resistance of the secondary battery can be reduced.
- the average particle diameter Db of the particulate binder is equal to or less than the upper limit, the surface area of the particulate binder increases, and the contact area between the particulate binder and the electrode active material increases, so that the peel strength of the electrode can be further improved.
- the average particle diameter Db measured by laser diffraction scattering method is not greatly affected by the spatial spread of molecular chains in the surface layer of the particulate binder.That is, when the particulate binder has core-shell particles inside the surface layer, for example, the value of the average particle diameter Db of the particulate binder is also influenced to some extent by the surface layer, but is presumed to be largely dependent on the particle diameter of the core and shell.Therefore, the value of the average particle diameter Db of the particulate binder can be adjusted, for example, by changing the type and amount of the monomer used to form the particles inside the surface layer of the particulate binder, and the polymerization conditions.
- the ratio (Da/Db) of the average particle diameter Da to the average particle diameter Db of the particulate binder is preferably 1.05 or more, more preferably 1.20 or more, even more preferably 1.40 or more, preferably 3.00 or less, more preferably 2.50 or less, even more preferably 2.00 or less, and particularly preferably 1.75 or less. If Da/Db is equal to or greater than the above lower limit, when forming an electrode mixture layer on a current collector using a slurry composition containing a binder composition, migration of the particulate binder is suppressed, and the particulate binder is present in a well-dispersed state in the electrode mixture layer, thereby further improving the peel strength of the electrode.
- the storage characteristics of the secondary battery can be improved.
- Da/Db is equal to or less than the above upper limit, the distribution density of the particulate binder in the electrode mixture layer is increased, and the peel strength of the electrode can be further improved.
- the dispersion medium of the binder composition of the present invention is not particularly limited as long as it contains water.
- the binder composition of the present invention may contain only water as the dispersion medium, or the dispersion medium may be a mixture of water and an organic solvent (e.g., esters, ketones, alcohols).
- the binder composition of the present invention may contain one type of organic solvent, or may contain two or more types of organic solvents.
- the proportion of water in the dispersion medium contained in the binder composition of the present invention is preferably 70% by mass or more and 100% by mass or less, more preferably 80% by mass or more and 100% by mass or less, even more preferably 90% by mass or more and 100% by mass or less, and particularly preferably 95% by mass or more and 100% by mass or less, with the total mass of the dispersion medium being 100% by mass, from the viewpoint of further improving the peel strength of the electrode.
- the binder composition of the present invention may contain other components such as an acidic water-soluble polymer, an antioxidant, and a preservative in addition to the particulate binder and dispersion medium described above.
- the other components may be used alone or in any combination of two or more kinds in any ratio.
- the acidic water-soluble polymer that the binder composition may contain is, for example, produced as a by-product by polymerization from a monomer that is the raw material of the particulate binder when the particulate binder is produced by polymerization.
- Such an acidic water-soluble polymer is, for example, a polymer that contains an acidic functional group-containing monomer unit and may optionally further contain a monomer unit other than the acidic functional group-containing monomer unit.
- Examples of the acidic functional group-containing monomer that can form the acidic functional group-containing monomer unit contained in the acidic water-soluble polymer include those described above in the section on "particulate binder".
- the weight average molecular weight of such an acidic water-soluble polymer is preferably 500 or more, more preferably 700 or more, even more preferably 1,000 or more, and preferably 20,000 or less, more preferably 15,000 or less, even more preferably 8,000 or less, even more preferably 3,500 or less, and particularly preferably 2,000 or less. If the weight average molecular weight of the acidic water-soluble polymer is equal to or greater than the lower limit, the peel strength of the electrode can be further improved. Furthermore, if the weight average molecular weight of the acidic water-soluble polymer is equal to or less than the upper limit, the viscosity of the binder composition can be prevented from increasing excessively, thereby improving the tackiness of the binder composition.
- the acidic water-soluble polymer may be in the form of a salt (salt of the acidic water-soluble polymer). That is, in the present invention, the "acidic water-soluble polymer” also includes the salt of the acidic water-soluble polymer.
- a polymer being "water-soluble” means that when 0.5 g of the polymer is dissolved in 100 g of water at a temperature of 25°C, the insoluble content is less than 10 mass%.
- the binder composition of the present invention requires that the average free volume radius of the pores of the binder film is 0.30 nm or more and 0.50 nm or less, and the average free volume radius of the pores of the binder film is preferably 0.31 nm or more, more preferably 0.32 nm or more, even more preferably 0.33 nm or more, preferably 0.45 nm or less, more preferably 0.40 nm or less, and even more preferably 0.34 nm or less.
- the average free volume radius of the pores of the binder film is 0.30 nm or more, when an electrode mixture layer is formed on a current collector using a slurry composition containing the binder composition, migration of the particulate binder can be suppressed, and the peel strength of the electrode can be improved.
- the average free volume radius of the pores of the binder film is 0.50 nm or less, the distribution density of the particulate binder in the electrode mixture layer formed using the slurry composition containing the binder composition can be sufficiently high, and the peel strength of the electrode can be improved.
- the average free volume radius of the pores in the binder film can be adjusted, for example, by changing the type and amount of monomer used in preparing the particulate binder, and the polymerization method and conditions. Specifically, when preparing a particulate binder using a procedure that includes multistage polymerization, the average free volume radius of the pores in the binder film increases by increasing the amount of the acidic functional group-containing monomer added in the final stage of the multistage polymerization, and decreases by decreasing the amount. In addition, the average free volume radius of the pores in the binder film increases by adding the acidic functional group-containing monomer continuously in the final stage of the multistage polymerization, and decreases by adding it all at once.
- the binder composition of the present invention has a viscosity ( ⁇ 1) under the conditions of a solid content concentration of 30% by mass, pH 8.0, and a shear rate of 0.01 s -1 of preferably 800 mPa ⁇ s or more, more preferably 2,000 mPa ⁇ s or more, even more preferably 3,000 mPa ⁇ s or more, particularly preferably 10,000 mPa ⁇ s or more, preferably 2,000,000 mPa ⁇ s or less, more preferably 1,500,000 mPa ⁇ s or less, and even more preferably 1,000,000 mPa ⁇ s or less.
- ⁇ 1 is equal to or greater than the above lower limit, when an electrode mixture layer is formed on a current collector using a slurry composition containing the binder composition, migration of the particulate binder can be suppressed, and the particulate binder can be present in a well-dispersed state in the electrode mixture layer. Therefore, the peel strength of the electrode can be further improved.
- ⁇ 1 is equal to or less than the upper limit, the viscosity of the binder composition is prevented from increasing excessively, and the tackiness of the binder composition can be improved.
- the value of ⁇ 1 can be adjusted, for example, by changing the type and amount of the monomer used to form the particulate binder, the polymerization method and conditions, and the structure of the particulate binder.
- the binder composition of the present invention has a viscosity ( ⁇ 2) under the conditions of a solid content concentration of 30% by mass, pH 8.0, and a shear rate of 1000 s -1 , preferably 10 mPa ⁇ s or more, more preferably 20 mPa ⁇ s or more, even more preferably 50 mPa ⁇ s or more, even more preferably 85 mPa ⁇ s or more, particularly preferably 100 mPa ⁇ s or more, preferably 250 mPa ⁇ s or less, more preferably 200 mPa ⁇ s or less, and even more preferably 150 mPa ⁇ s or less.
- ⁇ 2 is equal to or greater than the above lower limit, when an electrode mixture layer is formed on a current collector using a slurry composition containing the binder composition, migration of the particulate binder can be suppressed, and the particulate binder can be present in a well-dispersed state in the electrode mixture layer. Therefore, the peel strength of the electrode can be further improved.
- ⁇ 2 is equal to or less than the upper limit, the viscosity of the binder composition is prevented from increasing excessively, and the tackiness of the binder composition can be improved.
- the value of ⁇ 2 can be adjusted, for example, by changing the type and amount of the monomer used to form the particulate binder, the polymerization method and conditions, and the structure of the particulate binder.
- the ratio of ⁇ 1 to ⁇ 2 is preferably 25 or more, more preferably 50 or more, even more preferably 100 or more, even more preferably 1,000 or more, particularly preferably 5,000 or more, and preferably 10,000 or less, more preferably 9,000 or less, and even more preferably 8,300 or less. If ⁇ 1/ ⁇ 2 is equal to or greater than the lower limit, the peel strength of the electrode can be further improved. If ⁇ 1/ ⁇ 2 is equal to or greater than the upper limit, the storage characteristics of the secondary battery can be improved.
- the pH of the binder composition (pH of the dispersion medium) is preferably 6.0 or more, more preferably 7.0 or more, and preferably 10.0 or less, more preferably 9.0 or less, and even more preferably 8.0 or less. If the pH of the binder composition is equal to or higher than the lower limit, the peel strength of the electrode can be further improved. On the other hand, if the pH of the binder composition is equal to or lower than the upper limit, the viscosity of the binder composition can be prevented from increasing excessively, thereby improving the tackiness of the binder composition.
- the pH can be adjusted by adding an alkali species to the binder composition, for example. Examples of the alkali species include lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, and aqueous ammonia. Ammonia water is preferred because it is less likely to cause aggregates due to the shock of addition during alkali neutralization.
- the binder composition of the present invention can be prepared by polymerizing the monomers that are the basis of the structural units contained in the particulate binder in an emulsion.
- a preparation method include a batch emulsion polymerization method, an emulsion (Em) prop method, and a seed polymerization method.
- the batch emulsion polymerization method may be carried out, for example, by the following procedure.
- the monomers that are the source of the monomer units contained in the particulate binder are mixed with water, an emulsifier, and a polymerization initiator.
- the mixture (emulsion) is heated to carry out a polymerization reaction.
- a predetermined polymerization conversion rate is reached, the mixture is cooled to stop the reaction, and a mixture containing the particulate binder is obtained. Unreacted monomers are removed from the mixture.
- the pH of the mixture is adjusted to be within the preferred pH range of the dispersion medium described above, and other components described above are optionally added to obtain an aqueous dispersion as a binder composition.
- Heating during the polymerization reaction may be carried out, for example, at 40°C or higher, 45°C or higher, 50°C or higher, 55°C or higher, or 60°C or higher, 90°C or lower, 85°C or lower, 80°C or lower, 75°C or lower, or 70°C or lower.
- Unreacted monomers may be removed from the mixture, for example, by heating under reduced pressure distillation or blowing in steam.
- the Em Prop method may be carried out, for example, by the following procedure.
- a monomer for forming a core portion (a monomer for forming the above-mentioned polymer (A)) is mixed with water, an emulsifier, a polymerization initiator, and optionally a chain transfer agent.
- the mixture (emulsion) is heated to carry out a polymerization reaction until a predetermined polymerization conversion rate is reached, and a mixture containing a seed particle polymer as a core portion is obtained.
- a monomer for forming a shell portion (a monomer for forming the above-mentioned polymer (C)), and optionally an emulsifier and water are added to the mixture to continue polymerization.
- a monomer for forming a surface layer portion (a monomer for forming the above-mentioned polymer (B)), and optionally an emulsifier and water are continuously added to the mixture to continue polymerization.
- a predetermined polymerization conversion rate is reached, the mixture is cooled to stop the reaction, and a mixture containing a particulate binder is obtained. Unreacted monomers are removed from the mixture.
- the pH of the mixture is adjusted to be within the preferred pH range of the dispersion medium described above, and the other components described above are optionally added to obtain an aqueous dispersion as a binder composition containing core-shell particles and a particulate binder having a surface layer.
- a seed particle polymer consisting of a polymer containing one or more monomer units among the monomer units contained in the polymer (A) is mixed with a monomer for forming the polymer (A) (excluding that used for forming the seed particle polymer), water, an emulsifier, a polymerization initiator, and optionally a chain transfer agent, and a polymerization reaction or the like is carried out in the same manner as above to obtain a mixture containing a seed particle polymer as a core part.
- a monomer for forming the shell part a monomer for forming the above-mentioned polymer (C)
- optionally an emulsifier and water are added to the mixture to continue polymerization.
- a monomer for forming the surface layer part (a monomer for forming the above-mentioned polymer (B)), and optionally an emulsifier and water are continuously added to the mixture to continue polymerization.
- a predetermined polymerization conversion rate is reached, the reaction is stopped by cooling, and a mixture containing a particulate binder is obtained. Unreacted monomers are removed from the mixture.
- the pH of the mixture is adjusted to be within the preferred pH range of the dispersion medium described above, and the other components described above are optionally added to obtain an aqueous dispersion as a binder composition containing core-shell particles and a particulate binder having a surface layer.
- the method for preparing the binder composition may be carried out, for example, by the following procedure including two-stage polymerization.
- the monomer for forming the polymer (A) is mixed with water, an emulsifier, a chain transfer agent, and a polymerization initiator.
- the mixture is heated to carry out a polymerization reaction until a predetermined polymerization conversion rate is reached, and particles made of the polymer (A) are formed.
- the monomer for forming the polymer (B), and optionally an emulsifier and water are continuously added to the reaction liquid to continue polymerization.
- the reaction is stopped by cooling to obtain a mixture containing a particulate binder. Unreacted monomers are removed from the mixture.
- the pH of the mixture is adjusted to be within the preferred pH range of the dispersion medium described above, and other components described above are optionally added.
- the method for preparing the binder composition may be carried out, for example, by the following procedure including three-stage polymerization.
- a monomer for forming the polymer (A) is mixed with water, an emulsifier, a chain transfer agent, and a polymerization initiator.
- the mixture is heated to carry out a polymerization reaction until a predetermined polymerization conversion rate is reached, thereby forming particles made of the polymer (A).
- a monomer for forming polymer (C), and optionally an emulsifier and water are added to the reaction solution to continue the polymerization.
- the reaction is stopped by cooling to obtain an aqueous dispersion of the polymer containing water and core-shell particles composed of a core portion made of polymer (A) and a shell portion made of polymer (C).
- the monomer for forming the polymer (B) and, optionally, an emulsifier and water are continuously added to the reaction solution to continue the polymerization.
- the unreacted monomer may be removed from the reaction solution.
- the pH of the reaction solution after the reaction is adjusted to be within the preferred pH range of the dispersion medium described above, and optionally, other components described above are added.
- the polymerization temperature when forming the polymer (B) is 75°C or higher and 90°C or lower.
- emulsifiers used in preparing the binder composition include alkyldiphenyletherdisulfonic acid, dodecylbenzenesulfonic acid, laurylsulfuric acid, or salts thereof (e.g., potassium salts, sodium salts). Among these, alkyldiphenyletherdisulfonic acid salts are preferred.
- One type of emulsifier may be used alone, or two or more types may be used in combination at any ratio.
- the amount of emulsifier added is preferably 0.1 parts by mass or more, more preferably 0.2 parts by mass or more, and more preferably 10 parts by mass or less, and more preferably 5 parts by mass or less, relative to 100 parts by mass of the total amount of the monomers of the polymer that constitutes the particulate binder.
- the polymerization initiator is not particularly limited, and examples thereof include known polymerization initiators such as potassium persulfate, sodium persulfate, n-butyl lithium, and ammonium persulfate.
- One type of polymerization initiator may be used alone, or two or more types may be used in combination at any ratio.
- the amount of polymerization initiator added is preferably 0.05 parts by mass or more, more preferably 0.1 parts by mass or more, and more preferably 10 parts by mass or less, and more preferably 5 parts by mass or less, relative to 100 parts by mass of the total amount of the monomers of the polymer that constitutes the particulate binder.
- the chain transfer agent is not particularly limited, and examples thereof include known chain transfer agents such as ⁇ -methylstyrene dimer, tert-dodecyl mercaptan, and 3-mercapto-1,2-propanediol.
- the amount of the chain transfer agent added is preferably 0.05 parts by mass or more, more preferably 0.1 parts by mass or more, and more preferably 10 parts by mass or less, and more preferably 5 parts by mass or less, relative to 100 parts by mass of the total amount of the monomers of the polymer that constitutes the particulate binder.
- the slurry composition of the present invention is a composition used for forming an electrode mixture layer of an electrode, and contains an electrode active material and the above-mentioned binder composition of the present invention, and optionally contains components other than the above components (hereinafter referred to as "other components"). That is, the slurry composition of the present invention usually contains an electrode active material, the above-mentioned particulate binder, and a dispersion medium containing water, and optionally contains other components. And, since the slurry composition of the present invention contains the above-mentioned binder composition, it is possible to make the electrode exhibit excellent peel strength.
- the non-aqueous secondary battery electrode slurry composition is a lithium ion secondary battery negative electrode slurry composition will be described as an example, but the present invention is not limited to the following example.
- An electrode active material is a material that transfers electrons at an electrode of a secondary battery.
- a negative electrode active material for a lithium ion secondary battery a material that can absorb and release lithium is usually used.
- examples of negative electrode active materials for lithium ion secondary batteries include carbon-based negative electrode active materials, metal-based negative electrode active materials, and negative electrode active materials that are combinations of these.
- carbon-based negative electrode active material refers to an active material with carbon as the main skeleton that can insert (also called “dope") lithium.
- examples of carbon-based negative electrode active materials include carbonaceous materials and graphite materials.
- Examples of the carbonaceous material include graphitic carbon and non-graphitic carbon having a structure close to an amorphous structure, such as glassy carbon.
- graphitizable carbon include carbon materials made from tar pitch obtained from petroleum or coal. Specific examples include coke, mesocarbon microbeads (MCMB), mesophase pitch-based carbon fiber, and pyrolytic vapor-grown carbon fiber.
- non-graphitizable carbon include phenol resin baked body, polyacrylonitrile carbon fiber, pseudo-isotropic carbon, furfuryl alcohol resin baked body (PFA), and hard carbon.
- examples of the graphite material include natural graphite and artificial graphite.
- examples of the artificial graphite include artificial graphite obtained by heat-treating carbon containing graphitizable carbon mainly at 2800°C or higher, graphitized MCMB obtained by heat-treating MCMB at 2000°C or higher, and graphitized mesophase pitch-based carbon fiber obtained by heat-treating mesophase pitch-based carbon fiber at 2000°C or higher.
- Metal-based negative electrode active materials are active materials that contain metals, and usually contain an element capable of inserting lithium in their structure, and have a theoretical electric capacity of 500 mAh/g or more per unit mass when lithium is inserted.
- metal-based active materials include lithium metal, elemental metals that can form lithium alloys (e.g., Ag, Al, Ba, Bi, Cu, Ga, Ge, In, Ni, P, Pb, Sb, Si, Sn, Sr, Zn, Ti, etc.), and alloys thereof, as well as oxides, sulfides, nitrides, silicides, carbides, and phosphides thereof.
- silicon-containing active materials silicon-based negative electrode active materials are preferred as metal-based negative electrode active materials. This is because the use of silicon-based negative electrode active materials can increase the capacity of lithium-ion secondary batteries.
- silicon-based negative electrode active materials examples include silicon (Si), alloys containing silicon, SiO, SiO x , composites of Si-containing materials and conductive carbon obtained by coating or compounding Si-containing materials with conductive carbon, etc. Note that these silicon-based negative electrode active materials may be used alone or in combination of two or more.
- the binder composition of the present invention contains the above-mentioned specific particulate binder and a dispersion medium containing water, and optionally further contains other components.
- the content of the above-mentioned specific particulate binder in the slurry composition can be 0.5 parts by mass or more and 15 parts by mass or less in terms of solid content per 100 parts by mass of the electrode active material.
- Other components that can be added to the slurry composition are not particularly limited, and include the same components as those that can be added to the binder composition of the present invention.
- the slurry composition may further contain a conductive material such as carbon black. These components may be used alone or in combination of two or more in any ratio.
- a slurry composition can be prepared by mixing a binder composition, an electrode active material, and other components used as necessary in the presence of an aqueous phase (aqueous medium) contained in the binder composition.
- the mixing method is not particularly limited, but mixing can be performed using a commonly used stirrer or disperser.
- the electrode for a non-aqueous secondary battery of the present invention comprises an electrode mixture layer formed using the above-mentioned slurry composition for a non-aqueous secondary battery electrode. Therefore, the electrode mixture layer is made of a dried product of the above-mentioned slurry composition, and usually contains an electrode active material and a component derived from a particulate binder, and optionally further contains other components. Note that each component contained in the electrode mixture layer is one that was contained in the above-mentioned slurry composition for a non-aqueous secondary battery electrode, and the preferred abundance ratio of each component is the same as the preferred abundance ratio of each component in the slurry composition.
- the particulate binder is present in a particulate form in the slurry composition, but in the electrode mixture layer formed using the slurry composition, it may be in a particulate form or any other form.
- the non-aqueous secondary battery electrode of the present invention has an excellent peel strength since the electrode mixture layer is formed using the above-mentioned slurry composition for a non-aqueous secondary battery electrode.
- the electrode mixture layer of the electrode of the present invention can be formed, for example, by the following method. 1) A method in which the slurry composition of the present invention is applied to the surface of a current collector, followed by drying; 2) a method in which a current collector is immersed in the slurry composition of the present invention and then dried; and 3) a method in which the slurry composition of the present invention is applied to a release substrate, followed by drying to produce an electrode mixture layer, and the obtained electrode mixture layer is transferred to the surface of a current collector.
- the method 1) is particularly preferred because it is easy to control the thickness of the electrode mixture layer.
- the method 1) includes 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 to form an electrode mixture layer on the current collector (drying step).
- the method of applying the above-mentioned 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 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 current collector to which the slurry composition is applied.
- the current collector may be made of, for example, iron, copper, aluminum, nickel, stainless steel, titanium, tantalum, gold, platinum, etc.
- the above materials may be used alone or in combination of two or more types in any ratio.
- the method for drying the slurry composition on the current collector is not particularly limited and may be a known method, for example, a drying method using warm air, hot air, or low-humidity air, a vacuum drying method, or a drying method using irradiation with infrared rays or electron beams, etc.
- the electrode mixture layer may be subjected to a pressure treatment using a mold press or a roll press.
- the pressure treatment can improve the adhesion between the electrode mixture layer and the current collector and further increase the density of the resulting electrode mixture layer.
- the electrode mixture layer contains a curable polymer, it is preferable to cure the polymer after the electrode mixture layer is formed.
- Non-aqueous secondary battery of the present invention comprises a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte, and a separator, and uses the above-mentioned nonaqueous secondary battery electrode of the present invention as at least one of the positive electrode and the negative electrode.
- the secondary battery is a lithium ion secondary battery
- the present invention is not limited to the following example.
- the electrode for a secondary battery of the present invention is used as at least one of the positive electrode and the negative electrode. That is, the positive electrode of the lithium ion secondary battery may be the electrode of the present invention and the negative electrode may be another known negative electrode, the negative electrode of the lithium ion secondary battery may be the electrode of the present invention and the positive electrode may be another known positive electrode, or both the positive electrode and the negative electrode of the lithium ion secondary battery may be the electrodes of the present invention.
- a known electrode other than the secondary battery electrode of the present invention an electrode formed by forming an electrode mixture layer on a current collector using a known manufacturing method can be used.
- an organic electrolyte in which a supporting electrolyte is dissolved in an organic solvent is usually used.
- a lithium salt is used as the supporting electrolyte.
- the lithium salt for example, LiPF6 , LiAsF6, LiBF4 , LiSbF6 , LiAlCl4 , LiClO4 , CF3SO3Li , C4F9SO3Li , CF3COOLi , ( CF3CO ) 2NLi , ( CF3SO2 ) 2NLi , ( C2F5SO2 )NLi, etc. are listed.
- LiPF6 , LiClO4 , and CF3SO3Li are preferred because they are easily dissolved in a solvent and show a high degree of dissociation.
- the electrolyte may be used alone or in combination of two or more.
- the lithium ion conductivity tends to increase 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 organic solvent used in the electrolyte is not particularly limited as long as it can dissolve the supporting electrolyte.
- carbonates such as dimethyl carbonate (DMC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), and ethyl methyl carbonate (EMC); 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. A mixture of these solvents may also be used.
- carbonates are preferred because they have a high dielectric constant and a wide stable potential range.
- the lower the viscosity of the solvent used the higher the lithium ion conductivity tends to be, so the lithium ion conductivity can be adjusted by the type of solvent.
- the concentration of the electrolyte in the electrolytic solution can be appropriately adjusted.
- Known additives may also be added to the electrolytic solution.
- the separator is not particularly limited, and for example, the separator described in JP 2012-204303 A can be used. Among these, a microporous film made of a polyolefin resin (polyethylene, polypropylene, polybutene, polyvinyl chloride) is preferred, since it can reduce the thickness of the entire separator, thereby increasing the ratio of the electrode active material in the secondary battery and increasing the capacity per volume.
- a polyolefin resin polyethylene, polypropylene, polybutene, polyvinyl chloride
- the non-aqueous secondary battery of the present invention can be manufactured, for example, by stacking a positive electrode and a negative electrode with a separator therebetween, wrapping or folding the stack according to the shape of the battery as necessary, placing the stack in a battery container, injecting an electrolyte into the battery container, and sealing the container.
- the above-mentioned electrode for a non-aqueous secondary battery is used as at least one of the positive electrode and the negative electrode, preferably the negative electrode.
- a fuse in the non-aqueous secondary battery of the present invention, a fuse, an overcurrent prevention element such as a PTC element, an expanded metal, a lead plate, etc. may be provided as necessary to prevent the occurrence of an internal pressure rise of the secondary battery, overcharging and discharging, etc.
- 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 present invention will be specifically described below based on examples, but the present invention is not limited to these examples.
- “%” and “parts” expressing amounts are based on mass unless otherwise specified.
- the ratio of a monomer unit formed by polymerizing a certain monomer in the polymer usually coincides with the ratio (feed ratio) of the certain monomer to the total monomers used in the polymerization of the polymer, unless otherwise specified.
- the average free volume radius of the pores of the binder film, the viscosity ( ⁇ 1 and ⁇ 2) of the binder composition, the average particle diameters Da and Db of the particulate binder, the peel strength of the electrodes, and the storage characteristics and cycle characteristics of the lithium ion secondary battery were evaluated by the following methods.
- ⁇ Average free volume radius> Ammonia aqueous solution was added as necessary to the negative electrode binder composition prepared in the examples and comparative examples, and the pH of the binder composition was adjusted to 8.0.
- the pH-adjusted binder composition (solid content concentration 30%) was applied to a polyester release film (manufactured by PANAC Corporation, product name "PET125SG1") at a coating speed of 50 mm/sec using a table coater, and dried at 80 ° C. for 20 minutes in a drying oven. Further dried at 100 ° C. for 10 hours under vacuum to form a binder film (thickness: 50 nm) on the release film.
- the binder film was peeled off from the release film, attached to a 15 mm ⁇ 15 mm square Si wafer, and vacuum degassed at room temperature, and then positron annihilation lifetime measurement was performed under the following conditions.
- Measurement device Fuji Invac Co., Ltd., product name "Small positron beam generator PALS-200A"
- Positron source 22Na -based positron beam
- Gamma ray detector BaF2 scintillator + high electron multiplier tube Instrument constant: 245-257ps, 24.55ps/ch Beam intensity: 5 keV
- Measurement atmosphere vacuum Total count number: about 5,000,000 counts
- the positron annihilation lifetime curve obtained by the above measurement was subjected to a three-component analysis by the nonlinear least squares method, and the annihilation lifetimes were set to ⁇ 1, ⁇ 2, and ⁇ 3 in descending order of the annihilation lifetime.
- the average free volume radius was calculated from the longest average annihilation lifetime ⁇ 3.
- ⁇ Viscosity> The solid content concentration of the negative electrode binder composition prepared in the examples and comparative examples was adjusted to 30% by adding water or removing moisture by concentration. An aqueous ammonia solution was added to the binder composition with the adjusted solid content concentration as necessary to adjust the pH of the binder composition to 8.0.
- a particle size distribution measuring device manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd., model "nanoSAQLA" based on the measurement principle of dynamic light scattering
- the particle size distribution (volume basis) of the negative electrode binder composition prepared in the examples and comparative examples was measured, and the cumulant average particle diameter obtained by cumulant analysis was taken as the average particle diameter Da.
- the measurement conditions for the dynamic light scattering method are as follows.
- Dispersion medium ion-exchanged water Measurement temperature: 25 ⁇ 1°C Measured concentration (solid content concentration): 0.5% Scattering angle: 168.8°
- the particle size distribution (volume basis) of the negative electrode binder compositions prepared in the Examples and Comparative Examples was measured using a particle size distribution measurement device (manufactured by Beckman Coulter, Inc., product name "LS13 320 XR”) using a laser diffraction scattering method as the measurement principle, and the particle diameter (D50) at which the cumulative volume calculated from the small diameter side became 50% in the measured particle size distribution was defined as the average particle diameter Db.
- the negative electrodes (negative electrodes A and B) prepared in the examples and comparative examples were cut into a rectangle of 100 mm in length and 10 mm in width to prepare test pieces.
- the test pieces were placed with the surface of the negative electrode composite layer facing down, and cellophane tape was attached to the surface of the negative electrode composite layer.
- the cellophane tape used was that specified in JIS Z1522.
- the cellophane tape was fixed to a test table. Thereafter, one end of the current collector was pulled vertically upward at a pulling speed of 50 mm/min to measure the stress when peeled off. This measurement was performed three times, and the average value was calculated, and the average value was used as the peel strength and evaluated according to the following criteria.
- the battery was subjected to constant current (CC)-constant voltage (CV) charging (upper cell voltage 4.20V) at a constant current of 0.2C, and CC discharged to 3.00V at a constant current of 0.2C.
- This charge and discharge at 0.2C was repeated three times. Thereafter, one cycle of charge and discharge was performed at a charge and discharge rate of 1.0C at a cell voltage of 4.20-3.00V in an environment at a temperature of 25°C, and the discharge capacity at this time was designated as the initial capacity X1.
- CC-constant voltage (CV) charging upper limit cell voltage 4.20V
- CC constant current
- CV constant voltage
- the battery was stored for 30 days in an environment at a temperature of 60°C.
- one cycle of charge and discharge was performed at a charge and discharge rate of 1.0C at a cell voltage of 4.20-3.00V in an environment at a temperature of 25°C, and the discharge capacity at this time was designated as the post-storage capacity X2.
- ⁇ C 96% or more
- B ⁇ C is 90% or more and less than 96%
- C ⁇ C is less than 90% ⁇ Cycle characteristics>
- the lithium ion secondary battery B produced in the examples and comparative examples was left to stand at a temperature of 25°C for 5 hours after injecting the electrolyte. Next, the battery was charged to a cell voltage of 3.65V at a constant current of 0.2C at a temperature of 25°C, and then aged at a temperature of 60°C for 12 hours. Then, the battery was discharged to a cell voltage of 3.00V at a constant current of 0.2C at a temperature of 25°C.
- Example 1 Preparation of binder composition for negative electrode> [First stage polymerization] A 5 MPa pressure vessel equipped with a stirrer was charged with 20.0 parts of styrene as an aromatic vinyl monomer, 73.0 parts of 1,3-butadiene as an aliphatic conjugated diene monomer, 2.0 parts of an alkyl diphenyl ether disulfonate salt as an emulsifier, 143.0 parts of ion-exchanged water, 0.1 parts of tert-dodecyl mercaptan as a chain transfer agent, and 0.3 parts of potassium persulfate as a polymerization initiator, and after sufficient stirring, the mixture was heated to 55° C.
- an aqueous dispersion of a particulate binder having core-shell particles composed of a core part made of the polymer (A) formed in the first polymerization stage and a shell part made of the polymer (C) formed in the second polymerization stage, inside the surface layer part containing the polymer (B) formed in the third polymerization stage.
- the obtained aqueous dispersion of the particulate binder was neutralized with ammonia water and the pH was adjusted to 7.0 to obtain a binder composition for a negative electrode.
- the average free volume radius, ⁇ 1, ⁇ 2, Da and Db of this binder composition were measured. The results are shown in Table 1.
- the resulting mixture was adjusted to a solid content concentration of 60% with ion-exchanged water, and then mixed for 60 minutes at 25° C. Next, the solid content concentration was adjusted to 52% with ion-exchanged water, and then mixed for 15 minutes at 25° C. to obtain a mixed solution. 2.0 parts of the negative electrode binder composition prepared above in terms of solid content and ion-exchanged water were added to the resulting mixed solution, and the final solid content concentration was adjusted to 48%. After mixing for an additional 10 minutes, the mixture was subjected to a defoaming treatment under reduced pressure to obtain a negative electrode slurry composition A having good fluidity.
- [Negative electrode slurry composition B] A negative electrode slurry composition B was obtained in the same manner as the negative electrode slurry composition A described above, except that the amount of the negative electrode binder composition added was changed from 2.0 parts to 1.5 parts in terms of solid content equivalent. ⁇ Formation of the negative electrode> [Negative electrode A] The negative electrode slurry composition A obtained above was applied to a 15 ⁇ m thick copper foil current collector at a speed of 1.2 m/min so that the weight per unit area after drying was 10.5 mg/cm 2 , and then dried. This drying was performed by conveying the copper foil at a speed of 1.2 m/min through an oven at 120° C. for 1 minute and an oven at 130° C. for 1 minute.
- Negative electrode B (density of negative electrode mixture layer: 1.70 g/cm 3 ) was obtained in the same manner as negative electrode A described above, except that negative electrode slurry composition B was used instead of negative electrode slurry composition A. The peel strength of each of the negative electrodes A and B was evaluated. The results are shown in Table 1.
- ⁇ Formation of Positive Electrode 100 parts of LiCoO2 with a median diameter of 12 ⁇ m as the positive electrode active material, 2 parts of acetylene black (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd., product name "HS-100") as the conductive material, 2 parts of polyvinylidene fluoride (manufactured by Kureha Corporation, product name "#7208”) as the binder in terms of solid content, and N-methylpyrrolidone as the solvent were mixed to a total solid content concentration of 70%. These were mixed using a planetary mixer to obtain a slurry composition for the positive electrode.
- the obtained positive electrode slurry composition was applied to a 20 ⁇ m thick aluminum foil current collector using a comma coater so that the weight per unit area after drying was 23 mg/ cm2 , and then dried. This drying was performed by conveying the aluminum foil at a speed of 0.5 m/min in an oven at 60° C. for 2 minutes. Thereafter, the aluminum foil was heat-treated at 120° C. for 2 minutes to obtain a positive electrode raw material. The positive electrode raw material was then rolled using a roll press to obtain a positive electrode having a positive electrode composite layer density of 4.0 g/ cm3 .
- a separator made of a separator substrate As a separator made of a separator substrate, a single-layer polypropylene separator (manufactured by Celgard, product name "Celgard 2500") was prepared.
- a separator a 20 ⁇ m thick polypropylene microporous film
- the laminate of the electrode and separator was wound around a core having a diameter of 20 mm to obtain a wound body including a positive electrode, a separator, and a negative electrode.
- the obtained wound body was compressed in one direction at a speed of 10 mm/sec until the thickness reached 4.5 mm to obtain a flattened body.
- the obtained flattened body 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.
- EC ethylene carbonate
- EMC ethyl methyl carbonate
- VC vinylene carbonate
- the obtained lithium ion secondary battery A was a pouch type with a width of 35 mm, a height of 48 mm, and a thickness of 5 mm, and had a nominal capacity of 700 mAh.
- the storage characteristics of this lithium ion secondary battery A were evaluated. The results are shown in Table 1.
- Lithium ion secondary battery B A lithium ion secondary battery B (pouch type with a width of 35 mm, a height of 48 mm, and a thickness of 5 mm; nominal capacity: 700 mAh) was produced in the same manner as the lithium ion secondary battery A described above, except that the negative electrode B was used instead of the negative electrode A. The cycle characteristics of this lithium ion secondary battery B were evaluated. The results are shown in Table 1.
- Example 2 In preparing the binder composition for the negative electrode, the amount of styrene added in the first polymerization step was changed from 20.0 parts to 16.0 parts, and the amount of styrene added in the second polymerization step was changed from 4.0 parts to 8.0 parts, except that the binder composition for the negative electrode, the slurry composition for the negative electrode, the negative electrode, the positive electrode, the separator, and the lithium ion secondary battery were prepared or produced in the same manner as in Example 1. Then, evaluation was performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
- Example 3 Except for using the negative electrode binder composition prepared as follows, a negative electrode slurry composition, a negative electrode, a positive electrode, a separator, and a lithium ion secondary battery were prepared or fabricated in the same manner as in Example 1. Evaluations were then performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
- an aqueous dispersion of a particulate binder having particles made of the polymer (A) formed in the first polymerization stage on the inside of the surface layer containing the polymer (B) formed in the second polymerization stage was obtained.
- the obtained aqueous dispersion of the particulate binder was neutralized with ammonia water to adjust the pH to 7.0, thereby obtaining a binder composition for a negative electrode.
- Example 4 Except for using the negative electrode binder composition prepared as follows, a negative electrode slurry composition, a negative electrode, a positive electrode, a separator, and a lithium ion secondary battery were prepared or fabricated in the same manner as in Example 1. Evaluations were then performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
- an aqueous dispersion of a particulate binder having particles made of the polymer (A) formed in the first polymerization stage on the inside of the surface layer containing the polymer (B) formed in the second polymerization stage was obtained.
- the obtained aqueous dispersion of the particulate binder was neutralized with ammonia water to adjust the pH to 7.0, thereby obtaining a binder composition for a negative electrode.
- Example 5 Except for using the negative electrode binder composition prepared as follows, a negative electrode slurry composition, a negative electrode, a positive electrode, a separator, and a lithium ion secondary battery were prepared or fabricated in the same manner as in Example 1. Evaluations were then performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
- an aqueous dispersion of a particulate binder having core-shell particles composed of a core part made of a polymer (A) formed in the first polymerization step and a shell part made of a polymer (C) formed in the second polymerization step, inside a surface layer part containing a polymer (B) formed in the third polymerization step.
- the obtained aqueous dispersion of the particulate binder was neutralized with ammonia water and the pH was adjusted to 8.0 to obtain a binder composition for a negative electrode.
- Example 6 In preparing the binder composition for the negative electrode, the amount of styrene added in the first polymerization step was changed from 20.0 parts to 15.0 parts, the amount of 1,3-butadiene added in the first polymerization step was changed from 73.0 parts to 51.0 parts, and the amount of methacrylic acid added in the third polymerization step was changed from 3.0 parts to 30.0 parts. Except for this, the binder composition for the negative electrode, the slurry composition for the negative electrode, the negative electrode, the positive electrode, the separator, and the lithium ion secondary battery were prepared or produced in the same manner as in Example 1. Then, evaluation was performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
- ⁇ Preparation of binder composition for negative electrode> In a 5 MPa pressure vessel equipped with a stirrer, 1.0 part of 2-hydroxyethyl acrylate as a (meth)acrylic acid ester monomer, 3.8 parts of itaconic acid as an acidic functional group-containing monomer, 62.0 parts of styrene as an aromatic vinyl monomer, 33.2 parts of 1,3-butadiene as an aliphatic conjugated diene monomer, 0.4 parts of alkyl diphenyl ether disulfonate as an emulsifier, 150.0 parts of ion-exchanged water, 0.1 parts of tert-dodecyl mercaptan as a chain transfer agent, and 1.0 parts of potassium persulfate as a polymerization initiator were placed, thoroughly stirred, and then heated to 55° C.
- aqueous dispersion of a particulate binder was neutralized with ammonia water and the pH was adjusted to 8.0 to obtain a binder composition for a negative electrode.
- the precipitate was then pulverized and dried with hot air at 85° C. to recover a dried product containing the block copolymer.
- the recovered dried product was then dissolved in cyclohexane to prepare a block copolymer solution having a block copolymer concentration of 5.0%.
- [Emulsification process] Sodium alkylbenzene sulfonate was dissolved in ion-exchanged water to prepare a 0.15% aqueous solution. Then, 1000 g of the obtained block copolymer solution and 1400 g of the obtained aqueous solution were put into a tank and premixed by stirring.
- the premix was transferred from the tank to a high-pressure emulsifying disperser "LAB1000" (manufactured by SPXFLOW) using a metering pump and circulated (number of passes: 5 times) to obtain an emulsion in which the premix was phase-inverted and emulsified.
- a rotary evaporator a centrifuged at 7000 rpm for 10 minutes using a centrifuge (manufactured by Hitachi Koki Co., Ltd., product name "Himac CR21N”), and then concentrated by removing the upper layer.
- the upper layer was filtered through a 100-mesh wire net to obtain an aqueous dispersion (block copolymer latex) containing particulated block copolymers (core particles).
- block copolymer latex aqueous dispersion
- core particles particulated block copolymers
- the obtained block copolymer latex was diluted by adding distilled water so that the amount of water was 850 parts per 100 parts of block copolymer (equivalent to solid content).
- the diluted block copolymer latex was then placed in a nitrogen-substituted polymerization reaction vessel equipped with a stirrer, and heated to 30° C. while stirring.
- a dilution was prepared by mixing 5.6 parts of methyl methacrylate as a (meth)acrylic acid ester monomer, 5.6 parts of methacrylic acid as an acidic functional group-containing monomer, and 100.8 parts of distilled water in another vessel. This dilution was added over 30 minutes into a polymerization reaction vessel heated to 30° C., so that 5.6 parts of methyl methacrylate and 5.6 parts of methacrylic acid were added per 100 parts of block copolymer.
- methyl methacrylate and methacrylic acid were graft-polymerized to the particulate block copolymer, and the block copolymer was crosslinked, thereby obtaining an aqueous dispersion of a particulate polymer.
- pH Adjustment The obtained aqueous dispersion of the particulate binder was neutralized with ammonia water to adjust the pH to 7.0, thereby obtaining a binder composition for a negative electrode.
- a binder composition for a non-aqueous secondary battery electrode capable of forming a non-aqueous secondary battery electrode having excellent peel strength
- a slurry composition for a non-aqueous secondary battery electrode containing the binder composition Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide an electrode for a non-aqueous secondary battery having excellent peel strength, and a non-aqueous secondary battery including the electrode for a non-aqueous secondary battery.
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Abstract
本発明は、ピール強度に優れる非水系二次電池用電極を形成可能な非水系二次電池電極用バインダー組成物の提供を目的とする。本発明の非水系二次電池電極用バインダー組成物は、粒子状結着材と、水とを含む。pH8.0に調整した前記非水系二次電池電極用バインダー組成物から形成されるバインダーフィルムを陽電子消滅寿命法により測定することで得られる、前記バインダーフィルムの細孔の平均自由体積半径が0.30nm以上0.50nm以下である。
Description
本発明は、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に関するものである。
リチウムイオン二次電池などの非水系二次電池(以下、単に「二次電池」と略記する場合がある。)は、小型で軽量、且つエネルギー密度が高く、更に繰り返し充放電が可能という特性があり、幅広い用途に使用されている。そのため、近年では、非水系二次電池の更なる高性能化を目的として、電極などの電池部材の改良が検討されている。
ここで、リチウムイオン二次電池などの二次電池用の電極は、通常、集電体と、集電体上に形成された電極合材層とを備えている。そして、電極合材層は、例えば、電極活物質と、結着材を含むバインダー組成物などとを分散媒に分散させてなるスラリー組成物を集電体上に塗布し、塗布したスラリー組成物を乾燥させることにより形成される。
そこで、近年では、二次電池の更なる性能向上を達成すべく、電極合材層の形成に用いられるバインダー組成物の改良が試みられている。
そして、特許文献1~4には、バインダー組成物に含まれる結着材として、例えば、芳香族ビニル単量体単位、脂肪族共役ジエン単量体単位、カルボキシル基含有単量体単位等の単量体単位を含む粒子状重合体を用いることが記載されている。
そして、特許文献1~4には、バインダー組成物に含まれる結着材として、例えば、芳香族ビニル単量体単位、脂肪族共役ジエン単量体単位、カルボキシル基含有単量体単位等の単量体単位を含む粒子状重合体を用いることが記載されている。
ここで、バインダー組成物を含むスラリー組成物から電極合材層を形成して電極を作製した場合、電極合材層と集電体との密着性(すなわち、電極のピール強度)を高く確保することが求められている。
しかし、上記従来のバインダー組成物は、電極のピール強度を高めるという点において、更なる改善の余地があった。
しかし、上記従来のバインダー組成物は、電極のピール強度を高めるという点において、更なる改善の余地があった。
そこで、本発明は、ピール強度に優れる非水系二次電池用電極を形成可能な非水系二次電池電極用バインダー組成物、および当該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の提供を目的とする。
また、本発明は、ピール強度に優れる非水系二次電池用電極、および当該非水系二次電池用電極を備えた非水系二次電池の提供を目的とする。
また、本発明は、ピール強度に優れる非水系二次電池用電極、および当該非水系二次電池用電極を備えた非水系二次電池の提供を目的とする。
本発明者は、上記課題を解決することを目的として鋭意検討を行った。ここで、本発明者は、バインダー組成物を用いて形成したバインダーフィルム中の細孔に着目した。そして、本発明者は、粒子状結着材および水を含み、陽電子消滅寿命法により測定したバインダーフィルムの細孔の平均自由体積半径が所定の範囲内であるバインダー組成物を用いれば、ピール強度に優れる電極を形成可能であることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明によれば、下記〔1〕~〔7〕の非水系二次電池電極用バインダー組成物、下記〔8〕の非水系二次電池電極用スラリー組成物、下記〔9〕の非水系二次電池用電極、および下記〔10〕の非水系二次電池が提供される。
〔1〕粒子状結着材と、水と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、pH8.0に調整した前記非水系二次電池電極用バインダー組成物から形成されるバインダーフィルムを陽電子消滅寿命法により測定することで得られる、前記バインダーフィルムの細孔の平均自由体積半径が0.30nm以上0.50nm以下である、非水系二次電池電極用バインダー組成物。
粒子状結着材および水を含み、pHを所定の値に調整した後に形成したバインダーフィルムの細孔の平均自由体積半径が上述の範囲内であるバインダー組成物によれば、電極に、優れたピール強度を発揮させることができる。
なお、本発明において、「バインダーフィルム」は、本明細書の実施例に記載の方法を用いて作製することができる。
また、本発明において、バインダーフィルムの細孔の「平均自由体積半径」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。
粒子状結着材および水を含み、pHを所定の値に調整した後に形成したバインダーフィルムの細孔の平均自由体積半径が上述の範囲内であるバインダー組成物によれば、電極に、優れたピール強度を発揮させることができる。
なお、本発明において、「バインダーフィルム」は、本明細書の実施例に記載の方法を用いて作製することができる。
また、本発明において、バインダーフィルムの細孔の「平均自由体積半径」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。
〔2〕固形分濃度30質量%、pH8.0、せん断速度0.01s-1の条件下での粘度が800mPa・s以上である、上記〔1〕に記載の非水系二次電池電極用バインダー組成物。
所定の条件下での粘度が上記値以上であるバインダー組成物によれば、電極のピール強度を更に向上させることができる。
なお、本発明において、バインダー組成物の「粘度」は、本明細書の実施例に記載の方法を用いて測定することができる。
所定の条件下での粘度が上記値以上であるバインダー組成物によれば、電極のピール強度を更に向上させることができる。
なお、本発明において、バインダー組成物の「粘度」は、本明細書の実施例に記載の方法を用いて測定することができる。
〔3〕動的光散乱法により測定された前記粒子状結着材の平均粒子径Daと、レーザー回折散乱法により測定された前記粒子状結着材の平均粒子径Dbとの比(Da/Db)が1.05以上である、上記〔1〕または〔2〕に記載の非水系二次電池電極用バインダー組成物。
Da/Dbが上記値以上であれば、電極のピール強度を更に向上させるとともに、二次電池の保存特性を高めることができる。
なお、本発明において、粒子状結着材の「平均粒子径Da」とは、「動的光散乱法で測定された粒度分布(体積基準)をキュムラント解析することにより得られるキュムラント平均粒子径」を意味し、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。
また、本発明において、粒子状結着材の「平均粒子径Db」とは、「レーザー回折散乱法で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(D50)」を意味し、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。
Da/Dbが上記値以上であれば、電極のピール強度を更に向上させるとともに、二次電池の保存特性を高めることができる。
なお、本発明において、粒子状結着材の「平均粒子径Da」とは、「動的光散乱法で測定された粒度分布(体積基準)をキュムラント解析することにより得られるキュムラント平均粒子径」を意味し、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。
また、本発明において、粒子状結着材の「平均粒子径Db」とは、「レーザー回折散乱法で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(D50)」を意味し、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。
〔4〕レーザー回折散乱法により測定された前記粒子状結着材の平均粒子径Dbが500nm以下である、上記〔1〕~〔3〕の何れかに記載の非水系二次電池電極用バインダー組成物。
粒子状結着材の平均粒子径Dbが上記値以下であれば、電極のピール強度を更に向上させることができる。
粒子状結着材の平均粒子径Dbが上記値以下であれば、電極のピール強度を更に向上させることができる。
〔5〕前記粒子状結着材は、脂肪族共役ジエン単量体単位と(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の少なくとも一方を含有する重合体(A)を含む、上記〔1〕~〔4〕の何れかに記載の非水系二次電池電極用バインダー組成物。
粒子状結着材が脂肪族共役ジエン単量体単位および/または(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を含有する重合体(A)を含めば、電極のピール強度を更に向上させることができる。
なお、本発明において、重合体の「単量体単位」とは、「その単量体を用いて得た重合体中に含まれる、当該単量体由来の繰り返し単位」を意味する。
また、本発明において、「(メタ)アクリル酸」とは、アクリル酸および/またはメタクリル酸を意味する。
粒子状結着材が脂肪族共役ジエン単量体単位および/または(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を含有する重合体(A)を含めば、電極のピール強度を更に向上させることができる。
なお、本発明において、重合体の「単量体単位」とは、「その単量体を用いて得た重合体中に含まれる、当該単量体由来の繰り返し単位」を意味する。
また、本発明において、「(メタ)アクリル酸」とは、アクリル酸および/またはメタクリル酸を意味する。
〔6〕前記粒子状結着材は、酸性官能基含有単量体単位を80質量%以上の割合で含有する重合体(B)を表層部に含み、前記表層部の内側に前記重合体(A)を含む粒子を有する、上記〔5〕に記載の非水系二次電池電極用バインダー組成物。
粒子状結着材が、重合体(B)を含む表層部の内側に、重合体(A)を含む粒子を有すれば、電極のピール強度を更に向上させるとともに、二次電池のサイクル特性を高めることができる。
なお、本発明において、重合体に含まれる各単量体単位(各繰り返し単位)の「含有割合(質量%)」は、1H-NMRや13C-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。
粒子状結着材が、重合体(B)を含む表層部の内側に、重合体(A)を含む粒子を有すれば、電極のピール強度を更に向上させるとともに、二次電池のサイクル特性を高めることができる。
なお、本発明において、重合体に含まれる各単量体単位(各繰り返し単位)の「含有割合(質量%)」は、1H-NMRや13C-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。
〔7〕pHが6.0以上10.0以下である、上記〔1〕~〔6〕の何れかに記載の非水系二次電池電極用バインダー組成物。
バインダー組成物のpHが上述の範囲内であれば、バインダー組成物のタック性を向上させるとともに、電極のピール強度を更に向上させることができる。
なお、本発明において、バインダー組成物の「pH」とは、温度25℃の条件下で測定したpHを意味する。
バインダー組成物のpHが上述の範囲内であれば、バインダー組成物のタック性を向上させるとともに、電極のピール強度を更に向上させることができる。
なお、本発明において、バインダー組成物の「pH」とは、温度25℃の条件下で測定したpHを意味する。
〔8〕電極活物質と、上記〔1〕~〔7〕の何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。
電極活物質と、上述した何れかのバインダー組成物とを含むスラリー組成物によれば、電極に、優れたピール強度を発揮させることができる。
電極活物質と、上述した何れかのバインダー組成物とを含むスラリー組成物によれば、電極に、優れたピール強度を発揮させることができる。
〔9〕上記〔8〕に記載の非水系二次電池電極用スラリー組成物を用いて形成した電極合材層を備える、非水系二次電池用電極。
電極活物質と、上述した何れかのバインダー組成物とを含むスラリー組成物を使用して得られる電極合材層を備える電極は、ピール強度に優れる。
電極活物質と、上述した何れかのバインダー組成物とを含むスラリー組成物を使用して得られる電極合材層を備える電極は、ピール強度に優れる。
〔10〕正極、負極、セパレータおよび電解液を有し、前記正極および前記負極の少なくとも一方が上記〔9〕に記載の非水系二次電池用電極である、非水系二次電池。
上述した電極を備えた二次電池は、保存特性およびサイクル特性に優れる。
上述した電極を備えた二次電池は、保存特性およびサイクル特性に優れる。
本発明によれば、ピール強度に優れる非水系二次電池用電極を形成可能な非水系二次電池電極用バインダー組成物、および当該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を提供することができる。
また、本発明によれば、ピール強度に優れる非水系二次電池用電極、および当該非水系二次電池用電極を備えた非水系二次電池を提供することができる。
また、本発明によれば、ピール強度に優れる非水系二次電池用電極、および当該非水系二次電池用電極を備えた非水系二次電池を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
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は、本発明の非水系二次電池電極用スラリー組成物の調製に用いることができる。そして、本発明の非水系二次電池電極用スラリー組成物は、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)の形成に用いることができる。更に、本発明の非水系二次電池用電極は、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される電極合材層を備えることを特徴とする。また、本発明の非水系二次電池は、本発明の非水系二次電池電極用スラリー組成物を用いて作製した非水系二次電池用電極を備えることを特徴とする。
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は、本発明の非水系二次電池電極用スラリー組成物の調製に用いることができる。そして、本発明の非水系二次電池電極用スラリー組成物は、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)の形成に用いることができる。更に、本発明の非水系二次電池用電極は、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される電極合材層を備えることを特徴とする。また、本発明の非水系二次電池は、本発明の非水系二次電池電極用スラリー組成物を用いて作製した非水系二次電池用電極を備えることを特徴とする。
(非水系二次電池電極用バインダー組成物)
本発明のバインダー組成物は、粒子状結着材および分散媒としての水を含み、任意に、粒子状結着材および分散媒以外の成分(その他の成分)を更に含有する。
ここで、本発明のバインダー組成物は、pHを所定の値に調整した後に形成したバインダーフィルムの細孔の平均自由体積半径が0.30nm以上0.50nm以下であることを特徴とする。
本発明のバインダー組成物は、粒子状結着材および分散媒としての水を含み、任意に、粒子状結着材および分散媒以外の成分(その他の成分)を更に含有する。
ここで、本発明のバインダー組成物は、pHを所定の値に調整した後に形成したバインダーフィルムの細孔の平均自由体積半径が0.30nm以上0.50nm以下であることを特徴とする。
そして、本発明のバインダー組成物は、粒子状結着材および水を含むとともに、pHを所定の値に調整した後に形成したバインダーフィルムの細孔の平均自由体積半径が上述の範囲内であるため、当該バインダー組成物を用いれば、電極に、優れたピール強度を発揮させることができる。かかる本発明のバインダー組成物を用いることで、上記の効果が得られる理由は定かではないが、以下の通りであると推察される。
本発明者は、電極のピール強度を向上すべく、バインダー組成物から形成したバインダーフィルム中に存在する細孔(粒子状結着材間の空孔)に着目した。ここで、集電体上に塗布されたスラリー組成物中の粒子状結着材は、スラリー組成物を乾燥する際の熱対流等によって、集電体とは反対側のスラリー組成物の表面方向に移動する(マイグレーションする)ことがある。バインダーフィルム中の細孔が大きい場合、上述した粒子状結着材のマイグレーションを抑制することで、得られる電極合材層中において粒子状結着材を均一に分布させることができると考えられる。一方、バインダーフィルムの細孔が小さい場合、得られる電極合材層中に粒子状結着材を高密度で分布させることができると考えられる。そして、本発明のバインダー組成物は、バインダーフィルムの細孔の平均自由体積半径を0.30nm以上0.50nm以下とすることにより、得られる電極合材層中に粒子状結着材を高密度かつ均一に分布させることができる。したがって、本発明のバインダー組成物を含むスラリー組成物を用いて集電体上に電極合材層を形成すれば、電極活物質同士を良好に接着させつつ電極活物質を集電体に強固に密着させうる(即ち、電極のピール強度を向上させうる)。
上記の理由により、本発明のバインダー組成物を用いれば、電極に、優れたピール強度を発揮させることができると考えられる。
上記の理由により、本発明のバインダー組成物を用いれば、電極に、優れたピール強度を発揮させることができると考えられる。
<粒子状結着材>
粒子状結着材は、バインダー組成物を含むスラリー組成物を使用して形成した電極合材層において、電極合材層に含まれる電極活物質などの成分が電極合材層から脱離しないように保持する。
そして、粒子状結着材は、重合体からなる非水溶性の粒子である。なお、本発明において、粒子が「非水溶性」であるとは、温度25℃において粒子0.5gを100gの水に溶解した際に、不溶分が90質量%以上となることをいう。
粒子状結着材は、バインダー組成物を含むスラリー組成物を使用して形成した電極合材層において、電極合材層に含まれる電極活物質などの成分が電極合材層から脱離しないように保持する。
そして、粒子状結着材は、重合体からなる非水溶性の粒子である。なお、本発明において、粒子が「非水溶性」であるとは、温度25℃において粒子0.5gを100gの水に溶解した際に、不溶分が90質量%以上となることをいう。
<<粒子状結着材の構造>>
粒子状結着材の構造は、バインダーフィルムの細孔の平均自由体積半径を上述した所定の範囲内に収め得る限り、特に限定されない。電極のピール強度を更に向上させる観点からは、粒子状結着材は、脂肪族共役ジエン単量体単位と(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の少なくとも一方を含有する重合体(A)を含むことが好ましい。
粒子状結着材の構造は、バインダーフィルムの細孔の平均自由体積半径を上述した所定の範囲内に収め得る限り、特に限定されない。電極のピール強度を更に向上させる観点からは、粒子状結着材は、脂肪族共役ジエン単量体単位と(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の少なくとも一方を含有する重合体(A)を含むことが好ましい。
重合体(A)を含む粒子状結着材の構造としては、特に限定されることなく、例えば、以下のものが挙げられる。
(i)単一の重合体(A)からなる粒子;
(ii)コア部(中心部)とシェル部(外殻部)から構成され、コア部とシェル部のいずれか一方が重合体(A)からなるコアシェル粒子;
(iii)重合体(B)を含む表層部の内側に、単一の重合体(A)からなる粒子を有する構造;および
(iv)重合体(B)を含む表層部の内側に、コア部とシェル部とから構成されるコアシェル粒子を有し、コア部とシェル部のいずれか一方が重合体(A)からなる構造。
これらの中でも、電極のピール強度を更に向上させる観点から、上記(iii)および(iv)の構造が好ましく、上記(iv)の構造がより好ましい。
(i)単一の重合体(A)からなる粒子;
(ii)コア部(中心部)とシェル部(外殻部)から構成され、コア部とシェル部のいずれか一方が重合体(A)からなるコアシェル粒子;
(iii)重合体(B)を含む表層部の内側に、単一の重合体(A)からなる粒子を有する構造;および
(iv)重合体(B)を含む表層部の内側に、コア部とシェル部とから構成されるコアシェル粒子を有し、コア部とシェル部のいずれか一方が重合体(A)からなる構造。
これらの中でも、電極のピール強度を更に向上させる観点から、上記(iii)および(iv)の構造が好ましく、上記(iv)の構造がより好ましい。
そして、粒子状結着材が上記(iv)の構造を有する場合、電極のピール強度を更に向上させる観点から、コア部が重合体(A)からなり、シェル部が重合体(A)とは異なる重合体(C)からなることが好ましい。
粒子状結着材が表層部を有する場合(例えば、粒子状結着材が上記(iii)または(iv)の構造を有する場合)、粒子状結着材中に占める表層部の割合は、0.5質量%以上であることが好ましく、1質量%以上であることがより好ましく、2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く、4質量%以下であることが特に好ましい。粒子状結着材中に占める表層部の割合が上記範囲内であれば、電極のピール強度を更に向上させるともに、二次電池の保存特性を高めることができる。
また、粒子状結着材がコアシェル粒子を有する場合(例えば、粒子状結着材が上記(iv)の構造を有する場合)、粒子状結着材中に占めるコア部の割合は、60質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましく、80質量%以上であることが更に好ましく、85質量%以上であることが特に好ましく、98質量%以下であることが好ましく、96質量%以下であることがより好ましく、94質量%以下であることが更に好ましい。粒子状結着材中に占めるコア部の割合が上記範囲内であれば、電極のピール強度を更に向上させることができる。
さらに、粒子状結着材がコアシェル粒子を有する場合(例えば、粒子状結着材が上記(iv)の構造を有する場合)、粒子状結着材中に占めるシェル部の割合は、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。粒子状結着材中に占めるシェル部の割合が上記範囲内であれば、電極のピール強度を更に向上させることができる。
以下、重合体(A)、重合体(B)および重合体(C)について詳しく説明する。
[重合体(A)]
重合体(A)は脂肪族共役ジエン単量体単位と(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の少なくとも一方を含み、任意に、酸性官能基含有単量体単位および芳香族ビニル単量体単位を更に含有する。なお、重合体(A)は、脂肪族共役ジエン単量体単位、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位、酸性官能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(以下、「その他の単量体単位」と称する。)を含んでいてもよい。
重合体(A)は脂肪族共役ジエン単量体単位と(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の少なくとも一方を含み、任意に、酸性官能基含有単量体単位および芳香族ビニル単量体単位を更に含有する。なお、重合体(A)は、脂肪族共役ジエン単量体単位、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位、酸性官能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(以下、「その他の単量体単位」と称する。)を含んでいてもよい。
―脂肪族共役ジエン単量体単位―
脂肪族共役ジエン単量体単位を形成し得る脂肪族共役ジエン単量体としては、例えば、1,3-ブタジエン、2-メチル-1,3-ブタジエン(イソプレン)、2,3-ジメチル-1,3-ブタジエンが挙げられる。これらは、1種類を単独で、または、2種類以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、1,3-ブタジエンが好ましい。
脂肪族共役ジエン単量体単位を形成し得る脂肪族共役ジエン単量体としては、例えば、1,3-ブタジエン、2-メチル-1,3-ブタジエン(イソプレン)、2,3-ジメチル-1,3-ブタジエンが挙げられる。これらは、1種類を単独で、または、2種類以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、1,3-ブタジエンが好ましい。
重合体(A)が脂肪族共役ジエン単量体単位を含む場合、重合体(A)中の脂肪族共役ジエン単量体単位の割合は、重合体(A)中の全繰り返し単位(単量体単位)を100質量%として、50質量%以上であることが好ましく、60質量%以上であることがより好ましく、70質量%以上であることが更に好ましく、76質量%以上であることがより一層好ましく、78質量%以上であることが特に好ましく、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い。重合体(A)中の脂肪族共役ジエン単量体単位の割合が上述の範囲内であれば、電極のピール強度を更に向上させるとともに、二次電池のサイクル特性を高めることができる。
―(メタ)アクリル酸エステル単量体単位―
(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を形成し得る(メタ)アクリル酸エステル単量体としては、例えば、メチルアクリレート、エチルアクリレート、n-プロピルアクリレート、イソプロピルアクリレート、n-ブチルアクリレート、t-ブチルアクリレー卜、ペンチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、ヘプチルアクリレート、オクチルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート等のアクリル酸アルキルエステル;メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n-プロピルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、n-ブチルメタクリレート、t-ブチルメタクリレート、ペンチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、ヘプチルメタクリレート、オクチルメタクリレート、2-エチルヘキシルメタクリレート等のメタクリル酸アルキルエステル;2-ヒドロキシメチルアクリレート、2-ヒドロキシエチルアクリレート、2-ヒドロキシプロピルアクリレート、2-ヒドロキシブチルアクリレート等のヒドロキシル基含有アクリル酸エステル;2-ヒドロキシメチルメタクリレート、2-ヒドロキシエチルメタクリレート、2-ヒドロキシプロピルメタクリレート、2-ヒドロキシブチルメタクリレート等のヒドロキシル基含有メタクリル酸エステルなどが挙げられる。これらは、1種類を単独で、または、2種類以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、(メタ)アクリル酸アルキルエステルが好ましく、n-ブチルアクリレート、メチルメタクリレートがより好ましい。
(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を形成し得る(メタ)アクリル酸エステル単量体としては、例えば、メチルアクリレート、エチルアクリレート、n-プロピルアクリレート、イソプロピルアクリレート、n-ブチルアクリレート、t-ブチルアクリレー卜、ペンチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、ヘプチルアクリレート、オクチルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート等のアクリル酸アルキルエステル;メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n-プロピルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、n-ブチルメタクリレート、t-ブチルメタクリレート、ペンチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、ヘプチルメタクリレート、オクチルメタクリレート、2-エチルヘキシルメタクリレート等のメタクリル酸アルキルエステル;2-ヒドロキシメチルアクリレート、2-ヒドロキシエチルアクリレート、2-ヒドロキシプロピルアクリレート、2-ヒドロキシブチルアクリレート等のヒドロキシル基含有アクリル酸エステル;2-ヒドロキシメチルメタクリレート、2-ヒドロキシエチルメタクリレート、2-ヒドロキシプロピルメタクリレート、2-ヒドロキシブチルメタクリレート等のヒドロキシル基含有メタクリル酸エステルなどが挙げられる。これらは、1種類を単独で、または、2種類以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、(メタ)アクリル酸アルキルエステルが好ましく、n-ブチルアクリレート、メチルメタクリレートがより好ましい。
重合体(A)が(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を含む場合、重合体(A)中の(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の割合は、重合体(A)中の全繰り返し単位(単量体単位)を100質量%として、1質量%以上であることが好ましく、5質量%以上であることがより好ましく、10質量%以上であることが更に好ましく、98質量%以下であることが好ましく、96質量%以下であることがより好ましい。重合体(A)中の(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の割合が上述の範囲内であれば、電極のピール強度を更に向上させることができる。
そして、重合体(A)中の脂肪族共役ジエン単量体単位と(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の合計割合は、重合体(A)中の全繰り返し単位(単量体単位)を100質量%として、50質量%以上であることが好ましく、60質量%以上であることがより好ましく、70質量%以上であることが更に好ましく、75質量%以上であることが特に好ましく、97質量%以下であることが好ましく、90質量%以下であることがより好ましく、85質量%以下であることが更に好ましい。重合体(A)中の脂肪族共役ジエン単量体単位と(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の合計割合が上述の範囲内であれば、電極のピール強度を更に向上させるとともに、二次電池のサイクル特性を高めることができる。
―酸性官能基含有単量体単位―
酸性官能基含有単量体単位を形成し得る酸性官能基含有単量体としては、例えば、カルボキシル基含有単量体、スルホン酸基含有単量体、およびリン酸基含有単量体が挙げられる。
なお、酸性官能基含有単量体単位が有する酸性官能基は、アルカリ金属やアンモニア等と塩を形成していてもよい。
酸性官能基含有単量体単位を形成し得る酸性官能基含有単量体としては、例えば、カルボキシル基含有単量体、スルホン酸基含有単量体、およびリン酸基含有単量体が挙げられる。
なお、酸性官能基含有単量体単位が有する酸性官能基は、アルカリ金属やアンモニア等と塩を形成していてもよい。
カルボキシル基含有単量体単位を形成し得るカルボキシル基含有単量体としては、モノカルボン酸およびその誘導体や、ジカルボン酸およびその酸無水物ならびにそれらの誘導体などが挙げられる。
モノカルボン酸としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸などが挙げられる。
モノカルボン酸誘導体としては、2-エチルアクリル酸、イソクロトン酸、α-アセトキシアクリル酸、β-trans-アリールオキシアクリル酸、α-クロロ-β-E-メトキシアクリル酸などが挙げられる。
ジカルボン酸としては、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸などが挙げられる。
ジカルボン酸誘導体としては、メチルマレイン酸、ジメチルマレイン酸、フェニルマレイン酸、クロロマレイン酸、ジクロロマレイン酸、フルオロマレイン酸や、マレイン酸ブチル、マレイン酸ノニル、マレイン酸デシル、マレイン酸ドデシル、マレイン酸オクタデシル、マレイン酸フルオロアルキルなどのマレイン酸モノエステルが挙げられる。
ジカルボン酸の酸無水物としては、無水マレイン酸、アクリル酸無水物、メチル無水マレイン酸、ジメチル無水マレイン酸、無水シトラコン酸などが挙げられる。
また、カルボキシル基含有単量体としては、加水分解によりカルボキシル基を生成する酸無水物も使用できる。
更に、カルボキシル基含有単量体としては、ブテントリカルボン酸等のエチレン性不飽和多価カルボン酸や、フマル酸モノブチル、マレイン酸モノ2-ヒドロキシプロピル等のエチレン性不飽和多価カルボン酸の部分エステルなども用いることができる。
モノカルボン酸としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸などが挙げられる。
モノカルボン酸誘導体としては、2-エチルアクリル酸、イソクロトン酸、α-アセトキシアクリル酸、β-trans-アリールオキシアクリル酸、α-クロロ-β-E-メトキシアクリル酸などが挙げられる。
ジカルボン酸としては、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸などが挙げられる。
ジカルボン酸誘導体としては、メチルマレイン酸、ジメチルマレイン酸、フェニルマレイン酸、クロロマレイン酸、ジクロロマレイン酸、フルオロマレイン酸や、マレイン酸ブチル、マレイン酸ノニル、マレイン酸デシル、マレイン酸ドデシル、マレイン酸オクタデシル、マレイン酸フルオロアルキルなどのマレイン酸モノエステルが挙げられる。
ジカルボン酸の酸無水物としては、無水マレイン酸、アクリル酸無水物、メチル無水マレイン酸、ジメチル無水マレイン酸、無水シトラコン酸などが挙げられる。
また、カルボキシル基含有単量体としては、加水分解によりカルボキシル基を生成する酸無水物も使用できる。
更に、カルボキシル基含有単量体としては、ブテントリカルボン酸等のエチレン性不飽和多価カルボン酸や、フマル酸モノブチル、マレイン酸モノ2-ヒドロキシプロピル等のエチレン性不飽和多価カルボン酸の部分エステルなども用いることができる。
スルホン酸基含有単量体単位を形成し得るスルホン酸基含有単量体としては、例えば、スチレンスルホン酸、ビニルスルホン酸(エチレンスルホン酸)、メチルビニルスルホン酸、(メタ)アリルスルホン酸、3-アリロキシ-2-ヒドロキシプロパンスルホン酸が挙げられる。
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する。
なお、本発明において、「(メタ)アリル」とは、アリルおよび/またはメタリルを意味する。
リン酸基含有単量体単位を形成し得るリン酸基含有単量体としては、例えば、リン酸-2-(メタ)アクリロイルオキシエチル、リン酸メチル-2-(メタ)アクリロイルオキシエチル、リン酸エチル-(メタ)アクリロイルオキシエチルが挙げられる。
なお、本発明において、「(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。
なお、本発明において、「(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。
ここで、上述した単量体は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。そして、酸性官能基含有単量体単位を形成し得る酸性官能基含有単量体としては、カルボキシル基含有単量体が好ましく、アクリル酸、メタクリル酸がより好ましく、メタクリル酸が更に好ましい。
重合体(A)が酸性官能基含有単量体単位を含む場合、重合体(A)中の酸性官能基含有単量体単位の割合は、重合体(A)中の全繰り返し単位(単量体単位)を100質量%として、0.5質量%以上であることが好ましく、1質量%以上であることがより好ましく、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましく、2.5質量%以下であることが更に好ましい。重合体(A)中の酸性官能基含有単量体単位の割合が上述の範囲内であれば、電極のピール強度を更に向上させることができる。
―芳香族ビニル単量体単位―
芳香族ビニル単量体単位を形成し得る芳香族ビニル単量体としては、例えば、スチレン、α-メチルスチレン、p-t-ブチルスチレン、ブトキシスチレン、ビニルトルエン、クロロスチレン、ならびに、ビニルナフタレンなどの芳香族モノビニル化合物が挙げられる。これらは、1種類を単独で、または、2種類以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、スチレンが好ましい。
芳香族ビニル単量体単位を形成し得る芳香族ビニル単量体としては、例えば、スチレン、α-メチルスチレン、p-t-ブチルスチレン、ブトキシスチレン、ビニルトルエン、クロロスチレン、ならびに、ビニルナフタレンなどの芳香族モノビニル化合物が挙げられる。これらは、1種類を単独で、または、2種類以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、スチレンが好ましい。
重合体(A)が芳香族ビニル単量体単位を含む場合、重合体(A)中の芳香族ビニル単量体単位の割合は、重合体(A)中の全繰り返し単位(単量体単位)を100質量%として、5質量%以上であることが好ましく、10質量%以上であることがより好ましく、15質量%以上であることが更に好ましく、35質量%以下であることが好ましく、30質量%以下であることがより好ましく、25質量%以下であることが更に好ましく、22質量%以下であることが特に好ましい。重合体(A)中の芳香族ビニル単量体単位の割合が上述の範囲内であれば、電極のピール強度を更に向上させるとともに、二次電池のサイクル特性を高めることができる。
―その他の単量体単位―
重合体(A)に含まれるその他の単量体単位は、特に限定されない。その他の単量体単位としては、例えば、ニトリル基含有単量体単位、架橋性単量体単位などが挙げられる。
重合体(A)に含まれるその他の単量体単位は、特に限定されない。その他の単量体単位としては、例えば、ニトリル基含有単量体単位、架橋性単量体単位などが挙げられる。
ニトリル基含有単量体単位を形成し得るニトリル基含有単量体としては、例えば、アクリロニトリル;α-クロロアクリロニトリル、α-ブロモアクリロニトリルなどのα-ハロゲノアクリロニトリル;メタクリロニトリル、α-エチルアクリロニトリルなどのα-アルキルアクリロニトリルが挙げられる。これらは、1種類を単独で、または、2種類以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、アクリロニトリルが好ましい。
重合体(A)がニトリル基含有単量体単位を含む場合、重合体(A)中のニトリル基含有単量体単位の割合は、重合体(A)中の全繰り返し単位(単量体単位)を100質量%として、0.5質量%以上であることが好ましく、1質量%以上であることがより好ましく、40質量%以下であることが好ましく、30質量%以下であることがより好ましい。
架橋性単量体単位を形成し得る架橋性単量体は、1分子あたり2つ以上の重合可能な二重結合(例えば、オレフィン性二重結合)を有する単量体である。架橋性単量体としては、例えば、アリル(メタ)アクリレート、エチレンジ(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパン-トリ(メタ)アクリレートなどの多官能(メタ)アクリレート類;ジプロピレングリコールジアリルエーテル、ポリグリコールジアリルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、ヒドロキノンジアリルエーテル、テトラアリルオキシエタンなどの多官能アリル/ビニルエーテル類;ジビニルベンゼン;ビニルグリシジルエーテル;アリルグリシジルエーテル;N-メチロールアクリルアミド;アクリルアミドなどが挙げられる。これらは、1種類を単独で、または、2種類以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、N-メチロールアクリルアミド、アリルグリシジルエーテルが好ましい。
重合体(A)が架橋性単量体単位を含む場合、重合体(A)中の架橋性単量体単位の割合は、重合体(A)中の全繰り返し単位(単量体単位)を100質量%として、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、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。
[重合体(B)]
重合体(B)は、酸性官能基含有単量体単位を含有し、任意に、酸性官能基含有単量体単位以外の単量体単位を更に含み得る。
重合体(B)は、酸性官能基含有単量体単位を含有し、任意に、酸性官能基含有単量体単位以外の単量体単位を更に含み得る。
重合体(B)が含有する酸性官能基含有単量体単位としては、「重合体(A)」の項で上述したものが挙げられる。中でも、カルボキシル基含有単量体単位が好ましく、メタクリル酸単位がより好ましい。
重合体(B)は、重合体(B)中の全繰り返し単位(単量体単位)を100質量%とした場合に、酸性官能基含有単量体単位を好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上、更に好ましくは95質量%以上、特に好ましくは100質量%の割合で含有する(すなわち、重合体(B)は酸性官能基含有単量体単位のみを含有することが特に好ましい)。重合体(B)中の酸性官能基含有単量体単位の割合が上記下限値以上であれば、電極のピール強度を更に向上させるとともに、二次電池の保存特性を高めることができる。
[重合体(C)]
重合体(C)は、上述した重合体(A)および重合体(B)とは異なる重合体である。二次電池のサイクル特性を高める観点からは、重合体(C)は、芳香族ビニル単量体単位を含有することが好ましい。なお、重合体(C)は、任意で、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。重合体(C)に含まれる芳香族ビニル単量体単位以外の単量体単位としては、例えば、「重合体(A)」の項で上述した(メタ)アクリル酸エステル単量体単位が挙げられる。
重合体(C)は、上述した重合体(A)および重合体(B)とは異なる重合体である。二次電池のサイクル特性を高める観点からは、重合体(C)は、芳香族ビニル単量体単位を含有することが好ましい。なお、重合体(C)は、任意で、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。重合体(C)に含まれる芳香族ビニル単量体単位以外の単量体単位としては、例えば、「重合体(A)」の項で上述した(メタ)アクリル酸エステル単量体単位が挙げられる。
重合体(C)が含有する芳香族ビニル単量体単位としては、「重合体(A)」の項で上述したものが挙げられる。中でも、スチレン単位が好ましい。
重合体(C)は、重合体(C)中の全繰り返し単位(単量体単位)を100質量%とした場合に、芳香族ビニル単量体単位を好ましくは50質量%以上、より好ましくは70質量%以上、更に好ましくは90質量%以上、より一層好ましくは99質量%以上、特に好ましくは100質量%の割合で含有する(すなわち、重合体(C)は芳香族ビニル単量体単位のみを含有することが特に好ましい)。重合体(C)中の芳香族ビニル単量体単位の割合が上記下限値以上であれば、二次電池のサイクル特性を高めることができる。
<<粒子状結着材の性状>>
[動的光散乱法により測定される平均粒子径Da]
粒子状結着材の平均粒子径Daは、50nm以上であることが好ましく、100nm以上であることがより好ましく、200nm以上であることが更に好ましく、800nm以下であることが好ましく、600nm以下であることがより好ましく、400nm以下であることが更に好ましく、250nm以下であることが特に好ましい。
なお、動的光散乱法により測定される平均粒子径Daの値は、粒子状結着材の表層部における分子鎖の空間的な広がりを比較的強く反映した値となる。すなわち、粒子状結着材が例えば表層部の内側にコアシェル粒子を有する場合、粒子状結着材の平均粒子径Daの値は、粒子状結着材の構造全体(コア部、シェル部および表層部)の粒子径に依存するものと推察される。したがって、粒子状結着材の平均粒子径Daの値は、例えば、粒子状結着材の形成に用いる単量体の種類および量、重合の方法および条件、ならびに、粒子状結着材の構造などを変更するにより調整することができる。
[動的光散乱法により測定される平均粒子径Da]
粒子状結着材の平均粒子径Daは、50nm以上であることが好ましく、100nm以上であることがより好ましく、200nm以上であることが更に好ましく、800nm以下であることが好ましく、600nm以下であることがより好ましく、400nm以下であることが更に好ましく、250nm以下であることが特に好ましい。
なお、動的光散乱法により測定される平均粒子径Daの値は、粒子状結着材の表層部における分子鎖の空間的な広がりを比較的強く反映した値となる。すなわち、粒子状結着材が例えば表層部の内側にコアシェル粒子を有する場合、粒子状結着材の平均粒子径Daの値は、粒子状結着材の構造全体(コア部、シェル部および表層部)の粒子径に依存するものと推察される。したがって、粒子状結着材の平均粒子径Daの値は、例えば、粒子状結着材の形成に用いる単量体の種類および量、重合の方法および条件、ならびに、粒子状結着材の構造などを変更するにより調整することができる。
[レーザー回折散乱法により測定される平均粒子径Db]
粒子状結着材の平均粒子径Dbは、50nm以上であることが好ましく、75nm以上であることがより好ましく、100nm以上であることが更に好ましく、125nm以上であることが特に好ましく、500nm以下であることが好ましく、400nm以下であることがより好ましく、300nm以下であることが更に好ましく、200nm以下であることが特に好ましい。粒子状結着材の平均粒子径Dbが上記下限値以上であれば、二次電池の電解液の注液性を向上させるとともに、二次電池の内部抵抗を低減することができる。一方、粒子状結着材の平均粒子径Dbが上記上限値以下であれば、粒子状結着材の表面積が増加し、粒子状結着材と電極活物質との間の接触面積が高まるため、電極のピール強度を更に向上させることができる。
なお、レーザー回折散乱法により測定される平均粒子径Dbは、粒子状結着材の表層部における分子鎖の空間的な広がりに大きな影響を受けない。すなわち、粒子状結着材が例えば表層部の内側にコアシェル粒子を有する場合、粒子状結着材の平均粒子径Dbの値は、表層部によっても多少の影響を受けるが、コア部およびシェル部の粒子径に大きく依存すると推察される。したがって、粒子状結着材の平均粒子径Dbの値は、例えば、粒子状結着材の表層部の内側の粒子の形成に用いる単量体の種類および量、ならびに、重合の条件などを変更することにより調整することができる。
粒子状結着材の平均粒子径Dbは、50nm以上であることが好ましく、75nm以上であることがより好ましく、100nm以上であることが更に好ましく、125nm以上であることが特に好ましく、500nm以下であることが好ましく、400nm以下であることがより好ましく、300nm以下であることが更に好ましく、200nm以下であることが特に好ましい。粒子状結着材の平均粒子径Dbが上記下限値以上であれば、二次電池の電解液の注液性を向上させるとともに、二次電池の内部抵抗を低減することができる。一方、粒子状結着材の平均粒子径Dbが上記上限値以下であれば、粒子状結着材の表面積が増加し、粒子状結着材と電極活物質との間の接触面積が高まるため、電極のピール強度を更に向上させることができる。
なお、レーザー回折散乱法により測定される平均粒子径Dbは、粒子状結着材の表層部における分子鎖の空間的な広がりに大きな影響を受けない。すなわち、粒子状結着材が例えば表層部の内側にコアシェル粒子を有する場合、粒子状結着材の平均粒子径Dbの値は、表層部によっても多少の影響を受けるが、コア部およびシェル部の粒子径に大きく依存すると推察される。したがって、粒子状結着材の平均粒子径Dbの値は、例えば、粒子状結着材の表層部の内側の粒子の形成に用いる単量体の種類および量、ならびに、重合の条件などを変更することにより調整することができる。
[Da/Db]
ここで、粒子状結着材の平均粒子径Dbに対する平均粒子径Daの比(Da/Db)は、1.05以上であることが好ましく、1.20以上であることがより好ましく、1.40以上であることが更に好ましく、3.00以下であることが好ましく、2.50以下であることがより好ましく、2.00以下であることが更に好ましく、1.75以下であることが特に好ましい。Da/Dbが上記下限値以上であれば、バインダー組成物を含むスラリー組成物を用いて集電体上に電極合材層を形成する際、粒子状結着材がマイグレーションすることを抑制し、電極合材層中に粒子状結着材を良好に分散した状態で存在させることで、電極のピール強度を更に向上させることができる。また、二次電池の保存特性を高めることができる。一方、Da/Dbが上記上限値以下であれば、電極合材層中の粒子状結着材の分布密度が高くなり、電極のピール強度を更に向上させることができる。
ここで、粒子状結着材の平均粒子径Dbに対する平均粒子径Daの比(Da/Db)は、1.05以上であることが好ましく、1.20以上であることがより好ましく、1.40以上であることが更に好ましく、3.00以下であることが好ましく、2.50以下であることがより好ましく、2.00以下であることが更に好ましく、1.75以下であることが特に好ましい。Da/Dbが上記下限値以上であれば、バインダー組成物を含むスラリー組成物を用いて集電体上に電極合材層を形成する際、粒子状結着材がマイグレーションすることを抑制し、電極合材層中に粒子状結着材を良好に分散した状態で存在させることで、電極のピール強度を更に向上させることができる。また、二次電池の保存特性を高めることができる。一方、Da/Dbが上記上限値以下であれば、電極合材層中の粒子状結着材の分布密度が高くなり、電極のピール強度を更に向上させることができる。
<分散媒>
本発明のバインダー組成物の分散媒としては、水を含んでいれば特に限定されない。例えば、本発明のバインダー組成物は、分散媒として水のみを含んでいてもよいし、分散媒は水と有機溶媒(例えば、エステル類、ケトン類、アルコール類)の混合物であってもよい。なお、本発明のバインダー組成物は、1種の有機溶媒を含んでいてもよく、2種以上の有機溶媒を含んでいてもよい。
本発明のバインダー組成物の分散媒としては、水を含んでいれば特に限定されない。例えば、本発明のバインダー組成物は、分散媒として水のみを含んでいてもよいし、分散媒は水と有機溶媒(例えば、エステル類、ケトン類、アルコール類)の混合物であってもよい。なお、本発明のバインダー組成物は、1種の有機溶媒を含んでいてもよく、2種以上の有機溶媒を含んでいてもよい。
そして、本発明のバインダー組成物に含まれる分散媒中に水が占める割合は、電極のピール強度を更に向上させる観点から、分散媒全体の質量を100質量%として、70質量%以上100質量%以下であることが好ましく、80質量%以上100質量%以下であることがより好ましく、90質量%以上100質量%以下であることが更に好ましく、95質量%以上100質量%以下であることが特に好ましい。
<その他の成分>
本発明のバインダー組成物は、上述した粒子状結着材および分散媒の他に、例えば、酸性水溶性重合体、老化防止剤、防腐剤等のその他の成分を含有していてもよい。
なお、その他の成分は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
本発明のバインダー組成物は、上述した粒子状結着材および分散媒の他に、例えば、酸性水溶性重合体、老化防止剤、防腐剤等のその他の成分を含有していてもよい。
なお、その他の成分は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
<<酸性水溶性重合体>>
バインダー組成物が含有し得る酸性水溶性重合体は、例えば、重合による粒子状結着材の生成時に、粒子状結着材の原料となる単量体から副生物として重合生成される。このような酸性水溶性重合体は、例えば、酸性官能基含有単量体単位を含有し、任意で、酸性官能基含有単量体単位以外の単量体単位を更に含有し得る重合体である。酸性水溶性重合体に含まれる酸性官能基含有単量体単位を形成し得る酸性官能基含有単量体としては、例えば、「粒子状結着材」の項で上述したものが挙げられる。
バインダー組成物が含有し得る酸性水溶性重合体は、例えば、重合による粒子状結着材の生成時に、粒子状結着材の原料となる単量体から副生物として重合生成される。このような酸性水溶性重合体は、例えば、酸性官能基含有単量体単位を含有し、任意で、酸性官能基含有単量体単位以外の単量体単位を更に含有し得る重合体である。酸性水溶性重合体に含まれる酸性官能基含有単量体単位を形成し得る酸性官能基含有単量体としては、例えば、「粒子状結着材」の項で上述したものが挙げられる。
このような酸性水溶性重合体の重量平均分子量は、500以上であることが好ましく、700以上であることがより好ましく、1,000以上であることが更に好ましく、20,000以下であることが好ましく、15,000以下であることがより好ましく、8,000以下であることが更に好ましく、3,500以下であることがより一層好ましく、2,000以下であることが特に好ましい。酸性水溶性重合体の重量平均分子量が上記下限値以上であれば、電極のピール強度を更に向上させることができる。また、酸性水溶性重合体の重量平均分子量が上記上限値以下であれば、バインダー組成物の粘度が過度に上昇するのを抑制することにより、バインダー組成物のタック性を向上させることができる。
なお、酸性水溶性重合体は、塩の形態(酸性水溶性重合体の塩)であってもよい。すなわち、本発明において、「酸性水溶性重合体」には、当該酸性水溶性重合体の塩も含まれる。また、本発明において、重合体が「水溶性」であるとは、温度25℃において重合体0.5gを100gの水に溶解した際に、不溶分が10質量%未満となることをいう。
<性状>
<<バインダーフィルムの細孔の平均自由体積半径>>
本発明のバインダー組成物は、バインダーフィルムの細孔の平均自由体積半径が0.30nm以上0.50nm以下であることが必要であり、バインダーフィルムの細孔の平均自由体積半径は、0.31nm以上であることが好ましく、0.32nm以上であることがより好ましく、0.33nm以上であることが更に好ましく、0.45nm以下であることが好ましく、0.40nm以下であることがより好ましく、0.34nm以下であることが更に好ましい。バインダーフィルムの細孔の平均自由体積半径が0.30nm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集電体上に電極合材層を形成する際、粒子状結着材がマイグレーションするのを抑制し、電極のピール強度を向上させることができる。一方、バインダーフィルムの細孔の平均自由体積半径が0.50nm以下であれば、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における粒子状結着材の分布密度を十分に高く確保し、電極のピール強度を向上させることができる。
<<バインダーフィルムの細孔の平均自由体積半径>>
本発明のバインダー組成物は、バインダーフィルムの細孔の平均自由体積半径が0.30nm以上0.50nm以下であることが必要であり、バインダーフィルムの細孔の平均自由体積半径は、0.31nm以上であることが好ましく、0.32nm以上であることがより好ましく、0.33nm以上であることが更に好ましく、0.45nm以下であることが好ましく、0.40nm以下であることがより好ましく、0.34nm以下であることが更に好ましい。バインダーフィルムの細孔の平均自由体積半径が0.30nm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集電体上に電極合材層を形成する際、粒子状結着材がマイグレーションするのを抑制し、電極のピール強度を向上させることができる。一方、バインダーフィルムの細孔の平均自由体積半径が0.50nm以下であれば、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における粒子状結着材の分布密度を十分に高く確保し、電極のピール強度を向上させることができる。
なお、バインダーフィルムの細孔の平均自由体積半径は、例えば、粒子状結着材の調製に用いる単量体の種類および量、ならびに、重合の方法および条件などを変更することにより調整することができる。具体的には、多段重合を含む手順で粒子状結着材を調製する場合、多段重合の最後の段階における酸性官能基含有単量体の添加量を増やすことでバインダーフィルムの細孔の平均自由体積半径は大きくなり、減らすことで同平均自由体積半径は小さくなる。また、多段重合の最後の段階における酸性官能基含有単量体の添加方法を連続添加にすることでバインダーフィルムの細孔の平均自由体積半径は大きくなり、一括添加にすることで同平均自由体積半径は小さくなる。
<<せん断速度0.01s-1での粘度(η1)>>
本発明のバインダー組成物は、固形分濃度30質量%、pH8.0、せん断速度0.01s-1の条件下での粘度(η1)が、800mPa・s以上であることが好ましく、2,000mPa・s以上であることがより好ましく、3,000mPa・s以上であることが更に好ましく、10,000mPa・s以上であることが特に好ましく、2,000,000mPa・s以下であることが好ましく、1,500,000mPa・s以下であることがより好ましく、1,000,000mPa・s以下であることが更に好ましい。η1が上記下限値以上であれば、バインダー組成物を含むスラリー組成物を用いて集電体上に電極合材層を形成する際、粒子状結着材がマイグレーションすることを抑制し、電極合材層中に粒子状結着材を良好に分散した状態で存在させることができる。そのため、電極のピール強度を更に向上させることができる。一方、η1が上記上限値以下であれば、バインダー組成物の粘度が過度に上昇するのを抑制することにより、バインダー組成物のタック性を向上させることができる。
なお、η1の値は、例えば、粒子状結着材の形成に用いる単量体の種類および量、重合の方法および条件、ならびに、粒子状結着材の構造などを変更することにより調整することができる。
本発明のバインダー組成物は、固形分濃度30質量%、pH8.0、せん断速度0.01s-1の条件下での粘度(η1)が、800mPa・s以上であることが好ましく、2,000mPa・s以上であることがより好ましく、3,000mPa・s以上であることが更に好ましく、10,000mPa・s以上であることが特に好ましく、2,000,000mPa・s以下であることが好ましく、1,500,000mPa・s以下であることがより好ましく、1,000,000mPa・s以下であることが更に好ましい。η1が上記下限値以上であれば、バインダー組成物を含むスラリー組成物を用いて集電体上に電極合材層を形成する際、粒子状結着材がマイグレーションすることを抑制し、電極合材層中に粒子状結着材を良好に分散した状態で存在させることができる。そのため、電極のピール強度を更に向上させることができる。一方、η1が上記上限値以下であれば、バインダー組成物の粘度が過度に上昇するのを抑制することにより、バインダー組成物のタック性を向上させることができる。
なお、η1の値は、例えば、粒子状結着材の形成に用いる単量体の種類および量、重合の方法および条件、ならびに、粒子状結着材の構造などを変更することにより調整することができる。
<<せん断速度1000s-1での粘度(η2)>>
本発明のバインダー組成物は、固形分濃度30質量%、pH8.0、せん断速度1000s-1の条件下での粘度(η2)が、10mPa・s以上であることが好ましく、20mPa・s以上であることがより好ましく、50mPa・s以上であることが更に好ましく、85mPa・s以上であることがより一層好ましく、100mPa・s以上であることが特に好ましく、250mPa・s以下であることが好ましく、200mPa・s以下であることがより好ましく、150mPa・s以下であることが更に好ましい。η2が上記下限値以上であれば、バインダー組成物を含むスラリー組成物を用いて集電体上に電極合材層を形成する際、粒子状結着材がマイグレーションすることを抑制し、電極合材層中に粒子状結着材を良好に分散した状態で存在させることができる。そのため、電極のピール強度を更に向上させることができる。一方、η2が上記上限値以下であれば、バインダー組成物の粘度が過度に上昇するのを抑制することにより、バインダー組成物のタック性を向上させることができる。
なお、η2の値は、例えば、粒子状結着材の形成に用いる単量体の種類および量、重合の方法および条件、ならびに、粒子状結着材の構造などを変更することにより調整することができる。
本発明のバインダー組成物は、固形分濃度30質量%、pH8.0、せん断速度1000s-1の条件下での粘度(η2)が、10mPa・s以上であることが好ましく、20mPa・s以上であることがより好ましく、50mPa・s以上であることが更に好ましく、85mPa・s以上であることがより一層好ましく、100mPa・s以上であることが特に好ましく、250mPa・s以下であることが好ましく、200mPa・s以下であることがより好ましく、150mPa・s以下であることが更に好ましい。η2が上記下限値以上であれば、バインダー組成物を含むスラリー組成物を用いて集電体上に電極合材層を形成する際、粒子状結着材がマイグレーションすることを抑制し、電極合材層中に粒子状結着材を良好に分散した状態で存在させることができる。そのため、電極のピール強度を更に向上させることができる。一方、η2が上記上限値以下であれば、バインダー組成物の粘度が過度に上昇するのを抑制することにより、バインダー組成物のタック性を向上させることができる。
なお、η2の値は、例えば、粒子状結着材の形成に用いる単量体の種類および量、重合の方法および条件、ならびに、粒子状結着材の構造などを変更することにより調整することができる。
<<η1/η2>>
そして、η2に対するη1の比(η1/η2)は、25以上であることが好ましく、50以上であることがより好ましく、100以上であることが更に好ましく、1,000以上であることがより一層好ましく、5,000以上であることが特に好ましく、10,000以下であることが好ましく、9,000以下であることがより好ましく、8,300以下であることが更に好ましい。η1/η2が上記下限値以上であれば、電極のピール強度を更に向上させることができる。また、η1/η2が上記上限値以上であれば、二次電池の保存特性を高めることができる。
そして、η2に対するη1の比(η1/η2)は、25以上であることが好ましく、50以上であることがより好ましく、100以上であることが更に好ましく、1,000以上であることがより一層好ましく、5,000以上であることが特に好ましく、10,000以下であることが好ましく、9,000以下であることがより好ましく、8,300以下であることが更に好ましい。η1/η2が上記下限値以上であれば、電極のピール強度を更に向上させることができる。また、η1/η2が上記上限値以上であれば、二次電池の保存特性を高めることができる。
<<pH>>
バインダー組成物のpH(分散媒のpH)は、6.0以上であることが好ましく、7.0以上であることがより好ましく、10.0以下であることが好ましく、9.0以下であることがより好ましく、8.0以下であることが更に好ましい。バインダー組成物のpHが上記下限値以上であれば、電極のピール強度を更に向上させることができる。一方、バインダー組成物のpHが上記上限値以下であれば、バインダー組成物の粘度が過度に上昇するのを抑制することにより、バインダー組成物のタック性を向上させることができる。
なお、pHの調整は、例えば、バインダー組成物へのアルカリ種の添加により行うことができる。アルカリ種としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア水が挙げられ、アルカリ中和時に添加ショックで凝集物が発生しづらいことから、アンモニア水が好ましい。
バインダー組成物のpH(分散媒のpH)は、6.0以上であることが好ましく、7.0以上であることがより好ましく、10.0以下であることが好ましく、9.0以下であることがより好ましく、8.0以下であることが更に好ましい。バインダー組成物のpHが上記下限値以上であれば、電極のピール強度を更に向上させることができる。一方、バインダー組成物のpHが上記上限値以下であれば、バインダー組成物の粘度が過度に上昇するのを抑制することにより、バインダー組成物のタック性を向上させることができる。
なお、pHの調整は、例えば、バインダー組成物へのアルカリ種の添加により行うことができる。アルカリ種としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア水が挙げられ、アルカリ中和時に添加ショックで凝集物が発生しづらいことから、アンモニア水が好ましい。
<非水系二次電池電極用バインダー組成物の調製>
本発明のバインダー組成物は、粒子状結着材に含まれる構造単位の元となる単量体をエマルジョン中で重合することにより調製することができる。このような調製方法としては、例えば、バッチ式乳化重合法、エマルジョン(Em)プロップ法、シード重合法が挙げられる。
本発明のバインダー組成物は、粒子状結着材に含まれる構造単位の元となる単量体をエマルジョン中で重合することにより調製することができる。このような調製方法としては、例えば、バッチ式乳化重合法、エマルジョン(Em)プロップ法、シード重合法が挙げられる。
バッチ式乳化重合法は、例えば、以下の手順により行われてもよい。粒子状結着材に含まれる単量体単位の元となる単量体を、水、乳化剤、および重合開始剤と混合する。混合物(エマルジョン)を加温して重合反応を行う。所定の重合転化率となった時点で冷却して反応を停止させ、粒子状結着材を含む混合物を得る。混合物から未反応単量体を除去する。混合物のpHを、上述した分散媒の好ましいpHの範囲内となるように調整し、任意で、上述したその他の成分を添加して、水分散液をバインダー組成物として得る。重合反応の際の加温は、例えば、40℃以上、45℃以上、50℃以上、55℃以上、または60℃以上、90℃以下、85℃以下、80℃以下、75℃以下、または70℃以下で行ってもよい。混合物からの未反応単量体の除去は、例えば、加熱減圧蒸留、スチームの吹込みによって行ってもよい。
Emプロップ法は、例えば、以下の手順により行われてもよい。コア部形成用の単量体(上述した重合体(A)形成用の単量体)を、水、乳化剤、重合開始剤、および任意で連鎖移動剤と混合する。混合物(エマルジョン)を加温して所定の重合転化率になるまで重合反応を行い、コア部としてのシード粒子重合体を含む混合物を得る。次いで、混合物にシェル部形成用の単量体(上述した重合体(C)形成用の単量体)、ならびに、任意で乳化剤および水を添加して重合を継続する。次いで、混合物に表層部形成用の単量体(上述した重合体(B)形成用の単量体)、ならびに、任意で乳化剤および水を連続添加して重合を継続する。所定の重合転化率となった時点で冷却して反応を停止させ、粒子状結着材を含む混合物を得る。混合物から未反応単量体を除去する。混合物のpHを、上述した分散媒の好ましいpHの範囲内となるように調整し、任意で、上述したその他の成分を添加して、水分散液を、コアシェル粒子および表層部を有する粒子状結着材を含むバインダー組成物として得る。
シード重合法では、例えば、重合体(A)が含有する単量体単位のうち、いずれか1以上の単量体単位を含む重合体からなるシード粒子重合体に、重合体(A)形成用の単量体(シード粒子重合体の形成に用いたものを除く)、水、乳化剤、重合開始剤、および任意で連鎖移動剤と混合し、上記と同様にして重合反応等を行い、コア部としてのシード粒子重合体を含む混合物を得る。次いで、混合物にシェル部形成用の単量体(上述した重合体(C)形成用の単量体)、ならびに、任意で乳化剤および水を添加して重合を継続する。次いで、混合物に表層部形成用の単量体(上述した重合体(B)形成用の単量体)、ならびに、任意で乳化剤および水を連続添加して重合を継続する。所定の重合転化率となった時点で冷却して反応を停止させ、粒子状結着材を含む混合物を得る。混合物から未反応単量体を除去する。混合物のpHを、上述した分散媒の好ましいpHの範囲内となるように調整し、任意で、上述したその他の成分を添加して、水分散液を、コアシェル粒子および表層部を有する粒子状結着材を含むバインダー組成物として得る。
粒子状結着材が、重合体(B)を含む表層部の内側に単一の重合体(A)からなる粒子を有する場合、バインダー組成物の調製方法は、例えば、二段階の重合を含む以下の手順により行われてもよい。
まず、重合体(A)形成用の単量体を、水、乳化剤、連鎖移動剤、および重合開始剤と混合する。混合物を加温して所定の重合転化率になるまで重合反応を行い、重合体(A)からなる粒子を形成させる。次いで、反応液に重合体(B)形成用の単量体、ならびに、任意で乳化剤および水を連続添加して重合を継続する。所定の重合転化率となった時点で冷却して反応を停止させ、粒子状結着材を含む混合物を得る。混合物から未反応単量体を除去する。混合物のpHを、上述した分散媒の好ましいpHの範囲内となるように調整し、任意で、上述したその他の成分を添加する。
まず、重合体(A)形成用の単量体を、水、乳化剤、連鎖移動剤、および重合開始剤と混合する。混合物を加温して所定の重合転化率になるまで重合反応を行い、重合体(A)からなる粒子を形成させる。次いで、反応液に重合体(B)形成用の単量体、ならびに、任意で乳化剤および水を連続添加して重合を継続する。所定の重合転化率となった時点で冷却して反応を停止させ、粒子状結着材を含む混合物を得る。混合物から未反応単量体を除去する。混合物のpHを、上述した分散媒の好ましいpHの範囲内となるように調整し、任意で、上述したその他の成分を添加する。
粒子状結着材が、重合体(B)を含む表層部の内側に、重合体(A)からなるコア部と重合体(C)からなるシェル部とから構成されるコアシェル粒子を有する場合、バインダー組成物の調製方法は、例えば、三段階の重合を含む以下の手順により行われてもよい。
まず、一段目の重合として、重合体(A)形成用の単量体を、水、乳化剤、連鎖移動剤、および重合開始剤と混合する。混合物を加温して所定の重合転化率になるまで重合反応を行い、重合体(A)からなる粒子を形成させる。
次いで、二段目の重合として、反応液に重合体(C)形成用の単量体、ならびに、任意で乳化剤および水を添加して重合を継続する。所定の重合転化率となった時点で冷却して反応を停止させ、重合体(A)からなるコア部と重合体(C)からなるシェル部とから構成されるコアシェル粒子と、水とを含む重合体の水分散液を得る。
次いで、三段目の重合として、反応液に重合体(B)形成用の単量体、ならびに、任意で乳化剤および水を連続添加して重合を継続する。各段の重合の後に、反応液から未反応単量体を除去してもよい。任意で、反応後の反応液のpHを、上述した分散媒の好ましいpHの範囲内となるように調整し、任意で、上述したその他の成分を添加する。
まず、一段目の重合として、重合体(A)形成用の単量体を、水、乳化剤、連鎖移動剤、および重合開始剤と混合する。混合物を加温して所定の重合転化率になるまで重合反応を行い、重合体(A)からなる粒子を形成させる。
次いで、二段目の重合として、反応液に重合体(C)形成用の単量体、ならびに、任意で乳化剤および水を添加して重合を継続する。所定の重合転化率となった時点で冷却して反応を停止させ、重合体(A)からなるコア部と重合体(C)からなるシェル部とから構成されるコアシェル粒子と、水とを含む重合体の水分散液を得る。
次いで、三段目の重合として、反応液に重合体(B)形成用の単量体、ならびに、任意で乳化剤および水を連続添加して重合を継続する。各段の重合の後に、反応液から未反応単量体を除去してもよい。任意で、反応後の反応液のpHを、上述した分散媒の好ましいpHの範囲内となるように調整し、任意で、上述したその他の成分を添加する。
ここで、バインダーフィルムの細孔の平均自由体積半径を上述した所定の範囲内に収めることを容易にする観点から、重合体(B)の形成に用いる酸性官能基含有単量体は連続添加することが好ましい。
また、バインダーフィルムの細孔の平均自由体積半径を上述した所定の範囲内に収めることを容易にする観点から、重合体(B)を形成する際の重合温度は75℃以上90℃以下とすることが好ましい。
バインダー組成物の調製に用いる乳化剤としては、例えば、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、ラウリル硫酸、またはこれらの塩(例えば、カリウム塩、ナトリウム塩)が挙げられる。中でも、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩が好ましい。乳化剤は、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。乳化剤の添加量は、粒子状結着材を構成する重合体の単量体の合計量100質量部に対して、0.1質量部以上であることが好ましく、0.2質量部以上であることがより好ましく、10質量部以下であることが好ましく、5質量部以下であることがより好ましい。
また、重合開始剤としては、特に制限されることなく、既知の重合開始剤、例えば、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、n-ブチルリチウム、過硫酸アンモニウムが挙げられる。重合開始剤は、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。重合開始剤の添加量は、粒子状結着材を構成する重合体の単量体の合計量100質量部に対して、0.05質量部以上であることが好ましく、0.1質量部以上であることがより好ましく、10質量部以下であることが好ましく、5質量部以下であることがより好ましい。
さらに、連鎖移動剤としては、特に制限されることなく、既知の連鎖移動剤、例えば、α-メチルスチレンダイマー、tert-ドデシルメルカプタン、3-メルカプト-1,2-プロパンジオールが挙げられる。連鎖移動剤の添加量は、粒子状結着材を構成する重合体の単量体の合計量100質量部に対して、0.05質量部以上であることが好ましく、0.1質量部以上であることがより好ましく、10質量部以下であることが好ましく、5質量部以下であることがより好ましい。
(非水系二次電池電極用スラリー組成物)
本発明のスラリー組成物は、電極の電極合材層の形成用途に用いられる組成物であり、電極活物質と、上述した本発明のバインダー組成物とを含有し、任意に、上記成分以外の成分(以下、「その他の成分」と称する)を更に含有する。即ち、本発明のスラリー組成物は、通常、電極活物質と、上述した粒子状結着材と、水を含む分散媒とを含有し、任意に、その他の成分を更に含有する。そして、本発明のスラリー組成物は、上述したバインダー組成物を含んでいるので、電極に、優れたピール強度を発揮させることができる。
なお、以下では、一例として非水系二次電池電極用スラリー組成物がリチウムイオン二次電池負極用スラリー組成物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ない。
本発明のスラリー組成物は、電極の電極合材層の形成用途に用いられる組成物であり、電極活物質と、上述した本発明のバインダー組成物とを含有し、任意に、上記成分以外の成分(以下、「その他の成分」と称する)を更に含有する。即ち、本発明のスラリー組成物は、通常、電極活物質と、上述した粒子状結着材と、水を含む分散媒とを含有し、任意に、その他の成分を更に含有する。そして、本発明のスラリー組成物は、上述したバインダー組成物を含んでいるので、電極に、優れたピール強度を発揮させることができる。
なお、以下では、一例として非水系二次電池電極用スラリー組成物がリチウムイオン二次電池負極用スラリー組成物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ない。
<電極活物質>
電極活物質は、二次電池の電極において電子の受け渡しをする物質である。そして、リチウムイオン二次電池用の負極活物質としては、通常は、リチウムを吸蔵および放出し得る物質を用いる。
具体的には、リチウムイオン二次電池用の負極活物質としては、例えば、炭素系負極活物質、金属系負極活物質、およびこれらを組み合わせた負極活物質などが挙げられる。
電極活物質は、二次電池の電極において電子の受け渡しをする物質である。そして、リチウムイオン二次電池用の負極活物質としては、通常は、リチウムを吸蔵および放出し得る物質を用いる。
具体的には、リチウムイオン二次電池用の負極活物質としては、例えば、炭素系負極活物質、金属系負極活物質、およびこれらを組み合わせた負極活物質などが挙げられる。
ここで、炭素系負極活物質とは、リチウムを挿入(「ドープ」ともいう。)可能な、炭素を主骨格とする活物質をいい、炭素系負極活物質としては、例えば炭素質材料と黒鉛質材料とが挙げられる。
そして、炭素質材料としては、例えば、易黒鉛性炭素およびガラス状炭素に代表される非晶質構造に近い構造を持つ難黒鉛性炭素などが挙げられる。
ここで、易黒鉛性炭素としては、例えば、石油または石炭から得られるタールピッチを原料とした炭素材料が挙げられる。具体例を挙げると、コークス、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、メソフェーズピッチ系炭素繊維、熱分解気相成長炭素繊維などが挙げられる。
また、難黒鉛性炭素としては、例えば、フェノール樹脂焼成体、ポリアクリロニトリル系炭素繊維、擬等方性炭素、フルフリルアルコール樹脂焼成体(PFA)、ハードカーボンなどが挙げられる。
ここで、易黒鉛性炭素としては、例えば、石油または石炭から得られるタールピッチを原料とした炭素材料が挙げられる。具体例を挙げると、コークス、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、メソフェーズピッチ系炭素繊維、熱分解気相成長炭素繊維などが挙げられる。
また、難黒鉛性炭素としては、例えば、フェノール樹脂焼成体、ポリアクリロニトリル系炭素繊維、擬等方性炭素、フルフリルアルコール樹脂焼成体(PFA)、ハードカーボンなどが挙げられる。
更に、黒鉛質材料としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛などが挙げられる。
ここで、人造黒鉛としては、例えば、易黒鉛性炭素を含んだ炭素を主に2800℃以上で熱処理した人造黒鉛、MCMBを2000℃以上で熱処理した黒鉛化MCMB、メソフェーズピッチ系炭素繊維を2000℃以上で熱処理した黒鉛化メソフェーズピッチ系炭素繊維などが挙げられる。
ここで、人造黒鉛としては、例えば、易黒鉛性炭素を含んだ炭素を主に2800℃以上で熱処理した人造黒鉛、MCMBを2000℃以上で熱処理した黒鉛化MCMB、メソフェーズピッチ系炭素繊維を2000℃以上で熱処理した黒鉛化メソフェーズピッチ系炭素繊維などが挙げられる。
また、金属系負極活物質とは、金属を含む活物質であり、通常は、リチウムの挿入が可能な元素を構造に含み、リチウムが挿入された場合の単位質量当たりの理論電気容量が500mAh/g以上である活物質をいう。金属系活物質としては、例えば、リチウム金属、リチウム合金を形成し得る単体金属(例えば、Ag、Al、Ba、Bi、Cu、Ga、Ge、In、Ni、P、Pb、Sb、Si、Sn、Sr、Zn、Tiなど)およびその合金、ならびに、それらの酸化物、硫化物、窒化物、ケイ化物、炭化物、燐化物などが用いられる。これらの中でも、金属系負極活物質としては、ケイ素を含む活物質(シリコン系負極活物質)が好ましい。シリコン系負極活物質を用いることにより、リチウムイオン二次電池を高容量化することができるからである。
シリコン系負極活物質としては、例えば、ケイ素(Si)、ケイ素を含む合金、SiO、SiOx、Si含有材料を導電性カーボンで被覆または複合化してなるSi含有材料と導電性カーボンとの複合化物などが挙げられる。なお、これらのシリコン系負極活物質は、1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
<バインダー組成物>
バインダー組成物としては、上述した所定の粒子状結着材と、水を含む分散媒とを含有し、任意にその他の成分を更に含有する、本発明のバインダー組成物を用いる。
なお、スラリー組成物中における、上述した所定の粒子状結着材の含有量は、電極活物質100質量部当たり、固形分換算で、0.5質量部以上15質量部以下とすることができる。
バインダー組成物としては、上述した所定の粒子状結着材と、水を含む分散媒とを含有し、任意にその他の成分を更に含有する、本発明のバインダー組成物を用いる。
なお、スラリー組成物中における、上述した所定の粒子状結着材の含有量は、電極活物質100質量部当たり、固形分換算で、0.5質量部以上15質量部以下とすることができる。
<その他の成分>
スラリー組成物に配合し得るその他の成分としては、特に限定することなく、本発明のバインダー組成物に配合し得るその他の成分と同様の成分が挙げられる。また、スラリー組成物は、カーボンブラック等の導電材を更に含有していてもよい。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。
スラリー組成物に配合し得るその他の成分としては、特に限定することなく、本発明のバインダー組成物に配合し得るその他の成分と同様の成分が挙げられる。また、スラリー組成物は、カーボンブラック等の導電材を更に含有していてもよい。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。
<非水系二次電池電極用スラリー組成物の調製>
スラリー組成物の調製方法は、特に限定されない。
例えば、バインダー組成物と、電極活物質と、必要に応じて用いられるその他の成分とを、バインダー組成物に含まれる水相(水系媒体)の存在下で混合してスラリー組成物を調製することができる。
なお、混合方法は特に制限されないが、通常用いられうる撹拌機や、分散機を用いて混合することができる。
スラリー組成物の調製方法は、特に限定されない。
例えば、バインダー組成物と、電極活物質と、必要に応じて用いられるその他の成分とを、バインダー組成物に含まれる水相(水系媒体)の存在下で混合してスラリー組成物を調製することができる。
なお、混合方法は特に制限されないが、通常用いられうる撹拌機や、分散機を用いて混合することができる。
(非水系二次電池用電極)
本発明の非水系二次電池用電極は、上述した非水系二次電池電極用スラリー組成物を用いて形成した電極合材層を備える。したがって、電極合材層は、上述したスラリー組成物の乾燥物よりなり、通常、電極活物質と、粒子状結着材に由来する成分とを含有し、任意に、その他の成分を更に含有する。なお、電極合材層中に含まれている各成分は、上記非水系二次電池電極用スラリー組成物中に含まれていたものであり、それらの各成分の好適な存在比は、スラリー組成物中の各成分の好適な存在比と同じである。また、粒子状結着材は、スラリー組成物中では粒子形状で存在するが、スラリー組成物を用いて形成された電極合材層中では、粒子形状であってもよいし、その他の任意の形状であってもよい。
そして、本発明の非水系二次電池用電極は、上述した非水系二次電池電極用スラリー組成物を使用して電極合材層を形成しているので、優れたピール強度を有している。
本発明の非水系二次電池用電極は、上述した非水系二次電池電極用スラリー組成物を用いて形成した電極合材層を備える。したがって、電極合材層は、上述したスラリー組成物の乾燥物よりなり、通常、電極活物質と、粒子状結着材に由来する成分とを含有し、任意に、その他の成分を更に含有する。なお、電極合材層中に含まれている各成分は、上記非水系二次電池電極用スラリー組成物中に含まれていたものであり、それらの各成分の好適な存在比は、スラリー組成物中の各成分の好適な存在比と同じである。また、粒子状結着材は、スラリー組成物中では粒子形状で存在するが、スラリー組成物を用いて形成された電極合材層中では、粒子形状であってもよいし、その他の任意の形状であってもよい。
そして、本発明の非水系二次電池用電極は、上述した非水系二次電池電極用スラリー組成物を使用して電極合材層を形成しているので、優れたピール強度を有している。
<電極の形成方法>
本発明の電極の電極合材層は、例えば、以下の方法を用いて形成することができる。
1)本発明のスラリー組成物を集電体の表面に塗布し、次いで乾燥する方法;
2)本発明のスラリー組成物に集電体を浸漬後、これを乾燥する方法;および
3)本発明のスラリー組成物を離型基材上に塗布し、乾燥して電極合材層を製造し、得られた電極合材層を集電体の表面に転写する方法。
これらの中でも、前記1)の方法が、電極合材層の層厚制御をしやすいことから特に好ましい。前記1)の方法は、詳細には、スラリー組成物を集電体上に塗布する工程(塗布工程)と、集電体上に塗布されたスラリー組成物を乾燥させて集電体上に電極合材層を形成する工程(乾燥工程)を含む。
本発明の電極の電極合材層は、例えば、以下の方法を用いて形成することができる。
1)本発明のスラリー組成物を集電体の表面に塗布し、次いで乾燥する方法;
2)本発明のスラリー組成物に集電体を浸漬後、これを乾燥する方法;および
3)本発明のスラリー組成物を離型基材上に塗布し、乾燥して電極合材層を製造し、得られた電極合材層を集電体の表面に転写する方法。
これらの中でも、前記1)の方法が、電極合材層の層厚制御をしやすいことから特に好ましい。前記1)の方法は、詳細には、スラリー組成物を集電体上に塗布する工程(塗布工程)と、集電体上に塗布されたスラリー組成物を乾燥させて集電体上に電極合材層を形成する工程(乾燥工程)を含む。
<<塗布工程>>
上記スラリー組成物を集電体上に塗布する方法としては、特に限定されず公知の方法を用いることができる。具体的には、塗布方法としては、ドクターブレード法、ディップ法、リバースロール法、ダイレクトロール法、グラビア法、エクストルージョン法、ハケ塗り法などを用いることができる。この際、スラリー組成物を集電体の片面だけに塗布してもよいし、両面に塗布してもよい。塗布後乾燥前の集電体上のスラリー膜の厚みは、乾燥して得られる電極合材層の厚みに応じて適宜に設定しうる。
上記スラリー組成物を集電体上に塗布する方法としては、特に限定されず公知の方法を用いることができる。具体的には、塗布方法としては、ドクターブレード法、ディップ法、リバースロール法、ダイレクトロール法、グラビア法、エクストルージョン法、ハケ塗り法などを用いることができる。この際、スラリー組成物を集電体の片面だけに塗布してもよいし、両面に塗布してもよい。塗布後乾燥前の集電体上のスラリー膜の厚みは、乾燥して得られる電極合材層の厚みに応じて適宜に設定しうる。
ここで、スラリー組成物を塗布する集電体としては、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、白金などからなる集電体を用い得る。なお、前記の材料は、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。
<<乾燥工程>>
集電体上のスラリー組成物を乾燥する方法としては、特に限定されず公知の方法を用いることができ、例えば温風、熱風、低湿風による乾燥法、真空乾燥法、赤外線や電子線などの照射による乾燥法を用いることができる。このように集電体上のスラリー組成物を乾燥することで、集電体上に電極合材層を形成し、集電体と電極合材層とを備える電極を得ることができる。
集電体上のスラリー組成物を乾燥する方法としては、特に限定されず公知の方法を用いることができ、例えば温風、熱風、低湿風による乾燥法、真空乾燥法、赤外線や電子線などの照射による乾燥法を用いることができる。このように集電体上のスラリー組成物を乾燥することで、集電体上に電極合材層を形成し、集電体と電極合材層とを備える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等を用い、電極合材層に加圧処理を施してもよい。加圧処理により、電極合材層と集電体との密着性を向上させると共に得られる電極合材層をより一層高密度化することができる。また、電極合材層が硬化性の重合体を含む場合は、電極合材層の形成後に前記重合体を硬化させることが好ましい。
(非水系二次電池)
本発明の非水系二次電池は、正極と、負極と、電解液と、セパレータとを備えており、上述した本発明の非水系二次電池用電極を正極および負極の少なくとも一方として用いる。
なお、以下では、一例として二次電池がリチウムイオン二次電池である場合について説明するが、本発明は下記の一例に限定されるものではない。
本発明の非水系二次電池は、正極と、負極と、電解液と、セパレータとを備えており、上述した本発明の非水系二次電池用電極を正極および負極の少なくとも一方として用いる。
なお、以下では、一例として二次電池がリチウムイオン二次電池である場合について説明するが、本発明は下記の一例に限定されるものではない。
<電極>
上述のように、本発明の二次電池用電極が、正極および負極の少なくとも一方として用いられる。即ち、リチウムイオン二次電池の正極が本発明の電極であり負極が他の既知の負極であってもよく、リチウムイオン二次電池の負極が本発明の電極であり正極が他の既知の正極であってもよく、リチウムイオン二次電池の正極および負極の両方が本発明の電極であってもよい。
なお、本発明の二次電池用電極以外の既知の電極としては、既知の製造方法を用いて集電体上に電極合材層を形成してなる電極を用いることができる。
上述のように、本発明の二次電池用電極が、正極および負極の少なくとも一方として用いられる。即ち、リチウムイオン二次電池の正極が本発明の電極であり負極が他の既知の負極であってもよく、リチウムイオン二次電池の負極が本発明の電極であり正極が他の既知の正極であってもよく、リチウムイオン二次電池の正極および負極の両方が本発明の電極であってもよい。
なお、本発明の二次電池用電極以外の既知の電極としては、既知の製造方法を用いて集電体上に電極合材層を形成してなる電極を用いることができる。
<電解液>
電解液としては、通常、有機溶媒に支持電解質を溶解した有機電解液が用いられる。支持電解質としては、例えば、リチウムイオン二次電池においてはリチウム塩が用いられる。リチウム塩としては、例えば、LiPF6、LiAsF6、LiBF4、LiSbF6、LiAlCl4、LiClO4、CF3SO3Li、C4F9SO3Li、CF3COOLi、(CF3CO)2NLi、(CF3SO2)2NLi、(C2F5SO2)NLiなどが挙げられる。中でも、溶媒に溶けやすく高い解離度を示すので、LiPF6、LiClO4、CF3SO3Liが好ましい。なお、電解質は1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。通常は、解離度の高い支持電解質を用いるほどリチウムイオン伝導度が高くなる傾向があるので、支持電解質の種類によりリチウムイオン伝導度を調節することができる。
電解液としては、通常、有機溶媒に支持電解質を溶解した有機電解液が用いられる。支持電解質としては、例えば、リチウムイオン二次電池においてはリチウム塩が用いられる。リチウム塩としては、例えば、LiPF6、LiAsF6、LiBF4、LiSbF6、LiAlCl4、LiClO4、CF3SO3Li、C4F9SO3Li、CF3COOLi、(CF3CO)2NLi、(CF3SO2)2NLi、(C2F5SO2)NLiなどが挙げられる。中でも、溶媒に溶けやすく高い解離度を示すので、LiPF6、LiClO4、CF3SO3Liが好ましい。なお、電解質は1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。通常は、解離度の高い支持電解質を用いるほどリチウムイオン伝導度が高くなる傾向があるので、支持電解質の種類によりリチウムイオン伝導度を調節することができる。
電解液に使用する有機溶媒としては、支持電解質を溶解できるものであれば特に限定されないが、例えばリチウムイオン二次電池においては、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。中でも、誘電率が高く、安定な電位領域が広いので、カーボネート類が好ましい。通常、用いる溶媒の粘度が低いほどリチウムイオン伝導度が高くなる傾向があるので、溶媒の種類によりリチウムイオン伝導度を調節することができる。
なお、電解液中の電解質の濃度は適宜調整することができる。また、電解液には、既知の添加剤を添加してもよい。
なお、電解液中の電解質の濃度は適宜調整することができる。また、電解液には、既知の添加剤を添加してもよい。
<セパレータ>
セパレータとしては、特に限定されることなく、例えば特開2012-204303号公報に記載のセパレータを用いることができる。これらの中でも、セパレータ全体の膜厚を薄くすることができ、これにより、二次電池内の電極活物質の比率を高くして体積あたりの容量を高くすることができるという点より、ポリオレフィン系(ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリ塩化ビニル)の樹脂からなる微多孔膜が好ましい。
セパレータとしては、特に限定されることなく、例えば特開2012-204303号公報に記載のセパレータを用いることができる。これらの中でも、セパレータ全体の膜厚を薄くすることができ、これにより、二次電池内の電極活物質の比率を高くして体積あたりの容量を高くすることができるという点より、ポリオレフィン系(ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリ塩化ビニル)の樹脂からなる微多孔膜が好ましい。
<非水系二次電池の製造方法>
本発明の非水系二次電池は、例えば、正極と、負極とを、セパレータを介して重ね合わせ、これを必要に応じて電池形状に応じて巻く、折るなどして電池容器に入れ、電池容器に電解液を注入して封口することにより製造することができる。ここで、本発明の非水系二次電池では、正極および負極の少なくとも一方、好ましくは負極として、上述した非水系二次電池用電極を使用する。なお、本発明の非水系二次電池には、二次電池の内部の圧力上昇、過充放電等の発生を防止するために、必要に応じて、ヒューズ、PTC素子等の過電流防止素子、エキスパンドメタル、リード板などを設けてもよい。二次電池の形状は、例えば、コイン型、ボタン型、シート型、円筒型、角形、扁平型など、何れであってもよい。
本発明の非水系二次電池は、例えば、正極と、負極とを、セパレータを介して重ね合わせ、これを必要に応じて電池形状に応じて巻く、折るなどして電池容器に入れ、電池容器に電解液を注入して封口することにより製造することができる。ここで、本発明の非水系二次電池では、正極および負極の少なくとも一方、好ましくは負極として、上述した非水系二次電池用電極を使用する。なお、本発明の非水系二次電池には、二次電池の内部の圧力上昇、過充放電等の発生を防止するために、必要に応じて、ヒューズ、PTC素子等の過電流防止素子、エキスパンドメタル、リード板などを設けてもよい。二次電池の形状は、例えば、コイン型、ボタン型、シート型、円筒型、角形、扁平型など、何れであってもよい。
以下、本発明について実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、以下の説明において、量を表す「%」および「部」は、特に断らない限り、質量基準である。
また、複数種類の単量体を重合して製造される重合体において、ある単量体を重合して形成される単量体単位の前記重合体における割合は、別に断らない限り、通常は、その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、実施例および比較例において、バインダーフィルムの細孔の平均自由体積半径、バインダー組成物の粘度(η1およびη2)、粒子状結着材の平均粒子径DaおよびDb、電極のピール強度、ならびに、リチウムイオン二次電池の保存特性およびサイクル特性は、以下の方法で評価した。
また、複数種類の単量体を重合して製造される重合体において、ある単量体を重合して形成される単量体単位の前記重合体における割合は、別に断らない限り、通常は、その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、実施例および比較例において、バインダーフィルムの細孔の平均自由体積半径、バインダー組成物の粘度(η1およびη2)、粒子状結着材の平均粒子径DaおよびDb、電極のピール強度、ならびに、リチウムイオン二次電池の保存特性およびサイクル特性は、以下の方法で評価した。
<平均自由体積半径>
実施例、比較例で調製した負極用バインダー組成物に対してアンモニア水溶液を必要に応じて添加し、バインダー組成物のpHを8.0に調整した。pH調整後のバインダー組成物(固形分濃度30%)を、テーブルコーターを用いて塗工速度50mm/秒でポリエステル製の剥離フィルム(パナック株式会社製、製品名「PET125SG1」)に塗工し、乾燥オーブンにて80℃で20分間乾燥させた。さらに真空下、100℃で10時間乾燥させ、剥離フィルム上にバインダーフィルム(厚さ:50nm)を形成した。バインダーフィルムを剥離フィルムから剥がし、15mm×15mm角のSiウェハに張り付け、室温で真空脱気した後、以下の条件にて、陽電子消滅寿命測定を行った。
測定装置:フジ・インバック社製、製品名「小型陽電子ビーム発生装置PALS-200A」
陽電子線源:22Naベースの陽電子ビーム
γ線検出器:BaF2製シンチレーター+高電子増倍管
装置定数:245~257ps、24.55ps/ch
ビーム強度:5keV
測定雰囲気:真空
総カウント数:約5,000,000カウント
上記測定により得られた陽電子消滅寿命曲線に対して、非線形最小二乗法による3成分解析を行い、消滅寿命の小さいものからτ1、τ2、τ3とした。そして、最も長い平均消滅寿命τ3から平均自由体積半径を算出した。
<粘度>
水の添加または濃縮による水分除去により、実施例、比較例で調製した負極用バインダー組成物の固形分濃度を30%に調整した。固形分濃度を調製したバインダー組成物に対してアンモニア水溶液を必要に応じて添加し、バインダー組成物のpHを8.0に調整した。回転式レオメーター(アントンパール社製、型式「MCR302」)を用いて、上記で得られた固形分濃度およびpH調整後のバインダー組成物の各せん断速度における粘度を測定し、せん断速度0.01s-1のときの粘度をη1(mPa・s)とし、せん断速度1000s-1のときの粘度をη2(mPa・s)とした。なお、測定条件は以下の通りである。
使用治具:CP50-1(φ50mmのパラレルプレート)
測定温度:25℃
<平均粒子径Da>
動的光散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置(大塚電子株式会社製、型式「nanoSAQLA」)を用いて、実施例、比較例で調製した負極用バインダー組成物の粒度分布(体積基準)を測定し、キュムラント解析により得られたキュムラント平均粒子径を平均粒子径Daとした。なお、動的光散乱法の測定条件は以下の通りである。
分散媒:イオン交換水
測定温度:25±1℃
測定濃度(固形分濃度):0.5%
散乱角度:168.8°
光源レーザー波長:660nm
<平均粒子径Db>
レーザー回折散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置(ベックマン・コールター社製、製品名「LS13 320 XR」)を用いて、実施例、比較例で調製した負極用バインダー組成物の粒度分布(体積基準)を測定し、測定された粒度分布において、小径側から計算した累積体積が50%となる粒子径(D50)を平均粒子径Dbとした。
<ピール強度>
実施例、比較例で作製した負極(負極AおよびB)を長さ100mm、幅10mmの長方形に切り出して試験片とした。この試験片を、負極合材層の表面を下にして、負極合材層の表面にセロハンテープを貼り付けた。この際、セロハンテープとしてはJIS Z1522に規定されるものを用いた。また、セロハンテープは試験台に固定しておいた。その後、集電体の一端を鉛直上方に引張り速度50mm/分で引っ張って剥がしたときの応力を測定した。この測定を3回行い、その平均値を求め、当該平均値をピール強度として、下記の基準で評価した。
A:ピール強度が10N/m以上
B:ピール強度が8N/m以上10N/m未満
C:ピール強度が6N/m以上8N/m未満
D:ピール強度が6N/m未満
<保存特性>
実施例、比較例で作製したリチウムイオン二次電池Aを、電解液注液後、温度25℃で5時間静置した。次に、温度25℃、0.2Cの定電流法にて、セル電圧3.65Vまで充電し、その後、温度60℃で12時間エージング処理を行った。そして、温度25℃、0.2Cの定電流法にて、セル電圧3.00Vまで放電した。その後、0.2Cの定電流法にて、定電流(CC)-定電圧(CV)充電(上限セル電圧4.20V)を行い、0.2Cの定電流法にて3.00VまでCC放電した。この0.2Cにおける充放電を3回繰り返し実施した。
その後、温度25℃の環境下、セル電圧4.20-3.00V、1.0Cの充放電レートにて充放電の操作を1サイクル行い、この時の放電容量を初期容量X1とした。その後、温度25℃、0.2Cの定電流法にて、定電流(CC)-定電圧(CV)充電(上限セル電圧4.20V)を行い満充電状態とし、温度60℃の環境下、30日間保存した。保存終了後、温度25℃の環境下、セル電圧4.20-3.00V、1.0Cの充放電レートにて充放電の操作を1サイクル行い、この時の放電容量を保存後容量X2とした。該放電容量X1および放電容量X2を用いて、ΔC=(X2/X1)×100(%)で示される容量変化率を求め、以下の基準により評価した。この容量変化率ΔCの値が大きいほど、保存特性に優れていることを示す。
A:ΔCが96%以上
B:ΔCが90%以上96%未満
C:ΔCが90%未満
<サイクル特性>
実施例、比較例で作製したリチウムイオン二次電池Bを、電解液注液後、温度25℃で5時間静置した。次に、温度25℃、0.2Cの定電流法にて、セル電圧3.65Vまで充電し、その後、温度60℃で12時間エージング処理を行った。そして、温度25℃、0.2Cの定電流法にて、セル電圧3.00Vまで放電した。その後、0.2Cの定電流法にて、定電流(CC)-定電圧(CV)充電(上限セル電圧4.20V)を行い、0.2Cの定電流法にて3.00VまでCC放電した。この0.2Cにおける充放電を3回繰り返し実施した。
その後、温度25℃の環境下、セル電圧4.20-3.00V、1.0Cの充放電レートにて充放電の操作を100サイクル行った。その際、第1回目のサイクルの放電容量をX3、第100回目のサイクルの放電容量をX4と定義した。該放電容量X3および放電容量X4を用いて、ΔC’=(X3/X4)×100(%)で示される容量変化率を求め、以下の基準により評価した。この容量変化率ΔC’の値が大きいほど、サイクル特性に優れていることを示す。
A:ΔC’が91%以上
B:ΔC’が86%以上91%未満
C:ΔC’が86%未満
実施例、比較例で調製した負極用バインダー組成物に対してアンモニア水溶液を必要に応じて添加し、バインダー組成物のpHを8.0に調整した。pH調整後のバインダー組成物(固形分濃度30%)を、テーブルコーターを用いて塗工速度50mm/秒でポリエステル製の剥離フィルム(パナック株式会社製、製品名「PET125SG1」)に塗工し、乾燥オーブンにて80℃で20分間乾燥させた。さらに真空下、100℃で10時間乾燥させ、剥離フィルム上にバインダーフィルム(厚さ:50nm)を形成した。バインダーフィルムを剥離フィルムから剥がし、15mm×15mm角のSiウェハに張り付け、室温で真空脱気した後、以下の条件にて、陽電子消滅寿命測定を行った。
測定装置:フジ・インバック社製、製品名「小型陽電子ビーム発生装置PALS-200A」
陽電子線源:22Naベースの陽電子ビーム
γ線検出器:BaF2製シンチレーター+高電子増倍管
装置定数:245~257ps、24.55ps/ch
ビーム強度:5keV
測定雰囲気:真空
総カウント数:約5,000,000カウント
上記測定により得られた陽電子消滅寿命曲線に対して、非線形最小二乗法による3成分解析を行い、消滅寿命の小さいものからτ1、τ2、τ3とした。そして、最も長い平均消滅寿命τ3から平均自由体積半径を算出した。
<粘度>
水の添加または濃縮による水分除去により、実施例、比較例で調製した負極用バインダー組成物の固形分濃度を30%に調整した。固形分濃度を調製したバインダー組成物に対してアンモニア水溶液を必要に応じて添加し、バインダー組成物のpHを8.0に調整した。回転式レオメーター(アントンパール社製、型式「MCR302」)を用いて、上記で得られた固形分濃度およびpH調整後のバインダー組成物の各せん断速度における粘度を測定し、せん断速度0.01s-1のときの粘度をη1(mPa・s)とし、せん断速度1000s-1のときの粘度をη2(mPa・s)とした。なお、測定条件は以下の通りである。
使用治具:CP50-1(φ50mmのパラレルプレート)
測定温度:25℃
<平均粒子径Da>
動的光散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置(大塚電子株式会社製、型式「nanoSAQLA」)を用いて、実施例、比較例で調製した負極用バインダー組成物の粒度分布(体積基準)を測定し、キュムラント解析により得られたキュムラント平均粒子径を平均粒子径Daとした。なお、動的光散乱法の測定条件は以下の通りである。
分散媒:イオン交換水
測定温度:25±1℃
測定濃度(固形分濃度):0.5%
散乱角度:168.8°
光源レーザー波長:660nm
<平均粒子径Db>
レーザー回折散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置(ベックマン・コールター社製、製品名「LS13 320 XR」)を用いて、実施例、比較例で調製した負極用バインダー組成物の粒度分布(体積基準)を測定し、測定された粒度分布において、小径側から計算した累積体積が50%となる粒子径(D50)を平均粒子径Dbとした。
<ピール強度>
実施例、比較例で作製した負極(負極AおよびB)を長さ100mm、幅10mmの長方形に切り出して試験片とした。この試験片を、負極合材層の表面を下にして、負極合材層の表面にセロハンテープを貼り付けた。この際、セロハンテープとしてはJIS Z1522に規定されるものを用いた。また、セロハンテープは試験台に固定しておいた。その後、集電体の一端を鉛直上方に引張り速度50mm/分で引っ張って剥がしたときの応力を測定した。この測定を3回行い、その平均値を求め、当該平均値をピール強度として、下記の基準で評価した。
A:ピール強度が10N/m以上
B:ピール強度が8N/m以上10N/m未満
C:ピール強度が6N/m以上8N/m未満
D:ピール強度が6N/m未満
<保存特性>
実施例、比較例で作製したリチウムイオン二次電池Aを、電解液注液後、温度25℃で5時間静置した。次に、温度25℃、0.2Cの定電流法にて、セル電圧3.65Vまで充電し、その後、温度60℃で12時間エージング処理を行った。そして、温度25℃、0.2Cの定電流法にて、セル電圧3.00Vまで放電した。その後、0.2Cの定電流法にて、定電流(CC)-定電圧(CV)充電(上限セル電圧4.20V)を行い、0.2Cの定電流法にて3.00VまでCC放電した。この0.2Cにおける充放電を3回繰り返し実施した。
その後、温度25℃の環境下、セル電圧4.20-3.00V、1.0Cの充放電レートにて充放電の操作を1サイクル行い、この時の放電容量を初期容量X1とした。その後、温度25℃、0.2Cの定電流法にて、定電流(CC)-定電圧(CV)充電(上限セル電圧4.20V)を行い満充電状態とし、温度60℃の環境下、30日間保存した。保存終了後、温度25℃の環境下、セル電圧4.20-3.00V、1.0Cの充放電レートにて充放電の操作を1サイクル行い、この時の放電容量を保存後容量X2とした。該放電容量X1および放電容量X2を用いて、ΔC=(X2/X1)×100(%)で示される容量変化率を求め、以下の基準により評価した。この容量変化率ΔCの値が大きいほど、保存特性に優れていることを示す。
A:ΔCが96%以上
B:ΔCが90%以上96%未満
C:ΔCが90%未満
<サイクル特性>
実施例、比較例で作製したリチウムイオン二次電池Bを、電解液注液後、温度25℃で5時間静置した。次に、温度25℃、0.2Cの定電流法にて、セル電圧3.65Vまで充電し、その後、温度60℃で12時間エージング処理を行った。そして、温度25℃、0.2Cの定電流法にて、セル電圧3.00Vまで放電した。その後、0.2Cの定電流法にて、定電流(CC)-定電圧(CV)充電(上限セル電圧4.20V)を行い、0.2Cの定電流法にて3.00VまでCC放電した。この0.2Cにおける充放電を3回繰り返し実施した。
その後、温度25℃の環境下、セル電圧4.20-3.00V、1.0Cの充放電レートにて充放電の操作を100サイクル行った。その際、第1回目のサイクルの放電容量をX3、第100回目のサイクルの放電容量をX4と定義した。該放電容量X3および放電容量X4を用いて、ΔC’=(X3/X4)×100(%)で示される容量変化率を求め、以下の基準により評価した。この容量変化率ΔC’の値が大きいほど、サイクル特性に優れていることを示す。
A:ΔC’が91%以上
B:ΔC’が86%以上91%未満
C:ΔC’が86%未満
(実施例1)
<負極用バインダー組成物の調製>
[一段目の重合]
撹拌機付き5MPa耐圧容器に、芳香族ビニル単量体としてスチレン20.0部、脂肪族共役ジエン単量体として1,3-ブタジエン73.0部、乳化剤としてアルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩2.0部、イオン交換水143.0部、連鎖移動剤としてtert-ドデシルメルカプタン0.1部、および重合開始剤として過硫酸カリウム0.3部を入れ、十分に撹拌した後、55℃に加温して重合を開始させ、10時間反応させた。
[二段目の重合]
次いで、芳香族ビニル単量体としてスチレン4.0部を重合系内に添加した後、65℃に加温し、更に6時間反応させた。
[三段目の重合]
その後、耐圧容器を85℃に加温し、酸性官能基含有単量体としてメタクリル酸3.0部を1時間かけて重合系内に連続添加した後、更に8時間反応させた。その後、加熱減圧蒸留によって未反応単量体の除去を行った。以上により、三段目の重合で形成された重合体(B)含む表層部の内側に、一段目の重合で形成された重合体(A)からなるコア部と二段目の重合で形成された重合体(C)からなるシェル部とから構成されるコアシェル粒子を有する粒子状結着材の水分散液を得た。
[pH調整]
得られた粒子状結着材の水分散液をアンモニア水で中和し、pHを7.0に調整することで、負極用バインダー組成物を得た。このバインダー組成物を用いて、平均自由体積半径、η1、η2、DaおよびDbを測定した。結果を表1に示す。
<負極用スラリー組成物の調製>
[負極用スラリー組成物A]
ディスパー付きのプラネタリーミキサーに、負極活物質としての人造黒鉛(タップ密度:0.85g/cm3、容量:360mAh/g)100部、導電材としてのカーボンブラック(TIMCAL社製、製品名「SuperC65」)1部、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(ダイセル社製、製品名「Daicel2200」)の2%水溶液を固形分相当で1.2部加えて混合物を得た。得られた混合物をイオン交換水で固形分濃度60%に調整した後、25℃で60分間混合した。次に、イオン交換水で固形分濃度52%に調整した後、さらに25℃で15分間混合し混合液を得た。得られた混合液に、上述で調製された負極用バインダー組成物を固形分相当量で2.0部、およびイオン交換水を入れ、最終固形分濃度が48%となるように調整した。さらに10分間混合した後、減圧下で脱泡処理することにより、流動性の良い負極用スラリー組成物Aを得た。
[負極用スラリー組成物B]
負極用バインダー組成物の添加量を固形分相当量で2.0部から1.5部に変更したこと以外は、上述の負極用スラリー組成物Aと同様にして、負極用スラリー組成物Bを得た。
<負極の形成>
[負極A]
上述で得られた負極用スラリー組成物Aを、コンマコーターで、集電体である厚さ15μmの銅箔の上に、1.2m/分の速度で、乾燥後の目付が10.5mg/cm2になるように塗布し、乾燥させた。この乾燥は、銅箔を1.2m/分の速度で120℃のオーブン内を1分間、130℃のオーブンを1分間かけて搬送することにより行った。得られた負極原反をロールプレスで圧延して、負極合材層の密度が1.70g/cm3の負極Aを得た。
[負極B]
負極用スラリー組成物Aに代えて負極用スラリー組成物Bを用いたこと以外は、上述の負極Aと同様にして、負極B(負極合材層の密度:1.70g/cm3)を得た。
この負極AおよびBのピール強度をそれぞれ評価した。結果を表1に示す。
<正極の形成>
正極活物質としてのメディアン径12μmのLiCoO2を100部と、導電材としてのアセチレンブラック(電気化学工業社製、製品名「HS-100」)を2部と、結着材としてのポリフッ化ビニリデン(クレハ社製、製品名「#7208」)を固形分相当で2部と、溶媒としてのN-メチルピロリドンとを混合して全固形分濃度を70%とした。これらをプラネタリーミキサーにより混合し、正極用スラリー組成物を得た。
得られた正極用スラリー組成物を、コンマコーターで、集電体である厚さ20μmのアルミ箔の上に、乾燥後の目付が23mg/cm2になるように塗布し、乾燥させた。この乾燥は、アルミ箔を0.5m/分の速度で60℃のオーブン内を2分間かけて搬送することにより行った。その後、120℃にて2分間加熱処理して、正極原反を得た。そして、正極原反をロールプレスで圧延して、正極合材層の密度が4.0g/cm3の正極を得た。
<セパレータの準備>
セパレータ基材よりなるセパレータとして、単層のポリプロピレン製セパレータ(セルガード社製、製品名「セルガード2500」)を準備した。
<リチウムイオン二次電池の作製>
[リチウムイオン二次電池A]
上述の通り作製したプレス後の正極およびプレス後の負極Aと、セパレータ(厚さ20μmのポリプロピレン製微多孔膜)を、セパレータ/正極/セパレータ/負極となるように介在させることにより、積層体を得た。次に、電極およびセパレータの積層体を、直径20mmの芯に対して捲回することにより、正極、セパレータ、および負極を備える捲回体を得た。続いて、得られた捲回体を、10mm/秒の速度で、厚さ4.5mmになるまで一方向から圧縮することにより扁平体を得た。なお、得られた扁平体は平面視楕円形をしており、その長径と短径との比(長径/短径)は7.7であった。また、非水系電解液(濃度1.0MのLiPF6溶液、溶媒:エチレンカーボネート(EC)/エチルメチルカーボネート(EMC)=3/7(質量比)の混合溶媒に、添加剤としてビニレンカーボネート(VC)2体積%を更に添加)を準備した。
次に、上記扁平体を、上記非水系電解液とともにアルミニウム製のラミネートケース内に収容した。そして、負極リードおよび正極リードを所定の箇所に接続した後に、ラミネートケースの開口部を熱で封口することにより、非水系二次電池としてのラミネート型リチウムイオン二次電池Aを製造した。なお、得られたリチウムイオン二次電池Aは、幅35mm×高さ48mm×厚さ5mmのパウチ形であり、公称容量は700mAhであった。
このリチウムイオン二次電池Aの保存特性を評価した。結果を表1に示す。
[リチウムイオン二次電池B]
負極Aに代えて負極Bを用いたこと以外は、上述のリチウムイオン二次電池Aと同様にして、リチウムイオン二次電池B(幅35mm×高さ48mm×厚さ5mmのパウチ形;公称容量:700mAh)を作製した。
このリチウムイオン二次電池Bのサイクル特性を評価した。結果を表1に示す。
<負極用バインダー組成物の調製>
[一段目の重合]
撹拌機付き5MPa耐圧容器に、芳香族ビニル単量体としてスチレン20.0部、脂肪族共役ジエン単量体として1,3-ブタジエン73.0部、乳化剤としてアルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩2.0部、イオン交換水143.0部、連鎖移動剤としてtert-ドデシルメルカプタン0.1部、および重合開始剤として過硫酸カリウム0.3部を入れ、十分に撹拌した後、55℃に加温して重合を開始させ、10時間反応させた。
[二段目の重合]
次いで、芳香族ビニル単量体としてスチレン4.0部を重合系内に添加した後、65℃に加温し、更に6時間反応させた。
[三段目の重合]
その後、耐圧容器を85℃に加温し、酸性官能基含有単量体としてメタクリル酸3.0部を1時間かけて重合系内に連続添加した後、更に8時間反応させた。その後、加熱減圧蒸留によって未反応単量体の除去を行った。以上により、三段目の重合で形成された重合体(B)含む表層部の内側に、一段目の重合で形成された重合体(A)からなるコア部と二段目の重合で形成された重合体(C)からなるシェル部とから構成されるコアシェル粒子を有する粒子状結着材の水分散液を得た。
[pH調整]
得られた粒子状結着材の水分散液をアンモニア水で中和し、pHを7.0に調整することで、負極用バインダー組成物を得た。このバインダー組成物を用いて、平均自由体積半径、η1、η2、DaおよびDbを測定した。結果を表1に示す。
<負極用スラリー組成物の調製>
[負極用スラリー組成物A]
ディスパー付きのプラネタリーミキサーに、負極活物質としての人造黒鉛(タップ密度:0.85g/cm3、容量:360mAh/g)100部、導電材としてのカーボンブラック(TIMCAL社製、製品名「SuperC65」)1部、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(ダイセル社製、製品名「Daicel2200」)の2%水溶液を固形分相当で1.2部加えて混合物を得た。得られた混合物をイオン交換水で固形分濃度60%に調整した後、25℃で60分間混合した。次に、イオン交換水で固形分濃度52%に調整した後、さらに25℃で15分間混合し混合液を得た。得られた混合液に、上述で調製された負極用バインダー組成物を固形分相当量で2.0部、およびイオン交換水を入れ、最終固形分濃度が48%となるように調整した。さらに10分間混合した後、減圧下で脱泡処理することにより、流動性の良い負極用スラリー組成物Aを得た。
[負極用スラリー組成物B]
負極用バインダー組成物の添加量を固形分相当量で2.0部から1.5部に変更したこと以外は、上述の負極用スラリー組成物Aと同様にして、負極用スラリー組成物Bを得た。
<負極の形成>
[負極A]
上述で得られた負極用スラリー組成物Aを、コンマコーターで、集電体である厚さ15μmの銅箔の上に、1.2m/分の速度で、乾燥後の目付が10.5mg/cm2になるように塗布し、乾燥させた。この乾燥は、銅箔を1.2m/分の速度で120℃のオーブン内を1分間、130℃のオーブンを1分間かけて搬送することにより行った。得られた負極原反をロールプレスで圧延して、負極合材層の密度が1.70g/cm3の負極Aを得た。
[負極B]
負極用スラリー組成物Aに代えて負極用スラリー組成物Bを用いたこと以外は、上述の負極Aと同様にして、負極B(負極合材層の密度:1.70g/cm3)を得た。
この負極AおよびBのピール強度をそれぞれ評価した。結果を表1に示す。
<正極の形成>
正極活物質としてのメディアン径12μmのLiCoO2を100部と、導電材としてのアセチレンブラック(電気化学工業社製、製品名「HS-100」)を2部と、結着材としてのポリフッ化ビニリデン(クレハ社製、製品名「#7208」)を固形分相当で2部と、溶媒としてのN-メチルピロリドンとを混合して全固形分濃度を70%とした。これらをプラネタリーミキサーにより混合し、正極用スラリー組成物を得た。
得られた正極用スラリー組成物を、コンマコーターで、集電体である厚さ20μmのアルミ箔の上に、乾燥後の目付が23mg/cm2になるように塗布し、乾燥させた。この乾燥は、アルミ箔を0.5m/分の速度で60℃のオーブン内を2分間かけて搬送することにより行った。その後、120℃にて2分間加熱処理して、正極原反を得た。そして、正極原反をロールプレスで圧延して、正極合材層の密度が4.0g/cm3の正極を得た。
<セパレータの準備>
セパレータ基材よりなるセパレータとして、単層のポリプロピレン製セパレータ(セルガード社製、製品名「セルガード2500」)を準備した。
<リチウムイオン二次電池の作製>
[リチウムイオン二次電池A]
上述の通り作製したプレス後の正極およびプレス後の負極Aと、セパレータ(厚さ20μmのポリプロピレン製微多孔膜)を、セパレータ/正極/セパレータ/負極となるように介在させることにより、積層体を得た。次に、電極およびセパレータの積層体を、直径20mmの芯に対して捲回することにより、正極、セパレータ、および負極を備える捲回体を得た。続いて、得られた捲回体を、10mm/秒の速度で、厚さ4.5mmになるまで一方向から圧縮することにより扁平体を得た。なお、得られた扁平体は平面視楕円形をしており、その長径と短径との比(長径/短径)は7.7であった。また、非水系電解液(濃度1.0MのLiPF6溶液、溶媒:エチレンカーボネート(EC)/エチルメチルカーボネート(EMC)=3/7(質量比)の混合溶媒に、添加剤としてビニレンカーボネート(VC)2体積%を更に添加)を準備した。
次に、上記扁平体を、上記非水系電解液とともにアルミニウム製のラミネートケース内に収容した。そして、負極リードおよび正極リードを所定の箇所に接続した後に、ラミネートケースの開口部を熱で封口することにより、非水系二次電池としてのラミネート型リチウムイオン二次電池Aを製造した。なお、得られたリチウムイオン二次電池Aは、幅35mm×高さ48mm×厚さ5mmのパウチ形であり、公称容量は700mAhであった。
このリチウムイオン二次電池Aの保存特性を評価した。結果を表1に示す。
[リチウムイオン二次電池B]
負極Aに代えて負極Bを用いたこと以外は、上述のリチウムイオン二次電池Aと同様にして、リチウムイオン二次電池B(幅35mm×高さ48mm×厚さ5mmのパウチ形;公称容量:700mAh)を作製した。
このリチウムイオン二次電池Bのサイクル特性を評価した。結果を表1に示す。
(実施例2)
負極用バインダー組成物の調製時に、一段目の重合におけるスチレンの添加量を20.0部から16.0部に変更し、二段目の重合におけるスチレンの添加量を4.0部から8.0部に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、負極用バインダー組成物、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータおよびリチウムイオン二次電池を準備または作製した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表1に示す。
負極用バインダー組成物の調製時に、一段目の重合におけるスチレンの添加量を20.0部から16.0部に変更し、二段目の重合におけるスチレンの添加量を4.0部から8.0部に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、負極用バインダー組成物、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータおよびリチウムイオン二次電池を準備または作製した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例3)
以下のようにして調製した負極用バインダー組成物を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータおよびリチウムイオン二次電池を準備または作製した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表1に示す。
<負極用バインダー組成物の調製>
[一段目の重合]
撹拌機付き5MPa耐圧容器に、(メタ)アクリル酸エステル単量体としてn-ブチルアクリレート10.0部、芳香族ビニル単量体としてスチレン13.5部、脂肪族共役ジエン単量体として1,3-ブタジエン71.5部、乳化剤としてアルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩0.6部、イオン交換水140.0部、連鎖移動剤としてtert-ドデシルメルカプタン0.1部、および重合開始剤として過硫酸カリウム0.1部を入れ、十分に撹拌した後、55℃に加温して重合を開始させ、10時間反応させた。次いで、耐圧容器を65℃に加温し、更に6時間反応させた。
[二段目の重合]
その後、耐圧容器を85℃に加温し、酸性官能基含有単量体としてメタクリル酸5.0部を2時間かけて重合系内に連続添加した後、更に6時間反応させた。その後、加熱減圧蒸留によって未反応単量体の除去を行い、粒子状結着材の水分散液を得た。以上により、二段目の重合で形成された重合体(B)を含む表層部の内側に、一段目の重合で形成された重合体(A)からなる粒子を有する粒子状結着材の水分散液を得た。
[pH調整]
得られた粒子状結着材の水分散液をアンモニア水で中和し、pHを7.0に調整することで、負極用バインダー組成物を得た。
以下のようにして調製した負極用バインダー組成物を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータおよびリチウムイオン二次電池を準備または作製した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表1に示す。
<負極用バインダー組成物の調製>
[一段目の重合]
撹拌機付き5MPa耐圧容器に、(メタ)アクリル酸エステル単量体としてn-ブチルアクリレート10.0部、芳香族ビニル単量体としてスチレン13.5部、脂肪族共役ジエン単量体として1,3-ブタジエン71.5部、乳化剤としてアルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩0.6部、イオン交換水140.0部、連鎖移動剤としてtert-ドデシルメルカプタン0.1部、および重合開始剤として過硫酸カリウム0.1部を入れ、十分に撹拌した後、55℃に加温して重合を開始させ、10時間反応させた。次いで、耐圧容器を65℃に加温し、更に6時間反応させた。
[二段目の重合]
その後、耐圧容器を85℃に加温し、酸性官能基含有単量体としてメタクリル酸5.0部を2時間かけて重合系内に連続添加した後、更に6時間反応させた。その後、加熱減圧蒸留によって未反応単量体の除去を行い、粒子状結着材の水分散液を得た。以上により、二段目の重合で形成された重合体(B)を含む表層部の内側に、一段目の重合で形成された重合体(A)からなる粒子を有する粒子状結着材の水分散液を得た。
[pH調整]
得られた粒子状結着材の水分散液をアンモニア水で中和し、pHを7.0に調整することで、負極用バインダー組成物を得た。
(実施例4)
以下のようにして調製した負極用バインダー組成物を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータおよびリチウムイオン二次電池を準備または作製した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表1に示す。
<負極用バインダー組成物の調製>
[一段目の重合]
撹拌機付き5MPa耐圧容器に、脂肪族共役ジエン単量体として1,3-ブタジエン74.0部、ニトリル基含有単量体としてアクリロニトリル23.0部、乳化剤としてアルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩2.0部、イオン交換水143.0部、連鎖移動剤としてtert-ドデシルメルカプタン0.1部、および重合開始剤として過硫酸カリウム0.3部を入れ、十分に撹拌した後、55℃に加温して重合を開始させ、10時間反応させた。次いで、耐圧容器を65℃に加温し、更に6時間反応させた。
[二段目の重合]
その後、耐圧容器を85℃に加温し、酸性官能基含有単量体としてメタクリル酸3.0部を1時間かけて重合系内に連続添加した後、更に8時間反応させた。その後、加熱減圧蒸留によって未反応単量体の除去を行い、粒子状結着材の水分散液を得た。以上により、二段目の重合で形成された重合体(B)を含む表層部の内側に、一段目の重合で形成された重合体(A)からなる粒子を有する粒子状結着材の水分散液を得た。
[pH調整]
得られた粒子状結着材の水分散液をアンモニア水で中和し、pHを7.0に調整することで、負極用バインダー組成物を得た。
以下のようにして調製した負極用バインダー組成物を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータおよびリチウムイオン二次電池を準備または作製した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表1に示す。
<負極用バインダー組成物の調製>
[一段目の重合]
撹拌機付き5MPa耐圧容器に、脂肪族共役ジエン単量体として1,3-ブタジエン74.0部、ニトリル基含有単量体としてアクリロニトリル23.0部、乳化剤としてアルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩2.0部、イオン交換水143.0部、連鎖移動剤としてtert-ドデシルメルカプタン0.1部、および重合開始剤として過硫酸カリウム0.3部を入れ、十分に撹拌した後、55℃に加温して重合を開始させ、10時間反応させた。次いで、耐圧容器を65℃に加温し、更に6時間反応させた。
[二段目の重合]
その後、耐圧容器を85℃に加温し、酸性官能基含有単量体としてメタクリル酸3.0部を1時間かけて重合系内に連続添加した後、更に8時間反応させた。その後、加熱減圧蒸留によって未反応単量体の除去を行い、粒子状結着材の水分散液を得た。以上により、二段目の重合で形成された重合体(B)を含む表層部の内側に、一段目の重合で形成された重合体(A)からなる粒子を有する粒子状結着材の水分散液を得た。
[pH調整]
得られた粒子状結着材の水分散液をアンモニア水で中和し、pHを7.0に調整することで、負極用バインダー組成物を得た。
(実施例5)
以下のようにして調製した負極用バインダー組成物を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータおよびリチウムイオン二次電池を準備または作製した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表1に示す。
<負極用バインダー組成物の調製>
[一段目の重合]
撹拌機付き5MPa耐圧容器に、(メタ)アクリル酸エステル単量体としてn-ブチルアクリレート76.0部およびメチルメタクリレート2.75部、酸性官能基含有単量体としてメタクリル酸1.0部、ニトリル基含有単量体としてアクリロニトリル1.0部、架橋性単量体としてN-メチロールアクリルアミド1.2部およびアリルグリシジルエーテル1.0部、乳化剤としてアルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩0.3部、イオン交換水300.0部、ならびに重合開始剤として過硫酸カリウム0.5部を入れ、十分に撹拌した後、70℃に加温して重合を開始させ、4時間反応させた。
[二段目の重合]
次いで、芳香族ビニル単量体としてスチレン13.8部および(メタ)アクリル酸エステル単量体としてメチルメタクリレート0.25部を、添加時間1時間以内に重合系内に添加した。添加終了後、耐圧容器を80℃に加温し、更に2時間反応させた。
[三段目の重合]
その後、耐圧容器を85℃に加温し、酸性官能基含有単量体としてメタクリル酸3.0部を1時間かけて重合系内に連続添加した後、更に6時間反応させた。その後、加熱減圧蒸留によって未反応単量体の除去を行い、粒子状結着材の水分散液を得た。以上により、三段目の重合で形成された重合体(B)を含む表層部の内側に、一段目の重合で形成された重合体(A)からなるコア部と二段目の重合で形成された重合体(C)からなるシェル部とから構成されるコアシェル粒子を有する粒子状結着材の水分散液を得た。
[pH調整]
得られた粒子状結着材の水分散液をアンモニア水で中和し、pHを8.0に調整することで、負極用バインダー組成物を得た。
以下のようにして調製した負極用バインダー組成物を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータおよびリチウムイオン二次電池を準備または作製した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表1に示す。
<負極用バインダー組成物の調製>
[一段目の重合]
撹拌機付き5MPa耐圧容器に、(メタ)アクリル酸エステル単量体としてn-ブチルアクリレート76.0部およびメチルメタクリレート2.75部、酸性官能基含有単量体としてメタクリル酸1.0部、ニトリル基含有単量体としてアクリロニトリル1.0部、架橋性単量体としてN-メチロールアクリルアミド1.2部およびアリルグリシジルエーテル1.0部、乳化剤としてアルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩0.3部、イオン交換水300.0部、ならびに重合開始剤として過硫酸カリウム0.5部を入れ、十分に撹拌した後、70℃に加温して重合を開始させ、4時間反応させた。
[二段目の重合]
次いで、芳香族ビニル単量体としてスチレン13.8部および(メタ)アクリル酸エステル単量体としてメチルメタクリレート0.25部を、添加時間1時間以内に重合系内に添加した。添加終了後、耐圧容器を80℃に加温し、更に2時間反応させた。
[三段目の重合]
その後、耐圧容器を85℃に加温し、酸性官能基含有単量体としてメタクリル酸3.0部を1時間かけて重合系内に連続添加した後、更に6時間反応させた。その後、加熱減圧蒸留によって未反応単量体の除去を行い、粒子状結着材の水分散液を得た。以上により、三段目の重合で形成された重合体(B)を含む表層部の内側に、一段目の重合で形成された重合体(A)からなるコア部と二段目の重合で形成された重合体(C)からなるシェル部とから構成されるコアシェル粒子を有する粒子状結着材の水分散液を得た。
[pH調整]
得られた粒子状結着材の水分散液をアンモニア水で中和し、pHを8.0に調整することで、負極用バインダー組成物を得た。
(実施例6)
負極用バインダー組成物の調製時に、一段目の重合におけるスチレンの添加量を20.0部から15.0部に変更し、一段目の重合における1,3-ブタジエンの添加量を73.0部から51.0部に変更し、三段目の重合におけるメタクリル酸の添加量を3.0部から30.0部に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、負極用バインダー組成物、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータおよびリチウムイオン二次電池を準備または作製した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表1に示す。
負極用バインダー組成物の調製時に、一段目の重合におけるスチレンの添加量を20.0部から15.0部に変更し、一段目の重合における1,3-ブタジエンの添加量を73.0部から51.0部に変更し、三段目の重合におけるメタクリル酸の添加量を3.0部から30.0部に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、負極用バインダー組成物、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータおよびリチウムイオン二次電池を準備または作製した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表1に示す。
(比較例1)
以下のようにして調製した負極用バインダー組成物を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータおよびリチウムイオン二次電池を準備または作製した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表2に示す。
<負極用バインダー組成物の調製>
撹拌機付き5MPa耐圧容器に、(メタ)アクリル酸エステル単量体として2-ヒドロキシエチルアクリレート1.0部、酸性官能基含有単量体としてイタコン酸3.8部、芳香族ビニル単量体としてスチレン62.0部、脂肪族共役ジエン単量体として1,3-ブタジエン33.2部、乳化剤としてアルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩0.4部、イオン交換水150.0部、連鎖移動剤としてtert-ドデシルメルカプタン0.1部、および重合開始剤として過硫酸カリウム1.0部を入れ、十分に撹拌した後、55℃に加温して重合を開始させ、10時間反応させた。その後、加熱減圧蒸留によって未反応単量体の除去を行い、粒子状結着材の水分散液を得た。
[pH調整]
得られた粒子状結着材の水分散液をアンモニア水で中和し、pHを8.0に調整することで、負極用バインダー組成物を得た。
以下のようにして調製した負極用バインダー組成物を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータおよびリチウムイオン二次電池を準備または作製した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表2に示す。
<負極用バインダー組成物の調製>
撹拌機付き5MPa耐圧容器に、(メタ)アクリル酸エステル単量体として2-ヒドロキシエチルアクリレート1.0部、酸性官能基含有単量体としてイタコン酸3.8部、芳香族ビニル単量体としてスチレン62.0部、脂肪族共役ジエン単量体として1,3-ブタジエン33.2部、乳化剤としてアルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩0.4部、イオン交換水150.0部、連鎖移動剤としてtert-ドデシルメルカプタン0.1部、および重合開始剤として過硫酸カリウム1.0部を入れ、十分に撹拌した後、55℃に加温して重合を開始させ、10時間反応させた。その後、加熱減圧蒸留によって未反応単量体の除去を行い、粒子状結着材の水分散液を得た。
[pH調整]
得られた粒子状結着材の水分散液をアンモニア水で中和し、pHを8.0に調整することで、負極用バインダー組成物を得た。
(比較例2)
負極用バインダー組成物の調製時に、一段目の重合におけるスチレンの添加量を20.0部から11.0部に変更し、一段目の重合における1,3-ブタジエンの添加量を73.0部から33.0部に変更し、三段目の重合におけるメタクリル酸の添加量を3.0部から52.0部に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、負極用バインダー組成物、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータおよびリチウムイオン二次電池を準備または作製した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表2に示す。
負極用バインダー組成物の調製時に、一段目の重合におけるスチレンの添加量を20.0部から11.0部に変更し、一段目の重合における1,3-ブタジエンの添加量を73.0部から33.0部に変更し、三段目の重合におけるメタクリル酸の添加量を3.0部から52.0部に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、負極用バインダー組成物、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータおよびリチウムイオン二次電池を準備または作製した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表2に示す。
(比較例3)
負極用バインダー組成物の調製時に、一段目の重合における1,3-ブタジエンの添加量を73.0部から75.0部に変更し、三段目の重合におけるメタクリル酸の添加量を3.0部から1.0部に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、負極用バインダー組成物、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータおよびリチウムイオン二次電池を準備または作製した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表2に示す。
負極用バインダー組成物の調製時に、一段目の重合における1,3-ブタジエンの添加量を73.0部から75.0部に変更し、三段目の重合におけるメタクリル酸の添加量を3.0部から1.0部に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、負極用バインダー組成物、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータおよびリチウムイオン二次電池を準備または作製した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表2に示す。
(比較例4)
負極用バインダー組成物の調製時に、一段目の重合における1,3-ブタジエンの添加量を73.0部から74.0部に変更し、三段目の重合におけるメタクリル酸の添加量を3.0部から2.0部に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、負極用バインダー組成物、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータおよびリチウムイオン二次電池を準備または作製した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表2に示す。
負極用バインダー組成物の調製時に、一段目の重合における1,3-ブタジエンの添加量を73.0部から74.0部に変更し、三段目の重合におけるメタクリル酸の添加量を3.0部から2.0部に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、負極用バインダー組成物、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータおよびリチウムイオン二次電池を準備または作製した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表2に示す。
(比較例5)
負極用バインダー組成物の調製時に、三段目の重合におけるメタクリル酸3.0部の添加方法を連続添加から一括添加に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、負極用バインダー組成物、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータおよびリチウムイオン二次電池を準備または作製した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表2に示す。
負極用バインダー組成物の調製時に、三段目の重合におけるメタクリル酸3.0部の添加方法を連続添加から一括添加に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、負極用バインダー組成物、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータおよびリチウムイオン二次電池を準備または作製した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表2に示す。
(比較例6)
以下のようにして調製した負極用バインダー組成物を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータおよびリチウムイオン二次電池を準備または作製した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表2に示す。
<負極用バインダー組成物の調製>
[ブロック共重合体溶液の調製工程]
耐圧反応器に、シクロヘキサン233.3kg、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン(TMEDA)54.2mmol、および芳香族ビニル単量体としてのスチレン30.0kgを添加した。そしてこれらを40℃で攪拌しているところに、重合開始剤としてのn-ブチルリチウム1806.5mmolを添加し、50℃に昇温しながら1時間重合した。スチレンの重合転化率は100%であった。引き続き、50~60℃を保つように温度制御しながら、耐圧反応器に、脂肪族共役ジエン単量体としての1,3-ブタジエン70.0kgを1時間にわたり連続的に添加した。1,3-ブタジエンの添加を完了後、重合反応を更に1時間継続した。1,3-ブタジエンの重合転化率は100%であった。次いで、耐圧反応器に、カップリング剤としてのジクロロジメチルシラン722.6mmolを添加して2時間カップリング反応を行い、スチレン-ブタジエンカップリングブロック共重合体を形成させた。その後、活性末端を失活させるべく、反応液にメタノール3612.9mmolを添加してよく混合した。次いで、この反応液100部(重合体成分を30.0部含有)に、ヒンダードフェノール系酸化防止剤としての4-[[4,6-ビス(オクチルチオ)-1,3,5-トリアジン-2-イル]アミノ]-2,6-ジ-tert-ブチルフェノール0.05部、および、ホスファイト系酸化防止剤としての3,9-ビス(オクタデシルオキシ)-2,4,8,10-テトラオキサ-3,9-ジホスファスピロ[5.5]ウンデカン0.09部を加えて混合した。得られた混合溶液を、85~95℃の温水中に少しずつ滴下することで溶媒を揮発させて、析出物を得た。そして、この析出物を粉砕し、85℃で熱風乾燥することにより、ブロック共重合体を含む乾燥物を回収した。そして、回収した乾燥物をシクロヘキサンに溶解し、ブロック共重合体の濃度が5.0%であるブロック共重合体溶液を調製した。
[乳化工程]
アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムをイオン交換水に溶解し、0.15%の水溶液を調製した。そして、得られたブロック共重合体溶液1000gと得られた水溶液1400gとをタンク内に投入し、攪拌させることで予備混合を行った。続いて、タンク内から、予備混合物を、定量ポンプを用いて、高圧乳化分散機「LAB1000」(SPXFLOW社製)へ移送し、循環することにより(パス回数:5回)、予備混合物を転相乳化した乳化液を得た。次に、得られた乳化液中のシクロヘキサンをロータリーエバポレータにて減圧留去した。その後、留去した乳化液を遠心分離機(日立工機社製、製品名「Himac CR21N」)にて、7000rpmで10分間遠心した後、上層部分を取り出すことで濃縮を行った。最後に、上層部分を100メッシュの金網で濾過し、粒子化したブロック共重合体(コア粒子)を含有する水分散液(ブロック共重合体ラテックス)を得た。
[グラフト化工程]
得られたブロック共重合体ラテックスに、ブロック共重合体100部(固形分相当量)に対して水が850部になるように、蒸留水を添加して希釈した。そして、希釈されたブロック共重合体ラテックスを窒素置換された攪拌機付き重合反応容器に投入し、攪拌しながら温度を30℃にまで加温した。また、別の容器を用い、(メタ)アクリル酸エステル単量体としてのメチルメタクリレート5.6部と、酸性官能基含有単量体としてのメタクリル酸5.6部と蒸留水100.8部とを混合して希釈液を調製した。この希釈液を、30℃にまで加温した重合反応容器内に、30分間かけて添加することにより、ブロック共重合体100部に対して、5.6部のメチルメタクリレートと5.6部のメタクリル酸が添加された。更に、別の容器を用い、蒸留水7部および還元剤としての硫酸第一鉄(中部キレスト社製、商品名「フロストFe」)0.01部を含む溶液を調製した。得られた溶液を重合反応容器内に添加した後、酸化剤としての1,1,3,3-テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド(日本油脂社製、商品名「パーオクタH」)0.5部を添加し、30℃で1時間反応させた後、更に70℃で2時間反応させた。これにより、粒子化したブロック共重合体に対してメチルメタクリレートおよびメタクリル酸をグラフト重合させると共に、ブロック共重合体の架橋を行い、粒子状重合体の水分散液を得た。
[pH調整]
得られた粒子状結着材の水分散液をアンモニア水で中和し、pHを7.0に調整することで、負極用バインダー組成物を得た。
以下のようにして調製した負極用バインダー組成物を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータおよびリチウムイオン二次電池を準備または作製した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表2に示す。
<負極用バインダー組成物の調製>
[ブロック共重合体溶液の調製工程]
耐圧反応器に、シクロヘキサン233.3kg、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン(TMEDA)54.2mmol、および芳香族ビニル単量体としてのスチレン30.0kgを添加した。そしてこれらを40℃で攪拌しているところに、重合開始剤としてのn-ブチルリチウム1806.5mmolを添加し、50℃に昇温しながら1時間重合した。スチレンの重合転化率は100%であった。引き続き、50~60℃を保つように温度制御しながら、耐圧反応器に、脂肪族共役ジエン単量体としての1,3-ブタジエン70.0kgを1時間にわたり連続的に添加した。1,3-ブタジエンの添加を完了後、重合反応を更に1時間継続した。1,3-ブタジエンの重合転化率は100%であった。次いで、耐圧反応器に、カップリング剤としてのジクロロジメチルシラン722.6mmolを添加して2時間カップリング反応を行い、スチレン-ブタジエンカップリングブロック共重合体を形成させた。その後、活性末端を失活させるべく、反応液にメタノール3612.9mmolを添加してよく混合した。次いで、この反応液100部(重合体成分を30.0部含有)に、ヒンダードフェノール系酸化防止剤としての4-[[4,6-ビス(オクチルチオ)-1,3,5-トリアジン-2-イル]アミノ]-2,6-ジ-tert-ブチルフェノール0.05部、および、ホスファイト系酸化防止剤としての3,9-ビス(オクタデシルオキシ)-2,4,8,10-テトラオキサ-3,9-ジホスファスピロ[5.5]ウンデカン0.09部を加えて混合した。得られた混合溶液を、85~95℃の温水中に少しずつ滴下することで溶媒を揮発させて、析出物を得た。そして、この析出物を粉砕し、85℃で熱風乾燥することにより、ブロック共重合体を含む乾燥物を回収した。そして、回収した乾燥物をシクロヘキサンに溶解し、ブロック共重合体の濃度が5.0%であるブロック共重合体溶液を調製した。
[乳化工程]
アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムをイオン交換水に溶解し、0.15%の水溶液を調製した。そして、得られたブロック共重合体溶液1000gと得られた水溶液1400gとをタンク内に投入し、攪拌させることで予備混合を行った。続いて、タンク内から、予備混合物を、定量ポンプを用いて、高圧乳化分散機「LAB1000」(SPXFLOW社製)へ移送し、循環することにより(パス回数:5回)、予備混合物を転相乳化した乳化液を得た。次に、得られた乳化液中のシクロヘキサンをロータリーエバポレータにて減圧留去した。その後、留去した乳化液を遠心分離機(日立工機社製、製品名「Himac CR21N」)にて、7000rpmで10分間遠心した後、上層部分を取り出すことで濃縮を行った。最後に、上層部分を100メッシュの金網で濾過し、粒子化したブロック共重合体(コア粒子)を含有する水分散液(ブロック共重合体ラテックス)を得た。
[グラフト化工程]
得られたブロック共重合体ラテックスに、ブロック共重合体100部(固形分相当量)に対して水が850部になるように、蒸留水を添加して希釈した。そして、希釈されたブロック共重合体ラテックスを窒素置換された攪拌機付き重合反応容器に投入し、攪拌しながら温度を30℃にまで加温した。また、別の容器を用い、(メタ)アクリル酸エステル単量体としてのメチルメタクリレート5.6部と、酸性官能基含有単量体としてのメタクリル酸5.6部と蒸留水100.8部とを混合して希釈液を調製した。この希釈液を、30℃にまで加温した重合反応容器内に、30分間かけて添加することにより、ブロック共重合体100部に対して、5.6部のメチルメタクリレートと5.6部のメタクリル酸が添加された。更に、別の容器を用い、蒸留水7部および還元剤としての硫酸第一鉄(中部キレスト社製、商品名「フロストFe」)0.01部を含む溶液を調製した。得られた溶液を重合反応容器内に添加した後、酸化剤としての1,1,3,3-テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド(日本油脂社製、商品名「パーオクタH」)0.5部を添加し、30℃で1時間反応させた後、更に70℃で2時間反応させた。これにより、粒子化したブロック共重合体に対してメチルメタクリレートおよびメタクリル酸をグラフト重合させると共に、ブロック共重合体の架橋を行い、粒子状重合体の水分散液を得た。
[pH調整]
得られた粒子状結着材の水分散液をアンモニア水で中和し、pHを7.0に調整することで、負極用バインダー組成物を得た。
なお、以下に示す表1および2中、
「BA」は、n-ブチルアクリレートを示し、
「MMA」は、メチルメタクリレートを示し、
「β-HEA」は、2-ヒドロキシエチルアクリレートを示し、
「MAA」は、メタクリル酸を示し、
「IA」は、イタコン酸を示し、
「ST」は、スチレンを示し、
「BD」は、1,3-ブタジエンを示し、
「AN」は、アクリロニトリルを示し、
「NMA」は、N-メチロールアクリルアミドを示し、
「AGE」は、アリルグリシジルエーテルを示す。
また、表1および2中、「Da/Db」は小数点第三位を四捨五入した値で表記し、「η1/η2」は小数点第一位を四捨五入した値で表記した。
「BA」は、n-ブチルアクリレートを示し、
「MMA」は、メチルメタクリレートを示し、
「β-HEA」は、2-ヒドロキシエチルアクリレートを示し、
「MAA」は、メタクリル酸を示し、
「IA」は、イタコン酸を示し、
「ST」は、スチレンを示し、
「BD」は、1,3-ブタジエンを示し、
「AN」は、アクリロニトリルを示し、
「NMA」は、N-メチロールアクリルアミドを示し、
「AGE」は、アリルグリシジルエーテルを示す。
また、表1および2中、「Da/Db」は小数点第三位を四捨五入した値で表記し、「η1/η2」は小数点第一位を四捨五入した値で表記した。
表1より、粒子状結着材および水を含み、バインダーフィルムの細孔の平均自由体積半径が所定の範囲内であるバインダー組成物を用いた実施例1~6では、ピール強度に優れる電極を作製できていることが分かる。
一方、表2より、バインダーフィルムの細孔の平均自由体積半径が所定範囲外であるバインダー組成物を用いた比較例1~6では、実施例1~6に比べて、電極のピール強度が低下していることが分かる。
一方、表2より、バインダーフィルムの細孔の平均自由体積半径が所定範囲外であるバインダー組成物を用いた比較例1~6では、実施例1~6に比べて、電極のピール強度が低下していることが分かる。
本発明によれば、ピール強度に優れる非水系二次電池用電極を形成可能な非水系二次電池電極用バインダー組成物、および当該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を提供することができる。
また、本発明によれば、ピール強度に優れる非水系二次電池用電極、および当該非水系二次電池用電極を備えた非水系二次電池を提供することができる。
また、本発明によれば、ピール強度に優れる非水系二次電池用電極、および当該非水系二次電池用電極を備えた非水系二次電池を提供することができる。
Claims (10)
- 粒子状結着材と、水と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、
pH8.0に調整した前記非水系二次電池電極用バインダー組成物から形成されるバインダーフィルムを陽電子消滅寿命法により測定することで得られる、前記バインダーフィルムの細孔の平均自由体積半径が0.30nm以上0.50nm以下である、非水系二次電池電極用バインダー組成物。 - 固形分濃度30質量%、pH8.0、せん断速度0.01s-1の条件下での粘度が800mPa・s以上である、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。
- 動的光散乱法により測定された前記粒子状結着材の平均粒子径Daと、レーザー回折散乱法により測定された前記粒子状結着材の平均粒子径Dbとの比(Da/Db)が1.05以上である、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。
- レーザー回折散乱法により測定された前記粒子状結着材の平均粒子径Dbが500nm以下である、請求項1に記載の非水系二次電池電極用バインダー組成物。
- 前記粒子状結着材は、脂肪族共役ジエン単量体単位と(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の少なくとも一方を含有する重合体(A)を含む、請求項1に記載の非水系二次電池電極用バインダー組成物。
- 前記粒子状結着材は、酸性官能基含有単量体単位を80質量%以上の割合で含有する重合体(B)を表層部に含み、前記表層部の内側に前記重合体(A)を含む粒子を有する、請求項5に記載の非水系二次電池電極用バインダー組成物。
- pHが6.0以上10.0以下である、請求項1に記載の非水系二次電池電極用バインダー組成物。
- 電極活物質と、請求項1~7の何れかに記載の非水系二次電池電極用バインダー組成物とを含む、非水系二次電池電極用スラリー組成物。
- 請求項8に記載の非水系二次電池電極用スラリー組成物を用いて形成した電極合材層を備える、非水系二次電池用電極。
- 正極、負極、セパレータおよび電解液を有し、
前記正極および前記負極の少なくとも一方が請求項9に記載の非水系二次電池用電極である、非水系二次電池。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016098659A1 (ja) * | 2014-12-15 | 2016-06-23 | 東レ株式会社 | ポリマーイオン透過膜、複合イオン透過膜、電池用電解質膜および電極複合体 |
| US20180085744A1 (en) * | 2015-04-03 | 2018-03-29 | The Regents Of The University Of California | Polymeric materials for electrochemical cells and ion separation processes |
| WO2023008582A1 (ja) * | 2021-07-30 | 2023-02-02 | 日本ゼオン株式会社 | 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 |
| WO2023074540A1 (ja) * | 2021-10-29 | 2023-05-04 | 日本ゼオン株式会社 | 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及び非水系二次電池 |
-
2024
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016098659A1 (ja) * | 2014-12-15 | 2016-06-23 | 東レ株式会社 | ポリマーイオン透過膜、複合イオン透過膜、電池用電解質膜および電極複合体 |
| US20180085744A1 (en) * | 2015-04-03 | 2018-03-29 | The Regents Of The University Of California | Polymeric materials for electrochemical cells and ion separation processes |
| WO2023008582A1 (ja) * | 2021-07-30 | 2023-02-02 | 日本ゼオン株式会社 | 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 |
| WO2023074540A1 (ja) * | 2021-10-29 | 2023-05-04 | 日本ゼオン株式会社 | 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及び非水系二次電池 |
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