WO2025028542A1 - 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 - Google Patents
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 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2025028542A1 WO2025028542A1 PCT/JP2024/027224 JP2024027224W WO2025028542A1 WO 2025028542 A1 WO2025028542 A1 WO 2025028542A1 JP 2024027224 W JP2024027224 W JP 2024027224W WO 2025028542 A1 WO2025028542 A1 WO 2025028542A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- secondary battery
- polymer
- electrode
- aqueous secondary
- mass
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
- H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
- H01M10/0566—Liquid materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/139—Processes of manufacture
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/139—Processes of manufacture
- H01M4/1395—Processes of manufacture of electrodes based on metals, Si or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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 used in a secondary battery typically comprises a current collector and an electrode mixture layer (positive electrode mixture layer or negative electrode mixture layer) formed on the current collector.
- This electrode mixture layer is formed, for example, by applying a slurry composition containing an electrode active material and a binder composition containing a binding agent onto the current collector and then drying the applied slurry composition.
- Patent Document 1 proposes a binder composition for non-aqueous secondary battery negative electrodes capable of forming a negative electrode mixture layer with excellent peel resistance, the binder composition containing a polymer containing an ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer unit, an aromatic vinyl monomer unit, and an aliphatic conjugated diene monomer unit, the degree of swelling in tetrahydrofuran and the amount of tetrahydrofuran insoluble matter are within a predetermined numerical range, and the ratio of the viscosity at pH 8.0 to the viscosity at pH 3.0 when the solids concentration is 30 mass% is within a predetermined numerical range.
- the conventional binder compositions described above have room for improvement in terms of preventing secondary battery problems such as the deposition of metals such as lithium on the electrodes.
- an object of the present invention is to provide a binder composition for non-aqueous secondary battery electrodes that can effectively suppress defects in non-aqueous secondary batteries and form electrodes for non-aqueous secondary batteries that have excellent flexibility.
- Another object of the present invention is to provide a slurry composition for a non-aqueous secondary battery electrode that can effectively suppress defects in a non-aqueous secondary battery and form an electrode for the non-aqueous secondary battery that has excellent flexibility.
- Another object of the present invention is to provide an electrode for a non-aqueous secondary battery that effectively suppresses defects in the non-aqueous secondary battery and has excellent flexibility.
- Another object of the present invention is to provide a nonaqueous secondary battery in which defects are effectively suppressed and which has excellent flexibility.
- the present inventors have conducted extensive research with the aim of solving the above problems.
- the present inventors have newly discovered that the above problems can be solved by a binder composition for non-aqueous secondary battery electrodes, the binder composition comprising a particulate polymer including a polymer containing aromatic vinyl monomer units and conjugated diene monomer units, and water, the binder film formed using the binder composition for non-aqueous secondary battery electrodes having a predetermined maximum indentation load and a predetermined elastic recovery amount when a nanoindentation test is performed, and have thus completed the present invention.
- the present invention has an object to solve the above-mentioned problems, and [1] the present invention is a binder composition for a non-aqueous secondary battery electrode (hereinafter, may be simply abbreviated as "binder composition") containing a particulate polymer and water, wherein the particulate polymer contains a polymer containing an aromatic vinyl monomer unit and a conjugated diene monomer unit, and a binder film formed using the binder composition for a non-aqueous secondary battery electrode has a maximum indentation load of 100 nN or more and an elastic recovery amount of 120 nm or more and 200 nm or less when a nanoindentation test is performed and an indenter is pressed into the surface of the binder film to a depth of 300 nm.
- binder composition for a non-aqueous secondary battery electrode
- the binder composition as described above can effectively suppress defects in non-aqueous secondary batteries and can form electrodes for non-aqueous secondary batteries that are excellent in flexibility.
- the "monomer unit" of a polymer means "a repeating unit derived from the monomer contained in a polymer obtained by using the monomer".
- the "maximum indentation load” and the “elastic recovery amount” of the binder film can be measured according to the method described in the Examples.
- the ratio (Da/Db) of the volume average particle diameter Da of the particulate polymer measured by a laser diffraction scattering method at a solid content concentration of 0.1% by mass to the average particle diameter Db of the particulate polymer measured by a dynamic light scattering method at a solid content concentration of 0.005% by mass is preferably 1.4 or more and 2.0 or less.
- the ratio (Da/Db) of the volume average particle diameter Da to the average particle diameter Db is equal to or more than the above lower limit, the obtained electrode can exhibit good peel strength.
- the cycle characteristics of the obtained nonaqueous secondary battery can be improved.
- the solid content concentration of the binder composition when measuring the "volume average particle diameter Da" and the "average particle diameter Db” can be measured by adding or removing water.
- the "volume average particle diameter Da" and the "average particle diameter Db" of the particulate polymer can be measured according to the method described in the Examples.
- the particulate polymer preferably contains a polymer A containing an aromatic vinyl monomer unit and a conjugated diene monomer unit, and a polymer B containing an aromatic vinyl monomer unit and a conjugated diene monomer unit and different from the polymer A. If the particulate polymer contains two or more types of polymers, defects in the obtained non-aqueous secondary battery can be more effectively suppressed, and the flexibility of the obtained electrode can be improved.
- the phrase "polymer A and polymer B are different" means that they are different in at least one of their composition and properties.
- the particulate polymer preferably has a degree of swelling in an electrolyte of 300 mass % or less.
- the "electrolyte swelling degree" of the particulate polymer can be measured according to the method described in the Examples.
- the polymer contained in the particulate polymer preferably further contains an amide group-containing monomer unit.
- the cycle characteristics of the obtained nonaqueous secondary battery can be improved.
- the present invention relates to a slurry composition for a non-aqueous secondary battery electrode (hereinafter, may be simply abbreviated as "slurry composition") comprising an electrode active material and any one of the binder compositions for a non-aqueous secondary battery electrode according to the above [1] to [5].
- slurry composition for a non-aqueous secondary battery electrode
- the above-mentioned slurry composition can effectively suppress defects in non-aqueous secondary batteries and form electrodes for non-aqueous secondary batteries having excellent flexibility.
- the electrode active material preferably contains a silicon-based negative electrode active material.
- the present invention also aims to solve the above-mentioned problems, and [8] the present invention is a non-aqueous secondary battery electrode (hereinafter may be simply abbreviated as "electrode”) comprising a current collector and an electrode mixture layer located on the current collector, wherein the electrode mixture layer is a layer formed from the slurry composition for a non-aqueous secondary battery electrode according to the above [6] or [7].
- the electrode as described above effectively suppresses defects in non-aqueous secondary batteries and has excellent flexibility.
- the present invention also aims to solve the above-mentioned problems, and provides [9] 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 claim 8.
- the secondary battery as described above effectively prevents defects and has excellent flexibility.
- a binder composition for a non-aqueous secondary battery electrode that can effectively suppress defects in a non-aqueous secondary battery and form an electrode for the non-aqueous secondary battery that has excellent flexibility.
- a slurry composition for a non-aqueous secondary battery electrode that can effectively suppress defects in a non-aqueous secondary battery and form an electrode for the non-aqueous secondary battery that is excellent in flexibility.
- an electrode for a non-aqueous secondary battery that effectively suppresses defects in the non-aqueous secondary battery and has excellent flexibility.
- a nonaqueous secondary battery in which defects are effectively suppressed and which has excellent flexibility can be provided.
- the binder composition for non-aqueous secondary battery electrodes of the present invention can be used when preparing a slurry composition for non-aqueous secondary battery electrodes.
- the slurry composition for non-aqueous secondary battery electrodes prepared using the binder composition for non-aqueous secondary battery electrodes of the present invention can be used when forming electrodes (electrodes for non-aqueous secondary batteries) for non-aqueous secondary batteries such as lithium ion secondary batteries.
- the non-aqueous secondary battery of the present invention is characterized by using an electrode for non-aqueous secondary batteries formed using the slurry composition for non-aqueous secondary battery electrodes of the present invention.
- the binder composition for a non-aqueous secondary battery electrode and the slurry composition for a non-aqueous secondary battery electrode of the present invention can be particularly suitably used when forming a negative electrode for a non-aqueous secondary battery.
- Non-aqueous secondary battery electrode binder composition contains a particulate polymer and water as a dispersion medium, and optionally contains other components that can be incorporated into the electrode of a secondary battery.
- the particulate polymer contains a polymer containing an aromatic vinyl monomer unit and a conjugated diene monomer unit.
- the binder film formed using the binder composition has a maximum indentation load (hereinafter, sometimes simply referred to as “maximum indentation load”) of 100 nN or more and an elastic recovery amount (hereinafter, sometimes simply referred to as “elastic recovery amount maximum indentation load”) of 120 nm or more and 200 nm or less.
- maximum indentation load 100 nN or more
- elastic recovery amount maximum indentation load 120 nm or more and 200 nm or less.
- the binder composition as described above can effectively suppress defects in non-aqueous secondary batteries and can form electrodes for non-aqueous secondary batteries having excellent flexibility.
- the reasons for this are presumed to be as follows. First, when manufacturing an electrode, the electrode (comprising a current collector and an electrode mixture layer) can be pressed, and by setting the maximum pressing load to be equal to or greater than the lower limit, the electrode active materials in the electrode mixture layer after pressing are kept at a constant distance from each other, and as a result, an increase in the resistance of the electrode can be effectively suppressed, and it is presumed that this effectively suppresses malfunctions of non-aqueous secondary batteries.
- the binder composition of the present invention when used to form a negative electrode mixture layer of a lithium ion secondary battery, an increase in the resistance of the resulting negative electrode can be effectively suppressed, and precipitation of metallic lithium (lithium dendrites, etc.) in the negative electrode can be effectively suppressed.
- the elastic recovery amount to be equal to or less than the upper limit, the binder can effectively stretch when a force is applied to the electrode by bending, etc., and it is presumed that an electrode for a non-aqueous secondary battery having excellent flexibility can be formed.
- the binder composition of the present invention can improve the injectability of the resulting electrode mixture layer.
- the reason for this is presumably that by setting the elastic recovery amount to the above-mentioned lower limit or higher, the binder in the electrode mixture layer can appropriately increase the distance between the electrode active materials in the electrode after pressing.
- the binder composition of the present invention generally does not contain the electrode active material described below.
- the particulate polymer is a component that can function as a binder that holds components such as an electrode active material so as not to be detached from an electrode mixture layer in an electrode having an electrode mixture layer formed using a slurry composition containing a binder composition.
- the particulate polymer is required to contain a polymer containing an aromatic vinyl monomer unit and a conjugated diene monomer unit, and may optionally further contain other polymers (for example, a polymer that does not contain an aromatic vinyl monomer unit and a conjugated diene monomer unit, and a polymer that contains only one of an aromatic vinyl monomer unit and a conjugated diene monomer unit).
- the particulate polymer may contain only one type of polymer containing an aromatic vinyl monomer unit and a conjugated diene monomer unit, or may contain two or more types.
- the polymer contained in the particulate polymer is usually a water-insoluble polymer, and the insoluble content when 0.5 g of the polymer is dissolved in 100 g of water at a temperature of 25° C. may be 90 mass % or more.
- the polymer contains aromatic vinyl monomer units and conjugated diene monomer units, and may optionally contain other monomer units.
- Aromatic vinyl monomer unit examples include aromatic monovinyl compounds such as styrene, styrenesulfonic acid and its salts, ⁇ -methylstyrene, p-t-butylstyrene, butoxystyrene, vinyltoluene, chlorostyrene, and vinylnaphthalene. Among these, styrene and its derivatives are preferred, and styrene is more preferred. These can be used alone or in combination of two or more.
- the proportion of aromatic vinyl monomer units contained in the polymer is preferably 10% by mass or more, more preferably 20% by mass or more, even more preferably 30% by mass or more, and preferably 60% by mass or less, more preferably 55% by mass or less, and even more preferably 50% by mass or less, when the amount of all monomer units in the polymer is 100% by mass.
- the proportion of aromatic vinyl monomer units contained in the polymer is equal to or higher than the above lower limit, the cycle characteristics of the resulting secondary battery can be improved.
- the proportion of aromatic vinyl monomer units contained in the polymer is equal to or less than the above upper limit, the flexibility of the obtained electrode can be improved.
- the content ratio of each type of monomer unit in the polymer can be measured by using nuclear magnetic resonance (NMR) such as 1 H-NMR.
- conjugated diene monomer capable of forming the conjugated diene monomer unit examples include aliphatic conjugated diene compounds having 4 or more carbon atoms, such as 1,3-butadiene, isoprene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, and 1,3-pentadiene. Among these, 1,3-butadiene and isoprene are preferred, and 1,3-butadiene is more preferred. These can be used alone or in combination of two or more.
- the proportion of the conjugated diene monomer units contained in the polymer is preferably 30% by mass or more, more preferably 35% by mass or more, and even more preferably 40% by mass or more, and is preferably 80% by mass or less, more preferably 70% by mass or less, and even more preferably 60% by mass or less, when the amount of all monomer units in the polymer is 100% by mass.
- the proportion of the conjugated diene monomer unit contained in the polymer is equal to or more than the lower limit, the flexibility of the obtained electrode can be improved, and the obtained electrode can exhibit good peel strength.
- the proportion of the conjugated diene monomer units contained in the polymer is equal to or less than the above upper limit, swelling of the electrode can be effectively suppressed, and the cycle characteristics of the obtained secondary battery can be improved.
- the other monomer units that can be contained in the polymer are not particularly limited, and examples thereof include an acidic group-containing monomer unit and an amide group-containing monomer unit.
- the polymer further contains an acidic group-containing monomer unit, which can effectively suppress swelling of the electrode and improve the cycle characteristics of the resulting secondary battery.
- the acidic group-containing monomer unit may be contained in the polymer A, the polymer B, or both the polymer A and the polymer B, but it is preferable that the acidic group-containing monomer unit is contained in both the polymer A and the polymer B.
- acidic group-containing monomers that can form acidic group-containing monomer units include carboxylic acid group-containing monomers, sulfonic acid group-containing monomers, and phosphoric acid group-containing monomers.
- Examples of the carboxylic acid group-containing monomer include monocarboxylic acids and their derivatives, dicarboxylic acids and their acid anhydrides, and their derivatives.
- Examples of the monocarboxylic acid include acrylic acid, methacrylic acid, and crotonic acid.
- Examples of the monocarboxylic acid derivatives include 2-ethylacrylic acid, isocrotonic acid, ⁇ -acetoxyacrylic acid, ⁇ -trans-aryloxyacrylic acid, ⁇ -chloro- ⁇ -E-methoxyacrylic acid, and the like.
- the dicarboxylic acid includes maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, and the like.
- dicarboxylic acid derivatives include methylmaleic acid, dimethylmaleic acid, phenylmaleic acid, chloromaleic acid, dichloromaleic acid, fluoromaleic acid, and maleic acid monoesters such as nonyl maleate, decyl maleate, dodecyl maleate, octadecyl maleate, and fluoroalkyl maleate.
- acid anhydrides of dicarboxylic acids include maleic anhydride, acrylic anhydride, methylmaleic anhydride, and dimethylmaleic anhydride.
- carboxylic acid group-containing monomer an acid anhydride which generates a carboxylic acid group upon hydrolysis can also be used.
- sulfonic acid group-containing monomer examples include vinyl sulfonic acid, methyl vinyl sulfonic acid, (meth)allyl sulfonic acid, 3-allyloxy-2-hydroxypropanesulfonic acid, and 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid.
- (meth)allyl means allyl and/or methallyl.
- examples of the phosphate group-containing monomer include 2-(meth)acryloyloxyethyl phosphate, methyl-2-(meth)acryloyloxyethyl phosphate, and ethyl-(meth)acryloyloxyethyl phosphate.
- (meth)acryloyl means acryloyl and/or methacryloyl.
- acidic group-containing monomers can be used alone or in combination of two or more.
- carboxylic acid group-containing monomers are preferred, with acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, maleic acid and fumaric acid being preferred, and acrylic acid, methacrylic acid and itaconic acid being more preferred.
- the proportion of acidic group-containing monomer units contained in the polymer is preferably 5% by mass or more, more preferably 8% by mass or more, preferably 15% by mass or less, more preferably 14% by mass or less, and even more preferably 13% by mass or less, when the amount of all monomer units in the polymer is 100% by mass.
- the polymer preferably further contains an amide group-containing monomer unit, which can improve the cycle characteristics of the resulting non-aqueous secondary battery.
- the amide group-containing monomer unit may be contained in polymer A, polymer B, or both polymer A and polymer B, but it is preferable that polymer A contains the amide group-containing monomer unit.
- amide group-containing monomers capable of forming amide group-containing monomer units include (meth)acrylamide, N-methylol(meth)acrylamide, dimethyl(meth)acrylamide, diethyl(meth)acrylamide, N-methoxymethyl(meth)acrylamide, and dimethylaminopropyl(meth)acrylamide.
- (meth)acrylamide is preferred, and acrylamide is more preferred. These can be used alone or in combination of two or more.
- "(meth)acrylic” means acrylic and/or methacrylic.
- the proportion of the amide group-containing monomer units contained in the polymer is preferably 1% by mass or more, more preferably 2% by mass or more, and is preferably 15% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, and even more preferably 7% by mass or less, when the amount of all monomer units in the polymer is 100% by mass.
- the proportion of the amide group-containing monomer unit contained in the polymer is within the above range, the cycle characteristics of the resulting nonaqueous secondary battery can be effectively improved.
- the polymer further contains an acidic group-containing monomer unit and an amide group-containing monomer unit. If the polymer further contains an acidic group-containing monomer unit and an amide group-containing monomer unit, the cycle characteristics of the obtained nonaqueous secondary battery can be further improved.
- the total proportion of the acidic group-containing monomer units and the amide group-containing monomer units contained in the polymer is preferably 6% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, and is preferably 30% by mass or less, more preferably 24% by mass or less, and even more preferably 20% by mass or less, when the amount of all monomer units in the polymer is 100% by mass.
- the total proportion of the acidic group-containing monomer units and the amide group-containing monomer units contained in the polymer is within the above range, the cycle characteristics of the resulting nonaqueous secondary battery can be effectively improved.
- the glass transition point of the polymer is preferably ⁇ 100° C. or higher, more preferably ⁇ 90° C. or higher, and is preferably 30° C. or lower, and more preferably 10° C. or lower.
- the glass transition point of the polymer can be measured according to the method described in the Examples of this specification.
- the particulate polymer contained in the binder composition has a volume average particle diameter Da of preferably 50 nm or more, more preferably 100 nm or more, and preferably 200 nm or less, and more preferably 150 nm or less, when measured by a laser diffraction scattering method with the solid content concentration of the binder composition set to 0.1 mass %.
- the particulate polymer contained in the binder composition preferably has an average particle diameter Db of 150 nm or more, more preferably 200 nm or more, and more preferably 300 nm or less, and more preferably 250 nm or less, when measured by dynamic light scattering with the solid content concentration of the binder composition set to 0.005% by mass.
- the ratio (Da/Db) of the volume average particle diameter Da measured by the laser diffraction scattering method to the average particle diameter Db measured by the dynamic light scattering method is preferably 1.4 or more, more preferably 1.5 or more, and even more preferably 1.6 or more, and is preferably 2.0 or less, more preferably 1.9 or less, and even more preferably 1.8 or less.
- Da/Db is equal to or more than the above lower limit
- the particulate polymer can satisfactorily cover the surface of the electrode active material, so that the resulting electrode can exhibit good peel strength.
- Da/Db is equal to or less than the upper limit, good binding strength is exhibited in the electrode mixture layer, swelling of the electrode is effectively suppressed, and the cycle characteristics of the obtained secondary battery can be improved.
- the particulate polymer preferably has an electrolyte swelling degree of 110% by mass or more, more preferably 120% by mass or more, and preferably 300% by mass or less, more preferably 150% by mass or less, and even more preferably 140% by mass or less. If the swelling degree of the particulate polymer in an electrolyte solution is 300 mass % or less, the output characteristics and cycle characteristics of the obtained secondary battery can be improved. Also, if the swelling degree of the particulate polymer in an electrolyte solution is within the above range, the cell characteristics of the secondary battery can be effectively improved.
- the volume average particle diameter Da, average particle diameter Db, and electrolyte swelling degree of the particulate polymer can be adjusted, for example, by changing the preparation conditions of the particulate polymer, the structure of the particulate polymer, and the composition of the polymer that constitutes the particulate polymer.
- the particulate polymer contained in the binder composition is not particularly limited, but preferably contains a polymer A containing an aromatic vinyl monomer unit and a conjugated diene monomer unit, and a polymer B containing an aromatic vinyl monomer unit and a conjugated diene monomer unit and different from the polymer A.
- the particulate polymer preferably contains particles containing the polymer A and particles containing the polymer B. Note that the particles containing the polymer A and the particles containing the polymer B usually exist as separate particles in the binder composition without being composited.
- --Particles containing polymer A-- Polymer A contains aromatic vinyl monomer units and conjugated diene monomer units, and may optionally contain other monomer units.
- aromatic vinyl monomer units, conjugated diene monomer units, and other monomer units of polymer A are the same as those described above for the polymer contained in the particulate polymer, so a description thereof will be omitted here.
- polymer A preferably contains aromatic vinyl monomer units, conjugated diene monomer units, carboxylic acid group-containing monomer units, and amide group-containing monomer units, and more preferably contains styrene units, butadiene units, acrylic acid units, methacrylic acid units, and acrylamide units.
- the proportion of each monomer unit contained in polymer A is preferably as follows. That is, the proportion of aromatic vinyl monomer units in polymer A is preferably 40% by mass or more, more preferably 45% by mass or more, and is preferably 55% by mass or less, more preferably 50% by mass or less.
- the proportion of conjugated diene monomer units in polymer A is preferably 25% by mass or more, more preferably 30% by mass or more, and is preferably 40% by mass or less, more preferably 35% by mass or less.
- the proportion of carboxylic acid group-containing monomer units in polymer A is preferably 5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, and is preferably 20% by mass or less, more preferably 15% by mass or less.
- the proportion of amide group-containing monomer units in polymer A is preferably 1% by mass or more, more preferably 3% by mass or more, and is preferably 10% by mass or less, more preferably 7% by mass or less.
- the total proportion of the carboxylic acid group-containing monomer units and the amide group-containing monomer units in polymer A is preferably 6 mass% or more, more preferably 13 mass% or more, and is preferably 30 mass% or less, more preferably 22 mass% or less.
- polymer A preferably has a higher glass transition point than polymer B, and the glass transition point of polymer A is preferably ⁇ 10° C. or higher, more preferably 0° C. or higher, and is preferably 30° C. or lower, more preferably 10° C. or lower.
- the glass transition point of the polymer A can be measured by the method described in the Examples of this specification.
- the particles containing polymer A preferably have a volume average particle diameter Da of 100 nm or more, more preferably 130 nm or more, and more preferably 200 nm or less, and more preferably 150 nm or less, when measured by a laser diffraction scattering method in an aqueous dispersion having a solid content concentration of 0.1% by mass.
- the volume average particle diameter Da of the particles containing polymer A can be measured by the method described in the examples of this specification.
- the particles containing polymer A preferably have an average particle size Db of 200 nm or more, more preferably 220 nm or more, and more preferably 300 nm or less, and more preferably 250 nm or less, when measured by dynamic light scattering in an aqueous dispersion having a solid content concentration of 0.005% by mass.
- the average particle diameter Db of the particles containing polymer A can be measured by the method described in the Examples of this specification.
- the particles containing polymer A preferably have an electrolyte swelling degree of 110% by mass or more, more preferably 130% by mass or more, and preferably 150% by mass or less, more preferably 140% by mass or less.
- the particle containing polymer A has a degree of swelling in an electrolyte solution within the above range, the cell characteristics of the secondary battery can be improved.
- the degree of swelling of the particles containing polymer A in an electrolyte solution can be measured by the method described in the examples of this specification.
- the particles containing polymer A preferably have a maximum indentation load of 100 nN or more, more preferably 200 nN or more, and even more preferably 300 nN or more, and preferably have a maximum indentation load of 1000 nN or less, and more preferably 800 nN or less.
- the maximum indentation load of the particles containing polymer A is equal to or greater than the above lower limit, defects in the secondary battery can be more effectively suppressed.
- the maximum indentation load of the particles containing polymer A is equal to or less than the above upper limit
- the electrode active material and the like constituting the electrode mixture layer can be prevented from falling off from the electrode mixture layer when the electrode is pressed or the like during production of the electrode (hereinafter, this may be referred to as "powder falling"), and the powder falling resistance of the electrode can be improved.
- the maximum indentation load of the particles containing polymer A can be measured by the method described in the Examples of this specification.
- the particles containing polymer A preferably have an elastic recovery of 120 nm or more, more preferably 140 nm or more, and even more preferably 200 nm or more, and preferably 250 nm or less, more preferably 230 nm or less, and even more preferably 225 nm or less.
- the elastic recovery amount of the particles containing polymer A is equal to or greater than the above lower limit, the injectability of the electrode mixture layer can be improved.
- the elastic recovery amount of the particles containing polymer A is equal to or less than the above upper limit, the flexibility of the obtained electrode can be improved.
- the elastic recovery of the particles containing polymer A can be measured by the method described in the Examples of this specification.
- the volume average particle diameter Da and average particle diameter Db of the particles containing polymer A can be adjusted, for example, by changing the preparation conditions of the particles containing polymer A.
- the glass transition point, electrolyte swelling degree, maximum indentation load, and elastic recovery amount of the particles containing polymer A can be adjusted, for example, by changing the preparation conditions of the particles containing polymer A (such as the amount of molecular weight regulator or polymerization initiator used or the timing of addition), the structure of the particles containing polymer A, and the composition of polymer A.
- --Particles containing polymer B-- Polymer B contains aromatic vinyl monomer units and conjugated diene monomer units, and may optionally contain other monomer units.
- aromatic vinyl monomer units, conjugated diene monomer units, and other monomer units of polymer B are the same as those described above for the polymer contained in the particulate polymer, so a description thereof will be omitted here.
- polymer B preferably contains aromatic vinyl monomer units, conjugated diene monomer units, and carboxylic acid group-containing monomer units, and more preferably contains styrene units, butadiene units, and methacrylic acid units.
- the proportion of each monomer unit contained in polymer B is preferably as follows. That is, the proportion of aromatic vinyl monomer units in polymer B is preferably 10% by mass or more, more preferably 20% by mass or more, and is preferably 40% by mass or less, more preferably 30% by mass or less.
- the proportion of conjugated diene monomer units in polymer B is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and is preferably 90% by mass or less, more preferably 75% by mass or less.
- the proportion of carboxylic acid group-containing monomer units in polymer B is preferably 1 mass % or more, more preferably 2 mass % or more, and is preferably 5 mass % or less, more preferably 4 mass % or less.
- the glass transition point of the polymer B is preferably ⁇ 70° C. or higher, more preferably ⁇ 60° C. or higher, and is preferably ⁇ 30° C. or lower, more preferably ⁇ 50° C. or lower.
- the glass transition point of the polymer B can be measured by the method described in the Examples of this specification.
- the particles containing polymer B preferably have a volume average particle diameter Da of 90 nm or more, more preferably 100 nm or more, and more preferably 130 nm or less, and more preferably 120 nm or less, when measured by a laser diffraction scattering method in an aqueous dispersion having a solid content concentration of 0.1% by mass.
- the volume average particle diameter Da of the particles containing polymer B can be measured by the method described in the examples of this specification.
- the particles containing polymer B preferably have an average particle size Db of 180 nm or more, more preferably 200 nm or more, and more preferably 230 nm or less, and more preferably 220 nm or less, when measured by dynamic light scattering in an aqueous dispersion having a solid content concentration of 0.005% by mass.
- the average particle diameter Db of the particles containing polymer B can be measured by the method described in the Examples of this specification.
- the particles containing polymer B preferably have an electrolyte swelling degree of 110% by mass or more, more preferably 120% by mass or more, and preferably 150% by mass or less, more preferably 140% by mass or less.
- the particle containing polymer B has a degree of swelling in an electrolyte solution within the above range, the cell characteristics of the secondary battery can be improved.
- the degree of swelling of the particles containing polymer B in an electrolyte solution can be measured by the method described in the Examples of this specification.
- the particles containing polymer B preferably have a maximum indentation load of 5 nN or more, more preferably 10 nN or more, and even more preferably 20 nN or more, and preferably 50 nN or less, and more preferably 40 nN or less.
- the maximum indentation load of the particles containing polymer B is equal to or greater than the above lower limit, defects in the secondary battery can be more effectively suppressed.
- the maximum indentation load of the particles containing polymer B is equal to or less than the above upper limit, the resistance to powder falling off of the electrode can be improved.
- the maximum indentation load of the particles containing polymer B can be measured by the method described in the Examples of this specification.
- the particles containing polymer B preferably have an elastic recovery of 50 nm or more, more preferably 100 nm or more, and even more preferably 120 nm or more, and preferably 200 nm or less, and more preferably 150 nm or less.
- the elastic recovery amount of the particles containing polymer B is equal to or greater than the above lower limit, the injectability of the electrode mixture layer can be improved.
- the elastic recovery amount of the particles containing polymer B is equal to or less than the above upper limit, the flexibility of the obtained electrode can be improved.
- the elastic recovery of the particles containing polymer B can be measured by the method described in the Examples of this specification.
- the volume average particle diameter Da and average particle diameter Db of the particles containing polymer B can be adjusted, for example, by changing the preparation conditions of the particles containing polymer B.
- the glass transition point, electrolyte swelling degree, maximum indentation load, and elastic recovery amount of the particles containing polymer B can be adjusted, for example, by changing the preparation conditions of the particles containing polymer B (such as the amount of molecular weight regulator and polymerization initiator used and the timing of addition), the structure of the particles containing polymer B, and the composition of polymer B.
- the ratio of the particles containing polymer B to the total of the particles containing polymer A and the particles containing polymer B is preferably 1 mass% or more, more preferably 10 mass% or more, and even more preferably 20 mass% or more, and is preferably 50 mass% or less, more preferably 35 mass% or less, and even more preferably 30 mass% or less.
- the ratio of the particles containing polymer B is equal to or higher than the above lower limit, the peel strength of the obtained electrode can be increased.
- the ratio of the particles containing polymer B is equal to or less than the upper limit, the internal resistance of the secondary battery can be effectively reduced.
- the particulate polymer including the above-mentioned polymer can be polymerized according to a known polymerization method such as a solution polymerization method, a suspension polymerization method, a bulk polymerization method, or an emulsion polymerization method.
- the polymerization reaction can be addition polymerization such as ionic polymerization, radical polymerization, or living radical polymerization.
- a molecular weight regulator chain transfer agent
- chain transfer agent chain transfer agent
- commonly used additives such as emulsifiers, dispersants, polymerization initiators, and polymerization aids may also be used. The amount of these additives used and the timing of their addition can be adjusted as appropriate to suit the properties of the resulting polymer.
- the binder composition of the present invention may contain components other than the above components (other components) within the scope of the present invention.
- the other components include an antioxidant, a defoamer, a dispersant, etc.
- the other components may be used alone or in combination of two or more kinds in any ratio.
- the binder composition must have a maximum indentation load of 100 nN or more, preferably 130 nN or more, more preferably 200 nN or more, and preferably 800 nN or less, more preferably 700 nN or less, and even more preferably 500 nN or less.
- the maximum indentation load of the binder composition is equal to or greater than the above lower limit, defects in the secondary battery can be more effectively suppressed.
- the maximum indentation load of the binder composition is equal to or less than the above upper limit, the resistance to powder falling off of the electrode can be improved.
- the binder composition must have an elastic recovery of 120 nm or more and 200 nm or less, preferably 150 nm or more, and more preferably 195 nm or less, and even more preferably 190 nm or less.
- the elastic recovery amount of the binder composition is equal to or more than the above lower limit, the injectability of the electrode mixture layer can be improved.
- the elastic recovery amount of the binder composition is equal to or less than the above upper limit, the flexibility of the obtained electrode can be improved.
- the maximum indentation load and elastic recovery value of the binder composition can be adjusted, for example, by changing the composition of the particulate polymer and preparation conditions (such as the amount of molecular weight regulator and polymerization initiator used).
- the binder composition of the present invention is not particularly limited, and can be prepared by mixing the particulate polymer and other components that are optionally used in the presence of water.
- the binder composition is prepared using an aqueous dispersion of the particulate polymer, the water contained in the dispersion may be used as a dispersion medium for the binder composition as it is.
- the slurry composition for non-aqueous secondary battery electrodes of the present invention is a composition used for forming an electrode mixture layer, and contains an electrode active material and the binder composition for non-aqueous secondary battery electrodes of the present invention described above, and optionally further contains other components. That is, the slurry composition for non-aqueous secondary battery electrodes of the present invention usually contains an electrode active material, the particulate polymer described above, and water as a dispersion medium, and optionally further contains other components. And, since the slurry composition of the present invention contains the binder composition described above, it is possible to effectively suppress defects in secondary batteries and form an electrode with excellent flexibility.
- the nonaqueous 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, pseudoisotropic carbon, furfuryl alcohol resin baked body (PFA), hard carbon, and the like.
- 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 easily graphitized 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 its structure, and have a theoretical electric capacity per unit mass of 500 mAh/g or more 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, phosphides, etc. thereof.
- silicon-containing active materials silicon-based negative electrode active materials
- silicon-based negative electrode active materials are preferred as metal-based negative electrode active materials.
- 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 As the binder composition, the above-mentioned binder composition of the present invention can be used.
- the content of the above-mentioned predetermined particulate polymer in the slurry composition can be, for example, 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.
- the above-mentioned slurry composition can be prepared by mixing the above-mentioned components by a known mixing method, for example, using a mixer such as a ball mill, a sand mill, a bead mill, a pigment disperser, a crusher, an ultrasonic disperser, a homogenizer, a planetary mixer, or a Filmix.
- a mixer such as a ball mill, a sand mill, a bead mill, a pigment disperser, a crusher, an ultrasonic disperser, a homogenizer, a planetary mixer, or a Filmix.
- the electrode of the present invention comprises an electrode mixture layer formed using the above-mentioned slurry composition of the present invention, and usually has a current collector and an electrode mixture layer formed on the current collector.
- the electrode mixture layer is usually a layer formed by drying the slurry composition of the present invention, and contains at least an electrode active material and a polymer derived from the above-mentioned particulate polymer, and optionally contains other components.
- the polymer derived from the above-mentioned particulate polymer may be in a particulate form (i.e., the particulate polymer may be included in the electrode mixture layer as it is), or may be in any other form.
- the electrodes of the present invention are made using the slurry composition of the present invention, so they effectively suppress defects in secondary batteries and have excellent flexibility.
- the electrode of the present invention can be produced, for example, through (1) a step of applying a slurry composition onto a current collector (application step), (2) a step of drying the slurry composition applied onto the current collector to form a dried slurry (drying step), and (3) a step of pressing the dried slurry on the current collector (pressing step).
- the method of applying the above-mentioned slurry composition on 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 can be applied to only one side of the current collector, or can 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 to be obtained.
- 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 infrared rays, an electron beam, etc.
- a drying method using warm air, hot air, or low-humidity air for example, a drying method using warm air, hot air, or low-humidity air, a vacuum drying method, or a drying method using infrared rays, an electron beam, etc.
- the method for pressing the dried slurry on the current collector is not particularly limited, and can be performed using a known pressing device. Among them, pressing with a press roll (roll pressing) is preferred from the viewpoint of pressing the dried slurry quickly and efficiently.
- pressing with a press roll roll pressing
- the density of the electrode mixture layer can be increased and the adhesion between the electrode mixture layer and the current collector can be improved.
- the nonaqueous secondary battery of the present invention includes the electrode for a nonaqueous secondary battery of the present invention. More specifically, the nonaqueous secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte, and a separator, and uses the electrode for a nonaqueous secondary battery of the present invention as at least one of the positive electrode and the negative electrode, preferably the negative electrode. Since the nonaqueous secondary battery of the present invention includes the electrode for a nonaqueous secondary battery of the present invention, defects are effectively suppressed and the battery has excellent flexibility. In addition, the following will be described as an example in which the secondary battery is a lithium ion secondary battery, but 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 electrolytic solution is not particularly limited as long as it can dissolve the supporting electrolyte, but for example, in a lithium ion secondary battery, 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. Among them, carbonates are preferred because they have a high dielectric constant and a wide stable potential range. The concentration of the electrolyte in the electrolytic solution can be appropriately adjusted. Known additives may also be added to the electrolytic solution.
- DMC dimethyl carbonate
- EC ethylene carbonate
- the separator is not particularly limited, and for example, the separators 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. At least one of the positive electrode and the negative electrode is the electrode for 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.
- the shape of the secondary battery may be, for example, a coin type, a button type, a sheet type, a cylindrical type, a square type, a flat type, or any other type.
- the present invention will be described in detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
- the amounts of "%" and “parts” are by mass unless otherwise specified.
- the ratio of monomer units formed by polymerizing a certain monomer in the polymer usually coincides with the ratio (feed ratio) of that certain monomer to all monomers used in the polymerization of the polymer, unless otherwise specified.
- various evaluations and measurements were carried out as follows.
- ⁇ Maximum indentation load and elastic recovery of binder film> A measurement sample (aqueous dispersion of a polymer or a binder composition) was dropped into a petri dish so that the solid content was 4.0 g. Next, the sample was dried for 24 hours in an environment of 22 to 25 ° C., and further dried for 10 hours at 140 ° C. to obtain a binder film with a thickness of 500 ⁇ m. Thereafter, a nanoindentation test was performed on the obtained binder film using a microcompression tester (manufactured by Shimadzu Corporation, "MCT-W500").
- MCT-W500 microcompression tester
- the particle size distribution (volume basis) of the measurement sample was measured using a particle size distribution measurement device (manufactured by Shimadzu Corporation, product name "SALD-2300") using a laser diffraction scattering method as the measurement principle, in accordance with JIS Z8825, and the particle diameter (D50) at which the cumulative volume calculated from the small diameter side in the measured particle size distribution became 50% was defined as the average particle diameter Da.
- the measurement samples used were an aqueous dispersion of a polymer adjusted to a solid content concentration of 0.1% by mass, and a binder composition adjusted to a solid content concentration of 0.1% by mass.
- ⁇ Average particle diameter Db measured by dynamic light scattering method The particle size distribution of the measurement sample was measured using a particle size distribution measuring device (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd., model "FPAR-1000") using the dynamic light scattering method as the measurement principle, and the particle diameter (D50) at which the cumulative frequency of the light scattering intensity calculated from the small diameter side in the measured particle size distribution was 50% was taken as the average particle diameter Db.
- FPAR-1000 particle size distribution measuring device
- D50 particle diameter at which the cumulative frequency of the light scattering intensity calculated from the small diameter side in the measured particle size distribution was 50% was taken as the average particle diameter Db.
- an aqueous dispersion of a polymer adjusted to a solid content concentration of 0.005% by mass using ion-exchanged water and a binder composition adjusted to a solid content concentration of 0.005 using ion-exchanged water were used as the measurement samples.
- the measurement conditions for the dynamic light scattering method were as follows
- ⁇ Glass transition temperature> A water dispersion of the polymer to be measured was dried to prepare a measurement sample. Next, a differential scanning calorimetry (DSC) curve was obtained by measuring 10 mg of a sample in an aluminum pan using a differential thermal analysis measuring device (manufactured by SII NanoTechnology, product name "EXSTAR DSC6220"), and measuring the sample in accordance with JIS K7121 under the measurement conditions of a temperature range of -100°C to 100°C and a heating rate of 10°C/min, using an empty aluminum pan as a reference.
- DSC differential scanning calorimetry
- the glass transition point was determined from the intersection between the baseline immediately before the endothermic peak of the DSC curve where the differential signal (DDSC) is 0.05 mW/min/mg or more appears, and the tangent of the DSC curve at the inflection point that first appears after the endothermic peak.
- DDSC differential signal
- the measurement sample (aqueous dispersion of polymer or binder composition) was dried in an environment with a humidity of 50% and a temperature of 23 to 25 ° C. to form a film with a thickness of 1 ⁇ 0.3 mm, and then dried for 10 hours in a vacuum dryer at a temperature of 60 ° C. to obtain a film. Next, this film was cut and about 1 g was precisely weighed. The mass of the obtained film piece was W0.
- the manufactured lithium ion secondary battery was fully charged to a depth of charge (SOC) of 100% at a constant current of 1C in an environment at a temperature of -10°C.
- the fully charged secondary battery was disassembled to remove the negative electrode, and the surface state of the negative electrode composite layer of the negative electrode was observed.
- B Lithium precipitation rate is 10% or more and less than 20%.
- C Lithium precipitation rate is 20% or more.
- the negative electrode mixture layers produced in the examples and comparative examples were vacuum-dried at 60° C. for 10 hours at a gauge pressure of ⁇ 0.09 MPa or less using a vacuum dryer. Next, in a dry room (dew point -50 ° C.
- Disappearance time 0 seconds or more and less than 60 seconds
- B Disappearance time: 60 seconds or more and less than 120 seconds
- C Disappearance time: 120 seconds or more and less than 180 seconds
- D Disappearance time: 180 seconds or more
- ⁇ Negative electrode powder fall resistance> The negative electrodes prepared in the examples and comparative examples were cut to 5 cm x 5 cm, and the weight W1 of the obtained test piece was measured with an electronic balance (five decimal places). Next, using a 1 mm wide cross-cut jig (jig conforming to JIS K5400) and a 9 mm wide cutter, the copper foil (current collector) side of the test piece was turned up, and the test piece was cut (slit) at 11 places from the copper foil side in a direction parallel to the coating direction (the direction in which the negative electrode composite layer slurry was applied when forming the negative electrode composite layer). Note that the blade of the cutter was folded and replaced before use.
- the powder falling rate (W1 - W2) / W1 x 100 (%) was calculated and evaluated according to the following criteria. A smaller value of the powder falling rate indicates better resistance to powder falling.
- ⁇ Peel strength> The negative electrodes produced in the examples and comparative examples were cut as they were into rectangular specimens measuring 100 mm in length and 10 mm in width. The obtained test piece was 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. In this case, cellophane tape specified in JIS Z1522 was used as the cellophane tape. The cellophane tape was fixed to a test stand. Then, one end of the current collector was pulled vertically upward at a pulling speed of 150 mm/min to measure the stress when peeled off. This measurement was performed three times, and the average value was calculated as the peel strength, which was evaluated according to the following criteria.
- peel strength is 8 N/m or more.
- B Peel strength is 7 N/m or more and less than 8 N/m.
- C Peel strength is less than 7 N/m.
- ⁇ Cycle characteristics of secondary batteries The cycle characteristics of the secondary batteries produced in the examples and comparative examples were evaluated. Specifically, the secondary battery was first left at rest for 6 hours at a temperature of 25°C. Then, in an environment at a temperature of 25°C, it was charged for 100 minutes by a constant current method of 0.1C. Then, in an environment at a temperature of 60°C, it was subjected to aging treatment for 12 hours. Then, in an environment at a temperature of 25°C, it was charged to a cell voltage of 4.20V by a constant current method of 0.5C, and discharged to a cell voltage of 2.75V, and the initial capacity C0 was measured. This charge and discharge was further repeated, and the capacity C1 after 100 cycles was measured.
- Capacity retention rate C2 was calculated according to the following calculation formula.
- C2 (%) (C1/C0) x 100
- the cycle characteristics were evaluated according to the following criteria: A larger capacity retention C2 value indicates better cycle characteristics.
- Example 1 Preparation of Binder Composition> [Preparation of particles containing polymer A] Into a 5 MPa pressure vessel A equipped with a stirrer, 2.1 parts of styrene as an aromatic vinyl monomer, 3.3 parts of 1,3-butadiene as a conjugated diene monomer, 0.1 parts of methacrylic acid as a carboxylic acid group-containing monomer, 0.23 parts of dodecyl diphenyl ether disulfonic acid sodium salt as an emulsifier, 15 parts of ion-exchanged water, and 0.02 parts of potassium persulfate as a polymerization initiator were placed to obtain a mixture A. The obtained mixture A was thoroughly stirred, and then heated to 57° C.
- the temperature of the content of the pressure-resistant vessel A after obtaining the seed particles was raised to 75° C., and the mixture B was added to the pressure-resistant vessel A over a period of 5 hours.
- the addition of 0.48 parts of potassium persulfate as a polymerization initiator to the heat-resistant vessel A was started to initiate polymerization. That is, the overall monomer composition was 48.7 parts of styrene, 32.3 parts of 1,3-butadiene, 14.2 parts of acrylic acid, 4.7 parts of acrylamide, and 0.1 part of methacrylic acid.
- the polymerization was continued until the polymerization conversion reached 96%.
- 3.0 parts of methacrylic acid as a carboxylic acid group-containing monomer and 37.0 parts of ion-exchanged water were continuously added to the same pressure vessel under stirring for forming the shell portion to continue polymerization.
- This aqueous dispersion was heated to 70°C, and when the polymerization conversion rate reached 97%, it was cooled to stop the reaction, and a polymer was formed as the shell portion on the outer surface of the core portion to obtain a mixture containing polymer particles having a core-shell structure. Thereafter, the unreacted monomer was removed by heating and reduced pressure distillation.
- binder composition The aqueous dispersion of polymer A and the aqueous dispersion of polymer B were mixed so that the mass ratio of the solid content was 9:1 (polymer A:polymer B) to obtain a binder composition (aqueous dispersion). Various measurements and evaluations were performed using the obtained binder composition. The results are shown in Table 2.
- the above-mentioned negative electrode slurry composition was applied to a copper foil (current collector) having a thickness of 16 ⁇ m with a comma coater so that the coating amount was 10 mg/cm 2.
- the copper foil coated with the negative electrode slurry composition was transported at a speed of 0.5 m/min in an oven at a temperature of 75° C. for 2 minutes and then in an oven at a temperature of 120° C. for 2 minutes, thereby drying the negative electrode slurry composition on the copper foil and obtaining a negative electrode raw material.
- the negative electrode raw material was rolled with a roll press to obtain a negative electrode having a negative electrode composite layer thickness of 80 ⁇ m.
- the obtained negative electrode was evaluated for flexibility, resistance to powder falling off, pourability, and peel strength. The results are shown in Table 2.
- a planetary mixer was charged with 96 parts of lithium nickel manganese cobalt oxide as a positive electrode active material, 2 parts of PVDF (polyvinylidene fluoride) as a binder for a positive electrode mixture layer in terms of solid content, 2 parts of acetylene black as a conductive material, and 20 parts of N-methylpyrrolidone as a solvent, and mixed to obtain a positive electrode slurry composition.
- the obtained positive electrode slurry composition was applied to an aluminum foil (current collector) having a thickness of 16 ⁇ m using a comma coater so that the coating amount after drying was 24.5 mg/cm 2.
- the aluminum foil coated with the positive electrode slurry composition was conveyed at a speed of 0.5 m/min through an oven at a temperature of 60° C. for 2 minutes and then through an oven at a temperature of 120° C. for 2 minutes, thereby drying the positive electrode slurry composition on the aluminum foil and obtaining a positive electrode raw material.
- the positive electrode raw material was rolled with a roll press to obtain a positive electrode having a positive electrode composite layer having a thickness of 70 ⁇ m.
- a single-layer polypropylene separator (width 65 mm, length 500 mm, thickness 25 ⁇ m; produced by a dry method; porosity 55%) was prepared. This separator was cut into a 5 cm ⁇ 5 cm square and used in the following secondary battery.
- An aluminum packaging exterior was prepared as the exterior of the battery.
- the positive electrode was cut into a square of 4 cm x 4 cm, and the surface on the collector side was placed in contact with the aluminum packaging exterior.
- the square separator was placed on the surface of the positive electrode composite layer of the positive electrode.
- the negative electrode was cut into a square of 4.2 cm x 4.2 cm, and placed on the separator so that the surface on the negative electrode composite layer side faces the separator.
- Examples 2 and 3 Except for the fact that, when preparing the binder composition, the aqueous dispersion of polymer A and the aqueous dispersion of polymer B were mixed so that the mass ratio of the solid contents (polymer A:polymer B) was 7:3 (Example 2) and 5:5 (Example 3), respectively, the binder composition, the negative electrode slurry composition, the negative electrode, the positive electrode, the separator, and the secondary battery were prepared in the same manner as in Example 1, and measurements and evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Tables 1 and 2.
- Examples 4 to 6 Except for changing the amount of tert-dodecyl mercaptan used as a molecular weight modifier to 0.3 parts when preparing the particles containing polymer A, and further, after the entire addition of the mixture containing the monomer composition was completed (i.e., 5 hours after the start of polymerization), the mixture was heated to 90° C. without adding 0.5 parts of potassium persulfate and reacted for 4 hours in the same manner as in Example 1, a binder composition, a slurry composition for negative electrode, a negative electrode, a positive electrode, a separator, and a secondary battery were prepared, and measurements and evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Tables 1 and 2.
- Example 7 Except for using the binder composition prepared as follows, a binder composition, a negative electrode slurry composition, a negative electrode, a positive electrode, a separator, and a secondary battery were produced in the same manner as in Example 1, and measurements and evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Tables 1 and 2.
- Binder Composition First, in the first stage polymerization, 55 parts of styrene as an aromatic vinyl monomer for forming a core portion, 44 parts of 1,3-butadiene as a conjugated diene monomer, 100 parts of ion-exchanged water, 0.7 parts of dodecylbenzenesulfonic acid as an emulsifier, 0.3 parts of ⁇ -methylstyrene dimer as a chain transfer agent (molecular weight regulator), and 0.5 parts of potassium persulfate as a polymerization initiator were placed in a 5 MPa pressure vessel equipped with a stirrer and thoroughly stirred. Thereafter, the mixture was heated to 60° C. to initiate polymerization.
- aqueous dispersion was heated to 70°C, and when the polymerization conversion rate reached 97%, it was cooled to stop the reaction, and a polymer was formed as the shell portion on the outer surface of the core portion, to obtain a mixture containing polymer particles having a core-shell structure. Thereafter, unreacted monomers were removed by heating and reduced pressure distillation. A 5% aqueous sodium hydroxide solution was added to the mixture containing the polymer particles, and the pH was adjusted to 7 to obtain an aqueous dispersion (binder composition) containing a polymer (particulate polymer).
- Example 8 Except for using the binder composition prepared as follows, a binder composition, a negative electrode slurry composition, a negative electrode, a positive electrode, a separator, and a secondary battery were produced in the same manner as in Example 1, and measurements and evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Tables 1 and 2.
- Binder Composition First, in the first stage polymerization, 60 parts of styrene as an aromatic vinyl monomer, 34 parts of 1,3-butadiene as a conjugated diene monomer, 100 parts of ion-exchanged water, 0.7 parts of dodecylbenzenesulfonic acid as an emulsifier, 0.3 parts of ⁇ -methylstyrene dimer as a chain transfer agent (molecular weight regulator), and 0.5 parts of potassium persulfate as a polymerization initiator were placed in a 5 MPa pressure vessel equipped with a stirrer and thoroughly stirred. Thereafter, the mixture was heated to 60° C. to initiate polymerization.
- aqueous dispersion was heated to 70°C, and when the polymerization conversion rate reached 97%, it was cooled to stop the reaction, and a polymer was formed as the shell portion on the outer surface of the core portion, to obtain a mixture containing polymer particles having a core-shell structure. Thereafter, unreacted monomers were removed by heating and reduced pressure distillation. A 5% aqueous sodium hydroxide solution was added to the mixture containing the polymer particles, and the pH was adjusted to 7 to obtain an aqueous dispersion (binder composition) containing a polymer (particulate polymer).
- Example 9 Except for using particles containing polymer A (aqueous dispersion of polymer A) prepared as follows, a binder composition, a slurry composition for negative electrode, a negative electrode, a positive electrode, a separator, and a secondary battery were prepared in the same manner as in Example 1, and measurements and evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Tables 1 and 2.
- the temperature of the content of the pressure-resistant vessel A after obtaining the seed particles was raised to 75° C., and the mixture B was added to the pressure-resistant vessel A over a period of 5 hours.
- the addition of 0.48 parts of potassium persulfate as a polymerization initiator to the heat-resistant vessel A was started to initiate polymerization. That is, the overall monomer composition was 45.3 parts of styrene, 31.4 parts of 1,3-butadiene, 14.2 parts of acrylic acid, 9.0 parts of acrylamide, and 0.1 part of methacrylic acid.
- Comparative Example 2 Except for using the aqueous dispersion containing polymer A as the binder composition without using the aqueous dispersion containing polymer B, a binder composition, a slurry composition for negative electrode, an anode, a cathode, a separator, and a secondary battery were prepared in the same manner as in Example 4, and measurements and evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Tables 1 and 2.
- Comparative Example 3 Except for using the binder composition prepared as follows, a binder composition, a negative electrode slurry composition, a negative electrode, a positive electrode, a separator, and a secondary battery were produced in the same manner as in Example 1, and measurements and evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Tables 1 and 2.
- Binder Composition Into the reactor, 150 parts of ion-exchanged water, 4 parts of sodium dodecylbenzenesulfonate as an emulsifier, 65 parts of styrene as an aromatic vinyl monomer, 1.5 parts of acrylic acid and 3.5 parts of itaconic acid as carboxylic acid group-containing monomers, and 0.5 parts of t-dodecyl mercaptan as a molecular weight regulator were charged in this order. Next, the gas inside the reactor was replaced with nitrogen three times, and then 30 parts of 1,3-butadiene as a conjugated diene monomer was charged.
- Comparative Example 4 Except for using the binder composition prepared as follows, a binder composition, a negative electrode slurry composition, a negative electrode, a positive electrode, a separator, and a secondary battery were produced in the same manner as in Example 1, and measurements and evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Tables 1 and 2.
- Binder Composition Into a 5 MPa pressure vessel A equipped with a stirrer, 1.93 parts of styrene as an aromatic vinyl monomer, 3.08 parts of 1,3-butadiene as a conjugated diene monomer, 0.15 parts of itaconic acid as a carboxylic acid group-containing monomer, 0.2 parts of sodium lauryl sulfate as an emulsifier, 20 parts of ion-exchanged water, and 0.03 parts of potassium persulfate as a polymerization initiator were placed, and after sufficient stirring, the mixture was heated to 60° C. to initiate polymerization, and reacted for 6 hours to obtain seed particles.
- the binder compositions of Examples 1 to 9 can effectively suppress defects in non-aqueous secondary batteries and form electrodes for non-aqueous secondary batteries with excellent flexibility.
- a binder composition for a non-aqueous secondary battery electrode that can effectively suppress defects in a non-aqueous secondary battery and form an electrode for the non-aqueous secondary battery that has excellent flexibility.
- a slurry composition for a non-aqueous secondary battery electrode that can effectively suppress defects in a non-aqueous secondary battery and form an electrode for the non-aqueous secondary battery that is excellent in flexibility.
- an electrode for a non-aqueous secondary battery that effectively suppresses defects in the non-aqueous secondary battery and has excellent flexibility.
- a nonaqueous secondary battery in which defects are effectively suppressed and which has excellent flexibility can be provided.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
本発明の目的は、非水系二次電池の不具合を効果的に抑制し、柔軟性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である。本発明は、粒子状重合体と、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、前記粒子状重合体は、芳香族ビニル単量体単位及び共役ジエン単量体単位を含有する重合体を含み、前記非水系二次電池電極用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は、ナノインデンテーション試験を行って、前記バインダーフィルムの表面を圧子で300nmの深さまで押し込んだ際に、最大押し込み荷重が100nN以上であり、弾性回復量が120nm以上200nm以下である、非水系二次電池電極用バインダー組成物である。
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及び非水系二次電池に関する。
リチウムイオン二次電池等の非水系二次電池(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、電極等の電池部材の改良が検討されている。
二次電池に用いられる電極は、通常、集電体と、集電体上に形成された電極合材層(正極合材層又は負極合材層)とを備えている。そして、この電極合材層は、例えば、電極活物質と、結着材を含むバインダー組成物等とを含む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の向上を達成すべく、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。具体的には、例えば特許文献1では、耐剥離性に優れる負極合材層を形成することが可能な非水系二次電池負極用バインダー組成物として、エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位と、芳香族ビニル単量体単位と、脂肪族共役ジエン単量体単位とを含有する重合体を含み、テトラヒドロフランへの膨潤度及びテトラヒドロフラン不溶解分量が所定の数値範囲内であり、固形分濃度を30質量%にしたときのpH3.0における粘度に対するpH8.0における粘度の比が所定の数値範囲内であるバインダー組成物が提案されている。
しかしながら、上記従来のバインダー組成物には、リチウム等の金属が電極上に析出する等の二次電池の不具合を抑制するという点において改善の余地があった。
また、上記従来のバインダー組成物には、電極の柔軟性を向上させるという点においても改善の余地があった。
そこで、本発明は、非水系二次電池の不具合を効果的に抑制し、柔軟性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を提供することを目的とする。
また、本発明は、非水系二次電池の不具合を効果的に抑制し、柔軟性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スラリー組成物を提供することを目的とする。
また、本発明は、非水系二次電池の不具合を効果的に抑制し、柔軟性に優れる非水系二次電池用電極を提供することを目的とする。
また、本発明は、不具合が効果的に抑制され、柔軟性に優れる非水系二次電池を提供することを目的とする。
また、本発明は、非水系二次電池の不具合を効果的に抑制し、柔軟性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スラリー組成物を提供することを目的とする。
また、本発明は、非水系二次電池の不具合を効果的に抑制し、柔軟性に優れる非水系二次電池用電極を提供することを目的とする。
また、本発明は、不具合が効果的に抑制され、柔軟性に優れる非水系二次電池を提供することを目的とする。
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。そして、本発明者は、芳香族ビニル単量体単位及び共役ジエン単量体単位を含有する重合体を含む粒子状重合体と、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、該非水系二次電池電極用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が、ナノインデンテーション試験を行った際に、所定の最大押し込み荷重を有し、且つ、所定の弾性回復量を有する、非水系二次電池電極用バインダー組成物であれば、上記課題を解決できることを新たに見出し、本発明を完成させた。
即ち、この発明は、上記課題を解決することを目的とするものであり、[1]本発明は、粒子状重合体と、水とを含む非水系二次電池電極用バインダー組成物(以下、単に「バインダー組成物」と略記する場合がある。)であって、前記粒子状重合体は、芳香族ビニル単量体単位及び共役ジエン単量体単位を含有する重合体を含み、前記非水系二次電池電極用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は、ナノインデンテーション試験を行って、前記バインダーフィルムの表面を圧子で300nmの深さまで押し込んだ際に、最大押し込み荷重が100nN以上であり、弾性回復量が120nm以上200nm以下である、非水系二次電池電極用バインダー組成物である。
上記のようなバインダー組成物であれば、非水系二次電池の不具合を効果的に抑制し、柔軟性に優れる非水系二次電池用電極を形成できる。
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。
本発明において、バインダーフィルムの「最大押し込み荷重」及び「弾性回復量」は、実施例に記載の方法に従って測定できる。
上記のようなバインダー組成物であれば、非水系二次電池の不具合を効果的に抑制し、柔軟性に優れる非水系二次電池用電極を形成できる。
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。
本発明において、バインダーフィルムの「最大押し込み荷重」及び「弾性回復量」は、実施例に記載の方法に従って測定できる。
[2]上記[1]の非水系二次電池電極用バインダー組成物は、固形分濃度を0.1質量%にしてレーザー回折散乱法により測定した前記粒子状重合体の体積平均粒子径Daと、固形分濃度を0.005質量%にして動的光散乱法により測定した前記粒子状重合体の平均粒子径Dbとの比(Da/Db)が、1.4以上2.0以下であることが好ましい。
平均粒子径Dbに対する体積平均粒子径Daの比(Da/Db)が上記下限以上であれば、得られる電極に良好なピール強度を発揮させることができる。
一方、平均粒子径Dbに対する体積平均粒子径Daの比(Da/Db)が上記上限以下であれば、得られる非水系二次電池のサイクル特性を向上させることができる。
本発明において、「体積平均粒子径Da」及び「平均粒子径Db」を測定する際のバインダー組成物の固形分濃度は、水の添加又は水の除去により行うことができる。そして、本発明において、粒子状重合体の「体積平均粒子径Da」及び「平均粒子径Db」は、実施例に記載の方法に従って測定できる。
平均粒子径Dbに対する体積平均粒子径Daの比(Da/Db)が上記下限以上であれば、得られる電極に良好なピール強度を発揮させることができる。
一方、平均粒子径Dbに対する体積平均粒子径Daの比(Da/Db)が上記上限以下であれば、得られる非水系二次電池のサイクル特性を向上させることができる。
本発明において、「体積平均粒子径Da」及び「平均粒子径Db」を測定する際のバインダー組成物の固形分濃度は、水の添加又は水の除去により行うことができる。そして、本発明において、粒子状重合体の「体積平均粒子径Da」及び「平均粒子径Db」は、実施例に記載の方法に従って測定できる。
[3]上記[1]又は[2]の非水系二次電池電極用バインダー組成物において、前記粒子状重合体は、芳香族ビニル単量体単位及び共役ジエン単量体単位を含有する重合体Aと、芳香族ビニル単量体単位及び共役ジエン単量体単位を含有し、且つ、前記重合体Aとは異なる重合体Bとを含有することが好ましい。粒子状重合体が2種類以上の重合体を含んでいれば、得られる非水系二次電池の不具合をより効果的に抑制し、得られる電極の柔軟性を向上させることができる。
本発明において、重合体Aと重合体Bとが「異なる」とは、組成及び性状の少なくとも一方が異なることを指す。
本発明において、重合体Aと重合体Bとが「異なる」とは、組成及び性状の少なくとも一方が異なることを指す。
[4]上記[1]~[3]の何れかの非水系二次電池電極用バインダー組成物において、前記粒子状重合体は、電解液膨潤度が300質量%以下であることが好ましい。
粒子状重合体の電解液膨潤度が300質量%以下であれば、得られる非水系二次電池の出力特性やサイクル特性を向上させることができる。
本発明において、粒子状重合体の「電解液膨潤度」は、実施例に記載の方法に従って測定できる。
粒子状重合体の電解液膨潤度が300質量%以下であれば、得られる非水系二次電池の出力特性やサイクル特性を向上させることができる。
本発明において、粒子状重合体の「電解液膨潤度」は、実施例に記載の方法に従って測定できる。
[5]上記[1]~[4]の何れかの非水系二次電池電極用バインダー組成物において、前記粒子状重合体に含まれる重合体は、アミド基含有単量体単位を更に含有することが好ましい。
粒子状重合体に含まれる重合体がアミド基含有単量体単位を更に含有すれば、得られる非水系二次電池のサイクル特性を向上させることができる。
粒子状重合体に含まれる重合体がアミド基含有単量体単位を更に含有すれば、得られる非水系二次電池のサイクル特性を向上させることができる。
また、この発明は、上記課題を解決することを目的とするものであり、[6]本発明は、電極活物質と、上記[1]~[5]の何れかの非水系二次電池電極用バインダー組成物とを含む、非水系二次電池電極用スラリー組成物(以下、単に「スラリー組成物」と略記する場合がある。)である。
上記のようなスラリー組成物であれば、非水系二次電池の不具合を効果的に抑制し、柔軟性に優れる非水系二次電池用電極を形成できる。
上記のようなスラリー組成物であれば、非水系二次電池の不具合を効果的に抑制し、柔軟性に優れる非水系二次電池用電極を形成できる。
[7]上記[6]の非水系二次電池電極用スラリー組成物において、前記電極活物質はケイ素系負極活物質を含むことが好ましい。
ケイ素系負極活物質を含む電極活物質を使用すれば、得られる非水系二次電池の出力特性や容量を向上させることができる。
ケイ素系負極活物質を含む電極活物質を使用すれば、得られる非水系二次電池の出力特性や容量を向上させることができる。
また、この発明は、上記課題を解決することを目的とするものであり、[8]本発明は、集電体と、前記集電体上に位置する電極合材層とを備える非水系二次電池用電極(以下、単に「電極」と略記する場合がある。)であって、前記電極合材層が、上記[6]又は[7]に記載の非水系二次電池電極用スラリー組成物により形成された層である、非水系二次電池用電極である。
上記のような電極は、非水系二次電池の不具合を効果的に抑制し、柔軟性に優れる。
上記のような電極は、非水系二次電池の不具合を効果的に抑制し、柔軟性に優れる。
また、この発明は、上記課題を解決することを目的とするものであり、[9]正極と、負極と、セパレータと、電解液とを備え、前記正極及び前記負極の少なくとも一方が、請求項8に記載の非水系二次電池用電極である、非水系二次電池である。
上記のような二次電池は、不具合が効果的に抑制され、柔軟性に優れる。
上記のような二次電池は、不具合が効果的に抑制され、柔軟性に優れる。
本発明によれば、非水系二次電池の不具合を効果的に抑制し、柔軟性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を提供できる。
また、本発明によれば、非水系二次電池の不具合を効果的に抑制し、柔軟性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スラリー組成物を提供できる。
また、本発明によれば、非水系二次電池の不具合を効果的に抑制し、柔軟性に優れる非水系二次電池用電極を提供できる。
また、本発明によれば、不具合が効果的に抑制され、柔軟性に優れる非水系二次電池を提供できる。
また、本発明によれば、非水系二次電池の不具合を効果的に抑制し、柔軟性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スラリー組成物を提供できる。
また、本発明によれば、非水系二次電池の不具合を効果的に抑制し、柔軟性に優れる非水系二次電池用電極を提供できる。
また、本発明によれば、不具合が効果的に抑制され、柔軟性に優れる非水系二次電池を提供できる。
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、非水系二次電池電極用スラリー組成物を調製する際に用いることができる。そして、本発明の非水系二次電池電極用バインダー組成物を用いて調製した非水系二次電池電極用スラリー組成物は、リチウムイオン二次電池等の非水系二次電池の電極(非水系二次電池用電極)を形成する際に用いることができる。更に、本発明の非水系二次電池は、本発明の非水系二次電池電極用スラリー組成物を用いて形成した非水系二次電池用電極を用いたことを特徴とする。
なお、本発明の非水系二次電池電極用バインダー組成物及び非水系二次電池電極用スラリー組成物は、非水系二次電池の負極を形成する際に特に好適に用いることができる。
ここで、本発明の非水系二次電池電極用バインダー組成物は、非水系二次電池電極用スラリー組成物を調製する際に用いることができる。そして、本発明の非水系二次電池電極用バインダー組成物を用いて調製した非水系二次電池電極用スラリー組成物は、リチウムイオン二次電池等の非水系二次電池の電極(非水系二次電池用電極)を形成する際に用いることができる。更に、本発明の非水系二次電池は、本発明の非水系二次電池電極用スラリー組成物を用いて形成した非水系二次電池用電極を用いたことを特徴とする。
なお、本発明の非水系二次電池電極用バインダー組成物及び非水系二次電池電極用スラリー組成物は、非水系二次電池の負極を形成する際に特に好適に用いることができる。
(非水系二次電池電極用バインダー組成物)
本発明の非水系二次電池電極用バインダー組成物は、粒子状重合体と、分散媒としての水とを含み、任意に、二次電池の電極に配合され得るその他の成分を更に含有する。また、本発明のバインダー組成物は、粒子状重合体が、芳香族ビニル単量体単位及び共役ジエン単量体単位を含有する重合体を含む。更に、本発明のバインダー組成物において、該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は、ナノインデンテーション試験を行って、該バインダーフィルムの表面を圧子で300nmの深さまで押し込んだ際に、最大押し込み荷重(以下、単に「最大押し込み荷重」と称する場合がある。)が100nN以上であり、弾性回復量(以下、単に「弾性回復量最大押し込み荷重」と称する場合がある。)が120nm以上200nm以下である。
本発明の非水系二次電池電極用バインダー組成物は、粒子状重合体と、分散媒としての水とを含み、任意に、二次電池の電極に配合され得るその他の成分を更に含有する。また、本発明のバインダー組成物は、粒子状重合体が、芳香族ビニル単量体単位及び共役ジエン単量体単位を含有する重合体を含む。更に、本発明のバインダー組成物において、該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は、ナノインデンテーション試験を行って、該バインダーフィルムの表面を圧子で300nmの深さまで押し込んだ際に、最大押し込み荷重(以下、単に「最大押し込み荷重」と称する場合がある。)が100nN以上であり、弾性回復量(以下、単に「弾性回復量最大押し込み荷重」と称する場合がある。)が120nm以上200nm以下である。
上記のようなバインダー組成物であれば、非水系二次電池の不具合を効果的に抑制し、柔軟性に優れる非水系二次電池用電極を形成できる。これらの理由は以下の通りであると推察される。
まず、電極を製造する際には電極(集電体と電極合材層とを備える。)をプレスし得るところ、上記最大押し込み荷重を上記下限以上とすることによって、プレス後の電極合材層中の電極活物質同士が一定の距離を保ち、その結果、電極の抵抗の上昇を効果的に抑制できたため、非水系二次電池の不具合を効果的に抑制できると推察される。なお、本発明のバインダー組成物をリチウムイオン二次電池の負極合材層の形成に用いた場合、得られる負極の抵抗の上昇を効果的に抑制し、負極における金属リチウム(リチウムデンドライト等)の析出を効果的に抑制できると推察される。
また、上記弾性回復量を上記上限以下とすることにより、電極が曲がる等して力が加わった際にバインダーが効果的に伸びることができたため、柔軟性に優れる非水系二次電池用電極を形成できると推察される。
まず、電極を製造する際には電極(集電体と電極合材層とを備える。)をプレスし得るところ、上記最大押し込み荷重を上記下限以上とすることによって、プレス後の電極合材層中の電極活物質同士が一定の距離を保ち、その結果、電極の抵抗の上昇を効果的に抑制できたため、非水系二次電池の不具合を効果的に抑制できると推察される。なお、本発明のバインダー組成物をリチウムイオン二次電池の負極合材層の形成に用いた場合、得られる負極の抵抗の上昇を効果的に抑制し、負極における金属リチウム(リチウムデンドライト等)の析出を効果的に抑制できると推察される。
また、上記弾性回復量を上記上限以下とすることにより、電極が曲がる等して力が加わった際にバインダーが効果的に伸びることができたため、柔軟性に優れる非水系二次電池用電極を形成できると推察される。
また、本発明のバインダー組成物であれば、得られる電極合材層の注液性を向上させることができる。この理由は、上記弾性回復量を上記下限以上とすることにより、プレス後の電極において、電極合材層中のバインダーが電極活物質同士の距離を適度に広げることができたためであると推察される。
なお、本発明のバインダー組成物は、通常、後述する電極活物質を含まないものである。
<粒子状重合体>
粒子状重合体は、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を備える電極において、電極活物質等の成分が電極合材層から脱離しないように保持する結着材として機能し得る成分である。そして、粒子状重合体は、芳香族ビニル単量体単位及び共役ジエン単量体単位を含有する重合体を含むことを必要とし、任意に、その他の重合体(例えば、芳香族ビニル単量体単位及び共役ジエン単量体単位を含有しない重合体、並びに、芳香族ビニル単量体単位及び共役ジエン単量体単位の一方のみを含有する重合体)を更に含み得る。
なお、粒子状重合体は、芳香族ビニル単量体単位及び共役ジエン単量体単位を含有する重合体を1種類のみ含んでいてもよいし、2種類以上含んでいてもよい。また、粒子状重合体に含まれる重合体は、通常、非水溶性の重合体であり、温度25℃において重合体0.5gを100gの水に溶解した際の不溶分が90質量%以上であり得る。
粒子状重合体は、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を備える電極において、電極活物質等の成分が電極合材層から脱離しないように保持する結着材として機能し得る成分である。そして、粒子状重合体は、芳香族ビニル単量体単位及び共役ジエン単量体単位を含有する重合体を含むことを必要とし、任意に、その他の重合体(例えば、芳香族ビニル単量体単位及び共役ジエン単量体単位を含有しない重合体、並びに、芳香族ビニル単量体単位及び共役ジエン単量体単位の一方のみを含有する重合体)を更に含み得る。
なお、粒子状重合体は、芳香族ビニル単量体単位及び共役ジエン単量体単位を含有する重合体を1種類のみ含んでいてもよいし、2種類以上含んでいてもよい。また、粒子状重合体に含まれる重合体は、通常、非水溶性の重合体であり、温度25℃において重合体0.5gを100gの水に溶解した際の不溶分が90質量%以上であり得る。
[重合体]
重合体は、芳香族ビニル単量体単位と、共役ジエン単量体単位とを含み、任意に、その他の単量体単位を含み得る。
重合体は、芳香族ビニル単量体単位と、共役ジエン単量体単位とを含み、任意に、その他の単量体単位を含み得る。
-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、スチレンスルホン酸及びその塩、α-メチルスチレン、p-t-ブチルスチレン、ブトキシスチレン、ビニルトルエン、クロロスチレン、並びに、ビニルナフタレン等の芳香族モノビニル化合物が挙げられる。中でも、スチレン及びその誘導体が好ましく、スチレンがより好ましい。これらは1種を単独で、又は、2種以上を組み合わせて用いることができる。
芳香族ビニル単量体単位を形成し得る芳香族ビニル単量体としては、例えば、スチレン、スチレンスルホン酸及びその塩、α-メチルスチレン、p-t-ブチルスチレン、ブトキシスチレン、ビニルトルエン、クロロスチレン、並びに、ビニルナフタレン等の芳香族モノビニル化合物が挙げられる。中でも、スチレン及びその誘導体が好ましく、スチレンがより好ましい。これらは1種を単独で、又は、2種以上を組み合わせて用いることができる。
そして、重合体に含まれる芳香族ビニル単量体単位の割合は、重合体中の全単量体単位の量を100質量%とした場合に、10質量%以上であることが好ましく、20質量%以上であることがより好ましく、30質量%以上であることが更に好ましく、60質量%以下であることが好ましい。55質量%以下であることがより好ましく、50質量%以下であることが更に好ましい。
重合体に含まれる芳香族ビニル単量体単位の割合が上記下限以上であれば、得られる二次電池のサイクル特性を向上させることができる。
一方、重合体に含まれる芳香族ビニル単量体単位の割合が上記上限以下であれば、得られる電極の柔軟性を向上させることができる。
なお、本発明において、重合体中の各種単量体単位の含有割合は、1H-NMR等の核磁気共鳴(NMR)を用いて測定することができる。
重合体に含まれる芳香族ビニル単量体単位の割合が上記下限以上であれば、得られる二次電池のサイクル特性を向上させることができる。
一方、重合体に含まれる芳香族ビニル単量体単位の割合が上記上限以下であれば、得られる電極の柔軟性を向上させることができる。
なお、本発明において、重合体中の各種単量体単位の含有割合は、1H-NMR等の核磁気共鳴(NMR)を用いて測定することができる。
-共役ジエン単量体単位-
共役ジエン単量体単位を形成し得る共役ジエン単量体としては、例えば、1,3-ブタジエン、イソプレン、2,3-ジメチル-1,3-ブタジエン、1,3-ペンタジエン等の炭素数4以上の脂肪族共役ジエン化合物が挙げられる。中でも、1,3-ブタジエン及びイソプレンが好ましく、1,3-ブタジエンがより好ましい。これらは1種を単独で、又は、2種以上を組み合わせて用いることができる。
共役ジエン単量体単位を形成し得る共役ジエン単量体としては、例えば、1,3-ブタジエン、イソプレン、2,3-ジメチル-1,3-ブタジエン、1,3-ペンタジエン等の炭素数4以上の脂肪族共役ジエン化合物が挙げられる。中でも、1,3-ブタジエン及びイソプレンが好ましく、1,3-ブタジエンがより好ましい。これらは1種を単独で、又は、2種以上を組み合わせて用いることができる。
重合体に含まれる共役ジエン単量体単位の割合は、重合体中の全単量体単位の量を100質量%とした場合に、30質量%以上であることが好ましく、35質量%以上であることがより好ましく、40質量%以上であることが更に好ましく、80質量%以下であることが好ましく、70質量%以下であることがより好ましく、60質量%以下であることが更に好ましい。
重合体に含まれる共役ジエン単量体単位の割合が上記下限以上であれば、得られる電極の柔軟性を向上させることができる。また、得られる電極に良好なピール強度を発揮させることができる。
一方、重合体に含まれる共役ジエン単量体単位の割合が上記上限以下であれば、電極の膨れを効果的に抑制し、得られる二次電池のサイクル特性を向上させることができる。
重合体に含まれる共役ジエン単量体単位の割合が上記下限以上であれば、得られる電極の柔軟性を向上させることができる。また、得られる電極に良好なピール強度を発揮させることができる。
一方、重合体に含まれる共役ジエン単量体単位の割合が上記上限以下であれば、電極の膨れを効果的に抑制し、得られる二次電池のサイクル特性を向上させることができる。
-その他の単量体単位-
重合体に含まれ得るその他の単量体単位としては、特に限定されることなく、例えば、酸性基含有単量体単位、アミド基含有単量体単位等が挙げられる。
重合体に含まれ得るその他の単量体単位としては、特に限定されることなく、例えば、酸性基含有単量体単位、アミド基含有単量体単位等が挙げられる。
ここで、重合体は酸性基含有単量体単位を更に含有するが好ましい。重合体が酸性基含有単量体単位を更に含有すれば、電極の膨れを効果的に抑制し、得られる二次電池のサイクル特性を向上させることができる。
なお、粒子状重合体が、後述する重合体A及び重合体Bを含む場合、酸性基含有単量体単位は、重合体Aが含有していても、重合体Bが含有していても、重合体A及び重合体Bの両方が含有していてもよいが、重合体A及び重合体Bの両方が含有していることが好ましい。
なお、粒子状重合体が、後述する重合体A及び重合体Bを含む場合、酸性基含有単量体単位は、重合体Aが含有していても、重合体Bが含有していても、重合体A及び重合体Bの両方が含有していてもよいが、重合体A及び重合体Bの両方が含有していることが好ましい。
酸性基含有単量体単位を形成し得る酸性基含有単量体としては、例えば、カルボン酸基含有単量体、スルホン酸基含有単量体、リン酸基含有単量体等が挙げられる。
カルボン酸基含有単量体としては、モノカルボン酸及びその誘導体や、ジカルボン酸及びその酸無水物、並びに、それらの誘導体等が挙げられる。
モノカルボン酸としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸等が挙げられる。
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等が挙げられる。
ジカルボン酸としては、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等が挙げられる。
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等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等が挙げられる。
また、カルボン酸基含有単量体としては、加水分解によりカルボン酸基を生成する酸無水物も使用できる。
モノカルボン酸としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸等が挙げられる。
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等が挙げられる。
ジカルボン酸としては、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等が挙げられる。
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等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等が挙げられる。
また、カルボン酸基含有単量体としては、加水分解によりカルボン酸基を生成する酸無水物も使用できる。
また、スルホン酸基含有単量体としては、例えば、ビニルスルホン酸、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、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸等が挙げられる。
なお、本発明において、「(メタ)アリル」とは、アリル及び/又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、アリル及び/又はメタリルを意味する。
更に、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等が挙げられる。
なお、本発明において、「(メタ)アクリロイル」とは、アクリロイル及び/又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、アクリロイル及び/又はメタクリロイルを意味する。
これらの酸性基含有単量体は、単独で、又は、2種以上を組み合わせて用いることができる。そして、これらの酸性基含有単量体の中でも、カルボン酸基含有単量体が好ましく、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸及びフマル酸が好ましく、アクリル酸、メタクリル酸及びイタコン酸がより好ましい。
重合体に含まれる酸性基含有単量体単位の割合は、重合体中の全単量体単位の量を100質量%とした場合に、5質量%以上であることが好ましく、8質量%以上であることがより好ましく、15質量%以下であることが好ましく、14質量%以下であることがより好ましく、13質量%以下であることが更に好ましい。
また、重合体はアミド基含有単量体単位を更に含有するが好ましい。重合体がアミド基含有単量体単位を更に含有すれば、得られる非水系二次電池のサイクル特性を向上させることができる。
なお、粒子状重合体が、後述する重合体A及び重合体Bを含む場合、アミド基含有単量体単位は、重合体Aが含有していても、重合体Bが含有していても、重合体A及び重合体Bの両方が含有していてもよいが、重合体Aが含有していることが好ましい。
なお、粒子状重合体が、後述する重合体A及び重合体Bを含む場合、アミド基含有単量体単位は、重合体Aが含有していても、重合体Bが含有していても、重合体A及び重合体Bの両方が含有していてもよいが、重合体Aが含有していることが好ましい。
アミド基含有単量体単位を形成し得るアミド基含有単量体としては、例えば、(メタ)アクリルアミド、N-メチロール(メタ)アクリルアミド、ジメチル(メタ)アクリルアミド、ジエチル(メタ)アクリルアミド、N-メトキシメチル(メタ)アクリルアミド、ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。中でも、(メタ)アクリルアミドが好ましく、アクリルアミドがより好ましい。これらは1種を単独で、又は、2種以上を組み合わせて用いることができる。
なお、本発明において「(メタ)アクリル」とは、アクリル及び/又はメタクリルを意味する
なお、本発明において「(メタ)アクリル」とは、アクリル及び/又はメタクリルを意味する
重合体に含まれるアミド基含有単量体単位の割合は、重合体中の全単量体単位の量を100質量%とした場合に、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、15質量%以下であることが好ましく、10質量%以下であることがより好ましく、7質量%以下であることが更に好ましい。
重合体に含まれるアミド基含有単量体単位の割合が上記範囲内であれば、得られる非水系二次電池のサイクル特性を効果的に向上させることができる。
重合体に含まれるアミド基含有単量体単位の割合が上記範囲内であれば、得られる非水系二次電池のサイクル特性を効果的に向上させることができる。
ここで、重合体は酸性基含有単量体単位及びアミド基含有単量体単位を更に含有することが好ましい。重合体が酸性基含有単量体単位及びアミド基含有単量体単位を更に含有すれば、得られる非水系二次電池のサイクル特性をより向上させることができる。
重合体に含まれる酸性基含有単量体単位及びアミド基含有単量体単位の割合の合計は、重合体中の全単量体単位の量を100質量%とした場合に、6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、30質量%以下であることが好ましく、24質量%以下であることがより好ましく、20質量%以下であることが更に好ましい。
重合体に含まれる酸性基含有単量体単位及びアミド基含有単量体単位の割合の合計が上記範囲内であれば、得られる非水系二次電池のサイクル特性を効果的に向上させることができる。
重合体に含まれる酸性基含有単量体単位及びアミド基含有単量体単位の割合の合計が上記範囲内であれば、得られる非水系二次電池のサイクル特性を効果的に向上させることができる。
そして、重合体のガラス転移点は、-100℃以上であることが好ましく、-90℃以上であることがより好ましく、30℃以下であることが好ましく、10℃以下であることがより好ましい。重合体のガラス転移点が上記範囲内であれば、得られる電極に良好な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、重合体のガラス転移点は、本明細書の実施例に記載の方法に従って測定することができる。
なお、本発明において、重合体のガラス転移点は、本明細書の実施例に記載の方法に従って測定することができる。
[粒子状重合体の性状]
バインダー組成物に含まれる粒子状重合体は、バインダー組成物の固形分濃度を0.1質量%にしてレーザー回折散乱法により測定した際の体積平均粒子径Daが、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以下であることが好ましく、150nm以下であることがより好ましい。
バインダー組成物に含まれる粒子状重合体は、バインダー組成物の固形分濃度を0.1質量%にしてレーザー回折散乱法により測定した際の体積平均粒子径Daが、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以下であることが好ましく、150nm以下であることがより好ましい。
また、バインダー組成物に含まれる粒子状重合体は、バインダー組成物の固形分濃度を0.005質量%にして動的光散乱法により測定した際の平均粒子径Dbが、150nm以上であることが好ましく、200nm以上であることがより好ましく、300nm以下であることが好ましく、250nm以下であることがより好ましい。
そして、動的光散乱法により測定した平均粒子径Dbに対するレーザー回折散乱法により測定した際の体積平均粒子径Daの比(Da/Db)は、1.4以上であることが好ましく、1.5以上であることがより好ましく、1.6以上であることが更に好ましく、2.0以下であることが好ましく、1.9以下であることがより好ましく、1.8以下であることが更に好ましい。
Da/Dbが上記下限以上であれば、粒子状重合体が電極活物質の表面を良好に覆うことができるので、得られる電極に良好なピール強度を発揮させることができる。
一方、Da/Dbが上記上限以下であれば、電極合材層中で良好な結着力を発揮して電極の膨れを効果的に抑制し、得られる二次電池のサイクル特性を向上させることができる。
Da/Dbが上記下限以上であれば、粒子状重合体が電極活物質の表面を良好に覆うことができるので、得られる電極に良好なピール強度を発揮させることができる。
一方、Da/Dbが上記上限以下であれば、電極合材層中で良好な結着力を発揮して電極の膨れを効果的に抑制し、得られる二次電池のサイクル特性を向上させることができる。
また、粒子状重合体は、電解液膨潤度が、110質量%以上であることが好ましく、120質量%以上であることがより好ましく、300質量%以下であることが好ましく、150質量%以下であることがより好ましく、140質量%以下であることが更に好ましい。
粒子状重合体の電解液膨潤度が300質量%以下であれば、得られる二次電池の出力特性やサイクル特性を向上させることができる。また、粒子状重合体の電解液膨潤度が上記範囲内であれば、二次電池のセル特性を効果的に向上させることができる。
粒子状重合体の電解液膨潤度が300質量%以下であれば、得られる二次電池の出力特性やサイクル特性を向上させることができる。また、粒子状重合体の電解液膨潤度が上記範囲内であれば、二次電池のセル特性を効果的に向上させることができる。
なお、粒子状重合体の体積平均粒子径Da、平均粒子径Db及び電解液膨潤度は、例えば、粒子状重合体の調製条件、粒子状重合体の構造及び粒子状重合体を構成する重合体の組成を変更することにより調整することができる。
[粒子状重合体の一態様]
そして、バインダー組成物に含まれる粒子状重合体は、特に限定されるものではないが、芳香族ビニル単量体単位及び共役ジエン単量体単位を含有する重合体Aと、芳香族ビニル単量体単位及び共役ジエン単量体単位を含有し、且つ、重合体Aとは異なる重合体Bとを含有することが好ましい。具体的には、粒子状重合体は、重合体Aを含む粒子と、重合体Bを含む粒子とを含有することが好ましい。なお、重合体Aを含む粒子と、重合体Bを含む粒子とは、通常、バインダー組成物中において複合化することなく別々の粒子として存在している。
そして、バインダー組成物に含まれる粒子状重合体は、特に限定されるものではないが、芳香族ビニル単量体単位及び共役ジエン単量体単位を含有する重合体Aと、芳香族ビニル単量体単位及び共役ジエン単量体単位を含有し、且つ、重合体Aとは異なる重合体Bとを含有することが好ましい。具体的には、粒子状重合体は、重合体Aを含む粒子と、重合体Bを含む粒子とを含有することが好ましい。なお、重合体Aを含む粒子と、重合体Bを含む粒子とは、通常、バインダー組成物中において複合化することなく別々の粒子として存在している。
-重合体Aを含む粒子-
重合体Aは、芳香族ビニル単量体単位と、共役ジエン単量体単位とを含み、任意に、その他の単量体単位を含み得る。
重合体Aは、芳香族ビニル単量体単位と、共役ジエン単量体単位とを含み、任意に、その他の単量体単位を含み得る。
ここで、重合体Aの芳香族ビニル単量体単位、共役ジエン単量体単位、及び、その他の単量体単位としては、粒子状重合体に含まれる重合体に関して上述したものと同様のものが挙げられるので、ここでは説明を省略する。
中でも、重合体Aは、芳香族ビニル単量体単位、共役ジエン単量体単位、カルボン酸基含有単量体単位及びアミド基含有単量体単位を含有することが好ましく、スチレン単位、ブタジエン単位、アクリル酸単位、メタクリル酸単位及びアクリルアミド単位を含有することがより好ましい。
そして、重合体A中の全単量体単位の量を100質量%とした場合に、重合体Aに含まれる各単量体単位の割合は、以下の通りであることが好ましい。
即ち、重合体A中の芳香族ビニル単量体単位の割合は、40質量%以上であることが好ましく、45質量%以上であることがより好ましく、55質量%以下であることが好ましく、50質量%以下であることがより好ましい。
また、重合体A中の共役ジエン単量体単位の割合は、25質量%以上であることが好ましく、30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、35質量%以下であることがより好ましい。
更に、重合体A中のカルボン酸基含有単量体単位の割合は、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、20質量%以下であることが好ましく、15質量%以下であることがより好ましい。
そして、重合体A中のアミド基含有単量体単位の割合は、1質量%以上であることが好ましく、3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、7質量%以下であることがより好ましい。
なお、重合体A中のカルボン酸基含有単量体単位及びアミド基含有単量体単位の割合の合計は、6質量%以上であることが好ましく、13質量%以上であることがより好ましく、30質量%以下であることが好ましく、22質量%以下であることがより好ましい。
即ち、重合体A中の芳香族ビニル単量体単位の割合は、40質量%以上であることが好ましく、45質量%以上であることがより好ましく、55質量%以下であることが好ましく、50質量%以下であることがより好ましい。
また、重合体A中の共役ジエン単量体単位の割合は、25質量%以上であることが好ましく、30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、35質量%以下であることがより好ましい。
更に、重合体A中のカルボン酸基含有単量体単位の割合は、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、20質量%以下であることが好ましく、15質量%以下であることがより好ましい。
そして、重合体A中のアミド基含有単量体単位の割合は、1質量%以上であることが好ましく、3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、7質量%以下であることがより好ましい。
なお、重合体A中のカルボン酸基含有単量体単位及びアミド基含有単量体単位の割合の合計は、6質量%以上であることが好ましく、13質量%以上であることがより好ましく、30質量%以下であることが好ましく、22質量%以下であることがより好ましい。
また、重合体Aは、ガラス転移点が重合体Bよりも高いことが好ましく、重合体Aのガラス転移点は、-10℃以上であることが好ましく、0℃以上であることがより好ましく、30℃以下であることが好ましく、10℃以下であることがより好ましい。
重合体Aのガラス転移点が上記範囲内であれば、得られる電極に良好な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、重合体Aのガラス転移点は、本明細書の実施例に記載の方法を用いて測定することができる。
重合体Aのガラス転移点が上記範囲内であれば、得られる電極に良好な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、重合体Aのガラス転移点は、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。
更に、重合体Aを含む粒子は、固形分濃度0.1質量%の水分散液としてレーザー回折散乱法により測定した際の体積平均粒子径Daが、100nm以上であることが好ましく、130nm以上であることがより好ましく、200nm以下であることが好ましく、150nm以下であることがより好ましい。
なお、本発明において、重合体Aを含む粒子の体積平均粒子径Da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。
なお、本発明において、重合体Aを含む粒子の体積平均粒子径Da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。
また、重合体Aを含む粒子は、固形分濃度0.005質量%の水分散液として動的光散乱法により測定した際の平均粒子径Dbが、200nm以上であることが好ましく、220nm以上であることがより好ましく、300nm以下であることが好ましく、250nm以下であることがより好ましい。
なお、本発明において、重合体Aを含む粒子の平均粒子径Db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。
なお、本発明において、重合体Aを含む粒子の平均粒子径Db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。
更に、重合体Aを含む粒子は、電解液膨潤度が、110質量%以上であることが好ましく、130質量%以上であることがより好ましく、150質量%以下であることが好ましく、140質量%以下であることがより好ましい。
重合体Aを含む粒子の電解液膨潤度が上記範囲内であれば、二次電池のセル特性を向上させることができる。
なお、本発明において、重合体Aを含む粒子の電解液膨潤度は、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。
重合体Aを含む粒子の電解液膨潤度が上記範囲内であれば、二次電池のセル特性を向上させることができる。
なお、本発明において、重合体Aを含む粒子の電解液膨潤度は、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。
重合体Aを含む粒子は、最大押し込み荷重が、100nN以上であることが好ましく、200nN以上であることがより好ましく、300nN以上であることが更に好ましく、1000nN以下であることが好ましく、800nN以下であることがより好ましい。
重合体Aを含む粒子の最大押し込み荷重が上記下限以上であれば、二次電池の不具合をより効果的に抑制できる。
一方、重合体Aを含む粒子の最大押し込み荷重が上記上限以下であれば、電極製造時にプレス等する際に、電極合材層を構成する電極活物質等が電極合材層から脱落すること(以下、「粉落ち」と称する場合がある)を抑制し、電極の耐粉落ち性を向上できる。
なお、本発明において、重合体Aを含む粒子の最大押し込み荷重は、本明細書の実施例に記載の方法を用いて測定することができる。
重合体Aを含む粒子の最大押し込み荷重が上記下限以上であれば、二次電池の不具合をより効果的に抑制できる。
一方、重合体Aを含む粒子の最大押し込み荷重が上記上限以下であれば、電極製造時にプレス等する際に、電極合材層を構成する電極活物質等が電極合材層から脱落すること(以下、「粉落ち」と称する場合がある)を抑制し、電極の耐粉落ち性を向上できる。
なお、本発明において、重合体Aを含む粒子の最大押し込み荷重は、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。
また、重合体Aを含む粒子は、弾性回復量が、120nm以上であることが好ましく、140nm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、250nm以下であることが好ましく、230nm以下であることがより好ましく、225nm以下であることが更に好ましい。
重合体Aを含む粒子の弾性回復量が上記下限以上であれば、電極合材層の注液性を向上させることができる
一方、重合体Aを含む粒子の弾性回復量が上記上限以下であれば、得られる電極の柔軟性を向上できる。
なお、本発明において、重合体Aを含む粒子の弾性回復量は、本明細書の実施例に記載の方法を用いて測定することができる。
重合体Aを含む粒子の弾性回復量が上記下限以上であれば、電極合材層の注液性を向上させることができる
一方、重合体Aを含む粒子の弾性回復量が上記上限以下であれば、得られる電極の柔軟性を向上できる。
なお、本発明において、重合体Aを含む粒子の弾性回復量は、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。
なお、重合体Aを含む粒子の体積平均粒子径Da及び平均粒子径Dbは、例えば、重合体Aを含む粒子の調製条件を変更することにより調整することができる。また、重合体Aを含む粒子のガラス転移点、電解液膨潤度、最大押し込み荷重、弾性回復量は、例えば、重合体Aを含む粒子の調製条件(分子量調整剤や重合開始剤等の使用量や添加のタイミング等)、重合体Aを含む粒子の構造及び重合体Aの組成を変更することにより調整することができる。
-重合体Bを含む粒子-
重合体Bは、芳香族ビニル単量体単位と、共役ジエン単量体単位とを含み、任意に、その他の単量体単位を含み得る。
重合体Bは、芳香族ビニル単量体単位と、共役ジエン単量体単位とを含み、任意に、その他の単量体単位を含み得る。
ここで、重合体Bの芳香族ビニル単量体単位、共役ジエン単量体単位、及び、その他の単量体単位としては、粒子状重合体に含まれる重合体に関して上述したものと同様のものが挙げられるので、ここでは説明を省略する。
中でも、重合体Bは、芳香族ビニル単量体単位、共役ジエン単量体単位及びカルボン酸基含有単量体単位を含有することが好ましく、スチレン単位、ブタジエン単位及びメタクリル酸単位を含有することがより好ましい。
そして、重合体B中の全単量体単位の量を100質量%とした場合に、重合体Bに含まれる各単量体単位の割合は、以下の通りであることが好ましい。
即ち、重合体B中の芳香族ビニル単量体単位の割合は、10質量%以上であることが好ましく、20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。
また、重合体B中の共役ジエン単量体単位の割合は、50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、90質量%以下であることが好ましく、75質量%以下であることがより好ましい。
更に、重合体B中のカルボン酸基含有単量体単位の割合は、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、5質量%以下であることが好ましく、4質量%以下であることがより好ましい。
即ち、重合体B中の芳香族ビニル単量体単位の割合は、10質量%以上であることが好ましく、20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。
また、重合体B中の共役ジエン単量体単位の割合は、50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、90質量%以下であることが好ましく、75質量%以下であることがより好ましい。
更に、重合体B中のカルボン酸基含有単量体単位の割合は、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、5質量%以下であることが好ましく、4質量%以下であることがより好ましい。
また、重合体Bは、ガラス転移点が、-70℃以上であることが好ましく、-60℃以上であることがより好ましく、-30℃以下であることが好ましく、-50℃以下であることがより好ましい。
重合体Bのガラス転移点が上記範囲内であれば、得られる電極に良好な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、重合体Bのガラス転移点は、本明細書の実施例に記載の方法を用いて測定することができる。
重合体Bのガラス転移点が上記範囲内であれば、得られる電極に良好な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、重合体Bのガラス転移点は、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。
更に、重合体Bを含む粒子は、固形分濃度0.1質量%の水分散液としてレーザー回折散乱法により測定した際の体積平均粒子径Daが、90nm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、130nm以下であることが好ましく、120nm以下であることがより好ましい。
なお、本発明において、重合体Bを含む粒子の体積平均粒子径Da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。
なお、本発明において、重合体Bを含む粒子の体積平均粒子径Da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。
また、重合体Bを含む粒子は、固形分濃度0.005質量%の水分散液として動的光散乱法により測定した際の平均粒子径Dbが、180nm以上であることが好ましく、200nm以上であることがより好ましく、230nm以下であることが好ましく、220nm以下であることがより好ましい。
なお、本発明において、重合体Bを含む粒子の平均粒子径Db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。
なお、本発明において、重合体Bを含む粒子の平均粒子径Db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。
更に、重合体Bを含む粒子は、電解液膨潤度が、110質量%以上であることが好ましく、120質量%以上であることがより好ましく、150質量%以下であることが好ましく、140質量%以下であることがより好ましい。
重合体Bを含む粒子の電解液膨潤度が上記範囲内であれば、二次電池のセル特性を向上させることができる。
なお、本発明において、重合体Bを含む粒子の電解液膨潤度は、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。
重合体Bを含む粒子の電解液膨潤度が上記範囲内であれば、二次電池のセル特性を向上させることができる。
なお、本発明において、重合体Bを含む粒子の電解液膨潤度は、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。
重合体Bを含む粒子は、最大押し込み荷重が、5nN以上であることが好ましく、10nN以上であることがより好ましく、20nN以上であることが更に好ましく、50nN以下であることが好ましく、40nN以下であることがより好ましい。
重合体Bを含む粒子の最大押し込み荷重が上記下限以上であれば、二次電池の不具合をより効果的に抑制できる。
一方、重合体Bを含む粒子の最大押し込み荷重が上記上限以下であれば、電極の耐粉落ち性を向上できる。
なお、本発明において、重合体Bを含む粒子の最大押し込み荷重は、本明細書の実施例に記載の方法を用いて測定することができる。
重合体Bを含む粒子の最大押し込み荷重が上記下限以上であれば、二次電池の不具合をより効果的に抑制できる。
一方、重合体Bを含む粒子の最大押し込み荷重が上記上限以下であれば、電極の耐粉落ち性を向上できる。
なお、本発明において、重合体Bを含む粒子の最大押し込み荷重は、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。
また、重合体Bを含む粒子は、弾性回復量が、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、120nm以上であることが更に好ましく、200nm以下であることが好ましく、150nm以下であることがより好ましい。
重合体Bを含む粒子の弾性回復量が上記下限以上であれば、電極合材層の注液性を向上させることができる
一方、重合体Bを含む粒子の弾性回復量が上記上限以下であれば、得られる電極の柔軟性を向上できる。
なお、本発明において、重合体Bを含む粒子の弾性回復量は、本明細書の実施例に記載の方法を用いて測定することができる。
重合体Bを含む粒子の弾性回復量が上記下限以上であれば、電極合材層の注液性を向上させることができる
一方、重合体Bを含む粒子の弾性回復量が上記上限以下であれば、得られる電極の柔軟性を向上できる。
なお、本発明において、重合体Bを含む粒子の弾性回復量は、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。
なお、重合体Bを含む粒子の体積平均粒子径Da及び平均粒子径Dbは、例えば、重合体Bを含む粒子の調製条件を変更することにより調整することができる。また、重合体Bを含む粒子のガラス転移点、電解液膨潤度、最大押し込み荷重、弾性回復量は、例えば、重合体Bを含む粒子の調製条件(分子量調整剤や重合開始剤等の使用量や添加のタイミング等)、重合体Bを含む粒子の構造及び重合体Bの組成を変更することにより調整することができる。
-混合比-
なお、重合体Aを含む粒子と重合体Bを含む粒子との合計に対する重合体Bを含む粒子の割合(={重合体Bを含む粒子/(重合体Aを含む粒子+重合体Bを含む粒子)}×100%)は、1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、20質量%以上であることが更に好ましく、50質量%以下であることが好ましく、35質量%以下であることがより好ましく、30質量%以下であることが更に好ましい。
重合体Bを含む粒子の割合が上記下限以上であれば、得られる電極のピール強度を高めることができる。
一方、重合体Bを含む粒子の割合が上記上限以下であれば、二次電池の内部抵抗を効果的に低減することができる。
なお、重合体Aを含む粒子と重合体Bを含む粒子との合計に対する重合体Bを含む粒子の割合(={重合体Bを含む粒子/(重合体Aを含む粒子+重合体Bを含む粒子)}×100%)は、1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、20質量%以上であることが更に好ましく、50質量%以下であることが好ましく、35質量%以下であることがより好ましく、30質量%以下であることが更に好ましい。
重合体Bを含む粒子の割合が上記下限以上であれば、得られる電極のピール強度を高めることができる。
一方、重合体Bを含む粒子の割合が上記上限以下であれば、二次電池の内部抵抗を効果的に低減することができる。
[粒子状重合体の調製方法]
上述した重合体を含む粒子状重合体は、例えば、溶液重合法、懸濁重合法、塊状重合法、乳化重合法等の既知の重合様式に従って重合できる。
重合反応としては、イオン重合、ラジカル重合、リビングラジカル重合等の付加重合を用いることができる。
上述した重合体を含む粒子状重合体は、例えば、溶液重合法、懸濁重合法、塊状重合法、乳化重合法等の既知の重合様式に従って重合できる。
重合反応としては、イオン重合、ラジカル重合、リビングラジカル重合等の付加重合を用いることができる。
なお、重合反応に際しては、最大押し込み荷重や弾性回復量を好ましい範囲に調整できることから、分子量調整剤(連鎖移動剤)を使用してもよい。また、乳化剤、分散剤、重合開始剤、重合助剤等の一般に用いられる添加剤も使用できる。これらの添加剤の使用量や添加のタイミングは、得られる重合体の性状に合わせて適宜調整することができる。
<その他の成分>
本発明のバインダー組成物は、本発明の目的を損なわない範囲において、上記成分以外の成分(その他の成分)を含んでもよい。その他の成分としては、例えば、酸化防止剤、消泡剤、分散剤等が挙げられる。
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、本発明の目的を損なわない範囲において、上記成分以外の成分(その他の成分)を含んでもよい。その他の成分としては、例えば、酸化防止剤、消泡剤、分散剤等が挙げられる。
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。
<バインダー組成物の性状>
バインダー組成物は、最大押し込み荷重が、100nN以上であることが必要であり、130nN以上であることが好ましく、200nN以上であることがより好ましく、800nN以下であることが好ましく、700nN以下であることがより好ましく、500nN以下であることが更に好ましい。
バインダー組成物の最大押し込み荷重が上記下限以上であれば、二次電池の不具合をより効果的に抑制できる。
一方、バインダー組成物の最大押し込み荷重が上記上限以下であれば、電極の耐粉落ち性を向上できる。
バインダー組成物は、最大押し込み荷重が、100nN以上であることが必要であり、130nN以上であることが好ましく、200nN以上であることがより好ましく、800nN以下であることが好ましく、700nN以下であることがより好ましく、500nN以下であることが更に好ましい。
バインダー組成物の最大押し込み荷重が上記下限以上であれば、二次電池の不具合をより効果的に抑制できる。
一方、バインダー組成物の最大押し込み荷重が上記上限以下であれば、電極の耐粉落ち性を向上できる。
また、バインダー組成物は、弾性回復量が、120nm以上200nm以下であることが必要であり、150nm以上であることが好ましく、195nm以下であることが好ましく、190nm以下であることがより好ましい。
バインダー組成物の弾性回復量が上記下限以上であれば、電極合材層の注液性を向上させることができる
一方、バインダー組成物の弾性回復量が上記上限以下であれば、得られる電極の柔軟性を向上できる。
バインダー組成物の弾性回復量が上記下限以上であれば、電極合材層の注液性を向上させることができる
一方、バインダー組成物の弾性回復量が上記上限以下であれば、得られる電極の柔軟性を向上できる。
なお、バインダー組成物の最大押し込み荷重及び弾性回復量の値は、例えば、粒子状重合体の組成及び調製条件(分子量調整剤や重合開始剤の使用量等)を変更することにより調整することができる。
<バインダー組成物の調製方法>
本発明のバインダー組成物は、特に限定されることなく、粒子状重合体と、任意に用いられるその他の成分等とを水の存在下で混合して調製できる。なお、粒子状重合体の水分散液を用いてバインダー組成物を調製する場合には、分散液が含有している水をそのままバインダー組成物の分散媒として利用してもよい。
本発明のバインダー組成物は、特に限定されることなく、粒子状重合体と、任意に用いられるその他の成分等とを水の存在下で混合して調製できる。なお、粒子状重合体の水分散液を用いてバインダー組成物を調製する場合には、分散液が含有している水をそのままバインダー組成物の分散媒として利用してもよい。
(非水系二次電池電極用スラリー組成物)
本発明の非水系二次電池電極用スラリー組成物は、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、上述した本発明の非水系二次電池電極用バインダー組成物とを含み、任意にその他の成分を更に含む。即ち、本発明の非水系二次電池電極用スラリー組成物は、通常、電極活物質と、上述した粒子状重合体と、分散媒としての水とを含有し、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、二次電池の不具合を効果的に抑制し、柔軟性に優れる電極を形成できる。
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。
本発明の非水系二次電池電極用スラリー組成物は、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、上述した本発明の非水系二次電池電極用バインダー組成物とを含み、任意にその他の成分を更に含む。即ち、本発明の非水系二次電池電極用スラリー組成物は、通常、電極活物質と、上述した粒子状重合体と、分散媒としての水とを含有し、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、二次電池の不具合を効果的に抑制し、柔軟性に優れる電極を形成できる。
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、リチウムを吸蔵及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、及びこれらを組み合わせた負極活物質等が挙げられる。
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、リチウムを吸蔵及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、及びこれらを組み合わせた負極活物質等が挙げられる。
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、易黒鉛性炭素及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等が挙げられる。
ここで、易黒鉛性炭素としては、例えば、石油又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等が挙げられる。
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)、ハードカーボン等が挙げられる。
ここで、易黒鉛性炭素としては、例えば、石油又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等が挙げられる。
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)、ハードカーボン等が挙げられる。
更に、黒鉛質材料としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛等が挙げられる。
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等が挙げられる。
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等が挙げられる。
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等)及びその合金、並びに、それらの酸化物、硫化物、窒化物、ケイ化物、炭化物、燐化物等が用いられる。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(ケイ素系負極活物質)が好ましい。ケイ素系負極活物質を用いることにより、得られる非水系二次電池の出力特性や容量を向上させることができる。
ケイ素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又は複合化してなるSi含有材料と導電性カーボンとの複合化物等が挙げられる。なお、これらのケイ素系負極活物質は、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、上述した本発明のバインダー組成物を用いることができる。
なお、スラリー組成物中における、上述した所定の粒子状重合体の含有量は、例えば、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、上述した本発明のバインダー組成物を用いることができる。
なお、スラリー組成物中における、上述した所定の粒子状重合体の含有量は、例えば、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>
上述したスラリー組成物は、上記各成分を、既知の混合方法により混合することで調製することができる。このような混合は、例えば、ボールミル、サンドミル、ビーズミル、顔料分散機、らい潰機、超音波分散機、ホモジナイザー、プラネタリーミキサー、フィルミックス等の混合機を用いて行うことができる。
上述したスラリー組成物は、上記各成分を、既知の混合方法により混合することで調製することができる。このような混合は、例えば、ボールミル、サンドミル、ビーズミル、顔料分散機、らい潰機、超音波分散機、ホモジナイザー、プラネタリーミキサー、フィルミックス等の混合機を用いて行うことができる。
(非水系二次電池用電極)
本発明の電極は、上述した本発明のスラリー組成物を用いて形成された電極合材層を備えるものであり、通常は、集電体と、集電体上に形成された電極合材層とを有している。そして、電極合材層は、通常、本発明のスラリー組成物を乾燥してなる層であり、少なくとも、電極活物質と、上記粒子状重合体に由来する重合体とを含有し、任意にその他の成分を含有する。なお、電極合材層中において、上述した粒子状重合体に由来する重合体は、粒子形状であってもよいし(即ち、粒子状重合体のまま電極合材層に含まれていてもよいし)、その他の任意の形状であってもよい。
本発明の電極は、上述した本発明のスラリー組成物を用いて形成された電極合材層を備えるものであり、通常は、集電体と、集電体上に形成された電極合材層とを有している。そして、電極合材層は、通常、本発明のスラリー組成物を乾燥してなる層であり、少なくとも、電極活物質と、上記粒子状重合体に由来する重合体とを含有し、任意にその他の成分を含有する。なお、電極合材層中において、上述した粒子状重合体に由来する重合体は、粒子形状であってもよいし(即ち、粒子状重合体のまま電極合材層に含まれていてもよいし)、その他の任意の形状であってもよい。
そして、本発明の電極は、本発明のスラリー組成物を使用して作製されているため、二次電池の不具合を効果的に抑制し、柔軟性に優れる。
<電極の形成方法>
本発明の電極は、例えば、(1)スラリー組成物を集電体上に塗布する工程(塗布工程)、(2)集電体上に塗布されたスラリー組成物を乾燥させてスラリー乾燥物を形成する工程(乾燥工程)、(3)集電体上のスラリー乾燥物をプレスする工程(プレス工程)を経て製造することができる。
本発明の電極は、例えば、(1)スラリー組成物を集電体上に塗布する工程(塗布工程)、(2)集電体上に塗布されたスラリー組成物を乾燥させてスラリー乾燥物を形成する工程(乾燥工程)、(3)集電体上のスラリー乾燥物をプレスする工程(プレス工程)を経て製造することができる。
<<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、ハケ塗り法等を用いることができる。塗布の際、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、得られる電極合材層の厚みに応じて適宜に設定し得る。
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、ハケ塗り法等を用いることができる。塗布の際、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、得られる電極合材層の厚みに応じて適宜に設定し得る。
<<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、電子線等の照射による乾燥法が挙げられる。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、集電体上にスラリー乾燥物を形成する。
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、電子線等の照射による乾燥法が挙げられる。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、集電体上にスラリー乾燥物を形成する。
<<プレス工程>>
集電体上のスラリー乾燥物をプレスする方法としては、特に限定されず、既知のプレス装置を用いて行うことができる。なかでも、スラリー乾燥物を高速で効率良くプレスする観点からは、プレスロールによるプレス(ロールプレス)が好ましい。プレス工程を経ることにより、電極合材層の密度を高めるとともに、電極合材層と集電体との密着性を向上させることができる。
集電体上のスラリー乾燥物をプレスする方法としては、特に限定されず、既知のプレス装置を用いて行うことができる。なかでも、スラリー乾燥物を高速で効率良くプレスする観点からは、プレスロールによるプレス(ロールプレス)が好ましい。プレス工程を経ることにより、電極合材層の密度を高めるとともに、電極合材層と集電体との密着性を向上させることができる。
(非水系二次電池)
本発明の非水系二次電池は、本発明の非水系二次電池用電極を備えるものである。より具体的には、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、正極及び負極の少なくとも一方、好ましくは負極として本発明の非水系二次電池用電極を用いたものである。そして、本発明の非水系二次電池は、本発明の非水系二次電池用電極を備えているので、不具合が効果的に抑制され、柔軟性に優れる。
また、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、本発明の非水系二次電池用電極を備えるものである。より具体的には、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、正極及び負極の少なくとも一方、好ましくは負極として本発明の非水系二次電池用電極を用いたものである。そして、本発明の非水系二次電池は、本発明の非水系二次電池用電極を備えているので、不具合が効果的に抑制され、柔軟性に優れる。
また、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、正極及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及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、正極及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及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等が挙げられる。なかでも、溶媒に溶けやすく高い解離度を示すので、LiPF6、LiClO4、CF3SO3Liが好ましい。なお、電解質は1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を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等が挙げられる。なかでも、溶媒に溶けやすく高い解離度を示すので、LiPF6、LiClO4、CF3SO3Liが好ましい。なお、電解質は1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を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;等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。
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等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等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、折る等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。なお、正極及び負極の少なくとも一方を、本発明の非水系二次電池用電極とする。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、リード板等を設けてもよい。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、扁平型等、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、折る等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。なお、正極及び負極の少なくとも一方を、本発明の非水系二次電池用電極とする。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、リード板等を設けてもよい。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、扁平型等、何れであってもよい。
以下、本発明を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「%」及び「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、実施例及び比較例において、各種評価及び測定は、以下のようにして実施した。
なお、以下の説明において、量を表す「%」及び「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、実施例及び比較例において、各種評価及び測定は、以下のようにして実施した。
<バインダーフィルムの最大押し込み荷重及び弾性回復量>
測定試料(重合体の水分散液又はバインダー組成物)を、シャーレへ固形分4.0gとなるように滴下した。次いで、22~25℃の環境下で24時間乾燥させ、さらに140℃で10時間乾燥させて膜厚500μmのバインダーフィルムを得た。その後、得られたバインダーフィルムについて、微小圧縮試験機(株式会社島津製作所製、「MCT-W500」)を用いてナノインデンテーション試験を行った。0.001Pa(絶対圧)以下、23℃の測定条件にて、球形圧子(先端半径:10μm)をバインダーフィルムの表面に当接させ、当該圧子を用いてバインダーフィルムの表面を膜厚方向に300nmの深さまで押し込み、その後除荷した。バインダーフィルムの表面と圧子が接した点を変位の0として、横軸に圧入深さ、縦軸に押し込み荷重をプロットした荷重変位曲線を作成した。そして、最大深さである300nmまで押し込んだ際の荷重を最大押し込み荷重として読み取った。また、最大押し込み時の深さ(300nm)から除荷時に押し込み荷重が0となった深さの差を弾性回復量として読み取った。
測定試料(重合体の水分散液又はバインダー組成物)を、シャーレへ固形分4.0gとなるように滴下した。次いで、22~25℃の環境下で24時間乾燥させ、さらに140℃で10時間乾燥させて膜厚500μmのバインダーフィルムを得た。その後、得られたバインダーフィルムについて、微小圧縮試験機(株式会社島津製作所製、「MCT-W500」)を用いてナノインデンテーション試験を行った。0.001Pa(絶対圧)以下、23℃の測定条件にて、球形圧子(先端半径:10μm)をバインダーフィルムの表面に当接させ、当該圧子を用いてバインダーフィルムの表面を膜厚方向に300nmの深さまで押し込み、その後除荷した。バインダーフィルムの表面と圧子が接した点を変位の0として、横軸に圧入深さ、縦軸に押し込み荷重をプロットした荷重変位曲線を作成した。そして、最大深さである300nmまで押し込んだ際の荷重を最大押し込み荷重として読み取った。また、最大押し込み時の深さ(300nm)から除荷時に押し込み荷重が0となった深さの差を弾性回復量として読み取った。
<レーザー回折散乱法により測定された体積平均粒子径Da>
レーザー回折散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置(島津製作所社製、製品名「SALD-2300」)を用いて、JIS Z8825に準拠して、測定試料の粒度分布(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Daとした。
なお、測定試料としては、固形分濃度0.1質量%に調整した重合体の水分散液及び固形分濃度0.1質量%に調整したバインダー組成物を用いた。
レーザー回折散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置(島津製作所社製、製品名「SALD-2300」)を用いて、JIS Z8825に準拠して、測定試料の粒度分布(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Daとした。
なお、測定試料としては、固形分濃度0.1質量%に調整した重合体の水分散液及び固形分濃度0.1質量%に調整したバインダー組成物を用いた。
<動的光散乱法により測定された平均粒子径Db>
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「FPAR-1000」)を用いて、測定試料の粒度分布を測定し、測定された粒度分布において、小径側から計算した光散乱強度の累積度数が50%となる粒子径(D50)を平均粒子径Dbとした。なお、測定試料としては、イオン交換水を用いて固形分濃度0.005質量%に調整した重合体の水分散液及びイオン交換水を用いて固形分濃度0.005に調整したバインダー組成物を用いた。また、動的光散乱法の測定条件は、以下の通りである。
分散媒:水
測定温度:25℃
測定濃度(固形分):0.005質量%
散乱角度:160°
光源レーザー波長:632.8nm
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「FPAR-1000」)を用いて、測定試料の粒度分布を測定し、測定された粒度分布において、小径側から計算した光散乱強度の累積度数が50%となる粒子径(D50)を平均粒子径Dbとした。なお、測定試料としては、イオン交換水を用いて固形分濃度0.005質量%に調整した重合体の水分散液及びイオン交換水を用いて固形分濃度0.005に調整したバインダー組成物を用いた。また、動的光散乱法の測定条件は、以下の通りである。
分散媒:水
測定温度:25℃
測定濃度(固形分):0.005質量%
散乱角度:160°
光源レーザー波長:632.8nm
<ガラス転移点>
測定対象の重合体の水分散液を乾固させ、測定試料を準備した。
次に、示差熱分析測定装置(エスアイアイ・ナノテクノロジー社製、製品名「EXSTAR DSC6220」)を用い、測定試料10mgをアルミパンに計量し、リファレンスとして空のアルミパンを用い、温度範囲-100℃~100℃、昇温速度10℃/分の測定条件で、JIS K7121に準拠して測定を実施し、示差走査熱量分析(DSC)曲線を得た。この昇温過程で、微分信号(DDSC)が0.05mW/分/mg以上となるDSC曲線の吸熱ピークが出る直前のベースラインと、吸熱ピーク後に最初に現れる変曲点でのDSC曲線の接線との交点から、ガラス転移点を求めた。
測定対象の重合体の水分散液を乾固させ、測定試料を準備した。
次に、示差熱分析測定装置(エスアイアイ・ナノテクノロジー社製、製品名「EXSTAR DSC6220」)を用い、測定試料10mgをアルミパンに計量し、リファレンスとして空のアルミパンを用い、温度範囲-100℃~100℃、昇温速度10℃/分の測定条件で、JIS K7121に準拠して測定を実施し、示差走査熱量分析(DSC)曲線を得た。この昇温過程で、微分信号(DDSC)が0.05mW/分/mg以上となるDSC曲線の吸熱ピークが出る直前のベースラインと、吸熱ピーク後に最初に現れる変曲点でのDSC曲線の接線との交点から、ガラス転移点を求めた。
<電解液膨潤度>
まず、測定試料(重合体の水分散液又はバインダー組成物)を、湿度50%、温度23~25℃の環境下で乾燥させて厚み1±0.3mmに成膜し、その後、温度60℃の真空乾燥機で10時間乾燥させてフィルムを得た。次いで、このフィルムを裁断して約1gを精秤した。得られたフィルム片の質量をW0とする。このフィルム片を、温度60℃の環境下で、電解液としての濃度1.0MのLiPF6溶液(溶媒は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、添加剤としてビニレンカーボネート2質量%、フルオロエチレンカーボネート2質量%含有)に3日間浸漬し、膨潤させた。その後、フィルム片を引き上げ、表面の電解液をキムワイプで拭いた後、質量を測定した。膨潤後のフィルム片の質量をW1とする。そして、下記式を用いて電解液膨潤度を算出した。
電解液膨潤度(質量%)=(W1/W0)×100
まず、測定試料(重合体の水分散液又はバインダー組成物)を、湿度50%、温度23~25℃の環境下で乾燥させて厚み1±0.3mmに成膜し、その後、温度60℃の真空乾燥機で10時間乾燥させてフィルムを得た。次いで、このフィルムを裁断して約1gを精秤した。得られたフィルム片の質量をW0とする。このフィルム片を、温度60℃の環境下で、電解液としての濃度1.0MのLiPF6溶液(溶媒は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、添加剤としてビニレンカーボネート2質量%、フルオロエチレンカーボネート2質量%含有)に3日間浸漬し、膨潤させた。その後、フィルム片を引き上げ、表面の電解液をキムワイプで拭いた後、質量を測定した。膨潤後のフィルム片の質量をW1とする。そして、下記式を用いて電解液膨潤度を算出した。
電解液膨潤度(質量%)=(W1/W0)×100
<負極の柔軟性>
実施例及び比較例において作製した負極をそれぞれ、幅1cm×長さ8cmの矩形に切り、試験片を得た。次いで、直径が異なる複数の金属棒を準備し、試験片の銅箔が金属棒側になるように、各金属棒に試験片を巻き付けた。巻き付けられた試験片において、試験片の合材層の割れを目視で確認した。より小さい直径の金属棒で割れが無いほど、柔軟性が優れていることを示す。
A:金属棒の直径が、4.0mmで割れ無し
B:金属棒の直径が、5.0mmで割れ無し、4.0mmで割れ有り
C:金属棒の直径が、5.0mmで割れ有り
実施例及び比較例において作製した負極をそれぞれ、幅1cm×長さ8cmの矩形に切り、試験片を得た。次いで、直径が異なる複数の金属棒を準備し、試験片の銅箔が金属棒側になるように、各金属棒に試験片を巻き付けた。巻き付けられた試験片において、試験片の合材層の割れを目視で確認した。より小さい直径の金属棒で割れが無いほど、柔軟性が優れていることを示す。
A:金属棒の直径が、4.0mmで割れ無し
B:金属棒の直径が、5.0mmで割れ無し、4.0mmで割れ有り
C:金属棒の直径が、5.0mmで割れ有り
<二次電池の不具合の抑制>
製造したリチウムイオン二次電池を、温度-10℃の環境下、1Cの定電流で充電深度(SOC)100%まで満充電した。また、満充電した二次電池を解体して負極を取り出し、負極が有する負極合材層の表面状態を観察した。そして、負極合材層の表面に析出したリチウムの面積を測定し、負極上へのリチウム析出率=(析出したリチウムの面積/負極合材層の表面の面積)×100(%)を算出した。そして、以下の基準で評価した。リチウム析出率が低いほど、二次電池の不具合が効果的に抑制されていることを示す。
A:リチウム析出率が10%未満
B:リチウム析出率が10%以上20%未満
C:リチウム析出率が20%以上
製造したリチウムイオン二次電池を、温度-10℃の環境下、1Cの定電流で充電深度(SOC)100%まで満充電した。また、満充電した二次電池を解体して負極を取り出し、負極が有する負極合材層の表面状態を観察した。そして、負極合材層の表面に析出したリチウムの面積を測定し、負極上へのリチウム析出率=(析出したリチウムの面積/負極合材層の表面の面積)×100(%)を算出した。そして、以下の基準で評価した。リチウム析出率が低いほど、二次電池の不具合が効果的に抑制されていることを示す。
A:リチウム析出率が10%未満
B:リチウム析出率が10%以上20%未満
C:リチウム析出率が20%以上
<負極合材層の注液性>
実施例及び比較例において作製した負極合材層を、真空乾燥機ゲージ圧-0.09MPa以下、60℃、10時間真空乾燥した。
次いで、ドライルーム(露点-50℃以下)において、試験用負極の負極合材層の表面に、濃度1.0MのLiPF6含有電解液(溶媒:エチレンカーボネート/エチルメチルカーボネート=3/7(質量比)の混合溶媒、添加剤:ビニレンカーボネート2体積%(溶媒比))をピペッターで10μL滴下し、φ10mmのプラスチック製の透明半球型カバーを滴下した電解液(液滴)上に置いた。次いで、目視にて、負極合材層上から電解液が消失するまでに要する時間(消失時間)を測定し、以下の基準で負極合材層の注液性を評価した。より短時間で消失するほど、注液性に優れることを示す。
A:消失時間:0秒以上60秒未満
B:消失時間:60秒以上120秒未満
C:消失時間:120秒以上180秒未満
D:消失時間:180秒以上
実施例及び比較例において作製した負極合材層を、真空乾燥機ゲージ圧-0.09MPa以下、60℃、10時間真空乾燥した。
次いで、ドライルーム(露点-50℃以下)において、試験用負極の負極合材層の表面に、濃度1.0MのLiPF6含有電解液(溶媒:エチレンカーボネート/エチルメチルカーボネート=3/7(質量比)の混合溶媒、添加剤:ビニレンカーボネート2体積%(溶媒比))をピペッターで10μL滴下し、φ10mmのプラスチック製の透明半球型カバーを滴下した電解液(液滴)上に置いた。次いで、目視にて、負極合材層上から電解液が消失するまでに要する時間(消失時間)を測定し、以下の基準で負極合材層の注液性を評価した。より短時間で消失するほど、注液性に優れることを示す。
A:消失時間:0秒以上60秒未満
B:消失時間:60秒以上120秒未満
C:消失時間:120秒以上180秒未満
D:消失時間:180秒以上
<負極の耐粉落ち性>
実施例及び比較例において作製した負極を5cm×5cmにカットし、得られた試験片の重量W1を電子天秤(小数点5桁)で測定した。次いで、1mm幅のクロスカット治具(JIS K5400に準拠した治具)と幅9mmのカッターを用いて、試験片の銅箔(集電体)側を表にし、塗布方向(負極合材層を形成する際の負極合材層スラリーを塗布した方向)と平行の向きに、試験片を銅箔側から11か所カット(スリット加工)した。なお、カッターは、使用前に、刃を折り新しくした。そして、試験片の両面を、ブラシを用いて脱離した粉が落ちるように軽くブラッシングした後、試験片の重量W2を電子天秤(小数点5桁)で測定した。
得られたW1とW2から粉落ち率=(W1-W2)/W1×100(%)を算出し、下記基準で評価した。粉落ち率の値が小さいほど、耐粉落ち性に優れることを示す。
A:粉落ち率が、0.15%未満
B:粉落ち率が、0.15%以上0.25%未満
C:粉落ち率が、0.25%以上
実施例及び比較例において作製した負極を5cm×5cmにカットし、得られた試験片の重量W1を電子天秤(小数点5桁)で測定した。次いで、1mm幅のクロスカット治具(JIS K5400に準拠した治具)と幅9mmのカッターを用いて、試験片の銅箔(集電体)側を表にし、塗布方向(負極合材層を形成する際の負極合材層スラリーを塗布した方向)と平行の向きに、試験片を銅箔側から11か所カット(スリット加工)した。なお、カッターは、使用前に、刃を折り新しくした。そして、試験片の両面を、ブラシを用いて脱離した粉が落ちるように軽くブラッシングした後、試験片の重量W2を電子天秤(小数点5桁)で測定した。
得られたW1とW2から粉落ち率=(W1-W2)/W1×100(%)を算出し、下記基準で評価した。粉落ち率の値が小さいほど、耐粉落ち性に優れることを示す。
A:粉落ち率が、0.15%未満
B:粉落ち率が、0.15%以上0.25%未満
C:粉落ち率が、0.25%以上
<ピール強度>
実施例及び比較例において作製した負極をそのまま、長さ100mm、幅10mmの長方形に切り出して試験片とした。
得られた試験片を、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に規定されるセロハンテープを用いた。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150mm/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、その平均値を求めてピール強度とし、以下の基準に従い評価した。ピール強度が大きいほど、負極合材層の集電体への結着力が大きいこと、すなわち、密着強度が大きいことを示す。
A:ピール強度が8N/m以上
B:ピール強度が7N/m以上8N/m未満
C:ピール強度が7N/m未満
実施例及び比較例において作製した負極をそのまま、長さ100mm、幅10mmの長方形に切り出して試験片とした。
得られた試験片を、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に規定されるセロハンテープを用いた。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150mm/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、その平均値を求めてピール強度とし、以下の基準に従い評価した。ピール強度が大きいほど、負極合材層の集電体への結着力が大きいこと、すなわち、密着強度が大きいことを示す。
A:ピール強度が8N/m以上
B:ピール強度が7N/m以上8N/m未満
C:ピール強度が7N/m未満
<二次電池のサイクル特性>
実施例及び比較例において作製した二次電池を用いて、サイクル特性を評価した。
具体的には、まず、二次電池を、温度25℃で、6時間静置した。次いで、温度25℃の環境下で、0.1Cの定電流法によって、100分間充電した。次いで、温度60℃の環境下で、12時間エージング処理を行った。次いで、25℃の環境下で、0.5Cの定電流法によって、セル電圧4.20Vまで充電し、セル電圧2.75Vまで放電する充放電の操作を行い、初期容量C0を測定した。この充放電を更に繰り返し、100サイクル後の容量C1を測定した。そして、下記計算式に従って容量保持率C2を算出した。
C2(%)=(C1/C0)×100
そして、下記の基準に従ってサイクル特性を評価した。なお、容量保持率C2の値が大きいほど、サイクル特性に優れることを示す。
A:容量保持率C2が92%以上
B:容量保持率C2が87%以上92%未満
C:容量保持率C2が87%未満
実施例及び比較例において作製した二次電池を用いて、サイクル特性を評価した。
具体的には、まず、二次電池を、温度25℃で、6時間静置した。次いで、温度25℃の環境下で、0.1Cの定電流法によって、100分間充電した。次いで、温度60℃の環境下で、12時間エージング処理を行った。次いで、25℃の環境下で、0.5Cの定電流法によって、セル電圧4.20Vまで充電し、セル電圧2.75Vまで放電する充放電の操作を行い、初期容量C0を測定した。この充放電を更に繰り返し、100サイクル後の容量C1を測定した。そして、下記計算式に従って容量保持率C2を算出した。
C2(%)=(C1/C0)×100
そして、下記の基準に従ってサイクル特性を評価した。なお、容量保持率C2の値が大きいほど、サイクル特性に優れることを示す。
A:容量保持率C2が92%以上
B:容量保持率C2が87%以上92%未満
C:容量保持率C2が87%未満
(実施例1)
<バインダー組成物の調製>
[重合体Aを含む粒子の作製]
撹拌機付き5MPa耐圧容器Aに、芳香族ビニル単量体としてのスチレン2.1部と、共役ジエン単量体としての1,3-ブタジエン3.3部と、カルボン酸基含有単量体としてのメタクリル酸0.1部と、乳化剤としてのドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム塩0.23部と、イオン交換水15部と、重合開始剤としての過硫酸カリウム0.02部と、を入れて混合物Aを得た。得られた混合物Aを十分に撹拌した後、57℃に加温して重合を開始させて5時間反応させ、その後70℃とし、さらに4時間反応させてシード粒子を得た。
別途、撹拌機付き5MPa耐圧容器Bに、芳香族ビニル単量体としてのスチレン46.6部と、共役ジエン単量体としての1,3-ブタジエン29.0部と、カルボン酸基含有単量体としてのアクリル酸14.2部と、アミド基含有単量体としてのアクリルアミド4.7部と、分子量調整剤としてのtert-ドデシルメルカプタン0.5部と、乳化剤としてのラウリル硫酸ナトリウム0.20部と、イオン交換水44部とを加えて混合物Bを得た。
シード粒子を得た後の耐圧容器Aの内容物の温度を75℃に加温し、耐圧容器Aに混合物Bを5時間かけて添加した。これと同時に、重合開始剤としての過硫酸カリウム0.48部の耐熱容器Aへの添加を開始することで重合を開始した。
即ち、単量体組成物全体としては、スチレン48.7部、1,3-ブタジエン32.3部、アクリル酸14.2部、アクリルアミド4.7部、メタクリル酸0.1部となる。
重合開始から5時間後、これら単量体組成物を含む混合物の全量添加が完了し、その後、さらに重合開始剤としての過硫酸カリウム0.5部を添加した。その後90℃に加温して4時間反応させた。
重合転化率が97%になった時点で冷却し反応を停止した。この重合物を含む混合物に、5%水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pH8に調整した。その後、加熱減圧蒸留によって未反応単量体の除去を行った。さらにその後冷却し、重合体Aを含む水分散液を得た。
得られた水分散液を用いて、各種測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
<バインダー組成物の調製>
[重合体Aを含む粒子の作製]
撹拌機付き5MPa耐圧容器Aに、芳香族ビニル単量体としてのスチレン2.1部と、共役ジエン単量体としての1,3-ブタジエン3.3部と、カルボン酸基含有単量体としてのメタクリル酸0.1部と、乳化剤としてのドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム塩0.23部と、イオン交換水15部と、重合開始剤としての過硫酸カリウム0.02部と、を入れて混合物Aを得た。得られた混合物Aを十分に撹拌した後、57℃に加温して重合を開始させて5時間反応させ、その後70℃とし、さらに4時間反応させてシード粒子を得た。
別途、撹拌機付き5MPa耐圧容器Bに、芳香族ビニル単量体としてのスチレン46.6部と、共役ジエン単量体としての1,3-ブタジエン29.0部と、カルボン酸基含有単量体としてのアクリル酸14.2部と、アミド基含有単量体としてのアクリルアミド4.7部と、分子量調整剤としてのtert-ドデシルメルカプタン0.5部と、乳化剤としてのラウリル硫酸ナトリウム0.20部と、イオン交換水44部とを加えて混合物Bを得た。
シード粒子を得た後の耐圧容器Aの内容物の温度を75℃に加温し、耐圧容器Aに混合物Bを5時間かけて添加した。これと同時に、重合開始剤としての過硫酸カリウム0.48部の耐熱容器Aへの添加を開始することで重合を開始した。
即ち、単量体組成物全体としては、スチレン48.7部、1,3-ブタジエン32.3部、アクリル酸14.2部、アクリルアミド4.7部、メタクリル酸0.1部となる。
重合開始から5時間後、これら単量体組成物を含む混合物の全量添加が完了し、その後、さらに重合開始剤としての過硫酸カリウム0.5部を添加した。その後90℃に加温して4時間反応させた。
重合転化率が97%になった時点で冷却し反応を停止した。この重合物を含む混合物に、5%水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pH8に調整した。その後、加熱減圧蒸留によって未反応単量体の除去を行った。さらにその後冷却し、重合体Aを含む水分散液を得た。
得られた水分散液を用いて、各種測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
[重合体Bを含む粒子の作製]
まず、一段階目の重合では、撹拌機付き5MPa耐圧容器に、コア部形成用として、芳香族ビニル単量体としてのスチレン25.0部、共役ジエン単量体としての1,3-ブタジエン72.0部、イオン交換水100.0部、乳化剤としてのドデシルベンゼンスルホン酸0.7部、連鎖移動剤(分子量調整剤)としてのα-メチルスチレンダイマー0.1部及び重合開始剤としての過硫酸カリウム0.3部を入れ、十分に撹拌した。その後、60℃に加温して重合を開始した。重合転化率が96%になるまで重合を継続させた。
次いで、二段階目の重合では、同じ耐圧容器に、撹拌下で、シェル部形成用として、カルボン酸基含有単量体としてのメタクリル酸3.0部及びイオン交換水37.0部を連続添加して重合を継続した。この水分散液を70℃に加温し、重合転化率が97%になった時点で、冷却して反応を停止して、コア部の外表面にシェル部としての重合体を形成させ、コアシェル構造を有する重合体粒子を含む混合物を得た。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。この重合体粒子を含む混合物に、5%水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pH7に調整して、重合体Bを含む水分散液を得た。
得られた水分散液を用いて、各種測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
まず、一段階目の重合では、撹拌機付き5MPa耐圧容器に、コア部形成用として、芳香族ビニル単量体としてのスチレン25.0部、共役ジエン単量体としての1,3-ブタジエン72.0部、イオン交換水100.0部、乳化剤としてのドデシルベンゼンスルホン酸0.7部、連鎖移動剤(分子量調整剤)としてのα-メチルスチレンダイマー0.1部及び重合開始剤としての過硫酸カリウム0.3部を入れ、十分に撹拌した。その後、60℃に加温して重合を開始した。重合転化率が96%になるまで重合を継続させた。
次いで、二段階目の重合では、同じ耐圧容器に、撹拌下で、シェル部形成用として、カルボン酸基含有単量体としてのメタクリル酸3.0部及びイオン交換水37.0部を連続添加して重合を継続した。この水分散液を70℃に加温し、重合転化率が97%になった時点で、冷却して反応を停止して、コア部の外表面にシェル部としての重合体を形成させ、コアシェル構造を有する重合体粒子を含む混合物を得た。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。この重合体粒子を含む混合物に、5%水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pH7に調整して、重合体Bを含む水分散液を得た。
得られた水分散液を用いて、各種測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
[バインダー組成物の作製]
重合体Aの水分散液と、重合体Bの水分散液とを、固形分の質量比が9:1(重合体A:重合体B)になるように混合し、バインダー組成物(水分散体)を得た。得られたバインダー組成物を用いて、各種測定及び評価を行った。結果を表2に示す。
重合体Aの水分散液と、重合体Bの水分散液とを、固形分の質量比が9:1(重合体A:重合体B)になるように混合し、バインダー組成物(水分散体)を得た。得られたバインダー組成物を用いて、各種測定及び評価を行った。結果を表2に示す。
<負極用スラリー組成物の調製>
ディスパー付きのプラネタリーミキサーに、炭素系負極活物質としての人造黒鉛87.3部と、ケイ素系負極活物質としてのSiOX9.7部と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロースナトリウム水溶液2.0部(固形分相当量)を加え、イオン交換水で固形分濃度61.5%に調整し、室温下で40分混合した。混合後、イオン交換水で固形分濃度56%、51%と段階的に調整し、さらに上記のようにして得られたバインダー組成物を1.0部(固形分相当量)添加して混合液を得た。得られた混合液を減圧下で脱泡処理して、流動性の良い負極用スラリー組成物を得た。
ディスパー付きのプラネタリーミキサーに、炭素系負極活物質としての人造黒鉛87.3部と、ケイ素系負極活物質としてのSiOX9.7部と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロースナトリウム水溶液2.0部(固形分相当量)を加え、イオン交換水で固形分濃度61.5%に調整し、室温下で40分混合した。混合後、イオン交換水で固形分濃度56%、51%と段階的に調整し、さらに上記のようにして得られたバインダー組成物を1.0部(固形分相当量)添加して混合液を得た。得られた混合液を減圧下で脱泡処理して、流動性の良い負極用スラリー組成物を得た。
<負極の製造>
上述の負極用スラリー組成物を、コンマコーターで、厚み16μmの銅箔(集電体)の上に、塗布量が10mg/cm2になるように塗布した。この負極用スラリー組成物が塗布された銅箔を、0.5m/分の速度で温度75℃のオーブン内を2分間、さらに温度120℃のオーブン内を2分間かけて搬送することにより、銅箔上の負極用スラリー組成物を乾燥させ、負極原反を得た。この負極原反をロールプレスで圧延して、負極合材層の厚みが80μmの負極を得た。
得られた負極について、柔軟性、耐粉落ち性、注液性及びピール強度を評価した。結果を表2に示す。
上述の負極用スラリー組成物を、コンマコーターで、厚み16μmの銅箔(集電体)の上に、塗布量が10mg/cm2になるように塗布した。この負極用スラリー組成物が塗布された銅箔を、0.5m/分の速度で温度75℃のオーブン内を2分間、さらに温度120℃のオーブン内を2分間かけて搬送することにより、銅箔上の負極用スラリー組成物を乾燥させ、負極原反を得た。この負極原反をロールプレスで圧延して、負極合材層の厚みが80μmの負極を得た。
得られた負極について、柔軟性、耐粉落ち性、注液性及びピール強度を評価した。結果を表2に示す。
<正極の製造>
プラネタリーミキサーに、正極活物質としてのニッケルマンガンコバルト酸リチウム:96部、正極合材層用バインダーとしてのPVDF(ポリフッ化ビニリデン)を固形分相当で2部、導電材としてのアセチレンブラック2部、及び、溶媒としてのN-メチルピロリドン20部を加えて混合し、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、厚み16μmのアルミニウム箔(集電体)上に、乾燥後の塗布量が24.5mg/cm2になるように塗布した。この正極用スラリー組成物が塗布されたアルミニウム箔を、0.5m/分の速度で温度60℃のオーブン内を2分間、さらに温度120℃のオーブン内を2分間かけて搬送することにより、アルミニウム箔上の正極用スラリー組成物を乾燥させ、正極原反を得た。この正極原反をロールプレスで圧延して、正極合材層の厚みが70μmの正極を得た。
プラネタリーミキサーに、正極活物質としてのニッケルマンガンコバルト酸リチウム:96部、正極合材層用バインダーとしてのPVDF(ポリフッ化ビニリデン)を固形分相当で2部、導電材としてのアセチレンブラック2部、及び、溶媒としてのN-メチルピロリドン20部を加えて混合し、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、厚み16μmのアルミニウム箔(集電体)上に、乾燥後の塗布量が24.5mg/cm2になるように塗布した。この正極用スラリー組成物が塗布されたアルミニウム箔を、0.5m/分の速度で温度60℃のオーブン内を2分間、さらに温度120℃のオーブン内を2分間かけて搬送することにより、アルミニウム箔上の正極用スラリー組成物を乾燥させ、正極原反を得た。この正極原反をロールプレスで圧延して、正極合材層の厚みが70μmの正極を得た。
<セパレータの用意>
単層のポリプロピレン製セパレータ(幅65mm、長さ500mm、厚み25μm;乾式法により製造;気孔率55%)を用意した。このセパレータを、5cm×5cmの正方形に切り抜いて、下記の二次電池に使用した。
単層のポリプロピレン製セパレータ(幅65mm、長さ500mm、厚み25μm;乾式法により製造;気孔率55%)を用意した。このセパレータを、5cm×5cmの正方形に切り抜いて、下記の二次電池に使用した。
<二次電池の作製>
電池の外装として、アルミニウム包材外装を用意した。上記正極を4cm×4cmの正方形に切り出して、集電体側の表面がアルミニウム包材外装に接するように配置した。次に、正極の正極合材層の面上に、上記正方形のセパレータを配置した。さらに、上記負極を4.2cm×4.2cmの正方形に切り出して、これをセパレータ上に、負極合材層側の表面がセパレータに向かい合うよう配置した。その後、電解液として濃度1.0MのLiPF6溶液(溶媒は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、添加剤としてビニレンカーボネート2質量%、フルオロエチレンカーボネート2質量%含有)を充填した。さらに、アルミニウム包材の開口を密封するために、150℃のヒートシールをしてアルミニウム包材外装を閉口し、ラミネートセル型のリチウムイオン二次電池を製造した。
得られた二次電池について、二次電池の不具合の抑制及びサイクル特性を評価した。結果を表2に示す。
電池の外装として、アルミニウム包材外装を用意した。上記正極を4cm×4cmの正方形に切り出して、集電体側の表面がアルミニウム包材外装に接するように配置した。次に、正極の正極合材層の面上に、上記正方形のセパレータを配置した。さらに、上記負極を4.2cm×4.2cmの正方形に切り出して、これをセパレータ上に、負極合材層側の表面がセパレータに向かい合うよう配置した。その後、電解液として濃度1.0MのLiPF6溶液(溶媒は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、添加剤としてビニレンカーボネート2質量%、フルオロエチレンカーボネート2質量%含有)を充填した。さらに、アルミニウム包材の開口を密封するために、150℃のヒートシールをしてアルミニウム包材外装を閉口し、ラミネートセル型のリチウムイオン二次電池を製造した。
得られた二次電池について、二次電池の不具合の抑制及びサイクル特性を評価した。結果を表2に示す。
(実施例2,3)
バインダー組成物の作製時に、重合体Aの水分散液と、重合体Bの水分散液とを、固形分の質量比(重合体A:重合体B)がそれぞれ7:3(実施例2)及び5:5(実施例3)になるように混合した以外は実施例1と同様にして、バインダー組成物、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータ及び二次電池を作製し、実施例1と同様にして測定及び評価を行った。結果を表1及び2に示す。
バインダー組成物の作製時に、重合体Aの水分散液と、重合体Bの水分散液とを、固形分の質量比(重合体A:重合体B)がそれぞれ7:3(実施例2)及び5:5(実施例3)になるように混合した以外は実施例1と同様にして、バインダー組成物、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータ及び二次電池を作製し、実施例1と同様にして測定及び評価を行った。結果を表1及び2に示す。
(実施例4~6)
重合体Aを含む粒子の作製時に分子量調整剤としてのtert-ドデシルメルカプタンの使用量を0.3部に変更し、さらに、単量体組成物を含む混合物の全量添加が完了した後(即ち、重合開始から5時間後)に過硫酸カリウム0.5部を添加することなく90℃に加温して4時間反応させた以外は実施例1と同様にして、バインダー組成物、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータ及び二次電池を作製し、実施例1と同様にして測定及び評価を行った。結果を表1及び2に示す。
重合体Aを含む粒子の作製時に分子量調整剤としてのtert-ドデシルメルカプタンの使用量を0.3部に変更し、さらに、単量体組成物を含む混合物の全量添加が完了した後(即ち、重合開始から5時間後)に過硫酸カリウム0.5部を添加することなく90℃に加温して4時間反応させた以外は実施例1と同様にして、バインダー組成物、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータ及び二次電池を作製し、実施例1と同様にして測定及び評価を行った。結果を表1及び2に示す。
(実施例7)
以下のようにして調製したバインダー組成物を用いた以外は実施例1と同様にして、バインダー組成物、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータ及び二次電池を作製し、実施例1と同様にして測定及び評価を行った。結果を表1及び2に示す。
以下のようにして調製したバインダー組成物を用いた以外は実施例1と同様にして、バインダー組成物、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータ及び二次電池を作製し、実施例1と同様にして測定及び評価を行った。結果を表1及び2に示す。
<バインダー組成物の調製>
まず、一段階目の重合では、撹拌機付き5MPa耐圧容器に、コア部形成用として、芳香族ビニル単量体としてのスチレン55部、共役ジエン単量体としての1,3-ブタジエン44部、イオン交換水100部、乳化剤としてのドデシルベンゼンスルホン酸0.7部、連鎖移動剤(分子量調整剤)としてのα-メチルスチレンダイマー0.3部及び重合開始剤としての過硫酸カリウム0.5部を入れ、十分に撹拌した。その後、60℃に加温して重合を開始した。重合転化率が96%になるまで重合を継続させた。
次いで、二段階目の重合では、同じ耐圧容器に、撹拌下で、シェル部形成用として、カルボン酸基含有単量体としてのメタクリル酸1部及びイオン交換水37部を連続添加して重合を継続した。この水分散液を70℃に加温し、重合転化率が97%になった時点で、冷却して反応を停止して、コア部の外表面にシェル部としての重合体を形成させ、コアシェル構造を有する重合体粒子を含む混合物を得た。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。この重合体粒子を含む混合物に、5%水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pH7に調整して、重合体(粒子状重合体)を含む水分散液(バインダー組成物)を得た。
まず、一段階目の重合では、撹拌機付き5MPa耐圧容器に、コア部形成用として、芳香族ビニル単量体としてのスチレン55部、共役ジエン単量体としての1,3-ブタジエン44部、イオン交換水100部、乳化剤としてのドデシルベンゼンスルホン酸0.7部、連鎖移動剤(分子量調整剤)としてのα-メチルスチレンダイマー0.3部及び重合開始剤としての過硫酸カリウム0.5部を入れ、十分に撹拌した。その後、60℃に加温して重合を開始した。重合転化率が96%になるまで重合を継続させた。
次いで、二段階目の重合では、同じ耐圧容器に、撹拌下で、シェル部形成用として、カルボン酸基含有単量体としてのメタクリル酸1部及びイオン交換水37部を連続添加して重合を継続した。この水分散液を70℃に加温し、重合転化率が97%になった時点で、冷却して反応を停止して、コア部の外表面にシェル部としての重合体を形成させ、コアシェル構造を有する重合体粒子を含む混合物を得た。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。この重合体粒子を含む混合物に、5%水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pH7に調整して、重合体(粒子状重合体)を含む水分散液(バインダー組成物)を得た。
(実施例8)
以下のようにして調製したバインダー組成物を用いた以外は実施例1と同様にして、バインダー組成物、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータ及び二次電池を作製し、実施例1と同様にして測定及び評価を行った。結果を表1及び2に示す。
以下のようにして調製したバインダー組成物を用いた以外は実施例1と同様にして、バインダー組成物、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータ及び二次電池を作製し、実施例1と同様にして測定及び評価を行った。結果を表1及び2に示す。
<バインダー組成物の調製>
まず、一段階目の重合では、撹拌機付き5MPa耐圧容器に、コア部形成用として、芳香族ビニル単量体としてのスチレン60部、共役ジエン単量体としての1,3-ブタジエン34部、イオン交換水100部、乳化剤としてのドデシルベンゼンスルホン酸0.7部、連鎖移動剤(分子量調整剤)としてのα-メチルスチレンダイマー0.3部及び重合開始剤としての過硫酸カリウム0.5部を入れ、十分に撹拌した。その後、60℃に加温して重合を開始した。重合転化率が96%になるまで重合を継続させた。
次いで、二段階目の重合では、同じ耐圧容器に、撹拌下で、シェル部形成用として、カルボン酸基含有単量体としてのメタクリル酸6部及びイオン交換水37部を連続添加して重合を継続した。この水分散液を70℃に加温し、重合転化率が97%になった時点で、冷却して反応を停止して、コア部の外表面にシェル部としての重合体を形成させ、コアシェル構造を有する重合体粒子を含む混合物を得た。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。この重合体粒子を含む混合物に、5%水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pH7に調整して、重合体(粒子状重合体)を含む水分散液(バインダー組成物)を得た。
まず、一段階目の重合では、撹拌機付き5MPa耐圧容器に、コア部形成用として、芳香族ビニル単量体としてのスチレン60部、共役ジエン単量体としての1,3-ブタジエン34部、イオン交換水100部、乳化剤としてのドデシルベンゼンスルホン酸0.7部、連鎖移動剤(分子量調整剤)としてのα-メチルスチレンダイマー0.3部及び重合開始剤としての過硫酸カリウム0.5部を入れ、十分に撹拌した。その後、60℃に加温して重合を開始した。重合転化率が96%になるまで重合を継続させた。
次いで、二段階目の重合では、同じ耐圧容器に、撹拌下で、シェル部形成用として、カルボン酸基含有単量体としてのメタクリル酸6部及びイオン交換水37部を連続添加して重合を継続した。この水分散液を70℃に加温し、重合転化率が97%になった時点で、冷却して反応を停止して、コア部の外表面にシェル部としての重合体を形成させ、コアシェル構造を有する重合体粒子を含む混合物を得た。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。この重合体粒子を含む混合物に、5%水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pH7に調整して、重合体(粒子状重合体)を含む水分散液(バインダー組成物)を得た。
(実施例9)
以下のようにして作製した重合体Aを含む粒子(重合体Aの水分散液)を用いた以外は実施例1と同様にして、バインダー組成物、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータ及び二次電池を作製し、実施例1と同様にして測定及び評価を行った。結果を表1及び2に示す。
以下のようにして作製した重合体Aを含む粒子(重合体Aの水分散液)を用いた以外は実施例1と同様にして、バインダー組成物、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータ及び二次電池を作製し、実施例1と同様にして測定及び評価を行った。結果を表1及び2に示す。
[重合体Aを含む粒子の作製]
撹拌機付き5MPa耐圧容器Aに、芳香族ビニル単量体としてのスチレン2.1部と、共役ジエン単量体としての1,3-ブタジエン3.3部と、カルボン酸基含有単量体としてのメタクリル酸0.1部と、乳化剤としてのドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム塩0.23部と、イオン交換水15部と、重合開始剤としての過硫酸カリウム0.02部と、を入れて混合物Aを得た。得られた混合物Aを十分に撹拌した後、57℃に加温して重合を開始させて5時間反応させ、その後70℃とし、さらに4時間反応させてシード粒子を得た。
別途、撹拌機付き5MPa耐圧容器Bに、芳香族ビニル単量体としてのスチレン43.2部と、共役ジエン単量体としての1,3-ブタジエン28.1部と、カルボン酸基含有単量体としてのアクリル酸14.2部と、アミド基含有単量体としてのアクリルアミド9.0部と、分子量調整剤としてのtert-ドデシルメルカプタン0.5部と、乳化剤としてのラウリル硫酸ナトリウム0.20部と、イオン交換水44部とを加えて混合物Bを得た。
シード粒子を得た後の耐圧容器Aの内容物の温度を75℃に加温し、耐圧容器Aに混合物Bを5時間かけて添加した。これと同時に、重合開始剤としての過硫酸カリウム0.48部の耐熱容器Aへの添加を開始することで重合を開始した。
即ち、単量体組成物全体としては、スチレン45.3部、1,3-ブタジエン31.4部、アクリル酸14.2部、アクリルアミド9.0部、メタクリル酸0.1部となる。
重合開始から5時間後、これら単量体組成物を含む混合物の全量添加が完了し、その後、さらに重合開始剤としての過硫酸カリウム0.5部を添加した。その後90℃に加温して4時間反応させた。
重合転化率が97%になった時点で冷却し反応を停止した。この重合物を含む混合物に、5%水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pH8に調整した。その後、加熱減圧蒸留によって未反応単量体の除去を行った。さらにその後冷却し、重合体Aを含む水分散液を得た。
撹拌機付き5MPa耐圧容器Aに、芳香族ビニル単量体としてのスチレン2.1部と、共役ジエン単量体としての1,3-ブタジエン3.3部と、カルボン酸基含有単量体としてのメタクリル酸0.1部と、乳化剤としてのドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム塩0.23部と、イオン交換水15部と、重合開始剤としての過硫酸カリウム0.02部と、を入れて混合物Aを得た。得られた混合物Aを十分に撹拌した後、57℃に加温して重合を開始させて5時間反応させ、その後70℃とし、さらに4時間反応させてシード粒子を得た。
別途、撹拌機付き5MPa耐圧容器Bに、芳香族ビニル単量体としてのスチレン43.2部と、共役ジエン単量体としての1,3-ブタジエン28.1部と、カルボン酸基含有単量体としてのアクリル酸14.2部と、アミド基含有単量体としてのアクリルアミド9.0部と、分子量調整剤としてのtert-ドデシルメルカプタン0.5部と、乳化剤としてのラウリル硫酸ナトリウム0.20部と、イオン交換水44部とを加えて混合物Bを得た。
シード粒子を得た後の耐圧容器Aの内容物の温度を75℃に加温し、耐圧容器Aに混合物Bを5時間かけて添加した。これと同時に、重合開始剤としての過硫酸カリウム0.48部の耐熱容器Aへの添加を開始することで重合を開始した。
即ち、単量体組成物全体としては、スチレン45.3部、1,3-ブタジエン31.4部、アクリル酸14.2部、アクリルアミド9.0部、メタクリル酸0.1部となる。
重合開始から5時間後、これら単量体組成物を含む混合物の全量添加が完了し、その後、さらに重合開始剤としての過硫酸カリウム0.5部を添加した。その後90℃に加温して4時間反応させた。
重合転化率が97%になった時点で冷却し反応を停止した。この重合物を含む混合物に、5%水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pH8に調整した。その後、加熱減圧蒸留によって未反応単量体の除去を行った。さらにその後冷却し、重合体Aを含む水分散液を得た。
(比較例1)
重合体Bを含む水分散液を用いることなく、重合体Aを含む水分散液をそのままバインダー組成物として用いた以外は実施例1と同様にして、バインダー組成物、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータ及び二次電池を作製し、実施例1と同様にして測定及び評価を行った。結果を表1及び2に示す。
重合体Bを含む水分散液を用いることなく、重合体Aを含む水分散液をそのままバインダー組成物として用いた以外は実施例1と同様にして、バインダー組成物、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータ及び二次電池を作製し、実施例1と同様にして測定及び評価を行った。結果を表1及び2に示す。
(比較例2)
重合体Bを含む水分散液を用いることなく、重合体Aを含む水分散液をそのままバインダー組成物として用いた以外は実施例4と同様にして、バインダー組成物、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータ及び二次電池を作製し、実施例1と同様にして測定及び評価を行った。結果を表1及び2に示す。
重合体Bを含む水分散液を用いることなく、重合体Aを含む水分散液をそのままバインダー組成物として用いた以外は実施例4と同様にして、バインダー組成物、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータ及び二次電池を作製し、実施例1と同様にして測定及び評価を行った。結果を表1及び2に示す。
(比較例3)
以下のようにして調製したバインダー組成物を用いた以外は実施例1と同様にして、バインダー組成物、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータ及び二次電池を作製し、実施例1と同様にして測定及び評価を行った。結果を表1及び2に示す。
以下のようにして調製したバインダー組成物を用いた以外は実施例1と同様にして、バインダー組成物、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータ及び二次電池を作製し、実施例1と同様にして測定及び評価を行った。結果を表1及び2に示す。
<バインダー組成物の調製>
反応器に、イオン交換水150部、乳化剤としてのドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム4部、芳香族ビニル単量体としてのスチレン65部、カルボン酸基含有単量体としてアクリル酸1.5部及びイタコン酸3.5部、及び、分子量調整剤としてのt-ドデシルメルカプタン0.5部を、この順に投入した。次いで、反応器内部の気体を窒素で3回置換した後、共役ジエン単量体としての1,3-ブタジエン30部を投入した。60℃に保った反応器に、重合開始剤としての過硫酸カリウム0.5部を投入して重合反応を開始し、撹拌しながら重合反応を継続した。重合転化率が96%になった時点で冷却し、重合停止剤としてのハイドロキノン水溶液(濃度10%)0.1部を加えて重合反応を停止した。その後、水温60℃のロータリーエバポレータを用いて残留単量体を除去し、重合体(粒子状重合体)の水分散液を得た。この粒子状重合体を含む混合物に、5%水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pH8に調整してバインダー組成物とした。
反応器に、イオン交換水150部、乳化剤としてのドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム4部、芳香族ビニル単量体としてのスチレン65部、カルボン酸基含有単量体としてアクリル酸1.5部及びイタコン酸3.5部、及び、分子量調整剤としてのt-ドデシルメルカプタン0.5部を、この順に投入した。次いで、反応器内部の気体を窒素で3回置換した後、共役ジエン単量体としての1,3-ブタジエン30部を投入した。60℃に保った反応器に、重合開始剤としての過硫酸カリウム0.5部を投入して重合反応を開始し、撹拌しながら重合反応を継続した。重合転化率が96%になった時点で冷却し、重合停止剤としてのハイドロキノン水溶液(濃度10%)0.1部を加えて重合反応を停止した。その後、水温60℃のロータリーエバポレータを用いて残留単量体を除去し、重合体(粒子状重合体)の水分散液を得た。この粒子状重合体を含む混合物に、5%水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pH8に調整してバインダー組成物とした。
(比較例4)
以下のようにして調製したバインダー組成物を用いた以外は実施例1と同様にして、バインダー組成物、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータ及び二次電池を作製し、実施例1と同様にして測定及び評価を行った。結果を表1及び2に示す。
以下のようにして調製したバインダー組成物を用いた以外は実施例1と同様にして、バインダー組成物、負極用スラリー組成物、負極、正極、セパレータ及び二次電池を作製し、実施例1と同様にして測定及び評価を行った。結果を表1及び2に示す。
<バインダー組成物の調製>
撹拌機付き5MPa耐圧容器Aに、芳香族ビニル単量体としてスチレン1.93部、共役ジエン単量体として1,3-ブタジエン3.08部、カルボン酸基含有単量体としてイタコン酸0.15部、乳化剤としてラウリル硫酸ナトリウム0.2部、イオン交換水20部、及び、重合開始剤として過硫酸カリウム0.03部を入れ、十分に撹拌した後、60℃に加温して重合を開始させ、6時間反応させてシード粒子を得た。
上記の反応後、75℃に加温し、芳香族ビニル単量体としてスチレン27.54部、共役ジエン単量体として1,3-ブタジエン43.86部、カルボン酸基含有単量体としてイタコン酸2.07部、その他の単量体として、アクリロニトリル4.60部、メタクリル酸メチル14.74部、アクリルアミド1.11部、分子量調整剤としてtert-ドデシルメルカプタン0.27部、乳化剤としてラウリル硫酸ナトリウム0.35部を入れた別の容器Bから、これらの混合物の耐圧容器Aへの添加を開始し、これと同時に、重合開始剤として過硫酸カリウム0.97部の耐圧容器Aへの添加を開始することで2段目の重合を開始した。
また、2段目の重合を開始から4時間後(単量体組成物全体のうち70%添加後)、耐圧容器Aにヒドロキシエチルアクリレートを0.92部、1時間半に亘って加えた。
2段目の重合開始から5時間半後、これら単量体組成物を含む混合物の全量添加が完了し、その後、さらに85℃に加温して6時間反応させた。
重合転化率が97%になった時点で冷却し反応を停止して、粒子状重合体を含む混合物を得た。この粒子状重合体を含む混合物に、5%水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pH8に調整した。その後、加熱減圧蒸留によって未反応単量体の除去を行った。さらにその後冷却し、所望の粒子状重合体を含む水分散液(バインダー組成物)を得た。
撹拌機付き5MPa耐圧容器Aに、芳香族ビニル単量体としてスチレン1.93部、共役ジエン単量体として1,3-ブタジエン3.08部、カルボン酸基含有単量体としてイタコン酸0.15部、乳化剤としてラウリル硫酸ナトリウム0.2部、イオン交換水20部、及び、重合開始剤として過硫酸カリウム0.03部を入れ、十分に撹拌した後、60℃に加温して重合を開始させ、6時間反応させてシード粒子を得た。
上記の反応後、75℃に加温し、芳香族ビニル単量体としてスチレン27.54部、共役ジエン単量体として1,3-ブタジエン43.86部、カルボン酸基含有単量体としてイタコン酸2.07部、その他の単量体として、アクリロニトリル4.60部、メタクリル酸メチル14.74部、アクリルアミド1.11部、分子量調整剤としてtert-ドデシルメルカプタン0.27部、乳化剤としてラウリル硫酸ナトリウム0.35部を入れた別の容器Bから、これらの混合物の耐圧容器Aへの添加を開始し、これと同時に、重合開始剤として過硫酸カリウム0.97部の耐圧容器Aへの添加を開始することで2段目の重合を開始した。
また、2段目の重合を開始から4時間後(単量体組成物全体のうち70%添加後)、耐圧容器Aにヒドロキシエチルアクリレートを0.92部、1時間半に亘って加えた。
2段目の重合開始から5時間半後、これら単量体組成物を含む混合物の全量添加が完了し、その後、さらに85℃に加温して6時間反応させた。
重合転化率が97%になった時点で冷却し反応を停止して、粒子状重合体を含む混合物を得た。この粒子状重合体を含む混合物に、5%水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pH8に調整した。その後、加熱減圧蒸留によって未反応単量体の除去を行った。さらにその後冷却し、所望の粒子状重合体を含む水分散液(バインダー組成物)を得た。
表2からも明らかなように、実施例1~9のバインダー組成物は、非水系二次電池の不具合を効果的に抑制し、柔軟性に優れる非水系二次電池用電極を形成できることが分かる。
本発明によれば、非水系二次電池の不具合を効果的に抑制し、柔軟性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を提供できる。
また、本発明によれば、非水系二次電池の不具合を効果的に抑制し、柔軟性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スラリー組成物を提供できる。
また、本発明によれば、非水系二次電池の不具合を効果的に抑制し、柔軟性に優れる非水系二次電池用電極を提供できる。
また、本発明によれば、不具合が効果的に抑制され、柔軟性に優れる非水系二次電池を提供できる。
また、本発明によれば、非水系二次電池の不具合を効果的に抑制し、柔軟性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スラリー組成物を提供できる。
また、本発明によれば、非水系二次電池の不具合を効果的に抑制し、柔軟性に優れる非水系二次電池用電極を提供できる。
また、本発明によれば、不具合が効果的に抑制され、柔軟性に優れる非水系二次電池を提供できる。
Claims (9)
- 粒子状重合体と、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、
前記粒子状重合体は、芳香族ビニル単量体単位及び共役ジエン単量体単位を含有する重合体を含み、
前記非水系二次電池電極用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は、ナノインデンテーション試験を行って、前記バインダーフィルムの表面を圧子で300nmの深さまで押し込んだ際に、最大押し込み荷重が100nN以上であり、弾性回復量が120nm以上200nm以下である、非水系二次電池電極用バインダー組成物。 - 固形分濃度を0.1質量%にしてレーザー回折散乱法により測定した前記粒子状重合体の体積平均粒子径Daと、固形分濃度を0.005質量%にして動的光散乱法により測定した前記粒子状重合体の平均粒子径Dbとの比(Da/Db)が、1.4以上2.0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。
- 前記粒子状重合体は、芳香族ビニル単量体単位及び共役ジエン単量体単位を含有する重合体Aと、芳香族ビニル単量体単位及び共役ジエン単量体単位を含有し、且つ、前記重合体Aとは異なる重合体Bとを含有する、請求項1に記載の非水系二次電池電極用バインダー組成物。
- 前記粒子状重合体は、電解液膨潤度が300質量%以下である、請求項1に記載の非水系二次電池電極用バインダー組成物。
- 前記粒子状重合体に含まれる重合体が、アミド基含有単量体単位を更に含有する、請求項1に記載の非水系二次電池電極用バインダー組成物。
- 電極活物質と、請求項1~5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。
- 前記電極活物質がケイ素系負極活物質を含む、請求項6に記載の非水系二次電池電極用スラリー組成物。
- 集電体と、前記集電体上に位置する電極合材層とを備える非水系二次電池用電極であって、
前記電極合材層が、請求項6に記載の非水系二次電池電極用スラリー組成物により形成された層である、非水系二次電池用電極。 - 正極と、負極と、セパレータと、電解液とを備え、
前記正極及び前記負極の少なくとも一方が、請求項8に記載の非水系二次電池用電極である、非水系二次電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202480034659.0A CN121175823A (zh) | 2023-07-31 | 2024-07-30 | 非水系二次电池电极用黏结剂组合物、非水系二次电池电极用浆料组合物、非水系二次电池用电极以及非水系二次电池 |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2023-125066 | 2023-07-31 | ||
| JP2023125066 | 2023-07-31 | ||
| JP2023213322 | 2023-12-18 | ||
| JP2023-213322 | 2023-12-18 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2025028542A1 true WO2025028542A1 (ja) | 2025-02-06 |
Family
ID=94395053
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2024/027224 Pending WO2025028542A1 (ja) | 2023-07-31 | 2024-07-30 | 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 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN121175823A (ja) |
| WO (1) | WO2025028542A1 (ja) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012204303A (ja) | 2011-03-28 | 2012-10-22 | Nippon Zeon Co Ltd | 二次電池用電極、二次電池電極用バインダー、製造方法及び二次電池 |
| KR101617668B1 (ko) * | 2015-01-19 | 2016-05-10 | 울산과학기술원 | 리튬 이온 전지용 바인더 |
| JP2018107060A (ja) * | 2016-12-28 | 2018-07-05 | 凸版印刷株式会社 | 非水電解質二次電池用負極 |
| WO2023008100A1 (ja) | 2021-07-27 | 2023-02-02 | 日本ゼオン株式会社 | 非水系二次電池負極用バインダー組成物、非水系二次電池負極用スラリー組成物、非水系二次電池用負極、及び非水系二次電池 |
| CN116218426A (zh) * | 2023-01-04 | 2023-06-06 | 山东大学 | 一种聚合物离子液体正极粘结剂及其制备方法与应用 |
-
2024
- 2024-07-30 WO PCT/JP2024/027224 patent/WO2025028542A1/ja active Pending
- 2024-07-30 CN CN202480034659.0A patent/CN121175823A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012204303A (ja) | 2011-03-28 | 2012-10-22 | Nippon Zeon Co Ltd | 二次電池用電極、二次電池電極用バインダー、製造方法及び二次電池 |
| KR101617668B1 (ko) * | 2015-01-19 | 2016-05-10 | 울산과학기술원 | 리튬 이온 전지용 바인더 |
| JP2018107060A (ja) * | 2016-12-28 | 2018-07-05 | 凸版印刷株式会社 | 非水電解質二次電池用負極 |
| WO2023008100A1 (ja) | 2021-07-27 | 2023-02-02 | 日本ゼオン株式会社 | 非水系二次電池負極用バインダー組成物、非水系二次電池負極用スラリー組成物、非水系二次電池用負極、及び非水系二次電池 |
| CN116218426A (zh) * | 2023-01-04 | 2023-06-06 | 山东大学 | 一种聚合物离子液体正极粘结剂及其制备方法与应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN121175823A (zh) | 2025-12-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108780894B (zh) | 电化学元件电极用粘结剂组合物、电化学元件电极用浆料组合物、电化学元件用电极以及电化学元件 | |
| US11462737B2 (en) | Binder composition for non-aqueous secondary battery electrode, slurry composition for non-aqueous secondary battery electrode, electrode for non-aqueous secondary battery, and non-aqueous secondary battery | |
| CN112005412B (zh) | 蓄电装置用粘结剂组合物、蓄电装置电极用浆料组合物、蓄电装置用电极及蓄电装置 | |
| US20170256800A1 (en) | Binder composition for secondary battery electrode, slurry composition for secondary battery electrode, electrode for secondary battery, and secondary battery | |
| CN108604685B (zh) | 非水系二次电池电极用粘结剂组合物、非水系二次电池电极用浆料组合物、非水系二次电池用电极及非水系二次电池 | |
| JPWO2017056466A1 (ja) | 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 | |
| US20170244095A1 (en) | Paste composition for lithium ion secondary battery negative electrode-use, composite particles for lithium ion secondary battery negative electrode-use, slurry composition for lithium ion secondary battery negative electrode-use, negative electrode for lithium ion secondary battery-use, and lithium ion secondary battery | |
| JP7276135B2 (ja) | 二次電池用バインダー組成物、二次電池用スラリー組成物、二次電池用機能層、二次電池用電極層および二次電池 | |
| US20240387825A1 (en) | Binder composition for non-aqueous secondary battery electrode, slurry composition for non-aqueous secondary battery electrode, electrode for non-aqueous secondary battery, and non-aqueous secondary battery | |
| WO2019181871A1 (ja) | 二次電池用バインダー組成物、二次電池電極用導電材ペースト、二次電池電極用スラリー組成物、二次電池電極用スラリー組成物の製造方法、二次電池用電極および二次電池 | |
| KR20180063078A (ko) | 비수계 이차 전지 전극용 바인더 조성물, 비수계 이차 전지 전극용 슬러리 조성물, 비수계 이차 전지용 전극 및 비수계 이차 전지 | |
| US11831018B2 (en) | Binder composition for non-aqueous secondary battery electrode, slurry composition for non-aqueous secondary battery electrode, electrode for non-aqueous secondary battery, and non-aqueous secondary battery | |
| JP6481581B2 (ja) | 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 | |
| WO2023008100A1 (ja) | 非水系二次電池負極用バインダー組成物、非水系二次電池負極用スラリー組成物、非水系二次電池用負極、及び非水系二次電池 | |
| JP6996503B2 (ja) | 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 | |
| WO2025028542A1 (ja) | 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 | |
| JP7192774B2 (ja) | 電気化学素子電極用スラリー組成物、電気化学素子用電極、電気化学素子、および電気化学素子電極用スラリー組成物の製造方法 | |
| WO2025028541A1 (ja) | 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 | |
| WO2024203761A1 (ja) | 非水系二次電池負極用バインダー組成物、非水系二次電池負極用スラリー組成物、非水系二次電池用負極、及び非水系二次電池 | |
| WO2025205858A1 (ja) | 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 | |
| WO2025070652A1 (ja) | 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 | |
| WO2025205856A1 (ja) | 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 | |
| WO2024225332A1 (ja) | 二次電池電極用バインダー組成物、二次電池電極用スラリー組成物、二次電池用電極、および二次電池 | |
| WO2025205859A1 (ja) | 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 | |
| WO2025047683A1 (ja) | 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 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 24849187 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |