CN109565050A - 电极用导电性树脂组合物和电极组合物以及使用了其的电极和锂离子电池 - Google Patents

电极用导电性树脂组合物和电极组合物以及使用了其的电极和锂离子电池 Download PDF

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Abstract

本发明提供分散性和耐氧化性优异的电极用导电性树脂组合物。提供使用了本电极用导电性树脂组合物的粘度低的电极组合物、使用了该电极组合物的极板电阻低的电极以及具有高能量密度、高输出特性、高循环特性的锂离子电池。一种电极用导电性树脂组合物,其特征在于,其是含有分散剂、导电剂和粘结剂的电极用导电性树脂组合物,分散剂含有以丙烯腈作为主成分的单体接枝于聚乙烯醇而成的接枝共聚物,聚乙烯醇的平均聚合度为300~3000并且皂化度为90摩尔%~100摩尔%,接枝共聚物中,聚乙烯醇量为10质量%~40质量%,聚丙烯腈量为90质量%~60质量%。

Description

电极用导电性树脂组合物和电极组合物以及使用了其的电极 和锂离子电池
技术领域
本发明涉及电极用导电性树脂组合物和电极组合物、以及使用了其的电极和锂离子电池。
背景技术
由于环境和能源问题的增强,在积极地进行向着实现减少对化石燃料的依赖程度的低碳社会的技术开发。作为这样的技术开发的例子,有混合动力电动汽车、电动汽车等低公害车的开发、太阳光发电、风力发电等自然能量发电和蓄电系统的开发、高效率地供给电力且减少送电损失的下一代输电网的开发等,涉及多方面。
这些技术共同需要的关键设备之一为电池,对于这样的电池,需要用于使系统小型化的高能量密度。另外,需要用于可不受使用环境温度左右地供给稳定的电力的高输出特性。进而,也需要可经受长期使用的良好循环特性等。因此,从现有的铅蓄电池、镍-镉电池、镍-氢电池向具有更高的能量密度、输出特性和循环特性的锂离子二次电池的替换在急速地发展。
近年来,要求该锂离子二次电池的能量密度进一步提高。因此,逐渐要求进一步减少电极合剂中的导电剂的含量。例如在数码设备等民生设备用电池中,认为正极合剂中导电剂的含量典型地优选为2质量%以下,更优选为1质量%以下。从该实际情况出发,对于作为导电剂的炭黑要求即使添加量为少量也发挥充分的电子传导性。
而炭黑具有接近球形的一次粒子彼此连接成念珠状的构造作为其共同的构造,这样的构造称为结构(structure)。一般地,一次粒径越小,相同质量的导电剂中存在更大量的电接点,电子传导性提高。另外,结构越长地连结,则能够无接触电阻地进行电子传导的距离越变大,因此电子传导性提高。
另一方面,一次粒径小且结构长的炭黑的导电性优异,另一面,粒子之间的相互作用变大,因此具有难以破碎并容易凝聚的方面。因此,一般地,在电极制造时采取将使活性物质、导电剂和粘结材料分散于水或有机溶剂中的电极组合物涂布于金属箔的方法,但在将一次粒径小且结构长的炭黑用作导电剂的情况下,容易发生如下的导电剂的分散不良:导电剂的凝聚物残存在电极组合物中而在电极中产生凹凸、或电极组合物的粘度过高而变得不能涂布。
为了克服该课题,例如在专利文献1中提出了进行固体混炼和稀释分散这两阶段的混炼。但是,对于上述这样的一次粒径小且结构长的炭黑,未必能发挥充分的效果。
另外,作为克服导电剂的分散不良的手段,有添加聚乙烯基吡咯烷酮系高分子和非离子系表面活性剂作为分散剂的方法(专利文献2)。但是,对于专利文献2中记载的方法而言,虽然能够改善导电剂的分散不良,但使用含有上述分散剂的电极作为锂离子电池时,存在在4.45V以上的电压下因上述分散剂氧化分解而使电池的容量降低的问题。在目前的锂离子二次电池市场中,希望电池的高电压化,包含兼具分散性和耐氧化性的分散剂的电极用导电性树脂组合物是必不可少的。
专利文献1:日本特开2012-59466号公报
专利文献2:国际公开第2012/014616号
发明内容
本发明鉴于上述问题和实际情况,其课题在于提供分散性和耐氧化性良好的电极用导电性树脂组合物。此外,其课题在于提供使用该电极用导电性树脂组合物制造的分散性优异的电极组合物、进而使用它们制造的低电阻且粘结性优异的电极和高输出特性优异、具有良好的循环特性的锂离子电池。
本发明人为了实现上述课题认真研究,结果发现:通过将以丙烯腈作为主成分的单体接枝于聚乙烯醇而成的聚合物在电极用导电性树脂组合物中作为分散剂添加,从而提高导电剂的分散性,并且显示高的耐氧化性。
即,解决上述课题的本发明由下述构成。
(1)电极用导电性树脂组合物,其特征在于,其是含有分散剂、导电剂和粘结材料的电极用导电性树脂组合物,分散剂含有以丙烯腈作为主成分的单体接枝于聚乙烯醇而成的接枝共聚物,聚乙烯醇的平均聚合度为300~3000并且皂化度为90~100摩尔%,接枝共聚物中,聚乙烯醇量为10质量%~40质量%,聚丙烯腈量为90质量%~60质量%。
(2)(1)所述的电极用导电性树脂组合物,其中,分散剂与导电剂的质量比(分散剂的质量/导电剂的质量)为0.01~1。
(3)(1)或(2)所述的电极用导电性树脂组合物,其中,粘结材料含有聚偏氟乙烯。
(4)(1)至(3)中任一项所述的电极用导电性树脂组合物,其中,导电剂含有选自由(i)纤维状碳、(ii)球状碳和(iii)纤维状碳与球状碳相互连结而成的碳复合体组成的组中的至少一种以上。
(5)一种电极组合物,其含有(1)至(4)中任一项所述的电极用导电性树脂组合物和活性物质。
(6)(5)所述的电极组合物,其中,上述活性物质为选自LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、LiMPO4、Li2MSiO4、LiNiXMn(2-X)O4、Li(MnXNiYCoZ)O2、Li(AlXNiYCoZ)O2和xLi2MnO3-(1-x)LiMO2中的至少一种。
其中,LiNiXMn(2-X)O4中的X满足0<X<2这样的关系,
Li(MnXNiYCoZ)O2和Li(AlXNiYCoZ)O2中的X、Y和Z满足X+Y+Z=1这样的关系,并且满足0<X<1、0<Y<1、0<Z<1这样的关系,
xLi2MnO3-(1-x)LiMO2中的x满足0<x<1这样的关系,
LiMPO4、Li2MSiO4和xLi2MnO3-(1-x)LiMO2中的M为选自Fe、Co、Ni、Mn中的一种以上的元素。
(7)一种电极,其在金属箔上具有包含(5)或(6)所述的电极组合物的层。或者一种电极,其是将(5)或(6)所述的电极组合物在金属箔上涂布而成的。
(8)一种锂离子电池,其具有(7)所述的电极作为正极。或者一种锂离子电池,其将(7)所述的电极用于正极。
附图说明
图1为本实施方式中使用的锂离子电池的示意图。
图2为使用实施例1的电极用导电性树脂组合物制作的电极的扫描型电子显微镜的照片。
具体实施方式
本发明人认真研究,结果发现:通过将聚乙烯醇的平均聚合度为300~3000并且皂化度为90摩尔%~100摩尔%、接枝共聚反应物中的聚乙烯醇量为10质量%~40质量%、聚丙烯腈量为90质量%~60质量%的接枝共聚反应物作为分散剂添加到包含导电剂和粘结材料的电极用导电性树脂组合物中,从而能够兼具使导电剂的分散性提高所产生的低粘度和高耐氧化性。此外,减小使用上述电极用导电性树脂组合物制造的电极组合物的粘度的效果也高,使用它们制造的电极的极板电阻低,锂离子电池具有高输出特性和良好的循环特性优异的特征。
以下对本发明详细地进行说明。应予说明,本发明并不限定于以下说明的实施方式。应予说明,本申请说明书中,只要无特别说明,则“~”这样的符号意指两端的值“以上”和“以下”的范围。例如,“A~B”意指A以上且B以下。
[电极用导电性树脂组合物]
本实施方式涉及的电极用导电性树脂组合物是含有分散剂、导电剂和粘结材料的电极用导电性树脂组合物。以下对于本发明的构成材料详细地进行说明。
<分散剂>
分散剂含有以丙烯腈作为主成分的单体接枝于聚乙烯醇(以下有时简称为“PVA”。)而成的接枝共聚物(以下也简称为“接枝共聚物”。)。该接枝共聚物是在聚乙烯醇的主链上生成了聚丙烯腈(以下有时简写为“PAN”。)的侧枝的接枝共聚物(具有包含聚乙烯醇的主链和包含聚丙烯腈的侧链的接枝共聚物)。应予说明,本说明书中,“接枝共聚物”中,除了接枝共聚物自身以外,也包含未参与接枝共聚的PAN的均聚物和/或PVA的均聚物混在一起的情形。因此,本实施方式中使用的分散剂除了接枝共聚物自身以外,可含有PAN均聚物和/或PVA均聚物作为树脂成分(聚合物成分)。
聚乙烯醇是具有聚乙烯醇部位的化合物,例如也包含对聚乙烯醇部分地进行了缩乙醛化、缩丁醛化等的改性化合物,可以使用以往公知的聚乙烯醇。
PVA的皂化度从耐氧化性的观点出发,为90摩尔%~100摩尔%,从提高对活性物质的被覆性的观点出发,优选95摩尔%以上。这里所说的PVA的皂化度是采用按照JIS K6726的方法测定的值。
PVA的平均聚合度从溶解性和电极用导电性树脂组合物的分散性的观点出发,为300~3000。PVA的平均聚合度优选320~2950,更优选500~2500,进一步优选500~1800。如果PVA的平均聚合度不到300,则制成电极时的活性物质和导电剂的分散性降低,有时耐久性降低。另外,如果PVA的平均聚合度超过3000,则溶解性降低,粘度上升,因此电极用导电性树脂组合物的制造变得困难。这里所说的PVA的平均聚合度是采用按照JIS K6726的方法测定的值。
接枝于PVA的单体从耐氧化性的方面出发,以丙烯腈作为必要成分。在接枝于PVA的单体中,作为能够与丙烯腈并用的成分,在不损害电极用导电性树脂组合物的耐氧化性的范围内,有甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯和丙烯酸2-乙基己酯等烯属不饱和羧酸酯、(甲基)丙烯酸、马来酸酐和衣康酸等烯属不饱和羧酸、以及苯乙烯等。可使用它们中的一种,也可将两种以上组合使用。
接枝于PVA的单体中的丙烯腈是接枝共聚的单体的主成分,优选为成为接枝共聚的单体中的50质量%以上的量,更优选为成为90质量%以上的量。在丙烯腈为接枝共聚的单体中的90质量%以上的情况下,有可能进一步提高电极用导电性树脂组合物的耐氧化性和分散性。应予说明,接枝于PVA的单体的组成能够采用1H-NMR(质子核磁共振分光法)求出。
接枝共聚物的接枝率优选为150%~900%,更优选为300%~570%。通过使接枝率为150%以上,从而能够防止耐氧化性降低。另外,通过使接枝率为900%以下,从而能够防止分散性降低。在合成接枝共聚物时(接枝共聚时),有时生成PAN的均聚物,因此在接枝率的计算中,从接枝共聚物中将PAN的均聚物分离的工序变得必要。PAN的均聚物溶解于二甲基甲酰胺(以下有时简写为“DMF”。),但PVA和接枝共聚的PAN不溶解于DMF。利用该溶解性之差,能够通过离心分离等操作将PAN的均聚物分离。
具体地,将含有接枝共聚物的组合物(接枝共聚反应物)浸渍于规定量的DMF中,使PAN的均聚物在DMF中溶出。接下来,通过离心分离使浸渍的液体分离为DMF可溶成分和DMF不溶成分。
其中,设为
a:测定中使用的含有接枝共聚物的组合物的质量,
b:测定中使用的含有接枝共聚物的组合物中的PAN的质量%,
c:DMF不溶成分的质量,
则接枝率能够根据下式(1)求出。
接枝率=[c-a×(100-b)×0.01]/[a×(100-b)×0.01]×100(%)···(1)
应予说明,b(测定中使用的含有接枝共聚物的组合物中的PAN的质量%)能够由后述的式(2)算出。根据上述式(1)求出的接枝率定义为[接枝于PVA的PAN量]/[含有接枝共聚物的组合物中的PVA量]×100(%)。
从提高对活性物质的被覆性的观点出发,根据上述式(1)求出的接枝共聚物的接枝率优选为150%~900%。
接枝共聚物中的PVA量为10质量%~40质量%,优选为10质量%~20质量%。如果PVA量不到10质量%,有时粘结性和分散性降低。另外,如果超过40质量%,有时耐氧化性降低。
应予说明,“接枝共聚物中的PVA量”意指质量换算的相对于接枝共聚物、PAN的均聚物和PVA的均聚物的总和的、接枝共聚物中的PVA量和PVA的均聚物量。
接枝共聚物中的PAN量为90质量%~60质量%,优选为90质量%~80质量%。如果PAN量超过90质量%,有时粘结性和分散性降低。另外,如果不到60质量%,有时耐氧化性降低。
应予说明,“接枝共聚物中的PAN量”意指质量换算的相对于接枝共聚物、PAN的均聚物和PVA的均聚物的总和的、接枝共聚的PAN量和PAN的均聚物量。
接枝共聚物中的PAN量(共聚时生成的PAN的质量)是接枝于PVA的PAN和PAN均聚物的总量,能够由丙烯腈的聚合率和进料的丙烯腈的质量算出。
具体地,接枝共聚物中的PAN的质量%能够由以下的式(2)求出。
接枝共聚物中的PAN的质量%=d×0.01×e/(f+d×0.01×e)×100(质量%)···(2)
其中,在上述式(2)中,d表示丙烯腈的聚合率(%),e表示接枝共聚中使用的丙烯腈的质量(进料量),f表示接枝共聚中使用的PVA的质量(进料量)。应予说明,丙烯腈的聚合率(%)d能够根据以下的式(3)求出。
丙烯腈聚合率%=(g-f)/e×100(%)···(3)
其中,上述式(3)中,g表示含有经聚合的接枝共聚物的组合物的质量。
另外,通过得到该PAN的质量与PVA的进料的质量之比,从而能够算出接枝共聚物中的PVA与PAN的质量比(组成比)。从耐氧化性的方面出发,接枝共聚物中的PVA量与PAN量之比(组成比)优选为10:90~40:60。
分散剂中的接枝共聚物的含量从能够进一步提高分散性的方面出发,优选为50质量%以上,更优选为90质量%以上。
关于接枝共聚物(接枝共聚反应物)的制造方法,并无特别限制,优选如下方法:在使聚醋酸乙烯酯聚合后,进行皂化而得到了PVA,然后,使以丙烯腈作为主成分的单体接枝共聚于PVA。
关于使聚醋酸乙烯酯聚合的方法,能够使用本体聚合、溶液聚合等公知的任意的方法。作为聚醋酸乙烯酯的聚合中所使用的引发剂,可列举出偶氮二异丁腈等偶氮系引发剂、过氧化苯甲酰、过氧二碳酸二(4-叔丁基环己基)酯等有机过氧化物等。
聚醋酸乙烯酯的皂化反应能够采用例如在有机溶剂中、皂化催化剂存在下进行皂化的方法进行。作为有机溶剂,可列举出甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、醋酸甲酯、醋酸乙酯、丙酮、甲乙酮、苯、甲苯等。它们可单独地使用或者2种以上组合使用。这些中,优选甲醇。作为皂化催化剂,可列举出氢氧化钠、氢氧化钾、钠的醇盐等碱性催化剂、硫酸、盐酸等酸性催化剂。这些中,从皂化速度的观点出发,优选氢氧化钠。
使以丙烯腈作为主成分的单体接枝共聚于聚乙烯醇的方法能够通过溶液聚合进行。作为使用的溶剂,可列举出二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮等。
作为接枝共聚中使用的引发剂,能够使用过氧化苯甲酰等有机过氧化物、偶氮二异丁腈等偶氮化合物、过二硫酸钾、过二硫酸铵等。
能够将如上所述得到的接枝共聚物溶解于溶剂而使用。作为溶剂,可列举出二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮等。
<导电剂>
导电剂优选使用选自由(i)纤维状碳、(ii)球状碳和(iii)纤维状碳与球状碳相互连结而成的碳复合体组成的组中的至少一种。作为纤维状碳,可列举出气相生长碳纤维、碳纳米管和碳纳米纤维等。作为球状碳,可列举出炭黑,作为炭黑,可列举出乙炔黑、炉法炭黑和科琴黑(注册商标)等。这些导电剂可单独使用,也可将2种以上并用。在这些中,从提高导电剂的分散性的效果高出发,最优选使用选自由乙炔黑、碳纳米管和碳纳米纤维组成的组中的一种或两种以上。
对导电剂的大小并无特别限定,在纤维状碳的情况下,一次粒子的平均长度能够设为0.5μm~3.0μm左右,在球状碳的情况下,数均一次粒径能够设为10nm~50nm左右。平均长度为数十根左右的纤维片的长度的平均值。数均一次粒径是数千个左右的一次粒子的直径的平均值。
就导电剂的含量而言,在电极用导电性树脂组合物中优选为0.5质量%~1.5质量%。通过使其成为该范围,从而能够制作分散性优异的电极。
<粘结材料>
粘结材料例如可列举出聚偏氟乙烯(PVdF)、聚四氟乙烯、苯乙烯丁二烯共聚物、(甲基)丙烯酸酯共聚物。对作为粘结材料的聚合物的结构并无限制,无规共聚物、交替共聚物、接枝共聚物、嵌段共聚物等都能够使用。这些中,从耐氧化性的方面出发,优选PVdF。
就粘结材料的含量而言,在电极用导电性树脂组合物中,优选为1.0质量%~3.0质量%。通过使其为该范围,从而能够制作粘结性优异且低电阻的电极。
<电极用导电性树脂组合物>
在电极用导电性树脂组合物的制造中,能够使用公知的方法。例如,通过采用球磨机、砂磨机、双螺杆混炼机、自转公转式搅拌机、行星式混合机、分散混合机等将导电剂、粘结材料和接枝共聚物的溶剂分散溶液混合而得到,一般地,制成浆料来使用。作为上述的导电剂、粘结材料和接枝共聚物,可使用已说明的对应物。作为电极用导电性树脂组合物的分散介质,可列举出水、N-甲基吡咯烷酮、环己烷、甲乙酮、甲基异丁基酮等。在使用聚偏氟乙烯作为高分子粘结材料时,从溶解性的方面出发,优选N-甲基吡咯烷酮,在使用苯乙烯-丁二烯共聚物时,优选水。
对电极用导电性树脂组合物中的固体成分含量并无特别限定,更优选10质量%~90质量%,最优选10质量%~20质量%。通过使电极用导电性树脂组合物中的固体成分含量成为10质量%~50质量%,从而电极用导电性树脂组合物的粘度升高,将导电剂破碎的力提高,从而变得容易获得更高的导电剂分散效果,通过使其成为10质量%~20质量%,从而电极用导电性树脂组合物的流动性提高,电极用导电性树脂组合物的经时稳定性进一步提高。
电极用导电性树脂组合物中的分散剂与导电剂的质量比(分散剂的质量/导电剂的质量)优选为0.01~1,更优选为0.01~0.5,最优选为0.01~0.1。通过使电极用导电性树脂组合物中的分散剂与导电剂的质量比成为0.01~1,从而分散剂中的接枝共聚物吸附于导电剂,变得容易获得更高的分散效果,通过使其成为0.01~0.1,除了更高的分散效果以外,还抑制过剩的接枝共聚物被覆导电剂表面而妨碍电荷移动反应的效果,抑制电池的高电阻化。
[电极组合物]
本实施方式涉及的电极组合物含有电极用导电性树脂组合物和活性物质。关于电极用导电性树脂组合物的材料,由于如上所述,因此在此省略记载。电极用导电性树脂组合物的含量从分散性和高输出功率的方面出发,在电极组合物中,优选设为10质量%以上或20质量%以上。
<活性物质>
活性物质是体积电阻率1×104Ω·cm以上的含有Mn的含锂复合氧化物或含锂聚阴离子化合物,是能可逆地吸储和放出阳离子的正极活性物质。例如可列举出LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、LiMPO4、Li2MSiO4、LiNiXMn(2-X)O4、Li(MnXNiYCoZ)O2、Li(AlXNiYCoZ)O2或xLi2MnO3-(1-x)LiMO2等。
其中,LiNiXMn(2-X)O4中的X满足0<X<2的关系,Li(MnXNiYCoZ)O2中或Li(AlXNiYCoZ)O2中的X、Y和Z满足X+Y+Z=1的关系,并且满足0<X<1、0<Y<1、0<Z<1的关系,xLi2MnO3-(1-x)LiMO2中的x满足0<x<1的关系,进而LiMPO4中、Li2MSiO4中或xLi2MnO3-(1-x)LiMO2中的M优选为选自Fe、Co、Ni、Mn中的元素的一种以上。应予说明,上述的X、Y和Z均为自然数。
在上述活性物质内,本发明中使用的活性物质优选采用激光散射法测定的平均粒径(D50)为20μm以下,更优选为5μm以下。通过成为这样的构成,从而充分显现出电极组合物的粘度的减小效果,变得容易得到导电剂的分散性提高的电极和具有高循环特性的锂离子电池。
在电极组合物的制造中能够使用公知的方法。例如,通过采用球磨机、砂磨机、双螺杆混炼机、自转公转式搅拌机、行星式混合机、分散混合机等将电极用导电性树脂组合物和活性物质的溶剂分散溶液混合而得到,一般地,制成浆料来使用。作为上述的电极用导电性树脂组合物,可使用已说明的电极用导电性树脂组合物。作为电极组合物的分散介质,可列举出水、N-甲基吡咯烷酮、环己烷、甲乙酮、甲基异丁基酮等。在使用聚偏氟乙烯作为高分子粘结材料时,从溶解性的方面出发,优选N-甲基吡咯烷酮,在使用苯乙烯-丁二烯共聚物时,优选水。另外,就制造的电极组合物浆料而言,为了使涂膜中不产生缺陷,确保平滑性,优选在涂布前的阶段进行真空脱泡。如果在电极组合物浆料中存在气泡,则涂布于电极时会在涂膜中产生缺陷,成为损害平滑性的原因。
[电极]
本实施方式涉及的电极在金属箔上具有包含上述的电极组合物的层。就该电极而言,将上述的电极组合物浆料在铝箔等集电体上涂布后,通过加热将浆料中所含的溶剂除去,形成活性物质借助粘结材料而粘结于集电体表面的多孔体即电极合材层。进而,通过采用辊压等对集电体与电极合材层加压来使其密合,从而能够得到目标电极。
[锂离子电池]
本实施方式涉及的锂离子电池是将电极用于正极的锂离子电池。对锂离子电池的制作方法并无特别限制,可使用以往公知的二次电池的制作方法进行,例如,也能够以图1中示意性示出的构成、采用以下的方法制作。即,能够通过将铝制极片4焊接于使用了上述的电极的正极1,将镍制极片5焊接于负极2后,在各电极之间配置成为绝缘层的聚烯烃制微多孔膜3,向正极1、负极2和聚烯烃制微多孔膜3的空隙部分注液直至非水电解液充分地浸润,用外壳6进行密封而制作。
对锂离子电池的用途并无特别限定,例如能够在数码相机、摄像机、便携式音频播放器、便携液晶电视等便携AV设备、笔记本型个人电脑、智能手机、移动PC等便携信息终端、以及便携游戏机、电动工具、电动式自行车、混合动力汽车、电动汽车、电力贮存系统等广泛的领域中使用。
实施例
以下列举实施例和比较例,对本发明更具体地说明,只要不损害其主旨,本发明并不限定于以下所示的实施例。另外,实施例和比较例均使用的构件为了使吸附的水分挥发而在170℃下进行了3小时真空干燥。
<聚乙烯醇(PVA)的制备>
装入醋酸乙烯酯600质量份和甲醇400质量份,用氮气进行鼓泡而脱氧后,装入作为聚合引发剂的过氧二碳酸二(4-叔丁基环己基)酯0.3质量份,在60℃下使其聚合4小时。聚合停止时的聚合溶液的固体成分浓度为48%,由固体成分求出的醋酸乙烯酯的聚合率为80%。将甲醇蒸汽吹入得到的聚合溶液,将未反应的醋酸乙烯酯除去后,用甲醇稀释直至聚醋酸乙烯酯的浓度成为40质量%。
在稀释的聚醋酸乙烯酯溶液1200质量份中添加浓度10质量%的氢氧化钠的甲醇溶液20质量份,在30℃下进行了2小时皂化反应。
将皂化反应后的溶液用醋酸中和,过滤,在100℃下干燥2小时,得到了PVA。得到的PVA的平均聚合度为330,皂化度为96.3摩尔%。
<聚合度和皂化度>
PVA的平均聚合度和皂化度采用按照JIS K 6726的方法测定。
<接枝共聚物A的合成>
将得到的PVA1.65质量份添加到二甲基亚砜265.1质量份中,在60℃下搅拌2小时而使其溶解。进而,在60℃下添加丙烯腈30.3质量份和在二甲基亚砜3质量份中溶解的过二硫酸铵0.03质量份,在60℃下边搅拌边使其接枝共聚。从聚合开始4小时后,冷却到室温,停止聚合。将得到的包含接枝共聚物A的反应液297质量份滴入甲醇2970质量份中,使接枝共聚物A析出。进行过滤,将聚合物分离,在室温下真空干燥2小时,进而在80℃下真空干燥2小时。得到的含有接枝共聚物的组合物的固体成分为8.87质量份,由上述固体成分使用上述式(3)计算丙烯腈的聚合率,为23.8%。
得到的接枝共聚物A中的PAN的质量为全部聚合物的81.4质量%,接枝率为438%,PAN的均聚物的质均分子量为256200。应予说明,接枝率使用上述的式(1)算出。
<组成比>
由丙烯腈的反应率(聚合率)和聚合中使用的各成分的进料量的组成计算接枝共聚物A中的聚乙烯醇量和聚丙烯腈量(组成比)。共聚合时生成的PAN的质量%(接枝共聚物中的PAN的质量%)由丙烯腈的聚合率(%)、接枝共聚中使用的丙烯腈的质量(进料量)和接枝共聚中使用的PVA的质量(进料量),使用上述的式(2)算出。接枝共聚物A中的PVA与PAN的质量比为18.6:81.4。应予说明,后述表中的聚乙烯醇量和聚丙烯腈量为接枝共聚物自身以及其共聚时生成的PVA均聚物和包含PAN均聚物的树脂成分中的各质量。
<接枝共聚物B的合成>
变为接枝共聚物A中的过氧二碳酸二(4-叔丁基环己基)酯0.15质量份,在60℃下聚合5小时。聚合率为80%。与接枝共聚物A同样地将未反应的醋酸乙烯酯除去后,用甲醇稀释直至聚醋酸乙烯酯的浓度成为30质量%。在该聚醋酸乙烯酯溶液2000质量份中添加浓度10质量%的氢氧化钠的甲醇溶液20质量份,在30℃下进行了2.5小时皂化反应。
与接枝共聚物A同样地进行中和、过滤、干燥,得到了平均聚合度1650、皂化度95.5摩尔%的PVA。
使用得到的PVA,与接枝共聚物A同样地进行与PAN的接枝共聚,制备接枝共聚物B。接枝共聚物B的PVA与PAN的质量比为19:81。对于该组成比,采用与接枝共聚物A同样的方法测定。对于以下的接枝共聚物C~G也同样操作。
<接枝共聚物C的合成>
将接枝共聚物A中的醋酸乙烯酯变为900质量份,将聚合引发剂过氧二碳酸二(4-叔丁基环己基)酯变为0.15质量份,在60℃下聚合5小时。聚合率为70%。用甲醇稀释直至聚醋酸乙烯酯的浓度成为30质量%。在该聚醋酸乙烯酯溶液2000质量份中添加浓度10质量%的氢氧化钠的甲醇溶液20质量份,在30℃下进行了2.5小时皂化反应。与接枝共聚物A同样地进行中和、过滤、干燥,得到了平均聚合度2940、皂化度94.8摩尔%的PVA。
使用得到的PVA,与接枝共聚物A同样地进行与PAN的接枝共聚,制备接枝共聚物C。得到的接枝共聚物C的PVA与PAN的质量比为21:79。
<接枝共聚物D的合成>
使接枝共聚物A中的聚醋酸乙烯酯聚合时的进料成为醋酸乙烯酯500质量份、甲醇500质量份、过氧二碳酸二(4-叔丁基环己基)酯0.3质量份,除此以外,进行与接枝共聚物A同样的操作,得到了平均聚合度290、皂化度91摩尔%的PVA。
使用得到的PVA,与接枝共聚物A同样地进行与PAN的接枝共聚,制备接枝共聚物D。接枝共聚物D的制备除了使接枝共聚物A中的PVA质量份为3.2以外,与接枝共聚物A同样地进行。得到的接枝共聚物D的PVA与PAN的质量比为42:58。
<接枝共聚物E的合成>
使接枝共聚物A中的聚醋酸乙烯酯聚合时的进料成为醋酸乙烯酯3000质量份、甲醇500质量份、过氧二碳酸二(4-叔丁基环己基)酯0.15质量份,使反应时间为12小时,使皂化时间为2小时,除此以外,进行与接枝共聚物A同样的操作,得到了平均聚合度3640、皂化度93摩尔%的PVA。
使用得到的PVA,与接枝共聚物A同样地进行与PAN的接枝共聚,制备接枝共聚物E。接枝共聚物E的制备除了使接枝共聚物A中的PVA质量份为3.2以外,与接枝共聚物A同样地进行。得到的接枝共聚物E的PVA与PAN的质量比为45:55。
<接枝共聚物F的合成>
使接枝共聚物A中的聚醋酸乙烯酯聚合时的进料成为醋酸乙烯酯1800质量份,使反应时间为12小时,使皂化时间为0.5小时,除此以外,进行与接枝共聚物A同样的操作,得到了平均聚合度1710、皂化度63摩尔%的PVA。
使用得到的PVA,与接枝共聚物A同样地进行PAN的聚合,制备接枝共聚物F。接枝共聚物F的制备除了使接枝共聚物A中的PVA质量份为6.5以外,与接枝共聚物A同样地进行。得到的接枝共聚物F的PVA与PAN的质量比为86:14。
<接枝共聚物G的合成>
使接枝共聚物A中的聚醋酸乙烯酯聚合时的进料成为醋酸乙烯酯3000质量份、过氧二碳酸二(4-叔丁基环己基)酯0.15质量份,使反应时间为12小时,使皂化时间为2小时,除此以外,进行与接枝共聚物A同样的操作,得到了平均聚合度3380、皂化度93摩尔%的PVA。
使用得到的PVA,与接枝共聚物A同样地进行PAN的聚合,制备接枝共聚物G。接枝共聚物G的制备除了使接枝共聚物A中的PVA质量份为3.7以外,与接枝共聚物A同样地进行。得到的接枝共聚物G的PVA与PAN的质量比为49:51。
<接枝共聚物H的合成>
使接枝共聚物A中的聚醋酸乙烯酯聚合时的进料成为醋酸乙烯酯3000质量份、过氧二碳酸二(4-叔丁基环己基)酯0.13质量份,使反应时间为12小时,使皂化时间为2.5小时,除此以外,进行与接枝共聚物A同样的操作,得到了平均聚合度3350、皂化度89摩尔%的PVA。
使用得到的PVA,与接枝共聚物A同样地进行PAN的聚合,制备接枝共聚物H。接枝共聚物H的制备除了使接枝共聚物A中的PVA质量份为2.3以外,与接枝共聚物A同样地进行。得到的接枝共聚物H的PVA与PAN的质量比为39:61。
<接枝共聚物I的合成>
使接枝共聚物A中的聚醋酸乙烯酯聚合时的进料成为醋酸乙烯酯2000质量份、过氧二碳酸二(4-叔丁基环己基)酯0.15质量份,使反应时间为12小时,使皂化时间为0.5小时,除此0以外,进行与接枝共聚物A同样的操作,得到了平均聚合度1950、皂化度75摩尔%的PVA。
使用得到的PVA,与接枝共聚物A同样地进行PAN的聚合,制备接枝共聚物I。接枝共聚物I的制备除了使接枝共聚物A中的PVA质量份为2.0以外,与接枝共聚物A同样地进行。得到的接枝共聚物I的PVA与PAN的质量比为35:65。
将实施例和比较例中使用的接枝共聚物的各特性示于表1中。
[表1]
接枝共聚物 A B C D E F G H I
聚乙烯醇平均聚合度 330 1650 2940 290 3640 1710 3380 3350 1950
聚乙烯醇皂化度[摩尔%] 96.3 95.5 94.8 91 93 63 93 89 75
聚乙烯醇量[质量%] 18.6 19 21 42 45 86 49 39 35
聚丙烯腈量[质量%] 81.4 81.0 79.0 58.0 55.0 14 51 61 65
<实施例1>
(电极用导电性树脂组合物的制备)
分别准备作为溶剂的N-甲基吡咯烷酮(关东化学株式会社制造、以下记载为“NMP”。)、作为粘结材料的聚偏氟乙烯(ARKEMA Ltd.制造、“HSV900”、以下记载为“PVdF”。)、作为导电剂的炭黑(DENKA COMPANY制造、“Li-435”、以下记载为“Li-435”。)、作为分散剂的上述接枝共聚物A。以PVdF以固体成分计成为47.6质量%、Li-435以固体成分计成为47.6质量%、接枝共聚物A以固体成分计成为4.76质量%(分散剂的质量/导电剂的质量=0.1)的方式称量并混合,在该混合物中添加NMP以使固体成分含量成为15质量%,使用自转公转式混合机(THINKY CORPORATION制造、THINKY MIXER ARV-310),进行混合直至变得均匀,得到了电极用导电性树脂组合物。
[分散性的评价(电极用导电性树脂组合物中的粗粒)]
对于电极用导电性树脂组合物的分散性,采用使用了JIS K5600-2-5中记载的粒度计的方法对粗粒进行了评价。具体地,使用刮刀涂布电极用导电性树脂组合物,测定了在试样面上、在一个沟槽中并列3条以上的连续10mm以上的线状痕的部位的刻度。粒度计的数值越低,意味着越良好的分散性。本实施例的粒度计值为5μm。
[分散性的评价(电极用导电性树脂组合物的粘度)]
对于电极用导电性树脂组合物的分散性,采用JIS K7244-10中记载的使用了旋转型流变仪的方法对粘度进行了评价。具体地,使用旋转型流变仪(Anton Paar GmbH制造、MCR300),将固体成分含量为15质量%的电极用导电性树脂组合物1g涂布在圆盘上,使剪切速度从100s-1变化到0.01s-1,进行测定,对剪切速度1s-1的粘度进行了评价。粘度的数值越低,意味着越良好的分散性。本实施例的粘度为5.8Pa·s。
[耐氧化性的评价(氧化分解电流值)]
将电极用导电性树脂组合物涂布在铝箔上,以使干燥后的厚度成为20μm,在105℃下干燥1小时,制成试验片。
将得到的试验片用于工作电极,将锂用于对电极和参比电极,将以LiPF6作为电解质盐的碳酸亚乙酯/碳酸二乙酯(=1/2(体积比))溶液(浓度1mol/L)用于电解液,组装三极电池(TOYO SYSTEM CO.,LTD.制造)。使用电化学测定系统(Solartron公司制造、FunctionGenerator 1260和Potentio/galvanostat 1287),在25℃下以10mV/秒的扫描速度在2.5V~5.0V的范围进行了循环伏安法(以下简写为“CV”。)。将5.0V时的电流值规定为氧化分解电流值。氧化分解电流值越低,判断为越难以氧化分解,耐氧化性越高。本实施例的氧化分解电流值为0.05mA/cm2
(电极组合物的制备)
分别准备了制备的电极用导电性树脂组合物和作为活性物质的LiCoO2(优美科公司制造、“KD20”、平均一次粒径15μm)。以LiCoO2以固体成分计成为98质量%、电极用导电性树脂组合物以固体成分计成为2质量%的方式称量并混合,在该混合物中添加NMP,以使固体成分含量成为72质量%,使用自转公转式混合机(THINKY CORPORATION制造、THINKYMIXER ARV-310)进行混合直至变得均匀,得到了电极组合物。
[分散性的评价(电极组合物的粘度)]
对于电极组合物的分散性,采用JIS K7244-10中记载的使用了旋转型流变仪的方法对粘度进行了评价。具体地,使用旋转型流变仪(Anton Paar GmbH制造、MCR300),将固体成分含量为72质量%的电极组合物1g涂布在圆盘上,使剪切速度从100s-1变化到0.01s-1,进行测定,评价了剪切速度1s-1的粘度。粘度的数值越低,意味着越良好的分散性。本实施例的粘度为12.5Pa·s。
(电极的制作)
使用涂布器将制备的电极组合物在厚15μm的铝箔(UACJ Corporation制造)上成膜,在干燥机内静置,在105℃下用一小时预干燥。接下来,使用辊压机用200kg/cm的线压进行压制,以包含厚15μm的铝箔在内的膜的厚度成为60μm的方式进行制备。为了将挥发成分除去,在170℃下真空干燥3小时,得到了电极。在图2中示出电极的扫描型电子显微镜图像。导电剂8与活性物质7均匀地分布,为高分散性。
[电极的极板电阻评价]
将制作的电极冲切成直径14mm的圆盘状,在将表面和背面用SUS304制平板电极夹持的状态下,使用电化学测定系统(Solartron公司制造、Function Generator 1260和Potentio/galvanostat 1287),在振幅电压10mV、频率范围1Hz~100kHz下测定了交流阻抗。将得到的电阻成分值乘以冲切的圆盘状的面积所得的电阻值设为极板电阻。本实施例的电极的极板电阻为240Ω·cm2
(负极的制作)
分别准备作为溶剂的纯水(关东化学株式会社制造)、作为负极活性物质的人造石墨(日立化成株式会社制造、“MAG-D”)、作为粘结材料的苯乙烯丁二烯橡胶(日本瑞翁株式会社制造、“BM-400B”、以下记载为“SBR”。)、作为分散剂的羧甲基纤维素(大赛璐株式会社制造、“D2200”、以下记载为“CMC”。)。接下来,以CMC以固体成分计成为1质量%、人造石墨以固体成分计成为97质量%的方式称量并混合,在该混合物中添加纯水,使用自转公转式混合机(THINKY CORPORATION制造、THINKY MIXER ARV-310)进行混合直至变得均匀。进而,以SBR以固体成分计成为2质量%的方式称量,添加到上述混合物中,使用上述自转公转式混合机进行混合直至变得均匀,得到了非水系电池用负极浆料。接下来,使用涂布器将非水系电池用负极浆料在厚10μm的铜箔(UACJ Corporation制造)上成膜,在干燥机内静置,在60℃下用一小时预干燥。接下来,用辊压机以100kg/cm的线压进行压制,以包含铜箔在内的膜的厚度成为40μm的方式进行制备。为了将残留水分完全地除去,在120℃下进行3小时真空干燥,得到了负极。
(锂离子电池的制作)
在控制为露点-50℃以下的干燥室内,将上述电极加工成40mm×40mm,将负极加工成44mm×44mm后,使得电极合材涂布面在中央相对,进而在电极间配置了加工成45mm×45mm的聚烯烃微多孔膜。接下来,将切断和加工成70mm×140mm方形的铝层压片在长边的中央部对折,以电极的集电用极片向层压片的外部露出的方式配置并夹持。接下来,使用热封机将铝层压片的包含露出集电用极片的边的两边加热熔合后,从尚未加热熔合的一边注入2g的电解液(Kishida Chemical Co.,Ltd.制造,碳酸亚乙酯/碳酸二乙酯=1/2(体积比)+1M LiPF6溶液,以下记载为“电解液”。),使其在使用了上述电极的正极、负极和聚烯烃微多孔膜中充分浸润后,采用真空热封机,边对电池的内部进行减压,边将铝层压片的剩余的一边加热熔合,得到了锂离子电池。
(锂离子电池的评价)
对于制作的锂离子电池,采用以下的方法对电池性能进行了评价。
[放电速率特性(3C放电时的容量维持率)]
对于制作的锂离子电池,在25℃下进行了4.45V、0.2C限度的恒电流恒电压充电后,以0.2C的恒电流放电至3.0V。接下来,使放电电流变化为0.2C、0.5C、1C、2C、3C,测定了相对于各放电电流的放电容量。就各测定中的回复充电而言,进行了4.45V、0.2C限度的恒电流恒电压充电。接着,计算出3C放电时相对于0.2C放电时的容量维持率。本实施例的锂离子电池的3C放电时的容量维持率为82.5%。
[循环特性(循环后放电容量维持率)]
对于制作的锂离子电池,在25℃下进行了4.45V、1C限度的恒电流恒电压充电后,以1C的恒电流放电至3.0V。接下来,将上述充放电反复进行400个循环,测定了放电容量。接着,计算出第400个循环放电时相对于第1个循环放电时的循环后放电容量维持率。本实施例的锂离子电池的循环后放电容量维持率为90%。
<实施例2>
除了将实施例1的分散剂变为接枝共聚物B以外,采用与实施例1同样的方法制作电极用导电性树脂组合物、电极组合物、电极和锂离子电池,实施了各项评价。将结果示于表2中。
<实施例3>
除了将实施例1的分散剂变为接枝共聚物C以外,采用与实施例1同样的方法制作电极用导电性树脂组合物、电极组合物、电极和锂离子电池,实施了各项评价。将结果示于表2中。
<实施例4>
除了以实施例1的PVdF用固体成分计成为49.75质量%、Li-435用固体成分计成为49.75质量%、接枝共聚物A用固体成分计成为0.498质量%(分散剂的质量/导电剂的质量=0.01)的方式称量并混合以外,采用与实施例1同样的方法制作电极用导电性树脂组合物、电极组合物、电极和锂离子电池,实施了各项评价。将结果示于表2中。
<实施例5>
除了以实施例1的PVdF用固体成分计成为40.0质量%、Li-435用固体成分计成为40.0质量%、接枝共聚物A用固体成分计成为20.0质量%(分散剂的质量/导电剂的质量=0.5)的方式称量并混合以外,采用与实施例1同样的方法制作电极用导电性树脂组合物、电极组合物、电极和锂离子电池,实施了各项评价。将结果示于表3中。
<实施例6>
除了以实施例1的PVdF用固体成分计成为33.3质量%、Li-435用固体成分计成为33.3质量%、接枝共聚物A用固体成分计成为33.3质量%(分散剂的质量/导电剂的质量=1)的方式称量并混合以外,采用与实施例1同样的方法制作电极用导电性树脂组合物、电极组合物、电极和锂离子电池,实施了各项评价。将结果示于表3中。
<实施例7>
除了以实施例1的PVdF用固体成分计成为20.0质量%、Li-435用固体成分计成为20.0质量%、接枝共聚物A用固体成分计成为60.0质量%(分散剂的质量/导电剂的质量=3)的方式称量并混合以外,采用与实施例1同样的方法制作电极用导电性树脂组合物、电极组合物、电极和锂离子电池,实施了各项评价。将结果示于表3中。
<实施例8>
除了将实施例1的导电剂变为碳纳米管(CNano Technology Limited制造,Flotube9000,以下记载为“CNT”。)以外,采用与实施例1同样的方法制作电极用导电性树脂组合物、电极组合物、电极和锂离子电池,实施了各项评价。将结果示于表3中。
<实施例9>
除了使实施例1的导电剂为Li-435与CNT的并用,以Li-435用固体成分计成为23.8质量%、CNT用固体成分计成为23.8质量%的方式称量并混合以外,采用与实施例1同样的方法制作电极用导电性树脂组合物、电极组合物、电极和锂离子电池,实施了各项评价。将结果示于表4中。
<实施例10>
除了将实施例1的导电剂变为炭黑Li-250(DENKA COMPANY制造)以外,采用与实施例1同样的方法制作电极用导电性树脂组合物、电极组合物、电极和锂离子电池,实施了各项评价。将结果示于表4中。
<实施例11>
除了将实施例1的导电剂变为科琴黑(Lion Specialty Chemicals Co.,Ltd.制ECP)以外,采用与实施例1同样的方法制作电极用导电性树脂组合物、电极组合物、电极和锂离子电池,实施了各项评价。将结果示于表4中。
<比较例1>
除了没有添加实施例1的分散剂,以PVdF用固体成分计成为50.0质量%、Li-435用固体成分计成为50.0质量%的方式称量并混合以外,采用与实施例1同样的方法制作电极用导电性树脂组合物、电极组合物、电极和锂离子电池,实施了各项评价。将结果示于表4中。在使用了比较例1中使用的电极用导电性树脂组合物的情况下,缺乏分散性,粘度高,极板电阻也显示出高的值。另外,在电池评价中也成为了3C放电时的放电容量维持率低的结果。
<比较例2>
除了将实施例1的分散剂变为接枝共聚物D以外,采用与实施例1同样的方法制作电极用导电性树脂组合物、电极组合物、电极和锂离子电池,实施了各项评价。将结果示于表5中。在使用了比较例2中使用的电极用导电性树脂组合物的情况下,缺乏分散性,粘度高,极板电阻也显示出高的值。另外,在电池评价中也成为了3C放电时的放电容量维持率低的结果。
<比较例3>
除了将实施例1的分散剂变为接枝共聚物E以外,采用与实施例1同样的方法制作电极用导电性树脂组合物、电极组合物、电极和锂离子电池,实施了各项评价。将结果示于表5中。在使用了比较例3中使用的电极用导电性树脂组合物的情况下,缺乏分散性,粘度高,极板电阻也显示出高的值。另外,在电池评价中也成为了3C放电时的放电容量维持率低的结果。
<比较例4>
除了将实施例1的分散剂变为接枝共聚物F以外,采用与实施例1同样的方法制作电极用导电性树脂组合物、电极组合物、电极和锂离子电池,实施了各项评价。将结果示于表5中。在使用了比较例4中使用的电极用导电性树脂组合物的情况下,缺乏分散性,粘度高,极板电阻也显示出高的值。另外,在电池评价中也成为了3C放电时的放电容量维持率低的结果。
<比较例5>
除了将实施例1的分散剂变为接枝共聚物G以外,采用与实施例1同样的方法制作电极用导电性树脂组合物、电极组合物、电极和锂离子电池,实施了各项评价。将结果示于表5中。在使用了比较例5中使用的电极用导电性树脂组合物的情况下,缺乏分散性,粘度高,极板电阻也显示出高的值。另外,在电池评价中也成为了3C放电时的放电容量维持率低的结果。
<比较例6>
除了将实施例1的分散剂变为聚乙烯醇(关东化学株式会社制造、Mw16,000、制品编号18330)以外,采用与实施例1同样的方法制作电极用导电性树脂组合物、电极组合物、电极和锂离子电池,实施了各项评价。将结果示于表6中。在使用了比较例6中使用的电极用导电性树脂组合物的情况下,分散性提高,但显示出高的氧化分解电流值。
<比较例7>
除了将实施例1的分散剂变为聚丙烯腈(Sigma-Aldrich Co.制造、Mw150,000、制品编号181315)以外,采用与实施例1同样的方法制作电极用导电性树脂组合物、电极组合物、电极和锂离子电池,实施了各项评价。将结果示于表6中。在使用了比较例7中使用的电极用导电性树脂组合物的情况下,缺乏分散性,粘度高,极板电阻也显示出高的值。另外,在电池评价中也成为了3C放电时的放电容量维持率低的结果。
<比较例8>
除了将实施例1的分散剂变为聚乙烯醇(关东化学株式会社制造、Mw16,000、制品编号18330)和聚丙烯腈(Sigma-Aldrich Co.制造、Mw150,000、制品编号181315)的并用以外,采用与实施例1同样的方法制作电极用导电性树脂组合物、电极组合物、电极和锂离子电池,实施了各项评价。将结果示于表6中。在使用了比较例8中使用的电极用导电性树脂组合物的情况下,缺乏分散性,粘度高,显示出高的氧化分解电流值,极板电阻也显示出高的值。另外,在电池评价中也成为了3C放电时的放电容量维持率低的结果。
<比较例9>
除了将实施例1的分散剂变为聚乙烯基吡咯烷酮(第一工业制药株式会社制造、K-90)以外,采用与实施例1同样的方法制作电极用导电性树脂组合物、电极组合物、电极和锂离子电池,实施了各项评价。将结果示于表6中。在使用了比较例9中使用的电极用导电性树脂组合物的情况下,分散性提高,但显示出高的氧化分解电流值。
<比较例10>
除了将实施例1的分散剂变为聚氧乙烯烷基醚(狮王株式会社制造、LEOCOL TD-50)以外,采用与实施例1同样的方法制作电极用导电性树脂组合物、电极组合物、电极和锂离子电池,实施了各项评价。将结果示于表7中。在使用了比较例10中使用的电极用导电性树脂组合物的情况下,分散性提高,但显示出高的氧化分解电流值。
<比较例11>
除了将实施例1的分散剂变为聚乙烯基吡咯烷酮(第一工业制药株式会社制造)和聚氧乙烯烷基醚(狮王株式会社制造)的并用以外,采用与实施例1同样的方法制作电极用导电性树脂组合物、电极组合物、电极和锂离子电池,实施了各项评价。将结果示于表7中。在使用了比较例11中使用的电极用导电性树脂组合物的情况下,分散性提高,但显示出高的氧化分解电流值。
<比较例12>
除了没有添加实施例1的粘结材料,且以接枝共聚物A以固体成分计成为50.0质量%(分散剂的质量/导电剂的质量=1)、Li-435以固体成分计成为50.0质量%的方式称量并混合以外,采用与实施例1同样的方法制作电极用导电性树脂组合物、电极组合物、电极和锂离子电池,实施了各项评价。将结果示于表7中。在使用了比较例12中使用的电极用导电性树脂组合物的情况下,显示出分散性的提高和低的氧化分解电流值,但极板电阻高,在电池评价中也成为了3C放电时的放电容量维持率低的结果。
<比较例13>
除了将实施例1的分散剂变为接枝共聚物H以外,采用与实施例1同样的方法制作电极用导电性树脂组合物、电极组合物、电极和锂离子电池,实施了各项评价。将结果示于表7中。在使用了比较例13中使用的电极用导电性树脂组合物的情况下,缺乏分散性,粘度高,极板电阻也显示出高的值。另外,在电池评价中也成为了3C放电时的放电容量维持率低的结果。
<比较例14>
除了将实施例1的分散剂变为接枝共聚物I以外,采用与实施例1同样的方法制作电极用导电性树脂组合物、电极组合物、电极和锂离子电池,实施了各项评价。将结果示于表7中。在使用了比较例14中使用的电极用导电性树脂组合物的情况下,缺乏分散性,粘度高,极板电阻也显示出高的值。另外,在电池评价中也成为了3C放电时的放电容量维持率低的结果。
[表2]
[表3]
[表4]
[表5]
[表6]
[表7]
可以看到,实施例1~11的电极用导电性树脂组合物与比较例1~14的电极用导电性树脂组合物相比,能够兼具分散性和耐氧化性。由此可知,本发明的实施例的电极组合物的粘度低,使用了电极组合物的电极由于极板电阻低,因此抑制放电时的电压下降。
进而可以看到,实施例1~11的锂离子电池与比较例1~14的锂离子电池相比,放电速率特性高,循环特性也高。由此可知,使用了本发明的电极用导电性树脂组合物的锂离子电池可抑制与放电电流的增加相伴的输出功率降低,也兼具高寿命。
附图标记说明
1 锂离子电池正极
2 锂离子电池负极
3 聚烯烃制微多孔膜
4 铝制极片
5 镍制极片
6 外壳
7 活性物质
8 导电剂

Claims (8)

1.一种电极用导电性树脂组合物,其特征在于,其是含有分散剂、导电剂和粘结材料的电极用导电性树脂组合物,
分散剂含有以丙烯腈作为主成分的单体接枝于聚乙烯醇而成的接枝共聚物,
聚乙烯醇的平均聚合度为300~3000并且皂化度为90摩尔%~100摩尔%,
接枝共聚物中,聚乙烯醇量为10质量%~40质量%,聚丙烯腈量为90质量%~60质量%。
2.根据权利要求1所述的电极用导电性树脂组合物,其中,分散剂与导电剂的质量比(分散剂的质量/导电剂的质量)为0.01~1。
3.根据权利要求1或2所述的电极用导电性树脂组合物,其中,粘结材料含有聚偏氟乙烯。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的电极用导电性树脂组合物,其中,导电剂含有选自由(i)纤维状碳、(ii)球状碳和(iii)纤维状碳与球状碳相互连结而成的碳复合体组成的组中的至少一种。
5.一种电极组合物,其含有权利要求1-4中任一项所述的电极用导电性树脂组合物和活性物质。
6.根据权利要求5所述的电极组合物,其特征在于,活性物质为选自LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、LiMPO4、Li2MSiO4、LiNiXMn(2-X)O4、Li(MnXNiYCoZ)O2、Li(AlXNiYCoZ)O2和xLi2MnO3-(1-x)LiMO2中的至少一种,
其中,LiNiXMn(2-X)O4中的X满足0<X<2的关系,
Li(MnXNiYCoZ)O2和Li(AlXNiYCoZ)O2中的X、Y和Z满足X+Y+Z=1的关系,并且满足0<X<1、0<Y<1、0<Z<1的关系,
xLi2MnO3-(1-x)LiMO2中的x满足0<x<1的关系,
LiMPO4、Li2MSiO4和xLi2MnO3-(1-x)LiMO2中的M为选自Fe、Co、Ni和Mn中的一种以上的元素。
7.一种电极,其在金属箔上具有包含权利要求5或6所述的电极组合物的层。
8.一种锂离子电池,其具有权利要求7所述的电极作为正极。
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