CN116472296A - 非水系二次电池正极用黏结剂组合物、非水系二次电池正极用导电材料分散液、非水系二次电池正极用浆料组合物、非水系二次电池用正极以及非水系二次电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种包含聚合物的非水系二次电池正极用黏结剂组合物。该聚合物包含含腈基单体单元,且重均分子量为300000以下,并且含硫量为500ppm以上。
Description
技术领域
本发明涉及非水系二次电池正极用黏结剂组合物、非水系二次电池正极用导电材料分散液、非水系二次电池正极用浆料组合物、非水系二次电池用正极以及非水系二次电池。
背景技术
锂离子二次电池等非水系二次电池(非水电解液系二次电池)具有小型、轻质且能量密度高、还能够反复充放电的特性,被用于广泛的用途。因此,近年来,以非水系二次电池的进一步高性能化为目的,正在研究电极等电池部件的改良。
在此,非水系二次电池用的正极通常具有集流体和形成在集流体上的电极复合材料层(正极复合材料层)。而且,该正极复合材料层使用例如将正极活性物质和包含黏结材料的黏结剂组合物等分散在分散介质中而成的浆料组合物形成。
近年来,为了实现进一步提高非水系二次电池的性能,正在尝试改良黏结剂组合物,其用于形成作为非水系二次电池的电极的构成元件的电极复合材料层。
具体而言,研究并提供了各种包含含腈基单体单元和氢化的丁二烯单元的非水系二次电池电极用黏结剂组合物(例如参考专利文献1~3)。此外,对于包含含腈基单体单元和氢化的丁二烯单元的聚合物,由于具有工业上有利的各种属性,因此一直以来以各种方式进行了改良。例如,在专利文献4中,提出了如下方案:在具有巯基的分子量调节剂的存在下,使共轭二烯单体与α,β-不饱和腈单体共聚而得到聚合物时,使分子量调节剂的残留量为40ppm以下。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特表2018-522803号公报;
专利文献2:日本特表2018-533175号公报;
专利文献3:国际公开第2020/137594号;
专利文献4:日本特开2003-221407号公报。
发明内容
发明要解决的问题
在此,从提高二次电池的生产率和性能的观点出发,黏结剂组合物需要提高使该黏结剂组合物与作为导电材料的碳纳米管混合而得到的导电材料分散液的分散性。此外,得到的二次电池需要即使在高温下保管之后,比较保管前后的放电容量,劣化也少,即高温保存特性优异。
但是,上述那样的一直以来研究并使用的黏结剂组合物等不能以高水平兼顾提高得到的导电材料分散液的分散性和提高得到的二次电池的高温保存特性。
因此,本发明的目的在于提供一种能够形成分散性优异的导电材料分散液和高温保存特性优异的二次电池的非水系二次电池正极用黏结剂组合物。
此外,本发明的目的在于提供一种分散性优异的非水系二次电池正极用导电材料分散液,其能够形成高温保存特性优异的二次电池。
进而,本发明的目的在于提供一种能够形成高温保存特性优异的二次电池的非水系二次电池正极用浆料组合物。
而且,本发明的目的在于提供一种能够形成高温保存特性优异的二次电池的非水系二次电池用正极和一种高温保存特性优异的二次电池。
用于解决问题的方案
本发明人为了实现上述目的进行了深入研究。而且,本发明人发现,根据配合了包含含腈基单体单元、重均分子量和含硫量在规定范围内的聚合物的非水系二次电池正极用黏结剂组合物,能够形成分散性优异的导电材料分散液和高温保存特性优异的二次电池,从而完成了本发明。
即,本发明的目的在于有利地解决上述问题,本发明的非水系二次电池正极用黏结剂组合物的特征在于包含聚合物,其中,上述聚合物包含含腈基单体单元,且上述聚合物的重均分子量为300000以下,并且上述聚合物的含硫量为500ppm以上。像这样,根据配合了重均分子量和含硫量在规定范围内的包含含腈基单体单元的聚合物的非水系二次电池正极用黏结剂组合物,能够形成分散性优异的导电材料分散液和高温保存特性优异的二次电池。
另外,在本发明中,聚合物的“单体单元”是指“使用该单体得到的聚合物中包含的来自该单体的重复单元”。
此外,聚合物的重均分子量和含硫量能够根据本说明书的实施例中记载的方法进行测定。
在此,在本发明的非水系二次电池正极用黏结剂组合物中,优选上述聚合物以30质量%以上且80质量%以下的比例含有碳原子数为4以上的直链亚烷基结构单元。如果聚合物以30质量%以上且80质量%以下的比例含有碳原子数为4以上的直链亚烷基结构单元,则在制备黏结剂组合物的情况下,能够提高导电材料的分散性。
另外,聚合物中的“碳原子数为4以上的直链亚烷基结构单元的含有比例”能够使用1H-NMR等核磁共振(NMR)法进行测定。
进而,在本发明的非水系二次电池正极用黏结剂组合物中,优选上述聚合物以10质量%以上且55质量%以下的比例含有上述含腈基单体单元。如果聚合物以10质量%以上且55质量%以下的比例含有含腈基单体单元,则在制备黏结剂组合物的情况下,能够提高导电材料的分散性。
另外,聚合物中的“含腈基单体单元的含有比例”能够使用1H-NMR等核磁共振(NMR)法进行测定。
进而,在本发明的非水系二次电池正极用黏结剂组合物中,优选聚合物的碘值为5mg/100mg以上且100mg/100mg以下。如果聚合物的碘值为5mg/100mg以上且100mg/100mg以下,则在制备黏结剂组合物的情况下,能够提高导电材料的分散性。
另外,聚合物的碘值能够根据实施例中记载的方法进行测定。
此外,本发明的目的在于有利地解决上述问题,本发明的非水系二次电池正极用导电材料分散液的特征在于含有包含碳纳米管的导电材料、分散介质和上述任一种非水系二次电池正极用黏结剂组合物。像这样,通过将上述任一种非水系二次电池正极用黏结剂组合物与作为导电材料的碳纳米管并用,可得到分散性优异的导电材料分散液,其能够形成高温保存特性优异的二次电池。
在此,本发明的非水系二次电池正极用导电材料分散液优选上述碳纳米管的分散粒径的粒度分布中的体积平均粒径D50的值为0.1μm以上且5.0μm以下。如果导电材料分散液中的碳纳米管的分散粒径的体积平均粒径D50的值为0.1μm以上且5.0μm以下,则能够进一步提高导电材料分散液中的碳纳米管的分散性。
另外,碳纳米管的分散粒径的粒度分布中的体积平均粒径D50的值能够根据本说明书的实施例中记载的方法进行测定。
此外,本发明的目的在于有利地解决上述问题,本发明的非水系二次电池正极用浆料组合物的特征在于包含电极活性物质和上述任一种导电材料分散液。如果正极用浆料组合物含有上述的导电材料分散液,则能够形成高温保存特性优异的二次电池。
此外,本发明的目的在于有利地解决上述问题,本发明的非水系二次电池用正极的特征在于具有使用非水系二次电池正极用浆料组合物形成的正极复合材料层。像这样,如果使用具有用上述的正极用浆料组合物形成的正极复合材料层的正极,则能够稳定地得到高温保存特性优异的非水系二次电池。
此外,本发明的目的在于有利地解决上述问题,本发明的非水系二次电池的特征在于具有上述的非水系二次电池用正极、负极、电解液和间隔件。像这样,如果使用上述的非水系二次电池用正极,则可得到高温保存特性优异的非水系二次电池。
发明效果
根据本发明,能够提供一种能够形成分散性优异的导电材料分散液和高温保存特性优异的二次电池的非水系二次电池正极用黏结剂组合物。
此外,根据本发明,能够提供一种分散性优异的非水系二次电池正极用导电材料分散液,其能够形成高温保存特性优异的二次电池。
进而,根据本发明,能够提供一种能够形成高温保存特性优异的二次电池的非水系二次电池正极用浆料组合物。
而且,根据本发明,能够提供一种能够形成高温保存特性优异的二次电池的非水系二次电池用正极和一种高温保存特性优异的二次电池。
具体实施方式
以下,对本发明的实施方式进行详细说明。
在此,本发明的非水系二次电池正极用黏结剂组合物能够用于制备本发明的非水系二次电池正极用导电材料分散液。而且,本发明的非水系二次电池正极用导电材料分散液能够用于制备本发明的非水系二次电池正极用浆料组合物。进而,本发明的非水系二次电池正极用浆料组合物能够在制造锂离子二次电池等非水系二次电池的正极时使用。进而,本发明的非水系二次电池的特征在于使用了本发明的非水系二次电池用正极,该非水系二次电池用正极使用本发明的非水系二次电池正极用浆料组合物形成。
(非水系二次电池正极用黏结剂组合物)
本发明的非水系二次电池正极用黏结剂组合物为包含规定的聚合物的非水系二次电池正极用黏结剂组合物。在此,规定的聚合物的特征在于包含含腈基单体单元,且聚合物的重均分子量为300000以下,并且聚合物的含硫量为500ppm以上。而且,本发明的非水系二次电池正极用黏结剂组合物含有满足上述规定的组成和性状的聚合物,因此能够形成分散性优异的导电材料分散液和高温保存特性优异的二次电池。本发明的非水系二次电池正极用黏结剂组合物除含有上述规定的聚合物之外,还可以任意地含有溶剂及其它成分。
<聚合物>
聚合物为能够使作为导电材料的碳纳米管良好地分散在使用黏结剂组合物制备的导电材料分散液中的成分。进而,聚合物是能够在正极中通过保护导电材料和正极活性物质等有助于电化学反应的物质的表面来抑制副反应发生的成分,该正极是通过使用配合了包含该聚合物的导电材料分散液的非水系二次电池正极用浆料组合物在集流体上形成正极复合材料层而制造的。由此,能够提高得到的二次电池的高温保存特性。进而,聚合物是还能够发挥保持正极复合材料层所包含的成分不从正极复合材料层脱离的功能的成分。
<聚合物的组成>
聚合物需要包含含腈基单体单元,进而,优选包含碳原子数为4以上的直链亚烷基结构单元。进而,任意地,聚合物也可以包含除含腈基单体单元和碳原子数为4以上的直链亚烷基结构单元以外的重复单元。
[含腈基单体单元]
作为能够形成含腈基单体单元的含腈基单体,可举出α,β-烯属不饱和腈单体。而且,作为α,β-烯属不饱和腈单体,只要为具有腈基的α,β-烯属不饱和化合物,则没有特别限定,可举出例如:丙烯腈;α-氯丙烯腈、α-溴丙烯腈等α-卤代丙烯腈;甲基丙烯腈、α-乙基丙烯腈等α-烷基丙烯腈等。在这些之中,作为含腈基单体,优选丙烯腈和甲基丙烯腈,更优选丙烯腈。
它们能够单独使用一种或组合使用两种以上。
而且,在以聚合物中的全部重复单元(结构单元与单体单元的合计)为100质量%的情况下,聚合物中的含腈基单体单元的量优选为10质量%以上,更优选为20质量%以上,进一步优选为30质量%以上,优选为55质量%以下,更优选为40质量%以下。如果聚合物中的含腈基单体单元的量在上述范围内,则在制备黏结剂组合物的情况下,能够提高导电材料的分散性。
[碳原子数为4以上的直链亚烷基结构单元]
碳原子数为4以上的直链亚烷基结构单元为仅由通式:-CnH2n-[其中,n为4以上的整数]所表示的直链亚烷基结构构成的重复单元。在聚合物包含碳原子数为4以上的直链亚烷基结构单元的情况下,在与作为导电材料的碳纳米管混合来制备导电材料分散液时,能够提高导电材料的分散性。
而且,向聚合物导入碳原子数为4以上的直链亚烷基结构单元的方法没有特别限定,可举出例如以下的(1)或(2)的方法:
(1)由包含共轭二烯单体的单体组合物制备聚合物,对该聚合物进行加氢,由此将共轭二烯单体单元转换为碳原子数为4以上的直链亚烷基结构单元的方法;
(2)由包含碳原子数为4以上的1-烯烃单体的单体组合物制备聚合物的方法。
在这些之中,(1)的方法易于制造聚合物,因此优选。
即,碳原子数为4以上的直链亚烷基结构单元优选对共轭二烯单体单元氢化而得到的结构单元(共轭二烯氢化物单元),更优选对1,3-丁二烯单元氢化而得到的结构单元(1,3-丁二烯氢化物单元)。
此外,作为碳原子数为4以上的1-烯烃单体,可举出例如1-丁烯、1-己烯等。
这些共轭二烯单体、1-烯烃单体能够单独或者组合两种以上使用。
另外,作为能够用于上述(1)的方法的共轭二烯单体,可举出例如1,3-丁二烯、异戊二烯、2,3-二甲基-1,3-丁二烯、1,3-戊二烯等共轭二烯化合物。其中,优选1,3-丁二烯。即,碳原子数为4以上的直链亚烷基结构单元优选对共轭二烯单体单元氢化而得到的结构单元(共轭二烯氢化物单元),更优选对1,3-丁二烯单元氢化而得到的结构单元(1,3-丁二烯氢化物单元)。而且,氢化能够使用后述那样的公知的方法进行。
另外,在经由上述(1)的方法向聚合物导入碳原子数为4以上的直链亚烷基结构单元的情况下,在共轭二烯单体单元未被完全氢化的情况下,在聚合物中会残留共轭二烯单体单元。换言之,聚合物可以含有共轭二烯单体单元作为任意的重复单元。
在以聚合物中的全部重复单元(结构单元与单体单元的合计)为100质量%的情况下,聚合物中的碳原子数为4以上的直链亚烷基结构单元的含有比例优选为30质量%以上,更优选为50质量%以上,进一步优选为60质量%以上,优选为80质量%以下,更优选为75质量%以下,进一步优选为70质量%以下。如果聚合物中的碳原子数为4以上的直链亚烷基结构单元的含有比例在上述的范围内,则在制备黏结剂组合物的情况下,能够进一步提高导电材料的分散性。
另外,在聚合物含有共轭二烯单体单元的情况下,聚合物中的共轭二烯单体单元与碳原子数为4以上的直链亚烷基结构单元的合计含有比例优选满足上述的优选范围。
-其它重复单元-
此外,作为能够形成除了含腈基单体单元、碳原子数为4以上的直链亚烷基结构单元、共轭二烯单元以外的其它单体单元的单体(以下,有时称为“其它单体”),没有特别限定,可举出:(甲基)丙烯酸酯单体;苯乙烯单体;具有亲水性基团的能够聚合的单体等。
另外,这些单体能够单独使用一种或组合使用两种以上。此外,在本发明中,“(甲基)丙烯酸”是指丙烯酸和/或甲基丙烯酸。
在此,作为(甲基)丙烯酸酯单体,可举出:丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸正戊酯、丙烯酸异戊酯、丙烯酸己酯、丙烯酸庚酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸壬酯、丙烯酸癸酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸正十四烷基酯、丙烯酸硬脂酯等丙烯酸烷基酯;甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丙酯、甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸正戊酯、甲基丙烯酸异戊酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸庚酯、甲基丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸壬酯、甲基丙烯酸癸酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸正十四烷基酯、甲基丙烯酸硬脂酯等甲基丙烯酸烷基酯等。
此外,作为具有亲水性基团的能够聚合的单体,可举出具有羧酸基的单体、具有磺酸基的单体、具有磷酸基的单体、具有羟基的单体。
作为具有羧酸基的单体,可举出单羧酸及其衍生物、二羧酸及其酸酐以及它们的衍生物等。
作为单羧酸,可举出丙烯酸、甲基丙烯酸、巴豆酸等。
作为单羧酸衍生物,可举出2-乙基丙烯酸、异巴豆酸、α-乙酰氧基丙烯酸、β-反式芳氧基丙烯酸、α-氯-β-E-甲氧基丙烯酸、β-二氨基丙烯酸等。
作为二羧酸,可举出马来酸、富马酸、衣康酸等。
作为二羧酸衍生物,可举出甲基马来酸、二甲基马来酸、苯基马来酸、氯马来酸、二氯马来酸、氟马来酸、马来酸甲基烯丙酯、马来酸二苯酯、马来酸壬酯、马来酸癸酯、马来酸十二烷基酯、马来酸十八烷基酯、马来酸氟烷基酯等马来酸酯。
作为二羧酸的酸酐,可举出马来酸酐、丙烯酸酐、甲基马来酸酐、二甲基马来酸酐等。
此外,作为具有羧酸基的单体,也能够使用通过水解生成羧基的酸酐。
除此之外,还可举出马来酸单乙酯、马来酸二乙酯、马来酸单丁酯、马来酸二丁酯、富马酸单乙酯、富马酸二乙酯、富马酸单丁酯、富马酸二丁酯、富马酸单环己酯、富马酸二环己酯、衣康酸单乙酯、衣康酸二乙酯、衣康酸单丁酯、衣康酸二丁酯等α,β-烯属不饱和多元羧酸的单酯和二酯。
作为具有磺酸基的单体,可举出乙烯基磺酸、甲基乙烯基磺酸、(甲基)烯丙基磺酸、苯乙烯磺酸、(甲基)丙烯酸-2-磺酸乙酯、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、3-烯丙氧基-2-羟基丙烷磺酸等。
另外,在本发明中,“(甲基)烯丙基”是指烯丙基和/或甲基烯丙基。
作为具有磷酸基的单体,可举出磷酸-2-(甲基)丙烯酰氧基乙酯、磷酸甲基-2-(甲基)丙烯酰氧基乙酯、磷酸乙基-(甲基)丙烯酰氧基乙酯等。
另外,在本发明中,“(甲基)丙烯酰”是指丙烯酰和/或甲基丙稀酰。
作为具有羟基的单体,可举出:(甲基)烯丙醇、3-丁烯-1-醇、5-己烯-1-醇等烯属不饱和醇;丙烯酸-2-羟基乙酯、丙烯酸-2-羟基丙酯、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯、甲基丙烯酸-2-羟基丙酯、马来酸二-2-羟基乙酯、马来酸二-4-羟基丁酯、衣康酸二-2-羟基丙酯等烯属不饱和羧酸的烷醇酯类;由通式:CH2=CR1-COO-(CnH2nO)m-H(式中,m表示2~9的整数,n表示2~4的整数,R1表示氢或甲基)所表示的聚亚烷基二醇和(甲基)丙烯酸的酯类;2-羟基乙基-2'-(甲基)丙烯酰氧基邻苯二甲酸酯、2-羟基乙基-2'-(甲基)丙烯酰氧基琥珀酸酯等二羧酸的二羟基酯的单(甲基)丙烯酸酯类;2-羟基乙基乙烯基醚、2-羟基丙基乙烯基醚等乙烯基醚类;(甲基)烯丙基-2-羟基乙基醚、(甲基)烯丙基-2-羟基丙基醚、(甲基)烯丙基-3-羟基丙基醚、(甲基)烯丙基-2-羟基丁基醚、(甲基)烯丙基-3-羟基丁基醚、(甲基)烯丙基-4-羟基丁基醚、(甲基)烯丙基-6-羟己基醚等亚烷基二醇的单(甲基)烯丙基醚类;二乙二醇单(甲基)烯丙基醚、二丙二醇单(甲基)烯丙基醚等聚氧亚烷基二醇单(甲基)烯丙基醚类;甘油单(甲基)烯丙基醚、(甲基)烯丙基-2-氯-3-羟基丙基醚、(甲基)烯丙基-2-羟基-3-氯丙基醚等(聚)亚烷基二醇的卤素取代物和羟基取代物的单(甲基)烯丙基醚;丁香酚、异丁香酚等多元酚的单(甲基)烯丙基醚及其卤素取代物;(甲基)烯丙基-2-羟基乙基硫醚、(甲基)烯丙基-2-羟基丙基硫醚等亚烷基二醇的(甲基)烯丙基硫醚类等。
而且,在聚合物包含其它单体单元的情况下,聚合物中的其它单体单元的比例优选为10质量%以下。这是因为,如果其它单体单元的比例为10质量%以下,则在制备黏结剂组合物的情况下,能够提高导电材料的分散性。另外,聚合物当然也可以不含有其它单体单元。
<聚合物的制备方法>
另外,上述的聚合物的制造方法没有特别限定,能够使用例如溶液聚合法、悬浮聚合法、本体聚合法、乳液聚合法等中的任一种方法。
此外,作为聚合方法,能够使用离子聚合、自由基聚合、活性自由基聚合等加成聚合。此外,作为聚合引发剂,能够使用包含铁系化合物的氧化还原聚合引发剂等已知的聚合引发剂。
而且,在进行聚合时,优选使用具有巯基等含硫基团的分子量调节剂。作为用作分子量调节剂的具有巯基的化合物,可举出例如:辛基硫醇、2,2,4,6,6-五甲基-4-庚烷硫醇、2,4,4,6,6-五甲基-2-庚烷硫醇、2,3,4,6,6-五甲基-2-庚烷硫醇、2,3,4,6,6-五甲基-3-庚烷硫醇、叔十二烷基硫醇、正十二烷基硫醇等具有碳原子数为8~12的巯基的化合物;2,2,4,6,6-五甲基-4-辛烷硫醇、2,2,4,6,6,8,8-七甲基-4-壬烷硫醇、双(2-巯乙基)硫醚、3-巯基丙酸甲酯、1-丁烷硫醇等具有巯基的化合物。其中,优选具有碳原子数为8~12的巯基的化合物,更优选叔十二烷基硫醇。
而且,作为分子量调节剂的具有巯基的化合物的配合量能够以得到的聚合物中的硫含量成为期望的值的方式来确定。
此外,在用上述(1)的方法制造上述的聚合物的情况下,作为被加氢的聚合物的聚合方法,优选使用利用包含铁系化合物的氧化还原聚合引发剂的自由基聚合,作为氧化还原聚合引发剂,没有特别限定,能够使用例如氢过氧化枯烯、乙二胺四乙酸单钠铁、羟基甲亚磺酸钠、乙二胺四乙酸四钠盐(EDTA·4Na)的组合等。此外,在用上述(1)的方法制造上述的聚合物的情况下,优选在乳液聚合之后,用凝固剂使该聚合物凝固并回收,对回收的聚合物(任意地,在实施后述的“复分解反应”之后)进行氢化。
进而,氢化能够使用油层氢化法或水层氢化法等已知的氢化方法来进行。此外,作为用于氢化的催化剂,只要是公知的选择性氢化催化剂,则能够没有限定地使用,能够使用钯系催化剂、铑系催化剂。它们可以并用两种以上。
另外,聚合物的氢化可以使用例如日本专利第4509792号中记载的方法进行。具体而言,聚合物的氢化可以在催化剂和共聚用烯烃(co-olefin)的存在下实施聚合物的复分解反应实施之后进行。
在此,作为复分解反应的催化剂,能够使用已知的钌系催化剂。其中,作为复分解反应的催化剂,优选使用双(三环己基膦)亚苄基二氯化钌、1,3-双(2,4,6-三甲基苯基)-2-(咪唑烷亚基)(二氯苯基亚甲基)(三环己基膦)钌等格拉布(Grubbs)催化剂。此外,作为共聚用烯烃,能够使用乙烯、异丁烯、1-己烯等碳原子数为2~16的烯烃。此外,作为在复分解反应后进行氢化时的氢化催化剂,能够使用例如威尔金森(Wilkinson)催化剂((PPh3)3RhCl)等已知的均相氢化催化剂。
<聚合物的性状>
[聚合物的重均分子量]
如上所述,聚合物的重均分子量需要为300000以下。除此之外,聚合物的重均分子量优选为2000以上,更优选为7000以上,进一步优选为8500以上,优选为150000以下,更优选为100000以下,进一步优选为10000以下。如果聚合物的重均分子量在上述范围内,则在制备包含作为导电材料的碳纳米管的导电材料分散液的情况下,能够提高导电材料分散液中的碳纳米管的分散性。聚合物的平均分子量能够通过例如调节在聚合时配合的分子量调节剂的配合量来进行控制。
[聚合物的含硫量]
如上所述,聚合物的含硫量需要为500ppm以上。除此之外,聚合物的含硫量优选为1000ppm以上,更优选为3000ppm以上,进一步优选为5000ppm以上,优选为20000ppm以下,更优选为10000ppm以下。通过使聚合物在分子内含有硫原子,能够提高耐氧化性。而且,该聚合物通过在二次电池用正极中保护正极活性物质和作为导电材料的碳纳米管的表面,由此能够抑制二次电池内部的副反应,结果能够提高二次电池的高温保存特性。另外,硫原子优选不仅附着于聚合物,还键合于聚合物的聚合物链。通过使聚合物中的硫含量在上述范围内,能够进一步提高二次电池的高温保存特性。另外,聚合物的硫含量能够根据例如在聚合时配合的包含巯基等含硫基团的分子量调节剂的配合量来进行控制。
[聚合物的碘值]
聚合物的碘值优选为5mg/100mg以上,更优选为10mg/100mg以上,优选为20mg/100mg以上,优选为100mg/100mg以下,更优选为80mg/100mg以下,进一步优选为70mg/100mg以下。如果聚合物的碘值在上述范围内,则在制备包含作为导电材料的碳纳米管的导电材料分散液的情况下,能够提高导电材料分散液中的碳纳米管的分散性。另外,聚合物的碘值能够通过例如基于对聚合物进行氢化时的氢化催化剂量等来进行控制。
<溶剂>
作为非水系二次电池正极用黏结剂组合物含有的溶剂,能够使用有机溶剂。作为有机溶剂,可举出例如N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基甲酰胺、丙酮等。在这些之中,从非水系二次电池正极用黏结剂组合物的稳定性的观点出发,优选N-甲基吡咯烷酮(NMP)。
<其它成分>
本发明的非水系二次电池正极用黏结剂组合物除含有上述成分以外,还含有补强材料、流平剂、黏度调节剂、电解液添加剂等成分。只要它们不对电池反应造成影响,则没有特别限定,能够使用公知的成分,例如国际公开第2012/115096号中记载的成分。此外,这些成分可以单独使用一种,也可以以任意比率组合使用两种以上。
<非水系二次电池正极用黏结剂组合物的制备>
本发明的非水系二次电池正极用黏结剂组合物在含有溶剂的情况下,能够通过使上述的聚合物溶解或分散在溶剂中来制备。具体而言,能够通过使用球磨机、砂磨机、珠磨机、颜料分散机、磨碎机、超声波分散机、均质器、行星式搅拌机、Filmix等混合机使上述的成分与溶剂混合来制备非水系二次电池正极用黏结剂组合物。
另外,在使用的聚合物制备为水分散体的情况下,可以在用凝固剂使聚合物凝固后除去水后,与有机溶剂混合,制成黏结剂组合物,也可以在使聚合物的水分散体与有机溶剂混合之后除去水,制成非水系二次电池正极用黏结剂组合物。
(非水系二次电池正极用导电材料分散液)
本发明的非水系二次电池正极用导电材料分散液含有包含碳纳米管的导电材料、分散介质和上述的本发明的非水系二次电池正极用黏结剂组合物。本发明的导电材料分散液由于含有上述的本发明的非水系二次电池正极用黏结剂组合物,因此分散性优异,并且能够形成高温保存特性优异的二次电池。
<导电材料>
本发明的非水系二次电池正极用导电材料分散液需要包含碳纳米管作为导电材料。在此,导电材料是为了促进电极复合材料层中的电极活性物质彼此的电接触而能够配合的成分。作为除碳纳米管以外的其它导电材料,能够使用炭黑(例如乙炔黑、科琴黑(注册商标)、炉法炭黑等)、石墨、除碳纳米管以外的碳纤维、碳片等导电性碳材料;各种金属的纤维、箔等。
它们能够单独使用一种或组合使用两种以上。
而且,导电材料的BET比表面积优选为100m2/g以上,更优选为150m2/g以上,通常为2500m2/g以下。如果导电材料的BET比表面积为上述下限值以上,则能够与本发明的黏结剂组合物所包含的聚合物良好地产生相互作用,进一步提高得到的二次电池的高温保存特性。能够在电极复合材料层中形成良好的导电通路,进一步提高二次电池的输出特性。此外,如果导电材料的BET比表面积为上述上限值以下,则能够抑制导电材料的凝聚,确保导电材料的分散性。
另外,通常,碳纳米管容易凝聚而不易分散。但是,本发明的导电材料分散液由于使用了包含满足上述的规定的组成和性状的聚合物的黏结剂组合物,因此能够使碳纳米管良好且稳定地分散。
<分散介质>
作为分散介质,能够使用上述<溶剂>的项目中举出的各种有机溶剂。分散介质的配合量能够按照导电材料分散液的固体成分浓度为例如1质量%以上,优选为2质量%以上,更优选为3质量%以上,为例如30质量%以下,优选为25质量%以下,更优选为20质量%以下的方式来确定。
<其它成分>
作为能够配合于导电材料分散液的其它成分,没有特别限定,可举出与能够配合于本发明的黏结剂组合物的其它成分相同的成分。此外,其它成分可以单独使用一种,也可以以任意比率组合使用两种以上。
<导电材料分散液中的碳纳米管的D50的值>
导电材料分散液中的碳纳米管的分散粒径的体积平均粒径D50的值优选为0.1μm以上且5.0μm以下,更优选为4.0μm以下,进一步优选为2.0μm以下。如果导电材料分散液中的碳纳米管的D50的值在上述范围内,则能够进一步提高导电材料分散液的分散性。
<导电材料分散液的制造方法>
导电材料分散液能够通过使上述的本发明的黏结剂组合物、导电材料、分散介质以及任意的其它成分混合来制备。另外,在黏结剂组合物含有溶剂的情况下,能够直接将该溶剂用作分散介质。作为混合方法,没有特别限定,可举出在<非水系二次电池正极用黏结剂组合物的制备>的项目中所述的方法。在此,对于导电材料分散液中的导电材料与上述的特定组成的聚合物的含有比率,以导电材料的含量为100质量份,聚合物优选为10质量份以上,更优选为15质量份以上,优选为100质量份以下,更优选为50质量份以下,进一步优选为30质量份以下。
(非水系二次电池正极用浆料组合物)
本发明的非水系二次电池正极用浆料组合物包含正极活性物质和上述的本发明的导电材料分散液。即,本发明的非水系二次电池正极用浆料组合物包含正极活性物质、聚合物、作为导电材料的碳纳米管、以及溶剂,除此之外,还含有任意的其它成分。而且,如果使用本发明的非水系二次电池正极用浆料组合物,则能够形成高温保存特性优异的二次电池。
<导电材料分散液>
作为导电材料分散液,使用上述的本发明的导电材料分散液。
<正极活性物质>
正极活性物质为在二次电池的正极中进行电子传递的物质。而且,例如,作为锂离子二次电池用的正极活性物质,通常使用能够吸收和释放锂的物质。
另外,以下,作为一个例子,对非水系二次电池为锂离子二次电池的情况下的正极活性物质进行说明,但本发明并不限定于下述的一个例子。
具体而言,作为锂离子二次电池用的正极活性物质,没有特别限定,可举出含锂钴氧化物(LiCoO2)、锰酸锂(LiMn2O4)、含锂镍氧化物(LiNiO2)、Co-Ni-Mn的含锂复合氧化物、Ni-Mn-Al的含锂复合氧化物、Ni-Co-Al的含锂复合氧化物、橄榄石型磷酸铁锂(LiFePO4)、橄榄石型磷酸锰锂(LiMnPO4)、Li1+xMn2-xO4(0<X<2)所表示的锂过量的尖晶石化合物、Li[Ni0.17Li0.2Co0.07Mn0.56]O2、LiNi0.5Mn1.5O4等已知的正极活性物质。另外,作为Co-Ni-Mn的含锂复合氧化物,可举出Li(Ni0.6Co0.2Mn0.2)O2、Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2、Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2等。
在上述之中,从提高二次电池的电池容量等的观点出发,作为正极活性物质,优选使用含锂钴氧化物(LiCoO2)、含锂镍氧化物(LiNiO2)、Co-Ni-Mn的含锂复合氧化物、Li[Ni0.17Li0.2Co0.07Mn0.56]O2或LiNi0.5Mn1.5O4,更优选使用Co-Ni-Mn的含锂复合氧化物。
另外,正极活性物质的配合量、粒径没有特别限定,能够与以往使用的正极活性物质相同。
<含有比率>
以正极活性物质的含量为100质量份,浆料组合物中的导电材料的含有比率优选为0.01质量份以上且20质量份以下。如果导电材料的比率为上述下限值以上,则能够促进正极活性物质彼此的电接触。此外,如果导电材料的配合量为上述上限值以下,则能够提高浆料组合物的涂敷性。
此外,对于浆料组合物中的聚合物的优选的含有比率,能够在通过<导电材料分散液的制造方法>的项目中所述的聚合物相对于导电材料的优选的范围、以及本节的开头说明的正极活性物质与导电材料之间的含有比率推导出的优选的范围内。
<其它成分>
作为能够配合于浆料组合物的其它成分,没有特别限定,可举出与能够配合于本发明的黏结剂组合物的其它成分相同的成分。此外,其它成分可以单独使用一种,也可以以任意比率组合使用两种以上。其中,在二次电池正极用浆料组合物为锂离子二次电池正极用浆料组合物的情况下,除上述的聚合物之外,作为黏合剂,还优选并用聚偏氟乙烯(PVdF)等含氟聚合物。在浆料组合物除含有上述的聚合物以外还含有一种或多种黏合剂的情况下,以该一种或多种黏合剂的总含量为100质量份,上述的聚合物的比例能够为5质量份以上且50质量份以下。如果浆料组合物中的上述的聚合物的含有比例为上述下限值以上,则能够进一步提高得到的二次电池的高温保存特性。此外,如果上述的聚合物的含有比例为上述上限值以下,则能够良好地发挥电极复合材料层中的黏结力。
<浆料组合物的制造方法>
上述的浆料组合物能够通过使上述各成分溶解或分散在有机溶剂等溶剂中来制备。例如,优选进行对上述的导电分散液添加正极活性物质、溶剂和任意成分等,并通过上述的已知的方法进行混合的工序,制备本发明的浆料组合物。
(非水系二次电池用正极)
本发明的非水系二次电池用正极具有使用本发明的非水系二次电池正极用浆料组合物形成的正极复合材料层。更具体而言,本发明的二次电池用正极具有使用本发明的正极用浆料组合物在集流体上形成的正极复合材料层。即,电极复合材料层至少包含电极活性物质、聚合物和作为导电材料的碳纳米管。另外,电极复合材料层中包含的各成分包含于上述二次电池电极用浆料组合物中,这些各成分的优选的存在比与浆料组合物中的各成分的优选的存在比相同。
而且,通过使用本发明的非水系二次电池用正极,能够形成高温保存特性优异的二次电池。
<非水系二次电池正极用正极的制造方法>
另外,本发明的非水系二次电池用正极例如经由将上述的非水系二次电池正极用浆料组合物涂敷在集流体上的工序(涂敷工序);以及将涂敷在集流体上的浆料组合物干燥而在集流体上形成正极复合材料层的工序(干燥工序)来制造。
另外,本发明的非水系二次电池用正极也能够通过将上述的非水系二次电池正极用浆料组合物干燥并造粒来制备复合颗粒,使用该复合颗粒在集流体上形成正极复合材料层的方法来制造。
[涂敷工序]
作为将上述非水系二次电池正极用浆料组合物涂敷在集流体上的方法,没有特别限定,能够使用公知的方法。具体而言,作为涂敷方法,能够使用刮刀法、浸渍法、逆转辊法、直接辊法、凹版印刷法、挤压法、刷涂法等。此时,可以将非水系二次电池正极用浆料组合物仅涂敷在集流体的单面,也可以涂敷在两面。涂敷后干燥前的集流体上的浆料膜的厚度能够根据干燥得到的正极复合材料层的厚度适当设定。
在此,作为涂敷非水系二次电池正极用浆料组合物的集流体,可使用具有导电性且具有电化学耐久性的材料。具体而言,作为集流体,能够使用例如由铁、铜、铝、镍、不锈钢、钛、钽、金、铂等形成的集流体。其中,作为用于正极的集流体,特别优选铝箔。另外,上述的材料可以单独使用一种,也可以以任意比率组合使用两种以上。
[干燥工序]
作为将集流体上的非水系二次电池正极用浆料组合物干燥的方法,没有特别限定,能够使用公知的方法,可举出例如:利用暖风、热风、低湿风的干燥;真空干燥;利用红外线、电子束等进行照射的干燥法。通过像这样将集流体上的非水系二次电池正极用浆料组合物干燥,能够在集流体上形成正极复合材料层,得到具有集流体和正极复合材料层的非水系二次电池用正极。
此外,在本发明的非水系二次电池用正极的制造方法中,可以在干燥工序之后,使用金属模压机或辊压机等对正极复合材料层实施加压处理。通过加压处理,能够提高正极复合材料层与集流体的密合性。
进而,在正极复合材料层包含固化性的聚合物的情况下,优选在形成正极复合材料层后使上述聚合物固化。
(非水系二次电池)
本发明的非水系二次电池具有正极、负极、电解液和间隔件,使用本发明的非水系二次电池用正极作为正极。而且,本发明的非水系二次电池由于具有本发明的非水系二次电池用正极,因此高温保存特性优异。
另外,以下,作为一个例子,对非水系二次电池为锂离子二次电池的情况进行说明,但本发明并不限定于下述的一个例子。
<负极>
作为负极,能够使用已知的负极。具体而言,作为负极,能够使用例如由金属锂的薄板形成的负极、在集流体上形成负极复合材料层而成的负极。
另外,作为集流体,能够使用由铁、铜、铝、镍、不锈钢、钛、钽、金、铂等金属材料形成的集流体。此外,作为负极复合材料层,能够使用包含负极活性物质和黏结材料(黏结剂)的层。进而,作为黏结材料(黏结剂),没有特别限定,能够使用任意的已知的材料。
<电解液>
作为电解液,通常可使用在有机溶剂中溶解有支持电解质的有机电解液。作为支持电解质,可使用例如锂盐。作为锂盐,可举出例如LiPF6、LiAsF6、LiBF4、LiSbF6、LiAlCl4、LiClO4、CF3SO3Li、C4F9SO3Li、CF3COOLi、(CF3CO)2NLi、(CF3SO2)2NLi、(C2F5SO2)NLi等。其中,由于易溶解于溶剂而示出高的解离度,所以优选LiPF6、LiClO4、CF3SO3Li,特别优选LiPF6。另外,电解质可以单独使用一种,也可以以任意比率组合使用两种以上。通常具有使用解离度越高的支持电解质则锂离子传导率越高的倾向,因此能够根据支持电解质的种类来调节锂离子传导率。
作为用于电解液的有机溶剂,只要能够溶解支持电解质,则没有特别限定,可优选使用例如:碳酸二甲酯(DMC)、碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)、碳酸甲乙酯(EMC)等碳酸酯类;γ-丁内酯、甲酸甲酯等酯类;1,2-二甲氧基乙烷、四氢呋喃等醚类;环丁砜、二甲基亚砜等含硫化合物类等。此外,也可以使用这些溶剂的混合液。另外,能够适当调节电解液中的电解质的浓度。
<间隔件>
作为间隔件,没有特别限定,能够使用例如日本特开2012-204303号公报中记载的间隔件。在这些之中,从能够使间隔件整体的膜厚变薄,由此提高二次电池内的电极活性物质的比率而提高单位体积的容量的方面出发,优选由聚烯烃系(聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚氯乙烯)的树脂形成的微多孔膜。
<二次电池的制造方法>
本发明的二次电池能够通过例如以下方式制造:将正极和负极隔着间隔件重叠,根据需要按照电池形状将其卷绕、折叠等,放入电池容器中,将电解液注入到电池容器中,进行封口,由此制造。为了防止二次电池的内部的压力上升、发生过充放电等,可以根据需要设置保险丝、PTC元件等防过电流元件、多孔金属网、导板等。二次电池的形状可以为例如硬币型、纽扣型、片型、圆筒型、方形、扁平型等中的任一种。
实施例
以下,基于实施例对本发明进行具体说明,但是本发明不限定于这些实施例。另外,在以下的说明中,只要没有另外说明,表示量的“%”及“份”为质量基准。
在实施例和比较例中,各种属性和评价如下所述地测定或实施。
<聚合物的重均分子量>
使用浓度10mM的LiBr-DMF溶液,以下述的测定条件通过凝胶浸透色谱(GPC)测定聚合物的重均分子量(Mw)。
·分离柱:Shodex KD-806M(昭和电工株式会社制)
·检测器:示差折光仪检测器RID-10A(株式会社岛津制作所制)
·洗脱液的流速:0.3mL/分钟
·柱温:40℃
·标准聚合物:TSK标准聚苯乙烯(东曹株式会社制)
<聚合物的含硫量>
对实施例、比较例中得到的聚合物的NMP溶液在减压下进行蒸馏,除去溶剂,得到试样。在磁性板上量取约0.02g的试样,使用自动燃烧装置(株式会社柳本制)燃烧后,通过离子色谱(万通公司制,“930Compact IC Flex”)对含硫量进行定量。另外,含硫量分别以每1g质量的聚合物中含有的硫量(μg)、即以聚合物的质量为基准的量(ppm)进行定量。
<聚合物的碘值>
将100g的实施例、比较例中制备的聚合物的水分散液用1L的甲醇凝固之后,以温度60℃真空干燥12小时。然后,根据JIS K6235(2006)测定得到的干燥聚合物的碘值。
<导电材料分散液中的碳纳米管的D50>
在实施例、比较例中,通过利用激光衍射散射式粒度分布测定装置(日机装株式会社,“Microtrac MT3200II”)的干式的累积粒径分布,使测定时的分散用空气的压力为0.02MPa,测定导电材料分散液中的碳纳米管的体积基准的D50直径。
<导电材料分散液中的导电材料的分散性>
对于实施例、比较例中制备的导电材料分散液的黏度,使用流变仪(安东帕公司制MCR302),在温度25℃、剪切速度0.1s-1的条件下测定黏度,按照以下的基准进行评价。在相同固体成分浓度下,黏度越低,则导电材料分散液中的导电材料的分散性越优异。
A:黏度小于250Pa·s
B:黏度为250Pa·s以上且小于500Pa·s
C:黏度为500Pa·s以上且小于750Pa·s
D:黏度为750Pa·s以上
<导电材料分散液的黏度稳定性>
使用B型黏度计(东机工业株式会社制,产品名“TVB-10”,转速:60rpm)测定实施例、比较例中得到的导电材料分散液的黏度η0。接着,使用行星式搅拌机(转速:60rpm)将测定黏度后的导电材料分散液搅拌24小时,使用与上述相同的B型黏度计(转速:60rpm)测定搅拌后的导电材料分散液的黏度η1。然后,计算出搅拌前后的导电材料分散液的黏度保持率Δη=η1/η0×100(%),按照以下的基准评价导电材料分散液的黏度稳定性。另外,测定黏度时的温度为25℃。黏度保持率Δη的值越接近100%,则表示导电材料分散液的黏度稳定性越优异。
A:黏度保持率Δη为90%以上且小于110%
B:黏度保持率Δη为80%以上且小于90%
C:黏度保持率Δη为70%以上且小于80%
<高温保存特性>
将实施例、比较例中制作的锂离子二次电池注入电解液后,在温度25℃静置5小时。接下来,在温度25℃以0.2C的恒电流法充电至电池单元电压3.65V,然后在温度60℃进行12小时老化处理。然后,在温度25℃以0.2C的恒电流法放电至电池单元电压3.00V。然后以0.2C的恒电流进行CC-CV充电(上限电池单元电压4.20V),以0.2C的恒电流进行CC放电至电池单元电压3.00V。重复实施3次该0.2C的充放电。将该0.2C的第3次的放电容量作为初始容量CX。之后,以0.2C的恒电流进行CC-CV充电(上限电池单元电压4.20V)。接下来,将锂离子二次电池在将处理室内设定为60℃氮环境的惰性烘箱中保存4周。然后以0.2C的恒电流法放电至电池单元电压3.00V,将此时的放电容量作为CY。求出(CY/CX)×100(%)所表示的高温容量保持率,通过下述的基准进行评价。高温容量保持率越大,则表示高温保存下的锂离子二次电池的劣化越少(即,高温保存特性越优异)。
A:高温容量保持率为90%以上
B:高温容量保持率为85%以上且小于90%
C:高温容量保持率为80%以上且小于85%
D:高温容量保持率小于80%
(实施例1)
<聚合物的制备>
在反应器中依次加入200份的离子交换水、25份的浓度10%的十二烷基苯磺酸钠水溶液、36份的作为含腈基单体单元的丙烯腈和7.90份的作为分子量调节剂的叔十二烷基硫醇。接着,在将内部的气体用氮置换3次之后,加入64份的作为共轭二烯单体的1,3-丁二烯。然后,将反应器保持在5℃,加入0.03份的作为聚合引发剂的氢过氧化枯烯、适量的还原剂和螯合剂,一边进行搅拌,一边继续聚合反应,在聚合转化率成为80%的时刻,加入0.1份的作为聚合终止剂的浓度10%的氢醌水溶液,使聚合反应终止。接着,在水温80℃除去残留单体,得到聚合物的前体的水分散液。
在高压釜中添加水分散液和钯催化剂(使1%乙酸钯丙酮溶液与等重量的离子交换水混合的溶液),以使得钯含量相对于得到的前体的水分散液中含有的固体成分重量为3000ppm,在氢压3Mpa、温度50℃进行6小时加氢反应,得到目标聚合物的水分散液。
之后,使内容物恢复常温,使体系内成为氮环境,然后使用蒸发器浓缩至固体成分浓度为40%,得到水分散液的浓缩物。
接着,在100份的该水分散液的浓缩物中加入200份的N-甲基吡咯烷酮,在减压下使水、残留单体全部蒸发,然后使N-甲基吡咯烷酮蒸发,得到聚合物的8质量%NMP溶液(黏结剂组合物)。对得到的聚合物测定重均分子量。结果示于表1。
<导电材料分散液的制备>
使用分散机搅拌(3000rpm,10分钟)6.0份的作为导电材料的碳纳米管(比表面积:250m2/g)、1.2份(固体成分换算量)的上述黏结剂组合物和92.8份的NMP,然后使用利用直径1mm的氧化锆珠的珠磨机,以圆周速度8m/s混合1小时,由此制造固体成分浓度为7.2质量%的导电材料分散液。然后,对得到的导电材料分散液如上所述地进行导电材料的分散性和黏度稳定性的评价。结果示于表1。
<二次电池正极用浆料组合物的制备和正极的制造>
在上述的导电材料分散液中添加98.0份的作为正极活性物质的具有层状结构的三元系活性物质(LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2)(平均粒径:10μm)、1.0份的作为黏结材料的聚偏氟乙烯、1.0份(固体成分换算量)的上述导电材料分散液、以及NMP,通过行星式搅拌机进行混合(60rpm,30分钟),制备正极用浆料。另外,将NMP的添加量以得到的正极用浆料组合物的黏度(根据JIS Z8803:1991,通过单圆筒旋转黏度计进行测定。温度:25℃,转速:60rpm)在4000~5000mPa·s的范围内的方式进行调节。
<正极的形成>
作为集流体,准备厚度20μm的铝箔。用缺角轮涂布机将如上所述地得到的正极用浆料以使得干燥后的单位面积重量成为20mg/cm2的方式涂敷在铝箔的单面,在90℃干燥20分钟、在120℃干燥20分钟后,在60℃进行10小时加热处理,得到正极原材料。用辊压机对该正极原材料进行压延,制作由密度为3.2g/cm3的正极复合材料层和铝箔形成的片状正极。然后,将片状正极切断为宽度48.0mm、长度47cm,作为锂离子二次电池用正极。
<锂离子二次电池用负极的制作>
在带搅拌机的5MPa耐压容器中加入33份的作为脂肪族共轭二烯单体的1,3-丁二烯、3.5份的作为含羧酸基单体的衣康酸、63.5份的作为芳香族乙烯基单体的苯乙烯、0.4份的作为乳化剂的十二烷基苯磺酸钠、150份的离子交换水和0.5份的作为聚合引发剂的过硫酸钾,在进行充分搅拌之后,升温至50℃,引发聚合。在聚合转化率成为96%的时刻,进行冷却,使聚合反应终止,得到包含颗粒状的黏结剂(苯乙烯-丁二烯共聚物)的混合物。在上述混合物中添加5%氢氧化钠水溶液,将pH调节为8后,通过加热减压蒸馏除去未反应单体。之后,将混合物冷却至30℃以下,得到包含负极用黏结材料的水分散液。
在行星式搅拌机中投入作为负极活性物质的48.75份的人造石墨和48.75份的天然石墨、以及1份(固体成分相当)的作为增稠剂的羧基甲基纤维素。进而,用离子交换水稀释至固体成分浓度成为60%,然后以旋转速度45rpm混炼60分钟。之后,投入以固体成分相当量计为1.5份的如上所述地得到的包含负极用黏结材料的水分散液,以转速40rpm混炼40分钟。然后,加入离子交换水,以使得黏度成为3000±500mPa·s(B型黏度计,以25℃、60rpm进行测定),由此制备负极用浆料组合物。
用缺角轮涂布机在作为集流体厚度15μm的铜箔的表面以使得涂敷量成为10±0.5mg/cm2的方式涂敷上述的负极用浆料组合物。之后,将涂敷有负极用浆料组合物的铜箔以400mm/分钟的速度在温度80℃的烘箱内运送2分钟,进一步在温度110℃的烘箱内运送2分钟,由此使铜箔上的浆料组合物干燥,得到在集流体上形成有负极复合材料层的负极原材料。
用辊压机对该负极原材料进行压延,制作由密度为1.6g/cm3的负极复合材料层和铜箔形成的片状负极。然后,将片状负极切断为宽度50.0mm、长度52cm,制成锂离子二次电池用负极。
<锂离子二次电池的制作>
使制作的锂离子二次电池用正极与锂离子二次电池用负极以电极复合材料层彼此相对的方式,隔着厚度15μm的间隔件(聚乙烯制的微多孔膜),使用直径20mm的芯进行卷绕,得到卷绕体。然后,将得到的卷绕体以10mm/秒的速度从一个方向压缩至厚度为4.5mm。另外,压缩后的卷绕体俯视呈椭圆形,其长径与短径的比(长径/短径)为7.7。
此外,作为电解液,准备浓度1.0M的LiPF6溶液(溶剂:碳酸亚乙酯(EC)/碳酸二乙酯(DEC)=3/7(体积比)的混合溶剂,含有添加剂:2体积%(溶剂比)的碳酸亚乙烯酯)。
之后,将压缩后的卷绕体与3.2g的电解液一起收纳在铝制层压壳体内。然后,在二次电池用负极的规定的位置连接镍导线,在二次电池用正极的规定的位置连接铝导线,然后用热对壳体的开口部进行封口,得到作为本发明的电化学元件的锂离子二次电池。该锂离子二次电池为宽度35mm、高度60mm、厚度5mm的袋形,电池的标称容量为700mAh。
对得到的锂离子二次电池评价高温保存特性。结果示于表1。
(实施例2~4)
调节制备聚合物时配合的作为分子量调节剂的叔十二烷基硫醇的配合量,使得得到的聚合物中的含硫量、重均分子量分别成为表1所示的值。具体而言,通过减少叔十二烷基硫醇的配合量,减少得到的聚合物的含硫量并且增大重均分子量,通过增加叔十二烷基硫醇的配合量,增加得到的聚合物的含硫量,并且将重均分子量调节得较小。除这些方面以外,与实施例1同样地实施各种操作和评价。结果示于表1。
(实施例5)
使用如下所示地制备的聚合物,除此以外,与实施例1同样地实施各种操作和评价。结果示于表1。
<聚合物的制备>
[聚合物前体的制备]
在金属制瓶内将0.2份的碳酸钠溶解于200份的离子交换水。在金属制瓶中添加2.5份的作为乳化剂的癸酸钾(碳原子数为10的脂肪酸的皂)。进而,加入包含1.0份的作为分散剂的萘磺酸甲醛缩聚物的水溶液。之后,在金属制瓶中依次加入35份的作为含腈基单体的丙烯腈、0.5份的作为分子量调节剂的叔十二烷基硫醇。将金属制瓶的内部的气体用氮置换3次之后,添加64份的作为共轭二烯单体的1,3-丁二烯。将金属制瓶保持在5℃,加入由0.1份的氢过氧化枯烯、0.01份的乙二胺四乙酸单钠铁水合物、0.03份的羟基甲烷亚磺酸钠二水合物和0.02份的EDTA·4Na·4H2O组合而成的氧化还原聚合引发剂。然后,一边将温度保持在5℃,一边进行16小时聚合反应。在聚合度达到90%之后,加入作为聚合终止剂的0.1份的硫酸羟胺和0.03份的二乙基羟胺,使聚合反应终止,使用水温60℃的旋转蒸发仪除去残留单体,得到包含共轭二烯单体单元和含腈基单体单元的聚合物(腈橡胶)的胶乳。腈橡胶的组成为36质量%的丙烯腈单体单元、64质量%的1,3-丁二烯单体单元,胶乳浓度为25质量%。然后,将得到的一部分的胶乳加入相对于腈橡胶分成为1.0质量%的量的作为凝固剂的硫酸镁的水溶液,并进行搅拌,使胶乳凝固。之后,一边用水进行清洗一边过滤分离,在温度60℃将得到的凝固物真空干燥12小时,得到作为聚合物前体的腈橡胶。
[聚合物前体的复分解]
接着,使9份的上述得到的聚合物前体溶解于141份的单氯苯,并投入反应器。然后,将反应器加热至80℃之后,加入2L的包含作为格拉布催化剂的双(三环己基膦)亚苄基二氯化钌的单氯苯溶液,以使得格拉布催化剂相对于100份的聚合物前体的量成为0.25份。然后,用作为共聚用烯烃的乙烯将反应器内加压至3.5MPa,并以搅拌速度600rpm进行聚合物的复分解反应。在反应中,使用与温度控制装置和热传感器连接的冷却盘管将温度维持为恒定。
[氢化反应]
之后,一边继续搅拌一边用0.7MPa的H2对反应器内脱气3次。然后,将反应器的温度升至130℃,将1L的含有威尔金森催化剂和三苯基膦的单氯苯溶液加入反应器。另外,相对于100份的聚合物,威尔金森催化剂的量为0.075份,三苯基膦的量为1份。然后,使温度升至138℃,在氢压(表压)8.4MPa的条件下进行聚合物的氢化反应,以碘值5.0mg/100mg为终点,使反应终止。反应终止后,在反应器中加入0.2份的平均直径15μm的活性碳,并搅拌30分钟。之后,用孔径5μm的过滤器进行过滤。然后,向过滤溶液中导入水蒸气,通过水蒸气蒸馏回收除去单氯苯,对沉淀后的聚合物(加氢聚合物)进行分离、干燥并回收。接着,在干燥后的聚合物中加入N-甲基吡咯烷酮,得到聚合物的8质量%NMP溶液(黏结剂组合物)。对得到的聚合物测定重均分子量。结果示于表1。
(比较例1~2)
通过减少制备聚合物时配合的作为分子量调节剂的叔十二烷基硫醇的配合量,使得到的聚合物的含硫量减少、并且使重均分子量增大。除这些方面以外,与实施例1同样地实施各种操作和评价。结果示于表1。
[表1]
由表1可知,根据实施例1~5中制备的配合了重均分子量为300000以下并且含硫量为500ppm以上的包含含腈基单体单元的聚合物的非水系二次电池正极用黏结剂组合物,能够形成分散性优异的导电材料分散液和高温保存特性优异的二次电池。此外,根据比较例1~2中制备的配合了重均分子量和含硫量均在上述的范围外的聚合物的非水系二次电池正极用黏结剂组合物,不能形成分散性优异的导电材料分散液和高温保存特性优异的二次电池。
产业上的可利用性
根据本发明,能够提供一种能够形成分散性优异的导电材料分散液和高温保存特性优异的二次电池的非水系二次电池正极用黏结剂组合物。
此外,根据本发明,能够提供一种分散性优异的非水系二次电池正极用导电材料分散液,其能够形成高温保存特性优异的二次电池。
进而,根据本发明,能够提供一种能够形成高温保存特性优异的二次电池的非水系二次电池正极用浆料组合物。
而且,根据本发明,能够提供一种能够形成高温保存特性优异的二次电池的非水系二次电池用正极和一种高温保存特性优异的二次电池。
Claims (9)
1.一种非水系二次电池正极用黏结剂组合物,其包含聚合物,
所述聚合物包含含腈基单体单元,并且,
所述聚合物的重均分子量为300000以下,并且所述聚合物的含硫量为500ppm以上。
2.根据权利要求1所述的非水系二次电池正极用黏结剂组合物,其中,所述聚合物以30质量%以上且80质量%以下的比例含有碳原子数为4以上的直链亚烷基结构单元。
3.根据权利要求1或2所述的非水系二次电池正极用黏结剂组合物,其中,所述聚合物以10质量%以上且55质量%以下的比例含有所述含腈基单体单元。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的非水系二次电池正极用黏结剂组合物,其中,所述聚合物的碘值为5mg/100mg以上且100mg/100mg以下。
5.一种非水系二次电池正极用导电材料分散液,其含有包含碳纳米管的导电材料、分散介质和权利要求1~4中任一项所述的非水系二次电池正极用黏结剂组合物。
6.根据权利要求5所述的非水系二次电池正极用导电材料分散液,其中,所述碳纳米管的分散粒径的粒度分布中的体积平均粒径D50的值为0.1μm以上且5.0μm以下。
7.一种非水系二次电池正极用浆料组合物,其包含电极活性物质和权利要求5或6所述的非水系二次电池正极用导电材料分散液。
8.一种非水系二次电池用正极,其具有使用权利要求7所述的非水系二次电池正极用浆料组合物形成的正极复合材料层。
9.一种非水系二次电池,其具有权利要求8所述的非水系二次电池用正极、负极、间隔件和电解液。
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