JP2013069672A - Composition for secondary battery electrode formation, secondary battery electrode and secondary battery - Google Patents

Composition for secondary battery electrode formation, secondary battery electrode and secondary battery Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composition for electrode formation which is used for forming a secondary battery having superior charge/discharge cycle characteristics and which is superior in dispersibility in an active material and a conductive assistant.SOLUTION: A composition for secondary battery electrode formation excluding a nickel hydrogen secondary battery contains: at least one of an electrode active material (A) or a carbon material (B) which is a conductive assistant; a nitrogen-containing acrylic emulsion binder (C); an ampholytic resin type dispersant (D) formed by neutralizing at least a part of a carboxyl group in a copolymer having an aromatic ring, the carboxyl group and an amino group with a basic compound; and an aqueous liquid medium (E).

Description

本発明は、二次電池電極形成用組成物、及びその組成物を用いて得られる電極、並びにその電極を用いて得られる二次電池に関する。   The present invention relates to a composition for forming a secondary battery electrode, an electrode obtained using the composition, and a secondary battery obtained using the electrode.

近年、デジタルカメラや携帯電話のような小型携帯型電子機器が広く用いられるようになってきた。これらの電子機器には、容積を最小限にし、かつ重量を軽くすることが常に求められてきており、搭載される電池においても、小型、軽量かつ大容量の電池の実現が求められている。又、自動車搭載用等の大型二次電池においても、従来の鉛蓄電池に代えて、大型二次電池の実現が望まれている。   In recent years, small portable electronic devices such as digital cameras and mobile phones have been widely used. These electronic devices have always been required to minimize the volume and reduce the weight, and the batteries to be mounted are also required to be small, light, and have a large capacity. In addition, in a large-sized secondary battery for use in automobiles or the like, it is desired to realize a large-sized secondary battery instead of a conventional lead storage battery.

そのような要求に応えるため、リチウムイオン二次電池、アルカリ二次電池などの二次電池の開発、例えば、電極の形成に使用される合材インキの開発が活発に行われている。また、合材層の下地層の形成に使用される下地層形成用組成物にも関心が集まりつつある。   In order to meet such demands, development of secondary batteries such as lithium ion secondary batteries and alkaline secondary batteries, for example, development of composite inks used for forming electrodes has been actively conducted. There is also an interest in a composition for forming an underlayer used for forming an underlayer of a composite material layer.

電極の形成に使用される合材インキや下地層形成用組成物に求められる重要特性としては、活物質や導電助剤が適度に分散されてなる均一性が挙げられる。
これは合材インキや下地層形成用組成物中の活物質や導電助剤の分散状態が、合材層中の活物質や導電助剤の分布状態や下地層中の導電助剤の分布状態に関連しており、電極物性に影響し、ひいては電池性能に影響するからである。
そのため、活物質や導電助剤の分散は重要な課題である。とりわけ導電性に優れた炭素材料(導電助剤)は、ストラクチャーや比表面積が大きいため凝集力が強く、合材インキ中であれ、下地層形成用組成物中であれ、均一混合・分散することが困難である。
そして、導電助剤である炭素材料の分散性や粒度の制御が不十分な場合、均一な導電ネットワークが形成されないために電極の内部抵抗の低減が図れず、その結果、電極材料の性能を十分に引き出せないという問題が生じている。
An important characteristic required for the composite ink used for forming the electrode and the composition for forming the underlayer includes uniformity in which the active material and the conductive assistant are appropriately dispersed.
This is because the dispersion state of the active material and the conductive auxiliary in the composition ink and the underlayer forming composition is the distribution state of the active material and the conductive auxiliary in the composite layer and the distribution state of the conductive auxiliary in the underlayer. This is because it affects the electrode physical properties and consequently the battery performance.
Therefore, dispersion of the active material and the conductive auxiliary agent is an important issue. In particular, carbon materials with excellent electrical conductivity (conducting aids) have a strong cohesive force due to their large structure and specific surface area, and should be uniformly mixed and dispersed, whether in the composite ink or in the composition for forming the underlayer. Is difficult.
And if the dispersibility and particle size control of the carbon material that is the conductive auxiliary agent is insufficient, the internal resistance of the electrode cannot be reduced because a uniform conductive network is not formed, and as a result, the performance of the electrode material is sufficient. The problem of being unable to withdraw.

また、導電助剤だけでなく、合材インキ中の活物質の分散が不十分であると、そのような合材インキから形成される合材層中に部分的凝集が生じる。そして、部分的凝集に起因して電極上に抵抗分布が生じ、電池として使用した際の電流集中が生じ、部分的な発熱および劣化が促進される等の不具合が生じることがある。   Moreover, when not only the conductive assistant but also the dispersion of the active material in the composite ink is insufficient, partial aggregation occurs in the composite layer formed from such a composite ink. In addition, resistance distribution occurs on the electrode due to partial aggregation, current concentration occurs when used as a battery, and problems such as partial heat generation and deterioration may occur.

また、合材インキや下地層形成用組成物には、集電体として機能する金属箔表面に塗工可能とするための適度な流動性が求められる。さらに、表面ができるだけ平坦で厚みが均一な合材層や下地層を形成するために、合材インキや下地層形成用組成物には、適度な粘性も求められる。   In addition, the composite ink and the composition for forming the underlayer are required to have appropriate fluidity to enable coating on the surface of the metal foil functioning as a current collector. Furthermore, in order to form a composite material layer or a base layer having a surface that is as flat as possible and having a uniform thickness, the composite ink or the base layer forming composition is required to have an appropriate viscosity.

合材インキから形成された合材層や下地層形成用組成物から形成された下地層は、形成された後、基材たる金属箔ごと所望の大きさ・形状の切片に切り分けられたり、打ち抜かれたりする。そこで、切り分け加工や打ち抜き加工によって、傷つかない堅さと割れたり剥がれたりしない柔らかさとが、合材層や下地層には要求される。   After the formation of the composite layer formed from the composite ink and the composition for forming the base layer, the metal foil as the base material is cut into pieces of a desired size and shape, or punched. It is pulled out. Therefore, the material layer and the base layer are required to have hardness that does not damage and softness that does not crack or peel off by cutting or punching.

特許文献1〜4には、活物質と導電材を混合し、この混合物をセルロース系増粘剤水溶液とともに混練した後、さらに4フッ化ポリエチレン、ラテックス系などの水性バインダーを加え、さらに混練して合材インキを得る旨開示されている。しかし、これらの合材インキは、分散状態が不十分であり柔軟性に乏しく、所望の電極が作製出来ないため、良好な電池性能が得られないなどの問題があった。
また、これらの問題を解決するため、合材インキの作製時に、従来の材料に加えて分散剤を用いる方法も開発されている(特許文献5参照)しかし、それら分散剤の使用においても合材インキの良好な分散状態は不十分であり、所望の電極、および二次電池が得られないことが多く、特に導電助剤のさらなる分散性が均一な合材インキが望まれている。
In Patent Documents 1 to 4, an active material and a conductive material are mixed, and this mixture is kneaded with a cellulose-based thickener aqueous solution, and then an aqueous binder such as tetrafluoropolyethylene and latex is further added and further kneaded. It is disclosed that a composite ink is obtained. However, these composite inks have a problem that the dispersed state is insufficient and the flexibility is poor, and a desired electrode cannot be produced, so that good battery performance cannot be obtained.
In order to solve these problems, a method of using a dispersant in addition to the conventional material has been developed when preparing a composite ink (see Patent Document 5). A good dispersion state of the ink is insufficient, and a desired electrode and a secondary battery are often not obtained. In particular, a composite ink in which the further dispersibility of the conductive assistant is uniform is desired.

分散剤を使用した合材インキでは、一般的には分散剤の活物質の電池反応への寄与は小さいと考えられている。むしろ、分散剤が活物質の電池反応を阻害しないことが重要となる。特に、用いられる分散剤のうち全量が活物質や導電助剤に吸着して分散に寄与するわけではなく、分散に寄与しない分散剤は、合材インキ中の水性液状媒体に溶解する。合材インキを金属箔に塗布して合材層を形成する際、分散に寄与していない分散剤は合材層の連続層を形成するバインダー中に取り込まれるが、分散剤とバインダーとの相溶性の悪さに由来し分散剤の分布状態に偏りが生じると電池反応を阻害し、電池劣化を引き起こす可能性がある。そのため、分散剤の分布状態を均一にするためには、バインダーとの相溶性が重要となってくる。バインダーとの相溶性が低い場合、バインダー中で分散剤が局所的に偏りやすくなり、分散剤が電池反応を阻害する懸念が高まる。
In composite inks using a dispersant, it is generally considered that the active material of the dispersant contributes little to the battery reaction. Rather, it is important that the dispersant does not inhibit the battery reaction of the active material. In particular, the total amount of the dispersant used is not adsorbed by the active material or the conductive aid and contributes to the dispersion, and the dispersant that does not contribute to the dispersion dissolves in the aqueous liquid medium in the mixture ink. When the composite ink is applied to the metal foil to form the composite layer, the dispersant that does not contribute to the dispersion is taken into the binder that forms the continuous layer of the composite layer. If the distribution of the dispersant is biased due to poor solubility, the battery reaction may be hindered and battery deterioration may occur. Therefore, in order to make the distribution state of the dispersant uniform, compatibility with the binder becomes important. When the compatibility with the binder is low, the dispersant tends to be locally biased in the binder, and the concern that the dispersant inhibits the battery reaction increases.

特開平2−158055号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2-15855 特開平9−082364号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-082364 特開2003−142102号公報JP 2003-142102 A 特開2010−165493号公報JP 2010-165493 A 特表2006−516795号公報JP-T-2006-51679 gazette 特開2011−076910号公報JP 2011-076910 A

本発明の目的は、充放電サイクル特性に優れる二次電池を形成するための電極形成用組成物であって、活物質や導電助剤の分散性に優れ、電極を形成する分散剤とバインダーの相溶性の高い電極形成用組成物を提供することである。   An object of the present invention is an electrode-forming composition for forming a secondary battery having excellent charge / discharge cycle characteristics, which is excellent in dispersibility of an active material and a conductive additive, and is composed of a dispersant and a binder that form an electrode. It is to provide a composition for forming an electrode having high compatibility.

本発明は、両性樹脂型分散剤(D)の利用により、電極活物質(A)や導電助剤である炭素材料(B)の分散性を向上できたものである。さらに、窒素含有アクリルエマルション型バインダー(C)を用いることで、両性樹脂型分散剤(D)との相溶性を良好とし、分散剤に由来する、合材層中での電池反応阻害を低減できたものである。
即ち、本発明は、ニッケル水素二次電池を除く二次電池電極形成用組成物であって、電極活物質(A)と窒素含有アクリルエマルション型バインダー(C)と、下記単量体を共重合してなる共重合体中のカルボキシル基の少なくとも一部を塩基性化合物で中和してなる両性樹脂型分散剤(D)と、水性液状媒体(E)とを含有する、二次電池電極形成用組成物に関する。
芳香環を有するエチレン性不飽和単量体(d1):5〜70重量%
カルボキシル基を有するエチレン性不飽和単量体(d2):15〜60重量%
アミノ基を有するエチレン性不飽和単量体(d3):1〜80重量%
前記(d1)〜(d3)以外のその他の単量体(d4):0〜79重量%
(但し、前記(d1)〜(d4)の合計を100重量%とする)
In the present invention, the dispersibility of the electrode active material (A) and the carbon material (B) as the conductive auxiliary agent can be improved by using the amphoteric resin dispersant (D). Furthermore, by using the nitrogen-containing acrylic emulsion type binder (C), the compatibility with the amphoteric resin type dispersant (D) is improved, and the battery reaction inhibition in the mixture layer derived from the dispersant can be reduced. It is a thing.
That is, this invention is a composition for secondary battery electrode formation except a nickel metal hydride secondary battery, Comprising: Electrode active material (A), nitrogen-containing acrylic emulsion type binder (C), and the following monomer are copolymerized Forming a secondary battery electrode comprising an amphoteric resin dispersant (D) obtained by neutralizing at least a part of carboxyl groups in the copolymer with a basic compound, and an aqueous liquid medium (E) It relates to a composition for use.
Ethylenically unsaturated monomer having an aromatic ring (d1): 5 to 70% by weight
Ethylenically unsaturated monomer having a carboxyl group (d2): 15 to 60% by weight
Ethylenically unsaturated monomer having an amino group (d3): 1 to 80% by weight
Other monomers (d4) other than (d1) to (d3): 0 to 79% by weight
(However, the total of (d1) to (d4) is 100% by weight)

また、本発明は、集電体と、前記の二次電池電極形成用組成物から形成される合材層もしくは電極下地層の少なくも一層とを具備する二次電池用電極に関する。   The present invention also relates to a secondary battery electrode comprising a current collector and at least one layer of a composite material layer or an electrode base layer formed from the composition for forming a secondary battery electrode.

さらに本発明は、正極と負極と電解液とを具備する二次電池であって、前記正極もしくは前記負極の少なくとも一方が、前記の二次電池用電極である、二次電池に関する。   Furthermore, the present invention relates to a secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution, wherein at least one of the positive electrode or the negative electrode is the secondary battery electrode.

両性樹脂型分散剤の利用により、活物質や導電助剤である炭素材料の分散性を向上し、さらに、窒素含有エマルション型バインダーを用いることで、両性樹脂型分散剤との相溶性を良好とし、本発明の電極形成用組成物を得ることができた。本発明の電極形成用組成物は、柔軟性及び集電体への密着性に優れる合材層や下地層を形成でき、充放電サイクル特性に優れる二次電池を提供できる。   By using an amphoteric resin type dispersant, the dispersibility of the carbon material, which is an active material and a conductive auxiliary agent, is improved, and by using a nitrogen-containing emulsion type binder, compatibility with the amphoteric resin type dispersant is improved. Thus, the electrode forming composition of the present invention could be obtained. The composition for forming an electrode of the present invention can form a composite material layer and an underlayer excellent in flexibility and adhesion to a current collector, and can provide a secondary battery excellent in charge / discharge cycle characteristics.

本発明の二次電池電極形成用組成物は、ニッケル水素二次電池以外の二次電池電極を形成する組成物である。
二次電池用の電極は、種々の方法で得ることができる。
例えば、金属箔等の集電体の表面に、
(1)活物質と液状媒体とを含有するインキ状組成物(以下、合材インキという)や、
(2)活物質と導電助剤と液状媒体とを含有する合材インキや、
(3)活物質とバインダーと液状媒体とを含有する合材インキや、
(4)活物質と導電助剤とバインダーと液状媒体とを含有する合材インキを、
用いて合材層を形成し、電極を得ることができる。
The composition for forming a secondary battery electrode of the present invention is a composition for forming a secondary battery electrode other than a nickel-hydrogen secondary battery.
The electrode for a secondary battery can be obtained by various methods.
For example, on the surface of a current collector such as a metal foil,
(1) an ink-like composition containing an active material and a liquid medium (hereinafter referred to as composite ink),
(2) a mixed ink containing an active material, a conductive additive and a liquid medium;
(3) a mixed ink containing an active material, a binder and a liquid medium;
(4) A mixed ink containing an active material, a conductive additive, a binder, and a liquid medium,
It can be used to form a composite layer and obtain an electrode.

あるいは、金属箔の集電体の表面に、導電助剤と液状媒体とを含有する下地層形成用組成物を用い、下地層を形成し、該下地層上に、上記の合材インキ(1)〜(4)やその他の合材インキ用いて合材層を形成し、電極を得ることもできる。   Alternatively, an underlayer is formed on the surface of the current collector of the metal foil using a composition for forming an underlayer containing a conductive additive and a liquid medium, and the above composite ink (1 ) To (4) or other composite inks to form a composite layer and obtain an electrode.

いずれの場合であっても、活物質や導電助剤の分散状態及び、分散剤とバインダーの相溶性が電池性能を左右することは背景技術の項で詳述した。
両性樹脂型分散剤(D)は、活物質の凝集を緩和したり、導電助剤である炭素材料に対しても分散剤として機能したりする。
従って、本発明の二次電池電極形成用組成物は、活物質を必須とする合材インキとしても、活物質を必須とはしない下地層形成用組成物としても活用できる。
そこで、まず本発明における両性樹脂型分散剤(D)について説明する。
本発明における両性樹脂型分散剤(D)は、芳香環を有するエチレン性不飽和単量体(d1)と、カルボキシル基を有するエチレン性不飽和単量体(d2)と、アミノ基を有するエチレン性不飽和単量体(d3)と、を必須成分とする共重合体中のカルボキシル基の少なくとも一部を塩基性化合物で中和したものである。
In any case, it has been described in detail in the background art section that the dispersion state of the active material and the conductive additive and the compatibility between the dispersant and the binder influence the battery performance.
The amphoteric resin type dispersing agent (D) relaxes the aggregation of the active material and functions as a dispersing agent for the carbon material that is a conductive additive.
Therefore, the composition for forming a secondary battery electrode of the present invention can be utilized as a composite ink that requires an active material or a composition for forming an underlayer that does not require an active material.
First, the amphoteric resin type dispersant (D) in the present invention will be described.
The amphoteric resin type dispersant (D) in the present invention comprises an ethylenically unsaturated monomer (d1) having an aromatic ring, an ethylenically unsaturated monomer (d2) having a carboxyl group, and an ethylene having an amino group. Is obtained by neutralizing at least a part of the carboxyl group in the copolymer containing the basic unsaturated monomer (d3) as an essential component with a basic compound.

まず、芳香環を有するエチレン性不飽和単量体(d1)について説明する。
本発明で使用する芳香環を有するエチレン性不飽和単量体(d1)としては、スチレン、α−メチルスチレンもしくはベンジル(メタ)アクリレートを例示することが出来る。
First, the ethylenically unsaturated monomer (d1) having an aromatic ring will be described.
Examples of the ethylenically unsaturated monomer (d1) having an aromatic ring used in the present invention include styrene, α-methylstyrene, and benzyl (meth) acrylate.

つぎに、カルボキシル基を有するエチレン性不飽和化合物(d2)について説明する。
本発明で使用する単量体(d2)は、カルボキシル基含有不飽和化合物としてはマレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、または、これらのアルキルもしくはアルケニルモノエステル、フタル酸β−(メタ)アクリロキシエチルモノエステル、イソフタル酸β−(メタ)アクリロキシエチルモノエステル、テレフタル酸β−(メタ)アクリロキシエチルモノエステル、コハク酸β−(メタ)アクリロキシエチルモノエステル、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、けい皮酸等を例示することが出来る。特にメタクリル酸、アクリル酸が好ましい。
Next, the ethylenically unsaturated compound (d2) having a carboxyl group will be described.
The monomer (d2) used in the present invention is, as a carboxyl group-containing unsaturated compound, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, citraconic acid, or an alkyl or alkenyl monoester thereof, phthalic acid β- (meth) Acryloxyethyl monoester, isophthalic acid β- (meth) acryloxyethyl monoester, terephthalic acid β- (meth) acryloxyethyl monoester, succinic acid β- (meth) acryloxyethyl monoester, acrylic acid, methacrylic acid And crotonic acid, cinnamic acid, and the like. In particular, methacrylic acid and acrylic acid are preferable.

つぎに、アミノ基を有するエチレン性不飽和単量体(d3)について説明する。
本発明で使用するアミノ基を有するエチレン性不飽和単量体(d3)は、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、メチルエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノスチレン、ジエチルアミノスチレン等が挙げられる。
Next, the ethylenically unsaturated monomer (d3) having an amino group will be described.
The ethylenically unsaturated monomer (d3) having an amino group used in the present invention includes dimethylaminoethyl (meth) acrylate, diethylaminoethyl (meth) acrylate, methylethylaminoethyl (meth) acrylate, dimethylaminostyrene, diethylamino Examples include styrene.

つぎに、前記(d1)〜(d3)以外のその他の単量体(d4)について説明する。
(メタ)アクリレート系化合物としては、アルキル系(メタ)アクリレート、アルキレングリコール系(メタ)アクリレートがある。
Next, the monomer (d4) other than (d1) to (d3) will be described.
Examples of (meth) acrylate compounds include alkyl (meth) acrylates and alkylene glycol (meth) acrylates.

更に具体的に例示すると、アルキル系(メタ)アクリレートとしては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート等の炭素数1〜22のアルキル(メタ)アクリレートがあり、極性の調節を目的とする場合には好ましくは炭素数2〜10、さらに好ましくは炭素数2〜8のアルキル基を有するアルキル基含有アクリレートまたは対応するメタクリレートが挙げられる。   More specifically, examples of the alkyl-based (meth) acrylate include alkyl (meth) acrylate having 1 to 22 carbon atoms such as methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, and butyl (meth) acrylate. ) When there is an acrylate and the purpose is to adjust the polarity, an alkyl group-containing acrylate having an alkyl group having 2 to 10 carbon atoms, more preferably 2 to 8 carbon atoms, or a corresponding methacrylate is preferable.

また、アルキレングリコール系(メタ)アクリレートとしては、例えば、ジエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート等、末端に水酸基を有し、ポリオキシアルキレン鎖を有するモノアクリレートまたは対応するモノメタアクリレート等、
メトキシエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート等、末端にアルコキシ基を有し、ポリオキシアルキレン鎖を有するモノアクリレートまたは対応するモノメタアクリレート等、
フェノキシエチレングリコール(メタ)アクリレート等、末端にフェノキシまたはアリールオキシ基を有するポリオキシアルキレン系アクリレートまたは対応するメタアクリレートがある。
Examples of the alkylene glycol (meth) acrylate include diethylene glycol mono (meth) acrylate and polyethylene glycol mono (meth) acrylate, which are monoacrylates having a hydroxyl group at the terminal and having a polyoxyalkylene chain, or corresponding monometas. Acrylate, etc.
Methoxyethylene glycol (meth) acrylate, methoxydiethylene glycol (meth) acrylate, etc., monoacrylate having an alkoxy group at the terminal and having a polyoxyalkylene chain or the corresponding monomethacrylate,
There are polyoxyalkylene-based acrylates having a phenoxy or aryloxy group at the terminal, such as phenoxyethylene glycol (meth) acrylate, or corresponding methacrylates.

上記以外の水酸基含有不飽和化合物としては、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、グリセロールモノ(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシビニルベンゼンなどが挙がられる。   Examples of hydroxyl-containing unsaturated compounds other than the above include 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, 4-hydroxybutyl (meth) acrylate, glycerol mono (meth) acrylate, 4-hydroxyvinylbenzene And so on.

窒素含有不飽和化合物としては、(メタ)アクリルアミド、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、N−メトキシメチル−(メタ)アクリルアミド等のモノアルキロール(メタ)アクリルアミド、N,N−ジ(メチロール)アクリルアミド、N−メチロール−N−メトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジ(メトキシメチル)アクリルアミド等のジアルキロール(メタ)アクリルアミド等のアクリルアミド系不飽和化合物を例示できる。   Examples of the nitrogen-containing unsaturated compound include (meth) acrylamide, N-methylol (meth) acrylamide, monoalkylol (meth) acrylamide such as N-methoxymethyl- (meth) acrylamide, N, N-di (methylol) acrylamide, Examples thereof include acrylamide-type unsaturated compounds such as N-methylol-N-methoxymethyl (meth) acrylamide and dialalkylol (meth) acrylamide such as N, N-di (methoxymethyl) acrylamide.

更にその他の不飽和化合物としては、パーフルオロメチルメチル(メタ)アクリレート、パーフルオロエチルメチル(メタ)アクリレート、2−パーフルオロブチルエチル(メタ)アクリレート、2−パーフルオロヘキシルエチル(メタ)アクリレート等の炭素数1〜20のパーフルオロアルキル基を有するパーフルオロアルキルアルキル(メタ)アクリレート類;
パーフルオロブチルエチレン、パーフルオロヘキシルエチレン、パーフルオロオクチルエチレン、パーフルオロデシルエチレン等のパーフルオロアルキル、アルキレン類等のパーフルオロアルキル基含有ビニルモノマー、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリス(βメトキシエトキシ)シラン、ビニルトリエトキシシラン、γ-(メタ)アクリロキシプロピ
ルトリメトキシシラン等のシラノール基含有ビニル化合物及びその誘導体などを挙げることができ、これらの群から複数用いることができる。
Furthermore, as other unsaturated compounds, perfluoromethylmethyl (meth) acrylate, perfluoroethylmethyl (meth) acrylate, 2-perfluorobutylethyl (meth) acrylate, 2-perfluorohexylethyl (meth) acrylate, etc. Perfluoroalkyl alkyl (meth) acrylates having a C 1-20 perfluoroalkyl group;
Perfluoroalkyl such as perfluorobutylethylene, perfluorohexylethylene, perfluorooctylethylene, perfluorodecylethylene, and perfluoroalkyl group-containing vinyl monomers such as alkylene, vinyltrichlorosilane, vinyltris (βmethoxyethoxy) silane, vinyl Examples thereof include silanol group-containing vinyl compounds such as triethoxysilane and γ- (meth) acryloxypropyltrimethoxysilane and derivatives thereof, and a plurality of them can be used from these groups.

脂肪酸ビニル化合物としては、酢酸ビニル、酪酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ヘキサン酸ビニル、カプリル酸ビニル、ラウリル酸ビニル、パルミチン酸ビニル、ステアリン酸ビニル等が挙げられる。   Examples of the fatty acid vinyl compound include vinyl acetate, vinyl butyrate, vinyl propionate, vinyl hexanoate, vinyl caprylate, vinyl laurate, vinyl palmitate, and vinyl stearate.

アルキルビニルエーテル化合物としては、ブチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル等が挙げられる。   Examples of the alkyl vinyl ether compound include butyl vinyl ether and ethyl vinyl ether.

α−オレフィン化合物としては、1−ヘキセン、1−オクテン、1−デセン、1−ドデセン、1−テトラデセン、1−ヘキサデセン等が挙げられる。   Examples of the α-olefin compound include 1-hexene, 1-octene, 1-decene, 1-dodecene, 1-tetradecene, 1-hexadecene and the like.

ビニル化合物としては、酢酸アリル、アリルアルコール、アリルベンゼン、シアン化アリル等のアリル化合物、シアン化ビニル、ビニルシクロヘキサン、ビニルメチルケトン、スチレン、α-メチルスチレン、2-メチルスチレン、クロロスチレン、などが挙げられる。   Examples of vinyl compounds include allyl compounds such as allyl acetate, allyl alcohol, allylbenzene, and allyl cyanide, vinyl cyanide, vinylcyclohexane, vinyl methyl ketone, styrene, α-methylstyrene, 2-methylstyrene, and chlorostyrene. Can be mentioned.

エチニル化合物としては、アセチレン、エチニルベンゼン、エチニルトルエン、1−エチニル−1−シクロヘキサノール等が挙げられる。これらは単独もしくは2種類以上を併用して使用することもできる。   Examples of the ethynyl compound include acetylene, ethynylbenzene, ethynyltoluene, 1-ethynyl-1-cyclohexanol and the like. These can be used alone or in combination of two or more.

本発明で用いられる両性樹脂型分散剤(D)中の共重合体を構成する単量体の比率は、単量体(d1)〜(d4)の合計を100重量%とした場合に、
芳香環を有するエチレン性不飽和単量体(d1)が5〜70重量%、
カルボキシル基を有するエチレン性不飽和単量体(d2)が15〜60重量%、
アミノ基を有するエチレン性不飽和単量体(d3)が1〜80重量%、
前記(d1)〜(d3)以外のその他の単量体(d4)が0〜79重量%である。
好ましくは、(d1):20〜70重量%、(d2):15〜45重量%、(d3):1〜70重量%、(d4):0〜50重量%である。
より好ましくは、(d1):30〜70重量%、(d2):15〜35重量%、(d3):1〜40重量%、(d4):0〜40重量%である。
The ratio of the monomers constituting the copolymer in the amphoteric resin type dispersant (D) used in the present invention is such that the total of the monomers (d1) to (d4) is 100% by weight,
5 to 70% by weight of ethylenically unsaturated monomer (d1) having an aromatic ring,
15 to 60% by weight of ethylenically unsaturated monomer (d2) having a carboxyl group,
1 to 80% by weight of ethylenically unsaturated monomer (d3) having an amino group,
The other monomer (d4) other than (d1) to (d3) is 0 to 79% by weight.
Preferably, (d1): 20 to 70% by weight, (d2): 15 to 45% by weight, (d3): 1 to 70% by weight, (d4): 0 to 50% by weight.
More preferably, they are (d1): 30-70 weight%, (d2): 15-35 weight%, (d3): 1-40 weight%, (d4): 0-40 weight%.

芳香環を有するエチレン性不飽和単量体(d1)由来の芳香環、及びアミノ基を有するエチレン性不飽和単量体(d3)由来のアミノ基が、後述する活物質(A)や炭素材料(B)への主たる吸着部位となると推測している。   An active ring (A) or a carbon material, which will be described later, includes an aromatic ring derived from an ethylenically unsaturated monomer (d1) having an aromatic ring and an amino group derived from an ethylenically unsaturated monomer (d3) having an amino group. Presumed to be the main adsorption site to (B).

カルボキシル基を有するエチレン性不飽和単量体(d2)は、共重合体の中和物を水性液状媒体に溶解ないし分散させる機能を担う。
そして、活物質(A)や炭素材料(B)に、芳香環やアミノ基を介してコポリマーが吸着し、中和され、イオン化されたカルボキシル基の電荷反発により、活物質(A)や炭素材料(B)の水性液状媒体中における分散状態を安定に保つことができるようになったもの考察される。
The ethylenically unsaturated monomer (d2) having a carboxyl group has a function of dissolving or dispersing a neutralized copolymer in an aqueous liquid medium.
Then, the active material (A) or the carbon material (B) is adsorbed via an aromatic ring or an amino group, neutralized, and the charge repulsion of the ionized carboxyl group, the active material (A) or the carbon material. It is considered that the dispersion state of (B) in the aqueous liquid medium can be kept stable.

上記単量体(d1)〜(d4)を共重合してなるコポリマーの分子量は特に制限はないが、両性樹脂型分散剤(D)の固形分20%水溶液における粘度が、好ましくは5〜100,000mPa・sであり、さらに好ましくは10〜50,000mPa・sである。所定範囲の粘度より低く、両性樹脂型分散剤(D)の分子量が小さすぎる場合、あるいは所定範囲の粘度より高く、両性樹脂型分散剤(D)の分子量が大きすぎる場合には、電極活物質(A)もしくは導電助剤である炭素材料(B)の分散不良を引き起こす可能性がある。
尚、本発明における粘度とは、B型粘度計を用いて25℃の条件下で測定した値である。
The molecular weight of the copolymer obtained by copolymerizing the monomers (d1) to (d4) is not particularly limited, but the viscosity of the amphoteric resin dispersant (D) in a 20% solid content aqueous solution is preferably 5 to 100. 000 mPa · s, more preferably 10 to 50,000 mPa · s. When the viscosity of the amphoteric resin dispersant (D) is lower than the predetermined range and the molecular weight of the amphoteric resin dispersant (D) is higher than the predetermined range and the molecular weight of the amphoteric resin dispersant (D) is too high, the electrode active material There is a possibility of causing poor dispersion of (A) or the carbon material (B) which is a conductive additive.
In addition, the viscosity in this invention is the value measured on 25 degreeC conditions using the B-type viscosity meter.

上記コポリマーは、カルボキシル基含有不飽和化合物(d2)を共重合してなるが、コポリマーにおけるアニオン性官能基を有する単量体の構成比率を酸価で表すと下記のようであることが好ましい。即ち、使用するコポリマーの酸価が、50mgKOH/g以上400mgKOH/g以下の範囲であることが好ましく、更には、酸価が80mgKOH/g以上300mgKOH/g以下の範囲であることが好ましい。
本発明で使用するコポリマーの酸価が上記した範囲よりも低いと分散体の分散安定性が低下し、粘度が増加する傾向がある。また、本発明で使用するコポリマーの酸価が上記した範囲より高いと、顔料表面に対するコポリマーの付着力が低下し、分散体の保存安定性が低下する傾向がある。
尚、本発明におけるコポリマーの酸価は、JIS K 0070の電位差滴定法に準拠し、測定した酸価(mgKOH/g)を固形分換算した値である。
The copolymer is obtained by copolymerizing a carboxyl group-containing unsaturated compound (d2), and it is preferable that the constituent ratio of the monomer having an anionic functional group in the copolymer is represented by the acid value as follows. That is, the acid value of the copolymer used is preferably in the range of 50 mgKOH / g to 400 mgKOH / g, and the acid value is preferably in the range of 80 mgKOH / g to 300 mgKOH / g.
When the acid value of the copolymer used in the present invention is lower than the above range, the dispersion stability of the dispersion tends to decrease and the viscosity tends to increase. Moreover, when the acid value of the copolymer used in the present invention is higher than the above range, the adhesion of the copolymer to the pigment surface tends to decrease, and the storage stability of the dispersion tends to decrease.
In addition, the acid value of the copolymer in the present invention is a value obtained by converting the measured acid value (mgKOH / g) into a solid content according to the potentiometric titration method of JIS K0070.

両性樹脂型分散剤(D)は、種々の製造方法で得ることができる。
例えば、上記単量体(d1)〜(d4)を、水と共沸し得る有機溶剤中で重合する。その後、水に代表される水性液状媒体と中和剤とを加えてカルボキシル基の少なくとも一部を中和し、共沸可能な溶剤を留去し、両性樹脂型分散剤(D)の水溶液ないし水性分散液を得ることができる。
重合時の有機溶剤としては、水と共沸するものであれば良いが、コポリマーに対し溶解性の高いものが良く、好ましくはエタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノールがあり、さらに好ましくは1−ブタノールがある。
The amphoteric resin dispersant (D) can be obtained by various production methods.
For example, the monomers (d1) to (d4) are polymerized in an organic solvent that can be azeotroped with water. Thereafter, an aqueous liquid medium represented by water and a neutralizing agent are added to neutralize at least a part of the carboxyl groups, the azeotropic solvent is distilled off, and an aqueous solution of the amphoteric resin type dispersant (D) or An aqueous dispersion can be obtained.
As the organic solvent at the time of polymerization, any solvent that azeotropes with water may be used, but those having high solubility in the copolymer are preferable, and ethanol, 1-propanol, 2-propanol, and 1-butanol are preferable. Preferably 1-butanol.

あるいは、親水性有機溶剤中で共重合し、水とアミンを加えて中和し水性化し、前記するが、親水性有機溶剤は留去せず、親水性有機溶剤と水とを含む水性液状媒体に、両性樹脂型分散剤(D)が溶解ないし分散した液を得ることができる。
この場合、用いられる親水性有機溶剤としては、コポリマーに対し溶解性の高いものが良く、好ましくはグリコールエーテル類、ジオール類、さらに好ましくは(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテル、炭素数3〜6のアルカンジオール類が良い。
Alternatively, it is copolymerized in a hydrophilic organic solvent, neutralized by adding water and an amine to make it aqueous, and as described above, the hydrophilic organic solvent is not distilled off, and an aqueous liquid medium containing the hydrophilic organic solvent and water In addition, a solution in which the amphoteric resin dispersant (D) is dissolved or dispersed can be obtained.
In this case, the hydrophilic organic solvent used is preferably one having high solubility in the copolymer, preferably glycol ethers, diols, more preferably (poly) alkylene glycol monoalkyl ethers having 3 to 6 carbon atoms. Alkanediols are good.

コポリマーの中和に使用される中和剤としては、下記のものが挙げられる。
例えば、アンモニア水、ジメチルアミノエタノール、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等の各種有機アミン、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属の水酸化物等の無機アルカリ剤、有機酸や鉱酸等を使用することができる。上記したようなコポリマーは、水性液媒体中に、分散又は溶解される。
The following are mentioned as a neutralizing agent used for neutralization of a copolymer.
For example, inorganic alkaline agents such as ammonia water, various organic amines such as dimethylaminoethanol, diethanolamine, and triethanolamine, alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide, lithium hydroxide, and potassium hydroxide, organic acids and mineral acids Etc. can be used. The copolymer as described above is dispersed or dissolved in an aqueous liquid medium.

次に、窒素含有アクリルエマルション型バインダー(C)について説明する。本発明の中のバインダーとは、導電助剤やその他活物質などの粒子の結着、及び金属箔集電体への密着に使用されるものであり、それら粒子を溶媒中へ分散、安定化させる効果は小さいものである。バインダーの形態としては、水溶性型、エマルション型、ハイドロゾル型等が挙げられる。これらのなかでも、金属箔集電体への密着の観点からエマルション型が好ましい。ここでのエマルション型とは、バインダーが水性液状溶媒に溶解せず、水性液状溶媒中で粒子状に分散している状態を指す。   Next, the nitrogen-containing acrylic emulsion type binder (C) will be described. The binder in the present invention is used to bind particles such as conductive additives and other active materials, and to adhere to a metal foil current collector, and to disperse and stabilize these particles in a solvent. The effect to make is small. Examples of the binder form include a water-soluble type, an emulsion type, and a hydrosol type. Among these, an emulsion type is preferable from the viewpoint of adhesion to the metal foil current collector. The emulsion type here refers to a state in which the binder is not dissolved in the aqueous liquid solvent but is dispersed in the form of particles in the aqueous liquid solvent.

分散剤との相溶性について説明する。分散剤は、コポリマー中にアミノ基を含有している。このアミノ基と、バインダー中の窒素含有成分が、相溶性に大きく寄与していると考えられる。本発明者らは、窒素原子含有成分を用いてバインダーを作成することで、合材インキや下地層形成用組成物を金属箔に塗布して合材層を形成する際、分散剤とバインダーとの相溶性が良好であるために、分散剤が合材層や下地層の連続層を形成するバインダー中に偏りなく均一に取り込まれ、その結果、電池特性が向上することを見出した。ここでの窒素原子含有成分は、バインダー合成材料のエチレン性不飽和単量体、乳化剤、開始剤の少なくともいずれかを指す。   The compatibility with the dispersant will be described. The dispersant contains amino groups in the copolymer. This amino group and the nitrogen-containing component in the binder are thought to contribute greatly to the compatibility. The present inventors create a binder using a nitrogen atom-containing component, so that when a composite ink is applied to a metal foil and a composition for forming an underlayer is formed on a metal foil, a dispersant and a binder are used. It has been found that the dispersant is uniformly incorporated into the binder forming the continuous layer of the composite material layer and the underlayer without any unevenness, and as a result, the battery characteristics are improved. The nitrogen atom-containing component here refers to at least one of an ethylenically unsaturated monomer, an emulsifier, and an initiator of the binder synthesis material.

窒素含有エチレン性不飽和単量体としては、マレイミド、N − ビニルピロリドン、(
メタ) アクリル系エチレン性不飽和単量体の1 級アミン、2 級アミン、3 級アミン
、及び4 級アンモニウム塩、並びに( メタ) アクリルアミド等が挙げられる。具体的
には、N − シクロへキシルマレイミド、N − フェニルマレイミド、N − アクリロイルモルホリン、N , N − ( ジメチルアミノ) エチル( メタ) アクリレート、N
, N − ( ジメチルアミノ) プロピル( メタ) アクリレート、3 − ( 3 − ピリニジル)プロピル( メタ) アクリレート、N , N − ジメチル( メタ) アクリルアミド、N , N − ジエチル( メタ) アクリルアミド、N − メチル( メタ) アクリルアミド、N − イソプロピルアクリルアミド、N − エチル( メタ) アクリルアミド、及びN − ヘキシル( メタ) アクリルアミド等が挙げられる。これらのなかでも、合成のし易さの観点から、N − アクリロイルモルホリン、マレイミド、N − イソプロピルアクリルアミドが好ましい。これらの少なくとも1つの窒素含有エチレン性不飽和単量体と、それ以外のエチレン性不飽和単量体を組み合せて用いることができる。
Nitrogen-containing ethylenically unsaturated monomers include maleimide, N-vinylpyrrolidone, (
(Meth) acrylic ethylenically unsaturated monomer primary amine, secondary amine, tertiary amine, quaternary ammonium salt, and (meth) acrylamide. Specifically, N-cyclohexylmaleimide, N-phenylmaleimide, N-acryloylmorpholine, N, N- (dimethylamino) ethyl (meth) acrylate, N
, N- (dimethylamino) propyl (meth) acrylate, 3- (3-pyridinyl) propyl (meth) acrylate, N, N-dimethyl (meth) acrylamide, N, N-diethyl (meth) acrylamide, N-methyl ( And (meth) acrylamide, N-isopropylacrylamide, N-ethyl (meth) acrylamide, and N-hexyl (meth) acrylamide. Among these, N-acryloylmorpholine, maleimide, and N-isopropylacrylamide are preferable from the viewpoint of ease of synthesis. These at least one nitrogen-containing ethylenically unsaturated monomer and other ethylenically unsaturated monomers can be used in combination.

窒素含有エチレン性不飽和単量体と組み合わせて用いることができるエチレン性不飽和単量体としては、公知な単量体を用いることができ、例えば、アルキル系(メタ)アクリレート、アルキレングリコール系(メタ)アクリレート、スチレン等が挙げられる。   As the ethylenically unsaturated monomer that can be used in combination with the nitrogen-containing ethylenically unsaturated monomer, a known monomer can be used. For example, alkyl (meth) acrylate, alkylene glycol ( Examples include meth) acrylate and styrene.

窒素含有乳化剤としては、RNH・HCl、RNH・CHCOOH等の長鎖第一アミン塩類、
アルキルトリメチルアンモニウム塩,ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルジメチルベンジルアンモニウム塩等の第4級アンモニウム塩類、
アルキルイミダゾリン,1−ヒドロキシエチル−2−アルキルイミダゾリン,1−アセチルアミノエチル−2−アルキルイミダゾリン,2−アルキル−4−メチル−4−ヒドロキシメチルオキサゾリン等の複素環アミン類、
ポリオキシエチレンアルキルアミン,N−アルキルプロピレンジアミン,N−アルキルポリエチレンポリアミン,N−アルキルポリエチレンポリアミンジメチル硫酸塩,アルキルビグアニド,長鎖アミンオキシド等アミン誘導体類、等が挙げられる。これらの少なくとも1つの窒素含有乳化剤と、それ以外の乳化剤を組み合せて用いることができる。
As nitrogen-containing emulsifiers, long-chain primary amine salts such as RNH 2 · HCl, RNH 2 · CH 3 COOH,
Quaternary ammonium salts such as alkyltrimethylammonium salt, dialkyldimethylammonium salt, alkyldimethylbenzylammonium salt,
Heterocyclic amines such as alkylimidazolines, 1-hydroxyethyl-2-alkylimidazolines, 1-acetylaminoethyl-2-alkylimidazolines, 2-alkyl-4-methyl-4-hydroxymethyloxazolines,
Examples thereof include amine derivatives such as polyoxyethylene alkylamine, N-alkylpropylenediamine, N-alkylpolyethylenepolyamine, N-alkylpolyethylenepolyamine dimethyl sulfate, alkylbiguanide, and long-chain amine oxide. These at least one nitrogen-containing emulsifier and other emulsifiers can be used in combination.

窒素含有乳化剤と組み合わせて用いることができる乳化剤としては、公知な乳化剤を用いることができ、アニオン性乳化剤やノニオン性乳化剤が挙げられる。   As an emulsifier that can be used in combination with a nitrogen-containing emulsifier, a known emulsifier can be used, and examples thereof include an anionic emulsifier and a nonionic emulsifier.

窒素含有開始剤としては、2,2'-アゾビス(2-アミジノプロパン)ジヒドロクロライド(ワコー製V−50)、2,2'アゾビス(N,N'-ジメチレンイソブチルアミジン)ジヒドロクロライド(VA-044)等が挙げられる。これらの少なくとも1つの窒素含有開始剤と、それ以外の開始剤を組み合せて用いることができる。   As the nitrogen-containing initiator, 2,2′-azobis (2-amidinopropane) dihydrochloride (V-50 manufactured by Wako), 2,2′azobis (N, N′-dimethyleneisobutylamidine) dihydrochloride (VA−) 044). These at least one nitrogen-containing initiator and other initiators can be used in combination.

窒素含有開始剤と組み合わせて用いることができる開始剤としては、公知な開始剤を用いることができ、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム等の過硫酸塩類が挙げられる。   As the initiator that can be used in combination with the nitrogen-containing initiator, a known initiator can be used, and examples thereof include persulfates such as potassium persulfate, ammonium persulfate, and sodium persulfate.

窒素含有アクリルエマルション型バインダー(C)は、窒素含有のエチレン性不飽和単量体、乳化剤、開始剤の少なくとも1つを用いることで作成できる。これらのなかでも、エチレン性不飽和単量体は、バインダーを構成する成分としての比率が高く、窒素原子を多く導入できることから好ましい。その場合、窒素含有エチレン性不飽和単量体と、上記の窒素を含有しない公知な乳化剤、開始剤を組み合せて用いることができる。   The nitrogen-containing acrylic emulsion type binder (C) can be prepared by using at least one of a nitrogen-containing ethylenically unsaturated monomer, an emulsifier, and an initiator. Among these, an ethylenically unsaturated monomer is preferable because it has a high ratio as a component constituting the binder and can introduce many nitrogen atoms. In that case, a nitrogen-containing ethylenically unsaturated monomer and the above-mentioned known emulsifier and initiator not containing nitrogen can be used in combination.

窒素含有アクリルエマルション型バインダー(C)は、窒素含有エチレン性不飽和単量体とそれ以外のエチレン性不飽和単量体とを共重合することで得られる。窒素含有エチレン性不飽和単量体量としては、全エチレン性不飽和単量体量に対して、0.1〜20重量%が好ましく、0.5〜10重量%がより好ましい。0.1重量%未満であると、分散剤との相溶性向上の効果が十分に発現しない懸念がある。20重量%より多いと、分散安定性が低くなり、合材インキ作製時の分散安定性低下を起こす懸念がある。 The nitrogen-containing acrylic emulsion binder (C) can be obtained by copolymerizing a nitrogen-containing ethylenically unsaturated monomer and another ethylenically unsaturated monomer. The amount of the nitrogen-containing ethylenically unsaturated monomer is preferably from 0.1 to 20% by weight, more preferably from 0.5 to 10% by weight, based on the total amount of the ethylenically unsaturated monomer. If it is less than 0.1% by weight, there is a concern that the effect of improving the compatibility with the dispersant is not sufficiently exhibited. When the amount is more than 20% by weight, the dispersion stability is lowered, and there is a concern that the dispersion stability may be lowered during preparation of the composite ink.

窒素含有アクリルエマルション型バインダー(C)は、例えば、乳化重合、懸濁重合、ミニエマルション重合、分散重合等の重合方法で作製できる。これらのなかでも、重合反応の進行のし易さの観点から乳化重合が好ましい。   The nitrogen-containing acrylic emulsion-type binder (C) can be prepared by a polymerization method such as emulsion polymerization, suspension polymerization, miniemulsion polymerization, or dispersion polymerization. Among these, emulsion polymerization is preferable from the viewpoint of easy progress of the polymerization reaction.

窒素含有アクリルエマルション型バインダー(C)の固形分の、合材インキ固形分の合計に占める割合は、0.1〜15重量%であることが好ましく、1〜10重量%がより好ましい。   The ratio of the solid content of the nitrogen-containing acrylic emulsion binder (C) to the total solid content of the composite ink is preferably 0.1 to 15% by weight, and more preferably 1 to 10% by weight.

<合材インキ>
前記したように、本発明の二次電池電極形成用組成物は、合材インキとしても使用できるし、下地層形成用組成物としても使用できる。そこで、本発明の二次電池電極形成用組成物の好適な態様の1つである活物質を必須とする合材インキについて説明する。合材インキは、正極合材インキまたは負極合材インキがあり、合材インキは、電極活物質(A)と、窒素含有アクリルエマルション型バインダー(C)と、両性樹脂型分散剤(D)と、水性液状媒体(E)からなり、さらに導電助剤である炭素材料(B)を用いることができる。
<Composite ink>
As described above, the composition for forming a secondary battery electrode of the present invention can be used as a mixture ink or a composition for forming an underlayer. Therefore, a description will be given of a composite ink that essentially includes an active material, which is one of the preferred embodiments of the composition for forming a secondary battery electrode of the present invention. The composite ink includes a positive electrode composite ink or a negative electrode composite ink. The composite ink includes an electrode active material (A), a nitrogen-containing acrylic emulsion binder (C), and an amphoteric resin dispersant (D). Further, a carbon material (B) made of an aqueous liquid medium (E) and further being a conductive auxiliary agent can be used.

リチウムイオン二次電池用の正極活物質としては、特に限定はされないが、リチウムイオンをドーピングまたはインターカレーション可能な金属酸化物、金属硫化物等の金属化合物、および導電性高分子等を使用することができる。
例えば、Fe、Co、Ni、Mn等の遷移金属の酸化物、リチウムとの複合酸化物、遷移金属硫化物等の無機化合物等が挙げられる。具体的には、MnO、V、V13、TiO等の遷移金属酸化物粉末、層状構造のニッケル酸リチウム、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、スピネル構造のマンガン酸リチウムなどのリチウムと遷移金属との複合酸化物粉末、オリビン構造のリン酸化合物であるリン酸鉄リチウム系材料、TiS、FeSなどの遷移金属硫化物粉末等が挙げられる。
また、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン等の導電性高分子を使用することもできる。また、上記の無機化合物や有機化合物を混合して用いてもよい。
The positive electrode active material for the lithium ion secondary battery is not particularly limited, but metal oxides capable of doping or intercalating lithium ions, metal compounds such as metal sulfides, and conductive polymers are used. be able to.
Examples thereof include transition metal oxides such as Fe, Co, Ni, and Mn, composite oxides with lithium, and inorganic compounds such as transition metal sulfides. Specifically, transition metal oxide powders such as MnO, V 2 O 5 , V 6 O 13 , TiO 2 , layered structure lithium nickelate, lithium cobaltate, lithium manganate, spinel structure lithium manganate, etc. Examples thereof include composite oxide powders of lithium and transition metals, lithium iron phosphate materials that are phosphate compounds having an olivine structure, transition metal sulfide powders such as TiS 2 and FeS, and the like.
In addition, conductive polymers such as polyaniline, polyacetylene, polypyrrole, and polythiophene can also be used. Moreover, you may mix and use said inorganic compound and organic compound.

リチウムイオン二次電池用の負極活物質としては、リチウムイオンをドーピングまたはインターカレーション可能なものであれば特に限定されない。例えば、金属Li、その合金であるスズ合金、シリコン合金、鉛合金等の合金系、LiFe、LiFe、LiWO、チタン酸リチウム、バナジウム酸リチウム、ケイ素酸リチウム等の金属酸化物系、ポリアセチレン、ポリ−p−フェニレン等の導電性高分子系、ソフトカーボンやハードカーボンといった、アモルファス系炭素質材料や、高黒鉛化炭素材料等の人造黒鉛、あるいは天然黒鉛等の炭素質粉末、カーボンブラック、メソフェーズカーボンブラック、樹脂焼成炭素材料、気層成長炭素繊維、炭素繊維などの炭素系材料が挙げられる。これら負極活物質は、1種または複数を組み合わせて使用することも出来る。 The negative electrode active material for the lithium ion secondary battery is not particularly limited as long as it can be doped or intercalated with lithium ions. For example, metal Li, alloys thereof such as tin alloy, silicon alloy, lead alloy, Li X Fe 2 O 3 , Li X Fe 3 O 4 , Li X WO 2 , lithium titanate, lithium vanadate, silicon Metal oxides such as lithium oxide, conductive polymers such as polyacetylene and poly-p-phenylene, amorphous carbonaceous materials such as soft carbon and hard carbon, artificial graphite such as highly graphitized carbon materials, or natural Examples thereof include carbonaceous powders such as graphite, carbon black, mesophase carbon black, resin-fired carbon materials, air-growth carbon fibers, and carbon fibers. These negative electrode active materials can be used alone or in combination.

これら電極活物質(A)の大きさは、0.05〜100μmの範囲内であることが好ましく、さらに好ましくは、0.1〜50μmの範囲内である。そして、合材インキ中の電極活物質(A)の分散粒径は、0.5〜20μmであることが好ましい。ここでいう分散粒径とは、体積粒度分布において、粒子径の細かいものからその粒子の体積割合を積算していったときに、50%となるところの粒子径(D50)であり、一般的な粒度分布計、例えば、動的光散乱方式の粒度分布計(日機装社製「マイクロトラックUPA」)等で測定される。   The size of these electrode active materials (A) is preferably in the range of 0.05 to 100 μm, and more preferably in the range of 0.1 to 50 μm. And it is preferable that the dispersed particle diameter of the electrode active material (A) in compound-material ink is 0.5-20 micrometers. The dispersed particle size referred to here is a particle size (D50) that is 50% when the volume ratio of the particles is integrated from the fine particle size distribution in the volume particle size distribution. A particle size distribution meter such as a dynamic light scattering type particle size distribution meter ("Microtrack UPA" manufactured by Nikkiso Co., Ltd.).

次に、導電助剤である炭素材料(B)について説明する。
本発明の二次電池電極形成用合材インキは、形成される電極の導電性をより高めるために、炭素材料(B)を含有することが好ましい。
本発明における導電助剤である炭素材料(B)としては、導電性を有する炭素材料であれば特に限定されるものではないが、グラファイト、カーボンブラック、導電性炭素繊維(カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンファイバー)、フラーレン等を単独で、もしくは2種類以上併せて使用することができる。導電性、入手の容易さ、およびコスト面から、カーボンブラックの使用が好ましい。
Next, the carbon material (B) which is a conductive support agent will be described.
The composite ink for forming a secondary battery electrode of the present invention preferably contains a carbon material (B) in order to further increase the conductivity of the formed electrode.
The carbon material (B), which is a conductive aid in the present invention, is not particularly limited as long as it is a conductive carbon material, but graphite, carbon black, conductive carbon fiber (carbon nanotube, carbon nanofiber) , Carbon fiber), fullerene and the like can be used alone or in combination of two or more. From the viewpoint of conductivity, availability, and cost, it is preferable to use carbon black.

カーボンブラックとしては、気体もしくは液体の原料を反応炉中で連続的に熱分解し製造するファーネスブラック、特にエチレン重油を原料としたケッチェンブラック、原料ガスを燃焼させて、その炎をチャンネル鋼底面にあて急冷し析出させたチャンネルブラック、ガスを原料とし燃焼と熱分解を周期的に繰り返すことにより得られるサーマルブラック、特にアセチレンガスを原料とするアセチレンブラックなどの各種のものを単独で、もしくは2種類以上併せて使用することができる。また、通常行われている酸化処理されたカーボンブラックや、中空カーボン等も使用できる。   Carbon black is a furnace black produced by continuously pyrolyzing a gas or liquid raw material in a reactor, especially ketjen black using ethylene heavy oil as a raw material. Channel black that has been rapidly cooled and precipitated, thermal black obtained by periodically repeating combustion and thermal decomposition using gas as a raw material, and particularly various types such as acetylene black using acetylene gas as a raw material, or 2 More than one type can be used in combination. Ordinarily oxidized carbon black, hollow carbon and the like can also be used.

カーボンの酸化処理は、カーボンを空気中で高温処理したり、硝酸や二酸化窒素、オゾン等で二次的に処理したりすることより、例えばフェノール基、キノン基、カルボキシル基、カルボニル基の様な酸素含有極性官能基をカーボン表面に直接導入(共有結合)する処理であり、カーボンの分散性を向上させるために一般的に行われている。しかしながら、官能基の導入量が多くなる程カーボンの導電性が低下することが一般的であるため、酸化処理をしていないカーボンの使用が好ましい。   The oxidation treatment of carbon is performed by treating carbon at a high temperature in the air or by secondary treatment with nitric acid, nitrogen dioxide, ozone, etc. This is a treatment for directly introducing (covalently bonding) an oxygen-containing polar functional group to the carbon surface, and is generally performed to improve the dispersibility of carbon. However, since it is common for the conductivity of carbon to fall, so that the introduction amount of a functional group increases, it is preferable to use the carbon which has not been oxidized.

用いるカーボンブラックの比表面積は、値が大きいほど、カーボンブラック粒子どうしの接触点が増えるため、電極の内部抵抗を下げるのに有利となる。具体的には、窒素の吸着量から求められる比表面積(BET)で、20m/g以上、1500m/g以下、好ましくは50m/g以上、1500m/g以下、更に好ましくは100m/g以上、1500m/g以下のものを使用することが望ましい。比表面積が20m/gを下回るカーボンブラックを用いると、十分な導電性を得ることが難しくなる場合があり、1500m/gを超えるカーボンブラックは、市販材料での入手が困難となる場合がある。 As the specific surface area of the carbon black used increases, the number of contact points between the carbon black particles increases, which is advantageous in reducing the internal resistance of the electrode. Specifically, the specific surface area (BET) determined from the adsorption amount of nitrogen is 20 m 2 / g or more and 1500 m 2 / g or less, preferably 50 m 2 / g or more and 1500 m 2 / g or less, more preferably 100 m 2. / G or more and 1500 m 2 / g or less are desirable. When carbon black having a specific surface area of less than 20 m 2 / g is used, it may be difficult to obtain sufficient conductivity, and carbon black of more than 1500 m 2 / g may be difficult to obtain from commercially available materials. is there.

また、用いるカーボンブラックの粒径は、一次粒子径で0.005〜1μmが好ましく、特に、0.01〜0.2μmが好ましい。ただし、ここでいう一次粒子径とは、電子顕微鏡などで測定された粒子径を平均したものである。   Further, the particle size of the carbon black to be used is preferably 0.005 to 1 μm, particularly preferably 0.01 to 0.2 μm in terms of primary particle size. However, the primary particle diameter here is an average of the particle diameters measured with an electron microscope or the like.

導電助剤である炭素材料(B)の合材インキ中の分散粒径は、0.03μm以上、5μm以下に微細化することが望ましい。導電助剤としての炭素材料の分散粒径が0.03μm未満の組成物は、その作製が難しい場合がある。又、導電助剤としての炭素材料の分散粒径が2μmを超える組成物を用いた場合には、合材塗膜の材料分布のバラつき、電極の抵抗分布のバラつき等の不具合が生じる場合がある。
ここでいう分散粒径とは、体積粒度分布において、粒子径の細かいものからその粒子の体積割合を積算していったときに、50%となるところの粒子径(D50)であり、一般的な粒度分布計、例えば、動的光散乱方式の粒度分布計(日機装社製「マイクロトラックUPA」)等で測定される。
It is desirable that the dispersed particle size in the composite ink of the carbon material (B), which is a conductive additive, be refined to 0.03 μm or more and 5 μm or less. It may be difficult to produce a composition having a dispersed particle size of the carbon material as the conductive aid of less than 0.03 μm. In addition, when a composition having a dispersed particle size of the carbon material as the conductive auxiliary agent exceeding 2 μm is used, there may be problems such as variations in the material distribution of the composite coating film and variations in the resistance distribution of the electrodes. .
The dispersed particle size referred to here is a particle size (D50) that is 50% when the volume ratio of the particles is integrated from the fine particle size distribution in the volume particle size distribution. A particle size distribution meter such as a dynamic light scattering type particle size distribution meter ("Microtrack UPA" manufactured by Nikkiso Co., Ltd.).

市販のカーボンブラックとしては、例えば、トーカブラック#4300、#4400、#4500、#5500等(東海カーボン社製、ファーネスブラック)、プリンテックスL等(デグサ社製、ファーネスブラック)、Raven7000、5750、5250、5000ULTRAIII、5000ULTRA等、Conductex SC ULTRA
、Conductex 975ULTRA等、PUER BLACK100、115、205等(コロンビヤン社製、ファーネスブラック)、#2350、#2400B、#2600B、#30050B、#3030B、#3230B、#3350B、#3400B、#5400B等(三菱化学社製、ファーネスブラック)、MONARCH1400、1300、900、VulcanXC−72R、BlackPearls2000等(キャボット社製、ファーネスブラック)、Ensaco250G、Ensaco260G、Ensaco350G、SuperP−Li(TIMCAL社製)、ケッチェンブラックEC−300J、EC−600JD(アクゾ社製)、デンカブラック、デンカブラックHS−100、FX−35(電気化学工業社製、アセチレンブラック)等、グラファイトとしては例えば人造黒鉛や燐片状黒鉛、塊状黒鉛、土状黒鉛などの天然黒鉛が挙げられるが、これらに限定されるものではなく、2種以上を組み合わせて用いても良い。
Examples of commercially available carbon black include Toka Black # 4300, # 4400, # 4500, # 5500 (Tokai Carbon Co., Furnace Black), Printex L and the like (Degussa Co., Furnace Black), Raven 7000, 5750, 5250, 5000 ULTRA III, 5000 ULTRA, etc., Conductex SC ULTRA
, Conductex 975 ULTRA, etc., PUER BLACK100, 115, 205, etc. (Columbian Co., furnace black), # 2350, # 2400B, # 2600B, # 30050B, # 3030B, # 3230B, # 3350B, # 3400B, # 5400B, etc. (Manufactured by Chemical Co., Furnace Black), MONARCH 1400, 1300, 900, Vulcan XC-72R, Black Pearls 2000, etc. (Cabot, Furnace Black), Ensaco 250G, Ensaco 260G, Ensaco 350G, SuperP-Li (manufactured by TIMCAL), Ketjen Black EC-300J EC-600JD (manufactured by Akzo), Denka Black, Denka Black HS-100, FX-35 (electrochemistry) Examples of graphite such as acetylene black (manufactured by Kogyosha) include natural graphite such as artificial graphite, flake graphite, lump graphite, and earth graphite, but are not limited to these, and two or more kinds are combined. May be used.

導電性炭素繊維としては石油由来の原料から焼成して得られるものが良いが、植物由来の原料からも焼成して得られるものも用いることができる。例えば石油由来の原料で製造される昭和電工社製のVGCFなどを挙げることができる。   As the conductive carbon fibers, those obtained by firing from petroleum-derived raw materials are preferable, but those obtained by firing from plant-derived raw materials can also be used. For example, VGCF manufactured by Showa Denko Co., Ltd. manufactured with petroleum-derived raw materials can be mentioned.

つぎに、水性液状媒体(E)について説明する。
本発明に使用する水性液状媒体(E)としては、水を使用することが好ましいが、必要に応じて、例えば、集電体への塗工性向上のために、水と相溶する液状媒体を使用しても良い。
水と相溶する液状媒体としては、アルコール類、グリコール類、セロソルブ類、アミノアルコール類、アミン類、ケトン類、カルボン酸アミド類、リン酸アミド類、スルホキシド類、カルボン酸エステル類、リン酸エステル類、エーテル類、ニトリル類等が挙げられ、水と相溶する範囲で使用しても良い。
Next, the aqueous liquid medium (E) will be described.
As the aqueous liquid medium (E) used in the present invention, it is preferable to use water, but if necessary, for example, a liquid medium compatible with water in order to improve the coating property to the current collector. May be used.
Liquid media compatible with water include alcohols, glycols, cellosolves, amino alcohols, amines, ketones, carboxylic acid amides, phosphoric acid amides, sulfoxides, carboxylic acid esters, and phosphoric acid esters , Ethers, nitriles and the like, and may be used as long as they are compatible with water.

さらに、合材インキには、成膜助剤、消泡剤、レベリング剤、防腐剤、pH調整剤、粘性調整剤などを必要に応じて配合できる。   Furthermore, a film forming aid, an antifoaming agent, a leveling agent, a preservative, a pH adjuster, a viscosity adjuster, and the like can be blended in the composite ink as necessary.

塗工方法によるが、固形分30〜90重量%の範囲で、合材インキの粘度は、100mPa・s以上、30,000mPa・s以下とするのが好ましい。
塗工可能な粘度範囲内において、活物質(A)はできるだけ多く含まれることが好ましく、例えば、合材インキ固形分に占める活物質(A)の割合は、80重量%以上、99重量%以下が好ましい。
また、合材インキ固形分に占める両性樹脂型分散剤(D)の割合は、0.1〜15重量%であることが好ましい。
炭素材料(B)を含む場合、合材インキ固形分に占める炭素材料(B)の割合は、0.1〜15重量%であることが好ましい。
Although it depends on the coating method, the viscosity of the composite ink is preferably 100 mPa · s or more and 30,000 mPa · s or less in the range of 30 to 90% by weight of the solid content.
It is preferable that the active material (A) is contained as much as possible within the viscosity range that can be applied. For example, the proportion of the active material (A) in the solid ink solid content is 80 wt% or more and 99 wt% or less. Is preferred.
Moreover, it is preferable that the ratio of the amphoteric resin type dispersant (D) in the solid ink solid content is 0.1 to 15% by weight.
When the carbon material (B) is included, the proportion of the carbon material (B) in the solid material ink solid content is preferably 0.1 to 15% by weight.

本発明の合材インキは、種々の方法で得ることができる。
ただし、炭素材料(B)の使用は任意である。
例えば、
(4−1) 活物質(A)と両性樹脂型分散剤(D)と水性液状媒体(E)とを含有する活物質の水性分散体を得、該水性分散体に炭素材料(B)と窒素含有アクリルエマルション型バインダー(C)とを加え、合材インキを得ることができる。
炭素材料(B)と窒素含有アクリルエマルション型バインダー(C)は、同時に加えることもできるし、炭素材料(B)を加えた後、バインダーを加えてもよいし、その逆であってもよい。
(4−2) 炭素材料(B)と両性樹脂型分散剤(D)と水性液状媒体(E)と含有する導電助剤の水性分散体を得、該水性分散体に活物質(A)と窒素含有アクリルエマルション型バインダー(C)とを加え、合材インキを得ることができる。
活物質(A)とバインダー同時に加えることもできるし、活物質(A)を加えた後、窒素含有アクリルエマルション型バインダー(C)を加えてもよいし、その逆であってもよい。
(4−3) 活物質(A)と両性樹脂型分散剤(D)と窒素含有アクリルエマルション型バインダー(C)と水性液状媒体(E)と含有する活物質の水性分散体を得、該水性分散体に炭素材料(B)を加え、合材インキを得ることができる。
(4−4) 炭素材料(B)と両性樹脂型分散剤(D)と窒素含有アクリルエマルション型バインダー(C)と水性液状媒体(E)と含有する導電助剤の水性分散体を得、該水性分散体に活物質(A)を加え、合材インキを得ることができる。
(4−5) 活物質(A)と炭素材料(B)と両性樹脂型分散剤(D)と窒素含有アクリルエマルション型バインダー(C)と水性液状媒体(E)をほとんど同時に混合し、合材インキを得ることができる。
The composite ink of the present invention can be obtained by various methods.
However, the use of the carbon material (B) is arbitrary.
For example,
(4-1) An aqueous dispersion of an active material containing an active material (A), an amphoteric resin type dispersant (D), and an aqueous liquid medium (E) is obtained, and the carbon material (B) and A nitrogen-containing acrylic emulsion binder (C) can be added to obtain a composite ink.
The carbon material (B) and the nitrogen-containing acrylic emulsion binder (C) can be added simultaneously, or after the carbon material (B) is added, the binder may be added, or vice versa.
(4-2) Obtaining an aqueous dispersion of the conductive additive containing the carbon material (B), the amphoteric resin type dispersant (D) and the aqueous liquid medium (E), and adding the active material (A) to the aqueous dispersion A nitrogen-containing acrylic emulsion binder (C) can be added to obtain a composite ink.
The active material (A) and the binder can be added simultaneously, or after adding the active material (A), the nitrogen-containing acrylic emulsion type binder (C) may be added, or vice versa.
(4-3) An aqueous dispersion of the active material containing the active material (A), the amphoteric resin type dispersant (D), the nitrogen-containing acrylic emulsion type binder (C), and the aqueous liquid medium (E) is obtained, and the aqueous A carbon material (B) can be added to the dispersion to obtain a mixed ink.
(4-4) Obtaining an aqueous dispersion of a conductive additive containing a carbon material (B), an amphoteric resin type dispersant (D), a nitrogen-containing acrylic emulsion type binder (C), and an aqueous liquid medium (E), An active material (A) can be added to the aqueous dispersion to obtain a composite ink.
(4-5) The active material (A), the carbon material (B), the amphoteric resin type dispersant (D), the nitrogen-containing acrylic emulsion type binder (C), and the aqueous liquid medium (E) are mixed almost simultaneously. Ink can be obtained.

(分散機・混合機)
合材インキを得る際に用いられる装置としては、顔料分散等に通常用いられている分散機、混合機が使用できる。
例えば、ディスパー、ホモミキサー、若しくはプラネタリーミキサー等のミキサー類;エム・テクニック社製「クレアミックス」、若しくはPRIMIX社「フィルミックス」等のホモジナイザー類;ペイントコンディショナー(レッドデビル社製)、ボールミル、サンドミル(シンマルエンタープライゼス社製「ダイノミル」等)、アトライター、パールミル(アイリッヒ社製「DCPミル」等)、若しくはコボールミル等のメディア型分散機;湿式ジェットミル(ジーナス社製「ジーナスPY」、スギノマシン社製「スターバースト」、ナノマイザー社製「ナノマイザー」等)、エム・テクニック社製「クレアSS−5」、若しくは奈良機械社製「MICROS」等のメディアレス分散機;または、その他ロールミル等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、分散機としては、分散機からの金属混入防止処理を施したものを用いることが好ましい。
(Disperser / Mixer)
As an apparatus used for obtaining the composite ink, a disperser or a mixer which is usually used for pigment dispersion or the like can be used.
For example, mixers such as dispersers, homomixers, or planetary mixers; homogenizers such as “Clearmix” manufactured by M Technique, or “fillmix” manufactured by PRIMIX; paint conditioner (manufactured by Red Devil), ball mill, sand mill Media type dispersers such as “Dynomill” manufactured by Shinmaru Enterprises, Inc., Attritor, Pearl Mill (“DCP Mill” manufactured by Eirich), or Coball Mill; Media-less dispersers such as “Starburst” manufactured by Machine, “Nanomizer” manufactured by Nanomizer, etc., “Claire SS-5” manufactured by M Technique, or “MICROS” manufactured by Nara Machinery; or other roll mills, etc. Although The present invention is not limited to these. Moreover, as the disperser, it is preferable to use a disperser that has been subjected to a metal contamination prevention treatment from the disperser.

例えば、メディア型分散機を使用する場合は、アジテーター及びベッセルがセラミック製又は樹脂製の分散機を使用する方法や、金属製アジテーター及びベッセル表面をタングステンカーバイド溶射や樹脂コーティング等の処理をした分散機を用いることが好ましい。そして、メディアとしては、ガラスビーズ、または、ジルコニアビーズ、若しくはアルミナビーズ等のセラミックビーズを用いることが好ましい。また、ロールミルを使用する場合についても、セラミック製ロールを用いることが好ましい。分散装置は、1種のみを使用しても良いし、複数種の装置を組み合わせて使用しても良い。また、強い衝撃で粒子が割れたり、潰れたりしやすい正または負極活物質の場合は、メディア型分散機よりは、ロールミルやホモジナイザー等のメディアレス分散機が好ましい。   For example, when using a media-type disperser, a disperser in which the agitator and vessel are made of a ceramic or resin disperser, or the surface of the metal agitator and vessel is treated with tungsten carbide spraying or resin coating. Is preferably used. As the media, it is preferable to use glass beads, ceramic beads such as zirconia beads or alumina beads. Moreover, also when using a roll mill, it is preferable to use a ceramic roll. Only one type of dispersion device may be used, or a plurality of types of devices may be used in combination. Further, in the case of a positive or negative electrode active material in which particles are easily broken or crushed by a strong impact, a medialess disperser such as a roll mill or a homogenizer is preferable to a media type disperser.

<下地層形成用組成物>
前記したように、本発明の二次電池電極形成用組成物は、合材インキとしても使用できる他、下地層形成用組成物としても使用できる。
下地層形成用組成物は、導電助剤(B)と窒素含有アクリルエマルション型バインダー(C)と両性樹脂型分散剤(D)と水性液状媒体(E)とを含有する。各成分については、合材インキの場合と同様である。
電極下地層に用いる組成物の総固形分に占める導電助剤としての炭素材料(B)の割合は、5重量%以上、95重量%以下が好ましく、10重量%以上、90重量%以下が更に好ましい。導電助剤である炭素材料(B)が少ないと、下地層の導電性が保てない場合があり、一方、導電助剤である炭素材料(B)が多すぎると、塗膜の耐性が低下する場合がある。また、電極下地層インキの適正粘度は、電極下地層インキの塗工方法によるが、一般には、10mPa・s以上、30,000mPa・s以下とするのが好ましい。
<Underlayer forming composition>
As described above, the composition for forming a secondary battery electrode of the present invention can be used not only as a mixture ink but also as a composition for forming an underlayer.
The composition for forming an underlayer contains a conductive additive (B), a nitrogen-containing acrylic emulsion binder (C), an amphoteric resin dispersant (D), and an aqueous liquid medium (E). About each component, it is the same as that of the case of compound ink.
The proportion of the carbon material (B) as a conductive additive in the total solid content of the composition used for the electrode underlayer is preferably 5% by weight or more and 95% by weight or less, and more preferably 10% by weight or more and 90% by weight or less. preferable. If the carbon material (B) as a conductive auxiliary agent is small, the conductivity of the underlayer may not be maintained. On the other hand, if the carbon material (B) as a conductive auxiliary agent is too much, the resistance of the coating film decreases. There is a case. Moreover, although the appropriate viscosity of electrode base layer ink is based on the coating method of electrode base layer ink, generally it is preferable to set it as 10 mPa * s or more and 30,000 mPa * s or less.

<電極>
本発明の合材インキを、集電体上に塗工・乾燥し、合材層を形成し、二次電池用電極を得ることができる。
あるいは、本発明の二次電池電極形成用組成物のうち下地層形成用組成物を、集電体上に下地層を形成し、該下地層上に、合材層を設け、二次電池用電極を得ることもできる。下地層上に設ける合材層は、上記した本発明の合材インキ(1)〜(4)を用いて形成してもよいし、他の合材インキを用いて形成することもできる。
<Electrode>
The composite ink of the present invention can be applied and dried on a current collector to form a composite layer and obtain a secondary battery electrode.
Alternatively, the composition for forming an underlayer of the composition for forming a secondary battery electrode of the present invention is formed by forming an underlayer on the current collector, and providing a composite layer on the underlayer, for a secondary battery. An electrode can also be obtained. The composite material layer provided on the base layer may be formed using the above-described composite material inks (1) to (4) of the present invention, or may be formed using other composite material inks.

(集電体)
電極に使用する集電体の材質や形状は特に限定されず、各種二次電池にあったものを適宜選択することができる。
例えば、集電体の材質としては、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、又はステンレス等の金属や合金が挙げられる。リチウムイオン電池の場合、特に正極材料としてはアルミニウムが、負極材料としては銅が、それぞれ好ましい。
又、形状としては、一般的には平板上の箔が用いられるが、表面を粗面化したものや、多孔質の発泡状のもの、穴あき箔状のもの、及びメッシュ状の集電体も使用できる。
(Current collector)
The material and shape of the current collector used for the electrode are not particularly limited, and those suitable for various secondary batteries can be appropriately selected.
For example, examples of the material for the current collector include metals and alloys such as aluminum, copper, nickel, titanium, and stainless steel. In the case of a lithium ion battery, aluminum is particularly preferable as the positive electrode material, and copper is preferable as the negative electrode material.
In general, foil on a flat plate is used as the shape, but the surface is roughened, porous foam, perforated foil, and mesh current collector. Can also be used.

集電体上に合材インキを塗工する方法としては、特に制限はなく公知の方法を用いることができる。
具体的には、ダイコーティング法、ディップコーティング法、ロールコーティング法、ドクターコーティング法、ナイフコーティング法、スプレーコティング法、グラビアコーティング法、スクリーン印刷法または静電塗装法等が挙げる事ができ、乾燥方法としては放置乾燥、送風乾燥機、温風乾燥機、赤外線加熱機、遠赤外線加熱機などが使用できるが、特にこれらに限定されるものではない。
又、塗布後に平版プレスやカレンダーロール等による圧延処理を行っても良い。電極合材層の厚みは、一般的には1μm以上、500μm以下であり、好ましくは10μm以上、300μm以下である。また、下地層を具備する場合には下地層と合材層との厚みの合計は、一般的には1μm以上、500μm以下であり、好ましくは10μm以上、300μm以下である。
There is no restriction | limiting in particular as a method of apply | coating mixed-material ink on a collector, A well-known method can be used.
Specific examples include die coating method, dip coating method, roll coating method, doctor coating method, knife coating method, spray coating method, gravure coating method, screen printing method or electrostatic coating method, and the like. Examples of methods that can be used include standing drying, blower dryers, hot air dryers, infrared heaters, and far-infrared heaters, but are not particularly limited thereto.
Moreover, you may perform the rolling process by a lithographic press, a calender roll, etc. after application | coating. The thickness of the electrode mixture layer is generally 1 μm or more and 500 μm or less, preferably 10 μm or more and 300 μm or less. When the underlayer is provided, the total thickness of the underlayer and the composite layer is generally 1 μm or more and 500 μm or less, preferably 10 μm or more and 300 μm or less.

<二次電池>
正極もしくは負極の少なくとも一方に上記の電極を用い、二次電池を得ることができる。
二次電池としては、リチウムイオン二次電池の他、ナトリウムイオン二次電池、マグネシウム二次電池、アルカリ二次電池、鉛蓄電池、ナトリウム硫黄二次電池、リチウム空気二次電池等が挙げられ、それぞれの二次電池で従来から知られている、電解液やセパレーター等を適宜用いることができる。
<Secondary battery>
A secondary battery can be obtained by using the above electrode for at least one of a positive electrode and a negative electrode.
Secondary batteries include lithium ion secondary batteries, sodium ion secondary batteries, magnesium secondary batteries, alkaline secondary batteries, lead storage batteries, sodium sulfur secondary batteries, lithium air secondary batteries, etc. Conventionally known electrolyte solutions, separators, and the like for secondary batteries can be used as appropriate.

(電解液)
リチウムイオン二次電池の場合を例にとって説明する。電解液としては、リチウムを含んだ電解質を非水系の溶剤に溶解したものを用いる。
電解質としては、LiBF、LiClO、LiPF、LiAsF、LiSbF、LiCFSO、Li(CFSON、LiCSO、Li(CFSOC、LiI、LiBr、LiCl、LiAlCl、LiHF、LiSCN、又はLiBPh等が挙げられるがこれらに限定されない。
(Electrolyte)
A case of a lithium ion secondary battery will be described as an example. As the electrolytic solution, an electrolyte containing lithium dissolved in a non-aqueous solvent is used.
As the electrolyte, LiBF 4 , LiClO 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 3 C , LiI, LiBr, LiCl, LiAlCl , LiHF 2, LiSCN, or LiBPh 4 etc. but are not limited to.

非水系の溶剤としては特に限定はされないが、例えば、
エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、及びジエチルカーボネート等のカーボネート類;
γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、及びγ−オクタノイックラクトン等のラクトン類;
テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、1,2−メトキシエタン、1,2−エトキシエタン、及び1,2−ジブトキシエタン等のグライム類;
メチルフォルメート、メチルアセテート、及びメチルプロピオネート等のエステル類;ジメチルスルホキシド、及びスルホラン等のスルホキシド類;並びに、
アセトニトリル等のニトリル類等が挙げられる。又これらの溶剤は、それぞれ単独で使用しても良いが、2種以上を混合して使用しても良い。
The non-aqueous solvent is not particularly limited.
Carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and diethyl carbonate;
Lactones such as γ-butyrolactone, γ-valerolactone, and γ-octanoic lactone;
Glymes such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, 1,2-methoxyethane, 1,2-ethoxyethane, and 1,2-dibutoxyethane;
Esters such as methyl formate, methyl acetate, and methyl propionate; sulfoxides such as dimethyl sulfoxide and sulfolane; and
Nitriles such as acetonitrile are exemplified. These solvents may be used alone or in combination of two or more.

さらに上記電解液を、ポリマーマトリクスに保持しゲル状とした高分子電解質とすることもできる。ポリマーマトリクスとしては、ポリアルキレンオキシドセグメントを有するアクリレート系樹脂、ポリアルキレンオキシドセグメントを有するポリホスファゼン系樹脂、及びポリアルキレンオキシドセグメントを有するポリシロキサン等が挙げられるがこれらに限定されない。   Furthermore, the electrolyte solution may be a polymer electrolyte that is held in a polymer matrix and made into a gel. Examples of the polymer matrix include, but are not limited to, an acrylate resin having a polyalkylene oxide segment, a polyphosphazene resin having a polyalkylene oxide segment, and a polysiloxane having a polyalkylene oxide segment.

(セパレーター)
セパレーターとしては、例えば、ポリエチレン不織布、ポリプロピレン不織布、ポリアミド不織布及びそれらに親水性処理を施したものが挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。
(separator)
Examples of the separator include, but are not limited to, a polyethylene nonwoven fabric, a polypropylene nonwoven fabric, a polyamide nonwoven fabric and those obtained by subjecting them to a hydrophilic treatment.

(電池構造・構成)
本発明の組成物を用いたリチウムイオン二次電池の構造については特に限定されないが、通常、正極及び負極と、必要に応じて設けられるセパレータとから構成され、ペーパー型、円筒型、ボタン型、積層型等、使用する目的に応じた種々の形状とすることができる。
(Battery structure / configuration)
The structure of the lithium ion secondary battery using the composition of the present invention is not particularly limited, but is usually composed of a positive electrode and a negative electrode, and a separator provided as necessary, a paper type, a cylindrical type, a button type, It can be made into various shapes according to the purpose of use, such as a laminated type.

以下に、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、以下の実施例は本発明の権利範囲を何ら制限するものではない。尚、実施例および比較例における「部」は「重量部」を表す。   EXAMPLES The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. However, the following examples do not limit the scope of rights of the present invention. In the examples and comparative examples, “part” represents “part by weight”.

(分散剤合成例1)
ガス導入管、温度計、コンデンサー、攪拌機を備えた反応容器に、n−ブタノール200.0部を仕込み、窒素ガスで置換した。反応容器内を110℃に加熱して、スチレン100.0部、アクリル酸60.0部、ジメチルアミノエチルメタクリレート40.0部、およびV−601(和光純薬製)12.0部の混合物を2時間かけて滴下し、重合反応を行った。滴下終了後、さらに110℃で3時間反応させた後、V−601(和光純薬製)0.6部を添加し、さらに110℃で1時間反応を続けて、共重合体(1)溶液を得た。共重合体(1)の重量平均分子量は約1万、酸価は219.1(mgKOH/g)であった。
さらに、室温まで冷却した後、ジメチルアミノエタノール74.2部添加し中和した。これは、アクリル酸を100%中和する量である。さらに、水を400部添加して水性化した後、100℃まで加熱し、ブタノールを水と共沸させてブタノールを留去した。
水で希釈し、不揮発分20%の両性樹脂型分散剤(1)の水溶液ないし水性分散体を得た。また、不揮発分20%の両性樹脂型分散剤(1)の水溶液の粘度は、40mPa・sであった。
(Dispersant synthesis example 1)
A reaction vessel equipped with a gas introduction tube, a thermometer, a condenser, and a stirrer was charged with 200.0 parts of n-butanol and replaced with nitrogen gas. The inside of the reaction vessel was heated to 110 ° C., and a mixture of 100.0 parts of styrene, 60.0 parts of acrylic acid, 40.0 parts of dimethylaminoethyl methacrylate, and 12.0 parts of V-601 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) The polymerization reaction was carried out dropwise over 2 hours. After completion of the dropwise addition, the mixture was further reacted at 110 ° C. for 3 hours, 0.6 parts of V-601 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added, and the reaction was further continued at 110 ° C. for 1 hour to obtain a copolymer (1) solution. Got. The weight average molecular weight of the copolymer (1) was about 10,000, and the acid value was 219.1 (mgKOH / g).
Further, after cooling to room temperature, 74.2 parts of dimethylaminoethanol was added for neutralization. This is the amount that neutralizes 100% of acrylic acid. Furthermore, after adding 400 parts of water and making it aqueous, it heated to 100 degreeC, butanol was azeotroped with water, and butanol was distilled off.
Dilution with water gave an aqueous solution or dispersion of an amphoteric resin dispersant (1) with a nonvolatile content of 20%. Moreover, the viscosity of the aqueous solution of the amphoteric resin type dispersant (1) having a nonvolatile content of 20% was 40 mPa · s.

(分散剤合成例2〜12)
表1に示す配合組成で、合成例1と同様の方法で合成し、合成例2〜12の分散剤を得た。
(Dispersant Synthesis Examples 2 to 12)
The compounding compositions shown in Table 1 were synthesized in the same manner as in Synthesis Example 1 to obtain dispersants of Synthesis Examples 2-12.


St:スチレン
AA:アクリル酸
BzMA:ベンジルメタクリレート
DM:ジメチルアミノエチルメタクリレート
BMA:メタクリル酸ブチル

St: Styrene AA: Acrylic acid BzMA: Benzyl methacrylate DM: Dimethylaminoethyl methacrylate BMA: Butyl methacrylate

(二次電池電極用炭素材料分散体)
導電助剤である炭素材料としてアセチレンブラック(デンカブラックHS−100)10部、合成例(1)に記載の両性樹脂型分散剤(1)の水溶液ないし水性分散体を10部(固形分として2部)、水80部をミキサーに入れて混合し、更にサンドミルに入れて分散を行い、二次電池電極用炭素材料分散体(1)を得た。
(Carbon material dispersion for secondary battery electrode)
10 parts of acetylene black (Denka Black HS-100) as a carbon material which is a conductive additive, and 10 parts of an aqueous solution or an aqueous dispersion of the amphoteric resin type dispersant (1) described in Synthesis Example (1) (2% as solid content) Part) and 80 parts of water were mixed in a mixer, and further dispersed in a sand mill to obtain a carbon material dispersion (1) for a secondary battery electrode.

[二次電池電極用炭素材料分散体]
表1に示す分散剤を使用して、二次電池電極用炭素材料分散体(1)と同様の方法で、二次電池電極用炭素材料分散体(2)〜(12)を得た。
[Carbon material dispersion for secondary battery electrode]
Using the dispersant shown in Table 1, carbon material dispersions (2) to (12) for secondary battery electrodes were obtained in the same manner as for the carbon material dispersion (1) for secondary battery electrodes.

<バインダー合成例13>
窒素含有単量体として、N − アクリロイルモルホリン5.0部、それ以外の単量体として、メタクリル酸メチル53部、アクリル酸ブチル40.5部、アクリル酸1.5部、乳化剤としてアニオン性乳化剤のハイテノールNF−08(第一工業製薬製のアニオン性乳化剤)2.0部、イオン交換水53.1部の混合物を板羽根で乳化し、モノマープレエマルションを作成し、滴下槽に入れた。
還流冷却器、攪拌機、温度計、窒素導入管、原料投入口を具備する容積2Lの4つ口フラスコを反応容器とし、該反応容器にイオン交換水89.4部を入れ、窒素を導入しつつ攪拌しながら、液温を60℃に温めた。次いで、反応容器中に、乳化剤としてハイテノールNF−08を0.2部添加し、滴下槽から上記モノマープレエマルションを5時間かけて連続的に滴下し、過硫酸アンモニウムを0.3部用いて、60℃で6時間かけて乳化重合した。
<Binder Synthesis Example 13>
As nitrogen-containing monomer, 5.0 parts of N-acryloylmorpholine, as other monomers, 53 parts of methyl methacrylate, 40.5 parts of butyl acrylate, 1.5 parts of acrylic acid, anionic emulsifier as emulsifier Hytenol NF-08 (an anionic emulsifier manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.) and a mixture of 53.1 parts of ion-exchanged water were emulsified with a blade to create a monomer pre-emulsion and placed in a dropping tank. .
A reaction vessel is a 2 L four-necked flask equipped with a reflux condenser, a stirrer, a thermometer, a nitrogen inlet tube, and a raw material inlet, and 89.4 parts of ion-exchanged water is introduced into the reaction vessel while introducing nitrogen. The liquid temperature was warmed to 60 ° C. while stirring. Subsequently, 0.2 parts of Haitenol NF-08 as an emulsifier is added to the reaction vessel, and the monomer pre-emulsion is continuously dropped from a dropping tank over 5 hours, using 0.3 part of ammonium persulfate, Emulsion polymerization was performed at 60 ° C. over 6 hours.

滴下終了後、3時間、60℃に保ち、熟成を行った。その後冷却を開始し、50℃まで冷却し、180メッシュのポリエステル製の濾布で濾過し、窒素含有アクリルエマルション型バインダーを得た。濾布に残った凝集物はなく、重合安定性は良好であった。
濾過後のエマルションの一部を測り取り、150℃で20分間乾燥し、不揮発分濃度を求めたところ40.0%であった。また、前記エマルションは、pH2.0、粘度10mPa・sであった。
After completion of the dropwise addition, the mixture was kept at 60 ° C. for 3 hours for aging. Thereafter, cooling was started, the temperature was lowered to 50 ° C., and the mixture was filtered through a 180 mesh polyester filter cloth to obtain a nitrogen-containing acrylic emulsion binder. There was no aggregate remaining on the filter cloth, and the polymerization stability was good.
A part of the emulsion after filtration was measured, dried at 150 ° C. for 20 minutes, and the nonvolatile content concentration was determined to be 40.0%. The emulsion had a pH of 2.0 and a viscosity of 10 mPa · s.

<バインダー合成例14〜18>
表2に示す配合組成で、バインダー合成例13と同様の方法で合成し、合成例14〜18のバインダーを得た。
<Binder synthesis examples 14 to 18>
By the composition shown in Table 2, it synthesize | combined by the method similar to binder synthesis example 13, and the binder of the synthesis examples 14-18 was obtained.

ACMO:N − アクリロイルモルホリン
NIPAAm:N − イソプロピルアクリルアミド
MMA:メタクリル酸メチル
BA:アクリル酸ブチル
ACMO: N-acryloylmorpholine NIPAAm: N-isopropylacrylamide MMA: methyl methacrylate BA: butyl acrylate

(分散剤とバインダーの相溶性)
分散剤とバインダーの相溶性は、次のように評価を行なった。分散剤を25部(固形分量として5部)、バインダーを12.5部(固形分量として5部)混合し、50μmのPETフィルムに塗工を行ない、100℃−3分で乾燥させ、フィルムを作製した。得られたフィルムの樹脂層の厚みは3μmであった。得られたフィルムの相溶性の程度を目視判定で判定した。評価基準を下記に示す。
○:「クリア」
△:「わずかに白濁」
×:「白濁または凝集発生」
(Compatibility of dispersant and binder)
The compatibility between the dispersant and the binder was evaluated as follows. 25 parts of dispersant (5 parts as solid content) and 12.5 parts of binder (5 parts as solid content) are mixed, applied to a 50 μm PET film, dried at 100 ° C. for 3 minutes, Produced. The thickness of the resin layer of the obtained film was 3 μm. The degree of compatibility of the obtained film was determined by visual judgment. The evaluation criteria are shown below.
Y: “Clear”
Δ: “Slightly cloudy”
×: “Opaque or aggregated”

<リチウムイオン二次電池電極用合材インキ>、<正極>、<コイン型電池>
[実施例1]
二次電池電極用炭素材料分散体(1)50部(アセチレンブラック固形分量として5部)に対して、正極活物質としてLiFePO 45部、合成例13で合成したバインダー12.5部(固形分として5部)、水50部を混合して、正極用の二次電池電極用合材インキを作製した。合材インキの分散度を、グラインドゲージによる判定(JISK5600−2−5に準ず)より求めた。評価結果を表3に示す。表中の数字は粗大粒子の大きさを示し、数値が小さいほど分散性に優れ、均一な二次電池電極用合材インキであることを示している。
そして、この正極用の二次電池電極用合材インキを、集電体となる厚さ20μmのアルミ箔上にドクターブレードを用いて塗布した後、減圧加熱乾燥して電極の厚みが100μmとなるよう調整した。
さらに、ロールプレスによる圧延処理を行い、厚みが85μmとなる正極を作製し、密着性を以下の方法にて評価した。
<Composite ink for lithium ion secondary battery electrode>, <Positive electrode>, <Coin-type battery>
[Example 1]
Carbon fiber dispersion for secondary battery electrode (1) 50 parts (5 parts as acetylene black solid content), 45 parts of LiFePO 4 as positive electrode active material, 12.5 parts of binder synthesized in Synthesis Example 13 (solid content) 5 parts) and 50 parts of water were mixed to produce a positive electrode material ink for a secondary battery electrode. The degree of dispersion of the composite ink was determined by determination with a grind gauge (according to JISK5600-2-5). The evaluation results are shown in Table 3. The numbers in the table indicate the size of the coarse particles. The smaller the value, the better the dispersibility and the more uniform the ink mixture for secondary battery electrodes.
And after apply | coating this mixed-material ink for secondary battery electrodes for positive electrodes on the 20-micrometer-thick aluminum foil used as a collector using a doctor blade, it heat-drys under reduced pressure and the thickness of an electrode becomes 100 micrometers. Adjusted as follows.
Furthermore, the rolling process by a roll press was performed, the positive electrode from which thickness becomes 85 micrometers was produced, and the adhesiveness was evaluated with the following method.

次に、得られた正極を、直径16mmに打ち抜き作用極と、金属リチウム箔対極と、作用極及び対極の間に挿入されるセパレーター(多孔質ポリプロピレンフィルム)と、電解液(エチレンカーボネートとジエチルカーボネートを1:1(体積比)の割合で混合した混合溶媒にLiPF6を1Mの濃度で溶解させた非水系電解液)とからなるコイン型電池
を作製した。コイン型電池はアルゴンガス置換したグロ−ブボックス内で行い、コイン型電池作製後、所定の電池特性評価を行った。
Next, the obtained positive electrode was punched into a diameter of 16 mm, a working electrode, a metallic lithium foil counter electrode, a separator (porous polypropylene film) inserted between the working electrode and the counter electrode, and an electrolytic solution (ethylene carbonate and diethyl carbonate). A coin-type battery comprising a non-aqueous electrolyte solution in which LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1 M in a mixed solvent obtained by mixing 1: 1 at a volume ratio. The coin-type battery was used in a glove box substituted with argon gas, and a predetermined battery characteristic evaluation was performed after the coin-type battery was produced.

(電極の密着性)
上記で作製した電極に、ナイフを用いて電極表面から集電体に達する深さまでの切込みを2mm間隔で縦横それぞれ6本の碁盤目の切込みを入れた。この切り込みに粘着テープを貼り付けて直ちに引き剥がし、活物質の脱落の程度を目視判定で判定した。評価基準を下記に示す。
○:「剥離なし(実用上問題のないレベル)」
○△:「わずかに剥離(問題はあるが使用可能レベル)」
△:「半分程度剥離」
×:「ほとんどの部分で剥離」
(Electrode adhesion)
Using the knife, the incision from the surface of the electrode to the depth reaching the current collector was cut into 6 grids in the vertical and horizontal directions at intervals of 2 mm. An adhesive tape was applied to the cut and immediately peeled off, and the degree of the active material falling off was determined by visual judgment. The evaluation criteria are shown below.
○: “No peeling (practical level)”
○ △: “Slightly peeled (problem but usable level)”
Δ: “About half peel”
×: “Peeling at most parts”

(充放電保存特性)
得られたコイン型電池について、充放電装置(北斗電工社製SM−8)を用い、充放電測定を行った。
充電電流1.2mAにて充電終止電圧4.2Vまで定電流充電を続けた。電池の電圧が4.2Vに達した後、放電電流1.2mAで放電終止電圧2.0Vに達するまで定電流放電を行った。これらの充電・放電サイクルを1サイクルとして5サイクルの充電・放電を繰り返し、5サイクル目の放電容量を初回放電容量とした。(初回放電容量を維持率100%とする)。
(Charge / discharge storage characteristics)
About the obtained coin-type battery, charging / discharging measurement was performed using the charging / discharging apparatus (SM-8 by Hokuto Denko).
The constant current charging was continued up to a charging end voltage of 4.2 V at a charging current of 1.2 mA. After the battery voltage reached 4.2 V, constant current discharge was performed at a discharge current of 1.2 mA until the discharge end voltage of 2.0 V was reached. These charge / discharge cycles are defined as one cycle, and 5 cycles of charge / discharge are repeated, and the discharge capacity at the fifth cycle is defined as the initial discharge capacity. (The initial discharge capacity is assumed to be 100% maintenance rate).

次に、5サイクル目までと同様に充電を行った後、60℃恒温槽にて150時間保存後に、放電電流1.2mAで放電終止電圧2.0Vに達するまで定電流放電を行い、変化率を算出した(100%に近いほど良好)。
○:「変化率が95%以上。特に優れている。」
○△:「変化率が90%以上、95%未満。全く問題なし。」
△:「変化率が85%以上、90%未満。問題はあるが使用可能なレベル。」
×:「変化率が85%未満。実用上問題あり、使用不可。」
Next, the battery was charged in the same way as the 5th cycle, stored in a constant temperature bath at 60 ° C. for 150 hours, and then discharged at a discharge current of 1.2 mA until a discharge end voltage of 2.0 V was reached. (The closer to 100%, the better).
○: “Change rate is 95% or more. Particularly excellent.”
○ △: “Change rate is 90% or more and less than 95%. No problem at all”
Δ: “Change rate is 85% or more and less than 90%.
×: “Change rate is less than 85%.

[実施例2〜12]、[比較例1〜5]
表3に示すように二次電池電極用炭素材料分散体及び、バインダー合成例の組み合せを変えた以外は実施例1と同様にして、正極二次電池電極用合材インキ、および正極を得、同様に評価した。
[Examples 2 to 12], [Comparative Examples 1 to 5]
As shown in Table 3, except that the combination of the carbon material dispersion for the secondary battery electrode and the binder synthesis example was changed, the mixture ink for the positive electrode secondary battery electrode and the positive electrode were obtained in the same manner as in Example 1. Evaluation was performed in the same manner.

[実施例13]、[比較例6]
正極活物質としてLiFePO 45部、表3に示すバインダー、水50部を用い、二次電池電極用炭素材料分散体の代わりに表3に示す分散剤を用いた以外は実施例1と同様にして、正極二次電池電極用合材インキ、および正極を得、同様に評価した。
[Example 13], [Comparative Example 6]
As in Example 1, except that 45 parts of LiFePO 4 , a binder shown in Table 3 and 50 parts of water were used as the positive electrode active material, and the dispersant shown in Table 3 was used instead of the carbon material dispersion for secondary battery electrodes. Thus, a mixture ink for positive electrode secondary battery electrode and a positive electrode were obtained and evaluated in the same manner.

<リチウムイオン二次電池用負極の作製>
[実施例14]
二次電池電極用炭素材料分散体(1)10部(アセチレンブラック固形分量として1部)に対して、負極活物質として人造黒鉛96部、合成例13で合成したバインダー12.5部、水90部を混合して、負極用の二次電池電極用合材インキを作製した。
この負極合材インキを集電体となる厚さ20μmの銅箔上にドクターブレードを用いて塗布した後、減圧加熱乾燥して電極の厚みが100μmとなるよう調整した。ロールプレスによる圧延処理を行い、厚みが85μmとなる負極を作製し、正極の場合と同様に評価した。なお、充放電保持特性は、負極を作用極、金属リチウム箔を対極とした評価用コイン型電池を用いて、評価した。
<Preparation of negative electrode for lithium ion secondary battery>
[Example 14]
For the carbon material dispersion for secondary battery electrode (1) 10 parts (1 part as acetylene black solid content), 96 parts of artificial graphite as the negative electrode active material, 12.5 parts of binder synthesized in Synthesis Example 13, and water 90 Parts were mixed to prepare a composite ink for a secondary battery electrode for a negative electrode.
This negative electrode mixture ink was applied onto a copper foil having a thickness of 20 μm serving as a current collector using a doctor blade, and then dried by heating under reduced pressure so that the thickness of the electrode was adjusted to 100 μm. A rolling process using a roll press was performed to prepare a negative electrode having a thickness of 85 μm, and evaluation was performed in the same manner as in the case of the positive electrode. The charge / discharge retention characteristics were evaluated using an evaluation coin-type battery having a negative electrode as a working electrode and a metal lithium foil as a counter electrode.

[比較例7〜8]
表3に示すように二次電池電極用炭素材料分散体及び、バインダー合成例の組み合せを変えた以外は実施例14と同様にして、負極二次電池電極用合材インキ、および負極を得、同様に評価した。
[Comparative Examples 7-8]
As shown in Table 3, except that the combination of the carbon material dispersion for secondary battery electrodes and the binder synthesis example was changed, a mixture ink for negative electrode secondary battery electrodes and a negative electrode were obtained in the same manner as in Example 14, Evaluation was performed in the same manner.

[実施例15]、[比較例9]
負極活物質として人造黒鉛96部、表3に示すバインダー、水90部を用い、二次電池電極用分散体の代わりに表3に示す分散剤を用いた以外は実施例14と同様にして、負極二次電池電極用合材インキ、および負極を得、同様に評価した。
[Example 15], [Comparative Example 9]
In the same manner as in Example 14 except that 96 parts of artificial graphite as a negative electrode active material, a binder shown in Table 3 and 90 parts of water were used, and the dispersant shown in Table 3 was used instead of the dispersion for secondary battery electrodes. A composite ink for a negative electrode for a secondary battery electrode and a negative electrode were obtained and evaluated in the same manner.

(充放電保存特性)
得られたコイン型電池について、充放電装置(北斗電工社製SM−8)を用い、充放電測定を行った。
充電電流0.2Cにて計算電池容量の150%まで充電を行なった。その後、放電電流0.2Cで放電終止電圧0.8Vに達するまで定電流放電を行った。これらの充電・放電サイクルを1サイクルとして5サイクルの充電・放電を繰り返し、5サイクル目の放電容量を初回放電容量とした。(初回放電容量を維持率100%とする)。
(Charge / discharge storage characteristics)
About the obtained coin-type battery, charging / discharging measurement was performed using the charging / discharging apparatus (SM-8 by Hokuto Denko).
The battery was charged to 150% of the calculated battery capacity at a charging current of 0.2C. Thereafter, constant current discharge was performed at a discharge current of 0.2 C until a discharge end voltage of 0.8 V was reached. These charge / discharge cycles are defined as one cycle, and 5 cycles of charge / discharge are repeated, and the discharge capacity at the fifth cycle is defined as the initial discharge capacity. (The initial discharge capacity is assumed to be 100% maintenance rate).

次に、充電電流1Cにて充電を行った後、放電電流1Cで放電終止電圧0.8Vに達するまで定電流放電を行い、これらの充電・放電サイクルを1サイクルとして500サイクルの充電・放電を繰り返し、変化率を算出した(100%に近いほど良好)。
○:「変化率が95%以上。特に優れている。」
○△:「変化率が90%以上、95%未満。全く問題なし。」
△:「変化率が85%以上、90%未満。問題はあるが使用可能なレベル。」
×:「変化率が85%未満。実用上問題あり、使用不可。」
Next, after charging with a charging current of 1 C, constant current discharging is performed with a discharging current of 1 C until the discharge end voltage reaches 0.8 V, and 500 cycles of charging and discharging are performed with these charging and discharging cycles as one cycle. The rate of change was calculated repeatedly (the closer to 100%, the better).
○: “Change rate is 95% or more. Particularly excellent.”
○ △: “Change rate is 90% or more and less than 95%. No problem at all”
Δ: “Change rate is 85% or more and less than 90%.
×: “Change rate is less than 85%.

表3に示すように、本発明の二次電池電極形成用合材インキを用いた場合、導電助剤である炭素材料または活物質が合材インキ中で均一に分散されているため、電極の柔軟性、密着性のバランスが取れ、電池特性においても、充放電保存特性が向上すると考えられる。
このことについては、導電助剤である炭素材料または活物質が、合材インキ中での分散制御が不十分な場合、電極とした時の均一な導電ネットワークが形成されないために、電極中で部分的凝集に起因する抵抗分布が生じてしまい、電池として使用した際の電流集中が起こるために劣化促進を引き起こしているのではないかと考察している。
また、導電助剤である炭素材料または活物質の分散制御が不十分な場合、電極の密着性も不十分な傾向が見られている。特に導電助剤である炭素材料の分散制御が不十分な場合、その傾向は顕著である。
さらに、分散剤とバインダーの相溶性を向上させることで、合材層において分散剤に由来する電池反応の阻害を抑え、電池特性が向上していると考えられる。比較例5のように、導電助剤である炭素材料または活物質の分散状態が良好な場合であっても、分散剤とバインダーの相溶性が低い場合は、合材層における連続層のバインダー中で分散剤の分布に偏りが生じ、局所的に抵抗が高くなり、電極の劣化を引き起こし、最終的に電池の耐久性が低下すると考えられる。
一方、比較例1のように、相溶性は良好であっても電池特性が低下しているのは、電極の密着性の低下に起因するものと考えられる。そのため、電池特性の向上のためには、電極の密着性と相溶性の両立が必要であると考えられる。相溶性と電池特性に相関はあるものの、前提条件として、電極の密着性の確保が必要であると考えられる。
そのため、本発明の二次電池電極形成用合材インキを使用した場合においては、導電助剤である炭素材料または活物質が合材インキ中で均一に分散され、さらに、分散剤とバインダーの相溶性が良好であることにより、分散剤の電池反応の阻害を低減し、改善が可能になったと考えられる。
As shown in Table 3, when the composite battery ink for forming a secondary battery electrode of the present invention is used, the carbon material or the active material, which is a conductive additive, is uniformly dispersed in the composite ink. It is considered that the balance between flexibility and adhesiveness is achieved, and the charge / discharge storage characteristics are also improved in the battery characteristics.
As for this, when the carbon material or active material, which is a conductive auxiliary agent, is not sufficiently dispersed in the mixture ink, a uniform conductive network as an electrode is not formed. It is considered that resistance distribution due to mechanical aggregation occurs, and current concentration occurs when used as a battery, so that deterioration is accelerated.
Moreover, when the dispersion control of the carbon material or the active material which is the conductive auxiliary agent is insufficient, the electrode adhesion tends to be insufficient. In particular, when the dispersion control of the carbon material that is a conductive additive is insufficient, the tendency is remarkable.
Furthermore, it is thought that by improving the compatibility between the dispersant and the binder, inhibition of the battery reaction derived from the dispersant is suppressed in the composite layer, and the battery characteristics are improved. As in Comparative Example 5, even when the dispersion state of the carbon material or the active material, which is a conductive additive, is good, if the compatibility between the dispersant and the binder is low, the binder layer in the continuous layer in the composite layer Thus, the distribution of the dispersant is biased, the resistance is locally increased, the electrode is deteriorated, and the durability of the battery is finally lowered.
On the other hand, as in Comparative Example 1, it is considered that the battery characteristics are deteriorated even though the compatibility is good due to the decrease in the adhesion of the electrodes. Therefore, in order to improve battery characteristics, it is considered necessary to satisfy both electrode adhesion and compatibility. Although there is a correlation between the compatibility and the battery characteristics, it is considered necessary to ensure the adhesion of the electrodes as a precondition.
For this reason, when the composite ink for forming a secondary battery electrode of the present invention is used, the carbon material or the active material, which is a conductive auxiliary agent, is uniformly dispersed in the composite ink, and the phase of the dispersant and the binder is further increased. It is considered that the good solubility makes it possible to reduce the inhibition of the battery reaction of the dispersant and to improve it.

[実施例18]
二次電池電極用炭素材料分散体(1)10部(アセチレンブラック固形分量として1部)に対して、合成例13で合成したバインダー12.5部を混合して、二次電池電極用下地層形成用組成物を得、グラインドゲージにて分散度を測定した。
そして、この下地層形成用組成物を、集電体となる厚さ20μmのアルミ箔上にドクターブレードを用いて塗布した後、加熱乾燥し、厚みが8μmとなるように下地層を形成した。
次いで、前記下地層上に実施例5の二次電池正極用合材インキを塗布した後、減圧加熱乾燥して、以下実施例5と同様にして正極を得、同様に評価した。
[Example 18]
A secondary battery electrode undercoat layer was prepared by mixing 12.5 parts of binder synthesized in Synthesis Example 13 with 10 parts of carbon material dispersion (1) for secondary battery electrode (1 part as acetylene black solid content). A forming composition was obtained, and the degree of dispersion was measured with a grind gauge.
And after applying this composition for base layer formation on the 20-micrometer-thick aluminum foil used as a collector using a doctor blade, it heat-dried and formed the base layer so that thickness might be set to 8 micrometers.
Subsequently, after applying the mixture ink for secondary battery positive electrode of Example 5 on the said base layer, it dried under reduced pressure heating, obtained the positive electrode similarly to Example 5, and evaluated it similarly.

[実施例19、比較例13]
表4に示す炭素材料分散体を用いた以外は実施例18と同様にして、二次電池電極用下地層形成用組成物を得、同様に評価した。
次いで、前記下地層上に表4に示す二次電池正極用合材インキを塗布した後、減圧加熱乾燥して、以下実施例5と同様にして正極を得、同様に評価した。
[Example 19, comparative example 13]
Except having used the carbon material dispersion shown in Table 4, it carried out similarly to Example 18, and obtained the composition for base layer formation for secondary battery electrodes, and evaluated similarly.
Subsequently, after applying the mixture ink for secondary battery positive electrode shown in Table 4 on the said base layer, it dried under reduced pressure heating, obtained the positive electrode similarly to Example 5, and evaluated it similarly.


表4に示すように、本発明の二次電池電極形成用組成物を下地層へ用いた場合、下地層を使用しない実施例5の評価結果と比較して、さらに良好となっていることが分かる。このことは、本発明の二次電池電極形成用組成物が、集電体と合材層との密着部分をより均一、かつ強固にしたためと考えられる。しかしながら、比較例13では、下地層用の二次電池電極形成用組成物の分散状態が不十分であり、電極とした場合においても、実施例5の評価結果と比較して劣る結果であった。このことは、集電体と合材層との密着状態がかえって不十分な状態となってしまったため、下地層を使用しない場合よりも電極として不均一な状態になってしまったためと考えられる。   As shown in Table 4, when the composition for forming a secondary battery electrode of the present invention is used for the underlayer, it is even better than the evaluation result of Example 5 in which the underlayer is not used. I understand. This is presumably because the composition for forming a secondary battery electrode of the present invention made the contact portion between the current collector and the composite material layer more uniform and strong. However, in Comparative Example 13, the dispersion state of the composition for forming the secondary battery electrode for the underlayer was insufficient, and even when the electrode was used, the result was inferior to the evaluation result of Example 5. . This is presumably because the state of close contact between the current collector and the composite material layer was inadequate, resulting in a non-uniform state as an electrode as compared with the case where the base layer was not used.

Claims (3)

ニッケル水素二次電池を除く二次電池電極形成用組成物であって、
電極活物質(A)もしくは導電助剤である炭素材料(B)の少なくとも一方と、窒素含有アクリルエマルション型バインダー(C)と、下記単量体を共重合してなる共重合体中のカルボキシル基の少なくとも一部を塩基性化合物で中和してなる両性樹脂型分散剤(D)と、水性液状媒体(E)とを含有する、二次電池電極形成用組成物。
芳香環を有するエチレン性不飽和単量体(d1):5〜70重量%
カルボキシル基を有するエチレン性不飽和単量体(d2):15〜60重量%
アミノ基を有するエチレン性不飽和単量体(d3):1〜80重量%
前記(d1)〜(d3)以外のその他の単量体(d4):0〜79重量%
(但し、前記(d1)〜(d4)の合計を100重量%とする)
A composition for forming a secondary battery electrode excluding a nickel metal hydride secondary battery,
A carboxyl group in a copolymer obtained by copolymerizing at least one of an electrode active material (A) or a carbon material (B) as a conductive additive, a nitrogen-containing acrylic emulsion binder (C), and the following monomers: A composition for forming a secondary battery electrode, comprising an amphoteric resin type dispersant (D) obtained by neutralizing at least a part of the polymer with a basic compound and an aqueous liquid medium (E).
Ethylenically unsaturated monomer having an aromatic ring (d1): 5 to 70% by weight
Ethylenically unsaturated monomer having a carboxyl group (d2): 15 to 60% by weight
Ethylenically unsaturated monomer having an amino group (d3): 1 to 80% by weight
Other monomers (d4) other than (d1) to (d3): 0 to 79% by weight
(However, the total of (d1) to (d4) is 100% by weight)
集電体と、請求項1記載の二次電池電極形成用組成物から形成される合材層もしくは電極下地層の少なくも一層とを具備する二次電池用電極。   An electrode for a secondary battery comprising a current collector and at least one layer of a composite material layer or an electrode base layer formed from the composition for forming a secondary battery electrode according to claim 1. 正極と負極と電解液とを具備する二次電池であって、前記正極もしくは前記負極の少なくとも一方が、請求項2記載の二次電池用電極である、二次電池。   A secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte solution, wherein at least one of the positive electrode or the negative electrode is a secondary battery electrode according to claim 2.
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