JP2015038870A - Conductive coupling agent usable for positive electrode and/or negative electrode - Google Patents

Conductive coupling agent usable for positive electrode and/or negative electrode Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a conductive coupling agent usable for positive and negative electrodes, and arranged so that a coulomb efficiency can be improved, and a rate characteristic which enables a quick response and cycle characteristics which enable the achievement of a long life can be improved.SOLUTION: A coupling agent of an active material and/or a conductive material usable for a positive electrode and/or a negative electrode comprises: a polymer electrolytic composition having a quaternary ammonium salt structure including quaternary ammonium cations and fluorine-containing anions, and produced by graft-polymerizing a molten salt monomer composition having a polymerizable functional group with fluorine-based polymer, preferably with a grafting rate of 41-90 mol%; an electric charge transfer ion source; and preferably, a viscosity-adjuster.

Description

本発明は、正極および/または負極に使用する活物質および/または導電物質の結合剤、前記結合剤を使用した正極および/または負極、および前記結合剤を正極および負極のいずれかまたは両方に使用した、リチウムイオン二次電池またはリチウムイオンキャパシタに関する。  The present invention uses a binder for an active material and / or a conductive material used for a positive electrode and / or a negative electrode, a positive electrode and / or a negative electrode using the binder, and uses the binder for either or both of the positive electrode and the negative electrode The present invention relates to a lithium ion secondary battery or a lithium ion capacitor.

リチウムイオン二次電池またはリチウムイオンキャパシタ用の正極または負極に使用される汎用の結合剤としては非導電性のものが多く使用されているが、これらはイオン導電に対して抵抗体となり、電池性能の向上を妨げている。また導電性の結合剤もあるが、これらも電池性能を充分向上させるものではない。  Many non-conductive binders are used for the positive and negative electrodes for lithium ion secondary batteries or lithium ion capacitors, but these serve as resistors against ionic conduction, resulting in battery performance. Is preventing improvement. There are also conductive binders, but these do not sufficiently improve battery performance.

一方、4級アンモニウムカチオンとハロゲン原子含有アニオンからなる4級アンモニウム塩構造と重合性官能基を持っている溶融塩単量体、および電荷移動イオン源を含んでいる単量体組成物を、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素系重合体の存在下でグラフト重合することにより製造された複合高分子電解質組成物が開発されている(特許文献1〜2)。ここには正極と負極との間にセパレータ及び電解質層を設け、電解質層として複合高分子電解質組成物をゲル状或いはフイルムまたはシート状に設けること、または正極または負極の電極層(活物質および/または導電物質を含む層)にコーティングすることが開示されている。また活物質および/または導電物質の結合剤として使用することも開示されているが、使用するグラフト重合体のグラフト率は低い。これらの方法は活物質と導電物質自体のイオン導電性能は向上するものの電極層全体の導電ネットワークのイオン導電性はかならずしも充分な性能を発揮するとはいえない、また活物質と導電物質および分散剤などの添加剤から構成される電極層内の結着力を補う結合剤にポリフッ化ビニリデンなどの汎用非導電性素材を使用した場合には、電池性能を顕著に向上させるには至っていない。このことについては後述の比較例からも明らかであるが、本発明による導電性結合剤と汎用非導電性結合剤とでは電極自体の抵抗値や複素インピーダンス値において明らかに著しい性能の差が見られる。    On the other hand, a monomer composition containing a molten salt monomer having a quaternary ammonium salt structure composed of a quaternary ammonium cation and a halogen atom-containing anion and a polymerizable functional group, and a charge transfer ion source is used as a polyfluoride. Composite polymer electrolyte compositions produced by graft polymerization in the presence of fluorine-based polymers such as vinylidene fluoride have been developed (Patent Documents 1 and 2). Here, a separator and an electrolyte layer are provided between the positive electrode and the negative electrode, and the composite polymer electrolyte composition is provided in the form of gel, film or sheet as the electrolyte layer, or the positive electrode or negative electrode layer (active material and / or Or a layer containing a conductive substance). Although it is also disclosed that it is used as a binder for an active material and / or a conductive material, the graft ratio of the graft polymer used is low. Although these methods improve the ionic conductivity of the active material and the conductive material itself, the ionic conductivity of the conductive network of the entire electrode layer does not always exhibit sufficient performance, and the active material, the conductive material, and the dispersing agent, etc. When a general-purpose non-conductive material such as polyvinylidene fluoride is used as a binder that supplements the binding force in the electrode layer composed of these additives, the battery performance has not been significantly improved. Although this is clear from the comparative examples described later, there is a marked difference in performance in the resistance value and complex impedance value of the electrode itself between the conductive binder according to the present invention and the general-purpose non-conductive binder. .

国際公開WO2004/088671(特許請求の範囲)  International Publication WO 2004/088671 (Claims) 国際公開WO2010/113971(0037)  International Publication WO 2010/113971 (0037)

本発明は、電池性能、キャパシタ性能を著しく向上させることができる、正極および/または負極を構成する活物質および/または導電物質の結合剤、前記結合剤を使用した正極および/または負極、および前記結合剤を正極および負極のいずれかまたは両方に使用した、リチウムイオン二次電池またはリチウムイオンキャパシタを提供することを目的とする。  The present invention is capable of remarkably improving battery performance and capacitor performance, a binder of an active material and / or a conductive material constituting a positive electrode and / or a negative electrode, a positive electrode and / or a negative electrode using the binder, and the above An object of the present invention is to provide a lithium ion secondary battery or a lithium ion capacitor in which a binder is used for either or both of a positive electrode and a negative electrode.

前記目的は、4級アンモニウムカチオンとフッ素含有アニオンからなる4級アンモニウム塩構造を有し、かつ重合性官能基を有する溶融塩単量体をフッ素系重合体にグラフト重合して得た高分子電解質組成物および電荷移動イオン源を含む、正極および/または負極に使用する活物質および/または導電物質の結合剤を提供することによって達成される。  The object is to obtain a polymer electrolyte obtained by graft polymerization of a molten salt monomer having a quaternary ammonium salt structure comprising a quaternary ammonium cation and a fluorine-containing anion and having a polymerizable functional group onto a fluorine polymer. This is accomplished by providing a binder for the active material and / or conductive material for use in the positive and / or negative electrode comprising the composition and a charge transfer ion source.

また、前記目的は、フッ素系重合体が、
式:−(CR−CFX)−
式中、Xは、フッ素以外のハロゲン原子であり、
及びRは、水素原子又はフッ素原子であり、両者は同一であってもよいし異 なっていてもよい、
で示される単位を有する重合体である、上記結合剤を提供することによって、より好適に達成される。
Further, the purpose is that the fluoropolymer is
Formula:-(CR 1 R 2 -CFX)-
In the formula, X is a halogen atom other than fluorine,
R 1 and R 2 are a hydrogen atom or a fluorine atom, and both may be the same or different.
It is more suitably achieved by providing the binder, which is a polymer having a unit represented by:

なおここで、単量体組成物とは、ビニレンカーボネート類、ビニレンアセテート、2−シアノフラン、2−チオフェンカルボニトリル、アクリロニトリル等のSEI(固体電解質界面相:Solid Electrolyte Interphase)膜形成素材あるいは溶剤等を含む単量体組成物を包含する。  Here, the monomer composition refers to SEI (Solid Electrolyte Interphase) film forming material or solvent such as vinylene carbonates, vinylene acetate, 2-cyanofuran, 2-thiophenecarbonitrile, acrylonitrile and the like. Including monomer compositions.

また、前記目的は、溶融塩単量体が、フッ素系重合体に41〜90モル%グラフト重合していることによって、より好適に達成される。  Moreover, the said objective is achieved more suitably because the molten salt monomer is 41-90 mol% graft-polymerized to a fluorine-type polymer.

本発明の結合剤を使用することにより、クーロン効率を向上させ初期容量の大きい、しかもレート特性が高くて、サイクル特性の優れた寿命の極めて長い高性能なリチウムイオン二次電池またはリチウムイオンキャパシタを得ることができる。また、本発明の結合剤は、不燃性に近い難燃性であるので、発火の危険性も少ない。またグラフト重合比率を変化させることにより活物質および/または導電物質の結合している電極層に充放電サイクルで発生する膨張収縮応力を吸収する柔軟性を保持させることができる。この柔軟性は、とくにグラフト重合化率を3〜90モル%、とくに41〜90モル%に調整したときに顕著に発現する。この柔軟性の保持は、高容量性能を保有するが、体積膨張収縮を固有性状として保有する錫系やシリコン系活物質などを使用した電極のサイクル特性保持率を顕著に向上させることができる。また、低電圧仕様ではあるが、高温使用でサイクル寿命を伸長させる鉄リン酸リチウム活物質を使用した場合は、導電ネットワーク形成を促進させ、かつリチウムイオン電池セルやリチウムイオンキャパシタセルの初期特性であるクーロン効率や初期充放電容量を向上させ、導電ネットワーク形成を安定化させることが出来る。一般的なセル処方では、低レートによる充放電を12時間以上繰り返し行う化成処理を実施している。本発明の結合剤を使用した電極を使用すると導電ネットワーク形成が促進され、クーロン効率や初期充放電容量の改良が出来るだけでなく化成処理時間を短縮することもできる。特に、初期充放電容量が得られにくい鉄系やレアメタル系活物質には、本発明が効果的な成果を発揮する。  By using the binder of the present invention, a high-performance lithium ion secondary battery or lithium ion capacitor with improved coulomb efficiency, large initial capacity, high rate characteristics, excellent cycle characteristics, and extremely long life Can be obtained. In addition, since the binder of the present invention has flame retardancy close to incombustibility, there is little risk of ignition. Moreover, the flexibility which absorbs the expansion-contraction stress which generate | occur | produces in a charging / discharging cycle can be hold | maintained to the electrode layer which the active material and / or the electrically conductive material couple | bonded by changing the graft polymerization ratio. This flexibility is particularly pronounced when the graft polymerization rate is adjusted to 3 to 90 mol%, particularly 41 to 90 mol%. This retention of flexibility retains high capacity performance, but can remarkably improve the cycle characteristic retention rate of an electrode using a tin-based or silicon-based active material having volume expansion / contraction as an inherent property. In addition, when using lithium iron phosphate active material that has low voltage specifications but extends cycle life at high temperatures, it promotes the formation of a conductive network and improves the initial characteristics of lithium ion battery cells and lithium ion capacitor cells. A certain Coulomb efficiency and initial charge / discharge capacity can be improved and the formation of the conductive network can be stabilized. In a general cell prescription, a chemical conversion treatment in which charging / discharging at a low rate is repeated for 12 hours or more is performed. When the electrode using the binder of the present invention is used, formation of a conductive network is promoted, and not only coulomb efficiency and initial charge / discharge capacity can be improved, but also chemical conversion treatment time can be shortened. In particular, the present invention exhibits effective results for iron-based and rare metal-based active materials in which initial charge / discharge capacity is difficult to obtain.

本発明において、フッ素系重合体を使用することは重要であり、このような重合体に溶融塩単量体をグラフト重合して得た難燃性のフッ素系重合体を、導電性を有する結合剤として使用することにより、リチウムイオン二次電池およびリチウムイオンキャパシタの電極が高性能化する。  In the present invention, it is important to use a fluorine-based polymer, and a flame-retardant fluorine-based polymer obtained by graft polymerization of a molten salt monomer to such a polymer is combined with a conductive bond. By using as an agent, the performance of lithium ion secondary battery and lithium ion capacitor electrodes is improved.

フッ素系重合体としては、式:−(CR−CFX)−
式中、Xは、フッ素以外のハロゲン原子であり、R及びRは、水素原子又はフッ素子であり、両者は同一であってもよいし異なっていてもよい、ここでハロゲン原子としては、塩素原子が最適であるが、臭素原子、ヨウ素原子も挙げられる、
で示される単位を有する重合体を使用することが好適である。
As the fluorine-based polymer, the formula:-(CR 1 R 2 -CFX)-
In the formula, X is a halogen atom other than fluorine, R 1 and R 2 are a hydrogen atom or a fluorine atom, and both may be the same or different. , Chlorine atom is most suitable, but bromine atom and iodine atom are also mentioned,
It is preferable to use a polymer having a unit represented by:

また、前記−(CR−CFX)−単位を有する重合体としては、
式:−(CR−CRF)−(CR−CFX)
式中、Xは、フッ素以外のハロゲン原子であり、
、R、R、R及びRは、水素原子又はフッ素原子であり、これらは同一であってもよいし異なっていてもよく、
mは65〜99モル%であり、
nは1〜35モル%である、
で示される共重合体が好適であり、特に、
式;−(CH−CF−(CF−CFCl)
式中、mは65〜99モル%であり、
nは1〜35モル%である、
で示される共重合体が最適である。
mとnの合計を100モル%とした場合、mは65〜99モル%、nは1〜35モル%であることが好適であり、より好適にはmは67〜97モル%、nは3〜33モル%であり、最適にはmは70〜90モル%、nは10〜30モル%である。
前記フッ素系重合体は、ブロック重合体であっても、ランダム共重合体であってもよい。また、他の共重合し得る単量体を、本発明の目的が阻害されない範囲で使用することもできる。
In addition, as the polymer having the-(CR 1 R 2 -CFX)-unit,
Formula :-( CR 3 R 4 -CR 5 F ) m - (CR 1 R 2 -CFX) n -
In the formula, X is a halogen atom other than fluorine,
R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 5 are a hydrogen atom or a fluorine atom, and these may be the same or different,
m is 65 to 99 mol%,
n is 1 to 35 mol%,
Are preferred, and in particular,
Formula ;-( CH 2 -CF 2) m - (CF 2 -CFCl) n -
In the formula, m is 65 to 99 mol%,
n is 1 to 35 mol%,
A copolymer represented by is optimal.
When the total of m and n is 100 mol%, m is preferably 65 to 99 mol%, n is preferably 1 to 35 mol%, more preferably m is 67 to 97 mol%, and n is It is 3 to 33 mol%, optimally m is 70 to 90 mol%, and n is 10 to 30 mol%.
The fluoropolymer may be a block polymer or a random copolymer. In addition, other copolymerizable monomers can be used as long as the object of the present invention is not impaired.

前記フッ素系重合体の分子量は、重量平均分子量として100,000〜2,000,000が好適であり、より好適には300,000〜1,500,000である。ここで、重量平均分子量は、後述するとおり、固有粘度法により測定される。  The molecular weight of the fluoropolymer is preferably 100,000 to 2,000,000, more preferably 300,000 to 1,500,000 as a weight average molecular weight. Here, the weight average molecular weight is measured by an intrinsic viscosity method as described later.

前記フッ素系重合体に溶融塩単量体をグラフト重合するには、遷移金属錯体を用いる原子移動ラジカル重合法を適用することができる。この錯体に配位している遷移金属が前記共重合体のフッ素以外のハロゲン原子(例えば、塩素原子)、さらには水素原子も引き抜きぬいて開始点となり、溶融塩単量体が前記重合体にグラフト重合する。  In order to graft polymerize the molten salt monomer to the fluoropolymer, an atom transfer radical polymerization method using a transition metal complex can be applied. The transition metal coordinated to this complex is a starting point by drawing out halogen atoms other than fluorine (for example, chlorine atoms) and further hydrogen atoms in the copolymer, and the molten salt monomer is incorporated into the polymer. Graft polymerize.

本発明で使用される原子移動ラジカル重合では、フッ化ビニリデン単量体とフッ素及びフッ素以外のハロゲン原子(例えば塩素原子)を含むビニル単量体との共重合体が好適に用いられる。幹ポリマーにフッ素原子とフッ素原子以外のハロゲン原子(例えば塩素原子)があることにより炭素−ハロゲン間の結合エネルギーが低くなるため、遷移金属によるフッ素以外のハロゲン原子(例えば塩素原子)の引き抜きが、さらには水素原子の引き抜きが、フッ素原子より容易に起こり、溶融塩単量体のグラフト重合が開始される。また本発明ではフッ化ビニリデン単量体の単独重合体も使用可能である。
原子移動ラジカル重合で使用される触媒は遷移金属ハロゲン化物が用いられ、特に塩化銅(I)、アセチルアセトナート銅(II)、CuBr(I)、CuI(I)等の銅原子を含む銅触媒が好適に用いられる。また錯体を形成するリガンドとしては4,4’−ジアルキル−2,2’−ビピリジル(bpyなど)(ここでアルキルとしては、好適にはメチル、エチル、プロピル、ブチルなどのC〜Cのアルキルが挙げられる)、トリス(ジメチルアミノエチル)アミン(Me−TREN)、N,N,N’,N”,N”−ペンタメチルジエチレントリアミン(PMDETA)、N,N,N’,N’−テトラキス(2−ピリジルメチル)エチレンジアミン(TPEN)、トリス(2−ピリジルメチル)アミン(TPMA)等が使用される。中でも、塩化銅(I)(CuCl)と4,4’−ジメチル−2,2’−ビピリジル(bpy)とで形成される遷移金属ハロゲン化錯体を好適に使用することができる。
反応溶媒としては、フッ素系重合体を溶解可能な溶媒を使用することができ、フッ化ビニリデン単量体とフッ素及びフッ素以外のハロゲン原子(例えば塩素原子)を含むビニル単量体との共重合体を溶解するN−メチルピロリドン、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルフォキシド、アセトン等を用いることができる。反応温度は使用する錯体のリガンドによって異なるが、通常、10〜110℃の範囲である。
In the atom transfer radical polymerization used in the present invention, a copolymer of a vinylidene fluoride monomer and a vinyl monomer containing fluorine and a halogen atom other than fluorine (for example, a chlorine atom) is preferably used. Since the bond energy between carbon and halogen is lowered due to the presence of fluorine atoms and halogen atoms other than fluorine atoms (for example, chlorine atoms) in the trunk polymer, the extraction of halogen atoms other than fluorine (for example, chlorine atoms) by transition metals, Furthermore, drawing of hydrogen atoms occurs more easily than fluorine atoms, and graft polymerization of the molten salt monomer is started. In the present invention, a homopolymer of vinylidene fluoride monomer can also be used.
Transition metal halides are used as catalysts used in atom transfer radical polymerization, especially copper catalysts containing copper atoms such as copper (I) chloride, copper acetylacetonate (II), CuBr (I), CuI (I), etc. Are preferably used. The ligand forming the complex is 4,4′-dialkyl-2,2′-bipyridyl (bpy, etc.) (wherein alkyl is preferably C 1 -C 8 such as methyl, ethyl, propyl, butyl, etc.) Alkyl), tris (dimethylaminoethyl) amine (Me 6 -TREN), N, N, N ′, N ″, N ″ -pentamethyldiethylenetriamine (PMDETA), N, N, N ′, N′— Tetrakis (2-pyridylmethyl) ethylenediamine (TPEN), tris (2-pyridylmethyl) amine (TPMA) and the like are used. Among these, transition metal halide complexes formed of copper (I) chloride (CuCl) and 4,4′-dimethyl-2,2′-bipyridyl (bpy) can be preferably used.
As a reaction solvent, a solvent capable of dissolving a fluorine-based polymer can be used. N-methylpyrrolidone, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, acetone or the like that dissolves the combination can be used. The reaction temperature varies depending on the ligand of the complex used, but is usually in the range of 10 to 110 ° C.

グラフト重合させるために紫外線(光重合開始剤を使用)や電子線等の放射線を照射することもできる。電子線重合は、重合体自体の架橋反応や単量体の補強材料へのグラフト反応も期待でき、好ましい態様である。照射量は0.1〜50Mradが好ましく、より好ましくは1〜20Mradである。
重合体を構成するモノマー単位を97〜10モル%と溶融塩単量体を3〜90モル%のモル比の範囲になるように、すなわちグラフト化率が3〜90モル%になるように、好適には重合体を構成するモノマー単位を59〜10モル%と溶融塩単量体を41〜90モル%、すなわちグラフト化率が41〜90モル%の範囲になるように,目標とする可塑物性に合わせてグラフト重合する。溶融塩単量体を前記重合体にグラフト重合する場合、前記重合体は溶液、固体、のいずれであってもよい。これらのグラフト重合体は前記した本件出願人の先行特許WO2010/113971に記載の方法により得られる。
In order to perform graft polymerization, radiation such as ultraviolet rays (using a photopolymerization initiator) or an electron beam can be irradiated. Electron beam polymerization is a preferred embodiment because it can be expected to undergo a crosslinking reaction of the polymer itself and a graft reaction of the monomer to the reinforcing material. The irradiation amount is preferably 0.1 to 50 Mrad, more preferably 1 to 20 Mrad.
The monomer unit constituting the polymer is in the range of 97 to 10 mol% and the molten salt monomer in the molar ratio range of 3 to 90 mol%, that is, the grafting rate is 3 to 90 mol%. Preferably, the target plasticity is such that the monomer unit constituting the polymer is 59 to 10 mol% and the molten salt monomer is 41 to 90 mol%, that is, the grafting ratio is in the range of 41 to 90 mol%. Graft polymerization is performed according to physical properties. When graft polymerizing a molten salt monomer to the polymer, the polymer may be either a solution or a solid. These graft polymers can be obtained by the method described in the above-mentioned prior patent WO 2010/113971 of the present applicant.

本発明において、4級アンモニウムカチオンとフッ素原子含有アニオンからなる4級アンモニウム塩構造を有し、かつ重合性官能基を含む溶融塩単量体の塩構造とは、脂肪族、脂環族、芳香族又は複素環の4級アンモニウムカチオンとフッ素原子含有アニオンからなる塩構造を包含する。ここでいう「4級アンモニウムカチオン」とは、窒素のオニウムカチオンを意味し、イミダゾリウム、ピリジウムのような複素環オニウムイオンを含む。下記アンモニウムカチオン群から選ばれた少なくとも1つのアンモニウムカチオンと下記アニオン群から選ばれた少なくとも1つのアニオンからなる塩構造が好適である。  In the present invention, the salt structure of a molten salt monomer having a quaternary ammonium salt structure composed of a quaternary ammonium cation and a fluorine atom-containing anion and containing a polymerizable functional group is aliphatic, alicyclic, aromatic. It includes a salt structure composed of a quaternary ammonium cation of a group or heterocycle and a fluorine atom-containing anion. The “quaternary ammonium cation” here means an onium cation of nitrogen, and includes a heterocyclic onium ion such as imidazolium or pyridium. A salt structure comprising at least one ammonium cation selected from the following ammonium cation group and at least one anion selected from the following anion group is preferable.

アンモニウムカチオン群:
ピロリウムカチオン、ピリジニウムカチオン、イミダゾリウムカチオン、ピラゾリウムカチオン、ベンズイミダゾリウムカチオン、インドリウムカチオン、カルバゾリウムカチオン、キノリニウムカチオン、ピロリジニウムカチオン、ピペリジニウムカチオン、ピペラジニウムカチオン、アルキルアンモニウムカチオン{但し、炭素原子数1〜30(たとえば炭素原子数1〜10)のアルキル基、ヒドロキシアルキル基、アルコキシ基で置換されているものを含む}が挙げられる。いずれも、N及び/又は環に炭素原子数1〜30(例えば、炭素原子数1〜10)の、アルキル基、ヒドロキシアルキル基、アルコキシ基が結合しているものを含む。
Ammonium cation group:
Pyrrolium cation, pyridinium cation, imidazolium cation, pyrazolium cation, benzimidazolium cation, indolium cation, carbazolium cation, quinolinium cation, pyrrolidinium cation, piperidinium cation, piperazinium cation, Alkyl ammonium cation {including those substituted with an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms (for example, 1 to 10 carbon atoms), a hydroxyalkyl group, or an alkoxy group}. Any of them includes N and / or a ring having an alkyl group, hydroxyalkyl group, or alkoxy group having 1 to 30 carbon atoms (for example, 1 to 10 carbon atoms) bonded thereto.

フッ素原子含有アニオン群:
BF 、PF 、C2n+1CO (nは、1〜4の整数)、C2n+1SO (nは、1〜4の整数)、(FSO、(CFSO、(CSO、(CFSO、CFSO−N−COCF 、R−SO−N−SOCF (Rは、脂肪族基)、ArSO−N−SOCF (Arは、芳香族基)、CFCOO等のハロゲン原子を含むアニオンが例示される。
Fluorine atom-containing anions:
BF 4 , PF 6 , C n F 2n + 1 CO 2 (n is an integer of 1 to 4), C n F 2n + 1 SO 3 (n is an integer of 1 to 4), (FSO 2 ) 2 N -, (CF 3 SO 2) 2 N -, (C 2 F 5 SO 2) 2 N -, (CF 3 SO 2) 3 C -, CF 3 SO 2 -N-COCF 3 -, R-SO 2 - Examples include anions containing halogen atoms such as N—SO 2 CF 3 (R is an aliphatic group), ArSO 2 —N—SO 2 CF 3 (Ar is an aromatic group), CF 3 COO —, and the like. .

前記アンモニウムカチオン群及びフッ素原子含有アニオン群に挙げられた種は、耐熱性、耐還元性又は耐酸化性に優れ、電気化学窓が広くとれ、リチウムイオン二次電池やリチウムイオンキャパシタに好適に用いられる。  The species listed in the ammonium cation group and the fluorine atom-containing anion group are excellent in heat resistance, reduction resistance or oxidation resistance, have a wide electrochemical window, and are suitably used for lithium ion secondary batteries and lithium ion capacitors. It is done.

単量体における重合性官能基としては、ビニル基、アクリル基、メタクリル基、アクリルアミド基、アリル(Allyl)基等の炭素−炭素不飽和基、エポキシ基、オキセタン基等を有する環状エーテル類、テトラヒドロチオフェン等の環状スルフィド類やイソシアネート基等を例示できる。  Examples of the polymerizable functional group in the monomer include cyclic ethers having a carbon-carbon unsaturated group such as vinyl group, acrylic group, methacryl group, acrylamide group, and allyl group, epoxy group, oxetane group, tetrahydro Examples thereof include cyclic sulfides such as thiophene and isocyanate groups.

(A)重合性官能基を有するアンモニウムカチオン種としては、特に好ましくは、トリアルキルアミノエチルメタクリレートアンモニウムカチオン、トリアルキルアミノエチルアクリレートアンモニウムカチオン、トリアルキルアミノプロピルアクリルアミドアンモニウムカチオン、1−アルキル−3−ビニルイミダゾリウムカチオン、4−ビニル−1−アルキルピリジニウムカチオン、1−(4−ビニルベンジル)−3−アルキルイミダゾリウムカチオン、2−(メタアクリロイロキシ)ジアルキルアンモニウムカチオン、1−(ビニルオキシエチル)−3−アルキルイミダゾリウムカチオン、1−ビニルイミダゾリウムカチオン、1−アリルイミダゾリウムカチオン、N−アルキル−N−アリルアンモニウムカチオン、1−ビニル−3−アルキルイミダゾリウムカチオン、1−グリシジル−3−アルキル−イミダゾリウムカチオン、N−アリル−N−アルキルピロリジニウムカチオン、及び4級ジアリルジアルキルアンモニウムカチオン等を挙げることができる。但し、アルキルは炭素原子数1〜10のアルキル基である。  (A) The ammonium cation species having a polymerizable functional group is particularly preferably a trialkylaminoethyl methacrylate ammonium cation, a trialkylaminoethyl acrylate ammonium cation, a trialkylaminopropylacrylamide ammonium cation, or a 1-alkyl-3-vinyl. Imidazolium cation, 4-vinyl-1-alkylpyridinium cation, 1- (4-vinylbenzyl) -3-alkylimidazolium cation, 2- (methacryloyloxy) dialkylammonium cation, 1- (vinyloxyethyl)- 3-alkylimidazolium cation, 1-vinylimidazolium cation, 1-allylimidazolium cation, N-alkyl-N-allylammonium cation, 1-vinyl-3- Le Kill imidazolium cation, 1-glycidyl-3-alkyl - imidazolium cations, mention may be made of N- allyl -N- alkyl pyrrolidinium cation, and a quaternary diallyl dialkyl ammonium cations and the like. However, alkyl is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.

(B)フッ素原子含有アニオン種としては、特に好ましくは、ビス{(トリフルオロメタン)スルフォニル}イミドアニオン、ビス(フルオロスルフォニル)イミドアニオン、2,2,2−トリフルオロ−N−{(トリフルオロメタン)スルフォニル)}アセトイミドアニオン、ビス{(ペンタフルオロエタン)スルフォニル}イミドアニオン、テトラフルオロボレートアニオン、ヘキサフロオロフォスヘートアニオン、トリフルオロメタンスルフォニルイミドアニオン等のアニオンを挙げることができる。  (B) As the fluorine atom-containing anion species, bis {(trifluoromethane) sulfonyl} imide anion, bis (fluorosulfonyl) imide anion, 2,2,2-trifluoro-N-{(trifluoromethane) is particularly preferable. Examples include sulfonyl)} acetimide anion, bis {(pentafluoroethane) sulfonyl} imide anion, tetrafluoroborate anion, hexafluorophosphate anion, and trifluoromethanesulfonylimide anion.

更に、溶融塩単量体(前記カチオン種とアニオン種との塩)としては、特に好ましくは、トリアルキルアミノエチルメタクリレートアンモニウム(但し、アルキルはC〜C10アルキル)ビス(フルオロスルフォニル)イミド(但し、アルキルはC〜C10アルキル)、2−(メタアクリロイロキシ)ジアルキルアンモニウムビス(フルオロスルフォニル)イミド(但し、アルキルはC〜C10アルキル)、N−アルキル−N−アリルアンモニウムビス{(トリフルオロメタン)スルフォニル}イミド(但し、アルキルはC〜C10アルキル)、1−ビニル−3−アルキルイミダゾリウムビス{(トリフルオロメタン)スルフォニル}イミド(但し、アルキルはC〜C10アルキル)、1−ビニル−3−アルキルイミダゾリウムテトラフルオロボレート(但し、アルキルはC〜C10アルキル)、4−ビニル−1−アルキルピリジニウムビス{(トリフルオロメタン)スルフォニル}イミド(但し、アルキルはC〜C10アルキル)、4−ビニル−1−アルキルピリジニウムテトラフルオロボレート(但し、アルキルはC〜C10アルキル)、1−(4−ビニルベンジル)−3−アルキルイミダゾリウムビス{(トリフルオロメタン)スルフォニル}イミド(但し、アルキルはC〜C10アルキル)、1−(4−ビニルベンジル)−3−アルキルイミダゾリウムテトラフルオロボレート(但し、アルキルはC〜C10アルキル)、1−グリシジル−3−アルキル−イミダゾリウムビス{(トリフルオロメタン)スルフォニル}イミド(但し、アルキルはC〜C10アルキル)、トリアルキルアミノエチルメタクリレートアンモニウム、トリフルオロメタンスルフォニルイミド(但し、アルキルはC〜C10アルキル)、1−グリシジル−3−アルキル−イミダゾリウムテトラフルオロボレート(但し、アルキルはC〜C10アルキル)、N−ビニルカルバゾリウムテトラフルオロボレート(但し、アルキルはC〜C10アルキル)等を例示できる。これらの溶融塩単量体は、1種又は2種以上で使用することができる。これらの溶融塩単量体は前記した本件出願人の先行特許WO2010/113971に記載の方法により得られる。Furthermore, as the molten salt monomer (salt with the cationic species and anionic species), particularly preferably, trialkyl aminoethyl methacrylate ammonium (where alkyl is C 1 -C 10 alkyl) bis (fluoro sulfonyl) imide ( However, alkyl is C 1 -C 10 alkyl), 2- (meth acryloyloxy) dialkyl ammonium bis (fluoro sulfonyl) imide (where alkyl is C 1 -C 10 alkyl), N- alkyl -N--allyl ammonium bis {(trifluoromethane) sulfonyl} imide (where alkyl is C 1 -C 10 alkyl), 1-vinyl-3-alkyl imidazolium bis {(trifluoromethane) sulfonyl} imide (where alkyl is C 1 -C 10 alkyl ), 1-vinyl-3-alkylimida Tetrafluoroborate (where alkyl is C 1 -C 10 alkyl), 4-vinyl-1-alkylpyridinium bis {(trifluoromethane) sulfonyl} imide (where alkyl is C 1 -C 10 alkyl), 4-vinyl 1-alkyl pyridinium tetrafluoroborate (where alkyl is C 1 -C 10 alkyl), 1- (4-vinylbenzyl) -3-alkylimidazolium bis {(trifluoromethane) sulfonyl} imide (where alkyl is C 1 -C 10 alkyl), 1- (4-vinylbenzyl) -3-alkylimidazolium tetrafluoroborate (where alkyl is C 1 -C 10 alkyl), 1-glycidyl-3-alkyl - imidazolium bis {( Trifluoromethane) sulfonyl} imide (however Alkyl is C 1 -C 10 alkyl), trialkyl aminoethyl methacrylate ammonium, trifluoromethanesulfonyl imide (where alkyl is C 1 -C 10 alkyl), 1-glycidyl-3-alkyl - tetrafluoroborate (although alkyl is C 1 -C 10 alkyl), N- vinyl carba tetrafluoroborate (where alkyl can be exemplified C 1 -C 10 alkyl), and the like. These molten salt monomers can be used alone or in combination of two or more. These molten salt monomers are obtained by the method described in the above-mentioned prior patent WO 2010/113971 of the present applicant.

前記共重合体への溶融塩単量体のグラフト化率は、3〜90モル%が好適であり、更に好適には41〜90モル%、最適には45〜85モル%である。この範囲のグラフト化率を満足することにより、本発明の目的をより好適に達成することができる。グラフト化率が比較的低い領域においては、スポンジ性状の柔軟性を保持することができ、密着性改良という効果が期待できる。またグラフト化率が比較的高い領域、たとえば41〜90モル%、とくに45〜85モル%の領域においては、導電性能向上という効果が期待できる。グラフト化率の測定法は後述する実施例で述べる。  The graft ratio of the molten salt monomer to the copolymer is preferably 3 to 90 mol%, more preferably 41 to 90 mol%, and most preferably 45 to 85 mol%. By satisfying the grafting ratio in this range, the object of the present invention can be achieved more suitably. In the region where the grafting rate is relatively low, the sponge-like flexibility can be maintained, and the effect of improving the adhesion can be expected. In the region where the grafting rate is relatively high, for example, 41 to 90 mol%, particularly 45 to 85 mol%, the effect of improving the conductive performance can be expected. The method for measuring the grafting rate will be described in Examples described later.

溶融塩単量体のグラフト重合は、単独で用いてもよいし、又はこれと共重合し得る他の単量体と共重合させることができる。  The graft polymerization of the molten salt monomer may be used alone or may be copolymerized with other monomers that can be copolymerized therewith.

電荷移動イオン源は、典型的には、リチウム塩であり、好ましくは下記のリチウムカチオンとフッ素原子含有アニオンとからなるリチウム塩が使用される。
LiBF、LiPF、C2n+1COLi(nは、1〜4の整数)、
2n+1SOLi(nは、1〜4の整数)、(FSONLi、
(CFSONLi、(CSONLi、(FSONNa
(CFSOCLi、Li(CFSO−N−COCF)、
(R−SO−N−SOCF)Li(Rは、アルキル基等の脂肪族基または芳香続基)等。
The charge transfer ion source is typically a lithium salt, preferably a lithium salt comprising the following lithium cation and fluorine atom-containing anion.
LiBF 4 , LiPF 6 , C n F 2n + 1 CO 2 Li (n is an integer of 1 to 4),
C n F 2n + 1 SO 3 Li (n is an integer of 1 to 4), (FSO 2) 2 NLi ,
(CF 3 SO 2 ) 2 NLi, (C 2 F 5 SO 2 ) 2 NLi, (FSO 2 ) 2 NNa
(CF 3 SO 2) 3 CLi , Li (CF 3 SO 2 -N-COCF 3),
(R—SO 2 —N—SO 2 CF 3 ) Li (R represents an aliphatic group such as an alkyl group or an aromatic connecting group) and the like.

また電荷移動イオン源としては、窒素含有の塩、好ましくは下記のアルキルアンモニウムカチオン(例えば、テトラエチルアンモニルムカチオン、トリエチルメチルアンモニウムカチオン)とフッ素原子含有アニオンとからなる塩も使用される、
Et−NBF 、EtMe−NBF
Et−NPF 、EtMe−NPF 等。
上記電荷移動イオン源の配合量は0.5〜1.5モル、好適には0.7〜1.3モルである。
As the charge transfer ion source, a nitrogen-containing salt, preferably a salt composed of the following alkylammonium cation (for example, tetraethylammonium cation, triethylmethylammonium cation) and a fluorine atom-containing anion is also used.
Et 4 −N + BF 4 , Et 3 Me−N + BF 4
Et 4 -N + PF 6 -, Et 3 Me-N + PF 6 - and the like.
The amount of the charge transfer ion source is 0.5 to 1.5 mol, preferably 0.7 to 1.3 mol.

上記電荷移動イオン源を支持するアニオン(イオン導電支持塩)の好適例としては、ビス{(トリフルオロメタン)スルフォニル}イミド、2,2,2−トリフルオロ−N−{(トリフルオロメタン)スルフォニル)}アセトイミド、ビス{(ペンタフルオロエタン)スルフォニル}イミド、ビス{(フルオロ)スルフォニル}イミド、テトラフルオロボレート、ヘキサフロオロフォスヘート及びトリフルオロメタンスルフォニルイミドが挙げられる。  Preferable examples of the anion (ion conductive support salt) for supporting the charge transfer ion source include bis {(trifluoromethane) sulfonyl} imide, 2,2,2-trifluoro-N-{(trifluoromethane) sulfonyl)}. Acetimide, bis {(pentafluoroethane) sulfonyl} imide, bis {(fluoro) sulfonyl} imide, tetrafluoroborate, hexafluorophosphate and trifluoromethanesulfonylimide.

次に、このようにして得られた高分子電解質組成物を、リチウムイオン二次電池またはリチウムイオンキャパシタ用の正極および/または負極に使用する活物質および/または導電物質の結合剤として使用する態様を述べる。
ここで正負極の電極に使用する活物質とは、リチウムイオンをインターカレーションによって取り入れそして放出する物質、すなわちリチウムイオンを挿入脱離する物質を意味し、導電物質とは、活物質間に配置して導電ネットワークを形成するイオン導電材(導電補助剤)を意味する。
Next, an embodiment in which the polymer electrolyte composition thus obtained is used as a binder for an active material and / or a conductive material used for a positive electrode and / or a negative electrode for a lithium ion secondary battery or a lithium ion capacitor. To state.
Here, the active material used for the positive and negative electrodes means a material that takes in and releases lithium ions by intercalation, that is, a material that inserts and desorbs lithium ions, and the conductive material is disposed between the active materials. It means an ionic conductive material (conductive auxiliary agent) that forms a conductive network.

導電物質としては、カーボンブラックが代表例として挙げられる。カーボンとしては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンブラック、低温焼成カーボン、非晶質カーボン、ナノチューブ、ナノフォーン、繊維状カーボンおよび黒鉛(グラファイト)などが挙げられる。また他の導電物質として、金属炭化物なども挙げられる。ここで金属炭化物としてはCoC、CrC、FeC、MoC、WC、TiC、TaC、ZrCなどである。これらの金属炭化物、カーボンは前記単独金属または合金または複合金属に被覆して使用することもできる。  A typical example of the conductive material is carbon black. Examples of carbon include acetylene black, ketjen black, carbon black, low-temperature calcined carbon, amorphous carbon, nanotube, nanophone, fibrous carbon, and graphite (graphite). Other conductive materials include metal carbides. Here, examples of the metal carbide include CoC, CrC, FeC, MoC, WC, TiC, TaC, and ZrC. These metal carbides and carbon can be used by coating the single metal, alloy or composite metal.

正負極の電極に使用する活物質としては、リチウム酸化物、たとえばコバルト酸リチウム、錫酸化リチウム、シリコン酸化リチウム、鉄リン酸リチウム、チタン酸リチウムとこれらの合金酸化リチウムやハイブリッド結合酸化リチウム、黒鉛(グラファイト)、ハードカーボンが代表例として挙げられる。また正負極の電極に使用する活物質としては、シリコン、錫およびアルミニウムから選ばれる少なくとも1種の金属(第1の金属)、鉄、コバルト、銅、ニッケル、クロム、マグネシウム、鉛、亜鉛、銀、ゲルマニウム、マンガン、チタン、バナジウム、ビスマス、インジウムおよびアンチモンから選ばれる少なくとも1種の金属(第2の金属)、モリブテン、タングステン、タンタル、タリウム、クロム、テリウム、ベリリウム、カルシウム、ニッケル、銀、銅、および鉄から選ばれる少なくとも1種の金属(第3の金属)の単独金属、または第1の金属と第2の金属との合金、または第1の金属と第2の金属の合金にさらに第3の金属を合金したものが挙げられる(ただし、第2の金属と第3の金属は同時に同一の金属であることは除く)。  Active materials used for the positive and negative electrodes include lithium oxides such as lithium cobalt oxide, lithium tin oxide, lithium lithium oxide, lithium iron phosphate, lithium titanate and lithium alloys thereof, hybrid bonded lithium oxide, graphite Typical examples are (graphite) and hard carbon. The active material used for the positive and negative electrodes is at least one metal selected from silicon, tin and aluminum (first metal), iron, cobalt, copper, nickel, chromium, magnesium, lead, zinc, silver , Germanium, manganese, titanium, vanadium, bismuth, indium and antimony (second metal), molybdenum, tungsten, tantalum, thallium, chromium, terium, beryllium, calcium, nickel, silver, copper And a single metal of at least one metal selected from iron (third metal), an alloy of the first metal and the second metal, or an alloy of the first metal and the second metal. 3 alloys (except that the second metal and the third metal are the same metal at the same time) .

例えば、リチウムイオン二次電池の場合は、次のような負極、正極が使用される。
典型的にはグラファイトであるリチウムイオンを吸蔵放出する炭素材料よりなる活物質層を備えた負極と、LiCoO、LiNiCo1−n2、LiFePO、LiMn、LiS1−n、LiSi1−n及びLiNiMe1−nあるいはLiCoMe1−n(Meは、Co、Ni、Mn、Sn、Si、Al、Fe、Ti及びSb等から選ばれる1種又は2種以上)等に代表されるリチウムイオンを吸蔵放出するリチウムを含む複合金属酸化物よりなる活性物質層を有する正極が使用される。負極活物質として金属リチウム又はその合金が使用される場合は、正極活物質は二酸化マンガン、TiS、MoS、NbS、MoO及びVのようなLiを含まない金属酸化物又は硫化物を使用することができる。
リチウムイオンキャパシタの場合は、通常、グラファイトの代わりにキャパシタ電極であるハードカーボンが負極に使用される。
For example, in the case of a lithium ion secondary battery, the following negative electrode and positive electrode are used.
A negative electrode having an active material layer made of a carbon material which typically emit occluding lithium ions is graphite, LiCoO 2, LiNi n Co 1 -n O 2, LiFePO 4, LiMn 2 O 4, LiS n O 1 -n, LiSi n O 1-n and LiNi n Me 1-n O 2 or LiCo n Me 1-n O 2 (Me is, Co, Ni, Mn, Sn , Si, Al, Fe, Ti and Sb, etc. A positive electrode having an active material layer made of a composite metal oxide containing lithium that occludes and releases lithium ions, such as one or more selected, is used. When metal lithium or an alloy thereof is used as the negative electrode active material, the positive electrode active material is a metal oxide that does not contain Li, such as manganese dioxide, TiS 2 , MoS 2 , NbS 2 , MoO 3, and V 2 O 5 , or Sulfides can be used.
In the case of a lithium ion capacitor, hard carbon, which is a capacitor electrode, is usually used for the negative electrode instead of graphite.

本発明の結合剤(電荷移動イオン含有)は、前記した活物質および/または導電物質と混合し、塗液として正極、負極のいずれか、または両方の集電体である正極の箔(アルミ箔など)、負極の箔(銅箔など)の金属箔に塗工することにより使用される。
活物質と導電物質に結合剤を混合し、さらに必要に応じ添加剤を配合して水、溶媒などにより塗液を作成し、塗工する方法が一般的である。また活物質、導電物質以外の不活物質、非導電性物質を本発明の目的が阻害されない範囲で含有させることもできる。結合剤の含有量は活物質および/または導電物質に対して1〜10重量%が好適であり、さらに好適には3〜8重量%である。これらの塗液を正負極の集電体に塗工・乾燥して塗膜を作り、この塗膜は電極層を構成する。このようにすることにより活物質、導電物質同士のイオン導電性能を向上させる導電ネットワークを形成し、正極、負極の寿命を長くすることができるのみならず、クーロン効率や初期充放電容量の向上とサイクル特性の改善に繋がる導電性能を著しく安定化し、向上させることができる。さらにまた、本発明の結合剤を用いた正極、負極をリチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタに使用することにより、前記したとおり優れた特性を有し、かつ寿命の長い電池、キャパシタを得ることができる。
The binder (containing charge transfer ions) of the present invention is mixed with the above-described active material and / or conductive material, and a positive electrode foil (aluminum foil) that is a current collector of either the positive electrode, the negative electrode, or both as a coating liquid. Etc.), it is used by coating on a metal foil of a negative electrode foil (copper foil or the like).
A method is generally used in which a binder is mixed with an active material and a conductive material, an additive is added as necessary, and a coating liquid is prepared with water, a solvent, or the like. In addition, an active material, an inactive material other than a conductive material, and a non-conductive material can be contained within a range in which the object of the present invention is not impaired. The content of the binder is preferably 1 to 10% by weight, more preferably 3 to 8% by weight with respect to the active material and / or the conductive material. These coating liquids are applied to a positive and negative electrode current collector and dried to form a coating film, and this coating film constitutes an electrode layer. By doing so, a conductive network that improves the ionic conduction performance between the active material and the conductive material can be formed, and not only the life of the positive electrode and the negative electrode can be extended, but also the coulomb efficiency and the initial charge / discharge capacity can be improved. The conductive performance that leads to the improvement of the cycle characteristics can be remarkably stabilized and improved. Furthermore, by using a positive electrode and a negative electrode using the binder of the present invention for a lithium ion secondary battery and a lithium ion capacitor, a battery and a capacitor having excellent characteristics as described above and having a long life are obtained. Can do.

本発明の結合剤には、粘度調整剤として官能基を有する化合物を付加したフッ化系樹脂、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、セルロース系化合物、ポリイミド、及びポリアミドイミドから選ばれる少なくとも1種を含有させることができる。ここでフッ素系樹脂としては、前記した結合剤に混合処方されるフッ素系重合体(ポリフッ化ビニリデンなど)が好適に使用され、さらにはポリテトラフルオロエチレン(PTFE)も使用できる。ここでフッ化系樹脂に付加する官能基を有する化合物としては、−OH、−COOH、−NH、−NH−、−SH、−CHO、−N=CO、を有する化合物などが挙げられるが、このうち−N=COを有するものが好適である。官能基は単官能基を有するものが好適であるが、多官能基を有するものでもよい。これらの化合物はフッ素樹脂に共重合させるかまたは反応させることにより付加することができる。またセルロース系化合物としては、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシエチルメチルセルロースなどが挙げられる。これらのうち一つ以上を粘度調整剤として使用することができる。The binder of the present invention contains at least one selected from a fluorinated resin to which a compound having a functional group is added as a viscosity modifier, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol, a cellulose compound, polyimide, and polyamideimide. Can do. Here, as the fluorine-based resin, a fluorine-based polymer (polyvinylidene fluoride, etc.) mixed and formulated with the above-described binder is preferably used, and polytetrafluoroethylene (PTFE) can also be used. Here, examples of the compound having a functional group to be added to the fluorinated resin include compounds having —OH, —COOH, —NH 2 , —NH—, —SH, —CHO, —N═CO, and the like. Of these, those having -N = CO are preferred. The functional group preferably has a monofunctional group, but may have a polyfunctional group. These compounds can be added by copolymerizing or reacting with a fluororesin. Examples of the cellulose compound include carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, carboxyethyl methyl cellulose and the like. One or more of these can be used as a viscosity modifier.

これらの粘度調整剤を含有させることにより、最適固形分(最適固形分とは、たとえば高濃度でも粘度が一定領域に入ること、すなわち塗液が高濃度でも最適塗工粘度が得られることを意味する)に調整することができる。またこの粘度調節剤を使用することにより、粘度調整領域の自由度がより増加して最適物性の塗液を処方することができるので、バルク抵抗並びに集電体界面と電極層の界面抵抗を低下させることができ、さらに総合的な内部抵抗を低下させて高性能な電極そしてリチウムイオン電池やキャパシタなどのセルデバイスを製作することが出来る。
粘度調節剤の含有量は結合剤に対して3〜85重量%であり、好適には5〜50重量%である。
By containing these viscosity modifiers, the optimum solid content (optimal solid content means that the viscosity falls within a certain range, for example, even at a high concentration, that is, the optimum coating viscosity can be obtained even at a high concentration of coating liquid. Can be adjusted). In addition, by using this viscosity modifier, the degree of freedom in the viscosity adjustment region can be increased and a coating solution with optimum physical properties can be formulated, thus reducing the bulk resistance and the interface resistance between the current collector interface and the electrode layer. Furthermore, it is possible to manufacture high-performance electrodes and cell devices such as lithium ion batteries and capacitors by reducing the overall internal resistance.
The content of the viscosity modifier is 3 to 85% by weight, preferably 5 to 50% by weight, based on the binder.

電極塗工に使用する電極塗液粘度としては、せん断速度100/sにおけるせん断粘度を
1000〜10,000mPa・sが好適であり、2000〜5,000mPa・sが最適である。
As the electrode coating solution viscosity used for electrode coating, the shear viscosity at a shear rate of 100 / s is preferably 1000 to 10,000 mPa · s, and most preferably 2000 to 5,000 mPa · s.

本発明の結合剤を含有した正負極の電極は、集電体との90°剥離条件100℃以上20分の高温乾燥状態で実用化レベルの8N/m以上の強度値を発揮し、初期レート特性の改善に効果を発揮する。90°剥離試験機は(株)イマダ製P90−200N/200N−EZを使用した。  The positive and negative electrodes containing the binder of the present invention exhibit a practical strength level of 8 N / m or more in a high temperature dry state of 90 ° peeling condition with a current collector at 100 ° C. for 20 minutes, and an initial rate. Effective in improving properties. As the 90 ° peel tester, P90-200N / 200N-EZ manufactured by Imada Co., Ltd. was used.

リチウムイオン二次電池としては、負極層/電解質層/セパレータ/電解質層/正極層からなる層構成が代表的なものとして挙げられるが、その他正極或いは負極と電解質層の一体成型電極やセパレータも合わせた一体成型電極構成も使用できる。
電解質層には通常使用されている液形状、ゲル形状そして固体形状のものが使用できるが、電解液に前記した溶融塩単量体を使用すると難燃性から不燃性電解質としてイオン導電性を向上させる性能が得られ、より好適である。また、セパレータには多孔質ポリアルキレンフィルムや不織布などが使用できる。
Typical examples of lithium ion secondary batteries include a negative electrode layer / electrolyte layer / separator / electrolyte layer / positive electrode layer structure, but other positive electrode or negative electrode / electrolyte layer integrally formed electrodes and separators are also included. An integral electrode configuration can also be used.
The electrolyte layer can be used in the liquid form, gel form, and solid form that are usually used, but using the molten salt monomer in the electrolyte improves the ionic conductivity as a nonflammable electrolyte from flame retardant Performance is more preferable. Moreover, a porous polyalkylene film, a nonwoven fabric, etc. can be used for a separator.

リチウムイオンキャパシタとしては、金属リチウム箔/セパレータを1層配置して正極リチウムドープ黒鉛(グラファイトなど)/電解質層/セパレータ/電解質層/ハードカーボン(活性炭)層の積層セルで構成される(前記リチウムイオン電池の層構成と違うのは、負極にハードカーボンを使用する点である)。電解質層としては、リチウムイオン電池と同じものを使用することができる。  As a lithium ion capacitor, one layer of metal lithium foil / separator is arranged, and is composed of a laminated cell of positive electrode lithium-doped graphite (graphite etc.) / Electrolyte layer / separator / electrolyte layer / hard carbon (activated carbon) layer (the lithium The difference from the layer structure of the ion battery is that hard carbon is used for the negative electrode). As the electrolyte layer, the same lithium ion battery can be used.

[グラフト重合体1]
フッ化ビニリデン(PVdF)−トリフルオロクロロエチレン(CTFE)共重合体として−(CH−CF−(CF−CFCl)−{mは96モル%、nは4モル%、呉羽化学工業社製、商品名#7500、固有粘度〔η〕=2.55(オストワルド粘度計使用、溶媒DMAC、測定温度25℃)〔η〕から推算分子量120万}を使用して、これに溶融塩単量体を下記の条件により、グラフト重合した。
1L三口フラスコに凝縮機、攪拌装置及び滴下装置をつけ、PVdF−CTFE共重合 体
♯7500 6gとN−メチルピロリドン(NMP)80gを加えて、油浴中で80℃に加温、撹拌溶解した。次いでアルゴンガスで雰囲気を十分置換したのち、溶融塩単量体{化合物名トリメチルアミノエチルメタクリレートビス{(トリフルオロメチル)スルフォニル}イミド(TMAEMA・TFSI)}と、あらかじめ20gのNMPに溶解したbpy(4,4’−ジメチル−2,2’−ビピリジル錯体) 0.46gとCuCl 0.08gを加えた。更にアルゴンで置換して90℃に昇温し23時間反応させた。
反応後40℃まで冷却しアセトンで希釈して、50%メタノール水溶液中に攪拌しながら注入して析出させた。反応生成物は更にメタノール溶液で洗浄したのち乾燥して、粗製重合体を得た。
次いで粗製重合体を粉砕してアセトン40%、メタノール60%の混合溶剤を加えて攪拌した。
グラフトしていないイオン性液体重合体及び未反応溶融塩単量体は溶解し、グラフト重合体は膨潤し沈降するので、遠心分離器で分離した。この抽出操作を繰り返してホモポリマーを含まないグラフト重合体1を得た。更に30℃、真空乾燥機で乾燥して収量を測定、また赤外スペクトルを測定しグラフト化率(モル%)を算出したところ。71.7モル%を示した。
注1)グラフト化率(モル%)
PVdF−CTFE共重合体とグラフト重合体の配合割合を変えて、赤外スペクトルを測定して検量線を作成し、この検量線を用いて、試料のグラフト重合体のグラフト化率(モル%)を求めた。
bpy触媒に替えて、トリス[2−(ジメチルアミノ)エチル]アミン(Me6TREN)やN,N,N’,N’−テトラキス(2−ピリジルメチル)エチレンジアミン(TPEN)などの原子移動ラジカル重合(ATRP)触媒を使用することもできる。
[Graft polymer 1]
Vinylidene fluoride (PVdF) - as trifluorochloroethylene (CTFE) copolymer - (CH 2 -CF 2) m - (CF 2 -CFCl) n - {m is 96 mol%, n is 4 mol%, Kureha Made by Chemical Industry Co., Ltd., trade name # 7500, intrinsic viscosity [η] = 2.55 (using Ostwald viscometer, solvent DMAC, measurement temperature 25 ° C.) [η] estimated molecular weight of 1,200,000} The salt monomer was graft polymerized under the following conditions.
A 1 L three-necked flask was equipped with a condenser, a stirrer, and a dropping device, 6 g of PVdF-CTFE copolymer # 7500 and 80 g of N-methylpyrrolidone (NMP) were added, and the mixture was heated to 80 ° C. in an oil bath and dissolved by stirring. . Next, after sufficiently substituting the atmosphere with argon gas, molten salt monomer {compound name trimethylaminoethyl methacrylate bis {(trifluoromethyl) sulfonyl} imide (TMAEMA · TFSI)} and bpy (dissolved in 20 g of NMP in advance) 4,4′-dimethyl-2,2′-bipyridyl complex) 0.46 g and CuCl 0.08 g were added. Further, the atmosphere was replaced with argon, and the temperature was raised to 90 ° C. and reacted for 23 hours.
After the reaction, the reaction mixture was cooled to 40 ° C., diluted with acetone, poured into 50% aqueous methanol solution with stirring, and precipitated. The reaction product was further washed with a methanol solution and dried to obtain a crude polymer.
Next, the crude polymer was pulverized, and a mixed solvent of 40% acetone and 60% methanol was added and stirred.
The ungrafted ionic liquid polymer and the unreacted molten salt monomer were dissolved, and the graft polymer swelled and settled, and thus was separated by a centrifuge. This extraction operation was repeated to obtain graft polymer 1 containing no homopolymer. Furthermore, when it dried with a vacuum dryer at 30 degreeC, the yield was measured, the infrared spectrum was measured, and the grafting rate (mol%) was computed. It showed 71.7 mol%.
Note 1) Grafting rate (mol%)
A calibration curve was created by changing the blending ratio of the PVdF-CTFE copolymer and the graft polymer, and measuring the infrared spectrum. Asked.
Instead of the bpy catalyst, atom transfer radical polymerization (ATRP) such as tris [2- (dimethylamino) ethyl] amine (Me6TREN) and N, N, N ′, N′-tetrakis (2-pyridylmethyl) ethylenediamine (TPEN) ) A catalyst can also be used.

[グラフト重合体2〜3]
前記グラフト重合体1の製法において、CTFE4モル%の共重合体の代わりにCTFE7モル%の共重合体である−(CH−CF−(CF−CFCl)−{mは93モル%、nは7モル%、呉羽化学工業社製、商品名 FD3145、固有粘度[η]=2.42(オストワルド粘度計使用、溶媒ジメチルアセトアミド(DMAC)、測定温度25℃)、[η]から推算分子量111万}を使用したこと、また、溶融塩単量体としてTMAEMA・TFSIの代わりに表3に示す5種の溶融塩単量体を使用したこと、さらにグラフト重合の条件として触媒CuClの代わりにCuBrを使用したこと以外は同様にしてグラフト重合体2〜3を得た。結果を表1に示す。
[Graft polymers 2-3]
In the manufacturing method of the graft polymer 1, in place of the copolymer of CTFE 4 mol%, CTFE 7 mol% is a copolymer of — (CH 2 —CF 2 ) m — (CF 2 —CFCl) n — {m is 93 Mol%, n is 7 mol%, manufactured by Kureha Chemical Industry Co., Ltd., trade name FD3145, intrinsic viscosity [η] = 2.42 (using Ostwald viscometer, solvent dimethylacetamide (DMAC), measuring temperature 25 ° C.), [η] The estimated molecular weight of 1,110,000} was used, the five molten salt monomers shown in Table 3 were used as molten salt monomers instead of TMAEMA · TFSI, and the catalyst CuCl was used as the graft polymerization conditions. Graft polymers 2 to 3 were obtained in the same manner except that CuBr was used instead of. The results are shown in Table 1.

Figure 2015038870
Figure 2015038870

グラフト重合体2:
溶融塩単量体として、2−(メタアクリロイロキシ)エチルトリメチルアンモニウム塩のビスフルオロスルフォニルイミド(FSI)化物(MOETMA・FSI)を使用したグラフト重合体。
Graft polymer 2:
Graft polymer using 2- (methacryloyloxy) ethyltrimethylammonium salt bisfluorosulfonylimide (FSI) compound (MOETMA · FSI) as a molten salt monomer.

グラフト重合体3:
溶融塩単量体として、2−(メタアクリロイロキシ)エチルトリメチルアンモニウム塩のビスフルオロスルフォニルイミド(FSI)化物(MOETMA・FSI)を使用したグラフト重合体。
Graft polymer 3:
Graft polymer using 2- (methacryloyloxy) ethyltrimethylammonium salt bisfluorosulfonylimide (FSI) compound (MOETMA · FSI) as a molten salt monomer.

実施例1〜3
前記のグラフト重合体1〜3を結合剤として用い、下記の条件で正極、負極を作製した。
正極の作製:
正極活物質であるLiCoO89重量%と導電剤であるアセチレンブラック7重量%と、前記グラフト重合体1〜3(複合高分子電解質)からなる結合剤4重量%と1M/L溶媒の電荷移動イオンLiFSIを溶液混合して正極合剤塗液を作製し、NMP溶剤を加えて50重量%固形分正極塗料にし、集電体であるアルミニウム箔に塗工し、70℃から100℃まで昇温し、更に130℃まで昇温して、合計45分間加熱して乾燥させて正電極を作製する。更に、正極片面層厚みが15μmになるようにプレスした。
Examples 1-3
Using the graft polymers 1 to 3 as binders, positive and negative electrodes were produced under the following conditions.
Production of positive electrode:
89% by weight of LiCoO 2 as a positive electrode active material, 7% by weight of acetylene black as a conductive agent, 4% by weight of a binder composed of the graft polymers 1 to 3 (composite polymer electrolyte), and charge transfer of 1 M / L solvent A mixture of ionic LiFSI is mixed to prepare a positive electrode mixture coating liquid, and an NMP solvent is added to form a 50 wt% solid positive electrode paint, which is applied to an aluminum foil as a current collector, and the temperature is raised from 70 ° C. to 100 ° C. Further, the temperature is raised to 130 ° C., and the mixture is heated for a total of 45 minutes and dried to produce a positive electrode. Furthermore, it pressed so that the positive electrode single-sided layer thickness might be set to 15 micrometers.

負極の作製:
負極活物質である天然グラファイト92重量%と導電剤であるケッチェンブラック5重量%と、前記グラフト重合体1〜3(複合高分子電解質)からなる結合剤3重量%と1M/Lの電荷移動イオンLiFSI(同上)を溶液混合して負極合剤塗液を作製し、NMP溶剤を加えて50重量%固形分負極塗料にし、集電体である銅箔に塗工し80℃から110℃まで昇温し、更に130℃まで昇温し、合計45分間加熱し乾燥させて負電極を作製した。更に、負極片面層厚みが20μmになるようにプレスした。
Production of negative electrode:
92% by weight of natural graphite as a negative electrode active material, 5% by weight of ketjen black as a conductive agent, 3% by weight of a binder composed of the graft polymers 1 to 3 (composite polymer electrolyte), and a charge transfer of 1 M / L Ion LiFSI (same as above) is mixed with a solution to prepare a negative electrode mixture coating solution, and an NMP solvent is added to form a 50 wt% solid content negative electrode coating, which is then applied to a copper foil as a current collector, from 80 ° C. to 110 ° C. The temperature was raised, and the temperature was further raised to 130 ° C., followed by heating and drying for a total of 45 minutes to produce a negative electrode. Furthermore, it pressed so that the negative electrode single-sided layer thickness might be set to 20 micrometers.

電極間電解質層:
電解質は、汎用のEC(化合物名エチレンカーボネート):DEC(化合物名ジエチレンカーボネート)1:1に10%FEC(ダイキン社製フルオロエチレンカーバメート)と1M/LのLiPFをドーピングした電解液を自社で製作した(この電解液はセル処方での電解液として使用)。また、汎用電解液に代えて複合電解質プリカーサー液の調製によるグラフト重合体2の3.0gをNMP295gに溶解したプレカーサーに溶解し、ホモジナイザーにて均一分散溶液となる様に攪拌して複合電解質プリカーサー液を作製した。この複合高分子電解質プリカーサー溶液を100μmのポリエステルフィルム(東レ社製Tタイプ)にコーティングし、130℃で30分間加熱し乾燥させ、膜厚20μmの複合高分子電解質膜をポリエステルフィルム上に形成した。
Electrode electrolyte layer:
The electrolyte is a general-purpose EC (compound name: ethylene carbonate): DEC (compound name: diethylene carbonate) 1: 1, an electrolyte solution doped with 10% FEC (Daikin's fluoroethylene carbamate) and 1M / L LiPF 6 in-house. (This electrolyte was used as an electrolyte in the cell formulation). Further, instead of a general-purpose electrolyte, 3.0 g of the graft polymer 2 prepared by preparing a composite electrolyte precursor solution is dissolved in a precursor dissolved in 295 g of NMP, and stirred with a homogenizer so as to form a uniformly dispersed solution. Was made. This composite polymer electrolyte precursor solution was coated on a 100 μm polyester film (T type manufactured by Toray Industries, Inc.), heated at 130 ° C. for 30 minutes and dried to form a composite polymer electrolyte membrane having a thickness of 20 μm on the polyester film.

前記正極の塗工面に、前記複合高分子電解質膜面を重ね、130℃のロール間で積層後、ポリエステルフィルムを剥離し正極/電解質膜積層シートを作製した。この積層シートの電解質膜面に前記負極の塗工面を重ね、同様に130℃のロール間で積層し、正極/電解質膜/負極積層体を作製した。この積層体を150℃×10kg/cmで30分間、加熱圧着しながらゲル化させた。The composite polymer electrolyte membrane surface was superimposed on the coating surface of the positive electrode, laminated between rolls at 130 ° C., and then the polyester film was peeled off to produce a positive electrode / electrolyte membrane laminated sheet. The coating surface of the negative electrode was overlapped on the electrolyte membrane surface of the laminated sheet, and similarly laminated between rolls at 130 ° C. to prepare a positive electrode / electrolyte membrane / negative electrode laminate. This laminate was gelled at 150 ° C. × 10 kg / cm 2 for 30 minutes while thermocompression bonding.

作製した正負極電極を直径15mmに打ち抜き、ポリポア社製セルカード#2400ポリアルキレンキレンフィルム製多孔質セパレータを16mmに打ち抜き挟んでアルミニウム製の容器に入れ、電解液を注液した上でステンレス製のバネを組み入れて蓋を重ねプレスしてコイン型のセルを作製した。  The produced positive and negative electrodes were punched to a diameter of 15 mm, and a porous separator made of Polypore Cell Card # 2400 polyalkylene alkylene film was punched into 16 mm and placed in an aluminum container. A coin-type cell was produced by incorporating a spring and pressing the lid repeatedly.

実施例4
粘度調整剤として(株)クレハ製KFポリマー#1300を結合剤に対して30重量%配合して結合剤(実施例1記載の結合剤)−粘度調節剤の混合溶液を作製した。この粘度調整剤を含んだ本発明の結合剤を使用して正極の処方(0048)と負極の処方(0049)に従って塗液を作製し、電極を製作した。
Example 4
As a viscosity modifier, 30% by weight of KF polymer # 1300 manufactured by Kureha Co., Ltd. was blended with respect to the binder to prepare a mixed solution of a binder (the binder described in Example 1) and a viscosity modifier. Using the binder of the present invention containing the viscosity modifier, a coating solution was prepared according to the positive electrode formulation (0048) and the negative electrode formulation (0049), and an electrode was manufactured.

比較例1〜3
実施例1において使用した結合剤としてのグラフト重合体1の代わりに、汎用の結合剤(KFポリマー#1300、ソルベイ製Kaynar461と2800の3種のPVdF)を使用し、他は同様にして正極、負極、コイン型セルを作製した。
Comparative Examples 1-3
Instead of the graft polymer 1 as the binder used in Example 1, a general-purpose binder (KF polymer # 1300, three types of PVdF of Kaynar 461 and 2800 manufactured by Solvay) was used, and the others were similarly treated as the positive electrode, A negative electrode and a coin-type cell were produced.

[性能評価]
次いで、実施例1〜4および比較例1から3により得られたコイン型のセルを用い、20℃で充放電サイクル試験を行った。
充放電サイクル試験条件:充電は電流1mA、終止電圧4.0Vで定電流充電とした。放電は電流1mA、終止電圧2.5Vで定電流放電とした。
[Performance evaluation]
Next, a charge / discharge cycle test was performed at 20 ° C. using the coin-type cells obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3.
Charging / discharging cycle test conditions: Charging was performed at a constant current with a current of 1 mA and a final voltage of 4.0 V. The discharge was a constant current discharge at a current of 1 mA and a final voltage of 2.5V.

実施例1〜4および比較例1〜3で作製したコイン型セルの、クーロン効率、初期特性(*1Imp.)、サイクル特性のデータを表2に示す    Table 2 shows the data of Coulomb efficiency, initial characteristics (* 1 Imp.), And cycle characteristics of the coin-type cells manufactured in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3.

Figure 2015038870
インピーダンスが小さいことは、レート特性が良好であることを示す。
クーロン効率が大きく、サイクル放電容量が大きいことは、充放電効率が良好であることを示す。
界面抵抗が小さく、剥離強度が大きいことは、高速充放電機能が良好であることを示す。
Figure 2015038870
A small impedance indicates good rate characteristics.
A large Coulomb efficiency and a large cycle discharge capacity indicate good charge / discharge efficiency.
A low interface resistance and a high peel strength indicate that the high-speed charge / discharge function is good.

注1) 電極のバルク抵抗の測定法 三菱化学アナリテック四端子法による。
注2) 電極の界面抵抗の測定法 三菱化学アナリテック表面抵抗測定法による。
注3) 正負極電極の剥離(引張)強度を測定法:電極層を集電体箔からダイアモンドナ イフで切り離し、90度垂直方向へ引っ張り上げて強度(N/m)を測定する。
東レリサーチセンターThe TRC News No.112(Jan2011 )参照
注4) 複素インピーダンス(*1 Imp.)コインセルによる測定で、周波数100 KHzから1KHz、印加電圧20mVac.、10V−1mA(1.1mA l imit)条件で得られた抵抗Ω。
注5) 初期特性:初期充電のクーロン効率を北斗電工製電気化学測定器にて初期放電率 を測定。
注6) サイクル特性:北斗電工製電気化学特性測定機にて1CサイクルCCCVの初期 放電容量(100%)に対する50サイクル目の放電容量保持率。
Note 1) Measuring method of electrode bulk resistance: Mitsubishi Chemical Analytech 4-terminal method.
Note 2) Electrode interface resistance measurement method: Mitsubishi Chemical Analytech surface resistance measurement method.
Note 3) Method for measuring the peel (tensile) strength of the positive and negative electrodes: The electrode layer is separated from the current collector foil with a diamond knife and pulled up 90 degrees vertically to measure the strength (N / m).
Toray Research Center The TRC News No. 112 (Jan 2011) Note 4) Complex impedance (* 1 Imp.) Measurement with coin cell, frequency 100 KHz to 1 KHz, applied voltage 20 mVac. Resistance Ω obtained under the condition of 10 V-1 mA (1.1 mA limit).
Note 5) Initial characteristics: The initial discharge rate was measured with an Hokuto Denko electrochemical measuring instrument for the initial charge coulombic efficiency.
Note 6) Cycle characteristics: The discharge capacity retention ratio of the 50th cycle relative to the initial discharge capacity (100%) of the 1C cycle CCCV using the Hokuto Denko electrochemical characteristic measuring machine.

実施例及び比較例について、安全性試験(同一セル仕様でアルミラミネートセル使用)(針刺し試験)を行った。具体的には、過充放電・圧壊・針(釘)刺し試験が可能な安全性試験装置を使用して下記の条件で針刺し試験を実施した。
試験装置: 電池安全性試験装置(株式会社美和製作所製)
(釘・針刺し試験、加熱圧壊試験等用装置)
針の仕様: 0.8mm径木綿針使用
刺込み速度: 1mm/秒
試験結果として、実施例1〜5は、発火は無く、ほとんど発煙が認められなかった。一方、比較例1から3は、全て発火・発煙が認められた。
About the Example and the comparative example, the safety test (Aluminum lamination cell use by the same cell specification) (needle stick test) was done. Specifically, a needle penetration test was performed under the following conditions using a safety test apparatus capable of overcharging / discharging, crushing, and needle (nail) penetration tests.
Test equipment: Battery safety test equipment (Miwa Manufacturing Co., Ltd.)
(Equipment for nail / needle penetration test, heat crush test, etc.)
Needle specification: 0.8 mm diameter cotton needle used Stitching speed: 1 mm / sec As a test result, Examples 1 to 5 had no ignition and almost no smoke was observed. On the other hand, in Comparative Examples 1 to 3, all ignition and smoke generation were observed.

表2より、電極作製で集電箔の界面におけるエレクトロンの挿入脱離を改善する、本発明の導電性を持つ結合剤で作製された5ミクロン厚み以下のプレコード層を保有する負極は、クーロン効率がより向上し、レート特性、サイクル特性を大幅に改良していることが分かる。したがって、自動車用途向けリチウムイオン二次電池やリチウムイオンキャパシタのレート特性を10C(充電時間を6分以内)以上にして電池充電時間の高速度化やクイックレスポンス(自動車のアクセルを踏んだ際の高速出力)を可能にする。  From Table 2, the negative electrode having a precoded layer of 5 microns or less made of the conductive binder of the present invention, which improves the insertion and desorption of electrons at the interface of the current collector foil in electrode production, is Coulomb. It can be seen that the efficiency is further improved and the rate characteristics and cycle characteristics are greatly improved. Therefore, the rate characteristics of lithium-ion secondary batteries and lithium-ion capacitors for automotive applications are set to 10C (charging time within 6 minutes) or more, and the battery charging time is increased and quick response (high speed when stepping on the accelerator of the vehicle) Output).

実施例5
リチウムイオンキャパシタを次のようにして作製した。本発明の結合剤を使用した天然グラファイト系電極(リチウムイオン二次電池用負極と同じ電極)と同じく本発明結合剤を使用した結合剤5重量%配合でハードカーボンを攪拌混合して塗液を作製し、金属箔(アルミ箔など)に塗工して、金属リチウム箔/セパレータを1層配置して正極リチウムドープ黒鉛(グラファイトなど)/電解質層/セパレータ/電解質層/ハードカーボン(活性炭)層の積層セルから構成されるリチウムイオンキャパシタを作製した。作製したリチウムイオンキャパシタの性能は表2に示した。
Example 5
A lithium ion capacitor was produced as follows. As with the natural graphite electrode using the binder of the present invention (the same electrode as the negative electrode for a lithium ion secondary battery), hard carbon is stirred and mixed with 5% by weight of the binder using the binder of the present invention. Produced, coated on metal foil (aluminum foil, etc.), placed one layer of metal lithium foil / separator, positive electrode lithium doped graphite (graphite etc.) / Electrolyte layer / separator / electrolyte layer / hard carbon (activated carbon) layer A lithium ion capacitor composed of the laminated cell was prepared. The performance of the manufactured lithium ion capacitor is shown in Table 2.

本発明の正負極に使用する導電性を有する結合剤は、クーロン効率と初期充放電容量が極めて高く、そのために、例えばリチウムイオン電池またはリチウムイオンキャパシタの電極に使用した場合、クイックレスポンスを可能とするレート特性の高い、サイクル寿命の長いリチウムイオン電池またはリチウムイオンキャパシタを得ることができる。このように、本発明はリチウムイオン二次電池やリチウムイオンキャパシタの性能を著しく向上させるので、機能性素材としての利用可能性が高い。さらに、各分野で技術要求の高い錫系やシリコン系電極を使用した高容量電池及びチタン系や鉄リン酸系電極を使用したサイクル寿命の長い電池、さらには電池充電時間の高速度化やクイックレスポンスが可能となる自動車用電池において、クーロン効率や充放電効率の向上そして高速充放電機能を向上させるレート特性を改良するコア材料として応用できる。  The conductive binder used for the positive and negative electrodes of the present invention has extremely high Coulomb efficiency and initial charge / discharge capacity, so that, for example, when used for an electrode of a lithium ion battery or a lithium ion capacitor, a quick response is possible. Thus, a lithium ion battery or a lithium ion capacitor having a high rate characteristic and a long cycle life can be obtained. Thus, since this invention improves the performance of a lithium ion secondary battery or a lithium ion capacitor remarkably, its applicability as a functional material is high. In addition, high-capacity batteries using tin-based and silicon-based electrodes, which have high technical demands in each field, batteries with long cycle life using titanium-based and iron phosphate-based electrodes, and faster battery charging time and quick It can be applied as a core material to improve rate characteristics that improve the coulomb efficiency and charge / discharge efficiency and the high-speed charge / discharge function in automotive batteries that can respond.

Claims (10)

4級アンモニウムカチオンとフッ素含有アニオンからなる4級アンモニウム塩構造を有し、かつ重合性官能基を有する溶融塩単量体をフッ素系重合体にグラフト重合して得た高分子電解質組成物および電荷移動イオン源を含む、正極および/または負極に使用する活物質および/または導電物質の導電性を有する結合剤。  Polymer electrolyte composition and charge obtained by graft polymerization of a molten salt monomer having a quaternary ammonium salt structure comprising a quaternary ammonium cation and a fluorine-containing anion and having a polymerizable functional group onto a fluorine polymer A binder having conductivity of an active material and / or a conductive material used for a positive electrode and / or a negative electrode, including a mobile ion source. フッ素系重合体が、
式:−(CR−CFX)−
式中、Xは、フッ素以外のハロゲン原子であり、
及びRは、水素原子又はフッ素原子であり、両者は同一であってもよいし異 なっていてもよい、
で示される単位を有する重合体である請求項1記載の結合剤。
Fluoropolymer
Formula:-(CR 1 R 2 -CFX)-
In the formula, X is a halogen atom other than fluorine,
R 1 and R 2 are a hydrogen atom or a fluorine atom, and both may be the same or different.
The binder according to claim 1, which is a polymer having a unit represented by:
溶融塩単量体が、フッ素系重合体に41〜90モル%グラフト重合している請求項1または2項記載の結合剤。  The binder according to claim 1 or 2, wherein the molten salt monomer is 41 to 90 mol% graft-polymerized to the fluoropolymer. 原子移動ラジカル重合により、溶融塩単量体をフッ素系重合体にグラフト重合する請求項1〜3のいずれか1項記載の結合剤。The binder according to any one of claims 1 to 3, wherein the molten salt monomer is graft-polymerized to the fluorine-based polymer by atom transfer radical polymerization. 溶融塩単量体が、(A)トリアルキルアミノエチルメタクリレートアンモニウムカチオン、トリアルキルアミノエチルアクリレートアンモニウムカチオン、トリアルキルアミノプロピルアクリルアミドアンモニウムカチオン、2−(メタアクリロイロキシ)ジアルキルアンモニウムカチオン、1−アルキル−3−ビニルイミダゾリウムカチオン、4−ビニル−1−アルキルピリジニウムカチオン、1−(4−ビニルベンジル)−3−アルキルイミダゾリウムカチオン、1−(ビニルオキシエチル)−3−アルキルイミダゾリウムカチオン、1−ビニルイミダゾリウムカチオン、1−アリルイミダゾリウムカチオン、N−アルキル−N−アリルアンモニウムカチオン、1−ビニル−3−アルキルイミダゾリウムカチオン、1−ビニル−3−アルキルイミダゾリウムカチオン、1−グリシジル−3−アルキル−イミダゾリウムカチオン、N−アリル−N−アルキルピロリジニウムカチオン、及び4級ジアリルジアルキルアンモニウムカチオンからなる群から選ばれた4級アンモニウムカチオンと、(B)ビス{(トリフルオロメタン)スルフォニル}イミドアニオン、2,2,2−トリフルオロ−N−{(トリフルオロメタン)スルフォニル)}アセトイミドアニオン、ビス{(ペンタフルオロエタン)スルフォニル}イミドアニオン、ビス{(フルオロ)スルフォニル}イミドアニオン、テトラフルオロボレートアニオン、ヘキサフロオロフォスヘートアニオン及びトリフルオロメタンスルフォニルイミドアニオンからなる群から選ばれたアニオンとの塩である請求項1〜4のいずれか1項記載の結合剤。  Molten salt monomers are (A) trialkylaminoethyl methacrylate ammonium cation, trialkylaminoethyl acrylate ammonium cation, trialkylaminopropylacrylamide ammonium cation, 2- (methacryloyloxy) dialkylammonium cation, 1-alkyl- 3-vinylimidazolium cation, 4-vinyl-1-alkylpyridinium cation, 1- (4-vinylbenzyl) -3-alkylimidazolium cation, 1- (vinyloxyethyl) -3-alkylimidazolium cation, 1- Vinylimidazolium cation, 1-allylimidazolium cation, N-alkyl-N-allylammonium cation, 1-vinyl-3-alkylimidazolium cation, 1-vinyl-3-al A quaternary ammonium cation selected from the group consisting of a loumidazolium cation, a 1-glycidyl-3-alkyl-imidazolium cation, an N-allyl-N-alkylpyrrolidinium cation, and a quaternary diallyldialkylammonium cation; B) Bis {(trifluoromethane) sulfonyl} imide anion, 2,2,2-trifluoro-N-{(trifluoromethane) sulfonyl)} acetimide anion, bis {(pentafluoroethane) sulfonyl} imide anion, bis { 5. A salt with an anion selected from the group consisting of (fluoro) sulfonyl} imide anion, tetrafluoroborate anion, hexafluorophosphate anion and trifluoromethanesulfonylimide anion. Binding agents according Section 1. 電荷移動イオン源が、LiBF、LiPF、C2n+1COLi(但しnは1〜4の整数)、C2n+1SOLi(但しnは1〜4の整数)、(FSONLi、(CFSONLi、(CSONLi、(FSONLi、(CFSOCLi、(CF−SO−N−COCF)Li、及び(R−SO−N−SOCF)Li(Rは脂肪族基又は芳香族基)からなる群から選ばれたリチウム塩である請求項1〜5のいずれか1項記載の結合剤。The charge transfer ion source is LiBF 4 , LiPF 6 , C n F 2n + 1 CO 2 Li (where n is an integer of 1 to 4), C n F 2n + 1 SO 3 Li (where n is an integer of 1 to 4), (FSO 2 ) 2 NLi, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, (C 2 F 5 SO 2 ) 2 NLi, (FSO 2 ) 2 NLi, (CF 3 SO 2 ) 3 CLi, (CF 3 —SO 2 —N— 6. The lithium salt selected from the group consisting of COCF 3 ) Li and (R—SO 2 —N—SO 2 CF 3 ) Li (where R is an aliphatic group or an aromatic group). The binder according to claim 1. 電荷移動イオン源を支持するアニオンが、ビス{(トリフルオロメタン)スルフォニル}イミド、2,2,2−トリフルオロ−N−{(トリフルオロメタン)スルフォニル)}アセトイミド、ビス{(ペンタフルオロエタン)スルフォニル}イミド、ビス{(フルオロ)スルフォニル}イミド、テトラフルオロボレート、ヘキサフロオロフォスヘート及びトリフルオロメタンスルフォニルイミドを含有する請求項6項記載の結合剤。  Anions supporting the charge transfer ion source are bis {(trifluoromethane) sulfonyl} imide, 2,2,2-trifluoro-N-{(trifluoromethane) sulfonyl)} acetimide, bis {(pentafluoroethane) sulfonyl} The binder according to claim 6, comprising imide, bis {(fluoro) sulfonyl} imide, tetrafluoroborate, hexafluorophosphate and trifluoromethanesulfonyl imide. 粘度調整剤として官能基を有する化合物を付加したフッ化系樹脂、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、セルロース系化合物、ポリイミド、及びポリアミドイミドから選ばれる少なくとも1種を含有する請求項1〜7のいずれか1項記載の結合剤。  Any one of Claims 1-7 containing at least 1 sort (s) chosen from the fluororesin which added the compound which has a functional group as a viscosity modifier, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol, a cellulose compound, a polyimide, and a polyamideimide. The binder according to Item. 請求項1〜8のいずれか1項記載の結合剤を使用した正極および/または負極の電極。  The positive electrode and / or negative electrode which use the binder of any one of Claims 1-8. 請求項1〜8のいずれか1項記載の結合剤を、正極および負極のいずれかまたは両方に使用した、リチウムイオン二次電池またはリチウムイオンキャパシタ。  The lithium ion secondary battery or lithium ion capacitor which used the binder of any one of Claims 1-8 for any one or both of a positive electrode and a negative electrode.
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