JP2015088472A - Electrode for power storage device, and method for manufacturing the same - Google Patents

Electrode for power storage device, and method for manufacturing the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode for a power storage device superior in charge and discharge characteristics and productivity, which never causes the worsening of charge and discharge characteristics owing to a manufacturing process.SOLUTION: An electrode for a power storage device comprises: a collector; and an electrode active material layer on the collector. The electrode active material layer includes: an electrode active material (A); and acetyl cellulose (B), of which the total acetyl group substitution degree is 0.4-1.2. In the electrode for a power storage device, composition distribution index (CDI) of the acetyl cellulose (B) is preferably 1.0-2.0.

Description

本発明は、リチウムイオン電池や非水系電解質を使った電気二重層キャパシター(非水系電気二重層キャパシター)等の蓄電デバイスに用いられる電極(蓄電デバイス用電極)およびその製造方法、並びに、上記電極を有する蓄電デバイス(リチウムイオン電池や非水系電気二重層キャパシター等)に関する。   The present invention relates to an electrode (an electrode for an electricity storage device) used for an electricity storage device such as an electric double layer capacitor (nonaqueous electric double layer capacitor) using a lithium ion battery or a nonaqueous electrolyte, a method for producing the electrode, and the above electrode. It is related with the electrical storage device which has (a lithium ion battery, a non-aqueous electric double layer capacitor, etc.).

リチウムイオン電池(リチウムイオン二次電池)や非水系電気二重層キャパシター等の蓄電デバイスにおける電極としては、金属箔等の集電体の表面に活物質(電極活物質)が固定された構成を有する電極が知られている。例えば、リチウムイオン電池としては、カーボン材料等の負極活物質が使用された負極と、コバルト酸リチウム等のリチウム遷移金属酸化物等の正極活物質が使用された正極と、炭酸エチレンや炭酸ジエチル等の有機溶媒およびヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)等のリチウム塩が使用された電解質とを有するものが知られている。また、非水系電気二重層キャパシターとしては、静電容量の拡大のために活性炭が活物質として使用された分極性電極を有するものが知られている。 An electrode in an electricity storage device such as a lithium ion battery (lithium ion secondary battery) or a non-aqueous electric double layer capacitor has a configuration in which an active material (electrode active material) is fixed on the surface of a current collector such as a metal foil. Electrodes are known. For example, as a lithium ion battery, a negative electrode using a negative electrode active material such as a carbon material, a positive electrode using a positive electrode active material such as a lithium transition metal oxide such as lithium cobaltate, and ethylene carbonate or diethyl carbonate. organic solvents and lithium hexafluorophosphate lithium salt (LiPF 6) or the like having a used electrolyte are known. In addition, as a non-aqueous electric double layer capacitor, one having a polarizable electrode in which activated carbon is used as an active material is known to increase the capacitance.

一般に、上述の蓄電デバイスの電極は、活物質と、溶媒と、バインダーとを混合して調製された電極形成用組成物を集電体の上にペーストし、これを乾燥させることで製造される。具体的には、例えば、リチウムイオン電池の負極は、カーボン材料の粉末(負極活物質)と、溶媒と、バインダーとを混合して調製された電極形成用組成物を集電体(銅箔等)の上にペーストし、これを乾燥させることで製造される。   In general, the electrode of the above-described electricity storage device is manufactured by pasting an electrode forming composition prepared by mixing an active material, a solvent, and a binder onto a current collector, and drying the paste. . Specifically, for example, a negative electrode of a lithium ion battery is prepared by mixing a composition for forming an electrode prepared by mixing a carbon material powder (negative electrode active material), a solvent, and a binder with a current collector (copper foil or the like). ) And then dried.

リチウムイオン電池や非水系電気二重層キャパシターは、非水系の電解液が使用されるため、水系電解液の電気分解電圧を超える高い電圧が得られ、エネルギー密度が高い。しかしながら、エネルギー密度が高いために短絡時には急激に過熱する危険性が大きい。さらに、有機溶剤である電解液が揮発し、発火事故が生じるおそれがある。なお、短絡は、リチウムイオン電池や非水系電気二重層キャパシターに対して外力が加わることにより電池やキャパシター内部で発生する場合もあり、衝撃に対する保護も必要とされる。このため、上述の蓄電デバイスにおける電極の製造においては、これらの問題に繋がるような欠点を有しないようにする必要があった。   Lithium ion batteries and non-aqueous electric double layer capacitors use a non-aqueous electrolyte solution, so a high voltage exceeding the electrolysis voltage of the aqueous electrolyte solution is obtained, and the energy density is high. However, since the energy density is high, there is a high risk of overheating when the short circuit occurs. Furthermore, the electrolyte solution, which is an organic solvent, volatilizes, which may cause a fire accident. In addition, a short circuit may occur inside a battery or a capacitor when an external force is applied to a lithium ion battery or a non-aqueous electric double layer capacitor, and protection against an impact is also required. For this reason, in manufacture of the electrode in the above-mentioned electrical storage device, it was necessary to make it not have the fault which leads to these problems.

従来、上記電極形成用組成物として、溶媒又は分散媒(以下、本明細書において「溶媒」と総称する場合がある)として有機溶媒を使用した「有機溶媒系の組成物」と、溶媒として水を使用した「水系の組成物」とが知られている。有機溶媒系の組成物としては、溶媒としてNMP(N−メチルピロリドン)、バインダーとしてPVDF(ポリフッ化ビニリデン)やPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等のフッ素含有ポリマーが使用されたものが代表的であり;水系の組成物としては、溶媒として水、バインダーとしてSBR(スチレン−ブタジエンゴム)等のゴム系ポリマーが使用されたものが代表的である(例えば、特許文献1、2参照)。   Conventionally, as the electrode forming composition, an “organic solvent-based composition” using an organic solvent as a solvent or a dispersion medium (hereinafter sometimes collectively referred to as “solvent” in the present specification) and water as a solvent. "Aqueous composition" is known. Typical organic solvent-based compositions are those using fluorine-containing polymers such as NMP (N-methylpyrrolidone) as a solvent and PVDF (polyvinylidene fluoride) or PTFE (polytetrafluoroethylene) as a binder. Typical examples of the aqueous composition include water as a solvent and a rubber polymer such as SBR (styrene-butadiene rubber) as a binder (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

特開平5−074461号公報JP-A-5-074741 特開2008−181870号公報JP 2008-181870 A

上述のPVDFやPTFE等のバインダーをNMPに溶解させた有機溶媒系の電極形成用組成物は、簡単な工程により良好なスラリーを得やすいが、一方で、溶媒であるNMPが吸湿してPVDFやPTFE等のバインダーの溶解性が低下し、スラリー特性が変化することに留意する必要がある。また、従来の有機溶媒系の電極形成用組成物は、集電体に塗布した後に高温で乾燥させるとPVDFの結晶融解が生じるため、集電体に対する電極活物質層の接着性および活物質同士の結着性(以下、本明細書において「結着性」と総称する場合がある)が低下し、蓄電デバイスの充放電特性が低下するという問題があった。このため、従来の有機溶媒系の電極形成用組成物を使用した電極の製造においては、溶媒の乾燥温度を高くして乾燥時間を短縮し、さらに生産性を向上させることは困難であった。   An organic solvent-based electrode forming composition in which a binder such as PVDF or PTFE is dissolved in NMP is easy to obtain a good slurry by a simple process. On the other hand, NMP as a solvent absorbs moisture and PVDF or It should be noted that the solubility of binders such as PTFE decreases and the slurry properties change. In addition, since the conventional organic solvent-based electrode forming composition is applied to the current collector and then dried at a high temperature, PVDF crystal melting occurs. Therefore, the adhesion of the electrode active material layer to the current collector and the active materials There is a problem that the binding property (hereinafter, sometimes referred to as “binding property” in this specification) is lowered, and the charge / discharge characteristics of the electricity storage device are lowered. For this reason, in the manufacture of an electrode using a conventional organic solvent-based electrode forming composition, it has been difficult to increase the drying temperature of the solvent, shorten the drying time, and further improve the productivity.

一方、上述のSBRを使用した水系の電極形成用組成物は、SBRのポリマー粒子が水に分散した状態であって、有機溶媒系の組成物とは異なり、バインダーであるSBRが組成物(スラリー)に適度な粘度を付与する効果を有しないため、SBRのみを使用した電極形成用組成物の作製が困難である。このため、水系の電極形成用組成物に対して適切なレオロジー特性を付与するためには、CMC(カルボキシメチルセルロース)といった水溶性増粘剤の併用が必須である。このような水系の電極形成用組成物は、CMC水溶液に対して水を添加して所望の粘度付近に希釈した後、ここにバインダーを加えるという段階を踏んで調製しなければならない点に最も注意すべきである。これは、上述のようにSBRのポリマー粒子が水中に均一分散した状態が剪断力等の機械的な衝撃に対して敏感であり、誤った工程を採用することで電極形成用組成物の増粘やSBRの凝集等の問題が生じる可能性があるためである。従って、従来の水系の電極形成用組成物を使用した負極電極の製造においては、電極形成用組成物の調製プロセスを簡略化し、さらに生産性を向上させることは困難であった。   On the other hand, the water-based electrode forming composition using SBR described above is a state in which polymer particles of SBR are dispersed in water, and unlike an organic solvent-based composition, SBR as a binder is a composition (slurry). ) Does not have an effect of imparting an appropriate viscosity, it is difficult to produce an electrode-forming composition using only SBR. Therefore, in order to impart appropriate rheological properties to the aqueous electrode-forming composition, it is essential to use a water-soluble thickener such as CMC (carboxymethylcellulose). It is most important to note that such an aqueous electrode-forming composition must be prepared by adding water to the CMC aqueous solution to dilute it to a desired viscosity and then adding a binder thereto. Should. This is because, as described above, the state in which the polymer particles of SBR are uniformly dispersed in water is sensitive to mechanical impact such as shearing force, and the viscosity of the electrode forming composition is increased by adopting an incorrect process. This is because problems such as SBR aggregation and SBR may occur. Therefore, in the production of a negative electrode using a conventional aqueous electrode-forming composition, it has been difficult to simplify the preparation process of the electrode-forming composition and further improve productivity.

なお、リチウムイオン電池は水系電解液の電気分解電圧よりも電池電圧が高いため、電池内に水分が存在すると電解質塩が加水分解してフッ酸を生じ、このような現象は活物質の溶出の一因となって蓄電デバイスの充放電特性の劣化を招く。このため、電極を作製する工程において十分に水分を除去することが好ましい。   In addition, since the battery voltage of the lithium ion battery is higher than the electrolysis voltage of the aqueous electrolyte, if water is present in the battery, the electrolyte salt is hydrolyzed to produce hydrofluoric acid, and this phenomenon is caused by the elution of the active material. One cause is the deterioration of the charge / discharge characteristics of the electricity storage device. For this reason, it is preferable to sufficiently remove moisture in the step of manufacturing the electrode.

従って、本発明の目的は、製造工程に起因する充放電特性(充放電を繰り返しても性能低下が小さく、充放電のサイクル寿命が長い特性)の低下を生じることなく、充放電特性と生産性の両方に優れた蓄電デバイス(例えば、リチウムイオン電池、非水系電気二重層キャパシター等)用電極および該電極を有する蓄電デバイスを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、有機溶媒を使用した電極の製造方法(有機溶媒系の製造方法)であって、充放電特性の低下を伴うことなく有機溶媒を除去するための工程の短縮が可能である、生産性の高い蓄電デバイス用電極の製造方法を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、水を使用した電極の製造方法(水系の製造方法)であって、バインダーとしてスチレン−ブタジエンゴムを使用する必要がなく、充放電特性の低下を伴うことなく製造プロセスの簡略化が可能である、生産性の高い蓄電デバイス用電極の製造方法を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide charge / discharge characteristics and productivity without causing deterioration of charge / discharge characteristics (characteristics in which performance deterioration is small even if charge / discharge is repeated and charge / discharge cycle life is long) due to the manufacturing process. It is an object of the present invention to provide an electrode for an electricity storage device (for example, a lithium ion battery, a non-aqueous electric double layer capacitor, etc.) excellent in both, and an electricity storage device having the electrode.
Another object of the present invention is a method for producing an electrode using an organic solvent (a method for producing an organic solvent system), and shortening a process for removing the organic solvent without deteriorating charge / discharge characteristics. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an electrode for an electricity storage device with high productivity.
Furthermore, another object of the present invention is a method for producing an electrode using water (aqueous production method), which does not require the use of styrene-butadiene rubber as a binder, and does not involve deterioration in charge / discharge characteristics. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing an electrode for an electricity storage device with high productivity that can simplify the manufacturing process.

本発明者らは上記目的を達成するため鋭意検討した結果、集電体と該集電体上の電極活物質層とを有し、該電極活物質層が電極活物質と特定の酢酸セルロースとを必須成分として含む蓄電デバイス用電極が、製造工程に起因する充放電特性の低下を生じることなく、充放電特性と生産性の両方に優れることを見出し、本発明を完成させた。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have a current collector and an electrode active material layer on the current collector, and the electrode active material layer includes an electrode active material and a specific cellulose acetate. The present inventors completed the present invention by finding that an electrode for an electricity storage device containing an essential component is excellent in both charge / discharge characteristics and productivity without causing deterioration in charge / discharge characteristics due to the production process.

すなわち、本発明は、集電体と、該集電体上の電極活物質層とを有する電極であって、前記電極活物質層が、電極活物質(A)とアセチル基総置換度が0.4〜1.2である酢酸セルロース(B)とを含むことを特徴とする蓄電デバイス用電極を提供する。   That is, the present invention is an electrode having a current collector and an electrode active material layer on the current collector, wherein the electrode active material layer has an electrode active material (A) and a total acetyl group substitution degree of 0. It provides the electrode for electrical storage devices characterized by including the cellulose acetate (B) which is 4-1.2.

さらに、酢酸セルロース(B)の下記で定義される組成分布指数(CDI)が1.0〜2.0である前記の蓄電デバイス用電極を提供する。
CDI=(組成分布半値幅の実測値)/(組成分布半値幅の理論値)
組成分布半値幅の実測値:酢酸セルロース(試料)の残存水酸基をすべてプロピオニル化して得られるセルロースアセテートプロピオネートをHPLC分析して求めた組成分布半値幅

Figure 2015088472
DS:アセチル基総置換度
DPw:重量平均重合度(酢酸セルロース(試料)の残存水酸基をすべてプロピオニル化して得られるセルロースアセテートプロピオネートを用いてGPC−光散乱法により求めた値) Furthermore, the above-mentioned electrode for an electricity storage device, wherein the composition distribution index (CDI) defined below of cellulose acetate (B) is 1.0 to 2.0, is provided.
CDI = (actual value of composition distribution half width) / (theoretical value of composition distribution half width)
Measured value of half width of composition distribution: half width of composition distribution obtained by HPLC analysis of cellulose acetate propionate obtained by propionylating all remaining hydroxyl groups of cellulose acetate (sample)
Figure 2015088472
DS: Degree of total substitution of acetyl groups DPw: Weight average degree of polymerization (value determined by GPC-light scattering method using cellulose acetate propionate obtained by propionylating all remaining hydroxyl groups of cellulose acetate (sample))

さらに、リチウムイオン電池用電極である前記の蓄電デバイス用電極を提供する。   Furthermore, the said electrode for electrical storage devices which is an electrode for lithium ion batteries is provided.

さらに、前記電極活物質層がスチレン−ブタジエンゴムを含まない前記の蓄電デバイス用電極を提供する。   Furthermore, the electrode for an electricity storage device is provided in which the electrode active material layer does not contain styrene-butadiene rubber.

さらに、非水系電気二重層キャパシター用電極である前記の蓄電デバイス用電極を提供する。   Furthermore, the said electrode for electrical storage devices which is an electrode for non-aqueous electric double layer capacitors is provided.

また、本発明は、前記の蓄電デバイス用電極を有するリチウムイオン電池を提供する。   Moreover, this invention provides the lithium ion battery which has the said electrode for electrical storage devices.

また、本発明は、前記の蓄電デバイス用電極を有する非水系電気二重層キャパシターを提供する。   The present invention also provides a non-aqueous electric double layer capacitor having the above-described electrode for an electricity storage device.

また、本発明は、電極活物質(A)、酢酸セルロース(B)、および有機溶媒を含む電極形成用組成物を調製する工程と、
前記工程で得られた電極形成用組成物を集電体上に塗布し、乾燥させて、前記集電体上に電極活物質層を形成する工程とを含むことを特徴とする蓄電デバイス用電極の製造方法を提供する。
The present invention also includes a step of preparing an electrode-forming composition containing an electrode active material (A), cellulose acetate (B), and an organic solvent;
Applying the electrode-forming composition obtained in the step onto a current collector and drying to form an electrode active material layer on the current collector. A manufacturing method is provided.

また、本発明は、電極活物質(A)、アセチル基総置換度が0.5〜1.1の酢酸セルロース(B)、および水を含む電極形成用組成物を調製する工程と、
前記工程で得られた電極形成用組成物を集電体上に塗布し、乾燥させて、前記集電体上に電極活物質層を形成する工程とを含むことを特徴とする蓄電デバイス用電極の製造方法を提供する。
The present invention also includes a step of preparing an electrode-forming composition comprising an electrode active material (A), cellulose acetate (B) having a total acetyl group substitution degree of 0.5 to 1.1, and water;
Applying the electrode-forming composition obtained in the step onto a current collector and drying to form an electrode active material layer on the current collector. A manufacturing method is provided.

本発明の蓄電デバイス用電極および該電極を有する蓄電デバイスは上記構成を有するため、製造工程に起因する充放電特性の低下を生じることなく、充放電特性と生産性の両方に優れる。また、本発明の蓄電デバイス用電極の製造方法であって、有機溶媒系の製造方法は、有機溶媒を除去し乾燥させるための加熱温度を高くしても充放電特性の低下を伴わないため、乾燥時間を大幅に短縮し、生産性を向上させることができる。一方、本発明の蓄電デバイス用電極の製造方法であって、水系の製造方法は、バインダーとしてスチレン−ブタジエンゴムを使用する必要がなく、充放電特性の低下を伴うことなく電極の製造プロセスの簡略化が可能であり、製造時間を大幅に短縮し、生産性を向上させることができる。このように、本発明の蓄電デバイス用電極の製造方法は、有機溶媒系および水系ともに、生産性に優れた方法である。   Since the electrode for an electricity storage device of the present invention and the electricity storage device having the electrode have the above-described configuration, both the charge / discharge characteristics and the productivity are excellent without causing deterioration of the charge / discharge characteristics due to the manufacturing process. Further, in the method for producing an electrode for an electricity storage device of the present invention, the organic solvent-based production method is not accompanied by a decrease in charge / discharge characteristics even if the heating temperature for removing the organic solvent and drying is increased, The drying time can be greatly shortened and productivity can be improved. On the other hand, the method for producing an electrode for an electricity storage device of the present invention, wherein the aqueous production method does not require the use of styrene-butadiene rubber as a binder, and simplifies the electrode production process without deteriorating charge / discharge characteristics. The manufacturing time can be greatly shortened and the productivity can be improved. Thus, the method for producing an electrode for an electricity storage device of the present invention is a method that is excellent in productivity for both organic solvent systems and aqueous systems.

<蓄電デバイス用電極>
本発明の蓄電デバイス用電極は、集電体と、該集電体上の電極活物質層とを少なくとも有する蓄電デバイスにおいて用いられる電極である。上記蓄電デバイスとしては、例えば、後述のようにリチウムイオン電池、非水系電気二重層キャパシター等が挙げられる。即ち、本発明の蓄電デバイス用電極としては、例えば、リチウムイオン電池用電極(正極、負極)、非水系電気二重層キャパシター用電極(正極、負極)等が挙げられる。
<Electrode for power storage device>
The electrode for an electricity storage device of the present invention is an electrode used in an electricity storage device having at least a current collector and an electrode active material layer on the current collector. Examples of the electricity storage device include a lithium ion battery and a non-aqueous electric double layer capacitor as described later. That is, examples of the electrode for an electricity storage device of the present invention include a lithium ion battery electrode (positive electrode, negative electrode), a non-aqueous electric double layer capacitor electrode (positive electrode, negative electrode), and the like.

[集電体]
本発明の蓄電デバイス用電極における上記集電体としては、リチウムイオン電池や非水系電気二重層キャパシター等の蓄電デバイスにおける集電体として公知乃至慣用のものを使用することができ、特に限定されないが、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金、アルミニウム等の導電材料を箔状、膜状、フィルム状、シート状等の形態に成形したもの等が挙げられる。なお、上記集電体は、表面にカーボン、ニッケル、チタン、銅等の付着処理が施されたものであってもよい。また、上記集電体は、エッチング等による粗面化処理が施されたものであってもよい。上記集電体の厚みは、特に限定されず、蓄電デバイスの容量やサイズ等に応じて、例えば、1〜500μmの範囲から適宜選択することができる。中でも、リチウムイオン電池用電極における集電体としては、負極の場合には銅が好ましく使用され、正極の場合にはアルミニウムが好ましく使用される。一方、非水系電気二重層キャパシター用電極における集電体としては、アルミニウムが好ましく使用され、表面が粗面化されたアルミニウム箔が特に好ましく使用される。
[Current collector]
As the current collector in the electrode for an electricity storage device of the present invention, a known or commonly used current collector in an electricity storage device such as a lithium ion battery or a non-aqueous electric double layer capacitor can be used, and is not particularly limited. , Stainless steel, nickel, nickel alloy, copper, copper alloy, aluminum or the like formed into a foil, film, film, sheet or the like. Note that the current collector may have a surface subjected to adhesion treatment of carbon, nickel, titanium, copper, or the like. Further, the current collector may be subjected to a surface roughening process such as etching. The thickness of the said electrical power collector is not specifically limited, According to the capacity | capacitance, size, etc. of an electrical storage device, it can select suitably from the range of 1-500 micrometers, for example. Especially, as a collector in the electrode for lithium ion batteries, copper is preferably used in the case of a negative electrode, and aluminum is preferably used in the case of a positive electrode. On the other hand, as the current collector in the electrode for the non-aqueous electric double layer capacitor, aluminum is preferably used, and an aluminum foil having a roughened surface is particularly preferably used.

[電極活物質層]
本発明の蓄電デバイス用電極における上記電極活物質層は、上記集電体上に形成されており、電極活物質(A)と酢酸セルロース(B)とを必須成分として含む電極活物質層である。中でも、蓄電デバイスの充放電特性の観点で、電極活物質(A)と、アセチル基総置換度が0.4〜1.2の酢酸セルロース(B)とを必須成分として含む電極活物質層が好ましい。上記電極活物質層は、一般的に板状、フィルム状等の層状の形状を有するため、便宜上「層」と称しているが、これに類する形状であれば、その他の形状(例えば、層状に類する不定形状等)も包含されるものとする。なお、蓄電デバイスが非水系電気二重層キャパシターの場合、上記電極活物質層は「分極性電極」や「帯電層」等と称される場合がある。
[Electrode active material layer]
The electrode active material layer in the electrode for an electricity storage device of the present invention is an electrode active material layer formed on the current collector and containing the electrode active material (A) and cellulose acetate (B) as essential components. . Among these, an electrode active material layer containing, as essential components, an electrode active material (A) and cellulose acetate (B) having an acetyl group total substitution degree of 0.4 to 1.2 from the viewpoint of charge / discharge characteristics of the electricity storage device. preferable. Since the electrode active material layer generally has a layered shape such as a plate shape or a film shape, it is referred to as a “layer” for convenience. However, other shapes (for example, a layered shape) may be used as long as the shape is similar to this. Similar irregular shapes and the like) are also included. When the electricity storage device is a non-aqueous electric double layer capacitor, the electrode active material layer may be referred to as a “polarizable electrode” or a “charged layer”.

上記電極活物質層は、上記集電体の一方の表面のみに形成されていてもよいし、両側の表面に形成されていてもよい。また、上記電極活物質層の厚みは、特に限定されず、例えば、1〜1000μmの厚みから適宜選択することができる。   The electrode active material layer may be formed only on one surface of the current collector, or may be formed on both surfaces. Moreover, the thickness of the said electrode active material layer is not specifically limited, For example, it can select suitably from 1-1000 micrometers in thickness.

1.電極活物質(A)
本発明の蓄電デバイス用電極における電極活物質(A)としては、リチウムイオン電池における正極活物質や負極活物質、非水系電気二重層キャパシターにおける活物質(分極性電極材料)等として周知慣用の材料を使用することができる。
1. Electrode active material (A)
As the electrode active material (A) in the electrode for the electricity storage device of the present invention, a well-known and commonly used material such as a positive electrode active material or negative electrode active material in a lithium ion battery, an active material (polarizable electrode material) in a non-aqueous electric double layer capacitor, etc. Can be used.

上述のリチウムイオン電池における正極活物質としては、リチウムを可逆的に吸蔵および放出できるものを使用でき、特に限定されないが、例えば、二酸化マンガン(MnO2);リチウム−マンガン複合酸化物(例えば、LiMn24、LiMnO2等);リチウム−ニッケル複合酸化物(例えば、LiNiO2等);リチウム−コバルト複合酸化物(例えば、LiCoO2等);リチウム−ニッケル−コバルト複合酸化物(例えば、LiNi1-xCox2等);リチウム−マンガン−コバルト複合酸化物(例えば、LiMnxCo1-x2等);リチウム−ニッケル−コバルト−マンガン複合酸化物(例えば、LiNixMnyCo1-x-y2);ポリアニオン系リチウム化合物(例えば、LiFePO4、LiCoPO4F、Li2MnSiO4等);バナジウム酸化物(例えば、V25等);導電性ポリマー;ジスルフィド系ポリマー;イオウ化合物(例えば、硫化リチウム等)等が挙げられる。上記正極活物質の形状やサイズは、特に限定されず、リチウムイオン電池における正極活物質として周知の形状やサイズから適宜選択できる。 As the positive electrode active material in the lithium ion battery described above, a material capable of reversibly occluding and releasing lithium can be used, and is not particularly limited. For example, manganese dioxide (MnO 2 ); lithium-manganese composite oxide (for example, LiMn 2 O 4 , LiMnO 2 etc.); lithium-nickel composite oxide (eg LiNiO 2 etc.); lithium-cobalt composite oxide (eg LiCoO 2 etc.); lithium-nickel-cobalt composite oxide (eg LiNi 1) -x Co x O 2, etc.); lithium - manganese - cobalt composite oxide (e.g., LiMn x Co 1-x O 2 , etc.); lithium - nickel - cobalt - manganese composite oxide (e.g., LiNi x Mn y Co 1 -xy O 2); polyanionic lithium compounds (e.g., LiFePO 4, LiCoPO 4 F, Li 2 Mn iO 4, etc.); vanadium oxide (e.g., V 2 O 5, etc.); conductive polymers; disulfide-based polymer; sulfur compounds (for example, lithium sulfide, etc.) and the like. The shape and size of the positive electrode active material are not particularly limited, and can be appropriately selected from shapes and sizes known as positive electrode active materials in lithium ion batteries.

上述のリチウムイオン電池における負極活物質としては、リチウムを可逆的に吸蔵および放出できるものを使用でき、特に限定されないが、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、コークス、炭素繊維、非晶質カーボン(ソフトカーボン、ハードカーボン等)等の炭素系材料;リチウム−チタン酸複合酸化物(例えば、Li4Ti512等)等のリチウム−遷移金属複合酸化物;ケイ素、ゲルマニウム、スズ、鉛、アルミニウム、インジウム、マグネシウム、亜鉛、水素、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、パラジウム、白金、銀、金、カドミウム、水銀、ガリウム、チタン、炭素、窒素、アンチモン、ビスマス、酸素、硫黄、セレン、テルル、塩素等のリチウムと合金化することができる元素、およびこれら元素を含む化合物;上記元素又はこれら元素を含む化合物と炭素系材料の複合化物;リチウムを含む窒化物等が挙げられる。上記負極活物質の形状やサイズは、特に限定されず、リチウムイオン電池における負極活物質として周知の形状やサイズから適宜選択できる。 As the negative electrode active material in the above-described lithium ion battery, those capable of reversibly occluding and releasing lithium can be used, and are not particularly limited. For example, natural graphite, artificial graphite, coke, carbon fiber, amorphous carbon (soft Carbon-based materials such as carbon and hard carbon); lithium-transition metal complex oxides such as lithium-titanate complex oxides (for example, Li 4 Ti 5 O 12 ); silicon, germanium, tin, lead, aluminum, Indium, magnesium, zinc, hydrogen, calcium, strontium, barium, ruthenium, rhodium, iridium, palladium, platinum, silver, gold, cadmium, mercury, gallium, titanium, carbon, nitrogen, antimony, bismuth, oxygen, sulfur, selenium, Elements that can be alloyed with lithium, such as tellurium and chlorine, and this Compounds containing Luo element; said element or composite compound of the compound and the carbon-based material containing these elements; nitrides containing lithium and the like. The shape and size of the negative electrode active material are not particularly limited, and can be appropriately selected from shapes and sizes known as negative electrode active materials in lithium ion batteries.

上述の非水系電気二重層キャパシターにおける活物質(分極性電極材料)としては、例えば、活性炭[例えば、おがくず活性炭、やしがら活性炭、ピッチ・コークス系活性炭、フェノール樹脂系活性炭、ポリアクリロニトリル系活性炭、セルロース系活性炭等]、カーボンブラック、カーボンナノチューブ等の炭素系材料;酸化ルテニウム、酸化マンガン、酸化コバルト等の金属酸化物材料;ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)等の導電性高分子材料等が挙げられる。上記活物質の形状やサイズは、特に限定されず、非水系電気二重層キャパシターにおける活物質として周知の形状やサイズから適宜選択できる。   Examples of the active material (polarizable electrode material) in the non-aqueous electric double layer capacitor described above include activated carbon [for example, sawdust activated carbon, ashigara activated carbon, pitch coke activated carbon, phenol resin activated carbon, polyacrylonitrile activated carbon, Cellulose-based activated carbon, etc.], carbon-based materials such as carbon black and carbon nanotubes; metal oxide materials such as ruthenium oxide, manganese oxide, and cobalt oxide; polyaniline, polypyrrole, polythiophene, poly (3,4-ethylenedioxythiophene), etc. And the like. The shape and size of the active material are not particularly limited, and can be appropriately selected from shapes and sizes known as active materials in non-aqueous electric double layer capacitors.

本発明の蓄電デバイス用電極の電極活物質層において電極活物質(A)は、一種を単独で使用することもできるし、二種以上を組み合わせて使用することもできる。また、電極活物質(A)としては市販品を使用することもできる。   In the electrode active material layer of the electrode for an electricity storage device of the present invention, the electrode active material (A) can be used alone or in combination of two or more. Moreover, a commercial item can also be used as an electrode active material (A).

上記電極活物質層(100重量%)における電極活物質(A)の含有量は、周知の含有量から適宜選択することができ、特に限定されないが、50〜99.5重量%が好ましく、より好ましくは80〜99重量%である。電極活物質(A)の含有量を上記範囲とすることにより、より優れた充放電特性を有する蓄電デバイス(電池やキャパシター等)を得ることができる傾向がある。   The content of the electrode active material (A) in the electrode active material layer (100% by weight) can be appropriately selected from known contents and is not particularly limited, but is preferably 50 to 99.5% by weight, more Preferably it is 80-99 weight%. By making content of an electrode active material (A) into the said range, there exists a tendency which can obtain the electrical storage device (battery, a capacitor, etc.) which has the more superior charging / discharging characteristic.

2.酢酸セルロース(B)
上記電極活物質層における酢酸セルロース(B)は、セルロースの酢酸エステル(セルロースアセテート)である。酢酸セルロース(B)は、電極活物質層において電極活物質(A)のバインダーとして機能する。また、酢酸セルロース(B)は、本発明の蓄電デバイス用電極を後述の水系の製造方法により製造する場合には、上記電極活物質層を形成するための組成物(電極形成用組成物)における増粘剤としても機能し、上記組成物において電極活物質(A)の分散性を向上させる。
2. Cellulose acetate (B)
Cellulose acetate (B) in the electrode active material layer is cellulose acetate (cellulose acetate). Cellulose acetate (B) functions as a binder for the electrode active material (A) in the electrode active material layer. Cellulose acetate (B) in the composition for forming the electrode active material layer (electrode forming composition) when the electrode for an electricity storage device of the present invention is produced by an aqueous production method described later. It functions also as a thickener and improves the dispersibility of the electrode active material (A) in the composition.

(アセチル基総置換度)
酢酸セルロース(B)のアセチル基総置換度(平均置換度;単に「置換度」と称する場合がある)は、特に限定されず、種々のアセチル基総置換度を有する酢酸セルロースを本発明における酢酸セルロース(B)として使用できる。酢酸セルロース(B)としては、例えば、トリアセチルセルロース(例えば、アセチル基総置換度が2.6以上の酢酸セルロース);ジアセチルセルロース(例えば、アセチル基総置換度が2.0以上2.6未満の酢酸セルロース);低置換度酢酸セルロース(例えば、アセチル基総置換度が0を超え2.0未満;特に、アセチル基総置換度が0.5〜1.1の酢酸セルロース)等が挙げられる。
(Total substitution degree of acetyl group)
The total acetyl group substitution degree (average substitution degree; sometimes simply referred to as “substitution degree”) of cellulose acetate (B) is not particularly limited, and cellulose acetate having various acetyl group total substitution degrees is selected from acetic acid according to the present invention. It can be used as cellulose (B). Examples of cellulose acetate (B) include triacetyl cellulose (for example, cellulose acetate having a total acetyl group substitution degree of 2.6 or more); diacetyl cellulose (for example, a total acetyl group substitution degree of 2.0 to less than 2.6). Low-substituted cellulose acetate (for example, a total acetyl group substitution degree of more than 0 and less than 2.0; in particular, a cellulose acetate having a total acetyl group substitution degree of 0.5 to 1.1) and the like. .

特に、本発明の蓄電デバイス用電極における酢酸セルロース(B)としては、蓄電デバイスの充放電特性の観点で、アセチル基総置換度が0.4〜1.2の酢酸セルロース(B)が好ましい。   In particular, as the cellulose acetate (B) in the electrode for an electricity storage device of the present invention, cellulose acetate (B) having a total acetyl group substitution degree of 0.4 to 1.2 is preferable from the viewpoint of charge / discharge characteristics of the electricity storage device.

中でも、後述の水系の製造方法により電極(電極活物質層)を製造する場合、酢酸セルロース(B)のアセチル基総置換度は、0.5〜1.1が好ましく、より好ましくは0.55〜1.0、さらに好ましくは0.6〜0.95である。酢酸セルロース(B)のアセチル基総置換度が上記範囲にあると水に対する溶解性に優れる傾向がある。一方、上記範囲を外れると水に対する溶解性が低下する傾向がある。水系の製造方法により電極を製造する場合、酢酸セルロース(B)のアセチル基総置換度が0.5〜1.1であると、電極形成用組成物における酢酸セルロース(B)の溶解性が高いためと推測されるが、結着性が向上し、充放電特性に優れた蓄電デバイスが得られる。   Especially, when manufacturing an electrode (electrode active material layer) with the below-mentioned aqueous manufacturing method, 0.5-1.1 are preferable, and, as for the acetyl group total substitution degree of a cellulose acetate (B), 0.55 is more preferable. It is -1.0, More preferably, it is 0.6-0.95. When the total acetyl group substitution degree of cellulose acetate (B) is in the above range, the water solubility tends to be excellent. On the other hand, if it is out of the above range, the solubility in water tends to decrease. When manufacturing an electrode with an aqueous manufacturing method, the solubility of cellulose acetate (B) in the composition for electrode formation is high as the acetyl group total substitution degree of cellulose acetate (B) is 0.5 to 1.1. This is presumably because, however, an electrical storage device with improved binding properties and excellent charge / discharge characteristics can be obtained.

一方、後述の有機溶媒系の製造方法により電極(電極活物質層)を製造する場合、酢酸セルロース(B)のアセチル基総置換度は0.4〜2.8が好ましく、より好ましくは0.6〜1.4である。有機溶媒に対する溶解性の観点からは、ある程度高いアセチル基総置換度が望ましいが、アセチル基総置換度が高過ぎるとプロピレンカーボネート等の電解質溶媒に対する膨潤度が大きくなり結着性を損なう傾向にある。   On the other hand, when an electrode (electrode active material layer) is manufactured by an organic solvent-based manufacturing method described later, the total acetyl group substitution degree of cellulose acetate (B) is preferably 0.4 to 2.8, more preferably 0.8. 6 to 1.4. From the viewpoint of solubility in organic solvents, a certain degree of acetyl group total substitution is desirable, but if the degree of total acetyl group substitution is too high, the degree of swelling in electrolyte solvents such as propylene carbonate tends to increase and the binding property tends to be impaired. .

なお、酢酸セルロース(B)のアセチル基総置換度は、酢酸セルロースを水に溶解させ、酢酸セルロースの置換度を求める公知の滴定法により測定できる。また、上記アセチル基総置換度は、酢酸セルロースの水酸基をプロピオニル化した上で(後述の方法参照)、重クロロホルムに溶解させ、NMRにより測定することもできる。   The total acetyl group substitution degree of cellulose acetate (B) can be measured by a known titration method in which cellulose acetate is dissolved in water and the substitution degree of cellulose acetate is determined. The total degree of acetyl group substitution can also be measured by NMR after propionylating the hydroxyl group of cellulose acetate (see the method described later) and dissolving in deuterated chloroform.

酢酸セルロース(B)のアセチル基総置換度は、ASTM:D−817−96(セルロースアセテートなどの試験方法)における酢化度の測定法に準じて求めた酢化度を次式で換算することにより求められる。これは、最も一般的な酢酸セルロースの置換度の求め方である。
DS=162.14×AV×0.01/(60.052−42.037×AV×0.01)
DS:アセチル基総置換度
AV:酢化度(%)
まず、乾燥した酢酸セルロース(試料)500mgを精秤し、超純水とアセトンとの混合溶媒(容量比4:1)50mlに溶解させた後、0.2N−水酸化ナトリウム水溶液50mlを添加し、25℃で2時間ケン化する。次に、0.2N−塩酸50mlを添加し、フェノールフタレインを指示薬として、0.2N−水酸化ナトリウム水溶液(0.2N−水酸化ナトリウム規定液)で、脱離した酢酸量を滴定する。また、同様の方法によりブランク試験(試料を用いない試験)を行う。そして、下記式にしたがってAV(酢化度)(%)を算出する。
AV(%)=(A−B)×F×1.201/試料重量(g)
A:0.2N−水酸化ナトリウム規定液の滴定量(ml)
B:ブランクテストにおける0.2N−水酸化ナトリウム規定液の滴定量(ml)
F:0.2N−水酸化ナトリウム規定液のファクター
The total acetyl group substitution degree of cellulose acetate (B) is calculated by converting the acetylation degree obtained according to the measurement method of the acetylation degree in ASTM: D-817-96 (test method for cellulose acetate, etc.) by the following formula. It is calculated by. This is the most common method for determining the degree of substitution of cellulose acetate.
DS = 162.14 × AV × 0.01 / (60.052-42.037 × AV × 0.01)
DS: Degree of total acetyl group substitution AV: Degree of acetylation (%)
First, 500 mg of dried cellulose acetate (sample) was precisely weighed and dissolved in 50 ml of a mixed solvent of ultrapure water and acetone (volume ratio 4: 1), and then 50 ml of 0.2N sodium hydroxide aqueous solution was added. Saponify at 25 ° C. for 2 hours. Next, 50 ml of 0.2N hydrochloric acid is added, and the amount of acetic acid released is titrated with a 0.2N sodium hydroxide aqueous solution (0.2N sodium hydroxide normal solution) using phenolphthalein as an indicator. In addition, a blank test (a test without using a sample) is performed by the same method. Then, AV (degree of acetylation) (%) is calculated according to the following formula.
AV (%) = (A−B) × F × 1.201 / sample weight (g)
A: Titration amount of 0.2N sodium hydroxide normal solution (ml)
B: Titration of 0.2N sodium hydroxide normal solution in blank test (ml)
F: Factor of 0.2N sodium hydroxide normal solution

(組成分布指数:CDI)
酢酸セルロース(B)の組成分布(分子間のアセチル基置換度の分布)は、例えば、その組成分布指数(CDI)としては、1.0〜2.0が好ましく、より好ましくは1.0〜1.8、さらに好ましくは1.0〜1.6、特に好ましくは1.0〜1.5である。酢酸セルロース(B)の組成分布指数(CDI)が小さいほど(1.0に近づくほど)、組成分布(分子間アセチル基置換度分布)が均一となり、低置換度であっても電極活物質層の強度が非常に高くなる傾向がある。また、電極活物質(A)の含有量が多くても、電極活物質層へのクラックの発生を防止でき、蓄電デバイスの充放電特性が向上する傾向がある。これは、組成分布が均一であることにより、電極活物質層中の欠陥が減少するためである。また、低置換度酢酸セルロースの場合、組成分布が均一であると、アセチル基総置換度が通常よりも広い範囲で水溶性を確保できる傾向がある。
(Composition distribution index: CDI)
For example, the composition distribution index (CDI) of cellulose acetate (B) is preferably 1.0 to 2.0, more preferably 1.0 to 2.0. 1.8, more preferably 1.0 to 1.6, particularly preferably 1.0 to 1.5. As the composition distribution index (CDI) of cellulose acetate (B) is smaller (closer to 1.0), the composition distribution (intermolecular acetyl group substitution degree distribution) becomes more uniform, and even if the substitution degree is low, the electrode active material layer Tend to be very strong. Moreover, even if there is much content of an electrode active material (A), generation | occurrence | production of the crack to an electrode active material layer can be prevented, and there exists a tendency for the charging / discharging characteristic of an electrical storage device to improve. This is because defects in the electrode active material layer are reduced due to the uniform composition distribution. In the case of low-substituted cellulose acetate, if the composition distribution is uniform, the water-solubility tends to be ensured in a range where the total degree of acetyl group substitution is wider than usual.

ここで、組成分布指数(Compositional Distribution Index, CDI)とは、組成分布半値幅の理論値に対する実測値の比率[(組成分布半値幅の実測値)/(組成分布半値幅の理論値)]で定義される。組成分布半値幅は「分子間アセチル基置換度分布半値幅」又は単に「置換度分布半値幅」ともいう。   Here, the compositional distribution index (CDI) is the ratio of the measured value to the theoretical value of the composition distribution half width [(actual value of the composition distribution half width) / (theoretical value of the composition distribution half width)]. Defined. The half width of the composition distribution is also referred to as “intermolecular acetyl group substitution degree half width” or simply “substitution degree distribution half width”.

酢酸セルロース(B)のアセチル基置換度の分子間での均一性(分子間の置換度ゆらぎの程度)を評価するのに、酢酸セルロースの分子間アセチル基置換度分布曲線の最大ピークの半値幅(「半価幅」ともいう)の大きさを指標とすることができる。なお、半値幅は、アセチル基置換度を横軸(x軸)に、この置換度における存在量を縦軸(y軸)としたとき、チャートのピークの高さの半分の高さにおけるチャートの幅であり、分布のバラツキの目安を表す指標である。置換度分布半値幅は、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)分析により求めることができる。なお、HPLCにおけるセルロースエステルの溶出曲線の横軸(溶出時間)を置換度(0〜3)に換算する方法については、特開2003−201301号公報(段落0037〜0040)に説明されている。   In order to evaluate the intermolecular uniformity of the degree of acetyl group substitution of cellulose acetate (B) (the degree of fluctuation of the degree of substitution between molecules), the full width at half maximum of the intermolecular acetyl group substitution degree distribution curve of cellulose acetate The size (also referred to as “half width”) can be used as an index. Note that the half-value width is that of the chart at half the height of the peak of the chart, where the acetyl group substitution degree is on the horizontal axis (x axis) and the abundance at this substitution degree is on the vertical axis (y axis). It is a width and is an index representing a standard of variation in distribution. The half value width of the substitution degree distribution can be determined by high performance liquid chromatography (HPLC) analysis. In addition, the method of converting the horizontal axis (elution time) of the cellulose ester elution curve in HPLC into the substitution degree (0 to 3) is described in JP-A No. 2003-201301 (paragraphs 0037 to 0040).

(組成分布半値幅の理論値)
組成分布半値幅(置換度分布半値幅)は確率論的に理論値を算出できる。すなわち、組成分布半値幅の理論値は以下の式(1)で求められる。

Figure 2015088472
m:酢酸セルロース1分子中の水酸基とアセチル基の全数
p:酢酸セルロース1分子中の水酸基がアセチル置換されている確率
q=1−p
DPw:重量平均重合度(GPC−光散乱法による)
重量平均重合度(DPw)の測定法は後述する。 (Theoretical value of the half width of composition distribution)
The theoretical distribution of the half value width of composition distribution (substitution degree distribution half width) can be calculated stochastically. That is, the theoretical value of the composition distribution half width is obtained by the following equation (1).
Figure 2015088472
m: Total number of hydroxyl groups and acetyl groups in one molecule of cellulose acetate p: Probability of hydroxyl groups in one molecule of cellulose acetate being acetyl substituted q = 1-p
DPw: weight average polymerization degree (by GPC-light scattering method)
A method for measuring the weight average degree of polymerization (DPw) will be described later.

さらに、組成分布半値幅の理論値を置換度と重合度で表すと、以下のように表される。下記式(2)を組成分布半値幅の理論値を求める定義式とする。

Figure 2015088472
DS:アセチル基総置換度
DPw:重量平均重合度(GPC−光散乱法による)
重量平均重合度(DPw)の測定法は後述する。 Furthermore, when the theoretical value of the composition distribution half width is represented by the substitution degree and the polymerization degree, it is expressed as follows. The following formula (2) is a defining formula for obtaining the theoretical value of the composition distribution half width.
Figure 2015088472
DS: Total substitution degree of acetyl group DPw: Weight average polymerization degree (by GPC-light scattering method)
A method for measuring the weight average degree of polymerization (DPw) will be described later.

(組成分布半値幅の実測値)
上述の組成分布半値幅の実測値とは、酢酸セルロース(試料)を前処理なしにHPLC分析して求めた組成分布半値幅、又は、酢酸セルロース(試料)の残存水酸基(未置換水酸基)をすべてプロピオニル化して得られるセルロースアセテートプロピオネートをHPLC分析して求めた組成分布半値幅である。
(Measured value of composition distribution half width)
The above-mentioned measured value of the half width of the composition distribution is all the half width of the composition distribution obtained by HPLC analysis of cellulose acetate (sample) without pretreatment, or all remaining hydroxyl groups (unsubstituted hydroxyl groups) of cellulose acetate (sample) It is a half width of composition distribution obtained by HPLC analysis of cellulose acetate propionate obtained by propionylation.

一般的に、アセチル基総置換度2.0〜3.0の酢酸セルロースに対しては、前処理なしに高速液体クロマトグラフィ(HPLC)分析を行うことができ、それによって組成分布半値幅を求めることができる。例えば、特開2011−158664号公報には、アセチル基総置換度2.27〜2.56の酢酸セルロースに対する組成分布分析法が記載されている。   In general, for cellulose acetate having an acetyl group total substitution degree of 2.0 to 3.0, high performance liquid chromatography (HPLC) analysis can be performed without pretreatment, thereby obtaining the half width of the composition distribution. Can do. For example, JP 2011-158664 A describes a composition distribution analysis method for cellulose acetate having an acetyl group total substitution degree of 2.27 to 2.56.

一方、アセチル基総置換度が2.0未満(特に0.5〜1.4)の酢酸セルロース(低置換度酢酸セルロース)の組成分布半値幅(置換度分布半値幅)の実測値は、HPLC分析前に前処理として酢酸セルロースの分子内残存水酸基の誘導体化を行い、しかる後にHPLC分析を行って求める。この前処理の目的は、低置換度酢酸セルロースを有機溶剤に溶解しやすい誘導体に変換してHPLC分析を可能とすることである。すなわち、分子内の残存水酸基を完全にプロピオニル化し、その完全誘導体化セルロースアセテートプロピオネート(CAP)をHPLC分析して組成分布半値幅(実測値)を求める。ここで、誘導体化は完全に行われ、分子内に残存水酸基はなく、アセチル基とプロピオニル基のみ存在していなければいけない。すなわち、アセチル基総置換度(DSac)とプロピオニル基総置換度(DSpr)の和は3である。これは、CAPのHPLC溶出曲線の横軸(溶出時間)をアセチル基総置換度(0〜3)に変換するための較正曲線を作成するために関係式:DSac+DSpr=3を使用するためである。以下、低置換度酢酸セルロースの組成分布半値幅の実測値の測定方法について説明する。   On the other hand, the measured value of the composition distribution half-width (substitution degree distribution half-width) of cellulose acetate (low-substituted cellulose acetate) having an acetyl group total substitution degree of less than 2.0 (particularly 0.5 to 1.4) is HPLC Before analysis, as a pretreatment, derivatization of the residual hydroxyl group in the cellulose acetate molecule is performed, and then HPLC analysis is performed. The purpose of this pretreatment is to convert the low-substituted cellulose acetate into a derivative that is easily dissolved in an organic solvent to enable HPLC analysis. That is, the residual hydroxyl group in the molecule is completely propionylated, and the fully derivatized cellulose acetate propionate (CAP) is subjected to HPLC analysis to determine the composition distribution half width (actual value). Here, the derivatization is completely carried out, there should be no residual hydroxyl groups in the molecule, and only acetyl and propionyl groups must be present. That is, the sum of the acetyl group total substitution degree (DSac) and the propionyl group total substitution degree (DSpr) is 3. This is because the relational expression: DSac + DSpr = 3 is used to create a calibration curve for converting the horizontal axis (elution time) of the HPLC elution curve of CAP to the total degree of acetyl group substitution (0 to 3). . Hereinafter, a method for measuring an actual measurement value of the composition distribution half-value width of low-substituted cellulose acetate will be described.

酢酸セルロースの完全誘導体化は、ピリジン/N,N−ジメチルアセトアミド混合溶媒中でN,N−ジメチルアミノピリジンを触媒とし、無水プロピオン酸を作用させることにより行うことができる。より具体的には、溶媒として混合溶媒[ピリジン/N,N−ジメチルアセトアミド=1/1(v/v)]を酢酸セルロース(試料)に対して20重量部、プロピオニル化剤として無水プロピオン酸を該酢酸セルロースの水酸基に対して6.0〜7.5当量、触媒としてN,N−ジメチルアミノピリジンを該酢酸セルロースの水酸基に対して6.5〜8.0mol%使用し、温度100℃、反応時間1.5〜3.0時間の条件でプロピオニル化を行う。そして、反応後、沈殿溶媒としてメタノールを用い、沈殿させることにより、完全誘導体化セルロースアセテートプロピオネートを得る。より詳細には、例えば、室温で、反応混合物1重量部をメタノール10重量部に投入して沈澱させ、得られた沈殿物をメタノールで5回洗浄し、60℃で真空乾燥を3時間行うことにより、完全誘導体化セルロースアセテートプロピオネート(CAP)を得ることができる。なお、後述の多分散性(Mw/Mn)および重量平均重合度(DPw)も、酢酸セルロース(試料)をこの方法により完全誘導体化セルロースアセテートプロピオネート(CAP)とし、測定したものである。   Complete derivatization of cellulose acetate can be performed by reacting propionic anhydride with N, N-dimethylaminopyridine as a catalyst in a pyridine / N, N-dimethylacetamide mixed solvent. More specifically, a mixed solvent [pyridine / N, N-dimethylacetamide = 1/1 (v / v)] as a solvent is 20 parts by weight with respect to cellulose acetate (sample), and propionic anhydride as a propionylating agent. 6.0 to 7.5 equivalents based on the hydroxyl group of the cellulose acetate, and N, N-dimethylaminopyridine as a catalyst is used at 6.5 to 8.0 mol% with respect to the hydroxyl group of the cellulose acetate. Propionylation is carried out under conditions of reaction time of 1.5 to 3.0 hours. And after reaction, fully derivatized cellulose acetate propionate is obtained by making it precipitate using methanol as a precipitation solvent. More specifically, for example, at room temperature, 1 part by weight of the reaction mixture is added to 10 parts by weight of methanol to precipitate, and the resulting precipitate is washed 5 times with methanol and vacuum dried at 60 ° C. for 3 hours. Thus, fully derivatized cellulose acetate propionate (CAP) can be obtained. The polydispersity (Mw / Mn) and the weight average polymerization degree (DPw) described later were also measured using cellulose acetate (sample) as a fully derivatized cellulose acetate propionate (CAP) by this method.

上記HPLC分析では、異なるアセチル基総置換度を有する複数のセルロースアセテートプロピオネートを標準試料として用いて所定の測定装置および測定条件でHPLC分析を行い、これらの標準試料の分析値を用いて作成した較正曲線[セルロースアセテートプロピオネートの溶出時間とアセチル基総置換度(0〜3)との関係を示す曲線、通常、三次曲線]から、酢酸セルロース(試料)の組成分布半値幅(実測値)を求めることができる。HPLC分析で求められるのは溶出時間とセルロースアセテートプロピオネートのアセチル基置換度分布の関係である。これは、試料分子内の残存ヒドロキシ基のすべてがプロピオニルオキシ基に変換された物質の溶出時間とアセチル基置換度分布の関係であるから、上述の酢酸セルロース(B)のアセチル基置換度分布を求めていることと本質的には変わらない。   In the above HPLC analysis, a plurality of cellulose acetate propionates having different degrees of total acetyl group substitution are used as standard samples, HPLC analysis is performed with a predetermined measuring device and measurement conditions, and the analysis values of these standard samples are used. From the calibration curve [the curve showing the relationship between the elution time of cellulose acetate propionate and the total degree of acetyl group substitution (0 to 3), usually a cubic curve], the composition distribution half-width (measured value) of cellulose acetate (sample) ). What is required by HPLC analysis is the relationship between the elution time and the distribution of acetyl group substitution degree of cellulose acetate propionate. This is the relationship between the elution time of the substance in which all of the remaining hydroxy groups in the sample molecule have been converted to propionyloxy groups and the acetyl group substitution degree distribution. It is essentially the same as what you want.

上記HPLC分析の条件は以下の通りである。
装置: Agilent 1100 Series
カラム: Waters Nova−Pak phenyl 60Å 4μm(150mm×3.9mmΦ)+ガードカラム
カラム温度: 30℃
検出: Varian 380−LC
注入量: 5.0μL(試料濃度:0.1%(wt/vol))
溶離液: A液:MeOH/H2O=8/1(v/v),B液:CHCl3/MeOH=8/1(v/v)
グラジェント:A/B=80/20→0/100(28min);流量:0.7mL/min
The conditions for the above HPLC analysis are as follows.
Equipment: Agilent 1100 Series
Column: Waters Nova-Pak phenyl 60Å 4 μm (150 mm × 3.9 mmΦ) + guard column Column temperature: 30 ° C.
Detection: Varian 380-LC
Injection volume: 5.0 μL (sample concentration: 0.1% (wt / vol))
Eluent: Liquid A: MeOH / H 2 O = 8/1 (v / v), Liquid B: CHCl 3 / MeOH = 8/1 (v / v)
Gradient: A / B = 80/20 → 0/100 (28 min); Flow rate: 0.7 mL / min

較正曲線から求めた置換度分布曲線[セルロースアセテートプロピオネートの存在量を縦軸とし、アセチル基置換度を横軸とするセルロースアセテートプロピオネートの置換度分布曲線](「分子間置換度分布曲線」ともいう)において、アセチル基総置換度に対応する最大ピーク[E]に関し、以下のようにして置換度分布半値幅を求める。ピーク[E]の低置換度側の基部[A]と、高置換度側の基部[B]に接するベースライン[A−B]を引き、このベースラインに対して、最大ピーク[E]から横軸に垂線をおろす。垂線とベースライン[A−B]との交点[C]を決定し、最大ピーク[E]と交点[C]との中間点[D]を求める。中間点[D]を通って、ベースライン[A−B]と平行な直線を引き、分子間置換度分布曲線との二つの交点[A'、B']を求める。二つの交点[A'、B']から横軸まで垂線をおろして、横軸上の二つの交点間の幅を、最大ピークの半値幅(すなわち、置換度分布半値幅)とする。   Substitution degree distribution curve obtained from the calibration curve [Substitution degree distribution curve of cellulose acetate propionate with the abscissa representing the amount of cellulose acetate propionate and the abscissa representing the degree of acetyl group substitution] ("Intermolecular substitution degree distribution For the maximum peak [E] corresponding to the total degree of acetyl group substitution, the half-value width of substitution degree distribution is determined as follows. The base [A] on the low substitution degree side of the peak [E] and the base line [AB] in contact with the base [B] on the high substitution degree side are drawn, and from this peak, the maximum peak [E] is drawn. Take a vertical line on the horizontal axis. An intersection point [C] between the perpendicular line and the baseline [AB] is determined, and an intermediate point [D] between the maximum peak [E] and the intersection point [C] is obtained. A straight line parallel to the base line [AB] is drawn through the intermediate point [D], and two intersection points [A ′, B ′] with the intermolecular substitution degree distribution curve are obtained. A perpendicular line is drawn from the two intersections [A ′, B ′] to the horizontal axis, and the width between the two intersections on the horizontal axis is defined as the half-value width of the maximum peak (ie, the substitution value distribution half-value width).

このような置換度分布半値幅は、試料中のセルロースアセテートプロピオネートの分子鎖について、その構成する高分子鎖一本一本のグルコース環の水酸基がどの程度アセチル化されているかにより、保持時間(リテンションタイム)が異なることを反映している。したがって、理想的には、保持時間の幅が、(置換度単位の)組成分布の幅を示すことになる。しかしながら、HPLCには分配に寄与しない管部(カラムを保護するためのガイドカラムなど)が存在する。それゆえ、測定装置の構成により、組成分布の幅に起因しない保持時間の幅が誤差として内包されることが多い。この誤差は、上記の通り、カラムの長さ、内径、カラムから検出器までの長さや取り回しなどに影響され、装置構成により異なる。このため、セルロースアセテートプロピオネートの置換度分布半値幅は、通常、下式で表される補正式に基づいて、補正値Zとして求めることができる。このような補正式を用いると、測定装置(および測定条件)が異なっても、同じ(ほぼ同じ)値として、より正確な置換度分布半値幅(実測値)を求めることができる。
Z=(X2−Y21/2
[式中、Xは所定の測定装置および測定条件で求めた置換度分布半値幅(未補正値)である。Y=(a−b)x/3+b(0≦x≦3)である。ここで、aは上記Xと同じ測定装置および測定条件で求めた総置換度3のセルロースアセテートの置換度分布半値幅、bは上記Xと同じ測定装置および測定条件で求めた総置換度3のセルロースプロピオネートの置換度分布半値幅である。xは測定試料のアセチル基総置換度(0≦x≦3)である]
The half-value width of the substitution degree distribution depends on the degree of acetylation of the hydroxyl chain of each glucose chain constituting the molecular chain of cellulose acetate propionate in the sample. (Retention time) is different. Therefore, ideally, the holding time width indicates the width of the composition distribution (in units of substitution degree). However, there are tubes (such as a guide column for protecting the column) that do not contribute to the distribution in HPLC. Therefore, depending on the configuration of the measurement apparatus, the width of the holding time that is not caused by the width of the composition distribution is often included as an error. As described above, this error is affected by the length and inner diameter of the column, the length from the column to the detector, the handling, and the like, and varies depending on the apparatus configuration. For this reason, the half value width of the substitution degree distribution of cellulose acetate propionate can be usually obtained as the correction value Z based on the correction formula represented by the following formula. By using such a correction formula, even if the measurement apparatus (and measurement conditions) are different, a more accurate substitution degree distribution half-value width (actual measurement value) can be obtained as the same (substantially the same) value.
Z = (X 2 −Y 2 ) 1/2
[In the formula, X is the half-value width (uncorrected value) of the substitution degree distribution obtained with a predetermined measuring apparatus and measurement conditions. Y = (a−b) x / 3 + b (0 ≦ x ≦ 3). Here, a is the half-value width of the substitution degree distribution of cellulose acetate having a total substitution degree of 3 determined using the same measuring apparatus and measurement conditions as X, and b is the total substitution degree of 3 determined using the same measuring apparatus and measurement conditions as X above. It is a half value width of substitution degree distribution of cellulose propionate. x is the total acetyl group substitution degree of the measurement sample (0 ≦ x ≦ 3)]

なお、上記総置換度3のセルロースアセテート(もしくはセルロースプロピオネート)とは、セルロースのヒドロキシ基(水酸基)の全てがエステル化されたセルロースエステルを示し、実際には(理想的には)置換度分布半値幅を有しない(すなわち、置換度分布半値幅0の)セルロースエステルである。   The cellulose acetate (or cellulose propionate) having a total substitution degree of 3 refers to a cellulose ester in which all of the hydroxy groups (hydroxyl groups) of cellulose are esterified, and actually (ideally) the substitution degree. It is a cellulose ester having no distribution half width (that is, a substitution degree distribution half width of 0).

本発明において、酢酸セルロース(B)の組成分布半値幅(置換度分布半値幅)の実測値は、特に限定されないが、0.12〜0.34が好ましく、より好ましくは0.13〜0.25である。   In the present invention, the actually measured value of the composition distribution half width (substitution degree distribution half width) of cellulose acetate (B) is not particularly limited, but is preferably 0.12 to 0.34, more preferably 0.13 to 0.3. 25.

先に説明した置換度分布理論式(組成分布半値幅の理論値を求める式)は、すべてのアセチル化と脱アセチル化が独立かつ均等に進行することを仮定した確率論的計算値である。すなわち、二項分布に従った計算値である。このような理想的な状況は現実的にはあり得ない。酢酸セルロースの加水分解反応あるいは反応後の後処理について特別な工夫をしない限り、セルロースエステルの置換度分布は確率論的に二項分布で定まるものよりも大幅に広くなる。特に、低置換度酢酸セルロースは、その製造工程において部分脱アセチル化の反応数が大きいことから特に置換度分布が広くなりやすい傾向がある。   The substitution degree distribution theoretical formula (formula for obtaining a theoretical value of the composition distribution half width) described above is a stochastic calculation value that assumes that all acetylation and deacetylation proceed independently and equally. That is, the calculated value according to the binomial distribution. Such an ideal situation is not realistic. Unless special measures are taken for the hydrolysis reaction of cellulose acetate or the post-treatment after the reaction, the substitution degree distribution of the cellulose ester is much wider than that stochastically determined by the binomial distribution. In particular, low-substituted cellulose acetate tends to have a particularly wide substitution degree distribution because the number of partial deacetylation reactions is large in the production process.

低置換度酢酸セルロースを製造するにあたり、反応の特別な工夫の一つとしては、例えば、脱アセチル化とアセチル化が平衡する条件で系を維持することが考えられる。しかし、この場合には酸触媒によりセルロースの分解が進行するので好ましくない。他の反応の特別な工夫としては、脱アセチル化速度が低置換度物について遅くなる反応条件を採用することである。しかし、従来、そのような具体的な方法は知られていない。つまり、セルロースエステルの置換度分布を反応確率論通り二項分布に従うよう制御するような反応の特別な工夫は知られていない。さらに、酢化過程(セルロースのアセチル化工程)の不均一性や、熟成過程(酢酸セルロースの加水分解工程)で段階的に添加する水による部分的、一時的な沈殿の発生などの様々な事情は、置換度分布を二項分布よりも広くする方向に働き、これらを全て回避し、理想条件を実現することは、現実的には不可能である。これは、理想気体があくまで理想の産物であり、実在する気体の挙動はそれとは多かれ少なかれ異なることと似ている。   In producing low-substituted cellulose acetate, as one of the special measures for the reaction, for example, it is conceivable to maintain the system under the condition where deacetylation and acetylation are balanced. However, in this case, the decomposition of cellulose proceeds with an acid catalyst, which is not preferable. Another special contrivance for the reaction is to employ reaction conditions in which the deacetylation rate is slow for low substitution products. However, conventionally, such a specific method is not known. In other words, no special device for the reaction is known that controls the substitution degree distribution of the cellulose ester to follow the binomial distribution according to the reaction probability theory. Furthermore, various circumstances such as non-uniformity in the acetylation process (cellulose acetylation process) and partial or temporary precipitation due to water added stepwise in the maturation process (cellulose hydrolysis process) It works in the direction to make the substitution degree distribution wider than the binomial distribution, avoiding all of these, and realizing the ideal condition is impossible in practice. This is similar to the fact that an ideal gas is an ideal product, and the behavior of an actual gas is more or less different.

従来の低置換度酢酸セルロースの合成と後処理においては、このような置換度分布の問題について殆ど関心が払われておらず、置換度分布の測定や検証、考察が行われていなかった。例えば、文献(繊維学会誌、42、p25 (1986))によれば、低置換度酢酸セルロースの溶解性は、グルコース残基2、3、6位へのアセチル基の分配で決まると論じられており、組成分布は全く考慮されていない。   In the synthesis and post-treatment of conventional low-substituted cellulose acetate, little attention has been paid to the problem of such substitution degree distribution, and substitution degree distribution has not been measured, verified, or considered. For example, according to the literature (Journal of the Textile Society of Japan, 42, p25 (1986)), it is argued that the solubility of low-substituted cellulose acetate is determined by the distribution of acetyl groups to the glucose residues 2, 3, and 6. The composition distribution is not considered at all.

本発明者らの検討によれば、後述するように、酢酸セルロースの置換度分布は、驚くべきことに酢酸セルロースの加水分解工程の後の後処理条件の工夫で制御することができる。文献(CiBment, L., and Rivibre, C., Bull. SOC. chim., (5) 1, 1075 (1934)、Sookne, A. M., Rutherford, H. A., Mark, H., and Harris, M. J . Research Natl. Bur. Standards, 29, 123 (1942)、A. J. Rosenthal , B. B. White Ind. Eng. Chem., 1952, 44 (11), pp 2693-2696.)によれば、アセチル基総置換度2.3の酢酸セルロースの沈澱分別では、分子量に依存した分画と置換度(化学組成)に伴う微々たる分画が起こるとされており、本発明者らが見出したような置換度(化学組成)で顕著な分画ができるとの報告はない。さらに、低置換度酢酸セルロースについて、溶解分別や沈澱分別で置換度分布(化学組成)を制御できることは検証されていなかった。   According to the study by the present inventors, as described later, the substitution degree distribution of cellulose acetate can be surprisingly controlled by devising the post-treatment conditions after the cellulose acetate hydrolysis step. Literature (CiBment, L., and Rivibre, C., Bull. SOC. Chim., (5) 1, 1075 (1934), Sookne, AM, Rutherford, HA, Mark, H., and Harris, M. J. Research Natl. Bur. Standards, 29, 123 (1942), AJ Rosenthal, BB White Ind. Eng. Chem., 1952, 44 (11), pp 2693-2696.) In the precipitation fractionation of cellulose acetate No. 3, fractionation depending on the molecular weight and slight fractionation accompanying the substitution degree (chemical composition) occur, and the substitution degree (chemical composition) as found by the present inventors. There is no report that a remarkable fraction can be produced. Furthermore, it has not been verified that the substitution degree distribution (chemical composition) can be controlled by dissolution fractionation or precipitation fractionation for low-substituted cellulose acetate.

本発明者らが見出した置換度分布を狭くするもう1つの工夫は、酢酸セルロースの90℃以上の(又は90℃を超える)高温での加水分解反応(熟成反応)である。従来、高温反応で得られた生成物の重合度について詳細な分析や考察がなされて来なかったにもかかわらず、90℃以上の高温反応ではセルロースの分解が優先するとされてきた。この考えは、粘度に関する考察のみに基づいた思い込み(ステレオタイプ)と言える。本発明者らは、酢酸セルロースを加水分解して低置換度酢酸セルロースを得るに際し、90℃以上の(又は90℃を超える)高温下、好ましくは硫酸等の強酸の存在下、多量の酢酸中で反応させると、重合度の低下は見られない一方で、CDIの減少に伴い粘度が低下することを見出した。すなわち、高温反応に伴う粘度低下は、重合度の低下に起因するものではなく、置換度分布が狭くなることによる構造粘性の減少に基づくものであることを解明した。上記の条件で酢酸セルロースの加水分解を行うと、正反応だけでなく逆反応も起こるため、生成物(低置換度酢酸セルロース)のCDIが極めて小さい値となり、水に対する溶解性も著しく向上する。これに対し、逆反応が起こりにくい条件で酢酸セルロースの加水分解を行うと、置換度分布は様々な要因で広くなり、水に溶けにくいアセチル基総置換度0.4未満の酢酸セルロースおよびアセチル基総置換度1.1を超える酢酸セルロースの含有量が増大し、全体として水に対する溶解性が低下する。   Another device for narrowing the substitution degree distribution found by the present inventors is a hydrolysis reaction (aging reaction) of cellulose acetate at a high temperature of 90 ° C. or higher (or higher than 90 ° C.). Conventionally, although detailed analysis and consideration have not been made on the degree of polymerization of a product obtained by a high-temperature reaction, it has been considered that decomposition of cellulose is preferred in a high-temperature reaction at 90 ° C. or higher. This idea can be said to be a belief (stereotype) based solely on the consideration of viscosity. When the present inventors hydrolyze cellulose acetate to obtain low-substituted cellulose acetate, it is in a large amount of acetic acid at a high temperature of 90 ° C. or higher (or higher than 90 ° C.), preferably in the presence of a strong acid such as sulfuric acid. It was found that when the reaction was carried out with the above, the degree of polymerization was not lowered, but the viscosity was lowered with a decrease in CDI. That is, it has been clarified that the viscosity decrease due to the high temperature reaction is not due to a decrease in the degree of polymerization but is based on a decrease in structural viscosity due to a narrow substitution degree distribution. When cellulose acetate is hydrolyzed under the above conditions, not only forward reaction but also reverse reaction occurs, so the product (low-substituted cellulose acetate) has a very small CDI, and the solubility in water is significantly improved. On the other hand, when cellulose acetate is hydrolyzed under conditions where reverse reaction is unlikely to occur, the substitution degree distribution becomes wide due to various factors, and cellulose acetate and acetyl groups having a total degree of substitution of less than 0.4 acetyl groups that are difficult to dissolve in water. The content of cellulose acetate exceeding the total substitution degree 1.1 increases, and the solubility in water as a whole decreases.

(2,3,6位の置換度の標準偏差)
酢酸セルロース(B)のグルコース環の2,3,6位の各アセチル基置換度は、手塚(Tezuka,Carbonydr. Res. 273, 83(1995))の方法に従いNMR法で測定できる。すなわち、酢酸セルロース試料の遊離水酸基をピリジン中で無水プロピオン酸によりプロピオニル化する。得られた試料を重クロロホルムに溶解し、13C−NMRスペクトルを測定する。アセチル基の炭素シグナルは169ppmから171ppmの領域に高磁場から2位、3位、6位の順序で、そして、プロピオニル基のカルボニル炭素のシグナルは、172ppmから174ppmの領域に同じ順序で現れる。それぞれ対応する位置でのアセチル基とプロピオニル基の存在比から、元の酢酸セルロース(B)におけるグルコース環の2,3,6位の各アセチル基置換度を求めることができる。なお、このように求めた2,3,6位の各アセチル基置換度の和はアセチル基総置換度であり、この方法でアセチル基総置換度を求めることもできる。なお、アセチル基総置換度は、13C−NMRのほか、1H−NMRで分析することもできる。
(Standard deviation of substitution degree at 2, 3, 6 position)
The degree of substitution of each acetyl group at the 2, 3, and 6 positions of the glucose ring of cellulose acetate (B) can be measured by the NMR method according to the method of Tezuka (Carbonydr. Res. 273, 83 (1995)). That is, a free hydroxyl group of a cellulose acetate sample is propionylated with propionic anhydride in pyridine. The obtained sample is dissolved in deuterated chloroform, and a 13 C-NMR spectrum is measured. The carbon signal of the acetyl group appears in the order of 2, 3, 6 from the high magnetic field in the region of 169 ppm to 171 ppm, and the signal of the carbonyl carbon of the propionyl group appears in the same order in the region of 172 ppm to 174 ppm. From the abundance ratio of the acetyl group and propionyl group at the corresponding positions, the degree of substitution of each acetyl group at the 2, 3, 6 positions of the glucose ring in the original cellulose acetate (B) can be determined. In addition, the sum of the substitution degree of each acetyl group at the 2, 3, and 6 positions thus obtained is the total substitution degree of acetyl group, and the total substitution degree of acetyl group can be obtained by this method. The total substitution degree of acetyl group can be analyzed by 1 H-NMR in addition to 13 C-NMR.

2,3,6位のアセチル基置換度の標準偏差σは、次の式で定義される。

Figure 2015088472
The standard deviation σ of the substitution degree of acetyl groups at the 2, 3, 6 positions is defined by the following formula.
Figure 2015088472

酢酸セルロース(B)のグルコース環の2,3および6位のアセチル基置換度の標準偏差は、特に限定されないが、0.08以下(0〜0.08)であることが好ましい。該標準偏差が0.08以下である酢酸セルロース(B)は、グルコース環の2,3,6位が均等に置換されており、特に低置換度酢酸セルロースの場合には水に対する溶解性に優れる傾向がある。また、電極活物質層の強度も向上する傾向がある。   Although the standard deviation of the acetyl group substitution degree at the 2, 3 and 6 positions of the glucose ring of cellulose acetate (B) is not particularly limited, it is preferably 0.08 or less (0 to 0.08). In the cellulose acetate (B) having a standard deviation of 0.08 or less, the 2, 3, and 6 positions of the glucose ring are evenly substituted, and particularly in the case of a low-substituted cellulose acetate, it has excellent solubility in water. Tend. In addition, the strength of the electrode active material layer tends to be improved.

(多分散性(Mw/Mn))
本発明において、酢酸セルロース(B)の多分散性(分散度;Mw/Mn)は、前処理なしの酢酸セルロース(試料)を用いてGPC−光散乱法により求めた値(例えば、アセチル基総置換度が2.0〜3.0の酢酸セルロースの場合)、又は、酢酸セルロース(試料)の残存水酸基をすべてプロピオニル化して得られるセルロースアセテートプロピオネートを用いてGPC−光散乱法により求めた値(例えば、アセチル基総置換度が2.0未満(特に、0.5〜1.1)の低置換度酢酸セルロースの場合)である。
(Polydispersity (Mw / Mn))
In the present invention, the polydispersity (dispersity; Mw / Mn) of cellulose acetate (B) is a value obtained by GPC-light scattering method using cellulose acetate (sample) without pretreatment (for example, total acetyl group In the case of cellulose acetate having a degree of substitution of 2.0 to 3.0), or cellulose acetate propionate obtained by propionylating all remaining hydroxyl groups of cellulose acetate (sample), it was determined by GPC-light scattering method. Value (for example, in the case of low-substituted cellulose acetate having a total degree of acetyl group substitution of less than 2.0 (particularly 0.5 to 1.1)).

酢酸セルロース(B)の多分散性(分散度;Mw/Mn)は、特に限定されないが、特に酢酸セルロース(B)が低置換度酢酸セルロースの場合には、1.2〜2.5の範囲であることが好ましい。多分散性Mw/Mnが上記の範囲にある酢酸セルロース(B)は、分子の大きさが揃っており、水に対する溶解性に優れるとともに、電極活物質層の強度も向上する傾向がある。また、特に酢酸セルロース(B)がジアセチルセルロース又はトリアセチルセルロースの場合、その多分散性は、2.0を超え、7.5以下であることが好ましい。多分散性Mw/Mnが上記の範囲にある酢酸セルロース(B)を使用することにより、強度に優れた電極活物質層が得られる傾向がある。   The polydispersity (dispersion degree; Mw / Mn) of cellulose acetate (B) is not particularly limited, but is in the range of 1.2 to 2.5, particularly when cellulose acetate (B) is a low-substituted cellulose acetate. It is preferable that Cellulose acetate (B) having polydispersity Mw / Mn in the above range has a uniform molecular size, and is excellent in solubility in water and tends to improve the strength of the electrode active material layer. In particular, when the cellulose acetate (B) is diacetyl cellulose or triacetyl cellulose, the polydispersity is preferably more than 2.0 and not more than 7.5. There exists a tendency for the electrode active material layer excellent in intensity | strength to be obtained by using the cellulose acetate (B) which has polydispersity Mw / Mn in said range.

酢酸セルロース(B)の数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)および多分散性(Mw/Mn)は、HPLCを用いた公知の方法で求めることができる。本発明において、酢酸セルロース(B)の多分散性(Mw/Mn)は、前処理なしの酢酸セルロース(試料;例えば、アセチル基総置換度が2.0〜3.0の酢酸セルロース)又は酢酸セルロース(試料;例えば、低置換度酢酸セルロース)の残存水酸基をすべてプロピオニル化して得られるセルロースアセテートプロピオネートを用いてGPC−光散乱法により求めることができる。特に、アセチル基総置換度が2.0未満の酢酸セルロースの多分散性(Mw/Mn)等は、測定試料を有機溶媒に可溶とするため、上記組成分布半値幅の実測値を求める場合と同様の方法で、酢酸セルロース(試料)を完全誘導体化セルロースアセテートプロピオネート(CAP)とした後、以下の条件でサイズ排除クロマトグラフィー分析を行うことにより決定される(GPC−光散乱法)。
装置:Shodex製 GPC 「SYSTEM−21H」
溶媒:アセトン
カラム:GMHxl(東ソー)2本、同ガードカラム
流速:0.8ml/min
温度:29℃
試料濃度:0.25%(wt/vol)
注入量:100μl
検出:MALLS(多角度光散乱検出器)(Wyatt製、「DAWN−EOS」)
MALLS補正用標準物質:PMMA(分子量27600)
The number average molecular weight (Mn), weight average molecular weight (Mw) and polydispersity (Mw / Mn) of cellulose acetate (B) can be determined by a known method using HPLC. In the present invention, polydispersity (Mw / Mn) of cellulose acetate (B) is determined by cellulose acetate without any pretreatment (sample; for example, cellulose acetate having an acetyl group total substitution degree of 2.0 to 3.0) or acetic acid. It can be determined by a GPC-light scattering method using cellulose acetate propionate obtained by propionylating all remaining hydroxyl groups of cellulose (sample; for example, low-substituted cellulose acetate). In particular, the polydispersity (Mw / Mn) of cellulose acetate having an acetyl group total substitution degree of less than 2.0 is used to obtain a measured value of the above-described half-width of the composition distribution in order to make the measurement sample soluble in an organic solvent. In the same manner as above, the cellulose acetate (sample) is converted into a fully derivatized cellulose acetate propionate (CAP) and then subjected to size exclusion chromatography analysis under the following conditions (GPC-light scattering method) .
Equipment: GPC “SYSTEM-21H” manufactured by Shodex
Solvent: Acetone Column: 2 GMHxl (Tosoh), same guard column Flow rate: 0.8 ml / min
Temperature: 29 ° C
Sample concentration: 0.25% (wt / vol)
Injection volume: 100 μl
Detection: MALLS (multi-angle light scattering detector) (manufactured by Wyatt, “DAWN-EOS”)
MALLS correction standard substance: PMMA (molecular weight 27600)

(重量平均重合度(DPw))
本発明において、酢酸セルロース(B)の重量平均重合度(DPw)は、前処理なしの酢酸セルロース(試料)を用いてGPC−光散乱法により求めた値(例えば、アセチル基総置換度が2.0〜3.0の酢酸セルロースの場合)、又は、酢酸セルロース(試料)の残存水酸基をすべてプロピオニル化して得られるセルロースアセテートプロピオネートを用いてGPC−光散乱法により求めた値(例えば、アセチル基総置換度が2.0未満(特に、0.5〜1.1)の低置換度酢酸セルロースの場合)である。
(Weight average degree of polymerization (DPw))
In the present invention, the weight average polymerization degree (DPw) of cellulose acetate (B) is a value obtained by GPC-light scattering method using cellulose acetate (sample) without pretreatment (for example, the total substitution degree of acetyl group is 2). (In the case of cellulose acetate of 0.0 to 3.0), or a value obtained by GPC-light scattering method using cellulose acetate propionate obtained by propionylating all remaining hydroxyl groups of cellulose acetate (sample) (for example, The total degree of acetyl group substitution is less than 2.0 (particularly in the case of low-substituted cellulose acetate having 0.5 to 1.1).

本発明における酢酸セルロース(B)の重量平均重合度(DPw)は、50〜800の範囲であることが好ましい。重量平均重合度(DPw)が低すぎると、電極活物質層の強度が低くなる傾向がある。また、重量平均重合度(DPw)が高すぎると、濾過性が悪くなりやすい。上記重量平均重合度(DPw)は、好ましくは55〜700、さらに好ましくは60〜600である。   The weight average polymerization degree (DPw) of cellulose acetate (B) in the present invention is preferably in the range of 50 to 800. When the weight average degree of polymerization (DPw) is too low, the strength of the electrode active material layer tends to be low. On the other hand, if the weight average degree of polymerization (DPw) is too high, filterability tends to deteriorate. The weight average polymerization degree (DPw) is preferably 55 to 700, and more preferably 60 to 600.

上記重量平均重合度(DPw)は、上記多分散性(Mw/Mn)と同じく、上記組成分布半値幅の実測値を求める場合と同様の方法で、前処理なしの酢酸セルロース(試料;例えば、アセチル基総置換度が2.0〜3.0の酢酸セルロース)について、又は、酢酸セルロース(試料;例えば、低置換度酢酸セルロース)を完全誘導体化セルロースアセテートプロピオネート(CAP)とした後、サイズ排除クロマトグラフィー分析を行うことにより求められる(GPC−光散乱法)。   The weight average degree of polymerization (DPw) is the same as in the case of obtaining the measured value of the half width of the composition distribution as in the case of the polydispersity (Mw / Mn). After cellulose acetate (sample; for example, low-substituted cellulose acetate) is completely derivatized cellulose acetate propionate (CAP) Determined by performing size exclusion chromatography analysis (GPC-light scattering method).

上述のように、水溶性の酢酸セルロース(B)(特に、アセチル基総置換度が0.5〜1.1の低置換度酢酸セルロース)の分子量(重合度)、多分散性(Mw/Mn)はGPC−光散乱法(GPC−MALLS、GPC−LALLSなど)により測定される。なお、光散乱の検出は、一般に水系溶媒では困難である。これは水系溶媒には一般的に異物が多く、一旦精製しても二次汚染されやすいことによる。また、水系溶媒では、微量に存在するイオン性解離基の影響のため分子鎖の広がりが安定しない場合があり、それを抑えるために水溶性無機塩(例えば塩化ナトリウム)を添加したりすると、溶解状態が不安定になり、水溶液中で会合体を形成したりすることがある。この問題を回避するための有効な方法の一つは、低置換度酢酸セルロースを誘導体化し、異物が少なく、二次汚染されにくい有機溶媒に溶解するようにし、有機溶媒でGPC−光散乱測定を行うことである。この目的の低置換度酢酸セルロースの誘導体化としてはプロピオニル化が有効であり、具体的な反応条件および後処理は上記組成分布半値幅の実測値の説明箇所で記載した通りである。   As described above, the molecular weight (degree of polymerization) of water-soluble cellulose acetate (B) (particularly, low-substituted cellulose acetate having a total substitution degree of acetyl group of 0.5 to 1.1), polydispersity (Mw / Mn ) Is measured by GPC-light scattering method (GPC-MALLS, GPC-LALLS, etc.). Note that detection of light scattering is generally difficult with an aqueous solvent. This is because aqueous solvents generally have a large amount of foreign matter and are easily contaminated by secondary contamination once purified. In addition, in the case of aqueous solvents, the spread of molecular chains may not be stable due to the influence of ionic dissociation groups present in a trace amount, and if water-soluble inorganic salt (for example, sodium chloride) is added to suppress this, it will dissolve. The state may become unstable, and an aggregate may be formed in an aqueous solution. One effective method for avoiding this problem is to derivatize low-substituted cellulose acetate so that it is dissolved in an organic solvent that is less contaminated and less susceptible to secondary contamination. Is to do. Propionylation is effective as the derivatization of low-substituted cellulose acetate for this purpose, and the specific reaction conditions and post-treatment are as described in the explanation of the measured value of the half width of the composition distribution.

(6%粘度)
酢酸セルロース(B)の6%粘度は、特に限定されないが、5〜500mPa・sが好ましく、より好ましくは6〜300mPa・sである。6%粘度が高すぎると濾過性が悪くなる場合がある。また、6%粘度が低すぎると、電極活物質層の強度が低下しやすくなる。
(6% viscosity)
Although 6% viscosity of a cellulose acetate (B) is not specifically limited, 5-500 mPa * s is preferable, More preferably, it is 6-300 mPa * s. If the 6% viscosity is too high, filterability may deteriorate. On the other hand, if the 6% viscosity is too low, the strength of the electrode active material layer tends to decrease.

酢酸セルロース(B)の6%粘度は、下記の方法で測定できる。
50mlのメスフラスコに乾燥試料3.00gを入れ、蒸留水を加え溶解させる。得られた6wt/vol%の溶液を所定のオストワルド粘度計の標線まで移し、25±1℃で約15分間整温する。計時標線間の流下時間を測定し、次式により6%粘度を算出する。
6%粘度(mPa・s)=C×P×t
C:試料溶液恒数
P:試料溶液密度(0.997g/cm3
t:試料溶液の流下秒数
試料溶液恒数は、粘度計校正用標準液[昭和石油社製、商品名「JS−200」(JIS Z 8809に準拠)]を用いて上記と同様の操作で流下時間を測定し、次式より求める。
試料溶液恒数={標準液絶対粘度(mPa・s)}/{標準液の密度(g/cm3)×標準液の流下秒数}
The 6% viscosity of cellulose acetate (B) can be measured by the following method.
Add 3.00 g of dry sample to a 50 ml volumetric flask and add distilled water to dissolve. The obtained 6 wt / vol% solution is transferred to a predetermined Ostwald viscometer mark and temperature-controlled at 25 ± 1 ° C. for about 15 minutes. Measure the flow-down time between the time marks and calculate the 6% viscosity by the following formula.
6% viscosity (mPa · s) = C × P × t
C: Sample solution constant P: Sample solution density (0.997 g / cm 3 )
t: The number of seconds that the sample solution flows down The sample solution constant is the same as described above using a standard solution for viscometer calibration [manufactured by Showa Oil Co., Ltd., trade name “JS-200” (based on JIS Z 8809)]. Measure the flow-down time and obtain it from the following formula.
Sample solution constant = {Standard solution absolute viscosity (mPa · s)} / {Standard solution density (g / cm 3 ) × Standard solution flow down seconds}

酢酸セルロース(B)は、公知乃至慣用の方法により製造できる。例えば、セルロースジアセテートは、特開2009−155555号公報、特開2011−158664号公報等に記載の方法により製造できる。また、酢酸セルロース(B)としては、市販品を使用することもできる。以下では、酢酸セルロース(B)の中でも、低置換度酢酸セルロース(特に、アセチル基総置換度が0.5〜1.1の酢酸セルロース(B))の製造方法について詳細に説明する。   Cellulose acetate (B) can be produced by a known or conventional method. For example, cellulose diacetate can be produced by the methods described in JP2009-155555A, JP2011-158664A, and the like. Moreover, as a cellulose acetate (B), a commercial item can also be used. Below, among cellulose acetate (B), the manufacturing method of low substituted cellulose acetate (especially cellulose acetate (B) whose acetyl group total substitution degree is 0.5-1.1) is demonstrated in detail.

(低置換度酢酸セルロースの製造)
酢酸セルロース(B)の中でも低置換度酢酸セルロースは、例えば、(a)中乃至高置換度酢酸セルロースの加水分解工程(熟成工程)、(b)沈殿工程、および、必要に応じて行う(c)洗浄、中和工程を含む方法により製造できる。
(Production of low-substituted cellulose acetate)
Among the cellulose acetates (B), the low-substituted cellulose acetate is, for example, (a) a medium to high-substituted cellulose acetate hydrolysis step (aging step), (b) a precipitation step, and as necessary (c) ) It can be produced by a method including washing and neutralization steps.

[(a)加水分解工程(熟成工程)]
この工程では、中乃至高置換度酢酸セルロース(以下、「原料酢酸セルロース」と称する場合がある)を加水分解する。原料として用いる中乃至高置換度酢酸セルロースのアセチル基総置換度は、1.5〜3が好ましく、より好ましくは2〜3である。原料酢酸セルロースとしては、市販のセルロースジアセテート(例えば、アセチル基総置換度が2.0以上2.6未満の酢酸セルロース)やセルローストリアセテート(例えば、アセチル基総置換度が2.6以上の酢酸セルロース)を用いることができる。
[(A) Hydrolysis step (aging step)]
In this step, medium to high-substituted cellulose acetate (hereinafter sometimes referred to as “raw cellulose acetate”) is hydrolyzed. The total acetyl group substitution degree of the medium to high substitution cellulose acetate used as the raw material is preferably 1.5 to 3, more preferably 2 to 3. Examples of the raw material cellulose acetate include commercially available cellulose diacetate (for example, cellulose acetate having a total acetyl group substitution degree of 2.0 to less than 2.6) and cellulose triacetate (for example, acetic acid having a total substitution degree of acetyl group of 2.6 or more). Cellulose).

加水分解反応は、有機溶媒中、触媒(熟成触媒)の存在下、原料酢酸セルロースと水とを反応させることにより行うことができる。有機溶媒としては、例えば、酢酸、アセトン、アルコール(メタノール等)、これらの混合溶媒などが挙げられる。これらの中でも、酢酸を少なくとも含む溶媒が好ましい。触媒としては、一般に脱アセチル化触媒として用いられる触媒を使用できる。触媒としては、特に硫酸が好ましい。   The hydrolysis reaction can be performed by reacting raw material cellulose acetate and water in an organic solvent in the presence of a catalyst (aging catalyst). Examples of the organic solvent include acetic acid, acetone, alcohol (such as methanol), and mixed solvents thereof. Among these, a solvent containing at least acetic acid is preferable. As the catalyst, a catalyst generally used as a deacetylation catalyst can be used. As the catalyst, sulfuric acid is particularly preferable.

有機溶媒(例えば、酢酸)の使用量は、特に限定されないが、原料酢酸セルロース1重量部に対して、0.5〜50重量部が好ましく、より好ましくは1〜20重量部、さらに好ましくは3〜10重量部である。   Although the usage-amount of an organic solvent (for example, acetic acid) is not specifically limited, 0.5-50 weight part is preferable with respect to 1 weight part of raw material cellulose acetate, More preferably, it is 1-20 weight part, More preferably, it is 3 -10 parts by weight.

触媒(例えば、硫酸)の使用量は、原料酢酸セルロース1重量部に対して、0.005〜1重量部が好ましく、より好ましくは0.01〜0.5重量部、さらに好ましくは0.02〜0.3重量部である。触媒の量が少なすぎると、加水分解の時間が長くなりすぎ、酢酸セルロースの分子量の低下を引き起こすことがある。一方、触媒の量が多すぎると、加水分解温度に対する解重合速度の変化の度合いが大きくなり、加水分解温度がある程度低くても解重合速度が大きくなり、分子量がある程度大きい酢酸セルロースが得られにくくなる。   The amount of catalyst (for example, sulfuric acid) used is preferably 0.005 to 1 part by weight, more preferably 0.01 to 0.5 part by weight, and still more preferably 0.02 with respect to 1 part by weight of raw material cellulose acetate. -0.3 parts by weight. If the amount of the catalyst is too small, the hydrolysis time becomes too long, which may cause a decrease in the molecular weight of cellulose acetate. On the other hand, if the amount of the catalyst is too large, the degree of change in the depolymerization rate with respect to the hydrolysis temperature increases, and even if the hydrolysis temperature is low to some extent, the depolymerization rate increases and it is difficult to obtain cellulose acetate having a somewhat high molecular weight. Become.

加水分解工程における水の量は、特に限定されないが、原料酢酸セルロース1重量部に対して、0.5〜20重量部が好ましく、より好ましくは1〜10重量部、さらに好ましくは2〜7重量部である。また、該水の量は、有機溶媒(例えば、酢酸)1重量部に対して、0.1〜5重量部が好ましく、より好ましくは0.3〜2重量部、さらに好ましくは0.5〜1.5重量部である。水は、反応開始時において全ての量を系内に存在させてもよいが、酢酸セルロースの沈殿を防止するため、使用する水の一部を反応開始時に系内に存在させ、残りの水を1〜数回に分けて系内に添加してもよい。   The amount of water in the hydrolysis step is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 20 parts by weight, more preferably 1 to 10 parts by weight, and even more preferably 2 to 7 parts by weight with respect to 1 part by weight of raw material cellulose acetate. Part. The amount of the water is preferably 0.1 to 5 parts by weight, more preferably 0.3 to 2 parts by weight, and still more preferably 0.5 to 5 parts by weight with respect to 1 part by weight of the organic solvent (eg, acetic acid). 1.5 parts by weight. Although all amounts of water may be present in the system at the start of the reaction, in order to prevent precipitation of cellulose acetate, a part of the water to be used is present in the system at the start of the reaction, and the remaining water is removed. It may be added to the system in 1 to several times.

加水分解工程における反応温度は、特に限定されないが、40〜130℃が好ましく、より好ましくは50〜120℃、さらに好ましくは60〜110℃である。特に、反応温度を90℃以上(或いは90℃を超える温度)とし、好ましくは、触媒として硫酸等の強酸を用い、且つ反応溶媒として酢酸を過剰に用いる場合には、正反応(加水分解反応)だけでなく逆反応(アセチル化反応)も起こり、その結果、置換度分布が狭くなり、後処理条件を特に工夫しなくとも、組成分布指数CDIの極めて小さい低置換度酢酸セルロースを得ることができる。また、反応温度を90℃以下とする場合であっても、後述するように、沈殿工程において、沈殿溶媒として二種以上の溶媒を含む混合溶媒を用いて沈殿させたり、沈殿分別および/又は溶解分別を行うことにより、組成分布指数CDIが非常に小さい低置換度酢酸セルロースを得ることができる。   Although the reaction temperature in a hydrolysis process is not specifically limited, 40-130 degreeC is preferable, More preferably, it is 50-120 degreeC, More preferably, it is 60-110 degreeC. In particular, when the reaction temperature is 90 ° C. or higher (or a temperature exceeding 90 ° C.), preferably when a strong acid such as sulfuric acid is used as a catalyst and acetic acid is used excessively as a reaction solvent, a positive reaction (hydrolysis reaction). In addition to this, a reverse reaction (acetylation reaction) occurs, and as a result, the substitution degree distribution becomes narrow, and it is possible to obtain a low substituted cellulose acetate having a very small composition distribution index CDI without any particular ingenuity in the post-treatment conditions. . Even when the reaction temperature is 90 ° C. or lower, as described later, in the precipitation step, precipitation is performed using a mixed solvent containing two or more solvents as the precipitation solvent, precipitation separation and / or dissolution. By performing the fractionation, a low-substituted cellulose acetate having a very small composition distribution index CDI can be obtained.

[(b)沈殿工程]
この工程では、加水分解反応終了後、反応系の温度を室温まで冷却し、沈殿溶媒を加えて低置換度酢酸セルロースを沈殿させる。沈殿溶媒としては、水と混和する有機溶剤若しくは水に対する溶解度の大きい有機溶剤を使用できる。例えば、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン;メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール;酢酸エチル等のエステル;アセトニトリル等の含窒素化合物;テトラヒドロフラン等のエーテル;これらの混合溶媒等が挙げられる。
[(B) Precipitation step]
In this step, after completion of the hydrolysis reaction, the temperature of the reaction system is cooled to room temperature, and a precipitation solvent is added to precipitate low-substituted cellulose acetate. As the precipitation solvent, an organic solvent miscible with water or an organic solvent having high solubility in water can be used. Examples include ketones such as acetone and methyl ethyl ketone; alcohols such as methanol, ethanol and isopropyl alcohol; esters such as ethyl acetate; nitrogen-containing compounds such as acetonitrile; ethers such as tetrahydrofuran; and mixed solvents thereof.

沈殿溶媒として二種以上の溶媒を含む混合溶媒を用いると、後述する沈殿分別と同様の効果が得られ、組成分布(分子間置換度分布)が狭く、組成分布指数(CDI)が小さい低置換度酢酸セルロースを得ることができる。好ましい混合溶媒として、例えば、アセトンとメタノールの混合溶媒、イソプロピルアルコールとメタノールの混合溶媒等が挙げられる。   When a mixed solvent containing two or more kinds of solvents is used as the precipitation solvent, the same effect as the precipitation fractionation described later can be obtained, the composition distribution (intermolecular substitution degree distribution) is narrow, and the low substitution with a small composition distribution index (CDI). Degree cellulose acetate can be obtained. Preferred examples of the mixed solvent include a mixed solvent of acetone and methanol, a mixed solvent of isopropyl alcohol and methanol, and the like.

また、沈殿させて得られた低置換度酢酸セルロースに対して、さらに沈殿分別(分別沈殿)および/又は溶解分別(分別溶解)を行うことにより、組成分布(分子間置換度分布)が狭く、組成分布指数(CDI)が非常に小さい低置換度酢酸セルロースを得ることができる。   Further, by performing precipitation fractionation (fractional precipitation) and / or dissolution fractionation (fractional dissolution) on the low-substituted cellulose acetate obtained by precipitation, the composition distribution (intermolecular substitution degree distribution) is narrow, Low substituted cellulose acetate having a very small composition distribution index (CDI) can be obtained.

沈殿分別は、例えば、沈殿して得られた低置換度酢酸セルロース(固形物)を水に溶解させ、適当な濃度(例えば、2〜10重量%、好ましくは3〜8重量%)の水溶液とし、この水溶液に貧溶媒を加え(又は、貧溶媒に上記水溶液を加え)、適宜な温度(例えば、30℃以下、好ましくは20℃以下)に保持して、低置換度酢酸セルロースを沈殿させ、沈殿物を回収することにより行うことができる。貧溶媒としては、例えば、メタノール等のアルコール、アセトン等のケトン等が挙げられる。貧溶媒の使用量は、上記水溶液1重量部に対して、例えば1〜10重量部が好ましく、より好ましくは2〜7重量部である。   For precipitation fractionation, for example, low-substituted cellulose acetate (solid matter) obtained by precipitation is dissolved in water to obtain an aqueous solution having an appropriate concentration (for example, 2 to 10% by weight, preferably 3 to 8% by weight). Then, a poor solvent is added to this aqueous solution (or the above aqueous solution is added to the poor solvent), and kept at an appropriate temperature (for example, 30 ° C. or lower, preferably 20 ° C. or lower) to precipitate low-substituted cellulose acetate, This can be done by collecting the precipitate. Examples of the poor solvent include alcohols such as methanol and ketones such as acetone. The amount of the poor solvent used is preferably, for example, 1 to 10 parts by weight, and more preferably 2 to 7 parts by weight with respect to 1 part by weight of the aqueous solution.

溶解分別は、例えば、上記沈殿させて得られた低置換度酢酸セルロース(固形物)或いは上記沈殿分別で得られた低置換度酢酸セルロース(固形物)に、水と有機溶媒(例えば、アセトン等のケトン、エタノール等のアルコール等)の混合溶媒を加え、適宜な温度(例えば、20〜80℃、好ましくは25〜60℃)で撹拌後、遠心分離により濃厚相と希薄相とに分離し、希薄相に沈殿溶剤(例えば、アセトン等のケトン、メタノール等のアルコール等)を加え、沈殿物(固形物)を回収することにより行うことができる。上記水と有機溶媒の混合溶媒における有機溶媒の濃度は、例えば、5〜50重量%が好ましく、より好ましくは10〜40重量%である。   For the dissolution fractionation, for example, the low-substituted cellulose acetate (solid matter) obtained by the precipitation or the low-substituted cellulose acetate (solid matter) obtained by the precipitation fractionation is mixed with water and an organic solvent (for example, acetone or the like). A mixed solvent of ketone, alcohol such as ethanol) and stirring at an appropriate temperature (for example, 20 to 80 ° C., preferably 25 to 60 ° C.), and then separated into a concentrated phase and a diluted phase by centrifugation, A precipitation solvent (for example, a ketone such as acetone or an alcohol such as methanol) is added to the diluted phase, and the precipitate (solid matter) is recovered. The concentration of the organic solvent in the mixed solvent of water and organic solvent is preferably, for example, 5 to 50% by weight, and more preferably 10 to 40% by weight.

[(c)洗浄、中和工程]
上述の(b)沈殿工程で得られた沈殿物(固形物)は、メタノール等のアルコール、アセトン等のケトンなどの有機溶媒(貧溶媒)で洗浄することが好ましい。また、塩基性物質を含む有機溶媒(例えば、メタノール等のアルコール、アセトン等のケトンなど)で洗浄、中和することも好ましい。
[(C) Washing and neutralization step]
The precipitate (solid matter) obtained in the above-described (b) precipitation step is preferably washed with an organic solvent (poor solvent) such as alcohol such as methanol or ketone such as acetone. Moreover, it is also preferable to wash and neutralize with an organic solvent containing a basic substance (for example, alcohol such as methanol, ketone such as acetone).

上記塩基性物質としては、例えば、アルカリ金属化合物(例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物;炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等のアルカリ金属炭酸塩;炭酸水素ナトリウム等のアルカリ金属炭酸水素塩;酢酸ナトリウム、酢酸カリウム等のアルカリ金属カルボン酸塩;ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド等のナトリウムアルコキシド等)、アルカリ土類金属化合物(例えば、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム等のアルカリ土類金属水酸化物;炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム等のアルカリ土類金属炭酸塩;酢酸マグネシウム、酢酸カルシウム等のアルカリ土類金属カルボン酸塩;マグネシウムエトキシド等のアルカリ土類金属アルコキシド等)等を使用できる。これらの中でも、特に、酢酸カリウム等のアルカリ金属化合物が好ましい。   Examples of the basic substance include alkali metal compounds (for example, alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide; alkali metal carbonates such as sodium carbonate and potassium carbonate; alkali metal carbonates such as sodium hydrogen carbonate) Hydrogen salts; alkali metal carboxylates such as sodium acetate and potassium acetate; sodium alkoxides such as sodium methoxide and sodium ethoxide), alkaline earth metal compounds (for example, alkaline earth such as magnesium hydroxide and calcium hydroxide) Metal hydroxides; alkaline earth metal carbonates such as magnesium carbonate and calcium carbonate; alkaline earth metal carboxylates such as magnesium acetate and calcium acetate; alkaline earth metal alkoxides such as magnesium ethoxide, etc.) can be used. . Among these, alkali metal compounds such as potassium acetate are particularly preferable.

洗浄、中和により、加水分解工程で用いた触媒(硫酸等)などの不純物を効率よく除去することができる。   By washing and neutralization, impurities such as a catalyst (such as sulfuric acid) used in the hydrolysis step can be efficiently removed.

本発明の蓄電デバイス用電極の電極活物質層において酢酸セルロース(B)は、一種を単独で使用することもできるし、二種以上を組み合わせて使用することもできる。   In the electrode active material layer of the electrode for an electricity storage device of the present invention, cellulose acetate (B) can be used alone or in combination of two or more.

上記電極活物質層における酢酸セルロース(B)の含有量は、特に限定されないが、電極活物質層(100重量%)に対して、0.1〜50重量%が好ましく、より好ましくは1〜30重量%、さらに好ましくは2〜20重量%、特に好ましくは5〜15重量%である。酢酸セルロース(B)の含有量を上述の範囲に制御することにより優れた充放電特性を有する蓄電デバイス(電池やキャパシター等)を得ることができる傾向がある。   Although content of the cellulose acetate (B) in the said electrode active material layer is not specifically limited, 0.1-50 weight% is preferable with respect to an electrode active material layer (100 weight%), More preferably, it is 1-30. % By weight, more preferably 2 to 20% by weight, particularly preferably 5 to 15% by weight. There exists a tendency which can obtain the electrical storage device (a battery, a capacitor, etc.) which has the outstanding charging / discharging characteristic by controlling content of a cellulose acetate (B) to the above-mentioned range.

3.その他の成分
上記電極活物質層には、電極活物質(A)および酢酸セルロース(B)以外の成分(「その他の成分」と称する場合がある)が含まれていてもよい。その他の成分としては、リチウムイオン電池や非水系電気二重層キャパシターにおける電極に使用される公知乃至慣用の添加剤等を使用でき、特に限定さないが、例えば、導電助材(例えば、アセチレンブラック、グラファイト、金属粉末等)、界面活性剤、酢酸セルロース(B)以外の樹脂、充填材[負極活物質(A)を除く]、光安定剤、着色剤、流動改質剤、帯電防止剤、抗菌剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、滑剤、可塑剤、離型剤、難燃剤等が挙げられる。その他の成分の使用量は、特に限定されないが、電極活物質層(100重量%)中の含有量として、それぞれ、30重量%以下が好ましく、より好ましくは15重量%以下、さらに好ましくは5重量%以下である。これらの添加剤の総添加量は、電極活物質層(100重量%)中の含有量として、30重量%以下が好ましく、より好ましくは20重量%以下、さらに好ましくは10重量%以下である。
3. Other Components The electrode active material layer may contain components other than the electrode active material (A) and cellulose acetate (B) (sometimes referred to as “other components”). As other components, known or commonly used additives used for electrodes in lithium ion batteries and non-aqueous electric double layer capacitors can be used, and are not particularly limited. For example, a conductive additive (for example, acetylene black, Graphite, metal powder, etc.), surfactants, resins other than cellulose acetate (B), fillers (excluding the negative electrode active material (A)), light stabilizers, colorants, flow modifiers, antistatic agents, antibacterial agents Agents, ultraviolet absorbers, antioxidants, lubricants, plasticizers, mold release agents, flame retardants and the like. The amount of other components used is not particularly limited, but the content in the electrode active material layer (100% by weight) is preferably 30% by weight or less, more preferably 15% by weight or less, and still more preferably 5% by weight. % Or less. The total addition amount of these additives is preferably 30% by weight or less, more preferably 20% by weight or less, and still more preferably 10% by weight or less as the content in the electrode active material layer (100% by weight).

上記電極活物質層(特に、リチウムイオン電池における負極活物質層)は、スチレン−ブタジエンゴムを含まないものであってもよい。水系の製造方法により上述の負極活物質層を形成する場合、スチレン−ブタジエンゴムを含まないことによって、電極形成用組成物(水系)の安定性が向上し、負極の生産性が向上する傾向がある。   The electrode active material layer (particularly, the negative electrode active material layer in a lithium ion battery) may not contain styrene-butadiene rubber. When the above-described negative electrode active material layer is formed by an aqueous manufacturing method, the stability of the electrode-forming composition (aqueous) is improved and the productivity of the negative electrode tends to be improved by not including styrene-butadiene rubber. is there.

本発明の蓄電デバイス用電極は、上述の集電体および電極活物質層以外の部材(部品)を有するものであってもよい。   The electrode for an electricity storage device of the present invention may have a member (component) other than the above-described current collector and electrode active material layer.

<蓄電デバイス用電極の製造方法>
本発明の蓄電デバイス用電極は、公知乃至慣用の蓄電デバイスの電極の製造方法により製造でき、特に限定されないが、例えば、上記電極における電極活物質層は、乾式法(溶媒を使用しない方法)、湿式法(溶媒を使用する方法)のいずれによっても製造できる。中でも、集電体と電極活物質層との密着性に優れた電極を容易に得ることができる点で、湿式法が好ましい。本発明の蓄電デバイス用電極は、湿式法の中でも、溶媒として有機溶媒を使用する方法(「有機溶媒系の製造方法」と称する場合がある)と、溶媒として水を使用する方法(「水系の製造方法」と称する場合がある)とのいずれの方法によっても製造することもできる。例えば、環境保護や作業環境の安全性向上等の観点で、水系の製造方法を採用することが好ましい場合がある。
<Method for producing electrode for power storage device>
The electrode for an electricity storage device of the present invention can be produced by a known or conventional method for producing an electrode of an electricity storage device, and is not particularly limited. For example, the electrode active material layer in the electrode is a dry method (a method that does not use a solvent), It can be produced by any of wet methods (method using a solvent). Among these, a wet method is preferable in that an electrode excellent in adhesion between the current collector and the electrode active material layer can be easily obtained. The electrode for an electricity storage device of the present invention includes, among wet methods, a method using an organic solvent as a solvent (sometimes referred to as “organic solvent-based production method”) and a method using water as a solvent (“water-based method”). It may also be produced by any of the methods described in the above. For example, it may be preferable to adopt a water-based manufacturing method from the viewpoint of environmental protection or improvement in safety of the working environment.

本発明の蓄電デバイス用電極の製造方法のうち、有機溶媒系の製造方法としては、具体的には、電極活物質(A)、酢酸セルロース(B)、および有機溶媒を必須成分として含む電極形成用組成物を調製する工程(「工程1」と称する場合がある)と、工程1で得られた上記電極形成用組成物を集電体上に塗布し、乾燥させて、上記集電体上に電極活物質層を形成する工程(「工程2」と称する場合がある)とを必須の工程として含む方法が挙げられる。   Among the methods for producing an electrode for an electricity storage device of the present invention, as an organic solvent-based production method, specifically, electrode formation comprising an electrode active material (A), cellulose acetate (B), and an organic solvent as essential components A step of preparing a composition for an electrode (sometimes referred to as “step 1”), and the electrode-forming composition obtained in step 1 is applied on a current collector and dried, and then on the current collector. And a step of forming an electrode active material layer (sometimes referred to as “step 2”) as an essential step.

[工程1]
上述の有機溶媒系の製造方法の工程1においては、電極活物質(A)と、酢酸セルロース(B)と、有機溶媒とを必須成分として含む電極形成用組成物(「電極形成用組成物(有機溶媒系)」と称する場合がある)を調製する。上記有機溶媒としては、公知乃至慣用の有機溶媒を使用することができ、また、好ましい有機溶媒は酢酸セルロース(B)のアセチル基総置換度等によっても異なり、特に限定されないが、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、イソブチルケトン、メチルt−ブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン;メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール等のアルコール;テトラヒドロフラン(THF)、ジオキサン等の鎖状又は環状エーテル;N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリドン(NMP)等の非プロトン性極性溶媒;塩化メチレン、クロロホルム等のハロゲン系溶媒;これらの混合物等が挙げられる。なお、例えば、酢酸セルロース(B)のうち、低置換度酢酸セルロース(例えば、アセチル基総置換度が0.5〜1.1の酢酸セルロース)は、特に、水やNMP等に対する溶解性が高く;セルロースジアセテート(例えば、アセチル基総置換度が2以上2.6未満の酢酸セルロース)は、特に、アセトン、THF、DMF等に対する溶解性が高く;セルローストリアセテート(例えば、アセチル基総置換度が2.6以上の酢酸セルロース)は、特に、クロロホルムや塩化メチレン等に対する溶解性が高いため、使用する酢酸セルロース(B)のアセチル基総置換度に応じて適切な溶媒を選択することが好ましい。
[Step 1]
In step 1 of the organic solvent-based production method described above, an electrode-forming composition ("electrode-forming composition (") containing the electrode active material (A), cellulose acetate (B), and an organic solvent as essential components. Organic solvent system)) ") may be prepared. As the organic solvent, known or commonly used organic solvents can be used, and preferred organic solvents vary depending on the total degree of acetyl group substitution of cellulose acetate (B) and are not particularly limited. For example, acetone, Ketones such as methyl ethyl ketone, isobutyl ketone, methyl t-butyl ketone and cyclohexanone; alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol and butanol; linear or cyclic ethers such as tetrahydrofuran (THF) and dioxane; N, N-dimethylformamide (DMF), Examples include aprotic polar solvents such as dimethylacetamide, dimethylsulfoxide and N-methylpyrrolidone (NMP); halogen solvents such as methylene chloride and chloroform; and mixtures thereof. For example, among cellulose acetate (B), low-substituted cellulose acetate (for example, cellulose acetate having an acetyl group total substitution degree of 0.5 to 1.1) has particularly high solubility in water, NMP, and the like. Cellulose diacetate (for example, cellulose acetate having an acetyl group total substitution degree of 2 or more and less than 2.6) is particularly highly soluble in acetone, THF, DMF, etc .; cellulose triacetate (for example, acetyl group total substitution degree is Since 2.6 or more cellulose acetate is particularly highly soluble in chloroform, methylene chloride, and the like, it is preferable to select an appropriate solvent according to the total degree of acetyl group substitution of cellulose acetate (B) to be used.

有機溶媒の使用量は、酢酸セルロース(B)のアセチル基総置換度および使用量等、電極活物質(A)の種類および使用量等に応じて適宜選択でき、特に限定されないが、酢酸セルロース(B)100重量部に対して、100〜3000重量部が好ましく、より好ましくは200〜2000重量部、さらに好ましくは300〜1000重量部である。   The amount of the organic solvent used can be appropriately selected according to the type and amount of use of the electrode active material (A), such as the total acetyl group substitution degree and amount of use of cellulose acetate (B), and is not particularly limited. B) 100 to 3000 parts by weight is preferable with respect to 100 parts by weight, more preferably 200 to 2000 parts by weight, and still more preferably 300 to 1000 parts by weight.

工程1において電極形成用組成物(有機溶媒系)を調製する方法は、特に限定されないが、例えば、電極活物質(A)と、酢酸セルロース(B)と、有機溶媒と、さらに必要に応じてその他の添加剤等を、汎用の混合機に供給して均一に混合する方法等が挙げられる。混合機としては、特に限定されないが、例えば、撹拌機付き容器、ヘンシェルミキサー、ビーズミル、プラストミル、バンバリーミキサー、プラネタリーミキサー、押出機等が挙げられる。なお、電極形成用組成物(有機溶媒系)の調製は、例えば、各成分を一括で混合する一段階の混合操作により行うこともできるし、各成分を段階的に(逐次)混合する二段階以上の多段階の混合操作により行うこともできる。中でも、電極活物質(A)の分散性の観点で、電極形成用組成物(有機溶媒系)の調製は、下記の二つの工程(段階)を含む混合操作により行うことが好ましい。
(i)酢酸セルロース(B)を有機溶媒に溶解させて、酢酸セルロース(B)溶液を調製する工程
(ii)酢酸セルロース(B)溶液に電極活物質(A)を配合し、分散させる工程
The method for preparing the electrode-forming composition (organic solvent system) in Step 1 is not particularly limited. For example, the electrode active material (A), cellulose acetate (B), an organic solvent, and further, if necessary. Examples include a method in which other additives and the like are supplied to a general-purpose mixer and mixed uniformly. Although it does not specifically limit as a mixer, For example, a container with a stirrer, a Henschel mixer, a bead mill, a plast mill, a Banbury mixer, a planetary mixer, an extruder etc. are mentioned. The electrode-forming composition (organic solvent system) can be prepared by, for example, a one-stage mixing operation in which the components are mixed at one time, or in two steps in which the components are mixed stepwise (sequentially). It can also be performed by the above multistage mixing operation. Among these, from the viewpoint of dispersibility of the electrode active material (A), the preparation of the electrode forming composition (organic solvent system) is preferably performed by a mixing operation including the following two steps (stages).
(I) Step of preparing cellulose acetate (B) solution by dissolving cellulose acetate (B) in an organic solvent (ii) Step of blending and dispersing electrode active material (A) in cellulose acetate (B) solution

工程1により、電極活物質(A)と、酢酸セルロース(B)と、有機溶媒とを必須成分として含む電極形成用組成物(有機溶媒系)が得られる。   By the process 1, the composition for electrode formation (organic solvent type | system | group) which contains an electrode active material (A), a cellulose acetate (B), and an organic solvent as an essential component is obtained.

[工程2]
上述の有機溶媒系の製造方法の工程2においては、工程1において得られた電極形成用組成物(有機溶媒系)を集電体上に塗布し、乾燥させて、上記集電体上に電極活物質層を形成する。電極形成用組成物(有機溶媒系)を集電体上に塗布する方法としては、公知乃至慣用の方法を適用でき、特に限定されないが、例えば、リバースロール法、ダイレクトロール法、グラビア法、エクストルージョン法、刷毛塗り法、ドクターブレード法等が挙げられる。なお、集電体上に塗布する電極形成用組成物(有機溶媒系)の厚みは、乾燥させて形成させる電極活物質層の厚みに応じて適宜設定することができ、特に限定されないが、例えば、1〜1000μmの範囲から選択できる。
[Step 2]
In step 2 of the organic solvent-based manufacturing method described above, the electrode-forming composition (organic solvent-based) obtained in step 1 is applied onto a current collector and dried to provide an electrode on the current collector. An active material layer is formed. As a method for applying the electrode forming composition (organic solvent system) onto the current collector, a known or conventional method can be applied, and is not particularly limited. For example, a reverse roll method, a direct roll method, a gravure method, an extensible method. Examples include a rouge method, a brush coating method, and a doctor blade method. The thickness of the electrode-forming composition (organic solvent system) applied on the current collector can be appropriately set according to the thickness of the electrode active material layer formed by drying, and is not particularly limited. , 1 to 1000 μm can be selected.

工程2において、集電体上に塗布した電極形成用組成物(有機溶媒系)を乾燥させる方法としては、公知乃至慣用の方法を適用でき、特に限定されない。中でも、生産性の観点で、加熱による乾燥方法が好ましい。なお、加熱による乾燥は、常圧下で行うこともできるし、減圧下又は加圧下で実施することもできる。上記乾燥に際しての加熱温度は、特に限定されないが、80〜200℃が好ましく、より好ましくは110〜190℃、さらに好ましくは140〜180℃である。加熱温度を80℃以上とすることにより、乾燥時間の短縮が可能となり生産性がより向上する傾向がある。一方、加熱温度を200℃以下とすることにより、蓄電デバイスの充放電特性の低下が抑制される傾向がある。なお、加熱温度は、乾燥の間、一定となるように制御することもできるし、段階的又は連続的に変動するように制御することもできる。また、加熱時間(総時間)は、特に限定されないが、例えば、0.1〜60分間から適宜選択することができる。   In Step 2, a known or conventional method can be applied as a method for drying the electrode-forming composition (organic solvent) applied on the current collector, and is not particularly limited. Among these, from the viewpoint of productivity, a drying method by heating is preferable. In addition, drying by heating can be performed under normal pressure, or can be performed under reduced pressure or under pressure. Although the heating temperature in the said drying is not specifically limited, 80-200 degreeC is preferable, More preferably, it is 110-190 degreeC, More preferably, it is 140-180 degreeC. By setting the heating temperature to 80 ° C. or higher, the drying time can be shortened and the productivity tends to be further improved. On the other hand, when the heating temperature is set to 200 ° C. or lower, a decrease in charge / discharge characteristics of the electricity storage device tends to be suppressed. The heating temperature can be controlled to be constant during drying, or can be controlled to vary stepwise or continuously. Further, the heating time (total time) is not particularly limited, but can be appropriately selected from 0.1 to 60 minutes, for example.

本発明の蓄電デバイス用電極は、電極活物質層において酢酸セルロース(B)がバインダーとして機能するため、従来の有機溶媒系の組成物を使用して得られる電極、具体的には、例えば、リチウムイオン電池におけるポリフッ化ビニリデンをバインダーとする電極(特に、負極)と比較して、上述の加熱温度を高く設定でき(例えば、110℃を超える温度に設定でき)、乾燥に要する時間を大幅に短縮することが可能である。従って、本発明の蓄電デバイス用電極は、工程2の短縮によって生産性を著しく向上させることが可能である。また、有機溶媒として吸湿しやすいもの(NMP等)を使用した場合でも、加熱温度を高くすることで水分を高度に除去することができ、水分による電池特性又はキャパシター特性の低下を抑制することができる。これに対して、従来のリチウムイオン電池におけるポリフッ化ビニリデンをバインダーとする電極(特に、負極)は、乾燥の際の加熱温度を高く設定する(例えば、110℃を超える温度とする)と、ポリフッ化ビニリデンの結晶融解が生じて結着性が低下し、電池特性が著しく低下する。このため、乾燥の際の加熱温度を高くすることで乾燥に要する時間を短縮することは困難であった。また、水分の高度な除去が難しく、水分による電池特性の低下を生ずるおそれがあった。従って、本発明の蓄電デバイス用電極が、特に、リチウムイオン電池用電極(特に、負極)である場合に、上述のメリットを効果的に享受できる。   In the electrode for an electricity storage device of the present invention, since cellulose acetate (B) functions as a binder in the electrode active material layer, an electrode obtained by using a conventional organic solvent-based composition, specifically, for example, lithium Compared to the electrode (especially the negative electrode) using polyvinylidene fluoride as a binder in ion batteries, the above heating temperature can be set higher (for example, it can be set to a temperature exceeding 110 ° C.), and the time required for drying is greatly reduced. Is possible. Therefore, the electrode for an electricity storage device of the present invention can significantly improve productivity by shortening the step 2. In addition, even when an organic solvent that easily absorbs moisture (such as NMP) is used, moisture can be removed to a high degree by increasing the heating temperature, and the deterioration of battery characteristics or capacitor characteristics due to moisture can be suppressed. it can. On the other hand, an electrode (especially a negative electrode) using polyvinylidene fluoride as a binder in a conventional lithium ion battery has a high heating temperature during drying (for example, a temperature exceeding 110 ° C.). The crystal melting of vinylidene chloride occurs, the binding property is lowered, and the battery characteristics are significantly lowered. For this reason, it has been difficult to shorten the time required for drying by increasing the heating temperature during drying. Further, it is difficult to remove moisture at a high level, and there is a possibility that battery characteristics may be deteriorated due to moisture. Therefore, especially when the electrode for an electricity storage device of the present invention is an electrode for a lithium ion battery (particularly, a negative electrode), the above-mentioned merit can be enjoyed effectively.

工程1および2を経て、集電体と、該集電体上の電極活物質層[電極活物質(A)および酢酸セルロース(B)を必須成分として含む電極活物質層]とを少なくとも有する蓄電デバイス用電極が得られる。なお、上述の有機溶媒系の製造方法は、工程1および2以外の工程(例えば、金型プレスやロールプレス等を使用した、集電体と電極活物質層との密着性を向上させるための加圧処理を施す工程;切断加工を施す工程;電極とその他の部材等を積層する工程等)をさらに含んでいてもよい。   Through Steps 1 and 2, an electricity storage having at least a current collector and an electrode active material layer [electrode active material layer containing electrode active material (A) and cellulose acetate (B) as essential components] on the current collector A device electrode is obtained. In addition, the above-described organic solvent-based manufacturing method is used to improve the adhesion between the current collector and the electrode active material layer using steps other than steps 1 and 2 (for example, using a die press or a roll press). A step of applying a pressure treatment; a step of performing a cutting process; a step of laminating electrodes and other members, and the like].

一方、本発明の蓄電デバイス用電極の製造方法のうち、水系の製造方法としては、具体的には、電極活物質(A)、アセチル基総置換度が0.5〜1.1の酢酸セルロース(B)(「酢酸セルロース(B')」と称する場合がある)、および水を必須成分として含む電極形成用組成物を調製する工程(「工程3」と称する場合がある)と、工程3で得られた上記電極形成用組成物を集電体上に塗布し、乾燥させて、上記集電体上に電極活物質層を形成する工程(「工程4」と称する場合がある)とを必須の工程として含む方法が挙げられる。   On the other hand, among the method for producing an electrode for an electricity storage device of the present invention, as an aqueous production method, specifically, an electrode active material (A), cellulose acetate having an acetyl group total substitution degree of 0.5 to 1.1 (B) (sometimes referred to as “cellulose acetate (B ′)”), a step of preparing an electrode-forming composition containing water as an essential component (sometimes referred to as “step 3”), and step 3 Applying the electrode-forming composition obtained in (1) above onto a current collector and drying to form an electrode active material layer on the current collector (sometimes referred to as “step 4”). The method of including as an essential process is mentioned.

[工程3]
上述の水系の製造方法の工程3においては、電極活物質(A)と、酢酸セルロース(B')と、水とを必須成分として含む電極形成用組成物(「電極形成用組成物(水系)」と称する場合がある)を調製する。
[Step 3]
In step 3 of the above-described aqueous production method, an electrode-forming composition (“electrode-forming composition (aqueous)) containing electrode active material (A), cellulose acetate (B ′), and water as essential components. Is prepared).

工程3において電極形成用組成物(水系)を調製する方法は、特に限定されず、例えば、電極活物質(A)と、酢酸セルロース(B')と、水と、さらに必要に応じてその他の添加剤等を、汎用の混合機に供給して均一に混合する方法等が挙げられる。混合機としては、特に限定されず、工程1において例示した混合機等が挙げられる。なお、電極形成用組成物(水系)の調製は、例えば、各成分を一括で混合する一段階の混合操作により行うこともできるし、各成分を段階的に(逐次)混合する二段階以上の多段階の混合操作により行うこともできる。中でも、生産性の観点から、電極形成用組成物(水系)の調製は、一段階の混合操作により行うことが好ましい。   The method for preparing the electrode-forming composition (aqueous) in Step 3 is not particularly limited, and for example, the electrode active material (A), cellulose acetate (B ′), water, and, if necessary, other Examples thereof include a method in which additives and the like are supplied to a general-purpose mixer and mixed uniformly. It does not specifically limit as a mixer, The mixer etc. which were illustrated in the process 1 are mentioned. The electrode-forming composition (aqueous system) can be prepared by, for example, a one-step mixing operation in which the components are mixed together, or in two or more steps in which the components are mixed stepwise (sequentially). It can also be performed by a multistage mixing operation. Among these, from the viewpoint of productivity, the preparation of the electrode forming composition (aqueous) is preferably performed by a one-step mixing operation.

水の使用量は、酢酸セルロース(B')の使用量等、電極活物質(A)の種類および使用量等に応じて適宜選択でき、特に限定されないが、酢酸セルロース(B)100重量部に対して、100〜10000重量部が好ましく、より好ましくは200〜8000重量部、さらに好ましくは300〜6000重量部である。   The amount of water used can be appropriately selected depending on the amount of cellulose acetate (B ′) used, the type of electrode active material (A) and the amount used, and is not particularly limited, but is 100 parts by weight of cellulose acetate (B). On the other hand, 100-10000 weight part is preferable, More preferably, it is 200-8000 weight part, More preferably, it is 300-6000 weight part.

本発明の蓄電デバイス用電極の製造方法のうち、水系の製造方法は、電極形成用組成物(水系)を一段階の混合操作により製造できる点で、従来の方法と比べて有用性が高い。従来の水系の組成物を使用して得られる電極、具体的には、例えば、リチウムイオン電池用電極(特に、負極)を形成するための水系の組成物では、スチレン−ブタジエンゴム等のバインダーに加え、カルボキシメチルセルロース等の増粘剤を併用する必要があり、また、粘度等のレオロジー特性が適切に制御された組成物を調製するためには、水に対する上述のバインダーと増粘剤の配合を逐次的にかつ慎重に行う必要があった。仮に、一段階の混合操作で組成物の調製を行い、該組成物より電極を製造すると、該電極における結着性が不良となるためと推測されるが、蓄電デバイスの充放電特性の著しい低下を生じていた。これに対して、本発明においては、酢酸セルロース(B')がバインダーとしての機能と増粘剤としての機能の両方を兼ね備え、さらに水溶性にも優れるため、従来の方法のような多段階の慎重な混合操作が不要であり、一段階の混合操作によって電極形成用組成物を調製しても蓄電デバイスの充放電特性の低下を生じない。このため、本発明の蓄電デバイス用電極の製造方法のうち、水系の製造方法によると、電極形成用組成物の製造プロセスを簡略化でき、電極および該電極を含む蓄電デバイスの生産性が向上する。また、水系の製造方法は、環境保護や作業環境の安全性向上等にも寄与し得る。   Among the methods for producing an electrode for an electricity storage device of the present invention, an aqueous production method is more useful than conventional methods in that an electrode-forming composition (aqueous) can be produced by a one-step mixing operation. In an electrode obtained by using a conventional aqueous composition, specifically, for example, an aqueous composition for forming an electrode for lithium ion batteries (particularly, a negative electrode), a binder such as styrene-butadiene rubber is used. In addition, it is necessary to use a thickener such as carboxymethylcellulose together, and in order to prepare a composition in which rheological properties such as viscosity are appropriately controlled, the above-mentioned binder and thickener are added to water. It had to be done sequentially and carefully. If a composition is prepared by a one-step mixing operation and an electrode is produced from the composition, it is assumed that the binding property of the electrode becomes poor, but the charge / discharge characteristics of the electricity storage device are significantly reduced. Was produced. On the other hand, in the present invention, cellulose acetate (B ′) has both a function as a binder and a function as a thickener, and is also excellent in water solubility. Careful mixing operation is unnecessary, and even if the electrode-forming composition is prepared by one-step mixing operation, the charge / discharge characteristics of the electricity storage device do not deteriorate. For this reason, according to the method for producing an electrode for an electricity storage device of the present invention, according to the aqueous production method, the production process of the electrode forming composition can be simplified, and the productivity of the electrode and the electricity storage device including the electrode is improved. . In addition, the water-based manufacturing method can contribute to environmental protection and safety improvement of the working environment.

[工程4]
上述の水系の製造方法の工程4においては、工程3において得られた電極形成用組成物(水系)を集電体上に塗布し、乾燥させて、上記集電体上に電極活物質層を形成する。電極形成用組成物(水系)を集電体上に塗布する方法としては、例えば、工程2において例示したものと同様の方法が挙げられる。なお、集電体上に塗布する電極形成用組成物(水系)の厚みは、乾燥させて形成させる電極活物質層の厚みに応じて適宜設定することができ、特に限定されないが、例えば、1〜1000μmから適宜選択できる。
[Step 4]
In step 4 of the above-described aqueous manufacturing method, the electrode-forming composition (aqueous) obtained in step 3 is applied onto a current collector and dried to form an electrode active material layer on the current collector. Form. Examples of the method of applying the electrode forming composition (aqueous) on the current collector include the same methods as those exemplified in Step 2. In addition, the thickness of the electrode forming composition (aqueous) applied on the current collector can be appropriately set according to the thickness of the electrode active material layer formed by drying, and is not particularly limited. It can select suitably from -1000 micrometers.

工程4において、集電体上に塗布した電極形成用組成物(水系)を乾燥させる方法としては、公知乃至慣用の方法を適用でき、特に限定されない。中でも、生産性の観点で、加熱による乾燥方法が好ましい。なお、加熱による乾燥は、常圧下で行うこともできるし、減圧下又は加圧下で実施することもできる。上記乾燥における加熱温度は、特に限定されないが、50〜180℃が好ましく、より好ましくは55〜160℃、さらに好ましくは60〜140℃である。加熱温度を50℃以上とすることにより、乾燥に要する加熱時間を短縮でき、生産性が向上する傾向がある。一方、加熱温度を180℃以下とすることにより、蓄電デバイスの充放電特性の低下が抑制される傾向がある。なお、乾燥温度は、乾燥の間、一定となるように制御することもできるし、段階的又は連続的に変動するように制御することもできる。また、加熱時間(総時間)は、特に限定されないが、例えば、0.1〜60分から適宜選択することができる。   In Step 4, a known or conventional method can be applied as a method for drying the electrode-forming composition (aqueous system) applied on the current collector, and is not particularly limited. Among these, from the viewpoint of productivity, a drying method by heating is preferable. In addition, drying by heating can be performed under normal pressure, or can be performed under reduced pressure or under pressure. Although the heating temperature in the said drying is not specifically limited, 50-180 degreeC is preferable, More preferably, it is 55-160 degreeC, More preferably, it is 60-140 degreeC. By setting the heating temperature to 50 ° C. or higher, the heating time required for drying can be shortened, and the productivity tends to be improved. On the other hand, by setting the heating temperature to 180 ° C. or lower, there is a tendency that a decrease in charge / discharge characteristics of the electricity storage device is suppressed. The drying temperature can be controlled to be constant during drying, or can be controlled to vary stepwise or continuously. Moreover, although heating time (total time) is not specifically limited, For example, it can select suitably from 0.1 to 60 minutes.

工程3および4を経て、集電体と、該集電体上の電極活物質層[負極活物質(A)および酢酸セルロース(B)を必須成分として含む電極活物質層]とを少なくとも有する蓄電デバイス用電極が得られる。なお、上述の水系の製造方法は、工程3および4以外の工程(例えば、金型プレスやロールプレス等を使用した、集電体と電極活物質層との密着性を向上させるための加圧処理を施す工程;切断加工を施す工程;電極とその他の部材等を積層させる工程等)をさらに含んでいてもよい。   Through Steps 3 and 4, an electricity storage having at least a current collector and an electrode active material layer on the current collector [an electrode active material layer containing negative electrode active material (A) and cellulose acetate (B) as essential components] A device electrode is obtained. The water-based manufacturing method described above is a process other than steps 3 and 4 (for example, using a die press, a roll press, etc., for increasing the adhesion between the current collector and the electrode active material layer) A step of performing a treatment; a step of performing a cutting process; a step of laminating electrodes and other members, and the like].

上述の有機溶媒系又は水系の製造方法により、本発明の蓄電デバイス用電極が得られる。本発明の蓄電デバイス用電極は、製造工程に起因する充放電特性の低下が生じることなく、充放電特性と生産性の両方に優れる。   The electrode for an electricity storage device of the present invention can be obtained by the above-described organic solvent-based or aqueous-based manufacturing method. The electrode for an electricity storage device of the present invention is excellent in both charge / discharge characteristics and productivity without causing deterioration in charge / discharge characteristics resulting from the production process.

<蓄電デバイス>
本発明の蓄電デバイス用電極を電極として用いることにより、生産性および充放電特性の両方に優れた蓄電デバイス(「本発明の蓄電デバイス」と称する場合がある)が得られる。本発明の蓄電デバイスとしては、例えば、リチウムイオン電池、非水系電気二重層キャパシター、ハイブリッドキャパシター等が挙げられる。以下、本発明の蓄電デバイスの代表例としてのリチウムイオン電池および非水系電気二重層キャパシターについて具体的に説明するが、本発明の蓄電デバイスはこれらに限定されない。
<Power storage device>
By using the electrode for an electricity storage device of the present invention as an electrode, an electricity storage device excellent in both productivity and charge / discharge characteristics (sometimes referred to as “the electricity storage device of the present invention”) is obtained. Examples of the electricity storage device of the present invention include a lithium ion battery, a non-aqueous electric double layer capacitor, and a hybrid capacitor. Hereinafter, a lithium ion battery and a non-aqueous electric double layer capacitor as typical examples of the electricity storage device of the present invention will be specifically described, but the electricity storage device of the present invention is not limited thereto.

[リチウムイオン電池]
本発明の蓄電デバイスのうちリチウムイオン電池は、本発明の蓄電デバイス用電極(リチウムイオン電池用電極)を正極および/又は負極(正極および負極のいずれか一方又は両方)として有するリチウムイオン電池(「本発明のリチウムイオン電池」と称する場合がある)である。本発明のリチウムイオン電池は、本発明の蓄電デバイス用電極を正極および/又は負極として有し、さらに、セパレータ、および非水電解液等を有し、必要に応じて本発明の蓄電デバイス用電極以外の電極(正極および負極のいずれか一方が本発明の蓄電デバイス用電極である場合)を有する。本発明の蓄電デバイス用電極以外の電極、セパレータ、および非水電解液等としては、特に限定されず、リチウムイオン電池において周知の部材を使用することができる。
[Lithium ion battery]
Among the electricity storage devices of the present invention, a lithium ion battery is a lithium ion battery having the electrode for an electricity storage device (electrode for lithium ion battery) of the present invention as a positive electrode and / or a negative electrode (either one or both of a positive electrode and a negative electrode). It may be referred to as a “lithium ion battery of the present invention”. The lithium ion battery of the present invention has the electrode for an electricity storage device of the present invention as a positive electrode and / or a negative electrode, and further includes a separator, a non-aqueous electrolyte, and the like, and the electrode for an electricity storage device of the present invention as necessary. Electrode (when either one of the positive electrode and the negative electrode is the electrode for an electricity storage device of the present invention). The electrode other than the electrode for the electricity storage device of the present invention, the separator, the non-aqueous electrolyte and the like are not particularly limited, and well-known members can be used in the lithium ion battery.

本発明のリチウムイオン電池は、公知乃至慣用の方法により製造でき、特に限定されないが、例えば、正極と負極とをセパレータを介して重ね合わせ、これを必要に応じて電池の形状に応じて巻いたり折ったりしてから、電池容器に入れ、該電池容器に非水電解液を注入した後、封口(封止)することにより製造できる。本発明のリチウムイオン電池は、例えば、ヒューズやPTC素子等の過電流防止装置、エキスパンドメタル、リード板等のその他の部材を有していてもよい。また、本発明のリチウムイオン電池の形状は、特に限定されず、コイン型、ボタン型、シート型、円筒型、角型、扁平型等のいずれであってもよい。また、本発明のリチウムイオン電池は、携帯電子機器、電気自動車、電動機器、定置機器等の各種用途におけるリチウムイオン電池として使用することができる。本発明のリチウムイオン電池は、本発明の蓄電デバイス用電極を電極として有することにより、製造工程に起因する充放電特性(電池特性)の低下を生じることなく、充放電特性と生産性の両方に優れる。   The lithium ion battery of the present invention can be produced by a known or conventional method, and is not particularly limited. For example, the positive electrode and the negative electrode are overlapped via a separator, and this is wound as necessary according to the shape of the battery. After being folded, it is put into a battery container, and a nonaqueous electrolytic solution is injected into the battery container, and then it is sealed (sealed). The lithium ion battery of this invention may have other members, such as an overcurrent prevention apparatus, such as a fuse and a PTC element, an expanded metal, and a lead board, for example. The shape of the lithium ion battery of the present invention is not particularly limited, and may be any of a coin type, a button type, a sheet type, a cylindrical type, a square type, a flat type, and the like. The lithium ion battery of the present invention can be used as a lithium ion battery in various applications such as portable electronic devices, electric vehicles, electric devices, and stationary devices. The lithium ion battery of the present invention has both the charge / discharge characteristics and productivity without causing deterioration of the charge / discharge characteristics (battery characteristics) due to the manufacturing process by having the electrode for the electricity storage device of the present invention as an electrode. Excellent.

[非水系電気二重層キャパシター]
本発明の蓄電デバイスのうち非水系電気二重層キャパシターは、本発明の蓄電デバイス用電極(非水系電気二重層キャパシター)を正極および/又は負極として有する非水系電気二重層キャパシター(「本発明の非水系電気二重層キャパシター」と称する場合がある)である。本発明の非水系電気二重層キャパシターは、本発明の蓄電デバイス用電極を正極および/又は負極として有し、さらに、セパレータ、および非水電解液等を有し、必要に応じて本発明の蓄電デバイス用電極以外の電極(正極および負極のいずれか一方が本発明の蓄電デバイス用電極である場合)を有する。本発明の蓄電デバイス用電極以外の電極、セパレータ、および非水電解液等としては、特に限定されず、非水系電気二重層キャパシターにおいて周知の部材を使用することができる。具体的には、非水電解質液における溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート等が使用される。非水電解質液における電解質を構成する陽イオン(カチオン)としては、例えば、テトラエチルアンモニウム塩等が使用され、陰イオン(アニオン)としては、例えば、四フッ化ホウ酸イオン(BF4 -)、ビストリフルオロメチルスルホニルイミド((CF3SO22-)等が使用される。
[Non-aqueous electric double layer capacitor]
Among the electricity storage devices of the present invention, the non-aqueous electrical double layer capacitor is a non-aqueous electrical double layer capacitor (“non-aqueous electrical double layer capacitor of the present invention”) having the electrode for electrical storage devices (non-aqueous electrical double layer capacitor) of the present invention as a positive electrode and / or a negative electrode. It may be referred to as a “water-based electric double layer capacitor”. The non-aqueous electric double layer capacitor of the present invention includes the electrode for an electricity storage device of the present invention as a positive electrode and / or a negative electrode, and further includes a separator, a non-aqueous electrolyte, and the like. An electrode other than the device electrode (when either one of the positive electrode and the negative electrode is the electrode for an electricity storage device of the present invention) is included. The electrode other than the electrode for the electricity storage device of the present invention, the separator, the non-aqueous electrolyte and the like are not particularly limited, and well-known members can be used in the non-aqueous electric double layer capacitor. Specifically, for example, propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate or the like is used as the solvent in the non-aqueous electrolyte solution. As the cation (cation) constituting the electrolyte in the nonaqueous electrolyte solution, for example, tetraethylammonium salt or the like is used. As the anion (anion), for example, tetrafluoroborate ion (BF 4 ), bistri Fluoromethylsulfonylimide ((CF 3 SO 2 ) 2 N ) or the like is used.

本発明の非水系電気二重層キャパシターは、公知乃至慣用の方法により製造でき、特に限定されないが、例えば、正極と負極とをセパレータを介して重ね合わせ、これを必要に応じて容器の形状に応じて巻いたり折ったりしてから、容器に入れ、該容器に非水電解液を注入した後、封口(封止)することにより製造できる。本発明の非水系電気二重層キャパシターは、例えば、ヒューズやPTC素子等の過電流防止装置、エキスパンドメタル、リード板等のその他の部材を有していてもよい。また、本発明の非水系電気二重層キャパシターの形状は、特に限定されず、コイン型、ボタン型、シート型、円筒型、角型、扁平型等のいずれであってもよい。また、本発明の非水系電気二重層キャパシターは、携帯電子機器、電気自動車、電動機器、定置機器等の各種用途における非水系電気二重層キャパシターとして使用することができる。本発明の非水系電気二重層キャパシターは、本発明の蓄電デバイス用電極を電極として有することにより、製造工程に起因する充放電特性(キャパシター特性)の低下を生じることなく、充放電特性と生産性の両方に優れる。   The non-aqueous electric double layer capacitor of the present invention can be produced by a known or conventional method, and is not particularly limited. For example, the positive electrode and the negative electrode are overlapped via a separator, and this is made according to the shape of the container as necessary. After being rolled or folded, it is put into a container, a non-aqueous electrolyte is injected into the container, and then sealed (sealed). The non-aqueous electric double layer capacitor of the present invention may have other members such as an overcurrent prevention device such as a fuse and a PTC element, an expanded metal, and a lead plate. The shape of the non-aqueous electric double layer capacitor of the present invention is not particularly limited, and may be any of a coin type, a button type, a sheet type, a cylindrical type, a square type, a flat type, and the like. The non-aqueous electric double layer capacitor of the present invention can be used as a non-aqueous electric double layer capacitor in various applications such as portable electronic devices, electric vehicles, electric devices, and stationary devices. The non-aqueous electric double layer capacitor of the present invention has the electrode for the electricity storage device of the present invention as an electrode, so that charge / discharge characteristics and productivity are not deteriorated without causing deterioration of charge / discharge characteristics (capacitor characteristics) due to the manufacturing process. Both are excellent.

以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited to these examples.

(合成例1)
酢酸セルロース(ダイセル社製、商品名「L−50」、アセチル基総置換度2.43、6%粘度:110mPa・s)1重量部に対して、5.1重量部の酢酸および2.0重量部の水を加え、40℃で5時間撹拌して外観均一な溶液を得た。この溶液に0.13重量部の硫酸を加え、得られた溶液を70℃に保持し、加水分解(部分脱アセチル化反応;熟成)を行った。なお、この熟成過程においては、途中で2回、水を系に添加した。すなわち、反応を開始して1時間後に0.67重量部の水を加え、さらに2時間後、1.67重量部の水を加え、さらに3時間反応させた。合計の加水分解時間は6時間である。なお、反応開始時から1回目の水の添加までを第1熟成、1回目の水の添加から2回目の水の添加までを第2熟成、2回目の水の添加から反応終了(熟成完了)までを第3熟成という。
加水分解を実施した後、系の温度を室温(約25℃)まで冷却し、反応混合物に15重量部のアセトン/メタノール=1/2(重量比)混合溶媒(沈殿化剤)を加えて沈殿を生成させた。
固形分15重量%のウェットケーキとして沈殿を回収し、8重量部のメタノールを加え、固形分15重量%まで脱液することにより洗浄した。これを3回繰り返した。洗浄した沈殿物を、酢酸カリウムを0.004重量%含有するメタノール8重量部でさらに2回洗浄して中和し、乾燥して、酢酸セルロース(低置換度酢酸セルロース)を得た。
(Synthesis Example 1)
5.1 parts by weight of acetic acid and 2.0 parts by weight with respect to 1 part by weight of cellulose acetate (manufactured by Daicel, trade name “L-50”, acetyl group total substitution degree 2.43, 6% viscosity: 110 mPa · s) A part by weight of water was added and stirred at 40 ° C. for 5 hours to obtain a solution having a uniform appearance. 0.13 parts by weight of sulfuric acid was added to this solution, and the resulting solution was kept at 70 ° C. to carry out hydrolysis (partial deacetylation reaction; aging). In this aging process, water was added to the system twice in the middle. That is, 0.67 parts by weight of water was added 1 hour after the reaction was started, and 1.67 parts by weight of water was added after another 2 hours, and the reaction was further continued for 3 hours. The total hydrolysis time is 6 hours. The first aging from the start of the reaction to the first water addition, the second aging from the first water addition to the second water addition, the reaction from the second water addition to the end of the reaction (ripening completed) This is called the third aging.
After carrying out the hydrolysis, the temperature of the system is cooled to room temperature (about 25 ° C.), and 15 parts by weight of acetone / methanol = 1/2 (weight ratio) mixed solvent (precipitating agent) is added to the reaction mixture to cause precipitation. Was generated.
The precipitate was recovered as a wet cake having a solid content of 15% by weight, and washed by adding 8 parts by weight of methanol and draining to a solid content of 15% by weight. This was repeated three times. The washed precipitate was further washed twice with 8 parts by weight of methanol containing 0.004% by weight of potassium acetate, neutralized and dried to obtain cellulose acetate (low-substituted cellulose acetate).

(合成例2〜12)
反応温度、第1熟成時間、第2熟成時間、第3熟成時間、沈殿化剤を表1に示すように変更したこと以外は、合成例1と同様にして酢酸セルロース(低置換度酢酸セルロース)を得た。
(Synthesis Examples 2 to 12)
Cellulose acetate (low-substituted cellulose acetate) in the same manner as in Synthesis Example 1 except that the reaction temperature, first aging time, second aging time, third aging time, and precipitating agent were changed as shown in Table 1. Got.

各合成例で得られた低置換度酢酸セルロースのアセチル基総置換度(DS)、重量平均重合度(DPw)、多分散性(分散度)(Mw/Mn)、および組成分布指数(CDI)を下記の方法で測定した。製造条件および得られた低置換度酢酸セルロースの物性の測定結果(分析値)を表1に示す。なお、表1の「サンプル番号」は、得られた低置換度酢酸セルロースのサンプル番号を意味する。   Acetyl group total substitution degree (DS), weight average polymerization degree (DPw), polydispersity (dispersion degree) (Mw / Mn), and composition distribution index (CDI) of low substituted cellulose acetate obtained in each synthesis example Was measured by the following method. Table 1 shows production conditions and measurement results (analytical values) of physical properties of the obtained low-substituted cellulose acetate. The “sample number” in Table 1 means the sample number of the obtained low-substituted cellulose acetate.

(置換度(DS)の測定)
手塚の方法(Carbohydr. Res. 273, 83(1995))に準じて低置換度酢酸セルロース試料の未置換水酸基をプロピオニル化した。プロピオニル化低置換度酢酸セルロースのアセチル基総置換度は、手塚の方法(同)に準じて13C−NMRにおける169〜171ppmのアセチルカルボニルのシグナルおよび172〜174ppmのプロピオニルカルボニルのシグナルから決定した。
(Measurement of substitution degree (DS))
According to the method of Tezuka (Carbohydr. Res. 273, 83 (1995)), the unsubstituted hydroxyl group of the low-substituted cellulose acetate sample was propionylated. The total substitution degree of acetyl group of propionylated cellulose acetate was determined from 169 to 171 ppm acetylcarbonyl signal and 172 to 174 ppm propionylcarbonyl signal in 13 C-NMR according to the method of Tezuka (same).

(重量平均重合度(DPw)、分散度(Mw/Mn)の測定)
低置換度酢酸セルロースの重量平均重合度および分散度は、プロピオニル化低置換度酢酸セルロースに導いた後に次の条件でGPC−光散乱測定を行うことで決定した。
装置:Shodex製 GPC 「SYSTEM−21H」
溶媒:アセトン
カラム:GMHxl(東ソー)2本、同ガードカラム
流速:0.8ml/min
温度:29℃
試料濃度:0.25%(wt/vol)
注入量:100μl
検出:MALLS(多角度光散乱検出器)(Wyatt製、「DAWN−EOS」)
MALLS補正用標準物質:PMMA(分子量27600)
(Measurement of weight average degree of polymerization (DPw), degree of dispersion (Mw / Mn))
The weight average polymerization degree and dispersion degree of low substituted cellulose acetate were determined by conducting GPC-light scattering measurement under the following conditions after being led to propionylated low substituted cellulose acetate.
Equipment: GPC “SYSTEM-21H” manufactured by Shodex
Solvent: Acetone Column: 2 GMHxl (Tosoh), same guard column Flow rate: 0.8 ml / min
Temperature: 29 ° C
Sample concentration: 0.25% (wt / vol)
Injection volume: 100 μl
Detection: MALLS (multi-angle light scattering detector) (manufactured by Wyatt, “DAWN-EOS”)
MALLS correction standard substance: PMMA (molecular weight 27600)

(組成分布指数(CDI)の測定)
低置換度酢酸セルロースのCDIは、プロピオニル化低置換度酢酸セルロースに導いた後に次の条件でHPLC分析を行うことで決定した。
装置: Agilent 1100 Series
カラム: Waters Nova−Pak phenyl 60Å 4μm(150mm×3.9mmΦ)+ガードカラム
カラム温度: 30℃
検出: Varian 380−LC
注入量: 5.0μL(試料濃度:0.1%(wt/vol))
溶離液: A液:MeOH/H2O=8/1(v/v),B液:CHCl3/MeOH=8/1(v/v)
グラジェント:A/B=80/20→0/100(28min);流量:0.7mL/min
まず、アセチルDS(アセチル基総置換度)が0〜3の範囲でDS既知の標品をHPLC分析することで、溶出時間対DSの較正曲線を作成した。較正曲線に基づき、未知試料の溶出曲線(時間対検出強度曲線)をDS対検出強度曲線(組成分布曲線)に変換し、この組成分布曲線の未補正半値幅Xを決定し、次式により組成分布の補正半値幅Zを決定した。
Z=(X2−Y21/2
なお、Yは次式で定義される装置定数である。
Y=(a−b)x/3+b
a: アセチルDS=3の標品のX値
b: アセチルDS=0の標品のX値
x: 未知試料のアセチルDS
補正半値幅Zから、次式により組成分布指数(CDI)を決定した。
CDI=Z/Z0
ここに、Z0は全ての部分置換酢酸セルロースの調製におけるアセチル化および部分脱アセチル化が全ての分子の全ての水酸基(又はアセチル基)に対して等しい確率で生じた場合に生成する組成分布であり、次式で定義される。

Figure 2015088472
DPw:重量平均重合度
p:(未知試料のアセチルDS)/3
q:1−p (Measurement of composition distribution index (CDI))
The CDI of low substituted cellulose acetate was determined by conducting HPLC analysis under the following conditions after leading to propionylated low substituted cellulose acetate.
Equipment: Agilent 1100 Series
Column: Waters Nova-Pak phenyl 60Å 4 μm (150 mm × 3.9 mmΦ) + guard column Column temperature: 30 ° C.
Detection: Varian 380-LC
Injection volume: 5.0 μL (sample concentration: 0.1% (wt / vol))
Eluent: Liquid A: MeOH / H 2 O = 8/1 (v / v), Liquid B: CHCl 3 / MeOH = 8/1 (v / v)
Gradient: A / B = 80/20 → 0/100 (28 min); Flow rate: 0.7 mL / min
First, a calibration curve of elution time versus DS was created by HPLC analysis of a sample with known DS in the range of 0 to 3 acetyl DS (acetyl group total substitution degree). Based on the calibration curve, the elution curve (time vs. detected intensity curve) of the unknown sample is converted to the DS vs. detected intensity curve (composition distribution curve), and the uncorrected half-value width X of this composition distribution curve is determined. The corrected half width Z of the distribution was determined.
Z = (X 2 −Y 2 ) 1/2
Y is a device constant defined by the following equation.
Y = (a−b) x / 3 + b
a: X value of a sample with acetyl DS = 3 b: X value of a sample with acetyl DS = 0 x: Acetyl DS of unknown sample
From the corrected half width Z, the composition distribution index (CDI) was determined by the following formula.
CDI = Z / Z 0
Here, Z 0 is the composition distribution generated when acetylation and partial deacetylation in the preparation of all partially substituted cellulose acetates occur with equal probability for all hydroxyl groups (or acetyl groups) of all molecules. Yes, defined by
Figure 2015088472
DPw: weight average polymerization degree p: (acetyl DS of unknown sample) / 3
q: 1-p

Figure 2015088472
Figure 2015088472

(合成例13)変性ポリフッ化ビニリデンの製造
ポリフッ化ビニリデンホモポリマー(KF1000;呉羽化学(株)製、分子量150,000、平均粒径180μm、懸濁重合で得られたもの)のパウダー10gをアセトン50g中に分散し、膨潤させ、ここにγ−アミノプロピルトリエトキシシラン0.5gを添加混合し、スラリーとした。このスラリーを室温(約25℃)にて24時間静置後、アセトン溶液層をガスクロマトグラフ法により分析したところ、γ−アミノプロピルトリエトキシシランは検出されなかった。該スラリーを濾過して得た固形分を真空乾燥し、パウダー状の変性ポリフッ化ビニリデンを得た。
Synthesis Example 13 Production of Modified Polyvinylidene Fluoride Polyvinylidene fluoride homopolymer (KF1000; manufactured by Kureha Chemical Co., Ltd., molecular weight 150,000, average particle size 180 μm, obtained by suspension polymerization) 10 g of powder The mixture was dispersed in 50 g and swollen, and 0.5 g of γ-aminopropyltriethoxysilane was added and mixed therein to form a slurry. The slurry was allowed to stand at room temperature (about 25 ° C.) for 24 hours, and then the acetone solution layer was analyzed by gas chromatography. As a result, γ-aminopropyltriethoxysilane was not detected. The solid content obtained by filtering the slurry was vacuum-dried to obtain powdered modified polyvinylidene fluoride.

(実施例1)
[負極の製造]
合成例4で得た酢酸セルロース(WSCA−70−0.9)5.26重量部を、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)47.37重量部に均一に溶解させた後、室温(約25℃)で24時間静置して、バインダー組成物を調製した。次に、このバインダー組成物にコークス粉末(ピッチコークスを窒素ガス中で100℃で1時間焼成したものを平均粒径10μmに粉砕したもの)47.37重量部を添加して撹拌混合し、電極形成用組成物(負極形成用組成物、スラリー)を調製した。
上記で得た電極形成用組成物を、厚さ10μmの圧延銅箔(面積:100mm×200mm)上に乾燥後の膜厚が80μmとなるように均一に塗布し、その後、温度170℃で3分間乾燥させて、集電体(圧延銅箔)上に負極活物質層を有する電極(負極)を製造した。
Example 1
[Manufacture of negative electrode]
After uniformly dissolving 5.26 parts by weight of cellulose acetate (WSCA-70-0.9) obtained in Synthesis Example 4 in 47.37 parts by weight of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), room temperature (about (25 ° C.) for 24 hours to prepare a binder composition. Next, 47.37 parts by weight of coke powder (pitch coke baked at 100 ° C. for 1 hour in nitrogen gas and pulverized to an average particle size of 10 μm) was added to the binder composition, and the mixture was stirred and mixed. A forming composition (a composition for forming a negative electrode, slurry) was prepared.
The electrode-forming composition obtained above was uniformly applied on a rolled copper foil (area: 100 mm × 200 mm) having a thickness of 10 μm so that the film thickness after drying would be 80 μm. It dried for minutes and the electrode (negative electrode) which has a negative electrode active material layer on a collector (rolled copper foil) was manufactured.

[リチウムイオン電池の製造]
平均粒径30μmのコバルト酸リチウム(LiCoO2)90重量部と、導電材としてのグラファイト5重量部、ポリフッ化ビニリデンホモポリマー(KF1000)5重量部、およびNMP100重量部を混合し、ボールミルで分散、混練りした。得られたペーストを20μmのアルミニウム箔に塗布し、乾燥させ、片側膜厚80μm(正極活物質層の厚み)の薄膜状電極を得た。これを200℃の熱ロールでプレスし、リチウムイオン電池の正極を製造した。
また、プロピレンカーボネートと1,2−ジメトキシエタンの1:1混合溶液(体積比)に、LiPF4を1モル/Lの濃度で溶解させたものを、リチウムイオン電池の電解液として使用した。
さらに、厚さ25μmの多孔質ポリプロピレンフィルムを、リチウムイオン電池のセパレータとして使用した。
上記で得た正極を直径15mmの円形に加工した。さらに、上記正極の正極活物質層面側に、セパレータ(直径18mmの円形)、負極(直径18mmの円形)、およびエキスパンドメタル(直径18mmの円形)をこの順に積層し、得られた積層体をポリプロピレン製パッキンを設置したステンレス鋼製のコイン型外装容器(直径20mm、高さ1.8mm、ステンレス鋼厚さ0.25mm)中に収納した。この容器中に、空気が残らないように上記電解液を注入し、ポリプロピレン製パッキンを介して上記外装容器に厚さ0.2mmのステンレス鋼のキャップをかぶせて固定し、このようにして得られた電池缶を封止して、直径20mm、厚さ約2mmの電池(リチウムイオン電池)を製造した。
[Manufacture of lithium-ion batteries]
90 parts by weight of lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) having an average particle size of 30 μm, 5 parts by weight of graphite as a conductive material, 5 parts by weight of polyvinylidene fluoride homopolymer (KF1000), and 100 parts by weight of NMP are mixed and dispersed by a ball mill. Kneaded. The obtained paste was applied to a 20 μm aluminum foil and dried to obtain a thin film electrode having a one-side film thickness of 80 μm (the thickness of the positive electrode active material layer). This was pressed with a 200 degreeC hot roll, and the positive electrode of the lithium ion battery was manufactured.
Also, 1 of propylene carbonate and 1,2-dimethoxyethane: 1 mixed solution (volume ratio), what was the LiPF 4 dissolved at a concentration of 1 mol / L, was used as an electrolyte for lithium-ion batteries.
Furthermore, a porous polypropylene film having a thickness of 25 μm was used as a separator for a lithium ion battery.
The positive electrode obtained above was processed into a circle having a diameter of 15 mm. Further, a separator (circular with a diameter of 18 mm), a negative electrode (circular with a diameter of 18 mm), and an expanded metal (circular with a diameter of 18 mm) are laminated in this order on the positive electrode active material layer surface side of the positive electrode, and the obtained laminate is made of polypropylene. It was stored in a stainless steel coin-type outer container (diameter 20 mm, height 1.8 mm, stainless steel thickness 0.25 mm) provided with a packing made of steel. The electrolyte is poured into the container so that no air remains, and the outer container is fixed with a 0.2 mm-thick stainless steel cap through a polypropylene packing, and thus obtained. The battery can was sealed to produce a battery (lithium ion battery) having a diameter of 20 mm and a thickness of about 2 mm.

(比較例1)
酢酸セルロースの代わりに合成例13で得た変性ポリフッ化ビニリデン(変性PVDF)を使用し、圧延銅箔上に塗布した電極形成用組成物を乾燥させる際の温度を110℃に変更し、乾燥時間を10分間に変更したこと以外は実施例1と同様にして、電極(負極)およびリチウムイオン電池を製造した。
(Comparative Example 1)
Using the modified polyvinylidene fluoride (modified PVDF) obtained in Synthesis Example 13 instead of cellulose acetate, the temperature for drying the electrode-forming composition coated on the rolled copper foil was changed to 110 ° C., and the drying time An electrode (negative electrode) and a lithium ion battery were produced in the same manner as in Example 1 except that was changed to 10 minutes.

(実施例2〜5、比較例2)
電極形成用組成物の組成および乾燥条件を表2に示すように変更したこと以外は実施例1と同様にして、電極(負極)およびリチウムイオン電池を製造した。
(Examples 2 to 5, Comparative Example 2)
An electrode (negative electrode) and a lithium ion battery were produced in the same manner as in Example 1 except that the composition of the electrode forming composition and the drying conditions were changed as shown in Table 2.

(実施例6)
合成例2で得た酢酸セルロース(WSCA−70−1.1)5重量部と、水50重量部と、人造黒鉛(平均粒径24.5μm、黒鉛層間の距離(002面の面間隔)0.354nm)100重量部とを、プラネタリーミキサーで30分間撹拌混合し、電極形成用組成物を調製した。
上記で得た電極形成用組成物を、厚さ10μmの圧延銅箔(面積:100mm×200mm)上に乾燥後の膜厚が80μmとなるように均一に塗布し、その後、60℃で2分間、続いて、120℃で2分間の条件で乾燥させて、電極(負極)を製造した。
また、上記で得た負極を使用したこと以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン電池を製造した。
(Example 6)
5 parts by weight of cellulose acetate (WSCA-70-1.1) obtained in Synthesis Example 2, 50 parts by weight of water, artificial graphite (average particle diameter 24.5 μm, distance between graphite layers (plane spacing of 002 planes) 0 .354 nm) and 100 parts by weight were stirred and mixed with a planetary mixer for 30 minutes to prepare a composition for electrode formation.
The electrode-forming composition obtained above was uniformly applied on a rolled copper foil (area: 100 mm × 200 mm) having a thickness of 10 μm so that the film thickness after drying was 80 μm, and then at 60 ° C. for 2 minutes. Subsequently, drying was performed at 120 ° C. for 2 minutes to produce an electrode (negative electrode).
Moreover, the lithium ion battery was manufactured like Example 1 except having used the negative electrode obtained above.

(比較例3)
カルボキシメチルセルロース(セロゲンBSH−12、第一工業製薬製)の2%水溶液25重量部と、人造黒鉛(平均粒径24.5μm、黒鉛層間の距離(002面の面間隔)0.354nm)100重量部とを、プラネタリーミキサーで60分間撹拌混合し、混合物(「混合物1」と称する場合がある)を得た。
次に、上記で得た混合物1に、カルボキシメチルセルロース(セロゲンBSH−12、第一工業製薬製)の2%水溶液25重量部を加え、プラネタリーミキサーで10分間撹拌混合し、混合物(「混合物2」と称する場合がある)を得た。
さらに、上記で得た混合物2に、スチレン−ブタジエンゴムの40%懸濁液(BM−400B、日本ゼオン製)3.75重量部を加え、プラネタリーミキサ−で10分間撹拌混合し、電極形成用組成物を調製した。なお、表2には、このようにして得られた電極形成用組成物の組成(最終組成)を示した。
上記で得た電極形成用組成物を使用したこと以外は実施例6と同様にして、電極(負極)およびリチウムイオン電池を製造した。
(Comparative Example 3)
25 parts by weight of a 2% aqueous solution of carboxymethyl cellulose (Serogen BSH-12, manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku) and artificial graphite (average particle size 24.5 μm, distance between graphite layers (plane spacing of 002 plane) 0.354 nm) 100 weights The mixture was stirred and mixed with a planetary mixer for 60 minutes to obtain a mixture (sometimes referred to as “mixture 1”).
Next, 25 parts by weight of a 2% aqueous solution of carboxymethylcellulose (Serogen BSH-12, manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku) is added to the mixture 1 obtained above, and the mixture is stirred and mixed with a planetary mixer for 10 minutes. In some cases).
Further, 3.75 parts by weight of a 40% suspension of styrene-butadiene rubber (BM-400B, manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) was added to the mixture 2 obtained above, and the mixture was stirred for 10 minutes with a planetary mixer to form an electrode. A composition was prepared. Table 2 shows the composition (final composition) of the electrode forming composition thus obtained.
An electrode (negative electrode) and a lithium ion battery were produced in the same manner as in Example 6 except that the electrode forming composition obtained above was used.

(比較例4)
カルボキシメチルセルロース(セロゲンBSH−12、第一工業製薬製)の2%水溶液50重量部と、人造黒鉛(平均粒径24.5μm、黒鉛層間の距離(002面の面間隔)0.354nm)100重量部と、スチレン−ブタジエンゴムの40%懸濁液(BM−400B、日本ゼオン製)3.75重量部とを、プラネタリーミキサーで80分間撹拌混合し、電極形成用組成物を調製した。
上記で得た電極形成用組成物を使用したこと以外は実施例6と同様にして、電極(負極)およびリチウムイオン電池を製造した。
(Comparative Example 4)
50 parts by weight of a 2% aqueous solution of carboxymethylcellulose (Serogen BSH-12, manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku) and artificial graphite (average particle size 24.5 μm, distance between graphite layers (plane spacing of 002 plane: 0.354 nm) 100 weights Part and 3.75 parts by weight of a 40% suspension of styrene-butadiene rubber (BM-400B, manufactured by Nippon Zeon) were stirred and mixed with a planetary mixer for 80 minutes to prepare an electrode forming composition.
An electrode (negative electrode) and a lithium ion battery were produced in the same manner as in Example 6 except that the electrode forming composition obtained above was used.

(実施例7〜15)
電極形成用組成物の組成および乾燥条件を表2に示すように変更したこと以外は実施例6と同様にして、電極(負極)およびリチウムイオン電池を製造した。
(Examples 7 to 15)
An electrode (negative electrode) and a lithium ion battery were produced in the same manner as in Example 6 except that the composition of the electrode forming composition and the drying conditions were changed as shown in Table 2.

実施例および比較例で得られた負極における結着性を下記手順で評価した。また、実施例および比較例で得られた電池(リチウムイオン電池)の電池特性(サイクル性)を下記手順で評価した。   The binding properties of the negative electrodes obtained in Examples and Comparative Examples were evaluated by the following procedure. Moreover, the battery characteristic (cycle property) of the battery (lithium ion battery) obtained by the Example and the comparative example was evaluated in the following procedure.

(結着性の評価)
1.剥離強度による評価
得られた電極(負極)について、JIS K6854−2に準拠して180°剥離試験による剥離強度[接着強度(集電体に対する負極活物質層の接着強度)、単位g/mm]を測定し、結果を表2の「結着性」の欄に示した。
(Evaluation of binding properties)
1. Evaluation by peel strength About the obtained electrode (negative electrode), peel strength by 180 ° peel test in accordance with JIS K6854-2 [Adhesion strength (adhesive strength of negative electrode active material layer to current collector), unit g / mm] The results are shown in the column “Binding” in Table 2.

2.碁盤目試験による評価
JIS K5400:1990の碁盤目試験の方法に準拠して、得られた電極(負極)における集電体に対する負極活物質層の結着性を10段階で評価した。結果を表2の「結着性」の欄に示した。なお、上記試験において得られた結果が高得点であるほど、結着性が良好であることを示す。
2. Evaluation by Cross Cut Test According to the cross cut test method of JIS K5400: 1990, the binding property of the negative electrode active material layer to the current collector in the obtained electrode (negative electrode) was evaluated in 10 stages. The results are shown in the “Binding” column of Table 2. It should be noted that the higher the result obtained in the above test, the better the binding property.

(電池特性の評価)
得られた電池を20℃、0.1Cの定電流で4.3Vまで充電し、0.1Cの定電流で3.0Vまで放電する操作を繰り返した。
2回目の放電容量を基準として、放電容量が2回目の放電容量の90%となった時点の上記操作の繰り返し数を「サイクル数」として求めた。なお、サイクル数が大きいほど、電池としての特性に優れていることを示す。
(Evaluation of battery characteristics)
The operation of charging the obtained battery to 4.3 V at 20 ° C. with a constant current of 0.1 C and discharging to 3.0 V with a constant current of 0.1 C was repeated.
Based on the second discharge capacity, the number of repetitions of the above operation when the discharge capacity reached 90% of the second discharge capacity was determined as “cycle number”. In addition, it shows that it is excellent in the characteristic as a battery, so that cycle number is large.

Figure 2015088472
Figure 2015088472

表2に示されるように、実施例1〜5の有機溶媒系の製造方法で得られた負極は、集電体に対する負極活物質層の結着性に優れており、上記負極を有する電池はサイクル性(電池特性)に優れていた。また、負極製造時の乾燥を高温・短時間で実施した場合にも電池特性の低下を伴うことなく、高生産性と高品質とが両立されていた。これに対して、比較例1で得られた負極および該負極を有する電池は、結着性および電池特性には優れていたが、負極製造時の乾燥時間を長くとる必要があり、生産性に劣っていた。一方、比較例1において負極製造時の乾燥温度を高くして乾燥時間を短くした場合(比較例2)には、結着性および電池特性が著しく低下した。   As shown in Table 2, the negative electrodes obtained by the organic solvent-based production methods of Examples 1 to 5 are excellent in the binding property of the negative electrode active material layer to the current collector, and the battery having the negative electrode is It was excellent in cycle performance (battery characteristics). In addition, high productivity and high quality are compatible with each other without deteriorating battery characteristics even when drying during the production of the negative electrode is carried out at a high temperature and in a short time. On the other hand, the negative electrode obtained in Comparative Example 1 and the battery having the negative electrode were excellent in binding properties and battery characteristics, but it was necessary to take a longer drying time during the production of the negative electrode. It was inferior. On the other hand, in Comparative Example 1, when the drying temperature during the production of the negative electrode was increased and the drying time was shortened (Comparative Example 2), the binding property and the battery characteristics were remarkably lowered.

また、表2に示されるように、実施例6〜15の水系の製造方法で得られた負極は、集電体に対する負極活物質層の結着性に優れており、上記負極を有する電池はサイクル性(電池特性)に優れていた。また、電極形成用組成物を一段階の混合操作により調製した場合にも電池特性の低下を伴うことなく、高生産性と高品質とが両立されていた。これに対して、比較例3で得られた負極および該負極を有する電池は、結着性および電池特性には優れていたが、電極形成用組成物を三段階の混合操作で調製する必要があり、生産性に劣っていた。一方、比較例3において電極形成用組成物を一段階の混合操作で調製した場合(比較例4)には、結着性および電池特性が著しく低下した。   Further, as shown in Table 2, the negative electrodes obtained by the aqueous production methods of Examples 6 to 15 are excellent in the binding property of the negative electrode active material layer to the current collector, and the battery having the negative electrode is It was excellent in cycle performance (battery characteristics). Moreover, even when the electrode-forming composition was prepared by a one-step mixing operation, high productivity and high quality were compatible with each other without causing deterioration in battery characteristics. In contrast, the negative electrode obtained in Comparative Example 3 and the battery having the negative electrode were excellent in binding properties and battery characteristics, but it was necessary to prepare the electrode forming composition by a three-stage mixing operation. Yes, productivity was inferior. On the other hand, when the electrode-forming composition was prepared by a one-step mixing operation in Comparative Example 3 (Comparative Example 4), the binding properties and battery characteristics were significantly reduced.

(実施例16)
[正極の製造]
表3に示すように、合成例2で得た酢酸セルロース(WSCA−70−1.1)3重量部と、コバルト酸リチウム(商品名「セルシード C−10N」、日本化学工業(株)製)94重量部と、カーボンブラック(商品名「ケッチェンブラックEC300J」、ケッチェン・ブラック・インターナショナル製、200メッシュ・75μmパス98%以上)3重量部と、NMP(電極形成用組成物の固形分が67%となる量)とを、混練機(商品名「AR−250」、(株)シンキー製)に入れ、5分間混合して、電極形成用組成物(正極形成用組成物、正極合剤ペースト)を調製した。
上記で得た電極形成用組成物(ペースト)を厚さ10μmのアルミニウム箔上に広げ、バーコーターでペーストの厚みを整えた後、表3に示す条件(乾燥温度、乾燥時間)で乾燥させた。その後、40MPaでプレスを行い、集電体(アルミニウム箔)上に厚さ80μmの正極活物質層(正極合剤)を有する電極(正極)を製造した。
(Example 16)
[Production of positive electrode]
As shown in Table 3, 3 parts by weight of cellulose acetate (WSCA-70-1.1) obtained in Synthesis Example 2 and lithium cobaltate (trade name “Cellseed C-10N”, manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd.) 94 parts by weight, 3 parts by weight of carbon black (trade name “Ketjen Black EC300J”, manufactured by Ketjen Black International, 200 mesh, 75 μm pass 98% or more), NMP (solid content of electrode forming composition is 67 %) Is placed in a kneader (trade name “AR-250”, manufactured by Shinky Co., Ltd.) and mixed for 5 minutes to form an electrode forming composition (positive electrode forming composition, positive electrode mixture paste). ) Was prepared.
The electrode-forming composition (paste) obtained above was spread on an aluminum foil having a thickness of 10 μm, the thickness of the paste was adjusted with a bar coater, and then dried under the conditions shown in Table 3 (drying temperature and drying time). . Thereafter, pressing was performed at 40 MPa to produce an electrode (positive electrode) having a positive electrode active material layer (positive electrode mixture) having a thickness of 80 μm on a current collector (aluminum foil).

(実施例17、比較例5)
電極形成用組成物の組成および乾燥条件を表3に示すように変更したこと以外は実施例16と同様にして、電極(正極)を製造した。
なお、比較例5においてバインダーとして使用したPVDFは、商品名「KFポリマーL#1120」((株)クレハ製)である。
(Example 17, comparative example 5)
An electrode (positive electrode) was produced in the same manner as in Example 16 except that the composition of the electrode forming composition and the drying conditions were changed as shown in Table 3.
In addition, PVDF used as a binder in the comparative example 5 is a brand name "KF polymer L # 1120" (made by Kureha Co., Ltd.).

(90°剥離強度の評価)
実施例および比較例で得られた正極における正極活物質層の集電体に対する90°剥離強度を、JIS K6854に準拠して測定した。結果を表3に示す。
なお、上記で測定された剥離強度が高いほど、集電体に対する正極活物質層の結着性に優れることを示す。
(Evaluation of 90 ° peel strength)
The 90 ° peel strength of the positive electrode active material layer in the positive electrode obtained in Examples and Comparative Examples was measured according to JIS K6854. The results are shown in Table 3.
In addition, it shows that it is excellent in the binding property of the positive electrode active material layer with respect to a collector, so that the peeling strength measured above is high.

表3に示されるように、実施例16、17で得られた正極は、集電体に対する正極活物質層の剥離強度が高かった。一方、本発明の規定を満たさない比較例5で得られた正極は、集電体に対する正極活物質層の剥離強度に劣っていた。   As shown in Table 3, the positive electrodes obtained in Examples 16 and 17 had high peel strength of the positive electrode active material layer with respect to the current collector. On the other hand, the positive electrode obtained in Comparative Example 5 that does not satisfy the provisions of the present invention was inferior in the peel strength of the positive electrode active material layer with respect to the current collector.

Figure 2015088472
Figure 2015088472

(実施例18)
[キャパシター用電極の製造]
表4に示すように、合成例6で得た酢酸セルロース(WSCA−70−0.7)5重量部と、活性炭(商品名「マックスソープ」、MCエバテック製、比表面積1,800m2/g、平均粒径3μm)90重量部と、アセチレンブラック(商品名「デンカブラック」、電気化学工業(株)製)5重量部とを秤量、混合し、純水を加えて、全固形濃度を30重量%に調整した。このようにして得た混合物をプラネタリーミキサーで30分間混合することで、電極形成用組成物(電極ペースト)を調製した。
上記で得た電極形成用組成物(電極ペースト)を、厚さ20μmのアルミニウム箔の両面にコンマコーターを使用して塗布した。次いで、アルミニウム箔上の電極形成用組成物を90℃で乾燥させた。その後、得られたアルミニウム箔上の電極層をロールプレス機を用いてプレス加工して、電極層厚みを10%減じさせ、集電体(アルミニウム箔)の両面にそれぞれ表4に示す厚みの電極層を有するキャパシター用電極を製造した。なお、コンマコーターによる電極形成用組成物の塗布においては、プレス加工後の電極層が所定の厚さとなるように塗布量を調整した。
(Example 18)
[Manufacture of capacitor electrodes]
As shown in Table 4, 5 parts by weight of cellulose acetate (WSCA-70-0.7) obtained in Synthesis Example 6 and activated carbon (trade name “Max Soap”, manufactured by MC Evatech, specific surface area of 1,800 m 2 / g , 90 parts by weight of an average particle diameter of 3 μm) and 5 parts by weight of acetylene black (trade name “Denka Black”, manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) are weighed and mixed, and pure water is added to make the total solid concentration 30 Adjusted to wt%. The mixture thus obtained was mixed with a planetary mixer for 30 minutes to prepare an electrode-forming composition (electrode paste).
The composition for electrode formation (electrode paste) obtained above was applied to both surfaces of an aluminum foil having a thickness of 20 μm using a comma coater. Next, the electrode-forming composition on the aluminum foil was dried at 90 ° C. Thereafter, the electrode layer on the obtained aluminum foil was pressed using a roll press machine to reduce the electrode layer thickness by 10%, and the electrodes having the thicknesses shown in Table 4 on both sides of the current collector (aluminum foil). A capacitor electrode having a layer was produced. In addition, in application | coating of the composition for electrode formation by a comma coater, the application quantity was adjusted so that the electrode layer after press work might become predetermined thickness.

[非水系電気二重層キャパシターの製造]
上記で得たキャパシター用電極を用いて、特開2009−278135号公報に記載の方法に準じて、以下の手順で非水系電気二重層キャパシターを製造した。
上記で得たキャパシター用電極を表4に記載のサイズとなるように裁断した。次に、裁断後のキャパシター用電極におけるアルミニウム箔にアルミニウム製のリード線を取り付けた。このようにリード線を取り付けた電極を2つ作製した。
次に、2つの電極の間に、紙からなるセパレータを挟み、捲回した。捲回した電極とセパレータに対して電解液である1.0Mテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレイト・プロピレンカーボネート溶液を含浸させた。
最後に、電解液を含浸させた電極とセパレータの捲回体を有底筒状ケースに挿入し、封口して、キャパシター(非水系電気二重層キャパシター)を得た。
[Manufacture of non-aqueous electric double layer capacitors]
Using the capacitor electrode obtained above, a non-aqueous electric double layer capacitor was produced by the following procedure according to the method described in JP-A-2009-278135.
The capacitor electrode obtained above was cut to the size shown in Table 4. Next, an aluminum lead wire was attached to the aluminum foil in the capacitor electrode after cutting. In this way, two electrodes to which the lead wires were attached were produced.
Next, a paper separator was sandwiched between the two electrodes and wound. The wound electrode and separator were impregnated with 1.0 M tetraethylammonium tetrafluoroborate / propylene carbonate solution as an electrolyte.
Finally, a wound body of an electrode impregnated with an electrolytic solution and a separator was inserted into a bottomed cylindrical case and sealed to obtain a capacitor (non-aqueous electric double layer capacitor).

(実施例19、比較例6、7)
電極形成用組成物の組成および電極仕様(電極層厚さ、電極層サイズ)を表4に示すように変更したこと以外は実施例18と同様にして、キャパシター用電極およびキャパシターを製造した。
なお、比較例6、7においてバインダーとして使用したカルボキシメチルセルロースアンモニウム塩は、商品名「DN−800H」(ダイセルファインケム(株)製)である。また、比較例6、7においてバインダーとして使用したブタジエン共重合体は、商品名「Nipol LX432M」(日本ゼオン(株)製、変性スチレン−ブタジエン系ラテックス、エマルジョン製品としての固形分41%)である。また、表4におけるブタジエン共重合体の量は、「Nipol LX432X」の固形分換算の量で示した。
(Example 19, Comparative Examples 6 and 7)
A capacitor electrode and a capacitor were produced in the same manner as in Example 18 except that the composition of the electrode forming composition and the electrode specifications (electrode layer thickness, electrode layer size) were changed as shown in Table 4.
In addition, the carboxymethylcellulose ammonium salt used as a binder in Comparative Examples 6 and 7 is a trade name “DN-800H” (manufactured by Daicel Finechem Co., Ltd.). Moreover, the butadiene copolymer used as a binder in Comparative Examples 6 and 7 is a trade name “Nipol LX432M” (manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., modified styrene-butadiene latex, solid content 41% as an emulsion product). . Moreover, the amount of the butadiene copolymer in Table 4 is shown by the solid content conversion amount of “Nipol LX432X”.

(充放電特性の評価)
実施例および比較例で得られたキャパシターに対して、60℃の恒温槽内で2.0Vの定電圧で12時間電圧を印加した。その後、キャパシターを放電させた。
次に、キャパシターを25℃に空調した実験室雰囲気に置き、2.0Vの定電圧で5分間充電した後、1A電流で放電させた。
この放電(25℃での放電)における容量と、初期0.5秒の電圧降下より求めた抵抗(直流抵抗)とを測定した。結果を表4に示す。
また、25℃を−30℃に変更したこと以外は、上記と同様にして、−30℃での放電における容量と、初期0.5秒の電圧降下より求めた抵抗(直流抵抗)とを測定した。結果を表4に示す。
(Evaluation of charge / discharge characteristics)
A voltage was applied to the capacitors obtained in Examples and Comparative Examples at a constant voltage of 2.0 V for 12 hours in a constant temperature bath at 60 ° C. Thereafter, the capacitor was discharged.
Next, the capacitor was placed in a laboratory atmosphere conditioned at 25 ° C., charged with a constant voltage of 2.0 V for 5 minutes, and then discharged with 1 A current.
The capacity in this discharge (discharge at 25 ° C.) and the resistance (DC resistance) obtained from the initial voltage drop of 0.5 seconds were measured. The results are shown in Table 4.
Moreover, the capacity | capacitance in the discharge in -30 degreeC and the resistance (DC resistance) calculated | required from the voltage drop of the initial 0.5 second were measured like the above except having changed 25 degreeC into -30 degreeC. did. The results are shown in Table 4.

Figure 2015088472
Figure 2015088472

表4に示されるように、実施例18、19で得られたキャパシターは、直流抵抗が低いことにおいて優れており、これは特に低温(−30℃)において顕著であった。これは、本発明のキャパシター用電極の電極層においては、炭素材料の分散性と、炭素材料およびアルミニウムの結着性とに優れており、このような特性が低温においても損なわれないためと推測される。比較例6、7で得られたキャパシターは、実施例18、19で得られたキャパシターと比較して直流抵抗が高かった。   As shown in Table 4, the capacitors obtained in Examples 18 and 19 were excellent in that the DC resistance was low, and this was particularly remarkable at a low temperature (−30 ° C.). This is probably because the electrode layer of the capacitor electrode of the present invention is excellent in the dispersibility of the carbon material and the binding property of the carbon material and aluminum, and such characteristics are not impaired even at low temperatures. Is done. The capacitors obtained in Comparative Examples 6 and 7 had higher DC resistance than the capacitors obtained in Examples 18 and 19.

本発明の蓄電デバイス用電極は、製造工程に起因する充放電特性の低下を生じることなく、充放電特性と生産性の両方に優れているため、例えば、携帯電子機器、電気自動車、電動機器、定置機器等の各種用途に使用される蓄電デバイス(リチウムイオン電池、非水系電気二重層キャパシター等)の電極として有用である。   Since the electrode for an electricity storage device of the present invention is excellent in both charge / discharge characteristics and productivity without causing deterioration in charge / discharge characteristics due to the manufacturing process, for example, a portable electronic device, an electric vehicle, an electric device, It is useful as an electrode for power storage devices (lithium ion batteries, non-aqueous electric double layer capacitors, etc.) used for various applications such as stationary equipment.

Claims (9)

集電体と、該集電体上の電極活物質層とを有する電極であって、
前記電極活物質層が、電極活物質(A)とアセチル基総置換度が0.4〜1.2である酢酸セルロース(B)とを含むことを特徴とする蓄電デバイス用電極。
An electrode having a current collector and an electrode active material layer on the current collector,
The electrode active material layer includes an electrode active material (A) and cellulose acetate (B) having an acetyl group total substitution degree of 0.4 to 1.2.
酢酸セルロース(B)の下記で定義される組成分布指数(CDI)が1.0〜2.0である請求項1に記載の蓄電デバイス用電極。
CDI=(組成分布半値幅の実測値)/(組成分布半値幅の理論値)
組成分布半値幅の実測値:酢酸セルロース(試料)の残存水酸基をすべてプロピオニル化して得られるセルロースアセテートプロピオネートをHPLC分析して求めた組成分布半値幅
Figure 2015088472
DS:アセチル基総置換度
DPw:重量平均重合度(酢酸セルロース(試料)の残存水酸基をすべてプロピオニル化して得られるセルロースアセテートプロピオネートを用いてGPC−光散乱法により求めた値)
The electrode for an electrical storage device according to claim 1, wherein the composition distribution index (CDI) defined below of cellulose acetate (B) is 1.0 to 2.0.
CDI = (actual value of composition distribution half width) / (theoretical value of composition distribution half width)
Measured value of half width of composition distribution: half width of composition distribution obtained by HPLC analysis of cellulose acetate propionate obtained by propionylating all remaining hydroxyl groups of cellulose acetate (sample)
Figure 2015088472
DS: Degree of total substitution of acetyl groups DPw: Weight average degree of polymerization (value determined by GPC-light scattering method using cellulose acetate propionate obtained by propionylating all remaining hydroxyl groups of cellulose acetate (sample))
リチウムイオン電池用電極である請求項1又は2に記載の蓄電デバイス用電極。   The electrode for an electricity storage device according to claim 1, which is an electrode for a lithium ion battery. 前記電極活物質層がスチレン−ブタジエンゴムを含まない請求項3に記載の蓄電デバイス用電極。   The electrode for an electricity storage device according to claim 3, wherein the electrode active material layer does not contain styrene-butadiene rubber. 非水系電気二重層キャパシター用電極である請求項1又は2に記載の蓄電デバイス用電極。   The electrode for an electricity storage device according to claim 1, which is an electrode for a non-aqueous electric double layer capacitor. 請求項3又は4に記載の蓄電デバイス用電極を有するリチウムイオン電池。   The lithium ion battery which has an electrode for electrical storage devices of Claim 3 or 4. 請求項5に記載の蓄電デバイス用電極を有する非水系電気二重層キャパシター。   A non-aqueous electric double layer capacitor having the electrode for an electricity storage device according to claim 5. 電極活物質(A)、酢酸セルロース(B)、および有機溶媒を含む電極形成用組成物を調製する工程と、
前記工程で得られた電極形成用組成物を集電体上に塗布し、乾燥させて、前記集電体上に電極活物質層を形成する工程とを含むことを特徴とする蓄電デバイス用電極の製造方法。
Preparing an electrode-forming composition comprising an electrode active material (A), cellulose acetate (B), and an organic solvent;
Applying the electrode-forming composition obtained in the step onto a current collector and drying to form an electrode active material layer on the current collector. Manufacturing method.
電極活物質(A)、アセチル基総置換度が0.5〜1.1の酢酸セルロース(B)、および水を含む電極形成用組成物を調製する工程と、
前記工程で得られた電極形成用組成物を集電体上に塗布し、乾燥させて、前記集電体上に電極活物質層を形成する工程とを含むことを特徴とする蓄電デバイス用電極の製造方法。
Preparing an electrode-forming composition comprising an electrode active material (A), cellulose acetate (B) having a total substitution degree of acetyl groups of 0.5 to 1.1, and water;
Applying the electrode-forming composition obtained in the step onto a current collector and drying to form an electrode active material layer on the current collector. Manufacturing method.
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