JP2016027561A - Negative electrode binder for lithium ion secondary battery, negative electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery - Google Patents

Negative electrode binder for lithium ion secondary battery, negative electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery Download PDF

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一正 田中
佐野 篤史
Atsushi Sano
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a binder for a lithium ion secondary battery which is superior in charge and discharge cycle characteristics.SOLUTION: A negative electrode binder for a lithium ion secondary battery comprises: a polyamide imide having repeating structural units expressed by the formulas (1) and (2), where Ar represents substituted/unsubstituted one or two aryl groups; and "a" and "b" each represent an appropriate integer.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用負極バインダー、リチウムイオン二次電池用負極およびリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a negative electrode binder for a lithium ion secondary battery, a negative electrode for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery.

近年、ビデオカメラ、携帯電話あるいはノートパソコンなどのポータブル電子機器が広く普及しており、その小型化、軽量化および長寿命化が強く求められている。これに伴い、ポータブル電子機器の電源として、電池、特に軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン二次電池の開発が進められている。   In recent years, portable electronic devices such as video cameras, mobile phones, and notebook computers have been widely used, and there is a strong demand for miniaturization, weight reduction, and long life. Accordingly, as a power source for portable electronic devices, development of a battery, in particular, a lithium ion secondary battery that is lightweight and obtains a high energy density is in progress.

特に、充放電反応にリチウムイオンの吸蔵および放出を利用するリチウムイオン二次電池は、鉛電池やニッケルカドミウム電池よりも大きなエネルギー密度が得られるため、大きな期待が寄せられている。   In particular, lithium ion secondary batteries that use the insertion and extraction of lithium ions for charge / discharge reactions are expected to have higher energy density than lead batteries and nickel cadmium batteries.

リチウムイオン二次電池は、正極、負極、正極と負極とを絶縁するためのセパレーター、および正極と負極との間でリチウムイオンの移動を可能にするための電解液、によって主に構成され、前述の正極および前述の負極は、金属箔からなる集電体の両面または片面に各種の活物質層が塗布されてなるものである。正極は、正極用集電体の上に正極活物質層を有し、例えばコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、リン酸鉄リチウムなどの正極活物質が含まれている。一方、負極は、負極用集電体の上に負極活物質層を有し、例えば天然黒鉛、人造黒鉛などを含む負極活物質が含まれている。   The lithium ion secondary battery is mainly composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator for insulating the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte solution for allowing lithium ions to move between the positive electrode and the negative electrode, as described above. The positive electrode and the negative electrode described above are obtained by applying various active material layers to both surfaces or one surface of a current collector made of a metal foil. The positive electrode has a positive electrode active material layer on the positive electrode current collector, and includes, for example, a positive electrode active material such as lithium cobaltate, lithium nickelate, lithium manganate, and lithium iron phosphate. On the other hand, the negative electrode has a negative electrode active material layer on a negative electrode current collector, and includes a negative electrode active material containing, for example, natural graphite or artificial graphite.

ところが最近では、電子機器の高性能化、多機能化に伴って、電池容量のさらなる高容量化が求められており、これを受けて、黒鉛(理論容量372mAh/g)に代わる新規負極活物質が検討されている。   Recently, however, there has been a demand for higher battery capacity as electronic devices become more sophisticated and multifunctional, and in response to this, a new negative electrode active material that replaces graphite (theoretical capacity 372 mAh / g). Is being considered.

黒鉛に代わる高容量の負極活物質としては、リチウム金属、およびリチウムと合金化が可能なシリコン(Si)、シリコンの酸化物(例えばSiO)、スズ(Sn)などの合金系負極材料が挙げられるが、特にシリコン(4199mAh/g)、シリコン酸化物(2000mAh/g)では高い理論容量を示すことから、電池容量の大幅な向上が期待される。   Examples of high-capacity negative electrode active materials that can replace graphite include lithium metal and alloy-based negative electrode materials such as silicon (Si), silicon oxide (for example, SiO), and tin (Sn) that can be alloyed with lithium. However, since silicon (4199 mAh / g) and silicon oxide (2000 mAh / g) exhibit high theoretical capacity, a significant improvement in battery capacity is expected.

ところが負極活物質としてシリコンを用いると、充放電時に負極活物質層が激しく膨張および収縮するため、負極に多大な応力が加わる。その結果、集電体上に形成された負極活物質層にクラックが発生したり、負極活物質層と集電体との間で剥離を生じたり、負極活物質層の見かけの厚さが増加するといった問題がある。   However, when silicon is used as the negative electrode active material, a large amount of stress is applied to the negative electrode because the negative electrode active material layer expands and contracts violently during charge and discharge. As a result, a crack occurs in the negative electrode active material layer formed on the current collector, peeling occurs between the negative electrode active material layer and the current collector, or the apparent thickness of the negative electrode active material layer increases. There is a problem such as.

これにより、電池容量の高容量化が図られる一方で、このような体積膨張(以下、膨張収縮と記することがある)によって、負極活物質−負極活物質、および負極活物質−集電体での導電パスが遮断され、その結果、リチウムイオン二次電池の重要な特性である充放電サイクル特性が低下すると共に、その厚さが意図せずに増加するといった課題があった。   Thereby, while the battery capacity is increased, the negative electrode active material—the negative electrode active material, and the negative electrode active material—the current collector are obtained by such volume expansion (hereinafter sometimes referred to as expansion / contraction). As a result, the charge / discharge cycle characteristics, which are important characteristics of the lithium ion secondary battery, are deteriorated, and the thickness is unintentionally increased.

前述した課題に対して、例えば、高強度を有するバインダーとしてポリイミドや、ポリアミドイミドを負極用バインダーに用いることが提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3)。しかしながら、昨今における市場の要求は留まらず、更なる充放電サイクル特性の改善が求められている。   In response to the above-described problems, for example, it has been proposed to use polyimide or polyamideimide as a binder for high strength as a binder having high strength (for example, Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3). However, the market demand is not limited recently, and further improvement of charge / discharge cycle characteristics is required.

特開2007−242405号公報JP 2007-242405 A 特開2010−205609号公報JP 2010-205609 A 特開2011−048969号公報JP 2011-048969 A

本発明は、前述の事情に鑑みてなされたものであり、充放電サイクル特性に優れるリチウムイオン二次電池用負極バインダー、リチウムイオン二次電池用負極およびリチウムイオン二次電池を提供することにある。   This invention is made | formed in view of the above-mentioned situation, and is providing the negative electrode binder for lithium ion secondary batteries which is excellent in charging / discharging cycling characteristics, the negative electrode for lithium ion secondary batteries, and a lithium ion secondary battery. .

前述した課題を解決するため、本発明のリチウムイオン二次電池用負極用負極バインダー(以下、「負極バインダー」と記すことがある)は、下記の式(1)および式(2)の繰り返し構造単位を有するポリアミドイミドを含むことを特徴とする。ただし、式中のaおよびbの値は、各構造単位の共重合割合をモル比率で示す。

Figure 2016027561
Figure 2016027561
In order to solve the above-described problems, the negative electrode binder for a negative electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention (hereinafter sometimes referred to as “negative electrode binder”) is a repeating structure of the following formulas (1) and (2): Polyamideimide having a unit is included. However, the value of a and b in a formula shows the copolymerization ratio of each structural unit by a molar ratio.
Figure 2016027561
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さらに式(2)中のArは、芳香環を有するアリール基を示し、式(3)、式(4)、式(5)のいずれかを示す。R〜R、RおよびRは、それぞれ独立して、水素原子、水酸基、アルキル基、メチル基、ハロゲン、置換アルキル基、アルコキシ基、アリー
ル基、置換アリール基、ニトロ基、シアノ基、チオール基、またはハロゲン化メチル基などからなる群より選択される置換基を示す。また、式(4)中のRは、−O−、−S−、−C(=O)−、−SO−、−C(=O)O−、−(CH−、−C(CF−、−C(CH−を示す。なお、−(CH−のnは、0以上5以下の整数である。)

Figure 2016027561
Figure 2016027561
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Furthermore, Ar in Formula (2) represents an aryl group having an aromatic ring, and represents any one of Formula (3), Formula (4), and Formula (5). R 1 to R 4 , R 6 and R 7 are each independently a hydrogen atom, hydroxyl group, alkyl group, methyl group, halogen, substituted alkyl group, alkoxy group, aryl group, substituted aryl group, nitro group, cyano group And a substituent selected from the group consisting of a thiol group, a methyl halide group and the like. R 5 in the formula (4) is —O—, —S—, —C (═O) —, —SO 2 —, —C (═O) O—, — (CH 2 ) n —, -C (CF 3) 2 -, - C (CH 3) 2 - shows a. Note that n in — (CH 2 ) n — is an integer of 0 or more and 5 or less. )
Figure 2016027561
Figure 2016027561
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本発明に係る負極バインダーによれば、充放電サイクル特性が大きく向上する。その理由として詳細な原因は明確になっていないが、我々の鋭意なる検討からその理由の1つとして、以下のように考えている。   According to the negative electrode binder according to the present invention, the charge / discharge cycle characteristics are greatly improved. Although the detailed cause is not clarified as the reason, one of the reasons is as follows from our earnest examination.

本発明に係る負極バインダーは、充電過程において、その一部が分解および/または溶解することで、その分解物および/または溶解物が、初回充電過程において、負極活物質表面にフッ素イオンを含んだ固体電解質膜(SEI膜)の形成に寄与される。このSEI膜の形成によって、負極活物質とリチウムイオンとの挿入脱離反応に作用し、結果的に充放電サイクルが向上する。   The negative electrode binder according to the present invention is partially decomposed and / or dissolved in the charging process, so that the decomposed product and / or dissolved material contains fluorine ions on the surface of the negative electrode active material in the initial charging process. This contributes to the formation of a solid electrolyte membrane (SEI membrane). The formation of the SEI film acts on the insertion / release reaction between the negative electrode active material and lithium ions, and as a result, the charge / discharge cycle is improved.

さらに本発明に係る負極バインダーは、前述の式(1)のaのモル比率が、0.1〜70モル%であり、前述の式(2)のbのモル比率が、30〜99.9モル%であることが好ましい。ただし、aとbは共重合の割合を示し、aとbのモル比率を足し合わせた場合、100モル%の関係を満たすものとする。   Further, in the negative electrode binder according to the present invention, the molar ratio of a in the above formula (1) is 0.1 to 70 mol%, and the molar ratio of b in the above formula (2) is 30 to 99.9. It is preferable that it is mol%. However, a and b show the ratio of copolymerization, and when the molar ratio of a and b is added together, the relationship of 100 mol% shall be satisfied.

トリフルオロメチル基であるフッ素を構造内に有する式(1)のポリアミドイミドのモル比率aが、0.1〜70モル%となるポリアミドイミドでは、負極活物質表面に形成されるフッ素を含むSEI膜を形成させるために必要なフッ素イオン量が充分量であり、さらに膨張を抑制するのに必要なバインダーとしての物理的強度を保持しているため、負極活物質の体積膨張がより抑制され、かつ良好な充放電サイクル特性が得られるものと考えられる。   In the polyamideimide in which the molar ratio a of the polyamideimide of the formula (1) having fluorine in the structure as a trifluoromethyl group is 0.1 to 70 mol%, SEI containing fluorine formed on the surface of the negative electrode active material Since the amount of fluorine ions necessary to form a film is a sufficient amount and further maintains the physical strength as a binder necessary to suppress expansion, the volume expansion of the negative electrode active material is further suppressed, In addition, it is considered that good charge / discharge cycle characteristics can be obtained.

特に前述の式(1)のaのモル比率が、1〜40モル%となるポリアミドイミドの場合、負極活物質の体積膨張がより抑制され、より良好な充放電サイクル特性が得られる。   In particular, in the case of polyamideimide in which the molar ratio of a in the formula (1) is 1 to 40 mol%, the volume expansion of the negative electrode active material is further suppressed, and better charge / discharge cycle characteristics are obtained.

さらに本発明に係る負極バインダーは、重量平均分子量(Mw)が、4,000〜100,000であることが好ましい。   Furthermore, the negative electrode binder according to the present invention preferably has a weight average molecular weight (Mw) of 4,000 to 100,000.

重量平均分子量(Mw)が、4,000〜100,000である場合、負極活物質の体積膨張がより抑制され、より良好な充放電サイクル特性が得られる。   When the weight average molecular weight (Mw) is 4,000 to 100,000, volume expansion of the negative electrode active material is further suppressed, and better charge / discharge cycle characteristics are obtained.

前述の重量平均分子量(Mw)が、4,000〜100,000である場合、負極バインダーとして、活物質と活物質および活物質と集電体での結着性が強く保持されることで体積膨張が抑制され、その結果、活物質間及び活物質と集電体間での導電パスに優れるため充放電サイクル特性が良好となる。さらにバインダーのハンドリングとしての粘性が最適であるため、塗料化における分散性が良好となり、負極活物質層内でのバインダーを均一に分散させることができる。なお、重量平均分子量は、合成時の撹拌時間や反応温度によって、容易に種々に調整することができる。   When the above-mentioned weight average molecular weight (Mw) is 4,000 to 100,000, the volume of the negative electrode binder is maintained by strongly holding the binding property between the active material and the active material and the active material and the current collector. The expansion is suppressed, and as a result, the charge / discharge cycle characteristics are improved because the conductive paths between the active materials and between the active material and the current collector are excellent. Furthermore, since the viscosity as the handling of the binder is optimal, the dispersibility in coating is improved, and the binder can be uniformly dispersed in the negative electrode active material layer. The weight average molecular weight can be easily adjusted in various ways depending on the stirring time and reaction temperature during synthesis.

特に重量平均分子量(Mw)が5,000〜80,000となる場合、より優れた充放電サイクル特性が得られる。   Particularly when the weight average molecular weight (Mw) is 5,000 to 80,000, more excellent charge / discharge cycle characteristics can be obtained.

さらに本発明に係るリチウムイオン二次電池用負極は、集電体および集電体上に形成された負極活物質層を備えたリチウムイオン二次電池用負極であって、前述の負極活物質層は、負極活物質と、導電助剤と、本発明に係る負極バインダーとを含み、前述の負極活物質として、ケイ素(Si)、ケイ素化合物の少なくとも一方を含んでいることを特徴とする。   Furthermore, a negative electrode for a lithium ion secondary battery according to the present invention is a negative electrode for a lithium ion secondary battery comprising a current collector and a negative electrode active material layer formed on the current collector, the negative electrode active material layer described above Includes a negative electrode active material, a conductive additive, and a negative electrode binder according to the present invention, and the negative electrode active material includes at least one of silicon (Si) and a silicon compound.

さらに本発明に係るリチウムイオン二次電池用負極は、集電体上に形成された負極活物質層において、少なくとも本発明に係る負極バインダーが、5.0重量%以上、40重量%以下の範囲内で含まれていることが好ましい。   Further, in the negative electrode for a lithium ion secondary battery according to the present invention, in the negative electrode active material layer formed on the current collector, at least the negative electrode binder according to the present invention is in the range of 5.0 wt% or more and 40 wt% or less. It is preferable that it is contained within.

前述の負極バインダーの含有量が、5.0〜40重量%の場合、負極の体積膨張および充放電サイクル特性に加えて、高いレートにおいても優れた容量維持率を示すリチウムイオン二次電池となる。バインダーの含有量が、5.0重量%よりも少ないと、負極活物質層の強度が弱く、良好なサイクル特性が得られない場合がある。一方、40重量%よりも多くなるとバインダーが抵抗体として作用するため、レート特性が低下する場合がある。   When the content of the negative electrode binder is 5.0 to 40% by weight, in addition to the volume expansion and charge / discharge cycle characteristics of the negative electrode, a lithium ion secondary battery showing an excellent capacity retention rate even at a high rate is obtained. . When the content of the binder is less than 5.0% by weight, the strength of the negative electrode active material layer is weak, and good cycle characteristics may not be obtained. On the other hand, if the amount exceeds 40% by weight, the binder acts as a resistor, so that the rate characteristics may deteriorate.

さらに本発明に係るリチウムイオン二次電池は、負極と正極と、負極と正極との間に配置されるセパレーターと、電解液とを備えたリチウムイオン二次電池であって、前述の負極は、本発明に係るリチウムイオン二次電池用負極であることを特徴とする。   Furthermore, the lithium ion secondary battery according to the present invention is a lithium ion secondary battery comprising a negative electrode and a positive electrode, a separator disposed between the negative electrode and the positive electrode, and an electrolyte solution, wherein the negative electrode is It is a negative electrode for lithium ion secondary batteries according to the present invention.

本発明によれば、充放電サイクル特性に優れるリチウムイオン二次電池用負極バインダー、リチウムイオン二次電池用負極、およびリチウムイオン二次電池を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the negative electrode binder for lithium ion secondary batteries which is excellent in charging / discharging cycling characteristics, the negative electrode for lithium ion secondary batteries, and a lithium ion secondary battery can be provided.

リチウムイオン二次電池の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of a lithium ion secondary battery. 充放電を10サイクル繰り返した後の実施例3に係るポリアミドイミドバインダーを用いた負極のSiO活物質表面のSEM−EDXスペクトルSEM-EDX spectrum of the negative electrode SiO x active material surface using the polyamide-imide binder according to Example 3 after 10 cycles of charge and discharge 充放電を10サイクル繰り返した後の比較例1に係るポリアミドイミドバインダーを用いた負極のSiO活物質表面のSEM−EDXスペクトルSEM-EDX spectrum of SiO x active material surface of negative electrode using polyamideimide binder according to Comparative Example 1 after 10 cycles of charge and discharge 充放電する前の実施例3に係るポリアミドイミドバインダーを用いた負極のSiO活物質表面のSEM−EDXスペクトルSEM-EDX spectrum of the surface of the SiO x active material of the negative electrode using the polyamideimide binder according to Example 3 before charging and discharging 充放電する前の比較例1に係るポリアミドイミドバインダーを用いた負極のSiO活物質表面のSEM−EDXスペクトルSEM-EDX spectrum of the surface of the SiO x active material of the negative electrode using the polyamideimide binder according to Comparative Example 1 before charging and discharging

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに以下に記載した構成要素は、適宜組み合わせることができる。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment. The constituent elements described below include those that can be easily assumed by those skilled in the art and those that are substantially the same. Furthermore, the constituent elements described below can be appropriately combined.

<リチウムイオン二次電池>
図1に、リチウムイオン二次電池100の構成断面図を示す。図1のリチウムイオン二次電池100は、正極10および負極20と、正極10と負極20との間に配置されたセパレーター18と電解質を含む電解液から構成され、前述のセパレーター18は充放電時における正負極間でのリチウムイオンの移動媒体である前述の電解液を保持する。
<Lithium ion secondary battery>
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a lithium ion secondary battery 100. A lithium ion secondary battery 100 in FIG. 1 includes a positive electrode 10 and a negative electrode 20, a separator 18 disposed between the positive electrode 10 and the negative electrode 20, and an electrolyte solution containing an electrolyte. The electrolyte solution described above, which is a lithium ion transfer medium between the positive and negative electrodes in FIG.

前述の正極10は、リチウムイオンを吸蔵・放出する正極活物質と、導電助剤と、バインダーとを含む正極活物質層14を正極集電体12の少なくとも一方の主面に備えて構成されており、前述の負極20は、リチウムイオンを吸蔵・放出する負極活物質と、導電助剤と、バインダーとを含む負極活物質層24を負極集電体22の少なくとも一方の主面に備えて構成されている。   The positive electrode 10 described above includes a positive electrode active material layer 14 containing a positive electrode active material that absorbs and releases lithium ions, a conductive additive, and a binder on at least one main surface of the positive electrode current collector 12. The negative electrode 20 includes a negative electrode active material layer 24 containing a negative electrode active material that absorbs and releases lithium ions, a conductive additive, and a binder on at least one main surface of the negative electrode current collector 22. Has been.

リチウムイオン二次電池の形状としては、特に制限はなく、例えば、円筒型、角型、コイン型、偏平型、ラミネートフィルム型など、いずれであってもよい。本発明では、ラミネートフィルムを外装体50として用い、下記実施例では、ラミネートフィルム型電池を作製し評価する。前述のラミネートフィルムとしては、例えば、ポリプロピレン、アルミニウム、ナイロンがこの順に積層されてなる3層構造として構成されているものを用いることができる。   There is no restriction | limiting in particular as a shape of a lithium ion secondary battery, For example, any, such as a cylindrical type, a square type, a coin type, a flat type, a laminate film type, may be sufficient. In the present invention, a laminate film is used as the outer package 50, and in the following examples, a laminate film type battery is produced and evaluated. As the above-mentioned laminate film, for example, a film having a three-layer structure in which polypropylene, aluminum, and nylon are laminated in this order can be used.

以下、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用負極バインダー、リチウムイオン二次電池用負極20およびリチウムイオン二次電池100の好適な実施形態について、さらに詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the negative electrode binder for a lithium ion secondary battery, the negative electrode 20 for a lithium ion secondary battery, and the lithium ion secondary battery 100 according to the present embodiment will be described in more detail.

<負極活物質>
リチウムと合金化が可能な負極活物質としては、シリコン、スズおよびゲルマニウムが好ましく、特に高容量であるシリコンが望ましい。シリコンは単体で用いてもよく、合金で用いても、化合物で用いてもよく、それらの2種以上を併用してもよい。
<Negative electrode active material>
As the negative electrode active material that can be alloyed with lithium, silicon, tin, and germanium are preferable, and silicon having a high capacity is particularly preferable. Silicon may be used alone, may be used as an alloy, may be used as a compound, or two or more of them may be used in combination.

また、シリコンの酸化物を含む化合物、すなわち、シリコンと酸素を構成元素に含む化合物も本発明内に用いられる高容量の負極活物質として挙げられる。(ただし、Siに対
するOの原子比xは、0.5≦x≦1.5である。以下、「SiO」と表記する)。
Further, a compound containing silicon oxide, that is, a compound containing silicon and oxygen as constituent elements can be cited as a high-capacity negative electrode active material used in the present invention. (However, the atomic ratio x of O to Si is 0.5 ≦ x ≦ 1.5. Hereinafter, it is expressed as “SiO x ”).

上記SiOは、Siの微結晶または非晶質相を含んでいてもよく、この場合、SiとOの原子比は、Siの微結晶または非晶質相のSiを含めた比率となる。すなわち、SiOには、非晶質のSiOマトリックス中に、Si(例えば、微結晶Si)が分散した構造のものが含まれ、この非晶質のSiOと、その中に分散しているSiを合わせて、前記の原子比xが0.5≦x≦1.5を満足していればよい。例えば、非晶質のSiOマトリックス中に、Siが分散した構造で、SiOとSiのモル比が1:1の化合物の場合、x=1であるので、構造式としてはSiOで表記される。 The SiO x may contain a microcrystalline or amorphous phase of Si. In this case, the atomic ratio of Si and O is a ratio including Si microcrystalline or amorphous Si. That is, SiO x includes a structure in which Si (for example, microcrystalline Si) is dispersed in an amorphous SiO 2 matrix, and this amorphous SiO 2 is dispersed in the SiO 2 matrix. It is sufficient that the atomic ratio x satisfies 0.5 ≦ x ≦ 1.5 in combination with Si. For example, in the case of a compound in which Si is dispersed in an amorphous SiO 2 matrix and the molar ratio of SiO 2 to Si is 1: 1, x = 1, so that the structural formula is represented by SiO. The

また、SiOやその他の酸化物(シリコン、スズまたはゲルマニウムの酸化物)を使用する場合、その表面を炭素で被覆していることが好ましい。これらの上記酸化物は、導電性が乏しいため、負極活物質として用いる際には、良好な電池特性の確保のために、導電助剤を使用し、負極活物質層内における前記酸化物と導電助剤との混合・分散を良好にして、優れた導電ネットワークを形成する必要がある。そこで、前記酸化物の表面を炭素で被覆すれば、例えば、単に前記酸化物と炭素材料からなる導電助剤とを混合して使用する場合よりも、負極における導電ネットワークが良好に形成される。 In addition, when SiO x or other oxides (silicon, tin, or germanium oxides) are used, the surface is preferably covered with carbon. Since these oxides have poor conductivity, when used as a negative electrode active material, a conductive additive is used to ensure good battery characteristics, and the oxide and the conductive material in the negative electrode active material layer are electrically conductive. It is necessary to improve the mixing and dispersion with the auxiliary agent to form an excellent conductive network. Therefore, if the surface of the oxide is coated with carbon, for example, a conductive network in the negative electrode is formed better than when the oxide and a conductive additive made of a carbon material are mixed and used.

また、負極活物質として、前述に挙げた材料に限定することはなく、他にも、リチウムイオンを電気化学的に吸蔵・放出する材料であれば特に制限はされない。特にリチウムイオン二次電池用負極20に、膨張収縮の大きな高容量を発現する負極活物質を用いた場合において、本実施形態の負極バインダーが、より好適な効果を発揮することができる。   Further, the negative electrode active material is not limited to the above-described materials, and any other material that can electrochemically occlude / release lithium ions is not particularly limited. In particular, in the case where a negative electrode active material that expresses a high capacity with large expansion and contraction is used for the negative electrode 20 for a lithium ion secondary battery, the negative electrode binder of the present embodiment can exhibit a more suitable effect.

さらに前述したシリコン系の負極活物質に炭素系負極活物質を併用してもよく、例えば、結晶質炭素、非晶質炭素、またはこれらの組み合わせを使用してもよい。前述の結晶質炭素の例としては、無定形、板状、鱗片状、球形、繊維状などの天然黒鉛または人造黒鉛が挙げられ、前述の非晶質炭素の例としては、ソフトカーボンまたはハードカーボンメソフェーズピッチ炭化物、焼成したコークスなどが挙げられる。   Furthermore, a carbon-based negative electrode active material may be used in combination with the silicon-based negative electrode active material described above, and for example, crystalline carbon, amorphous carbon, or a combination thereof may be used. Examples of the crystalline carbon include natural graphite or artificial graphite such as amorphous, plate-like, scale-like, spherical, and fibrous. Examples of the amorphous carbon include soft carbon or hard carbon. Examples include mesophase pitch carbide and calcined coke.

<リチウムイオン二次電池用負極バインダー>
リチウムイオン二次電池用負極20に用いる本発明に係るリチウムイオン二次電池用負極バインダーは(以下、「負極バインダー」と記すことがある)、下記の式(1)および式(2)の繰り返し構造単位を有するポリアミドイミドとする。ただし、式中のaおよびbの値は、各構造単位の共重合割合をモル比率で示される。

Figure 2016027561
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<Negative electrode binder for lithium ion secondary battery>
The negative electrode binder for a lithium ion secondary battery according to the present invention used for the negative electrode 20 for a lithium ion secondary battery (hereinafter sometimes referred to as “negative electrode binder”) is a repetition of the following formulas (1) and (2): A polyamideimide having a structural unit is used. However, the value of a and b in a formula shows the copolymerization ratio of each structural unit by a molar ratio.

Figure 2016027561
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さらに式(2)中のArは、芳香環を有するアリール基を示し、式(3)、式(4)、式(5)のいずれかを示す。R〜R、RおよびRは、それぞれ独立して、水素原子、水酸基、アルキル基、メチル基、ハロゲン、置換アルキル基、アルコキシ基、アリール基、置換アリール基、ニトロ基、シアノ基、チオール基、またはハロゲン化メチル基などからなる群より選択される置換基を示す。また、式(4)中のRは、−O−、−S−、−C(=O)−、−SO−、−C(=O)O−、−(CH−、−C(CF−、−C(CH−を示す。なお、−(CH−のnは、0以上5以下の整数である。)

Figure 2016027561
Figure 2016027561
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Furthermore, Ar in Formula (2) represents an aryl group having an aromatic ring, and represents any one of Formula (3), Formula (4), and Formula (5). R 1 to R 4 , R 6 and R 7 are each independently a hydrogen atom, hydroxyl group, alkyl group, methyl group, halogen, substituted alkyl group, alkoxy group, aryl group, substituted aryl group, nitro group, cyano group And a substituent selected from the group consisting of a thiol group, a methyl halide group and the like. R 5 in the formula (4) is —O—, —S—, —C (═O) —, —SO 2 —, —C (═O) O—, — (CH 2 ) n —, -C (CF 3) 2 -, - C (CH 3) 2 - shows a. Note that n in — (CH 2 ) n — is an integer of 0 or more and 5 or less. )
Figure 2016027561
Figure 2016027561
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前述の負極バインダーによって構成されたリチウムイオン二次電池用負極20では、充放電過程において、本実施形態の負極バインダーの一部が分解および/または溶解することで、その分解物および/または溶解物が、充電過程において負極活物質表面にフッ素イオンを含んだ固体電解質膜(SEI膜)の形成に寄与される。このSEI膜の存在によってリチウムイオンの挿入脱離反応に作用することで、本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池用負極20を用いたリチウムイオン二次電池100においては、優れた充放電サイクル特性を示す。なお、前述に説明した負極バインダーの一部の分解および/または溶解とは、極めて微少な程度を意味し、前述の負極バインダーの分解および/または溶解によって負極活物質層の脱落や崩壊が生じない程度を意味する。   In the negative electrode 20 for a lithium ion secondary battery composed of the above-described negative electrode binder, a part of the negative electrode binder of the present embodiment is decomposed and / or dissolved in the charge / discharge process, so that the decomposed product and / or the dissolved product is obtained. However, it contributes to the formation of a solid electrolyte membrane (SEI membrane) containing fluorine ions on the surface of the negative electrode active material in the charging process. In the lithium ion secondary battery 100 using the negative electrode 20 for the lithium ion secondary battery according to the present embodiment, the charge / discharge cycle characteristics are excellent by acting on the insertion / extraction reaction of lithium ions due to the presence of the SEI film. Indicates. The partial decomposition and / or dissolution of the negative electrode binder described above means a very slight degree, and the negative electrode active material layer does not fall off or collapse due to the above-described decomposition and / or dissolution of the negative electrode binder. Means degree.

本実施形態の負極バインダーによれば、前述のポリアミドイミドは、前述の式(1)と式(2)の構造単位の繰り返しからなり、前述の式(1)のaのモル比率が、0.1〜70モル%であり、式(2)のbのモル比率が、30〜99.9モル%であることが好ましい。ただし、aとbは共重合の割合を示し、aとbのモル比率を足し合わせた場合、100モル%の関係を満たすものとする。   According to the negative electrode binder of this embodiment, the above-mentioned polyamideimide is composed of repeating structural units of the above formulas (1) and (2), and the molar ratio of a in the above formula (1) is 0.00. It is preferably 1 to 70 mol%, and the molar ratio of b in the formula (2) is preferably 30 to 99.9 mol%. However, a and b show the ratio of copolymerization, and when the molar ratio of a and b is added together, the relationship of 100 mol% shall be satisfied.

式(1)、および式(2)のaとbのモル比率が、それぞれ0.1〜70モル%、30〜99.9モル%に調製されたポリアミドイミドを負極バインダーとして用いることで、負極活物質表面に形成されるフッ素を含むSEI膜を形成させるために必要なフッ素イオン量が充分量であり、さらに膨張を抑制するのに必要なバインダーとしての物理的強度を保持しているため、負極活物質の体積膨張がより抑制され、かつ良好な充放電サイクル特性が得られる。   By using as a negative electrode binder polyamideimide prepared by adjusting the molar ratio of a and b in formula (1) and formula (2) to 0.1 to 70 mol% and 30 to 99.9 mol%, respectively, Since the amount of fluorine ions necessary to form a SEI film containing fluorine formed on the active material surface is sufficient, and further maintains the physical strength as a binder necessary to suppress expansion, Volume expansion of the negative electrode active material is further suppressed, and good charge / discharge cycle characteristics are obtained.

特に式(1)、および式(2)のaとbのモル比率が、それぞれ1〜40モル%、60〜99モル%に調製されたポリアミドイミドの場合、より優れた膨張収縮の抑制ならびに充放電サイクル特性が得られる。   In particular, in the case of polyamideimides prepared so that the molar ratios of a and b in formula (1) and formula (2) are 1 to 40 mol% and 60 to 99 mol%, respectively, more excellent suppression and expansion of expansion and contraction are achieved. Discharge cycle characteristics can be obtained.

さらに、本実施形態の負極バインダーに係る前述のポリアミドイミドとしては、重量平均分子量(Mw)が、4,000〜100,000であることが好ましい。   Furthermore, as the above-mentioned polyamideimide relating to the negative electrode binder of the present embodiment, the weight average molecular weight (Mw) is preferably 4,000 to 100,000.

前述の重量平均分子量(Mw)となる場合、負極活物質層が前述のポリアミドイミドによって強く固持され、負極活物質、導電助剤、負極集電のそれぞれを強固に結着させることができるため、充放電サイクル特性に優れる。   When the weight average molecular weight (Mw) described above, the negative electrode active material layer is strongly held by the polyamideimide described above, and each of the negative electrode active material, the conductive additive, and the negative electrode current collector can be firmly bound. Excellent charge / discharge cycle characteristics.

特に重量平均分子量(Mw)が5,000〜80,000出ることがより好ましい。これにより、より優れた充放電サイクル特性が得られる。   In particular, the weight average molecular weight (Mw) is more preferably 5,000 to 80,000. Thereby, more excellent charge / discharge cycle characteristics can be obtained.

なお、前述の負極バインダーの重量平均分子量は、所定の温度で熱処理することで高めることが可能である。ポリアミドイミドを構成するポリアミドイミド分子とポリアミドイミド分子とが、熱処理によって新たに縮重合し、ポリアミドイミドとしての機械的強度を高めることができる。   In addition, the weight average molecular weight of the above-mentioned negative electrode binder can be increased by heat treatment at a predetermined temperature. The polyamideimide molecule and the polyamideimide molecule constituting the polyamideimide are newly polycondensed by heat treatment, and the mechanical strength as the polyamideimide can be increased.

前述の熱処理の温度の上限としては、本実施形態内のポリアミドイミドが分解しない程度の温度であることが望ましいが、前述のポリアミドイミドをリチウムイオン二次電池としたときに、電池特性を損なわない範囲であれば、ポリアミドイミドの一部が分解する温度でも構わない。   The upper limit of the temperature of the heat treatment is preferably a temperature that does not cause the polyamideimide in the present embodiment to decompose, but the battery characteristics are not impaired when the polyamideimide is used as a lithium ion secondary battery. If it is a range, the temperature which a part of polyamideimide decomposes | disassembles may be sufficient.

<ポリアミドイミド>
前述のリチウムイオン二次電池用負極バインダーであるポリアミドイミドは、負極活物質層24を構成する部材同士または、負極活物質層24と負極集電体22とを結着させてリチウムイオン二次電池用負極20の電極構造を維持する目的で添加される。リチウムイオン二次電池用負極20に含まれる負極バインダーとして、前述のポリアミドイミドを用いることができる。
<Polyamideimide>
Polyamideimide, which is a negative electrode binder for a lithium ion secondary battery described above, is a lithium ion secondary battery in which members constituting the negative electrode active material layer 24 or the negative electrode active material layer 24 and the negative electrode current collector 22 are bound together. It is added for the purpose of maintaining the electrode structure of the negative electrode 20 for use. As the negative electrode binder contained in the negative electrode 20 for a lithium ion secondary battery, the aforementioned polyamideimide can be used.

ポリアミドイミドの製造方法としては、芳香族ジアミンと無水トリメリット酸モノクロリドを用いる酸クロリド法、芳香族ジアミンから誘導された芳香族ジイソシアネートとトリメリット酸無水物を反応させるイソシアネート法、芳香族ジアミンとトリメリト酸無水
物を脱水触媒の存在下に高温に加熱して反応させる直接重合法などによって製造することができる。なお、本実施形態のポリアミドイミドは、酸クロリド法で製造することができ、酸成分モノマーとして、無水トリメリット酸モノクロリド(TMAC)とジアミン成分を重合させ得られるものである。本実施形態の効果を損なわない範囲であれば、次の酸成分モノマーを共重合成分として用いたものであってもよい。
Polyamideimide production methods include acid chloride method using aromatic diamine and trimellitic anhydride monochloride, isocyanate method in which aromatic diisocyanate derived from aromatic diamine and trimellitic anhydride are reacted, aromatic diamine and It can be produced by a direct polymerization method in which trimellitic anhydride is reacted by heating to a high temperature in the presence of a dehydration catalyst. The polyamideimide of the present embodiment can be produced by an acid chloride method, and is obtained by polymerizing trimellitic anhydride monochloride (TMAC) and a diamine component as an acid component monomer. As long as the effects of the present embodiment are not impaired, the following acid component monomers may be used as copolymerization components.

酸成分モノマーとして、トリメリット酸、テレフタル酸、イソフタル酸、4,4’−ビフェニルジカルボン酸、ピロメリット酸、3,3’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、3,3’−ビフェニルスルホンテトラカルボン酸、4,4’−ビフェニルスルホンテトラカルボン酸、3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸、4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸、アジピン酸、セバシン酸、マレイン酸、フマール酸、ダイマー酸、スチルベンジカルボン酸、あるいはこれらの酸無水物や、これらの酸クロリドが使用できる。   As acid component monomers, trimellitic acid, terephthalic acid, isophthalic acid, 4,4′-biphenyldicarboxylic acid, pyromellitic acid, 3,3′-benzophenone tetracarboxylic acid, 4,4′-benzophenone tetracarboxylic acid, 3, 3'-biphenylsulfonetetracarboxylic acid, 4,4'-biphenylsulfonetetracarboxylic acid, 3,3'-biphenyltetracarboxylic acid, 4,4'-biphenyltetracarboxylic acid, adipic acid, sebacic acid, maleic acid, fumar Acid, dimer acid, stilbene dicarboxylic acid, or acid anhydrides thereof or acid chlorides thereof can be used.

一方、ジアミン成分モノマーとしては、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン(TFMB)を必須成分とし、さらに前述の式(2)の構造に対応するジアミン成分モノマーを必要成分とする。さらに、本発明の効果を損なわない範囲であれば、その他のジアミン成分モノマーを共重合成分として用いることもできる。   On the other hand, as a diamine component monomer, 2,2'-bis (trifluoromethyl) benzidine (TFMB) is an essential component, and a diamine component monomer corresponding to the structure of the above formula (2) is a necessary component. Furthermore, other diamine component monomers can be used as copolymerization components as long as the effects of the present invention are not impaired.

ポリアミドイミドに使用できるジアミン成分モノマーとしては、例えば、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン(TFMB)、m−フェニレンジアミン(m−PDA)、p−フェニレンジアミン(p−PDA)、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルメタン(DADPM)、m−キシリレンジアミン、p−キシリレンジアミン、2,2’−ベンジジンジスルホン酸(BDSA)、1,4−ナフタレンジアミン、1,5−ナフタレンジアミン、2,6−ナフタレンジアミン、2,7−ナフタレンジアミン、2,2’−ビス(4−アミノフェニル)プロパン、2,2’−ビス(4−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、3,4−ジアミノビフェニル、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、ヘキサメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、イソホロンジアミン、イソプロピリデンジアニリン、3,3’−ジアミノベンゾフェノン、ジシクロヘキシル−4,4’−ジアミン、o−トリジン、2,4−トリレンジアミン、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、3,3’−ジアミノジフェニルスルフィドなどが挙げられる。   Examples of the diamine component monomer that can be used for polyamideimide include 2,2′-bis (trifluoromethyl) benzidine (TFMB), m-phenylenediamine (m-PDA), p-phenylenediamine (p-PDA), 4 , 4'-diaminodiphenyl ether, 3,4-diaminodiphenyl ether, 4,4'-diaminodiphenylmethane (DADPM), m-xylylenediamine, p-xylylenediamine, 2,2'-benzidine disulfonic acid (BDSA), 1 , 4-Naphthalenediamine, 1,5-naphthalenediamine, 2,6-naphthalenediamine, 2,7-naphthalenediamine, 2,2′-bis (4-aminophenyl) propane, 2,2′-bis (4- Aminophenyl) hexafluoropropane, 4,4'-diaminodiphenyl Lufone, 3,3′-diaminodiphenyl sulfone, 3,4-diaminobiphenyl, 4,4′-diaminobenzophenone, hexamethylene diamine, tetramethylene diamine, isophorone diamine, isopropylidene dianiline, 3,3′-diaminobenzophenone, Dicyclohexyl-4,4′-diamine, o-tolidine, 2,4-tolylenediamine, 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene, 1,3-bis (4-aminophenoxy) benzene, 1,4 -Bis (4-aminophenoxy) benzene, 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] propane, bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] sulfone, bis [4- (3-amino Phenoxy) phenyl] sulfone, 4,4′-bis (4-aminophenoxy) bi Eniru, 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] hexafluoropropane, 4,4'-diaminodiphenyl sulfide, etc. 3,3'-diaminodiphenyl sulfide and the like.

本実施形態で用いられるポリアミドイミドは、前述の酸成分とジアミン成分から製造され、前述の式(1)および式(2)で表される繰り返し構造単位を有する共重合体であり、前述の式(1)および前述の式(2)のaとbのモル比率が、それぞれ0.1〜70モル%、30〜99.9モル%の範囲内とすることで、リチウムイオン二次電池用の負極バインダーとしてより優れた充放電サイクル特性を発現することができる。   The polyamideimide used in the present embodiment is a copolymer produced from the above-mentioned acid component and diamine component, and having a repeating structural unit represented by the above formula (1) and formula (2). (1) and the molar ratio of a and b in the above formula (2) are in the range of 0.1 to 70 mol% and 30 to 99.9 mol%, respectively, for the lithium ion secondary battery. As a negative electrode binder, more excellent charge / discharge cycle characteristics can be exhibited.

<ポリアミドイミドの製造方法>
本実施形態のポリアミドイミドの製造は、前述の酸成分モノマーとジアミン成分モノマーを用いて、従来から知られる酸クロリド方法(特公昭42−15637号公報)で合成を行うのが好ましい。無水トリメリット酸クロリドと前述の少なくとも2種類以上のジアミン成分モノマーを、例えば40℃以下の低温で反応させ、ポリアミック酸を得て、その後加
熱閉環または化学的閉環を行うことによりポリアミドイミドを得ることができる。
<Production method of polyamideimide>
The production of the polyamideimide of the present embodiment is preferably carried out using the acid component monomer and diamine component monomer described above by the conventionally known acid chloride method (Japanese Patent Publication No. 42-15637). To obtain polyamideimide by reacting trimellitic anhydride chloride with at least two or more kinds of diamine component monomers described above at a low temperature of, for example, 40 ° C. or less to obtain a polyamic acid, followed by heat ring closure or chemical ring closure. Can do.

なお、本実施形態のポリアミドイミドを重合する際に使用する有機溶剤としては、例えば、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリ
ドン、ジメチルスルホキサイド、クレゾール等の極性溶媒が挙げられるが、N,N−ジメチルアセトアミドやN−メチル−2−ピロリドンが好ましい。
In addition, as an organic solvent used when polymerizing the polyamideimide of this embodiment, for example, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylsulfoxide, cresol are used. Polar solvents such as N, N-dimethylacetamide and N-methyl-2-pyrrolidone are preferable.

また、得られたポリアミック酸重合溶液は、高速攪拌中の水やアセトンなどの溶媒中に注ぐことで、ポリアミック酸のポリマーを単離することができる。   Moreover, the polymer of polyamic acid can be isolated by pouring the obtained polyamic acid polymerization solution into a solvent such as water or acetone during high-speed stirring.

本実施形態のポリアミドイミド樹脂は酸クロリド法によって製造されるが、酸クロリド法では前述のとおり一段階目でポリアミック酸を得て、その後、加熱閉環(あるいは化学的閉環)をさせることによって、ポリアミドイミドを合成する2段階の重合方法によって、製造することができる。   The polyamideimide resin of the present embodiment is produced by an acid chloride method. In the acid chloride method, a polyamic acid is obtained in the first stage as described above, and then subjected to heat ring closure (or chemical ring closure) to obtain polyamide. It can be produced by a two-stage polymerization method that synthesizes an imide.

1段階目で合成し単離したポリアミック酸のポリマーは、2段目のイミド閉環のプロセスにおいては、150〜300℃の大気中雰囲気下での加熱、あるいは真空下での加熱、あるいは不活性ガス下での加熱、あるいは無水酢酸などを用いた化学閉環などによって、ポリアミドイミドを得ることができる。   The polymer of polyamic acid synthesized and isolated in the first stage is heated in an air atmosphere at 150 to 300 ° C., in vacuum, or in an inert gas in the process of imide ring closure in the second stage. Polyamideimide can be obtained by heating under or chemical ring closure using acetic anhydride or the like.

<加熱イミド閉環>
本実施形態のポリアミドイミドを製造する際に、この2段目の加熱イミド閉環プロセスにおいて、特に真空下での乾燥あるいは不活性ガス下での加熱閉環させることが好ましい。すなわち、本実施形態のポリアミドイミドの製造では、ポリアミック酸の加熱閉環は、真空乾燥下において150℃以上300℃以下の温度で加熱閉環イミド化することにより製造するのが好ましい。
<Heated imide ring closure>
In producing the polyamideimide of the present embodiment, it is preferable to dry in a vacuum or heat to close in an inert gas, particularly in the second stage heated imide cyclization process. That is, in the production of the polyamideimide of the present embodiment, it is preferable to produce the polyamic acid by heat-cyclization by heat-cyclization imidization at a temperature of 150 ° C. or more and 300 ° C. or less under vacuum drying.

<ポリアミドイミドワニス>
本実施形態のポリアミドイミドは、沸点160℃以上の非プロトン性極性溶媒に溶解し、ポリアミドイミドワニスとすることができる。
<Polyamideimide varnish>
The polyamideimide of this embodiment can be dissolved in an aprotic polar solvent having a boiling point of 160 ° C. or higher to form a polyamideimide varnish.

前述のポリアミドイミドワニスに使用される沸点160℃以上の非プロトン性極性溶媒としては、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミドなどの非プロトン性極性溶媒が、溶解性、溶媒乾燥性の面から好ましい。   As an aprotic polar solvent having a boiling point of 160 ° C. or higher used in the above-mentioned polyamideimide varnish, aprotic polar solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone and N, N-dimethylacetamide are soluble and solvent-dried. From the viewpoint of sex.

また、ワニスとしての特性を損なわない範囲で、ジメチルホルムアミド等のアミド系溶剤、ジメチルスルホキシド、スルホラン等のイオウ系溶剤、ニトロメタン、ニトロエタン等のニトロ系溶剤、ジグライム、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶剤、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン等のケトン系溶剤、アセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル系溶剤、γ−ブチロラクトンやテトラメチルウレア等を、混合溶剤として使用することが可能である。   In addition, amide solvents such as dimethylformamide, sulfur solvents such as dimethyl sulfoxide and sulfolane, nitro solvents such as nitromethane and nitroethane, ether solvents such as diglyme and tetrahydrofuran, cyclohexanone, as long as the characteristics as varnish are not impaired Ketone solvents such as methyl ethyl ketone, nitrile solvents such as acetonitrile and propionitrile, γ-butyrolactone, tetramethylurea and the like can be used as the mixed solvent.

本実施形態のポリアミドイミドワニスの製造方法は特に制限されるものではないが、使用目的の粘度や濃度に合わせて攪拌機、デイゾルバー、ホモジナイザー、3本ロール、サンドミル、ボールミル等を適宜組み合わせて製造することができる。   The method for producing the polyamide-imide varnish of the present embodiment is not particularly limited, but is produced by appropriately combining a stirrer, dissolver, homogenizer, three rolls, sand mill, ball mill, etc. according to the intended viscosity and concentration. Can do.

また、ワニス中のポリアミドイミドの比率は、ポリアミドイミドの対数粘度にもよるが、ポリアミドイミドワニスを100wt%に対し、ポリアミドイミドが5〜30wt%、非プロトン性極性溶媒が95〜70wt%であることが好ましい。ペーストを作製するワ
ニスとしてのハンドリング性からは更に好ましくは、ポリアミドイミドが10〜20wt%、非プロトン性極性溶媒が90〜80wt%である。
The ratio of the polyamideimide in the varnish is 5 wt% to 30 wt% of the polyamideimide and 95 wt% to 70 wt% of the aprotic polar solvent with respect to 100 wt% of the polyamideimide varnish, depending on the logarithmic viscosity of the polyamideimide. It is preferable. More preferably, the polyamideimide is 10 to 20 wt% and the aprotic polar solvent is 90 to 80 wt% from the handling property as a varnish for producing the paste.

<正極活物質>
リチウムイオン二次電池に用いられる正極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵および離脱させることが可能な材料、例えば、リチウム酸化物、リチウム硫化物、あるいはリチウムを含む層間化合物等のリチウム含有化合物が好適であり、これらの2種以上を混合して用いてもよい。特に、エネルギー密度を高くするには、一般式LiMOで表されるリチウム複合酸化物、あるいはリチウムを含んだ層間化合物が好ましい。なお、Mは1種類以上の遷移金属が好ましく、具体的には、コバルト(Co)、ニッケル、マンガン(Mn)、鉄、アルミニウム、バナジウム(V)、チタン(Ti)のうちの少なくとも1種が好ましい。xは、電池の充放電状態によって異なり、通常、0.05≦x≦1.10の範囲内の値である。また、他にもスピネル型結晶構造を有するマンガンスピネル(LiMn)や、オリビン型結晶構造を有するリン酸鉄リチウム(LiFePO)なども、高いエネルギー密度を得ることができるので好ましい。
<Positive electrode active material>
As a positive electrode active material used for a lithium ion secondary battery, a material capable of inserting and extracting lithium ions, for example, a lithium-containing compound such as lithium oxide, lithium sulfide, or an intercalation compound containing lithium is preferable. Two or more of these may be mixed and used. In particular, in order to increase the energy density, a lithium composite oxide represented by the general formula Li x MO 2 or an intercalation compound containing lithium is preferable. Note that M is preferably one or more transition metals, specifically, at least one of cobalt (Co), nickel, manganese (Mn), iron, aluminum, vanadium (V), and titanium (Ti). preferable. x varies depending on the charge / discharge state of the battery, and is usually a value in the range of 0.05 ≦ x ≦ 1.10. In addition, manganese spinel (LiMn 2 O 4 ) having a spinel crystal structure, lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) having an olivine crystal structure, and the like are preferable because they can provide a high energy density.

具体的には、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、LiNiCoMn(x+y+z+a=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、0≦a≦1、MはAl、Mg、Nb、Ti、Cu、Zn、Crより選ばれる1種類以上の元素が挙げられる)、リチウムバナジウム化合物(LiV)、オリビン型LiMPO(ただし、Mは、Co、Ni、Mn、Fe、Mg、Nb、Ti、Al、Zrより選ばれる1種類以上の元素、またはVOを示す)、チタン酸リチウム(LiTi12)、LiNiCoAl(0.9<x+y+z<1.1)などが挙げられる。また、これらの材料に限定することはなく、他にも、リチウムイオンを電気化学的に挿入および脱離する正極活物質材料であれば、特に制限はされない。 Specifically, lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), LiNi x Co y Mn z M a O 2 (x + y + z + a = 1, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, 0 ≦ a ≦ 1, M is one or more elements selected from Al, Mg, Nb, Ti, Cu, Zn, Cr), lithium vanadium compound (LiV 2 O 5 ), olivine type LiMPO 4 (where M represents one or more elements selected from Co, Ni, Mn, Fe, Mg, Nb, Ti, Al, and Zr, or VO), lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ), LiNi x Co y Al z O 2 (0.9 <x + y + z <1.1) , and the like. Further, the material is not limited to these materials, and any other positive electrode active material that electrochemically inserts and desorbs lithium ions is not particularly limited.

正極10に用いられるバインダーとしては、本実施形態のポリアミドイミド、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリイミド、ポリウレタン、エチレンビニルアルコール、ポリアクリレート、などの溶剤系バインダー、カルボキシメチルセルロース(CMC)、スチレンーブタジエン共重合体などの水系バインダーが好適に用いることができる。   Examples of the binder used for the positive electrode 10 include polyamide-imide, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyimide, polyurethane, ethylene vinyl alcohol, polyacrylate, and other solvent-based binders, carboxymethyl cellulose (CMC), and styrene-butadiene. An aqueous binder such as a polymer can be suitably used.

<導電助剤>
負極活物質層24および正極活物質層14において、導電性を向上させることを目的として導電助剤を追加で添加してもよい。本実施形態において用いられる導電助剤は特に制限されず、周知の材料を用いることができる。例えば、アセチレンブラック(AB)、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック、気相成長炭素繊維(VGCF)、カーボンナノチューブ等の炭素繊維、およびグラファイトなどの炭素材料が挙げられ、これらの1種または2種以上を用いることができる。
<Conductive aid>
In the negative electrode active material layer 24 and the positive electrode active material layer 14, a conductive additive may be additionally added for the purpose of improving conductivity. The conductive auxiliary agent used in the present embodiment is not particularly limited, and a known material can be used. Examples include carbon blacks such as acetylene black (AB), ketjen black, furnace black, channel black, thermal black, carbon vapor such as vapor grown carbon fiber (VGCF), carbon nanotube, and carbon materials such as graphite. These can be used alone or in combination of two or more.

<集電体>
集電体は、導電性材料から構成され、その一方の主面または両面に活物質層が配置される。本実施形態のリチウムイオン二次電池として、集電体を構成する材料は特に限定するものではないが、負極20に用いられる負極集電体22としては、銅、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、またはこれらの合金などの金属箔を用いることができる。特に銅、銅合金、ステンレス鋼が好ましく、コストの面からは電解銅箔および圧延銅箔によって製造された銅箔を好適に用いることができる。強度の面からは、ステンレス鋼や銅合金の圧延箔が好適に用いることができる。正極10に用いられる正極集電体12としては、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタンまたはこれらの合金などの金属箔を用いることができ、特に正極集電体12としては、アルミニウム箔が好ましい。
<Current collector>
The current collector is made of a conductive material, and an active material layer is disposed on one main surface or both surfaces thereof. Although the material which comprises a collector is not specifically limited as a lithium ion secondary battery of this embodiment, As a negative electrode collector 22 used for the negative electrode 20, copper, stainless steel, nickel, titanium, or Metal foils such as these alloys can be used. In particular, copper, a copper alloy, and stainless steel are preferable. From the viewpoint of cost, a copper foil manufactured using an electrolytic copper foil and a rolled copper foil can be suitably used. From the viewpoint of strength, a rolled foil of stainless steel or copper alloy can be suitably used. As the positive electrode current collector 12 used for the positive electrode 10, a metal foil such as aluminum, stainless steel, nickel, titanium, or an alloy thereof can be used. In particular, the positive electrode current collector 12 is preferably an aluminum foil.

<セパレーター>
セパレーター18は、負極20と正極10との間に配置され、両極の接触による電流の短絡を防止し、さらに電解質塩を含んだ電解液が含浸されていることにより、リチウムイオンを通過させるものである。このセパレーター18は、例えば微少な孔を多数有する多孔性膜を備えるものであって、前述のセパレーター18の具体的な材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系多孔フィルム、ポリイミド、ポリアミドイミドなどの高耐熱多孔膜、前述のポリオレフィン系多孔膜と高耐熱多孔膜との複合膜、芳香族ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミドなどの不織布などが挙げられる。またセパレーター18は、例えばその厚みが5μm以上、50μm以下の範囲であると共に、その全体積中における空隙体積の比率を表す空孔率が20%以上、60%以下の範囲であるものが好ましい。
<Separator>
The separator 18 is disposed between the negative electrode 20 and the positive electrode 10, prevents a short circuit of current due to contact between both electrodes, and further allows lithium ions to pass through by being impregnated with an electrolyte solution containing an electrolyte salt. is there. The separator 18 includes, for example, a porous film having a large number of minute pores. Specific examples of the separator 18 include polyolefin-based porous films such as polyethylene and polypropylene, polyimide, and polyamideimide. Examples thereof include a highly heat-resistant porous film, a composite film of the above-described polyolefin-based porous film and a highly heat-resistant porous film, and nonwoven fabrics such as aromatic polyamide, polyimide, and polyamideimide. The separator 18 preferably has, for example, a thickness in the range of 5 μm to 50 μm, and a porosity representing a void volume ratio in the total volume of 20% to 60%.

<電解液(溶媒)>
電解液は、前述したようにセパレーター18に含浸されており、例えば、溶媒とこの溶媒に溶解された電解質塩とを含んでおり、必要に応じて添加剤を含んでいてもよい。前述の電解液の溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、などの環状炭酸エステル、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)などの鎖状炭酸エステル、酢酸メチル(MA),酢酸エチル(EA),プロピオン酸メチル(MP),プロピオン酸エチル(EP)などの鎖状カルボン酸エステル、または、γ−ブチロラクトン(GBL)、γ−バレロラクトン(GVL)などの環状カルボン酸エステルなどが挙げられる。これらのはいずれか1種、または2種以上を混合して溶媒として用いることができる。また、前述の列挙した溶媒に限定することはなく、電解質塩を溶解しリチウムイオン二次電池100としたときにその特性を損なわない範囲でれば、特に制限はされない。
<Electrolytic solution (solvent)>
As described above, the electrolytic solution is impregnated in the separator 18 and includes, for example, a solvent and an electrolyte salt dissolved in the solvent, and may include an additive as necessary. Examples of the solvent for the electrolyte solution include cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC), chains such as dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), and ethyl methyl carbonate (EMC). Chain carbonate ester, chain carboxylate such as methyl acetate (MA), ethyl acetate (EA), methyl propionate (MP), ethyl propionate (EP), or γ-butyrolactone (GBL), γ-valerolactone And cyclic carboxylic acid esters such as (GVL). Any one of these may be used as a solvent by mixing two or more. Further, the solvent is not limited to the above-described solvents, and is not particularly limited as long as the electrolyte salt is dissolved to obtain the lithium ion secondary battery 100 and the characteristics are not impaired.

また、前述の溶媒には、ビニレンカーボネート(VC)などの不飽和結合を有する環式炭酸エステルや、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、ジフルオロエチレンカーボネート(DFEC)などのフッ素化環状カーボネート、1,3−プロパンスルトン(PS)などの硫黄含有化合物、フォスファゼン化合物などの難燃性液体を混合して溶媒として用いることもできる。   Examples of the solvent include cyclic carbonates having an unsaturated bond such as vinylene carbonate (VC), fluorinated cyclic carbonates such as fluoroethylene carbonate (FEC) and difluoroethylene carbonate (DFEC), 1,3- Flame retardant liquids such as sulfur-containing compounds such as propane sultone (PS) and phosphazene compounds can be mixed and used as a solvent.

<電解液(電解質塩)>
電解液中に含まれる電解質塩としては、例えばリチウム塩が挙げられ、電解液中で解離してリチウムイオンを供給するものである。このリチウム塩としては、特に限定されるものではないが、例えば、LiPF、LiBF、LiAsF、LiClO、LiB(C、LiCHSO、LiC(SOCF、LiN(CFSO(別名、LiTFSIと呼ぶこともある)、LiN(CSO(別名、LiBETIと呼ぶこともある)、LiCFSO、LiCSO、LiC(CFSO、LiN(CFSO)(CSO)、LiN(CFSO)(CSO)、LiN(CFSO)(CSO)、LiN(SOF)(別名、LiFSIと呼ぶこともある)、LiAlCl、LiSiF、LiCl、LiCBO(別名、LiBOBと呼ぶこともある)、あるいはLiBrなどが挙げられ、これらの1種、または2種以上の任意の組み合わせから選択されるものを用いることができる。特に、LiPFは高いイオン伝導性を得ることができるため好適に用いることができる。
<Electrolytic solution (electrolyte salt)>
Examples of the electrolyte salt contained in the electrolytic solution include a lithium salt, which dissociates in the electrolytic solution and supplies lithium ions. As the lithium salt, is not particularly limited, for example, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6, LiClO 4, LiB (C 6 H 5) 4, LiCH 3 SO 3, LiC (SO 2 CF 3) 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 (also referred to as LiTFSI), LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 (also referred to as LiBETI), LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 2 F 5 SO 2 ), LiN (CF 3 SO 2 ) (C 3 F 7 SO 2 ), LiN (CF 3 SO 2) (C 4 F 9 SO 2), LiN (SO 2 F) 2 ( also known sometimes referred to as LiFSI), LiAlCl 4, LiSiF 6 , LiCl, LiC BO 8 (aka, sometimes referred to as LiBOB), or the like can be mentioned LiBr, can be used those selected from any combination of one, or two or more thereof. In particular, LiPF 6 can be suitably used because it can obtain high ionic conductivity.

<リチウムイオン二次電池の製造方法>
本実施形態のリチウムイオン二次電池100は、例えば、次のようにして製造することができる。
<Method for producing lithium ion secondary battery>
The lithium ion secondary battery 100 of this embodiment can be manufactured as follows, for example.

まず、負極20は以下のようにして製造することができる。例えば、前述した負極活物質と、導電助剤と、バインダーとをN−メチル−2−ピロリドンなどの溶媒に混合分散させてペースト状の負極スラリーを作製する。次いで、この負極スラリーを例えばコンマロールコーターを用いて、所定の厚みを有する負極活物質層24を銅箔などの負極集電体22の片面または両面に塗布し、乾燥炉内にて溶媒を乾燥させた。なお、前述の負極集電体22の両面に塗布された場合、負極活物質層24となる塗膜の厚みは、両面とも同じ膜厚であることが望ましい。前述の負極活物質が形成された負極20をロールプレス機などにより、負極活物質層24を負極集電体22の片面または両面に圧着させ、負極集電体22上の負極活物質層24と、負極集電体22との密着性を高めると同時に、所定の密度を有する負極シートとなる。   First, the negative electrode 20 can be manufactured as follows. For example, the above-described negative electrode active material, conductive additive, and binder are mixed and dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a paste-like negative electrode slurry. Next, the negative electrode active material layer 24 having a predetermined thickness is applied to one or both surfaces of the negative electrode current collector 22 such as a copper foil, and the solvent is dried in a drying furnace using, for example, a comma roll coater. I let you. In addition, when apply | coating to both surfaces of the above-mentioned negative electrode collector 22, it is desirable that the thickness of the coating film used as the negative electrode active material layer 24 is the same film thickness on both surfaces. The negative electrode 20 on which the negative electrode active material is formed is bonded to one or both sides of the negative electrode current collector 22 by using a roll press or the like to form the negative electrode active material layer 24 on the negative electrode current collector 22. In addition, the adhesion to the negative electrode current collector 22 is improved, and at the same time, the negative electrode sheet has a predetermined density.

前述の負極シートは、金型を用いて所定の電極サイズに打ち抜き、本実施形態のリチウムイオン二次電池用の負極20とする。前述の負極20の面積は、正極10の面積よりも大きいサイズであることが好ましい。負極20の面積を、対向する正極10の面積よりも大きくして、リチウムの析出による内部短絡の発生を防止するためである。   The negative electrode sheet described above is punched into a predetermined electrode size using a mold to form the negative electrode 20 for the lithium ion secondary battery of this embodiment. The area of the negative electrode 20 is preferably larger than the area of the positive electrode 10. This is because the area of the negative electrode 20 is made larger than the area of the opposing positive electrode 10 to prevent an internal short circuit due to lithium deposition.

前述の負極20は、真空中または不活性ガスの雰囲気中において前述のバインダーの熱分解する温度以下で熱処理することで、バインダーによる重合度の増加によって負極活物質層24と負極集電体22の界面、および負極活物質同士での密着性をさらに高めることができる。また、負極集電体22の表面に一定の表面粗さを有していれば、その表面の凹凸部分にバインダーが入り込むことにより、バインダーと負極集電体22の間にアンカー効果が作用し、さらに密着性が向上する。そのため、リチウムイオンの吸蔵・放出の際の活物質の体積の膨張・収縮による負極集電体22からの負極活物質層24の剥離を抑制することができる。   The negative electrode 20 is heat-treated at a temperature equal to or lower than the temperature at which the binder is thermally decomposed in vacuum or in an inert gas atmosphere, whereby the negative electrode active material layer 24 and the negative electrode current collector 22 The adhesion between the interface and the negative electrode active materials can be further enhanced. Further, if the surface of the negative electrode current collector 22 has a certain surface roughness, an anchor effect acts between the binder and the negative electrode current collector 22 by allowing the binder to enter the uneven portions of the surface, Furthermore, the adhesion is improved. Therefore, peeling of the negative electrode active material layer 24 from the negative electrode current collector 22 due to expansion / contraction of the volume of the active material during occlusion / release of lithium ions can be suppressed.

正極10は以下のようにして製造することができる。例えば、前述した正極活物質と、導電助剤と、バインダーとをN−メチル−2−ピロリドンなどの溶媒に混合分散させてペースト状の正極スラリーを作製する。次いで、この正極スラリーを例えばコンマロールコーターを用いて、所定の厚みを有する正極活物質層14をアルミニウム箔などの正極集電体12の片面または両面に塗布し、乾燥炉内にて溶媒を乾燥させた。なお、前述の正極集電体12の両面に塗布された場合、正極活物質層14となる塗膜の厚みは、両面とも同じ膜厚であることが望ましい。 前述の正極活物質層14が形成された正極10をロールプレス機などにより、正極活物質層14を正極集電体12の片面または両面に圧着させ、正極活物質層14と正極集電体12との密着性を高めると同時に、所定の密度を有する正極シートとなる。   The positive electrode 10 can be manufactured as follows. For example, the above-described positive electrode active material, conductive additive, and binder are mixed and dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a paste-like positive electrode slurry. Next, the positive electrode active material layer 14 having a predetermined thickness is applied to one surface or both surfaces of the positive electrode current collector 12 such as an aluminum foil, and the solvent is dried in a drying furnace. I let you. In addition, when apply | coating to both surfaces of the above-mentioned positive electrode collector 12, it is desirable that the thickness of the coating film used as the positive electrode active material layer 14 is the same film thickness on both surfaces. The positive electrode 10 on which the positive electrode active material layer 14 is formed is pressure-bonded to one side or both sides of the positive electrode current collector 12 by a roll press or the like, so that the positive electrode active material layer 14 and the positive electrode current collector 12 are pressed. As a result, the positive electrode sheet having a predetermined density is obtained.

前述の正極シートは、金型を用いて所定の電極サイズに打ち抜き、本実施形態のリチウムイオン二次電池用の正極10とする。既に前述している通り、前述の正極10の面積は、負極20の面積よりも小さいサイズであることが好ましい。正極10の面積を、対向する負極20の面積よりも若干小さくすることで、簡易的にリチウムの析出による内部短絡の発生を防止するためである。   The positive electrode sheet described above is punched into a predetermined electrode size using a mold to form the positive electrode 10 for the lithium ion secondary battery of this embodiment. As described above, the area of the positive electrode 10 is preferably smaller than the area of the negative electrode 20. This is because, by making the area of the positive electrode 10 slightly smaller than the area of the opposing negative electrode 20, it is possible to easily prevent the occurrence of an internal short circuit due to lithium deposition.

また前述の正極10においても負極20と同様に、使用するバインダーによって適宜熱処理を行っても良い。   Further, similarly to the negative electrode 20, the above-described positive electrode 10 may be appropriately heat-treated depending on the binder used.

続いて、負極20と正極10とをセパレーター18を介して積層することで電極体30を作製することができる。これを電極体1層とし、同様の作製方法にて任意の積層数で構成された電極体を作製することができる。前述のセパレーター18は、負極20と正極10とが直接接触しないようにするために、金型を用いて両電極よりも電極サイズが大きく
打ち抜いたものを好適に用いることができる。
Subsequently, the electrode body 30 can be manufactured by laminating the negative electrode 20 and the positive electrode 10 via the separator 18. This is used as one electrode body, and an electrode body composed of an arbitrary number of layers can be manufactured by the same manufacturing method. As the separator 18 described above, in order to prevent the negative electrode 20 and the positive electrode 10 from being in direct contact with each other, a separator having a larger electrode size than both electrodes using a mold can be suitably used.

次いで、前述の電極体30の負極20において、負極活物質層24を設けていない銅箔の突起端部に、ニッケル製の負極リード62を取り付け、一方、電極体30の正極10においては、正極活物質層14を設けていないアルミニウム箔の突起端部に、アルミニウム製の正極リード60を超音波溶接機によって取り付ける。そして、この電極体30を、アルミニウムのラミネートフィルムの外装体50内に挿入して周囲の1箇所を除いてヒートシールすることにより閉口部を形成し、外装体50内に所定量の電解液を注入した後に、残りの1箇所を減圧しながらヒートシールすることにより密封し、リチウムイオン二次電池100を作製することができる。   Next, in the negative electrode 20 of the electrode body 30 described above, the negative electrode lead 62 made of nickel is attached to the protruding end portion of the copper foil where the negative electrode active material layer 24 is not provided. An aluminum positive electrode lead 60 is attached to the protruding end portion of the aluminum foil not provided with the active material layer 14 by an ultrasonic welding machine. Then, the electrode body 30 is inserted into an aluminum laminate film exterior body 50 and heat-sealed except for one peripheral portion to form a closed portion, and a predetermined amount of electrolytic solution is placed in the exterior body 50. After the injection, the remaining one portion is sealed by heat sealing while reducing the pressure, and the lithium ion secondary battery 100 can be manufactured.

このリチウムイオン二次電池100では、充電を行うと、例えば、正極活物質層14からリチウムイオンが放出され、電解液を介して負極活物質層24に吸蔵される。また、放電を行うと、例えば、負極活物質層24からリチウムイオンが放出され、電解液を介して正極活物質層14に吸蔵される。したがって、前述のリチウムイオン二次電池100は電気容量を貯蔵することができる。   In the lithium ion secondary battery 100, when charged, for example, lithium ions are released from the positive electrode active material layer 14 and inserted in the negative electrode active material layer 24 through the electrolytic solution. Further, when discharging is performed, for example, lithium ions are released from the negative electrode active material layer 24 and are occluded in the positive electrode active material layer 14 through the electrolytic solution. Therefore, the above-described lithium ion secondary battery 100 can store electric capacity.

以上の実施形態により本発明を詳細に説明したが、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、前述の実施形態においては、ラミネートフィルム構造を有するリチウムイオン二次電池について説明したが、本発明は、正極および負極を折り畳んだり、あるいは積み重ねた構造を有するリチウムイオン二次電池についても同様に適用することができる。さらにコイン型、角型あるいは扁平型などのリチウムイオン二次電池についても好適に応用することができる。   Although the present invention has been described in detail with the above embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiment, a lithium ion secondary battery having a laminate film structure has been described. However, the present invention also applies to a lithium ion secondary battery having a structure in which a positive electrode and a negative electrode are folded or stacked. Can be applied. Furthermore, the present invention can also be suitably applied to lithium ion secondary batteries such as coin type, square type, and flat type.

以下、前述の実施形態に基づいて、さらに以下の実施例および比較例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。ただし、本発明は以下に記す実施例の形態に限定されるものではない。   Hereinafter, based on the above-mentioned embodiment, the present invention will be described in further detail using the following examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to the embodiments described below.

(実施例1)
[ポリアミドイミドの作製]
冷却管と窒素ガス導入口のついた反応容器(2000mlのガラス4つ口フラスコ)に重合溶媒としてジメチルアセトアミド(以下、DMAc)を610mLと、ジアミン成分として2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン(以下、TFMB)0.1g(0.0003モル)、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(ODA)60.01g(0.297モル)、脱塩酸剤としてトリエチルアミン30.36g(0.3モル)を仕込み、溶液を攪拌してこれらのジアミン成分を完全に溶解させた。次いで、重合反応液の温度が40℃を超えない様に無水トリメリット酸モノクロリド(以下、TMAC)63.17g(0.30モル)を徐々に添加し添加終了後、重合液を30℃で保持させながら3.0時間攪拌し反応させ、重合溶液を得た。
Example 1
[Production of polyamideimide]
610 mL of dimethylacetamide (hereinafter referred to as DMAc) as a polymerization solvent and 2,2′-bis (trifluoromethyl) as a diamine component in a reaction vessel (2000 ml glass four-necked flask) with a cooling tube and a nitrogen gas inlet Benzidine (hereinafter referred to as TFMB) 0.1 g (0.0003 mol), 4,4′-diaminodiphenyl ether (ODA) 60.01 g (0.297 mol), and triethylamine 30.36 g (0.3 mol) as a dehydrochlorinating agent And the solution was stirred to completely dissolve these diamine components. Then, 63.17 g (0.30 mol) of trimellitic anhydride monochloride (hereinafter referred to as TMAC) was gradually added so that the temperature of the polymerization reaction solution did not exceed 40 ° C. After the addition was completed, the polymerization solution was heated at 30 ° C. While maintaining the mixture, the mixture was stirred and reacted to obtain a polymerization solution.

得られた重合溶液を蒸留水1.7L中に再沈殿し濾過分別し、ポリアミック酸の粉末を得た。さらに得られたポリアミック酸の粉末は、真空乾燥機中、150℃で2時間乾燥後に、次いで260℃で2時間乾燥することによって、イミド閉環させることでポリアミドイミドの粉末を得た。   The obtained polymerization solution was re-precipitated in 1.7 L of distilled water and separated by filtration to obtain a polyamic acid powder. Furthermore, the obtained polyamic acid powder was subjected to imide ring closure by drying at 150 ° C. for 2 hours and then at 260 ° C. for 2 hours in a vacuum dryer to obtain polyamideimide powder.

前述のポリアミドイミド粉末は、N−メチル−2−ピロリドン溶媒に20wt%となる様に溶解させ、ポリアミドイミドワニスを得た。   The aforementioned polyamideimide powder was dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone solvent so as to be 20 wt% to obtain a polyamideimide varnish.

前述のポリアミドイミドワニスは、真空乾燥下において150℃で1時間熱処理し、N
−メチル−2−ピロリドン溶媒を乾燥させ、得られた生成物をフーリエ変換赤外分光光度計(FT−IR)、熱分解ガスクロマトグラフ質量分析計、および核磁気共鳴法(NMR)を用いて上記ポリアミドイミドの化学構造を解析し、サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)を用いて上記ポリアミドイミドの標準ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)を算出した。
The above-mentioned polyamideimide varnish was heat-treated at 150 ° C. for 1 hour under vacuum drying.
-Methyl-2-pyrrolidone solvent was dried, and the obtained product was subjected to the above process using a Fourier transform infrared spectrophotometer (FT-IR), a pyrolysis gas chromatograph mass spectrometer, and a nuclear magnetic resonance method (NMR). The chemical structure of the polyamideimide was analyzed, and the weight average molecular weight (Mw) in terms of standard polystyrene of the polyamideimide was calculated using size exclusion chromatography (SEC).

なお、FT−IRによるポリアミドイミドの解析においては、イミド基の吸収スペクトルは、νC−N:1380cm−1、νC=O:1780cm−1、アミド基の吸収スペクトルは、νN−H:1525cm−1、νC=O:1660cm−1、ベンゼン環の吸収スペクトルは、νC=C:1510cm−1、νC=O:1590cm−1、を用いてポリアミドイミドが合成されていることを確認した。 In the analysis of polyamideimide by FT-IR, the absorption spectrum of the imide group is ν C—N : 1380 cm −1 , ν C═O : 1780 cm −1 , and the absorption spectrum of the amide group is ν N—H : 1525cm -1, ν C = O: that polyamideimide with 1590 cm -1, is synthesized: 1660 cm -1, the absorption spectrum of the benzene ring, ν C = C: 1510cm -1 , ν C = O confirmed.

<リチウムイオン二次電池用負極の作製>
負極活物質として減圧下において1000℃の熱処理で不均化反応させたSiO(以下、SiOと表記する)を80wt%と、導電助剤としてアセチレンブラックを5wt%とを添加し、さらにバインダーとして実施例1によって合成したポリアミドイミドワニスを、ポリアミドイミドが固形分として15wt%になるように調整して、添加し混合分散させた。最後にN−メチル−2−ピロリドンの溶媒を添加し、所定の粘度に調整させてペースト状の負極スラリーを作製した。そして、コンマロールコーターを用いて、この負極スラリーを厚さ10μmの銅箔の両面に所定の厚みとなるように、均一に負極活物質層を塗布した。次いで、乾燥炉内にて110℃の大気雰囲気下で前述の負極活物質中のN−メチル−2−ピロリドン溶媒を乾燥させた。前述の負極活物質が形成された負極をロールプレス機によって、負極活物質層を負極集電体の両面に圧着させ、所定の密度を有する負極シートを得た。
<Preparation of negative electrode for lithium ion secondary battery>
As a negative electrode active material, 80 wt% of SiO (hereinafter referred to as SiO x ) that has been disproportionated by heat treatment at 1000 ° C. under reduced pressure, 5 wt% of acetylene black as a conductive auxiliary agent, and further as a binder The polyamide-imide varnish synthesized according to Example 1 was adjusted so that the polyamide-imide was 15 wt% as a solid content, and added and mixed and dispersed. Finally, a solvent of N-methyl-2-pyrrolidone was added and adjusted to a predetermined viscosity to prepare a paste-like negative electrode slurry. Then, using a comma roll coater, the negative electrode active material layer was uniformly applied on both surfaces of the copper foil having a thickness of 10 μm so as to have a predetermined thickness. Next, the N-methyl-2-pyrrolidone solvent in the negative electrode active material was dried in an air atmosphere at 110 ° C. in a drying furnace. The negative electrode on which the negative electrode active material was formed was pressure-bonded to both surfaces of the negative electrode current collector by a roll press to obtain a negative electrode sheet having a predetermined density.

前述の負極シートは、電極金型を用いて21×31mmの電極サイズに打ち抜き、そして熱処理炉にて30℃/minの高速昇温で300℃まで昇温し、1時間保持した後に室温まで急冷させ、実施例1に係るリチウムイオン二次電池用負極を作製した。なお、前述の熱処理は、真空中にて実施した。   The above negative electrode sheet is punched into an electrode size of 21 × 31 mm using an electrode mold, heated to 300 ° C. at a high temperature of 30 ° C./min in a heat treatment furnace, held for 1 hour, and then rapidly cooled to room temperature. Thus, a negative electrode for a lithium ion secondary battery according to Example 1 was produced. The above heat treatment was performed in a vacuum.

(実施例2〜10)
ジアミン成分のモル比を表1に示す値に変更した以外は、実施例1と同様の手順でポリアミック酸を重合して、加熱によりイミド閉環処理を行い、ポリアミドイミド粉末を得た。また、各得られたポリアミドイミド粉末は、N−メチル−2−ピロリドン溶媒に20wt%となる様に溶解させ、ポリアミドイミドワニスを作製した。なお、実施例2〜10で得られた各ポリアミドイミドの物性は、実施例1と同様の手順で評価した。
(Examples 2 to 10)
Except having changed the molar ratio of the diamine component to the value shown in Table 1, polyamic acid was polymerized in the same procedure as in Example 1, and imide ring-closing treatment was performed by heating to obtain a polyamideimide powder. Each of the obtained polyamideimide powders was dissolved in an N-methyl-2-pyrrolidone solvent so as to be 20 wt% to prepare a polyamideimide varnish. In addition, the physical property of each polyamideimide obtained in Examples 2 to 10 was evaluated in the same procedure as in Example 1.

さらに実施例1と同様の手順にて、実施例2〜10に係るリチウムイオン二次電池用負極を作製した。   Furthermore, in the same procedure as in Example 1, negative electrodes for lithium ion secondary batteries according to Examples 2 to 10 were produced.

(比較例1、2)
ジアミン成分をODAのみ、またはTFMBのみとし、モル比を表1に示す値に変更した以外は、実施例1と同様の手順でポリアミック酸を重合して、加熱によりイミド閉環処理を行い、ポリアミドイミド粉末を得た。また、各得られたポリアミドイミド粉末は、N−メチル−2−ピロリドン溶媒に20wt%となる様に溶解させ、ポリアミドイミドワニスを作製した。なお、比較例で得られた各ポリアミドイミドの物性においても、実施例1と同様の手順で測定した。
(Comparative Examples 1 and 2)
Polyamic acid is polymerized in the same procedure as in Example 1 except that the diamine component is ODA only or TFMB only, and the molar ratio is changed to the values shown in Table 1, and the imide ring-closing treatment is performed by heating. A powder was obtained. Each of the obtained polyamideimide powders was dissolved in an N-methyl-2-pyrrolidone solvent so as to be 20 wt% to prepare a polyamideimide varnish. In addition, also in the physical property of each polyamideimide obtained by the comparative example, it measured in the procedure similar to Example 1. FIG.

さらに実施例1と同様の手順にて、比較例1、2に係るリチウムイオン二次電池用負極を作製した。   Furthermore, in the same procedure as in Example 1, negative electrodes for lithium ion secondary batteries according to Comparative Examples 1 and 2 were produced.

(実施例11〜17)
実施例3と同様の手順でポリアミック酸粉末を作製し、イミド閉環における乾燥温度および乾燥時間を種々変更することで、表2に示した重量平均分子量(Mw)に調整されたポリアミドイミド粉末をそれぞれ得た。なお、得られた各ポリアミドイミド粉末は、N−メチル−2−ピロリドン溶媒に20wt%となる様に溶解させ、ポリアミドイミドワニスを作製した。さらに前述の各ポリアミドイミドワニスは、真空乾燥下において150℃で熱処理し、得られた生成物をサイズ排除クロマトグラフィー(SEC)によって重量平均分子量(Mw)を解析した。
(Examples 11 to 17)
Polyamic acid powder was prepared in the same procedure as in Example 3, and the polyamideimide powder adjusted to the weight average molecular weight (Mw) shown in Table 2 was changed by changing the drying temperature and drying time in imide ring closure. Obtained. In addition, each obtained polyamideimide powder was dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone solvent so that it might become 20 wt%, and the polyamideimide varnish was produced. Furthermore, each polyamideimide varnish described above was heat-treated at 150 ° C. under vacuum drying, and the resulting product was analyzed for weight average molecular weight (Mw) by size exclusion chromatography (SEC).

さらに実施例1と同様の手順にて、実施例11〜17に係るリチウムイオン二次電池用負極を作製した。   Furthermore, in the same procedure as in Example 1, negative electrodes for lithium ion secondary batteries according to Examples 11 to 17 were produced.

(実施例18〜23)
実施例3に係るリチウムイオン二次電池用負極の作製において、負極活物質層に含まれるポリアミドイミドの量を、表3に示す量に変更した以外は、実施例1と同様の手順にて、実施例18〜23に係る各リチウムイオン二次電池用負極を作製した。
(Examples 18 to 23)
In the production of the negative electrode for a lithium ion secondary battery according to Example 3, the procedure similar to that of Example 1 was performed except that the amount of polyamideimide contained in the negative electrode active material layer was changed to the amount shown in Table 3. The negative electrode for each lithium ion secondary battery which concerns on Examples 18-23 was produced.

(実施例24〜26)
実施例3、5、8に係るリチウムイオン二次電池の作製において、負極活物質層に含まれる活物質として、SiOと、黒鉛とを1:9の重量比で混合させたものに変更した以外は、実施例1と同様の手順にて、実施例24〜26に係るリチウムイオン二次電池用負極を作製した。
(Examples 24-26)
In the production of the lithium ion secondary batteries according to Examples 3, 5, and 8, the active material contained in the negative electrode active material layer was changed to a material in which SiO x and graphite were mixed at a weight ratio of 1: 9. Except for the above, the negative electrodes for lithium ion secondary batteries according to Examples 24 to 26 were produced in the same procedure as in Example 1.

(比較例3、4)
比較例1、2に係るリチウムイオン二次電池の作製において、負極活物質層に含まれる活物質として、SiOと、黒鉛とを1:9の重量比で混合させたものに変更した以外は、比較例1と同様の手順にて、比較例3、4に係るリチウムイオン二次電池用負極を作製した。
(Comparative Examples 3 and 4)
In the production of lithium ion secondary batteries according to Comparative Examples 1 and 2, except that the active material contained in the negative electrode active material layer was changed to a mixture of SiO x and graphite in a weight ratio of 1: 9. The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to Comparative Examples 3 and 4 was prepared in the same procedure as Comparative Example 1.

(実施例27〜29)
実施例3、5、8に係るリチウムイオン二次電池の作製において、負極活物質層に含まれる活物質として、Siに変更した以外は、実施例1と同様の手順にて、実施例27〜29に係るリチウムイオン二次電池用負極を作製した。
(Examples 27 to 29)
In the production of the lithium ion secondary batteries according to Examples 3, 5, and 8, the active material contained in the negative electrode active material layer was changed to Si, and the same procedure as in Example 1 was followed. A negative electrode for a lithium ion secondary battery according to No. 29 was produced.

(比較例5、6)
比較例1、2に係るリチウムイオン二次電池の作製において、負極活物質層に含まれる活物質として、Siに変更した以外は、比較例1と同様の手順にて、比較例5、6に係るリチウムイオン二次電池用負極を作製した。
(Comparative Examples 5 and 6)
In the production of the lithium ion secondary batteries according to Comparative Examples 1 and 2, the same procedure as in Comparative Example 1 was applied to Comparative Examples 5 and 6 except that Si was used as the active material contained in the negative electrode active material layer. Such a negative electrode for a lithium ion secondary battery was produced.

(実施例30〜32)
実施例3、5、8に係るリチウムイオン二次電池の作製において、負極活物質層に含まれる活物質としてSiと、SiOとを1:9の重量比で混合させたものに変更した以外は、実施例1と同様の手順にて、実施例30〜32に係るリチウムイオン二次電池用負極を作製した。
(Examples 30 to 32)
In the production of the lithium ion secondary batteries according to Examples 3, 5, and 8, except that Si and SiO x were mixed at a weight ratio of 1: 9 as the active material contained in the negative electrode active material layer. Produced the negative electrodes for lithium ion secondary batteries according to Examples 30 to 32 in the same procedure as in Example 1.

(比較例7、8)
比較例1、2に係るリチウムイオン二次電池の作製において、負極に含まれる負極活物質として、Siと、SiOとを1:9の重量比で混合させたものに変更した以外は、比較例1と同様の手順にて、比較例7、8に係るリチウムイオン二次電池用負極を作製した。
(Comparative Examples 7 and 8)
In the production of lithium ion secondary batteries according to Comparative Examples 1 and 2, as a negative electrode active material contained in the negative electrode, except that Si and SiO x were mixed in a weight ratio of 1: 9, a comparison was made. In the same procedure as in Example 1, negative electrodes for lithium ion secondary batteries according to Comparative Examples 7 and 8 were produced.

(実施例33〜35)
実施例3、5、8に係るリチウムイオン二次電池の作製において、負極活物質層に含まれる活物質としてSiと、黒鉛とを1:9の重量比で混合させたものに変更した以外は、実施例1と同様の手順にて、実施例33〜35に係るリチウムイオン二次電池用負極を作製した。
(Examples 33 to 35)
In the production of lithium ion secondary batteries according to Examples 3, 5, and 8, except that Si and graphite were mixed in a weight ratio of 1: 9 as an active material contained in the negative electrode active material layer. The negative electrodes for lithium ion secondary batteries according to Examples 33 to 35 were produced in the same procedure as in Example 1.

(比較例9、10)
比較例1、2に係るリチウムイオン二次電池の作製において、負極に含まれる負極活物質として、Siと、黒鉛とを1:9の重量比で混合させたものに変更した以外は、比較例1と同様の手順にて、比較例9、10に係るリチウムイオン二次電池用負極を作製した。
(Comparative Examples 9 and 10)
Comparative Example 1 except that in the production of lithium ion secondary batteries according to Comparative Examples 1 and 2, the negative electrode active material contained in the negative electrode was changed to a mixture of Si and graphite in a weight ratio of 1: 9. 1 was used to produce a negative electrode for a lithium ion secondary battery according to Comparative Examples 9 and 10.

<リチウムイオン二次電池用正極の作製>
正極活物質としてコバルト酸リチウム(LiCoO)を96wt%と、導電助剤としてケッチェンブラックを2wt%と、バインダーとしてPVDFを2wt%と、N−メチル−2−ピロリドンの溶媒とを混合分散させて、ペースト状の正極スラリーを作製した。そして、コンマロールコーターを用いて、この正極スラリーを厚さ20μmのアルミニウム箔の両面に所定の厚みとなるように、均一に正極活物質層を塗布した。次いで、乾燥炉内にて、110℃の大気雰囲気下で前述の正極活物質中のN−メチル−2−ピロリドン溶媒を乾燥させた。なお、前述のアルミニウム箔の両面に塗布された正極活物質層の塗膜の厚みは、ほぼ同じ膜厚に調整した。前述の正極活物質が形成された正極をロールプレス機によって、正極活物質層を正極集電体の両面に圧着させ、所定の密度を有する正極シートを得た。
<Preparation of positive electrode for lithium ion secondary battery>
96 wt% of lithium cobaltate (LiCoO 2 ) as a positive electrode active material, 2 wt% of ketjen black as a conductive additive, 2 wt% of PVDF as a binder, and a solvent of N-methyl-2-pyrrolidone are mixed and dispersed. Thus, a paste-like positive electrode slurry was prepared. Then, using a comma roll coater, the positive electrode active material layer was uniformly applied so that the positive electrode slurry had a predetermined thickness on both surfaces of an aluminum foil having a thickness of 20 μm. Next, the N-methyl-2-pyrrolidone solvent in the positive electrode active material was dried in an air atmosphere at 110 ° C. in a drying furnace. In addition, the thickness of the coating film of the positive electrode active material layer apply | coated to both surfaces of the above-mentioned aluminum foil was adjusted to the substantially same film thickness. The positive electrode on which the positive electrode active material was formed was pressure-bonded to both surfaces of the positive electrode current collector by a roll press to obtain a positive electrode sheet having a predetermined density.

前述の正極シートは、電極金型を用いて20×30mmの電極サイズに打ち抜き、リチウムイオン二次電池用正極を作製した。   The positive electrode sheet described above was punched into an electrode size of 20 × 30 mm using an electrode mold to produce a positive electrode for a lithium ion secondary battery.

<リチウムイオン二次電池の作製>
前述の作製した実施例1〜22および比較例1〜9の負極と、正極とを、厚さ16μmの22×33mmサイズのポリエチレン製のセパレーターを介して積層し、電極体を作製した。これを電極体1層とし、同様の作製方法にて4層で構成された電極体を作製した。なお、前述の負極および正極は、両面に各活物質層を備えているため、負極3枚と正極2枚とセパレーター4枚とで構成されている。さらに、前述の電極体の負極において、負極活物質層を設けていない銅箔の突起端部にニッケル製の負極リードを取り付け、一方、電極体の正極においては、正極活物質層を設けていないアルミニウム箔の突起端部にアルミニウム製の正極リードを超音波融着機によって取り付けた。そしてこの電極体を、外装体用のアルミニウムのラミネートフィルムに融着させ、前述のラミネートフィルムを折り畳むことで前述の電極体を外装体内に挿入させた。外装体周囲の1辺を除いてヒートシールすることにより閉口部を形成し、この開口部より、EC/DECが3:7の割合で配合された溶媒中に、リチウム塩として1モル濃度のLiPFが添加された電解液を注入した。そして、前述の外装体の開口部を真空シール機によって減圧しながらヒートシールで密封し、実施例および比較例に係るリチウムイオン二次電池を作製した。
<Production of lithium ion secondary battery>
The above-prepared negative electrodes of Examples 1 to 22 and Comparative Examples 1 to 9 and the positive electrode were laminated via a polyethylene separator having a thickness of 16 μm and a size of 22 × 33 mm to prepare an electrode body. This was used as one electrode body, and an electrode body composed of four layers was produced by the same production method. In addition, since the above-mentioned negative electrode and positive electrode are provided with each active material layer on both surfaces, they are composed of three negative electrodes, two positive electrodes, and four separators. Furthermore, in the negative electrode of the electrode body described above, a negative electrode lead made of nickel is attached to the protruding end portion of the copper foil not provided with the negative electrode active material layer, while the positive electrode active material layer is not provided in the positive electrode of the electrode body. An aluminum positive electrode lead was attached to the protruding end portion of the aluminum foil by an ultrasonic fusion machine. Then, this electrode body was fused to an aluminum laminate film for an exterior body, and the above-mentioned electrode body was inserted into the exterior body by folding the above-mentioned laminate film. A closed portion is formed by heat-sealing except for one side around the outer package body, and 1 mol concentration of LiPF as a lithium salt in a solvent in which EC / DEC is blended at a ratio of 3: 7 from this opening. The electrolyte solution to which 6 was added was injected. And the opening part of the above-mentioned exterior body was sealed by heat sealing, reducing pressure with a vacuum sealing machine, and the lithium ion secondary battery which concerns on an Example and a comparative example was produced.

<評価>
実施例と比較例で作製したリチウムイオン二次電池は、以下の電池特性について評価した。
<Evaluation>
The lithium ion secondary batteries produced in the examples and comparative examples were evaluated for the following battery characteristics.

(充放電サイクル特性)
実施例1〜35および比較例1〜10で作製したリチウムイオン二次電池は、下記に示す充放電試験条件によって充放電を繰り返し、充放電サイクル特性を評価した。充放電サイクル試験条件は、25℃の温度下において、0.5Cの定電流で4.2Vになるまで定電流定電圧充電(CC−CV充電)させて充電容量を測定した。その後、1.0Cの定電流で電池電圧が2.5Vとなるまで定電流(CC放電)で放電させて放電容量を測定した。これを1サイクルとし、これを300サイクル繰り返した後の放電容量維持率によって、充放電サイクル特性を評価した。
(Charge / discharge cycle characteristics)
The lithium ion secondary batteries produced in Examples 1 to 35 and Comparative Examples 1 to 10 were repeatedly charged and discharged under the following charge / discharge test conditions, and the charge / discharge cycle characteristics were evaluated. The charge / discharge cycle test conditions were a constant current and constant voltage charge (CC-CV charge) at a constant current of 0.5 C and a charge capacity measured at a constant current of 0.5 C at a temperature of 25 ° C. Thereafter, the battery was discharged at a constant current (CC discharge) at a constant current of 1.0 C until the battery voltage became 2.5 V, and the discharge capacity was measured. This was defined as one cycle, and the charge / discharge cycle characteristics were evaluated by the discharge capacity retention rate after repeating this for 300 cycles.

なお、0.5Cとは公称容量値の容量を有する電池セルを定電流充電、または定電流放電した場合、2時間で充電および放電が終了となる電流値のことである。なお、1Cの場合では、1時間で充電および放電が終了となる電流値を意味する。   Note that 0.5 C is a current value at which charging and discharging are completed in two hours when a battery cell having a capacity of a nominal capacity value is subjected to constant current charging or constant current discharging. In the case of 1C, it means a current value at which charging and discharging are completed in one hour.

なお、300サイクル後の放電容量維持率は、以下の計算式によって定義される。
300サイクル後の放電容量維持率(%)=(300サイクル後の放電容量/1サイクル後の放電容量)×100
The discharge capacity maintenance rate after 300 cycles is defined by the following calculation formula.
Discharge capacity maintenance rate after 300 cycles (%) = (discharge capacity after 300 cycles / discharge capacity after 1 cycle) × 100

(電池セルの厚み膨張率)
実施例および比較例で作製した各リチウムイオン二次電池の充放電前のセル厚みと300サイクル終了した時点のセルの厚みを測定することで、セル厚みの膨張率を評価した。なお、膨張率は以下の計算式によって定義した。
膨張率(%)=(300サイクル後のセル厚み(mm)−充放電前のセル厚み(mm))/充放電前のセル厚み(mm)×100
(Battery cell thickness expansion)
The expansion rate of the cell thickness was evaluated by measuring the cell thickness before charging / discharging of each lithium ion secondary battery produced in Examples and Comparative Examples and the thickness of the cell at the end of 300 cycles. The expansion coefficient was defined by the following calculation formula.
Expansion rate (%) = (cell thickness after 300 cycles (mm) −cell thickness before charge / discharge (mm)) / cell thickness before charge / discharge (mm) × 100

(結果)
前述の式(1)と式(2)のaおよびbのモル比率を種々に調製した実施例1〜10および比較例1〜2に係るリチウムイオン二次電池の電池特性の結果を表1に示す。なお、充放電サイクル特性、及び電池セルの厚み膨張率については、比較例1の測定結果をそれぞれ100%として、比較例1の測定結果に対する相対比として示す。

Figure 2016027561
(result)
Table 1 shows the results of the battery characteristics of the lithium ion secondary batteries according to Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 and 2 in which the molar ratios of a and b in the above formulas (1) and (2) were variously prepared. Show. In addition, about the charging / discharging cycling characteristics and the thickness expansion coefficient of a battery cell, the measurement result of the comparative example 1 is set to 100%, and it shows as a relative ratio with respect to the measurement result of the comparative example 1.

Figure 2016027561

表1の結果から、式(1)及び式(2)の繰り返し単位構造を有するポリアミドイミドを負極用バインダーに用いたリチウムイオン二次電池では、電池セルの膨張率が低下し、充放電サイクル特性に優れることが分かった。一方、式(1)及び式(2)の繰り返し単位構造を有さないポリアミドイミドを負極用バインダーに用いた場合、電池セルの膨張率が高く、充放電サイクル特性が低下することが分かった。特に、式(1)のモル比率aが0.1〜70%において、顕著な効果が得られることが分かった。   From the result of Table 1, in the lithium ion secondary battery using the polyamideimide having the repeating unit structure of the formula (1) and the formula (2) as the binder for the negative electrode, the expansion coefficient of the battery cell is lowered, and the charge / discharge cycle characteristics It turned out to be excellent. On the other hand, it was found that when a polyamideimide having no repeating unit structure of the formulas (1) and (2) was used for the negative electrode binder, the battery cell had a high expansion coefficient and the charge / discharge cycle characteristics were lowered. In particular, it has been found that a remarkable effect is obtained when the molar ratio a in the formula (1) is 0.1 to 70%.

充放電サイクルを10サイクル終了した実施例3、および比較例1のリチウムイオン二次電池をドライルーム内で分解し、負極を取り出してDMC(ジメチルカーボネート)で洗浄後、上記負極のSiO活物質表面を20,000倍の倍率にてSEM−EDX(エネルギー分散型X線分光法)装置にて点分析したときのEDXスペクトル結果を、図2および図3に示す。また、充放電を行っていない実施例3、および比較例1の各負極のSiO活物質のSEM−EDXスペクトルの結果を図4および図5に示す。 The lithium ion secondary batteries of Example 3 and Comparative Example 1 in which 10 charge / discharge cycles were completed were decomposed in a dry room, the negative electrode was taken out and washed with DMC (dimethyl carbonate), and then the negative electrode SiO x active material. FIG. 2 and FIG. 3 show the results of EDX spectra when the surface was subjected to point analysis with a SEM-EDX (energy dispersive X-ray spectroscopy) apparatus at a magnification of 20,000 times. Further, examples not subjected to a charge and discharge 3, and SEM-EDX result of Spectrum of SiO x active material of each negative electrode of Comparative Example 1 shown in FIGS.

実施例3で作製したリチウムイオン二次電池の10サイクル後のSiO活物質では、ケイ素(Si)、酸素(O)、炭素(C)の他に、フッ素(F)が検出された。一方、比較例1における10サイクル後のSiO活物質では、フッ素は検出されなかった。また、充放電していない実施例3、および比較例1のSiO活物質においてもフッ素は検出されなかった。したがって、本発明に係るポリアミドイミドを用いた負極では、充放電過程にSiO活物質表面にフッ素イオンを含む固体電解質膜(SEI被膜)が形成されていることが確認された。 In the SiO x active material after 10 cycles of the lithium ion secondary battery produced in Example 3, fluorine (F) was detected in addition to silicon (Si), oxygen (O), and carbon (C). On the other hand, in the SiO x active material after 10 cycles in Comparative Example 1, no fluorine was detected. Also, fluorine was not detected in the SiO x active material of Example 3 and Comparative Example 1 that were not charged / discharged. Therefore, in the negative electrode using the polyamideimide according to the present invention, it was confirmed that a solid electrolyte film (SEI film) containing fluorine ions was formed on the surface of the SiO x active material during the charge / discharge process.

表2に本発明内のポリアミドイミドにおいて、重量平均分子量の異なるポリアミドイミドを用いた実施例3および実施例11〜17に係る各リチウムイオン二次電池用負極を用いた場合のリチウムイオン二次電池の膨張率と充放電サイクル特性の結果を示す。なお、表1と同様に、充放電サイクル特性、及び電池セルの厚み膨張率については、実施例11の測定結果をそれぞれ100%として、実施例11の測定結果に対する相対比として示す。

Figure 2016027561
Table 2 shows lithium ion secondary batteries when the negative electrodes for lithium ion secondary batteries according to Example 3 and Examples 11 to 17 using polyamideimides having different weight average molecular weights are used in the polyamideimide in the present invention. The results of the expansion coefficient and charge / discharge cycle characteristics are shown. As in Table 1, the charge / discharge cycle characteristics and the battery cell thickness expansion coefficient are shown as relative ratios to the measurement results of Example 11 with the measurement results of Example 11 being 100%.
Figure 2016027561

表2より、本発明のポリアミドイミドにおいては、重量平均分子量(Mw)が4,000〜100,000の範囲となる場合、リチウムイオン二次電池の充放電サイクルが優れることが確認された。特に重量平均分子量(Mw)が5,000〜80,000の範囲となる場合、より優れた充放電サイクルが得られることが分かった。   From Table 2, in the polyamideimide of this invention, when the weight average molecular weight (Mw) became the range of 4,000-100,000, it was confirmed that the charging / discharging cycle of a lithium ion secondary battery is excellent. In particular, it was found that when the weight average molecular weight (Mw) is in the range of 5,000 to 80,000, a more excellent charge / discharge cycle can be obtained.

表3に本発明に係るリチウムイオン二次電池において、その負極活物質層におけるポリアミドイミドの含有率と電池特性との関係について検討した結果を示す。

Figure 2016027561
Table 3 shows the results of studying the relationship between the content of polyamideimide in the negative electrode active material layer and the battery characteristics in the lithium ion secondary battery according to the present invention.

Figure 2016027561

表3より、リチウムイオン二次電池用負極において、その負極活物質層に含まれる本実施例に係るポリアミドイミドの含有率としては、5〜40wt%の範囲となる場合、セルの膨張率ならびに充放電サイクル特性に加えて、レート特性が優れることが確認された。   From Table 3, in the negative electrode for a lithium ion secondary battery, when the content of the polyamideimide according to the present example contained in the negative electrode active material layer is in the range of 5 to 40 wt%, the cell expansion coefficient and the charge In addition to the discharge cycle characteristics, it was confirmed that the rate characteristics were excellent.

表4に負極活物質として、SiOと黒鉛とを複合させた場合の実施例24〜26と比較例3〜4に係るリチウムイオン二次電池の電池特性の結果を示す。なお、表1と同様に、充放電サイクル特性、及び電池セルの厚み膨張率については、比較例3の測定結果をそれぞれ100%として、比較例3の測定結果に対する相対比として示す。

Figure 2016027561
Table 4 shows the results of the battery characteristics of the lithium ion secondary batteries according to Examples 24-26 and Comparative Examples 3-4 when SiO x and graphite are combined as the negative electrode active material. As in Table 1, the charge / discharge cycle characteristics and the battery cell thickness expansion coefficient are shown as relative ratios to the measurement results of Comparative Example 3, with the measurement results of Comparative Example 3 being 100%.
Figure 2016027561

表5に負極活物質として、Siを用いた場合の実施例27〜29と比較例5〜6に係るリチウムイオン二次電池の電池特性の結果を示す。なお、表1と同様に、充放電サイクル特性、及び電池セルの厚み膨張率については、比較例5の測定結果をそれぞれ100%として、比較例5の測定結果に対する相対比として示す。

Figure 2016027561
Table 5 shows the results of the battery characteristics of the lithium ion secondary batteries according to Examples 27 to 29 and Comparative Examples 5 to 6 when Si is used as the negative electrode active material. As in Table 1, the charge / discharge cycle characteristics and the battery cell thickness expansion coefficient are shown as relative ratios to the measurement results of Comparative Example 5, with the measurement results of Comparative Example 5 being 100%.

Figure 2016027561

表6に負極活物質として、SiとSiOとを複合させた場合の実施例30〜32と比較例7〜8に係るリチウムイオン二次電池の電池特性の結果を示す。なお、表1と同様に、充放電サイクル特性、及び電池セルの厚み膨張率については、比較例7の測定結果をそれぞれ100%として、比較例7の測定結果に対する相対比として示す。

Figure 2016027561
Table 6 shows the results of the battery characteristics of the lithium ion secondary batteries according to Examples 30 to 32 and Comparative Examples 7 to 8 when Si and SiO x are combined as the negative electrode active material. As in Table 1, the charge / discharge cycle characteristics and the battery cell thickness expansion coefficient are shown as relative ratios to the measurement results of Comparative Example 7, with the measurement results of Comparative Example 7 being 100%.
Figure 2016027561

表7に負極活物質として、Siと黒鉛とを複合させた場合の実施例33〜35と比較例9〜10に係るリチウムイオン二次電池の電池特性の結果を示す。なお、表1と同様に、充放電サイクル特性、及び電池セルの厚み膨張率については、比較例9の測定結果をそれぞれ100%として、比較例9の測定結果に対する相対比として示す。

Figure 2016027561
Table 7 shows the results of the battery characteristics of the lithium ion secondary batteries according to Examples 33 to 35 and Comparative Examples 9 to 10 when Si and graphite are combined as the negative electrode active material. As in Table 1, the charge / discharge cycle characteristics and the battery cell thickness expansion coefficient are shown as relative ratios to the measurement result of Comparative Example 9, with the measurement result of Comparative Example 9 being 100%.
Figure 2016027561

種々の負極活物質を用いた場合においても、本実施例のポリアミドイミドを負極バインダーとして用いた場合では、比較例のポリアミドイミドを用いた場合よりも電池セルの膨張率の抑制ならびに良好な充放電サイクル特性が得られることを確認した。   Even when various negative electrode active materials are used, when the polyamide imide of this example is used as a negative electrode binder, the expansion rate of the battery cell and the charge / discharge are better than when the polyamide imide of the comparative example is used. It was confirmed that cycle characteristics were obtained.

100・・・リチウムイオン二次電池、10・・・正極(同義:リチウムイオン二次電池
用正極)、12・・・正極集電体、14・・・正極活物質層、60・・・正極リード、
20・・・負極(同義:リチウムイオン二次電池用負極)、22・・・負極集電体、24・・・負極活物質層、62・・・負極リード、18・・・セパレーター、30・・・電極体、50・・・外装体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Lithium ion secondary battery, 10 ... Positive electrode (synonymous: Positive electrode for lithium ion secondary batteries), 12 ... Positive electrode collector, 14 ... Positive electrode active material layer, 60 ... Positive electrode Lead,
20 ... negative electrode (synonymous: negative electrode for lithium ion secondary battery), 22 ... negative electrode current collector, 24 ... negative electrode active material layer, 62 ... negative electrode lead, 18 ... separator, 30 ..Electrode body, 50 ... exterior body

Claims (7)

下記の式(1)および式(2)の繰り返し構造単位を有するポリアミドイミドを含むことを特徴とするリチウムイオン二次電池用負極バインダー。ただし、式中のaおよびbの値は任意であるが、各構造単位の共重合割合をモル比率で示す。
Figure 2016027561
Figure 2016027561
式(2)中のArは、芳香環を有するアリール基を示し、式(3)、式(4)、式(5)のいずれかを示す。R〜R、RおよびRは、それぞれ独立して、水素原子、水酸基、アルキル基、メチル基、ハロゲン、置換アルキル基、アルコキシ基、アリール基、置換アリール基、ニトロ基、シアノ基、チオール基、またはハロゲン化メチル基などからなる群より選択される置換基を示す。また、式(4)中のRは、−O−、−S−、−C(=O)−、−SO−、−C(=O)O−、−(CH−、−C(CF−、−C(CH−を示す。なお、−(CH−のnは、0以上5以下の整数である。)
Figure 2016027561
Figure 2016027561

Figure 2016027561
The negative electrode binder for lithium ion secondary batteries characterized by including the polyamideimide which has a repeating structural unit of following formula (1) and formula (2). However, although the value of a and b in a formula is arbitrary, the copolymerization ratio of each structural unit is shown by a molar ratio.
Figure 2016027561
Figure 2016027561
Ar in Formula (2) represents an aryl group having an aromatic ring, and represents any one of Formula (3), Formula (4), and Formula (5). R 1 to R 4 , R 6 and R 7 are each independently a hydrogen atom, hydroxyl group, alkyl group, methyl group, halogen, substituted alkyl group, alkoxy group, aryl group, substituted aryl group, nitro group, cyano group And a substituent selected from the group consisting of a thiol group, a methyl halide group and the like. R 5 in the formula (4) is —O—, —S—, —C (═O) —, —SO 2 —, —C (═O) O—, — (CH 2 ) n —, -C (CF 3) 2 -, - C (CH 3) 2 - shows a. Note that n in — (CH 2 ) n — is an integer of 0 or more and 5 or less. )
Figure 2016027561
Figure 2016027561

Figure 2016027561
前記aのモル比率が、0.1〜70モル%であり、前記bのモル比率が、30〜99.9モル%であることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用負極バインダー。   2. The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the molar ratio of a is 0.1 to 70 mol%, and the molar ratio of b is 30 to 99.9 mol%. Negative electrode binder. 重量平均分子量(Mw)が、4,000〜100,000であることを特徴とする請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池用負極バインダー。   The negative electrode binder for a lithium ion secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the weight average molecular weight (Mw) is 4,000 to 100,000. 集電体および前記集電体上に形成された負極活物質層を備えたリチウムイオン二次電池用負極であって、前記負極活物質層は、負極活物質と、導電助剤と、請求項1〜3のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極バインダーとを含み、前記負極活物質として、ケイ素(Si)、ケイ素化合物の少なくとも一方が含まれていることを特徴とするリチウムイオン二次電池用負極。   A negative electrode for a lithium ion secondary battery comprising a current collector and a negative electrode active material layer formed on the current collector, wherein the negative electrode active material layer comprises a negative electrode active material, a conductive additive, and 1 to 3 and a negative electrode binder for a lithium ion secondary battery according to any one of 1 to 3, wherein the negative electrode active material contains at least one of silicon (Si) and a silicon compound. Negative electrode for ion secondary battery. 集電体および前記集電体上に形成された負極活物質層を備えたリチウムイオン二次電池用負極であって、前記負極活物質層は、負極活物質と、導電助剤と、請求項1〜3のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極バインダーと、それ以外のバインダーとを含み、前記負極活物質として、ケイ素(Si)、ケイ素化合物の少なくとも一方が含まれていることを特徴とするリチウムイオン二次電池用負極。   A negative electrode for a lithium ion secondary battery comprising a current collector and a negative electrode active material layer formed on the current collector, wherein the negative electrode active material layer comprises a negative electrode active material, a conductive additive, and The negative electrode binder for lithium ion secondary batteries according to any one of 1 to 3 and a binder other than that are included, and at least one of silicon (Si) and a silicon compound is included as the negative electrode active material. The negative electrode for lithium ion secondary batteries characterized by the above-mentioned. 前記負極活物質層において、前記リチウムイオン二次電池用負極バインダーが、少なくとも5.0重量%以上、40重量%以下の範囲内で含まれていることを特徴とする請求項4または5に記載のリチウムイオン二次電池用負極。   6. The negative electrode active material layer, wherein the negative electrode binder for a lithium ion secondary battery is contained in a range of at least 5.0 wt% or more and 40 wt% or less. Negative electrode for lithium ion secondary battery. 負極と正極と、負極と正極との間に配置されるセパレーターと、電解液とを備えたリチウムイオン二次電池であって、前記負極は、請求項4〜6のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。   It is a lithium ion secondary battery provided with the separator arrange | positioned between a negative electrode and a positive electrode, a negative electrode, and a positive electrode, and electrolyte solution, Comprising: The said negative electrode is any one of Claims 4-6. A lithium ion secondary battery, which is a negative electrode for a lithium ion secondary battery.
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