JP2017224407A - Conductive composition, backing layer-attached current collector for nonaqueous electrolyte secondary battery, electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Conductive composition, backing layer-attached current collector for nonaqueous electrolyte secondary battery, electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a conductive composition for forming a nonaqueous electrolyte secondary battery having the function of increasing the internal resistance when the internal temperature of a battery rises, which is superior in conductivity during a normal operation.SOLUTION: The above problem is solved by a conductive composition for forming a backing layer of an electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery. The conductive composition comprises: a conductive carbon material (A); a water-soluble resin (B) having a hydroxyl group; water-dispersible resin fine particles (C); and an aqueous liquid medium (D). The water-dispersible resin fine particles include at least olefin-based resin fine particles. In a total solid content, the content of the conductive carbon material (A) is 10-50 mass%; the content of the water-soluble resin (B) having the hydroxyl group is 10-50 mass%; and the content of the water-dispersible resin fine particles (C) is 30-70 mass%. The olefin-based resin fine particles included in the water-dispersible resin fine particles (C) account for 50-100 mass%.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、導電性組成物、及びその組成物を用いて得られる非水電解質二次電池用電極、並びにその電極を用いて得られる非水電解質二次電池に関する。詳しくは、非水電解質二次電池用電極の下地層形成用に用いられ、電池の温度が上昇した場合に該電池の内部抵抗を高くする機能を備えた導電性組成物、非水電解質二次電池用電極並びに非水電解質二次電池に関する。   The present invention relates to a conductive composition, an electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery obtained using the composition, and a nonaqueous electrolyte secondary battery obtained using the electrode. Specifically, the conductive composition is used for forming a base layer of an electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, and has a function of increasing the internal resistance of the battery when the temperature of the battery rises, the non-aqueous electrolyte secondary The present invention relates to a battery electrode and a non-aqueous electrolyte secondary battery.

近年、デジタルカメラや携帯電話のような小型携帯型電子機器が広く用いられるようになってきた。これらの電子機器には、容積を最小限にし、かつ重量を軽くすることが常に求められてきており、搭載される電池においても、小型、軽量かつ大容量の電池の実現が求められている。特にリチウムイオン二次電池は鉛蓄電池、ニッカド電池、ニッケル水素電池等の水溶系二次電池と比較して大きなエネルギー密度が得られることから、パソコンや携帯端末等の電源としての重要性が高まっており、さらには車載搭載用高出力電源として好ましく用いられるものとして期待されている。   In recent years, small portable electronic devices such as digital cameras and mobile phones have been widely used. These electronic devices have always been required to minimize the volume and reduce the weight, and the batteries to be mounted are also required to be small, light, and have a large capacity. In particular, lithium-ion secondary batteries have a higher energy density than water-based secondary batteries such as lead-acid batteries, nickel-cadmium batteries, and nickel-metal hydride batteries. In addition, it is expected to be preferably used as a high-output power source mounted on a vehicle.

リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高いという利点の反面、非水電解質を使用することから、安全性に対する十分な対応策が必要になる。近年、電池の大型化及び高容量化に応じて、安全性の確保が大きな課題となっている。例えば、過充電や電池内部での短絡等により、電池温度が異常に、かつ急激に上昇する場合、電池の外部に設けられた安全性機構だけでは、発熱を規制するのは困難となり、発火する危険性がある。   Lithium ion secondary batteries, while having the advantage of high energy density, use a non-aqueous electrolyte, so a sufficient countermeasure for safety is required. In recent years, ensuring the safety has become a major issue as the size and capacity of batteries increase. For example, if the battery temperature rises abnormally and suddenly due to overcharging or a short circuit inside the battery, it is difficult to control the heat generation with only the safety mechanism provided outside the battery, and it ignites. There is a risk.

特許文献1では、集電体に正温度係数抵抗体(以下PTC)の機能を有する電子伝導材料を接合する方法が記載されている。しかし、電子伝導性材料の厚みが50μmと厚いために、電池全体としてのエネルギー密度が低下するという問題がある。   Patent Document 1 describes a method of joining an electron conductive material having a function of a positive temperature coefficient resistor (hereinafter referred to as PTC) to a current collector. However, since the thickness of the electron conductive material is as thick as 50 μm, there is a problem that the energy density of the entire battery is lowered.

特許文献2では、正極、負極、非水電解液のいずれかにPTCの特性をもたせることが開示されている。しかし、これらにPTC特性を付与するには、電池容量に寄与しない多量の添加物を加える必要があり、エネルギー密度の低下が起こる。   Patent Document 2 discloses that any of a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte has PTC characteristics. However, in order to impart PTC characteristics to these, it is necessary to add a large amount of additives that do not contribute to battery capacity, resulting in a decrease in energy density.

特許文献3では、集電体表面に結晶性熱可塑性樹脂と導電剤および結着材からなる導電層を設ける方法が記載されている。この導電層は、電池内の温度が結晶性熱可塑性樹脂の融点を超えると、導電層の抵抗が上昇して、集電体と活物質間の電流が遮断される。しかし、電池の通常作動時における内部抵抗が高くなり、電池の出力特性が低下するという問題がある。   Patent Document 3 describes a method of providing a conductive layer made of a crystalline thermoplastic resin, a conductive agent, and a binder on the surface of a current collector. In this conductive layer, when the temperature in the battery exceeds the melting point of the crystalline thermoplastic resin, the resistance of the conductive layer increases and the current between the current collector and the active material is interrupted. However, there is a problem in that the internal resistance during normal operation of the battery increases and the output characteristics of the battery deteriorate.

特許文献4では、集電体表面にポリフッ化ビニリデンと導電剤からなる導電層を設け、この導電層を設けた集電体を120℃を超える温度で加熱する方法が記載されている。しかし、熱処理する工程が追加されるほか、電池内の温度が上昇したときの抵抗上昇は十分でないという問題がある。   Patent Document 4 describes a method in which a conductive layer made of polyvinylidene fluoride and a conductive agent is provided on the current collector surface, and the current collector provided with the conductive layer is heated at a temperature exceeding 120 ° C. However, in addition to an additional heat treatment step, there is a problem that the resistance rise is not sufficient when the temperature in the battery rises.

特許文献5では、導電性粒子、カルボキシメチルセルロース、水分散オレフィン系樹脂および分散剤からなる導電層を設けた集電体を設ける方法が記載されている。しかし、カルボキシメチルセルロースは分散液の増粘剤として用いられ、その添加量は分散液の固形分の合計100質量%中、5質量%以下と少ない。   Patent Document 5 describes a method of providing a current collector provided with a conductive layer made of conductive particles, carboxymethyl cellulose, a water-dispersed olefin resin, and a dispersant. However, carboxymethylcellulose is used as a thickener for the dispersion, and its addition amount is as small as 5% by mass or less in the total 100% by mass of the solid content of the dispersion.

特許文献6では、熱溶融性である粒子の体積平均粒子径が、導電性無機粒子の体積平均粒子径よりも大きい組成物からなる導電層を設ける方法が記載されている。しかし、電池内の温度が上昇したときの抵抗上昇は十分でないという問題がある。   Patent Document 6 describes a method of providing a conductive layer made of a composition in which the volume average particle diameter of particles that are heat-fusible is larger than the volume average particle diameter of conductive inorganic particles. However, there is a problem that the resistance rise is not sufficient when the temperature in the battery rises.

特開平10−241665号公報JP-A-10-241665 特開平11−329503号公報JP 11-329503 A 特開2001−357854号公報JP 2001-357854 A 特開2012−104422号公報JP 2012-104422 A 国際公開第2015/046469号International Publication No. 2015/046469 特開2009−176599号公報JP 2009-176599 A

本発明の目的は、通常作動時の導電性に優れることから、電池の出力特性等に優れ、電池の内部温度が上昇した場合に、内部抵抗を上昇させる機能を備えた非水電解質二次電池(例えばリチウムイオン二次電池)を形成するための導電性組成物であって、非水電解質二次電池の導電性および安全機能に優れる導電性組成物を提供することである。   An object of the present invention is a non-aqueous electrolyte secondary battery having a function of increasing the internal resistance when the internal temperature of the battery is increased because of excellent electrical conductivity during normal operation, excellent battery output characteristics, etc. An object of the present invention is to provide a conductive composition for forming a lithium ion secondary battery (for example, a lithium ion secondary battery), which is excellent in the conductivity and safety function of a nonaqueous electrolyte secondary battery.

本発明は、導電性の炭素材料(A)と、水酸基を有する水溶性樹脂(B)と、少なくともオレフィン系樹脂微粒子を含む水分散樹脂微粒子(C)とを含む非水電解質二次電池用電極の下地層形成用導電性組成物であり、電池の発熱時に集電体の抵抗が増大し、電流を遮断することで、電池の発火等を回避するものである。また、発熱時に内部抵抗を増大させる樹脂が水分散樹脂微粒子であることから、炭素材料(A)の導電性を損なうことがなく、通常作動時の内部抵抗を低減でき、出力特性を改善することができる。   The present invention relates to a nonaqueous electrolyte secondary battery electrode comprising a conductive carbon material (A), a water-soluble resin (B) having a hydroxyl group, and water-dispersed resin fine particles (C) containing at least olefin resin fine particles. In this conductive composition for forming an underlayer, the resistance of the current collector increases when the battery generates heat, and the current is interrupted to avoid ignition of the battery. In addition, since the resin that increases internal resistance during heat generation is water-dispersed resin fine particles, the electrical resistance of the carbon material (A) is not impaired, internal resistance during normal operation can be reduced, and output characteristics are improved. Can do.

さらに、本発明者は鋭意検討を行った結果、導電性組成物に含まれる水酸基を有する水溶性樹脂(B)が、電池の内部温度が上昇した場合に、内部抵抗を上昇し続ける機能があることを知見し、本発明をなすに至った。
例えば、内部短絡などによって電池の内部温度が上昇した場合、導電性組成物に含まれるオレフィン系樹脂微粒子が、体積膨張することにより、導電性の炭素材料同士の接触を切断する。これにより、電極自体の抵抗が高くなるので、短絡箇所に流れる電流が減少し、ジュール発熱を抑制し、電池の安全性が保たれるという効果を奏すると考えられる。しかし、ポリオレフィン系樹脂微粒子の体積膨張と同時に樹脂微粒子の溶融が起こり、炭素材料同士が再度接触して、電池の内部抵抗が十分上昇せず、安全性を保てなかった。
一方、導電性組成物に所定量の水酸基を有する水溶性樹脂(B)を含むことで、上記オレフィン系樹脂微粒子が溶融した場合でも、水酸基を有する水溶性樹脂(B)が炭素同士の再接触を防ぐ効果が確認され、電池の安全性を飛躍的に向上させることがわかった。
さらには、水酸基を有する水溶性樹脂(B)は導電性組成物(スラリー)において、化学的に安定であることから、経時変化が少なく、下地層を形成する際の塗工特性に優れる。
さらに、導電性の炭素材料の二次凝集粒子径を適切に制御することによって、上記、抵抗上昇をより効果的に行えることができ、電池の安全性を飛躍的に向上されることがわかった。
Furthermore, as a result of intensive studies, the present inventor has a function that the water-soluble resin (B) having a hydroxyl group contained in the conductive composition continues to increase the internal resistance when the internal temperature of the battery increases. This has been found and the present invention has been made.
For example, when the internal temperature of the battery rises due to an internal short circuit or the like, the olefin-based resin fine particles contained in the conductive composition expand in volume, thereby cutting the contact between the conductive carbon materials. Thereby, since the resistance of the electrode itself is increased, it is considered that the current flowing through the short-circuited portion is reduced, the Joule heat generation is suppressed, and the battery safety is maintained. However, the resin fine particles were melted simultaneously with the volume expansion of the polyolefin resin fine particles, the carbon materials were brought into contact with each other again, the internal resistance of the battery was not sufficiently increased, and the safety could not be maintained.
On the other hand, even when the olefin resin fine particles are melted by including a predetermined amount of the water-soluble resin (B) having a hydroxyl group in the conductive composition, the water-soluble resin (B) having a hydroxyl group is re-contacted between carbons. As a result, it has been confirmed that the battery safety is drastically improved.
Furthermore, since the water-soluble resin (B) having a hydroxyl group is chemically stable in the conductive composition (slurry), there is little change with time and excellent coating properties when forming the underlayer.
Furthermore, it was found that by appropriately controlling the secondary agglomerated particle size of the conductive carbon material, the above resistance increase can be performed more effectively, and the safety of the battery can be dramatically improved. .

さらに、水分散樹脂微粒子(C)の変性により、樹脂微粒子の溶融耐性を付与することができ、ポリオレフィン系樹脂微粒子の体積膨張を維持し、炭素材料同士の接続の切断効果を維持し続けることができる。   Furthermore, by modifying the water-dispersed resin fine particles (C), it is possible to impart melting resistance of the resin fine particles, maintain the volume expansion of the polyolefin resin fine particles, and continue to maintain the cutting effect of the connection between the carbon materials. it can.

以上の効果によって、電池の安全性を飛躍的に向上させることがわかった。   It has been found that the above-described effects dramatically improve the safety of the battery.

即ち、本発明は、導電性の炭素材料(A)と、水酸基を有する水溶性樹脂(B)(但し、ケン化度87〜89mol%のポリビニルアルコール(PVA)およびカルボキシルメチルセルロースを除く)と、水分散樹脂微粒子(C)と、水性液状媒体(D)とを含有する非水電解質二次電池用電極の下地層形成用導電性組成物であって、前記水分散樹脂微粒子が少なくともオレフィン系樹脂微粒子を含み、炭素材料(A)と、水酸基を有する水溶性樹脂(B)と、水分散樹脂微粒子(C)との固形分の合計100質量%中、導電性の炭素材料(A)の含有率が、10〜50質量%であり、水酸基を有する水溶性樹脂(B)の含有率が、10〜50質量%であり、水分散樹脂微粒子(C)の含有率が、30〜70質量%であり、水分散樹脂微粒子(C)に含まれるオレフィン系樹脂微粒子の割合が、水分散樹脂微粒子(C)全体に対し、50〜100質量%であることを特徴とする非水電解質二次電池用電極の下地層形成用導電性組成物に関する。
水酸基を含有する水溶性樹脂(B)が、ポリビニルアルコール(但し、ケン化度87〜89mol%のポリビニルアルコール(PVA)を除く)、ポリビニルアルコール誘導体、グァーガム、グァーガム誘導体、キサンタンガム、キサンタンガム誘導体、キトサン、キトサン誘導体、セルロース、セルロース誘導体(但し、カルボキシルメチルセルロースを除く)、アルギン酸およびアルギン酸誘導体からなる群より選ばれる少なくとも一つであることを特徴とする上記非水電解質二次電池用電極の下地層形成用導電性組成物に関する。
水分散樹脂微粒子(C)に含まれるオレフィン系樹脂微粒子が、カルボニル基を有するオレフィン樹脂微粒子であり、前記オレフィン樹脂微粒子の赤外吸収スペクトルにおいて、2800〜3000cm-1の最大ピーク高さ(極大吸光度)(X)と、1690〜1740cm-1の最大ピーク高さ(極大吸光度)(Y)との比(Y)/(X)が0.05〜1.0であることを特徴とする上記非水電解質二次電池用電極の下地層形成用導電性組成物に関する。
集電体と、上記非水電解質二次電池用電極の下地層形成用導電性組成物から形成された下地層とを有する非水電解質二次電池用下地層付き集電体に関する。
集電体と、上記導非水電解質二次電池用電極の下地層形成用電性組成物から形成された下地層と、電極活物質及びバインダーを含有する電極形成用組成物から形成された合材層とを有する非水電解質二次電池用電極に関する。
正極と負極と電解液とを具備する非水電解質二次電池であって、前記正極または前記負極の少なくとも一方が、上記非水電解質二次電池用電極である、非水電解質二次電池に関する。
That is, the present invention comprises a conductive carbon material (A), a water-soluble resin (B) having a hydroxyl group (however, excluding polyvinyl alcohol (PVA) and carboxymethyl cellulose having a saponification degree of 87 to 89 mol%), water, A conductive composition for forming an underlayer of an electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising dispersed resin fine particles (C) and an aqueous liquid medium (D), wherein the water-dispersed resin fine particles are at least olefin resin fine particles Of carbon material (A), water-soluble resin (B) having a hydroxyl group, and water-dispersed resin fine particles (C) in a total of 100% by mass of conductive carbon material (A) However, the content of the water-soluble resin (B) having a hydroxyl group is 10 to 50% by mass, and the content of the water-dispersed resin fine particles (C) is 30 to 70% by mass. Yes, water-dispersed resin fine particles C) The ratio of the olefin resin fine particles contained in the electrode is 50 to 100% by mass with respect to the entire water-dispersed resin fine particles (C). It relates to a sex composition.
The water-soluble resin (B) containing a hydroxyl group is polyvinyl alcohol (excluding polyvinyl alcohol (PVA) having a saponification degree of 87 to 89 mol%), polyvinyl alcohol derivative, guar gum, guar gum derivative, xanthan gum, xanthan gum derivative, chitosan, It is at least one selected from the group consisting of chitosan derivatives, cellulose, cellulose derivatives (excluding carboxymethylcellulose), alginic acid and alginic acid derivatives, for forming an underlayer of the electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery The present invention relates to a conductive composition.
The olefin resin fine particles contained in the water-dispersed resin fine particles (C) are olefin resin fine particles having a carbonyl group, and the maximum peak height (maximum absorbance) of 2800 to 3000 cm −1 in the infrared absorption spectrum of the olefin resin fine particles. ) (X) and the ratio (Y) / (X) of the maximum peak height (maximum absorbance) (Y) of 1690 to 1740 cm −1 is 0.05 to 1.0. The present invention relates to a conductive composition for forming a base layer of an electrode for a water electrolyte secondary battery.
The present invention relates to a current collector with a base layer for a nonaqueous electrolyte secondary battery, comprising a current collector and a base layer formed from the conductive composition for forming the base layer of the electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery.
A current collector, a base layer formed from the base layer-forming electric composition for the electrode for a conductive nonaqueous electrolyte secondary battery, and a composite formed from an electrode-forming composition containing an electrode active material and a binder. The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery electrode having a material layer.
The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte solution, wherein at least one of the positive electrode and the negative electrode is the electrode for the non-aqueous electrolyte secondary battery.

導電性の炭素材料(A)と、水酸基を有する水溶性樹脂(B)と、少なくともオレフィン系樹脂微粒子を含む水分散樹脂微粒子(C)とを含むことにより、炭素材料の導電性を損ねることなく、電池の内部温度が上昇した場合に、内部抵抗を上昇させる機能を備えた非水電解質二次電池を提供できる。   By including the conductive carbon material (A), the water-soluble resin (B) having a hydroxyl group, and the water-dispersed resin fine particles (C) containing at least olefin resin fine particles, the conductivity of the carbon material is not impaired. A nonaqueous electrolyte secondary battery having a function of increasing the internal resistance when the internal temperature of the battery rises can be provided.

<導電性組成物>
前記したように、本発明の導電性組成物は、非水電解質二次電池の下地層形成用として使用できる。導電性組成物は、導電性の炭素材料(A)と水酸基を有する水溶性樹脂(B)と、少なくともオレフィン系樹脂微粒子を含む水分散樹脂微粒子(C)と、水性液状媒体(D)とを含有する。
導電性の炭素材料(A)と、水酸基を有する水溶性樹脂(B)と、水分散樹脂微粒子(C)の固形分との合計100質量%中、導電性の炭素材料(A)の含有量は、導電性と内部抵抗の観点から、10〜50質量%であり、好ましくは15〜50質量%、より好ましくは20〜40質量%である。
導電性の炭素材料(A)と、水酸基を有する水溶性樹脂(B)と、水分散樹脂微粒子(C)の固形分との合計100質量%中、水酸基を有する水溶性樹脂(B)の含有量は、電極の密着性と導電性、および発熱時における電池の内部抵抗上昇の観点から10〜50質量%であり好ましくは10〜40質量%であり、より好ましくは15〜35質量%である。
導電性の炭素材料(A)と、水酸基を有する水溶性樹脂(B)と、水分散樹脂微粒子(C)の固形分との合計100質量%中、水分散樹脂微粒子(C)の含有量は、内部抵抗と導電性、および発熱時における電池の内部抵抗上昇の観点から、30〜70質量%であり、好ましくは30〜60質量%、より好ましくは35〜60質量%である。
導電性の炭素材料(A)と、水酸基を有する水溶性樹脂(B)と、水分散樹脂微粒子(C)の固形分の合計は、導電性組成物全体の70質量%以上であり、好ましくは導電性組成物のうち80質量%以上であり、さらに好ましくは導電性組成物のうち90質量%以上である。
また、導電性組成物の適正粘度は、導電性組成物の塗工方法によるが、一般には、10mPa・s以上、30,000mPa・s以下とするのが好ましい。
<Conductive composition>
As described above, the conductive composition of the present invention can be used for forming a base layer of a nonaqueous electrolyte secondary battery. The conductive composition comprises a conductive carbon material (A), a water-soluble resin (B) having a hydroxyl group, water-dispersed resin fine particles (C) containing at least olefin resin fine particles, and an aqueous liquid medium (D). contains.
Content of conductive carbon material (A) in total 100 mass% of conductive carbon material (A), water-soluble resin (B) having a hydroxyl group, and solid content of water-dispersed resin fine particles (C) Is from 10 to 50% by mass, preferably from 15 to 50% by mass, and more preferably from 20 to 40% by mass, from the viewpoints of conductivity and internal resistance.
Content of water-soluble resin (B) having a hydroxyl group in a total of 100% by mass of the conductive carbon material (A), the water-soluble resin (B) having a hydroxyl group, and the solid content of the water-dispersed resin fine particles (C) The amount is from 10 to 50% by mass, preferably from 10 to 40% by mass, more preferably from 15 to 35% by mass, from the viewpoints of electrode adhesion and conductivity and increase in internal resistance of the battery during heat generation. .
The content of the water-dispersed resin fine particles (C) is 100% by mass in total of the conductive carbon material (A), the water-soluble resin (B) having a hydroxyl group, and the solid content of the water-dispersed resin fine particles (C). From the viewpoint of internal resistance and conductivity, and increase in internal resistance of the battery during heat generation, it is 30 to 70% by mass, preferably 30 to 60% by mass, more preferably 35 to 60% by mass.
The total solid content of the conductive carbon material (A), the water-soluble resin (B) having a hydroxyl group, and the water-dispersed resin fine particles (C) is 70% by mass or more of the entire conductive composition, preferably It is 80 mass% or more among electroconductive compositions, More preferably, it is 90 mass% or more among electroconductive compositions.
Moreover, although the appropriate viscosity of an electroconductive composition is based on the coating method of an electroconductive composition, generally it is preferable to set it as 10 mPa * s or more and 30,000 mPa * s or less.

まず、導電性の炭素材料(A)について説明する。
本発明における導電性の炭素材料(A)としては、導電性を有する炭素材料であれば特に限定されるものではないが、グラファイト、カーボンブラック、導電性炭素繊維(カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンファイバー)、フラーレン等を単独で、もしくは2種類以上併せて使用することができる。導電性、入手の容易さ、およびコスト面から、カーボンブラックの使用が好ましい。
First, the conductive carbon material (A) will be described.
The conductive carbon material (A) in the present invention is not particularly limited as long as it is a conductive carbon material, but graphite, carbon black, conductive carbon fiber (carbon nanotube, carbon nanofiber, carbon Fiber), fullerene, etc. can be used alone or in combination of two or more. From the viewpoint of conductivity, availability, and cost, it is preferable to use carbon black.

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

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

また、本発明で用いるカーボンブラックは、一次粒子径が小さいほど単位質量当たりに含まれる粒子個数が増え、カーボンブラック粒子同士の接触点が増えるため、電極の内部抵抗を下げるのに有利となる。具体的には、導電性と入手のし易さの観点から、好ましくは1〜100nmであり、より好ましくは10〜80nmであり、さらに好ましくは20〜70nmである。 ただし、ここでいう一次粒子径とは、アグリゲート(一次凝集体)を形成する球形粒子であり、電子顕微鏡などで測定された粒子径を平均したものである。   In addition, the carbon black used in the present invention is advantageous in decreasing the internal resistance of the electrode because the number of particles contained per unit mass increases as the primary particle diameter decreases, and the number of contact points between the carbon black particles increases. Specifically, from the viewpoint of conductivity and availability, it is preferably 1 to 100 nm, more preferably 10 to 80 nm, and even more preferably 20 to 70 nm. However, the primary particle diameter here is a spherical particle forming an aggregate (primary aggregate), and is an average of particle diameters measured with an electron microscope or the like.

本発明で用いられるカーボンブラックは、アグリゲート(一次凝集体)が凝集してなるアグロメレート(二次凝集体)を形成している。二次凝集体のサイズが所定以上大きいことで、導電ネットワークを形成しやすくなり、電極の内部抵抗を下げるのに有利となる。また、本発明において、鋭意検討を重ねた結果、カーボンブラックが所定の二次凝集体を形成することで、電池の内部温度が上昇した場合、電池の内部抵抗が大きくなることが明らかとなった。本発明において、二次凝集体は体積平均粒子径で表され、具体的には体積平均粒子径(D50)が好ましくは0.3〜5μmであり、より好ましくは0.3〜3μmである。
ここでいう体積平均粒子径とは、体積粒度分布において、粒子径の細かいものからその粒子の体積割合を積算していったときに、50%となるところの粒子径(D50)であり、一般的な粒度分布計、例えば、レーザー散乱方式の粒度分布計(日機装社製「マイクロトラックMT3300EXII」)等で測定される。レーザー散乱法による体積平均粒子径の測定は、以下のようにして行うことができる。導電性の炭素材料(A)と水酸基を有する水溶性樹脂(B)を機械分散したスラリーを、固形分に応じて100〜1000倍に水希釈しておく。測定装置 [(株)日機装製 マイクロトラックMT3300EXII]のセルに該希釈スラリーをサンプリングローディングにおいて適正濃度になるまで注入し、サンプルに応じた溶剤(本発明では水)の屈折率条件を入力後、測定を行う。
The carbon black used in the present invention forms an agglomerate (secondary aggregate) formed by aggregating aggregates (primary aggregates). When the size of the secondary aggregate is larger than a predetermined size, it becomes easy to form a conductive network, which is advantageous in reducing the internal resistance of the electrode. Further, in the present invention, as a result of intensive studies, it was found that the internal resistance of the battery increases when the internal temperature of the battery rises due to the carbon black forming a predetermined secondary aggregate. . In the present invention, the secondary aggregate is represented by a volume average particle diameter. Specifically, the volume average particle diameter (D50) is preferably 0.3 to 5 μm, more preferably 0.3 to 3 μm.
The volume average particle size referred to here is the particle size (D50) at which the volume fraction becomes 50% when the volume ratio of the particles is integrated from the fine particles in the volume particle size distribution. For example, a laser scattering type particle size distribution meter ("Microtrack MT3300EXII" manufactured by Nikkiso Co., Ltd.). The volume average particle diameter can be measured by the laser scattering method as follows. A slurry obtained by mechanically dispersing a conductive carbon material (A) and a water-soluble resin (B) having a hydroxyl group is diluted with water 100 to 1000 times depending on the solid content. Measurement device [Nikkiso Co., Ltd. Microtrac MT3300EXII] cell was poured into the cell until the appropriate concentration was obtained in sampling loading, and the refractive index condition of the solvent (water in the present invention) corresponding to the sample was input and measured. I do.

本発明で用いられるカーボンブラックの体積平均粒子径が、水分散樹脂微粒子(C)の体積平均粒子径よりも大きいことが好ましい。水分散樹脂微粒子(C)の体積平均粒子径がカーボンブラックの体積平均粒子径よりも大きいと、電池の内部温度が上昇した場合、効率よく電池の抵抗上昇がおこらなくなるほか、通常作動時の内部抵抗が上昇し、電池性能が悪化する場合がある。水分散樹脂微粒子(C)の体積平均粒子径の測定方法については、別途記載する。   The volume average particle size of the carbon black used in the present invention is preferably larger than the volume average particle size of the water-dispersed resin fine particles (C). If the volume average particle size of the water-dispersed resin fine particles (C) is larger than the volume average particle size of the carbon black, when the internal temperature of the battery rises, the resistance of the battery does not increase efficiently, and the internal during normal operation Resistance may increase and battery performance may deteriorate. A method for measuring the volume average particle diameter of the water-dispersed resin fine particles (C) will be described separately.

本発明で用いるカーボンブラックの比表面積は、一般的には値が大きいほど、カーボンブラックの一次粒子径が小さくなるため、粒子同士の接触点が増え、電極の内部抵抗を下げるのに有利となる。具体的には、導電性や塗工適性、電極密着性や入手のし易さの観点から、窒素の吸着量から求められる比表面積(BET)で、好ましくは20〜1500m2/g、より好ましくは40〜1500m2/gのものを使用することが望ましい。 The specific surface area of the carbon black used in the present invention is generally more advantageous as the value of the carbon black becomes smaller as the primary particle diameter of the carbon black decreases, increasing the contact point between the particles and lowering the internal resistance of the electrode. . Specifically, from the viewpoints of conductivity, coating suitability, electrode adhesion, and availability, the specific surface area (BET) determined from the amount of nitrogen adsorption, preferably 20-1500 m 2 / g, more preferably Is preferably 40 to 1500 m 2 / g.

市販のカーボンブラックとしては、例えば、トーカブラック#4300、#4400、#4500、#5500等(東海カーボン社製、ファーネスブラック)、プリンテックスL等(デグサ社製、ファーネスブラック)、Raven7000、5750、5250、5000ULTRAIII、5000ULTRA等、Conductex SC ULTRA、Conductex 975 ULTRA等、PUER BLACK100、115、205等(コロンビヤン社製、ファーネスブラック)、#2350、#2400B、#2600B、#3050B、#3030B、#3230B、#3350B、#3400B、#5400B等(三菱化学社製、ファーネスブラック)、MONARCH1400、1300、900、VulcanXC−72R、BlackPearls2000等(キャボット社製、ファーネスブラック)、Ensaco250G、Ensaco260G、Ensaco350G、SuperP−Li(TIMCAL社製)、ケッチェンブラックEC−300J、EC−600JD(アクゾ社製)、デンカブラック、デンカブラックHS−100、FX−35(デンカ社製、アセチレンブラック)等、グラファイトとしては、例えば人造黒鉛や燐片状黒鉛、塊状黒鉛、土状黒鉛などの天然黒鉛が挙げられるが、これらに限定されるものではなく、2種以上を組み合わせて用いても良い。
導電性炭素繊維としては石油由来の原料から焼成して得られるものが良いが、植物由来の原料からも焼成して得られるものも用いることができる。例えば石油由来の原料で製造される昭和電工社製のVGCFなどを挙げることができる。
Examples of commercially available carbon black include Toka Black # 4300, # 4400, # 4500, # 5500 (Tokai Carbon Co., Furnace Black), Printex L and the like (Degussa Co., Furnace Black), Raven 7000, 5750, 5250, 5000 ULTRA III, 5000 ULTRA, etc., Conductex SC ULTRA, Conductex 975 ULTRA, etc., PUER BLACK 100, 115, 205, etc. (manufactured by Colombian, Furnace Black), # 2350, # 2400B, # 2600B, # 3050B, # 30B, # 3030B # 3350B, # 3400B, # 5400B etc. (Mitsubishi Chemical Co., Furnace Black), MONARCH1400, 1300, 900, VulcanXC-7 R, BlackPearls2000, etc. (Cabot, Furnace Black), Ensaco250G, Ensaco260G, Ensaco350G, SuperP-Li (manufactured by TIMCAL), Ketjen Black EC-300J, EC-600JD (manufactured by Akzo), Denka Black, Denka Black HS Examples of graphite such as -100, FX-35 (manufactured by Denka Co., acetylene black) include natural graphite such as artificial graphite, flake graphite, massive graphite, and earth graphite, but are not limited thereto. Instead, two or more types may be used in combination.
As the conductive carbon fibers, those obtained by firing from petroleum-derived raw materials are preferable, but those obtained by firing from plant-derived raw materials can also be used. For example, VGCF manufactured by Showa Denko Co., Ltd. manufactured with petroleum-derived raw materials can be mentioned.

本発明に用いられる水酸基を有する水溶性樹脂(B)とは、70℃の水99g中に水酸基を有する水溶性樹脂(B)1g入れて撹拌し、25℃で24時間放置した後、分離・析出せずに水中で樹脂が溶解可能なものである。   The water-soluble resin (B) having a hydroxyl group used in the present invention is a mixture of 1 g of the water-soluble resin (B) having a hydroxyl group in 99 g of water at 70 ° C., stirred, left at 25 ° C. for 24 hours, separated, The resin can be dissolved in water without precipitation.

水酸基を有する水溶性樹脂(B)としては、上述の通り水溶性を示す樹脂であれば特に限定されるものではないが、例えば、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリビニルアルコール、ポリビニルアルコール誘導体、キサンタンガム、キサンタンガム誘導体、グァーガム、グァーガム誘導体、キトサン、キトサン誘導体、セルロース、セルロース誘導体、アルギン酸、アルギン酸誘導体、デンプン、コーンスターチ、コーンスターチ誘導体等が挙げられる。また、水溶性であれば、これらの樹脂の変性物、混合物、又は共重合体でも良い。これら水溶性樹脂は、1種または複数を組み合わせて使用することも出来る。
水酸基を有する水溶性樹脂(B)の分子量は特に限定されないが、好ましくは質量平均分子量が5,000〜5,000,000である。質量平均分子量(Mw)とは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)におけるポリエチレンオキサイド換算分子量を示す。
The water-soluble resin (B) having a hydroxyl group is not particularly limited as long as it is a water-soluble resin as described above. For example, acrylic resin, polyurethane resin, polyester resin, phenol resin, epoxy resin, polyvinyl Examples include alcohol, polyvinyl alcohol derivative, xanthan gum, xanthan gum derivative, guar gum, guar gum derivative, chitosan, chitosan derivative, cellulose, cellulose derivative, alginic acid, alginic acid derivative, starch, corn starch, corn starch derivative and the like. Moreover, if it is water-soluble, the modified substance, mixture, or copolymer of these resin may be sufficient. These water-soluble resins can be used alone or in combination.
The molecular weight of the water-soluble resin (B) having a hydroxyl group is not particularly limited, but the mass average molecular weight is preferably 5,000 to 5,000,000. The mass average molecular weight (Mw) indicates the molecular weight in terms of polyethylene oxide in gel permeation chromatography (GPC).

また、本発明において、水酸基を有する水溶性樹脂(B)はポリビニルアルコール(但し、ケン化度87〜89mol%のポリビニルアルコール(PVA)を除く)及び/またはポリビニルアルコール誘導体、キサンタンガム及び/またはキサンタンガム誘導体、グァーガム及び/またはグァーガム誘導体、キトサン及び/またはキトサン誘導体、セルロース及び/またはセルロース誘導体(但し、カルボキシルメチルセルロースを除く)、アルギン酸及び/またはアルギン酸誘導体、の少なくとも1つを用いることが好ましい。   In the present invention, the water-soluble resin (B) having a hydroxyl group is polyvinyl alcohol (excluding polyvinyl alcohol (PVA) having a saponification degree of 87 to 89 mol%) and / or polyvinyl alcohol derivative, xanthan gum and / or xanthan gum derivative. It is preferable to use at least one of guar gum and / or guar gum derivatives, chitosan and / or chitosan derivatives, cellulose and / or cellulose derivatives (excluding carboxymethylcellulose), alginic acid and / or alginic acid derivatives.

以上のような水酸基を有する水溶性樹脂としては、ポリビニルアルコール(但し、ケン化度87〜89mol%のポリビニルアルコール(PVA)を除く)、ポリビニルアルコール誘導体(アニオン変性ポリビニルアルコール等)、キサンタンガム、キサンタンガム誘導体(カルボキシメチルキサンタンガム等)、キトサン、キトサン誘導体(ヒドロキシエチルキトサン、ヒドロキシプロピルキトサン、カルボキシメチルキトサン、グリセリル化キトサン等)、グァーガム、グァーガム誘導体(ヒドロキシプロピルグァーガム、カチオン化グァーガム等)、セルロース、セルロース誘導体(ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、酢酸セルロース等)、澱粉および澱粉誘導体(ヒドロキシエチル化コーンスターチ等)、アルギン酸、アルギン酸誘導体(アルギン酸プロピレングリコールエステル等)が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、これらの水酸基を有する水溶性樹脂は水への溶解性を向上させるために必要に応じてヒドロキシアルキルエーテル化変性、カルボン酸変性や塩基(アミン化合物、アルカリ金属化合物等)を用いて塩形成させて誘導体を形成し、使用することも出来る。   Examples of the water-soluble resin having a hydroxyl group as described above include polyvinyl alcohol (excluding polyvinyl alcohol (PVA) having a saponification degree of 87 to 89 mol%), polyvinyl alcohol derivatives (such as anion-modified polyvinyl alcohol), xanthan gum, and xanthan gum derivatives. (Carboxymethyl xanthan gum etc.), chitosan, chitosan derivatives (hydroxyethyl chitosan, hydroxypropyl chitosan, carboxymethyl chitosan, glycerylated chitosan etc.), guar gum, guar gum derivatives (hydroxypropyl guar gum, cationized guar gum etc.), cellulose, cellulose derivatives ( Hydroxymethylcellulose, hydroxyethylcellulose, cellulose acetate, etc.), starch and starch derivatives (hydroxyethylated corn starch, etc.), Alginic acid, alginic acid derivatives (propylene glycol alginate, etc.) are exemplified, but the invention is not limited thereto. In addition, these water-soluble resins having hydroxyl groups are formed into salts using hydroxyalkyl etherification modification, carboxylic acid modification or base (amine compounds, alkali metal compounds, etc.) as necessary to improve water solubility. Can be used after forming a derivative.

次に、水分散樹脂微粒子(C)について説明する。
本発明に用いられる水分散樹脂微粒子(C)は、水に対して溶解しない樹脂が水中で微粒子状の形態となり存在しているものであり、その水分散体は一般的に水性樹脂エマルションとも呼ばれ、本発明に使用できる。
水分散樹脂微粒子は少なくともオレフィン系樹脂微粒子を含み、水分散樹脂微粒子に含まれるオレフィン系樹脂微粒子の割合が50〜100質量%であり、必要に応じて、オレフィン系樹脂微粒子以外の2種以上の水分散樹脂微粒子を組み合わせても良い。オレフィン系樹脂微粒子以外の水分散樹脂微粒子は特に限定されないが、(メタ)アクリル系エマルション、ニトリル系エマルション、ウレタン系エマルション、ジエン系エマルション(SBR(スチレン・ブタジエンゴム)など)、フッ素系エマルション(PVDF(ポリフッ化ビニリデン)やPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)など)等が挙げられる。
Next, the water-dispersed resin fine particles (C) will be described.
The water-dispersed resin fine particles (C) used in the present invention are those in which a resin that does not dissolve in water is present in the form of fine particles in water, and the water dispersion is generally called an aqueous resin emulsion. And can be used in the present invention.
The water-dispersed resin fine particles include at least olefin-based resin fine particles, and the ratio of the olefin-based resin fine particles contained in the water-dispersed resin fine particles is 50 to 100% by mass, and if necessary, two or more kinds other than the olefin-based resin fine particles Water-dispersed resin fine particles may be combined. Water-dispersed resin fine particles other than olefin resin fine particles are not particularly limited, but (meth) acrylic emulsions, nitrile emulsions, urethane emulsions, diene emulsions (SBR (styrene butadiene rubber), etc.), fluorine emulsions (PVDF) (Polyvinylidene fluoride), PTFE (polytetrafluoroethylene) and the like).

水分散樹脂微粒子としては、80〜250℃の範囲内でオレフィン系樹脂微粒子が体積膨張して、導電層中に分散している導電性の炭素材料同士の接触を引き剥がすことができる樹脂であれば特に限定されるものではない。オレフィン系樹脂微粒子を構成するオレフィン成分としては、例えば、エチレン、プロピレン、イソブチレン、イソブテン、1−ブテン、2−ブテン、1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、3−メチル−1−ペンテンン、1−ヘキセン、1−オクテン、ノルボネン等が挙げられる。オレフィン系樹脂微粒子は、これらオレフィン成分単一の重合体でも良く、2成分以上の共重合体でも良い。また、電池の内部温度上昇時でのオレフィン系樹脂微粒子の体積膨張を保持する効果から、カルボン酸やカルボン酸エステルを有する化合物での変性や共重合などを行っても良い。   The water-dispersed resin fine particles may be resins that can expand the volume of the olefin-based resin fine particles within the range of 80 to 250 ° C. and peel off the contact between the conductive carbon materials dispersed in the conductive layer. There is no particular limitation. Examples of the olefin component constituting the olefin resin fine particles include ethylene, propylene, isobutylene, isobutene, 1-butene, 2-butene, 1-pentene, 4-methyl-1-pentene, 3-methyl-1-pentene, 1-hexene, 1-octene, norbonene and the like can be mentioned. The olefin resin fine particles may be a single polymer of these olefin components or a copolymer of two or more components. Further, from the effect of maintaining the volume expansion of the olefin resin fine particles when the internal temperature of the battery is increased, modification or copolymerization with a compound having a carboxylic acid or a carboxylic acid ester may be performed.

本発明において、水分散樹脂微粒子(C)に含まれるオレフィン系樹脂微粒子は、少なくともカルボン酸またはカルボン酸エステルを有する化合物で変性させたカルボニル基を有するオレフィン樹脂微粒子であることが好ましい。変性によって、樹脂微粒子の溶融耐性を付与できることから、内部短絡などによる電池の内部温度上昇時に、オレフィン系樹脂微粒子の体積膨張を維持することができ、炭素材料同士の切断効果を維持し続けることができると考えられる。   In the present invention, the olefin resin fine particles contained in the water-dispersed resin fine particles (C) are preferably olefin resin fine particles having a carbonyl group modified with a compound having at least a carboxylic acid or a carboxylic acid ester. Since modification can provide melting resistance of resin fine particles, volume expansion of olefin resin fine particles can be maintained when the internal temperature of the battery rises due to internal short circuit, etc., and the cutting effect between carbon materials can be maintained. It is considered possible.

カルボン酸またはカルボン酸エステルの成分としては特に限定されないが、アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸、マレイン酸、無水イタコン酸、イタコン酸、フマル酸、クロトン酸、アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸ステアリル、ギ酸ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ピパリン酸ビニルなどが挙げられる。   Although it does not specifically limit as a component of carboxylic acid or carboxylic acid ester, Acrylic acid, methacrylic acid, maleic anhydride, maleic acid, itaconic anhydride, itaconic acid, fumaric acid, crotonic acid, methyl acrylate, (meth) acrylic acid Methyl, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, butyl acrylate, hexyl (meth) acrylate, octyl (meth) acrylate, decyl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate, (meth ) Dodecyl acrylate, stearyl (meth) acrylate, vinyl formate, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl piperate.

上記カルボニル基を有するポリオレフィン樹脂微粒子のカルボン酸またはカルボン酸エステルを有する化合物の変性量としては、フーリエ変換赤外分光装置(FT−IR:PerkinElmer社製Spectrum One/100)による全反射測定法(ATR)によって求めることができ、2800〜3000cm-1のオレフィン由来の最大ピーク高さ(極大吸光度)(X)と、1690〜1740cm-1のカルボニル由来の最大ピーク高さ(極大吸光度)(Y)との比(Y)/(X)が0.05〜1.0であることが好ましい。また、ポリエチレンからなる樹脂微粒子においては、上記(Y)/(X)が0.3〜0.8であり、ポリプロピレンからなる樹脂微粒子においては、上記(Y)/(X)が0.05〜0.5であることがさらに好ましい。
ここでいうピーク高さとは、水分散樹脂微粒子(C)から分散媒を除去し、最終的に120℃で乾燥させて得られた固形物をFT−IRにて測定したものである。ポリオレフィン樹脂微粒子の変性量は、波数に対して吸光度をプロットしたスペクトルを用い、2700m-1における吸光度を示す点と3000cm-1における吸光度を示す点との2点を結ぶ直線をベースラインBXとした際の、2800〜3000cm-1に見られるオレフィン由来の2本または4本のうち、最大ピークからベースラインBXまでの高さ(極大吸光度)(X)と、1650m-1における吸光度を示す点と1850cm-1における吸光度を示す点との2点を結ぶ直線をベースラインBYとした際の、1690〜1740cm-1のカルボニル由来の最大ピークからベースラインBYまでの高さ(極大吸光度)(Y)との比(Y)/(X)から求めることができる。一般的に、ポリエチレン系樹脂は2本、ポリプロピレン系樹脂は4本みられるが、両者とも最大ピークは2915cm-1付近に見られる。
The amount of modification of the carbonyl group-containing polyolefin resin fine particle carboxylic acid or carboxylic acid ester-containing compound is a total reflection measurement method (ATR) using a Fourier transform infrared spectrometer (FT-IR: Spectrum One / 100 manufactured by PerkinElmer). ) From 2800 to 3000 cm −1 olefin-derived maximum peak height (maximum absorbance) (X) and 1690 to 1740 cm −1 carbonyl-derived maximum peak height (maximum absorbance) (Y) The ratio (Y) / (X) is preferably 0.05 to 1.0. In the resin fine particles made of polyethylene, the above (Y) / (X) is 0.3 to 0.8, and in the resin fine particles made of polypropylene, the above (Y) / (X) is 0.05 to 0.8. More preferably, it is 0.5.
The peak height referred to here is a value obtained by measuring a solid obtained by removing the dispersion medium from the water-dispersed resin fine particles (C) and finally drying at 120 ° C. by FT-IR. The amount of modification of the polyolefin resin fine particles was determined by using a spectrum in which the absorbance was plotted against the wave number, and a line connecting the two points of the absorbance at 2700 m −1 and the absorbance at 3000 cm −1 was defined as the baseline BX. Among the two or four derived from olefins observed at 2800 to 3000 cm −1 , the height (maximum absorbance) (X) from the maximum peak to the baseline BX, and the point indicating the absorbance at 1650 m −1 Height from the maximum peak derived from the carbonyl of 1690 to 1740 cm -1 to the baseline BY (maximum absorbance) when the straight line connecting the two points with the point indicating the absorbance at 1850 cm -1 is defined as the baseline BY (Y) And the ratio (Y) / (X). In general, two polyethylene resins and four polypropylene resins are observed, and the maximum peak is observed in the vicinity of 2915 cm -1 in both cases.

以上のような水分散樹脂微粒子は市販品を用いることが可能であり、市販品としてはユニチカ社製のアローベースSB−1200、SD−1200、SE−1200、TC−4010、TD−4010、東洋アドレ社製のアクアペトロDP−2401、DP−2502、住友精化社製のザイクセンAC、A、AC−HW−10,L、NC、Nなど、三井化学社製のケミパールA100、A400、M200、S100、S200、S300V100、V200、V300、W100、W200、W300、W400、W4005、WP100、東洋紡社製のハードレンNZ−1004、NZ−1015、東邦化学社製ハイテックE−6500、P−9018、S−3121などが挙げられるが、これらに限定されるものではなく、2種以上を組み合わせて用いても良い。   Commercially available products can be used as the water-dispersed resin fine particles as described above, and commercially available products such as Arrow Base SB-1200, SD-1200, SE-1200, TC-4010, TD-4010, and Toyo made by Unitika. Aqua Petro DP-2401, DP-2502 manufactured by Adre, Seixen AC, A, AC-HW-10, L, NC, N manufactured by Sumitomo Seika Co., Ltd., Chemipearl A100, A400, M200 manufactured by Mitsui Chemicals, S100, S200, S300V100, V200, V300, W100, W200, W300, W400, W4005, WP100, Hardren NZ-1004, NZ-1015 manufactured by Toyobo, Hitech E-6500, P-9018, S-manufactured by Toho Chemical Co., Ltd. 3121 etc. are mentioned, but it is not limited to these. It may be used in conjunction seen.

本発明の水分散樹脂微粒子(C)の分散媒としては、水を使用することが好ましいが、樹脂微粒子の安定化等のために、水と相溶する液状媒体を使用しても良い。当該分散媒は、水分散樹脂微粒子(C)と分離して、本発明の導電性組成物を構成してもよいし、そのまま、水性液状媒体(D)として用いてもよい。水と相溶する液状媒体としては、アルコール類、グリコール類、セロソルブ類、アミノアルコール類、アミン類、ケトン類、カルボン酸アミド類、リン酸アミド類、スルホキシド類、カルボン酸エステル類、リン酸エステル類、エーテル類、ニトリル類等が挙げられ、水と相溶する範囲で使用しても良い。   As the dispersion medium of the water-dispersed resin fine particles (C) of the present invention, water is preferably used, but a liquid medium compatible with water may be used for stabilizing the resin fine particles. The dispersion medium may be separated from the water-dispersed resin fine particles (C) to constitute the conductive composition of the present invention, or may be used as it is as the aqueous liquid medium (D). Liquid media compatible with water include alcohols, glycols, cellosolves, amino alcohols, amines, ketones, carboxylic acid amides, phosphoric acid amides, sulfoxides, carboxylic acid esters, and phosphoric acid esters , Ethers, nitriles and the like, and may be used as long as they are compatible with water.

本発明の水分散樹脂微粒子(C)の平均粒子径は、好ましくは0.01〜5μmであり、さらに好ましくは0.05〜1μmである。粒子径が小さすぎると、安定に製造するのが困難となり、一方、粒子径が大きすぎると、導電層の導電性を均一に保つことが困難となり、通常作動時の内部抵抗が上昇し、電池性能が悪化する。   The average particle diameter of the water-dispersed resin fine particles (C) of the present invention is preferably 0.01 to 5 μm, more preferably 0.05 to 1 μm. If the particle size is too small, it will be difficult to produce stably, while if the particle size is too large, it will be difficult to keep the conductivity of the conductive layer uniform, the internal resistance during normal operation will increase, and the battery will Performance deteriorates.

なお、本発明における平均粒子径とは、体積平均粒子径(D50)のことを表し、動的光散乱法により測定できる。動的光散乱法による平均粒子径の測定は、以下のようにして行うことができる。水分散樹脂微粒子分散液は固形分に応じて200〜1000倍に水希釈しておく。該希釈液約5mlを測定装置[(株)日機装製 ナノトラック]のセルに注入し、サンプルに応じた溶剤(本発明では水)および樹脂の屈折率条件を入力後、測定を行う。   In addition, the average particle diameter in this invention represents a volume average particle diameter (D50), and can be measured by the dynamic light scattering method. The average particle diameter can be measured by the dynamic light scattering method as follows. The water-dispersed resin fine particle dispersion is diluted with water 200 to 1000 times depending on the solid content. About 5 ml of the diluted solution is injected into a cell of a measuring device [Nanotrack manufactured by Nikkiso Co., Ltd.], and after inputting the refractive index conditions of the solvent (water in the present invention) and the resin according to the sample, the measurement is performed.

つぎに、水性液状媒体(D)について説明する。
本発明に使用する水性液状媒体(D)としては、水を使用することが好ましいが、必要に応じて、例えば、集電体への塗工性向上のために、水と相溶する液状媒体を使用しても良い。
Next, the aqueous liquid medium (D) will be described.
As the aqueous liquid medium (D) used in the present invention, it is preferable to use water, but if necessary, for example, a liquid medium compatible with water in order to improve the coating property to the current collector. May be used.

水と相溶する液状媒体としては、アルコール類、グリコール類、セロソルブ類、アミノアルコール類、アミン類、ケトン類、カルボン酸アミド類、リン酸アミド類、スルホキシド類、カルボン酸エステル類、リン酸エステル類、エーテル類、ニトリル類等が挙げられ、水と相溶する範囲で使用しても良い。   Liquid media compatible with water include alcohols, glycols, cellosolves, amino alcohols, amines, ketones, carboxylic acid amides, phosphoric acid amides, sulfoxides, carboxylic acid esters, and phosphoric acid esters , Ethers, nitriles and the like, and may be used as long as they are compatible with water.

さらに、導電性組成物には、成膜助剤、消泡剤、レベリング剤、防腐剤、pH調整剤、粘性調整剤などを必要に応じて配合できる。   Furthermore, a film-forming auxiliary, an antifoaming agent, a leveling agent, a preservative, a pH adjusting agent, a viscosity adjusting agent and the like can be blended with the conductive composition as necessary.

(分散機・混合機)
本発明の導電性組成物や後述する合材インキを得る際に用いられる装置としては、顔料分散等に通常用いられている分散機、混合機が使用できる。
例えば、ディスパー、ホモミキサー、若しくはプラネタリーミキサー等のミキサー類;エム・テクニック社製「クレアミックス」、若しくはPRIMIX社「フィルミックス」等のホモジナイザー類;ペイントコンディショナー(レッドデビル社製)、ボールミル、サンドミル(シンマルエンタープライゼス社製「ダイノミル」等)、アトライター、パールミル(アイリッヒ社製「DCPミル」等)、若しくはコボールミル等のメディア型分散機;湿式ジェットミル(ジーナス社製「ジーナスPY」、スギノマシン社製「スターバースト」、ナノマイザー社製「ナノマイザー」等)、エム・テクニック社製「クレアSS−5」、若しくは奈良機械社製「MICROS」等のメディアレス分散機;または、その他ロールミル等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、分散機としては、分散機からの金属混入防止処理を施したものを用いることが好ましい。
例えば、メディア型分散機を使用する場合は、アジテーター及びベッセルがセラミック製又は樹脂製の分散機を使用する方法や、金属製アジテーター及びベッセル表面をタングステンカーバイド溶射や樹脂コーティング等の処理をした分散機を用いることが好ましい。そして、メディアとしては、ガラスビーズ、または、ジルコニアビーズ、若しくはアルミナビーズ等のセラミックビーズを用いることが好ましい。また、ロールミルを使用する場合についても、セラミック製ロールを用いることが好ましい。分散装置は、1種のみを使用しても良いし、複数種の装置を組み合わせて使用しても良い。また、強い衝撃で粒子が割れたり、潰れたりしやすい正または負極活物質の場合は、メディア型分散機よりは、ロールミルやホモジナイザー等のメディアレス分散機が好ましい。
(Disperser / Mixer)
As an apparatus used when obtaining the conductive composition of the present invention or a composite ink described later, a disperser or a mixer that is usually used for pigment dispersion or the like can be used.
For example, mixers such as dispersers, homomixers, or planetary mixers; homogenizers such as “Clairemix” manufactured by M Technique, or “Fillmix” manufactured by PRIMIX; paint conditioner (manufactured by Red Devil), ball mill, sand mill (Shinmaru Enterprises "Dynomill", etc.), Attritor, Pearl Mill (Eirich "DCP Mill", etc.), or Coball Mill, etc .; Media type dispersers; Wet Jet Mill (Genus, "Genus PY", Sugino Media-less dispersers such as “Starburst” manufactured by Machine, “Nanomizer” manufactured by Nanomizer, etc., “Claire SS-5” manufactured by M Technique, or “MICROS” manufactured by Nara Machinery; or other roll mills, etc. Although The present invention is not limited to these. Moreover, as the disperser, it is preferable to use a disperser that has been subjected to a metal contamination prevention treatment from the disperser.
For example, when using a media-type disperser, a disperser in which the agitator and vessel are made of a ceramic or resin disperser, or the surface of the metal agitator and vessel is treated with tungsten carbide spraying or resin coating. Is preferably used. As the media, it is preferable to use glass beads, ceramic beads such as zirconia beads or alumina beads. Moreover, also when using a roll mill, it is preferable to use a ceramic roll. Only one type of dispersion device may be used, or a plurality of types of devices may be used in combination. Further, in the case of a positive or negative electrode active material in which particles are easily broken or crushed by a strong impact, a medialess disperser such as a roll mill or a homogenizer is preferable to a media type disperser.

本発明の導電性組成物は上記分散機などにより、適切なせん断や衝撃を与えることで導電性組成物を作製することができる。過度のせん断や衝撃を与えると、導電性の炭素材料の二次凝集体が破砕され、通常作動時における電池の内部抵抗上昇や電池内部温度上昇時の内部抵抗が十分に上がらない場合がある。   The conductive composition of the present invention can be produced by applying appropriate shear and impact using the above-described disperser. If excessive shear or impact is applied, the secondary aggregates of the conductive carbon material may be crushed, and the internal resistance of the battery during normal operation or the internal resistance when the battery internal temperature rises may not be sufficiently increased.

導電性組成物におけるカーボンブラックの二次凝集体の大きさは、塗膜の光沢によって評価することができ、二次凝集体が小さくなるに伴い、塗膜の光沢値が大きくなる。導電性組成物をPET(ポリエチレンテレフタレート)フィルムに塗布、乾燥して得られた塗膜を光沢計(60°)によって測定できる。具体的に、導電性組成物の塗膜の光沢値としては0.1〜40であり、好ましくは0.1〜30である。光沢値が高いとカーボンブラックの二次凝集体が小さくなるため、通常作動時における電池の内部抵抗上昇や電池内部温度上昇時の内部抵抗が十分に上がらない場合がある。
本発明において、導電性組成物の塗膜の光沢値は以下のようにして測定することができる。作製した導電性組成物を約1〜5μmとなるように、PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルムに塗工したのち、150℃のオーブンに2〜5分入れ、塗膜を作製する。この塗膜を黒色の平板上に置き、光沢計(BYK社製 micro−TRI−gloss)にて測定する。本発明においては、60°の値を読み取り、光沢値とする。
塗膜の光沢の測定においては、PETフィルム上に塗工したものを測定するのが好ましいが、Al箔等に塗工したものを測定しても良い。
The size of the secondary aggregate of carbon black in the conductive composition can be evaluated by the gloss of the coating film, and the gloss value of the coating film increases as the secondary aggregate decreases. The coating film obtained by applying and drying the conductive composition on a PET (polyethylene terephthalate) film can be measured with a gloss meter (60 °). Specifically, the gloss value of the coating film of the conductive composition is 0.1 to 40, preferably 0.1 to 30. When the gloss value is high, the secondary aggregate of carbon black becomes small, and thus the internal resistance of the battery during normal operation and the internal resistance when the battery internal temperature rises may not be sufficiently increased.
In the present invention, the gloss value of the coating film of the conductive composition can be measured as follows. The prepared conductive composition is applied to a PET (polyethylene terephthalate) film so as to have a thickness of about 1 to 5 μm, and then placed in an oven at 150 ° C. for 2 to 5 minutes to prepare a coating film. This coating film is placed on a black flat plate and measured with a gloss meter (micro-TRI-gloss manufactured by BYK). In the present invention, a value of 60 ° is read as a gloss value.
In measuring the gloss of the coating film, it is preferable to measure what is coated on a PET film, but what is coated on an Al foil or the like may be measured.

(非水電解質二次電池用下地層付き集電体、非水電解質二次電池用電極)
本発明の非水電解質二次電池用下地層付き集電体とは、集電体上に、本発明の導電性組成物から形成された下地層を有するものである。
また、本発明の非水電解質二次電池用電極とは、集電体上に、本発明の導電性組成物から形成された下地層と、電極活物質とバインダーとを含有する電極形成用組成物(合材インキ)から形成された合材層とを有する。
(Current collector with base layer for non-aqueous electrolyte secondary battery, electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery)
The current collector with a base layer for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention has a base layer formed from the conductive composition of the present invention on the current collector.
Moreover, the electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries of the present invention is a composition for forming an electrode comprising an underlayer formed from the conductive composition of the present invention on a current collector, an electrode active material, and a binder. And a composite layer formed from a material (composite ink).

(集電体)
電極に使用する集電体の材質や形状は特に限定されず、各種非水電解質二次電池用にあったものを適宜選択することができる。
例えば、集電体の材質としては、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、又はステンレス等の金属や合金が挙げられる。リチウムイオン電池の場合、特に正極材料としてはアルミニウムが、負極材料としては銅が、それぞれ好ましい。また、形状としては、一般的には平板上の箔が用いられるが、表面を粗面化したものや、穴あき箔状のもの、及びメッシュ状の集電体も使用できる。
(Current collector)
The material and shape of the current collector used for the electrode are not particularly limited, and those suitable for various nonaqueous electrolyte secondary batteries can be appropriately selected.
For example, examples of the material for the current collector include metals and alloys such as aluminum, copper, nickel, titanium, and stainless steel. In the case of a lithium ion battery, aluminum is particularly preferable as the positive electrode material, and copper is preferable as the negative electrode material. In general, a flat foil is used as the shape, but a roughened surface, a perforated foil, or a mesh current collector can also be used.

<下地層>
本発明の非水電解質二次電池用電極の下地層形成用導電性組成物を、集電体上に塗工・乾燥し、下地層を形成することができる。
集電体上に導電性組成物や後述する合材インキを塗工する方法としては、特に制限はなく公知の方法を用いることができる。具体的には、ダイコーティング法、ディップコーティング法、ロールコーティング法、ドクターコーティング法、ナイフコーティング法、スプレーコティング法、グラビアコーティング法、スクリーン印刷法または静電塗装法等が挙げる事ができ、乾燥方法としては放置乾燥、送風乾燥機、温風乾燥機、赤外線加熱機、遠赤外線加熱機などが使用できるが、特にこれらに限定されるものではなく、塗布後に平版プレスやカレンダーロール等による圧延処理を行っても良い。
<Underlayer>
The base layer forming conductive composition for forming the base layer of the electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention can be coated on the current collector and dried to form the base layer.
There is no restriction | limiting in particular as a method of apply | coating a conductive composition and the mixture ink mentioned later on a collector, A well-known method can be used. Specific examples include die coating method, dip coating method, roll coating method, doctor coating method, knife coating method, spray coating method, gravure coating method, screen printing method or electrostatic coating method, and the like. Examples of methods that can be used include standing drying, blow dryers, hot air dryers, infrared heaters, and far infrared heaters, but are not limited to these, and rolling treatment with a lithographic press or calender roll after application. May be performed.

下地層の厚みは、好ましくは0.1〜10μmであり、より好ましくは0.5〜5μm、さらに好ましくは0.5〜3μmである。下地層の厚みが薄すぎると、集電体と活物質とが直接接触するバイパス部分が局所的に形成され、電池が発熱した際、下地層部分の抵抗増大による電流遮断効果が不十分となる。一方、下地層の厚みが厚すぎると、電極に占める下地層の割合が増大し、活物質の含有比率が低下し、電池の容量が低下する。   The thickness of the underlayer is preferably 0.1 to 10 μm, more preferably 0.5 to 5 μm, and still more preferably 0.5 to 3 μm. If the thickness of the underlayer is too thin, a bypass portion where the current collector and the active material are in direct contact is locally formed, and when the battery generates heat, the current blocking effect due to the increase in resistance of the underlayer portion becomes insufficient. . On the other hand, if the thickness of the underlayer is too thick, the proportion of the underlayer in the electrode increases, the content ratio of the active material decreases, and the battery capacity decreases.

下地層は集電体の片面もしくは両面に設置できるが、熱による抵抗上昇や電池の内部抵抗低減の観点から、集電体の両面に設置することが好ましい。   The underlayer can be provided on one side or both sides of the current collector, but it is preferably provided on both sides of the current collector from the viewpoint of increasing resistance due to heat and reducing the internal resistance of the battery.

<合材インキ>
合材インキとは、一次および二次電池等で使用される電極の構成成分である活物質と、バインダーと、溶媒などを、液体状もしくはペースト状にしたものをいい、本発明の非水電解質二次電池用電極においても、活物質と、溶媒を必須とし、必要に応じて導電助剤と、バインダーとを含有する。
活物質はできるだけ多く含まれることが好ましく、例えば、合材インキ固形分に占める活物質の割合は、80〜99質量%以下が好ましい。導電助剤を含む場合、合材インキ固形分に占める導電助剤の割合は、0.1〜15質量%であることが好ましい。バインダーを含む場合、合材インキ固形分に占めるバインダーの割合は、0.1〜15質量%であることが好ましい。
<Composite ink>
The composite ink refers to an active material that is a component of electrodes used in primary and secondary batteries, a binder, a solvent, and the like in a liquid or paste form. The non-aqueous electrolyte of the present invention Also in the electrode for secondary batteries, an active material and a solvent are essential, and a conductive additive and a binder are contained as necessary.
The active material is preferably contained as much as possible. For example, the proportion of the active material in the solid material ink solid content is preferably 80 to 99% by mass or less. When the conductive assistant is included, the proportion of the conductive assistant in the solid ink solid content is preferably 0.1 to 15% by mass. When the binder is included, the ratio of the binder to the solid material ink solid content is preferably 0.1 to 15% by mass.

塗工方法によるが、固形分30〜90質量%の範囲で、合材インキの粘度は、100mPa・s以上、30,000mPa・s以下とするのが好ましい。   Although it depends on the coating method, the viscosity of the composite ink is preferably 100 mPa · s or more and 30,000 mPa · s or less in the range of 30 to 90% by mass of the solid content.

(活物質)
合材インキ中で使用される活物質について以下で説明する。
リチウムイオン二次電池用の正極活物質としては、特に限定はされないが、リチウムイオンをドーピングまたはインターカレーション可能な金属酸化物、金属硫化物等の金属化合物、および導電性高分子等を使用することができる。
(Active material)
The active material used in the composite ink will be described below.
The positive electrode active material for the lithium ion secondary battery is not particularly limited, but metal oxides capable of doping or intercalating lithium ions, metal compounds such as metal sulfides, and conductive polymers are used. be able to.

例えば、Fe、Co、Ni、Mn等の遷移金属の酸化物、リチウムとの複合酸化物、遷移金属硫化物等の無機化合物等が挙げられる。具体的には、MnO、V25、V613、TiO2等の遷移金属酸化物粉末、層状構造のニッケル酸リチウム、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、スピネル構造のマンガン酸リチウムなどのリチウムと遷移金属との複合酸化物粉末、オリビン構造のリン酸化合物であるリン酸鉄リチウム系材料、TiS2、FeSなどの遷移金属硫化物粉末等が挙げられる。 Examples thereof include transition metal oxides such as Fe, Co, Ni, and Mn, composite oxides with lithium, and inorganic compounds such as transition metal sulfides. Specifically, transition metal oxide powders such as MnO, V 2 O 5 , V 6 O 13 , TiO 2 , layered structure lithium nickelate, lithium cobaltate, lithium manganate, spinel structure lithium manganate, etc. Examples thereof include composite oxide powders of lithium and transition metals, lithium iron phosphate materials that are phosphate compounds having an olivine structure, and transition metal sulfide powders such as TiS 2 and FeS.

また、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン等の導電性高分子を使用することもできる。また、上記の無機化合物や導電性高分子を混合して用いてもよい。   In addition, conductive polymers such as polyaniline, polyacetylene, polypyrrole, and polythiophene can also be used. Moreover, you may mix and use said inorganic compound and conductive polymer.

リチウムイオン二次電池用の負極活物質としては、リチウムイオンをドーピングまたはインターカレーション可能なものであれば特に限定されない。例えば、金属Li、その合金であるスズ合金、シリコン合金、鉛合金等の合金系、LiXFe23、LiXFe34、LiXWO2(但し、xは1〜3の整数である。)チタン酸リチウム、バナジウム酸リチウム、ケイ素酸リチウム等の金属酸化物系、ポリアセチレン、ポリ−p−フェニレン等の導電性高分子系、ソフトカーボンやハードカーボンといった、アモルファス系炭素質材料や、高黒鉛化炭素材料等の人造黒鉛、あるいは天然黒鉛等の炭素質粉末、カーボンブラック、メソフェーズカーボンブラック、樹脂焼成炭素材料、気層成長炭素繊維、炭素繊維などの炭素系材料が挙げられる。これら負極活物質は、1種または複数を組み合わせて使用することも出来る。 The negative electrode active material for the lithium ion secondary battery is not particularly limited as long as it can be doped or intercalated with lithium ions. For example, metal Li, alloys thereof such as tin alloy, silicon alloy, lead alloy, Li x Fe 2 O 3 , Li x Fe 3 O 4 , Li x WO 2 (where x is an integer of 1 to 3) Amorphous carbonaceous materials such as metal oxides such as lithium titanate, lithium vanadate and lithium siliconate, conductive polymer such as polyacetylene and poly-p-phenylene, soft carbon and hard carbon And carbon-based materials such as artificial graphite such as highly graphitized carbon material, carbonaceous powder such as natural graphite, carbon black, mesophase carbon black, resin-fired carbon material, gas-grown carbon fiber, and carbon fiber. These negative electrode active materials can be used alone or in combination.

合材インキ中の導電助剤とは、導電性を有する炭素材料であれば特に限定されるものではなく、上述の導電性の炭素材料(A)と同様のものも使用できる。   The conductive assistant in the composite ink is not particularly limited as long as it is a carbon material having conductivity, and the same conductive carbon material (A) as described above can be used.

合材インキ中のバインダーとは、活物質や導電性の炭素材料などの粒子同士、あるいは導電性の炭素材料と集電体を結着させるために使用されるものである。   The binder in the composite ink is used for binding particles such as an active material or a conductive carbon material, or a conductive carbon material and a current collector.

合材インキ中で使用されるバインダーとしては、例えば、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂、ホルムアルデヒド樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂、カルボキシメチルセルロース等のセルロース樹脂、スチレン−ブタジエンゴムやフッ素ゴム等の合成ゴム、ポリアニリンやポリアセチレン等の導電性樹脂等、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、及びテトラフルオロエチレン等のフッ素原子を含む高分子化合物が挙げられる。また、これらの樹脂の変性物、混合物、又は共重合体でも良い。これらバインダーは、1種または複数を組み合わせて使用することも出来る。
また、水性の合材インキ中で好適に使用されるバインダーとしては水媒体のものが好ましく、水媒体のバインダーの形態としては、水溶性型、エマルション型、ハイドロゾル型等が挙げられ、適宜選択することができる。
Examples of binders used in the composite ink include acrylic resin, polyurethane resin, polyester resin, phenol resin, epoxy resin, phenoxy resin, urea resin, melamine resin, alkyd resin, formaldehyde resin, silicon resin, fluorine resin, Cellulose resins such as carboxymethyl cellulose, synthetic rubbers such as styrene-butadiene rubber and fluororubber, conductive resins such as polyaniline and polyacetylene, and polymer compounds containing fluorine atoms such as polyvinylidene fluoride, polyvinyl fluoride, and tetrafluoroethylene Is mentioned. Further, a modified product, a mixture, or a copolymer of these resins may be used. These binders can be used alone or in combination.
The binder suitably used in the water-based composite ink is preferably an aqueous medium, and examples of the aqueous medium binder include water-soluble type, emulsion type, hydrosol type, and the like. be able to.

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

<電極の製造方法>
本発明の導電性組成物を、集電体上に塗工・乾燥し、下地層を形成し、非水電解質二次電池用下地層電極を得ることができる。
あるいは、本発明の導電性組成物を、集電体上に塗工・乾燥し、下地層を形成し、該下地層上に、合材層を設け、非水電解質二次電池用電極を得ることもできる。下地層上に設ける合材層は、上記した合材インキを用いて形成することができる。
<Method for producing electrode>
The conductive composition of the present invention can be applied and dried on a current collector to form a base layer, whereby a base layer electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery can be obtained.
Alternatively, the conductive composition of the present invention is coated and dried on a current collector to form a base layer, and a composite layer is provided on the base layer to obtain an electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery. You can also The composite material layer provided on the base layer can be formed using the above-described composite ink.

(非水電解質の電解液)
リチウムイオン二次電池の場合を例にとって説明する。電解液としては、リチウムを含んだ電解質を非水系の溶剤に溶解したものを用いる。
電解質としては、LiBF4、LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiCF3SO3、Li(CF3SO22N、LiC49SO3、Li(CF3SO23C、LiI、LiBr、LiCl、LiAlCl、LiHF2、LiSCN、又はLiBPh4(但し、Phはフェニル基を表す)等が挙げられるがこれらに限定されない。
(Electrolytic solution of non-aqueous electrolyte)
A case of a lithium ion secondary battery will be described as an example. As the electrolytic solution, an electrolyte containing lithium dissolved in a non-aqueous solvent is used.
As electrolytes, LiBF 4 , LiClO 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 3 C , LiI, LiBr, LiCl, LiAlCl, LiHF 2 , LiSCN, or LiBPh 4 (where Ph represents a phenyl group), but is not limited thereto.

非水系の溶剤としては特に限定はされないが、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、及びジエチルカーボネート等のカーボネート類;
γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、及びγ−オクタノイックラクトン等のラクトン類;
テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、1,2−メトキシエタン、1,2−エトキシエタン、及び1,2−ジブトキシエタン等のグライム類;
メチルフォルメート、メチルアセテート、及びメチルプロピオネート等のエステル類;ジメチルスルホキシド、及びスルホラン等のスルホキシド類;並びに、
アセトニトリル等のニトリル類等が挙げられる。又これらの溶剤は、それぞれ単独で使用しても良いが、2種以上を混合して使用しても良い。
さらに上記電解液を、ポリマーマトリクスに保持しゲル状とした高分子電解質とすることもできる。ポリマーマトリクスとしては、ポリアルキレンオキシドセグメントを有するアクリレート系樹脂、ポリアルキレンオキシドセグメントを有するポリホスファゼン系樹脂、及びポリアルキレンオキシドセグメントを有するポリシロキサン等が挙げられるがこれらに限定されない。
Although it does not specifically limit as a non-aqueous solvent, For example, carbonates, such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and diethyl carbonate;
Lactones such as γ-butyrolactone, γ-valerolactone, and γ-octanoic lactone;
Glymes such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, 1,2-methoxyethane, 1,2-ethoxyethane, and 1,2-dibutoxyethane;
Esters such as methyl formate, methyl acetate, and methyl propionate; sulfoxides such as dimethyl sulfoxide and sulfolane; and
Nitriles such as acetonitrile are exemplified. These solvents may be used alone or in combination of two or more.
Furthermore, the electrolyte solution may be a polymer electrolyte that is held in a polymer matrix and made into a gel. Examples of the polymer matrix include, but are not limited to, an acrylate resin having a polyalkylene oxide segment, a polyphosphazene resin having a polyalkylene oxide segment, and a polysiloxane having a polyalkylene oxide segment.

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

(実施例1)
<導電性組成物>
導電性の炭素材料としてアセチレンブラック(A−1:デンカブラックHS−100、デンカ社製)25質量部、水酸基を有する水溶性樹脂であるアニオン変性ポリビニルアルコール(AT−17、日本酢ビ・ポバール社製)2.5%水溶液1000質量部(固形分として25質量部)をミキサーに入れて混合し、更にサンドミルに入れて分散を行った。次に水分散樹脂微粒子であるポリオレフィン系樹脂微粒子(ケミパールW4005、固形分40%水分散液、平均粒子径0.57μm、三井化学社製)125質量部(固形分として50質量部)を入れ、ミキサーで混合し、導電性組成物(1)を得た。
Example 1
<Conductive composition>
25 parts by mass of acetylene black (A-1: Denka Black HS-100, manufactured by Denka) as an electrically conductive carbon material, an anion-modified polyvinyl alcohol (AT-17, Nippon Vinegar Poval) which is a water-soluble resin having a hydroxyl group (Product) 1000 parts by mass of a 2.5% aqueous solution (25 parts by mass as a solid content) was mixed in a mixer, and further dispersed in a sand mill. Next, 125 mass parts (50 mass parts as solid content) of polyolefin resin fine particles (Chemical Pearl W4005, solid content 40% aqueous dispersion, average particle size 0.57 μm, manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.), which is water-dispersed resin fine particles, It mixed with the mixer and the electroconductive composition (1) was obtained.

実施例および比較例に用いた材料および塗膜の評価については、以下の通り行った。
(オレフィン系樹脂微粒子の変性量(Y)/(X))
水分散樹脂微粒子(C)を80℃のオーブンに入れ、分散媒を除去した後、120℃で30分乾燥させて固形物を得た。これをフーリエ変換赤外分光装置(FT−IR:PerkinElmer社製Spectrum One/100)による全反射測定法(ATR)によって測定した。
変性量は、波数に対して吸光度をプロットしたスペクトルを用い、2700cm-1における吸光度を示す点と3000cm-1における吸光度を示す点との2点を結ぶ直線をベースラインBXとした際の、2800〜3000cm-1のオレフィン由来の最大ピークからベースラインBXまでの高さ(極大吸光度)(X)と、1650m-1における吸光度を示す点と1850cm-1における吸光度を示す点との2点を結ぶ直線をベースラインBYとした際の、1690〜1740cm-1のカルボニル由来の最大ピークからベースラインBYまでの高さ(極大吸光度)(Y)との比(Y)/(X)を求めた。
The materials and coating films used in the examples and comparative examples were evaluated as follows.
(Modification amount of olefin resin fine particles (Y) / (X))
The water-dispersed resin fine particles (C) were placed in an oven at 80 ° C. to remove the dispersion medium, and then dried at 120 ° C. for 30 minutes to obtain a solid. This was measured by a total reflection measurement method (ATR) using a Fourier transform infrared spectrometer (FT-IR: Spectrum One / 100 manufactured by PerkinElmer).
Modification amount using spectral plotting absorbance against wave numbers, when used as a baseline BX a straight line connecting two points of the point indicating the absorbance at a point and 3000 cm -1 indicating the absorbance at 2700 cm -1, 2800 The height (maximum absorbance) (X) from the maximum peak derived from the olefin of ˜3000 cm −1 to the baseline BX is connected to the point indicating the absorbance at 1650 m −1 and the point indicating the absorbance at 1850 cm −1 . The ratio (Y) / (X) to the height (maximum absorbance) (Y) from the maximum peak derived from the carbonyl of 1690 to 1740 cm −1 to the baseline BY when the straight line was taken as the baseline BY was determined.

(実施例2〜実施例18、比較例1〜3)
表1に示す導電性の炭素材料、水酸基を有する水溶性樹脂、水分散樹脂微粒子、組成比を変更した以外は、導電性組成物(1)と同様の方法により、それぞれ実施例の導電性組成物(2)〜(21)を得た。
(Examples 2 to 18, Comparative Examples 1 to 3)
The conductive compositions shown in Table 1 are the same as those of the conductive composition (1) except that the conductive carbon material, the water-soluble resin having a hydroxyl group, the water-dispersed resin fine particles, and the composition ratio are changed. Products (2) to (21) were obtained.

実施例および比較例で使用した材料を以下に示す。
(導電性の炭素材料(A))
・A−1:デンカブラックHS−100(デンカ社製)
・A−2:ミツビシカーボン#3050B(三菱化学社製)
(水酸基を有する水溶性樹脂(B))
・B−1:アニオン変性ポリビニルアルコール:AT−17(日本酢ビ・ポバール社製)
・B−2:ヒドロキシエチルセルロース:SANHEC(三昌社製)
・B−3:アルギン酸ナトリウム:キミカアルギンI−1(KIMICA社製)
・B−4:グァーガム:SUPERGEL40(三昌社製)
・B−5:キトサン:LL−80(KIMICA社製)
・B−6:キサンタンガム:KELTROL CG−SFT(三昌社製)
・B−7:ヒドロキシエチル化コーンスターチ:COATMASTER K92F(三昌社製)
・B−8:ポリビニルアルコール:P−610(ケン化度95.0〜97.0mol%、日本合成化学社製)
・B−9:カルボキシメチル化グァーガム:MEYPROID8700(三昌社製)
・B−10:グリコールキトサン(和光純薬工業社製)
・B−11:アルギン酸:キミカアルギンG(KIMICA社製)
(水分散樹脂微粒子(C))
・C−1:ケミパールW4005(ポリエチレン樹脂微粒子、固形分40%水分散液、平均粒子径0.57μm、三井化学社製)
・C−2:アローベースTC−4010(ポリプロピレン樹脂微粒子、固形分25%水分散液、平均粒子径0.20μm、ユニチカ社製)
・C−3:ザイクセンAC(ポリエチレン樹脂微粒子、固形分30%水分散液、平均粒子径0.04μm、住友精化社製)
・C−4:ハードレンNZ−1004(ポリプロピレン樹脂微粒子、固形分30%水分散液、平均粒子径0.12μm、東洋紡社製)
・C−5:ポリテトラフルオロエチレン30−J(フッ素系樹脂微粒子、固形分60%水分散液、平均粒子径0.2μm、三井・デュポンフロロケミカル社製)
・C−6:TRD2001(スチレンブタジエン系樹脂微粒子、固形分48%水分散液、JSR社製)
The materials used in Examples and Comparative Examples are shown below.
(Conductive carbon material (A))
A-1: Denka Black HS-100 (Denka)
A-2: Mitsubishi Carbon # 3050B (Mitsubishi Chemical Corporation)
(Water-soluble resin having a hydroxyl group (B))
B-1: Anion-modified polyvinyl alcohol: AT-17 (Nippon Vinegar-Poval)
B-2: hydroxyethyl cellulose: SANHEC (manufactured by Sansho)
B-3: Sodium alginate: Kimika Argin I-1 (manufactured by KIMICA)
・ B-4: Guar gum: SUPERGEL40 (manufactured by Sansho)
-B-5: Chitosan: LL-80 (manufactured by KIMICA)
B-6: Xanthan gum: KELTROL CG-SFT (manufactured by Sansho)
B-7: Hydroxyethylated corn starch: COATMASTER K92F (manufactured by Sansho)
-B-8: Polyvinyl alcohol: P-610 (degree of saponification 95.0-97.0 mol%, manufactured by Nippon Synthetic Chemical Co., Ltd.)
B-9: Carboxymethylated guar gum: MEYPROID 8700 (manufactured by Sansho)
B-10: Glycol chitosan (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
B-11: Alginic acid: Kimika Argin G (manufactured by KIMICA)
(Water-dispersed resin fine particles (C))
C-1: Chemipearl W4005 (polyethylene resin fine particles, solid content 40% aqueous dispersion, average particle size 0.57 μm, manufactured by Mitsui Chemicals)
C-2: Arrow base TC-4010 (polypropylene resin fine particles, solid content 25% aqueous dispersion, average particle size 0.20 μm, manufactured by Unitika)
C-3: Syxen AC (polyethylene resin fine particles, 30% solid content aqueous dispersion, average particle size 0.04 μm, manufactured by Sumitomo Seika Co., Ltd.)
C-4: Hardene NZ-1004 (polypropylene resin fine particles, solid content 30% aqueous dispersion, average particle size 0.12 μm, manufactured by Toyobo Co., Ltd.)
C-5: polytetrafluoroethylene 30-J (fluorine resin fine particles, solid content 60% aqueous dispersion, average particle size 0.2 μm, manufactured by Mitsui DuPont Fluorochemicals)
C-6: TRD2001 (styrene butadiene resin fine particle, solid content 48% aqueous dispersion, manufactured by JSR)

(比較例6)
導電性の炭素材料としてアセチレンブラック(A−1:デンカブラックHS−100、デンカ工業社)30質量部、非水溶性樹脂であるポリフッ化ビニリデン(KFポリマー#9100::クレハ社)35質量部とN―メチルピロリドン900質量部をミキサーに入れて混合した後、融点が130℃、密度が0.98g/mlの固形のポリオレフィン樹脂35質量部入れ、160℃のオーブンに入れてポリオレフィン樹脂を溶解させた後、サンドミルに入れて分散を行い、導電性組成物(22)を得た。
(Comparative Example 6)
30 parts by mass of acetylene black (A-1: Denka Black HS-100, Denka Kogyo Co., Ltd.) as a conductive carbon material, 35 parts by mass of polyvinylidene fluoride (KF polymer # 9100 :: Kureha Co.) which is a water-insoluble resin; After mixing 900 parts by mass of N-methylpyrrolidone in a mixer and mixing, 35 parts by mass of solid polyolefin resin having a melting point of 130 ° C. and a density of 0.98 g / ml is placed in an oven at 160 ° C. to dissolve the polyolefin resin. After that, the mixture was dispersed in a sand mill to obtain a conductive composition (22).

(比較例7)
導電性の炭素材料としてアセチレンブラック(A−1:デンカブラックHS−100、デンカ社)28質量部、非水溶性樹脂であるポリフッ化ビニリデン(KFポリマー#9100:クレハ社)72質量部とN―メチルピロリドン900質量部をミキサーに入れて混合し、更にサンドミルに入れて分散を行い、導電性組成物(23)を得た。
(Comparative Example 7)
As a conductive carbon material, 28 parts by mass of acetylene black (A-1: Denka Black HS-100, Denka), 72 parts by mass of polyvinylidene fluoride (KF polymer # 9100: Kureha) as a water-insoluble resin, and N— 900 parts by mass of methylpyrrolidone was mixed in a mixer, and further dispersed in a sand mill to obtain a conductive composition (23).

<下地層付き集電体>(実施例1〜12、比較例1、2)
導電性組成物(1)〜(12)、(19)、(20)を、集電体となる厚さ20μmのアルミ箔上にバーコーターを用いて塗布をした後、80℃で加熱乾燥し、塗膜の厚みが2μmとなるように非水電解質二次電池用下地層付き集電体(1)〜(12)、(19)、(20)をそれぞれ得た。
<Current Collector with Underlayer> (Examples 1 to 12, Comparative Examples 1 and 2)
The conductive compositions (1) to (12), (19), and (20) were coated on a 20 μm thick aluminum foil serving as a current collector using a bar coater, and then heated and dried at 80 ° C. The current collectors (1) to (12), (19), and (20) with a base layer for a nonaqueous electrolyte secondary battery were obtained so that the thickness of the coating film was 2 μm.

<下地層付き集電体>(比較例6、7)
導電性組成物(22)、(23)を、集電体となる厚さ20μmのアルミ箔上にバーコーターを用いて厚みが2μmとなるように塗布をした後、80℃で加熱乾燥を行った。次いで、145℃のオーブンに入れて5時間の熱処理を行って、非水電解質二次電池用下地層付き集電体(22)、(23)を得た。
<Current collector with underlayer> (Comparative Examples 6 and 7)
The conductive compositions (22) and (23) were applied on a 20 μm thick aluminum foil serving as a current collector to a thickness of 2 μm using a bar coater, and then heated and dried at 80 ° C. It was. Subsequently, it heat-processed for 5 hours in 145 degreeC oven, and obtained the collectors (22) and (23) with the base layer for nonaqueous electrolyte secondary batteries.

<下地層付き集電体>(実施例13、14、比較例3)
導電性組成物(13)、(14)、(21)を、集電体となる厚さ20μmの銅箔上にバーコーターを用いて塗布をした後、80℃で加熱乾燥し、厚みが2μmとなるように非水電解質二次電池用下地層付き集電体(13)、(14)、(21)を得た。
<Current Collector with Underlayer> (Examples 13 and 14, Comparative Example 3)
The conductive compositions (13), (14), and (21) were applied on a copper foil having a thickness of 20 μm serving as a current collector using a bar coater, and then heated and dried at 80 ° C. to obtain a thickness of 2 μm. Thus, current collectors (13), (14) and (21) with a base layer for a nonaqueous electrolyte secondary battery were obtained.

<リチウムイオン二次電池正極用合材インキ>
正極活物質としてLiNi0.5Mn0.3Co0.2293質量部、導電剤としてアセチレンブラック4質量部、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(W#7200、クレハ社製)3質量部、N―メチルピロリドン45質量部を入れて混合して、正極用合材インキを作製した。
<Composite ink for lithium ion secondary battery positive electrode>
93 parts by mass of LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 as a positive electrode active material, 4 parts by mass of acetylene black as a conductive agent, 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride (W # 7200, manufactured by Kureha), 45 parts by mass of N-methylpyrrolidone Were mixed to prepare a positive electrode mixture ink.

<リチウムイオン二次電池負極用合材インキ>
負極活物質として人造黒鉛98質量部、カルボキシメチルセルロース1.5%水溶液66.7質量部(固形分として1質量部)をプラネタリーミキサーに入れて混練し、水33質量部、スチレンブタジエンエマルション(TRD2001、JSR社製)48質量%水系分散液2.08質量部(固形分として1質量部)を混合して、負極二次電池電極用合材インキを得た。
<Composite ink for negative electrode of lithium ion secondary battery>
As a negative electrode active material, 98 parts by mass of artificial graphite and 66.7 parts by mass of a carboxymethyl cellulose 1.5% aqueous solution (1 part by mass as a solid content) were put in a planetary mixer and kneaded, and 33 parts by mass of water, a styrene butadiene emulsion (TRD2001). , Manufactured by JSR Co., Ltd.) 48 mass% aqueous dispersion 2.08 parts by mass (1 part by mass as solid content) was mixed to obtain a mixture ink for negative electrode secondary battery electrode.

<下地層付きリチウムイオン二次電池用正極>(実施例1〜12、比較例1、2、6、7)
上述のリチウムイオン二次電池正極用合材インキを、二次電池用下地層付き集電体(1)〜(12)、(19)、(20)、(22)、(23)上にドクターブレードを用いて塗布した後、80℃で加熱乾燥して電極の単位面積当たりの目付け量が20mg/cm2となるようにとなるように調整した。さらにロールプレスによる圧延処理を行い、合材層の密度が3.1g/cm3となる正極(1)〜(12)、(19)、(20)、(24)、(25)を作製した。
<Positive electrode for lithium ion secondary battery with underlayer> (Examples 1 to 12, Comparative Examples 1, 2, 6, and 7)
The lithium-ion secondary battery positive electrode composite ink described above is applied to the secondary battery undercoat current collector (1) to (12), (19), (20), (22), (23) on the doctor. After coating using a blade, the coating was adjusted by heating and drying at 80 ° C. so that the basis weight per unit area of the electrode was 20 mg / cm 2 . Furthermore, the rolling process by roll press was performed and the positive electrode (1)-(12), (19), (20), (24), (25) from which the density of a compound-material layer became 3.1 g / cm < 3 > was produced. .

<下地層なしリチウムイオン二次電池用正極>(実施例13〜18、比較例3、4、5用正極)
上述のリチウムイオン二次電池正極用合材インキを、集電体となる厚さ20μmのアルミ箔上にドクターブレードを用いて塗布した後、80℃で加熱乾燥して電極の単位面積当たりの目付け量が20mg/cm2となるようにとなるように調整した。さらにロールプレスによる圧延処理を行い、合材層の密度が3.1g/cm3となる正極(13)〜(18)、(21)、(22)、(23)を作製した。
<Positive Electrode for Lithium Ion Secondary Battery Without Underlayer> (Positive electrodes for Examples 13 to 18, Comparative Examples 3, 4, and 5)
After applying the above-mentioned ink mixture for lithium ion secondary battery positive electrode on a 20 μm-thick aluminum foil serving as a current collector using a doctor blade, it is dried by heating at 80 ° C., and the basis weight per unit area of the electrode The amount was adjusted to 20 mg / cm 2 . Furthermore, the rolling process by roll press was performed and the positive electrode (13)-(18), (21), (22), (23) from which the density of a compound-material layer became 3.1 g / cm < 3 > was produced.

<下地層なしリチウムイオン二次電池用負極>(実施例1〜12、比較例1、2、4〜7用負極)
上述のリチウムイオン二次電池負極用合材インキを、集電体となる厚さ20μmの銅箔上にドクターブレードを用いて塗布した後、80℃で加熱乾燥して電極の単位面積当たりの目付け量が12mg/cm2となるように調整した。さらにロールプレスによる圧延処理を行い、合材層の密度が1.5g/cm3となる負極(1)〜(12)、(19)、(20)、(22)〜(25)を作製した。
<Negative Electrode for Lithium Ion Secondary Battery without Base Layer> (Negative Electrodes for Examples 1-12, Comparative Examples 1, 2, 4-7)
After applying the above-mentioned ink mixture for lithium ion secondary battery negative electrode on a copper foil having a thickness of 20 μm as a current collector using a doctor blade, it is dried by heating at 80 ° C. per unit area of the electrode The amount was adjusted to 12 mg / cm 2 . Furthermore, the rolling process by roll press was performed and the negative electrode (1)-(12), (19), (20), (22)-(25) from which the density of a compound-material layer was set to 1.5 g / cm < 3 > was produced. .

<下地層付きリチウムイオン二次電池用負極>(実施例13〜18、比較例3)
上述のリチウムイオン二次電池負極用合材インキを、下地層付き集電体(13)〜(18)、(21)上にドクターブレードを用いて塗布した後、80℃で加熱乾燥して電極の単位面積当たりの目付け量が12mg/cm2となるように調整した。さらにロールプレスによる圧延処理を行い、合材層の密度が1.5g/cm3となる負極(13)〜(18)、(21)を作製した。
<Negative Electrode for Lithium Ion Secondary Battery with Underlayer> (Examples 13 to 18, Comparative Example 3)
The above mixture ink for lithium ion secondary battery negative electrode was applied on the current collectors (13) to (18) and (21) with a base layer using a doctor blade, and then dried by heating at 80 ° C. The basis weight per unit area was adjusted to 12 mg / cm 2 . Furthermore, the rolling process by a roll press was performed and the negative electrode (13)-(18), (21) from which the density of a compound material layer will be 1.5 g / cm < 3 > was produced.

<ラミネート型リチウムイオン二次電池>(実施例1〜18、比較例1〜7)
表2に示す正極と負極を各々45mm×40mm、50mm×45mmに打ち抜き、その間に挿入されるセパレーター(多孔質ポリプロプレンフィルム)とをアルミ製ラミネート袋に挿入し、真空乾燥の後、電解液(エチレンカーボネートとジエチルカーボネートを1:1(体積比)の割合で混合した混合溶媒に、LiPF6を1Mの濃度で溶解させた非水系電解液)を注入した後、アルミ製ラミネートを封口してラミネート型リチウムイオン電池を作製した。ラミネート型リチウムイオン型電池の作製はアルゴンガス置換したグロ−ブボックス内で行い、ラミネート型リチウムイオン型電池作製後、以下に示す初期抵抗、抵抗増加、レート特性およびサイクル特性の電池特性評価を行った。
<Laminated Lithium Ion Secondary Battery> (Examples 1 to 18, Comparative Examples 1 to 7)
The positive electrode and negative electrode shown in Table 2 are punched into 45 mm × 40 mm and 50 mm × 45 mm, respectively, and a separator (porous polypropylene film) inserted between them is inserted into an aluminum laminated bag, and after vacuum drying, an electrolytic solution ( After injecting LiPF 6 at a concentration of 1M) into a mixed solvent in which ethylene carbonate and diethyl carbonate are mixed at a ratio of 1: 1 (volume ratio), the aluminum laminate is sealed and laminated. Type lithium ion battery was produced. Laminate type lithium ion batteries are manufactured in a glove box substituted with argon gas, and after making laminated type lithium ion batteries, the battery characteristics are evaluated for initial resistance, resistance increase, rate characteristics and cycle characteristics shown below. It was.

(抵抗測定)
放電電流12mA(0.2C)にて放電終止電圧3.0Vで定電流放電を行ったラミネート型電池を、インピーダンスアナライザー(biologic社製SP−50)にて500kHzでの抵抗測定を行った。
上述したラミネート型電池を25℃から180℃まで加熱し、各々の温度での抵抗測定を行った。25℃で測定した抵抗を初期抵抗とし、180℃で測定した抵抗値と25℃で測定した抵抗値の商を抵抗増加とした。すなわち抵抗増加は以下(式1)で表される。
(式1) 抵抗増加=180℃での抵抗値/25℃での抵抗値
初期抵抗および抵抗増加について、以下の基準で評価した結果を表2に示す。
・初期抵抗
○:「初期抵抗が下地層なしの比較例1の初期抵抗より小さい。優れている。」
△:「初期抵抗が下地層なしの比較例1の初期抵抗と同等。」
×:「初期抵抗が下地層なしの比較例1の初期抵抗より大きい。劣っている。」
・抵抗増加
○:「抵抗増加が初期抵抗の5倍以上。優れている。」
△:「抵抗増加が初期低能の3倍以上、5倍未満。電流の遮断効果が不十分。」
×:「抵抗増加が初期抵抗の3倍未満。電流の遮断効果が低い。劣っている。」
(Resistance measurement)
A laminate type battery that was discharged at a constant discharge current of 3.0 V at a discharge current of 12 mA (0.2 C) was subjected to resistance measurement at 500 kHz with an impedance analyzer (SP-50 manufactured by biologic).
The laminate type battery described above was heated from 25 ° C. to 180 ° C., and resistance measurement was performed at each temperature. The resistance measured at 25 ° C. was taken as the initial resistance, and the quotient of the resistance value measured at 180 ° C. and the resistance value measured at 25 ° C. was taken as the resistance increase. That is, the increase in resistance is expressed by the following (formula 1).
(Equation 1) Resistance increase = resistance value at 180 ° C./resistance value at 25 ° C. The results of evaluating the initial resistance and the resistance increase according to the following criteria are shown in Table 2.
Initial resistance ○: “The initial resistance is smaller than the initial resistance of Comparative Example 1 without an underlayer. Excellent.”
Δ: “The initial resistance is equivalent to the initial resistance of Comparative Example 1 without the underlayer”
X: “The initial resistance is larger than the initial resistance of Comparative Example 1 without the underlayer. Inferior”
・ Increased resistance ○: “Increased resistance is more than 5 times the initial resistance. Excellent”
Δ: “Increase in resistance is 3 times or more and less than 5 times the initial low ability. Insufficient current blocking effect”
X: “Increased resistance is less than 3 times the initial resistance. Current blocking effect is low. Inferior”

(レート特性)
上述したラミネート電池について、充放電装置(北斗電工社製SM−8)を用い、充放電測定を行った。
充電電流12mA(0.2C)にて充電終止電圧4.2Vで定電流定電圧充電(カットオフ電流0.6mAを行った後、放電電流12mA(0.2C)および120mA(2C)で放電終止電圧3.0Vに達するまで定電流放電を行って、それぞれ放電容量を求めた。レート特性は0.2C放電容量と2C放電容量の比、つまり以下(式2)で表される。
(式2) レート特性=2C放電容量/0.2C放電容量×100(%)
以下の基準で評価した結果を表2に示す。
・レート特性
○:「レート特性が80%以上。特に優れている。」
○△:「レート特性が75%以上、80%未満。優れている。」
△:「レート特性が70以上、75%未満。下地層なしの比較例1のレート特性と同等。」
×:「レート特性が70%未満。劣っている。」
(Rate characteristics)
About the laminated battery mentioned above, charging / discharging measurement was performed using the charging / discharging apparatus (SM-8 by Hokuto Denko).
Constant current and constant voltage charge with a charge current of 12 mA (0.2 C) and a charge end voltage of 4.2 V (after a cut-off current of 0.6 mA, the discharge was terminated at a discharge current of 12 mA (0.2 C) and 120 mA (2 C). The constant current discharge was performed until the voltage reached 3.0 V, and the discharge capacity was obtained, respectively, and the rate characteristic is expressed by the ratio of 0.2 C discharge capacity to 2 C discharge capacity, that is, the following (Equation 2).
(Equation 2) Rate characteristics = 2C discharge capacity / 0.2C discharge capacity × 100 (%)
Table 2 shows the results of evaluation based on the following criteria.
・ Rate characteristic ○: “Rate characteristic is 80% or more. Particularly excellent.”
○ △: “Rate characteristic is 75% or more and less than 80%. Excellent”
Δ: “The rate characteristic is 70 or more and less than 75%. Equivalent to the rate characteristic of Comparative Example 1 without a base layer.”
X: “Rate characteristic is less than 70%. Inferior”

(サイクル特性)
50℃恒温槽にて充電電流を60mAにて充電終止電圧を4.2Vで定電流定電圧充電(カットオフ電流0.6mA)を行った後、放電電流60mAで放電終止電圧3.0Vに達するまで定電流放電を行って、初回放電容量を求めた。この充放電サイクルを200回行い、放電容量維持率(初回放電容量に対する200回目の放電容量の百分率)を算出した。以下の基準で評価した結果を表2に示す。
・サイクル特性
○:「放電容量維持率が90%以上。特に優れている。」
○△:「放電容量維持率が85%以上、90%未満。優れている。」
△:「放電容量維持率が80%以上、85%未満。下地層なしの比較例1の放電容量維持率と同等。」
×:「放電容量維持率が80%未満。劣っている。」
(Cycle characteristics)
After performing constant current and constant voltage charging (cutoff current 0.6 mA) at a charge current of 60 mA and a charge end voltage of 4.2 V in a 50 ° C. constant temperature bath, the discharge current reaches 60 V at a discharge current of 60 mA. The initial discharge capacity was obtained by performing constant current discharge until. This charge / discharge cycle was performed 200 times, and the discharge capacity maintenance ratio (percentage of the 200th discharge capacity with respect to the initial discharge capacity) was calculated. Table 2 shows the results of evaluation based on the following criteria.
Cycle characteristics ○: “Discharge capacity maintenance rate is 90% or more. Particularly excellent.”
○ △: “Discharge capacity maintenance ratio is 85% or more and less than 90%. Excellent”
Δ: “Discharge capacity maintenance ratio is 80% or more and less than 85%. Equivalent to the discharge capacity maintenance ratio of Comparative Example 1 without a base layer.”
×: “Discharge capacity maintenance rate is less than 80%. Inferior”

表2に示すように、本発明の導電性組成物から形成された下地層を用いることで、電池の内部温度が上昇した場合、電池の内部抵抗が上昇することが確認された。このことから、例えば、内部短絡などにより電池が異常発熱した場合、集電体の抵抗が増大し、電流を遮断することで、電池の発火等を回避するものと考えられる。
一方、下地層を形成していない比較例4、5や、本発明以外の比較例1、2、6、7では、電池の内部温度が上昇しても、目立った電池の内部抵抗の上昇は見られなかった。比較例4、5は下地層を形成していないため、発熱時に抵抗を増大させる効果がなく、比較例1、2、6、7では、発熱時における樹脂の体積膨張が不十分なため、導電層中に分散している導電性の炭素材料同士を引き剥がすことができなかったためと考えられる。さらに、比較例6では、下地層内でのポリオレフィン樹脂の分散性が不均一なため、導電性の炭素材料同士の接触を効率的に引き剥がすことができなかったためと考えられ、さらには、導電性の炭素材料やポリオレフィン樹脂の分散性が不均一なことで、下地層の導電性が悪化し、レート特性やサイクル特性が悪化したと考えられる。
比較例2、3に示すように、水酸基を有する水溶性樹脂(B)の含有量が少なすぎると、加熱による抵抗上昇はそれほど高くない結果が得られた。比較例2、3では、水酸基を有する水溶性樹脂(B)の含有量が少なく、加熱によるポリオレフィン系樹脂微粒子の体積膨張と同時に起こると思われる樹脂微粒子の溶融を抑えることができず、炭素材料同士の切断が出来なかったためと考えられる。
一方、実施例3、5、6、9〜13、15〜18に示すように、オレフィン系の水分散樹脂微粒子(C)を用いても、カルボン酸またはカルボン酸エステルの変性量が大きいものは、加熱による抵抗上昇が高い結果が得られた。これは、ポリオレフィン系樹脂微粒子が一定量以上の変性によって、加熱時の樹脂微粒子の溶融を抑制することが出来たため、炭素材料同士の切断を効果的に引き起こすことが出来たと考えられる。また、実施例3、8、13に示すように、同じ炭素材料(A)、かつ水分散樹脂微粒子(C)を用いた場合でも発熱時の抵抗上昇の度合いが異なることから、詳細については不明であるが、水酸基を有する水溶性樹脂(B)の違いによっても効果が異なることが明らかとなった。
以上の結果から、本発明によって、電池の出力特性等に優れ、過充電や内部短絡などにより電池の内部温度が上昇した場合に、内部抵抗を上昇させることで流れる電流を抑制することで、電池の安全性を高める機能を備えた非水電解質二次電池を形成するための導電性組成物を提供することができる。
As shown in Table 2, it was confirmed that the internal resistance of the battery increased when the internal temperature of the battery increased by using the base layer formed from the conductive composition of the present invention. From this, for example, when the battery abnormally heats up due to an internal short circuit or the like, it is considered that the resistance of the current collector increases and the current is cut off to avoid ignition of the battery.
On the other hand, in Comparative Examples 4 and 5 in which the base layer is not formed and Comparative Examples 1, 2, 6, and 7 other than the present invention, even if the internal temperature of the battery is increased, the remarkable increase in the internal resistance of the battery is I couldn't see it. Since Comparative Examples 4 and 5 do not have a base layer formed, there is no effect of increasing resistance during heat generation. In Comparative Examples 1, 2, 6, and 7, the volume expansion of the resin during heat generation is insufficient, so This is probably because the conductive carbon materials dispersed in the layers could not be peeled off. Further, in Comparative Example 6, it is considered that the dispersibility of the polyolefin resin in the underlayer was non-uniform, so that the contact between the conductive carbon materials could not be efficiently peeled off. It is considered that the dispersibility of the functional carbon material and the polyolefin resin is not uniform, the conductivity of the underlayer is deteriorated, and the rate characteristics and the cycle characteristics are deteriorated.
As shown in Comparative Examples 2 and 3, when the content of the water-soluble resin (B) having a hydroxyl group was too small, the resistance increase due to heating was not so high. In Comparative Examples 2 and 3, the content of the water-soluble resin (B) having a hydroxyl group is small, and it is not possible to suppress the melting of the resin fine particles, which seems to occur simultaneously with the volume expansion of the polyolefin resin fine particles due to heating. This is thought to be due to the inability to cut each other.
On the other hand, as shown in Examples 3, 5, 6, 9 to 13, 15 to 18, even when the olefin-based water-dispersed resin fine particles (C) are used, those having a large amount of modification of carboxylic acid or carboxylic acid ester are As a result, a high resistance increase due to heating was obtained. This is considered to be because the polyolefin resin fine particles were able to suppress the melting of the resin fine particles during heating due to the modification of a certain amount or more, thereby effectively cutting the carbon materials. Further, as shown in Examples 3, 8, and 13, even when the same carbon material (A) and water-dispersed resin fine particles (C) are used, the degree of increase in resistance during heat generation is different, so details are unknown. However, it has become clear that the effect varies depending on the difference in the water-soluble resin (B) having a hydroxyl group.
From the above results, according to the present invention, the battery has excellent output characteristics and the like, and when the internal temperature of the battery rises due to overcharge, internal short circuit, etc., the current flowing is suppressed by increasing the internal resistance. It is possible to provide a conductive composition for forming a non-aqueous electrolyte secondary battery having a function of improving the safety of the battery.

Claims (6)

導電性の炭素材料(A)と、水酸基を有する水溶性樹脂(B)(但し、ケン化度87〜89mol%のポリビニルアルコール(PVA)およびカルボキシルメチルセルロースを除く)と、水分散樹脂微粒子(C)と、水性液状媒体(D)とを含有する非水電解質二次電池用電極の下地層形成用導電性組成物であって、前記水分散樹脂微粒子が、少なくともオレフィン系樹脂微粒子を含み、炭素材料(A)と、水酸基を有する水溶性樹脂(B)と、水分散樹脂微粒子(C)との固形分の合計100質量%中、導電性の炭素材料(A)の含有率が、10〜50質量%であり、水酸基を有する水溶性樹脂(B)の含有率が、10〜50質量%であり、水分散樹脂微粒子(C)の含有率が、30〜70質量%であり、水分散樹脂微粒子(C)に含まれるオレフィン系樹脂微粒子の割合が、水分散樹脂微粒子(C)全体に対し、50〜100質量%であることを特徴とする非水電解質二次電池用電極の下地層形成用導電性組成物。 Conductive carbon material (A), water-soluble resin (B) having a hydroxyl group (however, excluding polyvinyl alcohol (PVA) and carboxymethylcellulose having a saponification degree of 87 to 89 mol%), and water-dispersed resin fine particles (C) And an aqueous liquid medium (D), a conductive composition for forming an underlayer of an electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery, wherein the water-dispersed resin fine particles include at least olefin resin fine particles, and a carbon material The total content of the solid content of (A), the water-soluble resin (B) having a hydroxyl group, and the water-dispersed resin fine particles (C) is 100% by mass, and the content of the conductive carbon material (A) is 10 to 50%. The content of the water-soluble resin (B) having a hydroxyl group is 10 to 50% by mass, the content of the water-dispersed resin fine particles (C) is 30 to 70% by mass, and the water-dispersed resin. Included in fine particles (C) The proportion of the olefin resin particles, the whole water-dispersible resin fine particles (C) with respect to the underlying layer forming the conductive composition of the nonaqueous electrolyte secondary battery, characterized in that 50 to 100 wt%. 水酸基を含有する水溶性樹脂(B)が、ポリビニルアルコール(但し、ケン化度87〜89mol%のポリビニルアルコール(PVA)を除く)、ポリビニルアルコール誘導体、グァーガム、グァーガム誘導体、キサンタンガム、キサンタンガム誘導体、キトサン、キトサン誘導体、セルロース、セルロース誘導体(但し、カルボキシルメチルセルロースを除く)、アルギン酸およびアルギン酸誘導体からなる群より選ばれる少なくとも一つであることを特徴とする請求項1に記載の非水電解質二次電池用電極の下地層形成用導電性組成物。 The water-soluble resin (B) containing a hydroxyl group is polyvinyl alcohol (excluding polyvinyl alcohol (PVA) having a saponification degree of 87 to 89 mol%), polyvinyl alcohol derivative, guar gum, guar gum derivative, xanthan gum, xanthan gum derivative, chitosan, 2. The electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, which is at least one selected from the group consisting of chitosan derivatives, cellulose, cellulose derivatives (excluding carboxymethylcellulose), alginic acid and alginic acid derivatives. A conductive composition for forming an underlayer. 水分散樹脂微粒子(C)に含まれるオレフィン系樹脂微粒子が、カルボニル基を有するオレフィン樹脂微粒子であり、前記オレフィン樹脂微粒子の赤外吸収スペクトルにおいて、2800〜3000cm-1の最大ピーク高さ(極大吸光度)(X)と、1690〜1740cm-1の最大ピーク高さ(極大吸光度)(Y)との比(Y)/(X)が0.05〜1.0であることを特徴とする請求項1または2に記載の非水電解質二次電池用電極の下地層形成用導電性組成物。 The olefin resin fine particles contained in the water-dispersed resin fine particles (C) are olefin resin fine particles having a carbonyl group, and the maximum peak height (maximum absorbance) of 2800 to 3000 cm −1 in the infrared absorption spectrum of the olefin resin fine particles. The ratio (Y) / (X) of (X) to the maximum peak height (maximum absorbance) (Y) of 1690 to 1740 cm −1 is 0.05 to 1.0. 3. A conductive composition for forming a base layer of a nonaqueous electrolyte secondary battery electrode according to 1 or 2. 集電体と、請求項1〜3いずれかに記載の非水電解質二次電池用電極の下地層形成用導電性組成物から形成された下地層とを有する非水電解質二次電池用下地層付き集電体。 A base layer for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising: a current collector; and a base layer formed from the conductive composition for forming a base layer for a non-aqueous electrolyte secondary battery electrode according to any one of claims 1 to 3. Current collector with. 集電体と、請求項1〜3いずれかに記載の非水電解質二次電池用電極の下地層形成用導電性組成物から形成された下地層と、電極活物質及びバインダーを含有する電極形成用組成物から形成された合材層とを有する非水電解質二次電池用電極。 A current collector, an underlayer formed from the conductive composition for forming the underlayer of the electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 3, and an electrode formation containing an electrode active material and a binder An electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery comprising a composite layer formed from the composition for use. 正極と負極と電解液とを具備する非水電解質二次電池であって、前記正極または前記負極の少なくとも一方が、請求項5に記載の非水電解質二次電池用電極である、非水電解質二次電池。 A nonaqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte solution, wherein at least one of the positive electrode or the negative electrode is an electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 5. Secondary battery.
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