JP2018049825A - リチウムイオン二次電池用負極電極及びこれを用いたリチウムイオン二次電池 - Google Patents

リチウムイオン二次電池用負極電極及びこれを用いたリチウムイオン二次電池 Download PDF

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Abstract

【課題】充放電を繰り返しても電池機能が低下しない、すなわちサイクル特性に優れたリチウムイオン二次電池用負極電極を提供すること。【解決手段】樹脂集電体上に負極活物質層を形成してなるリチウムイオン二次電池用負極電極であって、上記負極活物質層は、負極活物質の表面の少なくとも一部が高分子化合物を含む被覆層で被覆された被覆負極活物質を含んでおり、上記樹脂集電体の負極活物質層側表面の表面抵抗率が上記負極活物質層の表面抵抗率よりも小さいことを特徴とするリチウムイオン二次電池用負極電極。【選択図】 なし

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用負極電極及びこれを用いたリチウムイオン二次電池に関する。
近年、電子機器、ハイブリッド自動車、電気自動車、さらには家庭用電源設備の電源装置として、リチウムイオン二次電池等の二次電池及び電気二重層キャパシタ等が利用される。特に、リチウムイオン二次電池はそのエネルギー密度の高さや繰り返しの充放電に対する耐久性の高さから電動車両に好適と考えられ、各種の開発が鋭意進められている。
なかでも双極型電池の電池性能を向上させる方法として、電極に特定の高分子材料を含み、簡易な工程で製造することができる集電体(樹脂集電体ともいう)を用いるという技術が開示されている(特許文献1参照)。
しかしながら、特許文献1に記載された電極を用いたリチウムイオン電池は、集電体が軽量化されるため、電池の重量あたりの出力密度が向上するが、充放電を繰り返した場合に電池性能が低下する場合があるという課題があった。
特開2012−150905号公報
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、樹脂集電体を用いた蓄電デバイスでは、樹脂集電体の電気抵抗率よりも負極活物質層の電気抵抗率の方が小さいため、充放電を繰り返すことで負極活物質層に想定以上の電流が流れてしまい、負極活物質及び電解液が劣化して電池性能が低下する場合があり、負極活物質層を流れる電流量を制御することで充放電を繰り返した場合の性能低下を抑制できることを見出した。
すなわち、本発明は、充放電を繰り返しても電池性能が低下しない、すなわちサイクル特性に優れたリチウムイオン二次電池用負極電極を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記の目的を達成すべく鋭意検討を行った結果、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、樹脂集電体上に負極活物質層を形成してなるリチウムイオン二次電池用負極電極であって、上記負極活物質層は、負極活物質の表面の少なくとも一部が高分子化合物を含む被覆層で被覆された被覆負極活物質を含んでおり、上記樹脂集電体の負極活物質層側表面の表面抵抗率が上記負極活物質層の表面抵抗率よりも小さいことを特徴とするリチウムイオン二次電池用負極電極;このリチウムイオン二次電池用負極電極を用いたリチウムイオン二次電池である。
本発明のリチウムイオン二次電池用負極電極は、樹脂集電体の負極活物質層側表面の表面抵抗率が負極活物質層の表面抵抗率よりも小さくなるよう構成されている。このような構成では、リチウムイオン二次電池の内部に欠陥(微小な内部短絡等)が発生した場合であっても樹脂集電体に電流が優先的に流れ、負極活物質層に流れる電流が制限されることとなる。
そのため、負極活物質層に想定以上の電流が流れることによる電解液及び負極活物質の劣化を抑制することができ、サイクル特性の悪化を抑制できると考えられる。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のリチウムイオン二次電池用負極電極は、樹脂集電体上に負極活物質層を形成してなるリチウムイオン二次電池用負極電極であって、上記負極活物質層は、負極活物質の表面の少なくとも一部が高分子化合物を含む被覆層で被覆された被覆負極活物質を含んでおり、上記樹脂集電体の負極活物質層側表面の表面抵抗率が上記負極活物質層の表面抵抗率よりも小さいことを特徴とする。
本発明のリチウムイオン二次電池用負極電極では、樹脂集電体の負極活物質層側表面の表面抵抗率が負極活物質層の表面抵抗率よりも小さくなっている。
上記構成により発揮される本発明のリチウムイオン二次電池用負極電極の効果を、従来技術である金属集電体を負極電極に用いたリチウムイオン二次電池と比較して説明する。
リチウムイオン二次電池の内部に欠陥が発生した場合、これに起因して想定外の電流(不測電流ともいう)が電池内に発生することがある。
樹脂集電体を負極電極に用いた従来のリチウムイオン二次電池では、樹脂集電体の表面抵抗率よりも負極活物質層の表面抵抗率のほうが小さいため、不測電流は、より電気抵抗率の小さい負極活物質層の表面を流れることになると考えられる。ここで、不測電流は定常状態においては発生しない電流であるから、不測電流が流れることによって負極活物質層中の電解液及び負極活物質には想定外の負荷が掛かり、電解液及び負極活物質の劣化を招くことがある。
これに対して、本発明のリチウムイオン二次電池用負極電極を用いたリチウムイオン二次電池の場合は、樹脂集電体の負極活物質層側表面の表面抵抗率が負極活物質層の表面抵抗率よりも小さいため、不測電流が発生した場合であっても、不測電流はより電気抵抗率の小さい樹脂集電体の負極活物質層側表面を優先的に流れることになる。そのため、不測電流は負極活物質層の表面を直接流れることがなくなり、負極活物質層中の電解液及び負極活物質層に想定外の負荷がかかることがないので、電解液及び負極活物質の劣化が起こりにくい。
以上のことから、本発明のリチウムイオン二次電池用負極電極を用いたリチウムイオン二次電池は、従来のリチウムイオン二次電池と比べて、繰り返しの充放電によって内部に微小な欠陥が発生した場合であっても負極活物質層への影響が少なく、負極活物質及び電解液の劣化を抑制することができるため、リチウムイオン二次電池の性能が劣化しにくい。
樹脂集電体としては従来公知のものを好適に使用することができ、例えば、導電材料と樹脂を含んでなる導電性高分子フィルムを基材とした樹脂集電体が挙げられる。
導電性高分子フィルムを構成する導電材料としては、導電性を有する材料から選択されるが、集電体内のイオン透過を抑制する観点から、電荷移動媒体として用いられるリチウムイオンに関して伝導性を有さない材料を用いるのが好ましい。
導電性高分子フィルムを構成する導電材料としては、金属[コバルト、ニッケル、アルミニウム、スズ、アンチモン、ステンレス(SUS)、銀、銅、パラジウム、イリジウム、白金、金及びチタン等]、カーボン[グラファイト及びカーボンブラック(アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラック等)等]及びこれらの混合物等が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
これらの導電材料は1種単独で用いられてもよいし、2種以上併用してもよい。また、これらの合金又は金属酸化物が用いられてもよい。電気的安定性の観点から、好ましくはニッケル、アルミニウム、ステンレス、カーボン、銀、銅、チタン及びこれらの混合物であり、さらに好ましくはニッケル、銀、アルミニウム、ステンレス及びカーボンであり、特に好ましくはニッケル及びカーボンである。またこれらの導電材料は、粒子系セラミック材料や樹脂材料の周りに導電材料(上記した導電材料のうち金属のもの)をめっき等でコーティングしたものでもよい。
導電材料の数平均粒子径は特に限定されないが、0.01〜10μmであることが好ましく、0.01〜1μmであることがより好ましい。
導電材料の数平均粒子径は、走査型電子顕微鏡(SEM)及び透過型電子顕微鏡(TEM)等での拡大観察における数〜数十視野中に含まれる粒子の投影面積相当径の算術平均値を計算することにより得られる。
導電材料の電気伝導度は10〜10mS/cmであることが好ましい。
導電材料は、その形状が繊維状である導電性繊維であってもよい。
導電性繊維としては、PAN系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等の炭素繊維、合成繊維の中に導電性のよい金属や黒鉛を均一に分散させてなる導電性繊維、ステンレス鋼のような金属を繊維化した金属繊維、有機物繊維の表面を金属で被覆した導電性繊維、有機物繊維の表面を導電性物質を含む樹脂で被覆した導電性繊維等が挙げられる。これらの導電性繊維の中では炭素繊維が好ましい。また、グラフェンを練りこんだポリプロピレン樹脂も好ましい。
本明細書における導電性繊維は、そのアスペクト比が2以上である形状のものを意味する。
導電材料が導電性繊維である場合、その平均繊維長は特に限定されないが、0.1〜100μmであることが好ましい。導電材料が導電性繊維である場合、その平均繊維径は特に限定されないが、0.01〜10μmであることが好ましく、0.01〜3μmであることがより好ましく、0.01〜1μmであることがさらに好ましい。
導電性繊維の平均繊維長及び平均繊維径が上記範囲内であると、樹脂集電体と負極活物質層との電気的接触をより高めることができる。更に面方向への導電性が良好になるため、負極電極の面方向における電気性能のムラを無くすことができるため好ましい。
なお、導電材料は、カーボンナノチューブ等の形態であってもよい。
導電性高分子フィルムを構成する樹脂としては、ポリオレフィン[ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリメチルペンテン(PMP)及びポリシクロオレフィン(PCO)]、変性ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、エポキシ樹脂及びシリコーン樹脂並びにこれらの混合物等が挙げられる。
なお、変性ポリオレフィンとは、ポリオレフィンに極性官能基を導入した樹脂であり、極性官能基としては、カルボキシル基、1,3−ジオキソ−2−オキサプロピレン基、ヒドロキシル基、アミノ基、アミド基及びイミド基等が挙げられる。
これらの樹脂のうち、電気的安定性の観点から、ポリオレフィン及び変性ポリオレフィンが好ましく、さらに好ましくは、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)及びポリメチルペンテン(PMP)、並びに、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)又はこれらの共重合体に極性官能基を導入した変性ポリオレフィンであり、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)及びポリメチルペンテン(PMP)から選ばれる少なくとも1種のポリオレフィンとポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)又はこれらの共重合体に極性官能基を導入した変性ポリオレフィンとを併用することが特に好ましい。
なお、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)又はこれらの共重合体に極性官能基を導入した変性ポリオレフィン樹脂は、樹脂用分散剤及び相溶化剤等として市販されており、例えば、三洋化成工業(株)製ユーメックスシリーズ及び三井化学(株)製アドマーシリーズ等として入手可能である。
導電性高分子フィルムは、その厚さが1〜200μmであることが好ましく、3〜150μmであることがより好ましく、5〜100μmであることがさらに好ましい。
導電性高分子フィルムの厚さが上記範囲であると、負極電極の機械的強度と電池のエネルギー密度との両立が可能となり好ましい。
導電性高分子フィルム中の導電材料の含有量は、導電材料の分散性等の観点から、導電性高分子フィルム100重量部中5〜90重量部であることが好ましく、10〜88重量部であることがより好ましい。
導電性高分子フィルム中の導電材料の含有量が、導電性高分子フィルム100重量部中5重量部未満の場合、導電性高分子フィルムの表面抵抗率が高くなりすぎることがある。一方、導電性高分子フィルム中の導電材料の含有量が、導電性高分子フィルム100重量部中90重量部を超える場合、導電性高分子フィルムの表面抵抗率が低くなりすぎることがある。
また、導電性高分子フィルム中の樹脂の含有量は、導電性高分子フィルムの強度の観点から、導電性高分子フィルム100重量部中10〜95重量部であることが好ましく、12〜90重量部であることがより好ましい。
導電性高分子フィルム中の樹脂の含有量が、導電性高分子フィルム100重量部中10重量部未満の場合、導電性高分子フィルムの機械的強度が不足することがある。一方、導電性高分子フィルム中の樹脂の含有量が、導電性高分子フィルム100重量部中95重量部を超える場合、導電性高分子フィルムの表面抵抗率が高くなりすぎてしまうことがある。
導電性高分子フィルムには、導電材料及び樹脂の他に、さらに必要に応じ、その他の成分[分散剤、架橋促進剤(アルデヒド・アンモニア−アミン骨格含有化合物、チオウレア骨格含有化合物、グアニジン骨格含有化合物、チアゾール骨格含有化合物、スルフェンアミド骨格含有化合物、チウラム骨格含有化合物、ジチオカルバミン酸塩骨格含有化合物、キサントゲン酸塩骨格含有化合物及びジチオリン酸塩骨格含有化合物等)、架橋剤(イオウ等)、着色剤、紫外線吸収剤、汎用の可塑剤(フタル酸骨格含有化合物、トリメリット酸骨格含有化合物、リン酸基含有化合物及びエポキシ骨格含有化合物等)]等を適宜添加することができる。その他の成分の合計添加量は、電気的安定性の観点から、樹脂集電体100重量部中1〜25重量部であることが好ましく、5〜20重量部であることがより好ましい。
樹脂集電体の基材となる導電性高分子フィルムは、特開2012−150905号公報及び国際公開第2015/005116号等に記載の樹脂集電体と同様の方法で得ることができる。具体的な製造方法としては、例えば、2軸押出機等の公知の加熱溶融混練機を用いて、上記樹脂、上記導電材料及び必要により用いるその他の成分を溶融混練した後、得られた溶融混練済材料を熱プレス機により圧延して成形する方法等が挙げられる。なお成形方法としては、射出成形、圧縮成形、カレンダ成形、スラッシュ成形、回転成形、押出成形、ブロー成形、フィルム成形(キャスト法、テンター法、インフレーション法等)等でも行うことができる。
導電性高分子フィルムの表面抵抗率の観点から、導電性高分子フィルム中における樹脂と導電材料の重量割合は100:10〜100:95であることが好ましい。
導電性高分子フィルム中における樹脂と導電材料の重量割合を上記範囲とすると、樹脂集電体の負極活物質層側表面の表面抵抗率を負極活物質層の表面抵抗率よりも小さくすることが容易となり好ましい。
導電性高分子フィルムは、そのまま樹脂集電体として用いてもよいが、樹脂集電体は、導電性高分子フィルムからなる基材と抵抗低減層との積層体であることが好ましい。導電性高分子フィルムからなる基材と抵抗低減層との積層体を、抵抗低減層が負極活物質層と接触するように配置して電極を構成することで、樹脂集電体の負極活物質層側表面の表面抵抗率を負極活物質層の表面抵抗率よりも小さくすることが容易となる。
抵抗低減層は、導電性材料を含んでなる層であれば制限なく用いることができ、導電性材料のみからなる層であってもよい。
抵抗低減層は、基材となる導電性高分子フィルムが有する面のうち、負極活物質層と対向する面の表面に導電性材料を配置することで形成される。導電性材料のみからなる抵抗低減層を形成する場合にはメッキ、蒸着及びスパッタリング等の公知の成膜方法を用いることができ、抵抗低減層が導電性材料と他の材料(例えば高分子材料)とを含んでなる場合には、導電性材料と高分子材料又は高分子材料の前駆体との混合物を必要に応じて有機溶剤等に希釈分散して基材となる導電性高分子フィルム上に塗布した後に必要に応じて加熱等して成膜する方法等を用いることができる。
上記の導電性材料としては前述の導電性高分子フィルムに含まれる導電材料と同じものを用いることができる。抵抗低減層に用いる導電性材料としては、金属のうち鉄よりイオン化傾向の小さい金属(コバルト、ニッケル、スズ、アンチモン、銅、銀、パラジウム、イリジウム、白金及び金等)が好ましく、ニッケルがさらに好ましい。これらの材料は、その表面に絶縁性を有する酸化膜を形成しにくく、導電性高分子フィルムに含まれる導電材料との良好な電気的な接触が長期間維持されるため好ましい。抵抗低減層を構成する導電性材料は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を混合物の形態で使用してもよい。
抵抗低減層を構成する導電性材料の形状は、制限はないが、抵抗低減層が導電性材料と他の材料とを含んでなる場合には、粒子状及び粉末状が好ましく、その平均粒子径(一次粒子の平均粒子径)は、0.01〜10μmが好ましく、0.01〜3μmであることがより好ましく、0.01〜1μm程度であることがさらに好ましい。導電性材料の平均粒子径が上記範囲の大きさであれば、負極活物質層の電気的接触をより高めることができ好ましい。
抵抗低減層は、導電性材料のみから構成されてもよく、更に他の材料を含んでもよい。抵抗低減層が含む他の材料としては、高分子材料が好ましく、なかでも導電性高分子[ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、ポリオキサジアゾール等]、非導電性熱可塑性高分子{ポリエチレン[高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)等]、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルニトリル、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリテトラフルオロエチレン、スチレン−ブタジエンゴム、ポリアクリロニトリル、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニリデン等}及び非導電性熱硬化性高分子[エポキシ樹脂及び不飽和ポリエステル樹脂等]等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
なかでも負極活物質層との接触抵抗を低減できる点から、非導電性熱硬化性高分子が好ましく、エポキシ樹脂がさらに好ましい。理由は明らかではないが、非導電性熱硬化性高分子を用いると硬化時の収縮作用によって生じる応力によって導電性材料の配列が整い、抵抗低減層と負極活物質層との電気的接触をより高めることができるものと考えられる。
抵抗低減層が導電性材料と高分子材料とを含む場合、導電性材料の含有量は、導電性材料と高分子材料との合計重量に基づいて、20〜95質量%であることが好ましく、50〜90質量%であることがより好ましい。
導電性材料の含有量が上記範囲であると、樹脂集電体の表面抵抗値が小さくなり、電池のサイクル特性がさらに良好となり好ましい。
抵抗低減層が導電性材料と高分子材料とを含む場合、抵抗低減層の厚さは、好ましくは0.01〜60μm、より好ましくは0.1〜30μmである。
抵抗低減層の厚さが上記範囲であると、樹脂集電体の表面抵抗値が小さくなり、電池のサイクル特性がさらに良好となり好ましい。
抵抗低減層としては、樹脂集電体の表面抵抗値の観点から、導電性材料としてニッケル粒子を用い、高分子材料としてエポキシ樹脂を用いたものが好ましい。そして、樹脂集電体の表面に、エポキシ樹脂とその硬化剤とニッケル粒子との混合物を含む溶剤で希釈して得られる導電性材料溶液を基材となる導電性高分子フィルムにアプリケータ等を用いて塗布し、加熱乾燥および硬化して形成した抵抗低減層が好ましい。さらに、上記の導電性材料溶液において、エポキシ樹脂と硬化剤の合計重量に対し、ニッケル粒子を10〜35重量%含有することが好ましい。
樹脂集電体の負極活物質層側表面の表面抵抗率は、負極活物質層の表面抵抗率よりも小さければ、その値は特に限定されないが、30〜100Ω/sqであることが好ましい。
樹脂集電体の負極活物質層側表面の表面抵抗率が負極活物質層の表面抵抗率よりも小さく、かつ30〜100Ω/sqであると内部に欠陥が生じた場合であっても、樹脂集電体に流れる電流量が多くなりすぎず、負極活物質等が劣化することを抑制できるため好ましい。
樹脂集電体の基材及び抵抗低減層を上記の好ましい組成にすることによって、樹脂集電体の負極活物質層側表面における表面抵抗率を上記の好ましい範囲に調整することができる。
樹脂集電体の負極活物質層側表面の表面抵抗率は、JIS K 7194−1994 導電性プラスチックの4探針法による抵抗率試験方法に準じて表面抵抗率計[ロレスタGP MCP−T610型(株)三菱化学アナリテック製等]を用い、4探針法により求めることができる。具体的には、樹脂集電体の負極活物質層側の表面に4本の針状の電極を直線上に置き、外側の2探針間に一定の電流を流す。そして、内側の2探針間に生じる電位差を測定し、抵抗値(V/I)を算出する。この抵抗値に抵抗率補正係数を乗ずることにより、表面抵抗率(Ω/sq)を算出することができる。
続いて、負極活物質層について説明する。
負極活物質層は、負極活物質の表面の少なくとも一部が高分子化合物を含む被覆層で被覆された被覆負極活物質を含む層である。
被覆負極活物質を構成する負極活物質は、リチウムイオン二次電池の負極活物質として用いることができるものであれば特に制限されないが、好ましいものとしては、炭素系材料[例えば黒鉛、難黒鉛化性炭素、アモルファス炭素、樹脂焼成体(例えばフェノール樹脂及びフラン樹脂等を焼成し炭素化したもの等)、コークス類(例えばピッチコークス、ニードルコークス及び石油コークス等)、炭化ケイ素及び炭素繊維等]、導電性高分子(例えばポリアセチレン、ポリキノリン及びポリピロール等)、金属(スズ、シリコン、アルミニウム、ジルコニウム及びチタン等)、金属酸化物(チタン酸化物、リチウム・チタン酸化物及びケイ素酸化物等)及び金属合金(例えばリチウム−スズ合金、リチウム−シリコン合金、リチウム−アルミニウム合金及びリチウム−アルミニウム−マンガン合金等)等並びにこれらと炭素系材料との混合物等が挙げられる。
上記負極活物質のうち、内部にリチウム又はリチウムイオンを含まないものについては、予め負極活物質の一部又は全部にリチウム又はリチウムイオンを含ませるプレドープ処理を施してもよい。
被覆負極活物質を構成する高分子化合物は、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、ビニル樹脂、ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アニリン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリカーボネート及びポリサッカロイド(アルギン酸ナトリウム等)等を用いてよく、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、ビニル樹脂、ウレタン樹脂及びポリアミド樹脂が好ましく、ビニル樹脂がさらに好ましい。
これらの高分子化合物は単独で用いてもよく、2種以上を混合してもよい。
被覆負極活物質を構成するウレタン樹脂としては、活性水素成分(a1)及びイソシアネート成分(a2)とを反応させて得られるウレタン樹脂(A)であることが好ましい。
ウレタン樹脂(A)は柔軟性を有するため、負極活物質をウレタン樹脂(A)で被覆することにより電極の体積変化を緩和し、電極の膨脹を抑制することができる。
活性水素成分(a1)としては、ポリエーテルジオール、ポリカーボネートジオール及びポリエステルジオールからなる群から選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましい。
ポリエーテルジオールとしては、ポリオキシエチレングリコール(以下、PEGと略記)、ポリオキシエチレンオキシプロピレンブロック共重合ジオール、ポリオキシエチレンオキシテトラメチレンブロック共重合ジオール;エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサメチレングリコール、ネオペンチルグリコール、ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン、4,4’−ビス(2−ヒドロキシエトキシ)−ジフェニルプロパン等の低分子グリコールのエチレンオキシド付加物;数平均分子量2,000以下のPEGと、ジカルボン酸[炭素数4〜10の脂肪族ジカルボン酸(例えばコハク酸、アジピン酸、セバシン酸等)、炭素数8〜15の芳香族ジカルボン酸(例えばテレフタル酸、イソフタル酸等)等]の1種以上とを反応させて得られる縮合ポリエーテルエステルジオール;及びこれらの2種以上の混合物が挙げられる。
ポリエーテルジオール中にオキシエチレン単位が含まれる場合、オキシエチレン単位の含有量は好ましくは20重量%、より好ましくは30重量%以上、さらに好ましくは40重量%以上である。
また、ポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシテトラメチレングリコール(以下、PTMGと略記)、ポリオキシプロピレンオキシテトラメチレンブロック共重合ジオール等も挙げられる。
これらのうち、好ましくはPEG、ポリオキシエチレンオキシプロピレンブロック共重合ジオール及びポリオキシエチレンオキシテトラメチレンブロック共重合ジオールであり、特に好ましくはPEGである。
また、ポリエーテルジオールを1種のみ用いてもよいし、これらの2種以上の混合物を用いてもよい。
ポリカーボネートジオールとしては、炭素数4〜12、好ましくは炭素数6〜10、さらに好ましくは炭素数6〜9のアルキレン基を有するアルキレンジオールの1種又は2種以上と、低分子カーボネート化合物(例えば、アルキル基の炭素数1〜6のジアルキルカーボネート、炭素数2〜6のアルキレン基を有するアルキレンカーボネート及び炭素数6〜9のアリール基を有するジアリールカーボネート等)から、脱アルコール反応させながら縮合させることによって製造されるポリカーボネートポリオール(例えばポリヘキサメチレンカーボネートジオール)が挙げられる。
ポリエステルジオールとしては、低分子ジオール及び/又は数平均分子量1,000以下のポリエーテルジオールと前述のジカルボン酸の1種以上とを反応させて得られる縮合ポリエステルジオールや、炭素数4〜12のラクトンの開環重合により得られるポリラクトンジオール等が挙げられる。上記低分子ジオールとして上記ポリエーテルジオールの項で例示した低分子グリコール等が挙げられる。上記数平均分子量1,000以下のポリエーテルジオールとしてはポリオキシプロピレングリコール、PTMG等が挙げられる。上記ラクトンとしては、例えばε−カプロラクトン、γ−バレロラクトン等が挙げられる。該ポリエステルジオールの具体例としては、ポリエチレンアジペートジオール、ポリブチレンアジペートジオール、ポリネオペンチレンアジペートジオール、ポリ(3−メチル−1,5−ペンチレンアジペート)ジオール、ポリヘキサメチレンアジペートジオール、ポリカプロラクトンジオール及びこれらの2種以上の混合物が挙げられる。
また、活性水素成分(a1)は上記ポリエーテルジオール、ポリカーボネートジオール及びポリエステルジオールのうちの2種以上の混合物であってもよい。
活性水素成分(a1)は数平均分子量2,500〜15,000の高分子ジオール(a11)を構成成分とすることができる。高分子ジオール(a11)としては上述したポリエーテルジオール、ポリカーボネートジオール及びポリエステルジオール等が挙げられる。
数平均分子量が2,500〜15,000の高分子ジオール(a11)は、ウレタン樹脂(A)の硬さが適度に柔らかく、また、負極活物質上に形成した被覆層の強度が強くなるため好ましい。
高分子ジオール(a11)の数平均分子量は、高分子ジオールの水酸基価から算出することができる。
また、水酸基価は、JIS K1557−1の記載に準じて測定できる。
また、活性水素成分(a1)が数平均分子量2,500〜15,000の高分子ジオール(a11)を構成成分とする場合、上記高分子ジオール(a11)の溶解度パラメータ(以下、SP値と略記)が8.0〜12.0(cal/cm1/2であることが好ましく、8.5〜11.5(cal/cm1/2であることがより好ましい。
SP値は、Fedors法によって計算される。SP値は、次式で表せる。
SP値(δ)=(ΔH/V)1/2
但し、式中、ΔHはモル蒸発熱(cal)を、Vはモル体積(cm)を表す。
また、ΔH及びVは、「POLYMER ENGINEERING AND SCIENCE,1974,Vol.14,No.2,ROBERT F.FEDORS.(151〜153頁)」に記載の原子団のモル蒸発熱の合計(ΔH)とモル体積の合計(V)を用いることができる。
この数値が近いもの同士はお互いに混ざりやすく(相溶性が高い)、この数値が離れているものは混ざりにくいことを表す指標である。
高分子ジオール(a11)のSP値が8.0〜12.0(cal/cm1/2であると、ウレタン樹脂(A)と電解液の親和性の観点から好ましい。
また、活性水素成分(a1)が数平均分子量2,500〜15,000の高分子ジオール(a11)を構成成分とする場合、上記高分子ジオール(a11)の含有量が上記ウレタン樹脂(A)の重量を基準として20〜80重量%であることが好ましい。
高分子ジオール(a11)の含有量が20〜80重量%であると、ウレタン樹脂(A)と電解液の親和性の観点から好ましい。
また、活性水素成分(a1)が数平均分子量2,500〜15,000の高分子ジオール(a11)及び鎖伸長剤(a13)を構成成分としてもよい。
鎖伸長剤(a13)としては、例えば炭素数2〜10の低分子ジオール[例えばエチレングリコール(以下、EGと略記)、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール(以下、1,4−BGと略記)、ジエチレングリコール(以下、DEGと略記)、1,6−ヘキサメチレングリコール等];ジアミン類[炭素数2〜6の脂肪族ジアミン(例えばエチレンジアミン、1,2−プロピレンジアミン等)、炭素数6〜15の脂環式ジアミン(例えばイソホロンジアミン、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン等)、炭素数6〜15の芳香族ジアミン(例えば4,4’−ジアミノジフェニルメタン等)等];モノアルカノールアミン(例えばモノエタノールアミン等);ヒドラジンもしくはその誘導体(例えばアジピン酸ジヒドラジド等)及びこれらの2種以上の混合物が挙げられる。これらのうち好ましいものは低分子ジオールであり、特に好ましいものはEG、DEG及び1,4−BGである。
高分子ジオール(a11)及び鎖伸長剤(a13)の組み合わせとしては、高分子ジオール(a11)としてのPEGと鎖伸長剤(a13)としてのEGの組み合わせ、又は、高分子ジオール(a11)としてのポリカーボネートジオールと鎖伸長剤(a13)としてのEGの組み合わせが好ましい。
また、活性水素成分(a1)は数平均分子量2,500〜15,000の高分子ジオール(a11)、上記高分子ジオール(a11)以外のジオール(a12)及び鎖伸長剤(a13)を含んでいてもよく、その場合、(a11)と(a12)との当量比{(a11)/(a12)}が10/1〜30/1であり、(a11)と(a12)及び(a13)の合計当量との当量比{(a11)/[(a12)+(a13)]}が0.9/1〜1.1/1であることが好ましい。
高分子ジオール(a11)以外のジオール(a12)としては、ジオールであって上述した高分子ジオール(a11)に含まれないものであれば特に限定されるものではなく、具体的には、数平均分子量が2,500未満のジオール及び数平均分子量が15,000を超えるジオールが挙げられる。
ジオールの種類としては、上述したポリエーテルジオール、ポリカーボネートジオール及びポリエステルジオール等が挙げられる。
なお、高分子ジオール(a11)以外のジオールであって、鎖伸長剤(a13)に含まれる炭素数2〜10の低分子ジオールは、高分子ジオール(a11)以外のジオール(a12)には含まれないものとする。
イソシアネート成分(a2)としては、従来からポリウレタン製造に使用されている公知のイソシアネート成分が使用できる。このようなイソシアネートには、炭素数(NCO基中の炭素を除く、以下同様)6〜20の芳香族ジイソシアネート、炭素数2〜18の脂肪族ジイソシアネート、炭素数4〜15の脂環式ジイソシアネート、炭素数8〜15の芳香脂肪族ジイソシアネート、これらのジイソシアネートの変性体(カーボジイミド変性体、ウレタン変性体、ウレトジオン変性体等)及びこれらの2種以上の混合物が含まれる。
上記芳香族ジイソシアネートの具体例としては、1,3−又は1,4−フェニレンジイソシアネート、2,4−又は2,6−トリレンジイソシアネート、2,4’−又は4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(以下、ジフェニルメタンジイソシアネートをMDIと略記)、4,4’−ジイソシアナトビフェニル、3,3’−ジメチル−4,4’−ジイソシアナトビフェニル、3,3’−ジメチル−4,4’−ジイソシアナトジフェニルメタン、1,5−ナフチレンジイソシアネート等が挙げられる。
上記脂肪族ジイソシアネートの具体例としては、エチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ドデカメチレンジイソシアネート、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、2,6−ジイソシアナトメチルカプロエート、ビス(2−イソシアナトエチル)カーボネート、2−イソシアナトエチル−2,6−ジイソシアナトヘキサノエート等が挙げられる。
上記脂環式ジイソシアネートの具体例としては、イソホロンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジイソシアネート、シクロヘキシレンジイソシアネート、メチルシクロヘキシレンジイソシアネート、ビス(2−イソシアナトエチル)−4−シクロヘキシレン−1,2−ジカルボキシレート、2,5−又は2,6−ノルボルナンジイソシアネート等が挙げられる。
上記芳香脂肪族ジイソシアネートの具体例としては、m−又はp−キシリレンジイソシアネート、α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネート等が挙げられる。
これらのうち好ましいものは芳香族ジイソシアネート及び脂環式ジイソシアネートであり、さらに好ましいものは芳香族ジイソシアネートであり、特に好ましいのはMDIである。
ウレタン樹脂(A)が高分子ジオール(a11)及びイソシアネート成分(a2)を含む場合、好ましい(a2)/(a11)の当量比は10/1〜30/1である。イソシアネート成分(a2)の比率が30当量を超えると硬い被覆層となる。
また、ウレタン樹脂(A)が高分子ジオール(a11)、鎖伸長剤(a13)及びイソシアネート成分(a2)を含む場合、(a2)/[(a11)+(a13)]の当量比は0.9〜1.1/1であることが好ましく、0.95〜1.05/1であることがより好ましい。この範囲外の場合ではウレタン樹脂(A)が充分に高分子量にならないことがある。
ウレタン樹脂(A)の数平均分子量は、40,000〜500,000であることが好ましい。ウレタン樹脂(A)の数平均分子量が40,000未満では被覆層の強度が低くなり、500,000を超えると溶液粘度が高くなって、均一な被覆層が得られないことがある。
ウレタン樹脂(A)の数平均分子量は、ジメチルホルムアミド(以下、DMFと略記)を溶剤として用い、ポリオキシプロピレングリコールを標準物質としてゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、GPCと略記)により測定される。サンプル濃度は0.25重量%、カラム固定相はTSKgel SuperH2000、TSKgel SuperH3000、TSKgel SuperH4000(いずれも東ソー株式会社製)を各1本連結したもの、カラム温度は40℃とすればよい。
ウレタン樹脂(A)は活性水素成分(a1)とイソシアネート成分(a2)を反応させて製造することができる。
例えば、活性水素成分(a1)として高分子ジオール(a11)と鎖伸長剤(a13)を用い、イソシアネート成分(a2)と高分子ジオール(a11)と鎖伸長剤(a13)とを同時に反応させるワンショット法や、高分子ジオール(a11)とイソシアネート成分(a2)とを先に反応させた後に鎖伸長剤(a13)を続けて反応させるプレポリマー法が挙げられる。
また、ウレタン樹脂(A)の製造は、イソシアネート基に対して不活性な溶媒の存在下又は非存在下で行うことができる。溶媒の存在下で行う場合の適当な溶媒としては、アミド系溶媒[DMF、ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン(以下NMPと略記する)等]、スルホキシド系溶媒(ジメチルスルホキシド等)、ケトン系溶媒[メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等]、芳香族系溶媒(トルエン、キシレン等)、エーテル系溶媒(ジオキサン、テトラヒドロフラン等)、エステル系溶媒(酢酸エチル、酢酸ブチル等)及びこれらの2種以上の混合物が挙げられる。これらのうち好ましいものはアミド系溶媒、ケトン系溶媒、芳香族系溶媒及びこれらの2種以上の混合物である。
ウレタン樹脂(A)の製造に際し、反応温度は公知のウレタン化反応に採用される温度と同じでよく、溶媒を使用する場合は20〜100℃であることが好ましく、無溶媒の場合は20〜220℃であることが好ましい。
反応を促進させるために、必要により、公知のウレタン化反応に使用される触媒[例えばアミン系触媒(トリエチルアミン、トリエチレンジアミン等)、錫系触媒(ジブチルチンジラウレート等)]を使用することができる。
また、必要により反応停止剤[例えば1価アルコール(エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール等)、1価アミン(ジメチルアミン、ジブチルアミン等)等]を用いることもできる。
ウレタン樹脂(A)の製造は当該業界において採用されている公知の製造装置で行うことができる。また溶媒を使用しない場合はニーダーやエクストルーダー等の製造装置を用いることができる。このようにして製造されるウレタン樹脂(A)は、30重量%(固形分)DMF溶液として測定した溶液粘度が10〜10,000ポイズ/20℃であることが好ましく、実用上の観点から100〜2,000ポイズ/20℃であることがより好ましい。
被覆負極活物質を構成するビニル樹脂は、ビニルモノマー(b)を必須構成単量体とする重合体(B)を含んでなることが好ましい。
ビニルモノマー(b)を必須構成単量体とする重合体(B)は柔軟性を有するため、負極活物質を重合体(B)で被覆することにより電極の体積変化を緩和し、電極の膨脹を抑制することができる。
特に、ビニルモノマー(b)としてカルボキシル基又は酸無水物基を有するビニルモノマー(b1)及び下記一般式(1)で表されるビニルモノマー(b2)を含むことが好ましい。
CH=C(R)COOR (1)
[式(1)中、Rは水素原子又はメチル基であり、Rは炭素数4〜36の分岐アルキル基である。]
カルボキシル基又は酸無水物基を有するビニルモノマー(b1)としては、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、桂皮酸等の炭素数3〜15のモノカルボン酸;(無水)マレイン酸、フマル酸、(無水)イタコン酸、シトラコン酸、メサコン酸等の炭素数4〜24のジカルボン酸;アコニット酸等の炭素数6〜24の3価〜4価又はそれ以上の価数のポリカルボン酸等が挙げられる。これらの中でも(メタ)アクリル酸が好ましく、メタクリル酸が特に好ましい。
上記一般式(1)で表されるビニルモノマー(b2)において、Rは水素原子又はメチル基を表す。Rはメチル基であることが好ましい。
は炭素数4〜36の分岐アルキル基であり、Rの具体例としては、1−アルキルアルキル基(1−メチルプロピル基(sec−ブチル基)、1,1−ジメチルエチル基(tert−ブチル基)、1−メチルブチル基、1−エチルプロピル基、1,1−ジメチルプロピル基、1−メチルペンチル基、1−エチルブチル基、1−メチルヘキシル基、1−エチルペンチル基、1−メチルヘプチル基、1−エチルヘキシル基、1−メチルオクチル基、1−エチルヘプチル基、1−メチルノニル基、1−エチルオクチル基、1−メチルデシル基、1−エチルノニル基、1−ブチルエイコシル基、1−ヘキシルオクタデシル基、1−オクチルヘキサデシル基、1−デシルテトラデシル基、1−ウンデシルトリデシル基等)、2−アルキルアルキル基(2−メチルプロピル基(iso−ブチル基)、2−メチルブチル基、2−エチルプロピル基、2,2−ジメチルプロピル基、2−メチルペンチル基、2−エチルブチル基、2−メチルヘキシル基、2−エチルペンチル基、2−メチルヘプチル基、2−エチルヘキシル基、2−メチルオクチル基、2−エチルヘプチル基、2−メチルノニル基、2−エチルオクチル基、2−メチルデシル基、2−エチルノニル基、2−ヘキシルオクタデシル基、2−オクチルヘキサデシル基、2−デシルテトラデシル基、2−ウンデシルトリデシル基、2−ドデシルヘキサデシル基、2−トリデシルペンタデシル基、2−デシルオクタデシル基、2−テトラデシルオクタデシル基、2−ヘキサデシルオクタデシル基、2−テトラデシルエイコシル基、2−ヘキサデシルエイコシル基等)、3〜34−アルキルアルキル基(3−アルキルアルキル基、4−アルキルアルキル基、5−アルキルアルキル基、32−アルキルアルキル基、33−アルキルアルキル基及び34−アルキルアルキル基等)、並びに、プロピレンオリゴマー(7〜11量体)、エチレン/プロピレン(モル比16/1〜1/11)オリゴマー、イソブチレンオリゴマー(7〜8量体)及びα−オレフィン(炭素数5〜20)オリゴマー(4〜8量体)等に対応するオキソアルコールのアルキル残基のような1又はそれ以上の分岐アルキル基を含有する混合アルキル基等が挙げられる。
これらのうち、電解液との親和性の観点から好ましいのは2−アルキルアルキル基であり、更に好ましいのは2−エチルヘキシル基及び2−デシルテトラデシル基である。
また、重合体(B)を構成する単量体には、カルボキシル基又は酸無水物基を有するビニルモノマー(b1)及び上記一般式(1)で表されるビニルモノマー(b2)の他に、活性水素を含有しない共重合性ビニルモノマー(b3)が含まれていてもよい。
活性水素を含有しない共重合性ビニルモノマー(b3)としては、下記(b31)〜(b35)が挙げられる。
(b31)炭素数1〜20のモノオールと(メタ)アクリル酸から形成されるカルビル(メタ)アクリレート
上記モノオールとしては、(i)脂肪族モノオール[メタノール、エタノール、n−及びi−プロピルアルコール、n−ブチルアルコール、n−ペンチルアルコール、n−オクチルアルコール、ノニルアルコール、デシルアルコール、ラウリルアルコール、トリデシルアルコール、ミリスチルアルコール、セチルアルコール、ステアリルアルコール等]、(ii)脂環式モノオール[シクロヘキシルアルコール等]、(iii)芳香脂肪族モノオール[ベンジルアルコール等]及びこれらの2種以上の混合物が挙げられる。
(b32)ポリ(n=2〜30)オキシアルキレン(炭素数2〜4)アルキル(炭素数1〜18)エーテル(メタ)アクリレート[メタノールのエチレンオキシド(以下EOと略記)10モル付加物(メタ)アクリレート、メタノールのプロピレンオキシド(以下POと略記)10モル付加物(メタ)アクリレート等]
(b33)窒素含有ビニル化合物
(b33−1)アミド基含有ビニル化合物
(i)炭素数3〜30の(メタ)アクリルアミド化合物、例えばN,N−ジアルキル(炭素数1〜6)又はジアラルキル(炭素数7〜15)(メタ)アクリルアミド[N,N−ジメチルアクリルアミド、N,N−ジベンジルアクリルアミド等]、ジアセトンアクリルアミド
(ii)上記(メタ)アクリルアミド化合物を除く、炭素数4〜20のアミド基含有ビニル化合物、例えばN−メチル−N−ビニルアセトアミド、環状アミド(ピロリドン化合物(炭素数6〜13、例えば、N−ビニルピロリドン))
(b33−2)(メタ)アクリレート化合物
(i)ジアルキル(炭素数1〜4)アミノアルキル(炭素数1〜4)(メタ)アクリレート[N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、t−ブチルアミノエチル(メタ)アクリレート、モルホリノエチル(メタ)アクリレート等]
(ii)4級アンモニウム基含有(メタ)アクリレート{3級アミノ基含有(メタ)アクリレート[N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート等]の4級化物(メチルクロライド、ジメチル硫酸、ベンジルクロライド、ジメチルカーボネート等の4級化剤を用いて4級化したもの)等}
(b33−3)複素環含有ビニル化合物
ピリジン化合物(炭素数7〜14、例えば2−又は4−ビニルピリジン)、イミダゾール化合物(炭素数5〜12、例えばN−ビニルイミダゾール)、ピロール化合物(炭素数6〜13、例えばN−ビニルピロール)、ピロリドン化合物(炭素数6〜13、例えばN−ビニル−2−ピロリドン)
(b33−4)ニトリル基含有ビニル化合物
炭素数3〜15のニトリル基含有ビニル化合物、例えば(メタ)アクリロニトリル、シアノスチレン、シアノアルキル(炭素数1〜4)アクリレート
(b33−5)その他ビニル化合物
ニトロ基含有ビニル化合物(炭素数8〜16、例えばニトロスチレン)等
(b34)ビニル炭化水素
(b34−1)脂肪族ビニル炭化水素
炭素数2〜18又はそれ以上のオレフィン[エチレン、プロピレン、ブテン、イソブチレン、ペンテン、ヘプテン、ジイソブチレン、オクテン、ドデセン、オクタデセン等]、炭素数4〜10又はそれ以上のジエン[ブタジエン、イソプレン、1,4−ペンタジエン、1,5−ヘキサジエン、1,7−オクタジエン等]等
(b34−2)脂環式ビニル炭化水素
炭素数4〜18又はそれ以上の環状不飽和化合物、例えばシクロアルケン(例えばシクロヘキセン)、(ジ)シクロアルカジエン[例えば(ジ)シクロペンタジエン]、テルペン(例えばピネン及びリモネン)及びインデン
(b34−3)芳香族ビニル炭化水素
炭素数8〜20又はそれ以上の芳香族不飽和化合物及びそれらの誘導体、例えばスチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、2,4−ジメチルスチレン、エチルスチレン、イソプロピルスチレン、ブチルスチレン、フェニルスチレン、シクロヘキシルスチレン、ベンジルスチレン、スチレンスルホン酸リチウム
(b35)ビニルエステル、ビニルエーテル、ビニルケトン、不飽和ジカルボン酸ジエステル
(b35−1)ビニルエステル
脂肪族ビニルエステル[炭素数4〜15、例えば脂肪族カルボン酸(モノ−又はジカルボン酸)のアルケニルエステル(例えば酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、ジアリルアジペート、イソプロペニルアセテート、ビニルメトキシアセテート)]
芳香族ビニルエステル[炭素数9〜20、例えば芳香族カルボン酸(モノ−又はジカルボン酸)のアルケニルエステル(例えばビニルベンゾエート、ジアリルフタレート、メチル−4−ビニルベンゾエート)、脂肪族カルボン酸の芳香環含有エステル(例えばアセトキシスチレン)]
(b35−2)ビニルエーテル
脂肪族ビニルエーテル{炭素数3〜15、例えばビニルアルキル(炭素数1〜10)エーテル[ビニルメチルエーテル、ビニルブチルエーテル、ビニル2−エチルヘキシルエーテル等]、ビニルアルコキシ(炭素数1〜6)アルキル(炭素数1〜4)エーテル[ビニル−2−メトキシエチルエーテル、メトキシブタジエン、3,4−ジヒドロ−1,2−ピラン、2−ブトキシ−2’−ビニロキシジエチルエーテル、ビニル−2−エチルメルカプトエチルエーテル等]、ポリ(2〜4)(メタ)アリロキシアルカン(炭素数2〜6)[ジアリロキシエタン、トリアリロキシエタン、テトラアリロキシブタン、テトラメタアリロキシエタン等]}
芳香族ビニルエーテル(炭素数8〜20、例えばビニルフェニルエーテル、フェノキシスチレン)
(b35−3)ビニルケトン
脂肪族ビニルケトン(炭素数4〜25、例えばビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン)
芳香族ビニルケトン(炭素数9〜21、例えばビニルフェニルケトン)
(b35−4)不飽和ジカルボン酸ジエステル
炭素数4〜34の不飽和ジカルボン酸ジエステル、例えばジアルキルフマレート(2個のアルキル基は、炭素数1〜22の、直鎖、分枝鎖もしくは脂環式の基)、ジアルキルマレエート(2個のアルキル基は、炭素数1〜22の、直鎖、分枝鎖もしくは脂環式の基)
上記(b3)として例示したもののうち電解液との親和性及び耐電圧の観点から好ましいのは、(b31)、(b32)、(b33)及び(b34)であり、更に好ましいのは、(b31)のうちのメチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、(b34)のうちのスチレンスルホン酸リチウムである。
重合体(B)において、カルボキシル基又は酸無水物基を有するビニルモノマー(b1)、上記一般式(1)で表されるビニルモノマー(b2)及び活性水素を含有しない共重合性ビニルモノマー(b3)の含有量は、重合体(B)の重量を基準として、(b1)が0.1〜80重量%、(b2)が0.1〜99.9重量%、(b3)が0〜99.8重量%であることが好ましい。
モノマーの含有量が上記範囲内であると、電解液との親和性が良好となる。
より好ましい含有量は、(b1)が30〜60重量%、(b2)が5〜60重量%、(b3)が5〜80重量%であり、さらに好ましい含有量は、(b1)が35〜50重量%、(b2)が15〜45重量%、(b3)が20〜60重量%である。
重合体(B)の数平均分子量の好ましい下限は3,000、さらに好ましくは50,000、とくに好ましくは100,000、最も好ましくは200,000であり、好ましい上限は2,000,000、さらに好ましくは1,500,000、とくに好ましくは1,000,000、最も好ましくは800,000である。
重合体(B)の数平均分子量は、以下の条件でGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)測定により求めることができる。
装置:Alliance GPC V2000(Waters社製)
溶媒:オルトジクロロベンゼン
標準物質:ポリスチレン
検出器:RI(Refractive Index)
サンプル濃度:3mg/ml
カラム固定相:PLgel 10μm、MIXED−B 2本直列(ポリマーラボラトリーズ社製)
カラム温度:135℃
重合体(B)の溶解度パラメータ(SP値)は9.0〜20.0(cal/cm1/2であることが好ましい。重合体(B)のSP値は9.5〜18.0(cal/cm1/2であることがより好ましく、9.5〜14.0(cal/cm1/2であることがさらに好ましい。重合体(B)のSP値が9.0〜20.0(cal/cm1/2であると、電解液との親和性の観点から好ましい。
また、重合体(B)のガラス転移点[以下Tgと略記、測定法:DSC(走査型示差熱分析)法]は、電池の耐熱性の観点から好ましくは80〜200℃である。
重合体(B)は、公知の重合方法(塊状重合、溶液重合、乳化重合、懸濁重合等)により製造することができる。
重合に際しては、公知の重合開始剤{アゾ系開始剤[2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル等)、パーオキシド系開始剤(ベンゾイルパーオキシド、ジ−t−ブチルパーオキシド、ラウリルパーオキシド等)]等}を使用して行なうことができる。
重合開始剤の使用量は、モノマーの全重量に基づいて好ましくは0.01〜5重量%である。
溶液重合の場合に使用される溶媒としては、例えばエステル(炭素数2〜8、例えば酢酸エチル及び酢酸ブチル)、アルコール(炭素数1〜8、例えばメタノール、エタノール及びオクタノール)、炭化水素(炭素数4〜8、例えばn−ブタン、シクロヘキサン及びトルエン)、アミド(例えばDMF及びジメチルアセトアミド)及びケトン(炭素数3〜9、例えばメチルエチルケトン)が挙げられ、使用量はモノマーの合計重量に基づいて5〜900重量%であることが好ましく、10〜400重量%であることがより好ましく、モノマー濃度としては10〜95重量%であることが好ましく、20〜90重量%であることがより好ましい。
乳化重合及び懸濁重合における分散媒としては、水、アルコール(例えばエタノール)、エステル(例えばプロピオン酸エチル)、軽ナフサ等が挙げられ、乳化剤としては、高級脂肪酸(炭素数10〜24)金属塩(例えばオレイン酸ナトリウム及びステアリン酸ナトリウム)、高級アルコール(炭素数10〜24)硫酸エステル金属塩(例えばラウリル硫酸ナトリウム)、エトキシ化テトラメチルデシンジオール、メタクリル酸スルホエチルナトリウム、メタクリル酸ジメチルアミノメチル等が挙げられる。さらに安定剤としてポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン等を加えてもよい。
溶液又は分散液のモノマー濃度は5〜95重量%であることが好ましく、重合開始剤の使用量は、モノマーの全重量に基づいて0.01〜5重量%であることが好ましく、粘着力及び凝集力の観点から0.05〜2重量%であることがより好ましい。
重合に際しては、公知の連鎖移動剤、例えばメルカプト化合物(ドデシルメルカプタン、n−ブチルメルカプタン等)及び/又はハロゲン化炭化水素(四塩化炭素、四臭化炭素、塩化ベンジル等)を使用することができる。使用量はモノマーの全重量に基づいて2重量%以下であることが好ましく、粘着力及び凝集力の観点から0.5重量%以下であることがより好ましい。
また、重合反応における系内温度は−5〜150℃であることが好ましく、30〜120℃であることがより好ましい。反応時間は0.1〜50時間であることが好ましく、2〜24時間であることがより好ましい。反応の終点は、未反応単量体の量が使用した単量体全量の5重量%以下とすることが好ましく、1重量%以下とすることがより好ましい。
被覆負極活物質を構成する高分子化合物は、重合体(B)をポリエポキシ化合物(c1)及び/又はポリオール化合物(c2)で架橋してなる架橋重合体であってもよい。
架橋重合体においては、重合体(B)中のカルボキシル基等の活性水素と反応する反応性官能基を有する架橋剤(C)を用いて重合体(B)を架橋することが好ましく、架橋剤(C)としてポリエポキシ化合物(c1)及び/又はポリオール化合物(c2)を用いることがより好ましい。
ポリエポキシ化合物(c1)としては、エポキシ当量80〜2,500のもの、例えばグリシジルエーテル[ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、ピロガロールトリグリシジルエーテル、エチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、グリセリントリグリシジルエーテル、ポリエチレングリコール(Mw200〜2,000)ジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコール(Mw200〜2,000)ジグリシジルエーテル、ビスフェノールAのアルキレンオキシド1〜20モル付加物のジグリシジルエーテル等];グリシジルエステル(フタル酸ジグリシジルエステル、トリメリット酸トリグリシジルエステル、ダイマー酸ジグリシジルエステル、アジピン酸ジグリシジルエステル等);グリシジルアミン(N,N−ジグリシジルアニリン、N,N−ジグリシジルトルイジン、N,N,N’,N’−テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、N,N,N’,N’−テトラグリシジルキシリレンジアミン、1,3−ビス(N,N−ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、N,N,N’,N’−テトラグリシジルヘキサメチレンジアミン等);脂肪族エポキシド(エポキシ化ポリブタジエン、エポキシ化大豆油等);脂環式エポキシド(リモネンジオキシド、ジシクロペンタジエンジオキシド等)が挙げられる。
ポリオール化合物(c2)としては、低分子多価アルコール{炭素数2〜20の脂肪族又は脂環式のジオール[EG、DEG、プロピレングリコール、1,3−ブチレングリコール、1,4−BG、1,6−ヘキサンジオール、3−メチルペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,9−ノナンジオール、1,4−ジヒドロキシシクロヘキサン、1,4−ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン、2,2−ビス(4,4’−ヒドロキシシクロヘキシル)プロパン等];炭素数8〜15の芳香環含有ジオール[m−又はp−キシリレングリコール、1,4−ビス(ヒドロキシエチル)ベンゼン等];炭素数3〜8のトリオール(グリセリン、トリメチロールプロパン等);4価以上の多価アルコール[ペンタエリスリトール、α−メチルグルコシド、ソルビトール、キシリット、マンニット、グルコース、フルクトース、ショ糖、ジペンタエリスリトール、ポリグリセリン(重合度2〜20)等]等}及びこれらのアルキレン(炭素数2〜4)オキサイド付加物(重合度=2〜30)等が挙げられる。
架橋剤(C)の使用量は、電解液との親和性の観点から、重合体(B)中の活性水素含有基と、架橋剤(C)中の反応性官能基の当量比が好ましくは、1:0.01〜1:2となる量である。
架橋剤(C)を用いて重合体(B)を架橋する方法としては、負極活物質を重合体(B)からなる高分子化合物で被覆した後に架橋する方法が挙げられる。具体的には、負極活物質と重合体(B)を含む高分子化合物溶液を混合し脱溶剤することにより、負極活物質が高分子化合物で被覆された被覆活物質を製造した後に、架橋剤(C)を含む溶液を被覆活物質に混合して加熱することにより、脱溶剤と架橋反応を生じさせて、架橋重合体で負極活物質を被覆する方法が挙げられる。
加熱温度は、架橋剤としてポリエポキシ化合物(c1)を用いる場合は70℃以上とすることが好ましく、ポリオール化合物(c2)を用いる場合は120℃以上とすることが好ましい。
被覆負極活物質を構成するフッ素樹脂(D)としては、フッ素含有モノマー、例えば2〜10の炭素原子及び1〜20のフッ素原子を含有するフッ素化オレフィン(テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロヘキシルエチレン等)、フッ素化アルキル(炭素数1〜10)(メタ)アクリレート[パーフルオロヘキシルエチル(メタ)アクリレート、パーフルオロオクチルエチル(メタ)アクリレート等]の1種以上の(共)重合体が挙げられる。
被覆負極活物質を構成するポリエステル樹脂(E)としては、ポリオールとポリカルボン酸の重縮合物等が挙げられる。
ポリオールとしては、ジオール(e1)及び3価以上のポリオール(e2)が、ポリカルボン酸としては、ジカルボン酸(e3)及び3価以上のポリカルボン酸(e4)が挙げられる。これらの中では、ジオール(e1)、ジカルボン酸(e3)とともに3価以上のポリオール(e2)及び/又は3価以上のポリカルボン酸(e4)を用いた非線状のポリエステル樹脂が好ましく、(e1)、(e2)、(e3)、(e4)の4成分からなるポリエステル樹脂が特に好ましい。
ジオール(e1)としては、アルキレングリコール(エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ドデカンジオール等);アルキレンエーテルグリコール(DEG、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、PEG、ポリオキシプロピレングリコール、PTMG等);脂環式ジオール(1,4−シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールF等);ビスフェノール類(ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS等);上記脂環式ジオールのアルキレンオキサイド(EO、PO、ブチレンオキサイド、スチレンオキサイド、α−オレフィンオキサイド等)付加物;上記ビスフェノール類のアルキレンオキサイド(EO、PO、ブチレンオキサイド、スチレンオキサイド、α−オレフィンオキサイド等)付加物等が挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数6以上のアルキレングリコール、ビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物、脂環式ジオールであり、特に好ましいものはビスフェノール類のPO、ブチレンオキサイド、スチレンオキサイド、α−オレフィンオキサイド付加物、炭素数8以上のアルキレングリコール、水素添加ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールF及びこれらの併用である。
3価以上のポリオール(e2)としては、3〜8価又はそれ以上の多価脂肪族アルコール(グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトール等);トリスフェノール類(トリスフェノールPA等);ノボラック樹脂(フェノールノボラック、クレゾールノボラック等);上記トリスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物;上記ノボラック樹脂のアルキレンオキサイド付加物等が挙げられる。これらのうち好ましいものは、3〜8価又はそれ以上の多価脂肪族アルコール及びノボラック樹脂のアルキレンオキサイド付加物であり、特に好ましいものはノボラック樹脂のアルキレンオキサイド付加物である。
ジカルボン酸(e3)としては、アルキレンジカルボン酸(コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカンジカルボン酸、オクタデカンジカルボン酸、ドデセニルコハク酸、ペンタデセニルコハク酸、オクタデセニルコハク酸、ダイマー酸等);アルケニレンジカルボン酸(マレイン酸、フマール酸等);芳香族ジカルボン酸(フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸等)等が挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数6〜50のアルキレンジカルボン酸、炭素数6〜50のアルケニレンジカルボン酸、炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸及びこれらの併用であり、さらに好ましいものは、炭素数7〜50のアルキレンジカルボン酸及びこれらと炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸の併用であり、特に好ましいものは、炭素数16〜50のアルケニルコハク酸及びこれらと炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸の併用である。
3価以上のポリカルボン酸(e4)としては、炭素数9〜20の芳香族ポリカルボン酸(トリメリット酸、ピロメリット酸等)、不飽和カルボン酸のビニル重合物(スチレン/マレイン酸共重合物、スチレン/アクリル酸共重合物、α−オレフィン/マレイン酸共重合物、スチレン/フマル酸共重合物等)等が挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数9〜20の芳香族ポリカルボン酸であり、特に好ましいものはトリメリット酸である。
なお、ジカルボン酸(e3)又は3価以上のポリカルボン酸(e4)としては、上述のものの酸無水物又は低級アルキルエステル(メチルエステル、エチルエステル、イソプロピルエステル等)を用いてもよい。
また、(e1)、(e2)、(e3)、(e4)とともにヒドロキシカルボン酸(e5)を共重合することもできる。ヒドロキシカルボン酸(e5)としては、ヒドロキシステアリン酸、硬化ヒマシ油脂肪酸等が挙げられる。
ポリオールとポリカルボン酸の比率は、水酸基[OH]とカルボキシル基[COOH]の当量比[OH]/[COOH]として、2/1〜1/2が好ましく、1.5/1〜1/1.5であることがより好ましい。3価以上のポリオール(e2)及び3価以上のポリカルボン酸(e4)の比率は、(e2)と(e4)のモル数の和が(e1)〜(e4)のモル数の合計に対して、0〜40モル%であることが好ましく、3〜25モル%であることがより好ましい。(e2)と(e3)とのモル比は、0/100〜100/0であることが好ましく、80/20〜20/80であることがより好ましい。
ポリエステル樹脂(E)は、2,000〜50,000の数平均分子量を有することが、電解液との親和性の観点で好ましい。
ポリエステル樹脂(E)の数平均分子量は、GPCにより測定される。ポリエステル樹脂(E)の数平均分子量の測定に使用されるGPCの条件は、例えば以下の条件である。
装置:HLC−8220GPC(東ソー株式会社製液体クロマトグラフ)
カラム:TSK gel Super H4000+TSK gel Super H3000+TSK gel Super H2000(いずれも東ソー株式会社製)
カラム温度:40℃
検出器:RI(Refractive Index)
溶媒:テトラヒドロフラン
流速:0.6ml/分
試料濃度:0.25重量%
注入量:10μl
標準:ポリスチレン(東ソー株式会社製;TSK STANDARD POLYSTYRENE)
ポリエステル樹脂(E)は、ポリカルボン酸とポリオールとを、テトラブトキシチタネート、ジブチルチンオキサイド等公知のエステル化触媒の存在下、150〜280℃に加熱し、脱水縮合することで得られる。反応末期の反応速度を向上させるために減圧にすることも有効である。
被覆負極活物質を構成するポリエーテル樹脂(F)としては、例えば、ポリオキシアルキレングリコール{オキシアルキレンの重合度2〜100(うちオキシエチレンの重合度は5〜30が好ましく、オキシアルキレンの炭素数は2〜4が好ましい。以下のポリエーテル樹脂に関しても同様)[例えば、ポリオキシエチレン(重合度20)/ポリオキシプロピレン(重合度20)ブロックコポリマー(プルロニック型等)]}、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル(オキシアルキレンの重合度2〜100、アルキルの炭素数8〜40)(例えば、オクチルアルコールEO20モル付加物、ラウリルアルコールEO20モル付加物、ステアリルアルコールEO10モル付加物、オレイルアルコールEO5モル付加物、ラウリルアルコールEO10モルPO20モルブロック付加物等);ポリオキシアルキレン高級脂肪酸エステル(オキシアルキレンの重合度2〜100、高級脂肪酸の炭素数8〜40)(例えば、ステアリル酸EO10モル付加物、ラウリン酸EO10モル付加物);ポリオキシアルキレン多価アルコ−ル高級脂肪酸エステル(オキシアルキレンの重合度2〜100、多価アルコールの炭素数2〜40、高級脂肪酸の炭素数8〜40)[例えば、ポリエチレングリコール(重合度20)のラウリン酸ジエステル、ポリエチレングリコール(重合度20)のオレイン酸ジエステル];ポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテル(オキシアルキレンの重合度2〜100、アルキルの炭素数8〜40)(例えば、ノニルフェノールEO4モル付加物、ノニルフェノールEO8モルPO20モルブロック付加物、オクチルフェノールEO10モル付加物、ビスフェノールA・EO10モル付加物、スチレン化フェノールEO20モル付加物);ポリオキシアルキレンアルキルアミノエーテル(オキシアルキレンの重合度2〜100、アルキルの炭素数8〜40)及び(例えば、ラウリルアミンEO10モル付加物、ステアリルアミンEO10モル付加物);ポリオキシアルキレンアルカノールアミド[オキシアルキレンの重合度2〜100、アミド(アシル部分)の炭素数8〜24](例えば、ヒドロキシエチルラウリン酸アミドのEO10モル付加物、ヒドロキシプロピルオレイン酸アミドのEO20モル付加物)が挙げられ、2種以上併用してもよい。
被覆負極活物質を構成するポリアミド樹脂(G)としては、特に限定されないが、炭素数54の三塩基酸を少なくとも40重量%含有する重合脂肪酸(g1)、炭素数2〜4の脂肪族モノカルボン酸(g2)及びエチレンジアミンと炭素数3〜9脂肪族ポリアミンとからなるポリアミン(g3)を縮合重合せしめて得られる樹脂が好ましい。
重合脂肪酸(g1)としては、例えばオレイン酸やリノール酸等の不飽和脂肪酸又はこれらの低級アルキルエステル(炭素数1〜3)を重合した後、利用価値の高い炭素数36の二塩基酸成分を蒸留により採取した後の残渣でトリマー酸とも呼ばれる、例えば下記のごとき組成のものが挙げられる。
炭素数18の一塩基酸:0〜5重量%(好ましくは0〜2重量%)
炭素数36の二塩基酸:60重量%未満(好ましくは50重量%未満)
炭素数54の三塩基酸:40重量%以上(好ましくは50重量%以上)
また、必要により該(g1)の一部を他の三塩基酸もしくは四塩基酸に置き換えても良い。該他の三塩基酸もしくは四塩基酸としては、トリメリット酸、ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ブタンテトラカルボン酸(これらの酸無水物、炭素数1〜3のアルキルエステルを含む)等が挙げられる。
炭素数2〜4の脂肪族モノカルボン酸(g2)としては、酢酸、プロピオン酸及び酪酸が挙げられ、これらはそれぞれ単独もしくは任意の割合で混合して使用することができる。
(g2)の使用量は、全カルボン酸成分[(g1)+(g2)]に対して20〜40当量%であることが好ましく、30〜40当量%であることがより好ましい。
ポリアミン(g3)を構成する炭素数3〜9の脂肪族ポリアミンとしては、ジエチレントリアミン、プロピレンジアミン、ジアミノブタン、ヘキサメチレンジアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、イミノビスプロピルアミン、メチルイミノビスプロピルアミン等が挙げられる。該(g3)は、エチレンジアミンと炭素数3〜9の脂肪族ポリアミンの一種以上の混合物であり、且つ該(g3)に占めるエチレンジアミンの比率は60〜85当量%であることが好ましく、70〜80当量%であることがより好ましい。
ポリアミド樹脂(G)の数平均分子量は3,000〜50,000であることが好ましく、5,000〜10,000であることがより好ましい。
ポリアミド樹脂(G)の数平均分子量は、以下の条件でGPC測定により求めることができる。
装置:HLC−802A(東ソー株式会社製)
カラム:TSK gel GMH6 2本(東ソー株式会社製)
測定温度:40℃
試料溶液:0.25重量%DMF溶液
溶液注入量:200μl
検出器:RI(Refractive Index)
標準:ポリスチレン(東ソー株式会社製;TSK STANDARD POLYSTYRENE)
ポリアミド樹脂(G)の微量融点測定法(JIS K0064−1992,3.2に規定される融点測定方法に準じ、融点測定装置を用いて測定される)による融点は、電池の耐熱性の観点から好ましくは100〜150℃である。
ポリアミド樹脂(G)は、公知の重合脂肪酸系ポリアミド樹脂の製造方法と同じ方法で製造することができる。アミド化縮合重合反応の反応温度は、160〜250℃であることが好ましく、180〜230℃であることがより好ましい。反応は着色を防止するため窒素ガス等の不活性ガス中で行うことが好ましく、反応末期には反応の完結あるいは揮発性成分の除去を促進するため、反応を減圧下で行ってもよい。また、アミド化縮合重合反応後に、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール系溶剤で反応生成物を希釈して溶液状にすることもできる。
被覆層に含まれる高分子化合物としては、電解液に浸漬した際の吸液率が10%以上であり、飽和吸液状態での引張破断伸び率が10%以上である高分子化合物が好ましい。
電解液に浸漬した際の吸液率は、電解液に浸漬する前、浸漬した後の高分子化合物の重量を測定して、以下の式で求められる。
吸液率(%)=[(電解液浸漬後の高分子化合物の重量−電解液浸漬前の高分子化合物の重量)/電解液浸漬前の高分子化合物の重量]×100
吸液率を求めるための電解液としては、好ましくはエチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)を体積割合でEC:DEC=3:7で混合した混合溶媒に、電解質としてLiPFを1mol/Lの濃度になるように溶解した電解液を用いる。
吸液率を求める際の電解液への浸漬は、50℃、3日間行う。50℃、3日間の浸漬を行うことにより高分子化合物が飽和吸液状態となる。なお、飽和吸液状態とは、それ以上電解液に浸漬しても高分子化合物の重量が増えない状態をいう。
なお、リチウムイオン電池を製造する際に使用する電解液は、上記電解液に限定されるものではなく、他の電解液を使用してもよい。
吸液率が10%以上であると、被覆層のリチウムイオン導電性を高く保ちやすくなる。吸液率が10%未満であると、リチウムイオンの伝導性が低くなり、リチウムイオン電池としての性能が充分に発揮されないことがある。
吸液率の好ましい上限値は400%である。
飽和吸液状態での引張破断伸び率は、高分子化合物をダンベル状に打ち抜き、上記吸液率の測定と同様に電解液への浸漬を50℃、3日間行って高分子化合物を飽和吸液状態として、ASTM D683(試験片形状TypeII)に準拠して測定することができる。引張破断伸び率は、引張試験において試験片が破断するまでの伸び率を下記式によって算出した値である。
引張破断伸び率(%)=[(破断時試験片長さ−試験前試験片長さ)/試験前試験片長さ]×100
高分子化合物の飽和吸液状態での引張破断伸び率が10%以上であると、高分子化合物が適度な柔軟性を有するため、充放電時の負極活物質の体積変化によって被覆層が剥離することを抑制しやすくなる。引張破断伸び率の好ましい上限値は400%である。
本発明において、被覆層はさらに導電助剤を含んでいてもよい。導電助剤としては上述の導電材料及び導電性材料と同じものを用いることができ、なかでもカーボン及び導電性繊維が好ましく、カーボンとしてはアセチレンブラックがさらに好ましい。
導電性繊維の平均繊維長は特に限定されないが、0.1〜100μmであることが好ましい。導電性繊維の平均繊維径は特に限定されないが、0.01〜10μmであることが好ましく、0.01〜3μmであることがより好ましく、0.01〜1μmであることがさらに好ましい。
なお、導電性繊維は、カーボンナノフィラー、カーボンナノチューブ等の形態であってもよい。
被覆層が導電助剤を含む場合、リチウムイオン電池用負極活物質の重量に対する高分子化合物と導電助剤との合計重量の割合は、特に限定されるものではないが、1.1〜25重量%であることが好ましい。
被覆層が含有する導電助剤の重量に対する高分子化合物の重量の割合は、特に限定されるものではないが、13〜500重量%であることが好ましく、15〜35重量%であることがより好ましい。
リチウムイオン電池用被覆負極活物質の重量に対する導電助剤の重量の割合は、特に限定されるものではないが、1〜14重量%であることが好ましい。
負極活物質の表面の少なくとも一部に被覆層を作製する方法としては、高分子化合物及びリチウムイオン電池用負極活物質を混合することによって製造してもよく、被覆層が導電助剤を用いる場合には高分子化合物と導電助剤とを混合して被覆材を準備したのち、該被覆材とリチウムイオン電池用負極活物質とを混合することにより製造してもよく、高分子化合物、導電助剤及びリチウムイオン電池用負極活物質を混合することによって製造してもよい。なお、リチウムイオン電池用負極活物質と高分子化合物と導電助剤とを混合する場合、混合順序には特に制限はないが、リチウムイオン電池用負極活物質と高分子化合物とを混合した後、導電助剤を加えて更に混合することが好ましい。
上記方法により、高分子化合物と必要により用いる導電助剤を含む被覆層によってリチウムイオン電池用負極活物質の表面の少なくとも一部が被覆される。
負極活物質の表面の少なくとも一部に被覆層を作製する具体的な方法としては、例えば、負極活物質を万能混合機に入れて30〜500rpmで撹拌した状態で、上記高分子化合物を含む高分子溶液を1〜90分かけて滴下混合し、さらに必要に応じて導電助剤を混合し、撹拌したまま50〜200℃に昇温し、0.007〜0.04MPaまで減圧した後に10〜150分保持することにより被覆負極活物質を得ることができる。
負極活物質層における負極活物質と高分子化合物の重量比率は、負極活物質:高分子化合物=100:1〜100:10であることが好ましく、より好ましくは100:2〜100:8であり、さらに好ましくは100:3〜100:6である。
負極活物質層は、上記被覆負極活物質、必要により用いる結着剤及び必要により用いる導電助剤を、水又は溶媒の重量に基づいて、固形分濃度が好ましくは30〜60重量%の濃度となるように分散してスラリー化した分散液を、集電体にバーコーダー等の塗工装置で塗布後、乾燥して水又は溶媒を除去して、必要によりプレス機でプレスすること等によって得られる。
負極活物質層の表面抵抗率は、樹脂集電体の負極活物質層側表面の表面抵抗率よりも大きければその値は特に限定されないが、40〜400Ω/sqであることが好ましく、100〜400Ω/sqであることがより好ましい。
被覆負極活物質を構成する負極活物質として上記の好ましい負極活物質を用い、被覆層として上記の好ましい高分子化合物を含むことで、負極活物質層の表面抵抗率を上記の好ましい範囲とすることができる。
負極活物質層の表面抵抗率は以下の方法により測定することができる。
<負極活物質層の表面抵抗率の測定方法>
被覆負極活物質とプロピレンカーボネートとを1:1の体積比で混合した負極活物質スラリーを作製する。ガラス板の上に配置したアラミドシートの上に横幅120mm×縦幅40mmの切り抜き部を有する厚さ1.5mmの鋼板を重ね、負極活物質スラリーを鋼板の切り抜き部内に流し込んで120mm×40mm×1.5mmのシート状にし、その上にアラミドシートを配置し、上から加圧してプロピレンカーボネートを吸い取って測定用試料を作製する。作製した試料についてJIS K 7194−1994 導電性プラスチックの4探針法による抵抗率試験方法に準じた表面抵抗率計[ロレスタGP MCP−T610型(株)三菱化学アナリテック製等]を用いて、4探針法により求めることができる。具体的には、上記手順で作製した測定用試料の表面に4本の針状の電極を直線上に置き、外側の2探針間に一定の電流を流す。そして、内側の2探針間に生じる電位差を測定し、抵抗値(V/I)を算出する。この抵抗値に抵抗率補正係数を乗ずることにより、表面抵抗率(Ω/sq)を算出することができる。
本発明のリチウムイオン二次電池用負極電極が有する負極活物質層は、結着剤(バインダともいう)を含むことができる。結着剤としては、リチウムイオン二次電池の電極において負極活物質粒子と集電体との結着及び負極活物質粒子同士の結着を目的として用いられる公知の結着剤(デンプン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、スチレン−ブタジエンゴム、ポリエチレン及びポリプロピレン等の高分子化合物)等が挙げられる。
なお、被覆負極活物質を用いる場合は、被覆層の働きによって負極活物質粒子を電極内に結着することなく導電経路を維持することができるため、結着剤を含むことが必須ではない。結着剤を含まない場合、負極活物質粒子が電極内に結着されないため外部からの応力に対する緩和能力が良好となり、電極の耐久性が向上するため、結着剤を含まないことも好ましい。
本発明のリチウムイオン二次電池用負極電極は、水又は溶媒に被覆負極活物質並びに必要により用いる導電性繊維及び結着剤を、水又は溶媒の重量に基づいて30〜60重量%の濃度で分散してスラリー化した電極スラリーを、上記の樹脂集電体にバーコーター等の塗工装置で塗布した後、加熱(30〜200℃が好ましく、50〜150℃がより好ましい)乾燥して水又は溶媒を除去して、必要によりプレス機等で必要な厚さ(10〜500μmが好ましく、10〜100μmがより好ましい)に成形することで得ることができる。
電極スラリーに用いる溶媒として好ましいものとしては、1−メチル−2−ピロリドン、メチルエチルケトン、DMF、ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン及びテトラヒドロフラン等が挙げられる。
本発明のリチウムイオン二次電池について説明する。
本発明のリチウムイオン二次電池は、本発明のリチウムイオン二次電池用負極電極を用いたことを特徴とする。
本発明のリチウムイオン二次電池は、本発明のリチウムイオン二次電池用負極電極と、対極となる正極電極を組み合わせて、セパレータと共にセル容器に収納し、電解液を注入し、セル容器を密封することで得られる。
また、集電体の一方の面に正極活物質層を形成し、もう一方の面に負極活物質層を形成して双極型電極を作製し、双極型電極をセパレータと積層してセル容器に収納し、電解液を注入し、セル容器を密封することでも得られる。
正極電極としては、リチウムイオン二次電池に用いられる公知の正極集電体と公知の正極活物質からなる公知の電極を使用することができる。
正極活物質としては、リチウムと遷移金属との複合酸化物{遷移金属が1種である複合酸化物(LiCoO、LiNiO、LiAlMnO、LiMnO及びLiMn等)、遷移金属元素が2種である複合酸化物(LiFeMnO、LiNi1−xCo、LiMn1−yCo、LiNi0.8Co0.15Al0.05及びLiNi1/3Co1/3Al1/3等)、遷移金属元素が3種類以上である複合酸化物[例えばLiMM’M’’(M、M’及びM’’はそれぞれ異なる遷移金属元素であり、a+b+c=1を満たす。例えばLiNi1/3Mn1/3Co1/3)]等}等、リチウム含有遷移金属リン酸塩(例えばLiFePO、LiCoPO、LiMnPO、LiNiPO)、遷移金属酸化物(例えばMnO及びV)、遷移金属硫化物(例えばMoS及びTiS)及び導電性高分子(例えばポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリ−p−フェニレン及びポリビニルカルバゾール)等が挙げられ、2種以上を併用してもよい。
なお、リチウム含有遷移金属リン酸塩は、遷移金属サイトの一部を他の遷移金属で置換したものであってもよい。
正極集電体を構成する材料としては、公知の金属集電体並びに特開2012−150905号公報及び国際公開第2015/005116号等に記載された公知の樹脂集電体を用いることができるが、本発明のリチウムイオン二次電池用負極電極を構成する樹脂集電体と同様の材料を用いることが好ましい。
セパレーターとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン製フィルムの微多孔膜、多孔性のポリエチレンフィルムとポリプロピレンとの多層フィルム、ポリエステル繊維、アラミド繊維、ガラス繊維等からなる不織布、及びそれらの表面にシリカ、アルミナ、チタニア等のセラミック微粒子を付着させたもの等が挙げられる。
電解液としては、リチウムイオン二次電池の製造に用いられる、電解質及び非水溶媒を含有する電解液を使用することができる。
電解質としては、公知のリチウムイオン電池用電解液に用いられているもの等が使用でき、例えばLiPF、LiBF、LiSbF、LiAsF及びLiClO等の無機酸のリチウム塩、LiN(CFSO、LiN(CSO及びLiC(CFSO等の有機酸のリチウム塩が挙げられる。これらの内、電池出力及び充放電サイクル特性の観点から好ましいのはLiPFである。
非水溶媒としては、公知のリチウム電池用電解液に用いられているもの等が使用でき、例えば、ラクトン化合物、環状又は鎖状炭酸エステル、鎖状カルボン酸エステル、環状又は鎖状エーテル、リン酸エステル、ニトリル化合物、アミド化合物、スルホン、スルホラン及びこれらの混合物を用いることができる。
ラクトン化合物としては、5員環(γ−ブチロラクトン及びγ−バレロラクトン等)及び6員環のラクトン化合物(δ−バレロラクトン等)等を挙げることができる。
環状炭酸エステルとしては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート(EC)及びブチレンカーボネート(BC)等が挙げられる。
鎖状炭酸エステルとしては、ジメチルカーボネート(DMC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、ジエチルカーボネート(DEC)、メチル−n−プロピルカーボネート、エチル−n−プロピルカーボネート及びジ−n−プロピルカーボネート等が挙げられる。
鎖状カルボン酸エステルとしては、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル及びプロピオン酸メチル等が挙げられる。
環状エーテルとしては、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、1,3−ジオキソラン及び1,4−ジオキサン等が挙げられる。
鎖状エーテルとしては、ジメトキシメタン及び1,2−ジメトキシエタン等が挙げられる。
リン酸エステルとしては、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸エチルジメチル、リン酸ジエチルメチル、リン酸トリプロピル、リン酸トリブチル、リン酸トリ(トリフルオロメチル)、リン酸トリ(トリクロロメチル)、リン酸トリ(トリフルオロエチル)、リン酸トリ(トリパーフルオロエチル)、2−エトキシ−1,3,2−ジオキサホスホラン−2−オン、2−トリフルオロエトキシ−1,3,2−ジオキサホスホラン−2−オン及び2−メトキシエトキシ−1,3,2−ジオキサホスホラン−2−オン等が挙げられる。
ニトリル化合物としては、アセトニトリル等が挙げられる。
アミド化合物としては、DMF等が挙げられる。
スルホンとしては、ジメチルスルホン及びジエチルスルホン等が挙げられる。
非水溶媒は1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
非水溶媒の内、電池出力及び充放電サイクル特性の観点から好ましいのは、ラクトン化合物、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル及びリン酸エステルであり、更に好ましいのはラクトン化合物、環状炭酸エステル及び鎖状炭酸エステルであり、特に好ましいのは環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルの混合液である。最も好ましいのはエチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)の混合液である。
セル容器を構成する材料としては、ステンレススチール、鉄、アルミニウム及びニッケルメッキスチール等の金属材料及びプラスチック材料等を用いることもできる。またセル容器の形状は特に限定されず、用途に応じて円筒型、コイン型、角型又はその他任意の形状にすることができる。
(実施例)
次に本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明の主旨を逸脱しない限り本発明は実施例に限定されるものではない。特記しない限り、部は重量部、%は重量%を意味する。
なお、樹脂集電体の負極活物質層側表面の表面抵抗率及び負極活物質層の表面抵抗率はそれぞれ以下の方法で行った。
<樹脂集電体の負極活物質層側表面の表面抵抗率の測定>
JIS K 7194−1994 導電性プラスチックの4探針法による抵抗率試験方法に準じた表面抵抗率計[ロレスターGP MCP−T610 (株)三菱化学アナリテック製]を用いて、樹脂集電体の表面に4本の針状の電極(4探針プローブ)を直線上に置き、リミッタ電圧を10V又は90Vに設定して外側の2探針間に電流を流した。なお、流れる電流値は抵抗率計が計測した試料の抵抗値に応じて0.1μAから100mAの範囲で自動的に選択される。そして、抵抗率計が表示した表面抵抗率(Ω/sq)を樹脂集電体の表面抵抗率とし、より表面抵抗率の低い表面を負極活物質層側の表面とした。
<負極活物質層の表面抵抗率の測定>
被覆負極活物質とプロピレンカーボネートとを1:1の体積比で混合した負極活物質スラリーを作製し、ガラス板の上に配置したアラミドシートの上に積層した横幅120mm×縦幅40mmの切り抜き部を有する厚さ1.5mmの鋼板の切り抜き部内に負極活物質スラリーを流し込んで120mm×40mm×1.5mmの負極活物質層を作成した。次いで負極活物質層の上にアラミドシートを配置し、上から加圧してプロピレンカーボネートを吸い取ることで測定用試料を作製した。作製した試料について、上記の樹脂集電体と同様にJIS K 7194−1994 に準じた表面抵抗率計[ロレスターGP MCP−T610 (株)三菱化学アナリテック製]を用いて表面抵抗率を測定した。
[製造例1]
<被覆用高分子化合物溶液(1)の合成>
撹拌機、温度計、還流冷却管、滴下ロートおよび窒素ガス導入管を付した4つ口フラスコに、酢酸エチル83部とメタノール17部とを仕込み68℃に昇温した。次いで、メタクリル酸242.8部、メチルメタクリレート97.1部、2−エチルヘキシルメタクリレート242.8部、酢酸エチル52.1部およびメタノール10.7部を配合したモノマー配合液と、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)0.263部を酢酸エチル34.2部に溶解した開始剤溶液とを4つ口フラスコ内に窒素を吹き込みながら、撹拌下、滴下ロートで4時間かけて連続的に滴下してラジカル重合を行った。滴下終了後、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)0.583部を酢酸エチル26部に溶解した開始剤溶液を滴下ロートを用いて2時間かけて連続的に追加した。さらに、沸点で重合を4時間継続した。溶媒を除去し、高分子化合物582部を得た後、イソプロパノールを1,360部加えて、高分子化合物濃度30質量%の被覆用高分子化合物溶液(1)を得た。
[製造例2]
<負極樹脂集電体(X−1)の作製>
ポリプロピレン[サンアロマーPL500A、サンアロマー(株)製]75部、アセチレンブラック[デンカブラック(登録商標)NH−100、デンカ(株)製]20部及び分散剤[ユーメックス1001、三洋化成工業(株)製]5部を180℃、100rpm、滞留時間10分の条件で2軸押出機で溶融混練して樹脂集電体用ペレットを得た。得られた樹脂集電体用ペレットを、熱プレス機により膜厚100μmに圧延して導電性高分子フィルムを作成した。更に得られた導電性高分子フィルムの一方の面に液状エポキシ樹脂[セロキサイド2021P(脂環式エポキシ樹脂)、(株)ダイセル製]7質量部、多官能エポキシ樹脂[マープルーフG2050M、日油(株)製]15質量部、メチルエチルケトン75質量部及びニッケル粒子[商品名「Type255」、Vale社製、数平均粒子径:2.2〜2.8μm]3質量部及び硬化剤[サンエイドSI−60、三新化学工業(株)製]0.5質量部を混合して得られた導電性材料溶液をアプリケータ(ギャップ30μm)を用いて塗布し、次いで110℃で3時間加熱して脱溶剤とエポキシ樹脂の硬化を行って抵抗低減層を設け、抵抗低減層を有する負極樹脂集電体(X−1)を得た。上記<樹脂集電体の負極活物質層側表面の表面抵抗率の測定>に記載された方法に従って、得られた負極樹脂集電体(X−1)の抵抗低減層を設けた面における表面抵抗率を測定したところ、90Ω/sqであった。
[製造例3]
<負極樹脂集電体(X−2)の作製>
ポリプロピレン[サンアロマーPL500A、サンアロマー(株)製]30部及びニッケル粒子[商品名「Type255」、Vale社製、数平均粒子径:2.2〜2.8μm]70部を260℃、100rpm、滞留時間5分の条件で2軸押出機で溶融混練して樹脂集電体用ペレットを得た。得られた樹脂集電体用ペレットを、熱プレス機により膜厚120μmに圧延して負極樹脂集電体(X−2)を作成した。得られた負極樹脂集電体(X−2)は抵抗低減層を有しておらず、製造例2と同様の方法で測定した表面抵抗率は、いずれの表面も550Ω/sqであった。
[製造例4]
<負極樹脂集電体(X−3)の作製>
上記製造例3で得た負極樹脂集電体(X−2)の片面に、真空蒸着法によりニッケルの金属膜を厚さ250nmで形成して、金属膜を片面に設けた負極樹脂集電体(X−3)を得た。製造例2と同様の方法で測定した負極樹脂集電体(X−3)の金属膜を設けた面(抵抗低減層を設けた面)における表面抵抗率は5Ω/sqであった。
[製造例5]
<被覆負極活物質(C1)の作製>
負極活物質としてハードカーボン粉末[(株)クレハ・バッテリー・マテリアルズ・ジャパン製](平均粒径15μm)87.2部を万能混合機に入れ、室温、700rpmで撹拌した状態で、上記製造例1で得た被覆用高分子化合物溶液(1)10.0部(高分子化合物の固形分換算で3.0部)を10分かけて滴下混合し、さらに10分間撹拌した。
次いで、導電性材料としてアセチレンブラック[デンカブラック(登録商標)NH−100、デンカ(株)製]9.9部を2回に分けて混合し60分撹拌した。140℃に昇温し、−0.1MPaGまで減圧し、200rpmで180分攪拌して、被覆用高分子化合物溶液(1)に含まれていたイソプロパノールを除去した。上記操作により被覆負極活物質(C1)を得た。被覆負極活物質(C1)を用いて作成した負極活物質層の表面抵抗率を、上記<負極活物質層の表面抵抗率の測定>に記載された方法に従って測定したところ120Ω/sqであった。
[製造例6]
<被覆負極活物質(C2)の作製>
負極活物質としてハードカーボン粉末[(株)クレハ・バッテリー・マテリアルズ・ジャパン製](平均粒径15μm)85.3部を万能混合機に入れ、室温、700rpmで撹拌した状態で、上記製造例1で得た被覆用高分子化合物溶液(1)16.7部(高分子化合物の固形分換算で5.0部)を10分かけて滴下混合し、さらに10分間撹拌した。
次いで、導電性材料としてアセチレンブラック[デンカブラック(登録商標)NH−100、デンカ(株)製]9.7部を2回に分けて混合し60分撹拌した。140℃に昇温し、−0.1MPaまで減圧し、200rpmで180分攪拌して、被覆用高分子化合物溶液(1)に含まれていたイソプロパノールを除去した。上記操作により被覆負極活物質(C2)を得た。被覆負極活物質(C2)を用いて作成した負極活物質層の表面抵抗率を製造例5と同様の方法により測定したところ400Ω/sqであった。
[製造例7]
<被覆負極活物質(C3)の作製>
負極活物質としてハードカーボン粉末[(株)クレハ・バッテリー・マテリアルズ・ジャパン製](平均粒径15μm)88.0部を万能混合機に入れ、室温、700rpmで撹拌した状態で、上記製造例1で得た被覆高分子化合物溶液(1)6.7部(高分子化合物の固形分換算で2.0部)を10分かけて滴下混合し、さらに10分間撹拌した。
次いで、導電性材料としてアセチレンブラック[デンカブラック(登録商標)NH−100、デンカ(株)製]10.0部を2回に分けて混合し60分撹拌した。140℃に昇温し、−0.1MPaまで減圧し、200rpmで180分攪拌して、被覆用高分子化合物溶液(1)に含まれていたイソプロパノールを除去した。上記操作により被覆負極活物質(C3)を得た。得られた被覆負極活物質(C3)を用いて作成した負極活物質層の表面抵抗率を製造例5と同様の方法により測定したところ10Ω/sqであった。
[製造例8]
<被覆負極活物質(C4)の作製>
負極活物質としてハードカーボン粉末[(株)クレハ・バッテリー・マテリアルズ・ジャパン製](平均粒径15μm)83.0部を万能混合機に入れ、室温、700rpmで撹拌した状態で、上記製造例1で得た被覆用高分子化合物溶液(1)23.4部(高分子化合物の固形分換算で7.0部)を10分かけて滴下混合し、さらに10分間撹拌した。
次いで、導電性材料としてアセチレンブラック[デンカブラック(登録商標)NH−100、デンカ(株)製]10.0部を2回に分けて混合し60分撹拌した。140℃に昇温し、−0.1MPaまで減圧し、200rpmで180分攪拌して、被覆用高分子化合物溶液(1)に含まれていたイソプロパノールを除去した。上記操作により被覆負極活物質(C4)を得た。得られた被覆負極活物質(C4)を用いて作成した負極活物質層の表面抵抗率を製造例5と同様の方法により測定したところ800Ω/sqであった。
<実施例1>
<リチウムイオン二次電池用負極電極及び評価用リチウムイオン二次電池の作製>
被覆負極活物質(C1)、アセチレンブラック[デンカ(株)製]及びポリフッ化ビニリデン(PVdF)の90:5:5(質量比)を混合し、更にN−メチル−2−ピロリドン(NMP)と混合して負極活物質スラリーを調製した。このスラリーを被覆負極活物質の塗布量(面密度)が2.5mg/cmになるように、ポリプロピレン(PP)セパレータ(厚さ:25μm)の上に塗布した後、更に減圧下で80℃に加熱してセパレータ上に負極活物質層(厚さ:40μm)を形成した。次いで、負極被覆活物質と負極樹脂集電体(X−1)が有する抵抗低減層とが接するように、セパレータ、負極活物質層及び負極樹脂集電体(X−1)を積層し、本発明のリチウムイオン二次電池用負極電極(E1)とセパレータとの積層体を作製した。得られた積層体を直径15mmの円盤状に打ち抜き、金属リチウムを直径15mmの円盤状に打ち抜いたものを打ち抜いた積層体のセパレータと重ね、それを評価用コインセル容器に収納し、更に電解液を注入した後に封止して評価用リチウムイオン電池(V1)を作製した。なお、電解液として、1MLiPFをエチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)との混合溶媒(体積比1:1)に溶解した溶液を準備した。
<リチウムイオン二次電池の充放電サイクル特性の評価>
評価用リチウムイオン電池(V1)に対して、充放電測定装置「バッテリーアナライザー1470型」[東陽テクニカ(株)製]を用いて、0.1Cの電流で電圧4.3Vまで充電し、10分間の休止後、0.1Cの電流で電池電圧を3.0Vまで放電し、この充放電を繰り返した。この時の初回充電時の電池容量と200サイクル目充電時の電池容量を測定し、下記式から充放電サイクル特性を算出した。得られた充放電サイクル特性の値は88%であった。
充放電サイクル特性(%)=(200サイクル目充電時の電池容量/初回充電時の電池容量)×100
なお、充放電サイクル特性の値が大きい程、充放電サイクル特性が良好であることを示す。
<実施例2>
被覆負極活物質(C1)を被覆負極活物質(C2)に変更したこと以外は実施例1と同様に行い、本発明のリチウムイオン二次電池用負極電極(E2)とセパレータとの積層体を作製した。更に実施例1と同様にして評価用リチウムイオン電池(V2)を作製し、実施例1と同様に充放電サイクル特性を算出した。得られた充放電サイクル特性の値は90%であった。
<実施例3>
被覆負極活物質(C1)を被覆負極活物質(C3)に、負極樹脂集電体(X−1)を負極樹脂集電体(X−3)に変更したこと以外は実施例1と同様に行い、本発明のリチウムイオン二次電池用負極電極(E3)とセパレータとの積層体を作製した。更に実施例1と同様にして評価用リチウムイオン電池(V3)を作製し、実施例1と同様に充放電サイクル特性を算出した。得られた充放電サイクル特性の値は87%であった。
<実施例4>
被覆負極活物質(C1)を被覆負極活物質(C4)に、負極樹脂集電体(X−1)を負極樹脂集電体(X−2)に変更したこと以外は実施例1と同様に行い、本発明のリチウムイオン二次電池用負極電極(E4)とセパレータとの積層体を作製した。更に実施例1と同様にして評価用リチウムイオン電池(V4)を作製し、実施例1と同様に充放電サイクル特性を算出した。得られた充放電サイクル特性の値は85%であった。
<比較例1>
被覆負極活物質(C1)を被覆負極活物質(C3)に変更したこと以外は実施例1と同様に行い、比較用のリチウムイオン二次電池用負極電極(HE1)とセパレータとの積層体を作製した。更に実施例1と同様にして比較用リチウムイオン電池(HV1)を作製し、実施例1と同様に充放電サイクル特性を算出した。得られた充放電サイクル特性の値は80%であった。
<比較例2>
負極樹脂集電体(X−1)を負極樹脂集電体(X−2)に変更したこと以外は実施例1と同様に行い、比較用のリチウムイオン二次電池用負極電極(HE2)とセパレータとの積層体を作製した。更に実施例1と同様にして比較用リチウムイオン電池(HV2)を作製し、実施例1と同様に充放電サイクル特性を算出した。得られた充放電サイクル特性の値は76%であった。
Figure 2018049825
本発明のリチウムイオン二次電池用負極電極を用いた評価用リチウムイオン二次電池は、比較用リチウムイオン二次電池に比べて充放電サイクル特性にすぐれる。これは、比較用リチウムイオン二次電池では200サイクルの充放電を繰り返す過程で何らかの欠陥が発生し、それによる電解液及び負極活物質の劣化が起こって充放電サイクル特性が悪化したのに対し、本発明のリチウムイオン二次電池用負極電極を用いた評価用リチウムイオン二次電池では欠陥が発生してもそれによる電解液及び負極活物質の劣化が起こっていないためと考えられる。
本発明により得られるリチウムイオン二次電池用負極電極は、長期間の充放電サイクル特性に優れるため、特に、携帯電話、パーソナルコンピューター及びハイブリッド自動車、電気自動車用に用いられるリチウムイオン二次電池用の負極電極として有用である。

Claims (5)

  1. 樹脂集電体上に負極活物質層を形成してなるリチウムイオン二次電池用負極電極であって、
    前記負極活物質層は、負極活物質の表面の少なくとも一部が高分子化合物を含む被覆層で被覆された被覆負極活物質を含んでおり、
    前記樹脂集電体の負極活物質層側表面の表面抵抗率が前記負極活物質層の表面抵抗率よりも小さいことを特徴とするリチウムイオン二次電池用負極電極。
  2. 前記負極活物質層の表面抵抗率が100〜400Ω/sqである請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用負極電極。
  3. 前記負極活物質層における前記負極活物質と前記高分子化合物の重量比率は、負極活物質:高分子化合物=100:3〜100:6である請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池用負極電極。
  4. 前記樹脂集電体が、導電性高分子フィルムからなる基材と抵抗低減層との積層体である請求項1〜3のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用負極電極。
  5. 請求項1〜4のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用負極電極を用いたことを特徴とするリチウムイオン二次電池。
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