JP2019160690A - Electrode binder, electrode mixture, energy device electrode and energy device - Google Patents

Electrode binder, electrode mixture, energy device electrode and energy device Download PDF

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Abstract

To provide a binder that can produce electrodes for energy devices with excellent cycle characteristics.SOLUTION: The electrode binder has a structural unit containing a nitrile group and a structural unit containing an acidic functional group. At least one part of the acidic functional group contains a copolymer which forms a salt and a base.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電極用バインダー、電極合剤、エネルギーデバイス用電極及びエネルギーデバイスに関する。   The present invention relates to an electrode binder, an electrode mixture, an energy device electrode, and an energy device.

ノート型パソコン、携帯電話、PDA等の携帯情報端末の電源、電気自動車用の電源などとして、高エネルギー密度を有する非水電解液系エネルギーデバイスであるリチウムイオン二次電池が広く用いられている。   2. Description of the Related Art Lithium ion secondary batteries, which are non-aqueous electrolyte energy devices having a high energy density, are widely used as power sources for portable information terminals such as notebook personal computers, mobile phones, and PDAs, and power sources for electric vehicles.

リチウムイオン二次電池の電極は、以下のようにして作製される。まず、活物質、バインダー及び溶媒を混練してスラリー状の電極合剤を調製する。この電極合剤を転写ロール等で集電体である金属箔の片面又は両面に塗布し、溶媒を乾燥除去して合剤層を形成する。その後、合剤層をロールプレス機等で圧縮成形する工程を経て電極が作製される。   The electrode of the lithium ion secondary battery is produced as follows. First, an active material, a binder and a solvent are kneaded to prepare a slurry electrode mixture. This electrode mixture is applied to one or both sides of a metal foil as a current collector with a transfer roll or the like, and the solvent is removed by drying to form a mixture layer. Then, an electrode is produced through the process of compression-molding a mixture layer with a roll press machine.

ここで使用されるバインダーは、活物質間及び活物質と集電体間の密着性、並びに、電気化学安定性等の特性に優れていることが求められる。また、リチウムイオン二次電池の高容量化のためにより少ない添加量でこれらの特性を満足することが求められる。さらに、環境負荷低減の観点から電極合剤の調製に用いる溶媒として水を用いることが好ましいとされ、水系溶媒への適合性もバインダーに対する要求のひとつとなっている。   The binder used here is required to have excellent properties such as adhesion between the active materials and between the active material and the current collector, and electrochemical stability. Further, it is required to satisfy these characteristics with a smaller addition amount in order to increase the capacity of the lithium ion secondary battery. Furthermore, it is considered preferable to use water as the solvent used for preparing the electrode mixture from the viewpoint of reducing the environmental load, and compatibility with aqueous solvents is one of the requirements for the binder.

水系溶媒とともに使用するバインダーとして、特許文献1には(メタ)アクリロニトリル由来の構造単位と、2以上のエチレン性不飽和結合を有する化合物由来の構造単位とを含む共重合体の水分散液が開示されている。また、特許文献2には、(メタ)アクリロニトリル由来の構造単位と、(メタ)アクリル酸エステル由来の構造単位を含み電解液に対する膨潤度が200〜400%である共重合体の水分散液が開示されている。   As a binder used together with an aqueous solvent, Patent Document 1 discloses an aqueous dispersion of a copolymer containing a structural unit derived from (meth) acrylonitrile and a structural unit derived from a compound having two or more ethylenically unsaturated bonds. Has been. Patent Document 2 discloses an aqueous dispersion of a copolymer having a structural unit derived from (meth) acrylonitrile and a structural unit derived from (meth) acrylic ester and having a swelling degree of 200 to 400% with respect to the electrolytic solution. It is disclosed.

国際公開第2014/098233号International Publication No. 2014/098233 特開2016−143635号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-143635

近年、リチウムイオン二次電池の高容量化を背景に、ケイ素酸化物の負極活物質としての使用が検討されている。ケイ素酸化物を負極活物質として用いると、リチウムイオン二次電池の放電容量の大幅な向上が期待できる。   In recent years, the use of silicon oxide as a negative electrode active material has been studied against the background of increasing the capacity of lithium ion secondary batteries. When silicon oxide is used as the negative electrode active material, a significant improvement in the discharge capacity of the lithium ion secondary battery can be expected.

しかしながら一方で、ケイ素酸化物からなる活物質は充放電に伴う体積の膨張収縮が大きいために、活物質間又は活物質と集電体間の充分な密着性が得られず活物質の電極からの脱離が生じる場合があった。さらに、充放電時に活物質の表面に形成される保護皮膜(Solid Electrolyte Interphase、SEI)の割れ、剥離等が生じて活性面が形成され、電解液の分解が進行する場合があった。このため、ケイ素酸化物を活物質として用いるリチウムイオン二次電池は、寿命に関わるサイクル特性が充分でないという問題があった。   However, on the other hand, the active material made of silicon oxide has a large volume expansion / contraction due to charge / discharge, so that sufficient adhesion between the active materials or between the active material and the current collector cannot be obtained. May occur. In addition, a protective film (Solid Electrolyte Interface, SEI) formed on the surface of the active material at the time of charge / discharge may be cracked, peeled off, etc. to form an active surface, and decomposition of the electrolyte may proceed. For this reason, the lithium ion secondary battery using silicon oxide as an active material has a problem that the cycle characteristics relating to the life are not sufficient.

上記の問題を解決する方策としては、充放電による体積の膨張収縮が生じても活物質間又は活物質と集電体間の充分な密着性が確保され、かつSEIの割れ等を充分に抑制できるバインダーを用いることが考えられる。しかしながら、特許文献1及び特許文献2に記載されたバインダーでは、充分なサイクル特性の向上が実現できなかった。   As a measure to solve the above problems, sufficient adhesion between active materials or between an active material and a current collector is ensured even if volume expansion and contraction occurs due to charge and discharge, and cracking of SEI is sufficiently suppressed. It is conceivable to use a binder that can be used. However, with the binders described in Patent Document 1 and Patent Document 2, sufficient cycle characteristics cannot be improved.

本発明は上記事情に鑑み、サイクル特性に優れるエネルギーデバイスの電極を製造可能なバインダーを提供することを課題とする。本発明はまた、このバインダーを用いた電極合剤、エネルギーデバイス用電極及びエネルギーデバイスを提供することを課題とする。   This invention makes it a subject to provide the binder which can manufacture the electrode of the energy device which is excellent in cycling characteristics in view of the said situation. Another object of the present invention is to provide an electrode mixture, an energy device electrode and an energy device using the binder.

上記課題を解決するための手段には、以下の実施態様が含まれる。
<1>ニトリル基を含有する構造単位と、酸性官能基を含有する構造単位とを有し、前記酸性官能基の少なくとも一部が塩基と塩を形成している共重合体を含む、電極用バインダー。
<2>前記共重合体中の前記ニトリル基を含有する構造単位Aと前記酸性官能基を含有する構造単位Bとの比率(A:B)がモル比で1:0.1〜1:1.5の範囲内である、<1>に記載の電極用バインダー。
<3>前記共重合体中の前記ニトリル基を含有する構造単位と前記酸性官能基を含有する構造単位との合計の比率が、前記共重合体を構成する全構造単位の95モル%以上である、<1>又は<2>に記載の電極用バインダー。
<4>前記共重合体は炭化水素基を側鎖に含まないか、炭化水素基を側鎖に含む場合はその炭素原子数が5以下である、<1>〜<3>のいずれか1項に記載の電極用バインダー。
<5>前記共重合体の重量平均分子量が50,000〜200,000である、<1>〜<4>のいずれか1項に記載の電極用バインダー。
<6>水をさらに含み、前記共重合体が前記水に溶解した状態である、<1>〜<5>のいずれか1項に記載の電極用バインダー。
<7>前記酸性官能基がカルボキシ基、スルホ基及びホスホ基からなる群より選択される少なくとも1種を含む、<1>〜<6>のいずれか1項に記載の電極用バインダー。
<8>前記酸性官能基を有する構造単位がアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、クロトン酸、イタコン酸、シトラコン酸、ビニル安息香酸及びビニルベンゼンスルホン酸からなる群より選択される少なくとも1種に由来する、<1>〜<7>のいずれか1項に記載の電極用バインダー。
<9>前記ニトリル基を含有する構造単位がアクリロニトリルに由来する、<1>〜<8>のいずれか1項に記載の電極用バインダー。
<10>ケイ素を含有する化合物を活物質として含む電極の形成のための、<1>〜<9>のいずれか1項に記載の電極用バインダー。
<11><1>〜<10>のいずれか1項に記載の電極用バインダーと、活物質とを含む、電極合剤。
<12>前記活物質がケイ素を含有する化合物を含む、<11>に記載の電極合剤。
<13>集電体と、前記集電体の少なくとも一方の表面上に設けられ、<11>又は<12>に記載の電極合剤を含む電極合剤層と、を有する、エネルギーデバイス用電極。
<14>正極と負極とを備え、前記正極及び前記負極の少なくとも一方が<1>〜<10>のいずれか1項に記載の電極用バインダーと活物質とを含む、エネルギーデバイス。
Means for solving the above problems include the following embodiments.
<1> For electrodes comprising a nitrile group-containing structural unit and an acidic functional group-containing structural unit, wherein at least a part of the acidic functional group forms a salt with a base. binder.
<2> The ratio (A: B) of the structural unit A containing the nitrile group to the structural unit B containing the acidic functional group in the copolymer is 1: 0.1 to 1: 1. The binder for electrodes as described in <1> which exists in the range of 0.5.
<3> The total ratio of the structural unit containing the nitrile group and the structural unit containing the acidic functional group in the copolymer is 95 mol% or more of all the structural units constituting the copolymer. The electrode binder according to <1> or <2>.
<4> The copolymer does not contain a hydrocarbon group in the side chain, or when it contains a hydrocarbon group in the side chain, the number of carbon atoms is 5 or less, and any one of <1> to <3> The binder for electrodes as described in claim | item.
<5> The electrode binder according to any one of <1> to <4>, wherein the copolymer has a weight average molecular weight of 50,000 to 200,000.
<6> The binder for electrodes according to any one of <1> to <5>, further including water, wherein the copolymer is dissolved in the water.
<7> The electrode binder according to any one of <1> to <6>, wherein the acidic functional group includes at least one selected from the group consisting of a carboxy group, a sulfo group, and a phospho group.
<8> The structural unit having the acidic functional group is derived from at least one selected from the group consisting of acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, crotonic acid, itaconic acid, citraconic acid, vinylbenzoic acid and vinylbenzenesulfonic acid. <1>-<7> The binder for electrodes as described in any one of <7>.
<9> The electrode binder according to any one of <1> to <8>, wherein the structural unit containing the nitrile group is derived from acrylonitrile.
<10> The binder for an electrode according to any one of <1> to <9>, for forming an electrode containing a compound containing silicon as an active material.
<11> Electrode mixture containing the binder for electrodes as described in any one of <1>-<10>, and an active material.
<12> The electrode mixture according to <11>, wherein the active material contains a compound containing silicon.
<13> An electrode for an energy device, comprising: a current collector; and an electrode mixture layer provided on at least one surface of the current collector and including the electrode mixture according to <11> or <12>. .
<14> An energy device comprising a positive electrode and a negative electrode, wherein at least one of the positive electrode and the negative electrode comprises the electrode binder and the active material according to any one of <1> to <10>.

本発明によれば、サイクル特性に優れるエネルギーデバイスの電極を製造可能なバインダーが提供される。また本発明によれば、このバインダーを用いた電極合剤、エネルギーデバイス用電極及びエネルギーデバイスが提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the binder which can manufacture the electrode of the energy device excellent in cycling characteristics is provided. Moreover, according to this invention, the electrode mixture using this binder, the electrode for energy devices, and an energy device are provided.

エネルギーデバイスの一例であるリチウムイオン二次電池の構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a structure of the lithium ion secondary battery which is an example of an energy device.

以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本発明を制限するものではない。
本明細書において「工程」との語には、他の工程から独立した工程に加え、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の目的が達成されれば、当該工程も含まれる。
本明細書において「〜」を用いて示された数値範囲には、「〜」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
本明細書中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本明細書中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本明細書において組成物中の各成分の含有率は、組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計の含有率を意味する。
本明細書において組成物中の各成分の粒子径は、組成物中に各成分に該当する粒子が複数種存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の粒子の混合物についての値を意味する。
本明細書において「層」又は「膜」との語には、当該層又は膜が存在する領域を観察したときに、当該領域の全体に形成されている場合に加え、当該領域の一部にのみ形成されている場合も含まれる。
本明細書において「積層」との語は、層を積み重ねることを示し、二以上の層が結合されていてもよく、二以上の層が着脱可能であってもよい。
本明細書において「(メタ)アクリル」はアクリル及びメタクリルの少なくとも一方を意味し、「(メタ)アクリレート」はアクリレート及びメタクリレートの少なくとも一方を意味し、「(メタ)アリル」はアリル及びメタリルの少なくとも一方を意味する。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the following embodiments. In the following embodiments, the components (including element steps and the like) are not essential unless otherwise specified. The same applies to numerical values and ranges thereof, and the present invention is not limited thereto.
In this specification, the term “process” includes a process that is independent of other processes and includes the process if the purpose of the process is achieved even if it cannot be clearly distinguished from the other processes. It is.
In the present specification, the numerical ranges indicated by using “to” include numerical values described before and after “to” as the minimum value and the maximum value, respectively.
In the numerical ranges described stepwise in this specification, the upper limit value or the lower limit value described in one numerical range may be replaced with the upper limit value or the lower limit value of another numerical range. Good. Further, in the numerical ranges described in this specification, the upper limit value or the lower limit value of the numerical range may be replaced with the values shown in the examples.
In the present specification, the content of each component in the composition is the sum of the plurality of substances present in the composition unless there is a specific indication when there are a plurality of substances corresponding to each component in the composition. It means the content rate of.
In the present specification, the particle diameter of each component in the composition is a mixture of the plurality of types of particles present in the composition unless there is a specific indication when there are a plurality of types of particles corresponding to each component in the composition. Means the value of.
In this specification, the term “layer” or “film” refers to a part of the region in addition to the case where the layer or the film is formed when the region where the layer or film exists is observed. It is also included when it is formed only.
In this specification, the term “lamination” indicates that layers are stacked, and two or more layers may be combined, or two or more layers may be detachable.
In the present specification, “(meth) acryl” means at least one of acryl and methacryl, “(meth) acrylate” means at least one of acrylate and methacrylate, and “(meth) allyl” means at least one of allyl and methallyl. Mean one.

<電極用バインダー>
本開示の電極用バインダー(以下、単にバインダーともいう)は、ニトリル基を含有する構造単位と、酸性官能基を含有する構造単位とを有し、前記酸性官能基の少なくとも一部が塩基と塩を形成している共重合体(以下、単に共重合体ともいう)を含む。
<Binder for electrode>
An electrode binder of the present disclosure (hereinafter also simply referred to as a binder) has a structural unit containing a nitrile group and a structural unit containing an acidic functional group, and at least a part of the acidic functional group is a base and a salt. A copolymer (hereinafter, also simply referred to as a copolymer).

本開示のバインダーに含まれる共重合体は、酸性官能基の少なくとも一部が塩基との中和反応により塩を形成していることで、水への溶解性に優れている。本発明者らの検討の結果、上記共重合体を含むバインダーをエネルギーデバイスの電極のバインダーとして用いると、エネルギーデバイスのサイクル特性が向上することがわかった。   The copolymer contained in the binder of the present disclosure is excellent in solubility in water because at least a part of the acidic functional group forms a salt by a neutralization reaction with a base. As a result of the study by the present inventors, it was found that when the binder containing the copolymer is used as a binder for an electrode of an energy device, the cycle characteristics of the energy device are improved.

本開示のバインダーを用いるとエネルギーデバイスのサイクル特性が改善する理由は必ずしも明らかではないが、例えば、非水溶性のバインダーは水に分散した状態で活物質と混合され、電極中で微粒子の状態で活物質の間に介在して活物質同士を結着するのに対し、本開示のバインダーは水溶性であるために活物質の表面を被覆する状態を作りやすいことが考えられる。その結果、活物質の膨張収縮に伴う電極からの脱離、破壊、表面に形成されたSEIの剥離等の現象が活物質の表面を被覆するバインダーによって抑制され、電極の劣化が進行しにくくなってサイクル特性が向上すると考えられる。   The reason why the cycle characteristics of the energy device are improved by using the binder of the present disclosure is not necessarily clear, but, for example, a water-insoluble binder is mixed with an active material in a state of being dispersed in water, and in a state of fine particles in an electrode While the active materials are bonded to each other between the active materials, it is considered that the binder of the present disclosure is water-soluble, so that it is easy to make a state of covering the surface of the active material. As a result, phenomena such as desorption and destruction from the electrode and separation of SEI formed on the surface due to the expansion and contraction of the active material are suppressed by the binder that covers the surface of the active material, and the deterioration of the electrode is difficult to proceed. Thus, the cycle characteristics are considered to be improved.

本開示のバインダーは、活物質の膨張収縮に伴う電極の劣化を抑制する効果に優れているため、膨張収縮の度合いが大きい活物質を含む電極のバインダーとして特に好適である。膨張収縮の度合いが大きい活物質としては、ケイ素を含有する化合物が挙げられる。   The binder of the present disclosure is particularly suitable as a binder for an electrode containing an active material having a large degree of expansion and contraction because it has an excellent effect of suppressing deterioration of the electrode due to expansion and contraction of the active material. Examples of the active material having a large degree of expansion and contraction include compounds containing silicon.

さらに、本開示のバインダーは水に共重合体が溶解した水溶液の状態で使用できるため、共重合体を溶解するために有機溶媒を用いることなく電極の製造を行うことができ、安全性及び環境適合性の点で優れている。また、本開示のバインダーは共重合体が水に分散した状態に比べて粘度が高いため、カルボキシメチルセルロース等の増粘剤の添加を省略することもできる。このため、増粘剤に起因する密着性、保存安定性等の低下を回避することができる。   Furthermore, since the binder of the present disclosure can be used in the state of an aqueous solution in which a copolymer is dissolved in water, an electrode can be produced without using an organic solvent to dissolve the copolymer, and safety and environment can be improved. Excellent in compatibility. Moreover, since the binder of this indication has a high viscosity compared with the state in which the copolymer was disperse | distributed to water, addition of thickeners, such as carboxymethylcellulose, can also be abbreviate | omitted. For this reason, the fall of the adhesiveness resulting from a thickener, a storage stability, etc. can be avoided.

(共重合体)
共重合体は、ニトリル基を含有する構造単位と、酸性官能基を含有する構造単位とを有し、前記酸性官能基の少なくとも一部が塩基と塩を形成しているものであれば特に制限されない。例えば、ニトリル基を含有する単量体(以下、ニトリル基含有単量体ともいう)と、酸性官能基を含有する単量体(以下、酸性官能基含有単量体ともいう)と、必要に応じてその他の単量体との重合反応により得られる共重合体に、塩基性化合物を反応させて得られるものであってもよい。
(Copolymer)
The copolymer is particularly limited as long as it has a structural unit containing a nitrile group and a structural unit containing an acidic functional group, and at least a part of the acidic functional group forms a salt with a base. Not. For example, a monomer containing a nitrile group (hereinafter also referred to as a nitrile group-containing monomer), a monomer containing an acidic functional group (hereinafter also referred to as an acidic functional group-containing monomer), and a necessity Accordingly, a copolymer obtained by a polymerization reaction with another monomer may be obtained by reacting a basic compound.

共重合体の構造単位がニトリル基を有することで、バインダーの優れた靭性と電解液への優れた耐性が得られる傾向にある。また、共重合体の構造単位が酸性官能基を有することで、水への優れた溶解性と活物質に対する優れた接着性が得られる傾向にある。   When the structural unit of the copolymer has a nitrile group, excellent binder toughness and excellent resistance to an electrolyte solution tend to be obtained. Further, since the structural unit of the copolymer has an acidic functional group, excellent solubility in water and excellent adhesion to an active material tend to be obtained.

共重合体中のニトリル基を含有する構造単位と、酸性官能基を含有する構造単位との比率は特に制限されない。バインダーとしての特性のバランスの観点からは、例えば、ニトリル基を含有する構造単位Aと酸性官能基を含有する構造単位Bとの比率(A:B)がモル比で1:0.1〜1:1.5の範囲内であってもよい。   The ratio of the structural unit containing a nitrile group and the structural unit containing an acidic functional group in the copolymer is not particularly limited. From the viewpoint of the balance of properties as a binder, for example, the ratio (A: B) of the structural unit A containing a nitrile group to the structural unit B containing an acidic functional group is 1: 0.1 to 1 in terms of molar ratio. : It may be in the range of 1.5.

共重合体中の酸性官能基は、そのうちの一部が塩基と塩を形成していても、すべてが塩を形成していてもよい。例えば、共重合体中の酸性官能基の50モル%以上が塩を形成していてもよく、80モル%以上が塩を形成していてもよく、90モル%以上が塩を形成していてもよい。酸性官能基のうち塩を形成しているものの割合は、共重合体と反応させる塩基性化合物の量等によって調節することができる。   Some of the acidic functional groups in the copolymer may form a salt with the base, or all of them may form a salt. For example, 50 mol% or more of the acidic functional groups in the copolymer may form a salt, 80 mol% or more may form a salt, and 90 mol% or more form a salt. Also good. The proportion of the acidic functional group that forms a salt can be adjusted by the amount of the basic compound to be reacted with the copolymer.

共重合体中のニトリル基を含有する構造単位と、酸性官能基を含有する構造単位との合計の比率は特に制限されない。例えば、共重合体中のニトリル基を含有する構造単位と、酸性官能基を含有する構造単位との合計の比率が、共重合体を構成する全構造単位の95モル%以上であってもよく、99モル%以上であってもよく、99モル%を超えるものであってもよい。   The total ratio of the structural unit containing a nitrile group and the structural unit containing an acidic functional group in the copolymer is not particularly limited. For example, the total ratio of the structural unit containing a nitrile group and the structural unit containing an acidic functional group in the copolymer may be 95 mol% or more of all the structural units constituting the copolymer. 99 mol% or more, or more than 99 mol%.

共重合体は、電解液への過度の膨潤を抑制する観点から、炭化水素基を側鎖に含まないか、炭化水素基を側鎖に含む場合はその炭素原子数が5以下であることが好ましく、炭化水素基を側鎖に含まないか、炭化水素基を側鎖に含む場合はその炭素原子数が3以下であることがより好ましく、炭化水素基を側鎖に含まないか、炭化水素基を側鎖に含む場合はその炭素原子数が2以下であることがさらに好ましく、炭化水素基を側鎖に含まないことが特に好ましい。ここでいう炭化水素基には、炭化水素基と酸素原子との組合せ(アルキレンオキシ基等)も含めるものとする。   From the viewpoint of suppressing excessive swelling into the electrolytic solution, the copolymer does not contain a hydrocarbon group in the side chain, or if it contains a hydrocarbon group in the side chain, the number of carbon atoms may be 5 or less. Preferably, when the hydrocarbon group is not included in the side chain, or when the hydrocarbon group is included in the side chain, the number of carbon atoms is more preferably 3 or less, the hydrocarbon group is not included in the side chain, or the hydrocarbon When the group is included in the side chain, the number of carbon atoms is more preferably 2 or less, and it is particularly preferable that the hydrocarbon group is not included in the side chain. The hydrocarbon group here includes a combination of a hydrocarbon group and an oxygen atom (an alkyleneoxy group or the like).

共重合体の重量平均分子量は、50,000〜200,000であることが好ましく、70,000〜150,000であることがより好ましい。共重合体の重量平均分子量が50,000以上であると活物質の表面に形成した被覆の安定性に優れる傾向にあり、200,000以下であると活物質の被覆性に優れる傾向にある。共重合体の重量平均分子量は、重合反応時の温度(温度が高いほど分子量が小さくなる傾向にある)、重合開始剤の種類、連鎖移動剤の添加等によって調節することができる。   The weight average molecular weight of the copolymer is preferably 50,000 to 200,000, and more preferably 70,000 to 150,000. When the weight average molecular weight of the copolymer is 50,000 or more, the coating formed on the surface of the active material tends to have excellent stability, and when it is 200,000 or less, the coating of the active material tends to be excellent. The weight average molecular weight of the copolymer can be adjusted by the temperature during the polymerization reaction (the molecular weight tends to decrease as the temperature increases), the type of polymerization initiator, the addition of a chain transfer agent, and the like.

本開示において共重合体の重量平均分子量は、以下のようにして測定される値である。
測定対象をN−メチル−2−ピロリドンに溶解し、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)製フィルタ〔倉敷紡績株式会社、HPLC(高速液体クロマトグラフィー)前処理用、クロマトディスク、型番:13N、孔径:0.45μm〕を通して不溶分を除去する。GPC〔ポンプ:L6200 Pump(株式会社日立製作所)、検出器:示差屈折率検出器L3300 RI Monitor(株式会社日立製作所)、カラム:TSKgel−G5000HXLとTSKgel−G2000HXL(計2本)(共に東ソー株式会社)を直列に接続、カラム温度:30℃、溶離液:N−メチル−2−ピロリドン、流速:1.0mL/分、標準物質:ポリスチレン〕を用い、重量平均分子量を測定する。
In the present disclosure, the weight average molecular weight of the copolymer is a value measured as follows.
A measurement object is dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone, and a PTFE (polytetrafluoroethylene) filter (Kurashiki Boseki Co., Ltd., HPLC (high performance liquid chromatography) pretreatment, chromatodisc, model number: 13N, pore size: 0 .45 μm] to remove insoluble matter. GPC [Pump: L6200 Pump (Hitachi, Ltd.), Detector: Differential refractive index detector L3300 RI Monitor (Hitachi, Ltd.), Column: TSKgel-G5000HXL and TSKgel-G2000HXL (both in total) (both Tosoh Corporation) ) In series, column temperature: 30 ° C., eluent: N-methyl-2-pyrrolidone, flow rate: 1.0 mL / min, standard substance: polystyrene], and the weight average molecular weight is measured.

共重合体の酸価は、0mgKOH/g〜70mgKOH/gであることが好ましく、0mgKOH/g〜20mgKOH/gであることがより好ましく、0mgKOH/g〜5mgKOH/gであることがさらに好ましい。   The acid value of the copolymer is preferably 0 mgKOH / g to 70 mgKOH / g, more preferably 0 mgKOH / g to 20 mgKOH / g, and still more preferably 0 mgKOH / g to 5 mgKOH / g.

本開示において共重合体の酸価は、以下のようにして測定される値である。
まず、測定対象1gを精秤した後、その測定対象にアセトンを30g添加し、測定対象を溶解する。次いで、指示薬であるフェノールフタレインを測定対象の溶液に適量添加して、0.1NのKOH水溶液を用いて滴定する。そして、滴定結果より下記式(A)により酸価を算出する(式中、Vfはフェノールフタレインの滴定量(mL)を示し、Wpは測定対象の溶液の質量(g)を示し、Iは測定対象の溶液の不揮発分の割合(質量%)を示す。)。
酸価(mgKOH/g)=10×Vf×56.1/(Wp×I) (A)
なお、測定対象の溶液の不揮発分は、測定対象の溶液をアルミパンに約1mL量り取り、160℃に加熱したホットプレート上で15分間乾燥させ、残渣重量から算出する。
In the present disclosure, the acid value of the copolymer is a value measured as follows.
First, after precisely weighing 1 g of a measurement object, 30 g of acetone is added to the measurement object, and the measurement object is dissolved. Next, an appropriate amount of an indicator, phenolphthalein, is added to the solution to be measured and titrated with a 0.1N aqueous KOH solution. Then, the acid value is calculated from the titration result by the following formula (A) (where Vf represents the titration amount (mL) of phenolphthalein, Wp represents the mass (g) of the solution to be measured, and I represents (The ratio (% by mass) of the nonvolatile content of the solution to be measured is shown.)
Acid value (mgKOH / g) = 10 × Vf × 56.1 / (Wp × I) (A)
The nonvolatile content of the solution to be measured is calculated from the weight of the residue by weighing about 1 mL of the solution to be measured in an aluminum pan, drying it on a hot plate heated to 160 ° C. for 15 minutes.

−ニトリル基含有単量体−
共重合体をニトリル基含有単量体を用いて作製する場合、用いられるニトリル基含有単量体の種類は、特に制限されない。一般にはエチレン性不飽和二重結合と、ニトリル基とを有する化合物であって、共重合体の側鎖にニトリル基を導入しうる化合物が挙げられる。例えば、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のアクリル系ニトリル基含有単量体、α−シアノアクリレート、ジシアノビニリデン等のシアン系ニトリル基含有単量体、フマロニトリル等のフマル系ニトリル基含有単量体などが挙げられる。さらに、炭素数5以下、好ましくは炭素数3以下、より好ましくは炭素数2以下の炭化水素基(酸素原子との組合せであってもよい)とニトリル基とを含有する単量体(例えば、下記一般式(I)〜(IV)で表される単量体)が挙げられる。ニトリル基含有単量体は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
-Nitrile group-containing monomer-
When the copolymer is prepared using a nitrile group-containing monomer, the type of the nitrile group-containing monomer used is not particularly limited. In general, a compound having an ethylenically unsaturated double bond and a nitrile group, which can introduce a nitrile group into the side chain of the copolymer, can be mentioned. Examples include acrylic nitrile group-containing monomers such as acrylonitrile and methacrylonitrile, cyan nitrile group-containing monomers such as α-cyanoacrylate and dicyanovinylidene, and fumaric nitrile group-containing monomers such as fumaronitrile. It is done. Furthermore, a monomer (for example, containing a hydrocarbon group (may be a combination with an oxygen atom) having 5 or less carbon atoms, preferably 3 or less carbon atoms, more preferably 2 or less carbon atoms, and a nitrile group (for example, Monomers represented by the following general formulas (I) to (IV)). A nitrile group containing monomer may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.

式中、RはH又はCHである。R10は炭素数1〜3のアルキレン基であり、好ましくはメチレン基である。 In the formula, R 9 is H or CH 3 . R 10 is an alkylene group having 1 to 3 carbon atoms, preferably a methylene group.

式中、R11はH又はCHである。nは0又は1であり、好ましくは0である。 In the formula, R 11 is H or CH 3 . n is 0 or 1, preferably 0.

式中、R12はH又はCHである。R13は炭素数1〜3のアルキレン基であり、好ましくはメチレン基である。 In the formula, R 12 is H or CH 3 . R 13 is an alkylene group having 1 to 3 carbon atoms, preferably a methylene group.

式中、R14はH又はCHである。R15は単結合又は炭素数1〜3のアルキレン基又はアルキレンオキシ基であり、好ましくは単結合又はメチレン基である。 In the formula, R 14 is H or CH 3 . R 15 is a single bond, an alkylene group having 1 to 3 carbon atoms or an alkyleneoxy group, preferably a single bond or a methylene group.

これらの中では、重合のし易さ、コストパフォーマンス、電極の柔軟性、可とう性等の点で、アクリロニトリル又はメタクリロニトリルが好ましく、アクリロニトリルがより好ましい。   Among these, acrylonitrile or methacrylonitrile is preferable, and acrylonitrile is more preferable in terms of ease of polymerization, cost performance, electrode flexibility, flexibility, and the like.

−酸性官能基含有単量体−
共重合体を酸性官能基含有単量体を用いて作製する場合、酸性官能基含有単量体は特に制限されない。一般にはエチレン性不飽和二重結合と、酸性官能基とを有する化合物であって、共重合体の側鎖に酸性官能基を導入しうる化合物が挙げられる。酸性官能基としてはカルボキシ基、スルホ基、ホスホ基等が挙げられ、中でもカルボキシ基が好ましい。
-Acid functional group-containing monomer-
When the copolymer is prepared using an acidic functional group-containing monomer, the acidic functional group-containing monomer is not particularly limited. In general, a compound having an ethylenically unsaturated double bond and an acidic functional group, which can introduce an acidic functional group into the side chain of the copolymer. Examples of the acidic functional group include a carboxy group, a sulfo group, and a phospho group, and among them, a carboxy group is preferable.

酸性官能基としてカルボキシ基を含有する単量体としては、アクリル酸、メタクリル酸等のアクリル系カルボキシ基含有単量体、クロトン酸等のクロトン系カルボキシ基含有単量体、マレイン酸及びその無水物等のマレイン系カルボキシ基含有単量体、イタコン酸及びその無水物等のイタコン系カルボキシ基含有単量体、シトラコン酸及びその無水物等のシトラコン系カルボキシ基含有単量体、ビニル安息香酸などが挙げられる。さらに、炭素数5以下、好ましくは炭素数3以下、より好ましくは炭素数2以下の炭化水素基(酸素原子との組合せであってもよい)とカルボキシ基とを含有する単量体(例えば、下記一般式(V)及び(VI)で表される単量体)が挙げられる。   Monomers containing a carboxy group as an acidic functional group include acrylic carboxy group-containing monomers such as acrylic acid and methacrylic acid, croton carboxy group-containing monomers such as crotonic acid, maleic acid, and anhydrides thereof. Maleic carboxy group-containing monomers such as itaconic acid and its anhydride, etc. carboxy group-containing monomers such as citraconic acid and its anhydride, citraconic carboxy group-containing monomers such as vinyl benzoic acid, etc. Can be mentioned. Further, a monomer containing a hydrocarbon group (which may be a combination with an oxygen atom) having 5 or less carbon atoms, preferably 3 or less carbon atoms, more preferably 2 or less carbon atoms, and a carboxy group (for example, Monomers represented by the following general formulas (V) and (VI)).

式中、RはH又はCHである。Rは炭素数1〜5のアルキレン基又はアルキレンオキシ基であり、好ましくは炭素数1又は2のアルキレン基又はアルキレンオキシ基であり、より好ましくはメチレン基である。 In the formula, R 5 is H or CH 3 . R 6 is an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms or an alkyleneoxy group, preferably an alkylene group having 1 or 2 carbon atoms or an alkyleneoxy group, and more preferably a methylene group.

ここで、RはH又はCHである。Rは炭素数1〜5のアルキレン鎖又はアルキレンオキシ鎖であり、好ましくは炭素数1又は2のアルキレン基又はアルキレンオキシ基であり、より好ましくはメチレン基である。 Here, R 7 is H or CH 3 . R 8 is an alkylene chain or alkyleneoxy chain having 1 to 5 carbon atoms, preferably an alkylene group or alkyleneoxy group having 1 or 2 carbon atoms, and more preferably a methylene group.

酸性官能基としてスルホ基を含有する単量体としては、ビニルベンゼンスルホン酸、(メタ)アリルスルホン酸、(メタ)アリルオキシベンゼンスルホン酸、スチレンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸及びこれらの塩(ナトリウム塩、リチウム塩等)などが挙げられる。   Monomers containing a sulfo group as an acidic functional group include vinylbenzene sulfonic acid, (meth) allyl sulfonic acid, (meth) allyloxybenzene sulfonic acid, styrene sulfonic acid, 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid And salts thereof (sodium salt, lithium salt, etc.).

酸性官能基としてホスホ基を含有する単量体としては、アシッドホスホキシエチルメタクリレート(ユニケミカル株式会社、商品名:Phosmer M)、アシッドホスホキシポリオキシエチレングリコールモノメタクリレート(ユニケミカル株式会社、商品名:Phosmer PE)、3−クロロ−2−アシッドホスホキシプロピルメタクリレート(ユニケミカル株式会社、商品名:Phosmer CL)、アシッドホスホキシポリオキシプロピレングリコールモノメタクリレート(ユニケミカル株式会社、商品名:Phosmer PP)等が挙げられる。   Examples of the monomer containing a phospho group as an acidic functional group include acid phosphooxyethyl methacrylate (Unichemical Co., Ltd., trade name: Phosmer M), acid phosphoxypolyoxyethylene glycol monomethacrylate (Unichemical Co., Ltd., trade name) : Phosmer PE), 3-chloro-2-acid phosphooxypropyl methacrylate (Unichemical Corporation, trade name: Phosmer CL), Acid phosphoxypolyoxypropylene glycol monomethacrylate (Unichemical Corporation, trade name: Phosmer PP) Etc.

これらの中でも、酸性官能基としてカルボキシ基を含有する単量体が好ましく、アクリル酸又はメタクリル酸がより好ましく、アクリル酸がさらに好ましい。   Among these, a monomer containing a carboxy group as an acidic functional group is preferable, acrylic acid or methacrylic acid is more preferable, and acrylic acid is more preferable.

−その他の単量体−
共重合体をニトリル基含有単量体又は酸性官能基含有単量体以外の単量体(以下、その他の単量体ともいう)を用いて作製する場合、その種類は特に制限されない。
その他の単量体としては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート等のアルキル基を含む(メタ)アクリル酸エステル類、塩化ビニル、臭化ビニル、塩化ビニリデン等のハロゲン化ビニル類、マレイン酸イミド、フェニルマレイミド、(メタ)アクリルアミド、スチレン、α−メチルスチレン、酢酸ビニル、が挙げられる。その他の単量体は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
-Other monomers-
When the copolymer is prepared using a monomer other than the nitrile group-containing monomer or the acidic functional group-containing monomer (hereinafter also referred to as other monomer), the type is not particularly limited.
Other monomers include (meth) acrylic acid esters containing alkyl groups such as methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, vinyl chloride, vinyl bromide, vinylidene chloride, etc. Examples thereof include vinyl halides, maleic imide, phenylmaleimide, (meth) acrylamide, styrene, α-methylstyrene, and vinyl acetate. Other monomers may be used alone or in combination of two or more.

−塩基性化合物−
共重合体において塩を形成している酸性官能基は、例えば、共重合体の酸性官能基と塩基性化合物とを反応させて得てもよい。
-Basic compounds-
The acidic functional group forming a salt in the copolymer may be obtained, for example, by reacting the acidic functional group of the copolymer with a basic compound.

塩基性化合物の種類は特に制限されない。例えば、金属由来の塩基性化合物であっても、金属に由来しない塩基性化合物であってもよい。金属由来の塩基性化合物として具体的には、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素マグネシウム、炭酸水素カルシウム、炭酸水素バリウム等の無機塩基性物質、リチウムメトキシド、ナトリウムメトキシド、リチウムtert−ブトキシド、カリウムtert−ブトキシド等の金属アルコラートなどが挙げられる。金属に由来しない塩基性化合物としては、アンモニア、アミン化合物、ピリジン化合物、アゾール化合物などが挙げられる。塩基性化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。   The kind of basic compound is not particularly limited. For example, a basic compound derived from metal or a basic compound not derived from metal may be used. Specific examples of metal-derived basic compounds include lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, magnesium hydroxide, calcium hydroxide, barium hydroxide, lithium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, magnesium carbonate, calcium carbonate. Inorganic basic substances such as barium carbonate, lithium hydrogen carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium hydrogen carbonate, magnesium hydrogen carbonate, calcium hydrogen carbonate, barium hydrogen carbonate, lithium methoxide, sodium methoxide, lithium tert-butoxide, potassium tert- Examples thereof include metal alcoholates such as butoxide. Examples of basic compounds not derived from metals include ammonia, amine compounds, pyridine compounds, and azole compounds. A basic compound may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.

アミン化合物としては炭素数1〜50のものが好ましく、炭素数3〜25のものがより好ましい。また、三級アミン化合物が好ましい。アミン化合物の具体例としては、以下の化合物が挙げられる。Phはフェニル基を表す。   As an amine compound, a C1-C50 thing is preferable and a C3-C25 thing is more preferable. Tertiary amine compounds are preferred. Specific examples of the amine compound include the following compounds. Ph represents a phenyl group.


ピリジン化合物としては炭素数5〜20のものが好ましく、炭素数5〜10のものがより好ましい。例えば、ピリジン及びピコリン等のピリジン誘導体が挙げられる。
アゾール化合物としては炭素数2〜20のものが好ましく、炭素数2〜10のものがより好ましい。例えば、トリアゾール及びその誘導体が挙げられる。
ピリジン化合物及びアゾール化合物の具体例としては、以下の化合物が挙げられる。
As a pyridine compound, a C5-C20 thing is preferable and a C5-C10 thing is more preferable. Examples thereof include pyridine derivatives such as pyridine and picoline.
As an azole compound, a C2-C20 thing is preferable and a C2-C10 thing is more preferable. For example, triazole and its derivative are mentioned.
Specific examples of the pyridine compound and the azole compound include the following compounds.

−共重合体の合成方法−
共重合体を合成する方法は、特に限定されるものではない。水中沈殿重合、塊状重合、懸濁重合、乳化重合、溶液重合等の重合方法を適用することが可能である。樹脂合成のし易さ、回収、精製等といった後処理のし易さなどの点で、水中沈殿重合及び乳化重合が好ましく、水中沈殿重合がより好ましい。
-Copolymer synthesis method-
The method for synthesizing the copolymer is not particularly limited. Polymerization methods such as precipitation polymerization in water, bulk polymerization, suspension polymerization, emulsion polymerization, and solution polymerization can be applied. In terms of ease of resin synthesis, ease of post-processing such as recovery and purification, precipitation polymerization in water and emulsion polymerization are preferred, and precipitation polymerization in water is more preferred.

共重合体を合成する際に使用する重合開始剤としては、重合開始効率等の点で水溶性の重合開始剤を用いることが好ましい。
水溶性の重合開始剤としては、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム等の過硫酸塩、過酸化水素等の水溶性過酸化物、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオンアミジンハイドロクロライド)等の水溶性アゾ化合物、過硫酸塩等の酸化剤と亜硫酸水素ナトリウム、亜硫酸水素アンモニウム、チオ硫酸ナトリウム、ハイドロサルファイト等の還元剤と硫酸、硫酸鉄、硫酸銅等の重合促進剤とを組合せた酸化還元型(レドックス型)の重合開始剤などが挙げられる。
これらの中では、樹脂合成のし易さ等の点で過硫酸塩(より好ましくは過硫酸アンモニウム)及び水溶性アゾ化合物が好ましい。
重合開始剤は、共重合体の合成に使用される単量体の総量に対し、例えば、0.001モル%〜5モル%の範囲で使用されることが好ましく、0.01モル%〜2モル%の範囲で使用されることがより好ましい。
As the polymerization initiator used when synthesizing the copolymer, it is preferable to use a water-soluble polymerization initiator in view of polymerization initiation efficiency.
Examples of the water-soluble polymerization initiator include persulfates such as ammonium persulfate, potassium persulfate, and sodium persulfate, water-soluble peroxides such as hydrogen peroxide, 2,2′-azobis (2-methylpropionamidine hydrochloride). ) And other water-soluble azo compounds, persulfates and other oxidizing agents, sodium bisulfite, ammonium bisulfite, sodium thiosulfate, hydrosulfite and other reducing agents, and polymerization accelerators such as sulfuric acid, iron sulfate and copper sulfate. Examples thereof include a combined oxidation-reduction type (redox type) polymerization initiator.
Of these, persulfates (more preferably ammonium persulfate) and water-soluble azo compounds are preferred in terms of ease of resin synthesis and the like.
The polymerization initiator is preferably used, for example, in the range of 0.001 mol% to 5 mol%, and 0.01 mol% to 2 mol, based on the total amount of monomers used for the synthesis of the copolymer. More preferably, it is used in the range of mol%.

共重合体を合成する際は、分子量調節等の目的で、連鎖移動剤を用いてもよい。連鎖移動剤としては、チオグリコール等のメルカプタン化合物、四塩化炭素、α−メチルスチレンダイマーなどが挙げられる。これらの中では、臭気が少ない等の点で、α−メチルスチレンダイマーが好ましい。   When synthesizing the copolymer, a chain transfer agent may be used for the purpose of adjusting the molecular weight. Examples of the chain transfer agent include mercaptan compounds such as thioglycol, carbon tetrachloride, α-methylstyrene dimer, and the like. Among these, α-methylstyrene dimer is preferable from the viewpoint of low odor.

共重合体を合成する際は、溶媒を用いてもよい。溶媒としては水及び有機溶媒が挙げられる。共重合体を水中沈殿重合により合成する場合は、析出する共重合体の粒子径の調節等のため、水と有機溶媒を併用してもよい。
水以外の溶媒としては、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド等のアミド類、N,N−ジメチルエチレンウレア、N,N−ジメチルプロピレンウレア、テトラメチルウレア等のウレア類、γ−ブチロラクトン、γ−カプロラクトン等のラクトン類、プロピレンカーボネート等のカーボネート類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n−ブチル、ブチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトールアセテート、エチルセロソルブアセテート、エチルカルビトールアセテート等のエステル類、ジグライム、トリグライム、テトラグライム等のグライム類、トルエン、キシレン、シクロヘキサン等の炭化水素類、ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類、スルホラン等のスルホン類、メタノール、イソプロパノール、n−ブタノール等のアルコール類などが挙げられる。これらの溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
When synthesizing the copolymer, a solvent may be used. Examples of the solvent include water and an organic solvent. When the copolymer is synthesized by precipitation polymerization in water, water and an organic solvent may be used in combination for adjusting the particle size of the copolymer to be precipitated.
Examples of solvents other than water include amides such as N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylethyleneurea, N, N-dimethylpropyleneurea, tetra Ureas such as methylurea, lactones such as γ-butyrolactone and γ-caprolactone, carbonates such as propylene carbonate, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, ethyl acetate, n-butyl acetate , Esters such as butyl cellosolve acetate, butyl carbitol acetate, ethyl cellosolve acetate and ethyl carbitol acetate, glymes such as diglyme, triglyme and tetraglyme, carbonized such as toluene, xylene and cyclohexane Examples thereof include hydrogens, sulfoxides such as dimethyl sulfoxide, sulfones such as sulfolane, alcohols such as methanol, isopropanol, and n-butanol. These solvent may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.

共重合体の合成条件は、特に制限されない。例えば、単量体を溶媒中に導入し、重合温度を好ましくは0℃〜100℃、より好ましくは30℃〜90℃として、好ましくは1時間〜50時間、より好ましくは2時間〜12時間保持することによって行われる。
重合温度が0℃以上であれば、重合反応が促進される傾向にある。また、重合温度が100℃以下であれば、溶媒として水を使用したときでも、水が蒸発して重合ができなくなりにくい傾向にある。
The synthesis conditions for the copolymer are not particularly limited. For example, the monomer is introduced into a solvent, and the polymerization temperature is preferably 0 ° C. to 100 ° C., more preferably 30 ° C. to 90 ° C., preferably 1 hour to 50 hours, more preferably 2 hours to 12 hours. Is done by doing.
If the polymerization temperature is 0 ° C. or higher, the polymerization reaction tends to be promoted. Further, when the polymerization temperature is 100 ° C. or lower, even when water is used as a solvent, the water tends to evaporate and it becomes difficult to perform polymerization.

合成した共重合体の酸性官能基と塩基性化合物とを反応させることで、酸性官能基の少なくとも一部が塩を形成した状態とすることができる。   By reacting the acidic functional group of the synthesized copolymer with a basic compound, at least a part of the acidic functional group can be in a state in which a salt is formed.

共重合体と塩基性化合物とを反応させる方法は特に制限されず、既知の手法により実施することができる。共重合体との反応に用いる塩基性化合物の量は、共重合体に含まれる酸性官能基の量、酸性官能基のうち塩基と反応させたい割合等に応じて設定できる。   The method for reacting the copolymer with the basic compound is not particularly limited, and can be carried out by a known method. The amount of the basic compound used for the reaction with the copolymer can be set according to the amount of the acidic functional group contained in the copolymer, the ratio of the acidic functional group to be reacted with the base, and the like.

塩基性化合物の量は、例えば、共重合体に含まれる酸性官能基に対して0.01モル当量〜1.5モル当量であることが好ましく、0.3モル当量〜1.1モル当量であることがより好ましく、0.5モル当量〜1.0モル当量であることがさらに好ましい。   The amount of the basic compound is, for example, preferably 0.01 molar equivalent to 1.5 molar equivalent with respect to the acidic functional group contained in the copolymer, and 0.3 molar equivalent to 1.1 molar equivalent. More preferably, it is more preferably 0.5 molar equivalent to 1.0 molar equivalent.

−バインダーの用途−
本開示のバインダーは、エネルギーデバイス、特に非水電解液系のエネルギーデバイスの電極の材料として好適に利用される。非水電解液系エネルギーデバイスとは、水以外の電解液を用いる蓄電又は発電デバイス(装置)をいう。エネルギーデバイスとしては、リチウムイオン二次電池、電気二重層キャパシタ、太陽電池、燃料電池等が挙げられる。中でも、充放電による膨張収縮の大きいケイ素を含有する化合物を活物質として含む電極の材料として好適に利用される。
-Use of binder-
The binder of the present disclosure is suitably used as a material for an electrode of an energy device, particularly a non-aqueous electrolyte type energy device. A non-aqueous electrolyte-based energy device refers to a power storage or power generation device (apparatus) that uses an electrolyte other than water. Examples of the energy device include a lithium ion secondary battery, an electric double layer capacitor, a solar cell, and a fuel cell. Especially, it utilizes suitably as a material of the electrode which contains the compound containing silicon with a large expansion-contraction by charging / discharging as an active material.

<電極合剤>
本開示の電極合剤は、上述したバインダーと、活物質とを含む。電極合剤に含まれる活物質の種類は特に制限されず、エネルギーデバイスの電極の材料として一般的に用いられるものから選択できる。本開示の電極合剤に含まれるバインダーは活物質の被覆性に優れていることから、充放電に伴う膨張収縮が大きい活物質を含む場合であってもサイクル特性に優れる電極を形成することができる。
<Electrode mixture>
The electrode mixture of the present disclosure includes the binder described above and an active material. The type of active material contained in the electrode mixture is not particularly limited, and can be selected from those generally used as an electrode material for energy devices. Since the binder contained in the electrode mixture of the present disclosure is excellent in the coverage of the active material, an electrode having excellent cycle characteristics can be formed even when the active material contains a large expansion / contraction due to charge / discharge. it can.

電極合剤に含まれる活物質は、ケイ素を含有する化合物を含むものであってもよい。ケイ素を含有する化合物をエネルギーデバイスの負極用の活物質(負極活物質)として用いると、黒鉛等の負極活物質に比べて高容量化が実現できる反面、充放電に伴う膨張収縮が大きいために活物質が劣化しやすく、サイクル特性が維持されにくいという性質を有する。   The active material contained in the electrode mixture may include a compound containing silicon. When a silicon-containing compound is used as an active material for a negative electrode of an energy device (negative electrode active material), the capacity can be increased compared to a negative electrode active material such as graphite, but the expansion and contraction accompanying charge / discharge is large. The active material tends to deteriorate and the cycle characteristics are difficult to maintain.

ケイ素を含有する化合物としてはケイ素酸化物が挙げられ、ケイ素酸化物としては一酸化ケイ素、二酸化ケイ素、亜酸化ケイ素等が挙げられる。これらは1種を単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。   Examples of the compound containing silicon include silicon oxide, and examples of the silicon oxide include silicon monoxide, silicon dioxide, and silicon suboxide. These may be used individually by 1 type and may be used in combination of 2 or more type.

一酸化ケイ素は、例えば、二酸化ケイ素と金属ケイ素との混合物を加熱して生成した一酸化ケイ素の気体を冷却及び析出させる公知の昇華法にて得ることができる。また、酸化ケイ素、一酸化ケイ素等として市場から入手することができる。   Silicon monoxide can be obtained, for example, by a known sublimation method in which a gas of silicon monoxide generated by heating a mixture of silicon dioxide and metal silicon is cooled and precipitated. Moreover, it can obtain from a market as a silicon oxide, silicon monoxide, etc.

ケイ素酸化物は、ケイ素酸化物中にケイ素の結晶子が分散した構造(好ましくは、二酸化ケイ素中にケイ素の結晶子が分散した構造)を有するものであってもよい。ケイ素酸化物中にケイ素の結晶子が存在していると、初期の放電容量の高容量化と良好な初期の充放電効率が得られやすい。   The silicon oxide may have a structure in which silicon crystallites are dispersed in silicon oxide (preferably a structure in which silicon crystallites are dispersed in silicon dioxide). If silicon crystallites are present in the silicon oxide, it is easy to obtain a high initial discharge capacity and good initial charge / discharge efficiency.

ケイ素酸化物が粒子状である場合、その平均粒子径は特に制限されない。例えば、0.1μm〜20μmであることが好ましく、0.5μm〜10μmであることがより好ましい。   When the silicon oxide is in the form of particles, the average particle diameter is not particularly limited. For example, the thickness is preferably 0.1 μm to 20 μm, and more preferably 0.5 μm to 10 μm.

本開示において活物質の平均粒子径は、界面活性剤を含んだ精製水に試料を分散させ、レーザー回折式粒度分布測定装置(例えば、株式会社島津製作所、SALD−3000J)で測定される体積基準の粒度分布において、小径側からの積算が50%となるときの値(メジアン径(D50))とする。
BET比表面積は、例えば、JIS Z 8830:2013に準じて窒素吸着能から測定することができる。評価装置としては、例えば、QUANTACHROME社:AUTOSORB−1(商品名)を用いることができる。試料表面及び構造中に吸着している水分がガス吸着能に影響を及ぼすと考えられることから、BET比表面積の測定を行う際には、まず加熱による水分除去の前処理を行うことが好ましい。
前処理では、0.05gの測定試料を投入した測定用セルを、真空ポンプで10Pa以下に減圧した後、110℃で加熱し、3時間以上保持した後、減圧した状態を保ったまま常温(25℃)まで自然冷却する。この前処理を行った後、評価温度を77Kとし、評価圧力範囲を相対圧(飽和蒸気圧に対する平衡圧力)にて1未満として測定する。
In the present disclosure, the average particle diameter of the active material is a volume standard measured by using a laser diffraction particle size distribution measuring apparatus (for example, Shimadzu Corporation, SALD-3000J) by dispersing a sample in purified water containing a surfactant. In the particle size distribution, the value when the integration from the small diameter side becomes 50% (median diameter (D50)) is used.
A BET specific surface area can be measured from nitrogen adsorption capacity according to JIS Z 8830: 2013, for example. For example, QUANTACHROME: AUTOSORB-1 (trade name) can be used as the evaluation device. Since water adsorbed on the sample surface and in the structure is considered to affect the gas adsorption capacity, it is preferable to first perform pretreatment for removing water by heating when measuring the BET specific surface area.
In the pretreatment, a measurement cell charged with 0.05 g of a measurement sample is depressurized to 10 Pa or less with a vacuum pump, heated at 110 ° C. and held for 3 hours or more, and then kept at a normal temperature ( Cool to 25 ° C). After performing this pretreatment, the evaluation temperature is 77K, and the evaluation pressure range is measured as a relative pressure (equilibrium pressure with respect to saturated vapor pressure) of less than 1.

ケイ素酸化物の粒子は、例えば、塊状のケイ素酸化物を粉砕及び分級して製造することができる。詳しくは、まず、塊状のケイ素酸化物を微粉砕機に投入できる大きさまで粉砕する一次粉砕及び分級を行い、さらにこの粉砕物を微粉砕機により二次粉砕(分級)する方法が好ましい。   The silicon oxide particles can be produced, for example, by pulverizing and classifying bulk silicon oxide. Specifically, it is preferable to firstly perform primary pulverization and classification in which the bulk silicon oxide is pulverized to a size that can be charged into a fine pulverizer, and then secondary pulverize (classify) the pulverized product with a fine pulverizer.

本開示の電極合剤は、活物質としてケイ素を含有する化合物と、他の活物質とを含むものであってもよい。他の活物質は、例えば、リチウムイオン二次電池の負極活物質として常用されるものから選択してもよい。具体的には、炭素材料、金属リチウム、リチウム合金、金属間化合物、金属錯体、有機高分子化合物等が挙げられる。これらの中でも、炭素材料が好ましい。炭素材料としては、天然黒鉛(鱗片状黒鉛等)、人造黒鉛等の黒鉛、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック、炭素繊維などが挙げられる。   The electrode mixture of the present disclosure may include a compound containing silicon as an active material and another active material. The other active material may be selected from those commonly used as a negative electrode active material of a lithium ion secondary battery, for example. Specific examples include carbon materials, metallic lithium, lithium alloys, intermetallic compounds, metal complexes, and organic polymer compounds. Among these, a carbon material is preferable. Examples of the carbon material include graphite such as natural graphite (such as flake graphite) and artificial graphite, carbon black such as acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black, and carbon fiber.

炭素材料の中でも、エネルギーデバイスの特性向上の観点からは、X線広角回折法における炭素六角平面の間隔(d002)が3.35Å〜3.40Åであり、c軸方向の結晶子(Lc)が100Å以上である炭素材料(黒鉛)が好ましい。
一方、エネルギーデバイスのサイクル特性及び安全性の向上の観点からは、X線広角回折法における炭素六角平面の間隔(d002)が3.50Å〜3.95Åである炭素材料(非晶質炭素)が好ましい。
炭素材料の平均粒子径は、0.1μm〜60μmであることが好ましく、0.5μm〜30μmであることがより好ましい。また、炭素材料のBET比表面積は、1m/g〜10m/gであることが好ましい。
Among the carbon materials, from the viewpoint of improving the characteristics of the energy device, the distance (d 002 ) between the carbon hexagonal planes in the X-ray wide angle diffraction method is 3.35 to 3.40 mm, and the crystallite (Lc) in the c-axis direction Is preferably a carbon material (graphite) having a thickness of 100% or more.
On the other hand, from the viewpoint of improving the cycle characteristics and safety of the energy device, a carbon material (amorphous carbon) in which the spacing (d 002 ) of the carbon hexagonal plane in the X-ray wide angle diffraction method is 3.50 to 3.95 mm Is preferred.
The average particle size of the carbon material is preferably 0.1 μm to 60 μm, and more preferably 0.5 μm to 30 μm. Further, BET specific surface area of the carbon material is preferably 1m 2 / g~10m 2 / g.

本開示の電極合剤は、これに含まれるバインダーが水系溶媒への適合性に優れているため、水系溶媒を用いた製造方法が採用されている負極用の電極合剤として好適であるが、正極用の電極合剤であってもよい。   The electrode mixture of the present disclosure is suitable as an electrode mixture for a negative electrode in which a production method using an aqueous solvent is adopted because the binder contained therein is excellent in compatibility with an aqueous solvent. It may be an electrode mixture for the positive electrode.

電極合剤が正極用であって正極活物質を含む場合、正極活物質の種類は特に制限されない。例えば、リチウムイオン二次電池の正極活物質として常用されるものから選択してもよい。具体的には、リチウム含有金属複合酸化物、オリビン型リチウム塩、カルコゲン化合物、二酸化マンガン等が挙げられる。リチウム含有金属複合酸化物は、リチウムと遷移金属とを含む金属酸化物又は該金属酸化物中の遷移金属の一部が異種元素によって置換された金属酸化物である。異種元素としては、Na、Mg、Sc、Y、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Cr、Pb、Sb、V、B等が挙げられ、中でもMn、Al、Co、Ni、Mg等が好ましい。異種元素は1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。   When the electrode mixture is for a positive electrode and contains a positive electrode active material, the type of the positive electrode active material is not particularly limited. For example, you may select from what is normally used as a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery. Specific examples include lithium-containing metal composite oxides, olivine-type lithium salts, chalcogen compounds, and manganese dioxide. The lithium-containing metal composite oxide is a metal oxide containing lithium and a transition metal or a metal oxide in which a part of the transition metal in the metal oxide is substituted with a different element. Examples of the different elements include Na, Mg, Sc, Y, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Al, Cr, Pb, Sb, V, and B. Among them, Mn, Al, Co, Ni, Mg or the like is preferable. Different elements may be used alone or in combination of two or more.

正極活物質の平均粒子径は、0.1μm〜60μmであることが好ましく、0.5μm〜30μmであることがより好ましい。また、正極活物質のBET比表面積は、1m/g〜10m/gであることが好ましい。 The average particle size of the positive electrode active material is preferably 0.1 μm to 60 μm, and more preferably 0.5 μm to 30 μm. Further, BET specific surface area of the positive electrode active material is preferably 1m 2 / g~10m 2 / g.

電極合剤が活物質としてケイ素を含有する化合物と、他の活物質とを含む場合、その割合は特に制限されない。例えば、ケイ素を含有する化合物Aと、他の活物質Bとの質量比(A:B)が0.5:9.5〜5:5であってもよい。   When the electrode mixture includes a compound containing silicon as an active material and another active material, the ratio is not particularly limited. For example, the mass ratio (A: B) between the compound A containing silicon and the other active material B may be 0.5: 9.5 to 5: 5.

電極合剤に含まれるバインダーと活物質の割合は、特に制限されない。例えば、バインダーAと活物質Bとの質量比(A:B)が20:80〜0.1:99.9であってもよい。   The ratio of the binder and the active material contained in the electrode mixture is not particularly limited. For example, the mass ratio (A: B) between the binder A and the active material B may be 20:80 to 0.1: 99.9.

電極合剤は、液状媒体を含むものであってもよい。特に、作業性の観点からはバインダーの使用時(活物質と混合する際)に液状媒体を含んでいることが好ましい。電極合剤に含まれる液状媒体としては水が好ましいが、必要に応じて水とともに有機溶媒を含んでいてもよい。   The electrode mixture may contain a liquid medium. In particular, from the viewpoint of workability, a liquid medium is preferably contained when the binder is used (when mixed with the active material). The liquid medium contained in the electrode mixture is preferably water, but it may contain an organic solvent together with water as necessary.

電極合剤の使用時における粘度は、例えば、25℃において500mPa・s〜50000mPa・sであることが好ましく、1000mPa・s〜20000mPa・sであることがより好ましく、2000mPa・s〜10000mPa・sであることがさらに好ましい。なお、粘度は回転式せん断粘度計を用いて、25℃、せん断速度1.0s−1で測定される。 The viscosity at the time of using the electrode mixture is preferably, for example, 500 mPa · s to 50000 mPa · s at 25 ° C., more preferably 1000 mPa · s to 20000 mPa · s, and 2000 mPa · s to 10000 mPa · s. More preferably it is. The viscosity is measured at 25 ° C. and a shear rate of 1.0 s −1 using a rotary shear viscometer.

電極合剤は、必要に応じてバインダー、活物質及び液状媒体以外の成分を含んでいてもよい。例えば、電解液に対する耐膨潤性を補完するための架橋成分、電極の柔軟性及び可とう性を補完するためのゴム成分、電極合剤の塗工性を向上させるための増粘剤、沈降防止剤、消泡剤、レベリング剤等の各種添加剤を含んでいてもよい。電極合剤の状態は特に制限されず、保管方法、電極の形成方法等に応じて選択できる。例えば、スラリー状であってもよい。   The electrode mixture may contain components other than the binder, the active material, and the liquid medium as necessary. For example, a crosslinking component to supplement the swelling resistance to the electrolyte, a rubber component to supplement the flexibility and flexibility of the electrode, a thickener to improve the coating property of the electrode mixture, and an anti-settling agent Various additives such as an agent, an antifoaming agent, and a leveling agent may be included. The state of the electrode mixture is not particularly limited and can be selected according to the storage method, the electrode formation method, and the like. For example, it may be a slurry.

<エネルギーデバイス用電極>
本開示のエネルギーデバイス用電極は、集電体と、前記集電体の少なくとも一方の表面上に設けられ、上述した電極合剤を含む電極合剤層と、を有する。
本開示のエネルギーデバイス用電極は、リチウムイオン二次電池、電気二重層キャパシタ、太陽電池、燃料電池等の電極として用いることができる。
以下に、本開示のエネルギーデバイス用電極をリチウムイオン二次電池の電極に適用した場合について詳細に説明するが、本開示のエネルギーデバイス用電極は下記内容に限定されるものではない。
<Energy device electrodes>
The electrode for an energy device according to the present disclosure includes a current collector and an electrode mixture layer that is provided on at least one surface of the current collector and includes the electrode mixture described above.
The electrode for energy devices of this indication can be used as electrodes, such as a lithium ion secondary battery, an electric double layer capacitor, a solar cell, and a fuel cell.
Hereinafter, the energy device electrode according to the present disclosure will be described in detail as applied to an electrode of a lithium ion secondary battery. However, the energy device electrode according to the present disclosure is not limited to the following contents.

集電体の種類は特に制限されない。例えば、リチウムイオン二次電池の分野で常用されるものから選択してもよい。
リチウムイオン二次電池の負極に用いられる集電体(負極集電体)としては、ステンレス鋼、ニッケル、銅等を含むシート、箔などが挙げられる。これらの中でも、銅を含有するシート又は箔が好ましい。シート及び箔の厚さは特に限定されず、集電体として必要な強度及び加工性を確保する観点から、例えば、1μm〜500μmであることが好ましく、2μm〜100μmであることがより好ましく、5μm〜50μmであることがさらに好ましい。
リチウムイオン二次電池の正極に用いられる集電体(正極集電体)としては、ステンレス鋼、アルミニウム、チタン等を含有するシート、箔などが挙げられる。これらの中でも、アルミニウムを含有するシート又は箔が好ましい。シート及び箔の厚さは特に限定されず、集電体として必要な強度及び加工性を確保する観点から、例えば、1μm〜500μmであることが好ましく、2μm〜80μmであることがより好ましく、5μm〜50μmであることがさらに好ましい。
The type of current collector is not particularly limited. For example, it may be selected from those commonly used in the field of lithium ion secondary batteries.
Examples of the current collector (negative electrode current collector) used for the negative electrode of the lithium ion secondary battery include sheets and foils containing stainless steel, nickel, copper, and the like. Among these, a sheet or foil containing copper is preferable. The thickness of the sheet and foil is not particularly limited, and is preferably 1 μm to 500 μm, more preferably 2 μm to 100 μm, and more preferably 5 μm from the viewpoint of ensuring the strength and workability required for the current collector. More preferably, it is ˜50 μm.
Examples of the current collector (positive electrode current collector) used for the positive electrode of the lithium ion secondary battery include sheets and foils containing stainless steel, aluminum, titanium, and the like. Among these, a sheet or foil containing aluminum is preferable. The thickness of the sheet and foil is not particularly limited, and is preferably 1 μm to 500 μm, more preferably 2 μm to 80 μm, and more preferably 5 μm from the viewpoint of ensuring the strength and workability required as a current collector. More preferably, it is ˜50 μm.

電極合剤層は、上述した電極合剤を用いて形成することができる。具体的には、例えば、スラリー状の電極合剤を集電体の少なくとも一方の表面上に塗布し、次いで溶媒を乾燥して除去し、必要に応じて圧延して形成することができる。
スラリー状の電極合剤の塗布は、例えば、コンマコーター等を用いて行うことができる。塗布は、対向する電極において、正極容量と負極容量との比率(負極容量/正極容量)が1以上になるように行うことが適当である。スラリー状の電極合剤の塗布量は、例えば、電極合剤層の片面当たりの乾燥質量が、5g/m〜500g/mであることが好ましく、50g/m〜300g/mであることがより好ましい。
溶媒の除去は、例えば、50℃〜150℃、好ましくは、80℃〜120℃で、1分〜20分間、好ましくは、3分〜10分間乾燥することによって行われる。
圧延は、例えばロールプレス機を用いて行われ、合剤層の密度が、負極の合剤層の場合、例えば、1g/cm〜2g/cm、好ましくは、1.2g/cm〜1.8g/cmとなるように、正極の合剤層の場合、例えば、2g/cm〜5g/cm、好ましくは、2g/cm〜4g/cmとなるようにプレスされる。
さらに、電極内の残留溶媒、吸着水の除去等のため、例えば、100〜150℃で1〜20時間真空乾燥してもよい。
The electrode mixture layer can be formed using the electrode mixture described above. Specifically, for example, it can be formed by applying a slurry-like electrode mixture on at least one surface of the current collector, then drying and removing the solvent, and rolling as necessary.
The application of the slurry-like electrode mixture can be performed using, for example, a comma coater. The coating is suitably performed so that the ratio between the positive electrode capacity and the negative electrode capacity (negative electrode capacity / positive electrode capacity) is 1 or more in the opposing electrode. The coating amount of the slurry-like electrode mixture is, for example, dry mass per one surface of the electrode mixture layer is preferably from 5g / m 2 ~500g / m 2 , at 50g / m 2 ~300g / m 2 More preferably.
The removal of the solvent is performed, for example, by drying at 50 ° C. to 150 ° C., preferably 80 ° C. to 120 ° C. for 1 minute to 20 minutes, preferably 3 minutes to 10 minutes.
Rolling is performed, for example, using a roll press machine, the density of the mixture layer, when the negative electrode mixture layer, for example, 1g / cm 3 ~2g / cm 3, preferably, 1.2 g / cm 3 ~ as will be 1.8 g / cm 3, when the positive electrode material mixture layer, for example, 2g / cm 3 ~5g / cm 3, preferably, it is pressed so as to 2g / cm 3 ~4g / cm 3 .
Furthermore, in order to remove the residual solvent and adsorbed water in the electrode, for example, vacuum drying may be performed at 100 to 150 ° C. for 1 to 20 hours.

<エネルギーデバイス>
本開示のエネルギーデバイスは、正極と負極とを備え、正極及び負極の少なくとも一方が上述したバインダーと活物質とを含む。
本開示のエネルギーデバイス用電極は、正極及び負極の少なくとも一方が上述したバインダーと活物質とを含むため、活物質として膨張収縮が大きい材料を含む場合であってもサイクル特性に優れている。
<Energy device>
The energy device of the present disclosure includes a positive electrode and a negative electrode, and at least one of the positive electrode and the negative electrode includes the binder and the active material described above.
Since the electrode for energy devices of this indication contains at least one of a positive electrode and a negative electrode contains the binder and active material which were mentioned above, it is excellent in cycling characteristics, even when it contains a material with large expansion and contraction as an active material.

ある実施態様では、エネルギーデバイスは少なくとも負極が上述したバインダーと活物質とを含む。またある実施態様では、エネルギーデバイスは少なくとも負極が上述したバインダーと活物質とを含み、活物質としてケイ素を含有する化合物を含む。   In an embodiment, the energy device includes at least the negative electrode including the binder and the active material described above. In one embodiment, at least the negative electrode includes the above-described binder and active material, and the energy device includes a compound containing silicon as the active material.

本開示のエネルギーデバイスとしては、リチウムイオン二次電池、電気二重層キャパシタ、太陽電池、燃料電池等が挙げられる。以下に、エネルギーデバイスがリチウムイオン二次電池の場合について詳細に説明するが、本開示のエネルギーデバイスは下記内容に限定されるものではない。   Examples of the energy device of the present disclosure include a lithium ion secondary battery, an electric double layer capacitor, a solar cell, and a fuel cell. Hereinafter, although the case where the energy device is a lithium ion secondary battery will be described in detail, the energy device of the present disclosure is not limited to the following contents.

リチウムイオン二次電池は、例えば、正極と、負極と、正極と負極との間に介在するセパレータと、電解液と、を備える。正極及び負極の詳細については、上述したエネルギーデバイス用電極に記載したものを参照できる。   The lithium ion secondary battery includes, for example, a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolytic solution. For details of the positive electrode and the negative electrode, reference can be made to those described in the above-mentioned energy device electrode.

セパレータは、正極及び負極間を電子的には絶縁しつつもイオン透過性を有し、かつ、正極側における酸化性及び負極側における還元性に対する耐性を備えるものであれば特に制限はない。このような特性を満たすセパレータの材料(材質)としては、樹脂、無機物等が用いられる。   The separator is not particularly limited as long as it has ion permeability while electronically insulating between the positive electrode and the negative electrode, and has resistance to oxidation on the positive electrode side and reducibility on the negative electrode side. As a material (material) of the separator that satisfies such characteristics, a resin, an inorganic substance, or the like is used.

上記樹脂としては、オレフィン系ポリマー、フッ素系ポリマー、セルロース系ポリマー、ポリイミド、ナイロン等が用いられる。具体的には、電解液に対して安定で、保液性の優れた材料の中から選ぶのが好ましく、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンを原料とする多孔性シート、不織布などを用いることが好ましい。   As the resin, olefin polymer, fluorine polymer, cellulose polymer, polyimide, nylon and the like are used. Specifically, it is preferable to select from materials that are stable with respect to the electrolytic solution and have excellent liquid retention properties, and it is preferable to use a porous sheet made of polyolefin such as polyethylene and polypropylene, a nonwoven fabric, and the like.

無機物としては、アルミナ、二酸化ケイ素等の酸化物類、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の窒化物類、硫酸バリウム、硫酸カルシウム等の硫酸塩類、ガラスなどが用いられる。例えば、繊維形状又は粒子形状の上記無機物を、不織布、織布、微多孔性フィルム等の薄膜形状の基材に付着させたものをセパレータとして用いることができる。
薄膜形状の基材としては、孔径が0.01μm〜1μmであり、厚さが5μm〜50μmのものが好適に用いられる。また、例えば、繊維形状又は粒子形状の上記無機物を、樹脂等の結着剤を用いて複合多孔層としたものをセパレータとして用いることができる。さらに、この複合多孔層を、正極又は負極の表面に形成し、セパレータとしてもよい。あるいは、この複合多孔層を他のセパレータの表面に形成し、多層セパレータとしてもよい。例えば、90%粒子径(D90)が1μm未満のアルミナ粒子を、フッ素樹脂を結着剤として結着させた複合多孔層を、正極の表面に形成してもよい。
Examples of inorganic substances include oxides such as alumina and silicon dioxide, nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride, sulfates such as barium sulfate and calcium sulfate, and glass. For example, what made the said inorganic substance of fiber shape or particle shape adhere to thin film-shaped base materials, such as a nonwoven fabric, a woven fabric, and a microporous film, can be used as a separator.
As the thin film-shaped substrate, a substrate having a pore diameter of 0.01 μm to 1 μm and a thickness of 5 μm to 50 μm is preferably used. In addition, for example, a separator in which a composite porous layer is formed using the above-described inorganic material in a fiber shape or a particle shape by using a binder such as a resin can be used as a separator. Furthermore, this composite porous layer may be formed on the surface of the positive electrode or the negative electrode to form a separator. Alternatively, this composite porous layer may be formed on the surface of another separator to form a multilayer separator. For example, a composite porous layer in which alumina particles having a 90% particle diameter (D90) of less than 1 μm are bound using a fluororesin as a binder may be formed on the surface of the positive electrode.

電解液は、溶質(支持塩)と非水溶媒とを含み、さらに必要に応じて各種添加剤を含む。溶質は通常、非水溶媒中に溶解した状態である。電解液は、例えば、セパレータに含浸される。   The electrolytic solution contains a solute (supporting salt) and a nonaqueous solvent, and further contains various additives as necessary. The solute is usually in a dissolved state in a non-aqueous solvent. For example, the electrolytic solution is impregnated in the separator.

溶質としては、この分野で常用されるものを使用できる。具体的には、LiClO、LiBF、LiPF、LiAlCl、LiSbF、LiSCN、LiCFSO、LiCFCO、LiAsF、LiB10Cl10、低級脂肪族カルボン酸リチウム、LiCl、LiBr、LiI、クロロボランリチウム、ホウ酸塩類、イミド塩類等が挙げられる。ホウ酸塩類としては、ビス(1,2−ベンゼンジオレート(2−)−O,O’)ホウ酸リチウム、ビス(2,3−ナフタレンジオレート(2−)−O,O’)ホウ酸リチウム、ビス(2,2’−ビフェニルジオレート(2−)−O,O’)ホウ酸リチウム、ビス(5−フルオロ−2−オレート−1−ベンゼンスルホン酸−O,O’)ホウ酸リチウム等が挙げられる。イミド塩類としては、ビストリフルオロメタンスルホン酸イミドリチウム((CFSONLi)、トリフルオロメタンスルホン酸ノナフルオロブタンスルホン酸イミドリチウム((CFSO)(CSO)NLi)、ビスペンタフルオロエタンスルホン酸イミドリチウム((CSONLi)等が挙げられる。溶質は1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。溶質の非水溶媒に対する溶解量は、0.5モル/L〜2モル/Lとすることが好ましい。 As the solute, those commonly used in this field can be used. Specifically, LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiAlCl 4 , LiSbF 6 , LiSCN, LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6 , LiB 10 Cl 10 , lower aliphatic lithium carboxylate, LiCl, LiBr , LiI, chloroborane lithium, borates, imide salts and the like. Examples of borates include lithium bis (1,2-benzenediolate (2-)-O, O ') and bis (2,3-naphthalenedioleate (2-)-O, O') boric acid. Lithium, bis (2,2′-biphenyldiolate (2-)-O, O ′) lithium borate, bis (5-fluoro-2-olate-1-benzenesulfonic acid-O, O ′) lithium borate Etc. Examples of imide salts include lithium bistrifluoromethanesulfonate imide ((CF 3 SO 2 ) 2 NLi), lithium trifluoromethanesulfonate nonafluorobutanesulfonate ((CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ) NLi ), Lithium bispentafluoroethanesulfonate imide ((C 2 F 5 SO 2 ) 2 NLi), and the like. A solute may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type. The amount of solute dissolved in the non-aqueous solvent is preferably 0.5 mol / L to 2 mol / L.

非水溶媒としては、この分野で常用されるものを使用できる。具体的には、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、環状カルボン酸エステル等が挙げられる。環状炭酸エステルとしては、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)等が挙げられる。鎖状炭酸エステルとしては、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジメチルカーボネート(DMC)等が挙げられる。環状カルボン酸エステルとしては、γ−ブチロラクトン(GBL)、γ−バレロラクトン(GVL)等が挙げられる。非水溶媒は1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。   As the non-aqueous solvent, those commonly used in this field can be used. Specific examples include cyclic carbonates, chain carbonates, and cyclic carboxylic acid esters. Examples of the cyclic carbonate include propylene carbonate (PC) and ethylene carbonate (EC). Examples of the chain carbonate include diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), dimethyl carbonate (DMC) and the like. Examples of the cyclic carboxylic acid ester include γ-butyrolactone (GBL) and γ-valerolactone (GVL). A non-aqueous solvent may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.

また、電池特性をより向上できる観点から、非水溶媒はビニレンカーボネート(VC)を含有することが好ましい。非水溶媒がビニレンカーボネート(VC)を含有する場合の含有率は、非水溶媒全量に対して、0.1質量%〜2質量%であることが好ましく、0.2質量%〜1.5質量%であることがより好ましい。   Moreover, it is preferable that a nonaqueous solvent contains vinylene carbonate (VC) from a viewpoint which can improve a battery characteristic more. When the non-aqueous solvent contains vinylene carbonate (VC), the content is preferably 0.1% by mass to 2% by mass with respect to the total amount of the non-aqueous solvent, and 0.2% by mass to 1.5%. More preferably, it is mass%.

リチウムイオン二次電池の構成例として、ラミネート型のリチウムイオン二次電池の構成について以下に説明する。
ラミネート型のリチウムイオン二次電池は、例えば、次のようにして作製できる。まず、正極と負極を角形に切断し、それぞれの電極にタブを溶接し正極端子及び負極端子を作製する。正極と負極との間にセパレータを介在させ積層した電極積層体を作製し、その状態でアルミニウム製のラミネートパック内に収容し、正極端子及び負極端子をアルミラミネートパックの外に出し密封する。次いで、電解液をアルミラミネートパック内に注液し、アルミラミネートパックの開口部を密封する。これにより、リチウムイオン二次電池が得られる。
As a configuration example of the lithium ion secondary battery, a configuration of a laminate type lithium ion secondary battery will be described below.
A laminate-type lithium ion secondary battery can be manufactured, for example, as follows. First, the positive electrode and the negative electrode are cut into squares, and tabs are welded to the respective electrodes to produce a positive electrode terminal and a negative electrode terminal. An electrode laminate is produced by laminating a separator between a positive electrode and a negative electrode, and accommodated in an aluminum laminate pack in that state, and the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are taken out of the aluminum laminate pack and sealed. Next, an electrolytic solution is poured into the aluminum laminate pack, and the opening of the aluminum laminate pack is sealed. Thereby, a lithium ion secondary battery is obtained.

リチウムイオン二次電池の構成例として、円柱状のリチウムイオン二次電池の構成について以下に図面を参照して説明する。
図1は、円柱状のリチウムイオン二次電池の断面図である。図1に示すように、リチウムイオン二次電池1は、ニッケルメッキが施されたスチール製で有底円筒状の電池容器6を有している。電池容器6には、帯状の正極板2及び負極板3がセパレータ4を介して断面渦巻状に捲回された電極群5が収容されている。セパレータ4は、例えば、幅が58mm、厚さが30μmに設定される。電極群5の上端面には、一端部を正極板2に固定されたアルミニウム製でリボン状の正極タブ端子が導出されている。正極タブ端子の他端部は、電極群5の上側に配置され正極外部端子となる円盤状の電池蓋の下面に超音波溶接で接合されている。一方、電極群5の下端面には、一端部を負極板3に固定された銅製でリボン状の負極タブ端子が導出されている。負極タブ端子の他端部は、電池容器6の内底部に抵抗溶接で接合されている。従って、正極タブ端子及び負極タブ端子は、それぞれ電極群5の両端面の互いに反対側に導出されている。なお、電極群5の外周面全周には、図示を省略した絶縁被覆が施されている。電池蓋は、絶縁性の樹脂製ガスケットを介して電池容器6の上部にカシメ固定されている。このため、リチウムイオン二次電池1の内部は密封されている。また、電池容器6内には、図示しない電解液が注液されている。
As a configuration example of the lithium ion secondary battery, a configuration of a cylindrical lithium ion secondary battery will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a cylindrical lithium ion secondary battery. As shown in FIG. 1, the lithium ion secondary battery 1 has a bottomed cylindrical battery container 6 made of steel plated with nickel. The battery case 6 accommodates an electrode group 5 in which a strip-like positive electrode plate 2 and a negative electrode plate 3 are wound in a spiral shape with a separator 4 interposed therebetween. For example, the separator 4 has a width of 58 mm and a thickness of 30 μm. A ribbon-like positive electrode tab terminal made of aluminum and having one end fixed to the positive electrode plate 2 is led out on the upper end surface of the electrode group 5. The other end of the positive electrode tab terminal is joined by ultrasonic welding to the lower surface of a disk-shaped battery lid that is disposed on the upper side of the electrode group 5 and serves as a positive electrode external terminal. On the other hand, a ribbon-like negative electrode tab terminal made of copper with one end fixed to the negative electrode plate 3 is led out on the lower end surface of the electrode group 5. The other end of the negative electrode tab terminal is joined to the inner bottom of the battery container 6 by resistance welding. Therefore, the positive electrode tab terminal and the negative electrode tab terminal are led out to the opposite sides of the both end faces of the electrode group 5, respectively. In addition, the insulation coating which abbreviate | omitted illustration is given to the outer peripheral surface whole periphery of the electrode group 5. FIG. The battery lid is caulked and fixed to the upper part of the battery container 6 via an insulating resin gasket. For this reason, the inside of the lithium ion secondary battery 1 is sealed. In addition, an electrolyte solution (not shown) is injected into the battery container 6.

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

(合成例1)
撹拌機、温度計、冷却管及び送液ポンプを装着した0.50リットルの4口フラスコ内に水115.00gを加え、アスピレーターで2.6kPa(20mmHg)に減圧後、窒素で常圧に戻す操作を3回繰り返し、溶存酸素を除去した。フラスコ内を窒素雰囲気に保ち、撹拌しながらウォーターバスで75℃に加温した。過硫酸アンモニウム0.19gを水5.00gに溶解してフラスコ内に加えた。過硫酸アンモニウムを加えた直後から、ニトリル基含有単量体のアクリロニトリル(和光純薬工業株式会社)21.00g、酸性官能基含有単量体のアクリル酸(和光純薬工業株式会社)19.00g(アクリロニトリル1.00モルに対して0.67モルの割合)の混合物を送液ポンプで2時間かけて滴下した。モノマを全量滴下した後、4時間撹拌を継続した。その後、1時間かけて90℃に昇温し、90℃で2時間撹拌することで、樹脂析出物を得た。得られた樹脂析出物をろ過により回収後、80℃で12時間乾燥し、ニトリル基含有単量体由来の構造単位と、酸性官能基含有単量体由来の構造単位とを含む共重合体の乾燥物を得た。0.2リットルフラスコに得られた乾燥物0.1gとN−メチル−2−ピロリドン9.9gを加え溶解した後、上述した測定条件でGPCにより重量平均分子量を測定した結果、13万であった。
(Synthesis Example 1)
Add 115.00 g of water to a 0.50 liter four-necked flask equipped with a stirrer, thermometer, cooling pipe, and liquid feed pump, reduce the pressure to 2.6 kPa (20 mmHg) with an aspirator, and then return to atmospheric pressure with nitrogen. The operation was repeated three times to remove dissolved oxygen. The inside of the flask was kept in a nitrogen atmosphere and heated to 75 ° C. with a water bath while stirring. 0.19 g of ammonium persulfate was dissolved in 5.00 g of water and added to the flask. Immediately after adding ammonium persulfate, 21.00 g of nitrile group-containing monomer acrylonitrile (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and 19.00 g of acidic functional group-containing monomer acrylic acid (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) ( The mixture was added dropwise over a period of 2 hours with a liquid feed pump. Stirring was continued for 4 hours after the whole amount of the monomer was dropped. Then, it heated up at 90 degreeC over 1 hour, and obtained the resin deposit by stirring at 90 degreeC for 2 hours. The obtained resin precipitate is recovered by filtration, and then dried at 80 ° C. for 12 hours. A copolymer containing a structural unit derived from a nitrile group-containing monomer and a structural unit derived from an acidic functional group-containing monomer A dried product was obtained. After 0.1 g of the dried product obtained in a 0.2 liter flask and 9.9 g of N-methyl-2-pyrrolidone were added and dissolved, the weight average molecular weight was measured by GPC under the measurement conditions described above. It was.

(合成例2)
撹拌機、温度計、冷却管及び送液ポンプを装着した0.50リットルの4口フラスコ内に水265.00gを加え、アスピレーターで2.6kPa(20mmHg)に減圧後、窒素で常圧に戻す操作を3回繰り返し、溶存酸素を除去した。フラスコ内を窒素雰囲気に保ち、撹拌しながらウォーターバスで75℃に加温した。過硫酸アンモニウム0.19gを水5.00gに溶解してフラスコ内に加えた。過硫酸アンモニウムを加えた直後から、ニトリル基含有単量体のアクリロニトリル(和光純薬工業株式会社)21.00g、酸性官能基含有単量体のアクリル酸(和光純薬工業株式会社)19.00g(アクリロニトリル1.00モルに対して0.67モルの割合)の混合物を送液ポンプで2時間かけて滴下した。モノマを全量滴下した後、4時間撹拌を継続した。その後、1時間かけて90℃に昇温し、90℃で2時間撹拌することで、ニトリル基含有単量体由来の構造単位と、酸性官能基含有単量体由来の構造単位とを含む共重合体の分散液を得た。室温に冷却後、アルミパンに分散液2.00g計り取り、160℃のホットプレートで15分加温し、樹脂組成物の乾燥物を得た。0.20リットルフラスコに得られた乾燥物0.1gとN−メチル−2−ピロリドン9.9gを加え溶解した後、上述した測定条件でGPCにより重量平均分子量を測定した結果、10万であった。
(Synthesis Example 2)
Add 265.00 g of water into a 0.50 liter four-necked flask equipped with a stirrer, thermometer, cooling pipe, and liquid feed pump, reduce the pressure to 2.6 kPa (20 mmHg) with an aspirator, and then return to atmospheric pressure with nitrogen. The operation was repeated three times to remove dissolved oxygen. The inside of the flask was kept in a nitrogen atmosphere and heated to 75 ° C. with a water bath while stirring. 0.19 g of ammonium persulfate was dissolved in 5.00 g of water and added to the flask. Immediately after adding ammonium persulfate, 21.00 g of nitrile group-containing monomer acrylonitrile (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and 19.00 g of acidic functional group-containing monomer acrylic acid (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) ( The mixture was added dropwise over a period of 2 hours with a liquid feed pump. Stirring was continued for 4 hours after the whole amount of the monomer was dropped. Thereafter, the temperature is raised to 90 ° C. over 1 hour, and the mixture is stirred at 90 ° C. for 2 hours, whereby a copolymer containing a structural unit derived from a nitrile group-containing monomer and a structural unit derived from an acidic functional group-containing monomer is obtained. A polymer dispersion was obtained. After cooling to room temperature, 2.00 g of the dispersion was weighed on an aluminum pan and heated on a hot plate at 160 ° C. for 15 minutes to obtain a dried resin composition. After 0.1 g of the dried product obtained in a 0.20 liter flask and 9.9 g of N-methyl-2-pyrrolidone were added and dissolved, the weight average molecular weight was measured by GPC under the measurement conditions described above. It was.

(合成例3)
撹拌機、温度計、冷却管及び送液ポンプを装着した0.50リットルの4口フラスコ内に水335.00g、乳化剤としてカルボキシメチルセルロース(ダイセルファインケム株式会社、商品名:CMC#2200)の2.00質量%水溶液21.46gを加え、アスピレーターで2.6kPa(20mmHg)に減圧後、窒素で常圧に戻す操作を3回繰り返し、溶存酸素を除去した。フラスコ内を窒素雰囲気に保ち、撹拌しながらウォーターバスで60℃に加温した。過硫酸アンモニウム0.26gを水8.00gに溶解してフラスコ内に加えた。過硫酸アンモニウムを加えた直後から、アクリロニトリル(和光純薬工業株式会社)16.98g、ブチルメタクリレート(和光純薬工業株式会社)68.26g(総単量体量(100モル%)中に60モル%の割合)、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート(新中村化学工業株式会社、商品名:ATM−4E)0.34gの混合物を送液ポンプで2時間かけて滴下した。モノマを全量滴下した後、4時間撹拌を継続した。その後、1時間かけて90℃に昇温し、90℃で2時間撹拌することで、共重合体の水分散液を得た。
(Synthesis Example 3)
1. In a 0.50 liter four-necked flask equipped with a stirrer, thermometer, condenser, and liquid feed pump, 335.00 g of water and carboxymethylcellulose (Daicel Finechem Co., Ltd., trade name: CMC # 2200) as an emulsifier 21.46 g of 00 mass% aqueous solution was added, the pressure was reduced to 2.6 kPa (20 mmHg) with an aspirator, and the operation of returning to normal pressure with nitrogen was repeated three times to remove dissolved oxygen. The inside of the flask was kept in a nitrogen atmosphere and heated to 60 ° C. with a water bath while stirring. 0.26 g of ammonium persulfate was dissolved in 8.00 g of water and added to the flask. Immediately after adding ammonium persulfate, acrylonitrile (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 16.98 g, butyl methacrylate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 68.26 g (total monomer amount (100 mol%) in 60 mol%) Ratio), 0.34 g of ethoxylated pentaerythritol tetraacrylate (Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd., trade name: ATM-4E) was added dropwise over 2 hours with a feed pump. Stirring was continued for 4 hours after the whole amount of the monomer was dropped. Then, it heated up to 90 degreeC over 1 hour, and the aqueous dispersion of the copolymer was obtained by stirring at 90 degreeC for 2 hours.

<実施例1>
0.20リットルフラスコに合成例1で得られた共重合体の乾燥物3.00g、塩基性化合物として水酸化リチウム一水和物0.67g、水25.00gを加え、室温で3時間撹拌して、中和反応を生じさせた。その後、不揮発分濃度が10.00質量%になるよう水を加え、共重合体の水溶液を得た。
<Example 1>
To the 0.20 liter flask, add 3.00 g of the dried product of the copolymer obtained in Synthesis Example 1, 0.67 g of lithium hydroxide monohydrate and 25.00 g of water as basic compounds, and stir at room temperature for 3 hours. Thus, a neutralization reaction was caused. Thereafter, water was added so that the nonvolatile content concentration was 10.00% by mass to obtain an aqueous solution of a copolymer.

次いで、黒鉛系負極材(日立化成株式会社、MAGE)と、シリコン系負極材(日立化成株式会社)と、得られた共重合体の水溶液と、を固形分の比率(黒鉛系負極材:シリコン系負極材:共重合体)が87.00質量%:10.00質量%:3.00質量%となるように混合し、更に粘度調整のために水を加えて、スラリー状の負極合剤を得た。得られた負極合剤を厚さ10μmの圧延銅箔(集電体)の片面に実質的に均等かつ均質に塗布した。その後、乾燥処理を施し、プレスにより圧延化して、評価用の負極を得た。負極合剤の密度(プレス後)は1.60g/cmとし、負極合剤の塗布量は100.00g/mとした。 Next, a graphite-based negative electrode material (Hitachi Chemical Co., Ltd., MAGE), a silicon-based negative electrode material (Hitachi Chemical Co., Ltd.), and an aqueous solution of the obtained copolymer are mixed in a solid content ratio (graphite-based negative electrode material: silicon). The negative electrode material: copolymer) is mixed to be 87.00% by mass: 10.00% by mass: 3.00% by mass, and water is added to adjust the viscosity. Got. The obtained negative electrode mixture was applied substantially uniformly and uniformly to one side of a rolled copper foil (current collector) having a thickness of 10 μm. Then, the drying process was performed and it rolled by the press and the negative electrode for evaluation was obtained. The density of the negative electrode mixture (after pressing) was 1.60 g / cm 3, and the coating amount of the negative electrode mixture was 100.00 g / m 2 .

<実施例2〜14>
共重合体の種類と塩基性化合物の組成を表1に示したものに変えた以外は、全て実施例1と同様にして、共重合体の水溶液を得た。得られた共重合体の水溶液を用いて、実施例1と同様にして負極を作製した。
<Examples 2 to 14>
An aqueous solution of the copolymer was obtained in the same manner as in Example 1 except that the type of copolymer and the composition of the basic compound were changed to those shown in Table 1. A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 using the obtained aqueous solution of the copolymer.

<比較例1>
0.2リットルフラスコに合成例1で得られた共重合体の乾燥物を粉砕したもの3.00g、水27.00gを加え、室温で撹拌し、共重合体の沈殿液を得た。
<Comparative Example 1>
To a 0.2 liter flask, 3.00 g of the dried product of the copolymer obtained in Synthesis Example 1 and 27.00 g of water were added and stirred at room temperature to obtain a copolymer precipitate.

次いで、黒鉛系負極材(日立化成株式会社、MAGE)と、シリコン系負極材(日立化成株式会社)と、カルボキシメチルセルロースナトリウム(CMC:ダイセルファインケム株式会社、2200番)水溶液(不揮発分濃度:1.5質量%)と、得られた共重合体の沈殿液と、を固形分の比率(黒鉛系負極材:シリコン系負極材:CMC:共重合体)が87.00質量%:10.00質量%:1.50質量%:1.50質量%となるように混合し、更に粘度調整のために水を加えて、スラリー状の負極合剤を得た。得られた負極合剤を厚さ10μmの圧延銅箔(集電体)の片面に実質的に均等かつ均質に塗布した。その後、乾燥処理を施し、プレスにより圧延化して、評価用の負極を得た。負極合剤の密度(プレス後)は1.60g/cmとし、負極合剤の塗布量は100.00g/mとした。 Subsequently, a graphite-based negative electrode material (Hitachi Chemical Co., Ltd., MAGE), a silicon-based negative electrode material (Hitachi Chemical Co., Ltd.), and an aqueous solution of carboxymethyl cellulose (CMC: Daicel Finechem Co., Ltd., No. 2200) (nonvolatile content concentration: 1. 5 mass%) and the resulting copolymer precipitation liquid, the ratio of solid content (graphite negative electrode material: silicon negative electrode material: CMC: copolymer) is 87.00 mass%: 10.00 mass. %: 1.50% by mass: 1.50% by mass. Further, water was added for viscosity adjustment to obtain a slurry-like negative electrode mixture. The obtained negative electrode mixture was applied substantially uniformly and uniformly to one side of a rolled copper foil (current collector) having a thickness of 10 μm. Then, the drying process was performed and it rolled by the press and the negative electrode for evaluation was obtained. The density of the negative electrode mixture (after pressing) was 1.60 g / cm 3, and the coating amount of the negative electrode mixture was 100.00 g / m 2 .

<比較例2>
合成例2で作製した共重合体の水分散液をそのまま用いて、比較例1と同様にして負極を作製した。
<Comparative example 2>
A negative electrode was produced in the same manner as in Comparative Example 1, using the aqueous dispersion of the copolymer produced in Synthesis Example 2 as it was.

<比較例3>
合成例3で作製した共重合体の水分散液をそのまま用いて、比較例1と同様にして負極を作製した。
<Comparative Example 3>
A negative electrode was produced in the same manner as in Comparative Example 1, using the aqueous dispersion of the copolymer produced in Synthesis Example 3 as it was.

<評価>
(1)負極の密着強度
作製した負極を幅10.00mm、長さ100mmの短冊状に切り出し、両面テープを用いてガラス板に合剤層面を被着面として貼り合わせ、密着強度試験用サンプルとした。精密万能試験機(株式会社島津製作所、AGS−X)に密着強度測定用サンプルを装着し、10mm/min、測定距離25mmで180°剥離強度を測定し、剥離距離10mm〜20mm間の荷重平均値を算出した。各負極について、5本の試験片を測定し、その平均値を負極の密着強度(N/m)とした。結果を表1に示す。
<Evaluation>
(1) Adhesive strength of negative electrode The prepared negative electrode was cut into a strip shape having a width of 10.00 mm and a length of 100 mm, and a double-sided tape was used to bond the mixture layer surface to the glass plate as the adherend surface. did. A sample for adhesion strength measurement is mounted on a precision universal testing machine (Shimadzu Corporation, AGS-X), 180 ° peel strength is measured at 10 mm / min, measurement distance 25 mm, and load average value between peel distances 10 mm and 20 mm Was calculated. About each negative electrode, five test pieces were measured and the average value was made into the adhesive strength (N / m) of the negative electrode. The results are shown in Table 1.

(2)サイクル特性
直径2.00cmのステンレス製コイン外装容器に、正極として直径1.80cmの円形に切断した金属リチウムと、直径1.80cmの円形に切断した厚さ20.00μmのポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータとをこの順に配置し、電解液(1.20MのLiPF エチレンカーボネート/エチルメチルカーボネート/ジメチルカーボネート=2/2/3体積%の混合溶液+ビニレンカーボネート0.80重量%)を溢れない程度に数滴垂らした。さらに、直径1.50cmの円形に切断した負極と、スペーサとして直径1.60cmの円形に切断した厚さ200μmのステンレス板とをこの順に重ね、ポリプロピレン製のパッキンを介してステンレス製のキャップを被せ、コイン電池作製用のかしめ機で密封して評価用のリチウムイオン二次電池を作製した。
(2) Cycle characteristics In a stainless steel coin outer container with a diameter of 2.00 cm, metallic lithium cut into a circle with a diameter of 1.80 cm as a positive electrode and a polyethylene fine piece with a thickness of 20.00 μm cut into a circle with a diameter of 1.80 cm. A separator made of a porous film was arranged in this order, and an electrolyte solution (1.20 M LiPF 6 ethylene carbonate / ethyl methyl carbonate / dimethyl carbonate = 2/2/3 volume% mixed solution + vinylene carbonate 0.80 wt%) I drew a few drops to prevent overflowing. Furthermore, a negative electrode cut into a circle with a diameter of 1.50 cm and a stainless steel plate with a thickness of 200 μm cut into a circle with a diameter of 1.60 cm as a spacer are stacked in this order, and a stainless steel cap is put through a polypropylene packing. A lithium ion secondary battery for evaluation was produced by sealing with a caulking machine for producing a coin battery.

作製した評価用のリチウムイオン二次電池を25.00℃の恒温槽内に入れ、充放電装置(東洋システム株式会社、TOSCAT−3200)に接続した。0.10Cで0.05Vまで定電流放電した後、0.05Vで電流値が0.01Cになるまで定電圧放電し、放電容量を測定した。次いで、0.10Cで1.5Vまで定電流充電し、充電容量を測定した。同様の操作を53回繰り返し、サイクル特性を以下の式により算出した。結果を表1に示す。
サイクル特性(%)=53回目の充電容量(mAh)×100/3回目の充電容量(mAh)
The produced lithium ion secondary battery for evaluation was placed in a thermostatic bath at 25.00 ° C. and connected to a charge / discharge device (Toyo System Co., Ltd., TOSCAT-3200). After a constant current discharge to 0.05 V at 0.10 C, a constant voltage discharge was performed until the current value became 0.01 C at 0.05 V, and the discharge capacity was measured. Next, the battery was charged at a constant current up to 1.5 V at 0.10 C, and the charge capacity was measured. The same operation was repeated 53 times, and the cycle characteristics were calculated by the following formula. The results are shown in Table 1.
Cycle characteristics (%) = 53rd charge capacity (mAh) × 100/3 charge capacity (mAh)

表1に示すように、共重合体の酸性官能基を塩基性化合物と反応させたものを用いた実施例で作製した負極は、共重合体の酸性官能基を塩基性化合物と反応させていない比較例1、2の負極に比べて負極の密着強度に優れ、電池のサイクル特性に優れていた。これは、共重合体が水に溶解した状態となっている実施例の方が、共重合体が水に溶解していない比較例1、2に比べて活物質の被覆性に優れているためと考えられる。
比較例3は負極の密着強度の評価は実施例と同等であったが、電池のサイクル特性の法化が実施例よりも低かった。これは、水に微粒子の状態で分散した状態の共重合体は活物質及び集電体との密着性を有するが、水に溶解した状態の実施例の共重合体に比べて活物質の被覆性に劣るためと考えられる。
As shown in Table 1, the negative electrode produced in the Example using what reacted the acidic functional group of the copolymer with the basic compound does not react the acidic functional group of the copolymer with the basic compound. Compared to the negative electrodes of Comparative Examples 1 and 2, the adhesion strength of the negative electrode was excellent, and the battery cycle characteristics were excellent. This is because the example in which the copolymer is dissolved in water has better active material coverage than Comparative Examples 1 and 2 in which the copolymer is not dissolved in water. it is conceivable that.
In Comparative Example 3, the evaluation of the adhesion strength of the negative electrode was the same as that of the example, but the cycle characteristic of the battery was lower than that of the example. This is because the copolymer dispersed in water in the form of fine particles has adhesiveness to the active material and the current collector, but the active material coating compared to the copolymer of the example dissolved in water. It is thought to be inferior in nature.

本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。   All documents, patent applications, and technical standards mentioned in this specification are to the same extent as if each individual document, patent application, and technical standard were specifically and individually stated to be incorporated by reference, Incorporated herein by reference.

Claims (14)

ニトリル基を含有する構造単位と、酸性官能基を含有する構造単位とを有し、前記酸性官能基の少なくとも一部が塩基と塩を形成している共重合体を含む、電極用バインダー。   An electrode binder comprising a copolymer having a structural unit containing a nitrile group and a structural unit containing an acidic functional group, wherein at least a part of the acidic functional group forms a salt with a base. 前記共重合体中の前記ニトリル基を含有する構造単位Aと前記酸性官能基を含有する構造単位Bとの比率(A:B)がモル比で1:0.1〜1:1.5の範囲内である、請求項1に記載の電極用バインダー。   The molar ratio of the structural unit A containing the nitrile group in the copolymer and the structural unit B containing the acidic functional group (A: B) is 1: 0.1 to 1: 1.5. The binder for electrodes according to claim 1 which is in a range. 前記共重合体中の前記ニトリル基を含有する構造単位と前記酸性官能基を含有する構造単位との合計の比率が、前記共重合体を構成する全構造単位の95モル%以上である、請求項1又は請求項2に記載の電極用バインダー。   The total ratio of the structural unit containing the nitrile group and the structural unit containing the acidic functional group in the copolymer is 95 mol% or more of all the structural units constituting the copolymer. The binder for electrodes of Claim 1 or Claim 2. 前記共重合体は炭化水素基を側鎖に含まないか、炭化水素基を側鎖に含む場合はその炭素原子数が5以下である、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の電極用バインダー。   The said copolymer does not contain a hydrocarbon group in a side chain, or when it contains a hydrocarbon group in a side chain, the carbon atom number is 5 or less, The any one of Claims 1-3. Electrode binder. 前記共重合体の重量平均分子量が50,000〜200,000である、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の電極用バインダー。   The binder for electrodes of any one of Claims 1-4 whose weight average molecular weights of the said copolymer are 50,000-200,000. 水をさらに含み、前記共重合体が前記水に溶解した状態である、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の電極用バインダー。   The electrode binder according to any one of claims 1 to 5, further comprising water, wherein the copolymer is in a state of being dissolved in the water. 前記酸性官能基がカルボキシ基、スルホ基及びホスホ基からなる群より選択される少なくとも1種を含む、請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の電極用バインダー。   The electrode binder according to any one of claims 1 to 6, wherein the acidic functional group contains at least one selected from the group consisting of a carboxy group, a sulfo group, and a phospho group. 前記酸性官能基を有する構造単位がアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、クロトン酸、イタコン酸、シトラコン酸、ビニル安息香酸及びビニルベンゼンスルホン酸からなる群より選択される少なくとも1種に由来する、請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の電極用バインダー。   The structural unit having the acidic functional group is derived from at least one selected from the group consisting of acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, crotonic acid, itaconic acid, citraconic acid, vinylbenzoic acid and vinylbenzenesulfonic acid. The binder for electrodes of any one of Claims 1-7. 前記ニトリル基を含有する構造単位がアクリロニトリルに由来する、請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の電極用バインダー。   The electrode binder according to any one of claims 1 to 8, wherein the structural unit containing the nitrile group is derived from acrylonitrile. ケイ素を含有する化合物を活物質として含む電極の形成のための、請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の電極用バインダー。   The binder for electrodes of any one of Claims 1-9 for formation of the electrode which contains the compound containing a silicon as an active material. 請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載の電極用バインダーと、活物質とを含む、電極合剤。   The electrode mixture containing the binder for electrodes of any one of Claims 1-10, and an active material. 前記活物質がケイ素を含有する化合物を含む、請求項11に記載の電極合剤。   The electrode mixture according to claim 11, wherein the active material contains a compound containing silicon. 集電体と、前記集電体の少なくとも一方の表面上に設けられ、請求項11又は請求項12に記載の電極合剤を含む電極合剤層と、を有する、エネルギーデバイス用電極。   The electrode for energy devices which has a collector and the electrode mixture layer which is provided on the surface of at least one of the said collector, and contains the electrode mixture of Claim 11 or Claim 12. 正極と負極とを備え、前記正極及び前記負極の少なくとも一方が請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載の電極用バインダーと活物質とを含む、エネルギーデバイス。   An energy device comprising a positive electrode and a negative electrode, wherein at least one of the positive electrode and the negative electrode comprises the binder for an electrode according to any one of claims 1 to 10 and an active material.
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