JP2023182565A - Polymer, electrode for lithium ion secondary battery, and the lithium ion secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、重合体、リチウムイオン二次電池用電極及びリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a polymer, an electrode for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery.
従来、リチウムイオン二次電池等の電気化学的デバイスに用いられる電極を製造する方法としては、電極活物質にバインダーや増粘剤等を添加した液状の組成物を、集電体表面に塗布して乾燥することによって、当該集電体の上に電極層を形成させる方法が挙げられる。特に、リチウムイオン二次電池用の負極活物質としては、黒鉛系材料、ケイ素系材料又はスズ系材料を使用することが従来提案されているが、これらの材料のいずれにおいても、充放電の際の膨張収縮が発生するため、電極層の変形や活物質の孤立が生じやすい。具体的には、活物質は、充電時に膨張し、放電時に収縮するため、活物質間において収縮時に離れる力が働き、活物質同士の結着及び導電ネットワークが切断される。このような現象に起因して、電池のサイクル寿命が低下する傾向にあり、従来技術においては、バインダー材料の性能の観点から種々の検討がなされている。例えば、特許文献1において、エチレン性不飽和カルボン酸モノマーの重合単位を0.1~15重量%含むバインダーと、所定の材料と、を含むリチウムイオン二次電池負極用スラリーを用いることが提案されている。 Conventionally, the method for producing electrodes used in electrochemical devices such as lithium-ion secondary batteries involves applying a liquid composition containing an electrode active material with binders, thickeners, etc. on the surface of a current collector. For example, an electrode layer may be formed on the current collector by drying the current collector. In particular, it has been proposed to use graphite-based materials, silicon-based materials, or tin-based materials as negative electrode active materials for lithium-ion secondary batteries; Expansion and contraction occur, which tends to cause deformation of the electrode layer and isolation of the active material. Specifically, since the active material expands during charging and contracts during discharge, a force acts between the active materials to separate them during contraction, and the bond between the active materials and the conductive network are severed. Due to such a phenomenon, the cycle life of batteries tends to decrease, and in the prior art, various studies have been made from the viewpoint of the performance of binder materials. For example, in Patent Document 1, it is proposed to use a slurry for a negative electrode of a lithium ion secondary battery containing a binder containing 0.1 to 15% by weight of polymerized units of an ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer and a predetermined material. ing.
特許文献1によれば、活物質層内部の密着強度、及び活物質層と集電体との密着強度、すなわち電極の密着強度が向上し、さらに、合金系活物質の膨張収縮が炭素系活物質によって緩和されるとともに負極の内部抵抗が低減されるため、寿命劣化の少ない電池を得ることができるとされている。しかしながら、本発明者らの検討によれば、特許文献1に記載の技術は、接着性とサイクル特性の観点から未だ改善の余地があることが判明している。 According to Patent Document 1, the adhesion strength inside the active material layer and the adhesion strength between the active material layer and the current collector, that is, the adhesion strength of the electrode, are improved, and furthermore, the expansion and contraction of the alloy-based active material is reduced by the carbon-based active material. It is said that it is possible to obtain a battery with less deterioration in life because it is relaxed by the substance and the internal resistance of the negative electrode is reduced. However, according to studies by the present inventors, it has been found that the technique described in Patent Document 1 still has room for improvement from the viewpoints of adhesiveness and cycle characteristics.
本発明は、上記の従来技術が有する課題に鑑みてなされたものであり、優れた接着性とサイクル特性を発現する重合体等を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the problems of the above-mentioned prior art, and an object of the present invention is to provide a polymer etc. that exhibits excellent adhesiveness and cycle characteristics.
本発明者らは、鋭意研究した結果、所定の組成を有する及び/又は所定のパラメータを満たす重合体を用いることで、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive research, the present inventors have found that the above problems can be solved by using a polymer having a predetermined composition and/or satisfying predetermined parameters, and have completed the present invention.
すなわち、本発明は以下の態様を包含する。
[1]
リチウムイオン二次電池用バインダー用の重合体であって、
(メタ)アクリル系単官能モノマーM1に由来する単位U1と、
(メタ)アクリル酸モノマーM2に由来する単位U2と、
任意に、前記M1及びM2と共重合可能なモノマーM3に由来する単位U3と、
を有し、
前記M1、M2及びM3に対して、RDkit(Release 2020.09.1)により計算されるMAX_EStateIndexの重量平均値(ave_MAX_EStateIndex)が、9.8以上10.6以下である、重合体。
[2]
前記RDkit(Release 2020.09.1)により計算されるChi3nの重量平均値(ave_Chi3n)が、1.2以上2.6以下である、[1]に記載の重合体。
[3]
前記RDkit(Release 2020.09.1)により計算されるEState_VSA10の重量平均値(ave_EState_VSA10)が、4.6以上8.9以下である、[1]又は[2]に記載の重合体。
[4]
前記M1が、式(1)で表される(メタ)アクリル系単官能モノマーM1’を含む、[1]~[3]のいずれかに記載の重合体。
[5]
前記M1が、ノニルアクリレート、イソデシルアクリレート、ドデシルアクリレート及びエトキシエトキシエチルアクリレートからなる群より選択される少なくとも1種である、[1]~[3]のいずれかに記載の重合体。
[6]
リチウムイオン二次電池用バインダー用の重合体であって、
(メタ)アクリル系単官能モノマーM1に由来する単位U1と、
(メタ)アクリル酸モノマーM2に由来する単位U2と、
任意に、前記M1及びM2と共重合可能なモノマーM3に由来する単位U3と、
を有し、
前記M1が、ノニル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート及びエトキシエトキシエチル(メタ)アクリレートからなる群より選択される少なくとも1種を含み、
前記重合体の全単位中、前記U1の含有量が、90質量%以下であり、かつ、U2の含有量が、5質量%以上40質量%以下であり、かつ、U3の含有量が、0質量%以上20質量%以下である、重合体。
[7]
前記M2が、アクリル酸、メタクリル酸及び2-アクリロイロキシエチル-コハク酸からなる群より選択される少なくとも1種を含む、[6]に記載の重合体。
[8]
前記重合体の全単位中、U1の含有量が、40質量%以上90質量%以下である、[6]又は[7]に記載の重合体。
[10]
前記重合体が、粒子状重合体である、[1]~[9]のいずれかに記載の重合体。
[11]
活物質と、
[1]~[10]のいずれかに記載の重合体と、
を含む、リチウムイオン二次電池用電極。
[12]
[11]に記載のリチウムイオン二次電池用電極を含む、リチウムイオン二次電池。
That is, the present invention includes the following aspects.
[1]
A polymer for a binder for lithium ion secondary batteries,
A unit U1 derived from a (meth)acrylic monofunctional monomer M1,
A unit U2 derived from (meth)acrylic acid monomer M2,
Optionally, a unit U3 derived from a monomer M3 copolymerizable with M1 and M2,
has
A polymer whose weight average value (ave_MAX_EStateIndex) of MAX_EStateIndex calculated by RDkit (Release 2020.09.1) for M1, M2, and M3 is 9.8 or more and 10.6 or less.
[2]
The polymer according to [1], wherein the weight average value of Chi3n (ave_Chi3n) calculated by the RDkit (Release 2020.09.1) is 1.2 or more and 2.6 or less.
[3]
The polymer according to [1] or [2], wherein the weight average value of EState_VSA10 (ave_EState_VSA10) calculated by the RDkit (Release 2020.09.1) is 4.6 or more and 8.9 or less.
[4]
The polymer according to any one of [1] to [3], wherein M1 includes a (meth)acrylic monofunctional monomer M1' represented by formula (1).
[5]
The polymer according to any one of [1] to [3], wherein M1 is at least one selected from the group consisting of nonyl acrylate, isodecyl acrylate, dodecyl acrylate, and ethoxyethoxyethyl acrylate.
[6]
A polymer for a binder for lithium ion secondary batteries,
A unit U1 derived from a (meth)acrylic monofunctional monomer M1,
A unit U2 derived from (meth)acrylic acid monomer M2,
Optionally, a unit U3 derived from a monomer M3 copolymerizable with M1 and M2,
has
The M1 includes at least one selected from the group consisting of nonyl (meth)acrylate, isodecyl (meth)acrylate, dodecyl (meth)acrylate, and ethoxyethoxyethyl (meth)acrylate,
In all units of the polymer, the content of U1 is 90% by mass or less, the content of U2 is 5% by mass or more and 40% by mass or less, and the content of U3 is 0. A polymer having a content of % by mass or more and 20% by mass or less.
[7]
The polymer according to [6], wherein M2 contains at least one selected from the group consisting of acrylic acid, methacrylic acid, and 2-acryloyloxyethyl-succinic acid.
[8]
The polymer according to [6] or [7], wherein the content of U1 in all units of the polymer is 40% by mass or more and 90% by mass or less.
[10]
The polymer according to any one of [1] to [9], wherein the polymer is a particulate polymer.
[11]
an active material;
The polymer according to any one of [1] to [10],
Electrodes for lithium ion secondary batteries, including:
[12]
A lithium ion secondary battery comprising the lithium ion secondary battery electrode according to [11].
本発明によれば、優れた接着性とサイクル特性を発現する重合体等を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a polymer etc. that exhibits excellent adhesiveness and cycle characteristics.
以下、本発明の実施の形態(以下、「本実施形態」ともいう。)について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の本実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。なお、本明細書において、「(メタ)アクリル」及び「(メタ)アクリレート」とは、「メタアクリル及びアクリル」並びに「メタアクリレート及びアクリレート」の双方を包含する意味で用いる。 Hereinafter, an embodiment of the present invention (hereinafter also referred to as "this embodiment") will be described in detail. Note that the present invention is not limited to the following embodiment, and can be implemented with various modifications within the scope of the gist. In this specification, "(meth)acrylic" and "(meth)acrylate" are used to include both "methacrylic and acrylic" and "methacrylate and acrylate."
[重合体]
本実施形態の第1の態様に係る重合体(以下、「第1の重合体」ともいう。)は、リチウムイオン二次電池用バインダー用の重合体であって、(メタ)アクリル系単官能モノマーM1(以下、単に「M1」ともいう。)に由来する単位U1と、(メタ)アクリル酸モノマーM2(以下、単に「M2」ともいう。)に由来する単位U2と、任意に、前記M1及びM2と共重合可能なモノマーM3(以下、単に「M3」ともいう。)に由来する単位U3と、を有し、前記M1、M2及びM3に対して、RDkit(Release 2020.09.1)により計算されるMAX_EStateIndexの重量平均値(ave_MAX_EStateIndex)が、9.8以上10.6以下である。第1の重合体は、上記のように構成されているため、優れた接着性とサイクル特性を発現することができる。
本実施形態の第2の態様に係る重合体(以下、「第2の重合体」ともいう。)は、リチウムイオン二次電池用バインダー用の重合体であって、(メタ)アクリル系単官能モノマーM1に由来する単位U1と、(メタ)アクリル酸モノマーM2に由来する単位U2と、を有し、前記M1が、ノニル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート及びエトキシエトキシエチル(メタ)アクリレートからなる群より選択される少なくとも1種を含み、前記重合体の全単位中、前記U1の含有量が、90質量%以下である。上記のように構成される第2の重合体も、優れた接着性とサイクル特性を発現することができる。
なお、本明細書において、特に断りがない限り、重合体に関する以降の説明は、第1の重合体及び第2の重合体の双方に係るものとする。また、「本実施形態の重合体」は第1の重合体及び第2の重合体を包含するものとして説明する。
[Polymer]
The polymer according to the first aspect of the present embodiment (hereinafter also referred to as "first polymer") is a (meth)acrylic monofunctional polymer for a binder for lithium ion secondary batteries. A unit U1 derived from the monomer M1 (hereinafter also simply referred to as "M1"), a unit U2 derived from the (meth)acrylic acid monomer M2 (hereinafter also simply referred to as "M2"), and optionally, the above-mentioned M1 and a unit U3 derived from a monomer M3 copolymerizable with M2 (hereinafter also simply referred to as "M3"), and for the M1, M2, and M3, RDkit (Release 2020.09.1) The weighted average value of MAX_EStateIndex (ave_MAX_EStateIndex) calculated by is 9.8 or more and 10.6 or less. Since the first polymer is configured as described above, it can exhibit excellent adhesiveness and cycle characteristics.
The polymer according to the second aspect of the present embodiment (hereinafter also referred to as "second polymer") is a (meth)acrylic monofunctional polymer for a binder for lithium ion secondary batteries. It has a unit U1 derived from a monomer M1 and a unit U2 derived from a (meth)acrylic acid monomer M2, and the M1 is nonyl (meth)acrylate, isodecyl (meth)acrylate, dodecyl (meth)acrylate, and ethoxy. The polymer contains at least one member selected from the group consisting of ethoxyethyl (meth)acrylate, and the content of U1 is 90% by mass or less in all units of the polymer. The second polymer configured as described above can also exhibit excellent adhesiveness and cycle characteristics.
In addition, in this specification, unless otherwise specified, the following explanation regarding the polymer shall relate to both the first polymer and the second polymer. Moreover, the "polymer of this embodiment" will be explained as including the first polymer and the second polymer.
(ave_MAX_EStateIndex)
第1の重合体において、M1、M2及びM3に対して、RDkit(Release 2020.09.1)により計算されるMAX_EStateIndexの重量平均値(ave_MAX_EStateIndex)は、9.8以上10.6以下である。
ave_MAX_EStateIndexは、重合体を構成する単量体M1~M3の各々に対して算出される2次元の記述子「MAX_EStateIndex」の重量平均値として与えられるパラメータである。重量平均値とは、重合体を構成する単量体M1~M3の各々に対して得られた記述子を、重合体を構成する単量体の重量割合で表現した値を示し、以下に示す「重合平均値」は同様の意味を示す。例えば、重合体が、1種の単位U1(M1の記述子の値=a1)と1種の単位U2(M2の記述子の値=a2)と1種の単位U3(M3の記述子の値=a3)のみで構成され、その質量比がw1:w2:w3だったとすれば、重量平均値は、「(a1×w1+a2×w2+a3×w3)/(w1+w2+w3)」で与えられる。ここで、記述子(分子記述子;molecular descriptors)は、分子の特性などの特徴量を数字に変換したものである。ここでいう2次元の記述子は、トポロジカル記述子であり、トポロジカル・インデックス(topological index)、コネクティビティ・インデックス(connectivity index)とも呼ばれる。トポロジカル記述子は、化合物の分子構造をグラフ構造として捉え、そのグラフ構造に対する不変量として算出される値である。
本実施形態において、記述子の計算は、RDkit(Release 2020.09.1)により実行される。RDkitは、コンピュータで化合物情報を扱うケモインフォマティクス分野で用いられる代表的なオープンソースのライブラリであり、pythonで扱うことができる。本実施形態において、RDkitのバージョンは、「Release 2020.09.1」とし、これによって算出される数値を採用するものとする。RDkit(Release 2020.09.1)の具体的な操作方法としては、次のURL(https://github.com/rdkit/neo4j-rdkit/issues/11)を参照することもできる。
MAX_EStateIndexは、具体的には、計算対象となる化合物における原子の電子分布を表現する記述子ということができ、RDkit(Release 2020.09.1)においてはChem.EStateモジュールに実装されているため、これにより算出することができる。
より詳細には、MAX_EStateIndexは以下のようにして算出することができる。まずEstateとは分子中のある原子iに対して算出される、その原子の電子分布を表現する数値であり、以下Siと表記する。Siは、下記式1により算出することができる。
MAX_EStateIndexは分子内の各原子に対して上記のようにEstateを計算し、その最大値として算出されるパラメータである。
MAX_EStateIndexは、分子サイズが大きくなるほど値として大きくなる傾向にあり、また、分子鎖が直鎖であるものよりも分岐しているものの方がMAX_EStateIndexの値として大きくなる傾向にある。電子分布が広ければ、活物質等の電極構成成分との接触面積を十分に確保できる結果、接着性が向上する傾向にあると推測されるところ、重合体に対して算出されるave_MAX_EStateIndexがある程度大きければ重合体としての分子サイズを十分に確保できる一方、ave_MAX_EStateIndexが大き過ぎると、重合体分子として広がりのない(分岐が過度に少ない)構造が示唆されるものと考えられる。本発明者らは、上記のような観点から重合体を設計するべく検討を重ね、ave_MAX_EStateIndexの値が9.8以上10.6以下となるように設計された重合体であれば、優れた接着性及びサイクル特性を有することを見出した。
上記と同様の観点から、第1の重合体のave_MAX_EStateIndexは、9.8以上10.6以下である。
また、上記と同様の観点から、第2の重合体のave_MAX_EStateIndexは、9.8以上10.6以下であることが好ましい。
ave_MAX_EStateIndexは、例えば、重合体を構成する各単量体についてMAX_EStateIndexを算出した上、各単量体の配合比を調整すること等により上記範囲に調整することができる。
(ave_MAX_EStateIndex)
In the first polymer, the weight average value of MAX_EStateIndex (ave_MAX_EStateIndex) calculated by RDkit (Release 2020.09.1) for M1, M2, and M3 is 9.8 or more and 10.6 or less.
ave_MAX_EStateIndex is a parameter given as a weighted average value of the two-dimensional descriptor "MAX_EStateIndex" calculated for each of the monomers M1 to M3 constituting the polymer. The weight average value indicates the value expressed by the weight ratio of the monomers constituting the polymer, which is the descriptor obtained for each of the monomers M1 to M3 constituting the polymer, and is shown below. "Polymerization average value" has the same meaning. For example, if a polymer has one type of unit U1 (descriptor value of M1 = a1), one type of unit U2 (descriptor value of M2 = a2), and one type of unit U3 (descriptor value of M3) = a3) and the mass ratio is w1:w2:w3, the weight average value is given by "(a1 x w1 + a2 x w2 + a3 x w3)/(w1 + w2 + w3)". Here, a descriptor (molecular descriptor) is a characteristic quantity such as a molecule characteristic converted into a number. The two-dimensional descriptor referred to here is a topological descriptor, and is also called a topological index or connectivity index. A topological descriptor is a value calculated as an invariant to the graph structure, considering the molecular structure of a compound as a graph structure.
In this embodiment, descriptor calculation is performed by RDkit (Release 2020.09.1). RDkit is a typical open source library used in the field of chemoinformatics, which handles compound information on computers, and can be handled with python. In this embodiment, the version of RDkit is "Release 2020.09.1", and the numerical value calculated from this is used. For specific instructions on how to operate RDkit (Release 2020.09.1), you can also refer to the following URL (https://github.com/rdkit/neo4j-rdkit/issues/11).
Specifically, MAX_EStateIndex can be said to be a descriptor that expresses the electron distribution of atoms in the compound to be calculated, and it is implemented in the Chem.EState module in RDkit (Release 2020.09.1), so This allows calculation.
More specifically, MAX_EStateIndex can be calculated as follows. First, Estate is a numerical value that is calculated for a certain atom i in a molecule and expresses the electron distribution of that atom, and is hereinafter referred to as S i . Si can be calculated using Formula 1 below.
MAX_EStateIndex is a parameter calculated as the maximum value of the Estate calculated for each atom in the molecule as described above.
The value of MAX_EStateIndex tends to increase as the molecular size increases, and the value of MAX_EStateIndex tends to increase when the molecular chain is branched than when the molecular chain is linear. It is presumed that if the electron distribution is wide, a sufficient contact area with the electrode constituents such as the active material can be secured, and as a result, adhesiveness tends to improve. On the other hand, if ave_MAX_EStateIndex is too large, it is thought that a structure with no expansion (excessively few branches) is suggested as a polymer molecule. The present inventors have repeatedly studied the design of polymers from the above-mentioned viewpoints, and have found that a polymer designed to have an ave_MAX_EStateIndex value of 9.8 or more and 10.6 or less has excellent adhesion. It has been found that this material has excellent durability and cycle characteristics.
From the same viewpoint as above, ave_MAX_EStateIndex of the first polymer is 9.8 or more and 10.6 or less.
Further, from the same viewpoint as above, the ave_MAX_EStateIndex of the second polymer is preferably 9.8 or more and 10.6 or less.
ave_MAX_EStateIndex can be adjusted within the above range by, for example, calculating MAX_EStateIndex for each monomer constituting the polymer and then adjusting the blending ratio of each monomer.
(ave_Chi3n)
本実施形態の重合体において、当該重合体を構成する単量体に対して、RDkit(Release 2020.09.1)により計算されるChi3nの重量平均値(ave_Chi3n)は、1.3以上2.6以下であることが好ましい。
Chi3nは、計算対象となる化合物における原子結合性を表現する記述子ということができ、すなわち、価電子の結合状態を表している。RDkit(Release 2020.09.1)においてはChem.EStateモジュールに実装されているため、これにより算出することができる。
より詳細には、Chi3nは以下のようにして算出することができる。
まず、ある頂点の原子価をδvとし、下記式3で計算する。
次いで、部分グラフ結合項cを求める。cは水素原子を除いた全てのフラグメントタイプから算出され、次数mを用いて、下記式4で算出される。ここで次数mは0から始まる正の整数であり、同時に着目する原子の個数を表す。換言すると、次数mは0から始まるグラフの次元である。すなわちm=0の場合は1原子に着目することを意味する。また、m=3の場合は4原子に着目することを意味する(4原子の配置を4つの頂点とみなすとき、これらを結んで得られる辺は3つとなる。)。
Chi3nは、分子サイズが大きくなるほど値として大きくなる傾向にあり、また、分子鎖が直鎖であるものよりも分岐しているものの方がChi3nの値として大きくなる傾向にある。
上記観点から、ave_Chi3nは、1.8以上2.6以下であることが好ましく、より好ましくは1.8以上2.5以下である。
ave_Chi3nは、例えば、重合体を構成する各単量体についてChi3nを算出した上、各単量体の配合比を調整すること等により上記範囲に調整することができる。
(ave_Chi3n)
In the polymer of this embodiment, the weight average value of Chi3n (ave_Chi3n) calculated by RDkit (Release 2020.09.1) for the monomers constituting the polymer is 1.3 or more and 2. It is preferably 6 or less.
Chi3n can be said to be a descriptor expressing the atomic connectivity in the compound to be calculated, that is, it represents the bonding state of valence electrons. In RDkit (Release 2020.09.1), it is implemented in the Chem.EState module, so it can be calculated using this.
More specifically, Chi3n can be calculated as follows.
First, let the valence of a certain vertex be δ v , and calculate it using Equation 3 below.
Next, subgraph connection term c is determined. c is calculated from all fragment types except for hydrogen atoms, and is calculated using the following formula 4 using the order m. Here, the order m is a positive integer starting from 0, and represents the number of atoms to be focused on at the same time. In other words, the order m is the dimension of the graph starting from 0. In other words, when m=0, it means focusing on one atom. Moreover, when m=3, it means that attention is paid to 4 atoms (when the arrangement of 4 atoms is regarded as 4 vertices, the number of edges obtained by connecting these is 3).
The value of Chi3n tends to increase as the molecular size increases, and the value of Chi3n tends to increase when the molecular chain is branched than when the molecular chain is linear.
From the above viewpoint, ave_Chi3n is preferably 1.8 or more and 2.6 or less, more preferably 1.8 or more and 2.5 or less.
ave_Chi3n can be adjusted within the above range by, for example, calculating Chi3n for each monomer constituting the polymer and adjusting the blending ratio of each monomer.
(ave_EState_VSA10)
本実施形態の重合体において、当該重合体を構成する単量体に対して、RDkit(Release 2020.09.1)により計算されるEState_VSA10の重量平均値(ave_EState_VSA10)は、4.6以上8.9以下であることが好ましい。
EState_VSA10は、計算対象となる化合物における表面積(ファンデルワールス表面積)を表現する記述子ということができ、RDkit(Release 2020.09.1)においてはChem.EStateモジュールに実装されているため、これにより算出することができる。
より詳細には、Estate_VSA10は以下のようにして算出することができる。すなわち、Estateについては前述のとおり、上記式1及び式2により算出することができる。Estate_VSA10は、分子内の各原子に対してEstateを計算し、その値が9.17以上15.00未満となる原子のファンデルワールス表面積の合計値として算出されるパラメータである。
EState_VSA10は、分子サイズが大きくなるほど値として大きくなる傾向にあり、また、分子鎖が直鎖であるものよりも分岐しているものの方がEState_VSA10の値として大きくなる傾向にある。
上記観点から、ave_EState_VSA10は、4.6以上8.9以下であることが好ましく、より好ましくは4.6以上8.6以下である。
ave_EState_VSA10は、例えば、重合体を構成する各単量体についてEState_VSA10を算出した上、各単量体の配合比を調整すること等により上記範囲に調整することができる。
(ave_EState_VSA10)
In the polymer of this embodiment, the weight average value of EState_VSA10 (ave_EState_VSA10) calculated by RDkit (Release 2020.09.1) for the monomers constituting the polymer is 4.6 or more and 8. It is preferably 9 or less.
EState_VSA10 can be said to be a descriptor that expresses the surface area (van der Waals surface area) of the compound to be calculated, and it is implemented in the Chem.EState module in RDkit (Release 2020.09.1), so this It can be calculated.
More specifically, Estate_VSA10 can be calculated as follows. That is, as described above, Estate can be calculated using Equations 1 and 2 above. Estate_VSA10 is a parameter that calculates Estate for each atom in the molecule, and is calculated as the total value of the van der Waals surface areas of atoms whose value is 9.17 or more and less than 15.00.
The value of EState_VSA10 tends to increase as the molecular size increases, and the value of EState_VSA10 tends to increase when the molecular chain is branched than when the molecular chain is linear.
From the above viewpoint, ave_EState_VSA10 is preferably 4.6 or more and 8.9 or less, more preferably 4.6 or more and 8.6 or less.
ave_EState_VSA10 can be adjusted within the above range by, for example, calculating EState_VSA10 for each monomer constituting the polymer and then adjusting the blending ratio of each monomer.
本実施形態における記述子(MAX_EStateIndex、Chi3n及びEState_VSA10)は、全て、文献「Electrotopological State Indices for Atom Types: A Novel Combination of Electronic, Topological, and Valence State Information」(J. Chem. Inf. Comput. Sci.1995,35, 1039.)を参考に計算を行って求められる数値である。 The descriptors (MAX_EStateIndex, Chi3n, and EState_VSA10) in this embodiment are all described in the document "Electrotopological State Indices for Atom Types: A Novel Combination of Electronic, Topological, and Valence State Information" (J. Chem. Inf. Comput. Sci. 1995, 35, 1039.).
(単位U1)
本実施形態の重合体は、(メタ)アクリル系単官能モノマーM1に由来する単位U1を有する。M1としては、アクリル酸又はメタクリル酸に由来する構造を有する単量体であり、単官能かつカルボキシル基を有しない点において後述する(メタ)アクリル酸モノマーM2とは区別される。本明細書中、「単官能」とは、アクリロイル基又はメタクリロイル基を分子中に1つのみ有する化合物であることを意味する。
M1としては、特に限定されないが、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n-プロピル(メタ)アクリレート、i-プロピル(メタ)アクリレート、n-ブチル(メタ)アクリレート、i-ブチル(メタ)アクリレート、n-アミル(メタ)アクリレート、i-アミル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、2-ヘキシル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、n-ノニル(メタ)アクリレート、i-ノニル(メタ)アクリレート、n-デシル(メタ)アクリレート、i-デシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、ヒドロキシメチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、エトキシエトキシエチル(メタ)アクリレート((メタ)アクリル酸2-(2-エトキシエトキシ)エチル)、アクリル酸アミノエチル、アクリル酸ジメチルアミノエチル、アクリル酸ジエチルアミノエチル、アクリルアミド、メタクリルアミド、グリシジルメタクリルアミド、N,N-ブトキシメチルアクリルアミド等が挙げられる。
これらは1種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。
(Unit U1)
The polymer of this embodiment has a unit U1 derived from a (meth)acrylic monofunctional monomer M1. M1 is a monomer having a structure derived from acrylic acid or methacrylic acid, and is distinguished from the (meth)acrylic acid monomer M2 described later in that it is monofunctional and does not have a carboxyl group. As used herein, "monofunctional" means a compound having only one acryloyl group or methacryloyl group in the molecule.
M1 is not particularly limited, but for example, methyl (meth)acrylate, ethyl (meth)acrylate, n-propyl (meth)acrylate, i-propyl (meth)acrylate, n-butyl (meth)acrylate, i-butyl (meth)acrylate, n-amyl (meth)acrylate, i-amyl (meth)acrylate, hexyl (meth)acrylate, 2-hexyl (meth)acrylate, octyl (meth)acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, n-nonyl ( meth)acrylate, i-nonyl(meth)acrylate, n-decyl(meth)acrylate, i-decyl(meth)acrylate, dodecyl(meth)acrylate, hydroxymethyl(meth)acrylate, hydroxyethyl(meth)acrylate, ethoxyethoxy Ethyl (meth)acrylate (2-(2-ethoxyethoxy)ethyl (meth)acrylate), aminoethyl acrylate, dimethylaminoethyl acrylate, diethylaminoethyl acrylate, acrylamide, methacrylamide, glycidylmethacrylamide, N,N -butoxymethylacrylamide and the like.
These may be used alone or in combination of two or more.
M1としては、接着性及びサイクル特性の観点から、式(1)で表される(メタ)アクリル系単官能モノマーM1’(以下、単に「M1’」ともいう。)を含むことが好ましい。
式(1)におけるR1としては、特に限定されないが、例えば、炭素数が6~18のアルキル基又は炭素数が6~18のアルコキシ基等が挙げられる。
炭素数が6~18のアルキル基としては、特に限定されないが、例えば、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基等が挙げられる。
炭素数が6~18のアルコキシ基としては、特に限定されないが、例えば、エトキシエトキシエチル基、メトキシポリエチレングリコール基(単官能メトキシポリエチレングリコールアクリレート(市販品としては、例えば、新中村化学工業株式会社製の「AM-90G」等)からアクリロイル基を除いた部分)、フェノキシジエチレングリコール基(フェノキシジエチレングリコールアクリレート(市販品としては、例えば、新中村化学工業株式会社製の「AMP-20GY」等)からアクリロイル基を除いた部分)、エトキシ化-o-フェニルフェノール(エトキシ化-o-フェニルフェノールアクリレート(市販品としては、例えば、新中村化学工業株式会社製の「A-LEN-10」等)からアクリロイル基を除いた部分)等が挙げられる。
これらは1種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。
M1’としては、接着性及びサイクル特性の観点から、ノニルアクリレート、イソデシルアクリレート、ドデシルアクリレート及びエトキシエトキシエチルアクリレートからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい
R1 in formula (1) is not particularly limited, but includes, for example, an alkyl group having 6 to 18 carbon atoms or an alkoxy group having 6 to 18 carbon atoms.
Examples of the alkyl group having 6 to 18 carbon atoms include, but are not limited to, hexyl, heptyl, octyl, nonyl, decyl, dodecyl, and the like.
The alkoxy group having 6 to 18 carbon atoms is not particularly limited, but examples include ethoxyethoxyethyl group, methoxypolyethylene glycol group (monofunctional methoxypolyethylene glycol acrylate (commercially available products, such as Shin Nakamura Chemical Co., Ltd.) "AM-90G" etc.) from which the acryloyl group has been removed), phenoxydiethylene glycol group (phenoxydiethylene glycol acrylate (commercially available products include, for example, "AMP-20GY" manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.) to an acryloyl group) ), acryloyl group from ethoxylated o-phenylphenol (ethoxylated o-phenylphenol acrylate (commercially available products include, for example, "A-LEN-10" manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.) ), etc.
These may be used alone or in combination of two or more.
From the viewpoint of adhesiveness and cycle characteristics, M1' is preferably at least one selected from the group consisting of nonyl acrylate, isodecyl acrylate, dodecyl acrylate, and ethoxyethoxyethyl acrylate.
第2の重合体において、M1は、ノニル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート及びエトキシエトキシエチル(メタ)アクリレートからなる群より選択される少なくとも1種を含む。このようなM1に由来する単位を含むことにより、第2の重合体は、優れた接着性及びサイクル特性を発現する。 In the second polymer, M1 includes at least one selected from the group consisting of nonyl (meth)acrylate, isodecyl (meth)acrylate, dodecyl (meth)acrylate, and ethoxyethoxyethyl (meth)acrylate. By including such a unit derived from M1, the second polymer exhibits excellent adhesiveness and cycle characteristics.
(単位U1の含有量)
第2の重合体において、接着性及びサイクル特性の観点から、単位U1の含有量は、重合体の全単位中(重合体の全構成単位100質量%に対して)、90質量%以下である。第2の重合体においては、M1が、ノニル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート及びエトキシエトキシエチル(メタ)アクリレートからなる群より選択される少なくとも1種を含むものであり、かつ、単位U1の含有量を90質量%以下とすることにより、U2の含有量を5質量%以上とすることが可能であるため、材料の安定性を維持しつつ、優れた接着性及びサイクル特性を発現することができる。上記と同様の観点から、第2の重合体において、単位U1の含有量は、40質量%以上90質量%以下であることが好ましく、より好ましくは60質量%以上85質量%以下である。
(Content of unit U1)
In the second polymer, from the viewpoint of adhesion and cycle characteristics, the content of the unit U1 is 90% by mass or less in the total units of the polymer (relative to 100% by mass of all structural units of the polymer). . In the second polymer, M1 contains at least one member selected from the group consisting of nonyl (meth)acrylate, isodecyl (meth)acrylate, dodecyl (meth)acrylate, and ethoxyethoxyethyl (meth)acrylate. In addition, by setting the content of unit U1 to 90% by mass or less, it is possible to increase the content of U2 to 5% by mass or more, which provides excellent adhesiveness while maintaining the stability of the material. and can exhibit cycle characteristics. From the same viewpoint as above, in the second polymer, the content of the unit U1 is preferably 40% by mass or more and 90% by mass or less, more preferably 60% by mass or more and 85% by mass or less.
また、第1の重合体における単位U1の含有量としても、接着性及びサイクル特性の観点から、重合体の全単位中(重合体の全構成単位100質量%に対して)、90質量%以下であることが好ましく、より好ましくは40質量%以上90質量%以下であり、さらに好ましくは60質量%以上85質量%以下である。 In addition, from the viewpoint of adhesion and cycle characteristics, the content of the unit U1 in the first polymer is 90% by mass or less in all units of the polymer (relative to 100% by mass of all constituent units of the polymer). It is preferably 40% by mass or more and 90% by mass or less, and even more preferably 60% by mass or more and 85% by mass or less.
(単位U2)
本実施形態の重合体は、(メタ)アクリル酸モノマーM2(以下、単に「M2」ともいう。)に由来する単位U2を有する。M2は、アクリル酸又はメタクリル酸に由来する構造を有する単量体であり、少なくとも1つのカルボキシル基を有する。
M2としては、特に限定されないが、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、フマル酸、イタコン酸、グルタコン酸、コハク酸モノ(2-アクリロイルオキシエチル)、ビニル安息香酸等が挙げられる。これらの単量体は塩であってもよい。
これらは1種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。
上記の中で、接着性及びサイクル特性の観点から、M2としては、コハク酸モノ(2-アクリロイルオキシエチル)、メタクリル酸が好ましい。
(Unit U2)
The polymer of this embodiment has a unit U2 derived from a (meth)acrylic acid monomer M2 (hereinafter also simply referred to as "M2"). M2 is a monomer having a structure derived from acrylic acid or methacrylic acid, and has at least one carboxyl group.
Examples of M2 include, but are not limited to, acrylic acid, methacrylic acid, fumaric acid, itaconic acid, glutaconic acid, mono(2-acryloyloxyethyl) succinate, vinylbenzoic acid, and the like. These monomers may be salts.
These may be used alone or in combination of two or more.
Among the above, from the viewpoint of adhesiveness and cycle characteristics, M2 is preferably mono(2-acryloyloxyethyl) succinate or methacrylic acid.
(単位U2の含有量)
第2の重合体において、接着性及びサイクル特性の観点から、単位U2の含有量は、重合体の全単位中(重合体の全構成単位100質量%に対して)、5質量%以上40質量%以下である。U2の含有量を5質量%以上とすることにより、材料の安定性を維持しつつ、優れた接着性及びサイクル特性を発現することができる。U2の含有量を40質量%以下とすることにより、U1の含有量を確保でき、したがって優れた接着性及びサイクル特性を発現することができる。
上記と同様の観点から、第2の重合体において、単位U2の含有量は、重合体の全単位中(重合体の全構成単位100質量%に対して)、10質量%以上40質量%以下であることが好ましい。より好ましくは、11質量%以上40質量%以下である。もっとも、上記単位U2の含有量は、5質量%、10質量%、11質量%、20質量%、30質量%及び40質量%のいずれかとすることができ、これらの数値のいずれか2つの間の範囲内であってもよい。
また、本実施形態において、接着性及び貯蔵安定性の観点からは、第2の重合体において、単位U2の含有量が、11質量%以上20質量%以下であることがとりわけ好ましい。
(Content of unit U2)
In the second polymer, from the viewpoint of adhesion and cycle characteristics, the content of the unit U2 is 5% by mass or more and 40% by mass in all units of the polymer (relative to 100% by mass of all constituent units of the polymer). % or less. By setting the content of U2 to 5% by mass or more, excellent adhesiveness and cycle characteristics can be exhibited while maintaining the stability of the material. By setting the content of U2 to 40% by mass or less, the content of U1 can be ensured, and therefore excellent adhesiveness and cycle characteristics can be exhibited.
From the same viewpoint as above, in the second polymer, the content of the unit U2 is 10% by mass or more and 40% by mass or less in all units of the polymer (relative to 100% by mass of all structural units of the polymer). It is preferable that More preferably, it is 11% by mass or more and 40% by mass or less. However, the content of the unit U2 can be 5% by mass, 10% by mass, 11% by mass, 20% by mass, 30% by mass, or 40% by mass, and between any two of these values. may be within the range of
Moreover, in this embodiment, from the viewpoint of adhesiveness and storage stability, it is particularly preferable that the content of the unit U2 in the second polymer is 11% by mass or more and 20% by mass or less.
また、第1の重合体における単位U2の含有量としても、接着性及びサイクル特性の観点から、重合体の全単位中(重合体の全構成単位100質量%に対して)、5質量%以上40質量%以下であることが好ましく、より好ましくは10質量%以上40質量%以下である。もっとも、第1の重合体における上記単位U2の含有量としては、5質量%、10質量%、20質量%、30質量%及び40質量%のいずれかとすることができ、これらの数値のいずれか2つの間の範囲内であってもよい。 In addition, from the viewpoint of adhesion and cycle characteristics, the content of the unit U2 in the first polymer is 5% by mass or more in the total units of the polymer (relative to 100% by mass of all constituent units of the polymer). It is preferably 40% by mass or less, more preferably 10% by mass or more and 40% by mass or less. However, the content of the unit U2 in the first polymer can be any of 5% by mass, 10% by mass, 20% by mass, 30% by mass, and 40% by mass, and any of these values It may be within a range between the two.
(単位U3)
第1の重合体は、M1及びM2と共重合可能なモノマーM3に由来する単位U3を任意に有する。M3はM1及びM2に該当しないものであって、M1及びM2と共重合可能であれば特に限定されない。
M3としては、特に限定されないが、例えば、1,9-ノナンジオールジアクリレート等の(メタ)アクリル系多官能モノマー、スチレン、α-メチルスチレン、p-メチルスチレン、ビニルトルエン、クロルスチレン、ジビニルベンゼン等の芳香族ビニル化合物、及びアクリロニトリル、メタアクリロニトリル、α-クロルアクリロニトリル等のシアン化ビニル系化合物等が挙げられる。
これらは1種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。
第2の重合体としても、M1及びM2と共重合可能なモノマーM3に由来する単位U3を有するものであってもよく、その場合のM3としては、上述した中から1種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。
(Unit U3)
The first polymer optionally has units U3 derived from monomer M3 copolymerizable with M1 and M2. M3 does not correspond to M1 and M2, and is not particularly limited as long as it can be copolymerized with M1 and M2.
M3 is not particularly limited, but includes, for example, (meth)acrylic polyfunctional monomers such as 1,9-nonanediol diacrylate, styrene, α-methylstyrene, p-methylstyrene, vinyltoluene, chlorostyrene, and divinylbenzene. and vinyl cyanide compounds such as acrylonitrile, methacrylonitrile, and α-chloroacrylonitrile.
These may be used alone or in combination of two or more.
The second polymer may also have a unit U3 derived from a monomer M3 copolymerizable with M1 and M2, and in that case, M3 may be used alone from the above-mentioned types. Often, two or more types may be used in combination.
(単位U3の含有量)
本実施形態において、接着性及びサイクル特性の観点から、単位U3の含有量は、重合体の全単位中(重合体の全構成単位100質量%に対して)、0質量%以上20質量%以下であることが好ましく、より好ましくは0.1質量%以上14質量%以下であり、さらに好ましくは5質量%以上10質量%以下である。
(Content of unit U3)
In this embodiment, from the viewpoint of adhesiveness and cycle characteristics, the content of the unit U3 is 0% by mass or more and 20% by mass or less in all units of the polymer (relative to 100% by mass of all structural units of the polymer). It is preferably 0.1% by mass or more and 14% by mass or less, and still more preferably 5% by mass or more and 10% by mass or less.
本実施形態において、接着性及びサイクル特性の観点から、重合体の全単位中、U1の含有量が、40質量%以上90質量%以下であり、かつ、U2の含有量が、5質量%以上40質量%以下であり、かつ、U3の含有量が、0質量%以上20質量%以下であることが好ましい。 In this embodiment, from the viewpoint of adhesiveness and cycle characteristics, the content of U1 is 40% by mass or more and 90% by mass or less, and the content of U2 is 5% by mass or more in all units of the polymer. It is preferable that the content of U3 is 40% by mass or less, and the content of U3 is 0% by mass or more and 20% by mass or less.
各単量体の含有量(すなわち、U1~U3の含有量)については、各単量体の仕込み比として特定することもできるが、例えば、下記のように重合体を分析して特定することもできる。
重合体を熱分解ガスクロマトグラフィーに供することにより、重合体のモノマー組成を同定することが可能である。次いで、pHを測定し、組成から中和度を見積もることにより、各単量体単位の塩含有量範囲を推定することができる。
The content of each monomer (that is, the content of U1 to U3) can be specified as the charging ratio of each monomer, but for example, it can be specified by analyzing the polymer as shown below. You can also do it.
By subjecting a polymer to pyrolysis gas chromatography, it is possible to identify the monomer composition of the polymer. Next, by measuring the pH and estimating the degree of neutralization from the composition, the salt content range of each monomer unit can be estimated.
本実施形態の重合体のTgは、特に限定されないが、接着性の観点から、-60℃以上80℃以下であることが好ましい。Tgが80℃以下である場合、過度に硬くなり変形しづらくなることに起因して被接着物の表面にある凹凸への接触面積が低下することを防止できる傾向にある。また、Tgが-60℃以上である場合、単量体組成によっては、バインダーとしての強度が過度に低くなることを防止し、接着後も形状を維持しやすくなる傾向にある。
上記同様の観点から、本実施形態の重合体のTgは、より好ましくは-40℃以上40℃以下である。
Tgは、後述する実施例に記載の方法に基づいて測定することができる。
また、Tgは、例えば、重合体を構成する各単量体の種類や単位U1~U3の含有量等に基づいて上述した範囲に調整することができる。
The Tg of the polymer of this embodiment is not particularly limited, but from the viewpoint of adhesiveness, it is preferably -60°C or more and 80°C or less. When Tg is 80° C. or less, it tends to be possible to prevent a reduction in the contact area with irregularities on the surface of the adherend due to excessive hardness and difficulty in deformation. Further, when Tg is -60°C or higher, depending on the monomer composition, the strength as a binder is prevented from becoming excessively low, and the shape tends to be easily maintained even after bonding.
From the same viewpoint as above, the Tg of the polymer of this embodiment is more preferably -40°C or more and 40°C or less.
Tg can be measured based on the method described in Examples below.
Furthermore, Tg can be adjusted within the above-mentioned range based on, for example, the type of each monomer constituting the polymer, the content of units U1 to U3, and the like.
[重合体の形態]
本実施形態の重合体の形態は、特に限定されず、任意の形態をとることができる。任意の形態としては、例えば、液状重合体であってもよく、粒子状重合体であってもよい。本実施形態において、重合体の形態が粒子状重合体である場合、分子量が大きくなる傾向にあり、結果としてサイクル特性がより向上する傾向にある。
[Polymer form]
The form of the polymer of this embodiment is not particularly limited, and can take any form. The arbitrary form may be, for example, a liquid polymer or a particulate polymer. In this embodiment, when the form of the polymer is a particulate polymer, the molecular weight tends to be large, and as a result, the cycle characteristics tend to be further improved.
[バインダー組成物]
本実施形態の重合体は、リチウムイオン二次電池用のバインダーとして用いられる。すなわち、本実施形態のバインダー組成物は、本実施形態の重合体を含む。本実施形態のバインダー組成物は、バインダー成分として本実施形態の重合体を含む限り特に限定されず、種々の任意成分を含むことができる。任意成分としては、特に限定されず、例えば、正極活物質や負極活物質であってもよい。
[Binder composition]
The polymer of this embodiment is used as a binder for lithium ion secondary batteries. That is, the binder composition of this embodiment contains the polymer of this embodiment. The binder composition of this embodiment is not particularly limited as long as it contains the polymer of this embodiment as a binder component, and can contain various optional components. The optional component is not particularly limited, and may be, for example, a positive electrode active material or a negative electrode active material.
(その他の任意成分)
本実施形態のバインダー組成物に含まれ得る任意成分は、イソチアゾリン系化合物を含んでいてもよい。その場合、本実施形態のバインダー組成物100質量%に対して、前記イソチアゾリン系化合物の含有量が、0.0001質量%以上1.0質量%以下であることが好ましい。上記範囲を満たす場合、せん断力に対するヒステリシスな粘度挙動を抑制でき、より安定した塗工性を発現できる傾向にある。イソチアゾリン系化合物としては、特に限定されず、種々公知のものを採用でき、例えば、2-メチル-4-イソチアゾリン-3-オン、5-クロロ-2-メチル-4-イソチアゾリン-3-オン、1,2-ベンゾイソチアゾリン-3-オン、2-n-オクチル4-イソチアゾリン-3-オン、4,5-ジクロロ-2-n-オクチル-4-イソチアゾリン-3-オン、2-エチル-4-イソチアゾリン-3-オン、4,5-ジクロロ-2-シクロヘキシル-4-イソチアゾリン-3-オン、5-クロロ-2-エチル-4-イソチアゾリン-3-オン、5-クロロ-2-t-オクチル-4-イソチアゾリン-3-オン、4-クロロ-2-n-オクチル-4-イソチアゾリン-3-オン、5-クロロ-2-n-オクチル-4-イソチアゾリン-3-オン、N-n-ブチル-1,2-ベンゾイソチアゾリン-3-オン、N-ブチルベンゾイソチアゾリン-3-オン、N-メチルベンゾイソチアゾリン-3-オン、N-エチルベンゾイソチアゾリン-3-オン、N-プロピルベンゾイソチアゾリン-3-オン、N-イソブチルベンゾイソチアゾリン-3-オン、N-ペンチルベンゾイソチアゾリン-3-オン、N-イソペンチルベンゾイソチアゾリン-3-オン、N-ヘキシルベンゾイソチアゾリン-3-オン、N-アリルベンゾイソチアゾリン-3-オン、N-(2-ブテニル)ベンゾイソチアゾリン-3-オン等が挙げられる。これらの中でも、2-メチル-4-イソチアゾリン-3-オンが好ましい。
その他、本実施形態のバインダー組成物は、任意成分として消泡剤を含むことができる。
消泡剤としては、ミネラルオイル系、シリコーン系、アクリル系、ポリエーテル系の各種消泡剤が挙げられる。消泡剤を含む場合、より脱泡性に優れる傾向にある。
この場合において、任意成分の種類や配合割合等は特に限定されない。
(Other optional ingredients)
Optional components that may be included in the binder composition of this embodiment may include an isothiazoline compound. In that case, the content of the isothiazoline compound is preferably 0.0001% by mass or more and 1.0% by mass or less with respect to 100% by mass of the binder composition of the present embodiment. When the above range is satisfied, hysteretic viscosity behavior with respect to shear force can be suppressed, and more stable coating properties tend to be exhibited. The isothiazoline compound is not particularly limited, and various known compounds can be used, such as 2-methyl-4-isothiazolin-3-one, 5-chloro-2-methyl-4-isothiazolin-3-one, 1 , 2-benzisothiazolin-3-one, 2-n-octyl 4-isothiazolin-3-one, 4,5-dichloro-2-n-octyl-4-isothiazolin-3-one, 2-ethyl-4-isothiazoline -3-one, 4,5-dichloro-2-cyclohexyl-4-isothiazolin-3-one, 5-chloro-2-ethyl-4-isothiazolin-3-one, 5-chloro-2-t-octyl-4 -Isothiazolin-3-one, 4-chloro-2-n-octyl-4-isothiazolin-3-one, 5-chloro-2-n-octyl-4-isothiazolin-3-one, N-n-butyl-1 , 2-benzisothiazolin-3-one, N-butylbenzisothiazolin-3-one, N-methylbenzisothiazolin-3-one, N-ethylbenzisothiazolin-3-one, N-propylbenzisothiazolin-3-one, N-isobutylbenzisothiazolin-3-one, N-pentylbenzisothiazolin-3-one, N-isopentylbenzisothiazolin-3-one, N-hexylbenzisothiazolin-3-one, N-allylbenzisothiazolin-3-one , N-(2-butenyl)benzisothiazolin-3-one, and the like. Among these, 2-methyl-4-isothiazolin-3-one is preferred.
In addition, the binder composition of this embodiment can include an antifoaming agent as an optional component.
Examples of antifoaming agents include mineral oil-based, silicone-based, acrylic-based, and polyether-based antifoaming agents. When it contains an antifoaming agent, it tends to have better defoaming properties.
In this case, the types and blending ratios of optional components are not particularly limited.
[重合体又はバインダー組成物の製造方法]
本実施形態の重合体又は二次電池用電極バインダー用組成物の製造方法としては、特に限定されないが、例えば、前述した単量体を含む系を準備し、常法により重合することで製造することができる。製造の際の、攪拌速度、重合温度、反応(重合)時間等の条件は、本実施形態の重合体又はバインダー組成物が得られる限り、特に限定されない。本実施形態において、各単量体や溶媒と良好な相溶性を有する、アゾ系重合開始剤や過酸化物系重合開始剤、光重合開始剤などを、使用する単量体や溶媒に合わせて適宜選択することができる。また、分子量Mwを上げるべく+40~+70℃程度の低温下で反応を実施することが好ましく、それに伴い、実用的に10時間半減期の短い重合開始剤を用いることが好ましい。
[Method for producing polymer or binder composition]
The method for producing the polymer of this embodiment or the composition for an electrode binder for secondary batteries is not particularly limited, but for example, it may be produced by preparing a system containing the monomers described above and polymerizing it by a conventional method. be able to. Conditions such as stirring speed, polymerization temperature, reaction (polymerization) time, etc. during production are not particularly limited as long as the polymer or binder composition of this embodiment can be obtained. In this embodiment, an azo polymerization initiator, a peroxide polymerization initiator, a photopolymerization initiator, etc. that have good compatibility with each monomer and solvent are selected according to the monomers and solvent used. It can be selected as appropriate. Further, in order to increase the molecular weight Mw, it is preferable to carry out the reaction at a low temperature of about +40 to +70°C, and accordingly, it is preferable to use a polymerization initiator with a short half-life of 10 hours for practical purposes.
[リチウムイオン二次電池用電極及びリチウムイオン二次電池]
本実施形態のバインダー組成物により、リチウムイオン二次電池用電極を製造することができ、当該リチウムイオン二次電池用電極を備えるリチウムイオン二次電池を作製することができる。換言すると、本実施形態のリチウムイオン二次電池は、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極を含み、当該リチウムイオン二次電池用電極は活物質と本実施形態の重合体とを含む。すなわち、本実施形態のリチウムイオン二次電池は、本実施形態のバインダー組成物又は本実施形態の重合体を含むものとして特定することができる。
本実施形態のリチウムイオン二次電池の構成は、特に限定されないが、典型的な構成部材としては、負極、負極集電体、正極、正極集電体、セパレータ及び電解液を挙げることができ、本実施形態のリチウムイオン二次電池は、電極(負極及び正極)の少なくとも一方が本実施形態のバインダー組成物を用いて得られたものであればよい。各部材が本実施形態のバインダー組成物を含むことについては、活物質と本実施形態の重合体が電極に含まれているか否かにより特定することができる。
[Lithium ion secondary battery electrode and lithium ion secondary battery]
With the binder composition of this embodiment, an electrode for a lithium ion secondary battery can be manufactured, and a lithium ion secondary battery including the electrode for a lithium ion secondary battery can be manufactured. In other words, the lithium ion secondary battery of this embodiment includes the lithium ion secondary battery electrode of this embodiment, and the lithium ion secondary battery electrode includes an active material and the polymer of this embodiment. That is, the lithium ion secondary battery of this embodiment can be specified as containing the binder composition of this embodiment or the polymer of this embodiment.
The configuration of the lithium ion secondary battery of this embodiment is not particularly limited, but typical constituent members include a negative electrode, a negative electrode current collector, a positive electrode, a positive electrode current collector, a separator, and an electrolytic solution. The lithium ion secondary battery of this embodiment may be one in which at least one of the electrodes (negative electrode and positive electrode) is obtained using the binder composition of this embodiment. Whether each member contains the binder composition of this embodiment can be specified by whether or not the active material and the polymer of this embodiment are contained in the electrode.
バインダー組成物により負極を製造する場合、用いうる負極活物質としては、特に限定されないが、例えば、炭素系活物質の他、ケイ素系活物質やスズ系活物質が挙げられる。
炭素系活物質としては、特に限定されないが、例えば、黒鉛、炭素繊維、コークス、ハードカーボン、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、フルフリルアルコール樹脂焼成体(PFA)、導電性高分子(ポリ-p-フェニレン等)等が挙げられる。
ケイ素系活物質としては、特に限定されないが、例えば、ケイ素、SiOx(0.01≦x<2)、ケイ素と遷移金属との合金等が挙げられる。
スズ系活物質としては、特に限定されないが、例えば、Sn、SnOx(0<x<2)スズと遷移金属との合金等が挙げられる。
When manufacturing a negative electrode using a binder composition, the negative electrode active material that can be used is not particularly limited, but includes, for example, a silicon-based active material and a tin-based active material in addition to a carbon-based active material.
Examples of carbon-based active materials include, but are not limited to, graphite, carbon fiber, coke, hard carbon, mesocarbon microbeads (MCMB), fired furfuryl alcohol resin (PFA), and conductive polymers (poly-p -phenylene, etc.).
Examples of silicon-based active materials include, but are not limited to, silicon, SiO x (0.01≦x<2), alloys of silicon and transition metals, and the like.
Examples of the tin-based active material include, but are not limited to, Sn, SnOx (0<x<2), an alloy of tin and a transition metal, and the like.
バインダー組成物により二次電池用正極を製造する場合、用いうる正極活物質としては、特に限定されないが、例えば、リチウム含有複合酸化物や遷移金属酸化物、遷移金属フッ化物、遷移金属硫化物等が挙げられる。
リチウム含有複合酸化物としては、特に限定されないが、例えば、LiCoO2、LiMnO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiXCoYSnZO2、LiFePO4、LiXCoYSnZO2等が挙げられる。
遷移金属酸化物としては、特に限定されないが、例えば、MnO2、MoO3、V2O5、V6O13、Fe2O3、Fe3O4等が挙げられる。
遷移金属フッ化物としては、特に限定されないが、例えば、CuF2、NiF2等が挙げられる。
遷移金属硫化物としては、特に限定されないが、例えば、TiS2、TiS3、MoS3、FeS2等が挙げられる。
When manufacturing a positive electrode for a secondary battery using a binder composition, the positive electrode active material that can be used is not particularly limited, but includes, for example, a lithium-containing composite oxide, a transition metal oxide, a transition metal fluoride, a transition metal sulfide, etc. can be mentioned.
Examples of the lithium-containing composite oxide include, but are not limited to, LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiXCoYSnZO 2 , LiFePO 4 , LiXCoYSnZO 2 and the like.
Examples of transition metal oxides include, but are not limited to, MnO 2 , MoO 3 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 and the like.
Examples of the transition metal fluoride include, but are not limited to, CuF 2 and NiF 2 .
Examples of transition metal sulfides include, but are not limited to, TiS 2 , TiS 3 , MoS 3 , and FeS 2 .
[リチウムイオン二次電池用電極又はリチウムイオン二次電池の製造方法]
本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極又はリチウムイオン二次電池の製造方法としては、特に限定されないが、本実施形態のバインダー組成物と、活物質と、任意に増粘剤等を混合した液状の組成物を集電体に塗布し、加熱し、乾燥することによって対応する電極を形成し、セパレータを介して正極及び負極を対向させ、電解液を注入して密封すること等が挙げられる。負極集電体としては、特に限定されないが、例えば、銅箔等が挙げられ、正極集電体としては、特に限定されないが、例えば、アルミ箔等が挙げられる。電解液としては、特に限定されないが、例えば、LiClO4、LiBF4、LiPF6等の電解質を有機溶媒に溶解したもの等が挙げられる。有機溶媒としては、特に限定されないが、例えば、エーテル類、ケトン類、ラクトン類、ニトリル類、アミン類、アミド類、カーボネート類、塩素化炭化水素類等が挙げられ、代表例としてはテトラヒドロフラン、アセトニトリル、ブチロニトリル、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート等を挙げることができ、1種類または2種類以上の混合物として使用される。
[Lithium ion secondary battery electrode or lithium ion secondary battery manufacturing method]
The method for producing the electrode for a lithium ion secondary battery or the lithium ion secondary battery of this embodiment is not particularly limited, but may include mixing the binder composition of this embodiment, an active material, and optionally a thickener etc. Examples include applying a liquid composition to a current collector, heating it, and drying it to form a corresponding electrode, making the positive and negative electrodes face each other with a separator in between, and injecting an electrolyte and sealing. . Examples of the negative electrode current collector include, but are not limited to, copper foil, and examples of the positive electrode current collector include, but are not limited to, aluminum foil. The electrolytic solution is not particularly limited, but includes, for example, those obtained by dissolving an electrolyte such as LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 in an organic solvent. Examples of organic solvents include, but are not limited to, ethers, ketones, lactones, nitriles, amines, amides, carbonates, chlorinated hydrocarbons, and representative examples include tetrahydrofuran and acetonitrile. , butyronitrile, propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, etc., which may be used singly or as a mixture of two or more.
塗布方法としては、特に限定されないが、例えば、リバースロールコーター、コンマバーコーター、グラビヤコーター、エア-ナイフコーター等任意のコーターヘッドを用いることができる。乾燥方法としても、特に限定されず、例えば、放置乾燥、送風乾燥、温風乾燥、赤外線加熱機、遠赤外過熱機等が使用できる。乾燥温度は、特に限定されないが、例えば、60℃~150℃で行うことができる。 The coating method is not particularly limited, but any coater head such as a reverse roll coater, comma bar coater, gravure coater, or air knife coater can be used. The drying method is not particularly limited, and for example, drying by leaving, blow drying, hot air drying, infrared heating, far infrared heating, etc. can be used. The drying temperature is not particularly limited, but may be, for example, 60°C to 150°C.
以下に実施例を挙げて本実施形態をより具体的に説明するが、本実施形態はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。 The present embodiment will be described in more detail with reference to examples below, but the present embodiment is not limited to these examples in any way.
[実施例1]
反応器に、イオン交換水100質量部を入れて、撹拌しながら70℃に昇温して保持した。ここへ、過硫酸ナトリウム(NPS)を0.5質量部、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)を0.5質量部加えて撹拌を続けた。
次に、ドデシルアクリレート(DA)を40質量部、ノニルアクリレート(NAA)を120質量部、メタクリル酸(MAA)を10質量部、コハク酸モノ-2-アクリロイルオキシエチル(MAES)を20質量部、1,9-ノナンジオールジアクリレート(19ND)を10質量部、SDSを1.0質量部、イオン交換水200質量部を混合して撹拌することで乳化液を得た。得られた乳化液を反応器内に2時間かけて滴下し、内部温度を70℃に保ちながら撹拌を続けた。滴下終了後、さらに2時間、温度を70℃に保持して重合を完結させた。
重合終了後、固形分100質量部に対して、添加剤としてメチルイソチアゾリン0.05質量部を加えた後に、#200メッシュを用いて濾過を行った。最後に、水酸化ナトリウム水溶液とイオン交換水を加えて中和し、pH7、固形分30質量%に調整することで、重合体を含むバインダー組成物を得た。なお、上記の中和を実施する前のバインダー組成物の一部を、後述する貯蔵安定性評価に供した。
[Example 1]
100 parts by mass of ion-exchanged water was placed in a reactor, and the temperature was raised to 70° C. and maintained while stirring. To this, 0.5 parts by mass of sodium persulfate (NPS) and 0.5 parts by mass of sodium dodecyl sulfate (SDS) were added, and stirring was continued.
Next, 40 parts by mass of dodecyl acrylate (DA), 120 parts by mass of nonyl acrylate (NAA), 10 parts by mass of methacrylic acid (MAA), 20 parts by mass of mono-2-acryloyloxyethyl succinate (MAES), An emulsion was obtained by mixing and stirring 10 parts by mass of 1,9-nonanediol diacrylate (19ND), 1.0 parts by mass of SDS, and 200 parts by mass of ion-exchanged water. The obtained emulsion was dropped into the reactor over 2 hours, and stirring was continued while maintaining the internal temperature at 70°C. After the dropwise addition was completed, the temperature was maintained at 70° C. for another 2 hours to complete the polymerization.
After the polymerization was completed, 0.05 parts by mass of methylisothiazoline was added as an additive to 100 parts by mass of the solid content, and then filtration was performed using #200 mesh. Finally, a sodium hydroxide aqueous solution and ion-exchanged water were added to neutralize and adjust the pH to 7 and solid content to 30% by mass, thereby obtaining a binder composition containing a polymer. A portion of the binder composition before being neutralized was subjected to the storage stability evaluation described below.
[MAX_EStateIndex、Chi3n及びEState_VSA10等の算出]
重合体の製造に用いた単量体の化学構造式に基づいて、MAX_EStateIndex、Chi3n及びEState_VSA10を算出した。すなわち、各単量体をSMILES記法(SMILES線形表記法)に変換し、RDkit(Release 2020.09.1)により計算処理を行った。
その結果、実施例1で使用したDA、NAA、MAA、MAES及び19NDのMAX_EStateIndexは、それぞれ、10.7、10.6、9.6、10.8及び10.7と算出された。
また、実施例1で使用したDA、NAA、MAA、MAES及び19NDのChi3nは、それぞれ、2.9、2.2、0.4、1.3及び2.6と算出された。
さらに、実施例1で使用したDA、NAA、MAA、MAES及び19NDのEState_VSA10は、それぞれ、4.8、4.8、4.8、14.4及び9.6と算出された。
次いで、DA、NAA、MAA、MAES及び19NDの合計量に対する各単量体の質量比と各単量体のMAX_EStateIndex値から、実施例1で得られた重合体のMAX_EStateIndexの重量平均値(ave_MAX_EStateIndex)を算出した。すなわち、実施例1における重合体のave_MAX_EStateIndexは、(20×10.7+60×10.6+5×9.6+10×10.8+5×10.7)/100より10.6と算出された。
上記と同様に、Chi3nの重量平均値(ave_Chi3n)及びEState_VSA10の重量平均値(ave_EState_VSA10)を求めたところ、それぞれ、2.2及び6.0と算出された。
上記に倣い、各例で得られた各単量体のMAX_EStateIndex、Chi3n及びEState_VSA10の算出結果を表1に併せて示し、各例の単量体比に基づいてMAX_EStateIndexの重量平均値(ave_MAX_EStateIndex)、Chi3nの重量平均値(ave_Chi3n)及びEState_VSA10の重量平均値(ave_EState_VSA10)を算出した結果を下記表2に示す。
[Calculation of MAX_EStateIndex, Chi3n, EState_VSA10, etc.]
MAX_EStateIndex, Chi3n and EState_VSA10 were calculated based on the chemical structural formula of the monomer used to manufacture the polymer. That is, each monomer was converted to SMILES notation (SMILES linear notation), and calculation processing was performed using RDkit (Release 2020.09.1).
As a result, the MAX_EStateIndex of DA, NAA, MAA, MAES, and 19ND used in Example 1 was calculated to be 10.7, 10.6, 9.6, 10.8, and 10.7, respectively.
Moreover, Chi3n of DA, NAA, MAA, MAES, and 19ND used in Example 1 was calculated to be 2.9, 2.2, 0.4, 1.3, and 2.6, respectively.
Furthermore, EState_VSA10 of DA, NAA, MAA, MAES, and 19ND used in Example 1 was calculated to be 4.8, 4.8, 4.8, 14.4, and 9.6, respectively.
Next, from the mass ratio of each monomer to the total amount of DA, NAA, MAA, MAES and 19ND and the MAX_EStateIndex value of each monomer, the weight average value of MAX_EStateIndex of the polymer obtained in Example 1 (ave_MAX_EStateIndex) was calculated. That is, ave_MAX_EStateIndex of the polymer in Example 1 was calculated as 10.6 from (20×10.7+60×10.6+5×9.6+10×10.8+5×10.7)/100.
Similarly to the above, when the weight average value of Chi3n (ave_Chi3n) and the weight average value of EState_VSA10 (ave_EState_VSA10) were calculated, they were calculated to be 2.2 and 6.0, respectively.
Following the above, the calculation results of MAX_EStateIndex, Chi3n and EState_VSA10 of each monomer obtained in each example are also shown in Table 1, and based on the monomer ratio of each example, the weight average value of MAX_EStateIndex (ave_MAX_EStateIndex), The results of calculating the weight average value of Chi3n (ave_Chi3n) and the weight average value of EState_VSA10 (ave_EState_VSA10) are shown in Table 2 below.
上記表1において、次のとおり各単量体を略記した。
DA:ドデシルアクリレート
IDAA:イソデシルアクリレート
NAA:ノニルアクリレート
CBA:アクリル酸-2-[2-(エチルオキシ)エチルオキシ]エチル
ST:スチレン
BD:ブタジエン
MAA:メタクリル酸
AA:アクリル酸
MAES:2-アクリロイロキシエチル-コハク酸
19ND:1,9-ノナンジオールジアクリレート
In Table 1 above, each monomer is abbreviated as follows.
DA: Dodecyl acrylate IDAA: Isodecyl acrylate NAA: Nonyl acrylate CBA: 2-[2-(ethyloxy)ethyloxy]ethyl acrylate ST: Styrene BD: Butadiene MAA: Methacrylic acid AA: Acrylic acid MAES: 2-Acryloyloxy Ethyl-succinic acid 19ND: 1,9-nonanediol diacrylate
[Tg測定]
実施例1で得られた、重合体を含むバインダー組成物を、アルミ皿に適量とり、130℃の熱風乾燥機で30分間乾燥した。
乾燥後の乾燥皮膜約17mgを測定用アルミ容器に詰め、DSC測定装置(島津製作所社製、型番:DSC6220)にて窒素雰囲気下におけるDSC曲線及びDDSC曲線を得た。なお測定は、下記のプログラムにより行った。
(1段目加熱プログラム)
測定時の室温から毎分30℃の割合で昇温した。220℃に到達後1分間維持した。
(2段目降温プログラム)
220℃から毎分30℃の割合で降温した。-50℃に到達後1分間維持した。
(3段目昇温プログラム)
-50℃から毎分15℃の割合で220℃まで昇温した。この3段目の昇温時にDSC及びDDSCのデータを取得した。
得られたDSC曲線におけるベースラインを高温側に延長した直線と、変曲点における接線との交点をガラス転移温度(Tg)とした。以降の実施例及び比較例についても同様にしてTgを測定した。
[Tg measurement]
An appropriate amount of the polymer-containing binder composition obtained in Example 1 was placed in an aluminum dish and dried in a hot air dryer at 130°C for 30 minutes.
Approximately 17 mg of the dried film was packed into an aluminum container for measurement, and a DSC curve and a DDSC curve were obtained in a nitrogen atmosphere using a DSC measurement device (manufactured by Shimadzu Corporation, model number: DSC6220). Note that the measurements were performed using the following program.
(1st stage heating program)
The temperature was raised at a rate of 30°C per minute from the room temperature at the time of measurement. After reaching 220°C, it was maintained for 1 minute.
(Second stage temperature reduction program)
The temperature was lowered from 220°C at a rate of 30°C per minute. After reaching -50°C, it was maintained for 1 minute.
(3rd stage temperature increase program)
The temperature was raised from -50°C to 220°C at a rate of 15°C per minute. DSC and DDSC data were acquired during this third stage of temperature rise.
The intersection of the straight line extending the baseline of the obtained DSC curve toward the high temperature side and the tangent at the inflection point was defined as the glass transition temperature (Tg). Tg was measured in the same manner for the following Examples and Comparative Examples.
[中和前のバインダー組成物の貯蔵安定性]
1Lのポリ瓶に、中和前のバインダー組成物を800g入れ、40℃の恒温槽に30日間放置した。30日経過後、ポリ瓶を上下逆さにし、ポリ瓶底部の沈殿物の有無を目視にて評価した。評価△以上を合格とした。
○:沈殿物がない
△:沈殿物はあるが、上下逆さを5回繰り返した後、沈殿物が消失する
×:沈殿物が消失しない
[Storage stability of binder composition before neutralization]
800 g of the binder composition before neutralization was placed in a 1 L plastic bottle and left in a constant temperature bath at 40° C. for 30 days. After 30 days, the plastic bottle was turned upside down and the presence or absence of sediment at the bottom of the plastic bottle was visually evaluated. An evaluation of △ or higher was considered to be a pass.
○: There is no precipitate △: There is precipitate, but the precipitate disappears after being turned upside down 5 times ×: The precipitate does not disappear
[実施例2~16及び比較例2]
各例において、実施例1における単量体成分の種類及び単量体成分の配合量を表2に示すとおりに変更したことを除き、実施例1と同様にして重合体を含むバインダー組成物を調製した。
[Examples 2 to 16 and Comparative Example 2]
In each example, a binder composition containing a polymer was prepared in the same manner as in Example 1, except that the type of monomer component and the blending amount of the monomer component in Example 1 were changed as shown in Table 2. Prepared.
[比較例1]
耐圧反応器にイオン交換水150質量部、SDS0.5質量部を入れて、攪拌しながら80℃に昇温して保持した。
次に、イオン交換水10質量部にNPS0.5質量部を溶解させた開始剤溶液を添加した。
さらに、ブタジエン110質量部、スチレン82質量部、アクリル酸8質量部、t-ドデシルメルカプタン0.1質量部、イオン交換水100質量部、SDS0.5質量部を混合して撹拌することで乳化液を作製し、開始剤溶液に続けて耐圧反応器へ2時間かけて添加した。添加終了後、さらに2時間、温度を85℃に保持して重合を完結させた。
重合終了後、固形分100質量部に対して、添加剤としてメチルイソチアゾリン0.05質量部を加えた後に、#200メッシュを用いて濾過を行った。最後に水酸化ナトリウム水溶液とイオン交換水を加え、pH7、固形分質量40%に調整することで、重合体を含むバインダー組成物を得た。
[Comparative example 1]
150 parts by mass of ion-exchanged water and 0.5 parts by mass of SDS were placed in a pressure-resistant reactor, and the temperature was raised to 80° C. and maintained while stirring.
Next, an initiator solution containing 0.5 parts by mass of NPS dissolved in 10 parts by mass of ion-exchanged water was added.
Furthermore, 110 parts by mass of butadiene, 82 parts by mass of styrene, 8 parts by mass of acrylic acid, 0.1 parts by mass of t-dodecyl mercaptan, 100 parts by mass of ion-exchanged water, and 0.5 parts by mass of SDS were mixed and stirred to form an emulsion. was prepared and added to the pressure reactor over a period of 2 hours following the initiator solution. After the addition was completed, the temperature was maintained at 85° C. for another 2 hours to complete the polymerization.
After the polymerization was completed, 0.05 parts by mass of methylisothiazoline was added as an additive to 100 parts by mass of the solid content, and then filtration was performed using #200 mesh. Finally, a sodium hydroxide aqueous solution and ion-exchanged water were added to adjust the pH to 7 and the solid content to be 40% by weight, thereby obtaining a binder composition containing a polymer.
[比較例3]
反応器にアセトニトリル200質量部、イオン交換水100質量部、メタクリル酸(MAA)50質量部、及びペンタエリスリトールトリアリルエーテル0.1質量部を入れた。液温を60℃まで昇温した後、重合開始剤としてV-65(2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル))を0.05質量部添加した。内温を60℃に維持しながら重合反応を継続し、開始剤の添加から8時間経過した時点で反応液の冷却を開始し、内温が25℃まで低下した後、水酸化リチウム・一水和物の粉末20質量部を添加した。添加後、25℃で10時間撹拌を継続して、重合体を含むバインダー組成物を得た。かかるバインダー組成物の固形分は19.1%であり、pHは9.5であった。
[Comparative example 3]
A reactor was charged with 200 parts by mass of acetonitrile, 100 parts by mass of ion-exchanged water, 50 parts by mass of methacrylic acid (MAA), and 0.1 part by mass of pentaerythritol triallyl ether. After raising the liquid temperature to 60° C., 0.05 part by mass of V-65 (2,2′-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile)) was added as a polymerization initiator. The polymerization reaction was continued while maintaining the internal temperature at 60°C, and cooling of the reaction solution was started 8 hours after the addition of the initiator. After the internal temperature had decreased to 25°C, lithium hydroxide/monohydrate was added. Then, 20 parts by mass of a powder of the compound was added. After the addition, stirring was continued at 25° C. for 10 hours to obtain a binder composition containing the polymer. The binder composition had a solids content of 19.1% and a pH of 9.5.
[比較例4]
反応器にアセトニトリル200質量部、イオン交換水100質量部、アクリル酸(AA)50質量部、及びペンタエリスリトールトリアリルエーテル0.1質量部を入れた。液温を60℃まで昇温した後、重合開始剤としてV-65を0.05質量部添加した。内温を60℃に維持しながら重合反応を継続し、開始剤の添加から8時間経過した時点で反応液の冷却を開始し、内温が25℃まで低下した後、水酸化リチウム・一水和物の粉末20質量部を添加した。添加後、25℃で10時間撹拌を継続して、重合体を含むバインダー組成物を得た。かかるバインダー組成物の固形分は19.1%であり、pHは8.9であった。
[Comparative example 4]
A reactor was charged with 200 parts by mass of acetonitrile, 100 parts by mass of ion-exchanged water, 50 parts by mass of acrylic acid (AA), and 0.1 part by mass of pentaerythritol triallyl ether. After raising the liquid temperature to 60°C, 0.05 parts by mass of V-65 was added as a polymerization initiator. The polymerization reaction was continued while maintaining the internal temperature at 60°C, and cooling of the reaction solution was started 8 hours after the addition of the initiator. After the internal temperature had decreased to 25°C, lithium hydroxide/monohydrate was added. Then, 20 parts by mass of a powder of the compound was added. After the addition, stirring was continued at 25° C. for 10 hours to obtain a binder composition containing the polymer. The binder composition had a solids content of 19.1% and a pH of 8.9.
<負極用塗工液の作製>
[実施例1~15及び比較例1~4]
得られたバインダー組成物の固形分2.0質量部に対して、更に増粘剤成分としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)を固形分として1.0質量部、導電助剤としてアセチレンブラックを2.0質量部、さらに負極活物質として天然黒鉛95.0質量部を加え、そこへイオン交換水を固形分が70質量%となるように加え、機械的撹拌により10分間にわたり混錬を行った。さらに混錬を続けながらイオン交換水を加え、固形分が55質量%になるように調整することで負極用塗工液を得た。
<Preparation of coating liquid for negative electrode>
[Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 4]
To 2.0 parts by mass of the solid content of the obtained binder composition, 1.0 parts by mass of carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener component and 2.0 parts of acetylene black as a conductive additive were added as solid content. Parts by mass and 95.0 parts by mass of natural graphite as a negative electrode active material were added, ion-exchanged water was added thereto so that the solid content was 70% by mass, and kneading was performed for 10 minutes by mechanical stirring. Furthermore, while continuing kneading, ion-exchanged water was added to adjust the solid content to 55% by mass, thereby obtaining a negative electrode coating liquid.
[実施例16]
得られたバインダー組成物の固形分3.0質量部に対して、更に増粘剤成分としてカルボキシメチルセルロース1.0固形分質量部、導電助剤としてアセチレンブラックを2.0質量部、さらに負極活物質として天然黒鉛82.0質量部、SiOx(0.8<x<1.1)10.0質量部を加え、そこへイオン交換水を固形分が70%となるように加え、機械的撹拌により10分間にわたり混錬を行った。さらに混錬を続けながらイオン交換水を加え、固形分が55質量%になるように調整することで負極用塗工液を得た。
[Example 16]
To 3.0 parts by mass of the solid content of the obtained binder composition, 1.0 parts by mass of carboxymethyl cellulose as a thickener component, 2.0 parts by mass of acetylene black as a conductive agent, and further a negative electrode active material were added. 82.0 parts by mass of natural graphite and 10.0 parts by mass of SiOx (0.8<x<1.1) were added as substances, and ion-exchanged water was added thereto so that the solid content was 70%, followed by mechanical stirring. Kneading was carried out for 10 minutes. Furthermore, while continuing kneading, ion-exchanged water was added to adjust the solid content to 55% by mass, thereby obtaining a negative electrode coating liquid.
<負極の作製>
上記負極用塗工液を用いて、乾燥後の厚みが60μmになるように銅箔の片面にダイコーターで塗布した後、塗膜を60℃で60分乾燥した。さらに120℃で3分間乾燥後、ロールプレス機で圧縮成形することで負極用電極を得た。
<Preparation of negative electrode>
The above negative electrode coating solution was applied to one side of a copper foil using a die coater so that the thickness after drying was 60 μm, and then the coating film was dried at 60° C. for 60 minutes. After further drying at 120° C. for 3 minutes, a negative electrode was obtained by compression molding using a roll press machine.
<正極用塗工液の作製>
[実施例1~14,16及び比較例1~4]
バインダーとして、PVDF-HFP(ポリ(ビニリデンフルオリド-co-ヘキサフルオロプロピレン))樹脂をN-メチルピロリドン(NMP)に溶解し、PVDF-HFP溶液とした。PVDF-HFP溶液の固形分4.0質量部に対して、導電助剤としてアセチレンブラックを2.0質量部、さらに正極活物質としてコバルト酸リチウム(LCO)を94質量部加え、機械的撹拌により10分間にわたり混錬を行った。さらに混錬を続けながらNMPを加え、固形分が60質量%になるように調整することで正極用塗工液を得た。
<Preparation of coating liquid for positive electrode>
[Examples 1 to 14, 16 and Comparative Examples 1 to 4]
As a binder, PVDF-HFP (poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)) resin was dissolved in N-methylpyrrolidone (NMP) to prepare a PVDF-HFP solution. To 4.0 parts by mass of the solid content of the PVDF-HFP solution, 2.0 parts by mass of acetylene black as a conductive aid and 94 parts by mass of lithium cobalt oxide (LCO) as a positive electrode active material were added, and by mechanical stirring. Kneading was carried out for 10 minutes. Further, while continuing kneading, NMP was added to adjust the solid content to 60% by mass, thereby obtaining a positive electrode coating liquid.
[実施例15]
得られたリチウムイオン電池用バインダー樹脂の固形分4.0質量部に対して、導電助剤としてアセチレンブラックを2.0質量部、さらに正極活物質としてコバルト酸リチウム(LCO)を94質量部加え、機械的撹拌により10分間にわたり混錬を行った。さらに混錬を続けながらイオン交換水を加え、固形分が65質量%になるように調整することで正極用塗工液を得た。
[Example 15]
To 4.0 parts by mass of the solid content of the obtained binder resin for lithium ion batteries, 2.0 parts by mass of acetylene black was added as a conductive aid, and 94 parts by mass of lithium cobalt oxide (LCO) was added as a positive electrode active material. , Kneading was carried out for 10 minutes by mechanical stirring. Further, while continuing kneading, ion-exchanged water was added to adjust the solid content to 65% by mass, thereby obtaining a positive electrode coating liquid.
<正極の作製>
上記正極用塗工液を用いて、アルミニウム箔の片面にダイコーターで、負極電極に対して容量比が正極/負極=1.0/1.1となるように塗工目付を調整して塗布した後、塗膜を90℃で60分乾燥した。さらに120℃で30分間乾燥後、ロールプレス機で圧縮成形した。
<Preparation of positive electrode>
Using the above coating solution for positive electrode, apply it to one side of aluminum foil with a die coater, adjusting the coating weight so that the capacity ratio is positive electrode / negative electrode = 1.0 / 1.1 with respect to the negative electrode. After that, the coating film was dried at 90° C. for 60 minutes. After further drying at 120° C. for 30 minutes, compression molding was performed using a roll press machine.
(電極剥離強度)
実施例1~14,16及び比較例1~4で得られた負極、又は実施例15で得られた正極から、幅2cm×長さ12cmの試験片を切り出し、この試験片の集電体側の表面を両面テープでアルミ板に貼り付けた。JIS Z 1522に準拠し、試験片の電極層側に幅18mmのテープ(商品名「セロテープ(登録商標)」(ニチバン社製))を貼り付け、180°方向に100mm/minの速度でテープを剥離したときの強度を6回測定し、その平均値(N/18mm)をピール強度として算出した。この値が大きいほど集電体と電極層の接着強度が高く、集電体から電極層が剥離しがたいと評価でき、具体的には、以下の基準に基づきピール強度を評価した。評価B以上を合格とした。
A:40N/m以上
B:30N/m以上40N/m未満
C:20N/m以上30N/m未満
D:20N/m未満
(electrode peel strength)
A test piece with a width of 2 cm and a length of 12 cm was cut out from the negative electrode obtained in Examples 1 to 14, 16 and Comparative Examples 1 to 4, or the positive electrode obtained in Example 15, and the current collector side of this test piece was cut out. The surface was attached to an aluminum plate with double-sided tape. In accordance with JIS Z 1522, a tape with a width of 18 mm (trade name "Cello Tape (registered trademark)" (manufactured by Nichiban)) was pasted on the electrode layer side of the test piece, and the tape was applied at a speed of 100 mm/min in a 180° direction. The strength when peeled was measured six times, and the average value (N/18 mm) was calculated as the peel strength. The larger this value is, the higher the adhesive strength between the current collector and the electrode layer is, and it can be evaluated that the electrode layer is difficult to peel off from the current collector. Specifically, the peel strength was evaluated based on the following criteria. A rating of B or higher was considered a pass.
A: 40N/m or more B: 30N/m or more and less than 40N/m C: 20N/m or more and less than 30N/m D: Less than 20N/m
(サイクル試験)
サイクル試験のために次の方法にて二次電池を製造した。評価には2032型のコイン電池を各水準N=10で作製して評価を行った。各実施例にて作成した正極、負極を対向させて、電極間にセパレーター(ポリエチレン製多孔膜)を挿入し、LiPF6をエチレンカーボネート:ジエチルカーボネート=1:1に1mol/Lとなるように溶解したものを電解液として用いて正極または負極の評価用電池を作製した。
評価としては、まず、次の初期充放電試験を行った。
評価用電池を25℃の環境下、(ほぼ0Vから)4.0Vまで、0.1Cの電流で充電した。30分間の休止後、25℃の環境下で3.0Vまで0.1Cの電流で放電した。ここまでの手順をもって初期充放電試験とした。
上記の初期充放電試験後、以下の手順でサイクル試験を実施した。45℃の環境下、1.0Cの電流で4.2Vまで定電流充電を行い、10分間の休止後、1.0Cの電流で3.0Vまで放電した。この充放電を1サイクルとして、500サイクル行い、1サイクル目の放電容量に対する500サイクル目の放電容量の比を容量維持率とし、下記基準で判定した。この値が大きいほど繰り返し充放電による容量減が少ないことを示す。
N=10の最大値と最小値を除外し、その他の平均値をその水準の結果とした。結果を次の基準にて評価した。評価B以上を合格とした。
A:容量維持率が90%以上
B:容量維持率が80%以上90%未満
C:容量維持率が70%以上80%未満
D:容量維持率が70%未満
(Cycle test)
A secondary battery was manufactured by the following method for a cycle test. For the evaluation, 2032-type coin batteries were fabricated at each level N=10. The positive and negative electrodes prepared in each example were placed facing each other, a separator (porous polyethylene membrane) was inserted between the electrodes, and LiPF 6 was dissolved in ethylene carbonate: diethyl carbonate = 1:1 to a concentration of 1 mol/L. A battery for evaluation of a positive electrode or a negative electrode was prepared using the obtained electrolyte as an electrolyte.
For evaluation, first, the following initial charge/discharge test was conducted.
The evaluation battery was charged at a current of 0.1 C to 4.0 V (from approximately 0 V) in a 25° C. environment. After resting for 30 minutes, the battery was discharged to 3.0V at a current of 0.1C in an environment of 25°C. The procedure up to this point was used as an initial charge/discharge test.
After the above initial charge/discharge test, a cycle test was conducted using the following procedure. Constant current charging was performed at a current of 1.0 C to 4.2 V in an environment of 45° C., and after a 10 minute rest, the battery was discharged to 3.0 V at a current of 1.0 C. This charging and discharging was regarded as one cycle, and 500 cycles were performed, and the ratio of the discharge capacity at the 500th cycle to the discharge capacity at the 1st cycle was defined as the capacity retention rate, and the evaluation was made according to the following criteria. The larger this value is, the smaller the decrease in capacity due to repeated charging and discharging is.
The maximum and minimum values of N=10 were excluded, and the other average values were taken as the results for that level. The results were evaluated based on the following criteria. A rating of B or higher was considered a pass.
A: Capacity retention rate is 90% or more B: Capacity retention rate is 80% or more and less than 90% C: Capacity retention rate is 70% or more and less than 80% D: Capacity retention rate is less than 70%
実施例1~16及び比較例1~4を上記のとおりに評価した結果を表2に併せて示す。 Table 2 also shows the results of evaluating Examples 1 to 16 and Comparative Examples 1 to 4 as described above.
なお、表2中の単量体組成における空欄は対応する単量体成分を配合しなかったことを意味する。 Note that a blank column in the monomer composition in Table 2 means that the corresponding monomer component was not blended.
Claims (12)
(メタ)アクリル系単官能モノマーM1に由来する単位U1と、
(メタ)アクリル酸モノマーM2に由来する単位U2と、
任意に、前記M1及びM2と共重合可能なモノマーM3に由来する単位U3と、
を有し、
前記M1、M2及びM3に対して、RDkit(Release 2020.09.1)により計算されるMAX_EStateIndexの重量平均値(ave_MAX_EStateIndex)が、9.8以上10.6以下である、重合体。 A polymer for a binder for lithium ion secondary batteries,
A unit U1 derived from a (meth)acrylic monofunctional monomer M1,
A unit U2 derived from (meth)acrylic acid monomer M2,
Optionally, a unit U3 derived from a monomer M3 copolymerizable with M1 and M2,
has
A polymer whose weight average value (ave_MAX_EStateIndex) of MAX_EStateIndex calculated by RDkit (Release 2020.09.1) for M1, M2, and M3 is 9.8 or more and 10.6 or less.
(メタ)アクリル系単官能モノマーM1に由来する単位U1と、
(メタ)アクリル酸モノマーM2に由来する単位U2と、
任意に、前記M1及びM2と共重合可能なモノマーM3に由来する単位U3と、
を有し、
前記M1が、ノニル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート及びエトキシエトキシエチル(メタ)アクリレートからなる群より選択される少なくとも1種を含み、
前記重合体の全単位中、前記U1の含有量が、90質量%以下であり、かつ、U2の含有量が、5質量%以上40質量%以下であり、かつ、U3の含有量が、0質量%以上20質量%以下である、重合体。 A polymer for a binder for lithium ion secondary batteries,
A unit U1 derived from a (meth)acrylic monofunctional monomer M1,
A unit U2 derived from (meth)acrylic acid monomer M2,
Optionally, a unit U3 derived from a monomer M3 copolymerizable with M1 and M2,
has
The M1 includes at least one selected from the group consisting of nonyl (meth)acrylate, isodecyl (meth)acrylate, dodecyl (meth)acrylate, and ethoxyethoxyethyl (meth)acrylate,
In all units of the polymer, the content of U1 is 90% by mass or less, the content of U2 is 5% by mass or more and 40% by mass or less, and the content of U3 is 0. A polymer having a content of % by mass or more and 20% by mass or less.
請求項1~10のいずれか1項に記載の重合体と、
を含む、リチウムイオン二次電池用電極。 an active material;
The polymer according to any one of claims 1 to 10,
Electrodes for lithium ion secondary batteries, including:
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