JP2024007380A - Binder for nonaqueous secondary battery, slurry for lithium ion secondary battery porous layer, lithium ion secondary battery porous layer, lithium ion secondary battery separator, and lithium ion secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非水系二次電池用バインダー、リチウムイオン二次電池多孔層用スラリー、リチウムイオン二次電池多孔層、リチウムイオン二次電池用セパレータ、及びリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a binder for a non-aqueous secondary battery, a slurry for a lithium ion secondary battery porous layer, a lithium ion secondary battery porous layer, a lithium ion secondary battery separator, and a lithium ion secondary battery.
従来から、リチウムイオン二次電池に代表される蓄電デバイスの開発が、活発に行われている。
通常、前記リチウムイオン二次電池には、微多孔膜よりなるセパレータが正負極間に設けられている。前記セパレータは、正負極間の直接的な接触を防ぎ、かつ微多孔中に保持した電解液を通し、イオンを透過させる機能を有する。
近年、リチウムイオン二次電池の電気特性及び安全性を確保しながらセパレータにさまざまな特性を付与するために、セパレータを構成する基材表面に無機フィラー及び樹脂バインダーを含む層を配置したセパレータが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1には、酸性官能基を有する第一の単量体、アミド基を有する第二の単量体、及びその他の第三の単量体から形成されたポリマー粒子と無機フィラーとを含む樹脂組成物をセパレータ上に塗工して、セパレータ上に前記樹脂組成物よりなる保護層を形成したリチウムイオン二次電池に関する技術が開示されている。
2. Description of the Related Art Power storage devices such as lithium ion secondary batteries have been actively developed.
Usually, in the lithium ion secondary battery, a separator made of a microporous membrane is provided between the positive and negative electrodes. The separator has the function of preventing direct contact between the positive and negative electrodes and allowing ions to pass through the electrolyte held in the micropores.
In recent years, separators have been proposed in which a layer containing an inorganic filler and a resin binder is placed on the surface of the base material that makes up the separator in order to provide the separator with various properties while ensuring the electrical properties and safety of lithium-ion secondary batteries. (For example, see Patent Document 1).
Patent Document 1 includes polymer particles formed from a first monomer having an acidic functional group, a second monomer having an amide group, and another third monomer and an inorganic filler. A technique related to a lithium ion secondary battery is disclosed in which a resin composition is coated on a separator to form a protective layer made of the resin composition on the separator.
リチウムイオン二次電池においては、電極及び/又はセパレータの表面に、電池部材間の接着性の向上を目的とした接着層等が設けられることがある。例えば、電極上にさらに接着層を形成した接着層付き電極、及びセパレータ上に接着層を形成した接着層付セパレータが、電池部材として使用されている。具体的には、セパレータ上にポリマー粒子と無機フィラーを含む多孔膜を設けた後、さらに電極との間に接着層を設ける技術が開示されている(例えば、特許文献2参照)。 In a lithium ion secondary battery, an adhesive layer or the like is sometimes provided on the surface of an electrode and/or a separator for the purpose of improving adhesiveness between battery members. For example, an electrode with an adhesive layer formed on the electrode and an adhesive layer formed on the separator, and a separator with an adhesive layer formed on the separator are used as battery members. Specifically, a technique has been disclosed in which a porous film containing polymer particles and an inorganic filler is provided on a separator, and then an adhesive layer is further provided between the porous film and the electrode (see, for example, Patent Document 2).
近年では、二次電池のさらなる高性能化が求められている。その性能の一つとして、二次電池を高温環境下で使用した際に、安全性を一層確保することが挙げられる。このような高温環境下での使用の際の二次電池の安全性を確保するための技術として、例えば、有機粒子及び溶媒を含む非水系二次電池機能層用組成物が提案されており、前記非水系二次電池機能層用組成物は、セパレータ上に機能層を形成する際の材料として用いる技術が開示されている(例えば、特許文献3参照)。特許文献3の機能層は、耐熱収縮性が高く、高温環境下での正極と負極の短絡の発生を十分に抑制でき、安全性を確保できるとされている。 In recent years, there has been a demand for further improvement in the performance of secondary batteries. One of its features is that it further ensures safety when the secondary battery is used in a high-temperature environment. As a technique for ensuring the safety of secondary batteries when used in such high-temperature environments, for example, non-aqueous secondary battery functional layer compositions containing organic particles and solvents have been proposed. A technique has been disclosed in which the composition for a non-aqueous secondary battery functional layer is used as a material when forming a functional layer on a separator (see, for example, Patent Document 3). It is said that the functional layer of Patent Document 3 has high heat shrinkage resistance, can sufficiently suppress the occurrence of short circuit between the positive electrode and the negative electrode in a high-temperature environment, and can ensure safety.
二次電池においてセパレータが有する微多孔は、電池が発熱すると孔が収縮して、例えばリチウムイオン等の通過を阻害し、二次電池の暴走を抑制する機能を有している。
しかしながら、150℃以上程度の高温下で二次電池の暴走が起こると、セパレータが収縮を起こし、電極の短絡が起こるという問題がある。特に、近年は電池の大容量化が進んでおり、暴走時の発熱量が大きくなる傾向にあるため、高温下でのセパレータ収縮を防止する技術が求められている。
The fine pores of the separator in a secondary battery contract when the battery generates heat, inhibiting the passage of, for example, lithium ions, and having the function of suppressing runaway of the secondary battery.
However, if the secondary battery runs out of control at a high temperature of about 150° C. or higher, there is a problem in that the separator shrinks and short circuits occur between the electrodes. In particular, in recent years, the capacity of batteries has been increasing, and the amount of heat generated during runaway tends to increase, so there is a need for technology to prevent separator shrinkage at high temperatures.
特許文献3に開示されている非水系二次電池機能層用組成物は、有機粒子及び溶媒を含有し、さらに任意に結着剤と、その他の成分を含有する。前記有機粒子は、多官能エチレン性不飽和単量体単位を所定の割合で含み、体積平均粒子径が所定の範囲である。また、任意で含まれる結着剤は、アリルグリシジルエーテル等の架橋性単量体単位と、架橋性単量体単位以外の繰り返し単位を含む重合体であることが開示されている。
特許文献3に開示されているセパレータ上に形成された機能層は、耐熱収縮性が高く、二次電池の安全性を確保できるとされているが、150℃以上の高温下でのセパレータの収縮の抑制に関しては、未だ改善の余地がある、という問題点を有している。
The composition for a non-aqueous secondary battery functional layer disclosed in Patent Document 3 contains organic particles and a solvent, and optionally further contains a binder and other components. The organic particles contain polyfunctional ethylenically unsaturated monomer units in a predetermined ratio, and have a volume average particle diameter within a predetermined range. Further, it is disclosed that the binder optionally included is a polymer containing a crosslinkable monomer unit such as allyl glycidyl ether and a repeating unit other than the crosslinkable monomer unit.
The functional layer formed on the separator disclosed in Patent Document 3 has high heat shrinkage resistance and is said to be able to ensure the safety of secondary batteries, but the separator shrinks at high temperatures of 150°C or higher. The problem is that there is still room for improvement in terms of suppression.
また、特許文献4には、エポキシ基含有単量体を所定量含有する機能層用の材料が開示されている。前記特許文献4に開示されている機能層用の材料により形成された機能層は、熱収縮が始まる前の低温領域(例えば60℃)においては柔軟性に優れ、150℃以上の高温下では熱架橋が進行することで硬くなり、耐熱収性が高く、二次電池の安全性を確保できるとされている。
しかしながら、特許文献4に開示されている機能層用の材料は初期の貯蔵弾性率が低いために、150℃以上の高温下での熱架橋後の貯蔵弾性率も充分に高くはなく、したがって150℃以上の高温下では、セパレータの収縮の抑制する効果において、未だ改善の余地がある、という問題点を有している。
Further, Patent Document 4 discloses a material for a functional layer containing a predetermined amount of an epoxy group-containing monomer. The functional layer formed of the material for the functional layer disclosed in Patent Document 4 has excellent flexibility in the low temperature range (for example, 60°C) before thermal contraction begins, and is resistant to heat at high temperatures of 150°C or higher. It becomes hard as crosslinking progresses, has high heat resistance, and is said to be able to ensure the safety of secondary batteries.
However, since the material for the functional layer disclosed in Patent Document 4 has a low initial storage modulus, the storage modulus after thermal crosslinking at a high temperature of 150°C or higher is not sufficiently high. There is a problem in that there is still room for improvement in the effect of suppressing shrinkage of the separator at high temperatures of .degree. C. or higher.
さらに、特許文献5には、蓄電デバイス用バインダー組成物が開示されており、前記蓄電デバイス用バインダー組成物は、(メタ)アクリルアミドに由来する繰り返し単位の割合が40~100質量%である水溶性重合体を主成分としている。このような水溶性重合体は無機顔料に対する密着性に優れているが、前記蓄電デバイス用バインダー組成物を水性媒体とともにセパレータ上に塗工した場合、水性媒体に溶解した重合体が細孔内部に侵入することで目詰まりを起こし、電池性能を低下させる傾向にある、という問題点を有している。また、前記水溶性重合体はセパレータの含水率を上昇させるため、電池内部の水分量が高くなり、電解液中で副反応を引き起こして電池性能を早期に劣化させる可能性が高く、かかる観点においても改善の余地がある、という問題点を有している。 Further, Patent Document 5 discloses a binder composition for an electricity storage device, and the binder composition for an electricity storage device is a water-soluble binder composition in which the proportion of repeating units derived from (meth)acrylamide is 40 to 100% by mass. The main component is a polymer. Such water-soluble polymers have excellent adhesion to inorganic pigments, but when the binder composition for power storage devices is coated on a separator together with an aqueous medium, the polymer dissolved in the aqueous medium may enter the inside of the pores. The problem is that the intrusion tends to cause clogging and reduce battery performance. In addition, since the water-soluble polymer increases the water content of the separator, the amount of water inside the battery increases, which is likely to cause side reactions in the electrolyte and cause early deterioration of battery performance. However, there is also a problem that there is room for improvement.
さらにまた、特許文献6には、(メタ)アクリルアミドを40~80質量%を含む粒子状重合体を含有する非水系二次電池セパレータ用バインダー分散液が開示されている。前記非水系二次電池セパレータ用バインダー分散液は、所定のオクタノール/水分配係数を有するエチレン不飽和単量体と前記(メタ)アクリルアミドの共重合によって得られる粒子状共重合体を含有している。このような形態を有する非水系二次電池セパレータ用バインダー分散液であれば、セパレータ上に塗工された場合に、前記セパレータの耐熱性を高めつつ導電性を阻害しないように考えられるが、(メタ)アクリルアミドの水溶性の高さ、及びバインダー分散液の粘度から推察するに、多分に水溶性ポリマーが含有されており、上述した特許文献5に開示されている蓄電デバイス用バインダー組成物と同様に、水性媒体に溶解した粒子状重合体が細孔内部に侵入することで目詰まりを起こし、電池性能を低下させる傾向にある、という問題点を有している。 Furthermore, Patent Document 6 discloses a binder dispersion for a nonaqueous secondary battery separator containing a particulate polymer containing 40 to 80% by mass of (meth)acrylamide. The binder dispersion for a non-aqueous secondary battery separator contains a particulate copolymer obtained by copolymerizing an ethylenically unsaturated monomer having a predetermined octanol/water partition coefficient and the (meth)acrylamide. . It is thought that a binder dispersion for a non-aqueous secondary battery separator having such a form will increase the heat resistance of the separator while not impairing its conductivity when coated on the separator. Judging from the high water solubility of meth)acrylamide and the viscosity of the binder dispersion, it contains a large amount of water-soluble polymer, and is similar to the binder composition for power storage devices disclosed in Patent Document 5 mentioned above. Another problem is that the particulate polymer dissolved in the aqueous medium invades the inside of the pores, causing clogging, which tends to reduce battery performance.
またさらに、特許文献7、特許文献8には、(メタ)アクリルアミド単量体と、(メタ)アクリル酸エステル単量体を共重合してなる共重合ポリマーを含む非水系二次電池用バインダー組成物が開示されている。かかる特許文献7、8においては、前記非水系二次電池用バインダー組成物は、電極及び/又はセパレータに対する密着性向上効果が高いことが記載されている。しかしながら、特許文献7、8に開示されている非水系二次電池用バインダー組成物自身の高温強度は十分高くなく、150℃以上の高温下におけるセパレータの収縮の抑制に関しては、改善の余地がある、という問題点を有している。 Further, Patent Document 7 and Patent Document 8 disclose a binder composition for non-aqueous secondary batteries containing a copolymer formed by copolymerizing a (meth)acrylamide monomer and a (meth)acrylic acid ester monomer. things are disclosed. Patent Documents 7 and 8 describe that the binder composition for non-aqueous secondary batteries has a high effect of improving adhesion to electrodes and/or separators. However, the high-temperature strength of the binder compositions for non-aqueous secondary batteries themselves disclosed in Patent Documents 7 and 8 is not sufficiently high, and there is room for improvement in suppressing separator shrinkage at high temperatures of 150°C or higher. It has the following problem.
上述したように、従来開示されている技術においては、150℃以上の高温下におけるセパレータ収縮の抑制に関して、未だ十分な効果が得られていない、という問題点を有している。 As described above, the conventionally disclosed techniques have a problem in that sufficient effects have not yet been achieved in suppressing separator shrinkage at high temperatures of 150° C. or higher.
そこで本発明においては、例えば150℃以上程度の高温下においても、セパレータ収縮を抑制できる層を形成可能な、非水二次電池用バインダー、前記非水二次電池用バインダーを含むリチウムイオン二次電池多孔層用スラリー、前記リチウムイオン二次電池多孔層用スラリーを含むリチウムイオン二次電池多孔層、前記リチウムイオン二次電池多孔層を含むリチウムイオン二次電池用セパレータ、及びリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。 Therefore, in the present invention, we have developed a binder for non-aqueous secondary batteries that can form a layer that can suppress separator shrinkage even at high temperatures of about 150°C or higher, and a lithium ion secondary battery containing the binder for non-aqueous secondary batteries. Slurry for a battery porous layer, a lithium ion secondary battery porous layer containing the slurry for a lithium ion secondary battery porous layer, a lithium ion secondary battery separator containing the lithium ion secondary battery porous layer, and a lithium ion secondary battery The purpose is to provide
本発明者等は、上記目的を達成するために鋭意検討を行った結果、ビニル単量体単位を含む粒子状共重合体を含む非水系二次電池用バインダーにおいて、前記ビニル単量体単位が、アクリルアミド単量体単位(B1)と、メタクリルアミド単量体単位(B2)を含み、前記ビニル単量体単位の総質量100質量部に対する、前記アクリルアミド単量体単位(B1)の含有量W1(質量部)と、前記メタクリルアミド単量体単位(B2)の含有量W2(質量部)とが、所定の関係を有し、かつ前記メタクリルアミド単量体単位(B2)の含有量W2が所定の数値以上である非水系二次電池用バインダーを用いることにより、高温においてもセパレータ収縮を抑制できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下のとおりである。
As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found that in a binder for non-aqueous secondary batteries containing a particulate copolymer containing vinyl monomer units, the vinyl monomer units are , containing an acrylamide monomer unit (B1) and a methacrylamide monomer unit (B2), the content W1 of the acrylamide monomer unit (B1) based on 100 parts by mass of the total mass of the vinyl monomer unit. (parts by mass) and the content W2 (parts by mass) of the methacrylamide monomer unit (B2) have a predetermined relationship, and the content W2 of the methacrylamide monomer unit (B2) is The inventors have discovered that separator shrinkage can be suppressed even at high temperatures by using a binder for non-aqueous secondary batteries that has a value equal to or higher than a predetermined value, and have completed the present invention.
That is, the present invention is as follows.
〔1〕
水性媒体と、粒子状共重合体とを含む、非水系二次電池用バインダーであって、
前記粒子状共重合体が、ビニル単量体単位を含み、
前記ビニル単量体単位が、アクリルアミド単量体単位(B1)とメタクリルアミド単量体単位(B2)を含み、
前記ビニル単量体単位の総質量100質量部に対する、前記アクリルアミド単量体単位(B1)の含有量W1(質量部)と、前記メタクリルアミド単量体単位(B2)の含有量W2(質量部)が、下記式(1)を満たし、
前記メタクリルアミド単量体単位(B2)の含有量W2が2質量部以上である、
非水系二次電池用バインダー。
0<W1/W2<1 ・・・(1)
〔2〕
前記粒子状共重合体は、ガラス転移温度が10℃以下である、前記〔1〕に記載の非水系二次電池用バインダー。
〔3〕
前記粒子状共重合体が、ビニル単量体単位と、ビニル基と共重合可能な官能基を有する反応性界面活性剤に由来する単量体単位とを含む、前記〔1〕又は〔2〕に記載の非水系二次電池用バインダー。
〔4〕
前記ビニル単量体単位が、ビニル基を2以上含む架橋性単量体単位を含み、
前記ビニル基を2以上含む架橋性単量体単位の含有量が、前記粒子状共重合体100質量部に対して、0.1質量部以上5質量部以下である、
前記〔1〕乃至〔3〕のいずれか一に記載の非水系二次電池用バインダー。
〔5〕
前記ビニル単量体単位の総質量100質量部に対する、前記メタクリルアミド単量体単位(B2)の含有量W2が、2質量部以上20質量部未満である、前記〔1〕乃至〔4〕のいずれか一に記載の非水系二次電池用バインダー。
〔6〕
前記粒子状共重合体は、体積平均粒子径Dvと数平均粒子径Dnの比Dv/Dnが、
1以上1.5以下である、前記〔1〕乃至〔5〕のいずれか一に記載の非水系二次電池用バインダー。
〔7〕
前記粒子状共重合体は、
30℃における貯蔵弾性率が7×107Pa以上5×108Pa以下であり、
130℃における貯蔵弾性率が2×106Pa以上である、
前記〔1〕乃至〔6〕のいずれか一に記載の非水系二次電池用バインダー。
〔8〕
前記ビニル単量体単位が、エポキシ基含有ビニル単量体単位をさらに含む、前記〔1〕乃至〔7〕のいずれか一に記載の非水系二次電池用バインダー。
〔9〕
前記非水系二次電池用バインダーが、非水系二次電池中の多孔層用バインダーである、前記〔1〕乃至〔8〕のいずれか一に記載の非水系二次電池用バインダー。
〔10〕
水と、
無機フィラーと、
前記〔1〕乃至〔9〕のいずれか一に記載の非水系二次電池用バインダーと、
を、含む、
リチウムイオン二次電池多孔層用スラリー。
〔11〕
前記〔10〕に記載のリチウムイオン二次電池多孔層用スラリーを含む、
リチウムイオン二次電池多孔層。
〔12〕
前記〔11〕に記載のリチウムイオン二次電池多孔層を含む、
リチウムイオン二次電池用セパレータ。
〔13〕
前記〔12〕に記載のリチウムイオン二次電池用セパレータを含む、リチウムイオン二次電池。
[1]
A binder for a non-aqueous secondary battery, comprising an aqueous medium and a particulate copolymer,
The particulate copolymer contains a vinyl monomer unit,
The vinyl monomer unit includes an acrylamide monomer unit (B1) and a methacrylamide monomer unit (B2),
The content W1 (parts by mass) of the acrylamide monomer unit (B1) and the content W2 (parts by mass) of the methacrylamide monomer unit (B2) with respect to 100 parts by mass of the total mass of the vinyl monomer units. ) satisfies the following formula (1),
The content W2 of the methacrylamide monomer unit (B2) is 2 parts by mass or more,
Binder for non-aqueous secondary batteries.
0<W1/W2<1...(1)
[2]
The binder for a non-aqueous secondary battery according to [1] above, wherein the particulate copolymer has a glass transition temperature of 10° C. or lower.
[3]
[1] or [2] above, wherein the particulate copolymer contains a vinyl monomer unit and a monomer unit derived from a reactive surfactant having a functional group copolymerizable with a vinyl group. The binder for non-aqueous secondary batteries described in .
[4]
The vinyl monomer unit includes a crosslinkable monomer unit containing two or more vinyl groups,
The content of the crosslinkable monomer unit containing two or more vinyl groups is 0.1 parts by mass or more and 5 parts by mass or less, based on 100 parts by mass of the particulate copolymer.
The binder for non-aqueous secondary batteries according to any one of [1] to [3] above.
[5]
[1] to [4] above, wherein the content W2 of the methacrylamide monomer unit (B2) is 2 parts by mass or more and less than 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total mass of the vinyl monomer units. The binder for non-aqueous secondary batteries according to any one of the above.
[6]
The particulate copolymer has a ratio Dv/Dn of the volume average particle diameter Dv and the number average particle diameter Dn,
The binder for a nonaqueous secondary battery according to any one of [1] to [5] above, which has a binder of 1 or more and 1.5 or less.
[7]
The particulate copolymer is
The storage modulus at 30° C. is 7×10 7 Pa or more and 5×10 8 Pa or less,
The storage modulus at 130° C. is 2×10 6 Pa or more,
The binder for nonaqueous secondary batteries according to any one of [1] to [6] above.
[8]
The binder for a non-aqueous secondary battery according to any one of [1] to [7] above, wherein the vinyl monomer unit further includes an epoxy group-containing vinyl monomer unit.
[9]
The binder for a non-aqueous secondary battery according to any one of [1] to [8] above, wherein the binder for a non-aqueous secondary battery is a binder for a porous layer in a non-aqueous secondary battery.
[10]
water and,
Inorganic filler;
The binder for non-aqueous secondary batteries according to any one of [1] to [9] above,
including,
Slurry for porous layer of lithium ion secondary battery.
[11]
Comprising the slurry for a lithium ion secondary battery porous layer according to [10] above,
Lithium ion secondary battery porous layer.
[12]
Comprising the lithium ion secondary battery porous layer described in [11] above,
Separator for lithium ion secondary batteries.
[13]
A lithium ion secondary battery, comprising the lithium ion secondary battery separator described in [12] above.
本発明によれば、高温下においてもセパレータ収縮を抑制できる層を形成可能な非水系二次電池用バインダーが得られる。 According to the present invention, a binder for a nonaqueous secondary battery can be obtained that can form a layer that can suppress separator shrinkage even at high temperatures.
以下に本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」という。)について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。 A mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as "this embodiment") will be described in detail below, but the present invention is not limited thereto, and various modifications may be made without departing from the gist thereof. is possible.
本明細書において、「単量体」という場合、この「単量体」とは、本実施形態の粒子状共重合体を構成する各単量体の全てを包含する。
また、本明細書において、単量体が重合体に組み込まれた状態のとき、「単量体単位」と記載し、重合体に組み込まれる前の状態を、「モノマー」又は「化合物」と記載する。
In the present specification, the term "monomer" includes all of the monomers that constitute the particulate copolymer of this embodiment.
In addition, in this specification, when a monomer is incorporated into a polymer, it is described as a "monomer unit", and when it is in a state before being incorporated into a polymer, it is described as a "monomer" or a "compound". do.
また、本明細書において、「(メタ)アクリル酸エステル」とは、メタクリル酸エステル及びアクリル酸エステルの双方を意味し、「(メタ)アクリルアミド」とは、メタクリルアミド及びアクリルアミドの双方を、それぞれ包含する意味で用いる。 Furthermore, in this specification, "(meth)acrylic ester" means both methacrylic ester and acrylic ester, and "(meth)acrylamide" includes both methacrylamide and acrylamide, respectively. It is used in the sense of
〔非水二次電池用バインダー〕
本実施形態の非水二次電池用バインダーは、水性媒体と、粒子状共重合体とを含む。
前記粒子状共重合体は、ビニル単量体単位を含み、前記ビニル単量体単位が、アクリルアミド単量体単位(B1)とメタクリルアミド単量体単位(B2)を含む。
前記ビニル単量体単位の総質量100質量部に対する、前記アクリルアミド単量体単位(B1)の含有量W1(質量部)と、前記メタクリルアミド単量体単位(B2)の含有量W2(質量部)が、下記式(1)を満たし、
前記メタクリルアミド単量体単位(B2)の含有量W2が2質量部以上である。
0<W1/W2<1 ・・・(1)
本実施形態の非水二次電池用バインダーによれば、例えば、150℃以上程度の高温下においても、セパレータ収縮を効果的に抑制できる多孔質層を形成可能である。
[Binder for non-aqueous secondary batteries]
The binder for a non-aqueous secondary battery of this embodiment includes an aqueous medium and a particulate copolymer.
The particulate copolymer contains a vinyl monomer unit, and the vinyl monomer unit contains an acrylamide monomer unit (B1) and a methacrylamide monomer unit (B2).
The content W1 (parts by mass) of the acrylamide monomer unit (B1) and the content W2 (parts by mass) of the methacrylamide monomer unit (B2) with respect to 100 parts by mass of the total mass of the vinyl monomer units. ) satisfies the following formula (1),
The content W2 of the methacrylamide monomer unit (B2) is 2 parts by mass or more.
0<W1/W2<1...(1)
According to the binder for nonaqueous secondary batteries of the present embodiment, it is possible to form a porous layer that can effectively suppress separator shrinkage even at high temperatures of about 150° C. or higher, for example.
通常、二次電池用の微多孔を有するセパレータには、前記セパレータの熱収縮を抑えること等の機能付与を目的とした層が設けられている。前記層の形成方法としては、例えば、無機顔料、ラテックス、分散剤、増粘剤等、及び水性媒体を含む組成物を塗工する方法が挙げられる。このとき、セパレータと前記層(塗工層ともいう。)とは剥離しないように密着性が高いことが求められる。
本発明者らは、密着性を高めることにより、塗工層がセパレータを強力に支持し、セパレータの熱収縮を効果的に抑えられると考え、検討を行った。しかしながら、検討の結果、単純に剥離強度を強くするために、接着力が高くなるように調整した塗工層では、セパレータの熱収縮を十分に抑えられないことが明らかとなった。
また、本発明者らが検討を行った結果、室温条件下での密着性に加えて、セパレータを構成するポリオレフィン系の基材が収縮を開始する、例えば150℃といった高温下においても高い密着性を発現することが重要であることが分かった。
さらに、本発明者らは、塗工層が極性成分として所定量のアミド基含有ビニル単量体、特に(メタ)アクリルアミド単量体単位を含む粒子状共重合体を含有する場合に、塗工層が低温時と高温時において所望の挙動を示し、例えば150℃といった高温下においても、塗工層がセパレータの熱収縮を効果的に抑制できることを見出した。
さらにまた、本発明者らは、粒子状共重合体中にアミド基が有効に導入されるためには、水性媒体と粒子状共重合体間での単量体分配比を調整すること、具体的には、アクリルアミド単量体の水性媒体/粒子状共重合体への分配比を調整することと、前記単量体同士の共重合性の観点からメタクリルアミド単量体を主として使用すること、具体的には、アクリルアミド単量体の、その他のビニル単量体との共重合性と、メタクリルアミド単量体の、その他のビニル単量体との共重合性を比較して、メタクリルアミド単量体の方が共重合性が高く粒子状共重合体の骨格中に取り込まれやすいことに鑑みて、メタクリルアミド単量体を主として使用するようにすることが重要であることを見出した。
Usually, a microporous separator for a secondary battery is provided with a layer intended to provide functions such as suppressing thermal contraction of the separator. Examples of the method for forming the layer include a method of applying a composition containing an inorganic pigment, latex, dispersant, thickener, etc., and an aqueous medium. At this time, the separator and the layer (also referred to as a coating layer) are required to have high adhesion so that they do not peel off.
The present inventors considered that by increasing the adhesion, the coating layer could strongly support the separator and effectively suppress the thermal shrinkage of the separator, and conducted studies. However, as a result of investigation, it has become clear that the thermal shrinkage of the separator cannot be sufficiently suppressed with a coating layer that has been adjusted to have a high adhesive force simply to increase the peel strength.
In addition, as a result of studies conducted by the present inventors, in addition to adhesion at room temperature, the polyolefin base material constituting the separator starts to shrink, and has high adhesion even at high temperatures such as 150°C. It was found that it is important to express the
Furthermore, the present inventors have found that when the coating layer contains a predetermined amount of an amide group-containing vinyl monomer, particularly a particulate copolymer containing (meth)acrylamide monomer units, as a polar component, It has been found that the layer exhibits desired behavior at low and high temperatures, and that the coating layer can effectively suppress thermal shrinkage of the separator even at high temperatures such as 150°C.
Furthermore, the present inventors have found that in order to effectively introduce an amide group into a particulate copolymer, it is necessary to adjust the monomer distribution ratio between the aqueous medium and the particulate copolymer. Specifically, adjusting the distribution ratio of acrylamide monomer to the aqueous medium/particulate copolymer, and mainly using methacrylamide monomer from the viewpoint of copolymerizability between the monomers, Specifically, we compared the copolymerizability of acrylamide monomer with other vinyl monomers and the copolymerizability of methacrylamide monomer with other vinyl monomers. In view of the fact that methacrylamide monomers have higher copolymerizability and are more easily incorporated into the skeleton of particulate copolymers, it has been found that it is important to mainly use methacrylamide monomers.
(水性媒体)
本実施形態の非水二次電池用バインダーは、水性媒体を含む。
水性媒体としては、水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等の溶媒が挙げられる。
水性媒体には、分散剤、滑剤、増粘剤、殺菌剤等が含まれていてもよい。
(aqueous medium)
The binder for non-aqueous secondary batteries of this embodiment includes an aqueous medium.
Examples of the aqueous medium include solvents such as water, methanol, ethanol, and isopropyl alcohol.
The aqueous medium may contain a dispersant, a lubricant, a thickener, a bactericide, and the like.
(粒子状共重合体)
本実施形態の非水二次電池用バインダーは、粒子状共重合体を含む。
粒子状共重合体は、ビニル単量体単位を含む。
(Particulate copolymer)
The binder for non-aqueous secondary batteries of this embodiment includes a particulate copolymer.
The particulate copolymer contains vinyl monomer units.
<ビニル単量体単位>
粒子状共重合体を構成するビニル単量体単位を形成するための原料モノマーであるビニル化合物とは、ビニル基を有する単量体であり、ビニル化合物(CH2=CHX)及びビニリデン化合物(CH2=CXY)のいずれも含まれ、例えば、(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリルアミド、芳香族ビニル化合物、アクリロニトリル等が挙げられる。具体的には、下記において詳述する。
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。
<Vinyl monomer unit>
The vinyl compound, which is a raw material monomer for forming the vinyl monomer units constituting the particulate copolymer, is a monomer having a vinyl group, and includes vinyl compounds (CH 2 =CHX) and vinylidene compounds (CH 2 =CXY), such as (meth)acrylic acid ester, (meth)acrylic acid, (meth)acrylamide, aromatic vinyl compound, acrylonitrile, and the like. Specifically, this will be explained in detail below.
These may be used alone or in combination of two or more.
<ビニル基と共重合可能な官能基を有する反応性界面活性剤に由来する単量体単位>
前記粒子状共重合体は、前記ビニル単量体単位と、『「ビニル基と共重合可能な官能基を有する反応性界面活性剤」に由来する単量体単位』を含むことが好ましい。
前記ビニル基と共重合可能な官能基を有する単量体単位を形成するための原料モノマー、すなわち、前記反応性界面活性剤としては、ビニル基や、アクリル基や、メタクリル基を有する化合物が挙げられ、具体的には、後述する反応性界面活性剤として使用可能な化合物が挙げられる。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。
<Monomer unit derived from a reactive surfactant having a functional group copolymerizable with a vinyl group>
The particulate copolymer preferably contains the vinyl monomer unit and a monomer unit derived from a "reactive surfactant having a functional group copolymerizable with a vinyl group."
Examples of the raw material monomer for forming a monomer unit having a functional group copolymerizable with the vinyl group, that is, the reactive surfactant, include compounds having a vinyl group, an acrylic group, or a methacrylic group. Specific examples include compounds that can be used as reactive surfactants as described below. These may be used alone or in combination of two or more.
前記ビニル単量体単位と、「ビニル基と共重合可能な官能基を有する、反応性界面活性剤に由来する単量体単位」とを用いた粒子状共重合体は、化学的な安定性に優れ、本実施形態の非水系二次電池用バインダーを用いたセパレータは、電池内部において、酸化条件、還元条件、高温条件(例えば、150℃)に晒されても、その化学的構造が分解されにくい傾向にある。 A particulate copolymer using the vinyl monomer unit and "a monomer unit derived from a reactive surfactant and having a functional group copolymerizable with a vinyl group" has a high chemical stability. The separator using the binder for nonaqueous secondary batteries of this embodiment has excellent chemical structure that does not decompose even when exposed to oxidizing conditions, reducing conditions, and high temperature conditions (for example, 150°C) inside the battery. It tends to be difficult to
<粒子状共重合体中のメタクリルアミド単量体単位>
前記粒子状共重合体は、上述したように、ビニル単量体単位を含み、前記ビニル単量体単位は、アクリルアミド単量体(B1)と、メタクリルアミド単量体単位(B2)を含む。
粒子状共重合体に含まれるメタクリルアミド単量体単位(B2)の含有量W2は、粒子状共重合体中のビニル単量体単位の総質量100質量部に対して、2質量部以上であり、好ましくは4質量部以上であり、より好ましくは6質量部以上であり、さらに好ましくは10質量部以上である。
メタクリルアミド単量体単位(B2)の含有量の上限は、粒子状共重合体中のビニル単量体単位の総質量100質量部に対して、好ましくは30質量部以下であり、より好ましくは20質量部以下であり、さらに好ましくは20質量部未満であり、さらにより好ましくは15質量部以下である。
粒子状共重合体に含まれるメタクリルアミド単量体単位(B2)の含有量を、粒子状共重合体中のビニル単量体単位の総質量100質量部に対して2質量部以上とすることにより、本実施形態の非水系二次電池用バインダーは、室温における密着性が高まるとともに、高温下(例えば、130℃)における貯蔵弾性率が高まり、本実施形態の非水系二次電池用バインダーを用いたセパレータの熱収縮を抑制できる傾向にある。また、メタクリルアミド単量体単位(B2)の含有量を粒子状共重合体中のビニル単量体単位の総質量100質量部に対して30質量部以下とすることで、本実施形態の非水二次電池用バインダーに含まれる水溶性成分の割合が抑制され、スラリーとして塗工された際、セパレータの細孔部の目詰まりが低減されるため、サイクル特性やレート特性といった電池特性が良好となる傾向にある。
<Methacrylamide monomer unit in particulate copolymer>
As described above, the particulate copolymer includes a vinyl monomer unit, and the vinyl monomer unit includes an acrylamide monomer (B1) and a methacrylamide monomer unit (B2).
The content W2 of methacrylamide monomer units (B2) contained in the particulate copolymer is 2 parts by mass or more based on 100 parts by mass of the total vinyl monomer unit in the particulate copolymer. The amount is preferably 4 parts by mass or more, more preferably 6 parts by mass or more, and even more preferably 10 parts by mass or more.
The upper limit of the content of methacrylamide monomer units (B2) is preferably 30 parts by mass or less, more preferably It is 20 parts by mass or less, more preferably less than 20 parts by mass, even more preferably 15 parts by mass or less.
The content of the methacrylamide monomer unit (B2) contained in the particulate copolymer is 2 parts by mass or more based on 100 parts by mass of the total vinyl monomer unit in the particulate copolymer. As a result, the binder for non-aqueous secondary batteries of this embodiment has improved adhesion at room temperature and has increased storage elastic modulus at high temperatures (for example, 130°C), making the binder for non-aqueous secondary batteries of this embodiment There is a tendency that thermal shrinkage of the separator used can be suppressed. In addition, by setting the content of the methacrylamide monomer unit (B2) to 30 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the total vinyl monomer unit in the particulate copolymer, The proportion of water-soluble components contained in the binder for water secondary batteries is suppressed, and when applied as a slurry, clogging of the pores of the separator is reduced, resulting in good battery characteristics such as cycle characteristics and rate characteristics. There is a tendency to
上述したように、前記粒子状共重合体は、アクリルアミド単量体単位(B1)とメタクリルアミド単量体単位(B2)を含む。
前記ビニル単量体単位の総質量100質量部に対する、前記アクリルアミド単量体単位(B1)の含有量W1(質量部)と、前記メタクリルアミド単量体単位(B2)の含有量W2(質量部)は、下記式(1)の関係を有する。
0<W1/W2<1 ・・・(1)
前記式(1)の関係を満たし、W1をW2未満に特定することで、粒子状共重合体に含まれる水溶性成分の割合が抑制されるため、上述の機構により、サイクル特性やレート特性といった電池特性が良好となる傾向にある。
As mentioned above, the particulate copolymer includes an acrylamide monomer unit (B1) and a methacrylamide monomer unit (B2).
The content W1 (parts by mass) of the acrylamide monomer unit (B1) and the content W2 (parts by mass) of the methacrylamide monomer unit (B2) with respect to 100 parts by mass of the total mass of the vinyl monomer units. ) has the relationship of the following formula (1).
0<W1/W2<1...(1)
By satisfying the relationship of formula (1) and specifying W1 to be less than W2, the proportion of water-soluble components contained in the particulate copolymer is suppressed, so that the above-mentioned mechanism improves cycle characteristics and rate characteristics. Battery characteristics tend to be better.
前記粒子状共重合体中のビニル単量体単位の総質量100質量部に対するメタクリルアミド単量体単位の割合を上述した数値範囲に制御する方法としては、例えば、後述する粒子状共重合体の製造方法のように乳化重合する際に、メタクリルアミド単量体の配合比をビニル単量体の配合量全量に対して、所望の数値範囲に応じた値に調整する方法等が挙げられる。
また、前記式(1)の関係を満たすように制御する方法としては、本実施形態の非水系二次電池用バインダーを構成する粒子状共重合体の製造方法において、メタクリルアミド単量体と、アクリルアミド単量体の配合比を、所望の数値範囲に応じた値に調整する方法が挙げられる。
As a method for controlling the ratio of methacrylamide monomer units to the total mass of 100 parts by mass of vinyl monomer units in the particulate copolymer within the above-mentioned numerical range, for example, When performing emulsion polymerization as in the manufacturing method, a method may be mentioned in which the blending ratio of methacrylamide monomers is adjusted to a value corresponding to a desired numerical range with respect to the total amount of vinyl monomers blended.
Further, as a method for controlling the relationship so as to satisfy the relationship of formula (1), in the method for producing a particulate copolymer constituting the binder for a non-aqueous secondary battery of the present embodiment, methacrylamide monomer and An example of this method is to adjust the blending ratio of acrylamide monomers to a value that corresponds to a desired numerical range.
本実施形態の粒子状共重合体に含まれるメタクリルアミド単量体単位、及びアクリルアミド単量体単位の、ビニル単量体単位の総質量を100質量部としたときの含有量は、粒子状共重合体の製造の際の単量体の配合比から算出してもよく、IR(ATR法)等を用いて、各種スペクトルデータから算出してもよい。また、粒子状共重合体に含まれるその他の単量体単位の量は、メタクリルアミド単量体単位と同様の算出方法により算出することができる。 The content of methacrylamide monomer units and acrylamide monomer units contained in the particulate copolymer of this embodiment, when the total mass of vinyl monomer units is 100 parts by mass, is It may be calculated from the blending ratio of monomers during polymer production, or may be calculated from various spectral data using IR (ATR method) or the like. Further, the amount of other monomer units contained in the particulate copolymer can be calculated using the same calculation method as for the methacrylamide monomer unit.
(粒子状共重合体の貯蔵弾性率)
上述したように、例えば150℃以上の高温下においても二次電池のセパレータの熱収縮を抑制するためには、本実施形態の非水系二次電池用バインダーがセパレータ及び無機フィラーに対して十分に密着すると同時に、粒子状共重合体が高い弾性率を有することが好ましい。
前記粒子状共重合体が、アクリルアミド単量体単位(B1)及びメタクリルアミド単量体単位(B2)を含むことにより、本実施形態の非水系二次電池用バインダーが室温から高温(例えば、130℃)にかけて高い密着性を有し、かつ、優れた貯蔵弾性率E’を維持する粒子状共重合体が得られる。
(Storage modulus of particulate copolymer)
As mentioned above, in order to suppress thermal shrinkage of the separator of a secondary battery even at high temperatures of, for example, 150°C or higher, the non-aqueous secondary battery binder of this embodiment sufficiently binds the separator and inorganic filler. It is preferable that the particulate copolymer has a high elastic modulus while adhering closely.
Since the particulate copolymer contains an acrylamide monomer unit (B1) and a methacrylamide monomer unit (B2), the non-aqueous secondary battery binder of this embodiment can be heated from room temperature to high temperature (for example, 130 A particulate copolymer which has high adhesion and maintains an excellent storage modulus E' over the temperature range (°C) can be obtained.
本実施形態の非水系二次電池用バインダーに含まれる粒子状共重合体は、貯蔵弾性率が、30℃において7×106Pa以上5×108Pa以下であり、かつ、高温領域、すなわち130℃において2×106Pa以上であることが好ましい。これにより、前記粒子状共重合体を含む塗工層が、上述した挙動を示し、微多孔を有するセパレータが高温になってもセパレータが収縮することを抑制できる傾向にある。
前記粒子状共重合体は、貯蔵弾性率が、30℃において1×107Pa以上3×108Pa以下であり、かつ、130℃において5×106Pa以上であることがより好ましい。
前記粒子状共重合体は、貯蔵弾性率が、30℃において4×107Pa以上2×108Pa以下であり、かつ、130℃において6×106Pa以上であることがさらに好ましい。
本実施形態の非水二次電池用バインダーの好適な実施形態としては、粒子状共重合体を、(メタ)アクリル酸エステル単量体から選ばれる1種以上の単量体と、アクリルアミド単量体と、メタクリルアミド単量体と、カルボン酸基含有単量体と、架橋性単量体とを、モノマー単位として含む、共重合体からなるものとし、前記架橋性単量体が、エポキシ基含有ビニル単量体を含むものであり、粒子状共重合体の30℃における貯蔵弾性率が、1×107Pa以上3×108Pa以下であり、130℃における貯蔵弾性率が、5×106Pa以上である。前記貯蔵弾性率を有する粒子状共重合体を、本明細書において粒子状共重合体Iと記載する場合がある。
The particulate copolymer contained in the binder for non-aqueous secondary batteries of this embodiment has a storage modulus of 7×10 6 Pa or more and 5×10 8 Pa or less at 30° C., and It is preferable that it is 2×10 6 Pa or more at 130°C. Thereby, the coating layer containing the particulate copolymer exhibits the above-mentioned behavior, and it tends to be possible to suppress shrinkage of the microporous separator even if the separator becomes high temperature.
It is more preferable that the particulate copolymer has a storage modulus of 1×10 7 Pa or more and 3×10 8 Pa or less at 30°C, and 5×10 6 Pa or more at 130°C.
It is further preferable that the particulate copolymer has a storage modulus of 4×10 7 Pa or more and 2×10 8 Pa or less at 30°C, and 6×10 6 Pa or more at 130°C.
In a preferred embodiment of the binder for non-aqueous secondary batteries of this embodiment, a particulate copolymer is combined with one or more monomers selected from (meth)acrylic acid ester monomers and an acrylamide monomer. A copolymer containing a methacrylamide monomer, a carboxylic acid group-containing monomer, and a crosslinkable monomer as monomer units, wherein the crosslinkable monomer has an epoxy group. The particulate copolymer has a storage modulus of 1×10 7 Pa or more and 3×10 8 Pa or less at 30°C, and a storage modulus of 5× It is 10 6 Pa or more. The particulate copolymer having the above storage modulus may be referred to as particulate copolymer I in this specification.
粒子状共重合体の貯蔵弾性率が上記範囲を満たすように制御する方法としては、粒子状共重合体に(メタ)アクリルアミド単量体を用いる方法が挙げられる。また、粒子状共重合体の貯蔵弾性率をさらに高める方法としては、エポキシ基含有ビニル単量体を用いる方法が挙げられる。この場合、粒子状共重合体中のビニル単量体単位として、エポキシ基含有ビニル単量体単位が含まれる構成となる。
さらに、粒子状共重合体の貯蔵弾性率を制御する方法としては、(メタ)アクリル酸エステル単量体から選ばれる1種以上の単量体と、カルボン酸基含有単量体と、架橋性単量体とを、単量体単位として含み、これらの単量体の種類及びその配合比を調整する方法が挙げられる。
A method for controlling the storage modulus of the particulate copolymer so that it satisfies the above range includes a method of using a (meth)acrylamide monomer in the particulate copolymer. Further, as a method for further increasing the storage modulus of the particulate copolymer, a method using an epoxy group-containing vinyl monomer can be mentioned. In this case, the particulate copolymer contains an epoxy group-containing vinyl monomer unit as a vinyl monomer unit.
Furthermore, as a method for controlling the storage modulus of a particulate copolymer, one or more monomers selected from (meth)acrylic acid ester monomers, a carboxylic acid group-containing monomer, and a crosslinkable Examples include a method of including monomers as monomer units and adjusting the types of these monomers and their blending ratio.
本実施形態の粒子状共重合体に含まれるメタクリルアミド単量体単位(B2)の含有量W2は、上述したように、ビニル単量体単位の総質量100質量部に対して、2質量部以上であり、より好ましくは4質量部以上であり、さらに好ましくは6質量部以上であり、さらにより好ましくは10質量部以上である。
メタクリルアミド単量体の割合の上限は、ビニル単量体単位質量100質量部に対して、好ましくは30質量部以下であり、より好ましくは20質量部以下であり、さらに好ましくは20質量部未満であり、さらにより好ましくは15質量部以下である。
粒子状共重合体に含まれるメタクリルアミド単量体単位の含有量は、ビニル単量体単位の総質量100質量部に対して好ましくは2質量部以上20質量部以下であり、より好ましくは3質量部以上15質量部以下であり、さらに好ましくは6質量部以上10質量部以下である。
メタクリルアミド単量体単位の含有量を2質量部以上とすることで、水素結合力に由来する高い密着性と貯蔵弾性率を兼ね備えた粒子状共重合体となる傾向にある。また、20質量部以下とすることで室温における柔軟性が高まり、密着性が向上する。
As mentioned above, the content W2 of the methacrylamide monomer unit (B2) contained in the particulate copolymer of this embodiment is 2 parts by mass based on 100 parts by mass of the total vinyl monomer unit. The amount is more preferably 4 parts by mass or more, still more preferably 6 parts by mass or more, and even more preferably 10 parts by mass or more.
The upper limit of the proportion of methacrylamide monomer is preferably 30 parts by mass or less, more preferably 20 parts by mass or less, and even more preferably less than 20 parts by mass, per 100 parts by mass of vinyl monomer unit mass. and even more preferably 15 parts by mass or less.
The content of methacrylamide monomer units contained in the particulate copolymer is preferably 2 parts by mass or more and 20 parts by mass or less, more preferably 3 parts by mass or less, based on 100 parts by mass of the total vinyl monomer units. The content is from 6 parts by mass to 10 parts by mass, more preferably from 6 parts by mass to 10 parts by mass.
By setting the content of methacrylamide monomer units to 2 parts by mass or more, the particulate copolymer tends to have both high adhesiveness derived from hydrogen bonding strength and storage modulus. Further, by setting the amount to 20 parts by mass or less, flexibility at room temperature is increased and adhesion is improved.
<(メタ)アクリル酸エステル単量体>
上述したように、粒子状共重合体の貯蔵弾性率を適切に制御するためには、前記粒子状共重合体に、(メタ)アクリル酸エステル単量体から選ばれる1種以上の単量体を用いることが有効である。
(メタ)アクリル酸エステル単量体としては、以下に限定されないが、例えば、エチレン性不飽和結合を1つ有する(メタ)アクリル酸エステルが挙げられる。
本明細書において、(メタ)アクリル酸エステルは、(メタ)アクリレートと記載する場合もある。
エチレン性不飽和結合を1つ有する(メタ)アクリル酸エステルとしては、以下に限定されないが、例えば、メチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、イソプロピルアクリレート、ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、t-ブチルアクリレート、n-ヘキシルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、ラウリルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、メチルメタクリレート(本明細書において、メタクリル酸メチルとも記載する。)、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、イソプロピルアクリレート、ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、t-ブチルメタクリレート、n-ヘキシルメタクリレート、2-エチルヘキシルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、イソボルニルアクリレート、t-ブチルシクロヘキシルアクリレート、等のアルキル基を有する(メタ)アクリレート;ベンジルアクリレート、フェニルアクリレート、ベンジルメタクリレート、フェニルメタクリレート等の芳香環を有する(メタ)アクリレート;等が挙げられる。
これらの(メタ)アクリル酸エステル単量体は、1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いられる。
アルキル基を有する(メタ)アクリレートは、好ましくはアルキル基と(メタ)アクリロイルオキシ基とからなる(メタ)アクリレートである。
芳香環を有する(メタ)アクリレートは、好ましくは芳香環と(メタ)アクリロイルオキシ基とからなる(メタ)アクリレートである。
<(meth)acrylic acid ester monomer>
As mentioned above, in order to appropriately control the storage modulus of the particulate copolymer, it is necessary to add one or more monomers selected from (meth)acrylic acid ester monomers to the particulate copolymer. It is effective to use
Examples of the (meth)acrylic ester monomer include, but are not limited to, a (meth)acrylic ester having one ethylenically unsaturated bond.
In this specification, (meth)acrylic acid ester may be referred to as (meth)acrylate.
Examples of (meth)acrylic esters having one ethylenically unsaturated bond include, but are not limited to, methyl acrylate, ethyl acrylate, propyl acrylate, isopropyl acrylate, butyl acrylate, isobutyl acrylate, t-butyl acrylate, n -Hexyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, lauryl acrylate, cyclohexyl acrylate, methyl methacrylate (also referred to herein as methyl methacrylate), ethyl methacrylate, propyl methacrylate, isopropyl acrylate, butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, t-butyl (Meth)acrylates having alkyl groups such as methacrylate, n-hexyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, lauryl methacrylate, cyclohexyl methacrylate, isobornyl acrylate, t-butyl cyclohexyl acrylate; benzyl acrylate, phenyl acrylate, benzyl methacrylate, phenyl Examples include (meth)acrylates having an aromatic ring such as methacrylate.
These (meth)acrylic acid ester monomers may be used alone or in combination of two or more.
The (meth)acrylate having an alkyl group is preferably a (meth)acrylate comprising an alkyl group and a (meth)acryloyloxy group.
The (meth)acrylate having an aromatic ring is preferably a (meth)acrylate comprising an aromatic ring and a (meth)acryloyloxy group.
(メタ)アクリル酸エステル単量体は、炭素数4以上のアルキル基と(メタ)アクリロイルオキシ基とからなる(メタ)アクリル酸エステル単量体がより好ましく、炭素数6以上のアルキル基と(メタ)アクリロイルオキシ基とからなる(メタ)アクリル酸エステル単量体がさらに好ましく、メチルメタクリレート、ブチルアクリレート、ブチルメタクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、イソボルニルアクリレート、及びt-ブチルシクロヘキシルアクリレートからなる群より選ばれる1つ以上がさらにより好ましく、メチルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、ブチルアクリレート、ブチルメタクリレート、2-エチルヘキシルアクリレートからなる群より選ばれる1つ以上がよりさらに好ましい。このような(メタ)アクリル酸エステル単量体を用いることは、乳化重合時の重合安定性を向上させる観点や、電極との接着性を向上させる観点から好ましい。 The (meth)acrylic ester monomer is more preferably a (meth)acrylic ester monomer consisting of an alkyl group having 4 or more carbon atoms and a (meth)acryloyloxy group, and an alkyl group having 6 or more carbon atoms and ( More preferred are (meth)acrylic acid ester monomers consisting of meth)acryloyloxy groups, such as methyl methacrylate, butyl acrylate, butyl methacrylate, 2-ethylhexyl acrylate, cyclohexyl methacrylate, isobornyl acrylate, and t-butylcyclohexyl acrylate. One or more selected from the group consisting of methyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate, butyl acrylate, butyl methacrylate, and 2-ethylhexyl acrylate is even more preferable. It is preferable to use such a (meth)acrylic acid ester monomer from the viewpoint of improving polymerization stability during emulsion polymerization and from the viewpoint of improving adhesiveness with electrodes.
(メタ)アクリル酸エステル単量体は、少なくともメチルメタクリレートを含むことが好ましい。また、メチルメタクリレートの含有量は、(メタ)アクリル酸エステル単量体全量100質量部に対して、好ましくは1.0質量部以上である。(メタ)アクリル酸エステル単量体全量100質量部に対して1.0質量部以上のメチルメタクリレートを含むことにより、(メタ)アクリル酸エステル単量体と、(メタ)アクリルアミド単量体の相溶性が高まり共重合性が向上する。また、低温時に塗工層の柔軟性を高め(すなわち、セパレータと本実施形態の非水二次電池用バインダーを用いた塗工層との剥離強度を強くし)、かつ、高温時に塗工層を固くするとの挙動をより実現しやすくなり、高温になったとしてもセパレータが収縮することをより抑制できる傾向にある。
(メタ)アクリル酸エステル単量体全量100質量部に対するメチルメタクリレートの含有量は、より好ましくは5質量部以上であり、さらに好ましくは8質量部以上である。前記メチルメタクリレートの含有量の上限値は、特に限定されないが、50質量部以下であればよく、好ましくは40質量部以下であり、より好ましくは20質量部以下である。
It is preferable that the (meth)acrylic acid ester monomer contains at least methyl methacrylate. Further, the content of methyl methacrylate is preferably 1.0 parts by mass or more based on 100 parts by mass of the total amount of (meth)acrylic acid ester monomers. By containing 1.0 parts by mass or more of methyl methacrylate based on 100 parts by mass of the total amount of (meth)acrylic ester monomers, a phase of (meth)acrylic ester monomers and (meth)acrylamide monomers can be formed. Solubility increases and copolymerizability improves. In addition, the flexibility of the coating layer is increased at low temperatures (that is, the peel strength between the separator and the coating layer using the binder for nonaqueous secondary batteries of this embodiment is strengthened), and the coating layer is This makes it easier to realize the behavior of hardening the separator, and it tends to suppress shrinkage of the separator even at high temperatures.
The content of methyl methacrylate relative to 100 parts by mass of the total amount of (meth)acrylic acid ester monomers is more preferably 5 parts by mass or more, and still more preferably 8 parts by mass or more. The upper limit of the content of methyl methacrylate is not particularly limited, but may be 50 parts by mass or less, preferably 40 parts by mass or less, and more preferably 20 parts by mass or less.
<カルボン酸基含有単量体>
上述したように、前記粒子状共重合体の貯蔵弾性率を適切に制御するためには、前記粒子状共重合体に、カルボン酸基含有単量体を用いることが有効である。
カルボン酸基含有単量体としては、以下に限定されないが、例えば、カルボキシル基を有するエチレン性不飽和単量体が挙げられる。
本明細書において、カルボン酸基含有単量体を不飽和カルボン酸ともいう。
カルボキシル基を有するエチレン性不飽和単量体としては、以下に限定されないが、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸のハーフエステル、マレイン酸のハーフエステル及びフマール酸のハーフエステル等のモノカルボン酸単量体;イタコン酸、フマール酸及びマレイン酸等のジカルボン酸単量体;等が挙げられる。
カルボン酸基含有単量体は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
これらの中でも、好ましくはアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸であり、より好ましくはアクリル酸、メタクリル酸である。
<Carboxylic acid group-containing monomer>
As described above, in order to appropriately control the storage modulus of the particulate copolymer, it is effective to use a monomer containing a carboxylic acid group in the particulate copolymer.
Examples of the carboxylic acid group-containing monomer include, but are not limited to, ethylenically unsaturated monomers having a carboxyl group.
In this specification, the carboxylic acid group-containing monomer is also referred to as unsaturated carboxylic acid.
Examples of the ethylenically unsaturated monomer having a carboxyl group include, but are not limited to, monocarboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, half ester of itaconic acid, half ester of maleic acid, and half ester of fumaric acid. Monomers; dicarboxylic acid monomers such as itaconic acid, fumaric acid and maleic acid; and the like.
One type of carboxylic acid group-containing monomer can be used alone or two or more types can be used in combination.
Among these, acrylic acid, methacrylic acid, and itaconic acid are preferred, and acrylic acid and methacrylic acid are more preferred.
カルボン酸基含有単量体の含有量は、ビニル単量体単位質量100質量部に対して、通常0.1質量部以上10質量部以下であればよい。セパレータの収縮の抑制をより高める観点から、カルボン酸基含有単量体の含有量は、ビニル単量体単位質量100質量部に対して、好ましくは0.5質量部以上5質量部以下であり、より好ましくは1質量部以上4質量部以下である。 The content of the carboxylic acid group-containing monomer may be generally 0.1 parts by mass or more and 10 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the vinyl monomer unit mass. From the viewpoint of further suppressing shrinkage of the separator, the content of the carboxylic acid group-containing monomer is preferably 0.5 parts by mass or more and 5 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the vinyl monomer unit mass. , more preferably 1 part by mass or more and 4 parts by mass or less.
<架橋性単量体>
上述したように、粒子状共重合体の貯蔵弾性率を適切に制御するためには、架橋性単量体を用いることが有効である。
架橋性単量体としては、例えば、ラジカル重合性の二重結合を2個以上有する単量体、及び、重合中又は重合後に自己架橋構造を与える官能基を有する単量体等が挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。
粒子状共重合体を構成する架橋性単量体としては、エポキシ基含有ビニル単量体を含むことが好ましい。エポキシ基含有ビニル単量体は、重合中又は重合後に自己架橋構造を与える官能基を有する単量体に該当する。
エポキシ基含有ビニル単量体としては、以下に限定されないが、例えば、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、アリルグリシジルエーテル、メチルグリシジルアクリレート、及びメチルグリシジルメタクリレート等が挙げられる。
これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。
<Crosslinkable monomer>
As mentioned above, in order to appropriately control the storage modulus of a particulate copolymer, it is effective to use a crosslinkable monomer.
Examples of the crosslinkable monomer include monomers having two or more radically polymerizable double bonds, and monomers having a functional group that provides a self-crosslinked structure during or after polymerization. These may be used alone or in combination of two or more.
The crosslinkable monomer constituting the particulate copolymer preferably contains an epoxy group-containing vinyl monomer. The epoxy group-containing vinyl monomer corresponds to a monomer having a functional group that provides a self-crosslinking structure during or after polymerization.
Examples of the epoxy group-containing vinyl monomer include, but are not limited to, glycidyl acrylate, glycidyl methacrylate, allyl glycidyl ether, methyl glycidyl acrylate, and methyl glycidyl methacrylate.
These may be used alone or in combination of two or more.
重合中又は重合後に自己架橋構造を与える官能基を有する単量体としては、上述したエポキシ基含有ビニル単量体以外に、例えば、水酸基を含有する水酸基含有ビニル単量体、アルコキシメチル基を含有するアルコキシメチル基含有ビニル単量体、及び加水分解性シリル基を含有する加水分解性シリル基含有ビニル単量体が挙げられる。
これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。
In addition to the above-mentioned epoxy group-containing vinyl monomers, monomers having functional groups that provide a self-crosslinked structure during or after polymerization include, for example, hydroxyl group-containing vinyl monomers containing hydroxyl groups, and alkoxymethyl group-containing monomers. and a hydrolyzable silyl group-containing vinyl monomer containing a hydrolyzable silyl group.
These may be used alone or in combination of two or more.
粒子状共重合体を構成する架橋性単量体としては、エポキシ基含有ビニル単量体に加えて、ラジカル重合性の二重結合を2個以上有する単量体、アミノ基含有ビニル単量体、水酸基含有ビニル単量体、アルコキシメチル基含有ビニル単量体、及び加水分解性シリル基を有するビニル単量体からなる群から選ばれる少なくとも1種をさらに含むことが好ましい。
上記架橋性単量体を用いることにより、例えば、本実施形態の粒子状共重合体を含む非水系二次電池用バインダーを、電極やセパレータの接着剤として用いたとき、適度な流動性を保ちつつ接着性に優れたものとなるため、取り扱い性に優れる傾向にある。
In addition to the epoxy group-containing vinyl monomer, the crosslinkable monomers constituting the particulate copolymer include monomers having two or more radically polymerizable double bonds, and amino group-containing vinyl monomers. , a hydroxyl group-containing vinyl monomer, an alkoxymethyl group-containing vinyl monomer, and a vinyl monomer having a hydrolyzable silyl group.
By using the above-mentioned crosslinkable monomer, for example, when the binder for non-aqueous secondary batteries containing the particulate copolymer of this embodiment is used as an adhesive for electrodes or separators, it can maintain appropriate fluidity. However, since it has excellent adhesive properties, it tends to be easy to handle.
ラジカル重合性の二重結合を2個以上有する単量体としては、例えば、ジビニルベンゼン、及び、多官能(メタ)アクリレート等が挙げられる。ラジカル重合性の二重結合を2個以上有する単量体の中でも、少量でも耐電解液に対するより良好な耐性を示すことから、多官能(メタ)アクリレートがより好ましい。 Examples of the monomer having two or more radically polymerizable double bonds include divinylbenzene and polyfunctional (meth)acrylate. Among the monomers having two or more radically polymerizable double bonds, polyfunctional (meth)acrylates are more preferred because they exhibit better resistance to electrolytic solutions even in small amounts.
前記多官能(メタ)アクリレートは、2官能(メタ)アクリレート、3官能(メタ)アクリレート、4官能(メタ)アクリレートであってもよい。
多官能(メタ)アクリレートとしては、以下に限定されないが、例えば、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ブタンジオールジアクリレート、ブタンジオールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、及びペンタエリスリトールテトラメタクリレート等が挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。
これらの中でも、少量でも耐電解液に対するより良好な耐性を示すことから、好ましくはトリメチロールプロパントリアクリレート及びトリメチロールプロパントリメタクリレートである。
The polyfunctional (meth)acrylate may be a bifunctional (meth)acrylate, a trifunctional (meth)acrylate, or a tetrafunctional (meth)acrylate.
Examples of polyfunctional (meth)acrylates include, but are not limited to, neopentyl glycol diacrylate, neopentyl glycol dimethacrylate, butanediol diacrylate, butanediol dimethacrylate, trimethylolpropane triacrylate, and trimethylolpropane trimethacrylate. , pentaerythritol tetraacrylate, and pentaerythritol tetramethacrylate. These may be used alone or in combination of two or more.
Among these, trimethylolpropane triacrylate and trimethylolpropane trimethacrylate are preferred because they exhibit better resistance to electrolytic solutions even in small amounts.
前記アミノ基含有ビニル単量体としては、以下に限定されないが、例えば、N,N-メチレンビスアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、N,N-ジメチルアミノエチルアクリルアミドが挙げられる。 Examples of the amino group-containing vinyl monomer include, but are not limited to, N,N-methylenebisacrylamide, diacetone acrylamide, and N,N-dimethylaminoethyl acrylamide.
前記水酸基含有ビニル単量体としては、以下に限定されないが、例えば、2-ヒドロキシエチルアクリレート、2-ヒドロキシエチルメタアクリレート等のヒドロキシエチル(メタ)アクリレート;2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート等のヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート;2-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等のヒドロキシブチル(メタ)アクリレート;3-クロロ-2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ジ-(エチレングリコール)マレエート、ジ-(エチレングリコール)イタコネート、2-ヒドロキシエチルマレエート、ビス(2-ヒドロキシエチル)マレエート、及び2-ヒドロキシエチルメチルフマレートが挙げられる。これらの水酸基含有ビニル単量体は、1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いられる。
前記水酸基含有ビニル単量体としては、上述した化合物のほか、例えば、メチロール基含有ビニル単量体が挙げられる。前記メチロール基含有ビニル単量体としては、例えば、N-メチロールアクリルアミド、N-メチロールメタクリルアミド、ジメチロールアクリルアミド、及びジメチロールメタクリルアミド等が挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。
Examples of the hydroxyl group-containing vinyl monomer include, but are not limited to, hydroxyethyl (meth)acrylates such as 2-hydroxyethyl acrylate and 2-hydroxyethyl methacrylate; hydroxyl groups such as 2-hydroxypropyl (meth)acrylate; Propyl (meth)acrylate; Hydroxybutyl (meth)acrylate such as 2-hydroxybutyl (meth)acrylate, 4-hydroxybutyl (meth)acrylate; 3-chloro-2-hydroxypropyl (meth)acrylate, di-(ethylene glycol) ) maleate, di-(ethylene glycol) itaconate, 2-hydroxyethyl maleate, bis(2-hydroxyethyl) maleate, and 2-hydroxyethylmethyl fumarate. These hydroxyl group-containing vinyl monomers may be used alone or in combination of two or more.
Examples of the hydroxyl group-containing vinyl monomer include, in addition to the above-mentioned compounds, a methylol group-containing vinyl monomer. Examples of the methylol group-containing vinyl monomer include N-methylol acrylamide, N-methylol methacrylamide, dimethylol acrylamide, and dimethylol methacrylamide. These may be used alone or in combination of two or more.
アルコキシメチル基含有ビニル単量体しては、以下に限定されないが、例えば、N-メトキシメチルアクリルアミド、N-メトキシメチルメタクリルアミド、N-ブトキシメチルアクリルアミド、及びN-ブトキシメチルメタクリルアミド等が挙げられる。
これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。
Examples of the alkoxymethyl group-containing vinyl monomer include, but are not limited to, N-methoxymethylacrylamide, N-methoxymethylmethacrylamide, N-butoxymethylacrylamide, and N-butoxymethylmethacrylamide. .
These may be used alone or in combination of two or more.
加水分解性シリル基含有ビニル単量体としては、以下に限定されないが、例えば、ビニルシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ-アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、及びγ-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3-(メタクリロイルオキシ)プロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。 Examples of hydrolyzable silyl group-containing vinyl monomers include, but are not limited to, vinylsilane, vinyltrimethoxysilane, γ-acryloxypropyltrimethoxysilane, γ-acryloxypropyltriethoxysilane, γ-methacryloxy Examples include propyltrimethoxysilane, γ-methacryloxypropyltriethoxysilane, and 3-(methacryloyloxy)propyltrimethoxysilane. These may be used alone or in combination of two or more.
上述した架橋性単量体により形成された単量体単位の含有量は、前記粒子状共重合体100質量部に対して、通常2質量部以上30質量部以下であり、好ましくは4質量部以上25質量部以下であり、より好ましくは6質量部以上25質量部以下であり、さらに好ましくは8質量部以上25質量部以下である。
架橋性単量体により形成された単量体単位の含有量を2質量部以上30質量部以下の範囲とすることにより、二次電池のセパレータ上に設けられた粒子状共重合体を含む層がセパレータの熱収縮をより抑制できる傾向にある。
The content of the monomer unit formed by the above-mentioned crosslinkable monomer is usually 2 parts by mass or more and 30 parts by mass or less, preferably 4 parts by mass, based on 100 parts by mass of the particulate copolymer. It is 25 parts by mass or less, more preferably 6 parts by mass or more and 25 parts by mass or less, and even more preferably 8 parts by mass or more and 25 parts by mass or less.
A layer containing a particulate copolymer provided on a separator of a secondary battery by setting the content of the monomer unit formed by the crosslinkable monomer in the range of 2 parts by mass or more and 30 parts by mass or less. tends to further suppress thermal shrinkage of the separator.
[ビニル基を2以上含む架橋性単量体]
上述した架橋性単量体の中でも、ビニル基を2以上含む架橋性単量体を用いることが好ましい。前記ビニル基を2以上含む架橋性単量体単位の含有量は、粒子状共重合体100質量部に対して0.1質量部以上5質量部以下であることが好ましく、より好ましくは0.3質量部以上3質量部であり、さらに好ましくは0.5質量部以上2質量部である。
ビニル基を2以上含む架橋性単量体単位の含有量を粒子状共重合体100質量部に対して0.1質量部以上とすることで、粒子状共重合体の耐電解液性を向上させることができる。また、5質量部以下とすることで、本実施形態の非水二次電池用バインダーは室温における密着性が向上し、高温下でもセパレータの収縮をより効果的に抑制できる傾向にある。
[Crosslinkable monomer containing two or more vinyl groups]
Among the crosslinkable monomers mentioned above, it is preferable to use a crosslinkable monomer containing two or more vinyl groups. The content of the crosslinkable monomer unit containing two or more vinyl groups is preferably 0.1 parts by mass or more and 5 parts by mass or less, more preferably 0.1 parts by mass or more and 5 parts by mass or less, based on 100 parts by mass of the particulate copolymer. The amount is 3 parts by mass or more and 3 parts by mass, more preferably 0.5 parts by mass or more and 2 parts by mass.
By setting the content of crosslinkable monomer units containing two or more vinyl groups to 0.1 parts by mass or more per 100 parts by mass of the particulate copolymer, the electrolyte resistance of the particulate copolymer is improved. can be done. In addition, by setting the amount to 5 parts by mass or less, the binder for non-aqueous secondary batteries of the present embodiment tends to have improved adhesion at room temperature and can more effectively suppress shrinkage of the separator even at high temperatures.
(粒子状共重合体の形態)
本実施形態の粒子状共重合体は、例えば、上述した各種単量体を単量体単位として含有する粒子状共重合体(ラテックス粒子ともいう)が水性媒体中で分散した分散液の形態を有していてもよい。
したがって、本実施形態の非水系二次電池用バインダーの一形態は、粒子状共重合体を含む、水性媒体分散体である。
水性媒体分散体中の固形分濃度は、特に限定されないが、通常10質量%以上60質量%以下であればよく、好ましくは30質量%以上50質量%以下である。固形分濃度を30質量%以上とすることで、例えばスラリーの高固形分化による分散安定性の向上など、スラリー設計における自由度が高まる。また、50質量%以下とすることで、粒子状共重合体を含む水性媒体分散体の粘度が抑制され、スラリー配合作業における作業性が向上する。
(Form of particulate copolymer)
The particulate copolymer of this embodiment is, for example, in the form of a dispersion in which particulate copolymers (also referred to as latex particles) containing the various monomers mentioned above as monomer units are dispersed in an aqueous medium. may have.
Therefore, one form of the binder for a non-aqueous secondary battery of the present embodiment is an aqueous medium dispersion containing a particulate copolymer.
Although the solid content concentration in the aqueous medium dispersion is not particularly limited, it is generally 10% by mass or more and 60% by mass or less, preferably 30% by mass or more and 50% by mass or less. By setting the solid content concentration to 30% by mass or more, the degree of freedom in slurry design increases, such as improving dispersion stability due to high solid content of the slurry. Moreover, by controlling the content to 50% by mass or less, the viscosity of the aqueous medium dispersion containing the particulate copolymer is suppressed, and workability in slurry blending work is improved.
(非水系二次電池用バインダーの粘度)
本実施形態の非水系二次電池用バインダーの粘度は、特に限定されないが、通常2000mPas以下であり、300mPas以下であることが好ましい。
本実施形態の非水系二次電池用バインダーの粘度が2000mPas以下であると、ハンドリング性が向上し、例えばスラリー配合作業における作業性が向上する。
通常、非水系二次電池用バインダーの粘度は、調整水を追加するなどすることにより、任意の値に低下させることができるが、同時に固形分濃度が低下してしまうため、少なくとも30質量%以上の固形分濃度として、上記粘度範囲を満たすことが特に好ましい。
(Viscosity of binder for non-aqueous secondary batteries)
The viscosity of the binder for non-aqueous secondary batteries of this embodiment is not particularly limited, but is usually 2000 mPas or less, preferably 300 mPas or less.
When the viscosity of the binder for non-aqueous secondary batteries of this embodiment is 2000 mPas or less, handling properties are improved, and workability in, for example, slurry blending work is improved.
Normally, the viscosity of a binder for non-aqueous secondary batteries can be lowered to an arbitrary value by adding adjusting water, but at the same time the solid content concentration decreases, so at least 30% by mass or more. It is particularly preferable that the solid content concentration satisfies the above viscosity range.
本実施形態の非水系二次電池用バインダーは、粒子状共重合体を、水性媒体中に分散した粒子(共重合体粒子)として含む。水性媒体分散体には、水性媒体及び共重合体以外に、その他の溶媒や、分散剤、滑剤、増粘剤、殺菌剤等が含まれていてもよい。 The binder for a non-aqueous secondary battery of the present embodiment includes a particulate copolymer as particles (copolymer particles) dispersed in an aqueous medium. In addition to the aqueous medium and copolymer, the aqueous medium dispersion may contain other solvents, dispersants, lubricants, thickeners, bactericides, and the like.
(粒子状共重合体のガラス転移温度)
本実施形態の非水系二次電池用バインダーに含まれる粒子状共重合体は、ガラス転移温度の上限は、10℃以下であり、好ましくは0℃以下であり、さらに好ましくは-5℃以下である。
また、ガラス転移温度の下限は、-50℃以上であり、好ましくは-40℃以上であり、さらに好ましくは-30℃以上である。
ガラス転移温度が上記範囲であることにより、非水系二次電池用バインダーを含む組成物を二次電池のセパレータ上に塗工する際に容易に塗工できる傾向にある。
ガラス転移温度は、例えば、粒子状共重合体を構成する、単量体単位の種類、及び含有量を調整することにより制御でき、具体的には、(メタ)アクリル酸エステル単量体及び/又は不飽和カルボン酸の含有量を調整することにより、上述した数値範囲に制御することができる。
粒子状共重合体のガラス転移温度は、上述する実施例に記載の方法によって測定することができる。
(Glass transition temperature of particulate copolymer)
The upper limit of the glass transition temperature of the particulate copolymer contained in the binder for nonaqueous secondary batteries of the present embodiment is 10°C or lower, preferably 0°C or lower, and more preferably -5°C or lower. be.
Further, the lower limit of the glass transition temperature is -50°C or higher, preferably -40°C or higher, and more preferably -30°C or higher.
When the glass transition temperature is within the above range, a composition containing a non-aqueous secondary battery binder tends to be easily coated onto a separator of a secondary battery.
The glass transition temperature can be controlled, for example, by adjusting the type and content of monomer units constituting the particulate copolymer. Alternatively, by adjusting the content of unsaturated carboxylic acid, it can be controlled within the above numerical range.
The glass transition temperature of the particulate copolymer can be measured by the method described in the Examples above.
(粒子状共重合体の平均粒子径)
前記粒子状共重合体は、体積平均粒子径Dvが、好ましくは30nm以上230nm以下であり、より好ましくは50nm以上200nm以下であり、さらに好ましくは70nm以上180nm以下である。
前記粒子状共重合体の体積平均粒子径Dvが上記範囲であることにより、本実施形態の非水系二次電池用バインダーを用いたリチウムイオン二次電池用接着剤をセパレータに接着させる際に、適度な空隙を十分に残すことができ、電解液中のイオンを透過させるセパレータの機能を維持できる傾向にある。
前記粒子状共重合体の体積平均粒子径Dv、及び数平均粒子径Dnは、例えば、シードラテックス、界面活性剤を所望の割合で使用して製造することにより制御できる。通常、シードラテックス、界面活性剤の使用量を大きくすることにより、体積平均粒子径Dv、及び数平均粒子径Dnは小さくなる傾向にある。
体積平均粒子径Dv及び数平均粒子径Dnは、後述する実施例に記載の方法によって測定することができる。
(Average particle diameter of particulate copolymer)
The volume average particle diameter Dv of the particulate copolymer is preferably 30 nm or more and 230 nm or less, more preferably 50 nm or more and 200 nm or less, and still more preferably 70 nm or more and 180 nm or less.
Since the volume average particle diameter Dv of the particulate copolymer is within the above range, when adhering the adhesive for lithium ion secondary batteries using the binder for nonaqueous secondary batteries of this embodiment to the separator, It is possible to leave a sufficient amount of appropriate voids, and it tends to be possible to maintain the separator's function of transmitting ions in the electrolytic solution.
The volume average particle diameter Dv and number average particle diameter Dn of the particulate copolymer can be controlled, for example, by using seed latex and a surfactant in desired proportions. Generally, by increasing the amount of seed latex and surfactant used, the volume average particle diameter Dv and the number average particle diameter Dn tend to become smaller.
The volume average particle diameter Dv and the number average particle diameter Dn can be measured by the method described in the Examples below.
本実施形態の非水系二次電池用バインダーにおいて、粒子状共重合体の体積平均粒子径Dvと数平均粒子径Dnの比Dv/Dnは、1以上2.5以下であることが好ましく、より好ましくは1以上2以下であり、さらに好ましくは1以上1.5以下である。
体積平均粒子径Dvと数平均粒子径Dnの比Dv/Dnは、粒子状共重合体の粒度分布の指標であり、2.5以下とすることで、粗大粒子のない粒度分布の狭い分散体が得られ、塗工層とした場合の構造も均一なものとなり、高温でも高い強度を実現し、セパレータの熱収縮を抑制できる傾向にある。
水性媒体中における粒子状共重合体の、重合中、又は重合後における分散安定性を高めることにより、粒度分布が狭まりDv/Dnを上記数値範囲に制御することができる。分散安定性を高めるための方法としては、例えば、界面活性剤を重合中、又は重合後に水性媒体中に投入することにより、粒子状共重合体間の立体的、及び電子的反発を高める方法が挙げられる。
前記体積平均粒子径Dvと数平均粒子径Dnは、後述する実施例に記載の方法により測定できる。
In the binder for nonaqueous secondary batteries of the present embodiment, the ratio Dv/Dn of the volume average particle diameter Dv to the number average particle diameter Dn of the particulate copolymer is preferably 1 or more and 2.5 or less, and more preferably Preferably it is 1 or more and 2 or less, more preferably 1 or more and 1.5 or less.
The ratio Dv/Dn of the volume average particle diameter Dv and the number average particle diameter Dn is an index of the particle size distribution of the particulate copolymer, and by setting it to 2.5 or less, a dispersion with a narrow particle size distribution without coarse particles can be obtained. is obtained, the structure when used as a coating layer is uniform, high strength is achieved even at high temperatures, and thermal shrinkage of the separator tends to be suppressed.
By increasing the dispersion stability of the particulate copolymer in an aqueous medium during or after polymerization, the particle size distribution can be narrowed and Dv/Dn can be controlled within the above numerical range. Examples of methods for increasing dispersion stability include adding a surfactant to an aqueous medium during or after polymerization to increase steric and electronic repulsion between particulate copolymers. Can be mentioned.
The volume average particle diameter Dv and the number average particle diameter Dn can be measured by the method described in Examples described below.
(粒子状共重合体の製造方法)
本実施形態の非水二次電池用バインダーに用いる粒子状共重合体は、既知の重合方法により製造することができる。重合方法としては、例えば、溶液重合、乳化重合、塊状重合等の適宜の方法が用いられる。
(Method for producing particulate copolymer)
The particulate copolymer used in the binder for non-aqueous secondary batteries of this embodiment can be manufactured by a known polymerization method. As the polymerization method, for example, an appropriate method such as solution polymerization, emulsion polymerization, bulk polymerization, etc. is used.
粒子状共重合体を分散体として得るために、重合方法は、乳化重合法を用いることが好ましい。乳化重合の方法は特に制限はなく、従来公知の方法を用いることができる。
乳化重合の方法としては、例えば、水性媒体中で、アクリルアミド単量体、メタクリルアミド単量体、必要に応じて、(メタ)アクリル酸エステル単量体、カルボン酸基含有単量体、及び架橋性単量体、さらに、ラジカル重合開始剤、界面活性剤、さらにまた必要に応じて用いられる他の添加剤成分(例えば、分子量調整剤)を基本組成成分とする分散系において、前記単量体を重合する方法が挙げられる。
重合に際して、反応系内に供給する単量体の組成を全重合過程で一定にする方法や、供給する単量体の組成を重合過程で逐次又は連続的に変化させて生成する樹脂分散体の粒子の組成変化を与える方法等、必要に応じて様々な方法が利用できる。
粒子状共重合体を乳化重合により得る場合、例えば、得られる粒子状共重合体は、水と、その水中に分散した粒子状共重合体とを含む水分散体(ラテックス)の形態であってもよい。
In order to obtain the particulate copolymer as a dispersion, it is preferable to use an emulsion polymerization method as the polymerization method. The emulsion polymerization method is not particularly limited, and conventionally known methods can be used.
As a method for emulsion polymerization, for example, in an aqueous medium, an acrylamide monomer, a methacrylamide monomer, optionally a (meth)acrylic acid ester monomer, a carboxylic acid group-containing monomer, and a crosslinking In a dispersion system whose basic composition components are a monomer, a radical polymerization initiator, a surfactant, and other additive components (e.g., a molecular weight regulator) used as necessary, the monomer is Examples include a method of polymerizing.
During polymerization, there are methods for keeping the composition of the monomers supplied into the reaction system constant during the entire polymerization process, and for resin dispersions produced by changing the composition of the monomers supplied sequentially or continuously during the polymerization process. Various methods can be used as needed, such as a method for changing the composition of particles.
When a particulate copolymer is obtained by emulsion polymerization, for example, the particulate copolymer obtained is in the form of an aqueous dispersion (latex) containing water and a particulate copolymer dispersed in the water. Good too.
(メタ)アクリル酸エステル単量体、カルボン酸基含有単量体、及び架橋性単量体としては、上述した化合物を使用できる。 As the (meth)acrylic acid ester monomer, the carboxylic acid group-containing monomer, and the crosslinkable monomer, the above-mentioned compounds can be used.
ラジカル重合開始剤は、熱又は還元性物質によりラジカル分解して単量体の付加重合を開始させるものである。
ラジカル重合開始剤としては、無機系開始剤及び有機系開始剤のいずれも用いることができる。
ラジカル重合開始剤としては、水溶性又は油溶性の重合開始剤を用いることができる。
A radical polymerization initiator initiates addition polymerization of monomers by radical decomposition using heat or a reducing substance.
As the radical polymerization initiator, both inorganic initiators and organic initiators can be used.
As the radical polymerization initiator, a water-soluble or oil-soluble polymerization initiator can be used.
水溶性の重合開始剤としては、例えば、ペルオキソ二硫酸塩、過酸化物、水溶性のアゾビス化合物、過酸化物-還元剤のレドックス系が挙げられる。
ペルオキソ二硫酸塩としては、例えば、ペルオキソ二硫酸カリウム(KPS)、ペルオキソ二硫酸ナトリウム(NPS)、及びペルオキソ二硫酸アンモニウム(APS)等が挙げられる。
過酸化物としては、例えば、過酸化水素、t-ブチルハイドロパーオキサイド、t-ブチルパーオキシマレイン酸、コハク酸パーオキシド、及び過酸化ベンゾイル等が挙げられる。
水溶性のアゾビス化合物としては、例えば、2,2-アゾビス(N-ヒドロキシエチルイソブチルアミド)、2,2-アゾビス(2-アミジノプロパン)二塩化水素、4,4-アゾビス(4-シアノペンタン酸)等が挙げられる。
過酸化物-還元剤のレドックス系としては、例えば、上記過酸化物にナトリウムスルホオキシレートホルムアルデヒド、亜硫酸水素ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、ヒドロキシメタンスルフィン酸ナトリウム、L-アスコルビン酸、及びその塩、第一銅塩、並びに第一鉄塩等の還元剤の1種又は2種以上を組み合わせたものが挙げられる。
Examples of water-soluble polymerization initiators include peroxodisulfates, peroxides, water-soluble azobis compounds, and peroxide-reducing agent redox systems.
Examples of peroxodisulfates include potassium peroxodisulfate (KPS), sodium peroxodisulfate (NPS), and ammonium peroxodisulfate (APS).
Examples of the peroxide include hydrogen peroxide, t-butyl hydroperoxide, t-butyl peroxymaleic acid, succinic acid peroxide, and benzoyl peroxide.
Examples of water-soluble azobis compounds include 2,2-azobis(N-hydroxyethylisobutyramide), 2,2-azobis(2-amidinopropane) hydrogen chloride, and 4,4-azobis(4-cyanopentanoic acid). ) etc.
Examples of the peroxide-reducing redox system include sodium sulfoxylate formaldehyde, sodium bisulfite, sodium thiosulfate, sodium hydroxymethanesulfinate, L-ascorbic acid and its salts, Examples include one or a combination of two or more reducing agents such as copper salts and ferrous salts.
ラジカル重合開始剤は、単量体総量100質量部に対して、好ましくは0.05~0.4質量部用いることができる。 The radical polymerization initiator can preferably be used in an amount of 0.05 to 0.4 parts by mass based on 100 parts by mass of the total monomers.
界面活性剤は、水性媒体中でミセルを形成し、重合単量体の重合場を提供するとともに、粒子状共重合体の表面に吸着することで、分散安定性を付与するものである。
界面活性剤のイオン種としては、ノニオン、アニオン、カチオンが挙げられるが、分散安定性の観点から、ノニオン、アニオン、或いはその両方を有することが好ましい。
界面活性剤は、その分子構造中にラジカル重合可能な不飽和二重結合(例えば、ビニル基)を有していてもよい。分子構造中にラジカル重合可能な不飽和二重結合を有する界面活性剤を、以下、反応性界面活性剤と記載する。
The surfactant forms micelles in an aqueous medium and provides a polymerization site for the polymerization monomer, and also imparts dispersion stability by adsorbing onto the surface of the particulate copolymer.
Ionic species of the surfactant include nonions, anions, and cations, and from the viewpoint of dispersion stability, it is preferable to have nonions, anions, or both.
The surfactant may have a radically polymerizable unsaturated double bond (for example, a vinyl group) in its molecular structure. A surfactant having an unsaturated double bond capable of radical polymerization in its molecular structure is hereinafter referred to as a reactive surfactant.
非反応性界面活性剤であるノニオン性界面活性剤としては、以下に限定されないが、例えば、非反応性のポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン多環フェニルエーテル、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、アルキルアルカノールアミド、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル等が挙げられる。 Examples of nonionic surfactants that are non-reactive surfactants include, but are not limited to, non-reactive polyoxyethylene alkyl ethers, polyoxyalkylene alkyl ethers, polyoxyethylene polycyclic phenyl ethers, and polyoxyethylene alkyl ethers. Ethylene distyrenated phenyl ether, sorbitan fatty acid ester, polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester, polyoxyethylene sorbitol fatty acid ester, glycerin fatty acid ester, polyoxyethylene fatty acid ester, polyoxyethylene alkylamine, alkyl alkanolamide, polyoxyethylene alkylphenyl Examples include ether.
非反応性界面活性剤であるアニオン性界面活性剤としては、以下に限定されないが、例えば、非反応性のアルキル硫酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、アルキルスルホコハク酸塩、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、ポリオキシエチレン多環フェニルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル硫酸エステル塩、脂肪酸塩、アルキルリン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸エステル塩等が挙げられる。 Examples of anionic surfactants that are non-reactive surfactants include, but are not limited to, non-reactive alkyl sulfates, polyoxyethylene alkyl ether sulfate salts, alkylbenzene sulfonates, and alkylnaphthalene sulfonic acids. salt, alkyl sulfosuccinate, alkyldiphenyl ether disulfonate, naphthalene sulfonic acid formalin condensate, polyoxyethylene polycyclic phenyl ether sulfate salt, polyoxyethylene distyrenated phenyl ether sulfate salt, fatty acid salt, alkyl phosphate , polyoxyethylene alkyl phenyl ether sulfate salt, and the like.
反応性界面活性剤であるアニオン性反応性界面活性剤としては、以下に限定されないが、例えば、スルホン酸基、スルホネート基又は硫酸エステル基及びこれらの塩を有するエチレン性不飽和単量体であり、スルホン酸基、又はそのアンモニウム塩かアルカリ金属塩である基(アンモニウムスルホネート基、又はアルカリ金属スルホネート基)を有する化合物が好ましい。このようなアニオン性反応性界面活性剤としては、以下に限定されないが、例えば、アルキルアリルスルホコハク酸塩(例えば、三洋化成社製の「エレミノール(商標)JS-2」、「エレミノール(商標)JS-5」;花王社製の「ラテムル(商標)S-120」、「ラテムル(商標)S-180A」、「ラテムル(商標)S-180」等が挙げられる);ポリオキシエチレンアルキルプロペニルフェニルエーテル硫酸エステル塩(例えば、第一工業製薬社製の「アクアロン(商標)SR-10」、「アクアロン(商標)SR-1025」等が挙げられる。);アンモニウム=α-スルホナト-ω-1-(アリルオキシメチル)アルキルオキシポリオキシエチレン(例えば、第一工業製薬社製の「アクアロンKH-1025」等が挙げられる。)等が挙げられる。 Examples of the anionic reactive surfactant that is a reactive surfactant include, but are not limited to, ethylenically unsaturated monomers having a sulfonic acid group, a sulfonate group, or a sulfuric acid ester group, and salts thereof. , a sulfonic acid group, or a group that is an ammonium salt or an alkali metal salt thereof (an ammonium sulfonate group or an alkali metal sulfonate group) is preferred. Examples of such anionic reactive surfactants include, but are not limited to, alkylaryl sulfosuccinates (for example, "Eleminol (trademark) JS-2" manufactured by Sanyo Chemical Co., Ltd., "Eleminol (trademark) JS Polyoxyethylene alkyl propenyl phenyl ether Sulfate ester salt (for example, "Aqualon (trademark) SR-10", "Aqualon (trademark) SR-1025" manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.); ammonium = α-sulfonato-ω-1-( Allyloxymethyl)alkyloxypolyoxyethylene (eg, "Aqualon KH-1025" manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.), and the like.
反応性界面活性剤であるノニオン性反応性界面活性剤としては、以下に限定されないが、例えば、α-〔1-〔(アリルオキシ)メチル〕-2-(ノニルフェノキシ)エチル〕-ω-ヒドロキシポリオキシエチレン(例えば、旭電化工業社製の「アデカリアソープNE-20」、「アデカリアソープNE-30」、「アデカリアソープ(商標)NE-40」等が挙げられる。);ポリオキシエチレンアルキルプロペニルフェニルエーテル(例えば、第一工業製薬社製の「アクアロン(商標)RN-10」、「アクアロン(商標)RN-20」、「アクアロン(商標)RN-30」、「アクアロン(商標)RN-50」等が挙げられる。)等が挙げられる。 Examples of the nonionic reactive surfactant include, but are not limited to, α-[1-[(allyloxy)methyl]-2-(nonylphenoxy)ethyl]-ω-hydroxy poly Oxyethylene (for example, "Adekaria Soap NE-20", "Adekarya Soap NE-30", "Adekaria Soap (trademark) NE-40" manufactured by Asahi Denka Kogyo Co., Ltd.); polyoxyethylene Alkyl propenyl phenyl ether (for example, "Aqualon (trademark) RN-10", "Aqualon (trademark) RN-20", "Aqualon (trademark) RN-30", "Aqualon (trademark) RN" manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.) -50'', etc.).
粒子状共重合体の重合工程において使用する界面活性剤としては、反応性界面活性剤を含むことが好ましい。反応性界面活性剤は、1種単独で用いてもよいし、2種類以上を併用してもよい。
本実施形態の非水二次電池用バインダーに含まれる粒子状共重合体は、ビニル単量体単位と、ビニル基と共重合可能な官能基を有する反応性界面活性剤に由来する単量体単位を有するものであることが好ましいため、反応性界面活性剤としては、ビニル化合物との共重合性に優れているものを用いることが好ましい。かかる観点から、例えば、ポリオキシエチレンアルキルプロペニルフェニルエーテル硫酸エステル塩(例えば、第一工業製薬社製の「アクアロン(商標)SR-1025」等)が好ましく、また、アンモニウム=α-スルホナト-ω-1-(アリルオキシメチル)アルキルオキシポリオキシエチレン(例えば、第一工業製薬社製の「アクアロンKH-1025」等)を用いることが好ましい。これらは、ポリオキシエチレン基の立体的反発と、スルホン酸エステル基のアニオン性による電子的反発が、粒子状共重合体の重合中及び/又は重合後における安定性向上に効果があるため、好適に用いられる。
The surfactant used in the polymerization step of the particulate copolymer preferably includes a reactive surfactant. One type of reactive surfactant may be used alone, or two or more types may be used in combination.
The particulate copolymer contained in the binder for non-aqueous secondary batteries of this embodiment is a monomer derived from a vinyl monomer unit and a reactive surfactant having a functional group copolymerizable with a vinyl group. Since it is preferable that the surfactant has a unit, it is preferable to use a reactive surfactant that has excellent copolymerizability with a vinyl compound. From this point of view, for example, polyoxyethylene alkyl propenyl phenyl ether sulfate ester salt (for example, "Aqualon (trademark) SR-1025" manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.) is preferable, and ammonium = α-sulfonate-ω- It is preferable to use 1-(allyloxymethyl)alkyloxypolyoxyethylene (eg, "Aqualon KH-1025" manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.). These are suitable because the steric repulsion of the polyoxyethylene group and the electronic repulsion due to the anionic nature of the sulfonic acid ester group are effective in improving the stability of the particulate copolymer during and/or after polymerization. used for.
反応性界面活性剤は、アクリルアミド単量体と、メタクリルアミド単量体と、他のビニル単量体との共重合性を高め、均一な組成分布を有する共重合体を生成するために有効である。
推定される機構は以下のとおりである。
まず初めに、水に溶解したメタクリルアミド単量体の一部と反応性界面活性剤とのポリマー伸長反応が開始する。成長ポリマーラジカルはミセルを形成し、その中に残りのメタクリルアミド単量体及び他のビニル単量体が侵入し、共重合体が成長する。
上記機構により、メタクリルアミド単量体の単独重合に由来する水溶性共重合体の生成が抑制され、他のビニル単量体と共重合を進行し得る。
共重合体組成が均一であること、及び水溶性共重合体の生成が抑制されることは、粒子状共重合体の貯蔵弾性率を高める点、及びスラリーとしてセパレータに塗工された際の目詰まりによる電池性能低下を防止する点で重要である。
水層におけるメタクリルアミド単量体との接触機会という観点から、特にアニオン性反応性界面活性剤を用いることが好ましい。
Reactive surfactants are effective in increasing the copolymerizability of acrylamide monomers, methacrylamide monomers, and other vinyl monomers and producing copolymers with uniform composition distribution. be.
The presumed mechanism is as follows.
First, a polymer elongation reaction between part of the methacrylamide monomer dissolved in water and the reactive surfactant begins. The growing polymer radicals form micelles into which the remaining methacrylamide monomer and other vinyl monomers enter and the copolymer grows.
Due to the above mechanism, the formation of a water-soluble copolymer derived from homopolymerization of the methacrylamide monomer is suppressed, and copolymerization with other vinyl monomers can proceed.
The fact that the copolymer composition is uniform and that the formation of water-soluble copolymers is suppressed increases the storage modulus of the particulate copolymer and improves the visibility when applied to a separator as a slurry. This is important in preventing deterioration of battery performance due to clogging.
From the viewpoint of the opportunity of contact with the methacrylamide monomer in the aqueous layer, it is particularly preferable to use an anionic reactive surfactant.
分子量調整剤としては、以下に限定されないが、例えば、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素類、n-ヘキシメルカプタン、n-オクチルメルカプタン、n-ドデシルメルカプタン、t-ドデシルメルカプタン、チオグリコール酸等のメルカプタン類、ジメチルキサントゲンジサルファイド、ジイソプロピルキサントゲンジサルファイド等のキサントゲン類等の他、ターピノーレン、α-メチルスチレンダイマー等、通常の乳化重合において使用可能なものをすべて使用できる。これらの中でも、n-ドデシルメルカプタンが好ましく使用される。 Molecular weight regulators include, but are not limited to, chloroform, halogenated hydrocarbons such as carbon tetrachloride, n-hexymercaptan, n-octylmercaptan, n-dodecylmercaptan, t-dodecylmercaptan, thioglycol. In addition to mercaptans such as acids, xanthogens such as dimethylxanthogen disulfide and diisopropylxanthogen disulfide, terpinolene and α-methylstyrene dimer, all those usable in ordinary emulsion polymerization can be used. Among these, n-dodecyl mercaptan is preferably used.
分子量調整剤の使用量は、各部を重合する際に使用する単量体総量100質量部に対して5質量部以下であることが好ましい。 The amount of the molecular weight regulator used is preferably 5 parts by mass or less based on 100 parts by mass of the total amount of monomers used in polymerizing each part.
〔リチウムイオン二次電池用接着剤〕
本実施形態の非水二次電池用バインダーは、リチウムイオン二次電池用接着剤として用いられる。
リチウムイオン二次電池用接着剤は、例えば、セパレータと電極とを接着するために用いられる。リチウムイオン二次電池用接着剤は、例えば、リチウムイオン二次電池のセパレータや、電極上に接着層を形成する際に用いられる。特に、リチウムイオン二次電池用接着層付きセパレータは、リチウムイオン二次電池用接着剤をセパレータ上に塗布し、接着層を形成することにより製造することができる。より詳細なリチウムイオン二次電池の構成は、例えば、特開2015-41603号公報等に記載されたものを参照できる。
[Adhesive for lithium ion secondary batteries]
The binder for nonaqueous secondary batteries of this embodiment is used as an adhesive for lithium ion secondary batteries.
The adhesive for lithium ion secondary batteries is used, for example, to bond a separator and an electrode. The adhesive for lithium ion secondary batteries is used, for example, when forming an adhesive layer on a separator or electrode of a lithium ion secondary battery. In particular, a separator with an adhesive layer for a lithium ion secondary battery can be manufactured by applying an adhesive for a lithium ion secondary battery onto a separator to form an adhesive layer. For a more detailed configuration of the lithium ion secondary battery, reference can be made to, for example, those described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-41603.
〔非水二次電池中の多孔層用バインダー〕
本実施形態の非水二次電池用バインダーは、非水二次電池中の多孔層用バインダーとして好適に用いることができる。
多孔層用バインダーは、例えば、無機フィラーなどを点接着により結合することでセパレータ上に多孔層を形成し、リチウムイオンの透過性を維持しながらセパレータの耐熱性を向上する際に用いられる。
[Binder for porous layer in non-aqueous secondary batteries]
The binder for non-aqueous secondary batteries of this embodiment can be suitably used as a binder for porous layers in non-aqueous secondary batteries.
The porous layer binder is used, for example, to form a porous layer on a separator by bonding an inorganic filler or the like by point adhesion, and to improve the heat resistance of the separator while maintaining lithium ion permeability.
〔リチウムイオン二次電池多孔層用スラリー〕
本実施形態のリチウムイオン二次電池多孔層用スラリーは、水と、無機フィラーと、本実施形態の非水二次電池用バインダーと、を含む。
[Slurry for lithium ion secondary battery porous layer]
The slurry for a porous layer of a lithium ion secondary battery of this embodiment includes water, an inorganic filler, and the binder for a non-aqueous secondary battery of this embodiment.
本実施形態のリチウムイオン二次電池多孔層用スラリーは、前記スラリーを、例えば、蓄電デバイス用セパレータ基板表面に塗布した後、乾燥して、その基板上に無機フィラーと粒子状共重合体とを含む多孔層を形成するために用いられる分散液である。本実施形態のリチウムイオン二次電池多孔層用スラリーは、必要に応じて、導電助剤、増粘剤、非水系溶剤等を含有してもよい。 The slurry for a porous layer of a lithium ion secondary battery of the present embodiment is prepared by applying the slurry to the surface of a separator substrate for an electricity storage device, for example, and then drying the slurry to coat the inorganic filler and particulate copolymer on the substrate. A dispersion liquid used to form a porous layer containing. The slurry for a porous layer of a lithium ion secondary battery according to the present embodiment may contain a conductive additive, a thickener, a non-aqueous solvent, and the like, if necessary.
〔リチウムイオン二次電池多孔層〕
本実施形態のリチウムイオン二次電池多孔層は、無機フィラーと、本実施形態の非水二次電池用バインダーと、を含む。
[Lithium ion secondary battery porous layer]
The lithium ion secondary battery porous layer of this embodiment includes an inorganic filler and the nonaqueous secondary battery binder of this embodiment.
(無機フィラー)
リチウムイオン二次電池多孔層に使用する無機フィラーとしては、特に限定されないが、200℃以上の融点を持ち、電気絶縁性が高く、かつリチウムイオン二次電池の使用範囲で電気化学的に安定であるものが好ましい。
(Inorganic filler)
The inorganic filler used in the porous layer of lithium ion secondary batteries is not particularly limited, but it has a melting point of 200°C or higher, has high electrical insulation properties, and is electrochemically stable within the range of use of lithium ion secondary batteries. Something is preferable.
無機フィラーとしては、以下に限定されないが、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、マグネシア、セリア、イットリア、酸化亜鉛、酸化鉄等の酸化物系セラミックス;窒化ケイ素、窒化チタン、窒化ホウ素等の窒化物系セラミックス;シリコンカーバイド、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、水酸化酸化アルミニウム、チタン酸カリウム、タルク、カオリナイト、ディカイト、ナクライト、ハロイサイト、パイロフィライト、モンモリロナイト、セリサイト、マイカ、アメサイト、ベントナイト、アスベスト、ゼオライト、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ藻土、ケイ砂等のセラミックス;ガラス繊維等が挙げられる。これらは、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。 Inorganic fillers include, but are not limited to, oxide ceramics such as alumina, silica, titania, zirconia, magnesia, ceria, yttria, zinc oxide, and iron oxide; nitrides such as silicon nitride, titanium nitride, and boron nitride. Material ceramics; silicon carbide, calcium carbonate, barium sulfate, magnesium sulfate, aluminum sulfate, aluminum hydroxide, aluminum hydroxide oxide, potassium titanate, talc, kaolinite, dickite, nacrite, halloysite, pyrophyllite, montmorillonite, seri Examples include ceramics such as Cyto, mica, amesite, bentonite, asbestos, zeolite, calcium silicate, magnesium silicate, diatomaceous earth, and silica sand; glass fiber, and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
これらの中でも電気化学的安定性及びセパレータの耐熱特性を向上させる観点から、アルミナ、水酸化アルミニウム、水酸化酸化アルミニウム(AlO(OH))等の酸化アルミニウム化合物、;及びカオリナイト、ディカイト、ナクライト、ハロイサイト、パイロフィライト等の、イオン交換能を持たないケイ酸アルミニウム化合物、又は硫酸バリウムを用いることが好ましい。 Among these, aluminum oxide compounds such as alumina, aluminum hydroxide, aluminum hydroxide oxide (AlO(OH)); and kaolinite, dickite, nacrite, It is preferable to use an aluminum silicate compound having no ion exchange ability, such as halloysite or pyrophyllite, or barium sulfate.
なお、アルミナには、α-アルミナ、β-アルミナ、γ-アルミナ、θ-アルミナ等の多くの結晶形態が存在し、いずれも好適に使用することができる。これらの中でも、熱的及び化学的安定性の観点から、α-アルミナが好ましい。 Note that alumina has many crystal forms such as α-alumina, β-alumina, γ-alumina, and θ-alumina, and any of them can be suitably used. Among these, α-alumina is preferred from the viewpoint of thermal and chemical stability.
酸化アルミニウム化合物としては、水酸化酸化アルミニウム(AlO(OH))が好ましい。水酸化酸化アルミニウムとしては、リチウムデンドライトの発生に起因する内部短絡を防止する観点から、ベーマイトがより好ましい。本実施形態のリチウムイオン二次電池多孔層を構成する無機フィラーとして、ベーマイトを主成分とする粒子を採用することにより、高い透過性を維持しながら、非常に軽量なりチウム二次電池多孔層が得られる上に、より薄いリチウムイオン二次電池多孔層を形成した場合においても、セパレータの高温での熱収縮が抑制され、優れた耐熱性を発現する傾向にある。電気化学デバイスの特性に悪影響を与えるイオン性の不純物を低減できる合成ベーマイトがさらに好ましい。 As the aluminum oxide compound, aluminum hydroxide oxide (AlO(OH)) is preferable. As the aluminum hydroxide oxide, boehmite is more preferable from the viewpoint of preventing internal short circuits caused by the generation of lithium dendrites. By employing particles containing boehmite as the main component as the inorganic filler constituting the porous layer of the lithium ion secondary battery of this embodiment, the porous layer of the lithium secondary battery becomes extremely lightweight while maintaining high permeability. In addition, even when a thinner lithium ion secondary battery porous layer is formed, thermal shrinkage of the separator at high temperatures is suppressed, and excellent heat resistance tends to be exhibited. More preferred is synthetic boehmite, which can reduce ionic impurities that adversely affect the properties of electrochemical devices.
イオン交換能を持たないケイ酸アルミニウム化合物としては、安価で入手も容易なため、主としてカオリン鉱物から構成されているカオリンがより好ましい。カオリンには、湿式カオリン及びこれを焼成処理して成る焼成カオリンが知られている。
本実施形態では、焼成カオリンがさらに好ましい。焼成カオリンは、焼成処理の際に、結晶水が放出されており、さらに不純物も除去されていることから、電気化学的安定性に優れる傾向にある。
As the aluminum silicate compound without ion exchange ability, kaolin, which is mainly composed of kaolin minerals, is more preferable because it is inexpensive and easily available. As for kaolin, wet kaolin and calcined kaolin made by firing the same are known.
In this embodiment, calcined kaolin is more preferred. Calcined kaolin tends to have excellent electrochemical stability because water of crystallization is released and impurities are also removed during the firing process.
リチウムイオン二次電池多孔層に使用する無機フィラーの平均粒子径は、0.01μmを超えて2.0μm以下であることが好ましく、0.1μmを超えて1.5μm以下であることがより好ましく、0.2μmを超えて1.0μm以下であることがさらに好ましい。無機フィラーの平均粒子径を上記範囲とすることは、多孔層の厚さが薄い場合(例えば、4μm以下)であっても高温におけるセパレータの熱収縮を抑制する観点から好ましい。無機フィラーの平均粒子径及びその分布を調整する方法としては、例えば、ボールミル、ビーズミル、ジェットミル等の適宜の粉砕装置を用いて無機フィラーを粉砕して粒子径を小さくする方法等を挙げることができる。 The average particle diameter of the inorganic filler used in the porous layer of a lithium ion secondary battery is preferably greater than 0.01 μm and less than or equal to 2.0 μm, more preferably greater than 0.1 μm and less than or equal to 1.5 μm. , more preferably more than 0.2 μm and 1.0 μm or less. Setting the average particle diameter of the inorganic filler within the above range is preferable from the viewpoint of suppressing thermal shrinkage of the separator at high temperatures even when the thickness of the porous layer is thin (for example, 4 μm or less). Examples of methods for adjusting the average particle size and distribution of the inorganic filler include a method of reducing the particle size by pulverizing the inorganic filler using an appropriate pulverizing device such as a ball mill, bead mill, jet mill, etc. can.
無機フィラーの形状としては、例えば、板状、鱗片状、針状、柱状、球状、多面体状、塊状等が挙げられる。これらの形状を有する無機フィラーの複数種を組み合わせて用いてもよい。 Examples of the shape of the inorganic filler include a plate, a scale, a needle, a column, a sphere, a polyhedron, and a lump. You may use multiple types of inorganic fillers having these shapes in combination.
無機フィラーが、本実施形態のリチウムイオン二次電池多孔層中に占める割合は、無機フィラーの結着性、セパレータの透過性、及び耐熱性等の観点から適宜決定することができる。リチウムイオン二次電池多孔層中の無機フィラーの割合は、無機フィラーと粒子状共重合体の合計を100質量部としたとき、好ましくは20質量部以上100質量部未満、より好ましくは50質量部以上99.99質量部以下、さらに好ましくは80質量部以上99.9質量部以下、さらにより好ましくは90質量部以上99.5質量部以下である。 The proportion of the inorganic filler in the porous layer of the lithium ion secondary battery of this embodiment can be appropriately determined from the viewpoints of the binding properties of the inorganic filler, the permeability of the separator, heat resistance, and the like. The proportion of the inorganic filler in the porous layer of a lithium ion secondary battery is preferably 20 parts by mass or more and less than 100 parts by mass, more preferably 50 parts by mass, when the total of the inorganic filler and particulate copolymer is 100 parts by mass. It is 99.99 parts by mass or less, more preferably 80 parts by mass or more and 99.9 parts by mass or less, even more preferably 90 parts by mass or more and 99.5 parts by mass or less.
本実施形態のリチウムイオン二次電池多孔層の厚さは、耐熱性及び絶縁性を向上させる観点から、0.5μm以上であることが好ましく、電池の高容量化と透過性を向上させる観点から4μm以下であることが好ましい。 The thickness of the lithium ion secondary battery porous layer of this embodiment is preferably 0.5 μm or more from the viewpoint of improving heat resistance and insulation properties, and from the viewpoint of increasing the capacity and permeability of the battery. It is preferable that it is 4 μm or less.
本実施形態のリチウムイオン二次電池多孔層の層密度は、0.5g/cm3以上3.0g/cm3以下であることが好ましく、1.0g/cm3以上2.5g/cm3以下であることがより好ましい。本実施形態のリチウムイオン二次電池多孔層の層密度が0.5g/cm3以上であることにより、高温での熱収縮率が良好となる傾向にある。本実施形態のリチウムイオン二次電池多孔層の層密度が3.0g/cm3以下であることにより、透気度が低下する傾向にある。 The layer density of the lithium ion secondary battery porous layer of this embodiment is preferably 0.5 g/cm 3 or more and 3.0 g/cm 3 or less, and 1.0 g/cm 3 or more and 2.5 g/cm 3 or less. It is more preferable that When the layer density of the lithium ion secondary battery porous layer of this embodiment is 0.5 g/cm 3 or more, the thermal shrinkage rate at high temperatures tends to be good. When the layer density of the lithium ion secondary battery porous layer of this embodiment is 3.0 g/cm 3 or less, the air permeability tends to decrease.
本実施形態のリチウムイオン二次電池多孔層の形成方法としては、例えば、セパレータを構成する多孔性基材の少なくとも片面に、無機フィラー及び本実施形態の非水系二次電池用バインダーを含む塗工液を塗工する方法が挙げられる。この場合、塗工液は、分散安定性及び塗工性及び保管性の向上のために、溶剤、分散剤、増粘剤等を含んでいてもよい。 As a method for forming the lithium ion secondary battery porous layer of this embodiment, for example, coating containing an inorganic filler and the non-aqueous secondary battery binder of this embodiment on at least one side of a porous base material constituting a separator is possible. An example is a method of applying a liquid. In this case, the coating liquid may contain a solvent, a dispersant, a thickener, etc. in order to improve dispersion stability, coating properties, and storage properties.
〔リチウムイオン二次電池用セパレータ〕
本実施形態のリチウムイオン二次電池用セパレータ(セパレータ)は、本実施形態のリチウムイオン二次電池用多孔層を含む。
セパレータは、多孔性基材、及び前記多孔性基材の少なくとも片面の少なくとも一部に配置された多孔層を含むことができる。
前記多孔層は、本実施形態のリチウムイオン二次電池多孔層であり、上述した粒子状共重合体を含む。
このセパレータは、多孔性基材及び本実施形態のリチウムイオン二次電池多孔層のみから構成されていてもよく、これら以外に電極との接着層をさらに有していてもよい。
[Separator for lithium ion secondary batteries]
The lithium ion secondary battery separator (separator) of this embodiment includes the lithium ion secondary battery porous layer of this embodiment.
The separator can include a porous base material and a porous layer disposed on at least a portion of at least one side of the porous base material.
The porous layer is a lithium ion secondary battery porous layer of this embodiment, and contains the above-mentioned particulate copolymer.
This separator may be comprised only of the porous base material and the lithium ion secondary battery porous layer of this embodiment, and may further have an adhesive layer with the electrode in addition to these.
リチウムイオン二次電池用セパレータがリチウムイオン二次電池多孔層を有する場合、前記多孔層は、前記セパレータの多孔性基材の片面又は両面に配置される。 When a lithium ion secondary battery separator has a lithium ion secondary battery porous layer, the porous layer is arranged on one or both sides of the porous base material of the separator.
セパレータを構成する各部材、及びセパレータの製造方法の好ましい実施形態について、以下に詳細に説明する。 Preferred embodiments of each member constituting the separator and the method for manufacturing the separator will be described in detail below.
(多孔性基材)
多孔性基材は、内部に空孔ないし空隙を有する基材のことであるが、当該多孔性基材には、それ自体が、従来、二次電池のセパレータとして用いられていたものを使用することができる。多孔性基材としては、塗工工程を経て多孔層を形成する場合の塗工性に優れたものとする観点、及びセパレータの膜厚をより薄くして、電池等の蓄電デバイス内の活物質比率を高めて体積当たりの容量を増大させる観点から、ポリオレフィン系の樹脂を主成分として含むポリオレフィン微多孔膜が好ましい。なお、ここで「主成分として含む」とは、50質量%を超えて含むことを意味し、好ましくは75質量%以上、より好ましくは85質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上、さらにより好ましくは95質量%以上、よりさらに好ましくは98質量%以上含み、100質量%であってもよい。
(Porous base material)
A porous base material is a base material that has holes or voids inside, and the porous base material itself is one that has been conventionally used as a separator for secondary batteries. be able to. As a porous base material, it is important to have excellent coating properties when forming a porous layer through a coating process, and to make the separator film thinner, so that it can be used as an active material in power storage devices such as batteries. From the viewpoint of increasing the ratio and increasing the capacity per volume, a polyolefin microporous membrane containing a polyolefin resin as a main component is preferable. Here, "containing as a main component" means containing in an amount exceeding 50% by mass, preferably 75% by mass or more, more preferably 85% by mass or more, still more preferably 90% by mass or more, and even more. The content is preferably 95% by mass or more, more preferably 98% by mass or more, and may be 100% by mass.
前記ポリオレフィン微多孔膜の表面に表面処理を施しておくことにより、その後に塗工液を塗工しやすくなると共に、ポリオレフィン微多孔膜と、多孔層との接着性が向上するため、表面処理を施すことが好ましい。
表面処理の方法としては、例えば、コロナ放電処理法、プラズマ処理法、機械的粗面化法、溶剤処理法、酸処理法、紫外線酸化法等が挙げられる。
Surface treatment on the surface of the polyolefin microporous membrane makes it easier to apply the coating solution afterwards, and improves the adhesion between the polyolefin microporous membrane and the porous layer. It is preferable to apply
Examples of the surface treatment method include a corona discharge treatment method, a plasma treatment method, a mechanical surface roughening method, a solvent treatment method, an acid treatment method, and an ultraviolet oxidation method.
(無機フィラーを含むリチウムイオン二次電池多孔層の配置方法)
本実施形態のリチウムイオン二次電池多孔層は、例えば、無機フィラー、粒子状共重合体、並びに、必要に応じて溶剤(例えば水)及び分散剤等の追加成分を含む塗工液を、前記多孔性基材の少なくとも片面に塗工することにより、多孔性基材上に配置することができる。
粒子状共重合体を乳化重合によって合成し、得られたエマルジョンをそのまま塗工液として使用してもよい。
塗工液は、水、水と水溶性有機媒体(例えば、メタノール又はエタノール)との混合溶媒等の粒子状共重合体の貧溶媒を含むことが好ましい。
(Method for arranging a lithium ion secondary battery porous layer containing inorganic filler)
The lithium ion secondary battery porous layer of the present embodiment is prepared by applying a coating liquid containing an inorganic filler, a particulate copolymer, and, if necessary, additional components such as a solvent (e.g., water) and a dispersant. It can be placed on a porous substrate by coating at least one side of the porous substrate.
The particulate copolymer may be synthesized by emulsion polymerization, and the resulting emulsion may be used as it is as a coating liquid.
The coating liquid preferably contains a poor solvent for the particulate copolymer, such as water or a mixed solvent of water and a water-soluble organic medium (for example, methanol or ethanol).
塗工液をセパレータの多孔性基材に塗工する方法は、必要とする層厚及び塗工面積を実現できる限り特に限定されない。
塗工方法としては、例えば、グラビアコーター法、小径グラビアコーター法、リバースロールコーター法、トランスファロールコーター法、キスコーター法、ディップコーター法、ナイフコーター法、エアドクタコーター法、ブレードコーター法、ロッドコーター法、スクイズコーター法、キャストコーター法、ダイコーター法、スクリーン印刷法、スプレー塗工法、インクジェット塗工法等が挙げられる。特に、グラビアコーター法は、塗工形状の自由度が高いため好ましい。
The method of applying the coating liquid to the porous base material of the separator is not particularly limited as long as the required layer thickness and coating area can be achieved.
Coating methods include, for example, gravure coater method, small diameter gravure coater method, reverse roll coater method, transfer roll coater method, kiss coater method, dip coater method, knife coater method, air doctor coater method, blade coater method, and rod coater method. , a squeeze coater method, a cast coater method, a die coater method, a screen printing method, a spray coating method, an inkjet coating method, and the like. In particular, the gravure coater method is preferable because it has a high degree of freedom in coating shape.
塗工後に塗工膜から溶剤を除去する方法は、多孔性基材及びリチウムイオン二次電池多孔層に悪影響を及ぼさないのであれば限定されない。例えば、基材を固定しながら、基材の融点以下の温度で乾燥する方法、低温で減圧乾燥する方法等が挙げられる。 The method for removing the solvent from the coated film after coating is not limited as long as it does not adversely affect the porous base material and the porous layer of a lithium ion secondary battery. Examples include a method of drying at a temperature below the melting point of the base material while fixing the base material, a method of drying under reduced pressure at a low temperature, and the like.
塗工後に塗工膜から溶媒を除去する方法については、多孔性基材及びリチウムイオン二次電池多孔層に悪影響を及ぼさない方法であれば特に限定されない。例えば、ポリオレフィン多孔性基材を固定しながらその融点以下の温度にて乾燥する方法、低温で減圧乾燥する方法、粒子状共重合体に対する貧溶媒に浸漬して当該粒子共重合体を粒子状に凝固させると同時に溶媒を抽出する方法等が挙げられる。 The method for removing the solvent from the coated film after coating is not particularly limited as long as it does not adversely affect the porous base material and the porous layer of the lithium ion secondary battery. For example, methods include drying at a temperature below the melting point of the polyolefin porous substrate while fixing it, drying under reduced pressure at low temperature, and immersing the particulate copolymer in a poor solvent for the particulate copolymer to form particles. Examples include a method of coagulating and simultaneously extracting the solvent.
〔リチウムイオン二次電池〕
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セパレータを含む。
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、本実施形態のセパレータを含むこと以外の構成は、例えば、特開2018-92701号公報に記載されているように、従来知られているリチウムイオン二次電池と同様であってもよい。
[Lithium ion secondary battery]
The lithium ion secondary battery of this embodiment includes the lithium ion secondary battery separator of this embodiment.
The structure of the lithium ion secondary battery of this embodiment other than including the separator of this embodiment is a conventionally known lithium ion secondary battery, for example, as described in JP 2018-92701A. It may be similar to a battery.
本実施形態の非水系二次電池用バインダーに用いる粒子状共重合体は、セパレータ上の多孔層に含むことができ、セパレータと多孔層とを含む膜を、塗工膜という。
塗工膜における150℃での熱収縮率は、特に限定されないが、MD、TD共に、好ましくは0%以上40%未満であり、より好ましくは0%以上35%以下であり、さらに好ましくは0%以上30%以下である。MD及びTDの両方向における150℃での熱収縮率が30%以下であることにより、電池の異常発熱時においてもセパレータの破膜を防ぐことができ、正負極間の接触を抑制でき、より良好な安全性能が得られる傾向にある。
The particulate copolymer used in the binder for a non-aqueous secondary battery of this embodiment can be included in a porous layer on a separator, and a film containing a separator and a porous layer is referred to as a coated film.
The heat shrinkage rate at 150°C in the coating film is not particularly limited, but is preferably 0% or more and less than 40% in both MD and TD, more preferably 0% or more and less than 35%, and even more preferably 0% or more and less than 40%. % or more and 30% or less. By having a heat shrinkage rate of 30% or less at 150°C in both MD and TD directions, it is possible to prevent the separator from breaking even when the battery is abnormally heated, and to suppress contact between the positive and negative electrodes, making it even better. This tends to result in better safety performance.
以下、実施例及び比較例を用いて、本実施形態をより具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
各種物性は、以下の測定方法及び評価方法により測定及び評価した。
Hereinafter, the present embodiment will be described in more detail using Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.
Various physical properties were measured and evaluated using the following measurement methods and evaluation methods.
[固形分濃度]
後述する実施例及び比較例で得られた粒子状共重合体の水分散体を、アルミ皿上に約1g精秤し、このとき量り取った水分散体の質量(g)をaとした。それを、130℃の熱風乾燥機で1時間乾燥し、乾燥後の共重合体の乾燥質量(g)をbとした。
下記式により固形分濃度を算出した。
固形分濃度(%)=b/a×100
[Solid content concentration]
Approximately 1 g of an aqueous dispersion of a particulate copolymer obtained in the Examples and Comparative Examples described below was accurately weighed on an aluminum plate, and the mass (g) of the aqueous dispersion weighed at this time was designated as a. It was dried in a hot air dryer at 130° C. for 1 hour, and the dry mass (g) of the copolymer after drying was defined as b.
The solid content concentration was calculated using the following formula.
Solid content concentration (%) = b/a x 100
[粒子状共重合体の水分散体のpH]
固形分濃度約40%の粒子状共重合体の水分散体に、pHメーター(ガラス電極式水素イオン濃度指示計 東亜ディーディーケー株式会社製)の電極を浸漬させ、表示された数値を読み取った。
[pH of water dispersion of particulate copolymer]
The electrode of a pH meter (glass electrode hydrogen ion concentration indicator manufactured by Toa DK Co., Ltd.) was immersed in an aqueous dispersion of particulate copolymer with a solid content concentration of approximately 40%, and the displayed value was read. .
[粒子状共重合体のガラス転移温度]
後述する実施例及び比較例で得られた粒子状共重合体を含む水分散体(固形分濃度38~42%、pH8.0)を、アルミ皿に適量採り、130℃の熱風乾燥機で60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段目昇温プログラム)
70℃スタート、毎分15℃の割合で昇温した。110℃に到達後5分間維持した。
(2段目降温プログラム)
110℃から毎分30℃の割合で降温した。-50℃に到達後4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130℃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。
[Glass transition temperature of particulate copolymer]
An appropriate amount of an aqueous dispersion (solid content concentration 38-42%, pH 8.0) containing the particulate copolymer obtained in the Examples and Comparative Examples described later was placed in an aluminum dish, and dried in a hot air dryer at 130°C for 60 minutes. Dry for a minute.
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 temperature increase program)
Starting at 70°C, the temperature was raised at a rate of 15°C per minute. After reaching 110°C, it was maintained for 5 minutes.
(Second stage temperature reduction program)
The temperature was lowered from 110°C at a rate of 30°C per minute. After reaching -50°C, it was maintained for 4 minutes.
(3rd stage temperature increase program)
The temperature was raised from -50°C to 130°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).
[粒子状共重合体の平均粒子径]
光散乱法による粒子径測定装置(LEED&NORTHRUP社製、商品名「MICROTRAC UPA150」)を用い、50%粒子径(μm)を測定し、平均粒子径とした。
これにより、数平均粒子径(Dn)、体積平均粒子径(Dv)を得、これらの比:Dv/Dnを算出した。
[Average particle diameter of particulate copolymer]
The 50% particle diameter (μm) was measured using a particle diameter measuring device using a light scattering method (manufactured by LEED & NORTHRUP, trade name "MICROTRAC UPA150"), and was defined as the average particle diameter.
Thereby, the number average particle diameter (Dn) and the volume average particle diameter (Dv) were obtained, and their ratio: Dv/Dn was calculated.
[電解液膨潤度]
後述する実施例及び比較例で得られた粒子状共重合体を含む水分散体(固形分濃度38~42%、pH8.0)を、アルミ皿に3g採り、130℃の熱風乾燥機で60分間乾燥した。乾燥後の乾燥皮膜を0.5gになるように切り取り、エチレンカーボネート:エチルメチルカーボネート=1:2(体積比)の混合溶媒10gと一緒に50mLのバイアル瓶に入れ、3時間振蕩させた後、サンプルを取り出し、上記混合溶媒にて洗浄し、質量(Wa)を測定した。その後、150℃のオーブン中に1時間静置したあと質量(Wb)を測定し、以下の式により粒子状共重合体の電解液に対する膨潤度を測定した。
なお、上記混合溶媒には電解質が含まれていないが、電解質の有無にかかわらず、粒子状共重合体の膨潤度に差が無いことを確認した。
粒子状共重合体の電解液に対する膨潤度(倍)=(Wa-Wb)/Wb
[Electrolyte swelling degree]
3 g of an aqueous dispersion (solid content concentration 38-42%, pH 8.0) containing the particulate copolymer obtained in the Examples and Comparative Examples described later was placed in an aluminum dish, and dried in a hot air dryer at 130°C for 60 minutes. Dry for a minute. After drying, the dried film was cut into pieces of 0.5 g, placed in a 50 mL vial together with 10 g of a mixed solvent of ethylene carbonate: ethyl methyl carbonate = 1:2 (volume ratio), and shaken for 3 hours. A sample was taken out, washed with the above mixed solvent, and its mass (Wa) was measured. Thereafter, the particulate copolymer was left to stand in an oven at 150° C. for 1 hour, and then its mass (Wb) was measured, and the degree of swelling of the particulate copolymer with respect to the electrolytic solution was measured using the following formula.
Although the above mixed solvent did not contain an electrolyte, it was confirmed that there was no difference in the degree of swelling of the particulate copolymer regardless of the presence or absence of the electrolyte.
Swelling degree (times) of particulate copolymer in electrolyte solution = (Wa-Wb)/Wb
[粘度、スラリー配合作業性、溶液安定性]
後述する実施例及び比較例で得られた粒子状共重合体を含む水分散体(固形分濃度30~42%、pH5.0)を、ポリプロピレン製の瓶に100g量りとり、BM型粘度計(東機産業社製 TV-100B)を用い、スピンドル回転速度60rpmの条件下において粘度を測定した(初期粘度:ηi)。
その後、60℃に保持した恒温槽において試料を2週間保管した後に、再びBM型粘度系を用いて、上記と同条件において粘度を測定した(貯蔵後粘度:ηf)。
これらの測定値を用いて、下記の基準により、スラリー配合作業性、溶液安定性を評価した。
〈スラリー配合作業性の評価基準〉
A:ηiが、300mPa・s未満
B:ηiが、300mPa・s以上2000mPa・s未満
C:ηiが、2000mPa・s以上
〈溶液安定性の評価基準〉
A:ηf/ηiが、0.8以上2.0未満
B:ηf/ηiが、0.5以上0.8未満 または 2.0以上3.0未満
C:ηf/ηiが、0.5未満または3.0以上
[Viscosity, slurry blending workability, solution stability]
Weighed 100 g of an aqueous dispersion (solid content concentration 30 to 42%, pH 5.0) containing the particulate copolymer obtained in the Examples and Comparative Examples described later into a polypropylene bottle, and measured it with a BM type viscometer ( The viscosity was measured at a spindle rotation speed of 60 rpm (initial viscosity: ηi) using a TV-100B (manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.).
Thereafter, the sample was stored for two weeks in a constant temperature bath maintained at 60° C., and then the viscosity was measured again under the same conditions as above using the BM type viscosity system (viscosity after storage: ηf).
Using these measured values, slurry blending workability and solution stability were evaluated according to the following criteria.
<Evaluation criteria for slurry blending workability>
A: ηi is less than 300 mPa・s B: ηi is 300 mPa・s or more and less than 2000 mPa・s C: ηi is 2000 mPa・s or more <Evaluation criteria for solution stability>
A: ηf/ηi is 0.8 or more and less than 2.0 B: ηf/ηi is 0.5 or more and less than 0.8 or 2.0 or more and less than 3.0 C: ηf/ηi is less than 0.5 or 3.0 or higher
[貯蔵弾性率]
粒子状共重合体の貯蔵弾性率は、JIS K 7244の規格に準じて測定を行った。
後述する実施例及び比較例で得られた粒子状共重合体の水分散体(固形分濃度40%)約12gを、15cm角に区画したポリプロピレン板上に流し込み、室温で1日乾燥し、得られたポリマーフィルムを5mm×70mm角に成形し、試験片とした。
得られた試験片の厚みは、試料中心部及びそこから長辺方向に±20mmの地点の計3点における平均値として、膜厚計(MITSUTOYO製、DIGIMATIC INDICATOR)を用いて記録した。
粘弾性測定装置(Rheometric Scientific製、製品名RSA3)を用い、チャック間距離50mm、初期温度30℃、終了温度140℃、昇温速度5℃/分、1.0Hz、歪み0.1%の引張-圧縮モードにて、引張貯蔵弾性率を測定し、30℃における貯蔵弾性率、130℃における貯蔵弾性率の値を得た。
下記表1~6において、貯蔵弾性率の数値の「E+a」の表記は、×10aであることを意味する。
[Storage modulus]
The storage modulus of the particulate copolymer was measured according to the JIS K 7244 standard.
Approximately 12 g of an aqueous dispersion (solid content concentration: 40%) of the particulate copolymer obtained in the Examples and Comparative Examples described below was poured onto a polypropylene plate divided into 15 cm squares, and dried at room temperature for one day. The resulting polymer film was molded into a 5 mm x 70 mm square to form a test piece.
The thickness of the obtained test piece was recorded using a film thickness meter (DIGIMATIC INDICATOR, manufactured by MITSUTOYO) as an average value at a total of three points: the center of the sample and points ±20 mm from the center in the long side direction.
Using a viscoelasticity measuring device (manufactured by Rheometric Scientific, product name RSA3), distance between chucks 50 mm, initial temperature 30 °C, final temperature 140 °C, heating rate 5 °C/min, 1.0 Hz, tensile strain at 0.1% strain. - The tensile storage modulus was measured in compression mode, and the values of the storage modulus at 30°C and the storage modulus at 130°C were obtained.
In Tables 1 to 6 below, the notation "E+a" in the storage modulus value means ×10 a .
[密着性(剥離強度)]
後述する実施例及び比較例で得られた粒子状共重合体の水分散体を用い、かつ後述する(塗工膜の形成)に従い、多孔層形成用分散液を得た。
コロナ処理済みのポリエチレン多孔性基材の表面に、前記多孔層形成用分散液を塗布した。その後、乾燥処理を行い、多孔層を形成し、総膜厚17μmの塗工膜を得た。
この塗工膜を15mm×75mmのプレパラートに、ポリエチレン多孔性基材側を接着させるように、両面テープで貼り付けた。
その後、12mm幅のメンディングテープを多孔層の上から貼り付け、そのメンディングテープの一端を垂直方向に引っ張り速度100mm/分で引っ張って、剥がした時の応力を測定した。測定を3回行い、その平均値を求めてこれを剥離強度とした。
剥離強度の値が大きいほど、ポリエチレン多孔性基材と多孔層との密着性に優れるものとして、下記の基準により評価した。
〈密着性の評価基準〉
A:300gf/cm以上
B:150gf/cm以上300gf/cm未満
C:150gf/cm未満
[Adhesion (peel strength)]
A dispersion liquid for forming a porous layer was obtained using an aqueous dispersion of a particulate copolymer obtained in the Examples and Comparative Examples described later and according to (formation of a coating film) described later.
The above-mentioned dispersion liquid for forming a porous layer was applied to the surface of a corona-treated polyethylene porous substrate. Thereafter, a drying process was performed to form a porous layer, and a coated film having a total thickness of 17 μm was obtained.
This coating film was attached to a 15 mm x 75 mm preparation using double-sided tape so that the polyethylene porous substrate side was adhered.
Thereafter, a mending tape with a width of 12 mm was pasted onto the porous layer, one end of the mending tape was pulled in the vertical direction at a pulling speed of 100 mm/min, and the stress when peeled off was measured. The measurement was carried out three times, and the average value was calculated and used as the peel strength.
The larger the peel strength value, the better the adhesion between the polyethylene porous base material and the porous layer, and was evaluated based on the following criteria.
<Adhesion evaluation criteria>
A: 300gf/cm or more B: 150gf/cm or more but less than 300gf/cm C: Less than 150gf/cm
[耐熱収縮性]
後述する実施例及び比較例で得られた粒子状共重合体の水分散体を用い、かつ後述する(塗工膜の形成)に従い、塗工膜を得た。
MD方向に100mm、TD方向に100mmに切り取り、150℃のオーブン中に1時間静置した。このとき、温風が直接サンプルにあたらないよう、サンプルを2枚の紙に挟んだ。サンプルをオーブンから取り出し冷却した後、長さ(mm)を測定し、以下の式にて熱収縮率を算出した。
測定はMD方向、TD方向で行い、数値の大きい方を熱収縮率とし、下記の基準により耐熱収縮性を評価した。
熱収縮率(%)={(100-加熱後の長さ)/100}×100
〈耐熱収縮性の評価基準〉
A:熱収縮率3%未満
B:熱収縮率3%以上10%未満
C:熱収縮率10%以上
[Heat shrinkage resistance]
Coated films were obtained using aqueous dispersions of particulate copolymers obtained in Examples and Comparative Examples described below and in accordance with (formation of coated film) described below.
It was cut into pieces of 100 mm in the MD direction and 100 mm in the TD direction, and left in an oven at 150° C. for 1 hour. At this time, the sample was sandwiched between two sheets of paper so that the hot air did not directly hit the sample. After taking out the sample from the oven and cooling it, the length (mm) was measured, and the heat shrinkage rate was calculated using the following formula.
The measurement was performed in the MD direction and the TD direction, and the larger value was taken as the heat shrinkage rate, and the heat shrinkage resistance was evaluated according to the following criteria.
Heat shrinkage rate (%) = {(100-length after heating)/100} x 100
<Evaluation criteria for heat shrinkage resistance>
A: Heat shrinkage rate less than 3% B: Heat shrinkage rate 3% or more and less than 10% C: Heat shrinkage rate 10% or more
[セパレータの含水率]
後述する実施例及び比較例で得られた粒子状共重合体の水分散体を用い、かつ後述する(塗工膜の形成)に従い、多孔層を備えるセパレータを得た。
セパレータを0.15g~0.20gの範囲になるように切り取り、23℃、相対湿度40%で12時間前処理した。その後、その質量を測定して、試料質量(g)とした。
前処理後の試料の水分質量(μg)は、カールフィッシャー装置を使用して測定した。なお、測定の際の加熱気化条件は150℃、10分間とした。また、カソード試薬としてはハイドラナールクーロマットCG-K(SIGMA-ALDRICH製)、アノード試薬としてはハイドラナールクーロマットAK(SIGMA-ALDRICH製)を使用した。
セパレータの含水率を、下記式に従って算出し、下記の基準により評価した。
セパレータの含水率W(ppm)=水分質量(μg)/試料質量(g)
〈セパレータの含水率の評価基準〉
A:Wが、800ppm未満
B:Wが、800ppm以上1500ppm未満
C:Wが、1500ppm以上
[Moisture content of separator]
A separator with a porous layer was obtained using an aqueous dispersion of a particulate copolymer obtained in the Examples and Comparative Examples described later, and in accordance with (formation of a coated film) described later.
The separator was cut into pieces ranging from 0.15 g to 0.20 g and pretreated at 23° C. and 40% relative humidity for 12 hours. Thereafter, the mass was measured and defined as the sample mass (g).
The water mass (μg) of the sample after pretreatment was measured using a Karl Fischer apparatus. The heating vaporization conditions during the measurement were 150° C. and 10 minutes. Further, Hydranal Coulomat CG-K (manufactured by SIGMA-ALDRICH) was used as the cathode reagent, and Hydranal Coulomat AK (manufactured by SIGMA-ALDRICH) was used as the anode reagent.
The water content of the separator was calculated according to the following formula and evaluated according to the following criteria.
Separator water content W (ppm) = water mass (μg) / sample mass (g)
<Evaluation criteria for separator moisture content>
A: W is less than 800 ppm B: W is 800 ppm or more and less than 1500 ppm C: W is 1500 ppm or more
[小型電池の特性(レート特性)]
<正極の作製>
正極活物質としてLiNi1/3Mn1/3Co1/3O2と、導電助剤としてカーボンブラックと、結着剤としてポリフッ化ビニリデン溶液とを、91:5:4の固形分質量比で混合し、分散溶媒としてN-メチル-2-ピロリドンを固形分68質量%となるように添加し、更に混合して、スラリー状の溶液を調製した。このスラリー状の溶液を、厚さ15μmのアルミニウム箔の片面にアルミニウム箔の一部が露出するように塗布した後、溶剤を乾燥除去し、塗布量を175g/m2とした。更に正極合剤部分の密度が2.8g/cm3となるようにロールプレスで圧延した。その後、塗布部が30mm×50mmで、かつアルミニウム箔露出部を含むように裁断し、アルミニウム製リード片をアルミニウム箔の露出部に溶接して正極を得た。
<負極の作製>
負極活物質として人造黒鉛、結着剤としてスチレンブタジエンゴム及びカルボキシメチルセルロース水溶液とを、96.4:1.9:1.7の固形分質量比で混合し、分散溶媒として水を固形分50質量%となるように添加し、更に混合して、スラリー状の溶液を調製した。このスラリー状の溶液を、厚さ10μmの銅箔の片面に銅箔の一部が露出するように塗布した後、溶剤を乾燥除去し、塗布量を86g/m2とした。更に負極合剤部分の密度が1.45g/cm3となるようにロールプレスで圧延した。その後、塗布部が32mm×52mmで、かつ銅箔露出部を含むように裁断し、ニッケル製リード片を銅箔の露出部に溶接して負極を得た。
<非水電解液の調製>
エチレンカーボネート:エチルメチルカーボネート=1:2(体積比)の混合溶媒に、溶質としてLiPF6を濃度1.0mol/Lとなるように溶解させ、更にビニレンカーボネートを1.0質量%となるように添加し、非水電解液を調製した。
<セルの組み立て>
後述する実施例及び比較例で得られた粒子状共重合体の水分散体を用い、かつ後述する(塗工膜の形成)に従い、多孔層を備えるセパレータを得た
セパレータを60mm×40mm角で切り出した。正極、セパレータ、負極の順で重ね合わせ積層体とした。この時、後述する(塗工膜の形成)に従い得られた塗工膜の多孔層側が正極に対向するように配置した。
この積層体を80mm×60mmのアルミニウムラミネート外装体内に挿入した。
次に上記非水電解液を外装体内に注入し、その後開口部を封止して、小型電池を作製した。
[Characteristics of small batteries (rate characteristics)]
<Preparation of positive electrode>
LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 as a positive electrode active material, carbon black as a conductive aid, and polyvinylidene fluoride solution as a binder at a solid content mass ratio of 91:5:4. After mixing, N-methyl-2-pyrrolidone was added as a dispersion solvent so that the solid content was 68% by mass, and further mixing was performed to prepare a slurry solution. This slurry solution was applied to one side of a 15 μm thick aluminum foil so that a portion of the aluminum foil was exposed, and then the solvent was removed by drying to give a coating amount of 175 g/m 2 . Further, it was rolled using a roll press so that the density of the positive electrode mixture portion was 2.8 g/cm 3 . Thereafter, the coated area was cut to a size of 30 mm x 50 mm and included the exposed portion of the aluminum foil, and an aluminum lead piece was welded to the exposed portion of the aluminum foil to obtain a positive electrode.
<Preparation of negative electrode>
Artificial graphite as a negative electrode active material, styrene-butadiene rubber as a binder, and carboxymethyl cellulose aqueous solution are mixed at a solid content mass ratio of 96.4:1.9:1.7, and water is used as a dispersion solvent at a solid content of 50 mass. % and further mixed to prepare a slurry solution. This slurry solution was applied to one side of a 10 μm thick copper foil so that a portion of the copper foil was exposed, and then the solvent was removed by drying to give a coating amount of 86 g/m 2 . Furthermore, it was rolled using a roll press so that the density of the negative electrode mixture portion was 1.45 g/cm 3 . Thereafter, the coated area was cut to be 32 mm x 52 mm and included the exposed copper foil portion, and a nickel lead piece was welded to the exposed copper foil portion to obtain a negative electrode.
<Preparation of non-aqueous electrolyte>
In a mixed solvent of ethylene carbonate: ethyl methyl carbonate = 1:2 (volume ratio), LiPF 6 as a solute was dissolved at a concentration of 1.0 mol/L, and vinylene carbonate was further dissolved at a concentration of 1.0% by mass. was added to prepare a non-aqueous electrolyte.
<Cell assembly>
A separator with a porous layer was obtained using an aqueous dispersion of a particulate copolymer obtained in the Examples and Comparative Examples described below and according to (formation of a coating film) described later. I cut it out. The positive electrode, separator, and negative electrode were laminated in this order to form a laminate. At this time, the porous layer side of the coating film obtained according to (formation of coating film) described below was arranged so as to face the positive electrode.
This laminate was inserted into an 80 mm x 60 mm aluminum laminate exterior body.
Next, the non-aqueous electrolyte was injected into the exterior body, and the opening was then sealed to produce a small battery.
組み立てた小型電池を、25℃において、2mA(約0.05C)の定電流で電池電圧4.2Vまで充電し、さらに4.2Vを保持する定電圧充電で、合計約21時間、電池作成後の最初の充電を行い、その後電流値7mAで電池電圧3.0Vまで放電した。その後、12mA(約0.3C)の定電流で電池電圧4.2Vまで充電し、さらに4.2Vを保持する定電圧充電で、合計約5時間充電を行い、その後電流値12mAで電池電圧3.0Vまで放電を行うことを3回繰り返した。 The assembled small battery was charged at 25°C with a constant current of 2mA (approximately 0.05C) to a battery voltage of 4.2V, and then with constant voltage charging to maintain 4.2V for a total of about 21 hours after battery creation. The battery was first charged, and then discharged to a battery voltage of 3.0V at a current value of 7mA. After that, the battery was charged at a constant current of 12 mA (approximately 0.3 C) until the battery voltage reached 4.2 V, and then the constant voltage was maintained at 4.2 V for a total of approximately 5 hours. Discharging to .0V was repeated three times.
次に、25℃において、12mA(約0.3C)の定電流で電池電圧4.2Vまで充電し、さらに4.2Vを保持する定電圧充電で、合計5時間充電を行い、その後電流値36mA(約1.0C)で電池電圧3.0Vまで放電して、その時の放電容量を1C放電容量(mAh)とした。 Next, at 25°C, charge the battery to a voltage of 4.2V with a constant current of 12mA (approximately 0.3C), and then charge the battery at a constant voltage of 4.2V for a total of 5 hours, and then charge the battery with a current value of 36mA. (approximately 1.0 C) to a battery voltage of 3.0 V, and the discharge capacity at that time was defined as 1 C discharge capacity (mAh).
次に、25℃において、12mA(約0.3C)の定電流で電池電圧4.2Vまで充電し、さらに4.2Vを保持する定電圧充電で、合計約5時間充電を行い、その後電流値72mA(約2.0C)で電池電圧3.0Vまで放電して、その時の放電容量を2C放電容量(mAh)とした。 Next, at 25°C, charge the battery with a constant current of 12 mA (approximately 0.3 C) to a battery voltage of 4.2 V, and then charge with constant voltage charging to maintain 4.2 V for a total of about 5 hours, after which the current value The battery was discharged at 72 mA (approximately 2.0 C) to a battery voltage of 3.0 V, and the discharge capacity at that time was defined as 2C discharge capacity (mAh).
1C放電容量に対する2C放電容量の割合を算出し、この値をレート特性とし、下記の基準により評価した。
レート特性(%)=(2C放電容量/1C放電容量)×100
The ratio of the 2C discharge capacity to the 1C discharge capacity was calculated, and this value was used as the rate characteristic, which was evaluated based on the following criteria.
Rate characteristics (%) = (2C discharge capacity/1C discharge capacity) x 100
〈レート特性の評価基準〉
A:レート特性90%以上
B:レート特性80%以上90%未満
C:レート特性80%未満
<Evaluation criteria for rate characteristics>
A: Rate characteristic 90% or more B: Rate characteristic 80% or more but less than 90% C: Rate characteristic less than 80%
[サイクル特性]
上述のようにレート特性を評価した小型電池を、60℃において、電流値6mA(約1.0C)で電池電圧4.2Vまで充電し、4.2Vに到達したのち、電流値を調整しながら電圧を4.2Vで維持し続け、合計3時間充電を行い、そして電流値6mAで電池電圧3.0Vまで放電するというサイクルを100回繰り返し、1サイクル目と100サイクル目の放電容量(mAh)を測定した。
1回目の放電容量に対する100サイクル目の放電容量の割合を算出し、この値をサイクル特性とし、下記の基準により評価した。
サイクル特性(%)=(100回目の放電容量/1回目の放電容量)×100
〈サイクル特性の評価基準〉
A:90%以上
B:80%以上90%未満
C:80%未満
[Cycle characteristics]
The small battery whose rate characteristics were evaluated as described above was charged at 60°C with a current value of 6 mA (approximately 1.0 C) to a battery voltage of 4.2 V, and after reaching 4.2 V, while adjusting the current value. The cycle of maintaining the voltage at 4.2V, charging for a total of 3 hours, and discharging to a battery voltage of 3.0V at a current value of 6mA was repeated 100 times, and the discharge capacity (mAh) of the 1st and 100th cycles was was measured.
The ratio of the discharge capacity at the 100th cycle to the discharge capacity at the first cycle was calculated, and this value was used as the cycle characteristic, which was evaluated according to the following criteria.
Cycle characteristics (%) = (100th discharge capacity/1st discharge capacity) x 100
<Evaluation criteria for cycle characteristics>
A: 90% or more B: 80% or more but less than 90% C: less than 80%
[実施例1]
(粒子状共重合体の製造)
撹拌機、還流冷却器、滴下槽及び温度計を取りつけた反応容器に、イオン交換水65質量部と、界面活性剤として、「アクアロンKH1025」(登録商標、第一工業製薬株式会社製25%水溶液、「KH1025」とも記載する。)0.06質量部と、「アデカリアソープSR1025」(登録商標、株式会社ADEKA製25%水溶液、「SR1025」とも記載する。)0.06質量部と、を投入した。
次いで、反応容器内部の温度を75℃に昇温し、75℃の温度を保ったまま、過硫酸アンモニウムの2%水溶液(「APS」とも記載する。)を1.5質量部添加した。過硫酸アンモニウム水溶液を添加終了した5分後に、下記の乳化液を滴下槽から反応容器に150分かけて滴下した。
なお、乳化液は、以下の方法により作製した。
(メタ)アクリル酸エステル単量体として;
メチルメタクリレート(「MMA」とも記載する。) 6.4質量部、
ブチルアクリレート(「BA」とも記載する。)42質量部、
2-エチルヘキシルアクリレート(「2EHA」とも記載する。)34質量部、
2-ヒドロキシエチルメタクリレート(「HEMA」とも記載する。)60質量部、
不飽和カルボン酸として;
メタクリル酸(「MAA」とも記載する。)1質量部、
アクリル酸(「AA」とも記載する。)1.5質量部、
(メタ)アクリルアミド単量体として;
アクリルアミド(「AAm」とも記載する。)0.1質量部、
メタクリルアミド(「MAAm」とも記載する。)7質量部
エポキシ基含有単量体として;
グリシジルメタクリレート(「GMA」とも記載する。)2質量部、
ビニル基を2つ以上含有する架橋性単量体として;
トリメチロールプロパントリアクリレート(ATMPT、新中村化学工業株式会社製商品名、「A-TMPT」とも記載する。)2質量部、
反応性界面活性剤として;
「アクアロンKH1025」(登録商標、第一工業製薬株式会社製25%水溶液)7.5質量部、
「アデカリアソープSR1025」(登録商標、株式会社ADEKA製25%水溶液)7.5質量部、
重合開始剤として;
過硫酸アンモニウムの2%水溶液0.25質量部、
及び、イオン交換水83.2質量部、
の混合物を、ホモミキサーにより5分間混合させて作製した。
乳化液の滴下終了後、反応容器内部の温度を80℃に昇温し、120分間維持し、その後室温まで冷却し、エマルジョンを得た。
得られたエマルジョンを、水酸化アンモニウム水溶液(25%水溶液。AWとも表記する。)を用いてpH5.0に調整し、固形分濃度40%の水分散体を得た。
得られた水分散体中の粒子状共重合体について、上記方法により、Tg、平均粒子径、貯蔵弾性率を測定し、熱収縮性、及び剥離強度を評価した。
評価結果を表1~表6に示す。
[Example 1]
(Production of particulate copolymer)
In a reaction vessel equipped with a stirrer, a reflux condenser, a dropping tank, and a thermometer, 65 parts by mass of ion-exchanged water and a 25% aqueous solution of "Aqualon KH1025" (registered trademark, manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.) as a surfactant were added. , also written as "KH1025"), and 0.06 parts by mass of "Adekaria Soap SR1025" (registered trademark, 25% aqueous solution manufactured by ADEKA Co., Ltd., also written as "SR1025"). I put it in.
Next, the temperature inside the reaction vessel was raised to 75°C, and while maintaining the temperature at 75°C, 1.5 parts by mass of a 2% aqueous solution of ammonium persulfate (also referred to as "APS") was added. Five minutes after the addition of the ammonium persulfate aqueous solution was completed, the following emulsion was dripped into the reaction vessel from the dropping tank over a period of 150 minutes.
In addition, the emulsion was produced by the following method.
As a (meth)acrylic acid ester monomer;
Methyl methacrylate (also referred to as "MMA") 6.4 parts by mass,
42 parts by mass of butyl acrylate (also referred to as "BA"),
34 parts by mass of 2-ethylhexyl acrylate (also referred to as "2EHA"),
60 parts by mass of 2-hydroxyethyl methacrylate (also referred to as "HEMA"),
As an unsaturated carboxylic acid;
1 part by mass of methacrylic acid (also referred to as "MAA"),
1.5 parts by mass of acrylic acid (also referred to as "AA"),
As a (meth)acrylamide monomer;
0.1 part by mass of acrylamide (also referred to as "AAm"),
Methacrylamide (also described as "MAAm") 7 parts by mass as an epoxy group-containing monomer;
2 parts by mass of glycidyl methacrylate (also referred to as "GMA"),
As a crosslinkable monomer containing two or more vinyl groups;
2 parts by mass of trimethylolpropane triacrylate (ATMPT, trade name manufactured by Shin Nakamura Chemical Co., Ltd., also referred to as "A-TMPT"),
As a reactive surfactant;
"Aqualon KH1025" (registered trademark, 25% aqueous solution manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.) 7.5 parts by mass,
7.5 parts by mass of "Adekaria Soap SR1025" (registered trademark, 25% aqueous solution manufactured by ADEKA Co., Ltd.),
As a polymerization initiator;
0.25 parts by mass of a 2% aqueous solution of ammonium persulfate,
and 83.2 parts by mass of ion-exchanged water,
A mixture was prepared by mixing for 5 minutes using a homomixer.
After the emulsion was added dropwise, the temperature inside the reaction vessel was raised to 80°C, maintained for 120 minutes, and then cooled to room temperature to obtain an emulsion.
The resulting emulsion was adjusted to pH 5.0 using an ammonium hydroxide aqueous solution (25% aqueous solution, also referred to as AW) to obtain an aqueous dispersion with a solid content concentration of 40%.
Regarding the particulate copolymer in the obtained aqueous dispersion, Tg, average particle diameter, and storage modulus were measured by the above method, and heat shrinkability and peel strength were evaluated.
The evaluation results are shown in Tables 1 to 6.
(塗工膜の形成)
無機フィラーである水酸化酸化アルミニウム粒子(平均粒子径1.0μm)100質量部(固形分濃度50%)、樹脂バインダーである合成した粒子状共重合体を含む水分散体(固形分濃度40%)3.0質量部、及びイオン解離性無機分散剤であるポリリン酸アミン塩(分散剤 固形分濃度1%)0.5質量部を均一に分散させて多孔層形成用分散液を調製した。
調製した多孔層形成用分散液を、事前にコロナ処理したポリエチレン多孔性基材の表面にバーコーターを用いて塗布した。
その後、60℃にて1分乾燥して水を除去し、これにより、ポリエチレン多孔性基材上に厚さ2μmの多孔層が形成された、総膜厚17μmの塗工膜を得た。
評価結果を下記表1~表6に記載する。
なお、「ポリリン酸」としてはトリポリリン酸を用いた。
(Formation of coating film)
An aqueous dispersion containing 100 parts by mass (solid content concentration 50%) of aluminum hydroxide oxide particles (average particle diameter 1.0 μm) as an inorganic filler and a synthesized particulate copolymer as a resin binder (solid content concentration 40%). ) and 0.5 parts by mass of a polyphosphoric acid amine salt (dispersant solid content concentration 1%) as an ion-dissociative inorganic dispersant were uniformly dispersed to prepare a dispersion liquid for forming a porous layer.
The prepared dispersion for forming a porous layer was applied to the surface of a polyethylene porous base material which had been subjected to corona treatment in advance using a bar coater.
Thereafter, water was removed by drying at 60° C. for 1 minute, thereby obtaining a coating film with a total thickness of 17 μm, in which a porous layer with a thickness of 2 μm was formed on the polyethylene porous base material.
The evaluation results are listed in Tables 1 to 6 below.
Note that tripolyphosphoric acid was used as the "polyphosphoric acid".
[実施例2~21、比較例1~10]
粒子状共重合体を形成するためのモノマー、及び界面活性剤を、下記表1~表6に示す配合とした。その他の条件実施例1と同様にして乳化重合を行い、粒子状共重合体の水分散体を得た。
なお、表1~表6中、
TMPTは、トリメチロールプロパントリアクリレート、
EDMAは、エチレングリコールジアクリレート、
MAは、メチルアクリレート、
EAは、エチルアクリレート、
CHMAは、シクロヘキシルメタクリレート、
NMAMは、N-メチロールアクリルアミド、
DBS-Naは、ドデシルベンゼンスルホン酸、
APSは、過硫酸アンモニウム、
をそれぞれ指す。
また、実施例1と同様にして、前記(塗工膜の形成)に従い、多孔層を作製した。
得られた水分散体中の粒子状共重合体について、上記方法により、Tg、平均粒子径、貯蔵弾性率を測定し、密着性、耐熱収縮性、溶液安定性、スラリー配合作業性、セパレータの含水率、レート特性、サイクル特性を評価した。
評価結果を表1~表6に示す。
[Examples 2 to 21, Comparative Examples 1 to 10]
Monomers and surfactants for forming particulate copolymers were blended as shown in Tables 1 to 6 below. Emulsion polymerization was carried out under the same conditions as in Example 1 to obtain an aqueous dispersion of a particulate copolymer.
In addition, in Tables 1 to 6,
TMPT is trimethylolpropane triacrylate,
EDMA is ethylene glycol diacrylate,
MA is methyl acrylate,
EA is ethyl acrylate,
CHMA is cyclohexyl methacrylate,
NMAM is N-methylolacrylamide,
DBS-Na is dodecylbenzenesulfonic acid,
APS is ammonium persulfate;
respectively.
Further, in the same manner as in Example 1, a porous layer was produced according to the above (formation of a coated film).
The Tg, average particle diameter, and storage modulus of the particulate copolymer in the resulting aqueous dispersion were measured by the above method, and the adhesion, heat shrinkage resistance, solution stability, slurry blending workability, and separator properties were determined. Moisture content, rate characteristics, and cycle characteristics were evaluated.
The evaluation results are shown in Tables 1 to 6.
本発明の非水系二次電池用バインダーは、二次電池用セパレータの材料として、産業上の利用可能性がある。 The non-aqueous secondary battery binder of the present invention has industrial applicability as a material for a secondary battery separator.
Claims (13)
前記粒子状共重合体が、ビニル単量体単位を含み、
前記ビニル単量体単位が、アクリルアミド単量体単位(B1)とメタクリルアミド単量体単位(B2)を含み、
前記ビニル単量体単位の総質量100質量部に対する、前記アクリルアミド単量体単位(B1)の含有量W1(質量部)と、前記メタクリルアミド単量体単位(B2)の含有量W2(質量部)が、下記式(1)を満たし、
前記メタクリルアミド単量体単位(B2)の含有量W2が2質量部以上である、
非水系二次電池用バインダー。
0<W1/W2<1 ・・・(1) A binder for a non-aqueous secondary battery, comprising an aqueous medium and a particulate copolymer,
The particulate copolymer contains a vinyl monomer unit,
The vinyl monomer unit includes an acrylamide monomer unit (B1) and a methacrylamide monomer unit (B2),
The content W1 (parts by mass) of the acrylamide monomer unit (B1) and the content W2 (parts by mass) of the methacrylamide monomer unit (B2) with respect to 100 parts by mass of the total mass of the vinyl monomer units. ) satisfies the following formula (1),
The content W2 of the methacrylamide monomer unit (B2) is 2 parts by mass or more,
Binder for non-aqueous secondary batteries.
0<W1/W2<1...(1)
請求項1に記載の非水系二次電池用バインダー。 The particulate copolymer has a glass transition temperature of 10°C or less,
The binder for non-aqueous secondary batteries according to claim 1.
請求項1に記載の非水系二次電池用バインダー。 The particulate copolymer contains a vinyl monomer unit and a monomer unit derived from a reactive surfactant having a functional group copolymerizable with a vinyl group.
The binder for non-aqueous secondary batteries according to claim 1.
前記ビニル基を2以上含む架橋性単量体単位の含有量が、前記粒子状共重合体100質量部に対して、0.1質量部以上5質量部以下である、
請求項1に記載の非水系二次電池用バインダー。 The vinyl monomer unit includes a crosslinkable monomer unit containing two or more vinyl groups,
The content of the crosslinkable monomer unit containing two or more vinyl groups is 0.1 parts by mass or more and 5 parts by mass or less, based on 100 parts by mass of the particulate copolymer.
The binder for non-aqueous secondary batteries according to claim 1.
2質量部以上20質量部未満である、
請求項1に記載の非水系二次電池用バインダー。 The content W2 of the methacrylamide monomer unit (B2) with respect to 100 parts by mass of the total mass of the vinyl monomer unit is
2 parts by mass or more and less than 20 parts by mass,
The binder for non-aqueous secondary batteries according to claim 1.
1以上1.5以下である、
請求項1に記載の非水系二次電池用バインダー。 The particulate copolymer has a ratio Dv/Dn of the volume average particle diameter Dv and the number average particle diameter Dn,
1 or more and 1.5 or less,
The binder for non-aqueous secondary batteries according to claim 1.
30℃における貯蔵弾性率が7×107Pa以上5×108Pa以下であり、
130℃における貯蔵弾性率が2×106Pa以上である、
請求項1に記載の非水系二次電池用バインダー。 The particulate copolymer is
The storage modulus at 30° C. is 7×10 7 Pa or more and 5×10 8 Pa or less,
The storage modulus at 130° C. is 2×10 6 Pa or more,
The binder for non-aqueous secondary batteries according to claim 1.
請求項1に記載の非水系二次電池用バインダー。 The vinyl monomer unit further includes an epoxy group-containing vinyl monomer unit,
The binder for non-aqueous secondary batteries according to claim 1.
請求項1に記載の非水系二次電池用バインダー。 The binder for a non-aqueous secondary battery is a binder for a porous layer in a non-aqueous secondary battery,
The binder for non-aqueous secondary batteries according to claim 1.
無機フィラーと、
請求項1乃至9のいずれか一項に記載の非水系二次電池用バインダーと、
を、含む、
リチウムイオン二次電池多孔層用スラリー。 water and,
Inorganic filler;
The binder for a non-aqueous secondary battery according to any one of claims 1 to 9,
including,
Slurry for porous layer of lithium ion secondary battery.
リチウムイオン二次電池多孔層。 Comprising the slurry for a lithium ion secondary battery porous layer according to claim 10,
Lithium ion secondary battery porous layer.
リチウムイオン二次電池用セパレータ。 A lithium ion secondary battery porous layer according to claim 11,
Separator for lithium ion secondary batteries.
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