JP4992217B2 - 二次電池電極用バインダー組成物、二次電池電極用スラリー、及び二次電池電極 - Google Patents
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Description
本発明の二次電池電極用バインダー組成物の一実施形態は、(A)THFゲル含有量が5%以下のポリマー(以下、「(A)成分」ともいう)と、(B)N−メチルピロリドンを主成分とする有機溶媒(以下、「(B)成分」ともいう)と、を含有し、静的光散乱法より測定される、第二ビリアル係数が3×10-5cm3・mol/g2以下、(A)成分の回転半径が10〜500nmのものである。以下、その詳細について説明する。
本実施形態の二次電池電極用バインダー組成物に含有される(A)成分は、THFゲル含有量が5%以下のポリマーである。
SEBSに含有される、スチレンに由来する構成単位の割合(全結合スチレン含量)は、30質量%以上であることが好ましく、40質量%以上であることが更に好ましく、45質量%以上であることが特に好ましい。全結合スチレン含量が30質量%未満であると、この二次電池電極用バインダー組成物と集電体との密着性が若干低下する傾向にある。なお、全結合スチレン含量の上限については特に限定されないが、80質量%以下であることが好ましい。
本実施形態の二次電池電極用バインダー組成物に含有される(B)成分は、N−メチルピロリドン(NMP)を主成分とする有機溶媒である。ここで、「N−メチルピロリドン(NMP)を主成分とする」とは、具体的には、NMPの物理的・化学的特性が著しく損なわれることのない範囲内で、他の溶媒が含有されていてもよいことを意味する。例えば、後述する本実施形態の二次電池電極用バインダー組成物の製造方法において用いられる揮発性有機溶媒等が微量に含有されていてもよい。より具体的に、「N−メチルピロリドン(NMP)を主成分とする」とは、(B)成分に含まれるNMPの割合が95質量%以上、好ましくは97質量%以上、更に好ましくは99質量%以上、最も好ましくは100質量%であることをいう。
本実施形態の二次電池電極用バインダー組成物は、(B)成分と(A)成分との相溶性が低いことが必要である。(B)成分と(A)成分との相溶性が高い場合には、(A)成分が、(B)成分中で溶媒和されて大きく広がるために、電極活物質が被覆され易い。一方、(B)成分と(A)成分との相溶性が低い場合には、(A)成分の広がりが小さいため、電極活物質の表面が完全に被覆され難く、電極活物質の表面が電解液に露出されることとなる。従って、電極活物質の実質的な効力が十分に発揮され、より出力特性に優れた二次電池を製造することが可能となる。
次に、本発明の二次電池電極用バインダー組成物の製造方法の一実施形態について説明する。本実施形態の二次電池電極用バインダー組成物の製造方法では、先ず、(A)成分を、(A)成分を溶解し得る混合溶媒に溶解してポリマー溶液を得る。(A)成分を溶解させるために用いるこの混合溶媒は、(B)成分と、沸点が150℃以下の揮発性有機溶媒(以下、「(C)成分」ともいう)とを含有するものである。次いで、得られたポリマー溶液から(C)成分を揮発させる。これにより、(A)成分と(B)成分とを含む、本実施形態の二次電池電極用バインダー組成物を得ることができる。
本実施形態の二次電池電極用バインダー組成物の製造方法で用いる(C)成分は、沸点が150℃以下の揮発性有機溶媒であり、(B)成分と混合させることにより、(A)成分を溶解させ得る混合溶媒を調製可能な溶媒である。(B)成分に対する(A)成分の溶解度が低い場合には、これらの成分を単に混合するだけでは、二次電池電極用バインダーとして有用な組成物とすることは困難である。しかし、本実施形態の二次電池電極用バインダー組成物の製造方法では、混合溶媒に(A)成分を一度溶解させてポリマー溶液とした後、このポリマー溶液に含まれる(C)成分を揮発させて除去するため、(B)成分中に相溶性の低い(A)成分が均一に溶解又は分散した二次電池電極用バインダー組成物を得ることができる。
次に、本発明の二次電池電極用スラリーの一実施形態について説明する。本実施形態の二次電池電極用スラリーは、前述の二次電池電極用バインダー組成物と、電極活物質とを含有するものである。なお、本実施形態の二次電池電極用スラリーは、二次電池電極用バインダー組成物と電極活物質とを、必要に応じて添加される各種添加剤とともに混合することにより、調製することができる。
次に、本発明の二次電池電極の一実施形態について説明する。本実施形態の二次電池電極は、集電材と、前述の二次電池電極用スラリーが集電材の表面上に塗布及び乾燥されて形成された電極層とを備えたものである。
出力特性(%)={(6サイクル目の放電容量)/(5サイクル目の放電容量)}×100 (5)
セパラブルフラスコに、シクロヘキサン900部、及びNMP900部を投入し、撹拌して均一な溶液とした。この溶液に、全結合スチレン含量が65%、重量平均分子量が140000であるSEBS(ポリマー(a))100部を投入した。65℃で10時間撹拌して、投入したポリマー(a)を溶解させた。次いで、エバポレーターを使用して70℃で減圧蒸留を行い、固形分濃度が10%となるまでシクロヘキサンを除去することにより、ポリマー(a)の分散体を調製した。調製した分散体に含まれるポリマー粒子の回転半径は、15nmであった。
ポリマー(a)に代えて、表1に示すポリマー(b)、又はポリマー(c)を用いたこと以外は、前述の実施例1の場合と操作により、ポリマー(b)、及びポリマー(c)の分散体を調製した。調製したそれぞれの分散体に含まれるポリマーのTHFゲル含有量、及びポリマー粒子の回転半径を表2に示す。ポリマー(a)の分散体に代えて、調製した分散体を用いたこと以外は前述の実施例1の場合と操作により正極用スラリー、及び正極を得た。得られた正極のピール強度を表2に示す。また、得られた正極を用いて、二次電池を作製した。作製した二次電池の出力特性を表2に示す。
セパラブルフラスコに、表1に示すポリマー(b)100部、及びNMP900部を投入し、80℃で10時間撹拌した。しかしながら、ポリマー(b)はNMPに分散又は溶解しなかったため、ポリマー(b)の分散体又は溶液を調製することはできなかった。
セパラブルフラスコに、表1に示すポリマー(b)100部、及びn−ヘプタン900部を投入し、60℃で10時間撹拌してポリマー(b)の溶液を調製した。ポリマー(a)の分散体に代えて、調製したポリマー(b)の溶液を用いたこと以外は前述の実施例1の場合と操作により正極用スラリー、及び正極を得た。得られた正極のピール強度を表2に示す。また、得られた正極を用いて、二次電池を作製した。作製した二次電池の出力特性を表2に示す。
セパラブルフラスコに、表1に示すポリマー(d)100部、及びNMP900部を投入し、60℃で10時間撹拌してポリマー(d)の溶液を調製した。ポリマー(a)の分散体に代えて、調製したポリマー(d)の溶液を用いたこと以外は前述の実施例1の場合と操作により正極用スラリー、及び正極を得た。得られた正極のピール強度を表2に示す。また、得られた正極を用いて、二次電池を作製した。作製した二次電池の出力特性を表2に示す。
撹拌機を備え、温度調節の可能なオートクレーブ中に、イオン交換水70部、及び過硫酸カリウム0.3部を仕込み、気相部を15分間窒素ガスで置換し、80℃に昇温した。一方、ブタジエン40部、スチレン40部、メチルメタクリレート17部、アクリル酸1部、イタコン酸2部、及びドデシルベンゼンスルホン酸0.2部を別容器に仕込んだ。別容器の内容物を、15時間かけてオートクレーブに滴下した。なお、滴下中は80℃で反応を行い、滴下終了後、更に85℃で5時間撹拌した。25℃に冷却後、水酸化カリウムでpHを7に調整した。スチームを導入して残留モノマーを除去した後、濃縮することにより、ポリマー(e)の水分散体を得た。得られた水分散体に、その固形分濃度が10%となるまでイオン交換水を加えて希釈した後、固形分濃度が5%となるまでNMPを加えて更に希釈した。得られた希釈液を80℃で減圧蒸留し、固形分濃度が10%となるまで水を除去することにより、ポリマー(e)の分散体を調製した。ポリマーのTHFゲル含有量、及びポリマー粒子の回転半径を表2に示す。
Claims (7)
- (A)THFゲル含有量が5%以下のポリマーと、
(B)N−メチルピロリドンを主成分とする有機溶媒と、を含有し、
静的光散乱法より測定される、第二ビリアル係数が3×10-5cm3・mol/g2以下、前記(A)ポリマーの回転半径が10〜500nmであり、前記(A)ポリマーが、(A1)スチレン/エチレン/ブチレン/スチレン系ポリマーである二次電池電極用バインダー組成物。 - 前記(A1)スチレン/エチレン/ブチレン/スチレン系ポリマーに含有される、スチレンに由来する構成単位の割合が、30質量%以上である請求項1に記載の二次電池電極用バインダー組成物。
- 前記(A)ポリマーに含有される乳化剤の割合が、0.1質量%以下である請求項1又は2に記載の二次電池電極用バインダー組成物。
- THFゲル含有量が5%以下のスチレン/エチレン/ブチレン/スチレン系ポリマーを、N−メチルピロリドンを主成分とする有機溶媒、及び沸点が150℃以下の揮発性有機溶媒を含有する、前記スチレン/エチレン/ブチレン/スチレン系ポリマーを溶解し得る混合溶媒に溶解してポリマー溶液を得、
得られた前記ポリマー溶液から前記揮発性有機溶媒を揮発させることにより、
静的光散乱法より測定される、第二ビリアル係数が3×10-5cm3・mol/g2以下、前記スチレン/エチレン/ブチレン/スチレン系ポリマーの回転半径が10〜500nmである二次電池電極用バインダー組成物を得る二次電池電極用バインダー組成物の製造方法。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の二次電池電極用バインダー組成物と、
電極活物質と、
を含有する二次電池電極用スラリー。 - 前記電極活物質100質量部に対して、
前記二次電池電極用バインダーを0.1〜10質量部(但し固形分として)含有する請求項5に記載の二次電池電極用スラリー。 - 集電材と、
前記集電材の表面上に請求項5又は6に記載の二次電池電極用スラリーが塗布及び乾燥されて形成された電極層と、
を備えた二次電池電極。
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