JP5012059B2 - 複合化重合体組成物の製造方法、複合化重合体組成物、二次電池電極用ペースト、及び二次電池電極 - Google Patents
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Description
本発明の複合化重合体組成物の製造方法の一実施形態は、(A)(a)フッ素系重合体、並びに(b)(メタ)アクリル酸アルキルエステルに由来する構成単位及び官能基含有不飽和単量体に由来する構成単位を含む官能基含有重合体、を含有する複合化重合体の水系分散体(以下、「(A)成分」ともいう)と、(B)1気圧における沸点(bp)が100℃以上の有機溶媒(以下、「(B)成分」ともいう)と、を混合する工程と、水系分散体に含有される水分を除去して、複合化重合体と(B)成分を含有する複合化重合体組成物を得る工程と、を有する製造方法である。以下、その詳細について説明する。
(A)成分は、複合化重合体の水系分散体である。この複合化重合体には、重合体成分として、(a)フッ素系重合体(以下、「(a)成分」ともいう)と、(b)官能基含有重合体(以下、「(b)成分」ともいう)とが含有される。なお、(b)成分には、(メタ)アクリル酸アルキルエステルに由来する構成単位と、官能基含有不飽和単量体に由来する構成単位とが含まれている。
重合体成分として前記複合化重合体に含有される(a)成分は、フッ素系重合体である。この(a)成分は、フッ素を含有する重合体であれば特に限定されないが、具体的には、(a−1)フッ化ビニリデンと(a−2)六フッ化プロピレンを含む単量体成分を重合して得られたものを好適例として挙げることができる。
重合体成分として前記複合化重合体に含有される(b)成分は、官能基含有重合体である。この(b)成分としては、(b−1)アクリル酸アルキルエステルと(b−2)官能基含有不飽和単量体を含む単量体成分を重合して得られたものを好適例として挙げることができる。
(a)成分と(b)成分の合計100質量部に対する、(a)成分の割合は、5〜60質量部であることが好ましく、10〜50質量部であることが更に好ましい。(a)成分の割合が5質量部未満であると、耐薬品性等が低下する傾向にある。一方、60質量部超であると、バインダー性能が低下する傾向にある上、高速放電の際の容量低下やサイクル特性が悪くなる傾向にある。
(b−1)成分と(b−2)成分の合計100質量部に対する、(b−2)成分の割合は、0.1〜10質量部であることが好ましく、0.5〜10質量部であることが更に好ましく、1〜10質量部であることが特に好ましい。(b−2)成分の割合が0.1質量部未満であると、電極スラリーの貯蔵安定性が低下する傾向にある。一方、10質量部超であると、電極スラリーの流動性が損なわれる傾向にある。なお、複合化重合体の好適な合成方法は、例えば、特開平7−258499号公報に記載されている。
(B)成分は、1気圧における沸点(bp)が100℃以上、好ましくは115℃以上、更に好ましくは130℃以上の有機溶媒である。(B)成分の具体例としては、トルエン、N−メチルピロリドン(NMP)、メチルイソブチルケトン(MIBK)、シクロヘキサノン、ジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチルホルムアミド(DMF)等を挙げることができる。なかでも、NMP、DMSO、DMFが好ましい。
本実施形態の複合化重合体組成物の製造方法では、先ず、(A)成分と(B)成分を混合して、混合組成物原料を得る。次いで、得られた混合組成物原料から、(A)成分に含有されていた水分を除去する。混合組成物原料から水分を除去することにより、複合化重合体と有機溶媒を含有する、本実施形態の複合化重合体組成物を製造することができる。
次に、本発明の複合化重合体組成物の一実施形態について説明する。本実施形態の複合化重合体組成物は、前述の複合化重合体組成物の製造方法によって製造されたものであり、サイクル特性に優れた二次電池を製造し得る、集電体との密着性が良好な、ペースト安定性に優れたものである。
次に、本発明の二次電池電極用ペースト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ペーストは、前述の複合化重合体組成物と、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ペーストは、複合化重合体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ペースト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。
容量維持率(%)={(所定サイクル経過後の放電容量)/(5サイクル目の放電容量)}×100 …(1)
○:沈降物が確認されない。
△:軟らかい沈降物(容易に再撹拌が可能な程度のもの)が僅かに確認される。
×:固い沈降物(再撹拌が容易にはできない程度のもの)が確認される、又は多量の沈降物が確認される。
電磁式撹拌機を備えた内容積約6リットルのオートクレーブの内部を十分に窒素置換した後、脱酸素した純水2.5リットル、及び乳化剤としてパーフルオロデカン酸アンモニウム25gを仕込み、350rpmで撹拌しながら60℃まで昇温した。次いで、フッ化ビニリデン(VDF)44.2%、及び六フッ化プロピレン(HFP)55.8%からなる混合ガスを、内圧が20kg/cm2Gに達するまで仕込んだ。その後、重合開始剤としてジイソプロピルパーオキシジカーボネートを20%含有するフロン113溶液25gを、窒素ガスを使用して圧入し、重合を開始させた。重合中はVDF60.2%、及びHFP39.8%からなる混合ガスを逐次圧入して、圧力を20kg/cm2Gに維持した。また、重合の進行とともに重合速度が低下するため、3時間経過後に、先と同量の重合開始剤を、窒素ガスを使用して圧入して、更に3時間反応を継続させた。反応液を冷却するとともに撹拌を停止し、未反応単量体を放出して反応を停止させ、フッ素重合体のラテックスを得た。
表1に示す配合処方としたこと以外は、前述の実施例1の場合と同様の操作により、複合化重合体組成物(実施例2〜4)を得た。得られた複合化重合体組成物の金属箔への密着性、及びペースト安定性の評価結果を表1に示す。更に、複合化重合体組成物を用いて作製したリチウム二次電池の容量維持率の測定結果を表1に示す。なお、表1の配合処方における単量体成分((a)及び(b)成分)の略称は、以下に示す通りである。
HFP:六フッ化プロピレン
nBA:n−ブチルアクリレート
MMA:メチルメタクリレート
ST:スチレン
AA:アクリル酸
IA:イタコン酸
NMAM:N−メチロールアクリルアミド
ATBS:2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸
NASS:スチレンスルホン酸ナトリウム
GMA:グリシジルメタクリレート
前述の実施例1の場合と同様の操作により得られた複合化重合体の水系分散体を、NMPで置換することなく、そのままペーストの配合に用い、各種評価試験に供した。この水系分散体を用いたペーストの金属箔への密着性、及びペースト安定性の評価結果を表1に示す。また、水系分散体に含有される複合化重合体の数平均粒子径の測定結果を表1に示す。更に、水系分散体を用いて作製したリチウム二次電池の容量維持率の測定結果を表1に示す。
前述の実施例1の場合と同様の操作により得られたフッ素重合体のラテックス100部(固形分換算)に対して、900部に相当するNMPを、ラテックスに添加した。水温を85℃に設定したロータリーエバポレーターを使用し、減圧条件下で水分を蒸留除去して、フッ素重合体のNMP分散体を得た。
表1に示す配合処方としたこと以外は、前述の実施例1の場合と同様の操作により、フッ素重合体のラテックスを得た。得られたフッ素重合体のラテックス100部(固形分換算)に対して、900部に相当するNMPを、ラテックスに添加した。水温を85℃に設定したロータリーエバポレーターを使用し、減圧条件下で水分を蒸留除去して、フッ素重合体のNMP分散体を得た。なお、得られたNMP分散体の残留水分量を、カールフィッシャー試薬による滴定法により測定したところ、1.3%であった。得られたNMP分散体を各種評価試験に供した。このNMP分散体の金属箔への密着性、及びペースト安定性の評価結果を表1に示す。また、NMP分散体に含有される粒子の数平均粒子径の測定結果を表1に示す。更に、NMP分散体を用いて作製したリチウム二次電池の容量維持率の測定結果を表1に示す。
容量7リットルのセパラブルフラスコの内部を十分に窒素置換した後、乳化剤として2−(1−アリル)−4−ノニルフェノキシポリエチレングリコールスルフェートアンモニウム3部を仕込み、75℃に昇温させた。次に、n−ブチルアクリレート60部、スチレン30部、アクリル酸2部、イタコン酸1部、及び適量の水を加え、75℃で30分撹拌した。その後、重合開始剤として過硫酸ナトリウム0.5部を加え、85〜95℃で2時間重合を行った。冷却して反応を停止させ、官能基含有重合体の水系分散体を得た。得られた官能基含有重合体の水分散体100部(固形分換算)に対して、900部に相当するNMPを、水分散体に添加した。水温を85℃に設定したロータリーエバポレーターを使用し、減圧条件下で水分を蒸留除去して、官能基含有重合体のNMP分散体を得た。得られたNMP分散体を各種評価試験に供した。このNMP分散体の金属箔への密着性、及びペースト安定性の評価結果を表1に示す。また、NMP分散体に含有される粒子の数平均粒子径の測定結果を表1に示す。更に、NMP分散体を用いて作製したリチウム二次電池の容量維持率の測定結果を表1に示す。
Claims (8)
- (A)(a)フッ素系重合体、並びに(b)(メタ)アクリル酸アルキルエステルに由来する構成単位及び官能基含有不飽和単量体に由来する構成単位を含む官能基含有重合体、を含有する複合化重合体の水系分散体と、
(B)1気圧における沸点(bp)が100℃以上の有機溶媒と、
を混合する工程と、
前記水系分散体に含有される水分を除去して、前記複合化重合体、及び前記有機溶媒を含有する複合化重合体組成物を得る工程と、
を有する複合化重合体組成物の製造方法。 - 前記(a)フッ素系重合体が、
(a−1)フッ化ビニリデンに由来する構成単位50〜80質量%、
(a−2)六フッ化プロピレンに由来する構成単位20〜50質量%、及び
(a−3)その他の不飽和単量体に由来する構成単位0〜30質量%、
からなるものである請求項1に記載の複合化重合体組成物の製造方法。 - 前記(b)官能基含有重合体が、
(b−1)(メタ)アクリル酸アルキルエステルに由来する構成単位40〜80質量%、
(b−2)官能基含有不飽和単量体に由来する構成単位0.1〜20質量%、及び
(b−3)その他の不飽和単量体0〜40質量%、
からなるものである請求項1又は2に記載の複合化重合体組成物の製造方法。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の複合化重合体組成物の製造方法によって製造された複合化重合体組成物。
- 二次電池電極用バインダーとして用いられる請求項4に記載の複合化重合体組成物。
- 請求項4又は5に記載の複合化重合体組成物と、
電極活物質と、
を含有する二次電池電極用ペースト。 - 前記電極活物質100質量部に対して、
前記複合化重合体組成物を0.1〜10質量部(但し固形分として)含有する請求項6に記載の二次電池電極用ペースト。 - 集電材と、
前記集電材の表面上に請求項6又は7に記載の二次電池電極用ペースト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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