JP5181632B2 - Battery electrode binder composition, battery electrode binder composition manufacturing method, battery electrode paste, battery electrode, and battery electrode manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、電池電極用のバインダーとして好適に用いられる電池電極用バインダー組成物、その製造方法、電池電極用バインダー組成物を用いた電池電極用ペースト、電池電極、及び電池電極の製造方法に関する。 The present invention relates to a battery electrode binder composition suitably used as a battery electrode binder, a method for producing the same, a battery electrode paste using the battery electrode binder composition, a battery electrode, and a method for producing the battery electrode.
近年、ニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池等の二次電池が、携帯電話やノートパソコンなどの電子機器の電源として広く用いられている。 In recent years, secondary batteries such as nickel metal hydride secondary batteries and lithium ion secondary batteries have been widely used as power sources for electronic devices such as mobile phones and laptop computers.
二次電池は、正極及び負極の電極を備えており、これらの電極は、例えば、バインダーと、分散媒としてN−メチルピロリドン(NMP)等の有機溶剤と、活物質とを分散混合してペーストを得た後、このペーストを集電材上に塗布・乾燥して得ることができる。 The secondary battery includes a positive electrode and a negative electrode. These electrodes are, for example, a paste obtained by dispersing and mixing a binder, an organic solvent such as N-methylpyrrolidone (NMP) as a dispersion medium, and an active material. This paste can be obtained by applying and drying on a current collector.
バインダーとしては、具体的には、水添ジエン系重合体にカルボキシル基等の官能基を導入した変性重合体(例えば、特許文献1参照)や、フッ素を含有する重合体と、カルボキシル基等の官能基を有するアクリル系重合体とを複合化した複合化重合体の水系分散体(例えば、特許文献2参照)などが報告されている。 Specific examples of the binder include a modified polymer in which a functional group such as a carboxyl group is introduced into a hydrogenated diene polymer (for example, see Patent Document 1), a fluorine-containing polymer, a carboxyl group, and the like. An aqueous dispersion of a composite polymer obtained by combining an acrylic polymer having a functional group (for example, see Patent Document 2) has been reported.
しかしながら、特許文献1に記載の変性重合体を用いて形成された電極は、電極層と集電材との密着性について未だ改良の余地があり、また、リチウムイオンの移動度は十分ではなかった。 However, the electrode formed using the modified polymer described in Patent Document 1 still has room for improvement in the adhesion between the electrode layer and the current collector, and the mobility of lithium ions has not been sufficient.
特許文献2に記載の複合化重合体の水系分散体を用いて調製した電極ペーストは、長期間放置した場合には沈降物が生じ易くなる場合があり、集電材との密着性に関しても未だ改良の余地があり、また、リチウムイオンの移動度は十分ではなかった。 The electrode paste prepared using the aqueous dispersion of the composite polymer described in Patent Document 2 may tend to form a precipitate when left for a long period of time, and the adhesiveness to the current collector is still improved. In addition, the mobility of lithium ions was not sufficient.
そのため、特許文献1に記載の変性重合体、及び、特許文献2に記載の複合化重合体の水系分散体を用いて製造される電池(二次電池)は、繰り返し充放電(サイクル特性)による容量低下が大きく、また、内部抵抗(Ω)の上昇も大きいという問題があった。 Therefore, the battery (secondary battery) manufactured using the modified polymer described in Patent Document 1 and the aqueous dispersion of the composite polymer described in Patent Document 2 is repeatedly charged and discharged (cycle characteristics). There was a problem that the capacity was greatly reduced and the internal resistance (Ω) was also greatly increased.
そこで、携帯電話やノートパソコンなどの電子機器の開発に伴い、良好な容量維持率(%)及び内部抵抗(Ω)を有する、サイクル特性に優れた電池(二次電池)の電極を好適に形成可能な電池電極用バインダー組成物、その製造方法、電池電極用バインダー組成物を用いた電池電極用ペースト、電池電極、及び電池電極の製造方法の開発が求められていた。 Therefore, along with the development of electronic devices such as mobile phones and notebook computers, the electrodes of batteries (secondary batteries) with excellent capacity characteristics (%) and internal resistance (Ω) and excellent cycle characteristics are formed appropriately. Development of a battery electrode binder composition, a method for producing the same, a battery electrode paste using the battery electrode binder composition, a battery electrode, and a method for producing the battery electrode has been demanded.
本発明は、上述のような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、集電材との密着性、及びリチウムイオンの移動度を向上させるとともに、これらのバランスが良好である電極層を形成可能であることに加え、静置後の溶液の均一性などの性質を維持した電池電極用ペーストの材料である電池電極用バインダー組成物、その製造方法、及びこの電池電極用バインダー組成物を含む電池電極用ペーストを提供する。また、この電池電極用ペーストを用いて形成され、容量維持率(%)及び内部抵抗(Ω)が良好である電池(二次電池)を形成することができる電池電極、及びその製造方法を提供する。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems of the prior art, and improves the adhesion with the current collector and the mobility of lithium ions, and the electrode layer has a good balance between them. Battery electrode binder composition that is a material for battery electrode paste that maintains properties such as the uniformity of the solution after standing, a method for producing the same, and this battery electrode binder composition A battery electrode paste is provided. In addition, a battery electrode that can be formed using this battery electrode paste and can form a battery (secondary battery) having a good capacity retention rate (%) and internal resistance (Ω), and a method for manufacturing the same are provided. To do.
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、特定の重合体((A)重合体)と、その分子中にアニオン性官能基とカチオン性官能基とをそれぞれ少なくとも一つ有する化合物((B)化合物)とを含有する電池電極用バインダー組成物を用いると、(A)化合物が集電材との密着性を向上させ、(B)化合物が電池電極表面近傍におけるリチウムイオンの移動度を向上させるため、上記課題を解決することが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that the specific polymer ((A) polymer) and at least one anionic functional group and cationic functional group in the molecule thereof, respectively. When the battery electrode binder composition containing the compound ((B) compound) is used, the (A) compound improves the adhesion with the current collector, and the (B) compound is a lithium ion near the battery electrode surface. In order to improve mobility, the present inventors have found that the above problems can be solved, and have completed the present invention.
具体的には、本発明により、以下の電池電極用バインダー組成物、電池電極用バインダー組成物の製造方法、電池電極用ペースト、電池電極、及び電池電極の製造方法が提供される。 Specifically, the present invention provides the following battery electrode binder composition, battery electrode binder composition manufacturing method, battery electrode paste, battery electrode, and battery electrode manufacturing method.
[1] (A)アニオン性官能基を有する重合体と、(B)その分子中に、アニオン性官能基とカチオン性官能基とをそれぞれ少なくとも一つ有する化合物と、を含有し、前記(B)化合物の使用量は、前記(A)重合体100質量部に対して、1〜7質量部である電池電極用バインダー組成物。 [1] and a polymer having (A) an anionic functional group, (B) in its molecule, contains a compound having at least one anionic functional group and a cationic functional group, respectively, wherein the (B ) The usage-amount of a compound is a binder composition for battery electrodes which is 1-7 mass parts with respect to 100 mass parts of said (A) polymers .
[2] 前記(A)重合体の前記アニオン性官能基が、スルホン酸基である前記[1]に記載の電池電極用バインダー組成物。 [2] The battery electrode binder composition according to [1], wherein the anionic functional group of the polymer (A) is a sulfonic acid group.
[3] 更に、(D)フッ素原子を含有する重合体を含有する前記[1]または[2]に記載の電池電極用バインダー組成物。 [3] The binder composition for battery electrodes according to [1] or [2], further comprising (D) a polymer containing fluorine atoms.
[4] 前記(A)重合体と前記(D)重合体とが複合化重合体を形成している前記[3]に記載の電池電極用バインダー組成物。 [4] The binder composition for battery electrodes according to [3], wherein the (A) polymer and the (D) polymer form a composite polymer.
[5] 前記複合化重合体が、前記(D)重合体をシードとして、前記(A)重合体を構成するためのアニオン性官能基を有する単量体を重合させて得られるものである前記[4]に記載の電池電極用バインダー組成物。 [5] The complex polymer is obtained by polymerizing a monomer having an anionic functional group for constituting the polymer (A) using the polymer (D) as a seed. The binder composition for battery electrodes according to [4].
[6] 前記(B)化合物の前記アニオン性官能基が、カルボキシル基、スルホン酸基、イミド酸基、及び、式:BO2H2で表わされる基よりなる群から選択される少なくとも一種であり、前記(B)化合物の前記カチオン性官能基が、アミノ基、イミノ基、イミダゾリウム基、及び、ピリジニウム基よりなる群から選択される少なくとも一種である前記[1]〜[5]のいずれかに記載の電池電極用バインダー組成物。 [6] The anionic functional group of the compound (B) is at least one selected from the group consisting of a carboxyl group, a sulfonic acid group, an imido acid group, and a group represented by the formula: BO 2 H 2 . Any one of [1] to [5], wherein the cationic functional group of the compound (B) is at least one selected from the group consisting of an amino group, an imino group, an imidazolium group, and a pyridinium group. The binder composition for battery electrodes described in 1.
[7] 前記(B)化合物が、(B−1)その分子中に、アミノ基及びスルホン酸基をそれぞれ少なくとも一つ有する化合物、または、(B−2)その分子中に、アミノ基及びカルボキシル基をそれぞれ少なくとも一つ有する化合物である前記[1]〜[6]のいずれかに記載の電池電極用バインダー組成物。 [7] The compound (B) is (B-1) a compound having at least one amino group and sulfonic acid group in the molecule, or (B-2) an amino group and carboxyl in the molecule. The binder composition for battery electrodes according to any one of [1] to [6], wherein the binder composition is a compound having at least one group.
[8] (C)有機溶媒を更に含有する前記[1]〜[7]のいずれかに記載の電池電極用バインダー組成物。 [8] The binder composition for battery electrodes according to any one of [1] to [7], further comprising (C) an organic solvent.
[9] アニオン性官能基を有する重合体が分散した分散体を得る工程と、得られた前記分散体に、その分子中にアニオン性官能基とカチオン性官能基とをそれぞれ少なくとも一つ有する化合物を加えて第一の混合液を得る工程と、前記第一の混合液と有機溶媒とを混合して第二の混合液を得る工程と、前記第二の混合液から水を除去して電池電極用バインダー組成物を得る工程と、を有する電池電極用バインダー組成物の製造方法。 [9] A step of obtaining a dispersion in which a polymer having an anionic functional group is dispersed, and a compound having at least one anionic functional group and a cationic functional group in the molecule of the obtained dispersion. To obtain a first mixed liquid, to mix the first mixed liquid and an organic solvent to obtain a second mixed liquid, to remove water from the second mixed liquid, and to A method for producing a binder composition for battery electrodes, comprising: obtaining a binder composition for electrodes.
[10] 前記分散体が、アニオン性官能基を有する単量体を水溶液中で重合させて得られるものである前記[9]に記載の電池電極バインダー組成物の製造方法。 [10] The method for producing a battery electrode binder composition according to [9], wherein the dispersion is obtained by polymerizing a monomer having an anionic functional group in an aqueous solution.
[11] 前記分散体を得る工程が、フッ素原子を含有する重合体をシードとしてアニオン性官能基を有する単量体を水溶液中で重合させて、前記フッ素原子を含有する重合体とアニオン性官能基を有する重合体とが複合化した重合体が分散した分散体を得る工程である前記[9]に記載の電池電極用バインダー組成物の製造方法。
[12] 前記[9]〜[11]のいずれかに記載の電池電極用バインダー組成物の製造方法により製造される電池電極用バインダー組成物。
[11] In the step of obtaining the dispersion, a polymer having an anionic functional group is polymerized in an aqueous solution using a polymer containing a fluorine atom as a seed, and the polymer containing the fluorine atom and an anionic functional The method for producing a binder composition for a battery electrode according to [9], which is a step of obtaining a dispersion in which a polymer in which a polymer having a group is dispersed is dispersed.
[12] A battery electrode binder composition produced by the method for producing a battery electrode binder composition according to any one of [9] to [11].
[13] 前記[1]〜[8]のいずれかに記載の電池電極用バインダー組成物と、活物質と、を含有する電池電極用ペースト。 [ 13 ] A battery electrode paste comprising the battery electrode binder composition according to any one of [1] to [8] and an active material.
[14] 集電材と、前記集電材の表面上に、前記[13]に記載の電池電極用ペーストを塗布し、乾燥させて形成される電極層と、を備えた電池電極。 [ 14 ] A battery electrode comprising: a current collector; and an electrode layer formed by applying the battery electrode paste according to [ 13 ] on the surface of the current collector and drying.
[15] 前記[13]に記載の電池電極用ペーストを集電材の表面上に塗布した後、80℃以上の温度で乾燥させて電極層を形成する電池電極の製造方法。 [ 15 ] A method for producing a battery electrode, wherein the battery electrode paste according to [ 13 ] is applied on the surface of a current collector and then dried at a temperature of 80 ° C. or more to form an electrode layer.
本発明の電池電極用バインダー組成物は、(A)アニオン性官能基を有する重合体と、(B)その分子中に、アニオン性官能基とカチオン性官能基とをそれぞれ少なくとも一つ有する化合物と、を含有し、(B)化合物の使用量が、(A)重合体100質量部に対して、1〜7質量部のものであるため、集電材との密着性、及びリチウムイオンの移動度を向上させるとともに、これらのバランスが良好である電極層を形成可能であることに加え、静置後の溶液の均一性などの性質を維持した電池電極用ペーストの材料であるという効果を奏するものである。 The binder composition for battery electrodes of the present invention comprises (A) a polymer having an anionic functional group, and (B) a compound having at least one anionic functional group and a cationic functional group in the molecule thereof. , And the amount of the compound (B) used is 1 to 7 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polymer (A) , and therefore the adhesion to the current collector and the mobility of lithium ions In addition to being able to form an electrode layer with a good balance between these, it is possible to produce a battery electrode paste material that maintains properties such as the uniformity of the solution after standing. It is.
本発明の電池電極用バインダー組成物の製造方法は、アニオン性官能基を有する重合体が分散した分散体を得る工程と、得られた前記分散体に、その分子中にアニオン性官能基とカチオン性官能基とをそれぞれ少なくとも一つ有する化合物を加えて第一の混合液を得る工程と、前記第一の混合液と有機溶媒とを混合して第二の混合液を得る工程と、前記第二の混合液から水を除去して電池電極用バインダー組成物を得る工程と、を有するため、本発明の電池電極用バインダー組成物を良好に製造することができるという効果を奏するものである。 The method for producing a binder composition for a battery electrode according to the present invention includes a step of obtaining a dispersion in which a polymer having an anionic functional group is dispersed, and the obtained dispersion has an anionic functional group and a cation in the molecule. Adding a compound each having at least one functional group to obtain a first mixture, mixing the first mixture and an organic solvent to obtain a second mixture, and The step of removing water from the second mixed solution to obtain a battery electrode binder composition has the effect that the battery electrode binder composition of the present invention can be produced satisfactorily.
本発明の電池電極用ペーストは、本発明の電池電極用バインダー組成物を含有するため、集電材との密着性、及びリチウムイオンの移動度を向上させるとともに、これらのバランスが良好である電極層を形成可能であることに加え、静置後の溶液の均一性などの性質を維持することができるという効果を奏するものである。 Since the battery electrode paste of the present invention contains the battery electrode binder composition of the present invention, the electrode layer improves the adhesion to the current collector and the mobility of lithium ions and has a good balance between these. In addition to being able to form, it is possible to maintain properties such as uniformity of the solution after standing.
本発明の電池電極は、本発明の電池電極用ペーストによって形成される電極層を備えているため、容量維持率(%)及び内部抵抗(Ω)が良好である電池(二次電池)を提供することが可能であるという効果を奏するものである。 Since the battery electrode of the present invention includes the electrode layer formed by the battery electrode paste of the present invention, a battery (secondary battery) having good capacity retention rate (%) and internal resistance (Ω) is provided. There is an effect that it is possible.
本発明の電池電極の製造方法は、本発明の電池電極用ペーストを集電材の表面上に塗布した後、80℃以上の温度で乾燥させて電極層を形成するものであるため、本発明の電池電極を良好に製造することが可能であるという効果を奏するものである。 Since the battery electrode manufacturing method of the present invention is such that the electrode layer is formed by applying the battery electrode paste of the present invention on the surface of the current collector and then drying it at a temperature of 80 ° C. or higher. The battery electrode can be manufactured satisfactorily.
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。即ち、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に属することが理解されるべきである。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described, but the present invention is not limited to the following embodiment. That is, it is understood that modifications and improvements as appropriate to the following embodiments are also within the scope of the present invention based on ordinary knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Should be.
[1]電池電極用バインダー組成物:
本発明の電池電極用バインダー組成物の一実施形態は、(A)アニオン性官能基を有する重合体(以下、単に「(A)重合体」と記す場合がある)と、(B)その分子中に、アニオン性官能基とカチオン性官能基とをそれぞれ少なくとも一つ有する化合物(以下、単に「(B)化合物」と記す場合がある)と、を含有し、(B)化合物の使用量は、(A)重合体100質量部に対して、1〜7質量部のものである。
[1] Battery electrode binder composition:
One embodiment of the binder composition for a battery electrode according to the present invention includes (A) a polymer having an anionic functional group (hereinafter sometimes simply referred to as “(A) polymer”), and (B) its molecule. A compound having at least one anionic functional group and a cationic functional group (hereinafter sometimes simply referred to as “(B) compound”), and the amount of the (B) compound used is (A) It is a thing of 1-7 mass parts with respect to 100 mass parts of polymers .
本実施形態の電池電極用バインダー組成物は、(A)重合体と、(B)化合物とを含有することによって、集電材との密着性、及びリチウムイオンの移動度が向上するとともに、これらのバランスが良好である電極層を形成可能であることに加え、静置後の溶液の均一性などの性質を維持した電池電極用ペーストの材料として好適に用いることができる。そして、本実施形態の電池電極用バインダー組成物を含有する電池電極用ペーストによって形成した電池電極を備えた電池(二次電池)は、容量維持率(%)及び内部抵抗(Ω)が良好であるという利点がある。 The battery electrode binder composition of the present embodiment contains (A) the polymer and (B) compound, thereby improving the adhesion to the current collector and the mobility of lithium ions. In addition to being able to form a well-balanced electrode layer, it can be suitably used as a battery electrode paste material that maintains properties such as the uniformity of the solution after standing. And the battery (secondary battery) provided with the battery electrode formed with the paste for battery electrodes containing the binder composition for battery electrodes of this embodiment has a favorable capacity retention rate (%) and internal resistance (Ω). There is an advantage of being.
[1−1](A)重合体:
本実施形態の電池電極用バインダー組成物に含有される(A)アニオン性官能基を有する重合体は、アニオン性官能基を有するものである。この(A)重合体は、本実施形態の電池電極用バインダー組成物中において良好に分散しているため、本実施形態の電池電極用バインダー組成物を含む電池電極用ペーストによって電極層を形成した場合、(A)アニオン性官能基を有する重合体が電極層中に良好に分散することになる。ところで、電極層中で(A)重合体が良好に分散していない場合には、集電材に対して十分に接着されない部分が生じ、接着部分にムラが生じる。そのため、集電材に対して十分な密着性を有する電極層を得ることが困難になっていた。従って、(A)重合体が電極層中に良好に分散していると、集電材に対する密着性が良好な電極層を得ることができる。そして、集電材と電極層との密着性が良好である二次電池は、電極層が剥離し難くなるため、電極層が剥離することに起因して生じるサイクル特性の低下を防止することができ、優れたサイクル特性を有する。
[1-1] (A) Polymer:
The polymer (A) having an anionic functional group contained in the battery electrode binder composition of the present embodiment has an anionic functional group. Since the polymer (A) is well dispersed in the battery electrode binder composition of the present embodiment, an electrode layer was formed from the battery electrode paste containing the battery electrode binder composition of the present embodiment. In this case, (A) the polymer having an anionic functional group is well dispersed in the electrode layer. By the way, when (A) polymer is not disperse | distributing favorable in an electrode layer, the part which is not fully adhere | attached with respect to a current collection material will arise, and a nonuniformity will arise in an adhesion part. For this reason, it has been difficult to obtain an electrode layer having sufficient adhesion to the current collector. Therefore, when the (A) polymer is well dispersed in the electrode layer, an electrode layer having good adhesion to the current collector can be obtained. A secondary battery having good adhesion between the current collector and the electrode layer can prevent the electrode layer from being peeled off, thereby preventing deterioration in cycle characteristics caused by the electrode layer peeling off. , Has excellent cycle characteristics.
(A)重合体中のアニオン性官能基としては、例えば、カルボキシル基、スルホン酸基などを挙げることができる。これらの中でも、電池電極用ペーストの静置安定性を良好に向上させることができるという観点から、スルホン酸基であることが好ましい。 (A) As an anionic functional group in a polymer, a carboxyl group, a sulfonic acid group, etc. can be mentioned, for example. Among these, a sulfonic acid group is preferable from the viewpoint that the stationary stability of the battery electrode paste can be improved satisfactorily.
(A)重合体は、例えば、カルボキシル基、スルホン酸基などのアニオン性官能基を有する単量体(以下、「(a−1)単量体」と記す場合がある)を重合させて製造することができる。 (A) The polymer is produced, for example, by polymerizing a monomer having an anionic functional group such as a carboxyl group or a sulfonic acid group (hereinafter sometimes referred to as “(a-1) monomer”). can do.
カルボキシル基を有する単量体としては、例えば、アクリル酸、(メタ)アクリル酸、クロトン酸等の不飽和モノカルボン酸類;マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、メサコン酸等の不飽和ポリカルボン酸類等を挙げることができる。 Examples of the monomer having a carboxyl group include unsaturated monocarboxylic acids such as acrylic acid, (meth) acrylic acid, and crotonic acid; unsaturated polycarboxylic acids such as maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, citraconic acid, and mesaconic acid. Examples thereof include carboxylic acids.
スルホン酸基を有する単量体としては、例えば、スチレンスルホン酸、メタリルオキシベンゼンスルホン酸、アリルオキシベンゼンスルホン酸、アリルスルホン酸、ビニルスルホン酸、メタリルスルホン酸、4−スルホブチルメタクリレート、及びイソプレンスルホン酸、並びにこれらの塩等を挙げることができる。これらの中でも、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、スチレン酸、アリルオキシベンゼンスルホン酸、及びこれらの塩が好ましい。なお、これらのスルホン酸基を有する単量体は、一種単独でまたは二種以上を組み合わせて用いることができる。 Examples of the monomer having a sulfonic acid group include styrene sulfonic acid, methallyloxybenzene sulfonic acid, allyloxybenzene sulfonic acid, allyl sulfonic acid, vinyl sulfonic acid, methallyl sulfonic acid, 4-sulfobutyl methacrylate, and Examples include isoprenesulfonic acid and salts thereof. Among these, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, styrene acid, allyloxybenzenesulfonic acid, and salts thereof are preferable. In addition, the monomer which has these sulfonic acid groups can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
(A)重合体は、(a−1)単量体以外に、(a−2)その他の単量体を用いて製造することができる。(a−2)その他の単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸アルキルエステル;スチレン、α−メチルスチレン、ジビニルベンゼン等の芳香族ビニル化合物;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル類;フッ化ビニル、テトラフルオロエチレン、塩化ビニル、塩化ビニリデン等のハロゲン化ビニル系化合物;ブタジエン、イソプレン、クロロプレン等の共役ジエン類、エチレン等を挙げることができる。 (A) The polymer can be produced using (a-2) other monomers in addition to (a-1) monomers. (A-2) Other monomers include, for example, (meth) acrylic acid alkyl esters; aromatic vinyl compounds such as styrene, α-methylstyrene and divinylbenzene; vinyl esters such as vinyl acetate and vinyl propionate Vinyl halide compounds such as vinyl fluoride, tetrafluoroethylene, vinyl chloride, vinylidene chloride; conjugated dienes such as butadiene, isoprene, chloroprene, ethylene, and the like.
(メタ)アクリル酸アルキルエステルとしては、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−プロピル、(メタ)アクリル酸i−プロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸i−ブチル、(メタ)アクリル酸n−アミル、(メタ)アクリル酸i−アミル、(メタ)アクリル酸n−ヘキシル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸n−オクチル、(メタ)アクリル酸n−ノニル、(メタ)アクリル酸n−デシル、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等を挙げることができる。 Examples of the (meth) acrylic acid alkyl ester include, for example, methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-propyl (meth) acrylate, i-propyl (meth) acrylate, and (meth) acrylic acid n. -Butyl, i-butyl (meth) acrylate, n-amyl (meth) acrylate, i-amyl (meth) acrylate, n-hexyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, (meth ) N-octyl acrylate, n-nonyl (meth) acrylate, n-decyl (meth) acrylate, ethylene glycol di (meth) acrylate, propylene glycol di (meth) acrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate, Pentaerythritol tetra (meth) acrylate, dipentaerythritol hexa (meta Mention may be made of acrylate, and the like.
(a−1)単量体に由来する構成単位の割合は、0.1〜25質量%であることが好ましく、0.1〜20質量%であることが更に好ましく、0.1〜18質量%であることが特に好ましい。アニオン性官能基を有する単量体に由来する構成単位の割合が0.1質量%未満であると、水系における重合に際し、粒子状の(A)重合体の化学的安定性が不足して、良好な水系分散体が得難くなるおそれがある。一方、25質量%超であると、水系における重合に際し、(A)重合体の粘度が高くなり過ぎるおそれがあり、粒子状の(A)重合体が合一凝集して、良好な水系分散体を得難くなるおそれがある。 (A-1) The proportion of the structural unit derived from the monomer is preferably 0.1 to 25% by mass, more preferably 0.1 to 20% by mass, and 0.1 to 18% by mass. % Is particularly preferred. When the proportion of the structural unit derived from the monomer having an anionic functional group is less than 0.1% by mass, the chemical stability of the particulate (A) polymer is insufficient during polymerization in an aqueous system, There is a possibility that it is difficult to obtain a good aqueous dispersion. On the other hand, when it exceeds 25% by mass, the viscosity of the polymer (A) may be excessively high in the polymerization in the aqueous system, and the particulate (A) polymer aggregates together to form a good aqueous dispersion. May be difficult to obtain.
特に、(A)重合体が、アニオン性官能基の中でもスルホン酸基を含有する重合体である場合、スルホン酸基を有する単量体に由来する構成単位の割合は、0.1〜20質量%であることが好ましく、0.1〜18質量%であることが更に好ましく、0.1〜15質量%であることが特に好ましい。上記割合が0.1質量%未満であると、水系における重合に際し、粒子状の(A)重合体の化学的安定性が不足して、良好な水系分散体を得難くなるおそれがある。一方、20質量%超であると、水系における重合に際し、(A)重合体の粘度が高くなり過ぎるおそれがあり、粒子状の(A)重合体が合一凝集して、良好な水系分散体を得難くなるおそれがある。 In particular, when the polymer (A) is a polymer containing a sulfonic acid group among anionic functional groups, the proportion of the structural unit derived from the monomer having a sulfonic acid group is 0.1 to 20 mass. %, More preferably 0.1 to 18% by mass, and particularly preferably 0.1 to 15% by mass. When the ratio is less than 0.1% by mass, the chemical stability of the particulate (A) polymer is insufficient during polymerization in an aqueous system, and it may be difficult to obtain a good aqueous dispersion. On the other hand, if it exceeds 20% by mass, the viscosity of the (A) polymer may become too high during polymerization in the aqueous system, and the particulate (A) polymer will coalesce and coalesce, resulting in a good aqueous dispersion. May be difficult to obtain.
(a−2)その他の単量体に由来する構成単位の割合は、0〜40質量%であることが好ましく、0〜30質量%であることが更に好ましく、0〜20質量%であることが特に好ましい。上記割合が40質量%超であると、(A)重合体と、後述するフッ素原子を含有する重合体との相溶性が不足し、(A)重合体とフッ素原子を含有する重合体とによって複合化重合体を形成した際に、この複合化重合体において層分離現象が生じ易くなるおそれがある。 (A-2) The proportion of structural units derived from other monomers is preferably 0 to 40% by mass, more preferably 0 to 30% by mass, and 0 to 20% by mass. Is particularly preferred. When the ratio is more than 40% by mass, the compatibility between the polymer (A) and the polymer containing fluorine atoms described below is insufficient, and (A) the polymer and the polymer containing fluorine atoms When the composite polymer is formed, there is a possibility that a layer separation phenomenon is likely to occur in the composite polymer.
(A)重合体は、アニオン性官能基を有する単量体を水溶液中で重合させて得られるものであることが好ましい。アニオン性官能基を有する単量体としては、上記(A)重合体中のアニオン性官能基と同様のアニオン性官能基を有する単量体を好適に用いることができる。重合は公知の方法により行うことができる。 (A) The polymer is preferably obtained by polymerizing a monomer having an anionic functional group in an aqueous solution. As the monomer having an anionic functional group, a monomer having an anionic functional group similar to the anionic functional group in the polymer (A) can be suitably used. The polymerization can be performed by a known method.
本実施形態の電池電極用バインダー組成物は、(A)重合体以外に、フッ素原子を含有する重合体(以下、「(D)重合体」と記す場合がある)を更に含有することが好ましい。(D)重合体を更に含有することによって、充放電時の耐電位性が向上するため、バインダーの電気分解が抑制され、結果としてサイクル特性が向上するという利点がある。 The binder composition for battery electrodes of this embodiment preferably further contains a polymer containing a fluorine atom (hereinafter sometimes referred to as “(D) polymer”) in addition to the polymer (A). . (D) By further containing the polymer, the potential resistance at the time of charge / discharge is improved, so that the electrolysis of the binder is suppressed, and as a result, the cycle characteristics are improved.
また、本実施形態の電池電極用バインダー組成物は、(D)重合体を含有する場合、(A)重合体と(D)重合体とが複合化して形成された複合化重合体(以下、単に「複合化重合体」と記す場合がある)を含有することが特に好ましい。(A)重合体と(D)重合体とが複合化した状態で含有されることによって、(D)重合体と(A)重合体の相分離が抑制され、スラリーの安定性、分散性が向上し、結果として集電体に対する密着性が向上するという利点がある。 Moreover, when the battery electrode binder composition of the present embodiment contains (D) a polymer, a composite polymer (hereinafter referred to as "polymer (A)" and (D) polymer) is formed. It is particularly preferred to contain (sometimes simply referred to as “complexed polymer”). By containing (A) polymer and (D) polymer in a composite state, phase separation of (D) polymer and (A) polymer is suppressed, and slurry stability and dispersibility are improved. As a result, there is an advantage that adhesion to the current collector is improved.
(D)重合体は、その分子構造中にフッ素を含有する重合体であれば特に限定されないが、(d−1)フッ化ビニリデンと(d−2)六フッ化プロピレンとを含む(α)単量体成分を重合して得られるものを好適に用いることができる。即ち、(D)重合体は、(d−1)フッ化ビニリデンに由来する構成単位と(d−2)六フッ化プロピレンに由来する構成単位とを含有する重合体であることが好ましい。このような構成の(D)重合体を用いることによって、(A)重合体との相溶性が向上し、(A)重合体と(D)重合体の複合化化合物の経時劣化を抑制することができるという利点がある。 (D) Although it will not specifically limit if a polymer contains a fluorine in the molecular structure, (d-1) vinylidene fluoride and (d-2) hexafluoropropylene are included ((alpha)). Those obtained by polymerizing monomer components can be preferably used. That is, the (D) polymer is preferably a polymer containing (d-1) a structural unit derived from vinylidene fluoride and (d-2) a structural unit derived from hexafluoropropylene. By using the (D) polymer having such a configuration, the compatibility with the (A) polymer is improved, and the deterioration with time of the compound compound of the (A) polymer and the (D) polymer is suppressed. There is an advantage that can be.
(α)単量体成分には、(d−1)フッ化ビニリデンと(d−2)六フッ化プロピレン以外に、(d−3)その他の不飽和単量体を含有することができる。(d−3)その他の不飽和単量体としては、上述した(a−2)その他の単量体として例示した(メタ)アクリル酸アルキルエステル類、芳香族ビニル化合物、ビニルエステル類、ハロゲン化ビニル系化合物、共役ジエン類、エチレン等を好適例として挙げることができる。なお、これらの(d−3)その他の不飽和単量体は、一種単独でまたは二種以上を組み合わせて使用することができる。 The (α) monomer component can contain (d-3) other unsaturated monomers in addition to (d-1) vinylidene fluoride and (d-2) hexafluoropropylene. (D-3) Other unsaturated monomers include (a-2) (meth) acrylic acid alkyl esters, aromatic vinyl compounds, vinyl esters, halogenated compounds exemplified as other monomers described above. Preferred examples include vinyl compounds, conjugated dienes, ethylene, and the like. In addition, these (d-3) other unsaturated monomers can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
(d−1)フッ化ビニリデンに由来する構成単位の割合は、50〜80質量%であることが好ましく、55〜80質量%であることが更に好ましく、60〜80質量%であることが更に好ましい。上記割合が50質量%未満であると、(D)重合体と(A)重合体とによって複合化重合体を形成する際に、これらの相溶性が悪く、得られる複合化重合体が層分離現象を生じ易くなるおそれがある。一方、80質量%超であると、(D)重合体をシードとして(D)重合体と(A)重合体との複合化重合体を形成する際に、(D)重合体と(A)重合体との相溶性が不足するため、シード重合が起こり難くなり、得られる複合化重合体において層分離現象が生じ易くなるおそれがある。 (D-1) The proportion of structural units derived from vinylidene fluoride is preferably 50 to 80% by mass, more preferably 55 to 80% by mass, and further preferably 60 to 80% by mass. preferable. When the above ratio is less than 50% by mass, when the composite polymer is formed by the (D) polymer and the (A) polymer, these compatibility is poor and the resulting composite polymer is separated into layers. There is a risk that the phenomenon is likely to occur. On the other hand, when the content exceeds 80% by mass, the (D) polymer and the (A) are formed when the (D) polymer is used as a seed to form a composite polymer of the (D) polymer and the (A) polymer. Since the compatibility with the polymer is insufficient, seed polymerization is difficult to occur, and there is a possibility that a layer separation phenomenon is likely to occur in the obtained composite polymer.
(d−2)六フッ化プロピレンに由来する構成単位の割合は、20〜50質量%であることが好ましく、20〜45質量%であることが更に好ましく、20〜40質量%であることが特に好ましい。上記割合が20〜50質量%の範囲外であると、(D)重合体をシードとして(D)重合体と(A)重合体との複合化重合体を形成する際に、(D)重合体と(A)重合体との相溶性が不足するため、シード重合が起こり難くなり、得られる複合化重合体において層分離現象が生じ易くなるおそれがある。 (D-2) The proportion of structural units derived from propylene hexafluoride is preferably 20 to 50% by mass, more preferably 20 to 45% by mass, and 20 to 40% by mass. Particularly preferred. When the ratio is outside the range of 20 to 50% by mass, when (D) polymer is used as a seed to form a composite polymer of (D) polymer and (A) polymer, Since the compatibility between the polymer and the (A) polymer is insufficient, seed polymerization is difficult to occur, and there is a possibility that a layer separation phenomenon is likely to occur in the resulting composite polymer.
(d−3)その他の不飽和単量体に由来する構成単位の割合は、0〜30質量%であることが好ましく、0〜25質量%であることが更に好ましく、0〜20質量%であることが特に好ましい。上記割合が30質量%超であると、(D)重合体と(A)重合体とによって複合化重合体を形成する際に、これらの相溶性が悪く、得られる複合化重合体が層分離現象を生じ易くなるおそれがある。 (D-3) The proportion of structural units derived from other unsaturated monomers is preferably 0 to 30% by mass, more preferably 0 to 25% by mass, and 0 to 20% by mass. It is particularly preferred. When the above ratio is more than 30% by mass, when the composite polymer is formed by the (D) polymer and the (A) polymer, their compatibility is poor and the resulting composite polymer is separated into layers. There is a risk that the phenomenon is likely to occur.
(D)重合体の製造方法としては、まず、(d−1)フッ化ビニリデン及び(d−2)六フッ化プロピレンからなる混合ガスを得、得られた混合ガスに重合開始剤を加えて、反応温度60℃、反応系内の圧力1.96MPaの条件にて重合反応させることにより(D)重合体を含有するラテックス(以下、「(D)重合体ラテックス」と記す場合がある)を得、その後、得られた(D)重合体ラテックスを乾燥させる方法などを挙げることができる。 (D) As a manufacturing method of a polymer, first, a mixed gas composed of (d-1) vinylidene fluoride and (d-2) hexafluoropropylene is obtained, and a polymerization initiator is added to the obtained mixed gas. (D) A latex containing a polymer (hereinafter sometimes referred to as “(D) polymer latex”) by polymerization reaction under conditions of a reaction temperature of 60 ° C. and a pressure of 1.96 MPa in the reaction system. Examples thereof include a method of drying the obtained (D) polymer latex.
更に、(A)重合体と(D)重合体とが複合化した複合化重合体の製造方法としては、例えば、公知の乳化重合法を挙げることができる。乳化重合法によって複合化重合体を製造する方法としては、まず、上述した(D)重合体の製造方法と同様にして(D)重合体ラテックスを得、得られた(D)重合体ラテックスに、(a−1)単量体、及び、必要に応じて(a−2)その他の単量体を添加して、(D)重合体ラテックス中の(D)重合体をシードとして、(a−1)単量体、及び、必要に応じて(a−2)その他の単量体を乳化重合させることによって、(A)重合体と(D)重合体とが複合化した複合化重合体を含有する分散体(以下、「複合化重合体分散体」と記す場合がある)を得、その後、得られた複合化重合体分散体を乾燥させる方法を例示することができる。 Furthermore, as a manufacturing method of the composite polymer which (A) polymer and (D) polymer combined, the well-known emulsion polymerization method can be mentioned, for example. As a method for producing a composite polymer by the emulsion polymerization method, first, (D) a polymer latex is obtained in the same manner as in the above-mentioned (D) polymer production method, and the obtained (D) polymer latex is obtained. , (A-1) monomer and, if necessary, (a-2) other monomer are added, and (D) polymer in (D) polymer latex is used as a seed, (a -1) A composite polymer in which (A) polymer and (D) polymer are combined by emulsion polymerization of the monomer and, if necessary, (a-2) other monomer An example of the method is a method of obtaining a dispersion (hereinafter, sometimes referred to as a “complexed polymer dispersion”) containing the polymer, and then drying the obtained composite polymer dispersion.
(A)重合体と(D)重合体との合計100質量部に対する(A)重合体の割合は、3〜60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)重合体の割合が3質量部未満であると、電極層(電池電極)の耐薬品性などの性質が低下するおそれがある。一方、60質量部超であると、複合化重合体のバインダー性能が低下することに加え、高速放電の際の容量低下やサイクル特性が低下するおそれがある。 The ratio of (A) polymer to 100 parts by mass of (A) polymer and (D) polymer is preferably 3 to 60 parts by mass, and more preferably 10 to 50 parts by mass. (A) When the ratio of a polymer is less than 3 mass parts, properties, such as chemical resistance of an electrode layer (battery electrode), may fall. On the other hand, if it exceeds 60 parts by mass, the binder performance of the composite polymer may be lowered, and the capacity and cycle characteristics may be lowered during high-speed discharge.
複合化重合体は、後述する(C)有機溶媒に溶解または分散していることが好ましい。(C)有機溶媒中に複合化重合体が分散する場合、この複合化重合体の数平均粒子径は、0.02〜2μmであることが好ましく、0.05〜1.8μmであることが更に好ましく、0.1〜1.5μmであることが特に好ましい。なお、本明細書において、「数平均粒子径」は、動的光散乱法により測定される値である。 The composite polymer is preferably dissolved or dispersed in the organic solvent (C) described later. (C) When the composite polymer is dispersed in an organic solvent, the number average particle size of the composite polymer is preferably 0.02 to 2 μm, and preferably 0.05 to 1.8 μm. Further preferred is 0.1 to 1.5 μm. In the present specification, the “number average particle diameter” is a value measured by a dynamic light scattering method.
[1−2](B)化合物:
本実施形態の電池電極用バインダー組成物は、(B)その分子中にアニオン性官能基とカチオン性官能基とをそれぞれ少なくとも一つ有する化合物を含有するものである。(B)化合物は、電極層中で両性イオンとして存在し、この(B)化合物がリチウムイオンの拡散速度を向上させ、また、リチウムイオンの脱溶媒和を促進するため、電極層上でのリチウムイオンの挿入・脱離反応の反応速度を向上させる。そのため、リチウムイオンの移動度を向上させることができる。このようにリチウムイオンの移動度を向上させた電池電極用バインダー組成物を材料として電極層を形成すると、この電極層を備える電池電極は抵抗が低くなるため、電力ロスが少なく、良好なサイクル特性を有する二次電池を得ることができる。
[1-2] (B) Compound:
The binder composition for battery electrodes of this embodiment contains (B) a compound having at least one anionic functional group and cationic functional group in its molecule. The (B) compound exists as an amphoteric ion in the electrode layer, and the (B) compound improves the diffusion rate of lithium ions and promotes the desolvation of lithium ions, so that the lithium on the electrode layer Improve the reaction rate of ion insertion and desorption reactions. Therefore, the mobility of lithium ions can be improved. When the electrode layer is formed using the battery electrode binder composition with improved lithium ion mobility as described above, the battery electrode including this electrode layer has low resistance, and therefore has low power loss and good cycle characteristics. Can be obtained.
本実施形態の電池電極用バインダー組成物は、電極層を形成した際に、(A)重合体によってその密着性を向上し、(B)化合物によって電極層近傍でのリチウムイオンの移動度が向上するという効果を有する。ここで、密着性が向上することと、リチウムイオンの移動度が向上することとは、二律背反の関係にある。例えば、密着性を向上させようとすると、電極層の表面を、微分散した(A)重合体が被覆して、(A)重合体の粒子間の距離が接近するため、電解液が浸透し難くなるという問題が生じ、リチウムイオンの移動を向上させることが困難になる。そのため、これらを両立させることが重要である。本発明の電池電極用バインダー組成物は、密着性及びリチウムイオンの移動度を向上させるとともに、これらを両立させた電極層を形成することができる。 When the electrode layer is formed, the binder composition for a battery electrode of the present embodiment improves the adhesion by (A) the polymer, and (B) improves the mobility of lithium ions in the vicinity of the electrode layer by the compound. Has the effect of Here, the improvement in adhesion and the improvement in the mobility of lithium ions are in a trade-off relationship. For example, when trying to improve the adhesion, the surface of the electrode layer is covered with the finely dispersed (A) polymer, and the distance between the particles of the (A) polymer approaches, so that the electrolyte solution penetrates. It becomes difficult to improve the movement of lithium ions. Therefore, it is important to make these compatible. The binder composition for battery electrodes of the present invention can improve adhesion and lithium ion mobility, and can form an electrode layer in which these are compatible.
(B)化合物のアニオン性官能基は、カルボキシル基、スルホン酸基、イミド酸基、及び、式:BO2H2で表わされる基よりなる群から選択される少なくとも一種であることが好ましい。これらの基である場合には、電解液中で容易に官能基の解離が進行するため、より電池抵抗が低減されるという利点がある。なお、(B)化合物中のアニオン性官能基の数は、特に限定されないが、カチオン性官能基と同数であることが好ましい。また、(B)化合物が、その分子中にアニオン性官能基を複数有する場合、その官能基の種類は同じであっても、異なっていてもよい。 The anionic functional group of the (B) compound is preferably at least one selected from the group consisting of a carboxyl group, a sulfonic acid group, an imido acid group, and a group represented by the formula: BO 2 H 2 . In the case of these groups, the dissociation of the functional group easily proceeds in the electrolytic solution, so that there is an advantage that the battery resistance is further reduced. The number of anionic functional groups in the compound (B) is not particularly limited, but is preferably the same as the number of cationic functional groups. In addition, when the compound (B) has a plurality of anionic functional groups in the molecule, the types of the functional groups may be the same or different.
(B)化合物のカチオン性官能基は、アミノ基、イミノ基、イミダゾリウム基、及び、ピリジニウム基よりなる群から選択される少なくとも一種であることが好ましい。これらの基である場合には、電解液中で容易に官能基の解離が進行するため、より電池抵抗が低減されるという利点がある。なお、(B)化合物中のアニオン性官能基の数は、特に限定されないが、カチオン性官能基と同数であることが好ましい。また、(B)化合物がその分子中にカチオン性官能基を複数有する場合、その官能基の種類は同じであっても、異なっていてもよい。 The cationic functional group of the compound (B) is preferably at least one selected from the group consisting of an amino group, an imino group, an imidazolium group, and a pyridinium group. In the case of these groups, the dissociation of the functional group easily proceeds in the electrolytic solution, so that the battery resistance is further reduced. The number of anionic functional groups in the compound (B) is not particularly limited, but is preferably the same as the number of cationic functional groups. In addition, when the compound (B) has a plurality of cationic functional groups in the molecule, the types of the functional groups may be the same or different.
(B)化合物は、上記アニオン性官能基及び上記カチオン性官能基の組み合わせの中でも、(B−1)その分子中に、アミノ基及びスルホン酸基をそれぞれ少なくとも一つ有する化合物、及び(B−2)その分子中に、アミノ基及びカルボキシル基をそれぞれ少なくとも一つ有する化合物を好適例として挙げることができる。(B−1)化合物または(B−2)化合物を用いると、これらの化合物は水溶液への溶解性が良好であるため(B)化合物が析出しにくくなるという利点がある。 The compound (B) is a combination of the anionic functional group and the cationic functional group (B-1) a compound having at least one amino group and sulfonic acid group in the molecule, and (B- 2) A compound having at least one amino group and carboxyl group in its molecule can be cited as a preferred example. When the compound (B-1) or the compound (B-2) is used, these compounds have an advantage that the compound (B) is difficult to precipitate because the solubility in an aqueous solution is good.
(B−1)化合物は、アミノ基及びスルホン酸基をそれぞれ少なくとも一つ有するとともに、置換されてもよい炭素数1〜25の直鎖状または分岐状のアルキレン基を有する化合物であることが好ましい。(B−1)化合物としては、例えば、タウリン、3−アミノプロパンスルホン酸などを挙げることができる。これらの中でも、(C)有機溶剤に対する溶解性が良好であるため、タウリンが好ましい。 The compound (B-1) preferably has at least one amino group and sulfonic acid group and has a linear or branched alkylene group having 1 to 25 carbon atoms that may be substituted. . Examples of (B-1) compounds include taurine and 3-aminopropanesulfonic acid. Among these, (C) Taurine is preferable because of its good solubility in organic solvents.
(B−2)化合物としては、例えば、グリシン、アミノ酪酸、アミノ安息香酸などの置換されてもよい炭素数1〜25の直鎖状のアルキレン基を有する化合物;アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、セリン、トレオニン、システイン、シスチン、メチオニン、フェニルアラニン、チロシン、ヒスチジン、トリプトファン、アスパラギン、グルタミン、リシン、アルギニン、クレアチンなどの分子中に2個のアミノ基を有する化合物;アスパラギン酸、グルタミン酸などの分子中に2個のカルボキシル基を有する化合物;などを挙げることができる。これらの中でも、(C)有機溶剤に対する溶解性が良好であるため、グリシンが好ましい。 (B-2) Examples of the compound include compounds having a linear alkylene group having 1 to 25 carbon atoms that may be substituted, such as glycine, aminobutyric acid, aminobenzoic acid; alanine, valine, leucine, isoleucine, Compounds having two amino groups in a molecule such as serine, threonine, cysteine, cystine, methionine, phenylalanine, tyrosine, histidine, tryptophan, asparagine, glutamine, lysine, arginine, creatine; in molecules such as aspartic acid and glutamic acid A compound having two carboxyl groups; and the like. Among these, (C) Glycine is preferable because of its good solubility in organic solvents.
(B)化合物は、(B−1)化合物及び(B−2)化合物以外に、(B−3)その分子中に、イミノ基及びカルボキシル基をそれぞれ少なくとも一つ有する化合物、及び(B−4)その分子中に、イミダゾリウム基及びカルボキシル基をそれぞれ少なくとも一つ有する化合物などを好適例として挙げることができる。 (B) In addition to the compound (B-1) and the compound (B-2), the compound (B-3) is a compound having at least one imino group and a carboxyl group in its molecule, and (B-4) ) Preferred examples include compounds having at least one imidazolium group and carboxyl group in the molecule.
(B−3)化合物としては、例えば、ヒスチジン、トリプトファン、プロリン、ヒドロキシプロリンなどを挙げることができる。(B−4)化合物としては、例えば、ヒスチジンなどを挙げることができる。 Examples of (B-3) compounds include histidine, tryptophan, proline, hydroxyproline and the like. (B-4) As a compound, histidine etc. can be mentioned, for example.
なお、(B)化合物は、単独でまたは2種以上を混合して用いることもできる。また、2種以上の(B)化合物がアミド結合を形成して得られる化合物、例えば、(B−1)化合物と(B−2)化合物とがアミド結合を形成して得られる化合物であってもよい。 In addition, (B) compound can also be used individually or in mixture of 2 or more types. Further, a compound obtained by forming an amide bond between two or more kinds of (B) compounds, for example, a compound obtained by forming an amide bond between the (B-1) compound and the (B-2) compound, Also good.
(B)化合物の使用量は、(A)重合体100質量部に対して、5質量部以下であることが好ましく、3質量部以下であることが更に好ましく、1〜2質量部であることが特に好ましい。(B)化合物の使用量が5質量部超であると、(B)化合物が(C)有機溶媒に対して溶解せず、分離、析出するおそれがある。 The amount of the (B) compound used is preferably 5 parts by mass or less, more preferably 3 parts by mass or less, and 1-2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the (A) polymer. Is particularly preferred. When the amount of the (B) compound used exceeds 5 parts by mass, the (B) compound may not be dissolved in the (C) organic solvent, and may be separated and precipitated.
[1−3](C)有機溶媒:
本実施形態の電池電極用バインダー組成物は、(C)有機溶媒を含有することが好ましい。(C)有機溶媒は、1気圧における沸点が、100℃以上であるものが好ましく、115℃以上であるものが更に好ましく、130℃以上であるものが特に好ましい。1気圧における沸点が100℃未満の(C)有機溶媒を用いると、形成した電極層の、金属箔(集電材)に対する密着性が低下するおそれがある。なお、(C)有機溶媒の沸点の上限値は、特に制限はないが、実質的には300℃以下であればよい。
[1-3] (C) Organic solvent:
It is preferable that the binder composition for battery electrodes of this embodiment contains (C) an organic solvent. (C) The organic solvent preferably has a boiling point at 1 atm of 100 ° C. or higher, more preferably 115 ° C. or higher, and particularly preferably 130 ° C. or higher. When the (C) organic solvent having a boiling point of less than 100 ° C. at 1 atm is used, the adhesion of the formed electrode layer to the metal foil (current collector) may be reduced. In addition, although the upper limit of the boiling point of (C) organic solvent is not particularly limited, it may be substantially 300 ° C. or lower.
(C)有機溶媒としては、例えば、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。これらの中でも、NMP、DMSO、DMFが好ましい。 Examples of the organic solvent (C) include toluene, N-methylpyrrolidone (NMP), methyl isobutyl ketone (MIBK), cyclohexanone, dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), and the like. Among these, NMP, DMSO, and DMF are preferable.
(C)有機溶媒の使用量は、(A)重合体100質量部に対して、400〜10000質量部であることが好ましく、600〜3000質量部であることが更に好ましく、900〜2000質量部であることが特に好ましい。(C)有機溶媒の使用量が400質量部未満であると、混合溶液の粘度が著しく上昇し、ゲル化するおそれがある。一方、10000質量部超であると、(B)化合物の、(C)有機溶媒に対する溶解性が悪化し、(B)化合物が析出するおそれがある。 (C) The amount of the organic solvent used is preferably 400 to 10000 parts by mass, more preferably 600 to 3000 parts by mass, and 900 to 2000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polymer (A). It is particularly preferred that (C) When the usage-amount of an organic solvent is less than 400 mass parts, there exists a possibility that the viscosity of a mixed solution may raise remarkably and may gelatinize. On the other hand, if it exceeds 10000 parts by mass, the solubility of the compound (B) in the organic solvent (C) may deteriorate, and the compound (B) may be precipitated.
本実施形態の電池電極用バインダー組成物は、水分を含まないことが好ましいが、水分を含有している場合、その割合は、電池電極用バインダー組成物の総量に対して、2.0質量%以下であることが好ましく、1.5質量%以下のであることが更に好ましく、1.0質量%以下であることが特に好ましい。水分の含有割合が2.0質量%超であると、活物質に対し悪影響を及ぼして、電池の容量が低下する原因となるおそれがある。 The binder composition for battery electrodes of the present embodiment preferably does not contain moisture, but when moisture is contained, the ratio is 2.0% by mass with respect to the total amount of the binder composition for battery electrodes. Or less, more preferably 1.5% by mass or less, and particularly preferably 1.0% by mass or less. If the moisture content is more than 2.0% by mass, the active material may be adversely affected and the battery capacity may be reduced.
[2]電池電極用バインダー組成物の製造方法:
本発明の電池電極用バインダー組成物は、本発明の電池電極用バインダー組成物の製造方法によって得られるものであることが好ましく、本発明の電池電極用バインダー組成物の製造方法の一実施形態は、アニオン性官能基を有する重合体が分散した分散体を得る工程と、得られた分散体に、その分子中にアニオン性官能基とカチオン性官能基とをそれぞれ少なくとも一つ有する化合物((B)化合物)を加えて第一の混合液を得る工程と、第一の混合液と有機溶媒とを混合して第二の混合液を得る工程と、第二の混合液から水を除去して電池電極用バインダー組成物を得る工程と、を有するものである。このような製造方法によると、有機溶媒と(B)化合物とを混合した際に(B)化合物が析出し難くなるため、更に良好な効果を奏する本発明の電池電極用バインダー組成物を得ることができる。なお、有機溶剤に複合化重合体を溶解させた溶解液に(B)化合物をそのまま加えると、(B)化合物が有機溶剤に溶解しないことに起因して(B)化合物が析出してしまうことがある。
[2] Method for producing battery electrode binder composition:
The binder composition for battery electrodes of the present invention is preferably obtained by the method for producing a binder composition for battery electrodes of the present invention, and an embodiment of the method for producing the binder composition for battery electrodes of the present invention is as follows. , A step of obtaining a dispersion in which a polymer having an anionic functional group is dispersed, and a compound having at least one anionic functional group and a cationic functional group in the molecule ((B ) Adding a compound) to obtain a first mixture, mixing the first mixture and an organic solvent to obtain a second mixture, removing water from the second mixture Obtaining a binder composition for battery electrodes. According to such a production method, when the organic solvent and the compound (B) are mixed, the compound (B) becomes difficult to precipitate, and therefore, the battery electrode binder composition of the present invention that exhibits further good effects is obtained. Can do. If the compound (B) is added as it is to a solution obtained by dissolving the composite polymer in an organic solvent, the compound (B) is precipitated because the compound (B) is not dissolved in the organic solvent. There is.
本実施形態の電池電極用バインダー組成物の製造方法は、まず、アニオン性官能基を有する重合体が分散した分散体を得る。そして、この分散体は、アニオン性官能基を有する単量体を水溶液中で重合させて得られるものであることが好ましい。 In the method for producing the binder composition for battery electrodes according to this embodiment, first, a dispersion in which a polymer having an anionic functional group is dispersed is obtained. The dispersion is preferably obtained by polymerizing a monomer having an anionic functional group in an aqueous solution.
アニオン性官能基を有する単量体は、本発明の電池電極用バインダー組成物に含有されるアニオン性官能基を有する単量体((a−1)単量体)と同様のものを同様に使用することができる。アニオン性官能基を有する単量体を重合させる方法は、特に制限はなく公知の重合方法を用いることができるが、乳化重合法を用いることが好ましい。 The monomer having an anionic functional group is the same as the monomer having the anionic functional group ((a-1) monomer) contained in the battery electrode binder composition of the present invention. Can be used. The method for polymerizing the monomer having an anionic functional group is not particularly limited, and a known polymerization method can be used, but an emulsion polymerization method is preferably used.
また、本実施形態の電池電極用バインダー組成物の製造方法は、上記分散体を得る工程が、フッ素原子を含有する重合体をシードとしてアニオン性官能基を有する単量体を水溶液中で重合させて、フッ素原子を含有する重合体とアニオン性官能基を有する重合体とが複合化した重合体が分散した分散体を得る工程であることが好ましい。このような分散体を得ると、この分散体によって、スラリーの安定性及び分散性が向上し、結果として集電体に対する密着性が更に向上する。フッ素原子を含有する重合体は、本発明の電池電極用バインダー組成物に含有されるフッ素原子を含有する重合体((D)重合体)と同様のものを同様に使用することができる。また、重合方法は従来公知の方法を用いることができ、乳化重合法を用いることが好ましい。 Further, in the method for producing the battery electrode binder composition of the present embodiment, the step of obtaining the dispersion comprises polymerizing a monomer having an anionic functional group in an aqueous solution using a polymer containing a fluorine atom as a seed. Thus, it is preferable to obtain a dispersion in which a polymer in which a polymer containing a fluorine atom and a polymer having an anionic functional group are combined is dispersed. When such a dispersion is obtained, the stability and dispersibility of the slurry are improved by this dispersion, and as a result, the adhesion to the current collector is further improved. The polymer containing a fluorine atom can use the thing similar to the polymer ((D) polymer) containing the fluorine atom contained in the binder composition for battery electrodes of this invention similarly. Moreover, a conventionally well-known method can be used for the polymerization method, and it is preferable to use an emulsion polymerization method.
次に、本実施形態の電池電極用バインダー組成物の製造方法は、得られた分散体に、(B)その分子中にアニオン性官能基とカチオン性官能基とをそれぞれ少なくとも一つ有する化合物を加えて第一の混合液を得る。 Next, the method for producing the battery electrode binder composition of the present embodiment includes (B) a compound having at least one anionic functional group and a cationic functional group in the molecule of the obtained dispersion. In addition, a first mixture is obtained.
本実施形態の電池電極用バインダー組成物の製造方法に用いる(B)その分子中にアニオン性官能基とカチオン性官能基とをそれぞれ少なくとも一つ有する化合物は、本発明の電池電極用バインダー組成物に含有される(B)化合物と同様のものを同様に使用することができる。(B)化合物を加える際の分散体のpHは、6〜8であることが好ましい。なお、分散体中の(B)化合物は、全て溶解していることが好ましいため、予め水に溶解させた(B)化合物の水溶液を用いることが好ましい。 (B) The compound having at least one anionic functional group and cationic functional group in its molecule is used in the method for producing the battery electrode binder composition of the present embodiment. The battery electrode binder composition of the present invention The thing similar to the (B) compound contained in can be used similarly. (B) It is preferable that the pH of the dispersion at the time of adding a compound is 6-8. In addition, since it is preferable that all the (B) compounds in a dispersion are melt | dissolving, it is preferable to use the aqueous solution of the (B) compound previously dissolved in water.
次に、本実施形態の電池電極用バインダー組成物の製造方法は、第一の混合液と(C)有機溶媒とを混合して第二の混合液を得る。 Next, the manufacturing method of the binder composition for battery electrodes of this embodiment mixes a 1st liquid mixture and (C) organic solvent, and obtains a 2nd liquid mixture.
(C)有機溶媒は、本発明の電池電極用バインダー組成物に含有される(C)有機溶媒と同様のものを同様に使用することができる。 (C) As the organic solvent, the same organic solvent as (C) the organic solvent contained in the binder composition for battery electrodes of the present invention can be used in the same manner.
次に、本実施形態の電池電極用バインダー組成物の製造方法は、第二の混合液から水を除去して電池電極用バインダー組成物を得る。 Next, in the method for producing the battery electrode binder composition of the present embodiment, water is removed from the second mixed solution to obtain the battery electrode binder composition.
第二の混合液から水を除去する方法は、特に制限はなく、例えば、蒸留法、限外濾過法、分別濾過法、分散媒相転換法等を挙げることができる。 The method for removing water from the second mixed solution is not particularly limited, and examples thereof include a distillation method, an ultrafiltration method, a fractional filtration method, and a dispersion medium phase conversion method.
[3]電池電極用ペースト:
本発明の電池電極用ペーストの一実施形態は、本発明の電池電極用バインダー組成物と、活物質と、を含有するものである。本実施形態の電池電極用ペーストは、電池電極用バインダー組成物を含有するものであるため、長期間放置(貯蔵)された場合であっても好適な粘度を維持でき、その結果、増粘や沈降等の変化を生じ難い。従って、本発明の電池電極用ペーストは、ペースト安定性に優れている。また、本実施形態の電池電極用ペーストは、電池電極用バインダー組成物を含有するものであるため、集電材との密着性、及びリチウムイオンの移動度を向上させるとともに、これらのバランスが良好である電極層を形成可能である。そして、このような電極層を備える電極電池(二次電池)は、容量維持率(%)及び内部抵抗(Ω)が良好であるという利点がある。
[3] Battery electrode paste:
One embodiment of the battery electrode paste of the present invention contains the battery electrode binder composition of the present invention and an active material. Since the battery electrode paste of this embodiment contains the binder composition for battery electrodes, it can maintain a suitable viscosity even when left (stored) for a long period of time. Less likely to cause changes such as sedimentation. Therefore, the battery electrode paste of the present invention is excellent in paste stability. In addition, since the battery electrode paste of the present embodiment contains the binder composition for battery electrodes, the adhesion with the current collector and the mobility of lithium ions are improved, and the balance between these is good. An electrode layer can be formed. And an electrode battery (secondary battery) provided with such an electrode layer has the advantage that a capacity | capacitance maintenance factor (%) and internal resistance ((ohm)) are favorable.
即ち、本実施形態の電池電極用ペーストは、電池電極用バインダー組成物を含有するものであるため、電極層を形成した際に、電極層中に(A)重合体が良好に分散されるため、集電材に対して優れた密着性を有する電極層を形成することができる。また、極性を示す(B)化合物が電極層中に分散して存在するため、この(B)化合物がリチウムイオンの拡散速度を向上させ、また、リチウムイオンの脱溶媒和を促進する。そのため、本実施形態の電池電極用ペーストによって形成された電極層上におけるリチウムの挿入・脱離反応の反応速度が良好となり、リチウムイオンの移動度が向上する。 That is, since the battery electrode paste of this embodiment contains the binder composition for battery electrodes, the (A) polymer is well dispersed in the electrode layer when the electrode layer is formed. An electrode layer having excellent adhesion to the current collector can be formed. In addition, since the polar (B) compound is dispersed in the electrode layer, the (B) compound improves the diffusion rate of lithium ions and promotes the desolvation of lithium ions. Therefore, the reaction rate of lithium insertion / extraction reaction on the electrode layer formed by the battery electrode paste of the present embodiment is improved, and the mobility of lithium ions is improved.
また、本実施形態の電池電極用ペーストに含有させる電池電極用バインダー組成物として本発明の電池電極用バインダー組成物の製造方法によって製造された電池電極用バインダー組成物を用いると、電体との密着性、及びリチウムイオンの移動度を更に向上させるとともに、これらのバランスがより良好である電極層を形成可能である。 When the battery electrode binder composition produced by the method for producing a battery electrode binder composition of the present invention is used as the battery electrode binder composition to be contained in the battery electrode paste of the present embodiment, It is possible to further improve the adhesion and the mobility of lithium ions and to form an electrode layer with a better balance between these.
ここで、従来、その表面にアミノ酸及びアミノ酸塩が吸着被覆した黒鉛試料と、ポリフッ化ビニリデンとを含有するスラリーが報告されている(例えば、特開2002−237304号公報)が、このスラリーによって形成した電極層は、集電材との密着性が十分ではなく、充放電の繰り返しによって集電材から電極層が剥離する場合があった。そして、この電極層を備えた二次電池は、十分なサイクル特性を示すものではなかった。 Here, conventionally, a slurry containing a graphite sample having an amino acid and an amino acid salt adsorbed on its surface and polyvinylidene fluoride has been reported (for example, JP-A-2002-237304). The electrode layer thus adhered did not have sufficient adhesion to the current collector, and the electrode layer might peel off from the current collector due to repeated charge and discharge. And the secondary battery provided with this electrode layer did not show sufficient cycle characteristics.
本実施形態の電池電極用ペーストを用いて正極の電極層を形成する場合、活物質としては、例えば、水系電池のうちのニッケル水素電池の場合には、水素吸蔵合金粉末を好適に用いることができる。水素吸蔵合金粉末としては、具体的には、MmNi5をベースとして、一部のNiをMn、Al、Co等の元素で置換したものが好ましい。なお、「Mm」は、希土類の混合物であるミッシュメタルを表している。活物質は、その粒子径が3〜400μmの粉末であることが好ましく、このような粒子径の活物質は、100メッシュを通過させて得ることができる。 When the positive electrode layer is formed using the battery electrode paste of the present embodiment, as the active material, for example, in the case of a nickel-metal hydride battery of an aqueous battery, a hydrogen storage alloy powder is preferably used. it can. Specifically, the hydrogen storage alloy powder is preferably one in which a part of Ni is replaced with an element such as Mn, Al, Co, etc. based on MmNi 5 . “Mm” represents misch metal which is a mixture of rare earth elements. The active material is preferably a powder having a particle size of 3 to 400 μm, and the active material having such a particle size can be obtained by passing through 100 mesh.
また、非水系電池の場合には、例えば、MnO2、MoO3、V2O5、V6O13、Fe2O3、Fe3O4、TiS2、TiS3、MoS3、FeS2、CuF2、NiF2、リチウムイオンを含有した複合酸化物(例えば、Li(1−x)CoO2、Li(1−x)NiO2、LixCoySnzO2、Li(1−x)Co(1−y)NiyO2)等の無機化合物;フッ化カーボン、グラファイト、気相成長炭素繊維、気相成長炭素繊維の粉砕物、気相成長炭素繊維と気相成長炭素繊維の粉砕物との混合物、PAN系炭素繊維、PAN系炭素繊維の粉砕物、PAN系炭素繊維とPAN系炭素繊維の粉砕物との混合物、ピッチ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維の粉砕物、ピッチ系炭素繊維とピッチ系炭素繊維の粉砕物との混合物等の炭素材料;ポリアセチレン、ポリ−p−フェニレン等の導電性高分子等を挙げることができる。これらの中でも、正極及び負極ともに放電状態で組み立てることが可能であるという観点から、Li(1−x)CoO2、Li(1−x)NiO2、LixCoySnzO2、Li(1−x)Co(1−y)NiyO2等のリチウムイオンを含有した複合酸化物が好ましい。 In the case of a nonaqueous battery, for example, MnO 2 , MoO 3 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , TiS 2 , TiS 3 , MoS 3 , FeS 2 , CuF 2 , NiF 2 , composite oxide containing lithium ions (for example, Li (1-x) CoO 2 , Li (1-x) NiO 2 , Li x Co y Sn z O 2 , Li (1-x) Inorganic compounds such as Co (1-y) Ni y O 2 ); fluorinated carbon, graphite, vapor-grown carbon fiber, pulverized vapor-grown carbon fiber, pulverized vapor-grown carbon fiber and vapor-grown carbon fiber PAN-based carbon fiber, PAN-based carbon fiber pulverized product, PAN-based carbon fiber and PAN-based carbon fiber pulverized product, pitch-based carbon fiber, pitch-based carbon fiber pulverized product, pitch-based carbon Fiber and pitch Carbon materials such as a mixture of pulverized carbon fibers; polyacetylene, may be mentioned conductive polymers such as poly -p- phenylene. Among these, from the viewpoint that both the positive electrode and the negative electrode can be assembled in a discharged state, Li (1-x) CoO 2 , Li (1-x) NiO 2 , Li x Co y Sn z O 2 , Li ( 1-x) Co (1-y) A composite oxide containing lithium ions such as Ni y O 2 is preferred.
本実施形態の電池電極用ペーストを用いて負極の電極層を形成する場合、活物質としては、例えば、フッ化カーボン、グラファイト、気相成長炭素繊維、気相成長炭素繊維の粉砕物、気相成長炭素繊維と気相成長炭素繊維の粉砕物との混合物、PAN系炭素繊維、PAN系炭素繊維の粉砕物、PAN系炭素繊維とPAN系炭素繊維の粉砕物との混合物、ピッチ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維の粉砕物、ピッチ系炭素繊維とピッチ系炭素繊維の粉砕物との混合物、黒鉛質材料(例えば、黒鉛化度の高い天然黒鉛や人造黒鉛、黒鉛化メソフェーズカーボン)等の炭素材料、ポリアセチレン、ポリ−p−フェニレン等の導電性高分子、スズ酸化物やフッ素等の化合物からなるアモルファス化合物等を好適例として挙げることができる。 When the negative electrode layer is formed using the battery electrode paste of the present embodiment, examples of the active material include carbon fluoride, graphite, vapor grown carbon fiber, pulverized vapor grown carbon fiber, vapor phase A mixture of pulverized carbon fiber and pulverized carbon fiber, PAN-based carbon fiber, PAN-based carbon fiber pulverized product, PAN-based carbon fiber and PAN-based carbon fiber pulverized product, pitch-based carbon fiber, Carbon materials such as pulverized pitch-based carbon fibers, mixtures of pitch-based carbon fibers and pulverized pitch-based carbon fibers, and graphite materials (for example, natural graphite, artificial graphite, and graphitized mesophase carbon having a high degree of graphitization) Preferred examples include conductive polymers such as polyacetylene and poly-p-phenylene, and amorphous compounds composed of compounds such as tin oxide and fluorine.
これらの中でも、黒鉛化度の高い天然黒鉛や人造黒鉛、黒鉛化メソフェーズカーボン等の黒鉛質材料を用いると、サイクル特性が良好であり、容量維持率(%)が高い電池を得ることができる。 Among these, when a graphite material such as natural graphite, artificial graphite, or graphitized mesophase carbon having a high graphitization degree is used, a battery having good cycle characteristics and a high capacity retention rate (%) can be obtained.
また、負極の電極層に含有される活物質として炭素材料を用いる場合、その粒子径は、内部抵抗が増大することを防止し、ペーストの安定性が低下することを防止し、更に、得られる負極の電極層内での粒子間の抵抗が増大することを防止する観点から、0.1〜50μmであることが好ましく、1〜45μmであることが更に好ましく、3〜40μmであることが特に好ましい。 Further, when a carbon material is used as the active material contained in the electrode layer of the negative electrode, the particle size prevents an increase in internal resistance, prevents a decrease in paste stability, and can be obtained. From the viewpoint of preventing an increase in resistance between particles in the electrode layer of the negative electrode, it is preferably 0.1 to 50 μm, more preferably 1 to 45 μm, and particularly preferably 3 to 40 μm. preferable.
本実施形態の電池電極用ペーストは、本発明の電池電極用バインダー組成物と活物質とを、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。 The battery electrode paste of the present embodiment can be prepared by mixing the battery electrode binder composition of the present invention and an active material together with various additives added as necessary.
必要に応じて添加される各種添加剤としては、例えば、使用する(C)有機溶媒に溶解可能な粘度調整用ポリマーや、グラファイト等の導電性カーボン、金属粉末等の導電材等を挙げることができる。粘度調整用ポリマーとしては、(C)有機溶媒としてNMPを使用する場合、例えば、エチレンビニルアルコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ポリメチルメタクリレート、ポリフッ化ビニリデン等を挙げることができる。 Examples of various additives added as necessary include (C) a viscosity adjusting polymer that can be dissolved in the organic solvent to be used, conductive carbon such as graphite, and conductive materials such as metal powder. it can. Examples of the viscosity adjusting polymer may include ethylene vinyl alcohol, polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, polyacrylamide, polymethyl methacrylate, and polyvinylidene fluoride when NMP is used as the organic solvent (C).
本実施形態の電池電極用ペーストは、活物質100質量部に対して、本発明の電池電極用バインダー組成物(固形分含量)を0.1〜10質量部含有するものであることが好ましく、0.5〜10質量部含有するものであることが更に好ましく、1〜10質量部含有するものであることが特に好ましい。電池電極用バインダー組成物の含有量が0.1質量部未満であると、金属箔(集電材)に対する良好な密着性が得られなくなるおそれがある。一方、10質量部超であると、内部抵抗が大きくなり過ぎて良好なサイクル特性が得られなくなるおそれがある。なお、電池電極用バインダー組成物と活物質とを混合する方法としては、例えば、各種混練機、ビーズミル、高圧ホモジナイザー等を使用する方法が挙げられる。 The battery electrode paste of the present embodiment preferably contains 0.1 to 10 parts by mass of the battery electrode binder composition (solid content) of the present invention with respect to 100 parts by mass of the active material. It is more preferable to contain 0.5-10 mass parts, and it is especially preferable to contain 1-10 mass parts. If the content of the binder composition for battery electrodes is less than 0.1 parts by mass, good adhesion to the metal foil (current collector) may not be obtained. On the other hand, if it exceeds 10 parts by mass, the internal resistance becomes too large and good cycle characteristics may not be obtained. Examples of the method for mixing the battery electrode binder composition and the active material include methods using various kneaders, bead mills, high-pressure homogenizers, and the like.
[4]電池電極:
本発明の電池電極の一実施形態は、集電材の表面上に、本発明の電池電極用ペーストを塗布し、乾燥させて形成される電極層と、を備えたものである。このように本実施形態の電池電極は、本発明の電池電極用ペーストによって形成された、集電材との密着性及びリチウムイオンの移動度が向上するとともに、これらのバランスが良好である電極層を備えている。そのため、容量維持率(%)及び内部抵抗(Ω)が良好である電池(二次電池)を提供することができる。
[4] Battery electrode:
One embodiment of the battery electrode of the present invention comprises an electrode layer formed by applying the battery electrode paste of the present invention on the surface of a current collector and drying it. As described above, the battery electrode of the present embodiment is an electrode layer formed by the battery electrode paste of the present invention, which improves the adhesion with the current collector and the mobility of lithium ions, and has a good balance between these. I have. Therefore, it is possible to provide a battery (secondary battery) having a good capacity retention rate (%) and internal resistance (Ω).
本実施形態の電池電極に備えられる集電材としては、水系電池の場合には、例えば、Niメッシュ、Niメッキされたパンチングメタル、エキスパンドメタル、金網、発泡金属、網状金属繊維焼結体等を挙げることができる。非水系電池の場合には、例えば、アルミニウム箔や銅箔等の部材を好適例として挙げることができる。 In the case of an aqueous battery, the current collector provided in the battery electrode of this embodiment includes, for example, Ni mesh, Ni-plated punching metal, expanded metal, wire mesh, foam metal, mesh metal fiber sintered body, and the like. be able to. In the case of a nonaqueous battery, for example, a member such as an aluminum foil or a copper foil can be cited as a suitable example.
[5]電池電極の製造方法:
本発明の電池電極の製造方法の一実施形態は、本発明の電池電極用ペーストを集電材の表面上に塗布した後、80℃以上の温度で乾燥させて電極層を形成するものである。このように製造することによって、集電材との密着性及びリチウムイオンの移動度が向上するとともに、これらのバランスが良好である電極層を備えた電池電極を良好に形成することができる。そして、上記電極電池を備える電池(二次電池)は、容量維持率(%)及び内部抵抗(Ω)が良好であるという利点がある。集電材の表面上に電池電極用ペーストを塗布する方法としては、リバースロール法、コンマバー法、グラビヤ法、エアーナイフ法等の任意のコーターヘッドを用いる方法を採用することができる。
[5] Manufacturing method of battery electrode:
In one embodiment of the battery electrode manufacturing method of the present invention, the battery electrode paste of the present invention is applied on the surface of a current collector and then dried at a temperature of 80 ° C. or higher to form an electrode layer. By manufacturing in this way, the adhesion to the current collector and the mobility of lithium ions can be improved, and a battery electrode having an electrode layer with a good balance can be formed. And a battery (secondary battery) provided with the said electrode battery has the advantage that a capacity | capacitance maintenance factor (%) and internal resistance ((omega | ohm)) are favorable. As a method for applying the battery electrode paste on the surface of the current collector, a method using an arbitrary coater head such as a reverse roll method, a comma bar method, a gravure method, or an air knife method can be employed.
集電材の表面上に塗布した後の電池電極用ペーストの乾燥する方法としては、例えば、放置して自然乾燥する方法の他、送風乾燥機、温風乾燥機、赤外線加熱機、または遠赤外線加熱機等を使用する乾燥方法等を採用することができる。乾燥温度は、80℃以上であり、130〜170℃であることが好ましい。このように80℃以上で乾燥させることによって、電極層内部に含まれる水分を良好に除去し、電極の劣化を防止することができるという利点がある。また、乾燥時間は、1〜120分とすることが好ましく、5〜60分とすることが更に好ましい。 As a method for drying the battery electrode paste after being applied on the surface of the current collector, for example, it is allowed to stand and dry naturally, as well as a blower dryer, hot air dryer, infrared heater, or far infrared heating A drying method using a machine or the like can be employed. A drying temperature is 80 degreeC or more, and it is preferable that it is 130-170 degreeC. Thus, by drying at 80 degreeC or more, there exists an advantage that the water | moisture content contained in an electrode layer can be removed favorably and deterioration of an electrode can be prevented. The drying time is preferably 1 to 120 minutes, more preferably 5 to 60 minutes.
電極層の厚さは、特に制限はないが、10〜300μmであることが好ましく、20〜150μmであることが更に好ましく、30〜100μmであることが特に好ましい。電極層の厚さが10μm未満であると、集電材の金属が露出し、充放電中の電極の腐食、短絡を起こすおそれがある。一方、300μm超であると、塗工層に亀裂を生じ、剥落するおそれがある。 The thickness of the electrode layer is not particularly limited, but is preferably 10 to 300 μm, more preferably 20 to 150 μm, and particularly preferably 30 to 100 μm. If the thickness of the electrode layer is less than 10 μm, the metal of the current collector is exposed, which may cause corrosion or short circuit of the electrode during charge / discharge. On the other hand, if it exceeds 300 μm, the coating layer may crack and peel off.
なお、本発明の電池電極は、水系電池、非水系電池のいずれの電池の電極としても好適に用いることができる。特に、水系電池のうちのニッケル水素電池の正極として使用すると、優れた特性(例えば、サイクル特性)を発揮し、非水系電池のうちのアルカリ二次電池の正極、リチウムイオン電池の正極などとして使用すると、優れた特性(例えば、サイクル特性)を発揮するものである。 In addition, the battery electrode of this invention can be used suitably as an electrode of any battery of a water-system battery and a non-aqueous battery. In particular, when used as a positive electrode for nickel-metal hydride batteries among water-based batteries, it exhibits excellent characteristics (for example, cycle characteristics), and is used as a positive electrode for alkaline secondary batteries, a positive electrode for lithium ion batteries, etc. among non-aqueous batteries. Then, excellent characteristics (for example, cycle characteristics) are exhibited.
本発明の電池電極を用いて電池を組み立てる場合、非水系電解液としては、電解質を非水系溶媒に溶解させて得られる電解液を用いることが好ましい。電解質としては、特に限定されないが、アルカリ二次電池の場合には、例えば、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、CF3SO3Li、LiPF6、LiI、LiAlCl4、NaClO4、NaBF4、NaI、(n−Bu)4NClO4、(n−Bu)4NBF4、KPF6等を挙げることができる。 When assembling a battery using the battery electrode of the present invention, it is preferable to use an electrolyte obtained by dissolving an electrolyte in a non-aqueous solvent as the non-aqueous electrolyte. The electrolyte is not particularly limited, but in the case of an alkaline secondary battery, for example, LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 , CF 3 SO 3 Li, LiPF 6 , LiI, LiAlCl 4 , NaClO 4 , NaBF 4 , NaI , (N-Bu) 4 NClO 4 , (n-Bu) 4 NBF 4 , KPF 6 and the like.
また、非水系溶媒としては、例えば、エーテル類、ケトン類、ラクトン類、ニトリル類、アミン類、アミド類、硫黄化合物、塩素化炭化水素類、エステル類、カーボネート類、ニトロ化合物、リン酸エステル系化合物、スルホラン系化合物等を挙げることができる。これらの中でも、エーテル類、ケトン類、ニトリル類、塩素化炭化水素類、カーボネート類、スルホラン系化合物が好ましい。 Non-aqueous solvents include, for example, ethers, ketones, lactones, nitriles, amines, amides, sulfur compounds, chlorinated hydrocarbons, esters, carbonates, nitro compounds, and phosphate esters. Examples thereof include compounds and sulfolane compounds. Among these, ethers, ketones, nitriles, chlorinated hydrocarbons, carbonates, and sulfolane compounds are preferable.
具体的には、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、アニソール、モノグライム、ジグライム、トリグライム、アセトニトリル、プロピオニトリル、4−メチル−2−ペンタノン、ブチロニトリル、バレロニトリル、ベンゾニトリル、1,2−ジクロロエタン、γ−ブチロラクトン、ジメトキシエタン、メチルフオルメイト、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチルチオホルムアミド、スルホラン、3−メチル−スルホラン、リン酸トリメチル、若しくはリン酸トリエチル、または、これらの混合溶媒等を挙げることができる。なお、水系電池用の電解液としては、5規定以上の水酸化カリウム水溶液を使用することが好ましい。 Specifically, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, anisole, monoglyme, diglyme, triglyme, acetonitrile, propionitrile, 4-methyl-2-pentanone, butyronitrile, valeronitrile, benzonitrile, 1, 2-dichloroethane, γ-butyrolactone, dimethoxyethane, methyl formate, propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, dimethylthioformamide, sulfolane, 3-methyl-sulfolane, trimethyl phosphate, or triethyl phosphate, or And a mixed solvent thereof. In addition, it is preferable to use 5N or more potassium hydroxide aqueous solution as electrolyte solution for water based batteries.
更に、本発明の電池電極を用いて組み立てられる電池は、必要に応じて、セパレータ、端子、絶縁板等の部品を用いて構成することができる。組み立てる電池の構造は、特に制限されないが、例えば、正極、負極、及び、セパレータを単層または複層としたペーパー型の構造、正極、負極、及び、セパレータをロール状に巻いた円筒状の構造等を挙げることができる。 Furthermore, the battery assembled using the battery electrode of this invention can be comprised using components, such as a separator, a terminal, and an insulating board, as needed. The structure of the battery to be assembled is not particularly limited. For example, a positive electrode, a negative electrode, and a paper structure having a separator as a single layer or a multilayer, a positive electrode, a negative electrode, and a cylindrical structure in which a separator is wound in a roll shape. Etc.
本発明の電池電極を用いて製造した電池(二次電池)は、例えば、AV機器、OA機器、通信機器等に好適に使用することができる。 A battery (secondary battery) manufactured using the battery electrode of the present invention can be suitably used for AV equipment, OA equipment, communication equipment, and the like.
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例、比較例中の「部」及び「%」は、特に断らない限り質量基準である。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited to these Examples. In the examples and comparative examples, “parts” and “%” are based on mass unless otherwise specified.
得られた電極電池用バインダー組成物は、以下に示す測定方法により各種物性値及び諸特性を評価した。 The obtained binder composition for an electrode battery was evaluated for various physical properties and various properties by the measurement methods shown below.
[均一性]:
得られた電極電池用バインダー組成物を100mlのサンプルビンに入れて室温下で3日間静置し、静置後の電極電池用バインダー組成物を目視にて観察し、電極電池用バインダー組成物の「均一性」として以下に示す基準に従って評価する。
○:析出物、または溶液の分離が確認されず、透明な溶液
△:析出物、または溶液の分離は確認されないが、濁りが確認された溶液
×:析出物、または溶液の分離が確認された溶液
[Uniformity]:
The obtained binder composition for an electrode battery was placed in a 100 ml sample bottle and allowed to stand at room temperature for 3 days. The electrode battery binder composition after standing was visually observed, and the binder composition for an electrode battery was observed. The “uniformity” is evaluated according to the following criteria.
○: No separation of precipitates or solution was confirmed, transparent solution Δ: No separation of precipitates or solution was confirmed, but turbidity was confirmed solution ×: Separation of precipitates or solution was confirmed solution
[電池電極用ペーストの作製]:
活物質としてLiCoO2を100部、アセチレンブラック3部、及び電極電池用バインダー組成物(固形分換算)2部、NMP50部を混合、撹拌して、電池電極用ペーストを作製する。なお、電池電極用ペーストは、その粘度が、約4000mPa・sとなるように調整する。電池電極用ペーストの粘度は、B型粘度計(東機産業社製)にて、ローター回転速度30rpmの条件で測定する。
[Preparation of paste for battery electrode]:
A battery electrode paste is prepared by mixing and stirring 100 parts of LiCoO 2 as an active material, 3 parts of acetylene black, 2 parts of an electrode battery binder composition (in terms of solid content) and 50 parts of NMP. The battery electrode paste is adjusted so that its viscosity is about 4000 mPa · s. The viscosity of the battery electrode paste is measured with a B-type viscometer (manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.) under conditions of a rotor rotational speed of 30 rpm.
[電池電極の作製]:
得られた電池電極用ペーストを、アルミニウム箔(集電材)上に塗布した後、120℃で20分乾燥させて、膜厚100μmの、電池電極用ペーストにより形成された膜(電極層)を得る。その後、ロールプレスによって、電極層の厚さが60μmとなるように圧縮して正極用の電池電極を作製する。
[Preparation of battery electrode]:
The obtained battery electrode paste was applied onto an aluminum foil (current collector) and then dried at 120 ° C. for 20 minutes to obtain a film (electrode layer) having a film thickness of 100 μm and formed from the battery electrode paste. . Thereafter, the electrode layer is compressed so as to have a thickness of 60 μm by a roll press to produce a battery electrode for a positive electrode.
[電池の作製]:
2極式コインセル(商品名「HSフラットセル」、宝泉社製)内に、直径16.16mmに打ち抜いた、パイオニクス社製の商品名「ピオクセルA100」を負極として配置する。この負極上に、直径18mmに打ち抜いたポリプロピレン製の多孔膜からなるセパレータ(商品名「セルガード#2400」、セルガード社製)を配置した後、空気が入らないように電解液を注入する。その後、電解液を注入した2極式コインセル内に、予め直径15.95mmに打ち抜いた正極用電極を配置し、2極式コインセルの外装ボディーを配置し、ネジ閉めをして二次電池を作製する。なお、電解液は、エチレンカーボネート/ジエチルカーボネート=1/1(体積/体積)の溶媒に、LiPF6が1モル/リットルの濃度で溶解した溶液を使用する。
[Production of battery]:
In a two-pole coin cell (trade name “HS Flat Cell”, manufactured by Hosen Co., Ltd.), a product name “Piox Cell A100” manufactured by Pionics, which is punched to a diameter of 16.16 mm, is disposed as a negative electrode. A separator (trade name “Celguard # 2400”, manufactured by Celgard) made of a polypropylene porous film punched to a diameter of 18 mm is disposed on the negative electrode, and then an electrolyte is injected so that air does not enter. After that, a positive electrode punched out to a diameter of 15.95 mm in advance is placed in the bipolar coin cell into which the electrolyte is injected, the outer body of the bipolar coin cell is placed, and the screw is closed to produce a secondary battery. To do. As the electrolytic solution, a solution in which LiPF 6 is dissolved at a concentration of 1 mol / liter in a solvent of ethylene carbonate / diethyl carbonate = 1/1 (volume / volume) is used.
[金属箔(集電材)への密着性]:
まず、「電池電極の作製」にて作製した電池電極を幅2cm×長さ10cmの試験片として切り出す。この試験片の電極層の表面に両面テープを貼り付けた後、この両面テープによって試験片をアルミニウムの板に貼り付ける。その後、試験片のアルミニウム箔(集電材)の表面に、幅18mmのテープ(JIS Z1522に規定された商品名「セロテープ(登録商標)」、ニチバン社製)を貼り付け、90°方向に50mm/分の速度でテープを剥離したときの強度(g/cm)を5回測定し、その平均値をピール強度(g/cm)として算出する。なお、ピール強度の値が大きいほど、集電材と電極層との密着性が良好であり、集電材から電極層が剥離し難いと評価することができる。
[Adhesion to metal foil (current collector)]:
First, the battery electrode prepared in “Preparation of Battery Electrode” is cut out as a test piece having a width of 2 cm and a length of 10 cm. After a double-sided tape is attached to the surface of the electrode layer of the test piece, the test piece is attached to an aluminum plate with the double-sided tape. Thereafter, a 18 mm wide tape (trade name “Cello Tape (registered trademark)”, manufactured by Nichiban Co., Ltd.) defined in JIS Z1522, was attached to the surface of the aluminum foil (current collector) of the test piece, and 50 mm / 90 ° in the 90 ° direction. The strength (g / cm) when the tape is peeled off at a rate of minutes is measured 5 times, and the average value is calculated as the peel strength (g / cm). In addition, it can be evaluated that the greater the peel strength value, the better the adhesion between the current collector and the electrode layer, and the more difficult the electrode layer peels from the current collector.
[容量維持率(%)]:
「電池の作製」にて作製した電池(リチウムイオン二次電池)について、25℃の雰囲気下で、0.2Cの定電流法で4Vまで充電した後に3Vまで放電する「充放電」を50回繰り返す(50サイクル行う)。この充放電に際し、5サイクル、20サイクル、及び50サイクル時の放電容量(mAh)を測定した後、活物質1g当たりの放電容量(mAh/g)を算出する。算出した、活物質1g当たりの放電容量(mAh/g)を用い、下記式(1)から、20サイクル、及び50サイクル時の容量維持率(%)を算出する。容量維持率(%)は、59%以下である場合は「D」、59%超であって74%以下である場合は「C」、74%超であって84%以下である場合は「B」、84%超であって100%以下である場合は「A」と評価した。
[Capacity maintenance rate (%)]:
For the battery (lithium ion secondary battery) produced in “Battery production”, “charge / discharge” is performed 50 times in an atmosphere of 25 ° C., which is charged to 4 V by a constant current method of 0.2 C and then discharged to 3 V. Repeat (50 cycles). In this charging / discharging, after measuring the discharge capacity (mAh) at 5 cycles, 20 cycles, and 50 cycles, the discharge capacity (mAh / g) per 1 g of the active material is calculated. Using the calculated discharge capacity (mAh / g) per gram of active material, the capacity retention rate (%) at 20 cycles and 50 cycles is calculated from the following formula (1). The capacity maintenance ratio (%) is “D” when it is 59% or less, “C” when it is more than 59% and 74% or less, and “C” when it is more than 74% and 84% or less. "B", more than 84% and less than 100% was evaluated as "A".
[内部抵抗(Ω)]:
[電池の作製]にて作製した電池(リチウムイオン二次電池)について、25℃の雰囲気下で、0.2Cの定電流法で4Vまで充電した後、3Vまで放電する「充放電」を50回繰り返し(50サイクル行い)、その後、4.0Vまで充電を行ったときの内部抵抗(Ω)を算出する。なお、内部抵抗を算出するに際し、電圧、電流、直流抵抗の間にはオームの法則より直線関係{(電圧)=(内部抵抗)×(電流)}が成立する。
[Internal resistance (Ω)]:
For the battery (lithium ion secondary battery) prepared in [Preparation of Battery], charge / discharge 50 to 3 V after charging to 4 V by a constant current method of 0.2 C in an atmosphere at 25 ° C. Repeated 50 times (after 50 cycles), and then calculate the internal resistance (Ω) when charging to 4.0V. In calculating the internal resistance, a linear relationship {(voltage) = (internal resistance) × (current)} is established among Ohm's law among the voltage, current, and DC resistance.
[ペースト安定性]:
得られた電池電極用ペーストを100mlのサンプルビンに入れて室温で2日間静置した後、電池電極用ペーストの液面から5mmの位置にある電池電極用ペーストを1mlサンプリングする。その後、調製した直後の電池電極用ペーストの固形分濃度と、静置後の電池電極用ペーストの固形分濃度との差を算出し、「固形分濃度変化」とする。この「固形分濃度変化」をペースト安定性として評価する。なお、固形分濃度変化の値が小さい程、ペースト安定性が良好である。
[Paste stability]:
The obtained battery electrode paste is placed in a 100 ml sample bottle and allowed to stand at room temperature for 2 days, and then 1 ml of the battery electrode paste at a position of 5 mm from the liquid surface of the battery electrode paste is sampled. Thereafter, the difference between the solid content concentration of the battery electrode paste immediately after the preparation and the solid content concentration of the battery electrode paste after standing is calculated to be “change in solid content concentration”. This “solid content concentration change” is evaluated as paste stability. In addition, paste stability is so favorable that the value of solid content concentration change is small.
(合成例1)
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。昇温後、オートクレーブ内にフッ化ビニリデン(以下、「VDF」と記す)44.2%、及び六フッ化プロピレン(以下、「HFP」と記す)55.8%からなる混合ガスを、内圧が1.96MPa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(CCl2FCClF2)溶液25gを、窒素ガスを使用して圧入し、重合反応を開始させた。重合反応中、VDF60.2%及びHFP39.8%からなる混合ガスを逐次圧入して、反応系内の圧力を1.96MPaに維持した。また、重合反応の進行とともに重合速度が低下するため、重合開始から3時間経過後に、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反応系内に圧入し、圧入後、更に3時間反応を継続させた。反応後、反応液を室温まで冷却させた。その後、撹拌を停止し、未反応単量体を放出して反応を停止させ、フッ素原子を含有する重合体((D)重合体)を含有するラテックス(表1中、「(D)重合体ラテックス」と示す)を得た。
(Synthesis Example 1)
The interior of an autoclave with an internal volume of about 6 liters equipped with an electromagnetic stirrer was sufficiently purged with nitrogen, then charged with 2.5 liters of deoxygenated pure water and 25 g of ammonium perfluorodecanoate as an emulsifier, and stirred at 350 rpm. The temperature was raised to 60 ° C. After raising the temperature, a mixed gas consisting of 44.2% vinylidene fluoride (hereinafter referred to as “VDF”) and 55.8% propylene hexafluoride (hereinafter referred to as “HFP”) was introduced into the autoclave. It charged until it reached 1.96 MPa. Thereafter, 25 g of Freon 113 (CCl 2 FCClF 2 ) solution containing 20% of diisopropyl peroxydicarbonate as a polymerization initiator was injected using nitrogen gas to start the polymerization reaction. During the polymerization reaction, a mixed gas composed of 60.2% VDF and 39.8% HFP was sequentially injected to maintain the pressure in the reaction system at 1.96 MPa. In addition, since the polymerization rate decreases with the progress of the polymerization reaction, 25 hours of Freon 113 solution containing 20% of diisopropyl peroxydicarbonate was injected into the reaction system using nitrogen gas after 3 hours from the start of polymerization. After the press-fitting, the reaction was continued for another 3 hours. After the reaction, the reaction solution was cooled to room temperature. Thereafter, stirring is stopped, the reaction is stopped by releasing unreacted monomers, and latex containing a polymer ((D) polymer) containing fluorine atoms (in Table 1, “(D) polymer” Labeled latex).
次に、得られた(D)重合体ラテックス(固形分換算)10部、イオン交換水200部をセパラブルフラスコに投入した。一方、このセパラブルフラスコとは別の容器に、イオン交換水90部及び反応性乳化剤(商品名「アデカリアソープSR10」、旭電化工業社製)1部、メチルメタクリレート20部、n−ブチルアクリレート67部、スチレン10部、スルホン酸基を有する単量体としてスチレンスルホン酸ナトリウム(商品名「スピノマーNaSS」、東ソー社製)2部、アクリル酸1部を仕込み、撹拌しつつ乳化させて乳化物を得た。得られた乳化物を、(D)重合体ラテックス及びイオン交換水を投入したセパラブルフラスコに投入し、混合して混合物を得た。得られた混合物を撹拌しつつ窒素置換した。その後、50℃まで昇温させ、過硫酸カリウム0.6部及び亜硫酸ナトリウム0.2部を投入して温度を保持しつつ3時間攪拌した。撹拌後、75℃に昇温させ、温度を保持しつつ1時間攪拌を行った。撹拌後、25℃まで冷却した後、2%水酸化ナトリウム水溶液でpH7に調整し、複合化重合体分散体((A)重合体と(D)重合体とが複合化した複合化重合体を含有する分散体)を得た。 Next, 10 parts of the obtained (D) polymer latex (in terms of solid content) and 200 parts of ion-exchanged water were charged into a separable flask. On the other hand, in a separate container from this separable flask, 90 parts of ion-exchanged water and 1 part of reactive emulsifier (trade name “ADEKA rear soap SR10” manufactured by Asahi Denka Kogyo Co., Ltd.), 20 parts of methyl methacrylate, n-butyl acrylate 67 parts, 10 parts of styrene, 2 parts of sodium styrene sulfonate (trade name “Spinomer NaSS”, manufactured by Tosoh Corporation) as a monomer having a sulfonic acid group, and 1 part of acrylic acid are emulsified with stirring and emulsified. Got. The obtained emulsion was put into a separable flask charged with (D) polymer latex and ion-exchanged water, and mixed to obtain a mixture. The resulting mixture was purged with nitrogen while stirring. Thereafter, the temperature was raised to 50 ° C., 0.6 part of potassium persulfate and 0.2 part of sodium sulfite were added, and the mixture was stirred for 3 hours while maintaining the temperature. After stirring, the temperature was raised to 75 ° C., and stirring was performed for 1 hour while maintaining the temperature. After stirring, the mixture is cooled to 25 ° C., adjusted to pH 7 with a 2% aqueous sodium hydroxide solution, and a composite polymer dispersion (a composite polymer in which (A) polymer and (D) polymer are combined) is prepared. Containing dispersion).
複合化重合体分散体中の複合化重合体の数平均粒子径(表1中、「数平均粒子径」と示す)は、0.1μmであった。なお、複合化重合体の数平均粒子径は、測定装置として、22mWのHe−Neレーザー(λ=632.8nm)を光源とするALV社製の光散乱測定装置「ALV5000」を使用して測定した。また、(A)重合体中のスルホン酸基を有する単量体に由来する構成単位の割合は、2質量%であり、(A)重合体と(D)重合体との合計100部に対する(A)重合体の割合は90部であった。 The number average particle size of the composite polymer in the composite polymer dispersion (shown as “number average particle size” in Table 1) was 0.1 μm. The number average particle size of the composite polymer was measured using a light scattering measurement device “ALV5000” manufactured by ALV, which uses a 22 mW He—Ne laser (λ = 632.8 nm) as a light source. did. Moreover, the ratio of the structural unit derived from the monomer which has a sulfonic acid group in (A) polymer is 2 mass%, and (100) with respect to a total of 100 parts of (A) polymer and (D) polymer ( A) The proportion of the polymer was 90 parts.
なお、表1中、「nBA」はn−ブチルアクリレートを意味し、「MMA」はメチルメタクリレートを意味し、「ST」はスチレンを意味し、「AA」はアクリル酸を意味し、「IA」はイタコン酸を意味し、「NASS」はスチレンスルホン酸ナトリウムを意味する。また、表1中の「(A)重合体」は、表1に示す配合量(質量部)で、「nBA」、「MMA」、「ST」、「AA」、「IA」、及び「NASS」を使用して得られる重合体が(A)重合体であることを示している。 In Table 1, “nBA” means n-butyl acrylate, “MMA” means methyl methacrylate, “ST” means styrene, “AA” means acrylic acid, “IA” Means itaconic acid and “NASS” means sodium styrenesulfonate. Further, “(A) polymer” in Table 1 is the blending amount (part by mass) shown in Table 1, and “nBA”, “MMA”, “ST”, “AA”, “IA”, and “NASS”. ”Indicates that the polymer obtained by using (A) is a polymer.
(合成例2〜4)
合成例1で得られた(D)重合体ラテックス、n−ブチルアクリレート、メチルメタクリレート、スチレン、アクリル酸、イタコン酸、及びスチレンスルホン酸ナトリウムを、表1に示す配合量で用いた以外は、上記合成例1と同様にして複合化重合体分散体を得た。ただし、合成例3及び合成例4は、(D)重合体ラテックスを用いずに合成を行ったため、得られた分散体中には複合化重合体ではなく(A)重合体が分散している。
(Synthesis Examples 2 to 4)
Except that (D) the polymer latex, n-butyl acrylate, methyl methacrylate, styrene, acrylic acid, itaconic acid, and sodium styrene sulfonate obtained in Synthesis Example 1 were used in the amounts shown in Table 1, In the same manner as in Synthesis Example 1, a composite polymer dispersion was obtained. However, since Synthesis Example 3 and Synthesis Example 4 were synthesized without using (D) polymer latex, not (A) polymer was dispersed in the obtained dispersion instead of the composite polymer. .
(実施例1)
[電極電池用バインダー組成物の調製]:
合成例1で得られた複合化重合体分散体(固形分換算)(表2中、「分散体」と示す)110部に、(B)化合物としてタウリン1部を加えて第一の混合液を得、その後、(C)有機溶媒としてn−メチルピロリドン(表2中、「NMP」と示す)1300部を加えて第二の混合液を得た。得られた第二の混合液を圧力0.01MPa、温度80℃の条件で減圧蒸留し、水分を揮発させて電極電池用バインダー組成物を得た。なお、タウリンは水溶液として加えた。
Example 1
[Preparation of binder composition for electrode battery]:
110 parts of the composite polymer dispersion obtained in Synthesis Example 1 (in terms of solid content) (shown as “dispersion” in Table 2) is added 1 part of taurine as the compound (B), and the first mixed liquid Then, (C) 1300 parts of n-methylpyrrolidone (shown as “NMP” in Table 2) as an organic solvent was added to obtain a second mixed solution. The obtained second mixed liquid was distilled under reduced pressure under the conditions of a pressure of 0.01 MPa and a temperature of 80 ° C. to evaporate the water, thereby obtaining an electrode battery binder composition. Taurine was added as an aqueous solution.
本実施例の電極電池用バインダー組成物は、均一性の評価が○であり、本実施例の電極電池用バインダー組成物を用いて作製した電極層は、ピール強度は50g/cmであり、本実施例の電極電池用バインダー組成物を用いて作製した電極電池の容量維持率は、20サイクルでは86%であり、50サイクルでは80%であり、内部抵抗は51Ωであり、本実施例の電極電池用バインダー組成物により形成した電池電極用ペーストのペースト安定性の評価(固形分濃度変化)が「<1」(1未満)であった。 The electrode battery binder composition of this example has a uniformity evaluation of ○, and the electrode layer produced using the electrode battery binder composition of this example has a peel strength of 50 g / cm. The capacity retention rate of the electrode battery produced using the binder composition for an electrode battery of the example is 86% at 20 cycles, 80% at 50 cycles, and the internal resistance is 51Ω. The paste stability evaluation (change in solid content concentration) of the battery electrode paste formed from the battery binder composition was “<1” (less than 1).
(実施例2〜7)
合成例1または合成例4の分散体、(B)化合物、及び(C)有機溶媒を、表2に示す配合量で用いた以外は、実施例1と同様にして、電極電池用バインダー組成物を得た。得られた電極電池用バインダー組成物について、実施例1と同様にして、上記各種評価を行った。その測定結果を表2に示す。
(Examples 2 to 7)
A binder composition for an electrode battery in the same manner as in Example 1, except that the dispersion of Synthesis Example 1 or Synthesis Example 4, the compound (B), and the organic solvent (C) were used in the amounts shown in Table 2. Got. About the obtained binder composition for electrode batteries, it carried out similarly to Example 1, and performed said various evaluation. The measurement results are shown in Table 2.
(比較例1,2)
合成例1または合成例2の分散体、(B)化合物、及び(C)有機溶媒を、表3に示す配合量で用いた以外は、実施例1と同様にして、電極電池用バインダー組成物を得た。得られた電極電池用バインダー組成物について、実施例1と同様にして、上記各種評価を行った。その測定結果を表3に示す。
(Comparative Examples 1 and 2)
A binder composition for an electrode battery in the same manner as in Example 1, except that the dispersion of Synthesis Example 1 or Synthesis Example 2, (B) compound, and (C) organic solvent were used in the amounts shown in Table 3. Got. About the obtained binder composition for electrode batteries, it carried out similarly to Example 1, and performed said various evaluation. The measurement results are shown in Table 3.
(比較例3)
(B)化合物であるタウリンに代えて、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム1部、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド1部を加えた以外は、実施例1と同様にして電極電池用バインダー組成物を得た。得られた電極電池用バインダー組成物について、実施例1と同様にして、上記各種評価を行った。その測定結果を表3に示す。なお、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、及びラウリルトリメチルアンモニウムクロライドは、それぞれの水溶液として加えた。
(Comparative Example 3)
(B) A binder composition for an electrode battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that 1 part of sodium dodecylbenzenesulfonate and 1 part of lauryltrimethylammonium chloride were added in place of the compound taurine. About the obtained binder composition for electrode batteries, it carried out similarly to Example 1, and performed said various evaluation. The measurement results are shown in Table 3. In addition, sodium dodecylbenzenesulfonate and lauryltrimethylammonium chloride were added as respective aqueous solutions.
(比較例4)
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67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(合成例3)。得られた水系分散体の固形分100部に対して、NMP900部、及び(B)化合物としてタウリン1部を添加した。なお、タウリンは水溶液として加えた。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、電極電池用バインダー組成物を得た。得られた電極電池用バインダー組成物について、実施例1と同様にして、上記各種評価を行った。その測定結果を表3に示す。
(Comparative Example 4)
After the inside of the 7-liter separable flask was sufficiently purged with nitrogen, 3 parts of 2- (1-allyl) -4-nonylphenoxypolyethylene glycol sulfate ammonium was charged as an emulsifier and heated to 75 ° C. Next, 67 parts of n-butyl acrylate, 30 parts of styrene, 2 parts of acrylic acid, 1 part of itaconic acid and an appropriate amount of water were added and stirred at 75 ° C. for 30 minutes. Thereafter, 0.5 part of sodium persulfate was added as a polymerization initiator, and polymerization was carried out at 85 to 95 ° C. for 2 hours. The reaction was stopped by cooling to obtain an aqueous dispersion of a functional group-containing polymer (Synthesis Example 3). 900 parts of NMP and 1 part of taurine as a compound (B) were added to 100 parts of the solid content of the obtained aqueous dispersion. Taurine was added as an aqueous solution. Using a rotary evaporator with a water temperature set to 85 ° C., water was distilled off under reduced pressure conditions to obtain a binder composition for an electrode battery. About the obtained binder composition for electrode batteries, it carried out similarly to Example 1, and performed said various evaluation. The measurement results are shown in Table 3.
(比較例5)
まず、合成例1で得られた複合化重合体分散体を固形分として110部、及び(C)有機溶媒としてn−メチルピロリドン1300部を混合して電極電池用バインダー組成物を得た。
(Comparative Example 5)
First, 110 parts as a solid content of the composite polymer dispersion obtained in Synthesis Example 1 and 1300 parts of n-methylpyrrolidone as an organic solvent (C) were mixed to obtain a binder composition for an electrode battery.
次に、得られた電極電池用バインダー組成物1410部、活物質としてLiCoO2を100部、及び、予め調製した調製済みアセチレンブラック3部を混合、撹拌して、電池電極用ペーストを作製した。なお、電池電極用ペーストは、その粘度が、約4000mPa・sとなるように調整した。電池電極用ペーストの粘度は、B型粘度計(東機産業社製)にて、ローター回転速度30rpmの条件で測定した。なお、上記調製済みアセチレンブラックは、100mlビーカーに、2%タウリン水溶液50ml(タウリンを固形分換算で1部含有している)及びアセチレンブラック3部を入れた後、80℃を保持しつつホットスターラーを用いて攪拌しながら蒸発乾固させて調製した。 Next, 1410 parts of the obtained binder composition for an electrode battery, 100 parts of LiCoO 2 as an active material, and 3 parts of prepared acetylene black prepared in advance were mixed and stirred to prepare a battery electrode paste. The battery electrode paste was adjusted to have a viscosity of about 4000 mPa · s. The viscosity of the battery electrode paste was measured with a B-type viscometer (manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.) at a rotor rotation speed of 30 rpm. The prepared acetylene black was prepared by adding 50 ml of 2% taurine aqueous solution (containing 1 part of taurine in terms of solid content) and 3 parts of acetylene black to a 100 ml beaker, and maintaining a temperature of 80 ° C. And evaporating to dryness with stirring.
本比較例で得られた電極電池用バインダー組成物、及び、作製した電池電極用ペーストについて、実施例1と同様にして、上記各種評価を行った。その測定結果を表3に示す。 The above various evaluations were carried out in the same manner as in Example 1 for the electrode battery binder composition obtained in this Comparative Example and the produced battery electrode paste. The measurement results are shown in Table 3.
表2,3から明らかなように、実施例1〜5,7の電池電極用バインダー組成物は、静置後の溶液の均一性が、比較例1〜5の電池電極用バインダー組成物と同程度もしくは良好である。実施例1〜6の電池電極用バインダー組成物により得られる電池電極用ペーストは、静置後のペーストの安定性が、比較例1,3,及び5の電池電極用ペーストと同程度であり、実施例1〜4の電池電極用バインダー組成物により得られる電池電極用ペーストによって形成される電極層は、比較例1〜3の電池電極用ペーストによって形成される電極層と同程度の、金属箔(集電材)に対する密着性、即ちピール強度を有することに加え、実施例1〜7の電池電極用バインダー組成物により得られる電池電極用ペーストによって形成される電極層を備えた電池電極は、比較例1〜5の電池電極用ペーストによって形成される電極層を備えた電池電極に比べて、容量維持率(%)及び内部抵抗(Ω)が良好である電池(二次電池)を提供することが可能であることが確認できた。即ち、実施例1〜7の電池電極用バインダー組成物は、比較例1〜5の電池電極用バインダー組成物に比べて、集電材との密着性、及びリチウムイオンの移動度が向上するとともに、これらのバランスが良好である電極層を形成可能であることに加え、静置後の溶液の均一性などの性質を維持した電池電極用ペーストの材料として好適であることが確認できた。 As is clear from Tables 2 and 3, the battery electrode binder compositions of Examples 1 to 5 and 7 have the same uniformity of the solution after standing as the battery electrode binder compositions of Comparative Examples 1 to 5. Degree or good. The battery electrode pastes obtained from the battery electrode binder compositions of Examples 1 to 6 have the same stability as the battery electrode pastes of Comparative Examples 1, 3, and 5 after standing. The electrode layer formed by the battery electrode paste obtained from the battery electrode binder compositions of Examples 1 to 4 is the same level as the electrode layer formed by the battery electrode paste of Comparative Examples 1 to 3. In addition to having adhesiveness to (current collector), that is, peel strength, a battery electrode provided with an electrode layer formed by the battery electrode paste obtained from the battery electrode binder compositions of Examples 1 to 7 is compared. Provided is a battery (secondary battery) having a better capacity retention ratio (%) and internal resistance (Ω) than the battery electrode provided with the electrode layer formed by the battery electrode paste of Examples 1 to 5. It was confirmed that it is possible. That is, the battery electrode binder compositions of Examples 1 to 7 have improved adhesion to the current collector and lithium ion mobility compared to the battery electrode binder compositions of Comparative Examples 1 to 5, In addition to being able to form an electrode layer having a good balance, it was confirmed that the electrode layer was suitable as a material for battery electrode paste that maintained properties such as the uniformity of the solution after standing.
本発明の電池電極用バインダー組成物は、集電材との密着性、及びリチウムイオンの移動度が向上するとともに、これらのバランスが良好である電極層を形成可能であり、このような電極層を備える電池(二次電池)は、容量維持率(%)及び内部抵抗(Ω)が良好である(即ち、容量低下が少なく、サイクル特性に優れる)ため、AV機器、OA機器、通信機器等の電池の材料として好適に使用することができる。 The binder composition for battery electrodes of the present invention can improve the adhesion to the current collector and the mobility of lithium ions, and can form an electrode layer having a good balance between them. The battery provided (secondary battery) has a good capacity retention rate (%) and internal resistance (Ω) (ie, low capacity reduction and excellent cycle characteristics), so AV equipment, OA equipment, communication equipment, etc. It can be suitably used as a battery material.
本発明の電池電極用バインダー組成物の製造方法は、AV機器、OA機器、通信機器等の電池の材料として好適に使用することができる電池電極用バインダー組成物を製造することができる。 The manufacturing method of the binder composition for battery electrodes of this invention can manufacture the binder composition for battery electrodes which can be used conveniently as battery materials, such as AV apparatus, OA apparatus, and communication apparatus.
本発明の電池電極用ペーストは、AV機器、OA機器、通信機器等の電池の材料として好適に使用することができる。 The battery electrode paste of the present invention can be suitably used as a battery material for AV equipment, OA equipment, communication equipment and the like.
本発明の電池電極は、AV機器、OA機器、通信機器等の電池の電極として好適に使用することができる。 The battery electrode of the present invention can be suitably used as an electrode for batteries of AV equipment, OA equipment, communication equipment and the like.
本発明の電池電極の製造方法は、AV機器、OA機器、通信機器等の電池の電極を好適に製造することができる。 The battery electrode manufacturing method of the present invention can suitably manufacture battery electrodes for AV equipment, OA equipment, communication equipment, and the like.
Claims (15)
(B)その分子中に、アニオン性官能基とカチオン性官能基とをそれぞれ少なくとも一つ有する化合物と、
を含有し、
前記(B)化合物の使用量は、前記(A)重合体100質量部に対して、1〜7質量部である電池電極用バインダー組成物。 (A) a polymer having an anionic functional group;
(B) a compound having at least one anionic functional group and cationic functional group in the molecule;
Contain,
The usage-amount of the said (B) compound is a binder composition for battery electrodes which is 1-7 mass parts with respect to 100 mass parts of said (A) polymers .
前記(B)化合物の前記カチオン性官能基が、アミノ基、イミノ基、イミダゾリウム基、及び、ピリジニウム基よりなる群から選択される少なくとも一種である請求項1〜5のいずれか一項に記載の電池電極用バインダー組成物。 The anionic functional group of the compound (B) is at least one selected from the group consisting of a carboxyl group, a sulfonic acid group, an imido acid group, and a group represented by the formula: BO 2 H 2 ;
The cationic functional group of the (B) compound is at least one selected from the group consisting of an amino group, an imino group, an imidazolium group, and a pyridinium group. The binder composition for battery electrodes.
得られた前記分散体に、その分子中にアニオン性官能基とカチオン性官能基とをそれぞれ少なくとも一つ有する化合物を加えて第一の混合液を得る工程と、
前記第一の混合液と有機溶媒とを混合して第二の混合液を得る工程と、
前記第二の混合液から水を除去して電池電極用バインダー組成物を得る工程と、を有する電池電極用バインダー組成物の製造方法。 Obtaining a dispersion in which a polymer having an anionic functional group is dispersed;
Adding a compound having at least one anionic functional group and cationic functional group in the molecule to the obtained dispersion to obtain a first mixed liquid;
Mixing the first mixed liquid and the organic solvent to obtain a second mixed liquid;
Removing the water from the second mixed solution to obtain a binder composition for battery electrodes, and a method for producing a binder composition for battery electrodes.
活物質と、を含有する電池電極用ペースト。 The binder composition for battery electrodes according to any one of claims 1 to 8,
A battery electrode paste containing an active material.
前記集電材の表面上に、請求項13に記載の電池電極用ペーストを塗布し、乾燥させて形成される電極層と、を備えた電池電極。 Current collector,
A battery electrode comprising: an electrode layer formed by applying the battery electrode paste according to claim 13 on a surface of the current collector and drying the paste.
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