JP5449327B2 - 非水系二次電池電極用バインダー組成物 - Google Patents
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Description
官能基含有架橋型樹脂微粒子が、
(A)1分子中に1つのエチレン性不飽和基と、単官能または多官能エポキシ基とを有する単量体(a)、1分子中に1つのエチレン性不飽和基と、単官能または多官能アミド基とを有する単量体(b)、および1分子中に1つのエチレン性不飽和基と、単官能または多官能水酸基とを有する単量体(c)からなる群より選ばれる少なくとも1つの単量体0.1〜20重量%、
(B)1分子中に1つのエチレン性不飽和基と、単官能または多官能アルコキシシリル基とを有する単量体(d)、および1分子中に2つ以上のエチレン性不飽和基を有する単量体(e)からなる群より選ばれる少なくとも1つの単量体0.1〜5重量%、および、
(C)前記単量体(a)〜(e)以外の、エチレン性不飽和基を有する単量体(k)75〜99.8重量%
を含むエチレン性不飽和基を有する単量体を水中にて界面活性剤の存在下、ラジカル重合開始剤によって乳化重合してなる樹脂微粒子であることを特徴とする、非水系二次電池電極用バインダー組成物に関する。
本発明の非水系二次電池電極用バインダーは、特定の官能基を有するエチレン性不飽和単量体を含む単量体を共重合して得られる官能基含有架橋型樹脂微粒子を含むことを特徴とする。官能基含有架橋型樹脂微粒子が、特定の官能基による架橋構造をとることにより耐電解液性を確保し、また、官能基含有架橋型樹脂微粒子が、特定の官能基を含有することにより、集電体、または電極との密着性に寄与することができる。さらには架橋構造や官能基の量を調整することで、可とう性に優れた非水系二次電池電極用バインダー組成物を得ることができる。
(A)1分子中に1つのエチレン性不飽和基と、単官能または多官能エポキシ基とを有する単量体(a)、1分子中に1つのエチレン性不飽和基と、単官能または多官能アミド基とを有する単量体(b)、および1分子中に1つのエチレン性不飽和基と、単官能または多官能水酸基とを有する単量体(c)からなる群より選ばれる少なくとも1つの単量体を0.1〜20重量%
(B)1分子中に1つのエチレン性不飽和基と、アルコキシシリル基とを有する単量体(d)、および1分子中に2つ以上のエチレン性不飽和基を有する単量体(e)からなる群より選ばれる少なくとも1つの単量体を0.1〜5重量%
(C)前記単量体(a)〜(e)以外の、エチレン性不飽和基を有する単量体(k)を75〜99.8重量%
単量体群(A)に含まれる単量体を使用することにより、エポキシ基、アミド基、または水酸基を官能基含有架橋型樹脂微粒子の粒子内や表面に残存させることができ、これにより集電体の密着性などの物性を向上させることができる。単量体群(A)に含まれる単量体は、粒子合成後でもその官能基が粒子内部や表面に残存しやすく、少量でも集電体への密着性効果が大きい。また、その一部が架橋反応に使用されてもよく、これらの官能基の架橋度合いを調整することで、耐電解液性と密着性のバランスをとることができる。
単量体群(B)に含まれる単量体の有する官能基(アルコキシシリル基、エチレン性不飽和基)は、自己架橋型反応性官能基であり、主に粒子合成中における粒子内部架橋を形成する効果がある。粒子の内部架橋を十分に行うことで、耐電解液性を向上させることができる。したがって、単量体群(B)に含まれる単量体を使用することで架橋型樹脂微粒子とすることができる。また、粒子架橋を十分に行うことで、耐電解液性を向上させることができる。
本発明の非水系二次電池電極用バインダー組成物に用いる官能基含有架橋型樹脂微粒子は、上述した1分子中に1つのエチレン性不飽和基と、単官能または多官能の各種官能基を有する単量体(a)〜(e)に加えて、単量体群(C)として、単量体(a)〜(e)以外の、エチレン性不飽和基を有する単量体(k)を同時に乳化重合することで得ることができる。
本発明の官能基含有架橋型樹脂微粒子は、従来既知の乳化重合方法により合成される。
本発明において乳化重合の際に用いられる乳化剤としては、エチレン性不飽和基を有する反応性乳化剤やエチレン性不飽和基を有しない非反応性乳化剤など、従来公知のものを任意に使用することができる。
本発明の官能基含有架橋型樹脂微粒子の乳化重合に際して用いられる水性媒体としては、水があげられ、親水性の有機溶剤も本発明の目的を損なわない範囲で使用することができる。
本発明の官能基含有架橋型樹脂微粒子を得るに際して用いられる重合開始剤としては、ラジカル重合を開始する能力を有するものであれば特に制限はなく、公知の油溶性重合開始剤や水溶性重合開始剤を使用することができる。
なお、前記した重合開始剤によらずとも、光化学反応や、放射線照射などによっても重合を行うことができる。重合温度は各重合開始剤の重合開始温度以上とする。例えば、過酸化物系重合開始剤では、通常70℃程度とすればよい。重合時間は特に制限されないが、通常2〜24時間である。
さらに必要に応じて、緩衝剤として、酢酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム、重炭酸ナトリウムなどが、また、連鎖移動剤としてのオクチルメルカプタン、チオグリコール酸2−エチルヘキシル、チオグリコール酸オクチル、ステアリルメルカプタン、ラウリルメルカプタン、t−ドデシルメルカプタンなどのメルカプタン類が適量使用できる。
<ガラス転移温度>
また、官能基含有架橋型樹脂微粒子のガラス転移温度(以下、Tgともいう)は、−30〜70℃が好ましく、−20〜30℃がさらに好ましい。Tgが−30℃未満の場合、バインダーが過度に電極活物質を覆い、インピーダンスが高くなりやすい。また、Tg が70℃を超えると、バインダーの柔軟性、粘着性が乏しくなり、電極活物質の集電材への接着性、電極の成形性が劣る場合がある。なお、ガラス転移温度は、DSC(示差走査熱量計)を用いて求めた値である。
また、本発明においては官能基含有架橋型樹脂微粒子の粒子構造を多層構造、いわゆるコアシェル粒子にすることもできる。例えば、コア部、またはシェル部に官能基を有する単量体を主に重合させた樹脂を局在化させたり、コアとシェルによってTgや組成に差を設けたりすることにより、硬化性、乾燥性、成膜性、バインダーの機械強度を向上させることができる。
官能基含有架橋型樹脂微粒子の平均粒子径は、電極活物質の結着性や粒子の安定性の点から、10〜500nmであることが好ましく、30〜250nmであることがより好ましい。また、1μmを超えるような粗大粒子が多く含有されるようになると粒子の安定性が損なわれるので、1μmを超える粗大粒子は多くとも5重量%以下であることが好ましい。なお、本発明における平均粒子径とは、体積平均粒子径のことを表し、動的光散乱法により測定できる。
さらに官能基含有架橋型樹脂微粒子を成膜して得られる塗膜の強度、および伸び率は、樹脂の強靭性の点から、強度1.0〜7.0N/mm2、伸び率300〜2000%であることが好ましく、さらには強度2.0〜5.5N/mm2、伸び率400〜1200%であることがより好ましい。強度が1.0N/mm2未満であると活物質の保持力や集電体への結着力が悪くなる場合があり、また、強度が7.0N/mm2を超えると塗膜が剛直になりすぎて結着力が悪くなる。伸び率が300%未満であると、塗膜がもろく、結着力が十分得られない場合がある。また、伸び率が2000%を超えると、活物質の保持力や集電体への結着力が悪くなる場合がある。なお、本発明における塗膜の強度、および伸び率とは、テンシロンにより測定した破断強度、破断伸度のことである。
さらに本発明の官能基含有架橋型樹脂微粒子を成膜して得られる塗膜のゲル分率は、50%以上、さらには70%以上であることが好ましい。ゲル分率とは、樹脂微粒子を成膜して得られる塗膜を有機溶剤(ここで有機溶剤とは、メタノール、エタノール、酢酸エチル、メチルエチルケトン、トルエン、シクロヘキサンなどの汎用的に使用される溶媒、またはプロピレンカーボネート、エチルカーボネートなどの二次電池電解液として使用される溶媒などのことを言う)に一定時間浸漬後、有機溶剤に溶解せずに形状を保持している樹脂分のことをいう。
本発明の非水系二次電池電極用バインダー組成物は、官能基含有架橋型樹脂微粒子に加えて、さらに、未架橋のエポキシ基含有化合物、未架橋のアミド基含有化合物、未架橋の水酸基含有化合物、および未架橋のオキサゾリン基含有化合物からなる群より選ばれる少なくとも1つの未架橋の化合物(D)[以下、化合物(D)と表記する場合がある]とを含むことが好ましい。
未架橋のエポキシ基含有化合物としては、例えば、グリシジル(メタ)アクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシル(メタ)アクリレートなどのエポキシ基含有エチレン性不飽和単量体;前記エポキシ基含有エチレン性不飽和単量体を含むエチレン性不飽和単量体を重合して得られるラジカル重合系樹脂;エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、グリセリンジグリシジルエーテル、グリセリントリグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、ジグリシジルアニリン、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−m−キシリレンジアミン、1,3−ビス(N,N’−ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサンなどの多官能エポキシ化合物;ビスフェノールA−エピクロロヒドリン型エポキシ樹脂、ビスフェノールF−エピクロロヒドリン型エポキシ樹脂などのエポキシ系樹脂などがあげられる。
未架橋のアミド基含有化合物としては、例えば、(メタ)アクリルアミドなどの第一アミド基含有化合物;N−メチロールアクリルアミド、N,N−ジ(メチロール)アクリルアミド、N−メチロール−N−メトキシメチル(メタ)アクリルアミドなどのアルキロール(メタ)アクリルアミド系化合物;N−メトキシメチル−(メタ)アクリルアミド、N−エトキシメチル−(メタ)アクリルアミド、N−プロポキシメチル−(メタ)アクリルアミド、N−ブトキシメチル−(メタ)アクリルアミド、N−ペントキシメチル−(メタ)アクリルアミドなどのモノアルコキシ(メタ)アクリルアミド系化合物;N,N−ジ(メトキシメチル)アクリルアミド、N−エトキシメチル−N−メトキシメチルメタアクリルアミド、N,N−ジ(エトキシメチル)アクリルアミド、N−エトキシメチル−N−プロポキシメチルメタアクリルアミド、N,N−ジ(プロポキシメチル)アクリルアミド、N−ブトキシメチル−N−(プロポキシメチル)メタアクリルアミド、N,N−ジ(ブトキシメチル)アクリルアミド、N−ブトキシメチル−N−(メトキシメチル)メタアクリルアミド、N,N−ジ(ペントキシメチル)アクリルアミド、N−メトキシメチル−N−(ペントキシメチル)メタアクリルアミドなどのジアルコキシ(メタ)アクリルアミド系化合物;N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、N,N−ジエチルアミノプロピルアクリルアミドなどのジアルキルアミノ(メタ)アクリルアミド系化合物;N,N−ジメチルアクリルアミド、N,N−ジエチルアクリルアミドなどのジアルキル(メタ)アクリルアミド系化合物;ダイアセトン(メタ)アクリルアミドなどのケト基含有(メタ)アクリルアミド系化合物など、以上のアミド基含有エチレン性不飽和単量体;前記アミド基含有エチレン性不飽和単量体を含むエチレン性不飽和単量体を重合して得られるラジカル重合系樹脂などがあげられる。
未架橋の水酸基含有化合物としては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、グリセロールモノ(メタ)アクリレート4−ヒドロキシビニルベンゼン、1−エチニル−1−シクロヘキサノール、アリルアルコールなどの水酸基含有エチレン性不飽和単量体;前記水酸基含有エチレン性不飽和単量体を含むエチレン性不飽和単量体を重合して得られるラジカル重合系樹脂;エチレングリコール、ジエチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオールなどの直鎖脂肪族ジオール類;プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、2,2−ジエチル−1,3−プロパンジオールなどの分岐鎖脂肪族ジオール類;1,4−ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサンなどの環状ジオール類などがあげられる。
未架橋のオキサゾリン基含有化合物としては、例えば、2’−メチレンビス(2−オキサゾリン)、2,2’−エチレンビス(2−オキサゾリン)、2,2’−エチレンビス(4−メチル−2−オキサゾリン)、2,2’−プロピレンビス(2−オキサゾリン)、2,2’−テトラメチレンビス(2−オキサゾリン)、2,2’−ヘキサメチレンビス(2−オキサゾリン)、2,2’−オクタメチレンビス(2−オキサゾリン)、2,2’−p−フェニレンビス(2−オキサゾリン)、2,2’−p−フェニレンビス(4,4’−ジメチル−2−オキサゾリン)、2,2’−p−フェニレンビス(4−メチル−2−オキサゾリン)、2,2’−p−フェニレンビス(4−フェニル−2−オキサゾリン)、2,2’−m−フェニレンビス(2−オキサゾリン)、2,2’−m−フェニレンビス(4−メチル−2−オキサゾリン)、2,2’−m−フェニレンビス(4,4’−ジメチル−2−オキサゾリン)、2,2’−m−フェニレンビス(4−フェニレンビス−2−オキサゾリン)、2,2’−o−フェニレンビス(2−オキサゾリン)、2,2’−o−フェニレンビス(4−メチル−2−オキサゾリン)、2,2’−ビス(2−オキサゾリン)、2,2’−ビス(4−メチル−2−オキサゾリン)、2,2’−ビス(4−エチル−2−オキサゾリン)、2,2’−ビス(4−フェニル−2−オキサゾリン)、さらにはオキサゾリン基含有ラジカル重合系樹脂などがあげられる。
化合物(D)は、官能基含有架橋型樹脂微粒子の固形分100重量部に対して0.1〜50重量部添加するのが好ましく、5〜40重量部添加するのがさらに好ましい。化合物(D)の添加量が0.1重量部未満であると、集電体の密着性に寄与する官能基の量が少なくなり、集電体の密着性向上に十分寄与できない場合がある。また、50重量部を超えると、化合物(D)の電解液への漏出など、バインダー性能への悪影響を起こす場合がある。さらに、化合物(D)は2種類以上併用することも可能である。
本発明の非水系二次電池電極用バインダー組成物には、官能基含有架橋型樹脂微粒子および化合物(D)以外に、バインダーの可とう性や耐電解液性を調整する目的で第3成分を添加することもできる。
第3成分としては、例えば官能基含有架橋型樹脂微粒子と化合物(D)、または化合物(D)同士を架橋させる架橋剤(化合物(l))を添加することができる。
本発明の官能基含有架橋型樹脂微粒子を含む非水系二次電池電極用バインダー組成物には、成膜助剤、消泡剤、レベリング剤、防腐剤、pH調整剤、粘性調整剤などを必要に応じて配合できる。
本発明の非水系二次電池電極用バインダー組成物は、二次電池の正極、および負極に使用することができる。その他、エネルギーデバイス、すなわち、キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、太陽電池などにも使用することができる。
[実施例1]
攪拌器、温度計、滴下ロート、還流器を備えた反応容器に、イオン交換水40部と界面活性剤としてアデカリアソープSR−10(株式会社ADEKA製)0.2部とを仕込み、別途、スチレン50部、2−エチルヘキシルアクリレート45部、メチルメタクリレート1.5部、アクリル酸1部、ダイアセトンアクリルアミド2部、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン0.5部、イオン交換水53部および界面活性剤としてアデカリアソープSR−10(株式会社ADEKA製)1.8部をあらかじめ混合しておいたプレエマルジョンのうちの1%をさらに加えた。内温を70℃に昇温し十分に窒素置換した後、過硫酸カリウムの5%水溶液10部の10%を添加し重合を開始した。反応系内を70℃で5分間保持した後、内温を70℃に保ちながらプレエマルジョンの残りと過硫酸カリウムの5%水溶液の残りを3時間かけて滴下し、さらに2時間攪拌を継続した。固形分測定にて転化率が98%超えたことを確認後、温度を30℃まで冷却した。25%アンモニア水を添加して、pHを8.5とし、さらにイオン交換水で固形分を48%に調整して樹脂微粒子水分散体を得た。なお、固形分は、150℃20分焼き付け残分により求めた。
表1、表2に示す配合組成で、実施例1と同様の方法で合成し、実施例2〜21、および、比較例1〜5の樹脂微粒子水分散体を得た。ただし、比較例2、4は乳化重合時に樹脂が凝集し、目的の樹脂微粒子を得ることができなかった。
アデカリアソープSR−10;アルキルエーテル系アニオン界面活性剤(株式会社ADEKA製)
アデカリアソープER−20;アルキルエーテル系ノニオン界面活性剤(株式会社ADEKA製)
[比較例6]
攪拌器、温度計、滴下ロート、還流器を備えた反応容器に、イソプロピルアルコール40部を仕込み、別途、ブチルアクリレート80部、アクリル酸20部を滴下槽1に、また、アゾビスイソブチロニトリル2部をイソプロピルアルコール60部に溶解させて滴下槽2に仕込んだ。内温を70℃に昇温し十分に窒素置換した後、滴下槽1、2を2時間かけて滴下し、重合を行った。滴下終了後、内温を70℃に保ったまま1時間攪拌を続け、固形分測定にて転化率が98%超えたことを確認後、温度を30℃まで冷却し、固形分50%のブチルアクリレート/アクリル酸共重合体溶液を得た。なお、固形分は、150℃20分焼き付け残分により求めた。
[比較例7]
比較例6と同様の方法でメチルメタクリレート88部とグリシジルメタクリレート12部とを使用して固形分50%のメチルメタクリレート/グリシジルメタクリレート共重合体溶液を得た。
[製造例1]
攪拌器、温度計、滴下ロート、還流器を備えた反応容器にイソプロピルアルコール20部、水20部を仕込み、別途、メチルメタクリレート40部、メチルアクリレート40部、グリシジルメタクリレート20部を滴下槽1に、また、過硫酸カリウム2部をイソプロピルアルコール30部および水30部に溶解させて滴下槽2に仕込んだ。内温を80℃に昇温し十分に窒素置換した後、滴下槽1、2を2時間かけて滴下し、重合を行った。滴下終了後、内温を80℃に保ったまま1時間攪拌を続け、固形分測定にて転化率が98%超えたことを確認後、温度を30℃まで冷却し、固形分50%のエポキシ基含有化合物(メチルメタクリレート/メチルアクリレート/グリシジルメタクリレート共重合体)溶液を得た。なお、固形分は、150℃20分焼き付け残分により求めた。
[製造例2]
攪拌器、温度計、滴下ロート、還流器を備えた反応容器に、水90部を仕込み、別途、アクリルアミド20部を滴下槽1に、また、過硫酸カリウム2部を水90部に溶解させて滴下槽2に仕込んだ。内温を80℃に昇温し十分に窒素置換した後、滴下槽1、2を2時間かけて滴下し、重合を行った。滴下終了後、内温を80℃に保ったまま1時間攪拌を続け、固形分測定にて転化率が98%超えたことを確認後、温度を30℃まで冷却し、固形分10%のアミド基含有化合物(ポリアクリルアミド)溶液を得た。なお、固形分は、150℃20分焼き付け残分により求めた。
攪拌器、温度計、滴下ロート、還流器を備えた反応容器に、水40部を仕込み、別途、2−エチルヘキシルアクリレート40部、スチレン40部、ジメチルアクリルアミド20部を滴下槽1に、また、過硫酸カリウム2部を水60部に溶解させて滴下槽2に仕込んだ。内温を80℃に昇温し十分に窒素置換した後、滴下槽1、2を2時間かけて滴下し、重合を行った。滴下終了後、内温を80℃に保ったまま1時間攪拌を続け、固形分測定にて転化率が98%超えたことを確認後、温度を30℃まで冷却し、固形分50%のアミド基含有化合物(2−エチルヘキシルアクリレート/スチレン/ジメチルアクリルアミド共重合体)溶液を得た。なお、固形分は、150℃20分焼き付け残分により求めた。
[製造例4]
攪拌器、温度計、滴下ロート、還流器を備えた反応容器に、イソプロピルアルコール20部、水20部を仕込み、別途、メチルメタクリレート40部、ブチルアクリレート40部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート20部を滴下槽1に、また、過硫酸カリウム2部をイソプロピルアルコール30部および水30部に溶解させて滴下槽2に仕込んだ。内温を80℃に昇温し十分に窒素置換した後、滴下槽1、2を2時間かけて滴下し、重合を行った。滴下終了後、内温を80℃に保ったまま1時間攪拌を続け、固形分測定にて転化率が98%超えたことを確認後、温度を30℃まで冷却し、固形分50%の水酸基含有化合物(メチルメタクリレート/ブチルアクリレート/2−ヒドロキシエチルメタクリレート共重合体)溶液を得た。なお、固形分は、150℃20分焼き付け残分により求めた。
[実施例22〜42、比較例8〜10]
(正極の作製)
実施例1〜21および比較例1、3、5で得られた樹脂微粒子水分散体の固形分100部に対して、それぞれ、正極活物質であるコバルト酸リチウム(LiCoO2)を4700部、アセチレンブラック100部、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース100部を添加し、固形分50%になるようにイオン交換水を加えた後、混練して非水系二次電池電極用バインダー組成物を調製した。
さらに、この非水系二次電池電極用バインダー組成物を、それぞれ、集電体となる厚さ20μmのアルミ箔上にドクターブレードを用いて塗布した後、減圧加熱乾燥し、ロールプレスによる圧延処理を行い、厚さ50μmの正極合剤層を有する正極を作製した。
このようにして、実施例1〜21および比較例1、3、5で得られた樹脂微粒子水分散体を用いて得られた正極用バインダー組成物および正極を、それぞれ実施例22〜42、比較例8〜10に係る正極用バインダー組成物および正極とした。
実施例1〜21および比較例1、3、5で得られた樹脂微粒子水分散体の固形分100部に対して、それぞれ、負極活物質としてメソフェーズカーボン(MCMB 6−28、平均粒径5〜7μm、比表面積4m2/g大阪ガスケミカル社製)4800部、アセチレンブラック100部を添加し、固形分50%になるようにイオン交換水を加えた後、混練して非水系二次電池電極用バインダー組成物を調製した。
さらに、この非水系二次電池電極用バインダー組成物を、それぞれ、集電体となる厚さ20μmのアルミ箔上にドクターブレードを用いて塗布した後、減圧加熱乾燥し、ロールプレスによる圧延処理を行い、厚さ50μmの負極合剤層を有する負極を作製した。
このようにして、実施例1〜21および比較例1、3、5で得られた樹脂微粒子水分散体を用いて得られた負極用バインダー組成物および負極を、それぞれ実施例22〜42、比較例8〜10に係る負極用バインダー組成物および負極とした。
(正極の作製)
表3に示す組成によって得られた樹脂微粒子水分散体の固形分100部に対して、それぞれ、正極活物質であるコバルト酸リチウム(LiCoO2)を4700部、アセチレンブラック100部、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース100部を加え、固形分50%になるようにイオン交換水を加えた後、混練して非水系二次電池電極用バインダー組成物を調製した。
さらに、この非水系二次電池電極用バインダー組成物を、それぞれ、集電体となる厚さ20μmのアルミ箔上にドクターブレードを用いて塗布した後、減圧加熱乾燥し、ロールプレスによる圧延処理を行い、厚さ50μmの正極合剤層を有する正極を作製した。
このようにして、表3に示す組成によって得られた樹脂微粒子水分散体を用いて得られた正極用バインダー組成物および正極を、それぞれ実施例43〜65に係る正極用バインダー組成物および正極とした。
表3に示す組成によって得られた樹脂微粒子水分散体の固形分100部に対して、それぞれ、負極活物質としてメソフェーズカーボン(MCMB 6−28、平均粒径5〜7μm、比表面積4m2/g大阪ガスケミカル社製)4800部、アセチレンブラック100部を添加し、固形分50%になるようにイオン交換水を加えた後、混練して非水系二次電池電極用バインダー組成物を調製した。
さらに、この非水系二次電池電極用バインダー組成物を、それぞれ、集電体となる厚さ20μmのアルミ箔上にドクターブレードを用いて塗布した後、減圧加熱乾燥し、ロールプレスによる圧延処理を行い、厚さ50μmの負極合剤層を有する負極を作製した。
このようにして、表3に示す組成によって得られた樹脂微粒子水分散体を用いて得られた負極用バインダー組成物および負極を、それぞれ実施例43〜65に係る負極用バインダー組成物および負極とした。
エポキシ樹脂;(製品名アデカレジンEM−1−60L、株式会社ADEKA製、エポキシ当量320、ビスフェノールA−エピクロロヒドリン型エポキシ樹脂)
1,4−ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン;(和光純薬工業株式会社製)
オキサゾリン基含有アクリル・スチレン樹脂;(製品名エポクロスK−2020E、株式会社日本触媒製、オキサゾリン当量550)
アミキュアVDH;(味の素ファインテクノ社製)
カルボジライトV−02;カルボジイミド硬化剤(日清紡績株式会社製、NCN当量600)
ポリアミド樹脂;共重合ポリアミド樹脂(製品名Griltex D1500A Suspension、エムスケミー・ジャパン株式会社製)
(正極の作製)
比較例5で得られた樹脂微粒子水分散体、比較例6、7で得られた共重合体溶液の固形分100部に対して、それぞれ、正極活物質であるコバルト酸リチウム(LiCoO2)を4700部、アセチレンブラック100部、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース100部(さらに、比較例5で得られた樹脂微粒子水分散体には3官能エポキシ樹脂[製品名デナコールEX321、ナガセケムテックス(株)製]を30部、比較例6で得られた共重合体溶液には3官能エポキシ樹脂[デナコールEX321]を50部、比較例7で得られた共重合体溶液にはジアミノジフェニルエーテル[DPE/ODA、和歌山精化工業(株)製]を50部)、トルエンに溶解させたものを加えて、最終的にバインダー組成物の固形分が50%になるように調整し、混練して非水系二次電池電極用バインダー組成物を調製した。
さらに、この非水系二次電池電極用バインダー組成物を、それぞれ、集電体となる厚さ20μmのアルミ箔上にドクターブレードを用いて塗布した後、減圧加熱乾燥し、ロールプレスによる圧延処理を行い、厚さ50μmの正極合剤層を有する正極を作製した。
このようにして、比較例5で得られた樹脂微粒子水分散体、比較例6、7で得られた共重合体溶液を用いて得られた正極用バインダー組成物および正極を、それぞれ比較例11〜13に係る正極用バインダー組成物および正極とした。
比較例5で得られた樹脂微粒子水分散体、比較例6、7で得られた共重合体溶液の固形分100部に対して、それぞれ、負極活物質としてメソフェーズカーボン(MCMB 6−28、平均粒径5〜7μm、比表面積4m2/g大阪ガスケミカル社製)4800部、アセチレンブラック100部(さらに、比較例5で得られた樹脂微粒子水分散体には3官能エポキシ樹脂[製品名デナコールEX321、ナガセケムテックス(株)製]を30部、比較例6で得られた共重合体溶液には3官能エポキシ樹脂[デナコールEX321]を50部、比較例7で得られた共重合体溶液にはジアミノジフェニルエーテル[DPE/ODA、和歌山精化工業(株)製]を50部)、トルエンに溶解させたものを加えて最終的にバインダー組成物の固形分が50%になるように調整し、混練して非水系二次電池電極用バインダー組成物を調製した。
さらに、この非水系二次電池電極用バインダー組成物を、それぞれ、集電体となる厚さ20μmのアルミ箔上にドクターブレードを用いて塗布した後、減圧加熱乾燥し、ロールプレスによる圧延処理を行い、厚さ50μmの負極合剤層を有する負極を作製した。
このようにして、比較例5で得られた樹脂微粒子水分散体、比較例6、7で得られた共重合体溶液を用いて得られた負極用バインダー組成物および負極を、それぞれ比較例11〜13に係る負極用バインダー組成物および負極とした。
先に作製した正極(実施例22〜42、比較例8〜10、実施例43〜65、比較例11〜13)を、直径9mmに打ち抜き作用極とし、金属リチウム箔(厚さ0.15mm)を対極として、作用極および対極の間に多孔質ポリプロピレンフィルムからなるセパレーター(セルガード社製 #2400)を挿入積層し、電解液(エチレンカーボネートとジエチルカーボネートを1:1に混合した混合溶媒にLiPF6を1Mの濃度で溶解させた非水電解液)を満たして二極密閉式金属セル(宝仙社製HSフラットセル)を組み立てた。セルの組み立てはアルゴンガス置換したグローボックス内で行い、セル組み立て後、所定の電池特性評価を行った。
先に作製した負極(実施例22〜42、比較例8〜10、実施例43〜65、比較例11〜13)を、直径9mmに打ち抜き作用極とし、金属リチウム箔(厚さ0.15mm)を対極として、作用極および対極の間に多孔質ポリプロピレンフィルムからなるセパレーター(セルガード社製 #2400)を挿入積層し、電解液(エチレンカーボネートとジエチルカーボネートを1:1に混合した混合溶媒にLiPF6を1Mの濃度で溶解させた非水電解液)を満たして二極密閉式金属セル(宝仙社製HSフラットセル)を組み立てた。セルの組み立てはアルゴンガス置換したグローボックス内で行い、セル組み立て後、所定の電池特性評価を行った。
上記の方法で得られたリチウムイオン二次電池電極(正極および負極)を用いて結着性および耐電解液性を評価し、リチウムイオン二次電池電極(正極および負極)評価用セルを用いて電池特性を評価した。
各リチウムイオン二次電池電極の表面にナイフを用いて、合剤層から集電体に達する深さまでの切込みを2mm間隔で縦横それぞれ6本入れて碁盤目の切込みを入れた。この切り込みに粘着テープを貼り付けて直ちに引き剥がし、活物質の脱落の程度を目視判定で判定した。評価基準を下記に示す。評価結果を表4に示す。
○ :「剥離なし」
○△:「わずかに剥離(実用上問題のないレベル)」
△×:「ほとんどの部分で剥離」
× :「完全に剥離」
各リチウムイオン二次電池電極をプロピレンカーボネート液に70℃、24時間浸漬し、浸漬前後での膜の膨潤状態、樹脂の溶出状態を下記の通り算出し、比較評価した。
膨潤率(%)=(浸漬後重量)/(浸漬前重量)
溶出率(%)=(浸漬乾燥後重量)/(浸漬前重量)−1
膨潤率はその値が100%に近いほど、溶出率は0%に近いほど耐電解液性が高いことを示す。評価結果を表4に示す。
各リチウムイオン二次電池電極評価用セルの充放電サイクル試験を行った。1回目の放電容量を100%として70℃、100時間後の放電容量を測定し変化率とした(100%に近いほど良好であることを示す)。評価結果を表4に示す。
Claims (6)
- 官能基含有架橋型樹脂微粒子を含む非水系二次電池電極用バインダー組成物であって、
官能基含有架橋型樹脂微粒子が、
(A)1分子中に1つのエチレン性不飽和基と、単官能または多官能エポキシ基とを有する単量体(a)、1分子中に1つのエチレン性不飽和基と、単官能または多官能アミド基とを有する単量体(b)、および1分子中に1つのエチレン性不飽和基と、単官能または多官能水酸基とを有する単量体(c)からなる群より選ばれる少なくとも1つの単量体0.1〜20重量%、
(B)1分子中に1つのエチレン性不飽和基と、単官能または多官能アルコキシシリル基とを有する単量体(d)、および1分子中に2つ以上のエチレン性不飽和基を有する単量体(e)からなる群より選ばれる少なくとも1つの単量体0.1〜5重量%、および、
(C)前記単量体(a)〜(e)以外の、エチレン性不飽和基を有する単量体(k)75〜99.8重量%
を含むエチレン性不飽和基を有する単量体を水中にて界面活性剤の存在下、ラジカル重合開始剤によって乳化重合してなる樹脂微粒子であることを特徴とする、非水系二次電池電極用バインダー組成物。 - エチレン性不飽和基を有する単量体(k)が、1分子中に1つのエチレン性不飽和基と、炭素数8〜18のアルキル基とを有する単量体(m)および/または1分子中に1つのエチレン性不飽和基と、環状構造とを有する単量体(n)を少なくとも含み、該単量体(m)および(n)が、エチレン性不飽和基を有する単量体全体((a)〜(e)および(k))中に合計で30〜95重量%含まれることを特徴とする、請求項1記載の非水系二次電池電極用バインダー組成物。
- 未架橋のエポキシ基含有化合物、未架橋のアミド基含有化合物、未架橋の水酸基含有化合物、および未架橋のオキサゾリン基含有化合物からなる群より選ばれる少なくとも1つの未架橋の化合物(D)を含むことを特徴とする、請求項1または2記載の非水系二次電池電極用バインダー組成物。
- 請求項1〜3いずれか記載の非水系二次電池電極用バインダー組成物を用いてなることを特徴とする、非水系二次電池電極。
- 請求項4記載の非水系二次電池電極を用いてなることを特徴とする、非水系二次電池。
- リチウムイオン二次電池であることを特徴とする、請求項5記載の非水系二次電池。
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