JP6028286B2 - Emulsion binder for forming secondary battery electrode, mixed ink for forming secondary battery electrode, secondary battery electrode, and secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、二次電池の電極の形成に用いる合材インキに使用される二次電池電極形成用エマルションバインダーに関する。
に関する。
The present invention relates to an emulsion binder for forming a secondary battery electrode used in a composite ink used for forming an electrode of a secondary battery.
About.

近年、デジタルカメラや携帯電話のような小型携帯型電子機器が広く用いられるようになってきた。これらの電子機器には、容積を最小限にし、かつ重量を軽くすることが常に求められてきており、搭載される電池においても、小型、軽量かつ大容量の電池の実現が求められている。又、自動車搭載用等の大型二次電池においても、従来の鉛蓄電池に代えて、大型二次電池の実現が望まれている。   In recent years, small portable electronic devices such as digital cameras and mobile phones have been widely used. These electronic devices have always been required to minimize the volume and reduce the weight, and the batteries to be mounted are also required to be small, light, and have a large capacity. In addition, in a large-sized secondary battery for use in automobiles or the like, it is desired to realize a large-sized secondary battery instead of a conventional lead storage battery.

そのような要求に応えるため、リチウムイオン二次電池、アルカリ二次電池などの二次電池の開発が行なわれており、電極の形成に使用する二次電池電極形成用エマルションバインダーの開発も活発に行われている。   In response to such demands, secondary batteries such as lithium ion secondary batteries and alkaline secondary batteries have been developed, and the development of emulsion binders for forming secondary battery electrodes used to form electrodes is also active. Has been done.

電極の形成に使用されるバインダーに要求される性能としては、活物質と集電材の密着性が良好であること、電池反応を阻害させず、電解液中のイオン物質をできるだけ抵抗なく自由に移動させること、等が挙げられる。
そして、活物質と集電材の密着性が不充分であると電極を形成する時に、活物質が集電材から剥がれ落ち、電池特性が低下することがある。一方、樹脂の電池反応の阻害が大きい場合、電池の内部抵抗の増大につながり、電極材料の性能を十分に引き出せないという問題が生じている。
The required performance of the binder used to form the electrode is that the active material and the current collector have good adhesion, the battery reaction is not hindered, and the ionic substance in the electrolyte can be moved as freely as possible without resistance. And so on.
When the electrode is formed when the adhesion between the active material and the current collector is insufficient, the active material may be peeled off from the current collector and the battery characteristics may be deteriorated. On the other hand, when the inhibition of the battery reaction of the resin is large, the internal resistance of the battery is increased, and there is a problem that the performance of the electrode material cannot be sufficiently brought out.

そこで、特許文献1〜3には、電池の内部抵抗を低減するため、イオン物質の移動性を高めるためバインダーにポリエチレングリコールやポリプロピレングリコールを含む提案がされている。   Therefore, Patent Documents 1 to 3 propose that the binder contains polyethylene glycol or polypropylene glycol in order to reduce the internal resistance of the battery and increase the mobility of the ionic substance.

特許文献4には、アルキレンオキサイド部位を有するアクリル酸エステルモノマーと(メタ)アクリル酸モノマーを共重合してなるバインダーが開示されている。   Patent Document 4 discloses a binder obtained by copolymerizing an acrylate monomer having an alkylene oxide moiety and a (meth) acrylic acid monomer.

二次電池の大型化と高性能化が進み、さらに環境面を意識して水性化のニーズが高まるなか、特許文献1〜5に記載の二次電池用バインダーでは、そのような要求を満足することができなかった。   The secondary battery binders described in Patent Documents 1 to 5 satisfy such requirements as the size and performance of the secondary battery increase and the need for water-based treatment increases in consideration of the environment. I couldn't.

特開2002−117860号公報JP 2002-117860 A 特許第2823273号公報Japanese Patent No. 2823273 特許第4669980号公報Japanese Patent No. 46669980 特開平2003−268053号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-268053

しかし、特許文献1〜3の樹脂は電解液に溶解しやすいため、活物質と集電材との密着性が不足する問題がある。   However, since the resins of Patent Documents 1 to 3 are easily dissolved in the electrolytic solution, there is a problem that the adhesion between the active material and the current collector is insufficient.

また、特許文献4の樹脂は酸価が高いために樹脂の酸化劣化を引き起こし、電池反応への影響が懸念される。さらに、前記樹脂は有機溶媒を使用するため、環境への負荷が大きいという問題がある。   Moreover, since the resin of patent document 4 has a high acid value, it causes oxidative degradation of the resin, and there is a concern about the influence on the battery reaction. Furthermore, since the resin uses an organic solvent, there is a problem that the load on the environment is large.

本発明は、電解液に溶解しにくいことで活物質と集電材の密着性が良好で、さらに樹脂が、イオン物質の移動を妨げにくいことで電池性能が良好な電極を形成可能な二次電池電極形成用樹脂の提供を目的とする。   The present invention provides a secondary battery capable of forming an electrode having good battery performance because it is difficult to dissolve in an electrolyte solution and thus has good adhesion between an active material and a current collector, and the resin does not hinder the movement of an ionic substance. The object is to provide an electrode forming resin.

本発明は、カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(A)0.1〜5重量%、下記一般式(1)で表されるエチレン性不飽和単量体(B)0.5〜20重量%、(メタ)アクリル系エチレン性不飽和単量体の2級アミンまたは(メタ)アクリル系エチレン性不飽和単量体の3級アミンである窒素含有単位含有単量体(C)0.1〜10重量%、およびこれらと共重合可能なエチレン性不飽和単量体(D)65〜99.3重量%を乳化重合した二次電池電極形成用エマルションバインダーを構成とする。ここで窒素含有単位とは、2級アミンまたは3級アミン中の、アミノ基である窒素含有基よびミド結合である窒素含有結合を含む概念である。
一般式(1) CH2=C(R1)−CO−O−(R2O)n−R3
(式中、nは1以上50以下の整数、R1は水素原子又はメチル基、R2は炭素原子数1〜3のアルキレン基、R3は水素原子又は炭素原子数1〜10のアルキル基である)
In the present invention, the carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer (A) is 0.1 to 5% by weight, and the ethylenically unsaturated monomer (B) is 0.5 to 20 represented by the following general formula (1). % By weight, (meth) acrylic ethylenically unsaturated monomer secondary amine or (meth) acrylic ethylenically unsaturated monomer tertiary amine- containing monomer (C) 0. The emulsion binder for secondary battery electrode formation which emulsion-polymerized 1-10 weight% and ethylenically unsaturated monomer (D) 65-99.3 weight% copolymerizable with these is made into a structure. Here, the nitrogen-containing units is a concept including in secondary amine or a tertiary amine, a nitrogen-containing bond is a nitrogen-containing group Contact and A phagemid binding an amino group.
Formula (1) CH 2 = C ( R 1) -CO-O- (R 2 O) n -R 3
(In the formula, n is an integer of 1 to 50, R 1 is a hydrogen atom or a methyl group, R 2 is an alkylene group having 1 to 3 carbon atoms, and R 3 is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. Is)

上記構成の本発明によれば、エマルションバインダーがアルキレンオキサイドおよび窒素含有単位を含むことにより当該バインダーを含む合材層は、電極の集電体との密着性が良好であり、さらに合材層のイオン伝導性が向上になることで電極の内部抵抗を低減できる。   According to the present invention having the above configuration, the emulsion binder contains alkylene oxide and a nitrogen-containing unit, so that the composite material layer containing the binder has good adhesion to the current collector of the electrode, and the composite material layer By improving the ionic conductivity, the internal resistance of the electrode can be reduced.

本発明により、電解液に溶解しにくいことで活物質と集電材の密着性が良好で、さらに樹脂が、イオン物質の移動を妨げにくいことで電池性能が良好な電極を形成可能な二次電池電極形成用エマルションバインダーを提供できた。   According to the present invention, a secondary battery that can form an electrode that has good adhesion between an active material and a current collector by being hardly dissolved in an electrolyte solution, and that has good battery performance because a resin is less likely to hinder the movement of an ionic material. An emulsion binder for electrode formation could be provided.

本発明の二次電池電極形成用エマルションバインダーは、ニッケル水素二次電池以外の二次電池電極を形成するエマルションバインダーである。
本発明の二次電池電極形成用エマルションバインダーは、カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(A)、下記一般式(1)で表されるエチレン性不飽和単量体(B)、窒素含有単位含有単量体(C)およびこれらと共重合可能なエチレン性不飽和単量体(D)を水性媒体中で共重合したものである。そして、二次電池電極形成用エマルションバインダーは、二次電池の電極の集電体に形成する合材層に使用する合材インキに含まれる。
一般式(1) CH2=C(R1)−CO−O−(R2O)n−R3
(式中、nは1以上50以下の整数、R1は水素原子又はメチル基、R2は炭素原子数1〜3のアルキレン基、R3は水素原子又は炭素原子数1〜10のアルキル基である)
The emulsion binder for secondary battery electrode formation of this invention is an emulsion binder which forms secondary battery electrodes other than a nickel-hydrogen secondary battery.
The emulsion binder for forming a secondary battery electrode of the present invention includes a carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer (A), an ethylenically unsaturated monomer (B) represented by the following general formula (1), and nitrogen-containing A unit-containing monomer (C) and an ethylenically unsaturated monomer (D) copolymerizable therewith are copolymerized in an aqueous medium. And the emulsion binder for secondary battery electrode formation is contained in the mixture ink used for the mixture layer formed in the collector of the electrode of a secondary battery.
Formula (1) CH 2 = C ( R 1) -CO-O- (R 2 O) n -R 3
(In the formula, n is an integer of 1 to 50, R 1 is a hydrogen atom or a methyl group, R 2 is an alkylene group having 1 to 3 carbon atoms, and R 3 is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. Is)

カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(A)はエマルションバインダーの重合安定性を高めるために用いられる。本発明で使用する単量体(A)は、カルボキシル基含有不飽和化合物としてはアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、2−メタクリロイルプロピオン酸等を挙げることができる。   The carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer (A) is used to increase the polymerization stability of the emulsion binder. In the monomer (A) used in the present invention, examples of the carboxyl group-containing unsaturated compound include acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, maleic acid, and 2-methacryloylpropionic acid.

カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(A)の使用量は、0.1〜5重量%が好ましい。0.1重量%より少ないと、重合安定性が低いために、得られるエマルションバインダーの貯蔵安定性が低下する懸念がある。一方、5重量%より多いと、エマルションの重合安定性が低下し、得られる合材インキの分散安定性が低下する可能性がある。   The amount of the carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer (A) used is preferably 0.1 to 5% by weight. If it is less than 0.1% by weight, the polymerization stability is low, so that the storage stability of the resulting emulsion binder may be lowered. On the other hand, when the amount is more than 5% by weight, the polymerization stability of the emulsion may be lowered, and the dispersion stability of the resultant composite ink may be lowered.

エマルションバインダーの酸価は、カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(A)の種類及び使用量で計算できる。尚、本発明におけるエマルションバインダーの酸価は、JIS K 2501-2003 石油製品及び潤滑油−中和価試験方法 によって測定することができる
The acid value of the emulsion binder can be calculated by the type and amount of the carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer (A). The acid value of the emulsion binder in the present invention can be measured by a JIS K 2501-2003 petroleum product and lubricating oil-neutralization number test method.

酸価が0.1mgKOH/gより小さいと、重合安定性が低いために、得られるエマルションバインダーの貯蔵安定性が低下する懸念がある。一方、酸価が50mgKOH/gより大きいと単量体使用量と同様、エマルションの重合安定性が低下し、得られる合材インキの分散安定性が低下する可能性がある。さらには、バインダーの耐酸化性が低下し、電池の劣化を引き起こす可能性がある。   When the acid value is less than 0.1 mg KOH / g, the polymerization stability is low, and thus the storage stability of the resulting emulsion binder may be lowered. On the other hand, when the acid value is larger than 50 mgKOH / g, the polymerization stability of the emulsion is lowered as in the amount of the monomer used, and the dispersion stability of the resulting composite ink may be lowered. Furthermore, the oxidation resistance of the binder is lowered, which may cause battery deterioration.

一般式(1)で表されるエチレン性不飽和単量体(B)は、アルキレンオキサイド部位を有することでイオン伝導性を有することが知られている。本発明者らは、エチレン性不飽和単量体(B)をある特定の割合で用いることで、バインダー中でアルキレンオキサイド部位が電解液と親和性を有することでイオン伝導性を向上させ、さらに活物質と集電材の密着性が良好なエマルションバインダーが得られることを見出した。   The ethylenically unsaturated monomer (B) represented by the general formula (1) is known to have ionic conductivity by having an alkylene oxide moiety. The inventors have improved the ionic conductivity by using an ethylenically unsaturated monomer (B) at a certain ratio, so that the alkylene oxide moiety in the binder has an affinity for the electrolyte, It has been found that an emulsion binder having good adhesion between the active material and the current collector can be obtained.

一般式(1)のR2は、炭素原子数は1〜3が好ましい。R2の炭素原子数が4より大きいと、疎水性が高くなり過ぎてイオン伝導性が低下する恐れがある。R3の炭素原子数は1〜10が好ましい。R3の炭素原子数が10より大きいと、疎水性が高くなり過ぎてイオン伝導性が低下する恐れがある。
アルキレンオキサイド部位の繰り返し部数であるnの数は、特に限定は無いが、3以上が好ましい。nの数が3以上50以下であればイオン伝導性の効果がより向上して好ましい。
R 2 in the general formula (1) preferably has 1 to 3 carbon atoms. If the number of carbon atoms in R 2 is larger than 4, the hydrophobicity becomes too high and the ionic conductivity may be lowered. R 3 preferably has 1 to 10 carbon atoms. If the number of carbon atoms in R 3 is larger than 10, the hydrophobicity becomes too high and the ionic conductivity may be lowered.
The number of n that is the number of repeating parts of the alkylene oxide moiety is not particularly limited, but is preferably 3 or more. If the number of n is 3 or more and 50 or less, the effect of ion conductivity is further improved, which is preferable.

具体的には、例えば、ジエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート等、末端に水酸基を有し、ポリオキシアルキレン鎖を有するモノアクリレートまたは対応するモノメタアクリレート等、
メトキシエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート等、末端にアルコキシ基を有し、ポリオキシアルキレン鎖を有するモノアクリレートまたは対応するモノメタアクリレート等、
フェノキシエチレングリコール(メタ)アクリレート等、末端にフェノキシまたはアリールオキシ基を有するポリオキシアルキレン系アクリレートまたは対応するメタアクリレートがある。
Specifically, for example, diethylene glycol mono (meth) acrylate, polyethylene glycol mono (meth) acrylate, monoacrylate having a hydroxyl group at the terminal and having a polyoxyalkylene chain, or a corresponding monomethacrylate,
Methoxyethylene glycol (meth) acrylate, methoxydiethylene glycol (meth) acrylate, etc., monoacrylate having an alkoxy group at the terminal and having a polyoxyalkylene chain or the corresponding monomethacrylate,
There are polyoxyalkylene-based acrylates having a phenoxy or aryloxy group at the terminal, such as phenoxyethylene glycol (meth) acrylate, or corresponding methacrylates.

一般式(1)で表されるエチレン性不飽和単量体(B)の使用量は、0.5〜20重量%が好ましい。0.5重量%より少ないと、使用量が少ないためにイオン伝導性の効果が得にくい一方、20重量%より多いと、重合安定性が低下し、重合時あるいは貯蔵時に凝集を起こす懸念がある。   The amount of the ethylenically unsaturated monomer (B) represented by the general formula (1) is preferably 0.5 to 20% by weight. If the amount is less than 0.5% by weight, the effect of ion conductivity is difficult to obtain because the amount used is small. .

窒素原子含有エチレン性不飽和単量体(C)は、メタ)アクリル系エチレン性不飽和単量体の級アミンまたは(メタ)アクリル系エチレン性不飽和単量体の3級アミンである。具体的には、−アクリロイルモルホリン、N,N−(ジメチルアミノ)エチル(メタ)アクリレート、N,N−(ジメチルアミノ)プロピル(メタ)アクリレート、,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジエチル(メタ)アクリルアミド、N−メチル(メタ)アクリルアミド、N−イソプロピルアクリルアミド、N−エチル(メタ)アクリルアミド、及びN−ヘキシル(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。
Nitrogen-containing ethylenically unsaturated monomer (C) is (meth) tertiary amines der secondary amine or (meth) acrylic ethylenically unsaturated monomers of the acrylic ethylenically unsaturated monomers The Specifically, N -acryloylmorpholine, N, N- (dimethylamino) ethyl (meth) acrylate, N, N- (dimethylamino) propyl (meth) acrylate, N , N-dimethyl (meth) acrylamide, N, Examples include N-diethyl (meth) acrylamide, N-methyl (meth) acrylamide, N-isopropylacrylamide, N-ethyl (meth) acrylamide, and N-hexyl (meth) acrylamide.

窒素原子含有エチレン性不飽和単量体(C)の使用量は、0.1〜10重量%が好ましい。0.1重量%より少ないと、重合安定性が低いために、得られるエマルションバインダーの貯蔵安定性が低下する懸念がある。一方、10重量%より多いと、エマルション粒子同士の絡み合いが過大になり、エマルションの重合安定性が低下し、得られる合材インキの分散安定性が低下する可能性がある。   The amount of the nitrogen atom-containing ethylenically unsaturated monomer (C) used is preferably 0.1 to 10% by weight. If it is less than 0.1% by weight, the polymerization stability is low, so that the storage stability of the resulting emulsion binder may be lowered. On the other hand, when the content is more than 10% by weight, the entanglement between the emulsion particles becomes excessive, the polymerization stability of the emulsion is lowered, and the dispersion stability of the resultant composite ink may be lowered.

エチレン性不飽和単量体(D)は、カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(A)、一般式(1)で表されるエチレン性不飽和単量体(B)および窒素原子含有エチレン性不飽和単量体(C)と共重合可能な単量体である。
エチレン性不飽和単量体(D)は、アルキル系(メタ)アクリレート、ビニル基含有単量体および芳香環含有単量体等が挙げられる。
そしてエチレン性不飽和単量体(D)は、そのガラス転移温度(以下、Tgと略す時がある)が、−40〜40℃となるようにエチレン性不飽和単量体を適宜選択することが好ましい。
The ethylenically unsaturated monomer (D) includes a carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer (A), an ethylenically unsaturated monomer (B) represented by the general formula (1), and a nitrogen atom-containing ethylene. It is a monomer copolymerizable with the polymerizable unsaturated monomer (C).
Examples of the ethylenically unsaturated monomer (D) include alkyl (meth) acrylates, vinyl group-containing monomers and aromatic ring-containing monomers.
The ethylenically unsaturated monomer (D) is appropriately selected so that the glass transition temperature (hereinafter sometimes abbreviated as Tg) is -40 to 40 ° C. Is preferred.

具体的に例示すると、アルキル系(メタ)アクリレートとしては、アクリル酸メチル(ホモポリマーのガラス転移温度Tg=−8℃、以下同様)、アクリル酸エチル(Tg=−20℃)、アクリル酸ブチル(Tg=−45℃)、アクリル酸−2−エチルヘキシル等(Tg=−55℃)のアクリル酸エステル類;
メタクリル酸メチル(Tg=100℃)、メタクリル酸エチル(Tg=65℃)、メタクリル酸ブチル(Tg=20℃)、メタクリル酸イソブチル(Tg=67℃)、メタクリル酸ターシャリーブチル(Tg=107℃)、メタクリル酸2−エチルヘキシル(Tg=−10℃)、メタクリル酸シクロヘキシル(Tg=66℃)等のメタクリル酸エステル類が挙げられる。芳香環含有モノマーとしては、スチレン(ホモポリマーのガラス転移温度Tg=100℃、以下同様)、α−メチルスチレン(Tg=168℃)及びベンジルメタクリレートが挙げられる。なお、ホモポリマーのガラス転移温度は、DSCによって、元のベースラインと変曲点での接線の交点を読み取ることで測定できる。
Specifically, examples of the alkyl-based (meth) acrylate include methyl acrylate (homopolymer glass transition temperature Tg = −8 ° C., hereinafter the same), ethyl acrylate (Tg = −20 ° C.), butyl acrylate ( Acrylic acid esters such as Tg = −45 ° C.) and 2-ethylhexyl acrylate (Tg = −55 ° C.);
Methyl methacrylate (Tg = 100 ° C.), Ethyl methacrylate (Tg = 65 ° C.), Butyl methacrylate (Tg = 20 ° C.), Isobutyl methacrylate (Tg = 67 ° C.), Tertiary butyl methacrylate (Tg = 107 ° C.) ), Methacrylic acid esters such as 2-ethylhexyl methacrylate (Tg = −10 ° C.) and cyclohexyl methacrylate (Tg = 66 ° C.). Examples of the aromatic ring-containing monomer include styrene (glass transition temperature of homopolymer Tg = 100 ° C., hereinafter the same), α-methylstyrene (Tg = 168 ° C.) and benzyl methacrylate. The glass transition temperature of the homopolymer can be measured by reading the intersection of the original baseline and the tangent at the inflection point by DSC.

<合材インキ>
本発明の二次電池電極形成用合材インキは、活物質と、エマルションバインダーと、水性液状媒体とを含有することが好ましい。
<Composite ink>
The composite ink for forming a secondary battery electrode of the present invention preferably contains an active material, an emulsion binder, and an aqueous liquid medium.

リチウムイオン二次電池用の正極活物質としては、特に限定はされないが、リチウムイオンをドーピングまたはインターカレーション可能な金属酸化物、金属硫化物等の金属化合物、および導電性高分子等を使用することができる。例えば、Fe、Co、Ni、Mn等の遷移金属の酸化物、リチウムとの複合酸化物、遷移金属硫化物等の無機化合物等が挙げられる。具体的には、MnO、V25、V613、TiO2等の遷移金属酸化物粉末、層状構造のニッケル酸リチウム、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、スピネル構造のマンガン酸リチウムなどのリチウムと遷移金属との複合酸化物粉末、オリビン構造のリン酸化合物であるリン酸鉄リチウム系材料、TiS2、FeSなどの遷移金属硫化物粉末等が挙げられる。 The positive electrode active material for the lithium ion secondary battery is not particularly limited, but metal oxides capable of doping or intercalating lithium ions, metal compounds such as metal sulfides, and conductive polymers are used. be able to. Examples thereof include transition metal oxides such as Fe, Co, Ni, and Mn, composite oxides with lithium, and inorganic compounds such as transition metal sulfides. Specifically, transition metal oxide powders such as MnO, V 2 O 5 , V 6 O 13 , TiO 2 , layered structure lithium nickelate, lithium cobaltate, lithium manganate, spinel structure lithium manganate, etc. Examples thereof include composite oxide powders of lithium and transition metals, lithium iron phosphate materials that are phosphate compounds having an olivine structure, and transition metal sulfide powders such as TiS 2 and FeS.

また、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン等の導電性高分子を使用することもできる。また、上記の無機化合物や有機化合物を混合して用いてもよい。   In addition, conductive polymers such as polyaniline, polyacetylene, polypyrrole, and polythiophene can also be used. Moreover, you may mix and use said inorganic compound and organic compound.

リチウムイオン二次電池用の負極活物質としては、リチウムイオンをドーピングまたはインターカレーション可能なものであれば特に限定されない。例えば、金属Li、その合金であるスズ合金、シリコン合金、鉛合金等の合金系、チタン酸リチウム、バナジウム酸リチウム、ケイ素酸リチウム等の金属酸化物系、ポリアセチレン、ポリ−p−フェニレン等の導電性高分子系、ソフトカーボンやハードカーボンといった、アモルファス系炭素質材料や、高黒鉛化炭素材料等の人造黒鉛、あるいは天然黒鉛等の炭素質粉末、カーボンブラック、メソフェーズカーボンブラック、樹脂焼成炭素材料、気層成長炭素繊維、炭素繊維などの炭素系材料が挙げられる。これら負極活物質は、1種または複数を組み合わせて使用することも出来る。   The negative electrode active material for the lithium ion secondary battery is not particularly limited as long as it can be doped or intercalated with lithium ions. For example, metal Li, alloys thereof such as tin alloys, silicon alloys, lead alloys, etc., metal oxides such as lithium titanate, lithium vanadate, lithium siliconate, and conductive such as polyacetylene, poly-p-phenylene, etc. Polymers, soft carbon and hard carbon, amorphous carbonaceous materials, artificial graphite such as highly graphitized carbon materials, carbonaceous powder such as natural graphite, carbon black, mesophase carbon black, resin-fired carbon materials, Examples thereof include carbon-based materials such as air-growth carbon fibers and carbon fibers. These negative electrode active materials can be used alone or in combination.

これら活物質の大きさは、0.05〜100μmの範囲内であることが好ましく、さらに好ましくは、0.1〜50μmの範囲内である。そして、合材インキ中の活物質の分散粒径は、0.5〜20μmであることが好ましい。ここでいう分散粒径とは、体積粒度分布において、粒子径の細かいものからその粒子の体積割合を積算していったときに、50%となるところの粒子径(D50)であり、一般的な粒度分布計、例えば、動的光散乱方式の粒度分布計(日機装社製「マイクロトラックUPA」)等で測定される。   The size of these active materials is preferably in the range of 0.05 to 100 μm, and more preferably in the range of 0.1 to 50 μm. And it is preferable that the dispersed particle diameter of the active material in compound-material ink is 0.5-20 micrometers. The dispersed particle size referred to here is a particle size (D50) that is 50% when the volume ratio of the particles is integrated from the fine particle size distribution in the volume particle size distribution. A particle size distribution meter such as a dynamic light scattering type particle size distribution meter ("Microtrack UPA" manufactured by Nikkiso Co., Ltd.).

次に、導電助剤である炭素材料について説明する。
本発明の二次電池電極形成用合材インキは、電極の導電性をより高めるために、導電助剤として炭素材料を含有することが好ましい。
炭素材料としては、導電性を有する炭素材料であれば特に限定されるものではないが、グラファイト、カーボンブラック、導電性炭素繊維(カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンファイバー)、フラーレン等を単独で、もしくは2種類以上併せて使用することができる。導電性、入手の容易さ、およびコスト面から、カーボンブラックの使用が好ましい。
Next, the carbon material that is a conductive aid will be described.
The composite ink for forming a secondary battery electrode of the present invention preferably contains a carbon material as a conductive auxiliary agent in order to further increase the conductivity of the electrode.
The carbon material is not particularly limited as long as it is a conductive carbon material, but graphite, carbon black, conductive carbon fiber (carbon nanotube, carbon nanofiber, carbon fiber), fullerene, etc. alone Or two or more types can be used together. From the viewpoint of conductivity, availability, and cost, it is preferable to use carbon black.

カーボンブラックとしては、気体もしくは液体の原料を反応炉中で連続的に熱分解し製造するファーネスブラック、特にエチレン重油を原料としたケッチェンブラック、原料ガスを燃焼させて、その炎をチャンネル鋼底面にあて急冷し析出させたチャンネルブラック、ガスを原料とし燃焼と熱分解を周期的に繰り返すことにより得られるサーマルブラック、特にアセチレンガスを原料とするアセチレンブラックなどの各種のものを単独で、もしくは2種類以上併せて使用することができる。また、通常行われている酸化処理されたカーボンブラックや、中空カーボン等も使用できる。   Carbon black is a furnace black produced by continuously pyrolyzing a gas or liquid raw material in a reactor, especially ketjen black using ethylene heavy oil as a raw material. Channel black that has been rapidly cooled and precipitated, thermal black obtained by periodically repeating combustion and thermal decomposition using gas as a raw material, and particularly various types such as acetylene black using acetylene gas as a raw material, or 2 More than one type can be used in combination. Ordinarily oxidized carbon black, hollow carbon and the like can also be used.

カーボンの酸化処理は、カーボンを空気中で高温処理したり、硝酸や二酸化窒素、オゾン等で二次的に処理したりすることより、例えばフェノール基、キノン基、カルボキシル基、カルボニル基の様な酸素含有極性官能基をカーボン表面に直接導入(共有結合)する処理であり、カーボンの分散性を向上させるために一般的に行われている。しかしながら、官能基の導入量が多くなる程カーボンの導電性が低下することが一般的であるため、酸化処理をしていないカーボンの使用が好ましい。   The oxidation treatment of carbon is performed by treating carbon at a high temperature in the air or by secondary treatment with nitric acid, nitrogen dioxide, ozone, etc., for example, such as phenol group, quinone group, carboxyl group, carbonyl group. This is a treatment for directly introducing (covalently bonding) an oxygen-containing polar functional group to the carbon surface, and is generally performed to improve the dispersibility of carbon. However, since it is common for the conductivity of carbon to fall, so that the introduction amount of a functional group increases, it is preferable to use the carbon which has not been oxidized.

カーボンブラックの比表面積は、値が大きいほど、カーボンブラック粒子どうしの接触点が増えるため、電極の内部抵抗を下げるのに有利となる。具体的には、窒素の吸着量から求められる比表面積(BET)で、20m2/g以上、1500m2/g以下、好ましくは50m2/g以上、1500m2/g以下、更に好ましくは100m2/g以上、1500m2/g以下のものを使用することが望ましい。比表面積が20m2/gを下回るカーボンブラックを用いると、十分な導電性を得ることが難しくなる場合があり、1500m2/gを超えるカーボンブラックは、市販材料での入手が困難となる場合がある。 As the specific surface area of carbon black increases, the number of contact points between the carbon black particles increases, which is advantageous in reducing the internal resistance of the electrode. Specifically, the specific surface area (BET) determined from the amount of nitrogen adsorbed is 20 m 2 / g or more and 1500 m 2 / g or less, preferably 50 m 2 / g or more and 1500 m 2 / g or less, more preferably 100 m 2. / G or more and 1500 m 2 / g or less are desirable. If carbon black having a specific surface area of less than 20 m 2 / g is used, it may be difficult to obtain sufficient conductivity, and carbon black of more than 1500 m 2 / g may be difficult to obtain from commercially available materials. is there.

カーボンブラックの粒径は、平均一次粒子径で0.005〜1μmが好ましく、特に、0.01〜0.2μmが好ましい。ここでいう一次粒子径とは、電子顕微鏡などで千倍〜一万倍に拡大した画像から、例えば20個〜100個の粒子の粒子径を測定し、平均したものである。   The average primary particle diameter of carbon black is preferably 0.005 to 1 μm, and particularly preferably 0.01 to 0.2 μm. The primary particle diameter here is obtained by measuring and averaging, for example, the particle diameters of 20 to 100 particles from an image magnified 1,000 to 10,000 times with an electron microscope or the like.

炭素材料の合材インキ中の分散粒径は、0.03μm以上5μm以下に分散することが望ましい。炭素材料の分散粒径が0.03μm未満の組成物は、その製造が難しい場合がある。又、炭素材料の分散粒径が2μmを超える組成物を用いた場合には、合材塗膜の材料分布のバラつき、電極の抵抗分布のバラつき等の不具合が生じる場合がある。   The dispersed particle diameter of the carbon material in the mixed ink is desirably dispersed in the range of 0.03 μm to 5 μm. A composition having a dispersed particle size of the carbon material of less than 0.03 μm may be difficult to produce. In addition, when a composition having a dispersed particle diameter of the carbon material exceeding 2 μm is used, there may be problems such as variations in the material distribution of the composite coating film and variations in the resistance distribution of the electrodes.

炭素材料を分散する際に用いる分散剤としては、分散樹脂としては、水溶性セルロース系樹脂、水溶性アクリル系樹脂、水溶性スチレン・アクリル系樹脂、水溶性ポリエステル樹脂、水溶性ウレタン樹脂等を用いることができる。なお分散粒径とは、体積粒度分布において、粒子径の細かいものからその粒子の体積割合を積算していったときに、50%となるところの粒子径(D50)であり、一般的な粒度分布計、例えば、動的光散乱方式の粒度分布計(日機装社製「マイクロトラックUPA」)等で測定される。   As a dispersant used for dispersing the carbon material, a water-soluble cellulose resin, a water-soluble acrylic resin, a water-soluble styrene / acrylic resin, a water-soluble polyester resin, a water-soluble urethane resin, or the like is used as a dispersion resin. be able to. The dispersed particle size is a particle size (D50) that is 50% when the volume ratio of the particles is integrated from the fine particle size distribution in the volume particle size distribution. It is measured by a distribution meter, for example, a dynamic light scattering type particle size distribution meter (“MICROTRACK UPA” manufactured by Nikkiso Co., Ltd.).

市販のカーボンブラックとしては、例えば、トーカブラック#4300、#4400、#4500、#5500等(東海カーボン社製、ファーネスブラック)、プリンテックスL等(デグサ社製、ファーネスブラック)、Raven7000、5750、5250、5000ULTRAIII、5000ULTRA等、Conductex SC ULTRA、Conductex 975 ULTRA等、PUER BLACK100、115、205等(コロンビヤン社製、ファーネスブラック)、#2350、#2400B、#2600B、#30050B、#3030B、#3230B、#3350B、#3400B、#5400B等(三菱化学社製、ファーネスブラック)、MONARCH1400、1300、900、VulcanXC−72R、BlackPearls2000等(キャボット社製、ファーネスブラック)、Ensaco250G、Ensaco260G、Ensaco350G、SuperP−Li(TIMCAL社製)、ケッチェンブラックEC−300J、EC−600JD(アクゾ社製)、デンカブラック、デンカブラックHS−100、FX−35(電気化学工業社製、アセチレンブラック)等、グラファイトとしては例えば人造黒鉛や燐片状黒鉛、塊状黒鉛、土状黒鉛などの天然黒鉛が挙げられるが、これらに限定されるものではなく、2種以上を組み合わせて用いても良い。   Examples of commercially available carbon black include Toka Black # 4300, # 4400, # 4500, # 5500 (Tokai Carbon Co., Furnace Black), Printex L and the like (Degussa Co., Furnace Black), Raven 7000, 5750, 5250, 5000 ULTRA III, 5000 ULTRA, etc., Conductex SC ULTRA, Conductex 975 ULTRA, etc., PUER BLACK100, 115, 205, etc. (manufactured by Colombian, furnace black), # 2350, # 2400B, # 2600B, # 30050B, # 3030B, # 3030B, # 3030B # 3350B, # 3400B, # 5400B etc. (Mitsubishi Chemical Co., Furnace Black), MONARCH1400, 1300, 900, VulcanXC- 2R, BlackPearls2000, etc. (Cabot, Furnace Black), Ensaco 250G, Ensaco 260G, Ensaco 350G, SuperP-Li (manufactured by TIMCAL), Ketjen Black EC-300J, EC-600JD (manufactured by Akzo), Denka Black, Denka Black HS Examples of graphite such as -100, FX-35 (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd., acetylene black) include natural graphite such as artificial graphite, flake graphite, lump graphite, and earth graphite, but are not limited thereto. They may be used in combination of two or more.

導電性炭素繊維としては石油由来の原料から焼成して得られるものが良いが、植物由来の原料からも焼成して得られるものも用いることができる。例えば石油由来の原料で製造される昭和電工社製のVGCFなどを挙げることができる。   As the conductive carbon fibers, those obtained by firing from petroleum-derived raw materials are preferable, but those obtained by firing from plant-derived raw materials can also be used. For example, VGCF manufactured by Showa Denko Co., Ltd. manufactured with petroleum-derived raw materials can be mentioned.

つぎに、水性媒体について説明する。
本発明に使用する水性媒体としては、水を使用することが好ましいが、必要に応じて、例えば、集電体への塗工性向上のために、水溶性の溶剤を使用することもできる。
Next, the aqueous medium will be described.
As the aqueous medium used in the present invention, water is preferably used, but a water-soluble solvent can be used, for example, in order to improve the coating property to the current collector, if necessary.

水溶性の溶剤としては、アルコール類、グリコール類、セロソルブ類、アミノアルコール類、アミン類、ケトン類、カルボン酸アミド類、リン酸アミド類、スルホキシド類、カルボン酸エステル類、リン酸エステル類、エーテル類、ニトリル類等が挙げられ、水と相溶する範囲で使用しても良い。   Water-soluble solvents include alcohols, glycols, cellosolves, amino alcohols, amines, ketones, carboxylic acid amides, phosphoric acid amides, sulfoxides, carboxylic acid esters, phosphoric acid esters, ethers And nitriles may be used, and they may be used in a range compatible with water.

さらに、合材インキには、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。   Furthermore, a film forming aid, an antifoaming agent, a leveling agent, a preservative, a pH adjuster, a viscosity adjuster, and the like can be blended in the composite ink as necessary.

合材インキの粘度は、100mPa・s以上、30,000mPa・s以下とするのが好ましい。また合材インキの不揮発分は、30〜90重量%が好ましい。
合材インキは、配合中に活物質をできるだけ多く含むことが好ましい。例えば合材インキの不揮発分に占める活物質の割合は、80重量%以上99重量%以下が好ましい。さらに炭素材料を含む場合、合材インキ不揮発分に占める炭素材料の割合は、0.1〜15重量%であることが好ましい。
The viscosity of the composite ink is preferably 100 mPa · s or more and 30,000 mPa · s or less. The non-volatile content of the composite ink is preferably 30 to 90% by weight.
The composite ink preferably contains as much active material as possible during compounding. For example, the proportion of the active material in the nonvolatile content of the composite ink is preferably 80% by weight or more and 99% by weight or less. Furthermore, when a carbon material is included, the proportion of the carbon material in the non-volatile content of the composite ink is preferably 0.1 to 15% by weight.

(分散機・混合機)
合材インキを得る際に用いられる装置としては、顔料分散等に通常用いられている分散機または混合機が使用できる。
例えば、ディスパー、ホモミキサー、若しくはプラネタリーミキサー等のミキサー類;エム・テクニック社製「クレアミックス」、若しくはPRIMIX社「フィルミックス」等のホモジナイザー類;ペイントコンディショナー(レッドデビル社製)、ボールミル、サンドミル(シンマルエンタープライゼス社製「ダイノミル」等)、アトライター、パールミル(アイリッヒ社製「DCPミル」等)、若しくはコボールミル等のメディア型分散機;湿式ジェットミル(ジーナス社製「ジーナスPY」、スギノマシン社製「スターバースト」、ナノマイザー社製「ナノマイザー」等)、エム・テクニック社製「クレアSS−5」、若しくは奈良機械社製「MICROS」等のメディアレス分散機;または、その他ロールミル等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、分散機としては、分散機からの金属混入防止処理を施したものを用いることが好ましい。
(Disperser / Mixer)
As an apparatus used for obtaining the composite ink, a disperser or a mixer which is usually used for pigment dispersion or the like can be used.
For example, mixers such as dispersers, homomixers, or planetary mixers; homogenizers such as “Clairemix” manufactured by M Technique, or “Fillmix” manufactured by PRIMIX; paint conditioner (manufactured by Red Devil), ball mill, sand mill (Shinmaru Enterprises "Dynomill", etc.), Attritor, Pearl Mill (Eirich "DCP Mill", etc.), or Coball Mill, etc .; Media type dispersers; Media-less dispersers such as “Starburst” manufactured by Machine, “Nanomizer” manufactured by Nanomizer, etc., “Claire SS-5” manufactured by M Technique, or “MICROS” manufactured by Nara Machinery; or other roll mills, etc. Although The present invention is not limited to these. Moreover, as the disperser, it is preferable to use a disperser that has been subjected to a metal contamination prevention treatment from the disperser.

例えば、メディア型分散機を使用する場合は、アジテーター及びベッセルがセラミック製又は樹脂製の分散機を使用する方法や、金属製アジテーター及びベッセル表面をタングステンカーバイド溶射や樹脂コーティング等の処理をした分散機を用いることが好ましい。そして、メディアとしては、ガラスビーズ、または、ジルコニアビーズ、若しくはアルミナビーズ等のセラミックビーズを用いることが好ましい。また、ロールミルを使用する場合についても、セラミック製ロールを用いることが好ましい。分散装置は、1種のみを使用しても良いし、複数種の装置を組み合わせて使用しても良い。また、強い衝撃で粒子が割れたり、潰れたりしやすい正または負極活物質の場合は、メディア型分散機よりは、ロールミルやホモジナイザー等のメディアレス分散機が好ましい。   For example, when using a media-type disperser, a disperser in which the agitator and vessel are made of a ceramic or resin disperser, or the surface of the metal agitator and vessel is treated with tungsten carbide spraying or resin coating. Is preferably used. As the media, it is preferable to use glass beads, ceramic beads such as zirconia beads or alumina beads. Moreover, also when using a roll mill, it is preferable to use a ceramic roll. Only one type of dispersion device may be used, or a plurality of types of devices may be used in combination. Further, in the case of a positive or negative electrode active material in which particles are easily broken or crushed by a strong impact, a medialess disperser such as a roll mill or a homogenizer is preferable to a media type disperser.

<電極>
本発明の合材インキを、集電体上に塗工・乾燥し、合材層を形成し、二次電池用電極を得ることができる。
<Electrode>
The composite ink of the present invention can be applied and dried on a current collector to form a composite layer and obtain a secondary battery electrode.

(集電体)
電極に使用する集電体の材質や形状は特に限定されず、各種二次電池にあったものを適宜選択することができる。集電体の材質は、例えばアルミニウム、銅、ニッケル、チタン、又はステンレス等の金属や合金が挙げられる。リチウムイオン電池の場合、特に正極材料としてはアルミニウムが、負極材料としては銅が、それぞれ好ましい。
又、集電体の形状は、一般的には平板上の箔が用いられるが、表面を粗面化したものや、多孔質の発泡状のもの、穴あき箔状のもの、及びメッシュ状の集電体も使用できる。
(Current collector)
The material and shape of the current collector used for the electrode are not particularly limited, and those suitable for various secondary batteries can be appropriately selected. Examples of the material of the current collector include metals and alloys such as aluminum, copper, nickel, titanium, and stainless steel. In the case of a lithium ion battery, aluminum is particularly preferable as the positive electrode material, and copper is preferable as the negative electrode material.
Moreover, the shape of the current collector is generally a flat foil, but the surface is roughened, porous foam, perforated foil, and mesh. A current collector can also be used.

集電体上に合材インキを塗工する方法としては、特に制限はなく公知の方法を用いることができる。
具体的には、ダイコーティング法、ディップコーティング法、ロールコーティング法、ドクターコーティング法、ナイフコーティング法、スプレーコティング法、グラビアコーティング法、スクリーン印刷法または静電塗装法等が挙げる事ができ、乾燥方法としては放置乾燥、送風乾燥機、温風乾燥機、赤外線加熱機、遠赤外線加熱機などが使用できるが、特にこれらに限定されるものではない。又、塗布後に平版プレスやカレンダーロール等による圧延処理を行っても良い。電極合材層の厚みは、一般的には1μm以上500μm以下であり、好ましくは10μm以上300μm以下である。また、下地層を具備する場合には下地層と合材層との厚みの合計は、一般的には1μm以上500μm以下であり、好ましくは10μm以上300μm以下である。
There is no restriction | limiting in particular as a method of apply | coating mixed-material ink on a collector, A well-known method can be used.
Specific examples include die coating method, dip coating method, roll coating method, doctor coating method, knife coating method, spray coating method, gravure coating method, screen printing method or electrostatic coating method, and the like. Examples of methods that can be used include standing drying, blower dryers, hot air dryers, infrared heaters, and far-infrared heaters, but are not particularly limited thereto. Moreover, you may perform the rolling process by a lithographic press, a calender roll, etc. after application | coating. The thickness of the electrode mixture layer is generally 1 μm or more and 500 μm or less, preferably 10 μm or more and 300 μm or less. When the underlayer is provided, the total thickness of the underlayer and the composite layer is generally 1 μm to 500 μm, preferably 10 μm to 300 μm.

<二次電池>
本発明の二次電池は、本発明の二次電池用電極を正極もしくは負極の少なくともいずれか一方に備えたものである。
二次電池としては、リチウムイオン二次電池の他、ナトリウムイオン二次電池、マグネシウム二次電池、アルカリ二次電池、鉛蓄電池、ナトリウム硫黄二次電池、リチウム空気二次電池等が挙げられ、それぞれの二次電池で従来から知られている、電解液やセパレーター等を適宜用いることができる。
<Secondary battery>
The secondary battery of the present invention comprises the secondary battery electrode of the present invention on at least one of a positive electrode and a negative electrode.
Secondary batteries include lithium ion secondary batteries, sodium ion secondary batteries, magnesium secondary batteries, alkaline secondary batteries, lead storage batteries, sodium sulfur secondary batteries, lithium air secondary batteries, etc. Conventionally known electrolyte solutions, separators, and the like for secondary batteries can be used as appropriate.

(電解液)
リチウムイオン二次電池の場合を例にとって説明する。電解液としては、リチウムを含んだ電解質を非水系の溶剤に溶解したものを用いる。
電解質としては、LiBF4、LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiCF3SO3、Li(CF3SO22N、LiC49SO3、Li(CF3SO23C、LiI、LiBr、LiCl、LiAlCl、LiHF2、LiSCN、又はLiBPh4等が挙げられるがこれらに限定されない。
(Electrolyte)
A case of a lithium ion secondary battery will be described as an example. As the electrolytic solution, an electrolyte containing lithium dissolved in a non-aqueous solvent is used.
As electrolytes, LiBF 4 , LiClO 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 3 C , LiI, LiBr, LiCl, LiAlCl, LiHF 2 , LiSCN, or LiBPh 4, but are not limited thereto.

非水系の溶剤としては特に限定はされないが、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、及びジエチルカーボネート等のカーボネート類;
γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、及びγ−オクタノイックラクトン等のラクトン類;
テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、1,2−メトキシエタン、1,2−エトキシエタン、及び1,2−ジブトキシエタン等のグライム類;
メチルフォルメート、メチルアセテート、及びメチルプロピオネート等のエステル類;ジメチルスルホキシド、及びスルホラン等のスルホキシド類;並びに、
アセトニトリル等のニトリル類等が挙げられる。又これらの溶剤は、それぞれ単独で使用しても良いが、2種以上を混合して使用しても良い。
Although it does not specifically limit as a non-aqueous solvent, For example, carbonates, such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and diethyl carbonate;
Lactones such as γ-butyrolactone, γ-valerolactone, and γ-octanoic lactone;
Glymes such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, 1,2-methoxyethane, 1,2-ethoxyethane, and 1,2-dibutoxyethane;
Esters such as methyl formate, methyl acetate, and methyl propionate; sulfoxides such as dimethyl sulfoxide and sulfolane; and
Nitriles such as acetonitrile are exemplified. These solvents may be used alone or in combination of two or more.

さらに上記電解液を、ポリマーマトリクスに保持しゲル状とした高分子電解質とすることもできる。ポリマーマトリクスとしては、ポリアルキレンオキシドセグメントを有するアクリレート系樹脂、ポリアルキレンオキシドセグメントを有するポリホスファゼン系樹脂、及びポリアルキレンオキシドセグメントを有するポリシロキサン等が挙げられるがこれらに限定されない。   Furthermore, the electrolyte solution may be a polymer electrolyte that is held in a polymer matrix and made into a gel. Examples of the polymer matrix include, but are not limited to, an acrylate resin having a polyalkylene oxide segment, a polyphosphazene resin having a polyalkylene oxide segment, and a polysiloxane having a polyalkylene oxide segment.

(セパレーター)
セパレーターとしては、例えば、ポリエチレン不織布、ポリプロピレン不織布、ポリアミド不織布及びそれらに親水性処理を施したものが挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。
(separator)
Examples of the separator include, but are not limited to, a polyethylene nonwoven fabric, a polypropylene nonwoven fabric, a polyamide nonwoven fabric and those obtained by subjecting them to a hydrophilic treatment.

(電池構造・構成)
本発明の組成物を用いたリチウムイオン二次電池の構造については特に限定されないが、通常、正極及び負極と、必要に応じて設けられるセパレーターとから構成され、ペーパー型、円筒型、ボタン型、積層型等、使用する目的に応じた種々の形状とすることができる。
(Battery structure / configuration)
The structure of the lithium ion secondary battery using the composition of the present invention is not particularly limited, but is usually composed of a positive electrode and a negative electrode, and a separator provided as necessary, a paper type, a cylindrical type, a button type, It can be made into various shapes according to the purpose of use, such as a laminated type.

以下に、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、以下の実施例は本発明の権利範囲を何ら制限するものではない。尚、実施例および比較例における「部」は「重量部」を表す。   EXAMPLES The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. However, the following examples do not limit the scope of rights of the present invention. In the examples and comparative examples, “part” represents “part by weight”.

<バインダー合成例1>
カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(A)としてアクリル酸1.5部、エチレン性不飽和単量体(B)としてブレンマーPME-1000(メトキシポリエチレングリコールメタクリレート (R2O)nのn=9、日油(株)製)10部、窒素原子含有エチレン性不飽和単量体(C)として、N,N−ジエチルアクリルアミド1.0部、エチレン性不飽和単量体(D)として、メタクリル酸メチル52部、アクリル酸ブチル35.5部、乳化剤としてアニオン性乳化剤のハイテノールNF−08(第一工業製薬製のアニオン性乳化剤)2.0部、イオン交換水53.1部の混合物を板羽根で乳化し、モノマープレエマルションを作成し、滴下槽に入れた。
還流冷却器、攪拌機、温度計、窒素導入管、原料投入口を具備する容積2Lの4つ口フラスコを反応容器とし、該反応容器にイオン交換水89.4部を入れ、窒素を導入しつつ攪拌しながら、液温を60℃に温めた。次いで、反応容器中に、乳化剤としてハイテノールNF−08を0.2部添加し、滴下槽から上記モノマープレエマルションを5時間かけて連続的に滴下し、過硫酸アンモニウムを0.3部用いて、60℃で6時間かけて乳化重合した。
滴下終了後、3時間、60℃に保ち、熟成を行った。その後冷却を開始し、50℃まで冷却し、180メッシュのポリエステル製の濾布で濾過し、窒素含有アクリルエマルション型バインダーを得た。濾布に残った凝集物はなく、重合安定性は良好であった。
濾過後のエマルションの一部を測り取り、150℃で20分間乾燥し、不揮発分濃度を求めたところ40.0%であった。また、前記エマルションは、pH2.0、粘度50mPa・sであった。酸価を測定したところ、バインダーの酸価は13mgKOH/gであった。
<Binder synthesis example 1>
1.5 parts of acrylic acid as the carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer (A), and blemmer PME-1000 (methoxypolyethylene glycol methacrylate (R 2 O) n as the ethylenically unsaturated monomer (B) n = 9, NOF Corporation) 10 parts, nitrogen atom-containing ethylenically unsaturated monomer (C), N, N-diethylacrylamide 1.0 part, ethylenically unsaturated monomer (D), Mixture of 52 parts of methyl methacrylate, 35.5 parts of butyl acrylate, 2.0 parts of Hytenol NF-08 (anionic emulsifier manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku) as an emulsifier, and 53.1 parts of ion-exchanged water Was emulsified with a plate blade to prepare a monomer pre-emulsion and placed in a dropping tank.
A reaction vessel is a 2 L four-necked flask equipped with a reflux condenser, a stirrer, a thermometer, a nitrogen inlet tube, and a raw material inlet, and 89.4 parts of ion-exchanged water is introduced into the reaction vessel while introducing nitrogen. The liquid temperature was warmed to 60 ° C. while stirring. Subsequently, 0.2 parts of Haitenol NF-08 as an emulsifier is added to the reaction vessel, and the monomer pre-emulsion is continuously dropped from a dropping tank over 5 hours, using 0.3 part of ammonium persulfate, Emulsion polymerization was performed at 60 ° C. over 6 hours.
After completion of the dropwise addition, the mixture was kept at 60 ° C. for 3 hours for aging. Thereafter, cooling was started, the temperature was lowered to 50 ° C., and the mixture was filtered through a 180 mesh polyester filter cloth to obtain a nitrogen-containing acrylic emulsion binder. There was no aggregate remaining on the filter cloth, and the polymerization stability was good.
A part of the emulsion after filtration was measured, dried at 150 ° C. for 20 minutes, and the nonvolatile content concentration was determined to be 40.0%. The emulsion had a pH of 2.0 and a viscosity of 50 mPa · s. When the acid value was measured, the acid value of the binder was 13 mgKOH / g.

<バインダー合成例2〜17>
表1に示す配合組成で、バインダー合成例1と同様の方法で合成し、合成例2〜17のバインダーを得た。
<Binder Synthesis Examples 2 to 17>
The composition shown in Table 1 was synthesized in the same manner as in Binder Synthesis Example 1, and binders in Synthesis Examples 2 to 17 were obtained.

Figure 0006028286
Figure 0006028286

表中の略号は以下の通りである。
AA:アクリル酸
MAA:メタクリル酸
2HEMA:メタクリル酸ヒドロキシエチル
PME-200:(商品名ブレンマーPME-200、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート(R2O)nのn=2、日油(株)製)
ACMO:N−アクリロイルモルホリン
NiPAAm:N−イソプロピルアクリルアミド
MMA:メタクリル酸メチル
BA:アクリル酸ブチル
PEG:ポリエチレングリコール
Abbreviations in the table are as follows.
AA: Acrylic acid MAA: Methacrylic acid 2HEMA: Hydroxyethyl methacrylate PME-200: (Blenmer PME-200, n = 2 of methoxypolyethylene glycol methacrylate (R 2 O) n , manufactured by NOF Corporation)
ACMO: N-acryloylmorpholine NiPAAm: N-isopropylacrylamide MMA: methyl methacrylate BA: butyl acrylate PEG: polyethylene glycol

<リチウムイオン二次電池用正極の作製>
[実施例1]
炭素材料としてアセチレンブラック(デンカブラックHS−100)5部、正極活物質としてLiFePO4 45部、分散剤としてカルボキシメチルセルロース1部をプラネタリーミキサーで混合し、合成例1で得られたバインダー12.5部(固形分として5部)、水50部を混合して、正極用の二次電池電極用合材インキを作製した。
そして、得られた正極用の二次電池電極用合材インキを、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、減圧下で加熱乾燥して電極全体の厚みが100μmとなるよう調整した。
さらに、ロールプレスによる圧延処理を行い、厚み85μmの正極を得た。
<Preparation of positive electrode for lithium ion secondary battery>
[Example 1]
A binder 12.5 obtained in Synthesis Example 1 was prepared by mixing 5 parts of acetylene black (Denka Black HS-100) as a carbon material, 45 parts of LiFePO 4 as a positive electrode active material, and 1 part of carboxymethyl cellulose as a dispersant using a planetary mixer. Part (5 parts as a solid content) and 50 parts of water were mixed to prepare a composite ink for a secondary battery electrode for a positive electrode.
And after apply | coating the obtained mixed-material ink for secondary battery electrodes for positive electrodes on the 20-micrometer-thick aluminum foil used as a collector using a doctor blade, it heat-dried under reduced pressure, and was the whole electrode. The thickness was adjusted to 100 μm.
Furthermore, the rolling process by a roll press was performed and the 85-micrometer-thick positive electrode was obtained.

得られた正極を、直径16mmに打ち抜き作用極と、金属リチウム箔対極と、作用極及び対極の間に挿入されるセパレーター(多孔質ポリプロピレンフィルム)と、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(体積比)の割合で混合した混合溶媒にLiPF6を1Mの濃度で溶解させた非水系電解液)とからなるコイン型リチウムイオン電池を作製した。なおコイン型リチウムイオン電池の作製はアルゴンガス置換したグロ−ブボックス内で行なった。 The obtained positive electrode was punched into a diameter of 16 mm, a working electrode, a metallic lithium foil counter electrode, a separator (porous polypropylene film) inserted between the working electrode and the counter electrode, and an electrolyte (ethylene carbonate and diethyl carbonate 1: A coin-type lithium ion battery was prepared from a non-aqueous electrolyte solution in which LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1 M in a mixed solvent mixed at a ratio of 1 (volume ratio). The coin-type lithium ion battery was produced in a glove box substituted with argon gas.

(密着性評価)
得られた電極に、ナイフを用いて電極表面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本の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。
○:「剥離なし(良好)」
○△:「わずかに剥離(使用可能)」
×:「ほとんどの部分で剥離(使用不可)」
(Adhesion evaluation)
The obtained electrode was cut using a knife with six grid cuts in the vertical and horizontal directions at intervals of 2 mm from the electrode surface to the depth reaching the current collector. An adhesive tape was applied to the cut and immediately peeled off, and the degree of the active material falling off was determined by visual judgment. The evaluation criteria are shown below.
○: “No peeling (good)”
○ △: “Slightly peelable (can be used)”
×: “Peel off at most parts (cannot be used)”

(充放電の耐久性評価)
得られたコイン型リチウムイオン電池について、充放電装置(北斗電工(株)製SM−8)を用い、充放電測定を行った。
電池の電圧が4.2Vになるまで、電流1.2mAで充電を行なった。電圧が4.2Vに達した後、電圧が2.0Vになるまで電流1.2mAで放電を行なった。前記充電・放電サイクルを1サイクルとして5サイクルの充電・放電を繰り返し、5サイクル目の放電容量を初回放電容量とした。(初回放電容量を維持率100%とする)。
(Durability evaluation of charge / discharge)
About the obtained coin-type lithium ion battery, charging / discharging measurement was performed using the charging / discharging apparatus (Hokuto Denko Co., Ltd. SM-8).
The battery was charged at a current of 1.2 mA until the battery voltage reached 4.2V. After the voltage reached 4.2V, discharging was performed at a current of 1.2 mA until the voltage reached 2.0V. The charge / discharge cycle is defined as one cycle, and 5 cycles of charge / discharge are repeated. The discharge capacity at the fifth cycle is defined as the initial discharge capacity. (The initial discharge capacity is assumed to be 100% maintenance rate).

次に、5サイクル目までと同様の条件で、6サイクル目は充電のみを行なった後、60℃恒温槽にて100時間保存後に、放電電流1.2mAで放電終止電圧2.0Vに達するまで定電流放電を行い、変化率を算出した(100%に近いほど良好)。
○:「変化率が95%以上。特に優れている。」
○△:「変化率が90%以上、95%未満。使用可能。」
△:「変化率が85%以上、90%未満。使用可能。」
△×:「変化率が80%以上。使用不可。」
×:「変化率が80%未満。使用不可。」
Next, under the same conditions as those up to the fifth cycle, after charging only for the sixth cycle, after storing for 100 hours in a constant temperature bath at 60 ° C., until the discharge final voltage reaches 2.0 V at a discharge current of 1.2 mA. Constant current discharge was performed and the rate of change was calculated (the closer to 100%, the better).
○: “Change rate is 95% or more. Particularly excellent.”
○ △: “Change rate is 90% or more and less than 95%. Can be used.”
Δ: “Change rate is 85% or more and less than 90%. Usable.”
Δ ×: “Change rate is 80% or more.
X: “Change rate is less than 80%.

[実施例2〜10]、[比較例1〜7]
表2に示すように、活物質、炭素材料、及び、バインダー合成例の組み合せを変えた以外は実施例1と同様にして、正極二次電池電極用合材インキ、および正極を得、同様に評価した。
[Examples 2 to 10], [Comparative Examples 1 to 7]
As shown in Table 2, a positive electrode secondary battery electrode mixture ink and a positive electrode were obtained in the same manner as in Example 1, except that the combination of the active material, the carbon material, and the binder synthesis example was changed. evaluated.

<リチウムイオン二次電池用負極の作製>
[実施例11]
炭素材料としてアセチレンブラック(デンカブラックHS−100)1部、分散剤としてカルボキシメチルセルロース1部、負極活物質として人造黒鉛96部をプラネタリーミキサーで混合し、合成例1で得られたバインダー12.5部(固形分として5部)、水90部を混合して、負極用の二次電池電極用合材インキを作製した。
この負極合材インキを集電体となる厚さ20μmの銅箔上にドクターブレードを用いて塗布した後、減圧加熱乾燥して電極の厚みが100μmとなるよう調整した。ロールプレスによる圧延処理を行い、厚みが85μmとなる負極を作製し、正極の場合と同様に評価した。なお、充放電保持特性は、負極を作用極、金属リチウム箔を対極とした評価用コイン型電池を用いて、評価した。
<Preparation of negative electrode for lithium ion secondary battery>
[Example 11]
1 part of acetylene black (DENKA BLACK HS-100) as a carbon material, 1 part of carboxymethylcellulose as a dispersant, and 96 parts of artificial graphite as a negative electrode active material were mixed with a planetary mixer, and the binder 12.5 obtained in Synthesis Example 1 Part (5 parts as a solid content) and 90 parts of water were mixed to prepare a composite ink for a secondary battery electrode for a negative electrode.
This negative electrode mixture ink was applied onto a copper foil having a thickness of 20 μm serving as a current collector using a doctor blade, and then dried by heating under reduced pressure so that the thickness of the electrode was adjusted to 100 μm. A rolling process using a roll press was performed to prepare a negative electrode having a thickness of 85 μm, and evaluation was performed in the same manner as in the case of the positive electrode. The charge / discharge retention characteristics were evaluated using an evaluation coin-type battery having a negative electrode as a working electrode and a metal lithium foil as a counter electrode.

[比較例8〜9]
表2に示すように、活物質、炭素材料、及び、バインダー合成例の組み合せを変えた以外は実施例11と同様にして、負極二次電池電極用合材インキ、および負極を得、同様に評価した。
[Comparative Examples 8-9]
As shown in Table 2, in the same manner as in Example 11 except that the combination of the active material, the carbon material, and the binder synthesis example was changed, a negative electrode secondary battery electrode mixture ink and a negative electrode were obtained in the same manner. evaluated.

Figure 0006028286
Figure 0006028286

表2に示すように、本発明の二次電池電極形成用エマルションバインダーを用いた場合、バインダーのイオン伝導性能が高いため、活物質間で引き起こされる電池反応速度が向上すると推測される。さらに、活物質と集電材との密着性が良好なことから、充放電保存特性が向上すると考えられる。
一方、比較例1では、バインダーとしてポリエチレングリコールを用いている。ポリエチレングリコールはイオン伝導性に優れるものの、基材と集電材との密着性が低いことから、結果的には充放電保存特性が低下するものと推測される。
比較例2では、合材インキに用いているバインダー合成例12の単量体(B)の含有量が0.1部と少ないため、充放電保存特性の向上度が低いと推測される。一方、比較例3では、合材インキに用いているバインダー合成例13の単量体(B)の含有量が40部と多いため、バインダーの貯蔵安定性が低い。その結果、得られる合材インキの分散安定性も低下し、合材層が不均一となり密着性が低下するものと考えられる。
比較例4では、窒素原子含有単量体(C)を用いていないため、エマルションバインダーの重合安定性が低下し、合材層が不均一となり密着性が低下するものと考えられる。同様に比較例5では、窒素原子含有単量体(C)が過剰量存在するため、エマルションバインダーの重合安定性が低下し、合材層が不均一となり密着性が低下するものと考えられる。
比較例6では、合材インキに用いているバインダー合成例16のカルボキシル基含有単量体(A)を含有していないため得られるバインダーの貯蔵安定性が低く、合材インキの分散安定性の不安定化を引き起こし、合材層が不均一となり密着性が低下するものと考えられる。同様に比較例7では、合材インキに用いているバインダー合成例17のカルボキシル基含有単量体(A)の含有量が過剰であるため、バインダーの貯蔵安定性が低く、合材インキの分散安定性を引き起こし、合材層が不均一となり密着性が低下するものと考えられる。
このことから、充放電保存特性の良好な電池を形成するためには、基材と集電材との密着性とイオン伝導性を両立させるバインダーが必要であると考えられる。
As shown in Table 2, when the emulsion binder for forming a secondary battery electrode of the present invention is used, it is presumed that the battery reaction rate caused between the active materials is improved because the binder has high ion conduction performance. Furthermore, since the adhesion between the active material and the current collector is good, it is considered that the charge / discharge storage characteristics are improved.
On the other hand, in Comparative Example 1, polyethylene glycol is used as the binder. Although polyethylene glycol is excellent in ionic conductivity, it is presumed that the charge / discharge storage characteristics are deteriorated as a result because the adhesion between the substrate and the current collector is low.
In Comparative Example 2, since the content of the monomer (B) of Binder Synthesis Example 12 used in the composite ink is as small as 0.1 part, it is estimated that the degree of improvement in charge / discharge storage characteristics is low. On the other hand, in Comparative Example 3, since the content of the monomer (B) in Binder Synthesis Example 13 used in the composite ink is as large as 40 parts, the storage stability of the binder is low. As a result, it is considered that the dispersion stability of the resultant composite ink also decreases, the composite layer becomes non-uniform, and the adhesion decreases.
In Comparative Example 4, since the nitrogen atom-containing monomer (C) is not used, it is considered that the polymerization stability of the emulsion binder is lowered, the mixture layer becomes non-uniform, and the adhesion is lowered. Similarly, in Comparative Example 5, it is considered that since the nitrogen atom-containing monomer (C) is present in an excessive amount, the polymerization stability of the emulsion binder is lowered, the mixture layer becomes non-uniform, and the adhesion is lowered.
In Comparative Example 6, the storage stability of the binder obtained is low because it does not contain the carboxyl group-containing monomer (A) of the binder synthesis example 16 used in the composite ink, and the dispersion stability of the composite ink is low. It is considered that the instability is caused, the composite material layer becomes non-uniform, and the adhesion is lowered. Similarly, in Comparative Example 7, since the content of the carboxyl group-containing monomer (A) in Binder Synthesis Example 17 used in the composite ink is excessive, the binder storage stability is low, and the dispersion of the composite ink It is considered that stability is caused, the composite material layer becomes non-uniform, and the adhesion is lowered.
From this, in order to form a battery with good charge / discharge storage characteristics, it is considered that a binder that satisfies both the adhesion between the base material and the current collector and the ion conductivity is necessary.

Claims (8)

ニッケル水素二次電池を除く二次電池電極形成用エマルションバインダーであって、カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(A)0.1〜5重量%、下記一般式(1)で表されるエチレン性不飽和単量体(B)0.5〜20重量%、窒素原子含有エチレン性不飽和単量体(C)0.1〜10重量%、およびこれらと共重合可能なエチレン性不飽和単量体(D)65〜99.3重量%を、水性媒体中で共重合させてなる、二次電池電極形成用エマルションバインダーであり、窒素原子含有エチレン性不飽和単量体(C)が、(メタ)アクリル系エチレン性不飽和単量体の2級アミンまたは(メタ)アクリル系エチレン性不飽和単量体の3級アミンである二次電池電極形成用エマルションバインダー

一般式(1) CH2=C(R1)−CO−O−(R2O)n−R3
(式中、nは1以上50以下の整数、R1は水素原子又はメチル基、R2は炭素原子数1〜3のアルキレン基、R3は水素原子又は炭素原子数1〜10のアルキル基である)
An emulsion binder for forming secondary battery electrodes excluding nickel-metal hydride secondary batteries, represented by 0.1 to 5% by weight of a carboxyl group-containing ethylenically unsaturated monomer (A), represented by the following general formula (1) Ethylenically unsaturated monomer (B) 0.5 to 20 wt%, nitrogen atom-containing ethylenically unsaturated monomer (C) 0.1 to 10 wt%, and ethylenically unsaturated copolymerizable therewith An emulsion binder for forming a secondary battery electrode obtained by copolymerizing 65 to 99.3% by weight of a monomer (D) in an aqueous medium , wherein the nitrogen atom-containing ethylenically unsaturated monomer (C) is An emulsion binder for forming a secondary battery electrode, which is a secondary amine of a (meth) acrylic ethylenically unsaturated monomer or a tertiary amine of a (meth) acrylic ethylenically unsaturated monomer .

Formula (1) CH 2 = C ( R 1) -CO-O- (R 2 O) n -R 3
(In the formula, n is an integer of 1 to 50, R 1 is a hydrogen atom or a methyl group, R 2 is an alkylene group having 1 to 3 carbon atoms, and R 3 is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. Is)
前記アクリル系エチレン性不飽和単量体の2級アミンが、N−イソプロピル(メタ)アクリルアミドであり、前記(メタ)アクリル系エチレン性不飽和単量体の3級アミンが、N,N−ジエチル(メタ)アクリルアミドまたはN−(メタ)アクリロイルモルホリンである、請求項1記載の二次電池電極形成用エマルションバインダー。The secondary amine of the acrylic ethylenically unsaturated monomer is N-isopropyl (meth) acrylamide, and the tertiary amine of the (meth) acrylic ethylenically unsaturated monomer is N, N-diethyl. The emulsion binder for secondary battery electrode formation of Claim 1 which is (meth) acrylamide or N- (meth) acryloyl morpholine. 一般式(1)におけるnが3以上50以下の整数である、請求項1または2記載の二次電池電極形成用エマルションバインダー。 The emulsion binder for secondary battery electrode formation of Claim 1 or 2 whose n in General formula (1) is an integer of 3-50. 酸価が0.1〜50mgKOH/gである、請求項1ないし3いずれか記載の二次電池電極形成用エマルションバインダー。 The emulsion binder for secondary battery electrode formation in any one of Claim 1 thru | or 3 whose acid value is 0.1-50 mgKOH / g. 請求項1ないしいずれか記載の二次電池電極形成用エマルションバインダー、活物質、および水性液状媒体を含む、二次電池電極形成用合材インキ。 5. A secondary battery electrode forming composite ink comprising the emulsion battery forming emulsion binder according to any one of claims 1 to 4 , an active material, and an aqueous liquid medium. さらに、導電助剤である炭素材料を含む、請求項記載の二次電池電極形成用合材インキ。 Furthermore, the mixture ink for secondary battery electrode formation of Claim 5 containing the carbon material which is a conductive support agent. 請求項または記載の二次電池電極形成用合材インキを用いて形成されてなる、二次電池用電極。 The electrode for secondary batteries formed using the mixed-material ink for secondary battery electrode formation of Claim 5 or 6 . 少なくとも、請求項記載の二次電池用電極を備えた二次電池。 A secondary battery comprising at least the secondary battery electrode according to claim 7 .
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