JP6220342B2 - リチウム電池用結着剤、電極作製用組成物および電極 - Google Patents
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Description
しかしながら、シリコンは、活物質として用いた場合、充放電の際に大きな体積変化(3倍以上に肥大化)を起こすことが知られている。そして、この体積変化により充放電時に電極構造の破壊が起き、電極の破壊につながる。結果として、サイクル特性(寿命)が短くなる等の問題を有していた。また、黒鉛電極に比べ自己放電が大きい等の問題も有していた。
を表す。]、
(式中、R30は、炭素数1〜6のアルキル基を表し、R31は、炭素数1〜6のアルキレン基、Ar7は、a個のR30を置換基として有していてもよい炭素数6〜10のアリーレン基、aは、0〜4の整数を表す)、或いは、下記一般式[14−C]で示される基
本発明に係る一般式[1]におけるkは、通常1〜6、好ましくは1〜3、より好ましくは1である。
[式中、R7’及びR8’はメチレン基、エチレン基、n-プロピレン基(好ましくはエチレン基)を表し、l’は1〜2の整数を、m’は0〜2の整数を表す。]
(式中、R7''はメチレン基、エチレン基、n-プロピレン基、n-ブチレン基、n-ペンチレン基、n-へキシレン基を表し、l’’は1〜4の整数を表す。)
一般式[4]の好ましい具体例としては、例えば下記式[4−1]〜[4−10]で示される化合物
qは、2〜4の整数を表し、好ましくは3〜4の整数である。
中でも一般式[13−1]が好ましい。一般式[13−1]の中でも、R40がメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基等が好ましく、イソプロピル基がより好ましい。一般式[13−1]の中でも、cが1〜3のものが好ましく、2がより好ましい。
上記本発明に係る一般式[12]のR21における炭素数6〜10のアリーレン基と同じものが挙げられ、置換基も同じものが挙げられる。
等が挙げられ、一般式[14−1−1]が好ましい。
本発明のリチウム電池用結着剤は、上記一般式[1]〜[13]記載の化合物及び一般式[14]記載のポリマーから選ばれる架橋剤により架橋されたポリアクリル酸(以下、本発明に係る架橋型ポリアクリル酸と略記する場合がある)からなるものである。なお、本発明のリチウム電池用結着剤は、保存時には架橋されておらず、使用時に、上記一般式[12]の化合物、一般式[13]の化合物及び一般式[14]のポリマーから選ばれる架橋剤により架橋されるポリアクリル酸からなるものも含まれる。
本発明に係る活物質は、シリコンを含有するものであればよく、シリコン以外の活物質材料としては、炭素、ゲルマニウム、錫、鉛、亜鉛、アルミニウム、インジウムなどが挙げられるが、中でも炭素が好ましい。
本発明に係る導電助剤は、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、サーマルブラック等のカーボンブラックが挙げられ、中でもアセチレンブラック、ケッチェンブラックが好ましく、アセチレンブラックがより好ましい。
本発明の電極作製用組成物は、1)本発明に係るシリコンを含有する活物質、2)本発明に係る導電助剤、及び3)本発明に係る架橋型ポリアクリル酸を含んでなるものであって、官能基含有フッ化ビニリデン系ポリマーを含まないものである。該組成物は、陽極作製用であっても負極作製用であってもよいが、負極作製用が好ましい。
本発明に係る集電体は、ニッケル、銅、ステンレス(SUS)などの導電性の材料を用いた箔、メッシュ、エキスパンドグリッド(エキスパンドメタル)、パンチドメタルなどから構成される。メッシュの目開き、線径、メッシュ数などは、特に制限されず、従来公知のものが使用できる。集電体の好ましい厚さは、5〜30μmである。ただし、この範囲を外れる厚さの集電体を用いてもよい。
本発明の電極は、1)本発明に係るシリコンを含有する活物質、2) 本発明に係る導電助剤、3) 本発明に係る架橋型ポリアクリル酸、及び4)本発明に係る集電体を有するものであって、官能基含有フッ化ビニリデン系ポリマーを有さないものである。具体的には、本発明に係る集電体と、その表面に形成された、本発明に係るシリコンを含有する活物質、本発明に係る導電助剤、本発明に係る架橋型ポリアクリル酸を含む活物質層(本発明に係る電極作製用組成物)とを有するものである。本発明の電極は、負極でも陽極でも用いることができるが、負極として用いるのが好ましい。
(1)ポリカルボジイミド(PCD)の合成
PCDは、J. Appl. Polym. Sci., 21, 1999(1977)の論文記載の方法に従って合成した。即ち、5.00gのトリレン−2,4−ジイソシアナート(28mmol、東京化成工業(株)製)及び50mgの3−メチル−1−フェニル−3−ホスホレン−1−オキシド(東京化成工業(株)製)(トリレン−2,4−ジイソシアナートに対して1.0mol%)の混合物を、20mLのテトラヒドロフラン(THF)中で窒素下にて、80度で2時間還流し、次いで溶解不能ゲルを除くために濾過した。濾液を減圧下で乾燥し、溶媒を除去した。このようにして得られた白色粉末を以下のようにして精製した。(i)粉末を最小量のTHFに完全に溶解し、(ii)THF溶液を1000mlのヘキサン中に注入して、ポリマーを沈殿させ、そして(iii)ポリマーを濾過して取り出し、そして減圧下で乾燥した。この手順(i)〜(iii)を2度繰り返した後、最後に白色PCD粉末1.03gを得た(収率:27%)。また、得られたPCDの分子量は、Mn(数平均分子量)が4000、Mw(重量平均分子量)が11000であった。
ナノサイズ化されたシリコン粉末(粒子サイズ:100nm、Sigma−Aldrich社製) 18mg、天然黒鉛(粒子サイズ:3μm、SEC Carbon社製) 30mg及びケッチェンブラック(KB、Lion社製) 6mgを、遊星ボールミル(Pulverisette 7、Fritsch社製)を用いて、600rpmで12時間十分に混合した。得られた混合物(重量比でSi:黒鉛:KB=30:50:10)を電極材料とした。次いで、ポリアクリル酸(PAH、Mw=1250000、Sigma−Aldrich社製)をN−メチルピロリドン(NMP)中に溶解した。上記電極材料に、先ずPAHのNMP溶液を添加してよく混合し、更にNMPで希釈して、スラリーを調製した。次いで所定量のポリカルボジイミド(PCD)を含有するNMP溶液を、スラリーに添加して室温で20分混合して、3種の電極作製用スラリー(組成物)を製造した。該電極作製用スラリーにおいては、NMP溶液900μL中シリコン18mg、黒鉛30mg、KB6mgをそれぞれ含む。また、3種の電極作製用スラリー中のPAH及びPCDの総量は6mgで一定とし、PCD量はそれぞれ0.3mg、0.6mg、0.9mg、PAH量はそれぞれ5.7mg、5.4 mg、5.1 mgである。即ち、電極作製用スラリーは、集電体上に塗布した後乾燥させることにより、シリコンを30wt%、黒鉛を50wt%、KBを10wt%、PAHを0.95wt%、0.9 wt%又は0.85 wt%、PCDを0.5wt%、1.0wt%又は1.5wt%含量するものとなる。
上記電極作製用組成物を、ドクターブレードを用いて銅の集電体上に塗布した。その後、空気中で80℃で乾燥し、次いで真空下にて150℃で24時間乾燥した。尚、使用前にロールでプレスしたものを電極とした。尚、集電体上の膜の厚さは、マイクロメータ((株)ミツトヨ社製)での観察によれば約9〜10μmであった。
コイン型電池を、アルゴンで満たしたグローブボックス中で組み立てた。ここでは、(3)で得られた電極、リチウム箔電極、1mol dm−3のLiPF6の炭酸エチレン(EC)/炭酸ジメチル(DMC)(体積比で、1:1)溶液及びセパレータからなるコイン型電池を組み立てた。
実施例1(2)においてPCD濃度を0%とした以外は、実施例1(1)〜(3)と同様の方法により、電極作製用組成物(PAHを10wt%含む電極作製用組成物)を調製し、リチウム電池用負極を製造した(以下、リチウム電池電極(PAH)又はAldrichPAHと略記する)。
比較例1のポリアクリル酸の代わりにポリフッ化ビニリデン(PVDF、Polysciences社製)を用いた以外は、比較例1と同様にして、電極作製用組成物を調製し、リチウム電池電極を製造した(以下、リチウム電池電極(PVDF)と略記する)。
PAHとPCDの間の反応を調べるために、PAHとPCDを所定濃度となるように[(a) PAH 10wt%, PCD 0wt%、(b) PAH 9.5wt%, PCD 0.5wt%、(c) PAH 9.0wt%, PCD 1.0wt%、(d) PAH 5wt%, PCD 5wt%](活物質、導電助剤等の電極材料は使用せず)、NMP中で室温で20分間混合した。次いで、NMP溶液をマイクロスライドガラス上にキャストし、実施例1(3)と同様に乾燥し、結着剤を結合したキャストフィルムを調製した。
(1)90°剥離強度の測定
実施例1(3)で得た電極のうちPCD の含量が1.0wt%のものについて、及び、比較例1で得た電極について、シングルコラム型引張圧縮試験機(STA−1150、A&D社製)により90°剥離試験を行った。
実施例1(3)で得た3種の電極及び比較例1で得た電極を、低倍率(50倍)の光学顕微鏡及び高倍率(10000倍)の走査電子顕微鏡(SEM、SUPRA40、Carl Zeiss AG製)で観察した。その画像を図2に示した。なお、図2中の(a)〜(d)は光学顕微鏡での観察結果を、(e)〜(h)はSEMでの観察結果を表す。また、(a),(e)は、比較例1で得た電極の図を、(b),(f)は、実施例1(3)におけるPCD含量0.5wt%(PAH 9.5wt%)の電極の図を、(c),(g)は、は、実施例1(3)におけるPCD含量1.0wt%(PAH 9.0wt%)の電極の図を、(d),(h)は、実施例1(3)におけるPCD含量5wt%(PAH 5wt%)の電極の図をそれぞれ表す。
実施例1(3)で得た3種の電極(PCD含量が0.5wt%、1.0 wt%、及び1.5 wt%の電極)及び比較1で得た電極(未架橋のポリアクリル酸を結着剤として使用した電極)を用いて、初回充放電の特性、微分容量プロット及びサイクル特性について実験した。サイクル特性については、比較例2で得た電極(フッ化ビニリデンポリマーを結着剤として使用)についても実験した。
(1)電極作製用スラリーの製造
シリコン粉末(粒子サイズ<100nm、Sigma−Aldrich社製)0.3 g、天然黒鉛(粒子サイズ:3μm、SEC Carbon社製) 0.5 g及びアセチレンブラック(AB、Strem Chemicals社製)0.1 gを、遊星ボールミル(Pulverisette 7、Fritsch社製)を用いて、600rpmで12時間十分に混合した。得られた混合物(重量比でSi:黒鉛:AB=30:50:10)を電極材料とした。次いで、結着剤として、直鎖のポリアクリル酸(和光純薬工業(株)製)を用い、該ポリアクリル酸(CLPAH-01)1 gをイオン交換水99 gに溶解した。1 wt%ポリアクリル酸水溶液0.5 gに上記電極材料0.045 gを添加してよく混合し、更にイオン交換水で希釈して、スラリーを調製した。該電極作製用スラリーにおいては、シリコン15 mg、黒鉛45 mg、AB5 mg、CLPAH-01 5 mgをそれぞれ含む。即ち、電極作製用スラリーは、集電体上に塗布した後乾燥させることにより、シリコンを30wt%、黒鉛を50wt%、ABを10wt%、ポリアクリル酸を10wt%含量するものとなる。
上記電極作製用スラリーを、ドクターブレードを用いて銅の集電体上に塗布した。その後、空気中で80℃で乾燥し、次いで真空下にて150℃で24時間乾燥した。尚、使用前にロールでプレスしたものを電極(CLPAH-01電極)とした。尚、集電体上の膜の厚さは、複合ビーム加工観察装置(JIB-4500,日本電子株式会社製)での観察によれば約10〜15 μmであった。
直鎖のポリアクリル酸の代わりに、カーボポール980(日本ケミカルズ(株)製)を用いた以外は、比較例3と同様にして、電極作製用スラリーを調製し、リチウム電池用電極を製造した(以下、カーボポール電極と略記する)。
直鎖のポリアクリル酸の代わりに、ポリマー中にジエチレングリコールジアリルエーテルを0.007mol%含有させて重合させた架橋ポリアクリル酸(CLPAH-02)を用いた以外は、比較例3と同様にして、電極作製用スラリーを調製し、リチウム電池用電極を製造した(以下、CLPAH-02電極と略記する)。
直鎖のポリアクリル酸の代わりに、ポリマー中にジエチレングリコールジアリルエーテルを0.07mol%含有させて重合させた架橋ポリアクリル酸(CLPAH-03)を用いた以外は、比較例3と同様にして、電極作製用スラリーを調製し、リチウム電池用電極を製造した(以下、CLPAH-03電極と略記する)。
直鎖のポリアクリル酸の代わりに、ポリマー中にジエチレングリコールジアリルエーテルを0.7mol%含有させて重合させた架橋ポリアクリル酸(CLPAH-00)を用いた以外は、比較例3と同様にして、電極作製用スラリーを調製し、リチウム電池用電極を製造した(以下、CLPAH-00電極と略記する)。
直鎖のポリアクリル酸の代わりに、ポリマー中にジエチレングリコールジアリルエーテルを0.14mol%含有させて重合させた架橋ポリアクリル酸(CLPAH-07)を用いた以外は、比較例3と同様にして、電極作製用スラリーを調製し、リチウム電池用電極を製造した(以下、CLPAH-07電極と略記する)。
直鎖のポリアクリル酸の代わりに、ポリマー中にジエチレングリコールジアリルエーテルを0.2mol%含有させて重合させた架橋ポリアクリル酸(CLPAH-11)を用いた以外は、比較例3と同様にして、電極作製用スラリーを調製し、リチウム電池用電極を製造した(以下、CLPAH-11電極と略記する)。
直鎖のポリアクリル酸の代わりに、ポリマー中にジエチレングリコールジアリルエーテルを0.45mol%含有させて重合させた架橋ポリアクリル酸(CLPAH-14)を用いた以外は、比較例3と同様にして、電極作製用スラリーを調製し、リチウム電池用電極を製造した(以下、CLPAH-14電極と略記する)。
CLPAH-01電極、CLPAH-02電極、CLPAH-03電極及びCLPAH-00電極を用いて、下記条件で定電流充放電試験を行った。
・対極:Li箔
・電解液:1M LiPF6 EC/DMCの混合溶液(体積比1:1)
・測定装置:TOSCAT-3000U充放電試験装置(東洋システム製)
・電位及び電流密度
初回サイクル
電位範囲 2.0-0.0 V (vs.Li/Li+)
電流密度 50 mA g-1
2サイクル目以降
電位範囲 2.0-0.0 V (vs.Li/Li+)
電流密度 100 mA g-1
また、サイクル中の可逆容量に関しては、架橋されているPAHを用いた電極(以下、架橋型PAH電極と略記する場合がある)は何れも架橋されていない直鎖のPAH電極(非架橋型PAH電極と略記する場合がある;CLPAH-01電極)に比べて高い値を示した。特に、CLPAH-03電極(架橋剤量0.07 mol%)を用いた電極は、他の電極に比べて非常に高い可逆容量と容量維持率を示すことが分かった。
初回クーロン効率は、わずかな差ではあるが、架橋度の高いPAHを用いたものほど高い値を示した。非架橋型PAH電極(CLPAH-01電極)は3つの架橋型PAH電極に比べて2〜3 %低い値を示した。
また、2サイクル目から10サイクル目にかけてのクーロン効率[図6(d)]に関しては、架橋型PAH電極においては、いずれも非架橋型PAH電極に比べて早く立ち上がり、安定化することが分かった。CLPAH-03電極はサイクル初期において最も高いクーロン効率を示し、CLPAH-00電極はCLPAH-02電極よりわずかに良好なクーロン効率を示した。
尚、分子量1,250,000で非架橋型PAH(Sigma-Aldrich社製)を用いてCLPAH-01電極と同様に調製したAldrich電極を上記結果と比較すると、非架橋型PAH電極(CLPAH-01電極)と同程度の可逆容量しか示さず、CLPAH-03電極と比べて大幅に低い可逆容量であった。更に、初回クーロン効率も4つの電極の中で最も低かった。
これらの結果から、PAHを架橋することは電極の電気化学特性の改善に効果があり、中でも結着剤としてポリマーの最適な架橋剤量は、CLPAH-02(架橋剤量0.007 mol%)とCLPAH-00(架橋剤量0.7 mol%)の間、CLPAH-03(架橋剤量0.07 mol%)付近にあることが推察された。
Aldrich電極、CLPAH-07電極、CLPAH-11電極、CLPAH-14電極、カーボポール電極を用いて、実験例3と同様に定電流充放電試験を行った。各電極の初回充放電の結果、10回目充放電の結果、及び30回目充放電の結果について、その充放電容量、クーロン効率及び維持率を下記表1に示す。また、CLPAH-01、CLPAH-02電極、CLPAH-03電極及びCLPAH-00電極の結果(実験例3の結果)も併せて示す。
また、架橋型PAH電極(CLPA-02、03、07、11、14、00)を用いた時のサイクル10回目及び30回目の充放電容量と維持率は、非架橋型PAH電極(Aldrich電極及びCLPA-01電極)やカーボポール電極に比べて、高い値を示すことが判った。
これらの結果から、架橋したPAHを結着剤として用いると、非架橋のものを用いた場合と比較して電極の電気化学特性が向上することが判った。また、結着剤としてポリマーの最適な架橋剤量は、CLPAH-02(架橋剤量0.007 mol%)とCLPAH-00(架橋剤量0.7 mol%)の間であり、特にCLPAH-03(架橋剤量0.07 mol%)付近が適していることが判った。
直鎖のポリアクリル酸(和光純薬工業(株)製)2.3gを水230mlに加え、2時間撹拌して分散させた。得られた分散液に18%水酸化ナトリウムを加えてpHを6.8に調整し、1 wt%の中和したポリアクリル酸(CLPAH0.2Na0.8-01)の水溶液を得た。
該溶液を1 wt%ポリアクリル酸水溶液の代わりに用いた以外は比較例3と同様にして、電極作製用スラリーを調製し、リチウム電池用電極を製造した得られた電極を、CLPAH0.2Na0.8-01電極とした。
直鎖のポリアクリル酸(和光純薬工業(株)製)2.3gの代わりにAldrich社製ポリアクリル酸(PAH、Mw=1250000、Sigma−Aldrich社製)2.3gを用いた以外は、比較例5と同様に処理し、1 wt%の中和したポリアクリル酸(AldrichH0.2Na0.8)の水溶液を得た。次いで、該溶液を1 wt%ポリアクリル酸水溶液の代わりに用いた以外は比較例3と同様にして、電極作製用スラリーを調製し、リチウム電池用電極を製造した。得られた電極を、AldrichH0.2Na0.8電極とした。
直鎖のポリアクリル酸2.3gの代わりにカーボポール980(日本ケミカルズ(株)製)2.3gを用いた以外は、比較例5と同様に処理し、1 wt%の中和したカーボポール(カーボポールH0.2Na0.8)の水溶液を得た。次いで、該溶液を1 wt%ポリアクリル酸水溶液の代わりに用いた以外は比較例3と同様にして、電極作製用スラリーを調製し、リチウム電池用電極を製造した。得られた電極を、カーボポールH0.2Na0.8電極とした。
直鎖のポリアクリル酸2.3gの代わりに、ポリマー中にジエチレングリコールジアリルエーテルを0.007mol%含有させて重合させた架橋ポリアクリル酸2.3gを用いた以外は、比較例5と同様に処理し、1 wt%の中和したポリアクリル酸(CLPAH0.2Na0.8-02)の水溶液を得た。尚、ジエチレングリコールジアリルエーテルは、J.V.Crivello, S.K.Rajaraman, J. Polymer Science, Part A: Polymer Chemistry (1997), 35(8), 1593-1604に記載の方法に準じて合成したものを使用した。次いで、該溶液を1 wt%ポリアクリル酸水溶液の代わりに用いた以外は比較例3と同様にして、電極作製用スラリーを調製し、リチウム電池用電極を製造した。得られた電極を、CLPAH0.2Na0.8-02電極とした。
直鎖のポリアクリル酸2.3gの代わりに、ポリマー中にジエチレングリコールジアリルエーテルを0.07mol%含有させて重合させた架橋ポリアクリル酸2.3gを用いた以外は、比較例5と同様に処理し、1 wt%の中和したポリアクリル酸(CLPAH0.2Na0.8-03)の水溶液を得た。次いで、該溶液を1 wt%ポリアクリル酸水溶液の代わりに用いた以外は比較例3と同様にして、電極作製用スラリーを調製し、リチウム電池用電極を製造した。得られた電極を、CLPAH0.2Na0.8-03電極とした。
直鎖のポリアクリル酸2.3gの代わりにポリマー中にジエチレングリコールジアリルエーテルを0.14mol%含有させて重合させた架橋ポリアクリル酸2.3gを用いた以外は、比較例5と同様に処理し、1 wt%の中和したポリアクリル酸(CLPAH0.2Na0.8-07)の水溶液を得た。次いで、該溶液を1 wt%ポリアクリル酸水溶液の代わりに用いた以外は比較例3と同様にして、電極作製用スラリーを調製し、リチウム電池用電極を製造した。得られた電極を、CLPAH0.2Na0.8-07電極とした。
直鎖のポリアクリル酸2.3gの代わりにポリマー中にジエチレングリコールジアリルエーテルを0.7mol%含有させて重合させた架橋ポリアクリル酸2.3gを用いた以外は、比較例5と同様に処理し、1 wt%の中和したポリアクリル酸(CLPAH0.2Na0.8-00)の水溶液を得た。次いで、該溶液を1 wt%ポリアクリル酸水溶液の代わりに用いた以外は比較例3と同様にして、電極作製用スラリーを調製し、リチウム電池用電極を製造した。得られた電極を、CLPAH0.2Na0.8-00電極とした。
直鎖のポリアクリル酸2.3gの代わりにポリマー中にジエチレングリコールジアリルエーテルを0.2mol%含有させて重合させた架橋ポリアクリル酸2.3gを用いた以外は、比較例5と同様に処理し、1 wt%の中和したポリアクリル酸(CLPAH0.2Na0.8-11)の水溶液を得た。次いで、該溶液を1 wt%ポリアクリル酸水溶液の代わりに用いた以外は比較例3と同様にして、電極作製用スラリーを調製し、リチウム電池用電極を製造した。得られた電極を、CLPAH0.2Na0.8-11電極とした。
直鎖のポリアクリル酸2.3gの代わりにポリマー中にジエチレングリコールジアリルエーテルを0.45mol%含有させて重合させた架橋ポリアクリル酸2.3gを用いた以外は、比較例5と同様に処理し、1 wt%の中和したポリアクリル酸(CLPAH0.2Na0.8-14)の水溶液を得た。次いで、該溶液を1 wt%ポリアクリル酸水溶液の代わりに用いた以外は比較例3と同様にして、電極作製用スラリーを調製し、リチウム電池用電極を製造した。得られた電極を、CLPAH0.2Na0.8-14電極とした。
電極としてCLPAH0.2Na0.8-01電極、CLPAH0.2Na0.8-02電極、CLPAH0.2Na0.8-03電極、及びCLPAH0.2Na0.8-07電極を用いた以外は、実験例3と同様にして定電流充放電試験を行った。
各電極による初回充放電の結果、充放電サイクルによる放電容量の変化、充放電サイクルによるクーロン効率の変化をそれぞれ図7の(a)〜(c)に表す[(a):初回充放電の結果、(b):放電容量の変化、(c)クーロン効率の変化]。
図7の結果より、初回容量は、架橋度によらず1000 mAh g-1程度の近い値を示すが、中和したことにより、全ての電極の容量維持が大幅に増加することが分かった。架橋度の変化に伴う顕著な違いは見られないが、架橋型PAH電極である、CLPAH0.2Na0.8-02電極、CLPAH0.2Na0.8-03電極、及びCLPAH0.2Na0.8-07電極は、非架橋型PAH電極(CLPAH-01)に比べて容量維持が良好であることが分かった。また、CLPAH0.2Na0.8-07電極は初回サイクルにおいて最も高い可逆容量を示した。CLPAH0.2Na0.8-02電極及びCLPAH0.2Na0.8-03電極については、非常に類似した挙動を示した。
初回クーロン効率は、わずかな差ではあるが架橋度の高いものほど高い値を示し、何れの架橋型PAH電極もCLPAH0.2Na0.8-01電極に比べて約5 %高かった。特に、CLPAH0.2Na0.8-07電極は初回クーロン効率も最も高かった。また、2サイクル目以降に関しては、CLPAH0.2Na0.8-02電極および03電極は、架橋のないCLPAH-01電極に比べてわずかに立ち上がりが早かった。
これら結果から、バインダーの設計において高分子の中和、架橋などの手段がSi系電極の電気化学特性を改善するのに効果的であるといえる。中でも、CLPAH0.2Na0.8-07はバインダー(結着剤)として優れた効果を示すことが分かった。
電極としてAldrichH0.2Na0.8電極、CLPAH0.2Na0.8-11電極、CLPAH0.2Na0.8-14電極、CLPAH0.2Na0.8-00電極、又はカーボポールH 0.2 Na 0.8 電極を用いた以外は、実験例3と同様にして定電流充放電試験を行った。
また、初回クーロン効率に関し、中和した架橋型PAH電極(CLPAH0.2Na0.8-02電極、-03電極、-07電極、-11電極、-14電極及び-00電極)は、中和したAldrichH0.2Na0.8電極や中和したカーボポール電極に比べて5%以上も高い値を示した。
また、サイクル10回目及び30回目の放電容量と維持率については、多くの架橋型PAH電極(CLPAH0.2Na0.8-02電極、-03電極、-07電極、-11電極、及び-14電極)が、非架橋型PAH電極(CLPAH-01)カーボポールを用いた電極に比べて大幅に向上することが判った。特に、CLPAH0.2Na0.8-07電極及びCLPAH0.2Na0.8-11電極については、30回目の放電容量が800mAh/g以上で、維持率が70%以上であり、最も高い容量維持を示した。一方、架橋剤量を多く使用したCLPAH0.2Na0.8-14電極とCLPAH0.2Na0.8-00電極の放電容量と維持率は、CLPAH0.2Na0.8-07電極及びCLPAH0.2Na0.8-11電極に比べて低いことから、架橋剤量を多くすればするほどこれらの値が向上するわけではなく、架橋剤量0.1〜0.3mol%の場合が最も結着剤に適していることが判った。
これら結果から、バインダーの設計において高分子の中和及び架橋がSi系電極の電気化学特性を向上させるのに効果的であることが判った。中でも、CLPAH0.2Na0.8-07及びCLPAH0.2Na0.8-11はバインダー(結着剤)として優れた効果を示すことが判った。
CLPAH0.2Na0.8-07及びCLPAH0.2Na0.8-08について剥離強度を測定した。
まず、CLPAH0.2Na0.8-07又はCLPAH0.2Na0.8-08を61mg(固形分)含有するポリアクリル酸水溶液と天然黒鉛(CGB-20)450mgを混合して2種の剥離強度測定用電極作製用スラリーを調製した。得られたスラリーそれぞれを厚さ10μmの銅箔上に乾燥後の膜厚が100μmになるように均一に塗布し、130℃で2時間真空乾燥して剥離強度測定用の電極2種を作製した。
作製した2種の電極(CLPAH0.2Na0.8-07の剥離強度測定用電極、CLPAH0.2Na0.8-08の剥離強度測定用電極)をJIS K 6854-2に準拠して180°で剥離試験を行った。具体的には、下記条件において、黒鉛側を剛性の被着材、銅箔側をたわみ性の被着材とし、黒鉛側を固定して銅箔を引き剥がすことにより、180°引き剥がし試験を実施した。
試験片:SUS(ステンレス)の板+両面粘着テープ+黒鉛層/20μm銅箔
引き剥がし幅:25mm
試験条件:試験速度;100mm/min、試験温度;23℃
試験機:インストロン社製 万能材料試験機 5582型
その結果、CLPAH0.2Na0.8-07の剥離強度は18.2gf/mm、CLPAH0.2Na0.8-08の剥離強度は15.7gf/mmであった。公知の官能基含有フッ化ビニリデン重合体を用いて得た剥離強度は、3.8gf/mmであることを考慮すると(特許4851092号)、本発明の結着剤は、同等又はそれ以上の結着力を示し、特に、中和した結着剤は電極に強力に結着できることが判った。
コイン型電池を、アルゴンで満たしたグローブボックス中で組み立てた。具体的には、電極として、CLPAH0.2Na0.8-03電極とリチウム箔電極を用い、電解液として1mol・dm−3のLiPF6の炭酸エチレン(EC)/炭酸ジメチル(DMC)(体積比で、1:1)溶液を用い、ポリオレフィン製微多孔膜をセパレータとして用いて、コイン型電池(without 2% FEC)を組み立てた。
また、1mol・dm−3のLiPF6の炭酸エチレン(EC)/炭酸ジメチル(DMC)(体積比で、1:1)溶液とフルオロエチレンカーボネート溶液を98:2で混合した溶液を電解液として用いた以外は同様にして作成した、FEC添加電解液のコイン型電池(with 2% FEC)も同様にして組み立てた。
コイン型電池(without 2% FEC)とコイン型電池(with 2% FEC)を用いて、実験例3と同様にして充放電試験を行った。なお、コイン型電池(with 2% FEC)については、充電時間を9時間とした場合の充放電試験結果も合わせて示す。
その結果を図8に示す。図8の(a)は初回充放電の結果を、(b)は充電サイクルによる放電容量の変化を、(c)は、充電サイクルによるクーロン効率の変化をそれぞれ示す。
図8の結果より、20サイクル程度ではあるが、コイン型電池(with 2% FEC)では、容量維持率とサイクル中のクーロン効率が、コイン型電池(without 2% FEC)と比較して向上していることが分かった。
バインダーの架橋がスラリーの分散性や塗布性、電極の表面状態にどのような影響を与えるかを調べるため、スラリーおよび電極を光学顕微鏡で観察した。
(1)スラリーの光学顕微鏡による撮影
先ず、各種電極作成時に得た、CLPAH-01、CLPA H0.2Na0.8-01、CLPAH-02、CLPA H0.2Na0.8-02、CLPAH-03、及びCLPA H0.2Na0.8-03の各スラリーを、イオン交換水でそれぞれ15倍に希釈した。その後、得られた溶液50 μLをそれぞれプレパラート上に滴下してカバーガラスをかぶせ、これを倍率50倍で透過光により観察した。尚、観察用の装置としては、Moticam 2300/2500((株)島津理化製)を用いた。
その結果を図9に示す。図9の(a)はCLPAH-01のスラリーの観察結果を、(b)はCLPAH0.2Na0.8-01のスラリーの観察結果を、(c)はCLPAH-02のスラリーの観察結果を、(d)はCLPA H0.2Na0.8-02のスラリーの観察結果を、(e)はCLPAH-03のスラリーの観察結果を、(f)はCLPA H0.2Na0.8-03のスラリーの観察結果を、それぞれ表す。
また、PAH0.2Na0.8タイプ(中和タイプ)では、架橋度の変化によるスラリーの分散性の変化はほとんど見られず、いずれもPAHタイプに比べて良い分散性を示した。
また、(1)で用いた6種のスラリーを、銅箔に塗布した後、乾燥したものを写真撮影した。得られた結果を図10に示す。図10の(a)はCLPAH-01のスラリーの撮影結果を、(b)はCLPAH0.2Na0.8-01のスラリーの撮影結果を、(c)はCLPAH-02のスラリーの撮影結果を、(d)はCLPA H0.2Na0.8-02のスラリーの撮影結果を、(e)はCLPAH-03のスラリーの撮影結果を、(f)はCLPA H0.2Na0.8-03のスラリーの撮影結果を、それぞれ表す。
図10の結果より、PAHタイプでは、非架橋のCLPAH-01が非常に不均一な塗布となることが分かった。CLPAH-02,03は、架橋度の増加に伴って塗布状態が少しずつ改善されることが分かった。
PAH0.2Na0.8タイプでは、非架橋のCLPAH0.2Na0.8-01に比べて架橋されているCLPAH0.2Na0.8-03-02,03が均一な塗布状態であった。いずれのバインダーでもPAH0.2Na0.8タイプがPAHタイプに比べて均一な塗布であった。
各種電極(CLPAH-01電極、CLPAH0.2Na0.8-01電極、CLPAH-02電極、CLPAH0.2Na0.8-02電極、CLPAH-03電極、CLPAH0.2Na0.8-03電極及びCLPAH-00電極)について、その表面を倍率50倍で、反射光により観察した。得られた撮影結果を図11に示す。図11の(a)はCLPAH-01電極の撮影結果を、(b)はCLPAH0.2Na0.8-01電極の撮影結果を、(c)はCLPAH-02電極の撮影結果を、(d)はCLPAH0.2Na0.8-02電極の撮影結果を、(e)はCLPAH-03電極の撮影結果を、(f)はCLPAH0.2Na0.8-03電極の撮影結果を、(g)はCLPAH-00電極の撮影結果を、それぞれ表す。
図11の結果より、架橋をしていないPAHタイプでは、銅箔が見える部分が多く、粗くて不均一な表面形態であった。ポリマーを架橋させることで表面形態が改善され、CLPAH-03電極は比較的良好な表面形態を示した。しかし、さらに架橋度を上げたCLPAH-00電極は不均一な表面形態を示した。これは、実験例10の結果より、バインダーの流動性(粘性)が電極形態に影響していると考えられた。
PAH0.2Na0.8タイプでは、非架橋のCLPAH0.2Na0.8-01電極に比べて架橋されているCLPAH0.2Na0.8-02,03電極が均一な表面状態であった。なお、カーボポールH 0.2 Na 0.8 電極についても光学顕微鏡写真を撮影したところ、架橋をしていないPAHタイプと同様に、銅箔が見える部分があり、不均一な表面形態であった。
よって、その他の結果と合わせて考慮すると、この均一な表面状態やスラリーの分散性の向上が、電極特性の改善に寄与していると考えられた。
各種電極(CLPAH-01電極、CLPA H0.2Na0.8-01電極、CLPAH-02電極、CLPAH0.2Na0.8-02電極、CLPAH-03電極、及びCLPAH0.2Na0.8-03電極、CLPAH-00電極)について、電極表面を、複合ビーム加工観察装置(JIB-4500,日本電子株式会社製)で炭素コーティングした後、FIB(イオン源:ガリウム液体金属イオン源、加速電圧:30 kV)による加工を行った。得られた電極表面SEMで観察した。
観察結果を図13にCLPAタイプの電極の結果を、図14にH0.2Na0.8タイプの結果を示す。尚、比較としてPVdF電極の結果を図12に示す。図12〜14中の(a)は電極の厚さの観察結果を、(b)は電極内部構造の観察結果を、(c)は集電体との界面(集電体と合剤との結着)の観察結果をそれぞれ表す。倍率は、(a)の場合は5000〜9500倍、(b)の場合は20000〜25000倍、(c)の場合は22000〜35000倍の範囲で適宜設定して観察した。
図12のPVdF電極では黒鉛が乱雑に混ざっているのがわかった。また、隙間の多い構造を示した。一方、CLPA電極はPVdFに比べて密な電極構造であった。
PAHタイプでは、架橋の無いCLPAH-01電極に数 μmの大きな空隙が多数見られるが、架橋度を上げたCLPAH-03電極ではこのような大きな空隙が減少し、電極の均一性が向上することが分かった。また、さらに架橋度を上げたCLPAH-00電極では、電極内部に再び大きな空隙が観察された。
PAH0.2Na0.8タイプでは、いずれの架橋度でもPAHに比べて大きなひびが減っていた。また、CLPAH-03のPAH0.2Na0.8電極は多孔質構造であった。このような多孔質構造は、シリコン系電極において体積変化の影響を緩和し、サイクル特性の向上に効果的であることが知られている。従って、PAH0.2Na0.8-03電極が高いサイクル特性を示すのは、このような均一で多孔質な電極構造が関係していると考えられた。
各種電極で用いた結着剤(バインダー)の流動性を測定した。
具体的には、HAAKE MARS III(Thermo Scientific社製)を用いてフローカーブ測定を行い、CLPAH-01、CLPAH-02、CLPAH-03、CLPA H0.2Na0.8-01、CLPAH0.2Na0.8-02、及びCLPAH0.2Na0.8-03の各1 wt%ポリアクリル酸水溶液の流動性を測定した。即ち、直径35 mmの試料台上に、1 wt%ポリアクリル酸水溶液それぞれを均一な厚みとなるように塗布した後、試料台とセンサーの間隔が0.3 mmとなるようにセンサーを下した。測定中、温度は20 0Cに保ち、せん断速度の範囲は0.01-1833 s-1 、100 ステップで測定した。
その結果を図15に示す。尚、図15(a)は、CLPAH-01、CLPAH-02、CLPAH-03、CLPA H0.2Na0.8-01、CLPAH0.2Na0.8-02、及びCLPAH0.2Na0.8-03の各ポリアクリル酸水溶液の流動性を示した。尚、比較としてAldrichの分子量1,250,000の架橋のないPAHおよびPAH0.2Na0.8の流動性も示した。図15の(b)は、CLPAH-01、CLPAH-02、及びCLPAH-03について(a)の横軸のスケールを拡大して示した結果である。図15の(c)は、CLPAH-02、CLPAH-03及びCLPAH-00の流動性について示した結果である。
CLPAH-01−03では、せん断応力とせん断速度の間に比例関係があり、粘性はせん断速度によらず一定である。このような流動はニュートン流動と呼ばれ、水や低粘性のシリコンオイルなどがこのタイプの流動を示す。Fig.8に示したようにCLPAバインダーの塗布状態が良好でなかったのは、CLPAがニュートン流動を示すためだと考えられた。
塗工液は通常せん断速度を上げると見かけ粘性が下がる性質があり、この現象をチキソトロピーという。デンプン水溶液やラテックスにもこの傾向が見られる。図15(a)に示したAldrichのPAHおよび PAH0.2Na0.8はせん断速度の増加に伴いグラフの傾きが大きくなっており、即ち粘性が低くなることから、チキソトロピー的である。
図15の(c)より、非架橋のCLPAH-01は低い粘性を示し、CLPAH-03の架橋度でも粘性の増大はわずかであったが、架橋剤量をさらに増やしたCLPAH-00では粘性が大幅に増大することが分かった。また、CLPAH-00では、流動性がニュートン流からチキソトロピー的な流動に変化することも分かった。
各種ポリアクリル酸(AldrichH0.2Na0.8、CLPAH0.2Na0.8-01、CLPAH0.2Na0.8-02、CLPAH0.2Na0.8-03、及びCLPAH0.2Na0.8-07、CLPAH0.2Na0.8-11、CLPAH0.2Na0.8-14、CLPAH0.2Na0.8-00又はカーボポールH0.2Na0.8)を1wt%ポリアクリル酸スラリーとし、B型粘度計(株式会社東京計器社製B8L)を使用して、20℃で粘度を測定した。回転速度は、ポリアクリル酸の種類に合わせて表3中に記載の値を使用した。
CLPAH-01電極、CLPAH-02電極、及びCLPAH-03電極を用いて、自己放電試験をおこなった。即ち、12サイクル目の充電後、満充電状態で10日間放置し、再び放電を行い、その際に充放電試験を行った。具体的には、下記条件で定電流充放電試験を行った。得られた結果を、図16に示す。図16の(a)は12サイクル目の充放電曲線を、(b)は充電サイクル数によるクーロン効率の変化を表す。
また、CLPAH0.2Na0.8-01電極、CLPAH0.2Na0.8-02電極、及びCLPAH0.2Na0.8-03電極を電極として用いて、同様に、下記条件で定電流充放電試験を行った。得られた結果を、図17に示す。図17の(a)は12サイクル目の充放電曲線を、(b)は充電サイクル数によるクーロン効率の変化を表す。
・作用極 Si(<100 nm):SNO3:AB:binder=3:5:1:1電極
・対極 Li箔
・電解液 1M LiPF6 EC/DMC(体積比1:1)
・定電流充放電試験
初回サイクル(CC)
電位範囲 2.0-0.0 V (vs.Li/Li+)
電流密度 50 mA g-1
2サイクル目以降 (CC)
電位範囲 2.0-0.0 V (vs.Li/Li+)
電流密度 100 mA g-1
図17の結果より、PAHタイプについては架橋度の増大に伴いクーロン効率の減少が抑制されていることが分かった。また、この結果から、架橋度の増大に伴ってPAHの活物質に対する被覆性が向上することが推察された。一方、図16の結果より、PAH0.2Na0.8タイプ(中和タイプ)ついてはクーロン効率の減少に大きな違いは見られないことが分かった。
粒子サイズが100nm未満のシリコン粉末0.3 gの代わりに、粒子サイズが5μmのシリコン粉末0.3 gを用いた以外は、実施例9と同様にして電極作製用スラリーを調製し、リチウム電池用電極を製造した(以下、5μSi-CLPAH0.2Na0.8-03電極と略記する)。
実施例15で得た5μSi-CLPAH0.2Na0.8-03電極を用い、電位範囲2.0-0.0 Vを1.0-0.0 Vとした以外は、下記条件で定電流充放電試験を行った。
・対極:Li箔
・電解液:1M LiPF6 EC/DMCの混合溶液(体積比1:1)
・測定装置:TOSCAT-3000U充放電試験装置(東洋システム製)
・電位及び電流密度
初回サイクル
電位範囲 1.0-0.0 V (vs.Li/Li+)
電流密度 50 mA g-1
2サイクル目以降
電位範囲 1.0-0.0 V (vs.Li/Li+)
電流密度 100 mA g-1
その結果を図18に示す。図18中、−□−は、放電容量(Q/mAhg-1)を表し、−○−は、クーロン効率を表し、それぞれ充電サイクル数による変化を表す。
直鎖のポリアクリル酸2.3gの代わりに、下記表4記載の6種類の何れかの架橋剤をポリアクリル酸中に0.14mol%含有させて架橋させて得た6種の架橋ポリアクリル酸2.3gを用いた以外は、比較例5と同様に実験し、1 wt%の中和した各種ポリアクリル酸の水溶液を得た。次いで、各溶液を1 wt%ポリアクリル酸水溶液の代わりに用いた以外は比較例3と同様にして、電極作製用スラリーを調製し、6種のリチウム電池用電極を製造した。
尚、表中のジエチレングリコールジアクリレートは、B.H.Kim, E.J.Jeong, G.T.Hwang, N.Venkatesan, Synthesis (2001), 14, 2191-2202に記載の方法に準じて合成したものを使用した。また、エチレングリコールジアリルエーテル及びテトラエチレングリコールジアリルエーテルは、J.V.Crivello, S.K.Rajaraman, J. Polymer Science, Part A: Polymer Chemistry (1997), 35(8), 1593-1604に記載の方法に準じて合成したものを使用した。
電極としてCLPAH0.2Na0.8-C1電極、CLPAH0.2Na0.8-C2電極、CLPAH0.2Na0.8-C3電極、CLPAH0.2Na0.8-C4電極、CLPAH0.2Na0.8-C5電極、CLPAH0.2Na0.8-C6電極、CLPAH0.2Na0.8-C7電極を用いた以外は、実験例4と同様にして定電流充放電試験を行った。
これらの結果より、バインダーの設計において高分子を中和、架橋する手段がSi系電極の電気化学特性を向上するのに効果的であることが示された。
各種ポリアクリル酸(CLPAH0.2Na0.8-C1〜CLPAH0.2Na0.8-C7)を1wt%ポリアクリル酸スラリーとし、B型粘度計(株式会社東京計器社製B8L)を使用して、20℃で粘度を測定した。回転速度は、60rpmとして測定した。その結果を下記表5に示す。
直鎖のポリアクリル酸中にジエチレングリコールジアリルエーテルを0.14mol%含有させて架橋重合させた架橋ポリアクリル酸2.3gを水230mlに加え、2時間撹拌して分散させた。得られた分散液に17%水酸化ナトリウム 4.5mlを加えて、1 wt%の中和したポリアクリル酸(CLPAH0.3Na0.7-01)の水溶液を得た。
該溶液を1 wt%ポリアクリル酸水溶液の代わりに用いた以外は比較例3と同様にして、電極作製用スラリーを調製し、リチウム電池用電極を製造した得られた電極を、CLPAH0.3Na0.7-07電極とした。
直鎖のポリアクリル酸中にジエチレングリコールジアリルエーテルを0.14mol%含有させて架橋重合させた架橋ポリアクリル酸2.3gを水230mlに加え、2時間撹拌して分散させた。得られた分散液に17%水酸化ナトリウム 5.7mlを加えて、1 wt%の中和したポリアクリル酸(CLPAH0.1Na0.9-01)の水溶液を得た。
該溶液を1 wt%ポリアクリル酸水溶液の代わりに用いた以外は比較例3と同様にして、電極作製用スラリーを調製し、リチウム電池用電極を製造した得られた電極を、CLPAH0.1Na0.9-07電極とした。
電極としてCLPAH0.3Na0.7-07及びCLPAH0.1Na0.9電極を用いた以外は、実験例4と同様にして定電流充放電試験を行った。
2種のポリアクリル酸(CLPAH0.3Na0.7-07及びCLPAH0.1Na0.9-07)それぞれを1wt%ポリアクリル酸スラリーとし、B型粘度計(株式会社東京計器社製B8L)を使用して、20℃で粘度を測定した。回転速度は、60rpmとして測定した。その結果を下記表8に示す。
Claims (22)
- 下記一般式[2]、一般式[4]、一般式[9]、式[10−1]〜[10−4]及び一般式[11]記載の化合物並びに下記一般式[14]記載のポリマーから選ばれる架橋剤により架橋されたポリアクリル酸からなるリチウム電池用結着剤(但し、官能基含有フッ化ビニリデン系ポリマーを含むものを除く);
[式中、R25及びR26は、それぞれ独立して、水素原子又はメチル基を表し、R20は、炭素数1〜20のアルキレン基、下記一般式[2−1]で示される基、
(式中、R17は、炭素数1〜6のアルキレン基を表し、rは1〜6の整数を表す。)
又は下記一般式[2−2]で示される基
(式中、R18及びR19は、それぞれ独立して、炭素数1〜6のアルキレン基を表し、tは1〜12の整数を表す。)を表す。]、
(式中、R7〜R10は、それぞれ独立して、炭素数1〜6のアルキレン基を表し、lは1〜6の整数を表し、mは0〜6の整数を表し、v1及びv2はそれぞれ独立して0又は1の整数を表す。)、
(式中、Ar4は、炭素数6〜10のアリーレン基を表す。)、
(式中、R11は、炭素数1〜6のアルキレン基を表す。)、
[式中、R23は、置換基を有する又は無置換の炭素数1〜6のアルキレン基、置換基を有する又は無置換の炭素数6〜10のアリーレン基、下記一般式[14−A]又は[14−B]で示される基
(式中、R30は、炭素数1〜6のアルキル基を表し、R31は、炭素数1〜6のアルキレン基、Ar7は、a個のR30を置換基として有していてもよい炭素数6〜10のアリーレン基、aは、0〜4の整数を表す)、或いは、下記一般式[14−C]で示される基
(式中、R32は、炭素数1〜6のアルキレン基を表し、R30、R31、Ar7、aは、上記と同じ。)を表し、sは10〜10000の整数を表す。]。 - 架橋されたポリアクリル酸が中和されたものである請求項1記載の結着剤。
- 架橋されたポリアクリル酸が水酸化ナトリウムで中和されたものである請求項1記載の結着剤。
- 架橋剤が、一般式[2]、一般式[4]、又は式[10−1]〜[10−4]記載の化合物である、請求項1記載の結着剤。
- 架橋剤が、一般式[4]記載の化合物である、請求項1記載の結着剤。
- 架橋されたポリアクリル酸の粘度が、回転粘度計60rpmで30〜10000mPa・S、又は回転粘度計0.6rpmで10000〜450000mPa・Sである(但し、架橋されたポリアクリル酸を1重量%の濃度で水に分散させた分散液における粘度として)、請求項1に記載の結着剤。
- 1)シリコンを含有する活物質、2)導電助剤、並びに3)下記一般式[2]、一般式[4]、一般式[9]、式[10−1]〜[10−4]及び一般式[11]記載の化合物並びに下記一般式[14]記載のポリマーから選ばれる架橋剤により架橋されたポリアクリル酸を含んでなるリチウム電池の電極作製用組成物(但し、官能基含有フッ化ビニリデン系ポリマーを含むものを除く);
[式中、R25及びR26は、それぞれ独立して、水素原子又はメチル基を表し、R20は、炭素数1〜20のアルキレン基、下記一般式[2−1]で示される基、
(式中、R17は、炭素数1〜6のアルキレン基を表し、rは1〜6の整数を表す。)
又は下記一般式[2−2]で示される基
(式中、R18及びR19は、それぞれ独立して、炭素数1〜6のアルキレン基を表し、tは1〜12の整数を表す。)を表す。]、
(式中、R7〜R10は、それぞれ独立して、炭素数1〜6のアルキレン基を表し、lは1〜6の整数を表し、mは0〜6の整数を表し、v1及びv2はそれぞれ独立して0又は1の整数を表す。)、
(式中、Ar4は、炭素数6〜10のアリーレン基を表す。)、
(式中、R11は、炭素数1〜6のアルキレン基を表す。)、
[式中、R23は、置換基を有する又は無置換の炭素数1〜6のアルキレン基、置換基を有する又は無置換の炭素数6〜10のアリーレン基、下記一般式[14−A]又は[14−B]で示される基
(式中、R30は、炭素数1〜6のアルキル基を表し、R31は、炭素数1〜6のアルキレン基、Ar7は、a個のR30を置換基として有していてもよい炭素数6〜10のアリーレン基、aは、0〜4の整数を表す)、或いは、下記一般式[14−C]で示される基
(式中、R32は、炭素数1〜6のアルキレン基を表し、R30、R31、Ar7、aは、上記と同じ。)を表し、sは10〜10000の整数を表す。]。 - シリコンを含有する活物質が、シリコン或いはシリコン及び炭素からなるものである、請求項7記載の組成物。
- 電極が負極である、請求項7記載の組成物。
- 架橋されたポリアクリル酸が中和されたものである請求項7記載の組成物。
- 架橋されたポリアクリル酸が水酸化ナトリウムで中和されたものである請求項7記載の組成物。
- 架橋剤が、一般式[2]、一般式[4]、又は式[10−1]〜[10−4]記載の化合物である、請求項7記載の組成物。
- 架橋剤が、一般式[4]記載の化合物である、請求項7記載の組成物。
- 架橋されたポリアクリル酸の粘度が、回転粘度計60rpmで30〜10000mPa・S、又は回転粘度計0.6rpmで10000〜450000mPa・Sである(但し、架橋されたポリアクリル酸を1重量%の濃度で水に分散させた分散液における粘度として)、請求項7記載の組成物。
- 1)シリコンを含有する活物質、2)導電助剤、3)下記一般式[2]、一般式[4]、一般式[9]、式[10−1]〜[10−4]及び一般式[11]記載の化合物並びに下記一般式[14]記載のポリマーから選ばれる架橋剤により架橋されたポリアクリル酸、並びに4)集電体を有するリチウム電池用の電極(但し、官能基含有フッ化ビニリデン系ポリマーを有するものを除く);
[式中、R25及びR26は、それぞれ独立して、水素原子又はメチル基を表し、R20は、炭素数1〜20のアルキレン基、下記一般式[2−1]で示される基、
(式中、R17は、炭素数1〜6のアルキレン基を表し、rは1〜6の整数を表す。)
又は下記一般式[2−2]で示される基
(式中、R18及びR19は、それぞれ独立して、炭素数1〜6のアルキレン基を表し、tは1〜12の整数を表す。)を表す。]、
(式中、R7〜R10は、それぞれ独立して、炭素数1〜6のアルキレン基を表し、lは1〜6の整数を表し、mは0〜6の整数を表し、v1及びv2はそれぞれ独立して0又は1の整数を表す。)、
(式中、Ar4は、炭素数6〜10のアリーレン基を表す。)、
(式中、R11は、炭素数1〜6のアルキレン基を表す。)、
[式中、R23は、置換基を有する又は無置換の炭素数1〜6のアルキレン基、置換基を有する又は無置換の炭素数6〜10のアリーレン基、下記一般式[14−A]又は[14−B]で示される基
(式中、R30は、炭素数1〜6のアルキル基を表し、R31は、炭素数1〜6のアルキレン基、Ar7は、a個のR30を置換基として有していてもよい炭素数6〜10のアリーレン基、aは、0〜4の整数を表す)、或いは、下記一般式[14−C]で示される基
(式中、R32は、炭素数1〜6のアルキレン基を表し、R30、R31、Ar7、aは、上記と同じ。)を表し、sは10〜10000の整数を表す。]。 - シリコンを含有する活物質が、シリコン或いはシリコン及び炭素からなるものである、請求項15記載の電極。
- 電極が負極である、請求項15記載の電極。
- 架橋されたポリアクリル酸が中和されたものである請求項15記載の電極。
- 架橋されたポリアクリル酸が水酸化ナトリウムで中和されたものである請求項15記載の電極。
- 架橋剤が、一般式[2]、一般式[4]又は式[10−1]〜[10−4]記載の化合物である、請求項15記載の電極。
- 架橋剤が、一般式[4]記載の化合物である、請求項15記載の電極。
- 架橋されたポリアクリル酸の粘度が、回転粘度計60rpmで30〜10000mPa・S、又は回転粘度計0.6rpmで10000〜450000mPa・Sである(但し、架橋されたポリアクリル酸を1重量%の濃度で水に分散させた分散液における粘度として)、請求項15記載の電極。
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