JP6359450B2 - 水性フッ化ビニリデンポリマーラテックス - Google Patents
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Description
本出願は、2011年7月15日出願の米国仮特許出願第61/508,245号明細書に対する優先権を主張するものであり、この出願の全内容があらゆる目的のために参照により本明細書に援用される。
(A)フッ化ビニリデン(VDF)と、以下の式(I):
(式中:
− 互いに等しいかまたは異なる、R1、R2およびR3は独立して、水素原子およびC1〜C3炭化水素基から選択され、
− ROHは、水素原子または少なくとも1個のヒドロキシル基を含むC1〜C5炭化水素部分である)
を有する少なくとも1つの(メタ)アクリルモノマー(MA)とに由来する繰り返し単位を含む少なくとも1つのフッ化ビニリデン(VDF)ポリマー[ポリマー(F)]を含む水性ラテックスと、
(B)少なくとも1つの粉末状電極材料と、
(C)任意選択的に、水性組成物の総重量を基準として、10重量%未満の、少なくとも1つの有機溶剤(S)と
を含む水性組成物であって、
水性ラテックス中のポリマー(F)が、ISO 13321に従って測定して、1μm未満の平均一次粒径を有する一次粒子の形態下にある組成物である。
(式中、
− R’1、R’2およびR’3は水素原子であり、
− R’OHは水素原子または少なくとも1個のヒドロキシル基を含むC1〜C5炭化水素部分である)
に好ましくは従う。
− 式:
のヒドロキシエチルアクリレート(HEA)
− 式:
のどちらかの2−ヒドロキシプロピルアクリレー(HPA)
− 式:
のアクリル酸(AA)
− およびそれらの混合物
からより好ましくは選択される。
(a)テトラフルオロエチレン(TFE)、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)、ペンタフルオロプロピレンおよびヘキサフルオロイソブチレンなどのC2〜C8フルオロ−および/またはパーフルオロオレフィン;
(b)フッ化ビニル、1,2−ジフルオロエチレンおよびトリフルオロエチレンなどのC2〜C8水素化モノフルオロオレフィン;
(c)式CH2=CH−Rf0(式中、Rf0は、C1〜C6パーフルオロアルキル基である)のパーフルオロアルキルエチレン;
(d)クロロトリフルオロエチレン(CTFE)などのクロロ−および/またはブロモ−および/またはヨード−C2〜C6フルオロオレフィン;
(e)式CF2=CFORf1(式中、Rf1は、C1〜C6フルオロ−またはパーフルオロアルキル基、たとえば−CF3、−C2F5、−C3F7である)の(パー)フルオロアルキルビニルエーテル;
(f)式CF2=CFOX0(式中、X0は、1つまたは複数のエーテル基を有するC1〜C12オキシアルキル基またはC1〜C12(パー)フルオロオキシアルキル基、たとえば、パーフルオロ−2−プロポキシ−プロピル基である)の(パー)フルオロ−オキシアルキルビニルエーテル;
(g)式CF2=CFOCF2ORf2(式中、Rf2は、C1〜C6フルオロ−またはパーフルオロアルキル基、たとえば−CF3、−C2F5、−C3F7または1つまたは複数のエーテル基を有するC1〜C6(パー)フロオロオキシアルキル基、たとえば−C2F5−O−CF3である)のフルオロアルキル−メトキシ−ビニルエーテル;
(h)式:
(式中、互いに等しいかまたは異なる、Rf3、Rf4、Rf5およびRf6のそれぞれは独立して、フッ素原子、1つまたは複数の酸素原子を任意選択的に含む、C1〜C6フルオロ−またはパー(ハロ)フルオロアルキル基、たとえば−CF3、−C2F5、−C3F7、−OCF3、−OCF2CF2OCF3である)
のフルオロジオキソール
が挙げられる。
− 上に定義された少なくとも1つのポリマー(F)を含む水性ラテックスを提供する工程と、
− 前記水性ラテックスを、任意選択的に1つまたは複数の添加剤の存在下で、上に定義された少なくとも1つの粉末状電極材料と混ぜ合わせる工程と
によって有利には製造される。
(1)T1−O−[CF(CF3)CF2O]b1’(CFYO)b2’−T1’
式中:
− 互いに等しいかまたは異なる、T1およびT1’は独立して、−CF3、−C2F5および−C3F7基から選択され;
− それぞれ等しいかまたは異なる、Yは、フッ素原子および−CF3基から選択され;
− 互いに等しいかまたは異なる、b1’およびb2’は独立して、b1’/b2’比が20〜1000に含まれ、かつ、(b1’+b2’)合計が5〜250に含まれるような0以上の整数であり;b1’およびb2’が両方ともゼロとは異なる場合には、異なる繰り返し単位はパーフルオロポリオキシアルキレン鎖に沿って一般に統計的に分布している。
前記生成物は、カナダ国特許第786877号明細書(MONTEDISON S.P.A.)4/06/1968に記載されているようにC3F6の光酸化および英国特許第1226566号明細書(MONTECATINI EDISON S.P.A.)31/03/1971に記載されているように末端基の後続の転化によって得ることができる。
(2)T1−O−[CF(CF3)CF2O]c1’(C2F4O)c2’(CFYO)c3’−T1’
式中:
− 互いに等しいかまたは異なる、T1およびT1’は、上に定義されたものと同じ意味を有し;
− それぞれ等しいかまたは異なる、Yは、上に定義されたものと同じ意味を有し;
− 互いに等しいかまたは異なる、c1’、c2’およびc3’は独立して、(c1’+c2’+c3’)合計が5〜250に含まれるような0以上の整数であり;c1’、c2’およびc3’の少なくとも2つがゼロとは異なる場合には、異なる繰り返し単位はパーフルオロポリオキシアルキレン鎖に沿って一般に統計的に分布している。
前記生成物は、米国特許第3,665,041号明細書(MONTECATINI EDISON S.P.A.)23/05/1972に記載されているようにC3F6とC2F4との混合物の光酸化およびフッ素での後続の処理によって製造することができる。
(3)T1−O−(C2F4O)d1’(CF2O)d2’−T1’
式中:
−互いに等しいかまたは異なる、T1およびT1’は、上に定義されたものと同じ意味を有し;
−互いに等しいかまたは異なる、d1’およびd2’は独立して、d1’/d2’比が0.1〜5に含まれ、かつ、(d1’+d2’)合計が5〜250に含まれるような0以上の整数であり;d1’およびd2’が両方ともゼロとは異なる場合には、異なる繰り返し単位はパーフルオロポリオキシアルキレン鎖に沿って一般に統計的に分布している。
前記生成物は、米国特許第3,715,378号明細書(MONTECATINI EDISON S.P.A.)6/02/1973に報告されているようにC2F4の光酸化および米国特許第3,665,041号明細書(MONTECATINI EDISON S.P.A.)23/05/1972に記載されているようにフッ素での後続の処理によって製造することができる。
(4)T2−O−[CF(CF3)CF2O]e’−T2’
式中:
− 互いに等しいかまたは異なる、T2およびT2’は独立して、−C2F5および−C3F7基から選択され;
− e’は、5〜250に含まれる整数である。
前記生成物は、米国特許第3,242,218号明細書(E.I.DU PONT DE NEMOURS AND CO.)22/03/1966に記載されているようにイオン性ヘキサフルオロプロピレンエポキシドオリゴマー化およびフッ素での後続の処理によって製造することができる。
(5)T2−O−(CF2CF2O)f’−T2’
式中:
− 互いに等しいかまたは異なる、T2およびT2’は、上に定義されたものと同じ意味を有し;
− f’は、5〜250に含まれる整数である。
前記生成物は、米国特許第4,523,039号明細書(THE UNIVERSITY OF TEXAS)11/06/1985に報告されているようにたとえば元素状フッ素で、ポリエチレンオキシドをフッ素化する工程と、そのようにして得られたフッ素化ポリエチレンオキシドを任意選択的に熱断片化する工程とを含む方法によって得ることができる。
(6)T1−O−(CF2CF2C(Hal’)2O)g1’−(CF2CF2CH2O)g2’−(CF2CF2CH(Hal’)O)g3’−T1’
式中:
− 互いに等しいかまたは異なる、T1およびT1’は、上に定義されたものと同じ意味を有し;
− それぞれ等しいかまたは異なる、Hal’は、フッ素および塩素原子から選択されるハロゲン、好ましくはフッ素原子であり;
−互いに等しいかまたは異なる、g1’、g2’、およびg3’は独立して、(g1’+g2’+g3’)合計が5〜250に含まれるような0以上の整数であり;g1’、g2’およびg3’の少なくとも2つがゼロとは異なる場合には、異なる繰り返し単位は(パー)フルオロポリオキシアルキレン鎖に沿って一般に統計的に分布している。
前記生成物は、欧州特許第148482 B号明細書(DAIKIN INDUSTRIES LTD.)25/03/1992に詳述されているように、2,2,3,3−テトラフルオロオキセタンを重合開始剤の存在下で開環重合させて式:−CH2CF2CF2O−の繰り返し単位を含むポリエーテルを与える工程と、前記ポリエーテルを任意選択的にフッ素化および/または塩素化する工程とによって製造されてもよい。
(7)R1 f−{C(CF3)2−O−[C(R2 f)2]j1’C(R2 f)2−O}j2’−R1 f
式中:
− それぞれ等しいかまたは異なる、R1 fは、C1〜C6パーフルオロアルキル基であり;
− それぞれ等しいかまたは異なる、R2 fは、フッ素原子およびC1〜C6パーフルオロアルキル基から選択され;
− j1’は、1または2に等しく;
− j2’は、5〜250に含まれる整数である。
前記生成物は、特許出願国際公開第87/00538号パンフレット(LAGOW ET AL.)29/01/1987に詳述されているように、ヘキサフルオロアセトンとエチレンオキシド、プロピレンオキシド、エポキシ−ブタンおよび/またはトリメチレンオキシド(オキセタン)またはそれらの置換誘導体から選択される酸素含有環状コモノマーとの共重合、および生じたコポリマーの後続の過フッ素化によって製造することができる。
(1’)商標名GALDEN(登録商標)およびFOMBLIN(登録商標)でSolvay Solexis S.p.A.から商業的に入手可能な非官能性PFPEオイルであって、前記PFPEオイルが、以下の式:
のどちらかに従う少なくとも1つのPFPEオイルを一般に含むオイル
(2’)商標名DEMNUM(登録商標)でダイキンから商業的に入手可能な非官能性PFPEオイルであって、前記PFPEが、以下の式:
に従う少なくとも1つのPFPEを一般に含むPFPE
(3’)商標名KRYTOX(登録商標)でDu Pont de Nemoursから商業的に入手可能な非官能性PFPEオイルであって、前記PFPEが、以下の式:
に従うヘキサフルオロプロピレンエポキシドの少なくとも1つの低分子量、フッ素エンドキャップドホモポリマーを一般に含むPFPE。
Rf§(X−)k(M+)k (III)
(式中:
− Rf§は、1つまたは複数のカテナリーまたは非カテナリー酸素原子を任意選択的に含む、C5〜C16(パー)フルオロアルキル鎖、および(パー)フルオロポリオキシアルキル鎖から選択され、
− X−は、−COO−、−PO3 −および−SO3 −から選択され、
− M+は、NH4 +およびアルカリ金属イオンから選択され、
− kは1または2である)
に典型的には従う。
(a)CF3(CF2)n0COOM’(式中、n0は、4〜10、好ましくは5〜7の範囲の整数であり、好ましくはn1は6に等しく、M’は、NH4、Na、LiまたはK、好ましくはNH4を表す);
(b)T−(C3F6O)n1(CFXO)m1CF2COOM’’[式中、Tは、Cl原子または式CxF2x+1−x’Clx’O(式中、xは1〜3の範囲の整数であり、x’は0または1である)のパーフルオロアルコキシド基を表し、n1は1〜6の範囲の整数であり、m1は0〜6の範囲の整数であり、M’’は、NH4、Na、LiまたはKを表し、XはFまたは−CF3を表す];
(c)F−(CF2CF2)n2−CH2−CH2−RO3M’’’(式中、Rはリンまたは硫黄原子であり、好ましくはRは硫黄原子であり、M’’’は、NH4、Na、LiまたはKを表し、n2は2〜5の範囲の整数であり、好ましくはn2は3に等しい);
(d)A−Rbf−B二官能性フッ素化界面活性剤[式中、互いに等しいかまたは異なる、AおよびBは、式−(O)pCFX’’−COOM*(式中、M*はNH4、Na、LiまたはKを表し、好ましくはM*はNH4を表し、X’’はFまたは−CF3であり、pは0または1に等しい整数である)を有し、Rbfは、A−Rbf−Bの数平均分子量が300〜1800の範囲にあるような二価の(パー)フルオロアルキルまたは(パー)フルオロポリエーテル鎖である];
(e)それらの混合物。
(A)水性ラテックスであって、
− 水性ラテックスの総重量を基準として、10重量%〜50重量%、好ましくは20重量%〜35重量%の上に定義された少なくとも1つのポリマー(F)、および
−任意選択的に、上に定義されたフッ素化界面活性剤(FS)、上に定義された水素化界面活性剤(H)およびそれらの混合物から選択される少なくとも1つの界面活性剤
を含む水性ラテックスと、
(B)水性組成物の総重量を基準として、20重量%〜80重量%、好ましくは40重量%〜70重量%の少なくとも1つの粉末状電極材料と、
(C)任意選択的に、水性組成物の総重量を基準として、10重量%未満、好ましくは5重量%未満の有機溶剤(S)と
を含み、
ここで、水性ラテックス中のポリマー(F)は、ISO 13321に従って測定して、50nm〜600nm、好ましくは60nm〜500nm、より好ましくは80nm〜400nmに含まれる平均一次粒径を有する一次粒子の形態下にある。
(A)水性ラテックスであって、
− 水性ラテックスの総重量を基準として、10重量%〜50重量%、好ましくは20重量%〜35重量%の上に定義された少なくとも1つのポリマー(F)、および
− 任意選択的に、上に定義されたフッ素化界面活性剤(FS)、上に定義された水素化界面活性剤(H)およびそれらの混合物から選択される少なくとも1つの界面活性剤
からなる水性ラテックスと、
(B)水性組成物の総重量を基準として、20重量%〜80重量%、好ましくは40重量%〜70重量%の少なくとも1つの粉末状電極材料と
からなり、
ここで、水性ラテックス中のポリマー(F)は、ISO 13321に従って測定して、50nm〜600nm、好ましくは60nm〜500nm、より好ましくは80nm〜400nmが含まれる平均一次粒径を有する一次粒子の形態下にある。
− リチウムをホストする粉末、フレーク、繊維または球体(たとえば、メソカーボンマイクロビーズ)などの形態で典型的には存在する、リチウムを挿入することができる黒鉛炭素;
− リチウム金属;
− とりわけ米国特許第6,203,944号明細書(3M INNOVATIVE PROPERTIES CO.)20.03.2001におよび/または国際公開第00/03444号パンフレット(MINNESOTA MINING AND MANUFACTURING CO.)10.06.2005に記載されているものなどの、リチウム合金組成物;
− 式Li4Ti5O12で一般に表されるチタン酸リチウム;これらの化合物は、移動性イオン、すなわち、Li+を吸収したときに低いレベルの物理膨張を有する、「ゼロ−歪み」挿入材料と一般に考えられる;
− 高いLi/Si比のリチウムケイ素化物として一般に知られる、リチウム−ケイ素合金、特に式Li4.4Siのリチウムケイ素化物;
− 式Li4.4Geの結晶相を含む、リチウム−ゲルマニウム合金
を好ましくは含んでもよい。
(i)少なくとも1つのフッ化ビニリデン(VDF)ポリマー[ポリマー(F)]を含む水性ラテックスであって、前記ポリマー(F)が、フッ化ビニリデン(VDF)と、以下の式(I):
(式中:
− 互いに等しいかまたは異なる、R1、R2およびR3は独立して、水素原子およびC1〜C3炭化水素基から選択され、
− ROHは、水素原子または少なくとも1個のヒドロキシル基を含むC1〜C5炭化水素部分である)
を有する少なくとも1つの(メタ)アクリルモノマー(MA)とに由来する繰り返し単位を含む水性ラテックスを提供する工程と、
(ii)前記水性ラテックスを、任意選択的に1つまたは複数の添加剤の存在下で、少なくとも1つの粉末状電極材料と混ぜ合わせて水性電極形成組成物を提供する工程と、
(iii)前記水性電極形成組成物を、金属基材の少なくとも1つの表面上へ塗布して前記金属基材の少なくとも1つの表面に接着した少なくとも1つの電気活性層を提供する工程と、
(iv)前記電気活性層を乾燥させて前記電極を提供する工程と
を含む方法である。
(a’)(a’)+(b’)+(c’)の総重量を基準として、0.5重量%〜10重量%、好ましくは1重量%〜8重量%の上に定義された少なくとも1つのポリマー(F)と、
(b’)(a’)+(b’)+(c’)の総重量を基準として、20重量%〜80重量%、好ましくは40重量%〜70重量%の上に定義された少なくとも1つの粉末状電極材料と、
(c’)任意選択的に、(a’)+(b’)+(c’)の総重量を基準として、最大で2重量%まで、好ましくは最大で1.5重量%までの上に定義された増粘剤と
を含む。
− 電極の総重量を基準として、1重量%〜15重量%、好ましくは2重量%〜12重量%の上に定義された少なくとも1つのポリマー(F)と、
− 電極の総重量を基準として、80重量%〜99重量%、好ましくは85重量%〜98重量%の上に定義された少なくとも1つの粉末状電極材料と、
− 任意選択的に、電極の総重量を基準として、10重量以下、好ましくは5重量%以下の上に定義された1つまたは複数の添加剤と
を好ましくは含む。
FLUOROLINK(登録商標)7800SWは、式Cl(C3F6O)nCF2COOHを有する官能性PFPEである。
フッ化ビニリデン(VDF)ポリマー中の総平均モノマー(MA)含有率は、酸−塩基滴定によって測定した。
1.0gのポリマーの試料を70℃の温度でアセトンに溶解させた。水(5ml)を次に、ポリマーの凝固を回避するように激しい撹拌下に滴加した。約−170mVでの中性転移で(with neutrality transition)、酸性度の完全な中和まで0.01Nの濃度を有する水性NaOHでの滴定を次に実施した。
水性組成物の粘度は、10rpmおよび25℃でBrookfield(ブルックフィールド)粘度計DV−II、スピンドルno6を用いて測定した。
(A)水性VDF−AAポリマーラテックスの製造
バッフルおよび40rpmで動作する攪拌機を備えた21リットルの水平反応器オートクレーブに、14リットルの脱イオン水、引き続き0.1gのFLUOROLINK(登録商標)7800SWナトリウム塩フッ素化界面活性剤の20重量%水溶液を導入した。35バールの圧力を、VDFガス状モノマーを供給することによって全試行の全体にわたって一定に維持した。次に温度を85℃にし、400mlの過硫酸アンモニウム(APS)の37.5g/l水溶液を20分間にわたって加えた。試行の全継続時間の間、20mlのアクリル酸(AA)の溶液(水中の2.3%w/wアクリル酸)を、合成される250gのポリマー毎に供給した。
5000gの混合物を供給したときに、混合物供給を中断し、次に、反応温度を一定に保ちながら圧力を11バールまで下がるままにした。最終反応時間は150分であった。
反応器を室温に冷却し、ラテックスを取り出し、1000gのPLURONIC(登録商標)F108水素化界面活性剤の10重量%水溶液を攪拌しながら加えた。
そのようにして得られたVDF−AAポリマーは、0.15モル%のアクリル酸(AA)モノマーを含有した。
そのようにして得られた水性ラテックスは、26重量%の固形分を有した。
VDF−AAポリマーは、ISO 13321に従って測定して、340nmの平均一次サイズを有する粒子の形態下で水性ラテックス中に分散している。
水性組成物を、3.46gのVDF−AAポリマーラテックスと、増粘剤としての0.3gのカルボキシル化メチルセルロース、12.3gの脱イオン水および大阪ガスケミカル株式会社によりMCMB6−28として商業的に入手可能な28.8gの合成黒鉛化メソカーボンマイクロビーズとを混合することによって調製した。混合物を、平らなPTFEディスクを備えたDispermatを使用する穏やかな攪拌によって均質化した。
負極は、そのようにして得られた水性組成物を、ドクターブレードで銅箔上にキャストし、そのようにして得られたコーティング層を、3つの温度ステップが、各約30分間、60℃、100℃および200℃に保持される状態でオーブン中で乾燥させて得られた。
乾燥コーティング層の厚さは約50〜60μmであった。
そのようにして得られた負極は、3重量%のVDF−AAポリマーバインダー、96重量%の活性材料および1重量%の増粘剤で構成された。
水性組成物を、6.43gのVDF−AAポリマーラテックスと、増粘剤としての0.3gのカルボキシル化メチルセルロース、15.66gの脱イオン水、1.56gのSUPER(登録商標)P導電性カーボンブラックおよび27.8gのLiCoO2とを混合することによって調製した。混合物を、平らなPTFEディスクを備えたDispermatを使用する穏やかな攪拌によって均質化した。
正極は、そのようにして得られた水性組成物を、ドクターブレードでアルミ箔上にキャストし、そのようにして得られたコーティング層を、3つの温度ステップが、各約30分間、60℃、100℃および200℃に保持される状態でオーブン中で乾燥させて得られた。
乾燥コーティング層の厚さは約50〜60μmであった。
そのようにして得られた正極は、5重量%のVDF−AAポリマーバインダー、89重量%の活性材料、5重量%のカーボンブラックおよび1重量%の増粘剤で構成された。
水性組成物を、9.69gのVDF−AAポリマーラテックスと、増粘剤としての0.3gのカルボキシル化メチルセルロース、34.71gの脱イオン水、2.8gのSUPER(登録商標)P導電性カーボンブラックおよび22.76gのLiFePO4とを混合することによって調製した。混合物を、平らなPTFEディスクを備えたDispermatを使用する穏やかな攪拌によって均質化した。
正極は、そのようにして得られた水性組成物を、ドクターブレードでアルミ箔上にキャストし、そのようにして得られたコーティング層を、3つの温度ステップが、各約30分間、60℃、100℃および200℃に保持される状態でオーブン中で乾燥させて得られた。
乾燥コーティング層の厚さは約50〜60μmであった。
そのようにして得られた正極は、8重量%のVDF−AAポリマーバインダー、81重量%の活性材料、10重量%のカーボンブラックおよび1重量%の増粘剤で構成された。
(A)水性VDFホモポリマーラテックスの製造
バッフルおよび40rpmで動作する攪拌機を備えた21リットルの水平反応器オートクレーブに、14リットルの脱イオン水、引き続き0.1gのFLUOROLINK(登録商標)7800SWナトリウム塩フッ素化界面活性剤の20重量%水溶液を導入した。
35バールの圧力を、VDFガス状モノマーを供給することによって全試行の全体にわたって一定に維持した。次に温度を85℃にし、400mlの過硫酸アンモニウム(APS)の37.5g/l水溶液を20分間にわたって加えた。
5000gの混合物を供給したときに、混合物供給を中断し、次に、反応温度を一定に保ちながら圧力を11バールまで下がるままにした。最終反応時間は120分であった。
反応器を室温に冷却し、ラテックスを取り出し、1000gのPLURONIC(登録商標)F108水素化界面活性剤の10重量%水溶液を攪拌しながら加えた。
そのようにして得られた水性ラテックスは、27.5重量%の固形分を有した。
実施例1−(B)の下で詳述されたものと同じ手順に従ったが、水性組成物は、3.27gのVDFホモポリマーラテックスと、増粘剤としての0.3gのカルボキシル化メチルセルロース、12.5gの脱イオン水および大阪ガスケミカル株式会社によりMCMB6−28として商業的に入手可能な28.8gの合成黒鉛化メソカーボンマイクロビーズとを混合することによって調製した。
乾燥コーティング層の厚さは約50〜60μmであった。
そのようにして得られた負極は、3重量%のVDFホモポリマーバインダー、96重量%の活性材料および1重量%の増粘剤で構成された。
(A)水性VDF−AAポリマーラテックスの製造
バッフルおよび60rpmで動作する攪拌機を備えた21リットルの水平反応器オートクレーブに、15リットルの脱イオン水、引き続き米国特許第7,122,608号明細書(SOLVAY SOLEXIS S.P.A.)17.10.2006の実施例1に記載されているように得られた75gのマイクロエマルジョンを導入した。50バールの圧力を、VDFガス状モノマーを供給することによって全試行の全体にわたって一定に維持した。次に温度を125℃にし、22.5gのジ−第三ブチルペルオキシド(DTBP)を加えた。VDFモノマーの5%を供給したときに、温度を120℃に下げた。試行の全継続時間の間、15mlのアクリル酸の溶液(水中の1.3%w/wアクリル酸)を、合成される278gのポリマー毎に供給した。
5550gの混合物を供給したときに、混合物供給を中断し、次に、反応温度を一定に保ちながら圧力を15バールまで下がるままにした。反応器を室温に冷却し、ラテックスを取り出した。
そのようにして得られたVDF−AAポリマーは、0.05モル%のアクリル酸(AA)モノマーを含有した。
そのようにして得られた水性ラテックスは、25.7重量%の固形分を有した。
VDF−AAポリマーは、ISO 13321に従って測定して、262nmの平均一次サイズを有する粒子の形態下で水性ラテックス中に分散している。
実施例1−(B)の下で詳述されたものと同じ手順に従ったが、得られた負極は、10重量%のVDF−AAポリマーバインダー、1重量%の活性材料および89重量%の増粘剤で構成された。
(A)水性VDFホモポリマーラテックスの製造
バッフルおよび60rpmで動作する攪拌機を備えた21リットルの水平反応器オートクレーブに、12リットルの脱イオン水、引き続き45gのFLUOROLINK(登録商標)7800SWナトリウム塩フッ素化界面活性剤の20重量%水溶液を導入した。
45バールの圧力を、VDFガス状モノマーを供給することによって全試行の全体にわたって一定に維持した。次に温度を122.5℃にし、38gのジ−第三ブチルペルオキシド(DTBP)を加えた。
4050gの混合物を供給したときに、混合物供給を中断し、次に、反応温度を一定に保ちながら圧力を15バールまで下がるままにした。
反応器を室温に冷却し、ラテックスを取り出し、2000gのPLURONIC(登録商標)F108水素化界面活性剤の10重量%水溶液を攪拌しながら加えた。
そのようにして得られた水性ラテックスは、23重量%の固形分を有した。
実施例1−(B)の下で詳述されたものと同じ手順に従ったが、得られた負極は、10重量%のVDFホモポリマーバインダー、89重量%の活性材料および1重量%の増粘剤で構成された。
実施例1−(B)の下で詳述されたものと同じ手順に従ったが、水性組成物はしかし、国際公開第2008/129041号パンフレット(SOLVAY SOLEXIS S.P.A.)30.10.2008に記載されているように製造されたVDF−AAポリマーを使用して調製した。VDF−AAポリマーは、120μmの平均サイズを有する粒子の形態下でその中に分散している。
接着は、そのようにして得られた水性組成物を実施例1−(B)の下で詳述されたように銅箔上へキャスティングすることによってまったく得られなかった。
リチウムコイン電池(CR2032)を、実施例1および2ならびに比較例1および2に従って製造された電極の小さいディスクに、対電極および対照電極としてのリチウム金属で穴を開けることによってArガス雰囲気下にグローブボックス中で製造した。電解質は、EC/DMC(1:1)中の1M LiPF6であり、Whatman(登録商標)ガラス繊維紙をセパレーターとして使用した。
低い電流率での最初の充電および放電サイクル後に、セルを、異なる電流率、0.1C〜10Cで定電流でサイクルさせた。実施例1−(B)および2−(B)ならびに比較例1−(B)および2−(B)に従って製造された負極を使用して製造されたセルをまた、サイクリングにわたっての容量フェードを示すために0.1Cの一定電流率でサイクルさせた(以下の表1を参照されたい)。
Claims (16)
- (A)フッ化ビニリデン(VDF)と、以下の式(I):
(式中:
− 互いに等しいかまたは異なる、R1、R2およびR3は独立して、水素原子およびC1〜C3炭化水素基から選択され、
− ROHは、水素原子または少なくとも1個のヒドロキシル基を含むC1〜C5炭化水素部分である)
を有する少なくとも1つの(メタ)アクリルモノマー(MA)とに由来する繰り返し単位を含む少なくとも1つのフッ化ビニリデン(VDF)ポリマー[ポリマー(F)]を含む水性ラテックスと、
(B)少なくとも1つの粉末状電極材料と、
(C)任意選択的に、水性組成物の総重量を基準として、10重量%未満の、少なくとも1つの有機溶剤(S)と
を含む水性組成物であって、
前記水性ラテックス中の前記ポリマー(F)が、ISO 13321に従って測定して、1μm未満の平均一次粒径を有する一次粒子の形態下にある水性組成物。 - 前記ポリマー(F)が、少なくとも1つの他のコモノマー(C)を更に含む、請求項1に記載の水性組成物。
- 前記水性ラテックスが、均一にその中に分散された、ISO 13321に従って測定して1μm未満の平均一次粒径を有する少なくとも1つのポリマー(F)の一次粒子を有する、請求項1または2に記載の水性組成物。
- 前記ポリマー(F)の前記(メタ)アクリルモノマー(MA)が、以下の式(II):
(式中、
− R’1、R’2およびR’3は水素原子であり、
− R’OHは水素原子または少なくとも1個のヒドロキシル基を含むC1〜C5炭化水素部分である)
に従う、請求項1〜3のいずれか一項に記載の水性組成物。 - 前記ポリマー(F)の前記(メタ)アクリルモノマー(MA)がアクリル酸(AA)である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の水性組成物。
- (A)水性ラテックスであって、
− 前記水性ラテックスの総重量を基準として、10重量%〜50重量%の請求項1に定義された少なくとも1つのポリマー(F)、および
− 任意選択的に、フッ素化界面活性剤(FS)、水素化界面活性剤(H)およびそれらの混合物から選択される少なくとも1つの界面活性剤
からなる水性ラテックスと、
(B)前記水性組成物の総重量を基準として、20重量%〜80重量%の少なくとも1つの粉末状電極材料と
からなる、請求項1〜5のいずれか一項に記載の水性組成物であって、
前記水性ラテックス中の前記ポリマー(F)が、ISO 13321に従って測定して、50nm〜600nmに含まれる平均一次粒径を有する一次粒子の形態下にある組成物。 - 電極の製造方法であって、前記方法が、以下の工程:
(i)少なくとも1つのフッ化ビニリデン(VDF)ポリマー[ポリマー(F)]を含む水性ラテックスであって、前記ポリマー(F)が、フッ化ビニリデン(VDF)と、以下の式(I):
(式中:
− 互いに等しいかまたは異なる、R1、R2およびR3は独立して、水素原子およびC1〜C3炭化水素基から選択され、
− ROHは、水素原子または少なくとも1個のヒドロキシル基を含むC1〜C5炭化水素部分である)
を有する少なくとも1つの(メタ)アクリルモノマー(MA)とに由来する繰り返し単位を含む水性ラテックスを提供する工程と、
(ii)前記水性ラテックスを、任意選択的に1つまたは複数の添加剤の存在下で、少なくとも1つの粉末状電極材料と混ぜ合わせて水性電極形成組成物を提供する工程と、
(iii)前記水性電極形成組成物を、金属基材の少なくとも1つの表面上へ塗布して前記金属基材の少なくとも1つの表面に接着した少なくとも1つの電気活性層を提供する工程と、
(iv)前記電気活性層を乾燥させて前記電極を提供する工程と
を含む方法。 - 負極またはアノードを製造するための前記水性電極形成組成物が、
(a’)(a’)+(b’)+(c’)の総重量を基準として、0.5重量%〜10重量%の請求項7に定義された少なくとも1つのポリマー(F)と、
(b’)(a’)+(b’)+(c’)の総重量を基準として、20重量%〜80重量%の少なくとも1つの粉末状電極材料と、
(c’)任意選択的に、(a’)+(b’)+(c’)の総重量を基準として、最大で2重量%までの増粘剤と
を含む、請求項7に記載の方法。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載の水性組成物で少なくとも1つの表面上をコートされた金属基材を含む電極。
- − 前記電極の総重量を基準として、1重量%〜15重量%の請求項1に定義されたような少なくとも1つのポリマー(F)と、
− 前記電極の総重量を基準として、80重量%〜99重量%の少なくとも1つの粉末状電極材料と、
−任意選択的に、前記電極の総重量を基準として、最大で10重量%までの1つまたは複数の添加剤と
を含む、請求項9に記載の電極。 - 非水性型電気化学デバイスを製造するための請求項9または10に記載の電極の使用。
- リチウムイオン二次電池を製造するための請求項11に記載の使用。
- 請求項7または8に記載の方法により、電極を製造することを含む、非水性型電気化学デバイスを製造するための方法。
- 非水性型電気化学デバイスがリチウムイオン二次電池である、請求項13に記載の方法。
- 請求項9または10に記載の電極を含む非水性型電気化学デバイス。
- 非水性型電気化学デバイスがリチウムイオン二次電池である、請求項15に記載の非水性型電気化学デバイス。
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