JP6398995B2 - Binder composition for secondary battery electrode, slurry composition for secondary battery electrode, electrode for secondary battery, and secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、二次電池電極用バインダー組成物、二次電池電極用スラリー組成物、二次電池用電極および二次電池に関するものである。 The present invention relates to a binder composition for a secondary battery electrode, a slurry composition for a secondary battery electrode, an electrode for a secondary battery, and a secondary battery.
リチウムイオン二次電池などの二次電池は、小型で軽量、且つエネルギー密度が高く、さらに繰り返し充放電が可能という特性があり、幅広い用途に使用されている。そのため、近年では、二次電池の更なる高性能化を目的として、電極などの電池部材の改良が検討されている。 Secondary batteries such as lithium ion secondary batteries are small and light, have high energy density, and can be repeatedly charged and discharged, and are used in a wide range of applications. Therefore, in recent years, improvement of battery members such as electrodes has been studied for the purpose of further improving the performance of secondary batteries.
ここで、二次電池の電極(正極及び負極)などの電池部材は、これらの電池部材に含まれる成分同士、または、該成分と基材(例えば、集電体など)とをバインダー(結着剤)で結着して形成されている。具体的には、二次電池の電極は、通常、集電体と、集電体上に形成された電極合材層(「電極活物質層」ともいう)とを備えている。そして、電極合材層は、例えば、バインダー、電極活物質などを分散媒に分散させてなる電極用スラリー組成物を集電体上に塗布し、乾燥させて電極活物質などをバインダーで結着することにより形成されている。
そのため、二次電池の電極では、電極合材層と集電体の密着性を高めるために電極用バインダー組成物や電極用スラリー組成物の改良が試みられている。Here, a battery member such as an electrode (a positive electrode and a negative electrode) of a secondary battery has a binder (binding) between components contained in these battery members or between the component and a base material (for example, a current collector). It is formed by binding with an agent. Specifically, the electrode of the secondary battery usually includes a current collector and an electrode mixture layer (also referred to as an “electrode active material layer”) formed on the current collector. The electrode mixture layer is formed by, for example, applying a slurry composition for an electrode in which a binder, an electrode active material, and the like are dispersed in a dispersion medium on a current collector and drying to bind the electrode active material, etc. with the binder. It is formed by doing.
Therefore, in the electrode of a secondary battery, in order to improve the adhesiveness of an electrode compound-material layer and a collector, improvement of the binder composition for electrodes and the slurry composition for electrodes is tried.
例えば特許文献1では、ケト基含有エチレン性不飽和単量体を含むエチレン性不飽和単量体を乳化重合して得られる官能基含有樹脂微粒子と、架橋剤としての多官能ヒドラジド化合物とを含む二次電池電極用バインダー組成物が提案されており、このバインダー組成物は、耐電解液性、集電体との密着性、および可とう性に優れている旨報告されている。 For example, Patent Document 1 includes functional group-containing resin fine particles obtained by emulsion polymerization of an ethylenically unsaturated monomer containing a keto group-containing ethylenically unsaturated monomer, and a polyfunctional hydrazide compound as a crosslinking agent. A binder composition for secondary battery electrodes has been proposed, and it has been reported that this binder composition is excellent in electrolytic solution resistance, adhesion to a current collector, and flexibility.
また、例えば特許文献2では、特定の官能基を有するエチレン性不飽和単量体を含む単量体を共重合して得られる官能基含有架橋型樹脂微粒子を含む非水系二次電池電極用バインダー組成物が提案されており、このバインダー組成物は、耐電解液性、集電体との密着性、可とう性に優れている旨報告されている。 Further, for example, in Patent Document 2, a binder for a non-aqueous secondary battery electrode including functional group-containing crosslinked resin fine particles obtained by copolymerizing a monomer containing an ethylenically unsaturated monomer having a specific functional group A composition has been proposed, and it has been reported that this binder composition is excellent in electrolytic solution resistance, adhesion to a current collector, and flexibility.
しかし、上記従来のバインダー組成物を含んでなるスラリー組成物では、粒子状の形態をとる樹脂よりなるバインダー(粒子状重合体)の比重が小さく、また、水に不溶の粒子状重合体を含むスラリー組成物の粘度は低い。そのため、上記従来のスラリー組成物を用いた電極では、集電体上に塗布したスラリー組成物を乾燥する際に、粒子状重合体は熱対流によって該スラリー組成物中を上昇し、乾燥終了後には電極合材層の表面に偏在する(マイグレーション)傾向がある。そして、このマイグレーションにより、電極合材層中の集電体と接する面に存在する粒子状重合体の量が減少し、電極合材層と集電体の密着性が損なわれるという問題があった。 However, in the slurry composition comprising the conventional binder composition, the specific gravity of the binder (particulate polymer) made of a resin in a particulate form is small, and the particulate composition is insoluble in water. The viscosity of the slurry composition is low. Therefore, in the electrode using the conventional slurry composition, when the slurry composition applied on the current collector is dried, the particulate polymer rises in the slurry composition by heat convection, and after the drying is completed. Tends to be unevenly distributed (migration) on the surface of the electrode mixture layer. This migration has a problem that the amount of the particulate polymer existing on the surface in contact with the current collector in the electrode mixture layer is reduced, and the adhesion between the electrode mixture layer and the current collector is impaired. .
この問題に対し、粒子状重合体のマイグレーションを抑制すべく、例えば増粘剤などを用いることによりスラリー組成物を高粘度化し、熱対流による粒子状重合体の移動を抑制する手法も考えられる。しかしながら、高粘度のスラリー組成物は集電体上への塗布が困難であるという問題があった。 In order to suppress the migration of the particulate polymer, for example, a method of increasing the viscosity of the slurry composition by using, for example, a thickener and suppressing the movement of the particulate polymer due to thermal convection can be considered. However, the high viscosity slurry composition has a problem that it is difficult to apply on the current collector.
そのため、粒子状重合体のマイグレーションを抑制し、かつ、スラリー組成物の集電体上への塗布容易性を確保する観点から、電極用スラリー組成物には、集電体上に塗布される際(高せん断下)においては、塗布が容易となる低い粘度である一方、塗布後(低せん断下)には、マイグレーションの発生を抑制し得る高い粘度である性質(このような粘度挙動を「チキソ性」という)が求められていた。 Therefore, from the viewpoint of suppressing the migration of the particulate polymer and ensuring the ease of application of the slurry composition on the current collector, the electrode slurry composition is applied to the current collector. In the case of (high shear), the viscosity is low, which makes it easy to apply. On the other hand, after application (under low shear), the property of high viscosity that can suppress the occurrence of migration (such viscosity behavior is “Thixo”). Called "sex").
そこで、本発明は、チキソ性に優れ、かつ、電極合材層とした際の集電体との密着性に優れるスラリー組成物を形成可能な二次電池電極用バインダー組成物を提供することを目的とする。
また、本発明は、チキソ性に優れ、かつ、集電体との密着性に優れる電極合材層を形成可能な二次電池電極用スラリー組成物を提供することを目的とする。
更に、本発明は、電極合材層と集電体の密着性に優れる二次電池用電極を提供することを目的とする。
加えて、本発明は、電極合材層と集電体の密着性に優れる二次電池用電極を備える二次電池を提供することを目的とする。Then, this invention provides the binder composition for secondary battery electrodes which can form the slurry composition which is excellent in thixotropy, and is excellent in adhesiveness with the electrical power collector at the time of setting it as an electrode compound-material layer. Objective.
Another object of the present invention is to provide a slurry composition for a secondary battery electrode that is capable of forming an electrode mixture layer that is excellent in thixotropy and adhesiveness to a current collector.
Furthermore, this invention aims at providing the electrode for secondary batteries which is excellent in the adhesiveness of an electrode compound-material layer and a collector.
In addition, an object of the present invention is to provide a secondary battery including a secondary battery electrode that is excellent in adhesion between the electrode mixture layer and the current collector.
本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討を行った。そして、本発明者は、粒子状重合体に対して特定の割合で親水性有機繊維が配合されたバインダー組成物を用いれば、チキソ性に優れ、そして、集電体上に塗布し乾燥され電極合材層となった際に、集電体との優れた密着性を確保できる水系電極用スラリー組成物を形成可能であることを新たに見出し、本発明を完成させた。 The inventor has intensively studied to achieve the above object. Then, the present inventor has excellent thixotropy when using a binder composition in which hydrophilic organic fibers are blended at a specific ratio with respect to the particulate polymer, and is applied onto a current collector and dried. When it became a compound material layer, it discovered newly that the slurry composition for water-system electrodes which can ensure the outstanding adhesiveness with a collector was discovered, and this invention was completed.
即ち、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の二次電池電極用バインダー組成物は、粒子状重合体(A)、親水性有機繊維(B)および水を含み、前記粒子状重合体(A)100質量部当たり、前記親水性有機繊維(B)を0.01質量部以上20質量部以下含有することを特徴とする。このように、粒子状重合体(A)と親水性有機繊維(B)を所定の比率で含むバインダー組成物によれば、チキソ性に優れ、かつ、電極合材層とした際の集電体との密着性に優れるスラリー組成物を形成することが可能である。 That is, this invention aims at solving the said subject advantageously, The binder composition for secondary battery electrodes of this invention is a particulate polymer (A), hydrophilic organic fiber (B). And the hydrophilic organic fiber (B) is contained in an amount of 0.01 to 20 parts by mass per 100 parts by mass of the particulate polymer (A). Thus, according to the binder composition containing the particulate polymer (A) and the hydrophilic organic fiber (B) at a predetermined ratio, the current collector is excellent in thixotropy and used as an electrode mixture layer. It is possible to form a slurry composition that is excellent in adhesion.
ここで、本発明の二次電池電極用バインダー組成物は、前記親水性有機繊維(B)が水酸基を有することが好ましい。親水性有機繊維(B)が水酸基を有していれば、該バインダー組成物を用いて得られるスラリー組成物のチキソ性および電極合材層とした際の集電体との密着性を優れたものとすることができる。 Here, as for the binder composition for secondary battery electrodes of this invention, it is preferable that the said hydrophilic organic fiber (B) has a hydroxyl group. If the hydrophilic organic fiber (B) has a hydroxyl group, the slurry composition obtained using the binder composition was excellent in thixotropy and adhesion to the current collector when used as an electrode mixture layer. Can be.
また、本発明の二次電池電極用バインダー組成物は、前記親水性有機繊維(B)の平均繊維径が1nm以上1000nm以下であることが好ましい。親水性有機繊維(B)の平均繊維径が上記範囲内であれば、バインダー組成物および該バインダー組成物を用いて得られるスラリー組成物の貯蔵安定性、並びに、電極合材層とした際の集電体との密着性を優れたものとすることができる。 Moreover, it is preferable that the average fiber diameter of the said hydrophilic organic fiber (B) is 1 nm or more and 1000 nm or less in the binder composition for secondary battery electrodes of this invention. If the average fiber diameter of the hydrophilic organic fiber (B) is within the above range, the storage stability of the binder composition and the slurry composition obtained using the binder composition, and the electrode mixture layer may be obtained. Adhesiveness with the current collector can be made excellent.
更に、本発明の二次電池電極用バインダー組成物は、架橋剤(C)を更に含み、該架橋剤(C)が多官能エポキシ化合物、オキサゾリン化合物およびカルボジイミド化合物からなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。このような架橋剤(C)を含めば、該バインダー組成物を用いて得られるスラリー組成物から形成される電極合材層と集電体の密着性を更に優れたものとすることができる。 Furthermore, the binder composition for secondary battery electrodes of the present invention further comprises a crosslinking agent (C), and the crosslinking agent (C) is at least one selected from the group consisting of a polyfunctional epoxy compound, an oxazoline compound and a carbodiimide compound. Preferably it is a seed. When such a crosslinking agent (C) is included, the adhesion between the electrode mixture layer formed from the slurry composition obtained using the binder composition and the current collector can be further improved.
加えて、本発明の二次電池電極用バインダー組成物は、前記粒子状重合体(A)100質量部当たり、前記架橋剤(C)を0.01質量部以上10質量部以下含有することが好ましい。架橋剤(C)を上記範囲内で含めば、バインダー組成物および該バインダー組成物を用いて得られるスラリー組成物の貯蔵安定性、並びに、電極合材層とした際の集電体との密着性を更に優れたものとすることができる。 In addition, the binder composition for a secondary battery electrode of the present invention may contain 0.01 to 10 parts by mass of the crosslinking agent (C) per 100 parts by mass of the particulate polymer (A). preferable. When the cross-linking agent (C) is included within the above range, the storage stability of the binder composition and the slurry composition obtained using the binder composition, and the adhesion with the current collector when used as an electrode mixture layer The property can be further improved.
そして、本発明の二次電池電極用バインダー組成物は、前記粒子状重合体(A)の表面酸量が0.01mmol/g以上3.5mmol/g以下であることが好ましい。粒子状重合体(A)の表面酸量が上記範囲内であれば、バインダー組成物を用いて得られるスラリー組成物から形成される電極合材層と集電体の密着性を優れたものとすることができる。 And as for the binder composition for secondary battery electrodes of this invention, it is preferable that the surface acid amount of the said particulate polymer (A) is 0.01 mmol / g or more and 3.5 mmol / g or less. If the surface acid amount of the particulate polymer (A) is within the above range, the electrode material layer formed from the slurry composition obtained using the binder composition and the current collector having excellent adhesion can do.
また、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の二次電池電極用スラリー組成物は、粒子状重合体(A)、親水性有機繊維(B)、電極活物質および水を含み、前記粒子状重合体(A)100質量部当たり、前記親水性有機繊維(B)を0.01質量部以上20質量部以下含有することを特徴とする。このように、粒子状重合体(A)と親水性有機繊維(B)を所定の比率で含むスラリー組成物は、チキソ性に優れ、かつ、電極合材層とした際の集電体との密着性に優れる。 Moreover, this invention aims at solving the said subject advantageously, The slurry composition for secondary battery electrodes of this invention is a particulate polymer (A), hydrophilic organic fiber (B). In addition, the hydrophilic organic fiber (B) is contained in an amount of 0.01 parts by mass or more and 20 parts by mass or less per 100 parts by mass of the particulate polymer (A). As described above, the slurry composition containing the particulate polymer (A) and the hydrophilic organic fiber (B) at a predetermined ratio is excellent in thixotropy, and the current collector when the electrode mixture layer is formed. Excellent adhesion.
ここで、本発明の二次電池電極用スラリー組成物は、架橋剤(C)を更に含み、該架橋剤(C)が多官能エポキシ化合物、オキサゾリン化合物およびカルボジイミド化合物からなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。このような架橋剤(C)を含めば、スラリー組成物から形成される電極合材層と集電体の密着性を更に優れたものとすることができる。 Here, the slurry composition for a secondary battery electrode of the present invention further includes a crosslinking agent (C), and the crosslinking agent (C) is at least selected from the group consisting of a polyfunctional epoxy compound, an oxazoline compound, and a carbodiimide compound. One type is preferable. When such a crosslinking agent (C) is included, the adhesion between the electrode mixture layer formed from the slurry composition and the current collector can be further improved.
また、本発明の二次電池電極用スラリー組成物は、水溶性増粘剤(D)を更に含むことが好ましい。水溶性増粘剤(D)を含めば、スラリー組成物の優れた貯蔵安定性が得られ、また、スラリー組成物を集電体上などに塗布する際の作業性が良好となる。 Moreover, it is preferable that the slurry composition for secondary battery electrodes of this invention further contains a water-soluble thickener (D). When the water-soluble thickener (D) is included, excellent storage stability of the slurry composition is obtained, and workability when the slurry composition is applied onto a current collector or the like is improved.
また、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の二次電池用電極は、上述のいずれかの二次電池電極用スラリー組成物を用いて得られる電極合材層を有することを特徴とする。電極合材層の形成に上述のいずれかの二次電池電極用スラリー組成物を用いた電極は、電極合材層と集電体の密着性に優れる。 Moreover, this invention aims at solving the said subject advantageously, The electrode for secondary batteries of this invention is obtained using one of the above-mentioned slurry compositions for secondary battery electrodes. It has an electrode compound material layer. An electrode using any one of the above-described slurry compositions for secondary battery electrodes for forming the electrode mixture layer is excellent in adhesion between the electrode mixture layer and the current collector.
また、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の二次電池は、正極、負極、電解液およびセパレータを備え、前記正極および負極の少なくとも一方が、上述の二次電池用電極であることを特徴とする。上述の二次電池用電極を用いた二次電池は、該電極における電極合材層と集電体の密着性に優れる。 Moreover, this invention aims at solving the said subject advantageously, The secondary battery of this invention is equipped with a positive electrode, a negative electrode, electrolyte solution, and a separator, At least one of the said positive electrode and negative electrode is, It is an electrode for a secondary battery as described above. A secondary battery using the above-described electrode for a secondary battery is excellent in the adhesion between the electrode mixture layer and the current collector in the electrode.
本発明によれば、チキソ性に優れ、かつ、電極合材層とした際の集電体との密着性に優れるスラリー組成物を形成可能な二次電池電極用バインダー組成物を提供することができる。
また、本発明によれば、チキソ性に優れ、かつ、集電体との密着性に優れる電極合材層を形成可能な二次電池電極用スラリー組成物を提供することができる。
更に、本発明によれば、電極合材層と集電体の密着性に優れる二次電池用電極を提供することができる。
加えて、本発明によれば、電極合材層と集電体の密着性に優れる電極を備える二次電池を提供することができる。According to the present invention, it is possible to provide a binder composition for a secondary battery electrode capable of forming a slurry composition that is excellent in thixotropy and has excellent adhesion to a current collector when an electrode mixture layer is formed. it can.
Moreover, according to this invention, the slurry composition for secondary battery electrodes which can form the electrode compound-material layer which is excellent in thixotropy and is excellent in adhesiveness with a collector can be provided.
Furthermore, according to this invention, the electrode for secondary batteries which is excellent in the adhesiveness of an electrode compound-material layer and a collector can be provided.
In addition, according to the present invention, it is possible to provide a secondary battery including an electrode having excellent adhesion between the electrode mixture layer and the current collector.
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
ここで、本発明の二次電池電極用バインダー組成物は、二次電池電極用スラリー組成物の調製に用いられる。また、本発明の二次電池電極用スラリー組成物は、二次電池の電極の形成に用いられる。そして、本発明の二次電池用電極は、本発明の二次電池電極用スラリー組成物を用いて製造することができる。更に、本発明の二次電池は、本発明の二次電池用電極を用いたことを特徴とする。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
Here, the binder composition for secondary battery electrodes of this invention is used for preparation of the slurry composition for secondary battery electrodes. Moreover, the slurry composition for secondary battery electrodes of this invention is used for formation of the electrode of a secondary battery. And the electrode for secondary batteries of this invention can be manufactured using the slurry composition for secondary battery electrodes of this invention. Furthermore, the secondary battery of the present invention is characterized by using the secondary battery electrode of the present invention.
(二次電池電極用バインダー組成物)
本発明の二次電池電極用バインダー組成物は、粒子状重合体(A)、親水性有機繊維(B)および水を含む。そして、本発明の二次電池電極用バインダー組成物は、親水性有機繊維(B)を、粒子状重合体(A)100質量部当たり、0.01質量部以上20質量部以下の量で含有する。そして、本発明の二次電池電極用バインダー組成物によれば、チキソ性に優れ、かつ、電極合材層とした際の集電体との密着性に優れるスラリー組成物を形成することができる。(Binder composition for secondary battery electrode)
The binder composition for secondary battery electrodes of the present invention contains a particulate polymer (A), a hydrophilic organic fiber (B), and water. And the binder composition for secondary battery electrodes of this invention contains a hydrophilic organic fiber (B) in the quantity of 0.01 to 20 mass parts per 100 mass parts of particulate polymers (A). To do. And according to the binder composition for secondary battery electrodes of this invention, the slurry composition which is excellent in thixotropy and is excellent in adhesiveness with the electrical power collector at the time of setting it as an electrode compound-material layer can be formed. .
ここで、本発明の二次電池電極用バインダー組成物をスラリー組成物の調製に用いることで、該スラリー組成物のチキソ性が向上する理由は明らかではないが、このチキソ性向上は、水系スラリー組成物中において、粒子状重合体(A)と親水性有機繊維(B)が、水素結合などにより相互作用することが原因であると推察される。
より詳細には、粒子状重合体(A)と親水性有機繊維(B)が水素結合などにより相互作用することで、これらの成分が水系スラリー組成物中においてネットワーク状の擬似橋架け構造を形成する。そしてこの擬似橋架け構造により、低せん断下においてはある程度の高い粘度が発現する一方、該構造は強固なものではないため、高せん断下においてはその擬似橋架け構造が維持できず、ネットワークが崩れることで粘度が低下する、すなわちチキソ性が向上すると推察される。Here, the reason why the thixotropy of the slurry composition is improved by using the secondary battery electrode binder composition of the present invention for the preparation of the slurry composition is not clear, but this thixotropy is improved by the aqueous slurry. In the composition, it is assumed that the cause is that the particulate polymer (A) and the hydrophilic organic fiber (B) interact with each other through hydrogen bonding or the like.
More specifically, the particulate polymer (A) and the hydrophilic organic fiber (B) interact with each other by hydrogen bonding, and these components form a network-like pseudo-bridge structure in the aqueous slurry composition. To do. And while this pseudo-bridge structure develops a certain degree of viscosity under low shear, the structure is not strong, so the pseudo-bridge structure cannot be maintained under high shear, and the network collapses It is assumed that the viscosity decreases, that is, thixotropy improves.
また、本発明の二次電池電極用バインダー組成物をスラリー組成物の調製に用いることで、電極合材層とした際の集電体との密着性が向上する理由は明らかではないが、(i)上述した擬似橋架け構造によるチキソ性向上に起因してスラリー組成物の乾燥時(低せん断下)での熱対流による粒子状重合体の移動(マイグレーション)が高い粘度の発現により抑制されることや、(ii)スラリー組成物の乾燥の際に、親水性有機繊維(B)が粒子状重合体(A)の移動(マイグレーション)を物理的に抑制することなどが考えられる。即ち、上記(i)及び/又は(ii)の理由により、得られる電極合材層中における粒子状重合体(A)の分布が均一になり、電極活物質層と集電体の密着強度が優れたものになると推察される。
以下、上記二次電池電極用バインダー組成物に含まれる各成分について説明する。In addition, the reason for improving the adhesion with the current collector when the electrode composition layer is used by preparing the slurry composition for the secondary battery electrode binder composition of the present invention is not clear, i) Due to the improved thixotropy due to the above-mentioned pseudo-bridge structure, the migration (migration) of the particulate polymer due to thermal convection during drying (under low shear) of the slurry composition is suppressed by the development of high viscosity. In addition, (ii) when the slurry composition is dried, the hydrophilic organic fibers (B) may physically suppress the migration (migration) of the particulate polymer (A). That is, for the reason of (i) and / or (ii) above, the distribution of the particulate polymer (A) in the obtained electrode mixture layer becomes uniform, and the adhesion strength between the electrode active material layer and the current collector is increased. It is assumed that it will be excellent.
Hereafter, each component contained in the said binder composition for secondary battery electrodes is demonstrated.
<粒子状重合体(A)>
粒子状重合体(A)は、本発明のバインダー組成物を含むスラリー組成物を用いて電極を形成した際に、製造した電極において、電極に含まれる成分(例えば、電極活物質)が電極から脱離しないように保持しうる成分である。ここで、スラリー組成物を用いて電極合材層を形成する場合には、一般的に、電極合材層における粒子状重合体は、電解液に浸漬された際に、電解液を吸収して膨潤しながらも粒子状の形状を維持し、電極活物質同士を結着させ、電極活物質が集電体から脱落するのを防ぐ。また、粒子状重合体は、電極合材層に含まれる電極活物質以外の粒子(例えば、導電材)をも結着し、電極合材層の強度を維持する役割も果たしている。
なお、「粒子状重合体」とは、水などの水系媒体に分散可能な重合体であり、水系媒体中において粒子状の形態で存在する。そして、通常、粒子状重合体は、25℃において、粒子状重合体0.5gを100gの水に溶解した際に、不溶分が90質量%以上となる。また、本発明において、「粒子」又は「粒子状」とは、走査型電子顕微鏡で測定したアスペクト比が1以上10未満のものを指す。<Particulate polymer (A)>
When the particulate polymer (A) is formed using the slurry composition containing the binder composition of the present invention, the component (for example, electrode active material) contained in the electrode is produced from the electrode. It is a component that can be held so as not to be detached. Here, when the electrode mixture layer is formed using the slurry composition, the particulate polymer in the electrode mixture layer generally absorbs the electrolyte when immersed in the electrolyte. While swelling, the particulate shape is maintained, the electrode active materials are bound together, and the electrode active material is prevented from falling off the current collector. Further, the particulate polymer also binds particles (for example, a conductive material) other than the electrode active material contained in the electrode mixture layer, and plays a role of maintaining the strength of the electrode mixture layer.
The “particulate polymer” is a polymer that can be dispersed in an aqueous medium such as water, and exists in a particulate form in the aqueous medium. In general, the particulate polymer has an insoluble content of 90% by mass or more when 0.5 g of the particulate polymer is dissolved in 100 g of water at 25 ° C. In the present invention, “particles” or “particulate” refers to those having an aspect ratio of 1 or more and less than 10 as measured with a scanning electron microscope.
[[水素結合を形成しうる官能基]]
ここで、粒子状重合体(A)は、水素結合を形成し得る官能基を有することが好ましい。粒子状重合体(A)が水素結合を形成し得る官能基を有することで、親水性有機繊維(B)との相互作用が強まり、スラリー組成物のチキソ性を向上させ、そして電極合材層と集電体の密着性を向上させることができる。粒子状重合体(A)中の水素結合を形成し得る官能基としては、カルボキシル基、水酸基、スルホン酸基、チオール基などが挙げられる。そして、粒子状重合体(A)は、カルボキシル基、水酸基、スルホン酸基、チオール基からなる群から選択される少なくとも一つを有することが好ましく、カルボキシル基および水酸基の少なくとも一方を有することが更に好ましい。加えて、バインダー組成物が後述する架橋剤(C)を含む場合には、粒子状重合体(A)は、電極活物質層と集電体の密着性の観点から、カルボキシル基と水酸基の両方を有することが特に好ましい。
ここで、カルボキシル基、水酸基、チオール基は、例えば、粒子状重合体(A)の調製の際に、エチレン性不飽和カルボン酸単量体、水酸基を有する不飽和単量体、チオール基を有する単量体を用いることで、粒子状重合体(A)に導入することができる。
また、スルホン酸基は、例えば、粒子状重合体(A)の調製の際に開始剤として過硫酸カリウムを用いることで、またはスルホン酸基を有する不飽和単量体を用いることで、粒子状重合体(A)に導入することができる。
以下、エチレン性不飽和カルボン酸単量体、水酸基を有する不飽和単量体、スルホン酸基を有する不飽和単量体、およびチオール基を有する単量体について詳述する。[[Functional group capable of forming hydrogen bond]]
Here, the particulate polymer (A) preferably has a functional group capable of forming a hydrogen bond. Since the particulate polymer (A) has a functional group capable of forming a hydrogen bond, the interaction with the hydrophilic organic fiber (B) is enhanced, the thixotropy of the slurry composition is improved, and the electrode mixture layer And the current collector can be improved. Examples of the functional group capable of forming a hydrogen bond in the particulate polymer (A) include a carboxyl group, a hydroxyl group, a sulfonic acid group, and a thiol group. The particulate polymer (A) preferably has at least one selected from the group consisting of a carboxyl group, a hydroxyl group, a sulfonic acid group, and a thiol group, and further has at least one of a carboxyl group and a hydroxyl group. preferable. In addition, when the binder composition contains a cross-linking agent (C) described later, the particulate polymer (A) has both a carboxyl group and a hydroxyl group from the viewpoint of adhesion between the electrode active material layer and the current collector. It is particularly preferred to have
Here, the carboxyl group, the hydroxyl group, and the thiol group have, for example, an ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer, an unsaturated monomer having a hydroxyl group, and a thiol group in the preparation of the particulate polymer (A). By using a monomer, it can be introduced into the particulate polymer (A).
In addition, the sulfonic acid group is obtained by using, for example, potassium persulfate as an initiator in the preparation of the particulate polymer (A), or by using an unsaturated monomer having a sulfonic acid group. It can introduce | transduce into a polymer (A).
Hereinafter, the ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer, the unsaturated monomer having a hydroxyl group, the unsaturated monomer having a sulfonic acid group, and the monomer having a thiol group will be described in detail.
粒子状重合体(A)のエチレン性不飽和カルボン酸単量体単位を形成し得るエチレン性不飽和カルボン酸単量体としては、エチレン性不飽和モノカルボン酸及びその誘導体、エチレン性不飽和ジカルボン酸及びその酸無水物並びにそれらの誘導体などが挙げられる。
エチレン性不飽和モノカルボン酸の例としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸などが挙げられる。そして、エチレン性不飽和モノカルボン酸の誘導体の例としては、2−エチルアクリル酸、イソクロトン酸、α−アセトキシアクリル酸、β−trans−アリールオキシアクリル酸、α−クロロ−β−E一メトキシアクリル酸、β−ジアミノアクリル酸などが挙げられる。
エチレン性不飽和ジカルボン酸の例としては、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸などが挙げられる。そして、エチレン性不飽和ジカルボン酸の酸無水物の例としては、無水マレイン酸、ジアクリル酸無水物、メチル無水マレイン酸、ジメチル無水マレイン酸などが挙げられる。さらに、エチレン性不飽和ジカルボン酸の誘導体の例としては、メチルマレイン酸、ジメチルマレイン酸、フェニルマレイン酸、クロロマレイン酸、ジクロロマレイン酸、フルオロマレイン酸、マレイン酸ジフェニル、マレイン酸ノニル、マレイン酸デシル、マレイン酸ドデシル、マレイン酸オクタデシル、マレイン酸フルオロアルキルなどが挙げられる。
これらは1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。そしてこれらの中でも、粒子状重合体(A)を含むバインダー組成物を用いたスラリー組成物の貯蔵安定性の観点から、エチレン性不飽和ジカルボン酸及びその酸無水物並びにそれらの誘導体が好ましく、イタコン酸がより好ましい。すなわち、粒子状重合体(A)はイタコン酸由来の単量体単位(エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位)を含むことが好ましい。
なお、本発明において「単量体単位を含む」とは、「その単量体を用いて得た重合体中に単量体由来の構造単位が含まれている」ことを意味する。Examples of the ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer that can form the ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer unit of the particulate polymer (A) include ethylenically unsaturated monocarboxylic acid and derivatives thereof, and ethylenically unsaturated dicarboxylic acid. Examples thereof include acids and acid anhydrides and derivatives thereof.
Examples of the ethylenically unsaturated monocarboxylic acid include acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid and the like. Examples of ethylenically unsaturated monocarboxylic acid derivatives include 2-ethylacrylic acid, isocrotonic acid, α-acetoxyacrylic acid, β-trans-aryloxyacrylic acid, α-chloro-β-E monomethoxyacrylic. Examples include acid and β-diaminoacrylic acid.
Examples of the ethylenically unsaturated dicarboxylic acid include maleic acid, fumaric acid, itaconic acid and the like. Examples of acid anhydrides of ethylenically unsaturated dicarboxylic acids include maleic anhydride, diacrylic anhydride, methyl maleic anhydride, dimethyl maleic anhydride, and the like. In addition, examples of ethylenically unsaturated dicarboxylic acid derivatives include methylmaleic acid, dimethylmaleic acid, phenylmaleic acid, chloromaleic acid, dichloromaleic acid, fluoromaleic acid, diphenyl maleate, nonyl maleate, decyl maleate , Dodecyl maleate, octadecyl maleate, fluoroalkyl maleate and the like.
One of these may be used alone, or two or more of these may be used in combination at any ratio. Among these, from the viewpoint of the storage stability of the slurry composition using the binder composition containing the particulate polymer (A), ethylenically unsaturated dicarboxylic acid, its acid anhydride, and derivatives thereof are preferable. Acid is more preferred. That is, the particulate polymer (A) preferably contains an itaconic acid-derived monomer unit (ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer unit).
In the present invention, “comprising a monomer unit” means “a monomer-derived structural unit is contained in a polymer obtained using the monomer”.
粒子状重合体(A)において、エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位の含有割合は、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.5質量%以上であり、好ましくは30質量%以下、より好ましくは10質量%以下、特に好ましくは5質量%以下である。エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位の含有割合が0.1質量%以上であることで、バインダー組成物を含むスラリー組成物の貯蔵安定性が確保され、また電極合材層と集電体の密着性が向上する。一方、エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位の含有割合が30質量%以下であることで、バインダー組成物を含むスラリー組成物を用いて形成される電極活物質層と集電体の密着性を向上させることができる。 In the particulate polymer (A), the content of the ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer unit is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.5% by mass or more, and preferably 30% by mass. Hereinafter, it is more preferably 10% by mass or less, and particularly preferably 5% by mass or less. When the content of the ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer unit is 0.1% by mass or more, the storage stability of the slurry composition containing the binder composition is ensured, and the electrode mixture layer and the current collector Improved adhesion. On the other hand, when the content of the ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer unit is 30% by mass or less, the adhesion between the electrode active material layer and the current collector formed using the slurry composition containing the binder composition Can be improved.
粒子状重合体(A)の水酸基を有する不飽和単量体単位を形成し得る水酸基を有する不飽和単量体としては、例えば、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート、ヒドロキシブチルアクリレート、ヒドロキシブチルメタクリレート、3−クロロ−2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、ジ−(エチレングリコール)マレエート、ジ−(エチレングリコール)イタコネート、2−ヒドロキシエチルマレエート、ビス(2−ヒドロキシエチル)マレエート、2−ヒドロキシエチルメチルフマレートなどが挙げられる。
これらは、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。そしてこれらの中でも、粒子状重合体(A)を含むバインダー組成物を用いたスラリー組成物の貯蔵安定性の観点から、2−ヒドロキシエチルアクリレートが好ましい。すなわち、粒子状重合体(A)は2−ヒドロキシエチルアクリレート由来の単量体単位(水酸基を有する不飽和単量体単位)を含むことが好ましい。Examples of the unsaturated monomer having a hydroxyl group that can form an unsaturated monomer unit having a hydroxyl group of the particulate polymer (A) include 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, hydroxypropyl acrylate, Hydroxypropyl methacrylate, hydroxybutyl acrylate, hydroxybutyl methacrylate, 3-chloro-2-hydroxypropyl methacrylate, di- (ethylene glycol) maleate, di- (ethylene glycol) itaconate, 2-hydroxyethyl maleate, bis (2-hydroxy Ethyl) maleate, 2-hydroxyethyl methyl fumarate and the like.
One of these may be used alone, or two or more of these may be used in combination at any ratio. Among these, 2-hydroxyethyl acrylate is preferable from the viewpoint of storage stability of the slurry composition using the binder composition containing the particulate polymer (A). That is, the particulate polymer (A) preferably contains a monomer unit derived from 2-hydroxyethyl acrylate (an unsaturated monomer unit having a hydroxyl group).
粒子状重合体(A)において、水酸基を有する不飽和単量体単位の含有割合は、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.5質量%以上であり、好ましくは10質量%以下、より好ましくは5質量%以下である。水酸基を有する不飽和単量体単位の含有割合が0.1質量%以上であることで、粒子状重合体(A)を含むバインダー組成物を用いたスラリー組成物の貯蔵安定性が確保され、10質量%以下であることで、粒子状重合体(A)を含むバインダー組成物を用いて得られる電極活物質層と集電体の密着性を確保することができる。 In the particulate polymer (A), the content ratio of the unsaturated monomer unit having a hydroxyl group is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.5% by mass or more, and preferably 10% by mass or less. More preferably, it is 5 mass% or less. When the content ratio of the unsaturated monomer unit having a hydroxyl group is 0.1% by mass or more, the storage stability of the slurry composition using the binder composition containing the particulate polymer (A) is secured, By being 10 mass% or less, the adhesiveness of the electrode active material layer obtained using the binder composition containing a particulate polymer (A) and an electrical power collector is securable.
粒子状重合体(A)のスルホン酸基を有する不飽和単量体単位を形成し得るスルホン酸基を有する不飽和単量体としては、例えば、ビニルスルホン酸、メチルビニルスルホン酸、(メタ)アクリルスルホン酸、スチレンスルホン酸、(メタ)アクリル酸−2−スルホン酸エチル、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、3−アリロキシ−2−ヒドロキシプロパンスルホン酸などが挙げられる。これらは、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。なお、本明細書において「(メタ)アクリル」とは、アクリルおよび/またはメタクリルを意味する。 Examples of the unsaturated monomer having a sulfonic acid group capable of forming an unsaturated monomer unit having a sulfonic acid group of the particulate polymer (A) include vinyl sulfonic acid, methyl vinyl sulfonic acid, (meth) Examples include acrylic sulfonic acid, styrene sulfonic acid, (meth) acrylic acid-2-ethyl sulfonate, 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid, and 3-allyloxy-2-hydroxypropane sulfonic acid. One of these may be used alone, or two or more of these may be used in combination at any ratio. In the present specification, “(meth) acryl” means acryl and / or methacryl.
粒子状重合体(A)において、スルホン酸基を有する不飽和単量体単位の含有割合は、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.5質量%以上であり、好ましくは10質量%以下、より好ましくは5質量%以下である。スルホン酸基を有する不飽和単量体単位の含有割合が0.1質量%以上であることで、粒子状重合体(A)を含むバインダー組成物を用いたスラリー組成物の貯蔵安定性が確保され、10質量%以下であることで、粒子状重合体(A)を含むバインダー組成物を用いて得られる電極活物質層と集電体の密着性を確保することができる。 In the particulate polymer (A), the content of the unsaturated monomer unit having a sulfonic acid group is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.5% by mass or more, and preferably 10% by mass. % Or less, more preferably 5% by mass or less. The storage ratio of the slurry composition using the binder composition containing the particulate polymer (A) is ensured by the content ratio of the unsaturated monomer unit having a sulfonic acid group being 0.1% by mass or more. And the adhesiveness of the electrode active material layer and collector which are obtained using the binder composition containing a particulate polymer (A) can be ensured because it is 10 mass% or less.
粒子状重合体(A)のチオール基を有する単量体単位を形成し得るチオール基を有する単量体としては、たとえば、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトブチレート)、トリメチロールプロパン トリス(3−メルカプトブチレート)、トリメチロールエタン トリス(3−メルカプトブチレート)などが挙げられる。中でも、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトブチレート)が好ましい。なお、これらは、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。 Examples of the monomer having a thiol group that can form a monomer unit having a thiol group of the particulate polymer (A) include pentaerythritol tetrakis (3-mercaptobutyrate), trimethylolpropane tris (3- Mercaptobutyrate), trimethylolethane tris (3-mercaptobutyrate), and the like. Among these, pentaerythritol tetrakis (3-mercaptobutyrate) is preferable. In addition, these may be used individually by 1 type and may be used combining two or more types by arbitrary ratios.
粒子状重合体(A)において、チオール基を有する単量体単位の含有割合は、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.5質量%以上であり、好ましくは10質量%以下、より好ましくは5質量%以下である。チオール基を有する単量体単位の含有割合が0.1質量%以上であることで、粒子状重合体(A)を含むバインダー組成物を用いたスラリー組成物の貯蔵安定性が確保され、10質量%以下であることで、粒子状重合体(A)を含むバインダー組成物を用いて得られる電極活物質層と集電体の密着性を確保することができる。 In the particulate polymer (A), the content ratio of the monomer unit having a thiol group is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.5% by mass or more, and preferably 10% by mass or less. More preferably, it is 5 mass% or less. When the content ratio of the monomer unit having a thiol group is 0.1% by mass or more, the storage stability of the slurry composition using the binder composition containing the particulate polymer (A) is ensured. By being the mass% or less, it is possible to ensure the adhesion between the electrode active material layer obtained using the binder composition containing the particulate polymer (A) and the current collector.
[[架橋剤(C)と反応しうる官能基]]
また、本発明のバインダー組成物またはスラリー組成物が後述する架橋剤(C)を含む場合、粒子状重合体(A)は、架橋剤(C)と反応しうる官能基を有することが好ましい。粒子状重合体(A)が、架橋剤(C)と反応し、架橋結合を形成しうる官能基を有することで、架橋剤(C)をバインダー組成物又はスラリー組成物中に配合させた場合に、得られる電極合材層と集電体の密着性を更に向上させることができる。粒子状重合体(A)中の架橋剤(C)と反応しうる官能基としては、上述のカルボキシル基、水酸基、チオール基が挙げられ、そしてそれらの官能基以外にも、グリシジルエーテル基などが挙げられる。
ここで、グリシジルエーテル基は、例えば、粒子状重合体(A)の調製の際にグリシジルエーテル基を有する不飽和単量体を用いることで、粒子状重合体(A)に導入することができる。[[Functional group capable of reacting with cross-linking agent (C)]]
Moreover, when the binder composition or slurry composition of this invention contains the crosslinking agent (C) mentioned later, it is preferable that a particulate polymer (A) has a functional group which can react with a crosslinking agent (C). When the particulate polymer (A) has a functional group capable of reacting with the crosslinking agent (C) to form a crosslinking bond, the crosslinking agent (C) is incorporated into the binder composition or slurry composition. In addition, the adhesion between the obtained electrode mixture layer and the current collector can be further improved. Examples of the functional group capable of reacting with the crosslinking agent (C) in the particulate polymer (A) include the above-mentioned carboxyl group, hydroxyl group, and thiol group. Besides these functional groups, a glycidyl ether group and the like are included. Can be mentioned.
Here, the glycidyl ether group can be introduced into the particulate polymer (A) by using, for example, an unsaturated monomer having a glycidyl ether group in the preparation of the particulate polymer (A). .
粒子状重合体(A)のグリジシジルエーテル基を有する不飽和単量体単位を形成し得るグリジシジルエーテル基を有する不飽和単量体としては、例えば、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレートなどが挙げられる。中でも、グリシジルメタクリレートが好ましい。なお、これらは1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。 Examples of the unsaturated monomer having a glycidyl ether group capable of forming an unsaturated monomer unit having a glycidyl ether group of the particulate polymer (A) include glycidyl acrylate and glycidyl methacrylate. It is done. Of these, glycidyl methacrylate is preferred. In addition, these may be used individually by 1 type and may be used combining two or more types by arbitrary ratios.
[粒子状重合体(A)の種類]
そして、粒子状重合体(A)としては、上述した水素結合を形成しうる官能基および架橋剤(C)と反応しうる官能基の有無に関わらず、例えば、ジエン系重合体、アクリル系重合体、フッ素系重合体、シリコン系重合体などを用いることができる。なお、粒子状重合体(A)としては、1種類の重合体を単独で用いてもよく、2種類以上の重合体を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。[Types of particulate polymer (A)]
The particulate polymer (A) includes, for example, a diene polymer, an acrylic polymer, regardless of the presence or absence of a functional group capable of forming a hydrogen bond and a functional group capable of reacting with the crosslinking agent (C). A polymer, a fluorine-based polymer, a silicon-based polymer, or the like can be used. As the particulate polymer (A), one type of polymer may be used alone, or two or more types of polymers may be used in combination at any ratio.
[[負極用粒子状重合体(A)]]
ここで、本発明のバインダー組成物を負極合材層の形成に用いる場合、粒子状重合体(A)としては、アクリル系重合体、ジエン系重合体が好ましい。アクリル系重合体としては、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位およびα,β-不飽和ニトリル単量体単位を含む共重合体(以下、「アクリル/不飽和ニトリル共重合体」という。)が好適に挙げられ、ジエン系重合体としては、脂肪族共役ジエン単量体単位および芳香族ビニル単量体単位を含む共重合体(以下、「共役ジエン/芳香族ビニル共重合体」という。)が好適に挙げられるが、特に共役ジエン/芳香族ビニル共重合体を用いることが好ましい。
剛性が低くて柔軟な繰り返し単位であり、結着性を高めることが可能な脂肪族共役ジエン単量体単位と、重合体の電解液への溶解性を低下させて電解液中での粒子状重合体(A)の安定性を高めることが可能な芳香族ビニル単量体単位とを有する共重合体は、特に負極において粒子状重合体(A)としての機能を良好に発揮し得るからである。
以下、負極用粒子状重合体(A)の調製に用いうる単量体を、共役ジエン/芳香族ビニル共重合体、およびアクリル/不飽和ニトリル共重合体を例に挙げて説明する。[[Particulate polymer for negative electrode (A)]]
Here, when the binder composition of the present invention is used for forming the negative electrode mixture layer, the particulate polymer (A) is preferably an acrylic polymer or a diene polymer. As the acrylic polymer, a copolymer containing a (meth) acrylic acid ester monomer unit and an α, β-unsaturated nitrile monomer unit (hereinafter referred to as “acrylic / unsaturated nitrile copolymer”). The diene polymer is preferably a copolymer containing an aliphatic conjugated diene monomer unit and an aromatic vinyl monomer unit (hereinafter referred to as “conjugated diene / aromatic vinyl copolymer”). ) Is preferable, and it is particularly preferable to use a conjugated diene / aromatic vinyl copolymer.
An aliphatic conjugated diene monomer unit that is a low-rigidity and flexible repeating unit that can enhance the binding property, and the solubility of the polymer in the electrolytic solution is reduced to form particles in the electrolytic solution. Since the copolymer having an aromatic vinyl monomer unit capable of enhancing the stability of the polymer (A) can perform well as the particulate polymer (A) particularly in the negative electrode. is there.
Hereinafter, monomers that can be used for the preparation of the particulate polymer for negative electrode (A) will be described by taking conjugated diene / aromatic vinyl copolymer and acrylic / unsaturated nitrile copolymer as examples.
―共役ジエン/芳香族ビニル共重合体の調製に用いる単量体―
共役ジエン/芳香族ビニル共重合体を負極用粒子状重合体(A)として用いる場合、脂肪族共役ジエン単量体単位を形成し得る脂肪族共役ジエン単量体としては、特に限定されることなく、1,3−ブタジエン、2−メチル−1,3−ブタジエン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、2−クロロ−1,3−ブタジエン、置換直鎖共役ペンタジエン類、置換および側鎖共役ヘキサジエン類などを用いることができ、中でも1,3−ブタジエンが好ましい。なお、脂肪族共役ジエン単量体は1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。-Monomers used in the preparation of conjugated diene / aromatic vinyl copolymers-
When a conjugated diene / aromatic vinyl copolymer is used as the negative electrode particulate polymer (A), the aliphatic conjugated diene monomer capable of forming an aliphatic conjugated diene monomer unit is particularly limited. 1,3-butadiene, 2-methyl-1,3-butadiene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 2-chloro-1,3-butadiene, substituted linear conjugated pentadienes, substituted and side Chain conjugated hexadienes and the like can be used, among which 1,3-butadiene is preferred. In addition, an aliphatic conjugated diene monomer may be used individually by 1 type, and may be used combining two or more types by arbitrary ratios.
共役ジエン/芳香族ビニル共重合体である負極用粒子状重合体(A)において、脂肪族共役ジエン単量体単位の含有割合は、好ましくは10質量%以上、より好ましくは25質量%以上であり、好ましくは50質量%以下、より好ましくは40質量%以下である。脂肪族共役ジエン単量体単位の含有割合が10質量%以上であることで、負極の柔軟性を高めることができ、また、50質量%以下であることで、負極合材層と集電体の密着性を良好なものとし、また、本発明のバインダー組成物を含むスラリー組成物から形成される負極の耐電解液性を向上させることができる。 In the negative electrode particulate polymer (A) which is a conjugated diene / aromatic vinyl copolymer, the content of the aliphatic conjugated diene monomer unit is preferably 10% by mass or more, more preferably 25% by mass or more. Yes, preferably 50% by mass or less, more preferably 40% by mass or less. When the content ratio of the aliphatic conjugated diene monomer unit is 10% by mass or more, the flexibility of the negative electrode can be increased, and when it is 50% by mass or less, the negative electrode mixture layer and the current collector In addition, it is possible to improve the electrolytic solution resistance of the negative electrode formed from the slurry composition containing the binder composition of the present invention.
また、共役ジエン/芳香族ビニル共重合体である負極用粒子状重合体(A)の芳香族ビニル単量体単位を形成し得る芳香族ビニル単量体としては、特に限定されることなく、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、ジビニルベンゼンなどが挙げられ、中でもスチレンが好ましい。なお、芳香族ビニル単量体は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。 Further, the aromatic vinyl monomer that can form the aromatic vinyl monomer unit of the particulate polymer for negative electrode (A) that is a conjugated diene / aromatic vinyl copolymer is not particularly limited, Styrene, α-methyl styrene, vinyl toluene, divinyl benzene and the like can be mentioned, among which styrene is preferable. In addition, an aromatic vinyl monomer may be used individually by 1 type, and may be used combining two or more types by arbitrary ratios.
共役ジエン/芳香族ビニル共重合体である負極用粒子状重合体(A)において、芳香族ビニル単量体単位の含有割合は、好ましくは40質量%以上、より好ましくは50質量%以上であり、好ましくは80質量%以下、より好ましくは70質量%以下である。芳香族ビニル単量体単位の含有割合が40質量%以上であることで、本発明のバインダー組成物を含むスラリー組成物から形成される負極の耐電解液性を向上させることができ、80質量%以下であることで、負極合材層と集電体の密着性を良好なものとすることができる。 In the negative electrode particulate polymer (A) which is a conjugated diene / aromatic vinyl copolymer, the content of the aromatic vinyl monomer unit is preferably 40% by mass or more, more preferably 50% by mass or more. , Preferably it is 80 mass% or less, More preferably, it is 70 mass% or less. When the content ratio of the aromatic vinyl monomer unit is 40% by mass or more, the electrolytic solution resistance of the negative electrode formed from the slurry composition containing the binder composition of the present invention can be improved. % Or less makes it possible to improve the adhesion between the negative electrode mixture layer and the current collector.
そして、共役ジエン/芳香族ビニル共重合体である負極用粒子状重合体(A)は、脂肪族共役ジエン単量体単位として1,3−ブタジエン単位を含み、芳香族ビニル単量体単位としてスチレン単位を含む(即ち、スチレン−ブタジエン共重合体である)ことが好ましい。 The negative electrode particulate polymer (A), which is a conjugated diene / aromatic vinyl copolymer, contains a 1,3-butadiene unit as an aliphatic conjugated diene monomer unit and an aromatic vinyl monomer unit. It preferably contains a styrene unit (that is, a styrene-butadiene copolymer).
また、上述のように、共役ジエン/芳香族ビニル共重合体である負極用粒子状重合体(A)はカルボキシル基、水酸基、スルホン酸基、チオール基からなる群から選択される少なくとも一種を含むことが好ましく、粒子状重合体(A)は、エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位、水酸基を有する不飽和単量体単位、スルホン酸基を有する不飽和単量体単位、チオール基を有する単量体単位からなる群から選択される少なくとも一種を、上述した含有割合で含むことが好ましい。そして、粒子状重合体(A)は、エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位、水酸基を有する不飽和単量体単位の少なくとも何れか一方を含むことが好ましく、エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位および水酸基を有する不飽和単量体単位の両方を含むことがより好ましい。 Further, as described above, the negative electrode particulate polymer (A) which is a conjugated diene / aromatic vinyl copolymer contains at least one selected from the group consisting of a carboxyl group, a hydroxyl group, a sulfonic acid group, and a thiol group. Preferably, the particulate polymer (A) has an ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer unit, an unsaturated monomer unit having a hydroxyl group, an unsaturated monomer unit having a sulfonic acid group, and a thiol group. It is preferable to include at least one selected from the group consisting of monomer units in the above-described content ratio. The particulate polymer (A) preferably contains at least one of an ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer unit and an unsaturated monomer unit having a hydroxyl group. It is more preferable to include both a body unit and an unsaturated monomer unit having a hydroxyl group.
また、上述のように、本発明のバインダー組成物またはスラリー組成物が後述する架橋剤(C)を含む場合、共役ジエン/芳香族ビニル共重合体である負極用粒子状重合体(A)は、架橋剤(C)と反応しうる官能基(上述のカルボキシル基、水酸基、チオール基、およびグリシジルエーテル基など)を有することが好ましい。 Moreover, as mentioned above, when the binder composition or slurry composition of the present invention contains a crosslinking agent (C) described later, the particulate polymer for negative electrode (A) which is a conjugated diene / aromatic vinyl copolymer is It preferably has a functional group capable of reacting with the crosslinking agent (C) (the above-mentioned carboxyl group, hydroxyl group, thiol group, glycidyl ether group, etc.).
そして、共役ジエン/芳香族ビニル共重合体である負極用粒子状重合体(A)は、本発明の効果を著しく損なわない限り、上述した以外にも任意の繰り返し単位を含んでいてもよい。
粒子状重合体(A)における、脂肪族共役ジエン単量体単位、芳香族ビニル単量体単位、エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位、水酸基を有する不飽和単量体単位、スルホン酸基を有する不飽和単量体単位、チオールを有する単量体単位以外の他の単量体単位の含有割合は、特に限定されないが、上限は合計量で6質量%以下が好ましく、4質量%以下がより好ましく、2質量%以下が特に好ましい。The negative electrode particulate polymer (A), which is a conjugated diene / aromatic vinyl copolymer, may contain any repeating unit other than those described above as long as the effects of the present invention are not significantly impaired.
In the particulate polymer (A), an aliphatic conjugated diene monomer unit, an aromatic vinyl monomer unit, an ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer unit, an unsaturated monomer unit having a hydroxyl group, a sulfonic acid group The content ratio of the other monomer units other than the unsaturated monomer unit having thiol and the monomer unit having thiol is not particularly limited, but the upper limit is preferably 6% by mass or less in total, and 4% by mass or less. Is more preferable, and 2% by mass or less is particularly preferable.
―アクリル/不飽和ニトリル共重合体の調製に用いる単量体―
アクリル/不飽和ニトリル共重合体を負極用粒子状重合体(A)として用いる場合、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を形成し得る(メタ)アクリル酸エステル単量体としては、特に限定されることなく、メチルアクリレート、エチルアクリレート、n−プロピルアクリレート、イソプロピルアクリレート、n−ブチルアクリレート、t−ブチルアクリレート、ペンチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、ヘプチルアクリレート、オクチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、ノニルアクリレート、デシルアクリレート、ラウリルアクリレート、n−テトラデシルアクリレート、ステアリルアクリレート等のアクリル酸アルキルエステル;メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n−プロピルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、t−ブチルメタクリレート、ペンチルメタクリレート、ヘキシルメタクリ
レート、ヘプチルメタクリレート、オクチルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、ノニルメタクリレート、デシルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、n−テトラデシルメタクリレート、ステアリルメタクリレート等のメタクリル酸アルキルエステルなどが挙げられる。中でも、ブチルアクリレートが好ましい。なお、(メタ)アクリル酸エステル単量体は1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。-Monomers used in the preparation of acrylic / unsaturated nitrile copolymers-
When an acrylic / unsaturated nitrile copolymer is used as the negative electrode particulate polymer (A), the (meth) acrylic acid ester monomer capable of forming a (meth) acrylic acid ester monomer unit is particularly limited. Without being methyl acrylate, ethyl acrylate, n-propyl acrylate, isopropyl acrylate, n-butyl acrylate, t-butyl acrylate, pentyl acrylate, hexyl acrylate, heptyl acrylate, octyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, nonyl acrylate, decyl Acrylic acid alkyl esters such as acrylate, lauryl acrylate, n-tetradecyl acrylate, stearyl acrylate; methyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-propyl methacrylate Methacryl such as isopropyl methacrylate, n-butyl methacrylate, t-butyl methacrylate, pentyl methacrylate, hexyl methacrylate, heptyl methacrylate, octyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, nonyl methacrylate, decyl methacrylate, lauryl methacrylate, n-tetradecyl methacrylate, stearyl methacrylate Examples include acid alkyl esters. Of these, butyl acrylate is preferred. In addition, a (meth) acrylic acid ester monomer may be used individually by 1 type, and may be used combining two or more types by arbitrary ratios.
アクリル/不飽和ニトリル共重合体である負極用粒子状重合体(A)において、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の含有割合は、好ましくは10質量%以上、より好ましくは20質量%以上であり、好ましくは99.5質量%以下、より好ましくは98質量%以下である。(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の含有割合が10質量%以上であることで、二次電池の内部抵抗を低減することができ、99.5質量%以下であることで、負極合材層と集電体の密着性を良好なものとすることができる。 In the negative electrode particulate polymer (A) which is an acrylic / unsaturated nitrile copolymer, the content ratio of the (meth) acrylic acid ester monomer unit is preferably 10% by mass or more, more preferably 20% by mass or more. Preferably, it is 99.5 mass% or less, More preferably, it is 98 mass% or less. When the content ratio of the (meth) acrylic acid ester monomer unit is 10% by mass or more, the internal resistance of the secondary battery can be reduced, and when it is 99.5% by mass or less, the negative electrode composite material The adhesion between the layer and the current collector can be improved.
また、アクリル/不飽和ニトリル共重合体である負極用粒子状重合体(A)のα,β-不飽和ニトリル単量体単位を形成し得るα,β-不飽和ニトリル単量体としては、特に限定されることなく、アクリロニトリル、メタクリロニトリルが挙げられる。中でも、アクリロニトリルが好ましい。 The α, β-unsaturated nitrile monomer that can form the α, β-unsaturated nitrile monomer unit of the particulate polymer for negative electrode (A), which is an acrylic / unsaturated nitrile copolymer, Without being particularly limited, acrylonitrile and methacrylonitrile can be mentioned. Of these, acrylonitrile is preferred.
アクリル/不飽和ニトリル共重合体である負極用粒子状重合体(A)において、α,β-不飽和ニトリル単量体単位の含有割合は、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.5質量%以上であり、好ましくは10質量%以下、より好ましくは5質量%以下である。α,β-不飽和ニトリル単量体単位の含有割合が0.1質量%以上であることで、粒子状重合体(A)の機械強度と結着力を高め、負極合材層と集電体の密着性を良好なものとすることができ、10質量%以下であることで、負極の柔軟性が向上し、負極を割れが抑制される。 In the negative electrode particulate polymer (A) which is an acrylic / unsaturated nitrile copolymer, the content ratio of the α, β-unsaturated nitrile monomer unit is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0%. 0.5 mass% or more, preferably 10 mass% or less, more preferably 5 mass% or less. When the content ratio of the α, β-unsaturated nitrile monomer unit is 0.1% by mass or more, the mechanical strength and binding force of the particulate polymer (A) are increased, and the negative electrode mixture layer and the current collector The adhesiveness of the negative electrode can be improved, and when it is 10% by mass or less, the flexibility of the negative electrode is improved and cracking of the negative electrode is suppressed.
また、上述のように、アクリル/不飽和ニトリル共重合体である負極用粒子状重合体(A)はカルボキシル基、水酸基、スルホン酸基、チオール基からなる群から選択される少なくとも一種を含むことが好ましく、粒子状重合体(A)は、エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位、水酸基を有する不飽和単量体単位、スルホン酸基を有する不飽和単量体単位、チオール基を有する単量体単位からなる群から選択される少なくとも一種を、上述した含有割合で含むことが好ましい。そして、粒子状重合体(A)は、エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位、水酸基を有する不飽和単量体単位の少なくとも何れか一方を含むことが好ましく、少なくともエチレン性不飽和カルボン酸単量体単位を含むことがより好ましい。 Moreover, as mentioned above, the particulate polymer for negative electrode (A) which is an acrylic / unsaturated nitrile copolymer contains at least one selected from the group consisting of a carboxyl group, a hydroxyl group, a sulfonic acid group, and a thiol group. The particulate polymer (A) is preferably an ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer unit, an unsaturated monomer unit having a hydroxyl group, an unsaturated monomer unit having a sulfonic acid group, or a single unit having a thiol group. It is preferable to include at least one selected from the group consisting of monomer units in the above-described content ratio. The particulate polymer (A) preferably contains at least one of an ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer unit and an unsaturated monomer unit having a hydroxyl group, and at least an ethylenically unsaturated carboxylic acid unit. More preferably, it contains a monomer unit.
また、上述のように、本発明のバインダー組成物またはスラリー組成物が後述する架橋剤(C)を含む場合、共役ジエン/芳香族ビニル共重合体である負極用粒子状重合体(A)は、架橋剤(C)と反応しうる官能基(上述のカルボキシル基、水酸基、チオール基、およびグリシジルエーテル基など)を有することが好ましい。 Moreover, as mentioned above, when the binder composition or slurry composition of the present invention contains a crosslinking agent (C) described later, the particulate polymer for negative electrode (A) which is a conjugated diene / aromatic vinyl copolymer is It preferably has a functional group capable of reacting with the crosslinking agent (C) (the above-mentioned carboxyl group, hydroxyl group, thiol group, glycidyl ether group, etc.).
そして、アクリル/不飽和ニトリル共重合体である負極用粒子状重合体(A)は、本発明の効果を著しく損なわない限り、上述した以外にも任意の繰り返し単位を含んでいてもよい。
粒子状重合体(A)における、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位、α,β-不飽和ニトリル単量体単位、エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位、水酸基を有する不飽和単量体単位、スルホン酸基を有する不飽和単量体単位、チオールを有する単量体単位以外の他の単量体単位の含有割合は、特に限定されないが、上限は合計量で6質量%以下が好ましく、4質量%以下がより好ましく、2質量%以下が特に好ましい。The negative electrode particulate polymer (A), which is an acrylic / unsaturated nitrile copolymer, may contain any repeating unit other than those described above as long as the effects of the present invention are not significantly impaired.
In the particulate polymer (A), a (meth) acrylate monomer unit, an α, β-unsaturated nitrile monomer unit, an ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer unit, an unsaturated monomer having a hydroxyl group The content ratio of other monomer units other than the body unit, the unsaturated monomer unit having a sulfonic acid group, and the monomer unit having a thiol is not particularly limited, but the upper limit is 6% by mass or less in total. Preferably, 4 mass% or less is more preferable, and 2 mass% or less is especially preferable.
[[正極用粒子状重合体(A)]]
ここで、本発明のバインダー組成物を正極合材層の形成に用いる場合、粒子状重合体(A)としては、アクリル系重合体が好ましく、アクリル/不飽和ニトリル共重合体がより好ましい。
以下、正極用粒子状重合体(A)の調製に用いうる単量体を、アクリル/不飽和ニトリル共重合体を例に挙げて説明する。[[Particulate polymer for positive electrode (A)]]
Here, when using the binder composition of this invention for formation of a positive mix layer, as a particulate polymer (A), an acrylic polymer is preferable and an acrylic / unsaturated nitrile copolymer is more preferable.
Hereinafter, the monomer that can be used for the preparation of the particulate polymer for positive electrode (A) will be described by taking an acrylic / unsaturated nitrile copolymer as an example.
―アクリル/不飽和ニトリル共重合体の調製に用いる単量体―
アクリル/不飽和ニトリル共重合体を正極用粒子状重合体(A)として用いる場合、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を形成し得る(メタ)アクリル酸エステル単量体としては、特に限定されることなく、「負極用粒子状重合体(A)」の項で上述したものが挙げられる。中でも、2−エチルヘキシルアクリレートが好ましい。なお、(メタ)アクリル酸エステル単量体は1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。-Monomers used in the preparation of acrylic / unsaturated nitrile copolymers-
When an acrylic / unsaturated nitrile copolymer is used as the positive electrode particulate polymer (A), the (meth) acrylic acid ester monomer that can form a (meth) acrylic acid ester monomer unit is particularly limited. Without mentioning, those described above in the section “Particulate polymer for negative electrode (A)” can be mentioned. Of these, 2-ethylhexyl acrylate is preferable. In addition, a (meth) acrylic acid ester monomer may be used individually by 1 type, and may be used combining two or more types by arbitrary ratios.
アクリル/不飽和ニトリル共重合体である正極用粒子状重合体(A)において、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の含有割合は、好ましくは50質量%以上、より好ましくは60質量%以上であり、好ましくは97質量%以下、より好ましくは95質量%以下である。(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の含有割合が50質量%以上であることで、二次電池の内部抵抗を低減することができ、97質量%以下であることで、正極合材層と集電体の密着性を良好なものとすることができる。 In the positive electrode particulate polymer (A) which is an acrylic / unsaturated nitrile copolymer, the content ratio of the (meth) acrylic acid ester monomer unit is preferably 50% by mass or more, more preferably 60% by mass or more. Preferably, it is 97 mass% or less, More preferably, it is 95 mass% or less. When the content ratio of the (meth) acrylic acid ester monomer unit is 50% by mass or more, the internal resistance of the secondary battery can be reduced. By being 97% by mass or less, the positive electrode mixture layer and The adhesion of the current collector can be improved.
また、アクリル/不飽和ニトリル共重合体である正極用粒子状重合体(A)のα,β-不飽和ニトリル単量体単位を形成し得るα,β-不飽和ニトリル単量体としては、特に限定されることなく、「負極用粒子状重合体(A)」の項で上述したものが挙げられる。中でも、アクリロニトリルが好ましい。 In addition, the α, β-unsaturated nitrile monomer that can form the α, β-unsaturated nitrile monomer unit of the particulate polymer for positive electrode (A) that is an acrylic / unsaturated nitrile copolymer, Without particular limitation, those described above in the section “Particulate polymer for negative electrode (A)” can be mentioned. Of these, acrylonitrile is preferred.
アクリル/不飽和ニトリル共重合体である正極用粒子状重合体(A)において、α,β-不飽和ニトリル単量体単位の含有割合は、好ましくは3質量%以上、より好ましくは5質量%以上であり、好ましくは40質量%以下、より好ましくは30質量%以下である。α,β-不飽和ニトリル単量体単位の含有割合が3質量%以上であることで、粒子状重合体(A)の機械強度と結着力を高め、正極合材層と集電体の密着性を良好なものとすることができ、40質量%以下であることで、正極の柔軟性が向上し、正極の割れが抑制される。 In the positive electrode particulate polymer (A) which is an acrylic / unsaturated nitrile copolymer, the content ratio of the α, β-unsaturated nitrile monomer unit is preferably 3% by mass or more, more preferably 5% by mass. It is above, Preferably it is 40 mass% or less, More preferably, it is 30 mass% or less. When the content ratio of the α, β-unsaturated nitrile monomer unit is 3% by mass or more, the mechanical strength and binding force of the particulate polymer (A) are increased, and the positive electrode mixture layer and the current collector are in close contact with each other. Therefore, the flexibility of the positive electrode is improved and cracking of the positive electrode is suppressed.
また、上述のように、アクリル/不飽和ニトリル共重合体である正極用粒子状重合体(A)はカルボキシル基、水酸基、スルホン酸基、チオール基からなる群から選択される少なくとも一種を含むことが好ましく、粒子状重合体(A)は、エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位、水酸基を有する不飽和単量体単位、スルホン酸基を有する不飽和単量体単位、チオール基を有する単量体単位からなる群から選択される少なくとも一種を、上述した含有割合で含むことが好ましい。そして、粒子状重合体(A)は、エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位、水酸基を有する不飽和単量体単位の少なくとも何れか一方を含むことが好ましく、少なくともエチレン性不飽和カルボン酸単量体単位を含むことがより好ましい。 Further, as described above, the positive electrode particulate polymer (A) that is an acrylic / unsaturated nitrile copolymer contains at least one selected from the group consisting of a carboxyl group, a hydroxyl group, a sulfonic acid group, and a thiol group. The particulate polymer (A) is preferably an ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer unit, an unsaturated monomer unit having a hydroxyl group, an unsaturated monomer unit having a sulfonic acid group, or a single unit having a thiol group. It is preferable to include at least one selected from the group consisting of monomer units in the above-described content ratio. The particulate polymer (A) preferably contains at least one of an ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer unit and an unsaturated monomer unit having a hydroxyl group, and at least an ethylenically unsaturated carboxylic acid unit. More preferably, it contains a monomer unit.
また、上述のように、本発明のバインダー組成物またはスラリー組成物が後述する架橋剤(C)を含む場合、アクリル/不飽和ニトリル共重合体である正極用粒子状重合体(A)は、架橋剤(C)と反応しうる官能基(上述のカルボキシル基、水酸基、チオール基、およびグリシジルエーテル基など)を有することが好ましい。 Further, as described above, when the binder composition or slurry composition of the present invention contains a crosslinking agent (C) described later, the particulate polymer for positive electrode (A) which is an acrylic / unsaturated nitrile copolymer is It preferably has a functional group (such as the above-described carboxyl group, hydroxyl group, thiol group, and glycidyl ether group) that can react with the crosslinking agent (C).
ここで、アクリル/不飽和ニトリル共重合体である正極用粒子状重合体(A)は、本発明の効果を著しく損なわない限り、上述した以外にも任意の繰り返し単位を含んでいてもよい。
粒子状重合体(A)における、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位、α,β-不飽和ニトリル単量体単位、エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位、水酸基を有する不飽和単量体単位、スルホン酸基を有する不飽和単量体単位、チオールを有する単量体単位以外の他の単量体単位の含有割合は、特に限定されないが、上限は合計量で6質量%以下が好ましく、4質量%以下がより好ましく、2質量%以下が特に好ましい。Here, the particulate polymer for positive electrode (A), which is an acrylic / unsaturated nitrile copolymer, may contain any repeating unit other than those described above as long as the effects of the present invention are not significantly impaired.
In the particulate polymer (A), a (meth) acrylate monomer unit, an α, β-unsaturated nitrile monomer unit, an ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer unit, an unsaturated monomer having a hydroxyl group The content ratio of other monomer units other than the body unit, the unsaturated monomer unit having a sulfonic acid group, and the monomer unit having a thiol is not particularly limited, but the upper limit is 6% by mass or less in total. Preferably, 4 mass% or less is more preferable, and 2 mass% or less is especially preferable.
[粒子状重合体(A)の製造方法]
そして、粒子状重合体(A)は、例えば、上述した単量体を含む単量体組成物を水系溶媒中で重合することにより製造される。
ここで、本発明において単量体組成物中の各単量体の含有割合は、粒子状重合体における単量体単位(繰り返し単位)の含有割合に準じて定めることができる。[Production method of particulate polymer (A)]
And a particulate polymer (A) is manufactured by polymerizing the monomer composition containing the monomer mentioned above in an aqueous solvent, for example.
Here, in the present invention, the content ratio of each monomer in the monomer composition can be determined according to the content ratio of the monomer units (repeating units) in the particulate polymer.
水系溶媒は粒子状重合体(A)が粒子状態で分散可能なものであれば格別限定されることはなく、通常、常圧における沸点が通常80℃以上、好ましくは100℃以上であり、通常350℃以下、好ましくは300℃以下の水系溶媒から選ばれる。 The aqueous solvent is not particularly limited as long as the particulate polymer (A) is dispersible in a particulate state, and usually has a boiling point at normal pressure of usually 80 ° C. or higher, preferably 100 ° C. or higher. It is selected from aqueous solvents at 350 ° C. or lower, preferably 300 ° C. or lower.
具体的には、水系溶媒としては、例えば、水;ダイアセトンアルコール、γ−ブチロラクトンなどのケトン類;エチルアルコール、イソプロピルアルコール、ノルマルプロピルアルコールなどのアルコール類;プロピレングリコールモノメチルエーテル、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、エチレングリコールターシャリーブチルエーテル、ブチルセロソルブ、3−メトキシ−3メチル−1−ブタノール、エチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルなどのグリコールエーテル類;1,3−ジオキソラン、1,4−ジオキソラン、テトラヒドロフランなどのエーテル類;などが挙げられる。中でも水は可燃性がなく、粒子状重合体(A)の粒子の分散体が容易に得られやすいという観点から特に好ましい。なお、主溶媒として水を使用して、粒子状重合体(A)の粒子の分散状態が確保可能な範囲において上記の水以外の水系溶媒を混合して用いてもよい。 Specifically, examples of the aqueous solvent include water; ketones such as diacetone alcohol and γ-butyrolactone; alcohols such as ethyl alcohol, isopropyl alcohol, and normal propyl alcohol; propylene glycol monomethyl ether, methyl cellosolve, and ethyl cellosolve. , Glycol ethers such as ethylene glycol tertiary butyl ether, butyl cellosolve, 3-methoxy-3methyl-1-butanol, ethylene glycol monopropyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, triethylene glycol monobutyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether; 1,3 -Ethers such as dioxolane, 1,4-dioxolane and tetrahydrofuran; Among these, water is particularly preferable from the viewpoint that it is not flammable and a dispersion of particles of the particulate polymer (A) can be easily obtained. In addition, using water as a main solvent, you may mix and use aqueous solvents other than said water in the range which can ensure the dispersion state of the particle | grains of a particulate polymer (A).
重合方法は、特に限定されず、例えば溶液重合法、懸濁重合法、塊状重合法、乳化重合法などのいずれの方法も用いることができる。重合方法としては、例えばイオン重合、ラジカル重合、リビングラジカル重合などいずれの方法も用いることができる。なお、高分子量体が得やすいこと、並びに、重合物がそのまま水に分散した状態で得られるので再分散化の処理が不要であり、そのまま本発明のバインダー組成物の製造に供することができることなど、製造効率の観点からは、乳化重合法が特に好ましい。なお、乳化重合は、常法に従い行うことができる。 The polymerization method is not particularly limited, and any method such as a solution polymerization method, a suspension polymerization method, a bulk polymerization method, and an emulsion polymerization method can be used. As the polymerization method, any method such as ionic polymerization, radical polymerization, and living radical polymerization can be used. In addition, it is easy to obtain a high molecular weight body, and since the polymer is obtained as it is dispersed in water, it does not require redispersion treatment, and can be used for production of the binder composition of the present invention as it is. From the viewpoint of production efficiency, the emulsion polymerization method is particularly preferable. The emulsion polymerization can be performed according to a conventional method.
そして、重合に使用される乳化剤、分散剤、重合開始剤、重合助剤などは、一般に用いられるものを使用することができ、その使用量も、一般に使用される量とする。また重合に際しては、シード粒子を採用してシード重合を行ってもよい。また、重合条件も、重合方法および重合開始剤の種類などにより任意に選択することができる。 And generally used emulsifiers, dispersants, polymerization initiators, polymerization aids and the like used for the polymerization can be used, and the amount used is also generally used. In the polymerization, seed polymerization may be performed using seed particles. The polymerization conditions can also be arbitrarily selected depending on the polymerization method and the type of polymerization initiator.
ここで、上述した重合方法によって得られる粒子状重合体(A)の粒子の水系分散体は、例えばアルカリ金属(例えば、Li、Na、K、Rb、Cs)の水酸化物、アンモニア、無機アンモニウム化合物(例えばNH4Clなど)、有機アミン化合物(例えばエタノールアミン、ジエチルアミンなど)などを含む塩基性水溶液を用いて、pHが通常5以上であり、通常10以下、好ましくは9以下の範囲になるように調整してもよい。なかでも、アルカリ金属水酸化物によるpH調整は、集電体と電極合材層との密着性を向上させるので、好ましい。Here, the aqueous dispersion of particles of the particulate polymer (A) obtained by the polymerization method described above is, for example, alkali metal (for example, Li, Na, K, Rb, Cs) hydroxide, ammonia, inorganic ammonium. Using a basic aqueous solution containing a compound (for example, NH 4 Cl), an organic amine compound (for example, ethanolamine, diethylamine), etc., the pH is usually 5 or more, usually 10 or less, preferably 9 or less. You may adjust as follows. Of these, pH adjustment with an alkali metal hydroxide is preferable because it improves the adhesion between the current collector and the electrode mixture layer.
[粒子状重合体(A)の性状]
以下、本発明で使用する粒子状重合体(A)の性状について詳述する。[Properties of particulate polymer (A)]
Hereinafter, the properties of the particulate polymer (A) used in the present invention will be described in detail.
[[表面酸量]]
本発明において、粒子状重合体(A)の表面酸量とは、粒子状重合体(A)の固形分1g当たりの表面酸量をいう。ここで、粒子状重合体(A)の表面酸量は、以下の方法で算出することができる。[[Surface acid amount]]
In the present invention, the surface acid amount of the particulate polymer (A) refers to the surface acid amount per 1 g of the solid content of the particulate polymer (A). Here, the surface acid amount of the particulate polymer (A) can be calculated by the following method.
まず、粒子状重合体(A)を含む水分散液(固形分濃度2%)を調製する。蒸留水で洗浄した容量150mlのガラス容器に、前記粒子状重合体(A)を含む水分散液を50g入れ、溶液電導率計にセットして攪拌する。なお、攪拌は、後述する塩酸の添加が終了するまで継続する。
粒子状重合体(A)を含む水分散液の電気伝導度が2.5〜3.0mSになるように、0.1規定の水酸化ナトリウム水溶液を、粒子状重合体を含む水分散液に添加する。その後、5分経過してから、電気伝導度を測定する。この値を測定開始時の電気伝導度とする。
さらに、この粒子状重合体(A)を含む水分散液に0.1規定の塩酸を0.5ml添加して、30秒後に電気伝導度を測定する。その後、再び0.1規定の塩酸を0.5ml添加して、30秒後に電気伝導度を測定する。この操作を、30秒間隔で、粒子状重合体(A)を含む水分散液の電気伝導度が測定開始時の電気伝導度以上になるまで繰り返し行う。
得られた電気伝導度データを、電気伝導度(単位「mS」)を縦軸(Y座標軸)、添加した塩酸の累計量(単位「mmol」)を横軸(X座標軸)としたグラフ上にプロットする。これにより、図1のように3つの変曲点を有する塩酸量−電気伝導度曲線が得られる。3つの変曲点のX座標及び塩酸添加終了時のX座標を、値が小さい方から順にそれぞれP1、P2、P3及びP4とする。X座標が、零から座標P1まで、座標P1から座標P2まで、座標P2から座標P3まで、及び、座標P3から座標P4まで、の4つの区分内のデータについて、それぞれ、最小二乗法により近似直線L1、L2、L3及びL4を求める。近似直線L1と近似直線L2との交点のX座標をA1(mmol)、近似直線L2と近似直線L3との交点のX座標をA2(mmol)、近似直線L3と近似直線L4との交点のX座標をA3(mmol)とする。
粒子状重合体(A)1g当たりの表面酸量は、下記の式(a)から、塩酸換算した値(mmol/g)として、与えられる。なお、粒子状重合体(A)1g当たりの水相中の酸量(粒子状重合体を含む水分散液における水相中に存在する酸の量であって粒子状重合体の固形分1g当たりの酸量、「粒子状重合体(A)の水相中の酸量」ともいう)は、下記の式(b)から、塩酸換算した値(mmol/g)として、与えられる。また、水中に分散した粒子状重合体(A)1g当たりの総酸量は、下記式(c)に表すように、式(a)及び式(b)の合計となる。
(a) 粒子状重合体(A)1g当たりの表面酸量=A2−A1
(b) 粒子状重合体(A)1g当たりの水相中の酸量=A3−A2
(c) 水中に分散した粒子状重合体(A)1g当たりの総酸基量=A3−A1First, an aqueous dispersion (solid content concentration 2%) containing the particulate polymer (A) is prepared. In a glass container having a capacity of 150 ml washed with distilled water, 50 g of the aqueous dispersion containing the particulate polymer (A) is placed, and set in a solution conductivity meter and stirred. Stirring is continued until addition of hydrochloric acid described later is completed.
An aqueous 0.1N sodium hydroxide solution was added to the aqueous dispersion containing the particulate polymer so that the electrical conductivity of the aqueous dispersion containing the particulate polymer (A) was 2.5 to 3.0 mS. Added. Thereafter, after 5 minutes, the electrical conductivity is measured. This value is the electrical conductivity at the start of measurement.
Further, 0.5 ml of 0.1 N hydrochloric acid is added to the aqueous dispersion containing the particulate polymer (A), and the electrical conductivity is measured after 30 seconds. Thereafter, 0.5 ml of 0.1 N hydrochloric acid is added again, and the electrical conductivity is measured after 30 seconds. This operation is repeated at intervals of 30 seconds until the electrical conductivity of the aqueous dispersion containing the particulate polymer (A) becomes equal to or higher than the electrical conductivity at the start of measurement.
The obtained electric conductivity data is plotted on a graph with the electric conductivity (unit “mS”) on the vertical axis (Y coordinate axis) and the cumulative amount of added hydrochloric acid (unit “mmol”) on the horizontal axis (X coordinate axis). Plot. As a result, a hydrochloric acid amount-electric conductivity curve having three inflection points as shown in FIG. 1 is obtained. The X coordinate of the three inflection points and the X coordinate at the end of the addition of hydrochloric acid are P1, P2, P3, and P4 in order from the smallest value. X-coordinates are approximate straight lines by the least squares method for the data in the four sections, from zero to coordinate P1, from coordinate P1 to coordinate P2, from coordinate P2 to coordinate P3, and from coordinate P3 to coordinate P4. L1, L2, L3 and L4 are obtained. The X coordinate of the intersection of the approximate line L1 and the approximate line L2 is A1 (mmol), the X coordinate of the intersection of the approximate line L2 and the approximate line L3 is A2 (mmol), and the X point of the intersection of the approximate line L3 and the approximate line L4 The coordinates are A3 (mmol).
The surface acid amount per 1 g of the particulate polymer (A) is given as a value (mmol / g) in terms of hydrochloric acid from the following formula (a). The amount of acid in the aqueous phase per gram of the particulate polymer (A) (the amount of acid present in the aqueous phase in the aqueous dispersion containing the particulate polymer per gram of solid content of the particulate polymer) The acid amount of the polymer (also referred to as “the acid amount in the aqueous phase of the particulate polymer (A)”) is given as a value (mmol / g) converted to hydrochloric acid from the following formula (b). Further, the total acid amount per 1 g of the particulate polymer (A) dispersed in water is the sum of the formula (a) and the formula (b) as represented by the following formula (c).
(A) Particulate polymer (A) Surface acid amount per gram = A2-A1
(B) Particulate polymer (A) Acid amount in aqueous phase per gram = A3-A2
(C) Total amount of acid groups per 1 g of particulate polymer (A) dispersed in water = A3-A1
粒子状重合体(A)の表面酸量は、好ましくは0.01mmol/g以上、より好ましくは0.05mmol/g以上、特に好ましくは0.1mmol/g以上であり、好ましくは1.0mmol/g以下、より好ましくは0.5mmol/g以下、さらに好ましくは0.38mmol/g以下、さらにより好ましくは0.3mmol/g以下、特に好ましくは0.2mmol/g以下である。
表面酸量が0.01mmol/g以上であることで、粒子状重合体(A)の水に対する濡れ性が改善され、これにより、水中において粒子状重合体(A)がより好適に分散することとなり、スラリー組成物の貯蔵安定性が向上する。また、粒子状重合体(A)の濡れ性の改善によりスラリー組成物の塗布性を改善され、欠陥の少ない電極合材層を製造できるようになるため、二次電池の低温出力特性を改善することができる。加えて、粒子状重合体(A)の表面酸量が0.01mmol/g以上であると、粒子状重合体を含む水分散液の表面張力が低下し、粒子状重合体を含む水分散液の電極活物質及び集電体に対する濡れ性を改善できる。このため、スラリー組成物を集電体に塗布する際のマイグレーションが抑制され、電極合材層と集電体の密着性を高めることができ、併せて二次電池のサイクル特性を改善することができる。
一方、粒子状重合体(A)の表面酸量が1.0mmol/g以下であることで、電極合材層と集電体の密着性を向上させることができる。The surface acid amount of the particulate polymer (A) is preferably 0.01 mmol / g or more, more preferably 0.05 mmol / g or more, particularly preferably 0.1 mmol / g or more, preferably 1.0 mmol / g. g or less, more preferably 0.5 mmol / g or less, further preferably 0.38 mmol / g or less, even more preferably 0.3 mmol / g or less, and particularly preferably 0.2 mmol / g or less.
When the surface acid amount is 0.01 mmol / g or more, the wettability of the particulate polymer (A) with respect to water is improved, whereby the particulate polymer (A) is more suitably dispersed in water. Thus, the storage stability of the slurry composition is improved. In addition, the wettability of the particulate polymer (A) improves the applicability of the slurry composition and makes it possible to produce an electrode mixture layer with fewer defects, thus improving the low-temperature output characteristics of the secondary battery. be able to. In addition, when the surface acid amount of the particulate polymer (A) is 0.01 mmol / g or more, the surface tension of the aqueous dispersion containing the particulate polymer is lowered, and the aqueous dispersion containing the particulate polymer. The wettability with respect to the electrode active material and the current collector can be improved. For this reason, migration at the time of applying the slurry composition to the current collector is suppressed, the adhesion between the electrode mixture layer and the current collector can be enhanced, and the cycle characteristics of the secondary battery can be improved. it can.
On the other hand, when the surface acid amount of the particulate polymer (A) is 1.0 mmol / g or less, the adhesion between the electrode mixture layer and the current collector can be improved.
粒子状重合体(A)の表面酸量は、例えば、粒子状重合体(A)を構成する単量体単位の種類及びその割合、そして重合方法の変更により制御しうる。
より具体的には、例えば、エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位の種類及びその割合を調整することにより、表面酸量を効率的に制御することができる。通常は、エチレン性不飽和カルボン酸単量体のうちでも、単量体一分子中のカルボキシル基の数が多いもの(イタコン酸など)を用いると、表面酸量が上昇し易い傾向がある。The surface acid amount of the particulate polymer (A) can be controlled, for example, by changing the type and ratio of the monomer units constituting the particulate polymer (A) and the polymerization method.
More specifically, for example, the amount of surface acid can be efficiently controlled by adjusting the type and ratio of the ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer unit. Usually, among ethylenically unsaturated carboxylic acid monomers, the use of a monomer having a large number of carboxyl groups in one molecule (such as itaconic acid) tends to increase the surface acid amount.
[[その他の粒子状重合体(A)の性状]]
粒子状重合体(A)の金属成分含有量(Na含有量とK含有量の合計)は、好ましくは10000ppm以下、より好ましくは7000ppm以下、特に好ましくは5000ppm以下である。粒子状重合体(A)の金属成分含有量が10000ppm以下あることで、粒子状重合体(A)を用いた電極を備える二次電池において、長期保存によるガス発生が抑制されるので、二次電池の保存特性を向上させることができる。なお、NaやKは、それらを含有する重合開始剤の使用や、粒子状重合体(A)のpH調整のための塩基の使用などにより混入する。
なお、粒子状重合体(A)の金属成分含有量は、本明細書の実施例に記載の測定方法を用いて測定することができる。[[Properties of other particulate polymer (A)]]
The metal component content (total of Na content and K content) of the particulate polymer (A) is preferably 10,000 ppm or less, more preferably 7000 ppm or less, and particularly preferably 5000 ppm or less. Since the content of the metal component in the particulate polymer (A) is 10000 ppm or less, in the secondary battery including the electrode using the particulate polymer (A), gas generation due to long-term storage is suppressed, The storage characteristics of the battery can be improved. Na and K are mixed by using a polymerization initiator containing them or using a base for adjusting the pH of the particulate polymer (A).
In addition, metal component content of a particulate polymer (A) can be measured using the measuring method as described in the Example of this specification.
粒子状重合体(A)の個数平均粒径は、好ましくは50nm以上、より好ましくは70nm以上であり、好ましくは500nm以下、より好ましくは400nm以下である。また、個数平均粒径の標準偏差は好ましくは30nm以下、より好ましくは15nm以下である。個数平均粒径と標準偏差とが上記範囲にあることで、得られる電極の強度および柔軟性を良好にできる。なお、粒子状重合体(A)個数平均粒径は、透過型電子顕微鏡法によって容易に測定することができる。粒子径とその分布は、シード粒子の数とその粒子径とによって制御することができる。 The number average particle diameter of the particulate polymer (A) is preferably 50 nm or more, more preferably 70 nm or more, preferably 500 nm or less, more preferably 400 nm or less. The standard deviation of the number average particle diameter is preferably 30 nm or less, more preferably 15 nm or less. When the number average particle diameter and the standard deviation are in the above ranges, the strength and flexibility of the obtained electrode can be improved. The number average particle diameter of the particulate polymer (A) can be easily measured by transmission electron microscopy. The particle size and its distribution can be controlled by the number of seed particles and their particle size.
<親水性有機繊維(B)>
親水性有機繊維(B)は、本発明のバインダー組成物やスラリー組成物において分散媒として使用される水系媒体や、二次電池の電解液に溶解せず、それらの中においても、その形状が維持される繊維である。また親水性有機繊維は、電気化学的にも安定であるため二次電池の使用中も、電極合材層中で安定に存在する。なお、本発明において、「繊維」とは、走査型電子顕微鏡で測定したアスペクト比が10以上のものを指す。また、本発明において親水性有機繊維が「親水性」であるとは、有機繊維が水素結合を形成し得る官能基を有することを指す。親水性有機繊維中の水素結合を形成し得る官能基としては、水酸基、カルボキシル基、アミノ基などが挙げられる。
そして、通常、親水性有機繊維(B)は、25℃において、親水性有機繊維(B)0.5gを100gの水に溶解した際に、不溶分が90質量%以上となる。<Hydrophilic organic fiber (B)>
The hydrophilic organic fiber (B) does not dissolve in the aqueous medium used as a dispersion medium in the binder composition or slurry composition of the present invention or the electrolyte solution of the secondary battery, and the shape thereof is also included in them. The fiber that is maintained. Further, since the hydrophilic organic fiber is electrochemically stable, it is stably present in the electrode mixture layer even during use of the secondary battery. In the present invention, “fiber” refers to a fiber having an aspect ratio of 10 or more measured with a scanning electron microscope. In the present invention, the hydrophilic organic fiber being “hydrophilic” means that the organic fiber has a functional group capable of forming a hydrogen bond. Examples of the functional group capable of forming a hydrogen bond in the hydrophilic organic fiber include a hydroxyl group, a carboxyl group, and an amino group.
And normally, when 25 g of the hydrophilic organic fiber (B) is dissolved in 100 g of water at 25 ° C., the insoluble content becomes 90% by mass or more.
具体的な親水性有機繊維(B)としては、セルロース、キチン、キトサンなどの多糖類から構成される繊維、水素結合を形成し得る官能基を有する合成高分子から構成される繊維(例えば、ポリエステル繊維、ポリアクリロニトリル繊維、ポリアラミド繊維、ポリアミドイミド繊維、ポリイミド繊維など)などが挙げられる。なお、セルロースは水素結合を形成し得る官能基として少なくとも水酸基を含み、キチンは水素結合を形成し得る官能基として少なくとも水酸基を含み、キトサンは水素結合を形成し得る官能基として少なくとも水酸基及びアミノ基を含む。これらは、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。 Specific hydrophilic organic fibers (B) include fibers composed of polysaccharides such as cellulose, chitin and chitosan, fibers composed of synthetic polymers having functional groups capable of forming hydrogen bonds (for example, polyester) Fiber, polyacrylonitrile fiber, polyaramid fiber, polyamideimide fiber, polyimide fiber, etc.). Cellulose contains at least a hydroxyl group as a functional group capable of forming a hydrogen bond, chitin contains at least a hydroxyl group as a functional group capable of forming a hydrogen bond, and chitosan has at least a hydroxyl group and an amino group as functional groups capable of forming a hydrogen bond. including. These may be used alone or in combination of two or more.
スラリー組成物から形成される電極合材層を優れたものとする観点から、該スラリー組成物は良好なチキソ性を有していることが好ましい。このためスラリー組成物中において、親水性有機繊維(B)は粒子状重合体(A)と好適な擬似架橋構造を形成していることが好ましい。そして親水性有機繊維(B)は、粒子状重合体(A)との相互作用を強めるために水酸基を有する有機繊維であることが好ましく、セルロースであることがより好ましい。 From the viewpoint of improving the electrode mixture layer formed from the slurry composition, the slurry composition preferably has good thixotropy. For this reason, in the slurry composition, it is preferable that the hydrophilic organic fiber (B) forms a suitable pseudo-crosslinked structure with the particulate polymer (A). The hydrophilic organic fiber (B) is preferably an organic fiber having a hydroxyl group, and more preferably cellulose, in order to enhance the interaction with the particulate polymer (A).
また、親水性有機繊維(B)は、平均繊維径が、好ましくは1nm以上、より好ましくは10nm以上、特に好ましくは20nm以上であり、好ましくは1000nm以下、より好ましくは100nm以下、さらに好ましくは70nm以下、特に好ましくは50nm以下である。親水性有機繊維(B)の平均繊維径が1nm以上であることで、親水性有機繊維(B)が凝集し難く、繊維の分散性を十分に確保することができ、本発明のバインダー組成物を含むスラリー組成物の貯蔵安定性を向上させることができる。一方、親水性有機繊維(B)の平均繊維径が1000nm以下であることでも、親水性有機繊維(B)が太過ぎず、繊維の分散性を十分に確保することができ、本発明のバインダー組成物を含むスラリー組成物の貯蔵安定性を向上させることができる。さらに、親水性有機繊維(B)の平均繊維径が1000nm以下であることで、繊維が十分にほぐれており分散性に優れるため、電極合材層と集電体の密着性を向上させることができる。
なお、本発明において、「平均繊維径」は、走査型電子顕微鏡を用いて測定した、任意に選択した100個の繊維の短径の平均値として求めることができる。The hydrophilic organic fiber (B) has an average fiber diameter of preferably 1 nm or more, more preferably 10 nm or more, particularly preferably 20 nm or more, preferably 1000 nm or less, more preferably 100 nm or less, and further preferably 70 nm. Hereinafter, it is particularly preferably 50 nm or less. When the average fiber diameter of the hydrophilic organic fibers (B) is 1 nm or more, the hydrophilic organic fibers (B) are less likely to aggregate, and the dispersibility of the fibers can be sufficiently secured, and the binder composition of the present invention. The storage stability of the slurry composition containing can be improved. On the other hand, even when the average fiber diameter of the hydrophilic organic fiber (B) is 1000 nm or less, the hydrophilic organic fiber (B) is not too thick, and the dispersibility of the fiber can be sufficiently secured, and the binder of the present invention. The storage stability of the slurry composition containing the composition can be improved. Furthermore, since the average fiber diameter of the hydrophilic organic fibers (B) is 1000 nm or less, the fibers are sufficiently loosened and excellent in dispersibility, so that the adhesion between the electrode mixture layer and the current collector can be improved. it can.
In the present invention, the “average fiber diameter” can be determined as an average value of the short diameters of 100 arbitrarily selected fibers measured using a scanning electron microscope.
親水性有機繊維(B)の平均繊維長は、好ましくは50μm以上、より好ましくは60μm以上、特に好ましくは70μm以上であり、好ましくは1000μm以下、より好ましくは500μm以下、特に好ましくは200μm以下である。親水性有機繊維(B)の平均繊維長が50μm以上であることで、繊維が十分な長さを有するため、本発明のバインダー組成物を含むスラリー組成物の乾燥中における粒子状重合体(A)のマイグレーションを好適に抑制することができ、電極活物質層と集電体の密着性を向上させることができる。一方、親水性有機繊維(B)の平均繊維長が1000μm以下であることで、本発明のバインダー組成物を含むスラリー組成物中での繊維の分散性が確保され、スラリー組成物の貯蔵安定性を向上させることができる。
なお、本発明において、「平均繊維長」は、走査型電子顕微鏡を用いて測定した、任意に選択した100個の繊維の長径の平均値として求めることができる。The average fiber length of the hydrophilic organic fiber (B) is preferably 50 μm or more, more preferably 60 μm or more, particularly preferably 70 μm or more, preferably 1000 μm or less, more preferably 500 μm or less, particularly preferably 200 μm or less. . When the average fiber length of the hydrophilic organic fiber (B) is 50 μm or more, the fiber has a sufficient length. Therefore, the particulate polymer (A) during drying of the slurry composition containing the binder composition of the present invention ) Can be suitably suppressed, and the adhesion between the electrode active material layer and the current collector can be improved. On the other hand, when the average fiber length of the hydrophilic organic fibers (B) is 1000 μm or less, the dispersibility of the fibers in the slurry composition containing the binder composition of the present invention is secured, and the storage stability of the slurry composition. Can be improved.
In the present invention, the “average fiber length” can be determined as an average value of the long diameters of 100 arbitrarily selected fibers measured using a scanning electron microscope.
そして、親水性有機繊維(B)のアスペクト比(平均繊維長/平均繊維径)は、好ましくは100以上、より好ましくは500以上、特に好ましくは1000以上であり、好ましくは10000以下、より好ましくは7500以下、特に好ましくは5000以下である。親水性有機繊維(B)のアスペクト比を上述の範囲とすることで、スラリー組成物中での繊維の分散性が確保され、スラリー組成物の貯蔵安定性を向上させることができる。 The aspect ratio (average fiber length / average fiber diameter) of the hydrophilic organic fiber (B) is preferably 100 or more, more preferably 500 or more, particularly preferably 1000 or more, preferably 10,000 or less, more preferably It is 7500 or less, particularly preferably 5000 or less. By setting the aspect ratio of the hydrophilic organic fiber (B) in the above-described range, the dispersibility of the fiber in the slurry composition is ensured, and the storage stability of the slurry composition can be improved.
本発明のバインダー組成物は、粒子状重合体(A)100質量部当たり、親水性有機繊維(B)を0.01質量部以上20質量部以下含有することが必要であり、好ましくは0.1質量部以上、より好ましくは2質量部以上、特に好ましくは5質量部以上含有し、好ましくは15質量部以下、より好ましくは8質量部以下、特に好ましくは7質量部以下含有する。バインダー組成物中、親水性有機繊維(B)の含有量が粒子状重合体(A)100質量部当たり0.01質量部未満であると、該バインダー組成物を用いて得られるスラリー組成物の良好なチキソ性および粒子状重合体(A)のマイグレーション抑制効果が得られずに、電極合材層と集電体の密着性を確保することができない。一方、親水性有機繊維(B)の含有量が粒子状重合体(A)100質量部当たり20質量部を超えると、親水性有機繊維(B)と相まって粒子状重合体(A)が凝集し易くなり、スラリー組成物の貯蔵安定性を確保することができない。また、親水性有機繊維(B)の含有量が粒子状重合体(A)100質量部当たり20質量部を超えると、粒子重合体(A)に比して結着力の弱い親水性有機繊維(B)の量が過剰となる結果、電極合材層と集電体の密着強度が低下する。 The binder composition of the present invention is required to contain 0.01 to 20 parts by mass of the hydrophilic organic fiber (B) per 100 parts by mass of the particulate polymer (A). 1 part by mass or more, more preferably 2 parts by mass or more, particularly preferably 5 parts by mass or more, preferably 15 parts by mass or less, more preferably 8 parts by mass or less, particularly preferably 7 parts by mass or less. In the binder composition, when the content of the hydrophilic organic fiber (B) is less than 0.01 parts by mass per 100 parts by mass of the particulate polymer (A), the slurry composition obtained using the binder composition Good thixotropy and the migration suppressing effect of the particulate polymer (A) cannot be obtained, and the adhesion between the electrode mixture layer and the current collector cannot be ensured. On the other hand, when the content of the hydrophilic organic fiber (B) exceeds 20 parts by mass per 100 parts by mass of the particulate polymer (A), the particulate polymer (A) aggregates together with the hydrophilic organic fiber (B). It becomes easy and the storage stability of a slurry composition cannot be ensured. Further, when the content of the hydrophilic organic fiber (B) exceeds 20 parts by mass per 100 parts by mass of the particulate polymer (A), the hydrophilic organic fiber (which has a lower binding force than the particle polymer (A)) ( As a result of the excessive amount of B), the adhesion strength between the electrode mixture layer and the current collector is lowered.
<架橋剤(C)>
本発明のバインダー組成物は、それを含むスラリー組成物から形成される電極合材層(特に負極合材層)と集電体の密着性を向上させるべく、架橋剤(C)を含むことが好ましい。これは、架橋剤(C)を含むことで、粒子状重合体(A)、親水性有機繊維(B)が、加熱などにより架橋構造を形成するためであると推察される。
即ち、本発明のバインダー組成物を含むスラリー組成物は、例えば集電体上で乾燥のため加熱などの処理を施すことにより、スラリー組成物中に含まれている粒子状重合体(A)および親水性有機繊維(B)が架橋剤(C)を介して架橋構造を形成する。その結果、粒子状重合体(A)同士、粒子状重合体(A)と親水性有機繊維(B)、および、親水性有機繊維(B)同士の架橋により、弾性率、引っ張り破断強度、応力緩和などの機械的特性や、接着性に優れ、且つ、水への溶解度が小さい(即ち耐水性に優れる)架橋構造が得られる。そのため、架橋剤(C)を含有するバインダー組成物を用いて得られるスラリー組成物を二次電池の電極の形成に用いれば、電極合材層と集電体との高い密着性を確保することができると推察される。<Crosslinking agent (C)>
The binder composition of the present invention may contain a crosslinking agent (C) in order to improve the adhesion between the electrode mixture layer (particularly the negative electrode mixture layer) formed from the slurry composition containing the binder composition and the current collector. preferable. This is presumed to be because the particulate polymer (A) and the hydrophilic organic fiber (B) form a crosslinked structure by heating or the like by including the crosslinking agent (C).
That is, the slurry composition containing the binder composition of the present invention is subjected to a treatment such as heating for drying on a current collector, for example, so that the particulate polymer (A) contained in the slurry composition and The hydrophilic organic fiber (B) forms a crosslinked structure via the crosslinking agent (C). As a result, the elastic modulus, tensile rupture strength, stress due to cross-linking of the particulate polymer (A), the particulate polymer (A) and the hydrophilic organic fiber (B), and the hydrophilic organic fiber (B). A crosslinked structure having excellent mechanical properties such as relaxation, adhesiveness and low water solubility (that is, excellent water resistance) can be obtained. Therefore, if the slurry composition obtained by using the binder composition containing the crosslinking agent (C) is used for forming the electrode of the secondary battery, high adhesion between the electrode mixture layer and the current collector is ensured. It is inferred that
ここで、架橋剤(C)は、粒子状重合体(A)および親水性有機繊維(B)、詳細にはこれらに含まれる官能基と反応する官能基を有する化合物であれば特に限定されないが、1分子中に反応性の官能基を好ましくは2以上有する化合物であることが好ましい。ここで、架橋剤(C)中の反応性の官能基とは、粒子状重合体(A)および親水性有機繊維(B)中に含まれる官能基(水酸基、カルボキシル基、アミノ基など)と反応しうる官能基をいい、例えば、エポキシ基(グリシジル基、グリシジルエーテル基を含む)、オキサゾリン基、カルボジイミド基、水酸基などが挙げられる。 Here, the cross-linking agent (C) is not particularly limited as long as it is a compound having a functional group that reacts with the particulate polymer (A) and the hydrophilic organic fiber (B), specifically the functional group contained therein. A compound having preferably 2 or more reactive functional groups in one molecule is preferable. Here, the reactive functional group in the crosslinking agent (C) is a functional group (hydroxyl group, carboxyl group, amino group, etc.) contained in the particulate polymer (A) and the hydrophilic organic fiber (B). It refers to a functional group that can react, and examples thereof include an epoxy group (including a glycidyl group and a glycidyl ether group), an oxazoline group, a carbodiimide group, and a hydroxyl group.
具体的には、架橋剤(C)としては、例えば、反応性の官能基としてエポキシ基を有する多官能エポキシ化合物、反応性の官能基としてオキサゾリン基を有するオキサゾリン化合物、反応性の官能基としてカルボジイミド基を有するカルボジイミド化合物が挙げられる。
以下、多官能エポキシ化合物、オキサゾリン化合物、カルボジイミド化合物について詳述する。Specifically, as the crosslinking agent (C), for example, a polyfunctional epoxy compound having an epoxy group as a reactive functional group, an oxazoline compound having an oxazoline group as a reactive functional group, and a carbodiimide as a reactive functional group Examples thereof include carbodiimide compounds having a group.
Hereinafter, the polyfunctional epoxy compound, the oxazoline compound, and the carbodiimide compound will be described in detail.
[多官能エポキシ化合物]
多官能エポキシ化合物は、1分子中に2以上のエポキシ基を有する化合物である。そして、多官能エポキシ化合物としては、上述した反応性の官能基を、1分子中に好ましくは6未満、より好ましくは4未満有する化合物が好ましい。1分子中の反応性の官能基の数(架橋剤(C)として使用した多官能エポキシ化合物の平均値)が上記の範囲であることで、各成分の凝集による沈降が発生することを防ぎ、スラリー組成物の貯蔵安定性を確保することができる。
なお、多官能エポキシ化合物としては、例えば脂肪族ポリグリシジルエーテル、芳香族ポリグリシジルエーテル、ジグリシジルエーテルなどの多官能グリシジルエーテル化合物が好ましい。1分子中に2以上のグリシジルエーテル基を有する多官能グリシジルエーテル化合物は、電解液との親和性が特に優れているため、架橋剤(C)として使用した場合に、二次電池を製造する際の電解液の注液性が特に向上するからである。[Polyfunctional epoxy compound]
The polyfunctional epoxy compound is a compound having two or more epoxy groups in one molecule. And as a polyfunctional epoxy compound, the compound which has the reactive functional group mentioned above preferably in less than 6, more preferably less than 4 in 1 molecule is preferred. The number of reactive functional groups in one molecule (the average value of the polyfunctional epoxy compound used as the crosslinking agent (C)) is within the above range, thereby preventing sedimentation due to aggregation of each component, The storage stability of the slurry composition can be ensured.
In addition, as a polyfunctional epoxy compound, polyfunctional glycidyl ether compounds, such as aliphatic polyglycidyl ether, aromatic polyglycidyl ether, diglycidyl ether, are preferable, for example. A polyfunctional glycidyl ether compound having two or more glycidyl ether groups in one molecule is particularly excellent in affinity with an electrolytic solution. Therefore, when used as a crosslinking agent (C), a secondary battery is produced. This is because the pouring property of the electrolyte is particularly improved.
[オキサゾリン化合物]
オキサゾリン化合物は、その分子中に、オキサゾリン基を有し、かつ、粒子状重合体(A)間、粒子状重合体(A)と親水性有機繊維(B)との間、および、親水性有機繊維(B)間に架橋構造を形成し得る架橋性化合物であれば特に限定されない。そして、オキサゾリン化合物としては、例えば、分子中にオキサゾリン基を2つ以上有する化合物が好ましい。なお、オキサゾリン基の水素原子の一部または全部は、他の基により置換されていてもよい。このような分子中にオキサゾリン基を2つ以上有する化合物としては、例えば、分子中にオキサゾリン基を2つ有する化合物(2価のオキサゾリン化合物)、オキサゾリン基を含有する重合体(オキサゾリン基含有重合体)が挙げられる。[Oxazoline compound]
The oxazoline compound has an oxazoline group in its molecule, and is between the particulate polymer (A), between the particulate polymer (A) and the hydrophilic organic fiber (B), and hydrophilic organic. There is no particular limitation as long as it is a crosslinkable compound that can form a crosslinked structure between fibers (B). And as an oxazoline compound, the compound which has 2 or more of oxazoline groups in a molecule | numerator is preferable, for example. In addition, some or all of the hydrogen atoms of the oxazoline group may be substituted with other groups. Examples of the compound having two or more oxazoline groups in the molecule include, for example, a compound having two oxazoline groups in the molecule (a divalent oxazoline compound), a polymer containing an oxazoline group (an oxazoline group-containing polymer) ).
[[2価のオキサゾリン化合物]]
2価のオキサゾリン化合物としては、例えば、2,2'−ビス(2−オキサゾリン)、2,2'−ビス(4−メチル−2−オキサゾリン)、2,2'−ビス(4,4−ジメチル−2−オキサゾリン)、2,2'−ビス(4−エチル−2−オキサゾリン)、2,2'−ビス(4,4'−ジエチル−2−オキサゾリン)、2,2'−ビス(4−プロピル−2−オキサゾリン)、2,2'−ビス(4−ブチル−2−オキサゾリン)、2,2'−ビス(4−ヘキシル−2−オキサゾリン)、2,2'−ビス(4−フェニル−2−オキサゾリン)、2,2'−ビス(4−シクロヘキシル−2−オキサゾリン)、2,2'−ビス(4−ベンジル−2−オキサゾリン)などが挙げられる。中でも、より剛直な架橋構造を形成する観点から、2,2'−ビス(2−オキサゾリン)が好ましい。[[Divalent Oxazoline Compound]]
Examples of the divalent oxazoline compound include 2,2′-bis (2-oxazoline), 2,2′-bis (4-methyl-2-oxazoline), and 2,2′-bis (4,4-dimethyl). -2-oxazoline), 2,2′-bis (4-ethyl-2-oxazoline), 2,2′-bis (4,4′-diethyl-2-oxazoline), 2,2′-bis (4- Propyl-2-oxazoline), 2,2′-bis (4-butyl-2-oxazoline), 2,2′-bis (4-hexyl-2-oxazoline), 2,2′-bis (4-phenyl-) 2-oxazoline), 2,2′-bis (4-cyclohexyl-2-oxazoline), 2,2′-bis (4-benzyl-2-oxazoline) and the like. Among these, 2,2′-bis (2-oxazoline) is preferable from the viewpoint of forming a more rigid cross-linked structure.
[[オキサゾリン基含有重合体]]
オキサゾリン基含有重合体は、オキサゾリン基を含有する重合体であれば特に限定されない。なお本明細書において、オキサゾリン基含有重合体には上述の2価のオキサゾリン化合物は含まれない。
そして、オキサゾリン基含有重合体は、例えば、以下の式(I)で表されるオキサゾリン基含有単量体と、他の単量体とを共重合することにより合成することができる。[[Oxazoline group-containing polymer]]
The oxazoline group-containing polymer is not particularly limited as long as it is a polymer containing an oxazoline group. In the present specification, the above-mentioned divalent oxazoline compound is not included in the oxazoline group-containing polymer.
The oxazoline group-containing polymer can be synthesized, for example, by copolymerizing an oxazoline group-containing monomer represented by the following formula (I) with another monomer.
式(I)において、ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などが挙げられる。中でも、フッ素原子および塩素原子が好ましい。 In the formula (I), examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom. Among these, a fluorine atom and a chlorine atom are preferable.
式(I)において、アルキル基としては、例えば、炭素数1以上8以下のアルキル基が挙げられる。中でも、炭素数1以上4以下のアルキル基が好ましい。 In the formula (I), examples of the alkyl group include alkyl groups having 1 to 8 carbon atoms. Among these, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms is preferable.
式(I)において、置換基を有していてもよいアリール基としては、例えば、ハロゲン原子などの置換基を有していてもよいアリール基などが挙げられる。アリール基としては、例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基、ビフェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基などの炭素数6以上18以下のアリール基などが挙げられる。そして、置換基を有していてもよいアリール基としては、置換基を有していてもよい炭素数6以上12以下のアリール基が好ましい。 In the formula (I), examples of the aryl group which may have a substituent include an aryl group which may have a substituent such as a halogen atom. Examples of the aryl group include aryl groups having 6 to 18 carbon atoms such as phenyl group, tolyl group, xylyl group, biphenyl group, naphthyl group, anthryl group, and phenanthryl group. And as an aryl group which may have a substituent, a C6-C12 aryl group which may have a substituent is preferable.
式(I)において、前記置換基を有していてもよいアラルキル基としては、例えば、ハロゲン原子などの置換基を有していてもよいアラルキル基などが挙げられる。アラルキル基としては、例えば、ベンジル基、フェニルエチル基、メチルベンジル基、ナフチルメチル基などの炭素数7以上18以下のアラルキル基などが挙げられる。そして、置換基を有していてもよいアラルキル基としては、置換基を有していてもよい炭素数7以上12以下のアラルキル基が好ましい。 In the formula (I), examples of the aralkyl group which may have a substituent include an aralkyl group which may have a substituent such as a halogen atom. Examples of the aralkyl group include aralkyl groups having 7 to 18 carbon atoms such as a benzyl group, a phenylethyl group, a methylbenzyl group, and a naphthylmethyl group. And as an aralkyl group which may have a substituent, the C7-C12 aralkyl group which may have a substituent is preferable.
式(I)において、付加重合性不飽和結合を有する非環状有機基としては、例えば、ビニル基、アリル基、イソプロペニル基などの炭素数2以上8以下のアルケニル基などが挙げられる。中でも、ビニル基、アリル基およびイソプロペニル基が好ましい。 In the formula (I), examples of the acyclic organic group having an addition polymerizable unsaturated bond include alkenyl groups having 2 to 8 carbon atoms such as vinyl group, allyl group, isopropenyl group, and the like. Of these, vinyl group, allyl group and isopropenyl group are preferable.
式(I)で表されるオキサゾリン基含有単量体としては、例えば、2−ビニル−2−オキサゾリン、2−ビニル−4−メチル−2−オキサゾリン、2−ビニル−4−エチル−2−オキサゾリン、2−ビニル−4−プロピル−2−オキサゾリン、2−ビニル−4−ブチル−2−オキサゾリン、2−ビニル−5−メチル−2−オキサゾリン、2−ビニル−5−エチル−2−オキサゾリン、2−ビニル−5−プロピル−2−オキサゾリン、2−ビニル−5−ブチル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−4−メチル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−4−エチル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−4−プロピル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−4−ブチル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−5−メチル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−5−エチル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−5−プロピル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−5−ブチル−2−オキサゾリンなどが挙げられる。中でも、工業的に容易に入手することができることから、2−イソプロペニル−2−オキサゾリンが好ましい。これらオキサゾリン基含有単量体は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。 Examples of the oxazoline group-containing monomer represented by the formula (I) include 2-vinyl-2-oxazoline, 2-vinyl-4-methyl-2-oxazoline, 2-vinyl-4-ethyl-2-oxazoline. 2-vinyl-4-propyl-2-oxazoline, 2-vinyl-4-butyl-2-oxazoline, 2-vinyl-5-methyl-2-oxazoline, 2-vinyl-5-ethyl-2-oxazoline, 2 -Vinyl-5-propyl-2-oxazoline, 2-vinyl-5-butyl-2-oxazoline, 2-isopropenyl-2-oxazoline, 2-isopropenyl-4-methyl-2-oxazoline, 2-isopropenyl- 4-ethyl-2-oxazoline, 2-isopropenyl-4-propyl-2-oxazoline, 2-isopropenyl-4-butyl-2-oxazoline 2-isopropenyl-5-methyl-2-oxazoline, 2-isopropenyl-5-ethyl-2-oxazoline, 2-isopropenyl-5-propyl-2-oxazoline, 2-isopropenyl-5-butyl-2 -Oxazoline and the like. Among these, 2-isopropenyl-2-oxazoline is preferable because it can be easily obtained industrially. One of these oxazoline group-containing monomers may be used alone, or two or more thereof may be used in combination at any ratio.
そして、オキサゾリン基含有重合体の合成に用い得る他の単量体としては、共重合可能な既知の単量体であれば特に限定されないが、例えば、(メタ)アクリル酸単量体、(メタ)アクリル酸エステル単量体、および、芳香族系単量体などが好適に挙げられる。 The other monomer that can be used for the synthesis of the oxazoline group-containing polymer is not particularly limited as long as it is a known copolymerizable monomer. For example, a (meth) acrylic acid monomer, (meta ) Acrylic acid ester monomers and aromatic monomers are preferred.
[カルボジイミド化合物]
カルボジイミド化合物は、分子中に一般式(1):−N=C=N−・・・(1)で表されるカルボジイミド基を有し、粒子状重合体(A)間、粒子状重合体(A)と親水性有機繊維(B)との間、および、親水性有機繊維(B)間に架橋構造を形成し得る架橋性化合物であれば特に限定されない。そして、このようなカルボジイミド基を有する架橋剤(C)としては、例えば、カルボジイミド基を2つ以上有する化合物、具体的には、一般式(2):−N=C=N−R1・・・(2)[一般式(2)中、R1は2価の有機基を示す。]で表される繰返し単位を有するポリカルボジイミドおよび/または変性ポリカルボジイミドが好適に挙げられる。なお、本明細書において変性ポリカルボジイミドとは、ポリカルボジイミドに対して、後述する反応性化合物を反応させることによって得られる樹脂をいう。[Carbodiimide compound]
The carbodiimide compound has a carbodiimide group represented by the general formula (1): —N═C═N— (1) in the molecule, and the particulate polymer (A) It will not specifically limit if it is a crosslinkable compound which can form a crosslinked structure between A) and hydrophilic organic fiber (B), and between hydrophilic organic fibers (B). And as such a crosslinking agent (C) having a carbodiimide group, for example, a compound having two or more carbodiimide groups, specifically, general formula (2): -N = C = N-R 1. (2) [In the general formula (2), R 1 represents a divalent organic group. Suitable examples include polycarbodiimides and / or modified polycarbodiimides having a repeating unit represented by the formula: In addition, in this specification, a modified polycarbodiimide means resin obtained by making the reactive compound mentioned later react with polycarbodiimide.
[[ポリカルボジイミドの合成]]
ポリカルボジイミドの合成法は特に限定されるものではないが、例えば、有機ポリイソシアネートを、イソシアネート基のカルボジイミド化反応を促進する触媒(以下「カルボジイミド化触媒」という。)の存在下で反応させることにより、ポリカルボジイミドを合成することができる。また、一般式(2)で表される繰り返し単位を有するポリカルボジイミドは、有機ポリイソシアネートを反応させて得たオリゴマー(カルボジイミドオリゴマー)と、当該オリゴマーと共重合可能な単量体とを共重合させることによっても合成することができる。
なお、このポリカルボジイミドの合成に用いられる有機ポリイソシアネートとしては、有機ジイソシアネートが好ましい。[[Synthesis of polycarbodiimide]]
The method for synthesizing the polycarbodiimide is not particularly limited. For example, the organic polyisocyanate is reacted in the presence of a catalyst for promoting the carbodiimidization reaction of the isocyanate group (hereinafter referred to as “carbodiimidization catalyst”). Polycarbodiimide can be synthesized. The polycarbodiimide having a repeating unit represented by the general formula (2) is a copolymer of an oligomer obtained by reacting an organic polyisocyanate (carbodiimide oligomer) and a monomer copolymerizable with the oligomer. Can also be synthesized.
In addition, as organic polyisocyanate used for the synthesis | combination of this polycarbodiimide, organic diisocyanate is preferable.
ポリカルボジイミドの合成に用いられる有機ジイソシアネートとしては、例えば特開2005−49370号公報に記載のものが挙げられる。中でも、架橋剤(C)としてポリカルボジイミドを含むバインダー組成物およびスラリー組成物の貯蔵安定性の観点から、特に2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネートが好ましい。有機ジイソシアネートは、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。 Examples of the organic diisocyanate used for the synthesis of polycarbodiimide include those described in JP-A-2005-49370. Among these, 2,4-tolylene diisocyanate and 2,6-tolylene diisocyanate are particularly preferable from the viewpoint of the storage stability of the binder composition and the slurry composition containing polycarbodiimide as the crosslinking agent (C). An organic diisocyanate may be used individually by 1 type, and may be used combining two or more types by arbitrary ratios.
また、上述の有機ジイソシアネートとともに、イソシアネート基を3つ以上有する有機ポリイソシアネート(3官能以上の有機ポリイソシアネート)や、3官能以上の有機ポリイソシアネートの化学量論的過剰量と2官能以上の多官能性活性水素含有化合物との反応により得られる末端イソシアネートプレポリマー(以下、上記3官能以上の有機ポリイソシアネートと、上記末端イソシアネートプレポリマーとを併せて「3官能以上の有機ポリイソシアネート類」という。)を用いてもよい。このような3官能以上の有機ポリイソシアネート類としては、例えば特開2005−49370号公報に記載のものが挙げられる。3官能以上の有機ポリイソシアネート類は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。ポリカルボジイミドの合成反応における、3官能以上の有機ポリイソシアネート類の使用量は、有機ジイソシアネート100質量部当たり、通常、40質量部以下、好ましくは20質量部以下である。 In addition to the above organic diisocyanates, organic polyisocyanates having three or more isocyanate groups (trifunctional or higher functional organic polyisocyanates), and stoichiometric excesses of trifunctional or higher organic polyisocyanates and difunctional or higher polyfunctionality. Terminal isocyanate prepolymer obtained by reaction with a reactive active hydrogen-containing compound (hereinafter, the trifunctional or higher functional organic polyisocyanate and the terminal isocyanate prepolymer are collectively referred to as “trifunctional or higher functional organic polyisocyanates”). May be used. Examples of such trifunctional or higher functional organic polyisocyanates include those described in JP-A-2005-49370. Trifunctional or higher functional organic polyisocyanates may be used alone or in combination of two or more at any ratio. The amount of the tri- or higher functional organic polyisocyanate used in the polycarbodiimide synthesis reaction is usually 40 parts by mass or less, preferably 20 parts by mass or less, per 100 parts by mass of the organic diisocyanate.
さらに、ポリカルボジイミドの合成に際しては、必要に応じて有機モノイソシアネートを添加することもできる。有機モノイソシアネートを添加することで、有機ポリイソシアネートが3官能以上の有機ポリイソシアネート類を含有する場合、得られるポリカルボジイミドの分子量を適切に規制することができ、また有機ジイソシアネートを有機モノイソシアネートと併用することにより、比較的分子量の小さいポリカルボジイミドを得ることができる。このような有機モノイソシアネートとしては、例えば特開2005−49370号公報に記載のものが挙げられる。有機モノイソシアネートは、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。ポリカルボジイミドの合成反応における、有機モノイソシアネートの使用量は、得られるポリカルボジイミドに求める分子量、3官能以上の有機ポリイソシアネート類の使用の有無等にも依るが、全有機ポリイソシアネート(有機ジイソシアネートと3官能以上の有機ポリイソシアネート類)成分100質量部当たり、通常、40質量部以下、好ましくは20質量部以下である。 Furthermore, in the synthesis of polycarbodiimide, an organic monoisocyanate can be added as necessary. By adding an organic monoisocyanate, when the organic polyisocyanate contains organic polyisocyanates having a functionality of 3 or more, the molecular weight of the resulting polycarbodiimide can be appropriately regulated, and the organic diisocyanate is used in combination with the organic monoisocyanate. By doing so, a polycarbodiimide having a relatively small molecular weight can be obtained. Examples of such organic monoisocyanates include those described in JP-A-2005-49370. An organic monoisocyanate may be used individually by 1 type, and may be used combining two or more types by arbitrary ratios. The amount of the organic monoisocyanate used in the synthesis reaction of the polycarbodiimide depends on the molecular weight required for the polycarbodiimide to be obtained and the presence or absence of the use of trifunctional or higher functional organic polyisocyanates. It is usually 40 parts by mass or less, preferably 20 parts by mass or less per 100 parts by mass of the functional or higher organic polyisocyanate) component.
また、カルボジイミド化触媒としてはホスホレン化合物、金属カルボニル錯体、金属のアセチルアセトン錯体、燐酸エステルを挙げることができる。これらの具体例はそれぞれ、例えば、特開2005−49370号公報に示されている。カルボジイミド化触媒は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。カルボジイミド化触媒の使用量は、全有機イソシアネート(有機モノイソシアネート、有機ジイソシアネート、および、3官能以上の有機ポリイソシアネート類)成分100質量部当たり、通常、0.001質量部以上、好ましくは0.01質量部以上であり、通常、30質量部以下、好ましくは10質量部以下である。 Examples of the carbodiimidization catalyst include phospholene compounds, metal carbonyl complexes, metal acetylacetone complexes, and phosphate esters. Specific examples of these are disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-49370. A carbodiimidization catalyst may be used individually by 1 type, and may be used combining two or more types by arbitrary ratios. The amount of the carbodiimidization catalyst is usually 0.001 part by mass or more, preferably 0.01 per 100 parts by mass of the total organic isocyanate (organic monoisocyanate, organic diisocyanate, and trifunctional or higher functional organic polyisocyanate) component. It is at least 30 parts by mass, preferably at most 10 parts by mass.
有機ポリイソシアネートのカルボジイミド化反応は、無溶媒下でも適当な溶媒中でも実施することができる。溶媒中で合成反応を実施する場合の溶媒としては、合成反応中の加熱により生成したポリカルボジイミドまたはカルボジイミドオリゴマーを溶解しうる限り特に限定されるものではなく、ハロゲン化炭化水素系溶媒、エーテル系溶媒、ケトン系溶媒、芳香族炭化水素系溶媒、アミド系溶媒、非プロトン性極性溶媒、アセテート系溶媒を挙げることができる。これらの具体例はそれぞれ、例えば、特開2005−49370号公報に示されている。これらの溶媒は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。ポリカルボジイミドの合成反応における溶媒の使用量は、全有機イソシアネート成分の濃度が、通常、0.5質量%以上、好ましくは5質量%以上となる量であり、通常、60質量%以下、好ましくは50質量%以下となる量である。溶媒中の全有機イソシアネート成分の濃度が高過ぎると、生成されるポリカルボジイミドまたはカルボジイミドオリゴマーが合成反応中にゲル化する虞があり、また溶媒中の全有機イソシアネート成分の濃度が低過ぎると、反応速度が遅くなり、生産性が低下する。 The carbodiimidization reaction of the organic polyisocyanate can be carried out in the absence of a solvent or in a suitable solvent. The solvent for carrying out the synthesis reaction in the solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the polycarbodiimide or carbodiimide oligomer generated by heating during the synthesis reaction, and is a halogenated hydrocarbon solvent, ether solvent. , Ketone solvents, aromatic hydrocarbon solvents, amide solvents, aprotic polar solvents, and acetate solvents. Specific examples of these are disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-49370. These solvents may be used alone or in combination of two or more at any ratio. The amount of the solvent used in the polycarbodiimide synthesis reaction is such that the concentration of the total organic isocyanate component is usually 0.5% by mass or more, preferably 5% by mass or more, and usually 60% by mass or less, preferably The amount is 50% by mass or less. If the concentration of the total organic isocyanate component in the solvent is too high, the polycarbodiimide or carbodiimide oligomer produced may gel during the synthesis reaction, and if the concentration of the total organic isocyanate component in the solvent is too low, the reaction will occur. The speed is slow and productivity is reduced.
有機ポリイソシアネートのカルボジイミド化反応の温度は、有機イソシアネート成分やカルボジイミド化触媒の種類に応じて適宜選定されるが、通常、20℃以上200℃以下である。有機ポリイソシアネートのカルボジイミド化反応に際して、有機イソシアネート成分は、反応前に全量を添加しても、あるいはその一部または全部を反応中に、連続的あるいは段階的に添加してもよい。また本発明においては、イソシアネート基と反応しうる化合物を、有機ポリイソシアネートのカルボジイミド化反応の初期から後期に至る適宜の反応段階で添加して、ポリカルボジイミドの末端イソシアネート基を封止し、得られるポリカルボジイミドの分子量を調節することもできる。また、有機ポリイソシアネートのカルボジイミド化反応の後期に添加して、得られるポリカルボジイミドの分子量を所定値に規制することもできる。このようなイソシアネート基と反応しうる化合物としては、例えば、メタノール、エタノール、i−プロパノール、シクロヘキサノール等のアルコール類;ジメチルアミン、ジエチルアミン、ベンジルアミン等のアミン類を挙げることができる。 The temperature of the carbodiimidization reaction of the organic polyisocyanate is appropriately selected according to the type of the organic isocyanate component and the carbodiimidization catalyst, but is usually 20 ° C. or higher and 200 ° C. or lower. In the carbodiimidization reaction of the organic polyisocyanate, the organic isocyanate component may be added in the whole amount before the reaction, or a part or the whole thereof may be added continuously or stepwise during the reaction. Further, in the present invention, a compound capable of reacting with an isocyanate group is added at an appropriate reaction stage from the initial stage to the late stage of the carbodiimidization reaction of the organic polyisocyanate, and the terminal isocyanate group of the polycarbodiimide is sealed. The molecular weight of the polycarbodiimide can also be adjusted. Further, the molecular weight of the resulting polycarbodiimide can be regulated to a predetermined value by adding in the latter stage of the carbodiimidization reaction of the organic polyisocyanate. Examples of such a compound that can react with an isocyanate group include alcohols such as methanol, ethanol, i-propanol, and cyclohexanol; and amines such as dimethylamine, diethylamine, and benzylamine.
また、カルボジイミドオリゴマーと共重合可能な単量体としては、2価以上のアルコール、2価以上のアルコールを単量体として用いて得たオリゴマーおよびそのエステル、例えば、エチレングリコールやプロピレングリコール等の2価のアルコール、或いは、ポリアルキレンオキサイド、ポリエチレングリコールモノメタクリレート、ポリプロピレングリコールモノメタクリレート、ポリエチレングリコールモノアクリレート、ポリプロピレングリコールモノアクリレートが好ましい。
例えば分子鎖の両末端に水酸基を有する2価のアルコールをカルボジイミドオリゴマーと既知の方法で共重合させることにより、ポリカルボジイミド基と、2価のアルコール由来の単量体単位とを有するポリカルボジイミドを合成することができる。このように、架橋剤(C)としてのポリカルボジイミドが2価以上のアルコール由来の単量体単位、好ましくは2価のアルコール由来の単量体単位を有する場合、該ポリカルボジイミドを含むバインダー組成物を用いたスラリー組成物から形成される電極の電解液に対する濡れ性が向上し、該負極を備える二次電池の製造における、電解液の注液性を向上させることができる。また、上述したアルコールを共重合させると、ポリカルボジイミドの水溶性を増加させることができるとともに、水中でポリカルボジイミドが自己ミセル化する(疎水性のカルボジイミド基の周りが親水性のエチレングリコール鎖で覆われる構造をとる)ため、化学的安定性を向上させることができる。Moreover, as a monomer copolymerizable with a carbodiimide oligomer, an oligomer obtained by using a dihydric or higher alcohol, a dihydric or higher alcohol as a monomer, and an ester thereof, for example, 2 such as ethylene glycol and propylene glycol A hydric alcohol, polyalkylene oxide, polyethylene glycol monomethacrylate, polypropylene glycol monomethacrylate, polyethylene glycol monoacrylate, or polypropylene glycol monoacrylate is preferred.
For example, polycarbodiimide having a polycarbodiimide group and a monomer unit derived from a divalent alcohol is synthesized by copolymerizing a divalent alcohol having a hydroxyl group at both ends of the molecular chain with a carbodiimide oligomer by a known method. can do. Thus, when the polycarbodiimide as the crosslinking agent (C) has a divalent or higher alcohol-derived monomer unit, preferably a divalent alcohol-derived monomer unit, the binder composition containing the polycarbodiimide. The wettability with respect to the electrolyte solution of the electrode formed from the slurry composition using this can be improved, and the injection property of the electrolyte solution in the production of the secondary battery including the negative electrode can be improved. In addition, when the above-mentioned alcohol is copolymerized, the water solubility of the polycarbodiimide can be increased, and the polycarbodiimide is self-micelleized in water (the hydrophobic carbodiimide group is covered with a hydrophilic ethylene glycol chain). Therefore, chemical stability can be improved.
上述したポリカルボジイミドは、溶液としてあるいは溶液から分離した固体として、本発明のバインダー組成物の調製に使用される。ポリカルボジイミドを溶液から分離する方法としては、例えば、ポリカルボジイミド溶液を、該ポリカルボジイミドに対して不活性な非溶媒中に添加し、生じた沈澱物あるいは油状物をろ過またはデカンテーションにより分離・採取する方法;噴霧乾燥により分離・採取する方法;得られたポリカルボジイミドの合成に用いた溶媒に対する温度による溶解度変化を利用して分離・採取する方法、即ち、合成直後は該溶媒に溶解しているポリカルボジイミドが系の温度を下げることにより析出する場合、その混濁液からろ過等により分離・採取する方法等を挙げることができ、さらに、これらの分離・採取方法を適宜組合せて行うこともできる。本発明におけるポリカルボジイミドのゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により求めたポリスチレン換算数平均分子量(以下、「Mn」という。)は、通常、400以上、好ましくは1,000以上、特に好ましくは2,000以上であり、通常、500,000以下、好ましくは200,000以下、特に好ましくは100,000以下である。 The above-described polycarbodiimide is used for preparing the binder composition of the present invention as a solution or as a solid separated from the solution. As a method for separating polycarbodiimide from a solution, for example, a polycarbodiimide solution is added to a non-solvent inert to the polycarbodiimide, and the resulting precipitate or oil is separated and collected by filtration or decantation. A method of separating and collecting by spray drying; a method of separating and collecting by using a change in solubility with respect to the temperature of the solvent used in the synthesis of the obtained polycarbodiimide, that is, immediately after the synthesis, the solvent is dissolved in the solvent In the case where polycarbodiimide is precipitated by lowering the temperature of the system, a method of separating and collecting from the turbid liquid by filtration or the like can be exemplified, and further, these separation and collecting methods can be appropriately combined. The number average molecular weight in terms of polystyrene (hereinafter referred to as “Mn”) determined by gel permeation chromatography (GPC) of polycarbodiimide in the present invention is usually 400 or more, preferably 1,000 or more, particularly preferably 2, 000 or more, and usually 500,000 or less, preferably 200,000 or less, particularly preferably 100,000 or less.
[[変性ポリカルボジイミドの合成]]
次に、変性ポリカルボジイミドの合成法について説明する。変性ポリカルボジイミドは、一般式(2)で表される繰返し単位を有するポリカルボジイミドの少なくとも1種に、反応性化合物の少なくとも1種を、適当な触媒の存在下あるいは不存在下で、適宜温度で反応(以下、「変性反応」という。)させることによって合成することができる。[[Synthesis of modified polycarbodiimide]]
Next, a method for synthesizing the modified polycarbodiimide will be described. The modified polycarbodiimide is prepared by adding at least one reactive compound to at least one polycarbodiimide having a repeating unit represented by the general formula (2) at an appropriate temperature in the presence or absence of a suitable catalyst. It can be synthesized by reaction (hereinafter referred to as “denaturation reaction”).
変性ポリカルボジイミドの合成に使用される反応性化合物は、その分子中に、ポリカルボジイミドとの反応性を有する基(以下、単に「反応性基」という。)を1つと、さらに他の官能基を有する化合物をいう。この反応性化合物は、芳香族化合物、脂肪族化合物あるいは脂環族化合物であることができ、また芳香族化合物および脂環族化合物における環構造は、炭素環でも複素環でもよい。反応性化合物における反応性基としては、活性水素を有する基であればよく、例えば、カルボキシル基あるいは第一級もしくは第二級のアミノ基を挙げることができる。そして、反応性化合物は、その分子中に、1つの反応性基に加えて、さらに他の官能基を有する。反応性化合物が有する、他の官能基としては、ポリカルボジイミドおよび/または変性ポリカルボジイミドの架橋反応を促進する作用を有する基や、反応性化合物1分子中における2つ目以降の(即ち、上述した反応性基とは別の)、上述の活性水素を有する基も含まれ、例えば、カルボン酸無水物基および第三級アミノ基のほか、活性水素を有する基として例示したカルボキシル基および第一級もしくは第二級のアミノ基等を挙げることができる。これらの他の官能基としては、反応性化合物1分子中に同一のあるいは異なる基が2個以上存在することができる。 The reactive compound used for the synthesis of the modified polycarbodiimide has one group having reactivity with the polycarbodiimide (hereinafter, simply referred to as “reactive group”) in the molecule, and another functional group. The compound which has. This reactive compound can be an aromatic compound, an aliphatic compound or an alicyclic compound, and the ring structure in the aromatic compound and the alicyclic compound may be a carbocyclic ring or a heterocyclic ring. The reactive group in the reactive compound may be a group having active hydrogen, and examples thereof include a carboxyl group or a primary or secondary amino group. And a reactive compound has another functional group in addition to one reactive group in the molecule | numerator. Other functional groups possessed by the reactive compound include groups having an action of promoting the crosslinking reaction of polycarbodiimide and / or modified polycarbodiimide, and the second and subsequent groups in one molecule of the reactive compound (that is, as described above). In addition to reactive groups, the above-mentioned groups having active hydrogen are also included. For example, carboxyl groups and primary groups exemplified as groups having active hydrogen in addition to carboxylic anhydride groups and tertiary amino groups. Or a secondary amino group etc. can be mentioned. As these other functional groups, two or more identical or different groups may exist in one molecule of the reactive compound.
反応性化合物としては、例えば特開2005−49370号公報に記載のものが挙げられる。中でも、トリメリット酸無水物、ニコチン酸が好ましい。反応性化合物は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。 Examples of the reactive compound include those described in JP-A-2005-49370. Of these, trimellitic anhydride and nicotinic acid are preferable. A reactive compound may be used individually by 1 type, and may be used combining two or more types by arbitrary ratios.
変性ポリカルボジイミドを合成するための変性反応における反応性化合物の使用量は、ポリカルボジイミドや反応性化合物の種類、得られる変性ポリカルボジイミドに求められる物性等に応じて適宜調節されるが、ポリカルボジイミドの一般式(2)で表される繰返し単位1モルに対する反応性化合物中の反応性基の割合が、好ましくは0.01モル以上、さらに好ましくは0.02モル以上となる量であり、好ましくは1モル以下、更に好ましくは0.8モル以下となる量である。上記割合が0.01モル未満であると、変性ポリカルボジイミドを含むスラリー組成物の貯蔵安定性が低下する虞がある。一方、上記割合が1モルを超えると、ポリカルボジイミド本来の特性が損なわれる虞がある。 The amount of the reactive compound used in the modification reaction for synthesizing the modified polycarbodiimide is appropriately adjusted according to the type of polycarbodiimide and reactive compound, the physical properties required of the resulting modified polycarbodiimide, etc. The ratio of the reactive group in the reactive compound to 1 mol of the repeating unit represented by the general formula (2) is preferably 0.01 mol or more, more preferably 0.02 mol or more, preferably The amount is 1 mol or less, more preferably 0.8 mol or less. There exists a possibility that the storage stability of the slurry composition containing a modified polycarbodiimide may fall that the said ratio is less than 0.01 mol. On the other hand, when the ratio exceeds 1 mol, the original properties of polycarbodiimide may be impaired.
また、変性反応においては、反応性化合物中の反応性基とポリカルボジイミドの一般式(2)で表される繰返し単位との反応は定量的に進行し、該反応性化合物の使用量に見合う官能基が変性ポリカルボジイミド中に導入される。変性反応は、無溶媒下でも実施することができるが、適当な溶媒中で実施することが好ましい。このような溶媒は、ポリカルボジイミドおよび反応性化合物に対して不活性であり、かつこれらを溶解しうる限り、特に限定されるものではなく、その例としては、上述のポリカルボジイミドの合成に使用することができるエーテル系溶媒、アミド系溶媒、ケトン系溶媒、芳香族炭化水素系溶媒、非プロトン性極性溶媒等を挙げることができる。これらの溶媒は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。また変性反応に、ポリカルボジイミドの合成時に使用された溶媒が使用できるときは、その合成により得られるポリカルボジイミド溶液をそのまま使用することもできる。変性反応における溶媒の使用量は、反応原料の合計100質量部当たり、通常、10質量部以上、好ましくは50質量部以上であり、通常、10,000質量部以下、好ましくは5,000質量部以下である。変性反応の温度は、ポリカルボジイミドや反応性化合物の種類に応じて適宜選定されるが、通常、−10℃以上であり、通常、100℃以下、好ましくは80℃以下である。本発明における変性ポリカルボジイミドのMnは、通常、500以上、好ましくは1,000以上、さらに好ましくは2,000以上であり、通常、1,000,000以下、好ましくは400,000以下、さらに好ましくは200,000以下である。 In the modification reaction, the reaction between the reactive group in the reactive compound and the repeating unit represented by the general formula (2) of the polycarbodiimide proceeds quantitatively, and the functionality corresponding to the amount of the reactive compound used. Groups are introduced into the modified polycarbodiimide. The modification reaction can be carried out in the absence of a solvent, but is preferably carried out in a suitable solvent. Such a solvent is not particularly limited as long as it is inactive with respect to polycarbodiimide and a reactive compound and can dissolve them. Examples thereof are used for the synthesis of the above-mentioned polycarbodiimide. And ether solvents, amide solvents, ketone solvents, aromatic hydrocarbon solvents, aprotic polar solvents, and the like. These solvents may be used alone or in combination of two or more at any ratio. Moreover, when the solvent used at the time of the synthesis | combination of polycarbodiimide can be used for modification | denaturation reaction, the polycarbodiimide solution obtained by the synthesis | combination can also be used as it is. The amount of the solvent used in the modification reaction is usually 10 parts by mass or more, preferably 50 parts by mass or more, and usually 10,000 parts by mass or less, preferably 5,000 parts by mass, per 100 parts by mass of the reaction raw materials. It is as follows. The temperature of the modification reaction is appropriately selected according to the type of polycarbodiimide or reactive compound, but is usually -10 ° C or higher, usually 100 ° C or lower, preferably 80 ° C or lower. The Mn of the modified polycarbodiimide in the present invention is usually 500 or more, preferably 1,000 or more, more preferably 2,000 or more, and usually 1,000,000 or less, preferably 400,000 or less, more preferably. Is 200,000 or less.
[架橋剤(C)の性状等]
ここで、架橋剤(C)は水溶性であることが好ましい。架橋剤(C)が水溶性であることで、水系のバインダー組成物やスラリー組成物中で架橋剤(C)が偏在するのを防ぎ、得られる電極合材層が好適な架橋構造を形成するがことができる。従って、得られる二次電池における電極合材層と集電体の密着性を確保すると共に、電極の耐水性、および電気的特性(初期クーロン効率、初期抵抗、サイクル特性など)を向上させることができる。[Properties of cross-linking agent (C), etc.]
Here, the crosslinking agent (C) is preferably water-soluble. The water-soluble cross-linking agent (C) prevents the cross-linking agent (C) from being unevenly distributed in the aqueous binder composition or slurry composition, and the resulting electrode mixture layer forms a suitable cross-linked structure. Can be. Therefore, it is possible to ensure the adhesion between the electrode mixture layer and the current collector in the obtained secondary battery, and to improve the water resistance and electrical characteristics (initial Coulomb efficiency, initial resistance, cycle characteristics, etc.) of the electrode. it can.
ここで、本明細書において、架橋剤(C)が「水溶性」であるとは、イオン交換水100質量部当たり架橋剤1質量部(固形分相当)を添加し、攪拌して得られる混合物を、温度20℃以上70℃以下の範囲内で、かつpH3以上12以下(pH調整にはNaOH水溶液及び/またはHCl水溶液を使用)の範囲内である条件のうち少なくとも一条件に調整し、250メッシュのスクリーンを通過させた際に、スクリーンを通過せずにスクリーン上に残る残渣の固形分の質量が、添加した架橋剤の固形分に対して50質量%を超えないことをいう。なお、上記架橋剤と水との混合物が、静置した場合に二相に分離するエマルジョン状態であっても、上記定義を満たせば、その架橋剤は水溶性であるとする。なお、架橋構造の形成反応を良好に進行させ、上記電極合材層と集電体の密着性を向上させる観点からは、上記架橋剤と水との混合物は、二相に分離しない(一相水溶状態である)こと、即ち架橋剤は一相水溶性であることがより好ましい。 Here, in the present specification, the term “water-soluble” means that the crosslinking agent (C) is a mixture obtained by adding 1 part by mass of a crosslinking agent (corresponding to solid content) per 100 parts by mass of ion-exchanged water and stirring. Is adjusted to at least one of the conditions within the range of temperature 20 ° C. or higher and 70 ° C. or lower and pH 3 or higher and 12 or lower (using NaOH aqueous solution and / or HCl aqueous solution for pH adjustment), 250 When passing through a mesh screen, the solid content of the residue remaining on the screen without passing through the screen does not exceed 50 mass% with respect to the solid content of the added crosslinking agent. In addition, even if the mixture of the said crosslinking agent and water is the emulsion state which isolate | separates into two phases, when left still, if the said definition is satisfy | filled, the crosslinking agent shall be water-soluble. The mixture of the crosslinking agent and water does not separate into two phases from the viewpoint of favorably proceeding the formation reaction of the crosslinked structure and improving the adhesion between the electrode mixture layer and the current collector (one phase More preferably, the crosslinking agent is water soluble in one phase.
また、架橋剤(C)の水溶率は、上述した、架橋剤が水溶性であることが好ましい理由と同様の理由で、80質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましい。なお、架橋剤(C)の「水溶率」とは、イオン交換水100質量部当たり架橋剤1質量部(固形分相当)を添加し、攪拌して得られる混合物を25℃、pH7に調整して250メッシュのスクリーンを通過させた際に、スクリーンを通過せずにスクリーン上に残る残渣の固形分の質量の、添加した架橋剤の固形分の質量に対する割合をX質量%とした場合に以下の式で定義される。
水溶率=(100−X)質量%Moreover, 80 mass% or more is preferable and 90 mass% or more is more preferable for the reason similar to the reason why it is preferable that the crosslinking agent is water-soluble as described above. The “water solubility” of the cross-linking agent (C) means that 1 part by mass of the cross-linking agent (corresponding to the solid content) is added per 100 parts by mass of ion-exchanged water, and the mixture obtained by stirring is adjusted to 25 ° C. and pH 7. When the ratio of the solid content of the residue remaining on the screen without passing through the screen to the mass of the solid content of the added crosslinking agent is X mass% It is defined by the formula of
Water solubility = (100−X) mass%
そして、本発明のバインダー組成物において、架橋剤(C)としては、多官能エポキシ化合物、オキサゾリン化合物、カルボジイミド化合物からなる群から選択される少なくとも1種が好ましく、カルボジイミド化合物がより好ましく、水溶性カルボジイミド化合物が特に好ましい。カルボジイミド化合物は、多官能エポキシ化合物やオキサゾリン化合物に比して熱安定性に優れるため、架橋剤(C)としてカルボジイミド化合物を用いることで、本発明のバインダー組成物やスラリー組成物の貯蔵安定性を優れたものとすることができる。またカルボジイミド化合物は、その優れた熱安定性のため、バインダー組成物やスラリー組成物の調製の際などに水と反応して失われることも少なく、結果として得られる電極合材層と集電体の密着性を高めることができる。
加えて、水溶性カルボジイミド化合物を用いることで、上述したように、水系のバインダー組成物やスラリー組成物中で架橋剤(C)である水溶性カルボジイミド化合物が偏在するのを防ぎ、電極合材層と集電体の密着性を更に向上させることができる。In the binder composition of the present invention, the crosslinking agent (C) is preferably at least one selected from the group consisting of polyfunctional epoxy compounds, oxazoline compounds, and carbodiimide compounds, more preferably carbodiimide compounds, and water-soluble carbodiimides. Compounds are particularly preferred. Since the carbodiimide compound is excellent in thermal stability as compared with the polyfunctional epoxy compound or oxazoline compound, the storage stability of the binder composition or slurry composition of the present invention can be improved by using the carbodiimide compound as the crosslinking agent (C). It can be excellent. In addition, the carbodiimide compound is less likely to be lost by reacting with water during the preparation of a binder composition or a slurry composition because of its excellent thermal stability, and the resulting electrode mixture layer and current collector It is possible to improve the adhesion.
In addition, by using the water-soluble carbodiimide compound, as described above, the water-soluble carbodiimide compound as the crosslinking agent (C) is prevented from being unevenly distributed in the water-based binder composition or slurry composition, and the electrode mixture layer And the current collector can be further improved.
本発明のバインダー組成物は、粒子状重合体(A)100質量部当たり、架橋剤(C)を好ましくは0.001質量部以上、より好ましくは0.01質量部以上、さらに好ましくは0.5質量部以上、特に好ましくは5質量部以上含有し、好ましくは20質量部以下、より好ましくは15質量部以下、特に好ましくは10質量部以下含有する。バインダー組成物中、架橋剤(C)の含有量が粒子状重合体(A)質量部当たり0.001質量部以上であることで、バインダー組成物を含むスラリー組成物から形成される電極合材層と集電体の密着性を向上させることができ、20質量部以下であることで、スラリー組成物の貯蔵安定性およびチキソ性を確保することができる。 In the binder composition of the present invention, the crosslinking agent (C) is preferably 0.001 part by mass or more, more preferably 0.01 part by mass or more, and still more preferably 0.000 part by mass per 100 parts by mass of the particulate polymer (A). 5 parts by mass or more, particularly preferably 5 parts by mass or more, preferably 20 parts by mass or less, more preferably 15 parts by mass or less, particularly preferably 10 parts by mass or less. In the binder composition, the content of the crosslinking agent (C) is 0.001 part by mass or more per part by mass of the particulate polymer (A), so that the electrode mixture formed from the slurry composition containing the binder composition The adhesion between the layer and the current collector can be improved, and when it is 20 parts by mass or less, the storage stability and thixotropy of the slurry composition can be ensured.
<バインダー組成物の調製>
本発明のバインダー組成物は、例えば、単量体組成物を重合して得た粒子状重合体(A)の水分散液に対し、親水性有機繊維(B)や水、そして発明の効果を損ねない範囲で、上述の架橋剤(C)などの任意のその他の成分を添加して調製することができる。<Preparation of binder composition>
The binder composition of the present invention has, for example, the hydrophilic organic fiber (B), water, and the effect of the invention with respect to the aqueous dispersion of the particulate polymer (A) obtained by polymerizing the monomer composition. It can be prepared by adding any other component such as the above-mentioned cross-linking agent (C) within a range not to be damaged.
(二次電池電極用スラリー組成物)
本発明の二次電池電極用スラリー組成物は、粒子状重合体(A)、親水性有機繊維(B)、電極活物質および水を含む。そして、本発明の二次電池電極用スラリー組成物は、親水性有機繊維(B)を、粒子状重合体(A)100質量部当たり、0.01質量部以上20質量部以下含有する。そして、本発明の二次電池電極用スラリー組成物はチキソ性に優れ、かつ該スラリー組成物によれば、粒子状重合体(A)のマイグレーションを抑制して集電体との密着性に優れる電極合材層を形成することができる。
ここで、本発明の二次電池電極用スラリー組成物に含まれる粒子状重合体(A)、親水性有機繊維(B)、そして任意の架橋剤(C)はそれぞれ、上述の本発明の二次電池電極用バインダー組成物の項で記載したものと同様のものを、同様の配合割合で使用することができる。(Slurry composition for secondary battery electrode)
The slurry composition for secondary battery electrodes of the present invention contains a particulate polymer (A), a hydrophilic organic fiber (B), an electrode active material, and water. And the slurry composition for secondary battery electrodes of this invention contains 0.01 mass part or more and 20 mass parts or less of hydrophilic organic fiber (B) per 100 mass parts of particulate polymer (A). And the slurry composition for secondary battery electrodes of this invention is excellent in thixotropy, and according to this slurry composition, it suppresses the migration of a particulate polymer (A) and is excellent in adhesiveness with a collector. An electrode mixture layer can be formed.
Here, the particulate polymer (A), the hydrophilic organic fiber (B), and the optional cross-linking agent (C) contained in the slurry composition for a secondary battery electrode of the present invention are each of the above-mentioned two of the present invention. The thing similar to what was described in the term of the binder composition for secondary battery electrodes can be used in the same mixture ratio.
<電極活物質>
電極活物質は、二次電池の電極(正極、負極)において電子の受け渡しをする物質である。以下、リチウムイオン二次電池の電極において使用する電極活物質(正極活物質、負極活物質)を例に挙げて説明する。<Electrode active material>
The electrode active material is a substance that transfers electrons in the electrodes (positive electrode and negative electrode) of the secondary battery. Hereinafter, an electrode active material (positive electrode active material, negative electrode active material) used in an electrode of a lithium ion secondary battery will be described as an example.
[正極活物質]
本発明のスラリー組成物に配合する正極活物質としては、特に限定されることなく、既知の正極活物質を用いることができる。
具体的には、正極活物質としては、遷移金属を含有する化合物、例えば、遷移金属酸化物、遷移金属硫化物、リチウムと遷移金属との複合金属酸化物などを用いることができる。なお、遷移金属としては、例えば、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo等が挙げられる。[Positive electrode active material]
The positive electrode active material to be blended in the slurry composition of the present invention is not particularly limited, and a known positive electrode active material can be used.
Specifically, as the positive electrode active material, a compound containing a transition metal, for example, a transition metal oxide, a transition metal sulfide, a composite metal oxide of lithium and a transition metal, or the like can be used. In addition, as a transition metal, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo etc. are mentioned, for example.
ここで、遷移金属酸化物としては、例えばMnO、MnO2、V2O5、V6O13、TiO2、Cu2V2O3、非晶質V2O−P2O5、非晶質MoO3、非晶質V2O5、非晶質V6O13等が挙げられる。
遷移金属硫化物としては、TiS2、TiS3、非晶質MoS2、FeSなどが挙げられる。
リチウムと遷移金属との複合金属酸化物としては、層状構造を有するリチウム含有複合金属酸化物、スピネル型構造を有するリチウム含有複合金属酸化物、オリビン型構造を有するリチウム含有複合金属酸化物などが挙げられる。Here, as the transition metal oxide, for example, MnO, MnO 2 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , TiO 2 , Cu 2 V 2 O 3 , amorphous V 2 O—P 2 O 5 , amorphous Examples include MoO 3 , amorphous V 2 O 5 , and amorphous V 6 O 13 .
The transition metal sulfide, TiS 2, TiS 3, such as an amorphous MoS 2, FeS, and the like.
Examples of the composite metal oxide of lithium and transition metal include a lithium-containing composite metal oxide having a layered structure, a lithium-containing composite metal oxide having a spinel structure, and a lithium-containing composite metal oxide having an olivine structure. It is done.
層状構造を有するリチウム含有複合金属酸化物としては、例えば、リチウム含有コバルト酸化物(LiCoO2)、リチウム含有ニッケル酸化物(LiNiO2)、Co−Ni−Mnのリチウム含有複合酸化物(Li(Co Mn Ni)O2)、Ni−Mn−Alのリチウム含有複合酸化物、Ni−Co−Alのリチウム含有複合酸化物、LiMaO2とLi2MbO3との固溶体などが挙げられる。なお、Co−Ni−Mnのリチウム含有複合酸化物としては、Li[Ni0.5Co0.2Mn0.3]O2、Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2などが挙げられる。また、LiMaO2とLi2MbO3との固溶体としては、例えば、xLiMaO2・(1−x)Li2MbO3などが挙げられる。ここで、xは0<x<1を満たす数を表し、Maは平均酸化状態が3+である1種類以上の遷移金属を表し、Mbは平均酸化状態が4+である1種類以上の遷移金属を表す。このような固溶体としては、Li[Ni0.17Li0.2Co0.07Mn0.56]O2などが挙げられる。
なお、本明細書において、「平均酸化状態」とは、前記「1種類以上の遷移金属」の平均の酸化状態を示し、遷移金属のモル量と原子価とから算出される。例えば、「1種類以上の遷移金属」が、50mol%のNi2+と50mol%のMn4+から構成される場合には、「1種類以上の遷移金属」の平均酸化状態は、(0.5)×(2+)+(0.5)×(4+)=3+となる。Examples of the lithium-containing composite metal oxide having a layered structure include lithium-containing cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium-containing nickel oxide (LiNiO 2 ), and Co—Ni—Mn lithium-containing composite oxide (Li (Co Mn Ni) O 2 ), Ni—Mn—Al lithium-containing composite oxide, Ni—Co—Al lithium-containing composite oxide, solid solution of LiMaO 2 and Li 2 MbO 3, and the like. Note that examples of the lithium-containing composite oxide of Co—Ni—Mn include Li [Ni 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 ] O 2 and Li [Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 ] O 2 . Examples of the solid solution of LiMaO 2 and Li 2 MbO 3 include xLiMaO 2. (1-x) Li 2 MbO 3 . Here, x represents a number satisfying 0 <x <1, Ma represents one or more transition metals having an average oxidation state of 3+, and Mb represents one or more transition metals having an average oxidation state of 4+. Represent. Examples of such a solid solution include Li [Ni 0.17 Li 0.2 Co 0.07 Mn 0.56 ] O 2 .
In this specification, the “average oxidation state” indicates an average oxidation state of the “one or more transition metals”, and is calculated from the molar amount and valence of the transition metal. For example, when “one or more transition metals” is composed of 50 mol% Ni 2+ and 50 mol% Mn 4+ , the average oxidation state of “one or more transition metals” is (0. 5) × (2 +) + (0.5) × (4 +) = 3+
スピネル型構造を有するリチウム含有複合金属酸化物としては、例えば、マンガン酸リチウム(LiMn2O4)や、マンガン酸リチウム(LiMn2O4)のMnの一部を他の遷移金属で置換した化合物が挙げられる。具体例としては、LiNi0.5Mn1.5O4などのLis[Mn2-tMct]O4が挙げられる。ここで、Mcは平均酸化状態が4+である1種類以上の遷移金属を表す。Mcの具体例としては、Ni、Co、Fe、Cu、Cr等が挙げられる。また、tは0<t<1を満たす数を表し、sは0≦s≦1を満たす数を表す。なお、正極活物質としては、Li1+xMn2-xO4(0<X<2)で表されるリチウム過剰のスピネル化合物なども用いることができる。Examples of the lithium-containing composite metal oxide having a spinel structure include lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) and compounds in which a part of Mn of lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) is substituted with another transition metal. Is mentioned. Specific examples include Li s [Mn 2-t Mc t] O 4 , such as LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4. Here, Mc represents one or more transition metals having an average oxidation state of 4+. Specific examples of Mc include Ni, Co, Fe, Cu, and Cr. T represents a number satisfying 0 <t <1, and s represents a number satisfying 0 ≦ s ≦ 1. As the positive electrode active material, a lithium-excess spinel compound represented by Li 1 + x Mn 2−x O 4 (0 <X <2) can also be used.
オリビン型構造を有するリチウム含有複合金属酸化物としては、例えば、オリビン型リン酸鉄リチウム(LiFePO4)、オリビン型リン酸マンガンリチウム(LiMnPO4)などのLiyMdPO4で表されるオリビン型リン酸リチウム化合物が挙げられる。ここで、Mdは平均酸化状態が3+である1種類以上の遷移金属を表し、例えばMn、Fe、Co等が挙げられる。また、yは0≦y≦2を満たす数を表す。さらに、LiyMdPO4で表されるオリビン型リン酸リチウム化合物は、Mdが他の金属で一部置換されていてもよい。置換しうる金属としては、例えば、Cu、Mg、Zn、V、Ca、Sr、Ba、Ti、Al、Si、BおよびMoなどが挙げられる。Examples of the lithium-containing composite metal oxide having an olivine type structure include olivine type phosphorus represented by Li y MdPO 4 such as olivine type lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) and olivine type lithium manganese phosphate (LiMnPO 4 ). An acid lithium compound is mentioned. Here, Md represents one or more transition metals having an average oxidation state of 3+, and examples thereof include Mn, Fe, and Co. Y represents a number satisfying 0 ≦ y ≦ 2. Furthermore, in the olivine-type lithium phosphate compound represented by Li y MdPO 4 , Md may be partially substituted with another metal. Examples of the metal that can be substituted include Cu, Mg, Zn, V, Ca, Sr, Ba, Ti, Al, Si, B, and Mo.
これらの中でも、リチウムイオン二次電池の高容量化の観点からは、LiMn2O4、LiNiO2、Co−Ni−Mnのリチウム含有複合酸化物(Li(Co Mn Ni)O2)、オリビン型リン酸鉄リチウム(LiFePO4)、オリビン型リン酸マンガンリチウム(LiMnPO4)、リチウム過剰のスピネル化合物、Li[Ni0.17Li0.2Co0.07Mn0.56]O2、LiNi0.5Mn1.5O4などを正極活物質として用いることが好ましく、オリビン型リン酸鉄リチウム(LiFePO4)、Co−Ni−Mnのリチウム含有複合酸化物(Li(Co Mn Ni)O2)、Li[Ni0.17Li0.2Co0.07Mn0.56]O2、リチウム過剰のスピネル化合物を正極活物質として用いることがより好ましい。加えて、リチウムイオン二次電池の出力特性および高温サイクル特性の観点から、Co−Ni−Mnのリチウム含有複合酸化物(Li(Co Mn Ni)O2)が特に好ましい。Among these, from the viewpoint of increasing the capacity of the lithium ion secondary battery, LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , Co—Ni—Mn lithium-containing composite oxide (Li (Co Mn Ni) O 2 ), olivine type Lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), olivine-type lithium manganese phosphate (LiMnPO 4 ), lithium-rich spinel compound, Li [Ni 0.17 Li 0.2 Co 0.07 Mn 0.56 ] O 2 , LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4, etc. It is preferable to use it as a substance, olivine-type lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), Co—Ni—Mn lithium-containing composite oxide (Li (Co Mn Ni) O 2 ), Li [Ni 0.17 Li 0.2 Co 0.07 Mn 0.56 It is more preferable to use O 2 and a spinel compound containing excess lithium as the positive electrode active material. In addition, from the viewpoint of the output characteristics and high-temperature cycle characteristics of the lithium ion secondary battery, a lithium-containing composite oxide (Li (Co 2 Mn Ni) O 2 ) of Co—Ni—Mn is particularly preferable.
ここで、正極活物質の配合量や粒径は、特に限定されることなく、従来使用されている正極活物質と同様とすることができる。 Here, the compounding amount and particle size of the positive electrode active material are not particularly limited, and can be the same as those of conventionally used positive electrode active materials.
[負極活物質]
本発明のスラリー組成物に配合する負極活物質としては、特に限定されることなく、既知の負極活物質を用いることができる。そして、リチウムイオン二次電池の負極活物質としては、通常は、リチウムを吸蔵および放出し得る物質を用いる。リチウムを吸蔵および放出し得る物質としては、例えば、炭素系負極活物質、金属系負極活物質、およびこれらを組み合わせた負極活物質などが挙げられる。[Negative electrode active material]
As a negative electrode active material mix | blended with the slurry composition of this invention, a well-known negative electrode active material can be used, without being specifically limited. And as a negative electrode active material of a lithium ion secondary battery, the substance which can occlude and discharge | release lithium is used normally. Examples of the material that can occlude and release lithium include a carbon-based negative electrode active material, a metal-based negative electrode active material, and a negative electrode active material obtained by combining these materials.
[[炭素系負極活物質]]
ここで、炭素系負極活物質とは、リチウムを挿入(「ドープ」ともいう。)可能な、炭素を主骨格とする活物質をいい、炭素系負極活物質としては、例えば炭素質材料と黒鉛質材料とが挙げられる。[[Carbon-based negative electrode active material]]
Here, the carbon-based negative electrode active material refers to an active material having carbon as a main skeleton capable of inserting lithium (also referred to as “dope”). Examples of the carbon-based negative electrode active material include carbonaceous materials and graphite. Quality materials.
炭素質材料は、炭素前駆体を2000℃以下で熱処理して炭素化させることによって得られる、黒鉛化度の低い(即ち、結晶性の低い)材料である。なお、炭素化させる際の熱処理温度の下限は特に限定されないが、例えば500℃以上とすることができる。
そして、炭素質材料としては、例えば、熱処理温度によって炭素の構造を容易に変える易黒鉛性炭素や、ガラス状炭素に代表される非晶質構造に近い構造を持つ難黒鉛性炭素などが挙げられる。
ここで、易黒鉛性炭素としては、例えば、石油または石炭から得られるタールピッチを原料とした炭素材料が挙げられる。具体例を挙げると、コークス、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、メソフェーズピッチ系炭素繊維、熱分解気相成長炭素繊維などが挙げられる。
また、難黒鉛性炭素としては、例えば、フェノール樹脂焼成体、ポリアクリロニトリル系炭素繊維、擬等方性炭素、フルフリルアルコール樹脂焼成体(PFA)、ハードカーボンなどが挙げられる。The carbonaceous material is a material having a low degree of graphitization (ie, low crystallinity) obtained by carbonizing a carbon precursor by heat treatment at 2000 ° C. or lower. In addition, although the minimum of the heat processing temperature at the time of carbonizing is not specifically limited, For example, it can be 500 degreeC or more.
Examples of the carbonaceous material include graphitizable carbon that easily changes the carbon structure depending on the heat treatment temperature, and non-graphitic carbon having a structure close to an amorphous structure typified by glassy carbon. .
Here, as the graphitizable carbon, for example, a carbon material using tar pitch obtained from petroleum or coal as a raw material can be mentioned. Specific examples include coke, mesocarbon microbeads (MCMB), mesophase pitch carbon fibers, pyrolytic vapor grown carbon fibers, and the like.
In addition, examples of the non-graphitizable carbon include a phenol resin fired body, polyacrylonitrile-based carbon fiber, pseudo-isotropic carbon, furfuryl alcohol resin fired body (PFA), and hard carbon.
黒鉛質材料は、易黒鉛性炭素を2000℃以上で熱処理することによって得られる、黒鉛に近い高い結晶性を有する材料である。なお、熱処理温度の上限は、特に限定されないが、例えば5000℃以下とすることができる。
そして、黒鉛質材料としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛などが挙げられる。
ここで、人造黒鉛としては、例えば、易黒鉛性炭素を含んだ炭素を主に2800℃以上で熱処理した人造黒鉛、MCMBを2000℃以上で熱処理した黒鉛化MCMB、メソフェーズピッチ系炭素繊維を2000℃以上で熱処理した黒鉛化メソフェーズピッチ系炭素繊維などが挙げられる。The graphite material is a material having high crystallinity close to that of graphite obtained by heat-treating graphitizable carbon at 2000 ° C. or higher. In addition, although the upper limit of heat processing temperature is not specifically limited, For example, it can be 5000 degrees C or less.
Examples of the graphite material include natural graphite and artificial graphite.
Here, as the artificial graphite, for example, artificial graphite obtained by heat-treating carbon containing graphitizable carbon mainly at 2800 ° C. or higher, graphitized MCMB heat-treated at 2000 ° C. or higher, and mesophase pitch-based carbon fiber at 2000 ° C. Examples thereof include graphitized mesophase pitch-based carbon fibers that have been heat-treated.
[[金属系負極活物質]]
金属系負極活物質とは、金属を含む活物質であり、通常は、リチウムの挿入が可能な元素を構造に含み、リチウムが挿入された場合の単位質量当たりの理論電気容量が500mAh/g以上である活物質をいう。金属系活物質としては、例えば、リチウム金属、リチウム合金を形成し得る単体金属(例えば、Ag、Al、Ba、Bi、Cu、Ga、Ge、In、Ni、P、Pb、Sb、Si、Sn、Sr、Zn、Tiなど)およびその合金、並びに、それらの酸化物、硫化物、窒化物、ケイ化物、炭化物、燐化物などが用いられる。[[Metal negative electrode active material]]
The metal-based negative electrode active material is an active material containing a metal, and usually contains an element capable of inserting lithium in the structure, and the theoretical electric capacity per unit mass when lithium is inserted is 500 mAh / g or more. Is an active material. Examples of the metal active material include lithium metal and a single metal capable of forming a lithium alloy (for example, Ag, Al, Ba, Bi, Cu, Ga, Ge, In, Ni, P, Pb, Sb, Si, Sn). , Sr, Zn, Ti, etc.) and alloys thereof, and oxides, sulfides, nitrides, silicides, carbides, phosphides, and the like thereof.
そして、金属系負極活物質の中でも、ケイ素を含む活物質(シリコン系負極活物質)が好ましい。シリコン系負極活物質を用いることにより、リチウムイオン二次電池を高容量化することができるからである。 Among metal-based negative electrode active materials, an active material containing silicon (silicon-based negative electrode active material) is preferable. This is because the capacity of the lithium ion secondary battery can be increased by using the silicon-based negative electrode active material.
シリコン系負極活物質としては、例えば、ケイ素(Si)、ケイ素を含む合金、SiO、SiOx、Si含有材料を導電性カーボンで被覆または複合化してなるSi含有材料と導電性カーボンとの複合化物などが挙げられる。なお、これらのシリコン系負極活物質は、1種類を単独で用いてもよいし、2種類上を組み合わせて用いてもよい。Examples of silicon-based negative electrode active materials include silicon (Si), alloys containing silicon, SiO, SiO x , and a composite of a Si-containing material obtained by coating or combining a Si-containing material with conductive carbon and conductive carbon. Etc. In addition, these silicon type negative electrode active materials may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 types.
ケイ素を含む合金としては、例えば、ケイ素と、アルミニウムと、鉄などの遷移金属とを含み、さらにスズおよびイットリウム等の希土類元素を含む合金組成物が挙げられる。 Examples of the alloy containing silicon include an alloy composition containing silicon, aluminum, and a transition metal such as iron, and further containing a rare earth element such as tin and yttrium.
SiOxは、SiOおよびSiO2の少なくとも一方と、Siとを含有する化合物であり、xは、通常、0.01以上2未満である。そして、SiOxは、例えば、一酸化ケイ素(SiO)の不均化反応を利用して形成することができる。具体的には、SiOxは、SiOを、任意にポリビニルアルコールなどのポリマーの存在下で熱処理し、ケイ素と二酸化ケイ素とを生成させることにより、調製することができる。なお、熱処理は、SiOと、任意にポリマーとを粉砕混合した後、有機物ガス及び/又は蒸気を含む雰囲気下、900℃以上、好ましくは1000℃以上の温度で行うことができる。SiO x is a compound containing at least one of SiO and SiO 2 and Si, and x is usually 0.01 or more and less than 2. Then, SiO x, for example, can be formed by using a disproportionation reaction of silicon monoxide (SiO). Specifically, SiO x can be prepared by heat-treating SiO, optionally in the presence of a polymer such as polyvinyl alcohol, to produce silicon and silicon dioxide. The heat treatment can be performed at a temperature of 900 ° C. or higher, preferably 1000 ° C. or higher, in an atmosphere containing an organic gas and / or steam after grinding and mixing SiO and optionally a polymer.
Si含有材料と導電性カーボンとの複合化物としては、例えば、SiOと、ポリビニルアルコールなどのポリマーと、任意に炭素材料との粉砕混合物を、例えば有機物ガスおよび/または蒸気を含む雰囲気下で熱処理してなる化合物を挙げることができる。また、SiOの粒子に対して、有機物ガスなどを用いた化学的蒸着法によって表面をコーティングする方法、SiOの粒子と黒鉛または人造黒鉛をメカノケミカル法によって複合粒子化(造粒化)する方法などの公知の方法でも得ることができる。 As a composite of Si-containing material and conductive carbon, for example, a pulverized mixture of SiO, a polymer such as polyvinyl alcohol, and optionally a carbon material is heat-treated in an atmosphere containing, for example, an organic gas and / or steam. Can be mentioned. In addition, a method of coating the surface of the SiO particles by a chemical vapor deposition method using an organic gas, a method of forming composite particles (granulation) of the SiO particles and graphite or artificial graphite by a mechanochemical method, etc. It can also be obtained by a known method.
ここで、負極活物質の粒径や比表面積は、特に限定されることなく、従来使用されている負極活物質と同様とすることができる。 Here, the particle size and specific surface area of the negative electrode active material are not particularly limited, and can be the same as those of conventionally used negative electrode active materials.
なお、本発明のスラリー組成物は、電極活物質100質量部当たり、粒子状重合体(A)を好ましくは0.2質量部以上、より好ましくは0.5質量部以上、特に好ましくは1質量部以上含有し、好ましくは10質量部以下、より好ましくは6質量部以下、特に好ましくは2質量部以下含有する。粒子状重合体(A)の含有量を電極活物質100質量部当たり0.2質量部以上とすることにより、電極活物質や集電体との結着性を高めることができる。また、10質量部以下とすることにより、本発明のスラリー組成物を用いて得た電極を二次電池に適用した際に、粒子状重合体(A)による電荷担体(リチウムイオン二次電池の場合はリチウムイオン)の移動の阻害を抑制し、二次電池の内部抵抗を小さくできる。 The slurry composition of the present invention is preferably 0.2 parts by mass or more, more preferably 0.5 parts by mass or more, particularly preferably 1 part by mass of the particulate polymer (A) per 100 parts by mass of the electrode active material. The content is preferably 10 parts by mass or less, more preferably 6 parts by mass or less, and particularly preferably 2 parts by mass or less. By setting the content of the particulate polymer (A) to 0.2 parts by mass or more per 100 parts by mass of the electrode active material, the binding properties with the electrode active material and the current collector can be enhanced. Moreover, when the electrode obtained by using the slurry composition of the present invention is applied to a secondary battery by adjusting the amount to 10 parts by mass or less, the charge carrier (lithium ion secondary battery of the lithium ion secondary battery) by the particulate polymer (A) is applied. In this case, inhibition of movement of lithium ions) can be suppressed, and the internal resistance of the secondary battery can be reduced.
<水溶性増粘剤(D)>
本発明のスラリー組成物は、水溶性増粘剤(D)を含むことが好ましい。スラリー組成物が水溶性増粘剤(D)を含めば、スラリー組成物の優れた貯蔵安定性が得られ、また、スラリー組成物を集電体上などに塗布する際の作業性が良好となる。
ここで本発明において増粘剤が「水溶性」であるとは、イオン交換水100質量部当たり水溶性増粘剤(D)1質量部(固形分相当)を添加し攪拌して得られる混合物を、温度20℃以上70℃以下の範囲内で、かつ、pH3以上12以下(pH調整にはNaOH水溶液及び/またはHCl水溶液を使用)の範囲内である条件のうち少なくとも一条件に調整し、250メッシュのスクリーンを通過させた際に、スクリーンを通過せずにスクリーン上に残る残渣の固形分の質量が、添加した増粘剤の固形分に対して50質量%を超えないことをいう。なお、上記増粘剤と水との混合物が、静置した場合に二相に分離するエマルジョン状態であっても、上記定義を満たせば、その増粘剤は水溶性であるとする。<Water-soluble thickener (D)>
The slurry composition of the present invention preferably contains a water-soluble thickener (D). If the slurry composition contains a water-soluble thickener (D), excellent storage stability of the slurry composition can be obtained, and workability when applying the slurry composition on a current collector is good. Become.
Here, in the present invention, the thickener is “water-soluble” means that a mixture obtained by adding 1 part by weight (corresponding to solid content) of the water-soluble thickener (D) per 100 parts by weight of ion-exchanged water and stirring. Is adjusted to at least one of the conditions within a temperature range of 20 ° C. to 70 ° C. and within a range of pH 3 to 12 (pH adjustment uses NaOH aqueous solution and / or HCl aqueous solution), When passing through a 250-mesh screen, the solid content of the residue remaining on the screen without passing through the screen does not exceed 50 mass% with respect to the solid content of the added thickener. In addition, even if the mixture of the said thickener and water is an emulsion state which isolate | separates into two phases when it leaves still, if the said definition is satisfy | filled, the thickener shall be water-soluble.
水溶性増粘剤(D)としては、特に限定されないが、スラリー組成物を集電体上などに塗布する際の作業性を良好とするため、例えばカルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリカルボン酸、これらの塩、などを用いることができる。そして、ポリカルボン酸としては、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、アルギン酸などが挙げられる。これら水溶性増粘剤(D)は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。そしてこれらの中でも、スラリー組成物の集電体上などに塗布する際の作業性を更に向上させるため、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸、またはこれらの塩が好ましい。さらに、電極活物質層と集電体の密着性を確保するため、本発明のスラリー組成物は、カルボキシメチルセルロースまたはその塩(以下「カルボキシメチルセルロース(塩)」と略記することがある)を含むことが好ましい。なおここにあげる水溶性増粘剤は、水溶性を有しており、水溶性を有していない親水性有機繊維(B)とは明確に異なる。 Although it does not specifically limit as water-soluble thickener (D), In order to make workability | operativity at the time of apply | coating a slurry composition on a collector etc. favorable, for example, carboxymethylcellulose, methylcellulose, hydroxypropyl methylcellulose, hydroxyethyl Methyl cellulose, polyvinyl alcohol, polycarboxylic acid, salts thereof, and the like can be used. Examples of the polycarboxylic acid include polyacrylic acid, polymethacrylic acid, and alginic acid. One of these water-soluble thickeners (D) may be used alone, or two or more thereof may be used in combination at any ratio. Among these, carboxymethyl cellulose, polyacrylic acid, or a salt thereof is preferable in order to further improve workability when applied on the current collector of the slurry composition. Furthermore, in order to ensure adhesion between the electrode active material layer and the current collector, the slurry composition of the present invention contains carboxymethyl cellulose or a salt thereof (hereinafter sometimes abbreviated as “carboxymethyl cellulose (salt)”). Is preferred. In addition, the water-soluble thickener mentioned here has water solubility, and is clearly different from the hydrophilic organic fiber (B) which does not have water solubility.
本発明のスラリー組成物は、電極活物質100質量部当たり、水溶性増粘剤(D)を好ましくは0.1質量部以上、より好ましくは0.2質量部以上、特に好ましくは0.5質量部以上含有し、好ましくは20質量部以下、より好ましくは10質量部以下、特に好ましくは5質量部以下含有する。水溶性増粘剤(D)の配合量を上記の範囲内とすることにより、スラリー組成物の高せん段時における粘度を適度な大きさとして、スラリー組成物を集電体上などに塗布する際の作業性を良好とすることができる。 In the slurry composition of the present invention, the water-soluble thickener (D) is preferably 0.1 parts by mass or more, more preferably 0.2 parts by mass or more, particularly preferably 0.5 parts per 100 parts by mass of the electrode active material. It is contained in an amount of at least part by mass, preferably at most 20 parts by mass, more preferably at most 10 parts by mass, particularly preferably at most 5 parts by mass. By setting the blending amount of the water-soluble thickener (D) within the above range, the slurry composition is applied on a current collector or the like with an appropriate viscosity at the high step of the slurry composition. The workability at the time can be improved.
本発明のスラリー組成物は、粒子状重合体(A)100質量部当たり、水溶性増粘剤(D)を好ましくは10質量部以上、より好ましくは30質量部以上、特に好ましくは50質量部以上含有し、好ましくは200質量部以下、より好ましくは150質量部以下、特に好ましくは100質量部以下含有する。水溶性増粘剤(D)の配合量を上記の範囲内とすることにより、スラリー組成物の高せん段時における粘度を適度な大きさとして、スラリー組成物を集電体上などに塗布する際の作業性を良好とすることができる。 The slurry composition of the present invention is preferably 10 parts by mass or more, more preferably 30 parts by mass or more, and particularly preferably 50 parts by mass of the water-soluble thickener (D) per 100 parts by mass of the particulate polymer (A). It contains above, Preferably it is 200 mass parts or less, More preferably, it is 150 mass parts or less, Most preferably, it contains 100 mass parts or less. By setting the blending amount of the water-soluble thickener (D) within the above range, the slurry composition is applied on a current collector or the like with an appropriate viscosity at the high step of the slurry composition. The workability at the time can be improved.
<その他の成分>
本発明の二次電池電極用スラリー組成物は、上記成分の他に、導電材、補強材、レベリング剤、電解液添加剤などの成分を含有していてもよい。なお、本発明の二次電池電極用スラリー組成物が二次電池正極用スラリー組成物である場合、該スラリー組成物は、アセチレンブラックなどの導電材を含むことが好ましい。
これらその他の成分は、電池反応に影響を及ぼさないものであれば特に限られず、公知のもの、例えば国際公開第2012/115096号、特開2012−204303号公報に記載のものを使用することができる。これらの成分は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。<Other ingredients>
The slurry composition for a secondary battery electrode of the present invention may contain components such as a conductive material, a reinforcing material, a leveling agent, and an electrolytic solution additive in addition to the above components. In addition, when the slurry composition for secondary battery electrodes of this invention is a slurry composition for secondary battery positive electrodes, it is preferable that this slurry composition contains electrically conductive materials, such as acetylene black.
These other components are not particularly limited as long as they do not affect the battery reaction, and known ones such as those described in International Publication Nos. 2012/115096 and 2012-204303 may be used. it can. These components may be used individually by 1 type, and may be used combining two or more types by arbitrary ratios.
<二次電池電極用スラリー組成物の調製>
本発明のスラリー組成物は、上記各成分を任意に一部予混合した後に分散媒としての水系媒体中に分散させることにより調製してもよいし、粒子状重合体(A)と、親水性有機繊維(B)と、水とを含むバインダー組成物を調製した後、該バインダー組成物と、電極活物質と、任意に水溶性増粘剤(D)などとを分散媒としての水系媒体中に分散させることにより調製してもよい。なお、生産を容易とするためには、本発明のスラリー組成物は、粒子状重合体(A)と、親水性有機繊維(B)と、水とを含むバインダー組成物を調製した後、該バインダー組成物と、電極活物質等とを分散媒としての水系媒体中に分散させることにより調製してもよい。具体的には、ボールミル、サンドミル、ビーズミル、顔料分散機、らい潰機、超音波分散機、ホモジナイザー、プラネタリーミキサー、フィルミックスなどの混合機を用いて、粒子状重合体(A)の水分散液と、親水性有機繊維(B)を混合してバインダー組成物を調製した後、さらに電極活物質や任意に水系媒体などを添加し混合することにより、スラリー組成物を調製することが好ましい。
ここで、水系媒体としては、通常は水を用いるが、任意の化合物の水溶液や、少量の有機媒体と水との混合溶液などを用いてもよい。また、スラリー組成物の固形分濃度は、各成分を均一に分散させることができる濃度、例えば、30質量%以上90質量%以下であり、より好ましくは40質量%以上80質量%以下とすることができる。更に、上記各成分と水系媒体との混合は、通常、室温以上80℃以下の範囲で、10分以上数時間以下行うことができる。<Preparation of slurry composition for secondary battery electrode>
The slurry composition of the present invention may be prepared by arbitrarily premixing each of the above components and then dispersing it in an aqueous medium as a dispersion medium, or the particulate polymer (A) and hydrophilic After preparing a binder composition containing organic fiber (B) and water, in an aqueous medium using the binder composition, an electrode active material, and optionally a water-soluble thickener (D) as a dispersion medium It is also possible to prepare it by dispersing it in In order to facilitate production, the slurry composition of the present invention is prepared after preparing a binder composition containing a particulate polymer (A), a hydrophilic organic fiber (B), and water. You may prepare by disperse | distributing a binder composition, an electrode active material, etc. in the aqueous medium as a dispersion medium. Specifically, water dispersion of the particulate polymer (A) using a mixer such as a ball mill, a sand mill, a bead mill, a pigment disperser, a grinder, an ultrasonic disperser, a homogenizer, a planetary mixer, and a fill mix. After preparing a binder composition by mixing the liquid and the hydrophilic organic fiber (B), it is preferable to prepare a slurry composition by further adding and mixing an electrode active material and optionally an aqueous medium.
Here, water is usually used as the aqueous medium, but an aqueous solution of an arbitrary compound or a mixed solution of a small amount of an organic medium and water may be used. The solid content concentration of the slurry composition is a concentration at which each component can be uniformly dispersed, for example, 30% by mass to 90% by mass, and more preferably 40% by mass to 80% by mass. Can do. Furthermore, the mixing of each of the above components and the aqueous medium can usually be carried out in the range of room temperature to 80 ° C. for 10 minutes to several hours.
(二次電池用電極)
本発明の二次電池用電極は、本発明の二次電池電極用スラリー組成物を使用して製造することができる。
そして、本発明の二次電池用電極は、集電体と、集電体上に形成された電極合材層とを備え、電極合材層は、本発明の二次電池電極用スラリー組成物から得られる。本発明の二次電池用電極は、電極合材層と集電体の密着性に優れる。(Electrode for secondary battery)
The secondary battery electrode of the present invention can be produced using the secondary battery electrode slurry composition of the present invention.
And the electrode for secondary batteries of this invention is equipped with the electrical power collector and the electrode compound-material layer formed on the collector, and an electrode compound-material layer is a slurry composition for secondary battery electrodes of this invention. Obtained from. The electrode for a secondary battery of the present invention is excellent in the adhesion between the electrode mixture layer and the current collector.
なお、本発明の二次電池用電極は、例えば、上述した二次電池電極用スラリー組成物を集電体上に塗布する工程(塗布工程)と、集電体上に塗布された二次電池電極用スラリー組成物を乾燥して集電体上に電極合材層を形成する工程(乾燥工程)と、任意に、電極合材層を更に加熱する工程(加熱工程)とを経て製造される。スラリー組成物が架橋剤(C)を含む場合、例えば、乾燥工程の際に加わった熱や、加熱工程において加えた熱により、架橋剤(C)を介した架橋反応が進行する。即ち、電極合材層中に、粒子状重合体(A)、親水性有機繊維(B)、そして、任意の水溶性増粘剤(D)が、架橋剤(C)により繋がる架橋構造が形成され、この架橋構造により、電極合材層と集電体の密着性を向上させることができる。またこの架橋構造により、サイクル特性などの二次電池の電気的特性を向上させることができる。 The secondary battery electrode of the present invention includes, for example, a step of applying the above-described slurry composition for a secondary battery electrode on a current collector (application step), and a secondary battery applied on the current collector. It is manufactured through a step of drying the electrode slurry composition to form an electrode mixture layer on the current collector (drying step) and, optionally, a step of further heating the electrode mixture layer (heating step). . When the slurry composition contains the crosslinking agent (C), for example, the crosslinking reaction via the crosslinking agent (C) proceeds by the heat applied in the drying process or the heat applied in the heating process. That is, a crosslinked structure in which the particulate polymer (A), the hydrophilic organic fiber (B), and any water-soluble thickener (D) are connected by the crosslinking agent (C) is formed in the electrode mixture layer. In addition, this cross-linked structure can improve the adhesion between the electrode mixture layer and the current collector. In addition, this cross-linked structure can improve the electrical characteristics of the secondary battery such as cycle characteristics.
[塗布工程]
上記二次電池電極用スラリー組成物を集電体上に塗布する方法としては、特に限定されず公知の方法を用いることができる。具体的には、塗布方法としては、ドクターブレード法、ディップ法、リバースロール法、ダイレクトロール法、グラビア法、エクストルージョン法、ハケ塗り法などを用いることができる。この際、スラリー組成物を集電体の片面だけに塗布してもよいし、両面に塗布してもよい。塗布後乾燥前の集電体上のスラリー膜の厚みは、乾燥して得られる電極合材層の厚みに応じて適宜に設定しうる。[Coating process]
A method for applying the slurry composition for a secondary battery electrode on the current collector is not particularly limited, and a known method can be used. Specifically, as a coating method, a doctor blade method, a dip method, a reverse roll method, a direct roll method, a gravure method, an extrusion method, a brush coating method, or the like can be used. At this time, the slurry composition may be applied to only one side of the current collector or may be applied to both sides. The thickness of the slurry film on the current collector after application and before drying can be appropriately set according to the thickness of the electrode mixture layer obtained by drying.
ここで、スラリー組成物を塗布する集電体としては、電気導電性を有し、かつ、電気化学的に耐久性のある材料が用いられる。具体的には、集電体としては、例えば、鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼、チタン、タンタル、金、白金などからなる集電体を用い得る。中でも、正極に用いる集電体としてはアルミ箔(アルミニウム)が特に好ましく、負極に用いる集電体としては銅箔が特に好ましい。なお、前記の材料は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。 Here, as the current collector to which the slurry composition is applied, an electrically conductive and electrochemically durable material is used. Specifically, as the current collector, for example, a current collector made of iron, copper, aluminum, nickel, stainless steel, titanium, tantalum, gold, platinum, or the like can be used. Among them, an aluminum foil (aluminum) is particularly preferable as the current collector used for the positive electrode, and a copper foil is particularly preferable as the current collector used for the negative electrode. In addition, the said material may be used individually by 1 type, and may be used combining two or more types by arbitrary ratios.
[乾燥工程]
集電体上のスラリー組成物を乾燥する方法としては、特に限定されず公知の方法を用いることができ、例えば温風、熱風、低湿風による乾燥、真空乾燥、赤外線や電子線などの照射による乾燥法が挙げられる。このように集電体上のスラリー組成物を乾燥することで、集電体上に電極合材層を形成し、集電体と電極合材層とを備える二次電池用電極を得ることができる。なお、スラリー組成物が架橋剤(C)を含む場合、スラリー組成物の乾燥の際に、加えられた熱により、架橋剤(C)を介した架橋反応が進行する。[Drying process]
A method for drying the slurry composition on the current collector is not particularly limited, and a known method can be used. A drying method is mentioned. By drying the slurry composition on the current collector in this way, an electrode mixture layer is formed on the current collector, and a secondary battery electrode including the current collector and the electrode mixture layer can be obtained. it can. In addition, when a slurry composition contains a crosslinking agent (C), the crosslinking reaction through a crosslinking agent (C) advances with the heat | fever added at the time of drying of a slurry composition.
なお、乾燥工程の後、金型プレスまたはロールプレスなどを用い、電極合材層に加圧処理を施してもよい。加圧処理により、電極合材層と集電体の密着性を向上させることができる。
また、スラリー組成物が架橋剤(C)を含む場合、電極合材層の形成後に、加熱工程を実施して架橋反応を進行させ、架橋構造をさらに十分なものとすることが好ましい。該加熱工程は、80℃以上160℃以下で、1時間以上20時間以下程度行うことが好ましい。Note that after the drying step, the electrode mixture layer may be subjected to pressure treatment using a die press or a roll press. By the pressure treatment, the adhesion between the electrode mixture layer and the current collector can be improved.
Moreover, when a slurry composition contains a crosslinking agent (C), after formation of an electrode compound-material layer, it is preferable to implement a heating process and to advance a crosslinking reaction, and to make a crosslinked structure further sufficient. The heating step is preferably performed at 80 ° C. to 160 ° C. for about 1 hour to 20 hours.
(二次電池)
本発明の二次電池は、正極、負極、電解液およびセパレータを備え、前記正極および負極の少なくとも一方が、本発明の二次電池用電極であり、該電極における電極合材層と集電体の密着性に優れる。また、本発明の二次電池は、本発明の二次電池用電極を備えるので、サイクル特性などの電気的特性に優れる。(Secondary battery)
The secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, and a separator, and at least one of the positive electrode and the negative electrode is the electrode for the secondary battery of the present invention, and the electrode mixture layer and the current collector in the electrode Excellent adhesion. Moreover, since the secondary battery of this invention is equipped with the electrode for secondary batteries of this invention, it is excellent in electrical characteristics, such as a cycle characteristic.
<電極>
上述のように、本発明の二次電池用電極が、正極および負極の少なくとも一方として用いられる。すなわち、本発明の二次電池の正極が本発明の電極であり負極が他の既知の負極であってもよく、本発明の二次電池の負極が本発明の電極であり正極が他の既知の正極であってもよく、そして、本発明の二次電池の正極および負極の両方が本発明の電極であってもよい。<Electrode>
As described above, the secondary battery electrode of the present invention is used as at least one of a positive electrode and a negative electrode. That is, the positive electrode of the secondary battery of the present invention may be the electrode of the present invention and the negative electrode may be another known negative electrode, and the negative electrode of the secondary battery of the present invention is the electrode of the present invention and the positive electrode may be another known negative electrode. The positive electrode and the negative electrode of the secondary battery of the present invention may be both electrodes of the present invention.
<電解液>
電解液としては、溶媒に電解質を溶解した電解液を用いることができる。
ここで、溶媒としては、電解質を溶解可能な有機溶媒を用いることができる。具体的には、溶媒としては、例えば二次電池がリチウムイオン二次電池である場合、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン等のアルキルカーボネート系溶媒に、2,5−ジメチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロフラン、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート、酢酸メチル、ジメトキシエタン、ジオキソラン、プロピオン酸メチル、ギ酸メチル等の粘度調整溶媒を添加したものを用いることができる。
電解質としては、例えば二次電池がリチウムイオン二次電池である場合、リチウム塩を用いることができる。リチウム塩としては、例えば、特開2012−204303号公報に記載のものを用いることができる。これらのリチウム塩の中でも、有機溶媒に溶解しやすく、高い解離度を示すという点より、電解質としてはLiPF6、LiClO4、CF3SO3Liが好ましい。<Electrolyte>
As the electrolytic solution, an electrolytic solution in which an electrolyte is dissolved in a solvent can be used.
Here, as the solvent, an organic solvent capable of dissolving the electrolyte can be used. Specifically, as the solvent, for example, when the secondary battery is a lithium ion secondary battery, an alkyl carbonate solvent such as ethylene carbonate, propylene carbonate, γ-butyrolactone, 2,5-dimethyltetrahydrofuran, tetrahydrofuran, diethyl What added viscosity adjusting solvents, such as carbonate, ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, methyl acetate, dimethoxyethane, dioxolane, methyl propionate, methyl formate, can be used.
As the electrolyte, for example, when the secondary battery is a lithium ion secondary battery, a lithium salt can be used. As lithium salt, the thing as described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2012-204303 can be used, for example. Among these lithium salts, LiPF 6 , LiClO 4 , and CF 3 SO 3 Li are preferable as the electrolyte because they are easily dissolved in an organic solvent and exhibit a high degree of dissociation.
<セパレータ>
セパレータとしては、例えば二次電池がリチウムイオン二次電池である場合、特開2012−204303号公報に記載のものを用いることができる。これらの中でも、セパレータ全体の膜厚を薄くすることができ、これにより、リチウムイオン二次電池内の電極活物質の比率を高くして体積あたりの容量を高くすることができるという点より、ポリオレフィン系の樹脂(ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリ塩化ビニル)からなる微多孔膜が好ましい。<Separator>
As the separator, for example, when the secondary battery is a lithium ion secondary battery, those described in JP 2012-204303 A can be used. Among these, the thickness of the separator as a whole can be reduced, thereby increasing the ratio of the electrode active material in the lithium ion secondary battery and increasing the capacity per volume. A microporous film made of a series resin (polyethylene, polypropylene, polybutene, polyvinyl chloride) is preferred.
<二次電池の製造方法>
本発明の二次電池は、例えば、正極と、負極とを、セパレータを介して重ね合わせ、これを必要に応じて電池形状に応じて巻く、折るなどして電池容器に入れ、電池容器に電解液を注入して封口することにより製造することができる。二次電池の内部の圧力上昇、過充放電などの発生を防止するために、必要に応じて、ヒューズ、PTC素子などの過電流防止素子、エキスパンドメタル、リード板などを設けてもよい。二次電池の形状は、例えば、コイン型、ボタン型、シート型、円筒型、角形、扁平型など、何れであってもよい。<Method for producing secondary battery>
The secondary battery of the present invention includes, for example, a positive electrode and a negative electrode that are stacked with a separator interposed between them, wound as necessary according to the shape of the battery, folded into a battery container, and electrolyzed in the battery container. It can be manufactured by injecting and sealing the liquid. In order to prevent the occurrence of pressure increase and overcharge / discharge in the secondary battery, an overcurrent prevention element such as a fuse and a PTC element, an expanded metal, a lead plate, and the like may be provided as necessary. The shape of the secondary battery may be any of, for example, a coin shape, a button shape, a sheet shape, a cylindrical shape, a square shape, and a flat shape.
以下、本発明について実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、以下の説明において、量を表す「%」及び「部」は、特に断らない限り、質量基準である。
粒子状重合体の表面酸量は、上述の方法で算出および測定した。なお、表面酸量の測定において、溶液電導率計としては溶液電導率計(京都電子工業社製:CM−117、使用セルタイプ:K−121)を、0.1規定の水酸化ナトリウムおよび0.1規定の塩酸としては、それぞれ和光純薬製:試薬特級のものを用いた。また、親水性有機繊維の平均繊維径および平均繊維長、粒子状重合体のNa含有量およびK含有量は、それぞれ以下の方法で測定した。
そして、スラリー組成物の貯蔵安定性、スラリー組成物のチキソ性、負極合材層と集電体の密着強度は、それぞれ以下の方法を使用して評価した。EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited to these Examples. In the following description, “%” and “part” representing amounts are based on mass unless otherwise specified.
The surface acid amount of the particulate polymer was calculated and measured by the method described above. In the measurement of the amount of surface acid, a solution conductivity meter (manufactured by Kyoto Electronics Industry Co., Ltd .: CM-117, used cell type: K-121), 0.1 N sodium hydroxide and 0 As the 1N hydrochloric acid, Wako Pure Chemicals: Special grade reagent was used. Moreover, the average fiber diameter and average fiber length of the hydrophilic organic fiber, and the Na content and K content of the particulate polymer were measured by the following methods, respectively.
The storage stability of the slurry composition, the thixotropy of the slurry composition, and the adhesion strength between the negative electrode composite material layer and the current collector were evaluated using the following methods.
<親水性有機繊維の平均繊維径、平均繊維長>
走査型電子顕微鏡(S−2400、日立製作所社製)を用いて、親水性有機繊維の平均繊維径、平均繊維長を測定した。
<粒子状重合体のNa含有量およびK含有量>
粒子状重合体を白金るつぼに秤量し、バーナーで過熱灰化したのち、電気炉で加熱灰化した。得られた灰化物を硫酸及び硝酸で加熱分解し、希硝酸で加熱溶解して定容とした。この溶液について、ICP発光分光分析法でNa、K量を測定し、粒子状重合体の固形分に対するNa含有量(ppm)およびK含有量(ppm)を算出した。なお、ICP発光分光分析装置として、エスアイアイ・ナノテクノロジー社製 SPS4000を使用した。
<スラリー組成物の貯蔵安定性>
調製したスラリー組成物を、室温下で静置後、初期粘度(η0)をB型粘度計(回転数60rpm)により測定した。そして初期粘度測定後、さらに24時間室温下で静置させて、同様にして24時間経過後の粘度(η1)を測定した。
粘度変化の度合を(|η0−η1|)/η1×100(%)で算出し、以下の基準により評価した。粘度変化が小さいほど、貯蔵安定性に優れることを示す。
A:粘度変化が5.0%未満
B:粘度変化が5.0%以上10.0%未満
C:粘度変化が10.0%以上20.0%未満
D:粘度変化が20.0%以上30.0%未満
E:粘度変化が30.0%以上
<スラリー組成物のチキソ性>
調製したスラリー組成物について、室温下において、B型粘度計を用いて6rpmでの粘度(η6)と、60rpmでの粘度(η60)とを測定した。粘度比(TI値)をη6/η60で算出し、以下の基準により評価した。TI値が大きいほど、チキソ性に優れることを示す。
A:TI値が3.0以上
B:TI値が3.0未満2.8以上
C:TI値が2.8未満2.6以上
D:TI値が2.6未満2.4以上
E:TI値が2.4未満
<負極合材層と集電体の密着性>
作製した二次電池用負極を長さ100mm、幅10mmの長方形状に切り出して試験片とし、負極合材層を有する面を下にし、負極合材層表面にセロハンテープ(JIS Z1522に規定されるもの)を貼り付け、集電体の一端を垂直方向に引張り速度50mm/分で引っ張って剥がしたときの応力を測定した(なお、セロハンテープは試験台に固定されている)。測定を3回行い、その平均値を求めてこれを剥離ピール強度とし、以下の基準により評価した。剥離ピール強度の値が大きいほど、負極合材層と集電体の密着性に優れることを示す。
A:剥離ピール強度が5.0N/m以上
B:剥離ピール強度が4.5N/m以上5.0N/m未満
C:剥離ピール強度が4.0N/m以上4.5N/m未満
D:剥離ピール強度が3.0N/m以上4.0N/m未満
E:剥離ピール強度が3.0N/m未満<Average fiber diameter and average fiber length of hydrophilic organic fiber>
The average fiber diameter and the average fiber length of the hydrophilic organic fibers were measured using a scanning electron microscope (S-2400, manufactured by Hitachi, Ltd.).
<Na content and K content of particulate polymer>
The particulate polymer was weighed into a platinum crucible, overheated and incinerated with a burner, and then heat incinerated with an electric furnace. The obtained ashed product was decomposed by heating with sulfuric acid and nitric acid and dissolved by heating with dilute nitric acid to obtain a constant volume. For this solution, the Na and K contents were measured by ICP emission spectroscopy, and the Na content (ppm) and K content (ppm) relative to the solid content of the particulate polymer were calculated. As an ICP emission spectroscopic analyzer, SPS4000 manufactured by SII Nanotechnology Inc. was used.
<Storage stability of slurry composition>
The prepared slurry composition was allowed to stand at room temperature, and then the initial viscosity (η0) was measured with a B-type viscometer (rotation speed: 60 rpm). And after initial viscosity measurement, it was left still at room temperature for 24 hours, and the viscosity ((eta) 1) after 24 hours passed was measured similarly.
The degree of viscosity change was calculated by (| η0−η1 |) / η1 × 100 (%) and evaluated according to the following criteria. It shows that it is excellent in storage stability, so that a viscosity change is small.
A: Viscosity change is less than 5.0% B: Viscosity change is 5.0% or more and less than 10.0% C: Viscosity change is 10.0% or more and less than 20.0% D: Viscosity change is 20.0% or more Less than 30.0% E: Viscosity change is 30.0% or more <Thixotropic properties of slurry composition>
About the prepared slurry composition, the viscosity ((eta) 6) in 6 rpm and the viscosity ((eta) 60) in 60 rpm were measured using the B-type viscosity meter under room temperature. The viscosity ratio (TI value) was calculated by η6 / η60 and evaluated according to the following criteria. It shows that it is excellent in thixotropy, so that TI value is large.
A: TI value is 3.0 or more B: TI value is less than 3.0 2.8 or more C: TI value is less than 2.8 2.6 or more D: TI value is less than 2.6 2.4 or more E: TI value is less than 2.4 <Adhesiveness between negative electrode composite material layer and current collector>
The produced negative electrode for a secondary battery was cut into a rectangular shape having a length of 100 mm and a width of 10 mm to obtain a test piece. The surface having the negative electrode mixture layer was face down, and a cellophane tape (specified in JIS Z1522) was formed on the surface of the negative electrode mixture layer. And a stress was measured when one end of the current collector was pulled in a vertical direction at a pulling speed of 50 mm / min and peeled off (the cellophane tape was fixed to the test stand). The measurement was performed 3 times, the average value was calculated | required, this was made into peeling peel strength, and the following references | standards evaluated. It shows that it is excellent in the adhesiveness of a negative mix layer and a collector, so that the value of peeling peel strength is large.
A: Peel peel strength is 5.0 N / m or more B: Peel peel strength is 4.5 N / m or more and less than 5.0 N / m C: Peel peel strength is 4.0 N / m or more and less than 4.5 N / m D: Peel peel strength is 3.0 N / m or more and less than 4.0 N / m E: Peel peel strength is less than 3.0 N / m
(使用材料)
以下の実施例および比較例における二次電池負極用バインダー組成物および二次電池負極用スラリー組成物の調製には、以下の粒子状重合体(A)、親水性有機繊維(B)、架橋剤(C)、および水溶性増粘剤(D)を使用した。
[粒子状重合体(A)]
以下のように、粒子状重合体A1および粒子状重合体A2(いずれもカルボキシル基+水酸基を有する共役ジエン/芳香族ビニル共重合体)、並びに粒子状重合体A3(カルボキシル基を有するアクリル/不飽和ニトリル共重合体)を調製した。
(1)粒子状重合体A1:
攪拌機付き5MPa耐圧容器に、芳香族ビニル単量体としてスチレン(ST)65部、脂肪族共役ジエン単量体として1,3−ブタジエン(BD)33部、エチレン性不飽和カルボン酸単量体としてイタコン(IA)酸1部、水酸基を有する不飽和単量体として2−ヒドロキシエチルアクリレート(2−HEA)1部、分子量調整剤としてt−ドデシルメルカプタン0.3部、乳化剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム5部、溶媒としてイオン交換水150部、および、重合開始剤として過硫酸カリウム1部を入れ、十分に攪拌した後、55℃に加温して重合を開始した。
モノマー消費量が95.0%になった時点で冷却し、反応を停止した。こうして得られた重合体を含んだ水分散体に、5%水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pH8に調整した。その後、加熱減圧蒸留によって未反応単量体の除去を行った。さらにその後、30℃以下まで冷却し、粒子状重合体A1の水分散液を得た。粒子状重合体A1の、表面酸量は0.1mmol/g、Na含有量は1000ppm、K含有量は3000ppmであった。
(2)粒子状重合体A2:
芳香族ビニル単量体としてのスチレン(ST)の量を62部に、エチレン性不飽和カルボン酸単量体としてのイタコン酸(IA)の量を4部に変更した以外は、粒子状重合体A1と同様にして、粒子状重合体A2の水分散液を得た。
粒子状重合体A2の、表面酸量は0.38mmol/g、Na含有量は11000ppm、K含有量は3000ppmであった。なお、粒子状重合体A1に比してNa含有量が上昇しているが、これはpH調整の際の5%水酸化ナトリウム水溶液の必要量が上昇したためである。
(3)粒子状重合体A3
攪拌機を備えた反応器に、(メタ)アクリル酸エステル単量体としてブチルアクリレート(BA)96.0部、エチレン性不飽和カルボン酸単量体としてメタクリル酸(MAA)2.0部、α,β-不飽和ニトリル単量体としてアクリロニトリル2.0部、乳化剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.3部、重合開始剤として過硫酸アンモニウム0.3部、イオン交換水300部を入れ、十分に攪拌した後、70℃に加温して3時間反応を進行させ、さらに80℃に昇温して3時間熟成することで反応を完結させた。さらにその後、30℃以下まで冷却し、粒子状重合体A3の水分散液を得た。粒子状重合体A3の、表面酸量は0.25mmol/g、Na含有量は7000ppm、K含有量は1000ppmであった。
[親水性有機繊維(B)]
(1)親水性有機性繊維B1:
セルロース繊維である、BiNFi−s(登録商標)(スギノマシン社製)を用いた。平均繊維径は20nm、平均繊維長は67000nm、アスペクト比は3350であった。
(2)親水性有機繊維B2:
セルロース繊維である、セリッシュ(登録商標)KY-100G(ダイセル社製)を用いた。平均繊維径は70nm、平均繊維長は100000nm、アスペクト比は1430であった。
[架橋剤(C)]
架橋剤C1:ポリカルボジイミド(日清紡ケミカル社製、製品名:カルボジライト(登録商標)SV−02、一相水溶性)
架橋剤C2:多官能エポキシ化合物(ナガセケムテック製、製品名:EX−313、官能基数3個/1分子(1分子当たりエポキシ基2個と水酸基1個の化合物と、エポキシ基3個の化合物との混合物)、一相水溶性)
架橋剤C3:2,2'−ビス(2−オキサゾリン)(東京化成工業社製、一相水溶性)
[水溶性増粘剤(D)]
CMC1:カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩(日本製紙ケミカル社製、製品名:MAC350HC、エーテル化度0.8 1%水溶液の粘度3500mPa・s)
PAA1:ポリアクリル酸(アルドリッチ社製、重量平均分子量45万)(Materials used)
In preparing the binder composition for secondary battery negative electrode and the slurry composition for secondary battery negative electrode in the following Examples and Comparative Examples, the following particulate polymer (A), hydrophilic organic fiber (B), and crosslinking agent are used. (C) and a water-soluble thickener (D) were used.
[Particulate polymer (A)]
As described below, the particulate polymer A1 and the particulate polymer A2 (both conjugated diene / aromatic vinyl copolymer having a carboxyl group + hydroxyl group) and the particulate polymer A3 (acrylic / non-acrylic having a carboxyl group) Saturated nitrile copolymer) was prepared.
(1) Particulate polymer A1:
In a 5 MPa pressure vessel with a stirrer, 65 parts of styrene (ST) as an aromatic vinyl monomer, 33 parts of 1,3-butadiene (BD) as an aliphatic conjugated diene monomer, and as an ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer 1 part of itaconic acid (IA), 1 part of 2-hydroxyethyl acrylate (2-HEA) as an unsaturated monomer having a hydroxyl group, 0.3 part of t-dodecyl mercaptan as a molecular weight regulator, sodium dodecylbenzenesulfonate as an emulsifier 5 parts, 150 parts of ion-exchanged water as a solvent, and 1 part of potassium persulfate as a polymerization initiator were added and stirred sufficiently, and then heated to 55 ° C. to initiate polymerization.
When the monomer consumption reached 95.0%, the reaction was stopped by cooling. A 5% aqueous sodium hydroxide solution was added to the aqueous dispersion containing the polymer thus obtained to adjust the pH to 8. Then, the unreacted monomer was removed by heating under reduced pressure. Furthermore, it cooled to 30 degrees C or less after that, and obtained the aqueous dispersion liquid of particulate polymer A1. Particulate polymer A1 had a surface acid content of 0.1 mmol / g, an Na content of 1000 ppm, and a K content of 3000 ppm.
(2) Particulate polymer A2:
A particulate polymer, except that the amount of styrene (ST) as the aromatic vinyl monomer was changed to 62 parts and the amount of itaconic acid (IA) as the ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer was changed to 4 parts. In the same manner as A1, an aqueous dispersion of the particulate polymer A2 was obtained.
Particulate polymer A2 had a surface acid content of 0.38 mmol / g, an Na content of 11000 ppm, and a K content of 3000 ppm. In addition, although Na content has risen compared with particulate polymer A1, this is because the required amount of 5% sodium hydroxide aqueous solution at the time of pH adjustment rose.
(3) Particulate polymer A3
In a reactor equipped with a stirrer, 96.0 parts of butyl acrylate (BA) as a (meth) acrylic acid ester monomer, 2.0 parts of methacrylic acid (MAA) as an ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer, α, Add 2.0 parts of acrylonitrile as β-unsaturated nitrile monomer, 0.3 part of sodium dodecylbenzenesulfonate as emulsifier, 0.3 part of ammonium persulfate as polymerization initiator, and 300 parts of ion-exchanged water, and stir well. Then, the reaction was allowed to proceed to 70 ° C. for 3 hours, and further heated to 80 ° C. and aged for 3 hours to complete the reaction. Furthermore, it cooled to 30 degrees C or less after that, and obtained the aqueous dispersion of particulate polymer A3. Particulate polymer A3 had a surface acid content of 0.25 mmol / g, an Na content of 7000 ppm, and a K content of 1000 ppm.
[Hydrophilic organic fiber (B)]
(1) Hydrophilic organic fiber B1:
BiNFi-s (registered trademark) (manufactured by Sugino Machine), which is a cellulose fiber, was used. The average fiber diameter was 20 nm, the average fiber length was 67000 nm, and the aspect ratio was 3350.
(2) Hydrophilic organic fiber B2:
Celish (registered trademark) KY-100G (manufactured by Daicel), which is a cellulose fiber, was used. The average fiber diameter was 70 nm, the average fiber length was 100,000 nm, and the aspect ratio was 1430.
[Crosslinking agent (C)]
Crosslinking agent C1: Polycarbodiimide (manufactured by Nisshinbo Chemical Co., Ltd., product name: Carbodilite (registered trademark) SV-02, one-phase water-soluble)
Crosslinking agent C2: polyfunctional epoxy compound (manufactured by Nagase Chemtech, product name: EX-313, number of functional groups 3 molecules / 1 molecule (compound with 2 epoxy groups and 1 hydroxyl group per molecule and 3 epoxy groups) Mixture with water), water soluble in one phase)
Cross-linking agent C3: 2,2′-bis (2-oxazoline) (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., one-phase water-soluble)
[Water-soluble thickener (D)]
CMC1: Sodium salt of carboxymethyl cellulose (manufactured by Nippon Paper Chemical Co., Ltd., product name: MAC350HC, etherification degree 0.8 1% aqueous solution viscosity 3500 mPa · s)
PAA1: Polyacrylic acid (Aldrich, weight average molecular weight 450,000)
(実施例1)
<二次電池負極用スラリー組成物の調製>
プラネタリーミキサーに、粒子状重合体(A)としての粒子状重合体A1を固形分相当で100部、親水性有機繊維(B)としての親水性有機繊維B1を固形分相当で5部、架橋剤(C)としての架橋剤C1を固形分相当で5部(以上、二次電池負極用バインダー組成物)を投入し、さらに、負極活物質として、炭素系活物質である天然黒鉛(日本カーボン社製、製品名:N98)を7407部、水溶性増粘剤(D)としてのCMC1の1%水溶液を固形分相当で74.1部(負極活物質100質量部当たり1部)を投入した。そして、固形分濃度が52%となるようにイオン交換水を加えて混合し、粒子状重合体A1、親水性有機繊維B1、架橋剤C1、CMC1、負極活物質を含む二次電池負極用スラリー組成物を調製した。
調製した二次電池負極用スラリー組成物を用いて、スラリー組成物の貯蔵安定性およびチキソ性を評価した。結果を表1に示す。Example 1
<Preparation of slurry composition for secondary battery negative electrode>
In a planetary mixer, the particulate polymer A1 as the particulate polymer (A) is 100 parts solid equivalent, and the hydrophilic organic fiber B1 as the hydrophilic organic fiber (B) is 5 parts solid equivalent. The cross-linking agent C1 as the agent (C) is charged with 5 parts (corresponding to the binder composition for a secondary battery negative electrode) corresponding to the solid content, and further, as a negative electrode active material, natural graphite (Nippon Carbon 7407 parts (product name: N98) manufactured by the company, and 74.1 parts (1 part per 100 parts by weight of the negative electrode active material) of a 1% aqueous solution of CMC1 as a water-soluble thickener (D) corresponding to the solid content were charged . And ion-exchange water is added and mixed so that solid content concentration may be 52%, The slurry for secondary battery negative electrodes containing particulate polymer A1, hydrophilic organic fiber B1, crosslinking agent C1, CMC1, and negative electrode active material A composition was prepared.
Using the prepared slurry composition for secondary battery negative electrode, the storage stability and thixotropy of the slurry composition were evaluated. The results are shown in Table 1.
<負極の製造>
上述の二次電池負極用スラリー組成物を、コンマコーターで、厚さ20μmの銅箔(集電体)の上に塗付量が8.8mg/cm2〜9.2mg/cm2となるように塗布した。この二次電池負極用スラリー組成物が塗布された銅箔を、0.3m/分の速度で80℃のオーブン内を2分間、さらに120℃のオーブン内を2分間かけて搬送することにより、銅箔上のスラリー組成物を乾燥させ、負極原反を得た。
そして得られた負極原反をロールプレス機にて合材層密度が1.44g/cm3〜1.55g/cm3となるようプレスし、さらに、水分の除去および架橋のさらなる促進を目的として、真空条件下120℃の環境に10時間置き、集電体上に負極合材層を形成してなる負極を得た。
作製した負極を用いて、負極合材層と集電体の密着性を評価した。結果を表1に示す。<Manufacture of negative electrode>
Apply the above slurry composition for secondary battery negative electrode on a copper foil (current collector) having a thickness of 20 μm with a comma coater so that the coating amount is 8.8 mg / cm 2 to 9.2 mg / cm 2. It was applied to. By transporting the copper foil coated with the secondary battery negative electrode slurry composition at a rate of 0.3 m / min in an oven at 80 ° C. for 2 minutes and further in an oven at 120 ° C. over 2 minutes, The slurry composition on the copper foil was dried to obtain a negative electrode raw material.
And the resulting negative GokuHara anti mixture layer density was pressed so as to be 1.44g / cm 3 ~1.55g / cm 3 by a roll press machine, further, for the purpose of further promoting the removal of water and crosslinking Then, it was placed in an environment of 120 ° C. under vacuum conditions for 10 hours to obtain a negative electrode formed by forming a negative electrode mixture layer on the current collector.
Using the prepared negative electrode, the adhesion between the negative electrode mixture layer and the current collector was evaluated. The results are shown in Table 1.
<正極の製造>
プラネタリーミキサーに、正極活物質としてのLiCoO2100部、導電材としてのアセチレンブラック2部(電気化学工業(株)製「HS−100」)、正極用バインダーとしてのPVDF(ポリフッ化ビニリデン、(株)クレハ化学製「KF−1100」)2部、さらに全固形分濃度が67%となるようにN−メチルピロリドンを加えて混合し、二次電池正極用スラリー組成物を調製した。
得られた二次電池正極用スラリー組成物を、コンマコーターで、厚さ20μmのアルミ箔の上に塗付量が17.5mg/cm2〜18.4mg/cm2となるように塗布し、乾燥した。なお、この乾燥は、アルミ箔を0.5m/分の速度で60℃のオーブン内を2分間かけて搬送することにより行った。その後、120℃にて2分間加熱処理して正極原反を得た。
得られた正極原反をロールプレス機にてプレス後の合材層密度が3.40g/cm3〜3.50g/cm3になるようにプレスし、さらに水分の除去を目的として、真空条件下120℃の環境に3時間置き、集電体上に正極合材層を形成してなる正極を得た。<Production of positive electrode>
In a planetary mixer, 100 parts of LiCoO 2 as a positive electrode active material, 2 parts of acetylene black as a conductive material (“HS-100” manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.), PVDF (polyvinylidene fluoride, ( 2 parts of Kureha Chemical Co., Ltd. “KF-1100”) and N-methylpyrrolidone were added and mixed so that the total solids concentration was 67% to prepare a slurry composition for a secondary battery positive electrode.
The resulting secondary battery positive electrode slurry composition, a comma coater, coating with the amount on an aluminum foil having a thickness of 20μm was coated with a 17.5mg / cm 2 ~18.4mg / cm 2 , Dried. This drying was performed by transporting the aluminum foil in an oven at 60 ° C. at a speed of 0.5 m / min for 2 minutes. Thereafter, heat treatment was performed at 120 ° C. for 2 minutes to obtain a positive electrode raw material.
The obtained positive electrode raw pressed as mixture layer density after the pressing by a roll press machine is 3.40g / cm 3 ~3.50g / cm 3 , as further purpose of removing moisture, vacuum conditions A positive electrode obtained by forming a positive electrode mixture layer on a current collector was placed in a 120 ° C. environment for 3 hours.
<リチウムイオン二次電池の製造>
単層のポリプロピレン製セパレータ(幅65mm、長さ500mm、厚さ25μm;乾式法により製造;気孔率55%)を用意し、5cm×5cmの正方形状に切り抜いた。また、電池の外装として、アルミ包材外装を用意した。
そして作製した正極を、3.8cm×2.8cmの長方形状に切り出し、集電体側の表面がアルミ包材外装に接するように配置した。次に、正極の正極合材層の面上に、上記の正方形状のセパレータを配置した。さらに、作製した負極を、4.0cm×3.0cmの長方形状に切り出し、これをセパレータ上に、負極合材層側の表面がセパレータに向かい合うよう配置した。その後、電解液として濃度1.0MのLiPF6溶液(溶媒はエチレンカーボネート(EC)/エチルメチルカーボネート(EMC)=3/7(体積比)の混合溶媒、添加剤としてビニレンカーボネート2体積%(溶媒比)含有)を充填した。さらに、アルミ包材の開口を密封するために、150℃のヒートシールをしてアルミ外装を閉口し、ラミネートセル型のリチウムイオン二次電池を製造した。<Manufacture of lithium ion secondary batteries>
A single-layer polypropylene separator (width 65 mm, length 500 mm, thickness 25 μm; manufactured by a dry method; porosity 55%) was prepared, and cut into a 5 cm × 5 cm square shape. Moreover, the aluminum packaging material exterior was prepared as a battery exterior.
The produced positive electrode was cut into a rectangular shape of 3.8 cm × 2.8 cm, and arranged so that the surface on the current collector side was in contact with the aluminum packaging exterior. Next, the above-described square separator was disposed on the surface of the positive electrode mixture layer of the positive electrode. Further, the produced negative electrode was cut into a 4.0 cm × 3.0 cm rectangular shape, and this was arranged on the separator so that the surface on the negative electrode mixture layer side faced the separator. Thereafter, a LiPF 6 solution having a concentration of 1.0 M as an electrolytic solution (a solvent is a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) / ethyl methyl carbonate (EMC) = 3/7 (volume ratio)), and vinylene carbonate as an additive is 2% by volume (solvent. Ratio) containing). Furthermore, in order to seal the opening of the aluminum packaging material, heat sealing at 150 ° C. was performed to close the aluminum exterior, and a laminated cell type lithium ion secondary battery was manufactured.
(実施例2、3)
親水性有機繊維B1の配合量を、それぞれ固形分相当で1部、8部とした以外は、実施例1と同様にして、二次電池負極用スラリー組成物、負極、正極、リチウムイオン二次電池を製造した。そして、実施例1と同様にして評価した。結果を表1に示す。(Examples 2 and 3)
A slurry composition for a negative electrode of a secondary battery, a negative electrode, a positive electrode, and a lithium ion secondary, as in Example 1, except that the blending amount of the hydrophilic organic fiber B1 is 1 part and 8 parts respectively corresponding to the solid content. A battery was manufactured. And it evaluated similarly to Example 1. FIG. The results are shown in Table 1.
(実施例4)
親水性有機繊維B1に替えて、親水性有機繊維B2を使用した以外は、実施例1と同様にして、二次電池負極用スラリー組成物、負極、正極、リチウムイオン二次電池を製造した。そして、実施例1と同様にして評価した。結果を表1に示す。Example 4
A slurry composition for a secondary battery negative electrode, a negative electrode, a positive electrode, and a lithium ion secondary battery were produced in the same manner as in Example 1 except that the hydrophilic organic fiber B2 was used instead of the hydrophilic organic fiber B1. And it evaluated similarly to Example 1. FIG. The results are shown in Table 1.
(実施例5〜7)
架橋剤C1の配合量を、それぞれ固形分相当で0部、0.5部、10部とした以外は、実施例1と同様にして、二次電池負極用スラリー組成物、負極、正極、リチウムイオン二次電池を製造した。そして、実施例1と同様にして評価した。結果を表1に示す。(Examples 5-7)
A slurry composition for a negative electrode of a secondary battery, a negative electrode, a positive electrode, lithium, and the same as in Example 1, except that the blending amount of the cross-linking agent C1 was 0 parts, 0.5 parts, and 10 parts corresponding to solid contents, respectively. An ion secondary battery was manufactured. And it evaluated similarly to Example 1. FIG. The results are shown in Table 1.
(実施例8、9)
架橋剤C1に替えて、それぞれ架橋剤C2、架橋剤C3を使用した以外は、実施例1と同様にして、二次電池負極用スラリー組成物、負極、正極、リチウムイオン二次電池を製造した。そして、実施例1と同様にして評価した。結果を表1に示す。(Examples 8 and 9)
A slurry composition for a negative electrode of a secondary battery, a negative electrode, a positive electrode, and a lithium ion secondary battery were produced in the same manner as in Example 1 except that the crosslinking agent C2 and the crosslinking agent C3 were used instead of the crosslinking agent C1, respectively. . And it evaluated similarly to Example 1. FIG. The results are shown in Table 1.
(実施例10、12)
粒子状重合体A1に替えて、それぞれ粒子状重合体A2、A3を使用した以外は、実施例1と同様にして、二次電池負極用スラリー組成物、負極、正極、リチウムイオン二次電池を製造した。そして、実施例1と同様にして評価した。結果を表1に示す。(Examples 10 and 12)
A slurry composition for a negative electrode for a secondary battery, a negative electrode, a positive electrode, and a lithium ion secondary battery were prepared in the same manner as in Example 1 except that the particulate polymers A2 and A3 were used instead of the particulate polymer A1. Manufactured. And it evaluated similarly to Example 1. FIG. The results are shown in Table 1.
(実施例11)
水溶性増粘剤(D)としてのCMC1に替えて、PAA1を使用した以外は、実施例1と同様にして、二次電池負極用スラリー組成物、負極、正極、リチウムイオン二次電池を製造した。そして、実施例1と同様にして評価した。結果を表1に示す。(Example 11)
A slurry composition for a negative electrode of a secondary battery, a negative electrode, a positive electrode, and a lithium ion secondary battery are manufactured in the same manner as in Example 1 except that PAA1 is used instead of CMC1 as the water-soluble thickener (D). did. And it evaluated similarly to Example 1. FIG. The results are shown in Table 1.
(比較例1)
親水性有機繊維B1および架橋剤C1を使用しない以外は、実施例1と同様にして、二次電池負極用スラリー組成物、負極、正極、リチウムイオン二次電池を製造した。そして、実施例1と同様にして評価した。結果を表1に示す。(Comparative Example 1)
A slurry composition for a secondary battery negative electrode, a negative electrode, a positive electrode, and a lithium ion secondary battery were produced in the same manner as in Example 1 except that the hydrophilic organic fiber B1 and the crosslinking agent C1 were not used. And it evaluated similarly to Example 1. FIG. The results are shown in Table 1.
(比較例2)
架橋剤C1を使用せず、親水性有機繊維B1の配合量を、固形分相当で50部とした以外は、実施例1と同様にして、二次電池負極用スラリー組成物、負極、正極、リチウムイオン二次電池を製造した。そして、実施例1と同様にして評価した。結果を表1に示す。(Comparative Example 2)
A slurry composition for a negative electrode of a secondary battery, a negative electrode, a positive electrode, and the like, except that the crosslinking agent C1 was not used and the blending amount of the hydrophilic organic fiber B1 was 50 parts corresponding to the solid content. A lithium ion secondary battery was manufactured. And it evaluated similarly to Example 1. FIG. The results are shown in Table 1.
(比較例3)
粒子状重合体A1および架橋剤C1を使用しない以外は、実施例1と同様にして、二次電池負極用スラリー組成物、負極、正極、リチウムイオン二次電池を製造した。そして、実施例1と同様にして評価した。結果を表1に示す。(Comparative Example 3)
A slurry composition for a negative electrode of a secondary battery, a negative electrode, a positive electrode, and a lithium ion secondary battery were produced in the same manner as in Example 1 except that the particulate polymer A1 and the crosslinking agent C1 were not used. And it evaluated similarly to Example 1. FIG. The results are shown in Table 1.
(比較例4)
親水性有機繊維B1を使用しない以外は、実施例1と同様にして二次電池負極用スラリー組成物、負極、正極、リチウムイオン二次電池を製造した。そして、実施例1と同様にして評価した。結果を表1に示す。(Comparative Example 4)
A slurry composition for a secondary battery negative electrode, a negative electrode, a positive electrode, and a lithium ion secondary battery were produced in the same manner as in Example 1 except that the hydrophilic organic fiber B1 was not used. And it evaluated similarly to Example 1. FIG. The results are shown in Table 1.
(比較例5)
親水性有機繊維B1の配合量を、固形分相当で25部とした以外は、実施例1と同様にして、二次電池負極用スラリー組成物、負極、正極、リチウムイオン二次電池を製造した。そして、実施例1と同様にして評価した。結果を表1に示す。(Comparative Example 5)
A slurry composition for a negative electrode of a secondary battery, a negative electrode, a positive electrode, and a lithium ion secondary battery were produced in the same manner as in Example 1 except that the blending amount of the hydrophilic organic fiber B1 was 25 parts corresponding to the solid content. . And it evaluated similarly to Example 1. FIG. The results are shown in Table 1.
表1より、粒子状重合体(A)と親水性有機繊維(B)を特定の比率で用いた実施例1〜12は、スラリー組成物の優れたチキソ性を確保でき、また、優れた負極合材層と集電体の密着性が得られることがわかる。
一方、親水性有機繊維(B)を使用しない比較例1および4、並びに親水性有機繊維(B)を所定量より多く用いた比較例2および5は、スラリー組成物のチキソ性および負極合材層と集電体の密着性を向上させることができないことが分かる。また粒子状重合体(A)を使用しない比較例3は、そもそも粒子状重体のマイグレーションの問題は生じないが、結着剤として機能する粒子状重合体が存在しないため負極合材層と集電体の密着性が極端に悪化していることが分かる。From Table 1, Examples 1-12 which used particulate polymer (A) and hydrophilic organic fiber (B) by the specific ratio can ensure the excellent thixotropy of a slurry composition, and were excellent negative electrode It can be seen that adhesion between the composite layer and the current collector can be obtained.
On the other hand, Comparative Examples 1 and 4 in which the hydrophilic organic fiber (B) is not used, and Comparative Examples 2 and 5 in which the hydrophilic organic fiber (B) is used more than a predetermined amount are the thixotropy and negative electrode composite of the slurry composition. It can be seen that the adhesion between the layer and the current collector cannot be improved. In Comparative Example 3 in which the particulate polymer (A) is not used, the problem of migration of the particulate heavy body does not occur in the first place, but since there is no particulate polymer functioning as a binder, the negative electrode composite material layer and the current collector are not present. It can be seen that the adhesion of the body is extremely deteriorated.
特に、表1の実施例1〜3より、親水性有機繊維(B)の量を変更することで、スラリー組成物の貯蔵安定性、スラリー組成物のチキソ性および負極合材層と集電体の密着性を更に良好なものとし得ることが分かる。
また、表1の実施例1、4より、親水性有機繊維(B)の平均繊維径を変更することで、スラリー組成物の貯蔵安定性および負極合材層と集電体の密着性を更に良好なものとし得ることが分かる。
そして、表1の実施例1、5〜7より、架橋剤(C)の有無およびその配合量を変更することで、スラリー組成物の貯蔵安定性、スラリー組成物のチキソ性および負極合材層と集電体の密着性を更に良好なものとし得ることが分かる。
更に、表1の実施例1、8、9より、架橋剤(C)の種類を変更することで、スラリー組成物の貯蔵安定性および負極合材層と集電体の密着性を更に良好なものとし得ることが分かる。
加えて、表1の実施例1、10、12より、粒子状重合体(A)の組成を変更したり、粒子状重合体(A)の表面酸量を調節したりすることで、負極合材層と集電体の密着性を更に良好なものとし得ることが分かる。In particular, from Examples 1 to 3 in Table 1, by changing the amount of the hydrophilic organic fiber (B), the storage stability of the slurry composition, the thixotropy of the slurry composition, the negative electrode mixture layer and the current collector It can be seen that the adhesion can be further improved.
In addition, from Examples 1 and 4 in Table 1, by changing the average fiber diameter of the hydrophilic organic fiber (B), the storage stability of the slurry composition and the adhesion between the negative electrode mixture layer and the current collector are further increased. It can be seen that it can be good.
And from Example 1, 5-7 of Table 1, the storage stability of a slurry composition, the thixotropy of a slurry composition, and a negative mix layer layer are changed by changing the presence or absence and the compounding quantity of a crosslinking agent (C). It can be seen that the adhesiveness of the current collector can be further improved.
Furthermore, from Examples 1, 8, and 9 in Table 1, by changing the type of the crosslinking agent (C), the storage stability of the slurry composition and the adhesion between the negative electrode mixture layer and the current collector are further improved. It can be understood that it can be assumed.
In addition, by changing the composition of the particulate polymer (A) or adjusting the surface acid amount of the particulate polymer (A) from Examples 1, 10, and 12 in Table 1, It can be seen that the adhesion between the material layer and the current collector can be further improved.
また、負極活物質を正極活物質としてのLiCoO2に変更し、架橋剤を配合せず、導電材としてのアセチレンブラックを2部配合した以外は、実施例1〜4、10〜12の二次電池負極用スラリー組成物と同様にして、水系の二次電池正極用スラリー組成物を調製した。そして、これらの正極用スラリー組成物についても、負極用スラリー組成物と同様に、スラリー組成物の貯蔵安定性、スラリー組成物のチキソ性、そして該スラリー組成物から形成される正極合材層と集電体の密着強度を評価した。各正極用スラリー組成物の評価は、それぞれ対応する負極用スラリー組成物と同様であった。Further, the secondary active materials of Examples 1 to 4 and 10 to 12 were changed except that the negative electrode active material was changed to LiCoO 2 as the positive electrode active material, the crosslinking agent was not blended, and 2 parts of acetylene black as the conductive material was blended. In the same manner as the battery negative electrode slurry composition, an aqueous secondary battery positive electrode slurry composition was prepared. And also about these positive electrode slurry compositions, like the negative electrode slurry composition, the storage stability of the slurry composition, the thixotropy of the slurry composition, and the positive electrode mixture layer formed from the slurry composition, The adhesion strength of the current collector was evaluated. Evaluation of each positive electrode slurry composition was the same as the corresponding negative electrode slurry composition.
本発明によれば、チキソ性に優れ、かつ、電極合材層とした際の集電体との密着性に優れるスラリー組成物を形成可能な二次電池電極用バインダー組成物を提供することができる。
また、本発明によれば、チキソ性に優れ、かつ集電体との密着性に優れる電極合材層を形成可能な二次電池電極用スラリー組成物を提供することができる。
更に、本発明によれば、電極合材層と集電体の密着性に優れる二次電池用電極を提供することができる。
加えて、本発明によれば、電極合材層と集電体の密着性に優れる電極を備える二次電池を提供することができる。According to the present invention, it is possible to provide a binder composition for a secondary battery electrode capable of forming a slurry composition that is excellent in thixotropy and has excellent adhesion to a current collector when an electrode mixture layer is formed. it can.
Moreover, according to this invention, the slurry composition for secondary battery electrodes which can form the electrode compound-material layer which is excellent in thixotropy and is excellent in adhesiveness with a collector can be provided.
Furthermore, according to this invention, the electrode for secondary batteries which is excellent in the adhesiveness of an electrode compound-material layer and a collector can be provided.
In addition, according to the present invention, it is possible to provide a secondary battery including an electrode having excellent adhesion between the electrode mixture layer and the current collector.
Claims (11)
前記粒子状重合体(A)100質量部当たり、前記親水性有機繊維(B)を0.01質量部以上20質量部以下含有する、二次電池電極用バインダー組成物。 Including a particulate polymer (A), a hydrophilic organic fiber (B) and water,
The binder composition for secondary battery electrodes which contains 0.01 to 20 mass parts of said hydrophilic organic fibers (B) per 100 mass parts of said particulate polymers (A).
前記粒子状重合体(A)100質量部当たり、前記親水性有機繊維(B)を0.01質量部以上20質量部以下含有し、固形分濃度が30質量%以上90質量%以下である、二次電池電極用スラリー組成物。 Including a particulate polymer (A), a hydrophilic organic fiber (B), an electrode active material and water,
Per 100 parts by mass of the particulate polymer (A), the hydrophilic organic fiber (B) is contained in an amount of 0.01 to 20 parts by mass , and the solid content concentration is 30 to 90% by mass. A slurry composition for a secondary battery electrode.
前記正極および負極の少なくとも一方が、請求項10に記載の二次電池用電極である、二次電池。 A positive electrode, a negative electrode, an electrolyte and a separator;
The secondary battery whose at least one of the said positive electrode and a negative electrode is the electrode for secondary batteries of Claim 10.
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