JP6406066B2 - Nonaqueous secondary battery porous membrane binder, nonaqueous secondary battery porous membrane composition, nonaqueous secondary battery porous membrane and nonaqueous secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、非水系二次電池多孔膜用バインダー、非水系二次電池多孔膜用組成物、非水系二次電池用多孔膜および非水系二次電池に関するものである。 The present invention relates to a binder for a nonaqueous secondary battery porous membrane, a composition for a nonaqueous secondary battery porous membrane, a porous membrane for a nonaqueous secondary battery, and a nonaqueous secondary battery.
リチウムイオン二次電池などの非水系二次電池(以下、単に「二次電池」と略記する場合がある)は、小型で軽量、且つエネルギー密度が高く、更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。そして二次電池は、一般に、電極(正極、負極)、および、正極と負極とを隔離して正極と負極との間の短絡を防ぐセパレータなどの電池部材を備えている。 Non-aqueous secondary batteries such as lithium ion secondary batteries (hereinafter sometimes simply referred to as “secondary batteries”) have the characteristics of being small and light, having high energy density, and capable of repeated charge and discharge. Is used in a wide range of applications. The secondary battery generally includes an electrode (positive electrode, negative electrode) and a battery member such as a separator that separates the positive electrode and the negative electrode to prevent a short circuit between the positive electrode and the negative electrode.
ここで、近年、二次電池においては、耐熱性や強度の向上を目的として、保護層としての多孔膜を備える電池部材が使用されている。
具体的な多孔膜としては、有機粒子や無機粒子などの非導電性粒子を、バインダーで結着して形成したものが挙げられる。このような多孔膜は、通常、非導電性粒子やバインダーなどの多孔膜材料を水などの分散媒に溶解または分散させたスラリー組成物(以下、「多孔膜用組成物」と称することがある)を用意し、この多孔膜用組成物を、集電体上に電極合材層を設けてなる電極基材やセパレータ基材上に塗布および乾燥させて形成される。
Here, in recent years, in secondary batteries, battery members including a porous film as a protective layer are used for the purpose of improving heat resistance and strength.
Specific examples of the porous film include those formed by binding non-conductive particles such as organic particles and inorganic particles with a binder. Such a porous film is usually referred to as a slurry composition in which a porous film material such as non-conductive particles or a binder is dissolved or dispersed in a dispersion medium such as water (hereinafter referred to as “a composition for a porous film”). And the porous membrane composition is applied and dried on an electrode base material or a separator base material provided with an electrode mixture layer on a current collector.
そして、近年、非水系二次電池の更なる高性能化を目的として、多孔膜の改良が盛んに行われている。具体的には、バインダーとして粒子状重合体と水溶性重合体とを併用することで、多孔膜を、電極基材やセパレータ基材などの基材に強固に結着させる技術が従来から提案されている。(例えば、特許文献1、2参照)。
例えば特許文献1では、エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位20〜50質量%、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位40〜70質量%、およびフッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位1〜20質量%を含み、ガラス転移温度が30〜80℃である水溶性重合体と、粒子状重合体とを併用した多孔膜が、電極基材やセパレータ基材との密着強度に優れるとの報告がされている。
また、特許文献2では、セルロース系半合成高分子などの水溶性高分子と、親水性基を含有する単量体単位を0.5〜40質量%含む粒子状重合体とを併用した多孔膜が、高い結着性を有し、電極基材と密着するとの報告がされている。
In recent years, porous membranes have been actively improved for the purpose of further improving the performance of non-aqueous secondary batteries. Specifically, a technique has been conventionally proposed in which a porous film is firmly bonded to a substrate such as an electrode substrate or a separator substrate by using a particulate polymer and a water-soluble polymer in combination as a binder. ing. (For example, refer to Patent Documents 1 and 2).
For example, in patent document 1, 20-50 mass% of ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer units, 40-70 mass% of (meth) acrylic acid ester monomer units, and a fluorine-containing (meth) acrylic acid ester monomer A porous film comprising a water-soluble polymer containing 1 to 20% by mass and having a glass transition temperature of 30 to 80 ° C. and a particulate polymer is excellent in adhesion strength with an electrode substrate or a separator substrate. It has been reported.
Moreover, in patent document 2, the porous film which used together the water-soluble polymer, such as a cellulose semisynthetic polymer, and the particulate polymer containing 0.5-40 mass% of monomer units containing a hydrophilic group. However, it has been reported that it has high binding properties and adheres closely to the electrode substrate.
ここで、近年、非水系二次電池の性能、例えば電気的特性(寿命特性、出力特性など)を向上させるべく、多孔膜の基材との接着性を更に優れたものとすることが望まれている。具体的には、多孔膜には、多孔膜製造後の巻き取りの際や、二次電池製造時に裁断および湾曲させる際に生じる粉落ち(多孔膜からの微小な粉体の脱落)が十分に抑制可能であるよう、二次電池に組み込む前(すなわち電解液浸漬前)における基材との優れた接着性が求められるのみならず、二次電池に組み込まれた際に、電解液中で基材と強固に接着するよう、電解液浸漬後においても優れた接着性を保持することが求められる。
しかし、上記従来の技術では、電解液浸漬前および電解液浸漬後の双方において、基材との優れた接着性を有する多孔膜を製造することは困難であった。
Here, in recent years, in order to improve the performance of non-aqueous secondary batteries, for example, electrical characteristics (life characteristics, output characteristics, etc.), it is desired to further improve the adhesion of the porous membrane to the substrate. ing. Specifically, the porous film has a sufficient amount of powder fall (dropping of fine powder from the porous film) that occurs during winding after the porous film is manufactured or when it is cut and curved during the production of the secondary battery. In order to be able to suppress, not only the excellent adhesion with the base material before being incorporated in the secondary battery (that is, before immersion in the electrolyte solution) is required, but also when the substrate is incorporated in the secondary battery, In order to adhere firmly to the material, it is required to maintain excellent adhesiveness even after immersion in the electrolytic solution.
However, with the conventional technique described above, it has been difficult to produce a porous film having excellent adhesion to the substrate both before and after immersion in the electrolyte solution.
また、多孔膜の形成に用いられる多孔膜用組成物は、基材上に多孔膜を形成する際に、例えばグラビア塗工装置で塗布すると、グラビアロールの回転により高いせん断力を受ける。しかし、上記従来の多孔膜の形成に使用している多孔膜用組成物は、高いせん断力を受けた際の分散安定性が低く、そのため当該多孔膜用組成物には、長時間に渡り多孔膜を形成したり、高速成形するためにグラビアロールの回転速度を高めたりすると、含有成分が凝集し、均一な厚みの多孔膜が得難くなるという問題もあった。 Moreover, when forming the porous film on the substrate, the composition for the porous film used for forming the porous film is subjected to a high shearing force due to the rotation of the gravure roll, for example, when applied with a gravure coating apparatus. However, the composition for a porous film used for the formation of the above-mentioned conventional porous film has low dispersion stability when subjected to a high shearing force, and therefore the composition for a porous film is porous for a long time. When the film is formed or the rotational speed of the gravure roll is increased in order to perform high-speed molding, there is a problem that the contained components aggregate and it is difficult to obtain a porous film having a uniform thickness.
そこで、本発明は、電解液浸漬前後において基材との接着性に優れる多孔膜を形成可能であり、且つ、多孔膜用組成物の高せん断下での安定性を高めることも可能な非水系二次電池多孔膜用バインダーを提供することを目的とする。
また、本発明は、高せん断下での安定性に優れており、且つ、電解液浸漬前後において基材との接着性に優れる多孔膜を形成可能な非水系二次電池多孔膜用組成物を提供することを目的とする。
そして、本発明は、電解液浸漬前後において基材との接着性に優れる非水系二次電池用多孔膜、および当該非水系二次電池用多孔膜を備える非水系二次電池を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention is a non-aqueous system that can form a porous film that is excellent in adhesion to a substrate before and after immersion in an electrolytic solution, and that can enhance the stability of the composition for porous film under high shear. It aims at providing the binder for secondary battery porous membranes.
In addition, the present invention provides a composition for a porous membrane of a non-aqueous secondary battery that is excellent in stability under high shear and can form a porous membrane excellent in adhesion to a substrate before and after immersion in an electrolyte solution. The purpose is to provide.
And this invention provides the nonaqueous secondary battery provided with the porous film for nonaqueous secondary batteries which is excellent in adhesiveness with a base material before and behind electrolyte solution immersion, and the said porous film for nonaqueous secondary batteries Objective.
本発明者は、上記課題を解決することを目的として鋭意検討を行った。そして、本発明者は、(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位および芳香族モノビニル単量体単位をそれぞれ特定の範囲内の割合で含有するランダム共重合体よりなる粒子状重合体と、特定のpH以下において非水溶性で且つ特定のpH以上において水溶性であり、カルボン酸基含有単量体単位を特定の範囲内の割合で含有するポリカルボン酸系共重合体とを含み、そして、非水系電解液に対する膨潤度が特定の範囲内である多孔膜用バインダーを用いることで、多孔膜用組成物の高せん断下での安定性を確保しつつ、多孔膜に、電解液浸漬前および浸漬後の双方において、基材との優れた接着性を発揮させうることを見出し、本発明を完成させた。 The present inventor has intensively studied for the purpose of solving the above problems. The present inventor has identified a particulate polymer comprising a random copolymer containing a (meth) acrylic acid alkyl ester monomer unit and an aromatic monovinyl monomer unit in a ratio within a specific range, A polycarboxylic acid-based copolymer that is water-insoluble at a pH below and water-soluble at a specific pH or higher and contains a carboxylic acid group-containing monomer unit in a proportion within a specific range, and By using a porous membrane binder having a degree of swelling with respect to the non-aqueous electrolyte solution within a specific range, the porous membrane composition is secured before being immersed in the porous membrane while maintaining the stability under high shear. The inventors have found that excellent adhesion to the substrate can be exhibited both after immersion, and thus completed the present invention.
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、本発明の非水系二次電池多孔膜用バインダーは、粒子状重合体およびポリカルボン酸系共重合体を含み、前記粒子状重合体は、(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位を35質量%以上含み、且つ芳香族モノビニル単量体単位を20質量%以上65質量%以下含むランダム共重合体であり、前記ポリカルボン酸系共重合体は、カルボン酸基含有単量体単位を20質量%以上50質量%以下含み、pHが6.5以下で非水溶性、且つpHが8以上で水溶性であり、そして、非水系電解液に対する膨潤度が1倍超2倍以下であることを特徴とする。このように、(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位および芳香族モノビニル単量体単位をそれぞれ上述の範囲内で含有するランダム共重合体からなる粒子状重合体と、特定のpH以下で非水溶性であり且つ特定のpH以上で水溶性であって、カルボン酸基含有単量体単位を特定の範囲内の割合で含有するポリカルボン酸系共重合体とを含み、そして、非水系電解液に対する膨潤度が特定の範囲内である多孔膜用バインダーを用いれば、当該バインダーを用いた多孔膜用組成物の高せん断下での安定性を向上させることが可能となるとともに、当該バインダーを用いて形成される多孔膜の電解液浸漬前および浸漬後の双方における基材との接着性を優れたものとすることができる。 That is, the present invention aims to advantageously solve the above problems, and the binder for a nonaqueous secondary battery porous membrane of the present invention comprises a particulate polymer and a polycarboxylic acid copolymer. The particulate polymer is a random copolymer containing 35% by mass or more of (meth) acrylic acid alkyl ester monomer units and 20% by mass to 65% by mass of aromatic monovinyl monomer units. The polycarboxylic acid-based copolymer contains 20% by mass or more and 50% by mass or less of carboxylic acid group-containing monomer units, has a pH of 6.5 or less and is water-insoluble, and has a pH of 8 or more and is water-soluble. And the swelling degree with respect to the non-aqueous electrolyte is more than 1 time and 2 times or less. Thus, a particulate polymer composed of a random copolymer containing a (meth) acrylic acid alkyl ester monomer unit and an aromatic monovinyl monomer unit within the above ranges, and a non-specific pH below a specific pH, respectively. A polycarboxylic acid-based copolymer that is water-soluble and water-soluble at a specific pH or higher and contains a carboxylic acid group-containing monomer unit in a specific range, and non-aqueous electrolysis If a porous membrane binder having a degree of swelling with respect to the liquid is within a specific range, the stability of the porous membrane composition using the binder under high shear can be improved, and the binder can be used. The adhesion of the porous film formed by using the base material before and after the electrolytic solution immersion can be made excellent.
ここで、本発明の非水系二次電池多孔膜用バインダーは、前記粒子状重合体100質量部当たり、前記ポリカルボン酸系共重合体を0.5質量部以上50質量部以下含むことが好ましい。粒子状重合体に対するポリカルボン酸系共重合体の配合量が上述の範囲内であれば、多孔膜用組成物の高せん断下での安定性を更に高め、そして、多孔膜の電解液浸漬前後の接着性を更に向上させつつ、多孔膜の水分含有量を低下させて二次電池中への水分の持ち込み量を低下させ、二次電池の電気的特性を向上させることができるからである。 Here, the binder for a nonaqueous secondary battery porous membrane of the present invention preferably contains 0.5 to 50 parts by mass of the polycarboxylic acid copolymer per 100 parts by mass of the particulate polymer. . If the blending amount of the polycarboxylic acid copolymer with respect to the particulate polymer is within the above range, the stability of the composition for the porous membrane is further enhanced under high shear, and before and after immersion of the porous membrane in the electrolyte solution This is because it is possible to improve the electrical characteristics of the secondary battery by further reducing the moisture content of the porous film and reducing the amount of moisture brought into the secondary battery while further improving the adhesion of the secondary battery.
更に、本発明の非水系二次電池多孔膜用バインダーは、前記粒子状重合体の非水系電解液に対する膨潤度が1倍超2倍以下であり、且つ前記ポリカルボン酸系共重合体の非水系電解液に対する膨潤度が2倍以上5倍以下であることが好ましい。粒子状重合体およびポリカルボン酸系共重合体の非水系電解液に対する膨潤度がそれぞれ上述の範囲内であれば、多孔膜の電解液浸漬前後の接着性を更に向上させつつ、二次電池の出力特性などの電気的特性を向上させることができるからである。 Furthermore, the binder for a nonaqueous secondary battery porous membrane according to the present invention has a degree of swelling of the particulate polymer with respect to the nonaqueous electrolyte of more than 1 time and 2 times or less, and the non-reactivity of the polycarboxylic acid copolymer. The degree of swelling with respect to the aqueous electrolyte is preferably 2 to 5 times. If the degree of swelling of the particulate polymer and polycarboxylic acid copolymer with respect to the non-aqueous electrolyte solution is within the above-mentioned range, the adhesion of the porous membrane before and after immersion in the electrolyte solution is further improved, This is because electrical characteristics such as output characteristics can be 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、本発明の非水系二次電池多孔膜用組成物は、上述の何れかの非水系二次電池多孔膜用バインダー、非導電性粒子および水を含有することを特徴とする。上述した何れかの非水系二次電池多孔膜用バインダーを含む組成物を多孔膜の形成に用いることで、電解液浸漬前後において基材との接着性に優れる多孔膜が得られる。また、上述した何れかの非水系二次電池多孔膜用バインダーを含む組成物は、高せん断下での安定性に優れており、多孔膜の形成時に凝集し難い。 Moreover, this invention aims at solving the said subject advantageously, The composition for non-aqueous secondary battery porous films of this invention is for any of the above-mentioned non-aqueous secondary battery porous films. It contains a binder, non-conductive particles and water. By using any of the above-described compositions containing a binder for a nonaqueous secondary battery porous membrane for forming a porous membrane, a porous membrane having excellent adhesion to a substrate before and after immersion in an electrolytic solution can be obtained. Moreover, the composition containing any of the binders for a non-aqueous secondary battery porous membrane described above is excellent in stability under high shear and hardly aggregates during the formation of the porous membrane.
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、本発明の非水系二次電池用多孔膜は、上述の非水系二次電池多孔膜用組成物から形成されたことを特徴とする。当該多孔膜は電解液浸漬前後における基材との接着性に優れる。 Moreover, this invention aims at solving the said subject advantageously, The porous film for non-aqueous secondary batteries of this invention is formed from the above-mentioned composition for non-aqueous secondary battery porous films. It is characterized by that. The porous film is excellent in adhesiveness with the substrate before and after immersion in the electrolyte solution.
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、本発明の非水系二次電池は、上述した非水系二次電池用多孔膜を備える。当該非水系二次電池は、耐久性に優れており、高性能である。 Moreover, this invention aims at solving the said subject advantageously, The non-aqueous secondary battery of this invention is equipped with the porous film for non-aqueous secondary batteries mentioned above. The non-aqueous secondary battery has excellent durability and high performance.
本発明によれば、電解液浸漬前後において基材との接着性に優れる多孔膜を形成可能であり、且つ、多孔膜用組成物の高せん断下での安定性を高めることも可能な非水系二次電池多孔膜用バインダーを提供することができる。
また、本発明によれば、高せん断下での安定性に優れており、且つ、電解液浸漬前後において基材との接着性に優れる多孔膜を形成可能な非水系二次電池多孔膜用組成物を提供することができる。
そして、本発明によれば、電解液浸漬前後において基材との接着性に優れる非水系二次電池用多孔膜、および当該非水系二次電池用多孔膜を備える非水系二次電池を提供することができる。
According to the present invention, a non-aqueous system capable of forming a porous film excellent in adhesiveness with a substrate before and after immersion in an electrolytic solution and also improving the stability of the composition for porous film under high shear A binder for a secondary battery porous membrane can be provided.
In addition, according to the present invention, the composition for a porous membrane of a non-aqueous secondary battery is excellent in stability under high shear and can form a porous membrane excellent in adhesion to a substrate before and after immersion in an electrolyte. Things can be provided.
And according to this invention, the non-aqueous secondary battery provided with the porous film for non-aqueous secondary batteries which is excellent in adhesiveness with a base material before and after electrolyte solution immersion, and the said porous film for non-aqueous secondary batteries is provided. be able to.
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
ここで、本発明の非水系二次電池多孔膜用バインダーは、非水系二次電池多孔膜用組成物を調製する際の材料として用いられる。そして、本発明の非水系二次電池多孔膜用組成物は、本発明の非水系二次電池多孔膜用バインダーを用いて調製される。また、本発明の非水系二次電池用多孔膜は、本発明の非水系二次電池多孔膜用組成物を用いて形成される。加えて、本発明の非水系二次電池は、少なくとも1つの電池部材が、本発明の非水系二次電池用多孔膜を備えるものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
Here, the binder for nonaqueous secondary battery porous membranes of the present invention is used as a material for preparing a composition for nonaqueous secondary battery porous membranes. And the composition for non-aqueous secondary battery porous films of this invention is prepared using the binder for non-aqueous secondary battery porous films of this invention. Moreover, the porous film for nonaqueous secondary batteries of this invention is formed using the composition for nonaqueous secondary battery porous films of this invention. In addition, the non-aqueous secondary battery of the present invention is such that at least one battery member includes the porous membrane for a non-aqueous secondary battery of the present invention.
(非水系二次電池多孔膜用バインダー)
本発明の多孔膜用バインダーは、結着力を有する粒子状重合体およびポリカルボン酸系共重合体、並びに、その他の成分や、水などの分散媒を含む組成物である。
そして、本発明の多孔膜用バインダーを含む多孔膜用組成物は、高せん断下の安定性に優れている。また、本発明の多孔膜用バインダーを用いて形成される多孔膜は、電解液浸漬前および浸漬後の双方において、基材との接着性に優れている。
(Binder for non-aqueous secondary battery porous membrane)
The binder for a porous film of the present invention is a composition containing a particulate polymer and a polycarboxylic acid copolymer having a binding force, other components, and a dispersion medium such as water.
And the composition for porous films containing the binder for porous films of this invention is excellent in stability under high shear. Moreover, the porous film formed using the binder for porous films of this invention is excellent in adhesiveness with a base material both before and after electrolyte solution immersion.
<粒子状重合体>
粒子状重合体は、少なくとも以下の(1)、(2):
(1)(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位を35質量%以上含み、芳香族モノビニル単量体単位を20質量%以上65質量%以下含む、
(2)ランダム共重合体である、
の特徴を有する。
このような粒子状重合体は、優れた結着力を備え、特に電解液中へ成分が溶出し難く、電解液浸漬後も結着力を十分に保持しうるため、多孔膜の耐久性確保に貢献する。加えて、芳香族モノビニル単量体単位を所定の割合で含む寄与により、多孔膜用組成物の高せん断下での安定性を向上させる性質を有する。そして、通常、粒子状重合体は水溶性ではなく、水系媒体中において粒子状で存在している。
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。また本発明において「(メタ)アクリル」とは、アクリル及び/又はメタクリルを意味する。
<Particulate polymer>
The particulate polymer is at least the following (1), (2):
(1) 35% by mass or more of (meth) acrylic acid alkyl ester monomer unit, 20% by mass to 65% by mass of aromatic monovinyl monomer unit,
(2) a random copolymer;
It has the characteristics of.
Such a particulate polymer has excellent binding force, in particular, it is difficult for components to elute into the electrolyte, and it can retain sufficient binding strength even after immersion in the electrolyte, contributing to ensuring the durability of the porous membrane. To do. In addition, due to the contribution including the aromatic monovinyl monomer unit at a predetermined ratio, the composition for porous membrane has the property of improving the stability under high shear. In general, the particulate polymer is not water-soluble and is present in particulate form in the aqueous medium.
In the present invention, “comprising a monomer unit” means “a monomer-derived structural unit is contained in a polymer obtained using the monomer”. In the present invention, “(meth) acryl” means acrylic and / or methacrylic.
[(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位]
(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位を形成しうる(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体としては、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、イソブチルアクリレート、n−ペンチルアクリレート、イソ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など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、イソブチルメタクリレート、n−ペンチルメタクリレート、イソ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、グリシジルメタクリレートなどのメタクリル酸アルキルエステル;などが挙げられる。これらは1種単独で、または、2種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、電解液浸漬前後における多孔膜の基材との接着性を向上させる観点からは、2−エチルヘキシルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、メチルメタクリレートが好ましい。そして上述の電解液浸漬液前後における多孔膜の基材との接着性を更に向上させ、また多孔膜の水分含有量を低下させて、二次電池の電気的特性を向上させる観点からは、2−エチルヘキシルアクリレートがより好ましい。なお、粒子状重合体に起因した二次電池中への水分の持ち込み量を減らして電解液中の電解質の分解を抑制し、二次電池の電気的特性(特に寿命特性)を向上させる観点からは、(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体は酸性基などの親水性基(例えば、カルボン酸基、スルホン酸基、リン酸基、水酸基など)を有さないことが好ましい。
[(Meth) acrylic acid alkyl ester monomer unit]
Examples of (meth) acrylic acid alkyl ester monomers that can form (meth) acrylic acid alkyl ester monomer units include methyl acrylate, ethyl acrylate, n-propyl acrylate, isopropyl acrylate, n-butyl acrylate, and t-butyl. Alkyl acrylates such as acrylate, isobutyl acrylate, n-pentyl acrylate, isopentyl acrylate, hexyl acrylate, heptyl acrylate, octyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, nonyl acrylate, decyl acrylate, lauryl acrylate, n-tetradecyl acrylate, stearyl acrylate Esters: methyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-propyl methacrylate, isopropyl methacrylate n-butyl methacrylate, t-butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, n-pentyl methacrylate, isopentyl methacrylate, hexyl methacrylate, heptyl methacrylate, octyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, nonyl methacrylate, decyl methacrylate, lauryl methacrylate, n-tetradecyl methacrylate , Methacrylic acid alkyl esters such as stearyl methacrylate and glycidyl methacrylate; These can be used alone or in combination of two or more. Among these, 2-ethylhexyl acrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, and methyl methacrylate are preferable from the viewpoint of improving the adhesion between the porous film and the base material before and after immersion in the electrolytic solution. From the viewpoint of further improving the adhesive property of the porous film with the base material before and after the above-mentioned electrolytic solution immersion liquid and reducing the water content of the porous film to improve the electrical characteristics of the secondary battery, 2 -Ethylhexyl acrylate is more preferred. From the viewpoint of improving the electrical characteristics (especially the life characteristics) of the secondary battery by reducing the amount of moisture brought into the secondary battery due to the particulate polymer and suppressing the decomposition of the electrolyte in the electrolyte. The (meth) acrylic acid alkyl ester monomer preferably does not have a hydrophilic group such as an acidic group (for example, a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, a hydroxyl group, etc.).
粒子状重合体における、(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位の含有割合は、35質量%以上であることが必要であり、好ましくは45質量%以上、より好ましくは55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、更に好ましくは65質量%以下、特に好ましくは60質量%以下である。(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位の含有割合が上述の範囲内であると、粒子状重合体の結着力が確保され、また、粒子状重合体の非水系電解液に対する膨潤度を適度な大きさとし、過剰な膨潤による成分の溶出を抑制することができる。そして多孔膜の電解液浸漬前後における基材との接着性が向上し、二次電池の寿命特性および出力特性を向上させることができる。 The content ratio of the (meth) acrylic acid alkyl ester monomer unit in the particulate polymer needs to be 35% by mass or more, preferably 45% by mass or more, more preferably 55% by mass or more. The content is preferably 80% by mass or less, more preferably 70% by mass or less, still more preferably 65% by mass or less, and particularly preferably 60% by mass or less. When the content ratio of the (meth) acrylic acid alkyl ester monomer unit is within the above range, the binding force of the particulate polymer is ensured, and the degree of swelling of the particulate polymer with respect to the non-aqueous electrolyte is moderate. It is possible to suppress elution of components due to excessive swelling. And the adhesiveness with the base material before and behind the electrolyte solution immersion of a porous film improves, and the lifetime characteristic and output characteristic of a secondary battery can be improved.
[芳香族モノビニル単量体単位]
芳香族モノビニル単量体単位を形成しうる芳香族モノビニル単量体としては、スチレン、スチレンスルホン酸およびその塩(例えば、スチレンスルホン酸ナトリウムなど)、α−メチルスチレン、p-tert-ブトキシスチレン、ビニルトルエンなどが挙げられる。これらは1種単独で、または、2種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、スチレン、スチレンスルホン酸ナトリウム、p-tert-ブトキシスチレンが好ましく、スチレンがより好ましい。なお、粒子状重合体に起因した二次電池中への水分の持ち込み量を確実に減らして電解液中の電解質の分解を抑制し、二次電池の電気的特性(特に寿命特性)を向上させる観点からは、芳香族モノビニル単量体は酸性基などの親水性基(例えば、カルボン酸基、スルホン酸基、リン酸基、水酸基など)を有さないことが好ましい。
[Aromatic monovinyl monomer unit]
Examples of the aromatic monovinyl monomer that can form an aromatic monovinyl monomer unit include styrene, styrene sulfonic acid and its salt (for example, sodium styrene sulfonate), α-methylstyrene, p-tert-butoxystyrene, Vinyl toluene etc. are mentioned. These can be used alone or in combination of two or more. Among these, styrene, sodium styrenesulfonate, and p-tert-butoxystyrene are preferable, and styrene is more preferable. In addition, the amount of moisture brought into the secondary battery due to the particulate polymer is surely reduced to suppress the decomposition of the electrolyte in the electrolytic solution, thereby improving the electrical characteristics (especially the life characteristics) of the secondary battery. From the viewpoint, the aromatic monovinyl monomer preferably does not have a hydrophilic group such as an acidic group (for example, a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, a hydroxyl group, etc.).
粒子状重合体における、芳香族モノビニル単量体単位の含有割合は、20質量%以上65質量%以下であることが必要であり、好ましくは25質量%以上、より好ましくは30質量%以上、更に好ましくは35質量%以上、特に好ましくは37質量%以上であり、好ましくは55質量%以下、より好ましくは45質量%以下である。芳香族モノビニル単量体単位の含有割合が上述の範囲内であると、粒子状重合体の非水系電解液に対する膨潤度を適度な大きさとし、過剰な膨潤による成分の溶出を抑制することができるため、多孔膜の電解液浸漬後における基材との接着性を高めて耐久性を向上させることができる。また、多孔膜用バインダーを含む多孔膜用組成物の高せん断下での安定性を向上させることができる。更に、多孔膜の水分含有量を低下させて二次電池中への水分の持ち込み量を低下させることができる。そして、二次電池の寿命特性および出力特性を向上させることができる。 The content of the aromatic monovinyl monomer unit in the particulate polymer needs to be 20% by mass or more and 65% by mass or less, preferably 25% by mass or more, more preferably 30% by mass or more, and further Preferably it is 35 mass% or more, Most preferably, it is 37 mass% or more, Preferably it is 55 mass% or less, More preferably, it is 45 mass% or less. When the content ratio of the aromatic monovinyl monomer unit is within the above-mentioned range, the degree of swelling of the particulate polymer with respect to the non-aqueous electrolyte can be set to an appropriate level, and elution of components due to excessive swelling can be suppressed. Therefore, the durability of the porous membrane can be improved by improving the adhesion with the base material after immersion in the electrolyte solution. Moreover, the stability under the high shear of the composition for porous films containing the binder for porous films can be improved. Furthermore, the moisture content of the porous membrane can be reduced to reduce the amount of moisture brought into the secondary battery. And the lifetime characteristic and output characteristic of a secondary battery can be improved.
[その他の単量体単位]
粒子状重合体は、上述した(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位、芳香族モノビニル単量体単位以外の他の単量体単位を含んでいてもよい。そのような他の単量体単位としては、特に限定されることなく、酸性基含有単量体単位、架橋性単量体単位が挙げられる。
なお、上述した通り、酸性基含有単量体単位および架橋性単量体単位は、(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位および芳香族モノビニル単量体単位以外の単量体単位である。従って、酸性基含有単量体単位を形成しうる酸性基含有単量体および架橋性単量体単位を形成しうる架橋性単量体には、上述した(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体および芳香族モノビニル単量体(例えば、スチレンスルホン酸およびその塩など)は含まれない。
[Other monomer units]
The particulate polymer may contain a monomer unit other than the above-described (meth) acrylic acid alkyl ester monomer unit and aromatic monovinyl monomer unit. Such other monomer units are not particularly limited, and examples thereof include acidic group-containing monomer units and crosslinkable monomer units.
As described above, the acidic group-containing monomer unit and the crosslinkable monomer unit are monomer units other than the (meth) acrylic acid alkyl ester monomer unit and the aromatic monovinyl monomer unit. Accordingly, the acidic group-containing monomer that can form an acidic group-containing monomer unit and the crosslinkable monomer that can form a crosslinkable monomer unit include the above-mentioned (meth) acrylic acid alkyl ester monomers. And aromatic monovinyl monomers (such as styrene sulfonic acid and its salts) are not included.
[[酸性基含有単量体単位]]
酸性基含有単量体単位を形成しうる酸性基含有単量体としては、カルボン酸基含有単量体、スルホン酸基含有単量体、リン酸基含有単量体などを挙げることができる。
[[Acid group-containing monomer unit]]
Examples of the acidic group-containing monomer that can form an acidic group-containing monomer unit include a carboxylic acid group-containing monomer, a sulfonic acid group-containing monomer, and a phosphoric acid group-containing monomer.
カルボン酸基含有単量体としては、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、メサ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、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。更に、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。
Examples of the carboxylic acid group-containing monomer include ethylenically unsaturated monocarboxylic acid and derivatives thereof, ethylenically unsaturated dicarboxylic acid and acid anhydrides thereof, 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, mesaconic acid and the like. Examples of acid anhydrides of ethylenically unsaturated dicarboxylic acids include maleic anhydride, acrylic 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.
スルホン酸基含有単量体としては、ビニルスルホン酸、メチルビニルスルホン酸、(メタ)アリルスルホン酸、(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。
なお、本発明において「(メタ)アリル」とは、アリルおよび/またはメタリルを意味する。
Examples of the sulfonic acid group-containing monomer include vinyl sulfonic acid, methyl vinyl sulfonic acid, (meth) allyl sulfonic acid, (meth) acrylic acid-2-ethyl sulfonate, 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid, 3 -Allyloxy-2-hydroxypropane sulfonic acid etc. are mentioned.
In the present invention, “(meth) allyl” means allyl and / or methallyl.
リン酸基含有単量体としては、リン酸−2−(メタ)アクリロイルオキシエチル、リン酸メチル−2−(メタ)アクリロイルオキシエチル、リン酸エチル−(メタ)アクリロイルオキシエチルなどが挙げられる。
なお、本発明において「(メタ)アクリロイル」とは、アクリロイルおよび/またはメタクリロイルを意味する。
Examples of phosphoric acid group-containing monomers include 2- (meth) acryloyloxyethyl phosphate, methyl-2- (meth) acryloyloxyethyl phosphate, ethyl- (meth) acryloyloxyethyl phosphate, and the like.
In the present invention, “(meth) acryloyl” means acryloyl and / or methacryloyl.
これらは1種単独で、または、2種以上を組み合わせて用いることができる。そしてこれらの中でも、酸性基含有単量体としては、1分子中に酸性基を2つ以上有する酸性基含有単量体が好ましい。粒子状重合体が酸性基含有単量体単位を有する場合、酸性基の存在により、多孔膜用組成物の高せん断下での安定性および多孔膜の電解液浸漬前後における基材との接着性を更に高めることができると共に、粒子状重合体の非水系電解液に対する膨潤度を高めて二次電池の出力特性を向上させることができる。しかし、一方で、粒子状重合体を調製する際の酸性基含有単量体の使用量が増加すると、粒子状重合体に起因する二次電池中への水分の持ち込み量が増加し、二次電池の寿命特性が低下する。そのため、二次電池中への水分の持ち込み量の増加を抑制しつつ、多孔膜用組成物の高せん断下での安定性、多孔膜の電解液浸漬前後における基材との接着性および二次電池の出力特性を高める観点からは、1分子中に酸性基を2つ以上有する酸性基含有単量体を使用することが好ましい。
また、多孔膜用組成物の高せん断下での安定性を向上させつつ、多孔膜の電解液浸漬後における基材との接着性を高めて耐久性を向上させ、そして二次電池の出力特性を高める観点からは、酸性基含有単量体としては、カルボン酸基含有単量体、スルホン酸基含有単量体、リン酸基含有単量体が好ましく、カルボン酸基含有単量体がより好ましい。
したがってこれらの観点から、1分子中に酸性基としてのカルボン酸基を2つ以上有するカルボン酸基含有単量体が好ましく、より具体的には上述したエチレン性不飽和ジカルボン酸が好ましい。これらの中でもマレイン酸、フマル酸、イタコン酸がより好ましく、イタコン酸が更に好ましい。
すなわち、粒子状重合体は、エチレン性不飽和ジカルボン酸由来の単量体単位を含むことが好ましく、マレイン酸由来の単量体単位、フマル酸由来の単量体単位およびイタコン酸由来の単量体単位からなる群から選択される少なくとも何れかを含むことがより好ましく、イタコン酸由来の単量体単位を含むことが更に好ましい。
These can be used alone or in combination of two or more. Among these, the acidic group-containing monomer is preferably an acidic group-containing monomer having two or more acidic groups in one molecule. When the particulate polymer has an acidic group-containing monomer unit, the presence of the acidic group makes the porous membrane composition stable under high shear and the adhesion of the porous membrane to the substrate before and after immersion in the electrolyte solution. Can be further improved, and the degree of swelling of the particulate polymer with respect to the non-aqueous electrolyte can be increased to improve the output characteristics of the secondary battery. However, on the other hand, when the amount of the acidic group-containing monomer used in preparing the particulate polymer is increased, the amount of moisture brought into the secondary battery due to the particulate polymer is increased. Battery life characteristics are degraded. Therefore, while suppressing an increase in the amount of moisture brought into the secondary battery, the stability of the composition for the porous membrane under high shear, the adhesion of the porous membrane with the substrate before and after the electrolyte immersion, and the secondary From the viewpoint of enhancing the output characteristics of the battery, it is preferable to use an acidic group-containing monomer having two or more acidic groups in one molecule.
In addition, while improving the stability of the composition for porous membranes under high shear, it improves the durability by improving the adhesion with the substrate after immersion of the porous membrane in the electrolyte, and the output characteristics of the secondary battery From the viewpoint of enhancing the acid group-containing monomer, the acidic group-containing monomer is preferably a carboxylic acid group-containing monomer, a sulfonic acid group-containing monomer, or a phosphoric acid group-containing monomer, and more preferably a carboxylic acid group-containing monomer. preferable.
Therefore, from these viewpoints, a carboxylic acid group-containing monomer having two or more carboxylic acid groups as acidic groups in one molecule is preferable, and more specifically, the above-described ethylenically unsaturated dicarboxylic acid is preferable. Among these, maleic acid, fumaric acid, and itaconic acid are more preferable, and itaconic acid is more preferable.
That is, the particulate polymer preferably contains a monomer unit derived from an ethylenically unsaturated dicarboxylic acid, a monomer unit derived from maleic acid, a monomer unit derived from fumaric acid, and a single amount derived from itaconic acid. It is more preferable to include at least one selected from the group consisting of body units, and it is further preferable to include a monomer unit derived from itaconic acid.
粒子状重合体における、酸性基含有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0.3質量%以上、更に好ましくは0.5質量%以上であり、好ましくは5質量%以下、より好ましくは2質量%以下、更に好ましくは1.5質量%以下である。酸性基含有単量体単位の含有割合が0.1質量%以上であると、多孔膜用組成物の高せん断下での安定性、多孔膜の電解液浸漬前後における基材との接着性、および二次電池の出力特性が向上する。一方、酸性基含有単量体単位の含有割合が5質量%以下であると、粒子状重合体の非水系電解液への溶出が抑制されて多孔膜の電解液浸漬後における基材との接着性が高まり耐久性が向上すると共に、粒子状重合体に起因する二次電池中への水分の持ち込み量が減少するため二次電池の電気的特性(特に寿命特性)が向上する。
なお、上述した粒子状重合体を含む多孔膜用バインダーを用いた多孔膜用組成物は、当該粒子状重合体中に比較的高い割合で含まれている芳香族モノビニル単量体単位によって分散性が向上し、高せん断下でも良好な安定性を示す。そのため、この粒子状重合体では、酸性基含有単量体単位の含有割合を少なくして多孔膜の耐久性の向上および二次電池中への水分の持ち込み量の低減を達成した場合でも、多孔膜用組成物に高せん断下での安定性を十分に発揮させることができる。
The content ratio of the acidic group-containing monomer unit in the particulate polymer is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.3% by mass or more, and further preferably 0.5% by mass or more, preferably Is 5% by mass or less, more preferably 2% by mass or less, and still more preferably 1.5% by mass or less. When the content ratio of the acidic group-containing monomer unit is 0.1% by mass or more, the stability of the composition for a porous membrane under high shear, the adhesiveness with the substrate before and after the electrolyte solution immersion of the porous membrane, And the output characteristics of the secondary battery are improved. On the other hand, when the content ratio of the acidic group-containing monomer unit is 5% by mass or less, the elution of the particulate polymer into the non-aqueous electrolyte solution is suppressed, and the porous film adheres to the substrate after being immersed in the electrolyte solution. In addition to improving the durability and durability, the amount of moisture brought into the secondary battery due to the particulate polymer is reduced, so that the electrical characteristics (especially the life characteristics) of the secondary battery are improved.
In addition, the composition for porous membranes using the binder for porous membranes containing the particulate polymer mentioned above is dispersible by the aromatic monovinyl monomer unit contained in the particulate polymer in a relatively high proportion. And improved stability under high shear. Therefore, in this particulate polymer, even when the content ratio of the acidic group-containing monomer unit is reduced to improve the durability of the porous membrane and reduce the amount of moisture brought into the secondary battery, The film composition can sufficiently exhibit stability under high shear.
[[架橋性単量体単位]]
架橋性単量体単位を形成しうる架橋性単量体としては、重合した際に架橋構造を形成しうる単量体を用いることができる。具体的には、熱架橋性の架橋性基及び1分子あたり1つのエチレン性不飽和結合を有する単官能性単量体、及び1分子あたり2つ以上のエチレン性不飽和結合を有する多官能性単量体が挙げられる。単官能性単量体に含まれる熱架橋性の架橋性基の例としては、エポキシ基、N−メチロールアミド基、オキセタニル基、オキサゾリン基、及びこれらの組み合わせが挙げられる。このような架橋性単量体としては、例えば国際公開第2012/029805号に記載のものが挙げられる。
そして、架橋性単量体単位を含有させることで、多孔膜の電解液浸漬後における基材との接着性を向上させて耐久性を高めつつ、後述する粒子状重合体の非水系電解液に対する膨潤度の大きさを適度な大きさとすることができる。
[[Crosslinkable monomer unit]]
As the crosslinkable monomer capable of forming a crosslinkable monomer unit, a monomer capable of forming a crosslinked structure upon polymerization can be used. Specifically, a monofunctional monomer having a thermally crosslinkable crosslinkable group and one ethylenically unsaturated bond per molecule, and a polyfunctionality having two or more ethylenically unsaturated bonds per molecule Monomer. Examples of thermally crosslinkable groups contained in the monofunctional monomer include epoxy groups, N-methylolamide groups, oxetanyl groups, oxazoline groups, and combinations thereof. Examples of such a crosslinkable monomer include those described in International Publication No. 2012/029805.
And by containing a crosslinkable monomer unit, the adhesion to the substrate after immersion of the electrolyte solution in the porous membrane is improved and durability is improved, while the non-aqueous electrolyte solution of the particulate polymer described later is added. The degree of swelling can be made moderate.
そして、架橋性単量体は、疎水性であっても親水性であってもよい。
なお、本発明において、架橋性単量体が「疎水性」であるとは、当該架橋性単量体が親水性基を含まないことをいい、架橋性単量体が「親水性」であるとは、当該架橋性単量体が親水性基を含むことをいう。ここで架橋性単量体における「親水性基」とは、カルボン酸基、水酸基、スルホン酸基、リン酸基、エポキシ基、チオール基、アルデヒド基、アミド基、オキセタニル基、オキサゾリン基を指す。
The crosslinkable monomer may be hydrophobic or hydrophilic.
In the present invention, that the crosslinkable monomer is “hydrophobic” means that the crosslinkable monomer does not contain a hydrophilic group, and the crosslinkable monomer is “hydrophilic”. The term “crosslinkable monomer” includes a hydrophilic group. Here, the “hydrophilic group” in the crosslinkable monomer means a carboxylic acid group, a hydroxyl group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, an epoxy group, a thiol group, an aldehyde group, an amide group, an oxetanyl group, or an oxazoline group.
疎水性の架橋性単量体としては、アリル(メタ)アクリレート、エチレンジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパン−トリ(メタ)アクリレートなどの多官能(メタ)アクリレート類;ジプロピレングリコールジアリルエーテル、ポリグリコールジアリルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、ヒドロキノンジアリルエーテル、テトラアリルオキシエタンなどの多官能アリル/ビニルエーテル類;そしてジビニルベンゼンなどが挙げられる。
親水性の架橋性単量体としては、ビニルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、メチロールアクリルアミド、アクリルアミド、アリルメタクリルアミドなどが挙げられる。
これらは1種単独で、または、2種以上を組み合わせて用いることができる。
これらの中でも、二次電池中への水分の持ち込み量を減少させ、二次電池の電気的特性(特に、寿命特性)を向上させる観点から、疎水性の架橋性単量体が好ましく、アリルメタクリレート、エチレンジメタクリレートがより好ましい。そして多孔膜バインダーを含む多孔膜用組成物の高せん断下での安定性を高める観点からは、エチレンジメタクリレートが特に好ましい。
なお、本発明において「(メタ)アクリレート」とは、アクリレートおよび/またはメタクリレートを意味する。
Hydrophobic crosslinkable monomers include allyl (meth) acrylate, ethylene di (meth) acrylate, diethylene glycol di (meth) acrylate, triethylene glycol di (meth) acrylate, tetraethylene glycol di (meth) acrylate, trimethylol Polyfunctional (meth) acrylates such as propane-tri (meth) acrylate; polyfunctional allyl / vinyl ethers such as dipropylene glycol diallyl ether, polyglycol diallyl ether, triethylene glycol divinyl ether, hydroquinone diallyl ether, tetraallyloxyethane And divinylbenzene and the like.
Examples of the hydrophilic crosslinkable monomer include vinyl glycidyl ether, allyl glycidyl ether, methylol acrylamide, acrylamide, and allyl methacrylamide.
These can be used alone or in combination of two or more.
Among these, from the viewpoint of reducing the amount of moisture brought into the secondary battery and improving the electrical characteristics (especially life characteristics) of the secondary battery, a hydrophobic cross-linkable monomer is preferable, and allyl methacrylate is preferable. More preferred is ethylene dimethacrylate. And from a viewpoint of improving the stability under the high shear of the composition for porous films containing a porous film binder, ethylene dimethacrylate is especially preferable.
In the present invention, “(meth) acrylate” means acrylate and / or methacrylate.
粒子状重合体における、架橋性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0.3質量%以上、更に好ましくは0.5質量%以上であり、好ましくは5質量%以下、より好ましくは2質量%以下、更に好ましくは1.8質量%以下、特に好ましくは1.5質量%以下である。架橋性単量体単位の含有割合が0.1質量%以上であると、粒子状重合体の電解液への溶出が抑制され、多孔膜の電解液浸漬後における基材との接着性が向上する。また、粒子状重合体が高せん断下でも形状が変形し難く、多孔膜用組成物の高せん断下での安定性を高めることができる。一方、架橋性単量体単位の含有割合が5質量%以下であると、粒子状重合体の接着性を十分に確保することができ、多孔膜の電解液浸漬前後における基材との接着性が向上する。 The content ratio of the crosslinkable monomer unit in the particulate polymer is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.3% by mass or more, and further preferably 0.5% by mass or more, preferably It is 5 mass% or less, More preferably, it is 2 mass% or less, More preferably, it is 1.8 mass% or less, Most preferably, it is 1.5 mass% or less. When the content of the crosslinkable monomer unit is 0.1% by mass or more, the elution of the particulate polymer into the electrolytic solution is suppressed, and the adhesion of the porous membrane to the base material after immersion in the electrolytic solution is improved. To do. Further, the shape of the particulate polymer is hardly deformed even under high shear, and the stability of the porous membrane composition under high shear can be enhanced. On the other hand, when the content ratio of the crosslinkable monomer unit is 5% by mass or less, the adhesion of the particulate polymer can be sufficiently ensured, and the adhesion with the base material before and after immersion of the porous membrane in the electrolyte solution Will improve.
[粒子状重合体の調製]
そして、粒子状重合体は、上述した単量体を含む単量体組成物を例えば特開2014−160651号公報に記載の水系溶媒中で重合することにより調製される。単量体組成物中の単量体をある程度重合したオリゴマーの状態でなく、単量体の状態で重合を開始することで、ブロック共重合体およびグラフト共重合体の生成を抑制し、ランダム共重合体である本発明の粒子状重合体を得ることができる。
ここで、単量体組成物中の各単量体の含有割合は、通常、所望の粒子状重合体における単量体単位の含有割合と同様にする。
粒子状重合体の重合様式は、得られる粒子状重合体がランダム共重合体となれば、特に限定はされず、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を用いてもよい。重合反応としては、イオン重合、ラジカル重合、リビングラジカル重合などの付加重合を用いることができる。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。
[Preparation of particulate polymer]
The particulate polymer is prepared by polymerizing a monomer composition containing the above-described monomer in an aqueous solvent described in, for example, JP-A-2014-160651. By starting the polymerization in the monomer state rather than the oligomer state obtained by polymerizing the monomers in the monomer composition to some extent, the formation of block copolymers and graft copolymers can be suppressed, and random copolymerization can be achieved. The particulate polymer of the present invention which is a polymer can be obtained.
Here, the content ratio of each monomer in the monomer composition is usually the same as the content ratio of the monomer units in the desired particulate polymer.
The polymerization mode of the particulate polymer is not particularly limited as long as the obtained particulate polymer becomes a random copolymer, and examples thereof include a solution polymerization method, a suspension polymerization method, a bulk polymerization method, and an emulsion polymerization method. Any method may be used. As the polymerization reaction, addition polymerization such as ionic polymerization, radical polymerization, and living radical polymerization can be used. 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.
[粒子状重合体の性状]
[[ランダム共重合体構造およびガラス転移温度]]
本発明に用いる粒子状重合体は、ランダム共重合体であることが必要である。なお、粒子状重合体がコア構造とシェル構造とを備える場合であっても、シェル構造がランダム共重合体である場合には、本発明の粒子状重合体に含まれる。
[Properties of particulate polymer]
[[Random copolymer structure and glass transition temperature]]
The particulate polymer used in the present invention needs to be a random copolymer. In addition, even when a particulate polymer is provided with a core structure and a shell structure, when the shell structure is a random copolymer, it is included in the particulate polymer of the present invention.
粒子状重合体がランダム共重合体であることで、重合体が均質化でき、重合体の電解液に対する耐久性を高めることができ、また多孔膜用組成物中での分散性も高めることができる。更に、多孔膜用組成物の粘度を抑えることができるため、乾燥時に多孔膜から水分を除去し易くなる。
そして本発明において、粒子状重合体がランダム共重合体であるか否かは、ガラス転移温度を測定することにより判断する。
具体的には、共重合体である粒子状重合体が、ガラス転移温度を一つ有する場合は、その粒子状重合体はランダム共重合体に該当する。一方、粒子状重合体がガラス転移温度を二つ以上有する場合は、その粒子状重合体はランダム共重合体構造を有さず、ブロック共重合体やグラフト共重合体などに該当する。
なお、本発明において、粒子状重合体の「ガラス転移温度」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。
When the particulate polymer is a random copolymer, the polymer can be homogenized, the durability of the polymer with respect to the electrolytic solution can be increased, and the dispersibility in the composition for a porous membrane can be improved. it can. Furthermore, since the viscosity of the composition for porous membrane can be suppressed, it becomes easy to remove moisture from the porous membrane during drying.
In the present invention, whether or not the particulate polymer is a random copolymer is determined by measuring the glass transition temperature.
Specifically, when the particulate polymer that is a copolymer has one glass transition temperature, the particulate polymer corresponds to a random copolymer. On the other hand, when the particulate polymer has two or more glass transition temperatures, the particulate polymer does not have a random copolymer structure and corresponds to a block copolymer or a graft copolymer.
In the present invention, the “glass transition temperature” of the particulate polymer can be measured using the measuring method described in the examples of the present specification.
そして、ランダム共重合体である粒子状重合体のガラス転移温度は、好ましくは10℃以下、より好ましくは5℃以下、特に好ましくは0℃以下である。また、粒子状重合体のガラス転移温度の下限は特に限定されないが、通常−100℃以上である。 And the glass transition temperature of the particulate polymer which is a random copolymer becomes like this. Preferably it is 10 degrees C or less, More preferably, it is 5 degrees C or less, Most preferably, it is 0 degrees C or less. Moreover, although the minimum of the glass transition temperature of a particulate polymer is not specifically limited, Usually, it is -100 degreeC or more.
[[非水系電解液に対する膨潤度]]
本発明において、粒子状重合体の「非水系電解液に対する膨潤度」は、粒子状重合体を成形してなるフィルム(バインダーフィルム)を特定の非水系電解液に所定条件で浸漬した場合の浸漬後の重量を浸漬前の重量で除した値(倍)として求めることができ、具体的には、本明細書の実施例に記載の方法を用いてバインダーフィルムを成形し、同実施例に記載の測定方法を用いて測定する。
ここで、粒子状重合体の非水系電解液に対する膨潤度は、好ましくは1倍超、より好ましくは1.2倍以上、更に好ましくは1.4倍以上であり、好ましくは2倍以下、より好ましくは1.8倍以下、更に好ましくは1.6倍以下である。粒子状重合体の非水系電解液に対する膨潤度が1倍超であると、多孔膜の電解液浸漬後における基材との接着性を高めることができ、また二次電池の出力特性を向上させることができる。一方、粒子状重合体の非水系電解液に対する膨潤度が2倍以下であると、粒子状重合体の電解液へ溶出が抑制され、多孔膜の電解液浸漬後の接着性を向上させることができる。
[[Swelling degree with respect to non-aqueous electrolyte]]
In the present invention, the “swelling degree with respect to the non-aqueous electrolyte” of the particulate polymer is the immersion when a film (binder film) formed from the particulate polymer is immersed in a specific non-aqueous electrolyte under predetermined conditions. It can be determined as a value (times) obtained by dividing the subsequent weight by the weight before immersion. Specifically, a binder film is formed using the method described in the examples of the present specification, and is described in the examples. Measure using the measurement method of
Here, the degree of swelling of the particulate polymer with respect to the non-aqueous electrolyte is preferably more than 1 time, more preferably 1.2 times or more, still more preferably 1.4 times or more, preferably 2 times or less, more Preferably it is 1.8 times or less, More preferably, it is 1.6 times or less. If the degree of swelling of the particulate polymer with respect to the non-aqueous electrolyte is more than 1 time, the adhesion of the porous membrane to the substrate after immersion in the electrolyte can be improved, and the output characteristics of the secondary battery can be improved. be able to. On the other hand, if the degree of swelling of the particulate polymer with respect to the non-aqueous electrolyte is 2 times or less, elution of the particulate polymer into the electrolyte can be suppressed, and the adhesion of the porous membrane after immersion in the electrolyte can be improved. it can.
[[水との接触角]]
本発明において、粒子状重合体の「水との接触角」は、粒子状重合体を成形してなるフィルム(バインダーフィルム)の水滴接触角を意味し、具体的には、以下の方法で測定することができる。
粒子状重合体の水分散液を、電解銅箔(古河電工製NC−WS(登録商標))に対してテーブルコーターを用いて塗布し、50℃で20分、120℃で20分、熱風乾燥器で乾燥させ、1cm×1cmのバインダーフィルム(厚さ500μm)を3枚作製する。当該フィルムの上に蒸留水の水滴を滴下して、形成された水滴の接触角を、雰囲気温度23度、50%のRH条件下で接触角測定計(モデルCA−DT−A、mfd.協和界面科学社製)によって測定する。3枚のバインダーフィルムのそれぞれについて、2点で接触角を測定し、合計6回分の測定値の平均値を接触角とする。なお、蒸留水の水滴の直径は2mmであり、測定計に現れる接触角の数値は蒸留水の水滴を滴下してから1分後に測定した値を採用する。
そして、粒子状重合体の水との接触角は、好ましくは80°超、より好ましくは85°以上、特に好ましくは90°以上であり、好ましくは120°以下、より好ましくは115°以下、特に好ましくは110°以下である。
[[Contact angle with water]]
In the present invention, the “contact angle with water” of the particulate polymer means the water droplet contact angle of a film (binder film) formed from the particulate polymer, and specifically, measured by the following method. can do.
The aqueous dispersion of particulate polymer is applied to an electrolytic copper foil (NC-WS (registered trademark) manufactured by Furukawa Electric) using a table coater, dried at 50 ° C. for 20 minutes, at 120 ° C. for 20 minutes, and dried with hot air Dry in a vessel to produce three 1 cm × 1 cm binder films (thickness 500 μm). A drop of distilled water was dropped on the film, and the contact angle of the formed water drop was measured with a contact angle meter (model CA-DT-A, mfd. Kyowa) under an RH condition of an ambient temperature of 23 degrees and 50%. Measured by Interface Science Co., Ltd. For each of the three binder films, the contact angle is measured at two points, and the average of the measured values for a total of six times is taken as the contact angle. In addition, the diameter of the water droplet of distilled water is 2 mm, and the value measured 1 minute after dropping the water droplet of distilled water is adopted as the numerical value of the contact angle appearing on the measuring meter.
The contact angle of the particulate polymer with water is preferably more than 80 °, more preferably 85 ° or more, particularly preferably 90 ° or more, preferably 120 ° or less, more preferably 115 ° or less, particularly Preferably it is 110 degrees or less.
[[粒子径]]
該粒子状重合体の体積平均粒子径D50は、好ましくは100nm以上、より好ましくは110nm以上、更に好ましくは120nm以上であり、好ましくは500nm以下、より好ましくは400nm以下、更に好ましくは300nm以下である。粒子状重合体の体積平均粒子径D50が100nm以上であると、粒子状重合体の凝集が抑制され、多孔膜用組成物の高せん断下での安定性が向上する。一方、粒子状重合体の体積平均粒子径D50が500nm以下であると、多孔膜の電解液浸漬前後における基材との接着性が確保され、そして多孔膜の耐久性を向上させることができる。
なお、粒子状重合体の「体積平均粒子径D50」は、レーザー回折法で測定された粒度分布(体積基準)において小径側から計算した累積体積が50%となる粒子径を表す。
[[Particle size]]
The volume average particle diameter D50 of the particulate polymer is preferably 100 nm or more, more preferably 110 nm or more, still more preferably 120 nm or more, preferably 500 nm or less, more preferably 400 nm or less, still more preferably 300 nm or less. . When the volume average particle diameter D50 of the particulate polymer is 100 nm or more, the aggregation of the particulate polymer is suppressed, and the stability of the porous membrane composition under high shear is improved. On the other hand, when the volume average particle diameter D50 of the particulate polymer is 500 nm or less, adhesion with the substrate before and after immersion of the porous membrane in the electrolytic solution is secured, and durability of the porous membrane can be improved.
The “volume average particle diameter D50” of the particulate polymer represents a particle diameter at which the cumulative volume calculated from the small diameter side is 50% in the particle size distribution (volume basis) measured by the laser diffraction method.
<ポリカルボン酸系共重合体>
ポリカルボン酸系共重合体は、少なくとも以下の(1)、(2):
(1)カルボン酸基含有単量体単位を20質量%以上50質量%以下含む、
(2)pHが6.5以下で非水溶性であり、且つpHが8以上で水溶性である、
の特徴を有する。また、ポリカルボン酸系共重合体は、カルボン基含有単量体単位以外の単量体単位、例えば(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位、架橋性単量体単位、反応性界面活性剤単位等を含む。
このようなポリカルボン酸系共重合体は、カルボン酸基の寄与により、優れた結着力を備えており、加えて凝集しにくく、多孔膜用バインダーの保存安定性や多孔膜用組成物の高せん断下での安定性の向上に貢献する。
更に、ポリカルボン酸系共重合体は、pHが6.5以下で非水溶性であるため、酸性条件下での当該重合体の重合直後や、粒子状重合体と併せた後の酸性を呈する多孔膜用バインダー中において、水への溶解度が極めて低い。そのためゲル状となることが抑制され、ポリカルボン酸系共重合体およびそれを含む多孔膜用バインダーは、長期に亘り安定して保存することが可能となる。一方、ポリカルボン酸系共重合体は、pHが8以上で水溶性であるため、非導電性粒子の等電点等の影響を受け通常アルカリ性を呈する多孔膜用組成物中においては、水に良好に溶解することで増粘する。そのため、多孔膜用組成物に適度な粘度を付与することが可能となり、高せん断下での安定性を確保することができる。加えて、pHが6.5以下で非水溶性である上述のポリカルボン酸系共重合体は、pHが6.5以下で水溶性であるものに比して、酸量が低いため水との親和性も低い。そのため、多孔膜用組成物の乾燥時の水抜けが比較的良好で、得られる多孔膜の水分含有量を低下させることができる。
<Polycarboxylic acid copolymer>
The polycarboxylic acid-based copolymer has at least the following (1) and (2):
(1) 20% by mass or more and 50% by mass or less of a carboxylic acid group-containing monomer unit,
(2) pH is 6.5 or lower and water-insoluble, and pH is 8 or higher and water-soluble.
It has the characteristics of. In addition, the polycarboxylic acid copolymer is a monomer unit other than a carboxylic group-containing monomer unit, such as a (meth) acrylic acid alkyl ester monomer unit, a crosslinkable monomer unit, a reactive surfactant. Includes units.
Such a polycarboxylic acid-based copolymer has excellent binding force due to the contribution of the carboxylic acid group, and in addition, hardly aggregates, and has high storage stability of the binder for porous membranes and high composition of the porous membrane composition. Contributes to improved stability under shear.
Furthermore, since the polycarboxylic acid copolymer is water-insoluble at pH 6.5 or less, it exhibits acidity immediately after polymerization of the polymer under acidic conditions or after being combined with the particulate polymer. In the porous membrane binder, the solubility in water is extremely low. For this reason, the gelation is suppressed, and the polycarboxylic acid copolymer and the porous membrane binder containing the copolymer can be stably stored for a long period of time. On the other hand, since the polycarboxylic acid copolymer is water-soluble at a pH of 8 or more, in a porous membrane composition that is usually alkaline due to the influence of the isoelectric point of non-conductive particles, Thicken by dissolving well. Therefore, an appropriate viscosity can be imparted to the porous membrane composition, and stability under high shear can be ensured. In addition, the above-mentioned polycarboxylic acid-based copolymer having a pH of 6.5 or less and water-insoluble has a lower acid amount than that of a water-soluble polymer having a pH of 6.5 or less. The affinity of is low. Therefore, drainage of the porous membrane composition during drying is relatively good, and the moisture content of the resulting porous membrane can be reduced.
[カルボン酸基含有単量体単位]
カルボン酸基含有単量体単位を形成しうるカルボン酸基含有単量体としては、「粒子状重合体」の項で上述したものが挙げられる。これらは1種単独で、または、2種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、メタクリル酸、アクリル酸、イタコン酸が好ましく、メタクリル酸がより好ましい。
[Carboxylic acid group-containing monomer unit]
Examples of the carboxylic acid group-containing monomer that can form a carboxylic acid group-containing monomer unit include those described above in the section “Particulate Polymer”. These can be used alone or in combination of two or more. Among these, methacrylic acid, acrylic acid, and itaconic acid are preferable, and methacrylic acid is more preferable.
ポリカルボン酸系共重合体における、カルボン酸基含有単量体単位の含有割合は、20質量%以上50質量%以下であることが必要であり、好ましくは23質量%以上、より好ましくは25質量%以上、更に好ましくは27質量%以上であり、好ましくは40質量%以下、より好ましくは35質量%以下、更に好ましくは33質量%以下である。カルボン酸基含有単量体単位の含有割合が20質量%以上であると、多孔膜の電解液浸漬前後における基材との接着性を向上させることができる。加えて、多孔膜用組成物の高せん断下における安定性を確保することができる。一方、カルボン酸基含有単量体単位の含有割合が50質量%以下であると、多孔膜の水分含有量を低下させて二次電池中への水分の持ち込み量を低下させることができ、二次電池の電気的特性(特に寿命特性)が向上する。また、多孔膜用組成物中における過度な増粘が抑制され、多孔膜用組成物の高せん断下における安定性を確保することができる。 The content ratio of the carboxylic acid group-containing monomer unit in the polycarboxylic acid-based copolymer needs to be 20% by mass or more and 50% by mass or less, preferably 23% by mass or more, more preferably 25% by mass. % Or more, more preferably 27% by mass or more, preferably 40% by mass or less, more preferably 35% by mass or less, and still more preferably 33% by mass or less. When the content ratio of the carboxylic acid group-containing monomer unit is 20% by mass or more, the adhesion with the base material before and after immersion of the porous membrane in the electrolyte solution can be improved. In addition, the stability of the porous membrane composition under high shear can be ensured. On the other hand, when the content ratio of the carboxylic acid group-containing monomer unit is 50% by mass or less, the moisture content of the porous film can be reduced to reduce the amount of moisture brought into the secondary battery. The electrical characteristics (especially life characteristics) of the secondary battery are improved. Moreover, the excessive thickening in the composition for porous films is suppressed, and the stability under the high shear of the composition for porous films can be ensured.
[(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位]
(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位を形成しうる(メタ)アクリル酸アルキルエステルとしては、「粒子状重合体」の項で上述したものが挙げられる。これらは1種単独で、または、2種以上を組み合わせて用いることができる。ここで、(メタ)アクリル酸アルキルエステルは、非カルボニル性酸素原子に結合するアルキル基の炭素数が、好ましくは1以上20以下であり、より好ましくは1以上10以下であり、更に好ましくは1以上8以下である。非カルボニル性酸素原子に結合するアルキル基の炭素数が上述の範囲内であると、ポリカルボン酸系共重合体の重合が容易となり、また得られた当該重合体が過度に疎水性を呈することを抑制することができる。
[(Meth) acrylic acid alkyl ester monomer unit]
Examples of the (meth) acrylic acid alkyl ester that can form a (meth) acrylic acid alkyl ester monomer unit include those described above in the section of “Particulate polymer”. These can be used alone or in combination of two or more. Here, in the (meth) acrylic acid alkyl ester, the number of carbon atoms of the alkyl group bonded to the non-carbonyl oxygen atom is preferably 1 or more and 20 or less, more preferably 1 or more and 10 or less, and still more preferably 1. It is 8 or less. When the number of carbon atoms of the alkyl group bonded to the non-carbonyl oxygen atom is within the above range, the polycarboxylic acid copolymer is easily polymerized, and the obtained polymer is excessively hydrophobic. Can be suppressed.
ポリカルボン酸系共重合体における、(メタ)アクリル酸アルキル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55質量%以上、更に好ましくは60質量%以上であり、一方上限は70質量%以下である。(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位の含有割合が50質量%以上であると、多孔膜に柔軟性が付与され、多孔膜の電解液浸漬前後における基材との接着性を向上させることができる。 The content ratio of the (meth) acrylic acid alkyl ester monomer unit in the polycarboxylic acid-based copolymer is preferably 50% by mass or more, more preferably 55% by mass or more, and further preferably 60% by mass or more. On the other hand, the upper limit is 70% by mass or less. When the content ratio of the (meth) acrylic acid alkyl ester monomer unit is 50% by mass or more, flexibility is imparted to the porous film, and the adhesion with the substrate before and after immersion of the porous film in the electrolytic solution is improved. Can do.
ここで、特に好ましい態様において、ポリカルボン酸系共重合体は、(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位として、非カルボニル性酸素原子に結合するアルキル基の炭素数が1以上3以下である(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位(U1)および同炭素数が4以上6以下である(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位(U2)の双方を含む。このように、単量体単位(U1)と単量体単位(U2)とを組み合わせることにより、多孔膜用バインダーの保存安定性が向上する。
単量体単位(U1)を形成しうる(メタ)アクリル酸アルキルエステルとしては、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、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が挙げられる。これらの中でも、エチルアクリレートが好ましい。
単量体単位(U2)を形成しうる(メタ)アクリル酸アルキルエステルとしては、n−ブチルアクリレート、t−ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、n−ペンチルアクリレート、イソペンチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、n−ブチルメタクリレート、t−ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、n−ペンチルメタクリレート、イソペンチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレートが挙げられる。これらの中でも、ブチルアクリレートが好ましい。
Here, in a particularly preferred embodiment, the polycarboxylic acid copolymer has, as a (meth) acrylic acid alkyl ester monomer unit, an alkyl group bonded to a non-carbonyl oxygen atom having 1 to 3 carbon atoms. It includes both (meth) acrylic acid alkyl ester monomer units (U1) and (meth) acrylic acid alkyl ester monomer units (U2) having 4 to 6 carbon atoms. Thus, the storage stability of the binder for porous membranes improves by combining a monomer unit (U1) and a monomer unit (U2).
Examples of the (meth) acrylic acid alkyl ester that can form the monomer unit (U1) include methyl acrylate, ethyl acrylate, n-propyl acrylate, isopropyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-propyl methacrylate, and isopropyl methacrylate. It is done. Among these, ethyl acrylate is preferable.
Examples of the (meth) acrylic acid alkyl ester that can form the monomer unit (U2) include n-butyl acrylate, t-butyl acrylate, isobutyl acrylate, n-pentyl acrylate, isopentyl acrylate, hexyl acrylate, and n-butyl methacrylate. , T-butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, n-pentyl methacrylate, isopentyl methacrylate, and hexyl methacrylate. Of these, butyl acrylate is preferred.
ポリカルボン酸系共重合体における、単量体単位(U1)の含有割合は、好ましくは30質量%以上、より好ましくは40質量%以上、更に好ましくは55質量%以上であり、好ましくは70質量%以下、より好ましくは65質量%以下、更に好ましくは60質量%以下である。単量体単位(U1)の含有割合が30質量%以上であると、多孔膜の電解液浸漬前における基材との接着性を更に向上させることができ、70質量%以下であると、ポリカルボン酸系共重合体の電解液中での過度な膨潤が抑制され、多孔膜の構造を十分に保持できる。
ポリカルボン酸系共重合体における、単量体単位(U2)の含有割合は、好ましくは2質量%以上、より好ましくは5質量%以上、更に好ましくは10質量%以上であり、好ましくは20質量%以下、より好ましくは15質量%以下、更に好ましくは14質量%以下である。単量体単位(U1)の含有割合が2質量%以上であると、多孔膜の電解液浸漬前における基材との接着性を更に向上させることができ、20質量%以下であると、ポリカルボン酸系共重合体の電解液中での過度な膨潤が抑制され、多孔膜の構造を十分に保持できる。
The content ratio of the monomer unit (U1) in the polycarboxylic acid copolymer is preferably 30% by mass or more, more preferably 40% by mass or more, still more preferably 55% by mass or more, and preferably 70% by mass. % Or less, more preferably 65% by mass or less, and still more preferably 60% by mass or less. When the content ratio of the monomer unit (U1) is 30% by mass or more, the adhesion of the porous membrane with the base material before immersion in the electrolytic solution can be further improved, and when it is 70% by mass or less, Excessive swelling of the carboxylic acid copolymer in the electrolytic solution is suppressed, and the structure of the porous film can be sufficiently retained.
The content ratio of the monomer unit (U2) in the polycarboxylic acid copolymer is preferably 2% by mass or more, more preferably 5% by mass or more, still more preferably 10% by mass or more, and preferably 20% by mass. % Or less, more preferably 15% by mass or less, and still more preferably 14% by mass or less. When the content ratio of the monomer unit (U1) is 2% by mass or more, the adhesion of the porous membrane with the base material before immersion in the electrolyte solution can be further improved. Excessive swelling of the carboxylic acid copolymer in the electrolytic solution is suppressed, and the structure of the porous film can be sufficiently retained.
また、ポリカルボン酸系共重合体における単量体単位(U1)と単量体単位(U2)との含有割合の比(U1/U2)は、質量基準で、好ましくは1.0以上、より好ましくは2.0以上、更に好ましくは2.5以上であり、好ましくは10.0以下、より好ましくは7.0以下、更に好ましくは6.0以下、特に好ましくは5.0以下である。U1/U2が1.0以上であると、ポリカルボン酸系共重合体を、pH8以上において容易に水に可溶化させることができ、多孔膜用組成物に十分な粘度を発現させうる。そして塗工不良の発生を低減し、寿命特性などの電気的特性を高めることができる。また、U1/U2が10.0以下であると、多孔膜に柔軟性が付与され、多孔膜の電解液浸漬前後における基材との接着性を向上させることができる。 Moreover, the ratio (U1 / U2) of the content ratio of the monomer unit (U1) and the monomer unit (U2) in the polycarboxylic acid-based copolymer is preferably 1.0 or more on a mass basis. Preferably it is 2.0 or more, More preferably, it is 2.5 or more, Preferably it is 10.0 or less, More preferably, it is 7.0 or less, More preferably, it is 6.0 or less, Most preferably, it is 5.0 or less. When U1 / U2 is 1.0 or more, the polycarboxylic acid copolymer can be easily solubilized in water at a pH of 8 or more, and a sufficient viscosity can be expressed in the porous membrane composition. And generation | occurrence | production of coating defect can be reduced and electrical characteristics, such as a lifetime characteristic, can be improved. In addition, when U1 / U2 is 10.0 or less, flexibility is imparted to the porous film, and adhesion with the substrate before and after immersion of the porous film in the electrolytic solution can be improved.
[架橋性単量体単位]
架橋性単量体単位を形成しうる架橋性単量体としては、「粒子状重合体」の項で上述したものが挙げられる。これらは1種単独で、または、2種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、エチレンジメタクリレート、アリルグリシジルエーテル、およびグリシジルメタクリレートが好ましい。
[Crosslinkable monomer unit]
Examples of the crosslinkable monomer capable of forming a crosslinkable monomer unit include those described above in the section “Particulate polymer”. These can be used alone or in combination of two or more. Among these, ethylene dimethacrylate, allyl glycidyl ether, and glycidyl methacrylate are preferable.
ポリカルボン酸系共重合体が架橋性単量体単位を含む場合、架橋性単量体単位の含有割合は、好ましく0.1質量%以上、より好ましくは0.2質量%以上、更に好ましくは0.5質量%以上であり、好ましくは2.0質量%以下、より好ましくは1.5質量%以下、更に好ましくは1.0質量%以下である。架橋性単量体単位の含有割合が0.1質量%以上であると、二次電池内においてポリカルボン酸系共重合体が電解液に溶出することを抑制し、二次電池の出力特性および寿命特性を高めることができる。一方、架橋性単量体単位の含有割合が2.0質量%以下であると、多孔膜に柔軟性が付与され、多孔膜の電解液浸漬前後における基材との接着性を向上させることができる。 When the polycarboxylic acid copolymer includes a crosslinkable monomer unit, the content of the crosslinkable monomer unit is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.2% by mass or more, and still more preferably. It is 0.5 mass% or more, Preferably it is 2.0 mass% or less, More preferably, it is 1.5 mass% or less, More preferably, it is 1.0 mass% or less. When the content ratio of the crosslinkable monomer unit is 0.1% by mass or more, the polycarboxylic acid copolymer is prevented from eluting into the electrolyte in the secondary battery, and the output characteristics of the secondary battery and Life characteristics can be enhanced. On the other hand, when the content ratio of the crosslinkable monomer unit is 2.0% by mass or less, flexibility is imparted to the porous film, and the adhesion with the base material before and after immersion of the porous film in the electrolyte solution can be improved. it can.
[反応性界面活性剤単位]
反応性界面活性剤単位とは、反応性界面活性剤を重合して得られる構造を有する構造単位をさす。反応性界面活性剤単位を含むことにより、pH8以上におけるポリカルボン酸系共重合体の水への溶解性、およびpH6.5以下におけるポリカルボン酸系共重合体の水への分散性を高めることができる。反応性界面活性剤単位を形成しうる反応性界面活性剤としては、例えば特開2014−160651号公報に記載のものが挙げられる。これらは1種単独で、または、2種以上を組み合わせて用いることができる。
[Reactive surfactant unit]
The reactive surfactant unit refers to a structural unit having a structure obtained by polymerizing a reactive surfactant. Increasing the solubility of the polycarboxylic acid copolymer in water at pH 8 or higher and the dispersibility of the polycarboxylic acid copolymer in water at pH 6.5 or lower by including a reactive surfactant unit Can do. Examples of the reactive surfactant that can form a reactive surfactant unit include those described in JP-A-2014-160651. These can be used alone or in combination of two or more.
そして好適な反応性界面活性剤の例としては、下記の式(I)で表される化合物が挙げられる。 Examples of suitable reactive surfactants include compounds represented by the following formula (I).
式(I)において、Rは2価の結合基を表す。Rの例としては、−Si−O−基、メチレン基及びフェニレン基等が挙げられる。また、式(I)において、R1は親水性基を表す。R1の例としては、−SO3NH4が挙げられる。更に、式(I)において、nは1以上100以下の整数を表す。 In the formula (I), R represents a divalent linking group. Examples of R include -Si-O- group, methylene group, phenylene group and the like. In formula (I), R 1 represents a hydrophilic group. An example of R 1 includes —SO 3 NH 4 . Furthermore, in the formula (I), n represents an integer of 1 to 100.
好適な反応性界面活性剤の別の例としては、エチレンオキシドを重合して形成される構造を有する構造単位及びブチレンオキシドを重合して形成される構造を有する構造単位を有し、更に末端に、末端二重結合を有するアルケニル基及び−SO3NH4を有する化合物(例えば、商品名「ラテムルPD−104」及び「ラテムルPD−105」、花王株式会社製)を挙げることができる。 Another example of a suitable reactive surfactant has a structural unit having a structure formed by polymerizing ethylene oxide and a structural unit having a structure formed by polymerizing butylene oxide. Examples thereof include compounds having an alkenyl group having a terminal double bond and —SO 3 NH 4 (for example, trade names “Latemul PD-104” and “Latemul PD-105”, manufactured by Kao Corporation).
ポリカルボン酸系共重合体が反応性界面活性剤単位を含む場合、反応性界面活性剤単位の含有割合は、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.2質量%以上、更に好ましくは0.5質量%以上であり、好ましくは15質量%以下、より好ましくは10質量%以下、更に好ましくは5質量%以下である。反応性界面活性剤単位の含有割合が0.1質量%以上であると、ポリカルボン酸系共重合体の凝集が抑制され、均一な多孔膜を得ることができる。一方、反応性界面活性剤単位含有割合が15質量%以下であると、多孔膜の水分含有量を低下させて二次電池中への水分の持ち込み量を低下させることができ、二次電池の電気的特性(特に寿命特性)が向上する。 When the polycarboxylic acid copolymer includes a reactive surfactant unit, the content of the reactive surfactant unit is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.2% by mass or more, and still more preferably. Is 0.5% by mass or more, preferably 15% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, and still more preferably 5% by mass or less. When the content ratio of the reactive surfactant unit is 0.1% by mass or more, aggregation of the polycarboxylic acid copolymer is suppressed, and a uniform porous film can be obtained. On the other hand, when the reactive surfactant unit content is 15% by mass or less, the moisture content of the porous battery can be reduced to reduce the amount of moisture brought into the secondary battery. Electrical characteristics (especially life characteristics) are improved.
[その他の単量体単位]
ポリカルボン酸系共重合体は、本発明の効果を著しく損なわない限り、上述したカルボン酸基含有単量体単位、(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位、架橋性単量体単位、反応性界面活性剤単位以外の任意の構造単位を含んでいてもよい。任意の構造単位は、1種単独で、または、2種以上を組み合わせて用いることができる。任意の構造単位としては、例えば、フッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位が挙げられる。但し、多孔膜用組成物の基材への塗布を良好に行う観点からは、ポリカルボン酸系共重合体におけるフッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の含有割合は、1質量%未満であることが好ましい。
[Other monomer units]
As long as the effects of the present invention are not significantly impaired, the polycarboxylic acid copolymer is a carboxylic acid group-containing monomer unit, a (meth) acrylic acid alkyl ester monomer unit, a crosslinkable monomer unit, a reaction Arbitrary structural units other than the functional surfactant unit may be included. Arbitrary structural units can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types. As an arbitrary structural unit, a fluorine-containing (meth) acrylic acid ester monomer unit is mentioned, for example. However, from the viewpoint of satisfactorily applying the porous membrane composition to the substrate, the content ratio of the fluorine-containing (meth) acrylate monomer unit in the polycarboxylic acid copolymer is less than 1% by mass. It is preferable that
[ポリカルボン酸系共重合体の調製]
そして、ポリカルボン酸系共重合体は、上述した単量体を含む単量体組成物を例えば特開2014−160651号公報に記載の水系溶媒中で重合することにより調製される。ここで、単量体組成物中の各単量体の含有割合は、通常、所望のポリカルボン酸系共重合体における単量体単位(および構造単位)の含有割合と同様にする。
ポリカルボン酸系共重合体の重合様式は特に限定されず、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を用いてもよい。重合反応としては、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の付加重合を用いることができる。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。
[Preparation of polycarboxylic acid copolymer]
The polycarboxylic acid copolymer is prepared by polymerizing a monomer composition containing the above-described monomer in an aqueous solvent described in, for example, JP-A-2014-160651. Here, the content ratio of each monomer in the monomer composition is usually the same as the content ratio of the monomer units (and structural units) in the desired polycarboxylic acid copolymer.
The polymerization mode of the polycarboxylic acid copolymer 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 may be used. As the polymerization reaction, for example, addition polymerization such as ionic polymerization, radical polymerization, and living radical polymerization can be used. 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.
上述した方法により、通常はpHが6.5以下の水系溶媒にポリカルボン酸系共重合体が分散した水分散液が得られる。得られた水分散液からポリカルボン酸系共重合体を取り出してもよいが、通常は、ポリカルボン酸系共重合体の水分散液を、粒子状重合体の水分散液とあわせて本発明の多孔膜用バインダーを調製する。 By the method described above, an aqueous dispersion in which a polycarboxylic acid copolymer is dispersed in an aqueous solvent having a pH of usually 6.5 or less is obtained. Although the polycarboxylic acid copolymer may be taken out from the obtained aqueous dispersion, the present invention is usually combined with the aqueous dispersion of the polycarboxylic acid copolymer and the aqueous dispersion of the particulate polymer. A binder for a porous film is prepared.
なお、重合反応の結果得られるポリカルボン酸系共重合体の水分散液は、上述したように通常はpHが6.5以下の酸性であるが、必要に応じて、pHを高めるよう調整してもよい。このようにポリカルボン酸系共重合体の水分散液のpH調整する場合、調整後のpHは、好ましくは3.0以上、より好ましくは3.2以上、更に好ましくは3.5以上であり、好ましくは6.5以下である。ポリカルボン酸系共重合体の水分散液は、そのpHが低すぎると、他のアルカリ性の材料と混合してpHが急に上昇した際に凝集し易くなる。一方、そのpHが高すぎると、ポリカルボン酸系共重合体が溶解して粒子状重合体の水分散液との混合の際に凝集し易くなる。従って、ポリカルボン酸系共重合体の水分散液のpHを適切な範囲に調整することにより、良好な多孔膜用バインダーおよび多孔膜用組成物を得ることができる。
ポリカルボン酸系共重合体の水分散液のpHを高める方法としては、アルカリ性水溶液を添加する方法が挙げられる。アルカリ性水溶液を構成するアルカリ性の成分の例としては、アンモニア(水酸化アンモニウム);水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属の水酸化物;水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等のアルカリ土類金属の水酸化物が挙げられる。これらは1種単独で、または、2種以上を組み合わせて用いることができる。
The aqueous dispersion of the polycarboxylic acid copolymer obtained as a result of the polymerization reaction is usually acidic with a pH of 6.5 or less as described above, but it is adjusted to increase the pH if necessary. May be. Thus, when adjusting the pH of the aqueous dispersion of the polycarboxylic acid copolymer, the pH after the adjustment is preferably 3.0 or more, more preferably 3.2 or more, and even more preferably 3.5 or more. , Preferably 6.5 or less. If the aqueous dispersion of the polycarboxylic acid copolymer is too low in pH, it tends to agglomerate when the pH suddenly rises when mixed with other alkaline materials. On the other hand, if the pH is too high, the polycarboxylic acid copolymer is dissolved and easily aggregated when mixed with the aqueous dispersion of the particulate polymer. Therefore, by adjusting the pH of the aqueous dispersion of the polycarboxylic acid copolymer to an appropriate range, a favorable binder for a porous film and a composition for a porous film can be obtained.
Examples of the method for increasing the pH of the aqueous dispersion of the polycarboxylic acid copolymer include a method of adding an alkaline aqueous solution. Examples of alkaline components constituting the alkaline aqueous solution include ammonia (ammonium hydroxide); alkali metal hydroxides such as lithium hydroxide, sodium hydroxide, and potassium hydroxide; alkalis such as calcium hydroxide and magnesium hydroxide. Examples include earth metal hydroxides. These can be used alone or in combination of two or more.
[ポリカルボン酸系共重合体の性状]
[[水溶性および非水溶性]]
本発明に用いるポリカルボン酸系共重合体は、pHが6.5以下で非水溶性、且つpHが8以上で水溶性であることが必要である。
ここで、ポリカルボン酸系共重合体は少なくとも20質量%以上という高い割合でカルボン酸基含有単量体単位を含んでおり、このようにカルボン酸基を多く含む重合体は、pHが高いほど水に対する溶解性が高まる傾向がある。よって、本発明においては、pHが6.5においてポリカルボン酸系共重合体が非水溶性であれば、そのポリカルボン酸系共重合体は6.5以下のpHにおいて非水溶性であるものとし、pHが8においてポリカルボン酸系共重合体が水溶性であれば、そのポリカルボン酸系共重合体は8以上のpHにおいて水溶性であるものとする。
そして本発明において、ポリカルボン酸系共重合体のpH6.5及びpH8における水溶性、非水溶性については、下記の方法で判定することができる。
まず、それぞれのpHにおいてポリカルボン酸系共重合体が濃度10質量%となるように調整した評価液(水溶液、水分散液)を準備し、25℃において1時間攪拌する。なお、この評価液は、通常、上述した調製方法を用いて得られた酸性のポリカルボン酸系共重合体の水分散液に、必要に応じて水や、上述したアルカリ性水溶液を添加して固形分濃度およびpHを調整したものを用いる。したがって、評価液には所定のポリカルボン酸系共重合体以外の重合体は実質的に含まれない。
上述した攪拌後の評価液を光路長30mmのセルに移し、ヘーズメータを用い、散乱光及び全光線透過光を測定し、以下の式で評価液の曇り度を求める。
曇り度(%)=散乱光/全光線透過光×100
評価液の曇り度が60%以上である場合、そのpHにおいてポリカルボン酸系共重合体が非水溶性であると判定し、60%未満である場合、そのpHにおいてポリカルボン酸系共重合体が水溶性であると判定する。
[Properties of polycarboxylic acid copolymer]
[[Water soluble and water insoluble]]
The polycarboxylic acid copolymer used in the present invention needs to have a pH of 6.5 or less and water insolubility, and a pH of 8 or more and water solubility.
Here, the polycarboxylic acid-based copolymer contains a carboxylic acid group-containing monomer unit at a high rate of at least 20% by mass, and the polymer containing a large amount of carboxylic acid groups in this way has a higher pH. There is a tendency for solubility in water to increase. Therefore, in the present invention, if the polycarboxylic acid copolymer is water-insoluble at pH 6.5, the polycarboxylic acid copolymer is water-insoluble at pH 6.5 or lower. If the polycarboxylic acid copolymer is water-soluble at pH 8, the polycarboxylic acid copolymer is water-soluble at pH 8 or higher.
In the present invention, the water-solubility and water-insolubility of the polycarboxylic acid copolymer at pH 6.5 and pH 8 can be determined by the following method.
First, an evaluation liquid (aqueous solution, aqueous dispersion) adjusted so that the polycarboxylic acid copolymer has a concentration of 10% by mass at each pH is prepared and stirred at 25 ° C. for 1 hour. In addition, this evaluation liquid is usually added to the aqueous dispersion of the acidic polycarboxylic acid copolymer obtained by using the above-described preparation method, and added with water or the above-described alkaline aqueous solution as necessary. The one with adjusted partial concentration and pH is used. Therefore, the evaluation liquid contains substantially no polymer other than the predetermined polycarboxylic acid copolymer.
The evaluation liquid after stirring described above is transferred to a cell having an optical path length of 30 mm, and the haze meter is used to measure the scattered light and the total transmitted light, and the haze of the evaluation liquid is determined by the following equation.
Haze (%) = scattered light / total light transmitted light × 100
When the haze of the evaluation solution is 60% or more, it is determined that the polycarboxylic acid copolymer is water-insoluble at that pH, and when it is less than 60%, the polycarboxylic acid copolymer at that pH. Is determined to be water-soluble.
上述の判定方法において、ポリカルボン酸系共重合体のpH6.5の評価液の曇り度は、好ましくは70%以上、より好ましくは80%以上である。pH6.5でこのような高い曇り度、即ち高い非水溶性を呈するポリカルボン酸系共重合体を多孔膜用バインダーの調製に用いることにより、多孔膜用バインダー中での凝集が抑制される。よって、多孔膜用バインダーの調製及び保存が容易となる。
なお、pH6.5の評価液(分散液)の曇り度が60%未満、すなわち、pH6.5以下で水溶性を呈するポリカルボン酸系共重合体は、酸量が高く、水分との親和性が高い。そのため、多孔膜用組成物の乾燥時の水抜けが悪く、得られる多孔膜の水分含有量を上昇し二次電池の電気的特性が低下する。加えて増粘効果が非常に強いため多孔膜用組成物の粘度が過度に高くなり易い。そのため多孔膜用組成物の固形分濃度を低下させる必要があり、多孔膜の生産効率を確保することができない。
一方、上述の判定方法において、ポリカルボン酸系共重合体のpH8の評価液の曇り度は、好ましくは50%未満、より好ましくは40%未満である。pH8でこのような低い曇り度、即ち高い水溶性を呈するポリカルボン酸系共重合体を多孔膜用バインダーの調製に用いることにより、当該バインダーを含む多孔膜用組成物に十分な粘度を発現させ、塗布の不良の発生を低減し、二次電池の出力特性及び寿命特性を向上させることができる。
なお、特定のpHにおけるポリカルボン酸系共重合体の水への溶解性(水溶性、非水溶性)は、例えば、カルボン酸基含有単量体単位の含有割合や、(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位の非カルボニル性酸素原子に結合するアルキル基の炭素数などを変更することにより適宜調節することができる。
In the above-described determination method, the haze of the polycarboxylic acid copolymer pH 6.5 evaluation solution is preferably 70% or more, more preferably 80% or more. By using a polycarboxylic acid copolymer having such a high haze at pH 6.5, that is, a high water-insoluble property, in the preparation of the porous membrane binder, aggregation in the porous membrane binder is suppressed. Therefore, preparation and storage of the porous membrane binder are facilitated.
In addition, the haze degree of the evaluation liquid (dispersion liquid) at pH 6.5 is less than 60%, that is, the polycarboxylic acid copolymer exhibiting water solubility at pH 6.5 or less has a high acid amount and has an affinity for moisture. Is expensive. Therefore, drainage of the porous membrane composition during drying is poor, the moisture content of the resulting porous membrane is increased, and the electrical characteristics of the secondary battery are lowered. In addition, since the thickening effect is very strong, the viscosity of the porous membrane composition tends to be excessively high. Therefore, it is necessary to reduce the solid content concentration of the porous membrane composition, and the production efficiency of the porous membrane cannot be ensured.
On the other hand, in the above-described determination method, the haze of the pH 8 evaluation solution of the polycarboxylic acid copolymer is preferably less than 50%, more preferably less than 40%. By using a polycarboxylic acid copolymer having such a low haze, that is, high water solubility at pH 8, for the preparation of a porous membrane binder, a sufficient viscosity can be expressed in the porous membrane composition containing the binder. The occurrence of coating defects can be reduced, and the output characteristics and life characteristics of the secondary battery can be improved.
In addition, the solubility (water-soluble, water-insoluble) of the polycarboxylic acid copolymer at a specific pH is, for example, the content ratio of the carboxylic acid group-containing monomer unit or the alkyl (meth) acrylate. It can be appropriately adjusted by changing the carbon number of the alkyl group bonded to the non-carbonyl oxygen atom of the ester monomer unit.
[[非水系電解液に対する膨潤度]]
本発明において、ポリカルボン酸系共重合体の「非水系電解液に対する膨潤度」は、ポリカルボン酸系共重合体を成形してなるフィルム(バインダーフィルム)を特定の非水系電解液に所定条件で浸漬した場合の浸漬後の重量を浸漬前の重量で除した値(倍)として求めることができ、具体的には、本明細書の実施例に記載の方法を用いてバインダーフィルムを成形し、同実施例に記載の測定方法を用いて測定する。
ここで、ポリカルボン酸系共重合体の非水系電解液に対する膨潤度は、好ましくは2倍以上、より好ましくは2.5倍以上であり、好ましくは5倍以下、より好ましくは4倍以下である。ポリカルボン酸系共重合体の非水系電解液に対する膨潤度が2倍以上であると、多孔膜の電解液浸漬後における基材との接着性を高めることができ、また二次電池の出力特性を向上させることができる。また、ポリカルボン酸系共重合体の非水系電解液に対する膨潤度が5倍以下であると、ポリカルボン酸系共重合体の電解液へ溶出が抑制され、多孔膜の電解液浸漬後における基材との接着性を向上させることができる。
[[Swelling degree with respect to non-aqueous electrolyte]]
In the present invention, the “swelling degree with respect to the non-aqueous electrolyte” of the polycarboxylic acid-based copolymer is a predetermined condition in which a film (binder film) formed from the polycarboxylic acid-based copolymer is used as a specific non-aqueous electrolyte. Can be obtained as a value (times) obtained by dividing the weight after soaking by the weight before soaking. Specifically, a binder film is formed using the method described in the examples of this specification. The measurement is performed using the measurement method described in the same example.
Here, the degree of swelling of the polycarboxylic acid copolymer with respect to the non-aqueous electrolyte is preferably 2 times or more, more preferably 2.5 times or more, preferably 5 times or less, more preferably 4 times or less. is there. If the degree of swelling of the polycarboxylic acid copolymer with respect to the non-aqueous electrolyte is 2 times or more, the adhesion of the porous membrane to the substrate after immersion in the electrolyte can be improved, and the output characteristics of the secondary battery Can be improved. Further, when the degree of swelling of the polycarboxylic acid copolymer with respect to the non-aqueous electrolyte solution is 5 times or less, the dissolution of the polycarboxylic acid copolymer into the electrolyte solution is suppressed, and the base after the porous membrane is immersed in the electrolyte solution is suppressed. Adhesiveness with the material can be improved.
[[重量平均分子量]]
ポリカルボン酸系共重合体の重量平均分子量は、好ましくは20,000以上、より好ましくは50,000以上、更に好ましくは100,000以上であり、好ましくは500,000以下、より好ましくは250,000以下である。ポリカルボン酸系共重合体の重量平均分子量が20,000以上であると、ポリカルボン酸系共重合体の強度を高くして安定な多孔膜を形成でき、例えば非導電性粒子の分散性及び二次電池の高温保存特性などを改善できる。一方、ポリカルボン酸系共重合体の重量平均分子量が500,000以下であると、ポリカルボン酸系共重合体を柔らかくできるので、例えば本発明の多孔膜の電解液浸漬前後における基材との接着性の改善などが可能となる。
ポリカルボン酸系共重合体の「重量平均分子量」は、GPC(ゲル浸透クロマトグラフィ)によって、アセトニトリルの10体積%水溶液に0.85g/mlの硝酸ナトリウムを溶解させた溶液を展開溶媒としたポリエチレンオキサイド換算の値として求めうる。
[[Weight average molecular weight]]
The weight average molecular weight of the polycarboxylic acid copolymer is preferably 20,000 or more, more preferably 50,000 or more, still more preferably 100,000 or more, preferably 500,000 or less, more preferably 250, 000 or less. When the weight average molecular weight of the polycarboxylic acid copolymer is 20,000 or more, the strength of the polycarboxylic acid copolymer can be increased and a stable porous film can be formed. The high temperature storage characteristics of the secondary battery can be improved. On the other hand, when the weight average molecular weight of the polycarboxylic acid copolymer is 500,000 or less, the polycarboxylic acid copolymer can be softened. Adhesion can be improved.
The “weight average molecular weight” of the polycarboxylic acid-based copolymer is polyethylene oxide using a solution obtained by dissolving 0.85 g / ml sodium nitrate in a 10 vol% aqueous solution of acetonitrile by GPC (gel permeation chromatography). It can be obtained as a conversion value.
[[ガラス転移温度]]
ポリカルボン酸系共重合体のガラス転移温度は、好ましくは−50℃以上、より好ましくは−30℃以上、更に好ましくは−10℃以上であり、好ましくは30℃未満、より好ましくは25℃以下、更に好ましくは20℃以下である。ポリカルボン酸系共重合体のガラス転移温度が−50℃以上であると、ポリカルボン酸系共重合体のpH8以上における水に対する溶解性が高まり、多孔膜用組成物に十分な粘度を発現させ、塗布の不良の発生を低減し、二次電池の寿命特性を向上させることができる。一方、ポリカルボン酸系共重合体のガラス転移温度が30℃未満であると、多孔膜に柔軟性が付与され、多孔膜の電解液浸漬前後における基材との接着性を向上させることができる。
ポリカルボン酸系共重合体の「ガラス転移温度」は、粒子状重合体のガラス転移温度の測定方法に準じて測定することができる。
[[Glass-transition temperature]]
The glass transition temperature of the polycarboxylic acid copolymer is preferably −50 ° C. or higher, more preferably −30 ° C. or higher, further preferably −10 ° C. or higher, preferably lower than 30 ° C., more preferably 25 ° C. or lower. More preferably, it is 20 degrees C or less. When the glass transition temperature of the polycarboxylic acid copolymer is −50 ° C. or higher, the solubility of the polycarboxylic acid copolymer in water at pH 8 or higher is increased, and a sufficient viscosity is expressed in the porous membrane composition. The occurrence of coating defects can be reduced and the life characteristics of the secondary battery can be improved. On the other hand, when the glass transition temperature of the polycarboxylic acid copolymer is less than 30 ° C., the porous film is given flexibility, and the adhesion with the base material before and after immersion of the porous film in the electrolyte solution can be improved. .
The “glass transition temperature” of the polycarboxylic acid copolymer can be measured according to the method for measuring the glass transition temperature of the particulate polymer.
<粒子状重合体とポリカルボン酸系共重合体の配合比>
多孔膜用バインダー中における、粒子状重合体とポリカルボン酸系共重合体の配合比は特に限定されない。例えば、多孔膜用バインダーは、ポリカルボン酸系共重合体を、粒子状重合体100質量部当たり、好ましくは0.5質量部以上、より好ましくは1質量部以上、更に好ましくは2質量部以上、特に好ましくは3質量部以上含み、好ましくは50質量部以下、より好ましくは30質量部以下、更に好ましくは15質量部以下、特に好ましくは8質量部以下含む。ポリカルボン酸系共重合体の配合量が、粒子状重合体100質量部当たり0.5質量部以上であると、多孔膜の電解液浸漬前後における基材との接着性が向上する。一方、ポリカルボン酸系共重合体の配合量が、粒子状重合体100質量部当たり50質量部以下であると、多孔膜の電解液浸漬前後における基材との接着性が向上し、加えて多孔膜中の水分含有量が低減する。そして、多孔膜用組成物の高せん断下における安定性を確保することができる。
<Blending ratio of particulate polymer and polycarboxylic acid copolymer>
The compounding ratio of the particulate polymer and the polycarboxylic acid copolymer in the binder for porous membrane is not particularly limited. For example, the binder for a porous film is preferably 0.5 parts by mass or more, more preferably 1 part by mass or more, further preferably 2 parts by mass or more, based on 100 parts by mass of the particulate carboxylic acid copolymer. In particular, it contains 3 parts by mass or more, preferably 50 parts by mass or less, more preferably 30 parts by mass or less, still more preferably 15 parts by mass or less, and particularly preferably 8 parts by mass or less. When the blending amount of the polycarboxylic acid copolymer is 0.5 parts by mass or more per 100 parts by mass of the particulate polymer, the adhesion with the base material before and after immersion of the porous membrane in the electrolytic solution is improved. On the other hand, when the blending amount of the polycarboxylic acid-based copolymer is 50 parts by mass or less per 100 parts by mass of the particulate polymer, adhesion with the substrate before and after immersion of the porous membrane in the electrolyte solution is improved. The water content in the porous film is reduced. And the stability under the high shear of the composition for porous films is securable.
<非水系二次電池多孔膜用バインダーの調製>
多孔膜用バインダーの調製方法は特に限定されず、例えば、粒子状重合体の調製およびポリカルボン酸系共重合体の調製をいずれも水系媒体中で実施し、それぞれ水分散液として得られる場合には、粒子状重合体の水分散液、ポリカルボン酸系共重合体および任意のその他の成分をあわせて多孔膜用バインダーとする。ここでその他の成分としては、後述する「非水系二次電池多孔膜用組成物」の項で記載するその他の成分が挙げられる。また、多孔膜用バインダーに含まれる粒子状重合体およびポリカルボン酸系共重合体の合計量の割合は、通常10質量%以上、好ましくは20質量%以上、より好ましくは30質量%以上である。
<Preparation of binder for nonaqueous secondary battery porous membrane>
The method for preparing the porous membrane binder is not particularly limited. For example, when the preparation of the particulate polymer and the preparation of the polycarboxylic acid copolymer are both carried out in an aqueous medium and obtained as an aqueous dispersion, respectively. Is a porous membrane binder by combining an aqueous dispersion of a particulate polymer, a polycarboxylic acid copolymer and any other components. Here, as other components, other components described in the section “Composition for non-aqueous secondary battery porous membrane” described later can be given. Further, the ratio of the total amount of the particulate polymer and the polycarboxylic acid copolymer contained in the porous membrane binder is usually 10% by mass or more, preferably 20% by mass or more, more preferably 30% by mass or more. .
<非水系二次電池多孔膜用バインダーの性状>
[非水系電解液に対する膨潤度]
本発明の多孔膜用バインダーの「非水系電解液に対する膨潤度」は、多孔膜用バインダーを成形してなるフィルム(バインダーフィルム)を特定の非水系電解液に所定条件で浸漬した場合の浸漬後の重量を浸漬前の重量で除した値(倍)として求めることができ、具体的には、本明細書の実施例に記載の方法を用いてバインダーフィルムを成形し、同実施例に記載の測定方法を用いて測定する。
ここで、多孔膜用バインダーの非水系電解液に対する膨潤度は、1倍超2倍以下である必要があり、好ましくは、1.1倍以上、より好ましくは1.2倍以上、更に好ましくは1.3倍以上であり、好ましくは1.9倍以下、より好ましくは1.8倍以下、更に好ましくは1.7倍以下である。多孔膜用バインダーの非水系電解液に対する膨潤度が1倍超であると、多孔膜の電解液浸漬後における基材との接着性を高めることができ、また二次電池の出力特性を向上させることができる。一方、多孔膜用バインダーの非水系電解液に対する膨潤度が2倍以下であると、多孔膜中の成分(粒子状重合体およびポリカルボン酸系共重合体など)の電解液へ溶出が抑制され、多孔膜の電解液浸漬後における基材との接着性を向上させることができる。
<Properties of binder for nonaqueous secondary battery porous membrane>
[Swelling degree with respect to non-aqueous electrolyte]
The “swelling degree with respect to the non-aqueous electrolyte” of the binder for porous membrane of the present invention is after immersion when a film (binder film) formed by molding the binder for porous membrane is immersed in a specific non-aqueous electrolyte under predetermined conditions. Can be obtained as a value (times) divided by the weight before dipping, specifically, a binder film is formed using the method described in the examples of the present specification, and is described in the examples. Measure using the measuring method.
Here, the degree of swelling of the porous membrane binder with respect to the non-aqueous electrolyte solution needs to be more than 1 time and 2 times or less, preferably 1.1 times or more, more preferably 1.2 times or more, and still more preferably. It is 1.3 times or more, preferably 1.9 times or less, more preferably 1.8 times or less, and still more preferably 1.7 times or less. When the swelling degree of the binder for the porous membrane with respect to the non-aqueous electrolyte is more than 1 time, the adhesion of the porous membrane to the base material after immersion in the electrolyte can be improved, and the output characteristics of the secondary battery are improved. be able to. On the other hand, when the degree of swelling of the binder for porous membrane with respect to the nonaqueous electrolytic solution is 2 times or less, elution of components in the porous membrane (particulate polymer, polycarboxylic acid copolymer, etc.) into the electrolytic solution is suppressed. The adhesion with the substrate after immersion of the porous membrane in the electrolytic solution can be improved.
[pH]
本発明の多孔膜用バインダーは、そのpHが、好ましくは4.0以上、より好ましくは4.5以下であり、好ましくは6.5以下である。多孔膜用バインダーのpHが4.0以上であると、ポリカルボン酸系共重合体の安定性が向上し、保存時における凝集を抑制することができる。そして、得られる多孔膜の電解液浸漬前後における基材との接着性を向上させることができる。また、多孔膜用バインダーを用いた多孔膜用組成物の調製時における、多孔膜用組成物のpH調整が容易となる。一方、多孔膜用バインダーのpHを6.5以下とすることにより、ポリカルボン酸系共重合体を非水溶性の状態に保ち、保存時における凝集や過度な増粘を抑制することができる。
なお、多孔膜用バインダーのpHは、酸性水溶液又はアルカリ性水溶液を添加することにより適宜調整しうる。
[PH]
The binder for the porous membrane of the present invention has a pH of preferably 4.0 or higher, more preferably 4.5 or lower, and preferably 6.5 or lower. When the pH of the porous membrane binder is 4.0 or more, the stability of the polycarboxylic acid copolymer is improved, and aggregation during storage can be suppressed. And the adhesiveness with the base material before and behind electrolyte solution immersion of the porous film obtained can be improved. Moreover, pH adjustment of the composition for porous films at the time of preparation of the composition for porous films using the binder for porous films becomes easy. On the other hand, by setting the pH of the binder for porous membranes to 6.5 or less, it is possible to keep the polycarboxylic acid copolymer in a water-insoluble state and suppress aggregation and excessive thickening during storage.
In addition, pH of the binder for porous films can be adjusted suitably by adding acidic aqueous solution or alkaline aqueous solution.
(非水系二次電池多孔膜用組成物)
本発明の非水系二次電池多孔膜用組成物は、上述した粒子状重合体およびポリカルボン酸系共重合体、並びに非導電性粒子が分散媒としての水に分散した水系のスラリー組成物である。なお、粒子状重合体、ポリカルボン酸系共重合体は本発明の非水系二次電池多孔膜用バインダー中に含まれていたものであり、それらの好適な存在比は、多孔膜用バインダー中の好適な存在比と同じである。
本発明の多孔膜用組成物は、高せん断下での安定性に優れており、そして、本発明の多孔膜用組成物を用いて形成される多孔膜は、電解液浸漬前後における基材との接着性に優れる。
(Composition for non-aqueous secondary battery porous membrane)
The composition for a non-aqueous secondary battery porous membrane of the present invention is an aqueous slurry composition in which the above-mentioned particulate polymer, polycarboxylic acid copolymer, and non-conductive particles are dispersed in water as a dispersion medium. is there. Incidentally, the particulate polymer and the polycarboxylic acid-based copolymer were contained in the binder for the nonaqueous secondary battery porous membrane of the present invention, and their preferred abundance ratio was determined in the porous membrane binder. Is the same as the preferred abundance ratio.
The composition for a porous film of the present invention is excellent in stability under high shear, and the porous film formed using the composition for a porous film of the present invention has a base material before and after immersion in an electrolyte solution. Excellent adhesion.
<非導電性粒子>
非導電性粒子は、非導電性を有し、多孔膜用組成物において分散媒として使用される水および二次電池の非水系電解液に溶解せず、それらの中においても、その形状が維持される粒子である。そして非導電性粒子は、電気化学的にも安定であるため二次電池の使用環境下で、多孔膜中に安定に存在する。多孔膜用組成物が非導電性粒子を含むことで、得られる多孔膜の網目状構造が適度に目詰めされ、リチウムデンドライトなどが多孔膜を貫通するのを防止し、電極の短絡の抑制をより一層確かなものとすることができるからである。非導電性粒子としては、例えば各種の無機粒子や有機粒子を使用することができる。
<Non-conductive particles>
Non-conductive particles are non-conductive and do not dissolve in water used as a dispersion medium in the composition for porous membranes and non-aqueous electrolytes of secondary batteries, and their shape is maintained in them. Particles. And since nonelectroconductive particle is electrochemically stable, it exists stably in a porous film under the use environment of a secondary battery. Since the porous membrane composition contains non-conductive particles, the network structure of the obtained porous membrane is moderately clogged, lithium dendrites and the like are prevented from penetrating the porous membrane, and the short circuit of the electrode is suppressed. This is because it can be made even more certain. As the non-conductive particles, for example, various inorganic particles and organic particles can be used.
無機粒子としては、例えば、酸化アルミニウム(アルミナ)およびその水和物、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化チタン、BaTiO2、ZrO、アルミナ−シリ力複合酸化物等の酸化物粒子、窒化アルミニウム、窒化硼素等の窒化物粒子、シリコン、ダイヤモンド等の共有結合性結晶粒子、硫酸バリウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム等の難溶性イオン結晶粒子、タルク、モンモリロナイトなどの粘土微粒子などを挙げることができる。
有機粒子としては、例えば、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリジビニルベンゼン、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体架橋物、そして、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ベンゾグアナミン−ホルムアルデヒド縮合物などの各種架橋高分子粒子や、ポリスルフォン、ポリアクリロニトリル、ポリアラミド、ポリアセタール、熱可塑性ポリイミドなどの耐熱性高分子粒子などを挙げることができる。ここで有機粒子と、上述の粒子状重合体とは、粒子状重合体は結着能を有することに対して、有機粒子が結着能を有さないという点で異なり、有機粒子には上述した粒子状重合体は含まれない。
Examples of the inorganic particles include aluminum oxide (alumina) and hydrates thereof, silicon oxide, magnesium oxide, titanium oxide, BaTiO 2 , ZrO, alumina-sili force composite oxide and other oxide particles, aluminum nitride, boron nitride Nitride particles such as silicon, covalently-bonded crystal particles such as silicon and diamond, sparingly soluble ion crystal particles such as barium sulfate, calcium fluoride and barium fluoride, and clay fine particles such as talc and montmorillonite.
Examples of organic particles include polyethylene, polystyrene, polydivinylbenzene, styrene-divinylbenzene copolymer cross-linked products, and various types of cross-linked polymers such as polyimide, polyamide, polyamideimide, melamine resin, phenol resin, and benzoguanamine-formaldehyde condensate. Examples thereof include molecular particles and heat-resistant polymer particles such as polysulfone, polyacrylonitrile, polyaramid, polyacetal, and thermoplastic polyimide. Here, the organic particles differ from the above-mentioned particulate polymer in that the particulate polymer has binding ability, whereas the organic particles have no binding ability. The particulate polymer is not included.
これらの中でも、多孔膜の耐久性および当該多孔膜を備える二次電池の電気的特性を向上させる観点からは、非導電性粒子としては無機粒子が好ましく、酸化アルミニウムおよびその水和物がより好ましく、ベーマイトが更に好ましい。
なお、非導電性粒子の粒径は、特に限定されることなく、従来使用されている非導電性粒子と同様とすることができる。
Among these, from the viewpoint of improving the durability of the porous membrane and the electrical characteristics of the secondary battery including the porous membrane, the nonconductive particles are preferably inorganic particles, and aluminum oxide and hydrates thereof are more preferable. Boehmite is more preferable.
In addition, the particle size of nonelectroconductive particle is not specifically limited, It can be made to be the same as that of the nonelectroconductive particle conventionally used.
<非導電性粒子と多孔膜用バインダーの配合比>
多孔膜用組成物中における、非導電性粒子と多孔膜用バインダーの配合比は特に限定されない。例えば、多孔膜用組成物は、非導電性粒子100質量部当たり、粒子状重合体およびポリカルボン酸系共重合体の配合量の合計が、好ましくは1質量部以上、より好ましくは2質量部以上、更に好ましくは3質量部以上、好ましくは10質量部以下、より好ましくは8質量部以下、更に好ましくは6質量部以下となる量で、多孔膜用バインダーを含む。粒子状重合体およびポリカルボン酸系共重合体の配合量の合計が非導電性粒子100質量部当たり1質量部以上であると、多孔膜の電解液浸漬前後における基材との接着性が確保され多孔膜の耐久性を向上させることができ、10質量部以下であると、二次電池の内部抵抗が低減され、出力特性を向上させることができる。
<Combination ratio of non-conductive particles and binder for porous film>
The compounding ratio of the non-conductive particles and the porous membrane binder in the porous membrane composition is not particularly limited. For example, in the composition for a porous membrane, the total amount of the particulate polymer and the polycarboxylic acid copolymer is preferably 1 part by mass or more, more preferably 2 parts by mass per 100 parts by mass of the nonconductive particles. As described above, the porous film binder is contained in an amount of 3 parts by mass or more, preferably 10 parts by mass or less, more preferably 8 parts by mass or less, and still more preferably 6 parts by mass or less. When the total amount of the particulate polymer and the polycarboxylic acid copolymer is 1 part by mass or more per 100 parts by mass of the non-conductive particles, adhesion to the substrate before and after immersion of the porous membrane in the electrolyte is ensured. The durability of the porous membrane can be improved, and if it is 10 parts by mass or less, the internal resistance of the secondary battery can be reduced and the output characteristics can be improved.
<その他の成分>
多孔膜用組成物は、上述した成分以外にも、その他の任意の成分を含んでいてもよい。前記任意の成分は、多孔膜を用いた二次電池における電池反応に過度に好ましくない影響を及ぼさないものであれば、特に制限は無い。また、前記任意の成分の種類は、1種類でもよく、2種類以上でもよい。
前記任意の成分としては、例えば、濡れ剤、レベリング剤、電解液分解抑制剤、分散剤、水溶性重合体などが挙げられる。
<Other ingredients>
The composition for porous films may contain other arbitrary components in addition to the components described above. The optional component is not particularly limited as long as it does not have an excessively unfavorable effect on the battery reaction in the secondary battery using the porous film. Further, the kind of the arbitrary component may be one kind or two or more kinds.
Examples of the optional component include a wetting agent, a leveling agent, an electrolytic solution decomposition inhibitor, a dispersant, and a water-soluble polymer.
<非水系二次電池多孔膜用組成物の調製>
多孔膜用組成物の調製方法は、特に限定はされないが、通常は、上述した多孔膜用バインダーと、非導電性粒子と、水と、必要に応じて用いられる任意の成分とを混合して得られる。混合方法は特に制限されないが、各成分を効率よく分散させるべく、混合装置として分散機を用いて混合を行う。
分散機は、上記成分を均一に分散および混合できる装置が好ましい。例を挙げると、ボールミル、サンドミル、顔料分散機、擂潰機、超音波分散機、ホモジナイザー、プラネタリーミキサーなどが挙げられる。なかでも、高い分散シェアを加えることができることから、ビーズミル、ロールミル、フィルミックス等の高分散装置が特に好ましい。
<Preparation of composition for nonaqueous secondary battery porous membrane>
The method for preparing the composition for the porous film is not particularly limited. Usually, the porous film binder, the non-conductive particles, water, and any components used as necessary are mixed. can get. The mixing method is not particularly limited, but in order to disperse each component efficiently, mixing is performed using a disperser as a mixing device.
The disperser is preferably an apparatus capable of uniformly dispersing and mixing the above components. Examples include a ball mill, a sand mill, a pigment disperser, a crusher, an ultrasonic disperser, a homogenizer, and a planetary mixer. Among them, a high dispersion apparatus such as a bead mill, a roll mill, or a fill mix is particularly preferable because a high dispersion share can be added.
<非水系二次電池多孔膜用組成物の性状>
本発明の多孔膜用組成物は、そのpHが、好ましくは7.0超、より好ましくは7.5以上、更に好ましくは8.0以上であり、特に好ましくは8.5以上である。多孔膜用組成物のpHを7.0超とすることにより、ポリカルボン酸系共重合体の水への溶解性が高まり、その増粘効果により、多孔膜用組成物に十分な粘度を付与することができる。そして塗布の不良の発生を低減し、二次電池の寿命特性および出力特性を向上させることができる。
なお、多孔膜用組成物のpHは、多孔膜用バインダーのpHを調整したり、酸性水溶液又はアルカリ性水溶液を添加したりすることにより適宜調整しうる。
<Properties of composition for nonaqueous secondary battery porous membrane>
The pH of the composition for a porous membrane of the present invention is preferably more than 7.0, more preferably 7.5 or more, still more preferably 8.0 or more, and particularly preferably 8.5 or more. By setting the pH of the porous membrane composition to more than 7.0, the solubility of the polycarboxylic acid copolymer in water is increased, and the thickening effect imparts sufficient viscosity to the porous membrane composition. can do. And generation | occurrence | production of the defect of application | coating can be reduced and the lifetime characteristic and output characteristic of a secondary battery can be improved.
In addition, pH of the composition for porous films can be suitably adjusted by adjusting pH of the binder for porous films, or adding acidic aqueous solution or alkaline aqueous solution.
そして、多孔膜用組成物の固形分濃度は、通常、多孔膜を製造する際に作業性を損なわない範囲の粘度を多孔膜用組成物が有する範囲で任意に設定すればよい。具体的には、多孔膜用組成物の固形分濃度は、通常10〜60質量%とすることができる。 And normally, what is necessary is just to arbitrarily set the solid content density | concentration of the composition for porous films in the range which the composition for porous films has the viscosity of the range which does not impair workability | operativity, when manufacturing a porous film. Specifically, the solid content concentration of the composition for a porous membrane can usually be 10 to 60% by mass.
(非水系二次電池用多孔膜)
上述した二次電池多孔膜用組成物を、例えば適切な基材の表面に塗布することで塗膜を形成し、形成した塗膜を乾燥することにより、基材上に非水系二次電池用多孔膜を形成することができる。この多孔膜は、電解液浸漬前後における基材との接着性に優れるため、耐久性に優れる。
(Porous membrane for non-aqueous secondary batteries)
For example, the above-described composition for a secondary battery porous membrane is applied to the surface of an appropriate base material to form a coating film, and the formed coating film is dried to provide a non-aqueous secondary battery on the base material. A porous film can be formed. This porous film is excellent in durability because it is excellent in adhesiveness with the substrate before and after immersion in the electrolyte.
ここで、多孔膜用組成物を塗布する基材は、多孔膜用組成物の塗膜を形成する対象となる部材である。基材に制限は無く、例えば離型基材の表面に多孔膜用組成物の塗膜を形成し、その塗膜を乾燥して多孔膜を形成し、多孔膜から離型基材を剥がすようにしてもよい。このように離型基材から剥がされた多孔膜を自立膜として二次電池に用いることもできる。
しかし、多孔膜を剥がす工程を省略して製造効率を高める観点からは、基材としてセパレータ基材又は電極基材を用いることが好ましい。セパレータ基材および電極基材上に設けられた多孔膜は、セパレータおよび電極の耐熱性や強度などを向上させる保護層として好適に使用することができる。
Here, the base material which apply | coats the composition for porous films is a member used as the object which forms the coating film of the composition for porous films. There is no limitation on the substrate, for example, forming a coating film of the composition for porous film on the surface of the release substrate, drying the coating film to form a porous film, and peeling the release substrate from the porous film It may be. Thus, the porous film peeled off from the mold release substrate can be used for a secondary battery as a self-supporting film.
However, from the viewpoint of improving the production efficiency by omitting the step of peeling the porous film, it is preferable to use a separator substrate or an electrode substrate as the substrate. The porous film provided on the separator substrate and the electrode substrate can be suitably used as a protective layer for improving the heat resistance and strength of the separator and the electrode.
<セパレータ基材>
セパレータ基材としては、特に限定されないが、有機セパレータ基材などの既知のセパレータ基材が挙げられる。ここで有機セパレータ基材は、有機材料からなる多孔性部材であり、有機セパレータ基材の例を挙げると、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、芳香族ポリアミド樹脂などを含む微多孔膜または不織布などが挙げられ、強度に優れることからポリエチレン製の微多孔膜や不織布が好ましい。なお、有機セパレータ基材の厚さは、任意の厚さとすることができ、通常0.5μm以上、好ましくは5μm以上であり、通常40μm以下、好ましくは30μm以下、より好ましくは20μm以下である。
<Separator base material>
Although it does not specifically limit as a separator base material, Known separator base materials, such as an organic separator base material, are mentioned. Here, the organic separator substrate is a porous member made of an organic material, and examples of the organic separator substrate include a microporous film or a nonwoven fabric containing a polyolefin resin such as polyethylene and polypropylene, an aromatic polyamide resin, and the like. Among them, a polyethylene microporous film and a nonwoven fabric are preferable because of their excellent strength. In addition, the thickness of an organic separator base material can be made into arbitrary thickness, Usually, 0.5 micrometer or more, Preferably it is 5 micrometers or more, Usually, 40 micrometers or less, Preferably it is 30 micrometers or less, More preferably, it is 20 micrometers or less.
<電極基材>
電極基材(正極基材および負極基材)としては、特に限定されないが、集電体上に電極合材層が形成された電極基材が挙げられる。
ここで、集電体、電極合材層中の電極活物質(正極活物質、負極活物質)および電極合材層用結着材(正極合材層用結着材、負極合材層用結着材)、並びに集電体上への電極合材層の形成方法は、既知のものを用いることができ、例えば特開2013−145763号公報に記載のものを挙げられる。
<Electrode base material>
Although it does not specifically limit as an electrode base material (a positive electrode base material and a negative electrode base material), The electrode base material with which the electrode compound-material layer was formed on the electrical power collector is mentioned.
Here, the current collector, the electrode active material in the electrode mixture layer (positive electrode active material, negative electrode active material) and the binder for electrode mixture layer (binder for positive electrode mixture layer, binder for negative electrode mixture layer) As the method for forming the electrode mixture layer on the current collector and the current collector, known methods can be used, and examples thereof include those described in JP2013-145663A.
<非水系二次電池用多孔膜の形成方法>
上述したセパレータ基材、電極基材などの基材上に多孔膜を形成する方法としては、以下の方法が挙げられる。
1)多孔膜用組成物をセパレータ基材又は電極基材の表面(電極基材の場合は電極合材層側の表面、以下同じ)に塗布し、次いで乾燥する方法;
2)多孔膜用組成物にセパレータ基材又は電極基材を浸漬後、これを乾燥する方法;
3)多孔膜用組成物を、離型基材上に塗布、乾燥して多孔膜を製造し、得られた多孔膜をセパレータ基材又は電極基材の表面に転写する方法;
これらの中でも、前記1)の方法が、多孔膜の膜厚制御をしやすいことから特に好ましい。該1)の方法は、詳細には、多孔膜用組成物を基材上に塗布する工程(塗布工程)、基材上に塗布された多孔膜用組成物を乾燥させて多孔膜を形成する工程(多孔膜形成工程)を備える。
<Method for forming porous film for non-aqueous secondary battery>
Examples of a method for forming a porous film on a substrate such as the above-described separator substrate or electrode substrate include the following methods.
1) A method of applying a composition for a porous membrane to the surface of a separator substrate or an electrode substrate (in the case of an electrode substrate, the surface on the electrode mixture layer side, the same applies hereinafter), and then drying;
2) A method of drying the separator substrate or electrode substrate after immersing the separator substrate or electrode substrate in the porous membrane composition;
3) A method for producing a porous film by applying a composition for a porous film on a release substrate and drying it, and transferring the resulting porous film to the surface of a separator substrate or an electrode substrate;
Among these, the method 1) is particularly preferable because the film thickness of the porous film can be easily controlled. Specifically, the method 1) includes a step of applying the porous membrane composition onto the substrate (application step), and drying the porous membrane composition applied onto the substrate to form a porous membrane. A process (porous film formation process) is provided.
塗布工程において、多孔膜用組成物を基材上に塗布する方法は、特に制限は無く、例えば、ドクターブレード法、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、ハケ塗り法などの方法が挙げられる。なかでも、均一な多孔膜が得られる点で、グラビア法が好ましい。
また多孔膜形成工程において、基材上の多孔膜用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。乾燥条件は特に限定されないが、乾燥温度は好ましくは50〜150℃で、乾燥時間は好ましくは5〜30分である。
In the coating process, the method for coating the porous membrane composition on the substrate is not particularly limited, and examples thereof include a doctor blade method, a reverse roll method, a direct roll method, a gravure method, an extrusion method, and a brush coating method. A method is mentioned. Of these, the gravure method is preferable in that a uniform porous film can be obtained.
In the porous film forming step, the method for drying the composition for the porous film on the substrate is not particularly limited, and a known method can be used, for example, drying with hot air, hot air, low-humidity air, vacuum drying, A drying method by irradiation with infrared rays or electron beams can be mentioned. The drying conditions are not particularly limited, but the drying temperature is preferably 50 to 150 ° C., and the drying time is preferably 5 to 30 minutes.
なお、セパレータおよび電極は、本発明の効果を著しく損なわない限り、これらセパレータ基材又は電極基材および上述した本発明の多孔膜以外の構成要素を備えていてもよい。例えば、必要に応じて、セパレータ基材又は電極基材と本発明の多孔膜との間に他の層を設けてもよい。この場合、本発明の多孔膜はセパレータ基材又は電極基材の表面に間接的に設けられることになる。また、本発明の多孔膜の表面に、更に別の層を設けてもよい。 In addition, the separator and the electrode may be provided with components other than these separator base material or electrode base material, and the porous film of this invention mentioned above, unless the effect of this invention is impaired remarkably. For example, you may provide another layer between the separator base material or electrode base material, and the porous film of this invention as needed. In this case, the porous film of the present invention is indirectly provided on the surface of the separator substrate or the electrode substrate. Further, another layer may be provided on the surface of the porous membrane of the present invention.
なお、基材上に形成された多孔膜の厚みは、好ましくは0.01μm以上、より好ましくは0.1μm以上、特に好ましくは1μm以上であり、好ましくは20μm以下、より好ましくは10μm以下、特に好ましくは5μm以下である。多孔膜の厚みが0.01μm以上であることで、多孔膜の強度を十分に確保することができ、20μm以下であることで、電解液の拡散性を確保し該多孔膜を用いた二次電池の出力特性を向上させることができる。 The thickness of the porous film formed on the substrate is preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, particularly preferably 1 μm or more, preferably 20 μm or less, more preferably 10 μm or less, particularly Preferably it is 5 micrometers or less. When the thickness of the porous film is 0.01 μm or more, the strength of the porous film can be sufficiently ensured, and when it is 20 μm or less, the diffusibility of the electrolytic solution is secured and the secondary film using the porous film is used. The output characteristics of the battery can be improved.
(非水系二次電池)
本発明の非水系二次電池は、上述した本発明の非水系二次電池用多孔膜を備えるものである。より具体的には、本発明の非水系二次電池は、正極、負極、セパレータ、および電解液を備え、上述した非水系二次電池用多孔膜が、電池部材である正極、負極およびセパレータの少なくとも一つに含まれる。
本発明の非水系二次電池は、本発明の多孔膜用組成物から得られる多孔膜を備えているので、耐久性に優れ、高性能である。
(Non-aqueous secondary battery)
The non-aqueous secondary battery of the present invention includes the above-described porous membrane for a non-aqueous secondary battery of the present invention. More specifically, the non-aqueous secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolyte, and the above-described porous film for a non-aqueous secondary battery is a battery member of a positive electrode, a negative electrode, and a separator. Included in at least one.
Since the nonaqueous secondary battery of the present invention includes the porous film obtained from the composition for porous film of the present invention, it has excellent durability and high performance.
<正極、負極およびセパレータ>
本発明の二次電池に用いる正極、負極およびセパレータは、少なくとも一つが多孔膜を含む。具体的には、多孔膜を有する正極および負極としては、集電体上に電極合材層を形成してなる電極基材の上に多孔膜を設けてなる電極を用いることができる。また、多孔膜を有するセパレータとしては、セパレータ基材の上に多孔膜を設けてなるセパレータや、多孔膜よりなるセパレータを用いることができる。なお、電極基材およびセパレータ基材としては、「非水系二次電池用多孔膜」の項で挙げたものと同様のものを用いることができる。
また、多孔膜を有さない正極、負極およびセパレータとしては、特に限定されることなく、上述した電極基材よりなる電極および上述したセパレータ基材よりなるセパレータを用いることができる。
<Positive electrode, negative electrode and separator>
At least one of the positive electrode, the negative electrode, and the separator used in the secondary battery of the present invention includes a porous film. Specifically, as a positive electrode and a negative electrode having a porous film, an electrode in which a porous film is provided on an electrode substrate formed by forming an electrode mixture layer on a current collector can be used. Moreover, as a separator which has a porous film, the separator which provides a porous film on a separator base material, and the separator which consists of a porous film can be used. In addition, as an electrode base material and a separator base material, the thing similar to the thing quoted by the term of the "porous film for non-aqueous secondary batteries" can be used.
Moreover, as a positive electrode which does not have a porous film, a negative electrode, and a separator, it does not specifically limit, The electrode which consists of an electrode base material mentioned above, and the separator which consists of a separator base material mentioned above can be used.
<電解液>
電解液としては、通常、有機溶媒に支持電解質を溶解した有機電解液が用いられる。支持電解質としては、例えば、リチウムイオン二次電池においてはリチウム塩が用いられる。リチウム塩としては、例えば、LiPF6、LiAsF6、LiBF4、LiSbF6、LiAlCl4、LiClO4、CF3SO3Li、C4F9SO3Li、CF3COOLi、(CF3CO)2NLi、(CF3SO2)2NLi、(C2F5SO2)NLiなどが挙げられる。なかでも、溶媒に溶けやすく高い解離度を示すので、LiPF6、LiClO4、CF3SO3Liが好ましい。なお、電解質は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。通常は、解離度の高い支持電解質を用いるほどリチウムイオン伝導度が高くなる傾向があるので、支持電解質の種類によりリチウムイオン伝導度を調節することができる。
<Electrolyte>
As the electrolytic solution, an organic electrolytic solution in which a supporting electrolyte is dissolved in an organic solvent is usually used. As the supporting electrolyte, for example, a lithium salt is used in a lithium ion secondary battery. Examples of the lithium salt include LiPF 6 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , LiClO 4 , CF 3 SO 3 Li, C 4 F 9 SO 3 Li, CF 3 COOLi, (CF 3 CO) 2 NLi , (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, (C 2 F 5 SO 2 ) NLi, and the like. Among these, LiPF 6 , LiClO 4 , and CF 3 SO 3 Li are preferable because they are easily dissolved in a solvent and exhibit a high degree of dissociation. In addition, electrolyte may be used individually by 1 type and may be used in combination of 2 or more types. Usually, the lithium ion conductivity tends to increase as the supporting electrolyte having a higher degree of dissociation is used, so that the lithium ion conductivity can be adjusted depending on the type of the supporting electrolyte.
電解液に使用する有機溶媒としては、支持電解質を溶解できるものであれば特に限定されないが、例えばリチウムイオン二次電池においては、ジメチルカーボネート(DMC)、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、メチルエチルカーボネート(MEC)等のカーボネート類;γ−ブチロラクトン、ギ酸メチル等のエステル類;1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン等のエーテル類;スルホラン、ジメチルスルホキシド等の含硫黄化合物類;などが好適に用いられる。またこれらの溶媒の混合液を用いてもよい。中でも、誘電率が高く、安定な電位領域が広いのでカーボネート類が好ましい。通常、用いる溶媒の粘度が低いほどリチウムイオン伝導度が高くなる傾向があるので、溶媒の種類によりリチウムイオン伝導度を調節することができる。
なお、電解液中の電解質の濃度は適宜調整することができる。また、電解液には、既知の添加剤を添加してもよい。
The organic solvent used in the electrolytic solution is not particularly limited as long as it can dissolve the supporting electrolyte. For example, in a lithium ion secondary battery, dimethyl carbonate (DMC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC). Carbonates such as propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), and methyl ethyl carbonate (MEC); esters such as γ-butyrolactone and methyl formate; ethers such as 1,2-dimethoxyethane and tetrahydrofuran; sulfolane, Sulfur-containing compounds such as dimethyl sulfoxide; are preferably used. Moreover, you may use the liquid mixture of these solvents. Among these, carbonates are preferable because they have a high dielectric constant and a wide stable potential region. Usually, the lower the viscosity of the solvent used, the higher the lithium ion conductivity tends to be, so the lithium ion conductivity can be adjusted depending on the type of solvent.
The concentration of the electrolyte in the electrolytic solution can be adjusted as appropriate. Moreover, you may add a known additive to electrolyte solution.
<非水系二次電池の製造方法>
非水系二次電池は、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、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で製造し得る。なお、正極、負極、セパレータのうち、少なくとも一つの部材を多孔膜付きの部材とする。ここで、電池容器には、必要に応じてエキスパンドメタルや、ヒューズ、PTC素子などの過電流防止素子、リード板などを入れ、電池内部の圧力上昇、過充放電の防止をしてもよい。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 non-aqueous secondary battery>
A non-aqueous secondary battery, for example, stacks a positive electrode and a negative electrode through a separator, and rolls or folds this as necessary into a battery container, and injects an electrolyte into the battery container to seal it. Can be manufactured. Of the positive electrode, the negative electrode, and the separator, at least one member is a member with a porous film. Here, an expanded metal, an overcurrent prevention element such as a fuse or a PTC element, a lead plate, or the like may be placed in the battery container as necessary to prevent an increase in pressure inside the battery or overcharge / discharge. The shape of the battery may be any of a coin shape, a button shape, a sheet shape, a cylindrical shape, a square shape, a flat shape, and the like.
以下に、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。尚、本実施例における部および%は、特記しない限り質量基準である。
実施例および比較例において、粒子状重合体のガラス転移温度、粒子状重合体およびポリカルボン酸系共重合体の非水系電解液に対する膨潤度、ポリカルボン酸系共重合体のpH6.5とpH8における水溶性および非水溶性、多孔膜用バインダーの非水系電解液に対する膨潤度、多孔膜用組成物の高せん断下での安定性、多孔膜の水分含有量、多孔膜の電解液浸漬前および浸漬後の基材との接着性、並びにリチウムイオン二次電池の寿命特性および出力特性は、以下の方法により測定、評価した。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto. In addition, unless otherwise indicated, the part and% in a present Example are a mass reference | standard.
In Examples and Comparative Examples, the glass transition temperature of the particulate polymer, the degree of swelling of the particulate polymer and the polycarboxylic acid copolymer with respect to the non-aqueous electrolyte, and the pH 6.5 and pH 8 of the polycarboxylic acid copolymer Water-soluble and water-insoluble, the degree of swelling of the porous membrane binder with respect to the non-aqueous electrolyte, the stability of the porous membrane composition under high shear, the moisture content of the porous membrane, before immersion of the porous membrane in the electrolyte and The adhesion to the substrate after immersion, and the life characteristics and output characteristics of the lithium ion secondary battery were measured and evaluated by the following methods.
<ガラス転移温度>
粒子状重合体の水分散液を、50%湿度、23〜25℃の環境下で3日間乾燥させて、厚み1±0.3mmのフィルムを得た。乾燥させたフィルムをサンプルとして、JIS K7121に準じて、測定温度−100℃〜180℃、昇温速度5℃/分にて、示差走査熱量分析計(DSC6220SII、ナノテクノロジー社製)を用いてガラス転移温度(℃)を測定した。
<粒子状重合体およびポリカルボン酸系共重合体の非水系電解液に対する膨潤度>
粒子状重合体およびポリカルボン酸系共重合体のそれぞれの水分散液を、50%湿度、23〜25℃の環境下で3日間乾燥させて、厚み1±0.3mmのフィルムを得た。このフィルムを1cm×1cmに切出しバインダーフィルムとし、重量M0を測定した。その後、得られたフィルムを非水系電解液(溶媒:EC/DEC/ビニレンカーボネート(VC)=68.5/30/1.5(体積比)、電解質:濃度1MのLiPF6)に60℃、72時間浸漬した。浸漬後のフィルムの表面の非水系電解液をふき取り重量M1を測定した。そして、下記式に従って、非水系電解液に対する膨潤度を算出した。
非水系電解液に対する膨潤度=M1/M0
<ポリカルボン酸系共重合体のpH6.5とpH8における水溶性および非水溶性>
ポリカルボン酸系共重合体の水分散液を、濃度10質量%且つpH6.5となるよう調製した評価液および濃度10質量%且つpH8となるよう調製した評価液を準備し、それぞれ25℃において1時間攪拌した。攪拌後の評価液を光路長30mmのセルに移し、ヘーズメータを用い、散乱光及び全光線透過光を測定し、以下の式で評価液の曇り度を求めた。
曇り度(%)=散乱光/全光線透過光×100
評価液の曇り度が60%以上である場合、そのpHにおいてポリカルボン酸系共重合体が非水溶性であると判定し、60%未満である場合、そのpHにおいてポリカルボン酸系共重合体が水溶性であると判定した。そして、pHが6.0において非水溶性である場合、pHが6.0以下において非水溶性であると判定し、pHが8において水溶性である場合、pHが8以上においても水溶性であると判定した。
<多孔膜用バインダーの非水系電解液に対する膨潤度>
非水系二次電池多孔膜用バインダーを、50%湿度、23〜25℃の環境下で3日間乾燥させて、厚み1±0.3mmのフィルムを得た。このフィルムを1cm×1cmに切出しバインダーフィルムとし、重量M0を測定した。その後、得られたフィルムを非水系電解液(溶媒:EC/DEC/VC=68.5/30/1.5(体積比)、電解質:濃度1MのLiPF6)に60℃、72時間浸漬した。浸漬後のフィルムの表面の非水系電解液をふき取り重量M1を測定した。そして、下記式に従って、非水系電解液に対する膨潤度を算出した。
非水系電解液に対する膨潤度=M1/M0
<多孔膜用組成物の高せん断下での安定性>
多孔膜用組成物を、グラビアロール(線数95)を用いて、搬送速度50m/min、グラビア回転比100%の条件で、セパレータ基材(ポリエチレン製)上に塗布し、塗布後のセパレータ基材を切り出し、単位面積当たりの塗布量M0(mg/cm2)を算出した。また、塗布開始から1時間後に、同様に塗布量M1(mg/cm2)を算出した。そして、ΔM=(|M0−M1|)/M0×100(%)の式を用いて塗布量変化率ΔM(%)を算出し、下記のように評価した。この値が小さいほど、多孔膜用組成物の高せん断下での安定性が高いことを示す。
A:塗布量変化率ΔMが5%未満
B:塗布量変化率ΔMが5%以上10%未満
C:塗布量変化率ΔMが10%以上20%未満
D:塗布量変化率ΔMが20%以上
<多孔膜の水分含有量>
セパレータ(多孔膜付き)を10cm×10cmに切り出し、試験片とした。この試験片を温度25℃、湿度50%で24時間放置し、その後、電量滴定式水分計を用い、カールフィッシャー法(JIS K−0068(2001)水分気化法、気化温度150℃)により試験片の水分含有量W(ppm)を測定し、下記のように評価した。この値が小さいほど、多孔膜中の水分含有量が少なく、二次電池への持ち込み水分量が少ないことを示す。
A:水分含有量Wが500ppm以下
B:水分含有量Wが500ppm超600ppm以下
C:水分含有量Wが600ppm超700ppm以下
D:水分含有量Wが700ppm超
<多孔膜の電解液浸漬前における基材との接着性>
セパレータ(多孔膜付き)を長さ100mm、幅10mmの長方形に切り出して試験片とし、多孔膜表面を下にして多孔膜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、セパレータ基材の一端を垂直方向に引張り速度100mm/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ピール強度とし、下記のように評価した。ピール強度が大きいほど、多孔膜が、電解液浸漬前における基材(セパレータ基材)との接着性に優れることを示す。
A:ピール強度が100N/m以上
B:ピール強度が75N/m以上100N/m未満
C:ピール強度が50N/m以上75N/m未満
D:ピール強度が25N/m以上50N/m未満
E:ピール強度が25N/m未満
<多孔膜の電解液浸漬後における基材との接着性>
セパレータ(多孔膜付き)を長さ100mm、幅10mmの長方形に切り出して試験片とし、非水系電解液(溶媒:EC/DEC/VC=68.5/30/1.5(体積比)、電解質:濃度1MのLiPF6)に1分間含浸した。その後、ジエチルカーボネートに浸漬させ洗浄し12時間室温にて乾燥した。この試験片の多孔膜表面を下にして多孔膜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、セパレータ基材の一端を垂直方向に引張り速度100mm/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ピール強度とし、下記のように評価した。ピール強度が大きいほど、多孔膜が、電解液浸漬後における基材(セパレータ基材)との接着性に優れることを示す。
A:ピール強度が100N/m以上
B:ピール強度が75N/m以上100N/m未満
C:ピール強度が50N/m以上75N/m未満
D:ピール強度が25N/m以上50N/m未満
E:ピール強度が25N/m未満
<リチウムイオン二次電池の寿命特性>
作製したリチウムイオン二次電池について、25℃において0.5Cで3Vから4.2Vまで充電し、次いで25℃において0.5Cで4.2Vから3Vまで放電する充放電を、100サイクル繰り返した。1サイクル目の0.5C放電容量に対する100サイクル目の0.5C放電容量の割合を百分率で算出した値を容量維持率(%)とし、下記のように評価した。この値が大きいほど放電容量減が少なく、サイクル特性に優れることを示す。
A:容量維持率が70%以上
B:容量維持率が60%以上70%未満
C:容量維持率が50%以上60%未満
D:容量維持率が50%未満
<リチウムイオン二次電池の出力特性>
作製したリチウムイオン二次電池について、充電レート0.2Cとした定電流法により、4.2Vまで充電を行なった後、放電レート0.2Cにて、3.0Vまで放電することにより、0.2C放電時の電池容量を求めた。次いで、充電レート0.2Cとした定電流法により、4.2Vまで充電を行なった後、放電レート2Cにて、3.0Vまで放電することにより、2C放電時の電池容量を求めた。同様の測定を10個のセルについて行い、当該10個のセルの0.2C放電時の電池容量の平均値(Cap0.2C)と、2C放電時の電池容量の平均値(Cap2C)とを算出した。そして、Cap2C/Cap0.2C×100で求められる値を2C放電時容量維持率(%)とし、下記のように評価した。この値が大きいほどハイレート(2C)放電時の放電容量が高く、出力特性に優れることを示す。
A:2C放電時容量維持率が90%以上
B:2C放電時容量維持率が75%以上、90%未満
C:2C放電時容量維持率が60%以上、75%未満
D:2C放電時容量維持率が60%未満
<Glass transition temperature>
The aqueous dispersion of the particulate polymer was dried for 3 days in an environment of 50% humidity and 23 to 25 ° C. to obtain a film having a thickness of 1 ± 0.3 mm. Using the dried film as a sample, a glass using a differential scanning calorimeter (DSC6220SII, manufactured by Nanotechnology) at a measurement temperature of −100 ° C. to 180 ° C. and a heating rate of 5 ° C./min according to JIS K7121. The transition temperature (° C.) was measured.
<Swelling degree of particulate polymer and polycarboxylic acid copolymer with respect to non-aqueous electrolyte>
Each aqueous dispersion of the particulate polymer and the polycarboxylic acid copolymer was dried for 3 days under an environment of 50% humidity and 23 to 25 ° C. to obtain a film having a thickness of 1 ± 0.3 mm. This film was cut into 1 cm × 1 cm to form a binder film, and the weight M0 was measured. Thereafter, the obtained film was placed in a nonaqueous electrolytic solution (solvent: EC / DEC / vinylene carbonate (VC) = 68.5 / 30 / 1.5 (volume ratio), electrolyte: LiPF 6 having a concentration of 1 M) at 60 ° C., Soaked for 72 hours. The non-aqueous electrolyte solution on the surface of the film after immersion was wiped off, and the weight M1 was measured. And the swelling degree with respect to non-aqueous electrolyte solution was computed according to the following formula.
Swelling degree with respect to non-aqueous electrolyte = M1 / M0
<Water-soluble and water-insoluble in polycarboxylic acid copolymer at pH 6.5 and pH 8>
An aqueous dispersion of a polycarboxylic acid-based copolymer was prepared as an evaluation liquid prepared to have a concentration of 10% by mass and pH 6.5, and an evaluation liquid prepared to have a concentration of 10% by mass and pH 8, respectively, at 25 ° C. Stir for 1 hour. The evaluation liquid after stirring was transferred to a cell having an optical path length of 30 mm, and the scattered light and total light transmitted light were measured using a haze meter, and the haze of the evaluation liquid was determined by the following formula.
Haze (%) = scattered light / total light transmitted light × 100
When the haze of the evaluation solution is 60% or more, it is determined that the polycarboxylic acid copolymer is water-insoluble at that pH, and when it is less than 60%, the polycarboxylic acid copolymer at that pH. Was determined to be water-soluble. When the pH is 6.0 and water-insoluble, the pH is determined to be water-insoluble at 6.0 or less, and when the pH is 8 and water-soluble, the pH is 8 or higher. It was determined that there was.
<Swelling degree of porous membrane binder with respect to non-aqueous electrolyte>
The binder for a nonaqueous secondary battery porous membrane was dried for 3 days in an environment of 50% humidity and 23 to 25 ° C. to obtain a film having a thickness of 1 ± 0.3 mm. This film was cut into 1 cm × 1 cm to form a binder film, and the weight M0 was measured. Thereafter, the obtained film was immersed in a nonaqueous electrolytic solution (solvent: EC / DEC / VC = 68.5 / 30 / 1.5 (volume ratio), electrolyte: LiPF 6 having a concentration of 1 M) at 60 ° C. for 72 hours. . The non-aqueous electrolyte solution on the surface of the film after immersion was wiped off, and the weight M1 was measured. And the swelling degree with respect to non-aqueous electrolyte solution was computed according to the following formula.
Swelling degree with respect to non-aqueous electrolyte = M1 / M0
<Stability of porous membrane composition under high shear>
The composition for porous membrane was applied on a separator substrate (made of polyethylene) using a gravure roll (number of lines: 95) under the conditions of a conveyance speed of 50 m / min and a gravure rotation ratio of 100%. The material was cut out and the coating amount M0 (mg / cm 2 ) per unit area was calculated. Moreover, the coating amount M1 (mg / cm 2 ) was similarly calculated after 1 hour from the start of coating. Then, a coating amount change rate ΔM (%) was calculated using an equation of ΔM = (| M0−M1 |) / M0 × 100 (%) and evaluated as follows. It shows that stability under the high shear of the composition for porous films is so high that this value is small.
A: Application rate change rate ΔM is less than 5% B: Application rate change rate ΔM is 5% or more and less than 10% C: Application rate change rate ΔM is 10% or more and less than 20% D: Application rate change rate ΔM is 20% or more <Moisture content of porous membrane>
A separator (with a porous film) was cut out to 10 cm × 10 cm to obtain a test piece. This test piece is left for 24 hours at a temperature of 25 ° C. and a humidity of 50%, and then a test piece is obtained by a Karl Fischer method (JIS K-0068 (2001) water vaporization method, vaporization temperature 150 ° C.) using a coulometric titration moisture meter. The water content W (ppm) was measured and evaluated as follows. The smaller this value, the smaller the water content in the porous film, and the smaller the amount of water brought into the secondary battery.
A: Moisture content W is 500 ppm or less B: Moisture content W is more than 500 ppm to 600 ppm or less C: Moisture content W is more than 600 ppm to 700 ppm or less D: Moisture content W is more than 700 ppm <base before immersion of electrolyte in porous membrane Adhesiveness with materials>
A separator (with a porous membrane) is cut into a rectangle with a length of 100 mm and a width of 10 mm to form a test piece, and a cellophane tape (as defined in JIS Z1522) is attached to the porous membrane surface with the porous membrane surface facing down. One end of the material was pulled in the vertical direction at a pulling speed of 100 mm / min to measure the stress (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 peel strength, and it evaluated as follows. It shows that a porous film is excellent in adhesiveness with the base material (separator base material) before electrolyte solution immersion, so that peel strength is large.
A: Peel strength is 100 N / m or more B: Peel strength is 75 N / m or more and less than 100 N / m C: Peel strength is 50 N / m or more and less than 75 N / m D: Peel strength is 25 N / m or more and less than 50 N / m E: Peel strength is less than 25 N / m <Adhesiveness with porous substrate after immersion in electrolyte>
A separator (with a porous membrane) was cut into a rectangle having a length of 100 mm and a width of 10 mm to obtain a test piece, a non-aqueous electrolyte (solvent: EC / DEC / VC = 68.5 / 30 / 1.5 (volume ratio), electrolyte) : Impregnated with 1M LiPF 6 ) for 1 minute. Then, it was immersed in diethyl carbonate, washed and dried at room temperature for 12 hours. When a cellophane tape (as defined in JIS Z1522) is applied to the surface of the porous membrane with the porous membrane surface down, and one end of the separator substrate is pulled in a vertical direction at a pulling speed of 100 mm / min and peeled off. The cellophane tape was fixed to a test stand. The measurement was performed 3 times, the average value was calculated | required, this was made into peel strength, and it evaluated as follows. It shows that a porous film is excellent in adhesiveness with the base material (separator base material) after electrolyte solution immersion, so that peel strength is large.
A: Peel strength is 100 N / m or more B: Peel strength is 75 N / m or more and less than 100 N / m C: Peel strength is 50 N / m or more and less than 75 N / m D: Peel strength is 25 N / m or more and less than 50 N / m E: Peel strength is less than 25 N / m <Life characteristics of lithium ion secondary battery>
About the produced lithium ion secondary battery, charging / discharging which is charged from 3V to 4.2V at 0.5C at 25 ° C and then discharged from 4.2V to 3V at 0.5C at 25 ° C was repeated 100 cycles. A value obtained by calculating the ratio of the 0.5C discharge capacity at the 100th cycle to the 0.5C discharge capacity at the 1st cycle as a percentage was regarded as a capacity maintenance ratio (%) and evaluated as follows. Larger values indicate less discharge capacity loss and better cycle characteristics.
A: Capacity maintenance ratio is 70% or more B: Capacity maintenance ratio is 60% or more and less than 70% C: Capacity maintenance ratio is 50% or more and less than 60% D: Capacity maintenance ratio is less than 50% <Output of lithium ion secondary battery Characteristics>
The manufactured lithium ion secondary battery was charged to 4.2 V by a constant current method with a charge rate of 0.2 C, and then discharged to 3.0 V at a discharge rate of 0.2 C, resulting in a value of 0.8. The battery capacity during 2C discharge was determined. Subsequently, after charging to 4.2 V by a constant current method with a charge rate of 0.2 C, the battery capacity at the time of 2 C discharge was determined by discharging to 3.0 V at a discharge rate of 2 C. The same measurement is performed on 10 cells, and the average value of the battery capacity at the time of 0.2C discharge (Cap0.2C) and the average value of the battery capacity at the time of 2C discharge (Cap2C) are calculated. did. And the value calculated | required by Cap2C / Cap0.2C * 100 was made into the capacity maintenance rate (%) at the time of 2C discharge, and it evaluated as follows. The larger this value, the higher the discharge capacity during high-rate (2C) discharge, and the better the output characteristics.
A: Capacity maintenance ratio during 2C discharge is 90% or more B: Capacity maintenance ratio during 2C discharge is 75% or more and less than 90% C: Capacity maintenance ratio during 2C discharge is 60% or more and less than 75% D: Capacity during 2C discharge Maintenance rate is less than 60%
(実施例1)
<粒子状重合体の調製>
攪拌機を備えた反応器に、イオン交換水90部、過硫酸カリウム0.5部を供給し、気相部を窒素ガスで置換し、80℃に昇温した。一方、別の容器にイオン交換水40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0.8部、そして(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体として2−エチルヘキシルアクリレート(2−EHA)58.2部、芳香族モノビニル単量体としてスチレン(ST)40部、酸性基含有単量体としてイタコン酸(IA)0.8部、架橋性単量体としてエチレンジメタクリレート(EDMA)1.0部を混合して単量体組成物を得た。この単量体組成物を4時間かけて前記反応器に連続的に添加して重合を行った。添加中は80℃で反応を行った。添加終了後、過硫酸アンモニウム0.5部を添加し、更に80℃で3時間攪拌して反応を終了し、粒子状重合体の水分散液を製造した。この水分散液のpHは2.5であった。またこの水分散液を用いて、ガラス転移温度、非水系電解液に対する膨潤度を測定した。結果を表1に示す。
<ポリカルボン酸系共重合体の調製>
攪拌機を備えた反応器に、イオン交換水100部、ポリオキシアルキレンアルケニルエーテル硫酸アンモニウム0.6部および、過硫酸カリウム0.2部を供給し、気相部を窒素ガスで置換し、70℃に昇温した。一方、別の容器にイオン交換水50部、乳化剤としてポリオキシアルキレンアルケニルエーテル硫酸アンモニウム0.6部、カルボン酸基含有単量体としてメタクリル酸(MAA)30部、(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体としてエチルアクリレート(EA)57部(U1に相当)、ブチルアクリレート(BA)12.2部(U2に相当)、架橋性単量体としてエチレンジメタクリレート(EDMA)0.8部を混合して単量体組成物を得た。この単量体組成物を3時間かけて前記反応器に連続的に添加して重合を行った。添加中は70℃で反応を行った。添加終了後、80℃に昇温し3時間攪拌して反応を終了し、ポリカルボン酸系共重合体の水分散液を製造した。この水分散液のpHは2.0であった。またこの水分散液を用いて、pH6.5とpH8における水溶性および非水溶性を判定し、非水系電解液に対する膨潤度を測定した。結果を表1に示す。
<非水系二次電池多孔膜用バインダーの調製>
粒子状重合体100部当たりポリカルボン酸系共重合体が5部となるように、上述の粒子状重合体の水分散液と上述のポリカルボン酸系共重合体の水分散液を混合し、更に5%水酸化ナトリウム水溶液を適量添加した。その後、スリーワンモーターで300rpm、10分間攪拌することにより、多孔膜用バインダーを調製した。この多孔膜用バインダーのpHは4.7であった。またこの多孔膜用バインダーを用いて、非水系電解液に対する膨潤度を測定した。結果を表1に示す。
<非水系二次電池多孔膜用組成物の調製>
非導電性粒子としてのベーマイトフィラー(河合石灰工業社製「BMM-W」)100部に対して、分散剤としてのポリカルボン酸・スルホン酸アンモニウム塩0.5部、上述の二次電池多孔膜用バインダーを固形分相当で4部、増粘剤としてのキサンタンガム(三晶株式会社製「KELZAN」)0.2部、ポリエチレングリコール型界面活性剤(サンノプコ社製「サンノプコ(登録商標)SNウェット366」)0.2部、そしてイオン交換水を固形分濃度が40質量%になるように加え、混合して、多孔膜用組成物を調製した。この多孔膜用組成物のpHは9.0であった。
得られた多孔膜用組成物を用いて、高せん断下における安定性を評価した。結果を表1に示す。
Example 1
<Preparation of particulate polymer>
In a reactor equipped with a stirrer, 90 parts of ion-exchanged water and 0.5 part of potassium persulfate were supplied, the gas phase part was replaced with nitrogen gas, and the temperature was raised to 80 ° C. On the other hand, 40 parts of ion-exchanged water in another container, 0.8 part of sodium dodecylbenzenesulfonate as an emulsifier, and 58.2 parts of 2-ethylhexyl acrylate (2-EHA) as a (meth) acrylic acid alkyl ester monomer, Mix 40 parts of styrene (ST) as an aromatic monovinyl monomer, 0.8 part of itaconic acid (IA) as an acidic group-containing monomer, and 1.0 part of ethylene dimethacrylate (EDMA) as a crosslinkable monomer. As a result, a monomer composition was obtained. This monomer composition was continuously added to the reactor over 4 hours for polymerization. The reaction was carried out at 80 ° C. during the addition. After completion of the addition, 0.5 part of ammonium persulfate was added, and the reaction was terminated by further stirring at 80 ° C. for 3 hours to produce an aqueous dispersion of a particulate polymer. The pH of this aqueous dispersion was 2.5. Moreover, using this aqueous dispersion, the glass transition temperature and the degree of swelling with respect to the non-aqueous electrolyte were measured. The results are shown in Table 1.
<Preparation of polycarboxylic acid copolymer>
A reactor equipped with a stirrer is supplied with 100 parts of ion-exchanged water, 0.6 part of polyoxyalkylene alkenyl ether ammonium sulfate and 0.2 part of potassium persulfate, and the gas phase part is replaced with nitrogen gas. The temperature rose. On the other hand, 50 parts of ion-exchanged water in another container, 0.6 part of polyoxyalkylene alkenyl ether ammonium sulfate as an emulsifier, 30 parts of methacrylic acid (MAA) as a carboxylic acid group-containing monomer, and a single amount of (meth) acrylic acid alkyl ester The body was mixed with 57 parts of ethyl acrylate (EA) (corresponding to U1), 12.2 parts of butyl acrylate (BA) (corresponding to U2) and 0.8 part of ethylene dimethacrylate (EDMA) as the crosslinkable monomer. A monomer composition was obtained. This monomer composition was continuously added to the reactor over 3 hours for polymerization. The reaction was carried out at 70 ° C. during the addition. After completion of the addition, the temperature was raised to 80 ° C. and stirred for 3 hours to complete the reaction, and an aqueous dispersion of a polycarboxylic acid copolymer was produced. The pH of this aqueous dispersion was 2.0. Further, using this aqueous dispersion, water solubility and water insolubility at pH 6.5 and pH 8 were determined, and the degree of swelling with respect to the nonaqueous electrolyte solution was measured. The results are shown in Table 1.
<Preparation of binder for nonaqueous secondary battery porous membrane>
Mix the aqueous dispersion of the particulate polymer and the aqueous dispersion of the polycarboxylic acid copolymer so that the polycarboxylic acid copolymer is 5 parts per 100 parts of the particulate polymer, Further, an appropriate amount of 5% aqueous sodium hydroxide solution was added. Then, the porous membrane binder was prepared by stirring for 10 minutes at 300 rpm with a three-one motor. The pH of this porous membrane binder was 4.7. Moreover, the swelling degree with respect to non-aqueous electrolyte solution was measured using this binder for porous films. The results are shown in Table 1.
<Preparation of composition for nonaqueous secondary battery porous membrane>
With respect to 100 parts of boehmite filler ("BMM-W" manufactured by Kawai Lime Industry Co., Ltd.) as non-conductive particles, 0.5 part of polycarboxylic acid / ammonium sulfonate salt as a dispersant, the above-mentioned secondary battery porous membrane 4 parts of binder for solids, xanthan gum ("KELZAN" manufactured by Sanki Co., Ltd.) 0.2 part as a thickener, polyethylene glycol type surfactant ("San Nopco (registered trademark) SN wet 366" manufactured by San Nopco) ”) 0.2 part, and ion-exchanged water were added so as to have a solid concentration of 40% by mass and mixed to prepare a porous membrane composition. The pH of the composition for porous membrane was 9.0.
Using the obtained porous membrane composition, the stability under high shear was evaluated. The results are shown in Table 1.
<多孔膜およびセパレータの製造>
ポリエチレン製の多孔基材からなる有機セパレータ基材(セルガード社製、厚み16μm)を用意した。用意した有機セパレータ基材の片面に、上述のようにして得られた多孔膜用組成物を塗布し、60℃で10分乾燥させた。これにより、厚み18μmのセパレータ(セパレータ基材上に多孔膜を備える)を得た。
得られたセパレータ(多孔膜付き)を用いて、多孔膜の電解液浸漬前後における基材との接着性および水分含有量を評価した。結果を表1に示す。
<Manufacture of porous membrane and separator>
An organic separator substrate made of a polyethylene porous substrate (manufactured by Celgard, thickness 16 μm) was prepared. The porous membrane composition obtained as described above was applied to one side of the prepared organic separator substrate, and dried at 60 ° C. for 10 minutes. As a result, a separator having a thickness of 18 μm (including a porous film on the separator substrate) was obtained.
Using the obtained separator (with a porous film), the adhesion to the substrate and the water content before and after immersion of the porous film in the electrolytic solution were evaluated. The results are shown in Table 1.
<負極の製造>
攪拌機付き5MPa耐圧容器に、1,3−ブタジエン33部、IA3.5部、ST63.5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0.4部、イオン交換水150部及び重合開始剤として過硫酸カリウム0.5部を入れ、十分に攪拌した後、50℃に加温して重合を開始した。重合転化率が96%になった時点で冷却し反応を停止して、負極合材層用結着材(SBR)を含む混合物を得た。上記負極合材層用結着材を含む混合物に、5%水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pH8に調整後、加熱減圧蒸留によって未反応単量体の除去を行った後、30℃以下まで冷却し、所望の負極合材層用結着材を含む水分散液を得た。
ディスパー付きのプラネタリーミキサーに、負極活物質としての人造黒鉛(比表面積5.5m2/g:平均粒子径:15.6μm)100部、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロースナトリウム塩(日本製紙ケミカル社製「MAC−800LC」)の1%水溶液を固形分相当で1部、およびイオン交換水を加えて固形分濃度60%に調製した後、25℃で60分間混合した。更にこのプラネタリーミキサーにイオン交換水を加えて固形分濃度を52%に調製した後、25℃で15分間更に混合し、混合液を得た。この混合液に、上記の負極合材層用結着材を固形分相当量で1.5部、及びイオン交換水を加え、最終固形分濃度が45%となるように調整し、10分間混合した。これを減圧下で脱泡処理して流動性の良い二次電池負極用スラリー組成物を得た。
得られた負極用スラリー組成物を、コンマコーターで、集電体である厚さ20μmの銅箔の上に、乾燥後の膜厚が150μm程度になるように塗布し、乾燥させた。この乾燥は、銅箔を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分間加熱処理してプレス前の負極原反を得た。このプレス前の負極原反をロールプレスで圧延して、負極合材層の厚みが80μmのプレス後の負極を得た。
<Manufacture of negative electrode>
In a 5 MPa pressure vessel with a stirrer, 33 parts of 1,3-butadiene, 3.5 parts of IA, 63.5 parts of ST, 0.4 parts of sodium dodecylbenzenesulfonate as an emulsifier, 150 parts of ion-exchanged water and potassium persulfate as a polymerization initiator After adding 0.5 part and stirring sufficiently, it heated to 50 degreeC and superposition | polymerization was started. When the polymerization conversion rate reached 96%, the reaction was stopped by cooling to obtain a mixture containing the binder for negative electrode mixture layer (SBR). After adding a 5% aqueous sodium hydroxide solution to the mixture containing the binder for the negative electrode mixture layer and adjusting the pH to 8, the unreacted monomer is removed by heating under reduced pressure, and then up to 30 ° C. or lower. The mixture was cooled to obtain an aqueous dispersion containing the desired binder for the negative electrode mixture layer.
In a planetary mixer with a disper, artificial graphite (specific surface area 5.5 m 2 / g: average particle size: 15.6 μm) 100 parts as a negative electrode active material, carboxymethylcellulose sodium salt as a thickener (Nippon Paper Chemical Co., Ltd.) 1 part of a 1% aqueous solution (manufactured “MAC-800LC”) corresponding to the solid content and ion-exchanged water were added to prepare a solid content concentration of 60%, followed by mixing at 25 ° C. for 60 minutes. Further, ion exchange water was added to this planetary mixer to adjust the solid content concentration to 52%, and further mixed at 25 ° C. for 15 minutes to obtain a mixed solution. To this mixed solution, 1.5 parts of the above binder for the negative electrode mixture layer and an amount of ion-exchanged water corresponding to the solid content are added to adjust the final solid content concentration to 45%, and mixed for 10 minutes. did. This was defoamed under reduced pressure to obtain a slurry composition for a secondary battery negative electrode having good fluidity.
The obtained negative electrode slurry composition was applied on a copper foil having a thickness of 20 μm, which was a current collector, with a comma coater so that the film thickness after drying was about 150 μm, and dried. This drying was performed by conveying the copper 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 negative electrode raw material before pressing. The negative electrode raw material before pressing was rolled with a roll press to obtain a negative electrode after pressing with a negative electrode mixture layer thickness of 80 μm.
<正極の製造>
正極活物質としての体積平均粒子径12μmのLiCoO2を100部、導電材としてのアセチレンブラック(電気化学工業社製、「HS−100」)を2部、正極合材層用結着材としてのポリフッ化ビニリデン(クレハ社製、「#7208」)を固形分相当で2部と、N−メチルピロリドンとを混合し全固形分濃度が70%となる量とした。これらをプラネタリーミキサーにより混合し、正極用スラリー組成物を調製した。
得られた正極用スラリー組成物を、コンマコーターで、集電体である厚さ20μmのアルミ箔の上に、乾燥後の膜厚が150μm程度になるように塗布し、乾燥させた。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、プレス前の正極原反を得た。このプレス前の正極原反をロールプレスで圧延して、正極合材層の厚みが80μmのプレス後正極を得た。
<Production of positive electrode>
100 parts of LiCoO 2 having a volume average particle diameter of 12 μm as a positive electrode active material, 2 parts of acetylene black (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd., “HS-100”) as a conductive material, and as a binder for a positive electrode mixture layer Polyvinylidene fluoride (manufactured by Kureha, “# 7208”) in an amount corresponding to the solid content and 2 parts of N-methylpyrrolidone were mixed to make the total solid content concentration 70%. These were mixed by a planetary mixer to prepare a positive electrode slurry composition.
The obtained positive electrode slurry composition was applied onto a 20 μm-thick aluminum foil as a current collector by a comma coater so that the film thickness after drying was about 150 μm and 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 before pressing. The positive electrode raw material before pressing was rolled with a roll press to obtain a positive electrode after pressing with a positive electrode mixture layer thickness of 80 μm.
<リチウムイオン二次電池の製造>
電池の外装として、アルミニウム包材外装を用意した。上記得られた正極を、4.6cm×4.6cmの正方形に切り出し、集電体側の表面がアルミニウム包材外装に接するように配置した。上記得られたセパレータを、6cm×6cmの正方形に切り出し、多孔膜が正極の正極合材層側の表面に接するように配置した。更に、上記得られた負極を、5cm×5cmの正方形に切り出し、負極合材層側の表面がセパレータのセパレータ基材表面に接するように配置した。電解液(溶媒:EC/DEC/VC=68.5/30/1.5(体積比)、電解質:濃度1MのLiPF6)を空気が残らないように注入した。更に、アルミニウム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ニウム包材外装を閉口し、リチウムイオン二次電池を製造した。このリチウムイオン二次電池を用いて、出力特性および寿命特性を評価した。結果を表1に示す。
<Manufacture of lithium ion secondary batteries>
An aluminum packaging exterior was prepared as the battery exterior. The positive electrode obtained was cut into a square of 4.6 cm × 4.6 cm and arranged so that the surface on the current collector side was in contact with the aluminum packaging material exterior. The obtained separator was cut into a 6 cm × 6 cm square and arranged so that the porous film was in contact with the surface of the positive electrode mixture layer side of the positive electrode. Furthermore, the negative electrode obtained above was cut into a 5 cm × 5 cm square and arranged so that the surface of the negative electrode mixture layer side was in contact with the separator substrate surface of the separator. An electrolytic solution (solvent: EC / DEC / VC = 68.5 / 30 / 1.5 (volume ratio), electrolyte: LiPF 6 having a concentration of 1 M) was injected so that no air remained. Further, in order to seal the opening of the aluminum packaging material, heat sealing at 150 ° C. was performed to close the exterior of the aluminum packaging material, thereby manufacturing a lithium ion secondary battery. Using this lithium ion secondary battery, output characteristics and life characteristics were evaluated. The results are shown in Table 1.
(実施例2、3、10)
多孔膜用バインダー中における、粒子状重合体100部当たりのポリカルボン酸系共重合体の配合量を表1のように変更した以外は、実施例1と同様にして粒子状重合体、ポリカルボン酸系共重合体、多孔膜用バインダー、多孔膜用組成物、セパレータ(多孔膜付き)、負極、正極、およびリチウムイオン二次電池を製造し、同様の項目について評価した。結果を表1に示す。
(Examples 2, 3, and 10)
In the same manner as in Example 1, except that the blending amount of the polycarboxylic acid copolymer per 100 parts of the particulate polymer in the porous membrane binder was changed as shown in Table 1, the particulate polymer and polycarboxylic acid were used. An acid copolymer, a porous membrane binder, a porous membrane composition, a separator (with a porous membrane), a negative electrode, a positive electrode, and a lithium ion secondary battery were produced, and the same items were evaluated. The results are shown in Table 1.
(実施例4〜6、11)
多孔膜用バインダーに含まれる粒子状重合体の調製時に、2−EHAおよびSTの使用量を表1のように変更した以外は、実施例1と同様にして粒子状重合体、ポリカルボン酸系共重合体、多孔膜用バインダー、多孔膜用組成物、セパレータ(多孔膜付き)、負極、正極、およびリチウムイオン二次電池を製造し、同様の項目について評価した。結果を表1に示す。
(Examples 4-6, 11)
In the same manner as in Example 1 except that the amount of 2-EHA and ST used was changed as shown in Table 1 during the preparation of the particulate polymer contained in the porous membrane binder, the particulate polymer and polycarboxylic acid type were used. A copolymer, a binder for a porous film, a composition for a porous film, a separator (with a porous film), a negative electrode, a positive electrode, and a lithium ion secondary battery were produced, and the same items were evaluated. The results are shown in Table 1.
(実施例7)
多孔膜用バインダーに含まれる粒子状重合体の調製時に、(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体としての2−EHAに替えてブチルアクリレート(BA)を使用した以外は、実施例1と同様にして粒子状重合体、ポリカルボン酸系共重合体、多孔膜用バインダー、多孔膜用組成物、セパレータ(多孔膜付き)、負極、正極、およびリチウムイオン二次電池を製造し、同様の項目について評価した。結果を表1に示す。
(Example 7)
Except that butyl acrylate (BA) was used instead of 2-EHA as the (meth) acrylic acid alkyl ester monomer when preparing the particulate polymer contained in the porous membrane binder, the same procedure as in Example 1 was performed. Manufacturing particulate polymer, polycarboxylic acid copolymer, porous membrane binder, porous membrane composition, separator (with porous membrane), negative electrode, positive electrode, and lithium ion secondary battery. evaluated. The results are shown in Table 1.
(実施例8、9)
多孔膜用バインダーに含まれるポリカルボン酸系共重合体の調製時に、MAA、EA、およびBAの使用量を表1のように変更した以外は、実施例1と同様にして粒子状重合体、ポリカルボン酸系共重合体、多孔膜用バインダー、多孔膜用組成物、セパレータ(多孔膜付き)、負極、正極、およびリチウムイオン二次電池を製造し、同様の項目について評価した。結果を表1に示す。
(Examples 8 and 9)
In the same manner as in Example 1, except that the amounts of MAA, EA, and BA were changed as shown in Table 1 when preparing the polycarboxylic acid-based copolymer contained in the porous membrane binder, A polycarboxylic acid-based copolymer, a porous membrane binder, a porous membrane composition, a separator (with a porous membrane), a negative electrode, a positive electrode, and a lithium ion secondary battery were produced, and the same items were evaluated. The results are shown in Table 1.
(比較例1)
多孔膜用バインダー中における、粒子状重合体100部当たりのポリカルボン酸系共重合体の配合量を表1のように変更した以外は、実施例1と同様にして粒子状重合体、ポリカルボン酸系共重合体、多孔膜用バインダー、多孔膜用組成物、セパレータ(多孔膜付き)、負極、正極、およびリチウムイオン二次電池を製造し、同様の項目について評価した。結果を表1に示す。
(Comparative Example 1)
In the same manner as in Example 1, except that the blending amount of the polycarboxylic acid copolymer per 100 parts of the particulate polymer in the porous membrane binder was changed as shown in Table 1, the particulate polymer and polycarboxylic acid were used. An acid copolymer, a porous membrane binder, a porous membrane composition, a separator (with a porous membrane), a negative electrode, a positive electrode, and a lithium ion secondary battery were produced, and the same items were evaluated. The results are shown in Table 1.
(比較例2)
ポリカルボン酸系共重合体に替えて、ポリアクリル酸(日本触媒社製、「アクアリックIH」)(カルボン酸基含有単量体としてのアクリル酸(AA)由来の単量体単位が100%)を使用した以外は、実施例1と同様にして粒子状重合体、多孔膜用バインダー、多孔膜用組成物、セパレータ(多孔膜付き)、負極、正極、およびリチウムイオン二次電池を製造し、同様の項目について評価した。結果を表1に示す。
(Comparative Example 2)
Instead of polycarboxylic acid copolymer, polyacrylic acid (“AQUALIC IH” manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.) (100% monomer unit derived from acrylic acid (AA) as carboxylic acid group-containing monomer) ) Was used in the same manner as in Example 1 except that a particulate polymer, a porous membrane binder, a porous membrane composition, a separator (with a porous membrane), a negative electrode, a positive electrode, and a lithium ion secondary battery were produced. The same items were evaluated. The results are shown in Table 1.
(比較例3)
多孔膜用バインダーに含まれる粒子状重合体の調製時に、2−EHAおよびSTの使用量を表1のように変更した以外は、実施例1と同様にして粒子状重合体、ポリカルボン酸系共重合体、多孔膜用バインダー、多孔膜用組成物、セパレータ(多孔膜付き)、負極、正極、およびリチウムイオン二次電池を製造し、同様の項目について評価した。結果を表1に示す。
(Comparative Example 3)
In the same manner as in Example 1 except that the amount of 2-EHA and ST used was changed as shown in Table 1 during the preparation of the particulate polymer contained in the porous membrane binder, the particulate polymer and polycarboxylic acid type were used. A copolymer, a binder for a porous film, a composition for a porous film, a separator (with a porous film), a negative electrode, a positive electrode, and a lithium ion secondary battery were produced, and the same items were evaluated. The results are shown in Table 1.
(比較例4)
以下のようにして調製したグラフト共重合体である粒子状重合体を使用した以外は、実施例1と同様にして、ポリカルボン酸系共重合体、多孔膜用バインダー、多孔膜用組成物、セパレータ(多孔膜付き)、負極、正極、およびリチウムイオン二次電池を製造し、同様の項目について評価した。結果を表1に示す。
<粒子状重合体(グラフト共重合体)の調製>
撹拌機を備えた反応器に、イオン交換水230部、乳化剤としてラウリル硫酸ナトリウム(花王ケミカル社製、「エマール(登録商標)2F」)0.15部、n−ブチルアクリレート(BA)50部、スチレンマクロモノマー(STMM、片末端メタクリロイル化ポリスチレンオリゴマー、東亞合成化学工業社製、「AS−6」)50部、重合開始剤としてt−ブチルパーオキシー2−エチルヘキサネート1部を入れ、十分に撹拌した後、90℃に加温して重合し、粒子状重合体の水分散液を得た。得られた粒子状重合体のガラス転移温度を測定したところ、ガラス転移温度は2点(−40℃と90℃)確認され、粒子状重合体がグラフト共重合体であることを確認した。
(Comparative Example 4)
A polycarboxylic acid copolymer, a porous membrane binder, a porous membrane composition, a porous membrane composition in the same manner as in Example 1 except that a particulate polymer that is a graft copolymer prepared as follows was used. A separator (with a porous film), a negative electrode, a positive electrode, and a lithium ion secondary battery were manufactured, and the same items were evaluated. The results are shown in Table 1.
<Preparation of particulate polymer (graft copolymer)>
In a reactor equipped with a stirrer, 230 parts of ion exchange water, 0.15 part of sodium lauryl sulfate (“Emal (registered trademark) 2F” manufactured by Kao Chemical Co., Ltd.) as an emulsifier, 50 parts of n-butyl acrylate (BA), Add 50 parts of styrene macromonomer (STMM, one-end methacryloylated polystyrene oligomer, “AS-6” manufactured by Toagosei Co., Ltd.), 1 part of t-butylperoxy-2-ethylhexanate as a polymerization initiator, After stirring, the mixture was polymerized by heating to 90 ° C. to obtain an aqueous dispersion of a particulate polymer. When the glass transition temperature of the obtained particulate polymer was measured, two glass transition temperatures (−40 ° C. and 90 ° C.) were confirmed, and it was confirmed that the particulate polymer was a graft copolymer.
上述の表1の実施例1〜11、比較例1〜4より、(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位および芳香族モノビニル単量体単位をそれぞれ特定の範囲内の割合で含有するランダム共重合体よりなる粒子状重合体と、特定のpH以下において非水溶性で且つ特定のpH以上において水溶性であり、カルボン酸基含有単量体単位を特定の範囲内の割合で含有するポリカルボン酸系共重合体とを含み、そして、非水系電解液に対する膨潤度が特定の範囲内である多孔膜用バインダーを用いれば、高せん断下での安定性に優れる多孔膜用組成物、電解液浸漬前後の基材との接着性に優れ且つ水分含有量が少ない多孔膜、そして寿命特性および出力特性に優れる二次電池を得られることがわかる。
ここで、上述の表1の実施例1〜3および10より、粒子状重合体に対するカルボン酸系共重合体の配合比を調節することで、多孔膜の電解液浸漬前後における基材との接着性並びに二次電池の寿命特性および出力特性を更に向上させうり、また、多孔膜の水分含有量を更に低減しうることがわかる。
また、上述の表1の実施例1、4〜7、11より、粒子状重合体の組成を変更することで、多孔膜用組成物の高せん断下での安定性、多孔膜の電解液浸漬前後における基材との接着性、並びに二次電池の寿命特性および出力特性を更に向上させうり、また、多孔膜の水分含有量を更に低減しうることがわかる。
そして、上述の表1の実施例1、8、9より、カルボン酸系共重合体の組成を変更することで、多孔膜用組成物の高せん断下での安定性、多孔膜の電解液浸漬前後における基材との接着性、並びに二次電池の寿命特性および出力特性を更に向上させうり、また、多孔膜の水分含有量を更に低減しうることがわかる。
From Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 4 in Table 1 above, a random copolymer containing (meth) acrylic acid alkyl ester monomer units and aromatic monovinyl monomer units in proportions within a specific range, respectively. A particulate polymer comprising a polymer and a polycarboxylic acid which is water-insoluble at a specific pH or lower and water-soluble at a specific pH or higher, and contains a carboxylic acid group-containing monomer unit in a specific range. And a porous membrane composition that is excellent in stability under high shear, and an electrolytic solution by using a porous membrane binder that includes an acid copolymer and has a degree of swelling with respect to a non-aqueous electrolytic solution within a specific range. It can be seen that a porous film excellent in adhesion to the substrate before and after immersion and having a low water content, and a secondary battery excellent in life characteristics and output characteristics can be obtained.
Here, from Examples 1 to 3 and 10 in Table 1 above, by adjusting the blending ratio of the carboxylic acid copolymer to the particulate polymer, adhesion to the substrate before and after immersion of the porous membrane in the electrolyte solution It can be seen that the secondary battery life characteristics and output characteristics can be further improved, and the water content of the porous film can be further reduced.
In addition, from Examples 1, 4 to 7 and 11 in Table 1 above, by changing the composition of the particulate polymer, stability of the porous membrane composition under high shear, immersion of the porous membrane in the electrolyte solution It can be seen that the adhesion to the substrate before and after, the life characteristics and output characteristics of the secondary battery can be further improved, and the moisture content of the porous film can be further reduced.
And from Examples 1, 8, and 9 in Table 1 above, by changing the composition of the carboxylic acid copolymer, the stability of the composition for porous membranes under high shear, the electrolyte immersion of the porous membranes It can be seen that the adhesion to the substrate before and after, the life characteristics and output characteristics of the secondary battery can be further improved, and the moisture content of the porous film can be further reduced.
本発明によれば、電解液浸漬前後において基材との接着性に優れる多孔膜を形成可能であり、且つ、多孔膜用組成物の高せん断下での安定性を高めることも可能な非水系二次電池多孔膜用バインダーを提供することができる。
また、本発明によれば、高せん断下での安定性に優れており、且つ、電解液浸漬前後において基材との接着性に優れる多孔膜を形成可能な非水系二次電池多孔膜用組成物を提供することができる。
そして、本発明によれば、電解液浸漬前後において基材との接着性に優れる非水系二次電池用多孔膜、および当該非水系二次電池用多孔膜を備える非水系二次電池を提供することができる。
According to the present invention, a non-aqueous system capable of forming a porous film excellent in adhesiveness with a substrate before and after immersion in an electrolytic solution and also improving the stability of the composition for porous film under high shear A binder for a secondary battery porous membrane can be provided.
In addition, according to the present invention, the composition for a porous membrane of a non-aqueous secondary battery is excellent in stability under high shear and can form a porous membrane excellent in adhesion to a substrate before and after immersion in an electrolyte. Things can be provided.
And according to this invention, the non-aqueous secondary battery provided with the porous film for non-aqueous secondary batteries which is excellent in adhesiveness with a base material before and after electrolyte solution immersion, and the said porous film for non-aqueous secondary batteries is provided. be able to.
Claims (6)
前記粒子状重合体は、(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位を35質量%以上含み、且つ芳香族モノビニル単量体単位を20質量%以上65質量%以下含むランダム共重合体であり、
前記ポリカルボン酸系共重合体は、カルボン酸基含有単量体単位を20質量%以上50質量%以下含み、pHが6.5以下で非水溶性、且つpHが8以上で水溶性であり、
そして、非水系電解液に対する膨潤度が1倍超2倍以下である、非水系二次電池多孔膜用バインダー。 Including a particulate polymer and a polycarboxylic acid copolymer,
The particulate polymer is a random copolymer containing 35% by mass or more of (meth) acrylic acid alkyl ester monomer units and 20% by mass to 65% by mass of aromatic monovinyl monomer units,
The polycarboxylic acid-based copolymer contains 20% by mass or more and 50% by mass or less of a carboxylic acid group-containing monomer unit, is water-insoluble at pH 6.5 or less, and is water-soluble at pH 8 or more. ,
And the binder for non-aqueous secondary battery porous films whose swelling degree with respect to non-aqueous electrolyte solution is more than 1 time and 2 times or less.
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