JP6624739B2 - リチウムイオン電池負極用水性バインダー及びその調製方法 - Google Patents
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Description
反応性乳化剤、水溶性アクリル系モノマー、油溶性アクリル系モノマー及び開始剤溶液を順に添加し均一混合してからベース液とし、昇温して重合を開始させ、迅速な撹拌を維持しながら、水溶性アクリル系モノマーと油溶性アクリル系モノマーの混合液及び開始剤溶液を添加し、高温で反応させて、リチウムイオン電池負極用水性バインダー溶液を調製する。
前記ベース液の使用量は、総重量に対して10〜50%(重量%、以下同じ)を占め、好ましくは20〜40%である。
前記ベース液は、水を分散媒質とする。上記総重量は、ベース液の使用量、並びに滴下工程で反応系に添加されたモノマー混合液の使用量及び開始剤の使用量を含むが、水の使用量を含まない。
前記開始剤溶液の使用量はアクリル系モノマーの総使用量の0.5〜6%を占め、前記アクリル系モノマーは水溶性アクリル系モノマーと油溶性アクリル系モノマーを含む。
前記リチウムイオン水性バインダーの固形分は30〜60%であり、好ましくは35〜55%である。
前記モノマー混合液の滴下時間は1〜3時間であり、好ましくは1.5〜2.5時間である。
前記モノマー混合液を2〜10分間滴下してから開始剤溶液の滴加を開始する。好ましくは5分間である。
前記反応温度は60〜90℃であり、好ましくは70〜85℃である。
前記反応時間は2〜6時間であり、好ましくは3〜5時間である。前記反応時間は、反応系内に開始剤を添加して重合反応を開始させてから計算する。
好ましくは、前記反応性乳化剤は、アクリルアミドイソプロピルスルホン酸ナトリウム、ビニルスルホン酸ナトリウム、2−アリルエーテル−3−ヒドロキシプロパン−1−スルホン酸ナトリウム、アリルエーテルヒドロキシプロパンスルホン酸ナトリウムなどの中の1種以上から選択される。
好ましくは、前記水溶性アクリル系モノマーは、アクリル酸、メタクリル酸、アクリロニトリル、アクリルアミド、アクリル酸ナトリウム、イタコン酸、N−ヒドロキシメチルアクリルアミド、ヒドロキシエチルアクリレート及びヒドロキシプロピルアクリレートの中の1種以上から選択される。
である。
好ましくは、前記油溶性アクリル系モノマーは、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸オクチル、アクリル酸ラウリル、及びアクリル酸イソボルニルの中の1種以上から選択される。
前記リチウムイオン電池負極用水性バインダーの調製は、200〜800rpmの高速撹拌で行われ、反応中に窒素ガスによる保護状態が維持される。
本発明の1つの実施例において、前記リチウムイオン電池負極用水性バインダーの調製方法は、その具体的な手順が以下のとおりである。
反応性乳化剤、水溶性アクリル系モノマー、油溶性アクリル系モノマーを順に添加し、200〜800rpmで均一に撹拌し、窒素ガスを供給する。反応系の温度は70〜80℃である。開始剤を添加して均一混合した後、ベース液とする。ベース液中の反応性乳化剤、水溶性アクリル系モノマー、油溶性アクリル系モノマー及び開始剤の割合は、重量で、1.5:25:60:0.5であり、ベース液の使用量は総重量の20〜40%を占める。0.5〜1.5時間の反応後に、撹拌しながら水溶性と油溶性アクリル系モノマーの混合液を滴下し、モノマー混合液を2〜10分間滴下してから開始剤溶液の滴下を開始し、滴下時間は1.5〜2.5時間である。滴下完了後に反応系の温度を70〜85℃に上昇させ且つ0.5〜1.5時間保温して、リチウムイオン電池負極用水性バインダーを得る。調製過程全体に亘って使用された水溶性アクリル系モノマーと油溶性アクリル系モノマーの割合は25:36であり、リチウムイオン水性バインダーの固形分は35〜55%である。
本発明のリチウムイオン電池負極用水性バインダーに適する電極材料はコークス、天然黒鉛、人造黒鉛、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO4、Ni、Co、Mn三元系複合酸化物などである。
本発明の他の態様は、リチウムイオン電池を提供する。該リチウムイオン電池は、正極、負極、電解液、分離膜を備え、正極及び/又は負極は上記のリチウムイオン電池の電極片である。
〈実施例1〉
〈実施例2〉
調製された水性バインダーは乳液状の粘性液体であり、その固形分は40%であり、粘度は1000〜1500mPa・sであった。
〈実施例3〉
〈実施例4〉
〈実施例5〉
〈実施例6〉
Claims (10)
- 反応性乳化剤、水溶性アクリル系モノマー、油溶性アクリル系モノマー及び開始剤を水に溶解した開始剤溶液を順に添加し均一混合してからベース液とし、昇温して重合を開始させ、撹拌を維持しながら、水溶性アクリル系モノマーと油溶性アクリル系モノマーの混合液及び開始剤溶液を添加し反応させて、リチウムイオン電池負極用水性バインダーを調製する、リチウムイオン電池負極用水性バインダーの調製方法であって、
前記ベース液における反応性乳化剤、水溶性アクリル系モノマー、油溶性アクリル系モノマー及び開始剤の割合は、重量で0.5〜3:20〜45:15〜80:0.1〜10であって、
前記ベース液(水を含まない)の使用量は、前記ベース液(水を含まない)と前記添加された水溶性アクリル系モノマーと油溶性アクリル系モノマーの混合液(水を含まない)及び開始剤の総重量に対して10〜50%を占め、
使用される水溶性アクリル系モノマーと油溶性アクリル系モノマーの割合は5〜40:20〜80である
リチウムイオン電池負極用水性バインダーの調製方法。 - 前記反応性乳化剤は、アクリルアミドイソプロピルスルホン酸ナトリウム、ビニルスルホン酸ナトリウム、2−アリルエーテル−3−ヒドロキシプロパン−1−スルホン酸ナトリウム、アリルエーテルヒドロキシプロパンスルホン酸ナトリウムの中の1種以上から選択される、請求項1に記載のリチウムイオン電池負極用水性バインダーの調製方法。
- 前記水溶性アクリル系モノマーは、一般式CH2=CR1R2を有し、ここで、R1=H、−CH3、−COOH、R2=−COOH、−CN、−CONH2、−COONa、−CH2COOH、−OOCCH3、−COOCH2CH2OH、−COOCH2CH2CH2OHであり、及び/又は、
前記油溶性アクリル系モノマーは、一般式CH2=CR3R4を有し、ここで、R3=H、−CH3、−COOH、R4=−COOCH3、−COOCH2CH3、−COO(CH2)2CH3、−COOCH2CH(CH2CH3)CH2CH2CH2CH3、−COO(CH2)11CH3、
である、請求項1に記載のリチウムイオン電池負極用水性バインダーの調製方法。 - 前記水溶性アクリル系モノマーは、アクリル酸、メタクリル酸、アクリロニトリル、アクリルアミド、アクリル酸ナトリウム、イタコン酸、N−ヒドロキシメチルアクリルアミド、ヒドロキシエチルアクリレート及びヒドロキシプロピルアクリレートの中の1種以上から選択され、及び/又は、
前記油溶性アクリル系モノマーは、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸オクチル、アクリル酸ラウリル、及びアクリル酸イソボルニルの中の1種以上から選択される、請求項3に記載のリチウムイオン電池負極用水性バインダーの調製方法。 - 前記開始剤は、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)及びアゾビスイソブチロニトリルの中の1種以上から選択される、請求項1に記載のリチウムイオン電池負極用水性バインダーの調製方法。
- 前記リチウムイオン電池負極用水性バインダーの固形分は30〜60%である、請求項1に記載のリチウムイオン電池負極用水性バインダーの調製方法。
- 前記調製方法では、前記モノマー混合液を2〜10分間滴下してから開始剤溶液の滴加を開始し、及び/又は、前記開始剤溶液の使用量は、アクリル系モノマーの総使用量の0.5〜6%を占める、請求項1に記載のリチウムイオン電池負極用水性バインダーの調製方法。
- 前記モノマー混合液の滴下時間は1〜3時間であり、及び/又は、反応温度は60〜90℃であり、及び/又は、反応時間は2〜6時間である、請求項1に記載のリチウムイオン電池負極用水性バインダーの調製方法。
- 前記リチウムイオン電池負極用水性バインダーの調製は200〜800rpmの攪拌で行われ、反応中に窒素ガスによる保護状態が維持される、請求項1に記載のリチウムイオン電池負極用水性バインダーの調製方法。
- リチウムイオン電池負極用水性バインダーであって、前記リチウムイオン電池負極用水性バインダーは、請求項1〜9のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池負極用水性バインダーの調製方法により調製され、その固形分は30〜60%であり、粘度範囲は500〜8000mPa・sである、リチウムイオン電池負極用水性バインダー。
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