JP6733474B2 - Binder composition for lithium-ion secondary battery positive electrode, lithium-ion secondary battery positive electrode, and lithium-ion secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、リチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物、リチウムイオン二次電池正極、及びリチウムイオン二次電池に関する。詳細には、リチウムイオン二次電池の正極を構成するために、活物質とともに用いられ、リチウムイオン二次電池を形成した場合に常温下及び低温下での充放電のサイクル特性が良好となるバインダー組成物、当該バインダー組成物を用いて得られるリチウムイオン二次電池正極、ならびに当該リチウムイオン二次電池正極を有するリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a binder composition for a lithium-ion secondary battery positive electrode, a lithium-ion secondary battery positive electrode, and a lithium-ion secondary battery. Specifically, a binder that is used together with an active material to form a positive electrode of a lithium-ion secondary battery and that has good charge-discharge cycle characteristics at room temperature and at low temperature when a lithium-ion secondary battery is formed. The present invention relates to a composition, a lithium ion secondary battery positive electrode obtained by using the binder composition, and a lithium ion secondary battery having the lithium ion secondary battery positive electrode.
リチウムイオン二次電池は、軽量でエネルギー密度が高いこと、繰り返し充放電に対する耐久性が高いことから、携帯電話やノートパソコンなどの電子デバイスの電源として用いられている。また、電気自動車等の電動車両においても、放電・充電できる電源装置として活用されている。特に、近年の電池の大型化に伴い、高容量であり且つ急速充放電対応可能であるなど、性能の更に高い電池が要求されている。 BACKGROUND OF THE INVENTION Lithium ion secondary batteries are used as power sources for electronic devices such as mobile phones and notebook computers because they are lightweight, have high energy density, and have high durability against repeated charge and discharge. It is also used in electric vehicles such as electric vehicles as a power supply device capable of discharging and charging. In particular, as batteries have become larger in size in recent years, batteries with higher performance, such as high capacity and rapid charging/discharging capability, are required.
リチウムイオン二次電池は、一般に、正極活物質を含む正極活物質層が正極集電体の両面に形成された正極と、負極活物質を含む負極活物質層が負極集電体の両面に形成された負極とが、電解質層を介して接続され、電池ケースに収納される構成を有している。このような電極は、活物質と電極用バインダーとの混合スラリーを集電体表面に塗布、乾燥することにより形成される。 In a lithium ion secondary battery, generally, a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material is formed on both sides of a positive electrode current collector, and a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material is formed on both sides of a negative electrode current collector. The formed negative electrode is connected via the electrolyte layer and housed in the battery case. Such an electrode is formed by applying a mixed slurry of an active material and a binder for an electrode on the surface of a current collector and drying it.
ここで電極用バインダーは、活物質同士を結着するとともに、集電体である金属箔と活物質とを結着する働きをしている。バインダーが十分な量の活物質を集電体に結着できないか、又は、活物質同士を結着できないと、容量の大きな電池は得られない。また、充放電を繰り返すことによってバインダーが徐々に酸化され、活物質の集電体への結着力が低下し、集電体から活物質が脱落して電池の容量が低下するおそれがある。
また電極の製造工程はロール・ツー・ロールでの成形工程を含むので、作製された電極には高い柔軟性や可とう性が求められる。もし電極が十分な柔軟性や可とう性を有していないと、合剤層の割れ、活物質の剥離・脱落が発生して電池容量が低下するおそれがある。そのため、結着力と柔軟性の両方を兼ね備えたバインダーが要求されている。
Here, the electrode binder binds the active materials to each other and also binds the metal foil, which is the current collector, to the active material. If the binder cannot bind a sufficient amount of the active material to the current collector or the active materials cannot bind to each other, a battery having a large capacity cannot be obtained. Further, by repeating charge and discharge, the binder is gradually oxidized, the binding force of the active material to the current collector is reduced, and the active material may fall off from the current collector, which may reduce the capacity of the battery.
Further, since the manufacturing process of the electrode includes a roll-to-roll forming process, the manufactured electrode is required to have high flexibility and flexibility. If the electrode does not have sufficient flexibility or flexibility, the mixture layer may be cracked and the active material may be peeled off or dropped off, resulting in a decrease in battery capacity. Therefore, a binder having both binding force and flexibility is required.
この問題を解決する方法として、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)のような柔軟なフッ素系樹脂をバインダーに使用する方法が知られている。しかしPVDFは結着力が弱いので、バインダーを多く使用しないと結着力が低下するおそれがあった。 As a method of solving this problem, a method of using a flexible fluororesin such as polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder is known. However, since PVDF has a weak binding force, there is a risk that the binding force will decrease unless a large amount of binder is used.
また、リチウムイオン二次電池電極用バインダー組成物として、負極の場合にはポリビニルアルコール系樹脂等の水溶性バインダーを用いることが提案されている。例えば、高い充放電容量を発現し、かつ柔軟性の高い電極を得るために、エチレン性不飽和単量体に由来する重合体粒子が、粘度平均重合度400〜3000のポリビニルアルコール系樹脂の水溶液中に分散しているエマルジョンを含むリチウムイオン二次電池電極用バインダー組成物が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Further, as a binder composition for a lithium ion secondary battery electrode, it has been proposed to use a water-soluble binder such as a polyvinyl alcohol-based resin in the case of a negative electrode. For example, in order to obtain an electrode having high charge-discharge capacity and high flexibility, polymer particles derived from an ethylenically unsaturated monomer are an aqueous solution of a polyvinyl alcohol-based resin having a viscosity average degree of polymerization of 400 to 3000. A binder composition for a lithium ion secondary battery electrode containing an emulsion dispersed therein has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、上記特許文献1には、実施例において負極用のバインダー組成物が記載されているものの、正極用のバインダー組成物については具体的な評価までは記載されていない。 However, although the above-mentioned Patent Document 1 describes the binder composition for the negative electrode in the Examples, it does not describe the binder composition for the positive electrode up to a specific evaluation.
一方、高エネルギー密度を有するリチウムイオン二次電池は、電気自動車やハイブリッド車等の自動車の駆動電源として用いられるため、高い出力特性が求められる。特に自動車は、寒冷地においても短時間での高負荷の入出力が必要であるため、常温下のみならず低温下における高い入出力特性が求められる。
しかしながら、リチウムイオン二次電池に用いられる非水電解液は、低温時の粘度上昇によるイオン伝導度の大幅な低下を引き起こす場合がある。したがって、リチウムイオン二次電池の低温下での入出力特性を向上させることは、電気自動車やハイブリッド車等の自動車の駆動電源として用いる場合において重要な課題である。
On the other hand, a lithium-ion secondary battery having a high energy density is used as a drive power source for a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle, and thus requires high output characteristics. In particular, automobiles are required to have a high load input/output in a short time even in a cold region, and therefore high input/output characteristics are required not only at room temperature but also at low temperature.
However, the non-aqueous electrolyte solution used in the lithium ion secondary battery may cause a significant decrease in ionic conductivity due to an increase in viscosity at low temperatures. Therefore, improving the input/output characteristics of the lithium-ion secondary battery at low temperatures is an important issue when it is used as a drive power source for automobiles such as electric vehicles and hybrid vehicles.
そこで、本発明はこのような背景下において、リチウムイオン二次電池を形成した場合に常温下及び低温下での充放電のサイクル特性が良好となるリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物、当該バインダー組成物を用いて得られるリチウムイオン二次電池正極、及び当該リチウムイオン二次電池正極を有するリチウムイオン二次電池を提供することを目的とするものである。 Therefore, the present invention, under such a background, when the lithium ion secondary battery is formed, the binder composition for a lithium ion secondary battery positive electrode, which has good cycle characteristics of charge and discharge at room temperature and at a low temperature, It is an object of the present invention to provide a lithium ion secondary battery positive electrode obtained by using a binder composition and a lithium ion secondary battery having the lithium ion secondary battery positive electrode.
しかるに、本発明者らは、かかる事情に鑑み鋭意研究を重ねた結果、所定の平均ケン化度を有するポリビニルアルコール系樹脂(A)及びスチレン系熱可塑性エラストマー(B)をリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物に用いることによって、好ましくはポリビニルアルコール系樹脂(A)及びスチレン系熱可塑性エラストマー(B)を含有してなるラテックス[I]をリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物に用いることによって、リチウムイオン二次電池を形成した場合に、常温下及び低温下での充放電のサイクル特性が良好となることを見出し、本発明を完成した。 However, as a result of intensive studies conducted by the present inventors in view of such circumstances, a polyvinyl alcohol-based resin (A) and a styrene-based thermoplastic elastomer (B) having a predetermined average saponification degree were used as a lithium ion secondary battery positive electrode. The latex [I] containing the polyvinyl alcohol resin (A) and the styrene thermoplastic elastomer (B) is preferably used for the binder composition for a lithium ion secondary battery positive electrode by using the same for the binder composition for a lithium ion secondary battery. According to the above, it was found that, when a lithium ion secondary battery is formed, the charge/discharge cycle characteristics at room temperature and at low temperature are improved, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明の要旨は、平均ケン化度が60〜90モル%のポリビニルアルコール系樹脂(A)及びスチレン系熱可塑性エラストマー(B)を含有してなり、ポリビニルアルコール系樹脂(A)とスチレン系熱可塑性エラストマー(B)の含有割合(A/B)が、重量比にて90/10〜60/40であることを特徴とするリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物、好ましくは平均ケン化度が60〜90モル%のポリビニルアルコール系樹脂(A)及びスチレン系熱可塑性エラストマー(B)を含有してなり、ポリビニルアルコール系樹脂(A)とスチレン系熱可塑性エラストマー(B)の含有割合(A/B)が、重量比にて90/10〜60/40であるラテックス[I]を含むことを特徴とするリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物に関するものである。 That is, the gist of the present invention, Ri greens contain an average degree of saponification 60-90 mol% of a polyvinyl alcohol-based resin (A) and styrene-based thermoplastic elastomer (B), and polyvinyl alcohol-based resin (A) styrene content of the thermoplastic elastomer (B) (a / B) is a lithium ion secondary battery positive electrode binder composition, characterized in 90 / 10-60 / 40 der Rukoto in weight ratio, preferably Ri Na contain an average degree of saponification 60-90 mol% of a polyvinyl alcohol-based resin (a) and styrene-based thermoplastic elastomer (B), a polyvinyl alcohol-based resin (a) and the styrene-based thermoplastic elastomer (B) the content of (a / B) is, to a lithium ion secondary battery positive electrode binder composition comprising a 90 / 10-60 / 40 der Ru latex at a weight ratio of [I].
また、本発明の要旨は、本発明のリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物を用いて得られるリチウムイオン二次電池正極、更に、本発明のリチウムイオン二次電池正極を有するリチウムイオン二次電池にも関するものである。 Further, the gist of the present invention is to provide a lithium ion secondary battery positive electrode obtained by using the binder composition for a lithium ion secondary battery positive electrode of the present invention, and a lithium ion secondary battery having the lithium ion secondary battery positive electrode of the present invention. It also relates to batteries.
なお、以下では、「リチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物」を単に「正極用バインダー組成物」と略称することがある。また、「ポリビニルアルコール系樹脂」を「PVA系樹脂」と表記することがある。 In the following, the “binder composition for positive electrode of lithium ion secondary battery” may be simply referred to as “binder composition for positive electrode”. In addition, "polyvinyl alcohol-based resin" may be referred to as "PVA-based resin".
本発明のリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物は、リチウムイオン二次電池を形成した場合に、活物質同士、または活物質と集電体間の結着性を担保しながらも、PVA系樹脂が電解液、とりわけ有機系電解液と適度な親和性を発揮するため、常温下及び低温下でのイオン伝導度の低下を抑制することができ、そのため、常温下及び低温下での充放電のサイクル特性が良好なリチウムイオン二次電池を得ることができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The binder composition for a positive electrode of a lithium ion secondary battery of the present invention is a PVA-based one while ensuring the binding property between active materials or between an active material and a current collector when a lithium ion secondary battery is formed. Since the resin exhibits a moderate affinity with the electrolytic solution, particularly with the organic electrolytic solution, it is possible to suppress the decrease in ionic conductivity at room temperature and at low temperature, and therefore charge and discharge at room temperature and at low temperature. It is possible to obtain a lithium-ion secondary battery having excellent cycle characteristics of.
本発明において、バインダーは活物質と電解液との界面上に存在しており、リチウムイオン電池における電池抵抗に大きな影響を与える。これは、電解液の粘度が上昇し、Liイオン伝導度が顕著に低下する低温時においてより明確に影響する。本発明で使用するPVA系樹脂(A)及びスチレン系熱可塑性エラストマー(B)を含有してなるバインダー組成物において、PVA系樹脂(A)が有機系電解液と適度な親和性を持つため、低温時においてもLiイオンの移動を阻害しない。そのため、常温下及び低温下での良好な充放電サイクル特性を発揮することが可能となる。 In the present invention, the binder is present on the interface between the active material and the electrolytic solution and has a great influence on the battery resistance in the lithium ion battery. This has a more pronounced effect at low temperatures when the viscosity of the electrolytic solution increases and the Li ion conductivity significantly decreases. In the binder composition containing the PVA-based resin (A) and the styrene-based thermoplastic elastomer (B) used in the present invention, since the PVA-based resin (A) has an appropriate affinity with the organic electrolytic solution, It does not hinder the movement of Li ions even at low temperatures. Therefore, it becomes possible to exhibit good charge/discharge cycle characteristics under normal temperature and low temperature.
以下、本発明の構成につき詳細に説明するが、これらは望ましい実施態様の一例を示すものであり、本発明はこれらの内容に特定されるものではない。
なお、本明細書において、アクリルとメタクリルを特段区別しない場合には、(メタ)アクリルと総称し、アクリレートとメタクリレートを特段区別しない場合には(メタ)アクリレートと総称する。
本発明において固形分とは、対象物を105℃、3時間の乾燥減量法に供することにより得られるものを意味する。
Hereinafter, the constitution of the present invention will be described in detail, but these show examples of desirable embodiments, and the present invention is not limited to these contents.
In the present specification, when acrylic and methacrylic are not particularly distinguished, they are collectively referred to as (meth)acrylic, and when acrylate and methacrylate are not specifically distinguished, they are collectively referred to as (meth)acrylate.
In the present invention, the solid content means that obtained by subjecting the object to a loss on drying method at 105° C. for 3 hours.
<リチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物>
本発明のリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物は、平均ケン化度が60〜90モル%のPVA系樹脂(A)及びスチレン系熱可塑性エラストマー(B)を含有してなるものであり、好ましくはPVA系樹脂(A)及びスチレン系熱可塑性エラストマー(B)を含有してなるラテックス[I]を含むものである。
かかるラテックス[I]を得る方法としては、例えば、(1)かかるPVA系樹脂(A)とスチレン系熱可塑性エラストマー(B)とを溶融混練したものを水に分散させラテックスを得る方法、(2)PVA系樹脂(A)の存在下にスチレン系モノマーを乳化重合し、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)のラテックスを得る方法、等が挙げられる。
<Binder composition for positive electrode of lithium ion secondary battery>
The binder composition for a lithium ion secondary battery positive electrode of the present invention comprises a PVA-based resin (A) having an average saponification degree of 60 to 90 mol% and a styrene-based thermoplastic elastomer (B), Preferably, the latex [I] containing the PVA resin (A) and the styrene thermoplastic elastomer (B) is contained.
Examples of the method for obtaining the latex [I] include (1) a method in which a melt-kneaded mixture of the PVA-based resin (A) and the styrene-based thermoplastic elastomer (B) is dispersed in water to obtain a latex, (2 ) A method of emulsion-polymerizing a styrene-based monomer in the presence of the PVA-based resin (A) to obtain a latex of the styrene-based thermoplastic elastomer (B), and the like.
〔ポリビニルアルコール系樹脂(A)〕
本発明で用いられるPVA系樹脂(A)としては、例えば、公知一般の水溶性のPVA系樹脂が挙げられる。
かかるPVA系樹脂(A)は、例えば、ビニルエステル系モノマーを重合し、ケン化することにより得られる。
[Polyvinyl alcohol-based resin (A)]
Examples of the PVA-based resin (A) used in the present invention include publicly-known general water-soluble PVA-based resins.
The PVA-based resin (A) is obtained, for example, by polymerizing a vinyl ester-based monomer and saponifying it.
上記ビニルエステル系モノマーとしては、代表的には酢酸ビニルが挙げられる。また酢酸ビニルの代わりに、例えば、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、カプロン酸ビニル、カプリル酸ビニル、カプリン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ミリスチン酸ビニル、パルミチン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、シクロヘキサンカルボン酸ビニル、ピパリン酸ビニル、オクチル酸ビニル、モノクロロ酢酸ビニル、アジピン酸ビニル、メタクリル酸ビニル、クロトン酸ビニル、ソルビン酸ビニル、安息香酸ビニル、桂皮酸ビニル、トリフロロ酢酸ビニル等を例示できるが、価格や入手の容易さの観点で、酢酸ビニルが好ましく用いられる。 A typical example of the vinyl ester-based monomer is vinyl acetate. Further, instead of vinyl acetate, for example, vinyl propionate, vinyl butyrate, vinyl caproate, vinyl caprylate, vinyl caprate, vinyl laurate, vinyl myristate, vinyl palmitate, vinyl stearate, vinyl cyclohexanecarboxylate, piperin. Examples include vinyl acrylate, vinyl octylate, vinyl monochloroacetate, vinyl adipate, vinyl methacrylate, vinyl crotonate, vinyl sorbate, vinyl benzoate, vinyl cinnamate, vinyl trifluoroacetate, etc. From the viewpoint of, vinyl acetate is preferably used.
ビニルエステル系モノマーの重合は、公知の任意の重合法、例えば、溶液重合、懸濁重合、乳化重合などにより行うことができる。なかでも、反応熱を効率的に除去できる溶液重合を還流下で行うことが好ましい。溶液重合の溶媒としては、通常はアルコールが用いられ、好ましくは炭素数1〜3の低級アルコールが用いられる。 The vinyl ester-based monomer can be polymerized by any known polymerization method, for example, solution polymerization, suspension polymerization, emulsion polymerization, or the like. Above all, it is preferable to carry out the solution polymerization under reflux so that the heat of reaction can be efficiently removed. As a solvent for solution polymerization, an alcohol is usually used, and a lower alcohol having 1 to 3 carbon atoms is preferably used.
得られた共重合体のケン化についても、従来のPVA系樹脂で行われている公知のケン化方法を採用することができる。すなわち、重合体をアルコール又は水/アルコール溶媒に溶解させた状態で、アルカリ触媒又は酸触媒を用いてケン化を行うことができる。
前記アルカリ触媒としては、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、ナトリウムメチラート、ナトリウムエチラート、カリウムメチラート、リチウムメチラート等のアルカリ金属の水酸化物やアルコラートを用いることができる。
通常、無水アルコール系溶媒下、アルカリ触媒を用いたエステル交換反応が反応速度の点や脂肪酸塩等の不純物を低減できるなどの点で好適に用いられる。
For the saponification of the obtained copolymer, a known saponification method that has been carried out with a conventional PVA-based resin can be adopted. That is, saponification can be performed using an alkali catalyst or an acid catalyst in a state where the polymer is dissolved in alcohol or water/alcohol solvent.
Examples of the alkali catalyst that can be used include alkali metal hydroxides and alcoholates such as potassium hydroxide, sodium hydroxide, sodium methylate, sodium ethylate, potassium methylate, and lithium methylate.
Usually, a transesterification reaction using an alkali catalyst in an anhydrous alcohol solvent is preferably used in terms of reaction rate and reduction of impurities such as fatty acid salts.
ケン化反応の反応温度は、通常20℃〜60℃である。反応温度が低すぎると、反応速度が小さくなり反応効率が低下する傾向があり、高すぎると反応溶媒の沸点以上となる場合があり、製造面における安全性が低下する傾向がある。なお、耐圧性の高い塔式連続ケン化塔などを用いて高圧下でケン化する場合には、より高温、例えば、80〜150℃でケン化することが可能であり、少量のケン化触媒でも短時間、高ケン化度のものを得ることが可能である。 The reaction temperature of the saponification reaction is usually 20°C to 60°C. If the reaction temperature is too low, the reaction rate tends to be low and the reaction efficiency tends to be low, and if it is too high, it may be higher than the boiling point of the reaction solvent, and the safety in production tends to be lowered. When saponifying under high pressure using a tower-type continuous saponification tower having high pressure resistance, it is possible to saponify at a higher temperature, for example, 80 to 150°C, and a small amount of saponification catalyst is used. However, a high degree of saponification can be obtained in a short time.
PVA系樹脂(A)の平均ケン化度(JIS K6726に準拠して測定)は、60〜90モル%であり、好ましくは75〜90モル%であり、更に好ましくは80〜90モル%である。
平均ケン化度が低すぎると、電解液に対して膨潤しやすくなり、この結果、正極部材間の結着性が低下する傾向があり、高すぎると、電解液との親和性が低下し、低温での電池抵抗が上昇する傾向がある。
The average degree of saponification of PVA-based resin (A) (measured in accordance with JIS K6726) is 60 to 90 mol%, preferably 75 to 90 mol%, and more preferably 80 to 90 mol%. ..
If the average saponification degree is too low, it tends to swell with respect to the electrolytic solution, and as a result, the binding property between the positive electrode members tends to decrease, and if too high, the affinity with the electrolytic solution decreases, Battery resistance tends to increase at low temperatures.
また、PVA系樹脂(A)とスチレン系熱可塑性エラストマー(B)を溶融混練する場合においては、平均ケン化度が低すぎると、溶融粘度の大幅な低下をもたらし、溶融成形性が低下する傾向があり、平均ケン化度が高すぎると、融点の上昇を招き、溶融混練時の製造安定性が低下する傾向がある。
一方、PVA系樹脂(A)の存在下にスチレン系モノマーを乳化重合し、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)のラテックスを得る場合においては、平均ケン化度が低すぎると、PVA系樹脂(A)の乳化力が高くなりすぎ、重合時の粘度が高くなりすぎる傾向があり、また、曇点が発現しやすくなり、重合安定性が低下しやすくなる傾向があり、平均ケン化度が高すぎるとPVA系樹脂(A)の乳化力が低くなりすぎ、重合安定性が低下し、生産性が低下する傾向がある。
Further, in the case of melt-kneading the PVA-based resin (A) and the styrene-based thermoplastic elastomer (B), if the average saponification degree is too low, the melt viscosity is significantly lowered, and the melt moldability tends to be lowered. However, if the average degree of saponification is too high, the melting point tends to increase, and the production stability during melt kneading tends to decrease.
On the other hand, in the case of emulsion-polymerizing a styrene-based monomer in the presence of the PVA-based resin (A) to obtain a latex of the styrene-based thermoplastic elastomer (B), if the average saponification degree is too low, the PVA-based resin (A ) Is too high, the viscosity at the time of polymerization tends to be too high, the cloud point is likely to be exhibited, the polymerization stability tends to be lowered, and the average degree of saponification is too high. And the emulsifying power of the PVA-based resin (A) becomes too low, the polymerization stability tends to decrease, and the productivity tends to decrease.
PVA系樹脂(A)の粘度平均重合度(JIS K6726に準拠して測定)は、350〜3,000であることが好ましく、特に好ましくは350〜2,800、更に好ましくは400〜2,500である。かかる粘度平均重合度が低すぎると、造膜された皮膜の柔軟性が低下することで、正極の柔軟性が低下する傾向がある。逆に高すぎるとラテックスの粘度が高くなる傾向があり、電極活物質と混合する際に混ざりにくく、電極が不均一になる傾向がある。 The viscosity average degree of polymerization (measured in accordance with JIS K6726) of the PVA-based resin (A) is preferably 350 to 3,000, particularly preferably 350 to 2,800, further preferably 400 to 2,500. Is. If the viscosity average degree of polymerization is too low, the flexibility of the formed film is reduced, and thus the flexibility of the positive electrode tends to be reduced. On the contrary, if it is too high, the viscosity of the latex tends to be high, and it is difficult to mix it with the electrode active material, and the electrode tends to be non-uniform.
本発明において、PVA系樹脂(A)とスチレン系熱可塑性エラストマー(B)を溶融混練する場合には、粘度平均重合度(JIS K6726に準拠して測定)は、300〜3,000であることが好ましく、特に好ましくは350〜2,000、更に好ましくは400〜1,200である。
かかる粘度平均重合度が低すぎると、成形性が低下する傾向がある。かかる粘度平均重合度が高すぎると、溶融粘度が大きくなりすぎ、溶融混練による製造が困難となる傾向がある。
In the present invention, when the PVA resin (A) and the styrene thermoplastic elastomer (B) are melt-kneaded, the viscosity average degree of polymerization (measured in accordance with JIS K6726) is 300 to 3,000. Is particularly preferable, 350 to 2,000 is particularly preferable, and 400 to 1,200 is more preferable.
If the viscosity average degree of polymerization is too low, the moldability tends to decrease. If the viscosity average degree of polymerization is too high, the melt viscosity tends to be too high, and the production by melt kneading tends to be difficult.
本発明において、PVA系樹脂(A)の存在下にスチレン系モノマーを乳化重合し、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)のラテックスを得る場合には、粘度平均重合度(JIS K6726に準拠して測定)は、250〜3,000であることが好ましく、特に好ましくは300〜2,800、更に好ましくは400〜2,500である。
かかる粘度平均重合度が低すぎると、バインダー組成物とした場合の結着性が低下する傾向がある。かかる粘度平均重合度が高すぎると、重合反応溶液の粘度が高くなりすぎ、重合中に撹拌が難しくなり、重合反応が困難となる傾向がある。
In the present invention, when a styrene-based monomer is emulsion-polymerized in the presence of a PVA-based resin (A) to obtain a latex of a styrene-based thermoplastic elastomer (B), a viscosity average polymerization degree (measured according to JIS K6726) ) Is preferably 250 to 3,000, particularly preferably 300 to 2,800, and further preferably 400 to 2,500.
If the viscosity average degree of polymerization is too low, the binding property of the binder composition tends to decrease. If the viscosity average degree of polymerization is too high, the viscosity of the polymerization reaction solution becomes too high, which makes stirring difficult during the polymerization, which tends to make the polymerization reaction difficult.
上記PVA系樹脂(A)には、本発明の効果を阻害しない範囲(例えば、10モル%未満、好ましくは5モル%以下)にて、ビニルエステル系モノマー以外の他のモノマーに由来する構造単位を有していても良い。
例えば、グリシジル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アリルエーテル、3,4−エポキシシクロヘキシル(メタ)アクリレート、アリルグリシジルエーテル等のビニル基とエポキシ基を有するモノマー;トリアリルオキシエチレン、ジアリルマレアート、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、テトラアリルオキシエタン、ジアリルフタレート等のアリル基を2個以上有するモノマー;酢酸アリル、アセト酢酸ビニルエステル、アセト酢酸アリルエステル、ジアセト酢酸アリルエステル等のアリルエステル系モノマー;アセトアセトキシエチル(メタ)アクリレート、アセトアセトキシプロピル(メタ)アクリレート等のアセトアセトキシアルキル(メタ)アクリレート;アセトアセトキシエチルクロトナート、アセトアセトキシプロピルクロトナート等のアセトアセトキシアルキルクロトナート;2−シアノアセトアセトキシエチル(メタ)アクリレート;ジビニルベンゼン;エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,2−プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,3−プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート等のアルキレングリコール(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;アリル(メタ)アクリレート;2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート(アルキル部分がC1〜C10アルキル基であり、好ましくはC1〜C6アルキル基);(メタ)アクリロニトリルなどのニトリル系モノマー;スチレン、α−メチルスチレン等のスチレン系モノマー;エチレン、プロピレン、1−ブテン、イソブテン等のオレフィン;塩化ビニル、塩化ビニリデン、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン等のハロゲン化オレフィン;エチレンスルホン酸等のオレフィン系モノマー;ブタジエン−1,3、2−メチルブタジエン、1,3又は2,3−ジメチルブタジエン−1,3、2−クロロブタジエン−1,3等のジエン系モノマー;3−ブテン−1−オール、4−ペンテン−1−オール、5−ヘキセン−1,2−ジオール、グリセリンモノアリルエーテル等のヒドロキシ基含有α−オレフィン類、およびそのアシル化物などの誘導体;1,3−ジアセトキシ−2−メチレンプロパン、1,3−ジプロピオニルオキシ−2−メチレンプロパン、1,3−ジブチロニルオキシ−2−メチレンプロパンなどのヒドロキシメチルビニリデンジアセテート類;イタコン酸、マレイン酸、アクリル酸等の不飽和酸類、その塩又はモノ若しくはジアルキルエステル;アクリロニトリル等のニトリル類、メタクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド等のアミド類、エチレンスルホン酸、アリルスルホン酸、メタアリルスルホン酸、AMPS等のオレフィンスルホン酸あるいはその塩などの化合物、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリプロポキシシラン、ビニルトリブトキシシラン、ビニルメチルジメトキシシラン、ビニルメチルジエトキシシラン等のビニルアルキルジアルコキシシラン;γ−(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−(メタ)アクリロキシプロピルトリエトキシシラン等のγ−(メタ)アクリロキシプロピルトリアルコキシシラン;γ−(メタ)アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−(メタ)アクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン等のγ−(メタ)アクリロキシプロピルアルキルジアルコキシシラン;ビニルトリス(β−メトキシエトキシ)シラン、ヒドロキシメチルビニリデンジアセテートが挙げられる。ヒドロキシメチルビニリデンジアセテートの具体的な例としては、1,3−ジアセトキシ−2−メチレンプロパン、1,3−ジプロピオニルオキシ−2−メチレンプロパン、1,3−ジブチロニルオキシ−2−メチレンプロパン等が挙げられる。これらのモノマーは単独で用いても良く、又は2種以上を併せて用いても良い。
The PVA-based resin (A) has a structural unit derived from a monomer other than the vinyl ester-based monomer in a range that does not impair the effects of the present invention (for example, less than 10 mol%, preferably 5 mol% or less). May have.
For example, monomers having a vinyl group and an epoxy group such as glycidyl (meth)acrylate, glycidyl (meth)allyl ether, 3,4-epoxycyclohexyl (meth)acrylate, and allyl glycidyl ether; triallyloxyethylene, diallyl maleate, and triaryloxyethylene. Monomers having two or more allyl groups such as allyl cyanurate, triallyl isocyanurate, tetraallyloxyethane and diallyl phthalate; allyl ester type monomers such as allyl acetate, acetoacetic vinyl ester, acetoacetic allyl ester and diacetoacetic allyl ester. Acetoacetoxyalkyl (meth)acrylates such as acetoacetoxyethyl (meth)acrylate and acetoacetoxypropyl (meth)acrylate; acetoacetoxyalkyl crotonates such as acetoacetoxyethyl crotonate and acetoacetoxypropyl crotonate; 2-cyanoacetoacetoxy Ethyl (meth)acrylate; divinylbenzene; ethylene glycol di(meth)acrylate, 1,2-propylene glycol di(meth)acrylate, 1,3-propylene glycol di(meth)acrylate, 1,4-butanediol di(meth ) Acrylate, 1,6-hexanediol di(meth)acrylate, alkylene glycol (meth)acrylate such as neopentyl glycol di(meth)acrylate; trimethylolpropane tri(meth)acrylate; allyl (meth)acrylate; 2-hydroxy Hydroxyalkyl (meth)acrylates such as ethyl (meth)acrylate, hydroxypropyl (meth)acrylate and 4-hydroxybutyl (meth)acrylate (wherein the alkyl portion is a C1 to C10 alkyl group, preferably a C1 to C6 alkyl group); Nitrile monomers such as (meth)acrylonitrile; styrene monomers such as styrene and α-methylstyrene; olefins such as ethylene, propylene, 1-butene, isobutene; vinyl chloride, vinylidene chloride, vinyl fluoride, vinylidene fluoride, etc. Halogenated olefins; olefinic monomers such as ethylene sulfonic acid; dienes such as butadiene-1,3,2-methylbutadiene, 1,3 or 2,3-dimethylbutadiene-1,3, 2-chlorobutadiene-1,3 -Based monomers: 3-buten-1-ol, 4-penten-1-ol, 5-hexene-1,2-diol, glycerin monoallyl ether Derivatives of hydroxy group-containing α-olefins such as ter and their acyl compounds; 1,3-diacetoxy-2-methylenepropane, 1,3-dipropionyloxy-2-methylenepropane, 1,3-dibutyronyl Hydroxymethylvinylidene diacetates such as oxy-2-methylenepropane; unsaturated acids such as itaconic acid, maleic acid, acrylic acid, salts thereof or mono- or dialkyl esters; nitriles such as acrylonitrile, methacrylamide, diacetone acrylamide, etc. Compounds such as amides, ethylene sulfonic acid, allyl sulfonic acid, methallyl sulfonic acid, olefin sulfonic acid such as AMPS or salts thereof, vinyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltripropoxysilane, vinyltributoxysilane, Vinylalkyldialkoxysilanes such as vinylmethyldimethoxysilane and vinylmethyldiethoxysilane; γ-(meth)acryloxy such as γ-(meth)acryloxypropyltrimethoxysilane and γ-(meth)acryloxypropyltriethoxysilane. Propyltrialkoxysilane; γ-(meth)acryloxypropylmethyldimethoxysilane, γ-(meth)acryloxypropylmethyldiethoxysilane, and other γ-(meth)acryloxypropylalkyldialkoxysilanes; vinyltris(β-methoxyethoxy) ) Silane and hydroxymethyl vinylidene diacetate. Specific examples of hydroxymethylvinylidene diacetate include 1,3-diacetoxy-2-methylenepropane, 1,3-dipropionyloxy-2-methylenepropane, 1,3-dibutyronyloxy-2-methylenepropane. Etc. These monomers may be used alone or in combination of two or more.
また、本発明のPVA系樹脂(A)には、本発明の効果を阻害しない範囲(通常15モル%以下、好ましくは10モル%以下)にて変性されたPVA系樹脂、例えば、PVA系樹脂のホルマール化物、アセタール化物、アセトアセチル化物、ブチラール化物、ウレタン化物、スルホン酸やカルボン酸等とのエステル化物等が含まれていても良い。 In addition, the PVA-based resin (A) of the present invention is a PVA-based resin modified within a range that does not impair the effects of the present invention (usually 15 mol% or less, preferably 10 mol% or less), for example, PVA-based resin. Formal compound, acetal compound, acetoacetyl compound, butyral compound, urethane compound, ester compound with sulfonic acid, carboxylic acid, etc. may be contained.
本発明においては、PVA系樹脂(A)として、水酸基含有α−オレフィン類およびそのアシル化物などの誘導体変性PVA系樹脂を用いることが好ましい。例えば、PVA系樹脂(A)として、側鎖に一級水酸基を有する構造単位を含有する変性ポリビニルアルコール系樹脂(a)を用いることが好ましい。かかる構造単位における一級水酸基の数は、通常1〜5個であり、好ましくは1〜2個であり、特に好ましくは1個である。また、一級水酸基以外にも二級水酸基を有することが好ましい。
このような側鎖に一級水酸基を有する構造単位を含有するPVA系樹脂としては、例えば、側鎖に1,2−ジオール構造単位を有するPVA系樹脂、側鎖にヒドロキシアルキル基構造単位を有するPVA系樹脂等が挙げられる。中でも、特に下記一般式(1)で表される、側鎖に1,2−ジオール構造を有する構造単位を含有するPVA系樹脂を用いることが好ましい(以下、「側鎖1,2−ジオール構造単位含有PVA系樹脂」と称することがある)。
In the present invention, it is preferable to use a derivative-modified PVA-based resin such as a hydroxyl group-containing α-olefin and its acylated product as the PVA-based resin (A). For example, as the PVA-based resin (A), it is preferable to use a modified polyvinyl alcohol-based resin (a) containing a structural unit having a primary hydroxyl group in its side chain. The number of primary hydroxyl groups in such a structural unit is usually 1 to 5, preferably 1 to 2, and particularly preferably 1. Further, it is preferable to have a secondary hydroxyl group in addition to the primary hydroxyl group.
Examples of the PVA-based resin containing a structural unit having a primary hydroxyl group in its side chain include, for example, a PVA-based resin having a 1,2-diol structural unit in its side chain and a PVA having a hydroxyalkyl group structural unit in its side chain. Examples include resin based resins. Above all, it is particularly preferable to use a PVA-based resin containing a structural unit having a 1,2-diol structure in a side chain, which is represented by the following general formula (1) (hereinafter, referred to as “side chain 1,2-diol structure”). It may be referred to as a "unit-containing PVA-based resin").
上記一般式(1)において、R1〜R6はそれぞれ独立して水素原子又は有機基を表す。R1〜R6は、すべて水素原子であることが望ましいが、樹脂特性を大幅に損なわない程度の量であれば有機基であってもよい。該有機基としては、特に限定しないが、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基等の炭素数1〜4のアルキル基が好ましく、必要に応じてハロゲン基、水酸基、エステル基、カルボン酸基、スルホン酸基等の置換基を有していてもよい。 In the general formula (1), R 1 to R 6 each independently represent a hydrogen atom or an organic group. It is desirable that R 1 to R 6 are all hydrogen atoms, but they may be organic groups as long as they do not significantly impair the resin properties. The organic group is not particularly limited, and examples thereof include an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms such as a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, and a tert-butyl group. Preferably, it may have a substituent such as a halogen group, a hydroxyl group, an ester group, a carboxylic acid group, or a sulfonic acid group, if necessary.
上記一般式(1)中、Xは単結合又は結合鎖であり、非晶部におけるフリーボリューム(分子間空隙)低減による耐電解液性(すなわち、電解液による膨潤が起こり難い性質)の点から、単結合であることが好ましい。上記結合鎖としては、特に限定されず、例えば、アルキレン、アルケニレン、アルキニレン、フェニレン、ナフチレン等の炭化水素(これらの炭化水素は、フッ素、塩素、臭素等のハロゲン等で置換されていてもよい)の他、−O−、−(CH2O)m−、−(OCH2)m−、−(CH2O)mCH2−、−CO−、−COCO−、−CO(CH2)mCO−、−CO(C6H4)CO−、−S−、−CS−、−SO−、−SO2−、−NR−、−CONR−、−NRCO−、−CSNR−、−NRCS−、−NRNR−、−HPO4−、−Si(OR)2−、−OSi(OR)2−、−OSi(OR)2O−、−Ti(OR)2−、−OTi(OR)2−、−OTi(OR)2O−、−Al(OR)−、−OAl(OR)−、−OAl(OR)O−等が挙げられる。Rは各々独立して任意の置換基であり、水素原子、アルキル基が好ましく、またmは自然数である。なかでも、製造時の粘度安定性や耐熱性等の点で、炭素数6以下のアルキレン基、特にメチレン基、あるいは−CH2OCH2−が好ましい。 In the above general formula (1), X is a single bond or a binding chain, and from the viewpoint of electrolytic solution resistance (that is, a property in which swelling by an electrolytic solution is unlikely to occur) due to a reduction in free volume (intermolecular void) in an amorphous part. It is preferably a single bond. The bonding chain is not particularly limited, and examples thereof include hydrocarbons such as alkylene, alkenylene, alkynylene, phenylene, and naphthylene (these hydrocarbons may be substituted with halogen such as fluorine, chlorine, or bromine). other, -O -, - (CH 2 O) m -, - (OCH 2) m -, - (CH 2 O) mCH 2 -, - CO -, - COCO -, - CO (CH 2) mCO- , -CO (C 6 H 4) CO -, - S -, - CS -, - SO -, - SO 2 -, - NR -, - CONR -, - NRCO -, - CSNR -, - NRCS -, - NRNR -, - HPO 4 -, - Si (OR) 2 -, - OSi (OR) 2 -, - OSi (OR) 2 O -, - Ti (OR) 2 -, - OTi (OR) 2 -, - Examples thereof include OTi(OR) 2 O-, -Al(OR)-, -OAl(OR)-, and -OAl(OR)O-. Each R is independently an arbitrary substituent, preferably a hydrogen atom or an alkyl group, and m is a natural number. Of these, an alkylene group having 6 or less carbon atoms, particularly a methylene group, or —CH 2 OCH 2 — is preferable from the viewpoint of viscosity stability during production, heat resistance, and the like.
上記一般式(1)で表される1,2−ジオール構造単位における特に好ましい構造は、R1〜R6がすべて水素原子であり、Xが単結合である。すなわち、下記構造式(1a)で示される構造単位が特に好ましい。 Particularly preferred structure of the 1,2-diol structural unit represented by the general formula (1) is that R 1 to R 6 are all hydrogen atoms, and X is a single bond. That is, the structural unit represented by the following structural formula (1a) is particularly preferable.
このような側鎖1,2−ジオール構造単位含有PVA系樹脂は、公知の製造方法により製造することができる。例えば、特開2002−284818号公報、特開2004−285143号公報、特開2006−95825号公報に記載されている方法により製造することができる。すなわち、(i)ビニルエステル系モノマーと下記一般式(2)で示される化合物との共重合体をケン化する方法、(ii)ビニルエステル系モノマーと下記一般式(3)で示されるビニルエチレンカーボネートとの共重合体をケン化及び脱炭酸する方法、(iii)ビニルエステル系モノマーと下記一般式(4)で示される2,2−ジアルキル−4−ビニル−1,3−ジオキソランとの共重合体をケン化及び脱ケタール化する方法などにより、製造することができる。 The side chain 1,2-diol structural unit-containing PVA-based resin can be manufactured by a known manufacturing method. For example, it can be manufactured by the methods described in JP-A-2002-284818, JP-A-2004-285143, and JP-A-2006-95825. That is, (i) a method of saponifying a copolymer of a vinyl ester-based monomer and a compound represented by the following general formula (2), (ii) a vinyl ester-based monomer and vinyl ethylene represented by the following general formula (3) Method for saponifying and decarboxylating copolymer with carbonate, (iii) Copolymerization of vinyl ester monomer and 2,2-dialkyl-4-vinyl-1,3-dioxolane represented by the following general formula (4) It can be produced by a method of saponifying and deketalizing the polymer.
上記一般式(2)(3)(4)中、R1〜R6は、いずれも一般式(1)の場合と同様である。R7及びR8は、それぞれ独立して水素またはR9−CO−(式中、R9は、炭素数1〜4のアルキル基である。)であり、R10及びR11は、それぞれ独立して水素原子又は有機基であり、有機基は一般式(1)の場合と同様である。
上記方法のうち、共重合反応性及び工業的な取扱いにおいて優れるという点で、(i)の方法が好ましく、特にR1〜R6が水素、Xが単結合、R7、R8がR9−CO−であり、R9がアルキル基である3,4−ジアシロキシ−1−ブテンが好ましく、その中でも特にR9がメチル基である3,4−ジアセトキシ−1−ブテンが好ましく用いられる。
In the general formulas (2), (3) and (4), R 1 to R 6 are the same as in the general formula (1). R 7 and R 8 are each independently hydrogen or R 9 —CO— (in the formula, R 9 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms), and R 10 and R 11 are each independently. And a hydrogen atom or an organic group, and the organic group is the same as in the general formula (1).
Among the above methods, the method (i) is preferable because it is excellent in copolymerization reactivity and industrial handling. Particularly, R 1 to R 6 are hydrogen, X is a single bond, and R 7 and R 8 are R 9. is -CO-, R 9 preferably is 3,4-diacyloxy-1-butene with an alkyl group, in particular R 9 is preferably used is 3,4-diacetoxy-1-butene with a methyl group therein.
なお、(ii)や(iii)の方法によって得られた側鎖1,2−ジオール構造単位含有PVA系樹脂は、ケン化度が低い場合や、脱炭酸あるいは脱アセタール化が不充分な場合には、側鎖にカーボネート環あるいはアセタール環が残存することがある。そのようなPVA系樹脂をラテックスの分散剤として用いた場合、粗大な粒子の割合が増加する傾向がある。このような理由からも、(i)の方法によって得られたPVA系樹脂が本用途においては特に好適である。 The side chain 1,2-diol structural unit-containing PVA-based resin obtained by the method (ii) or (iii) has a low saponification degree, or when decarboxylation or deacetalization is insufficient. May leave a carbonate ring or an acetal ring in the side chain. When such a PVA-based resin is used as a latex dispersant, the proportion of coarse particles tends to increase. For this reason also, the PVA-based resin obtained by the method (i) is particularly suitable for this application.
PVA系樹脂(A)が上記1,2−ジオール構造単位を含む場合、その含有量は、乳化重合時の分散質たるエチレン性不飽和重合体粒子へのPVA系樹脂のグラフト化や耐電解液性、ラテックスの放置安定性等の点から、通常0.5〜15モル%であり、好ましくは1〜10モル%、より好ましくは1〜8モル%である。含有量が少なすぎると、分散質たるエチレン性不飽和重合体粒子へのPVA系樹脂のグラフト化率が低下し、耐電解液性、ラテックスの放置安定性等が低下する傾向がある。含有量が多すぎると、充放電時の内部抵抗が大きくなる傾向がある。
なお、PVA系樹脂(A)中の1,2−ジオール構造単位の含有率は、ケン化度100モル%のPVA系樹脂の1H−NMRスペクトル(溶媒:DMSO−d6、内部標準:テトラメチルシラン)から求めることができる。具体的には1,2−ジオール構造単位中の水酸基プロトン、メチンプロトン、およびメチレンプロトン、主鎖のメチレンプロトン、主鎖に連結する水酸基のプロトンなどに由来するピーク面積から算出することができる。
When the PVA-based resin (A) contains the above-mentioned 1,2-diol structural unit, the content thereof is such that the PVA-based resin is grafted onto the ethylenically unsaturated polymer particles which are dispersoids during emulsion polymerization, or the electrolytic solution is resistant. From the viewpoints of properties, stability of leaving latex, and the like, it is usually 0.5 to 15 mol %, preferably 1 to 10 mol %, more preferably 1 to 8 mol %. If the content is too small, the grafting rate of the PVA-based resin onto the ethylenically unsaturated polymer particles as the dispersoid tends to decrease, and the electrolytic solution resistance, the leaving stability of the latex and the like tend to decrease. If the content is too large, the internal resistance during charging/discharging tends to increase.
The content of 1,2-diol structural units in the PVA-based resin (A) is 1 H-NMR spectrum (solvent: DMSO-d6, internal standard: tetramethyl) of the PVA-based resin having a saponification degree of 100 mol %. Silane). Specifically, it can be calculated from the peak areas derived from the hydroxyl group proton, methine proton, and methylene proton in the 1,2-diol structural unit, the methylene proton of the main chain, the proton of the hydroxyl group linked to the main chain, and the like.
なお、本発明においては、上記のPVA系樹脂(A)の中で、1種を用いてもよく、また2種を併用してもよい。 In the present invention, among the PVA-based resins (A), one kind may be used, or two kinds may be used in combination.
〔スチレン系熱可塑性エラストマー(B)〕
本発明で用いられるスチレン系熱可塑性エラストマー(B)について説明する。
本発明で用いられるエラストマー(B)は、スチレンに代表される芳香族ビニル化合物の重合体ブロックをハードセグメントとし、ソフトセグメントとして共役ジエン化合物の重合体ブロックや、かかる重合体ブロックに残存する二重結合の一部、または全部が水素添加されたブロック、あるいはイソブチレンの重合体ブロックを有するものである。
特に、本発明においては、かかるエラストマーとして、側鎖にカルボン酸基あるいはその誘導体基を有するものが、正極の柔軟性を大幅に向上させ、電池電極の製造安定性を向上させるという点で好ましく用いられる。なお、そのような効果が得られる理由は、明らかではないが、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)の側鎖にカルボン酸基あるいはその誘導体基が存在することにより、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)が反応型相溶化剤として作用し、PVA系樹脂、特に側鎖に一級水酸基を有する構造単位を含有するPVA系樹脂中への微分散化が可能になるためと推測される。
[Styrene-based thermoplastic elastomer (B)]
The styrene-based thermoplastic elastomer (B) used in the present invention will be described.
The elastomer (B) used in the present invention has a polymer block of an aromatic vinyl compound represented by styrene as a hard segment and a polymer block of a conjugated diene compound as a soft segment, or a double block remaining in such a polymer block. Some or all of the bonds have a hydrogenated block or a polymer block of isobutylene.
In particular, in the present invention, such an elastomer having a carboxylic acid group or a derivative group in its side chain is preferably used because it significantly improves the flexibility of the positive electrode and the production stability of the battery electrode. To be The reason why such an effect is obtained is not clear, but the presence of the carboxylic acid group or its derivative group in the side chain of the styrene-based thermoplastic elastomer (B) results in the styrene-based thermoplastic elastomer (B). Presumably acts as a reactive compatibilizer and enables fine dispersion in a PVA-based resin, particularly a PVA-based resin containing a structural unit having a primary hydroxyl group in its side chain.
かかるエラストマー(B)中の各ブロックの構成は、ハードセグメントをXで示し、ソフトセグメントをYで示した場合に、X−Yで表されるジブロック共重合体、X−Y−XまたはY−X−Yで表されるトリブロック共重合体、さらにXとYが交互に接続したポリブロック共重合体などを挙げることができ、その構造も直鎖状、分岐状、星型などを挙げることができる。中でも、力学特性の点でX−Y−Xで表される直鎖状のトリブロック共重合体が好適である。 The structure of each block in the elastomer (B) is such that, when the hard segment is represented by X and the soft segment is represented by Y, a diblock copolymer represented by XY, XYX or Y. Examples thereof include a triblock copolymer represented by —X—Y, and a polyblock copolymer in which X and Y are alternately connected, and the structure thereof may be linear, branched or star-shaped. be able to. Among them, a linear triblock copolymer represented by XYX is preferable in terms of mechanical properties.
ハードセグメントである芳香族ビニル化合物の重合体ブロックの形成に用いられるモノマーとしては、例えば、スチレン;α−メチルスチレン、β−メチルスチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、t−ブチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、2,4,6−トリメチルスチレン等のアルキルスチレン;モノフルオロスチレン、ジフルオロスチレン、モノクロロスチレン、ジクロロスチレン、メトキシスチレン等のハロゲン化スチレン;ビニルナフタレン、ビニルアントラセン、インデン、アセトナフチレンなどのベンゼン環以外の芳香環を有するビニル化合物、およびその誘導体等を挙げることができる。かかる芳香族ビニル化合物の重合体ブロックは、上述のモノマーの単独重合体ブロックでも、複数のモノマーによる共重合体ブロックでもよいが、スチレンの単独重合体ブロックが好適に用いられる。 Examples of the monomer used for forming the polymer block of the aromatic vinyl compound which is the hard segment include styrene; α-methylstyrene, β-methylstyrene, o-methylstyrene, m-methylstyrene, p-methylstyrene, Alkyl styrenes such as t-butyl styrene, 2,4-dimethyl styrene and 2,4,6-trimethyl styrene; halogenated styrenes such as monofluoro styrene, difluoro styrene, monochloro styrene, dichloro styrene and methoxy styrene; vinyl naphthalene and vinyl Examples thereof include vinyl compounds having an aromatic ring other than the benzene ring, such as anthracene, indene, and acetonaphthylene, and their derivatives. The polymer block of the aromatic vinyl compound may be a homopolymer block of the above-mentioned monomer or a copolymer block of a plurality of monomers, but a styrene homopolymer block is preferably used.
なお、かかる芳香族ビニル化合物の重合体ブロックは、本発明の効果を阻害しない範囲で、芳香族ビニル化合物以外のモノマーが少量共重合されたものでもよい。かかるモノマーとしては、例えば、ブテン、ペンテン、ヘキセンなどのオレフィン類;ブタジエン、イソプレンなどのジエン化合物;メチルビニルエーテルなどのビニルエーテル化合物やアリルエーテル化合物等を挙げることができ、その共重合比率は、通常、重合体ブロック全体の10モル%以下である。 The aromatic vinyl compound polymer block may be a copolymer of a small amount of a monomer other than the aromatic vinyl compound, as long as the effect of the present invention is not impaired. Examples of such a monomer include olefins such as butene, pentene, and hexene; diene compounds such as butadiene and isoprene; vinyl ether compounds such as methyl vinyl ether and allyl ether compounds; and the copolymerization ratio thereof is usually It is 10 mol% or less based on the whole polymer block.
エラストマー(B)中の芳香族ビニル化合物の重合体ブロックの重量平均分子量は、通常、10, 000〜300, 000であり、特に20, 000〜200, 000、さらに50, 000〜100, 000のものが好ましく用いられる。 The weight average molecular weight of the polymer block of the aromatic vinyl compound in the elastomer (B) is usually 10,000 to 300,000, particularly 20,000 to 200,000, more preferably 50,000 to 100,000. Those are preferably used.
また、ソフトセグメントである重合体ブロックの形成に用いられるモノマーとしては、例えば、1,3−ブタジエン、イソプレン(2−メチル−1,3−ブタジエン)、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエンなどの共役ジエン化合物、およびイソブチレンを挙げることができ、これらを単独で用いても、複数を組み合わせて用いてもよい。中でもイソプレン、ブタジエン、およびイソブチレンの単独重合ブロックや共重合ブロックが好ましく、特にブタジエン、あるいはイソブチレンの単独重合ブロックが好適に用いられる。 Examples of the monomer used for forming the polymer block that is the soft segment include 1,3-butadiene, isoprene (2-methyl-1,3-butadiene), and 2,3-dimethyl-1,3-butadiene. , A conjugated diene compound such as 1,3-pentadiene, and isobutylene, and these may be used alone or in combination of two or more. Of these, homopolymerized blocks or copolymerized blocks of isoprene, butadiene, and isobutylene are preferable, and homopolymerized blocks of butadiene or isobutylene are particularly preferably used.
なお、かかる共役ジエン化合物の重合体ブロックの場合、重合によって複数の結合形式をとる場合があり、例えば、ブタジエンでは、1,2−結合によるブタジエン単位(−CH2−CH(CH=CH2)−)と1,4−結合によるブタジエン単位(−CH2−CH=CH−CH2−)が生成する。これらの生成比率は、共役ジエン化合物の種類により異なるので、一概にはいえないが、ブタジエンの場合、1,2−結合が生成する比率は、通常、20〜80モル%の範囲である。 In the case of such a polymer block of a conjugated diene compound, there are cases in which a plurality of bond types are formed by polymerization. For example, in butadiene, a butadiene unit (—CH 2 —CH (CH═CH 2 ) with 1,2-bonds is used. -) and a butadiene unit by 1,4 bonds (-CH 2 -CH = CH-CH 2 -) is generated. The production ratios of these differ depending on the type of the conjugated diene compound, and therefore cannot be generally stated, but in the case of butadiene, the production ratio of 1,2-bonds is usually in the range of 20 to 80 mol %.
かかる共役ジエン化合物による重合体ブロックは、残存する二重結合の一部または全部を水素添加することによって、スチレン系熱可塑性エラストマーの耐熱性や耐候性を向上させることが可能である。その際の水素添加率は、50モル%以上であることが好ましく、特に70モル%以上のものが好ましく用いられる。
なお、かかる水素添加により、例えばブタジエンの1,2−結合によるブタジエン単位は、ブチレン単位(−CH2−CH(CH2−CH3)−)となり、1,4−結合によって生成するブタジエン単位は二つの連続したエチレン単位(−CH2−CH2−CH2−CH2−)となるが、通常は前者が優先して生成する。
In the polymer block made of such a conjugated diene compound, the heat resistance and weather resistance of the styrene-based thermoplastic elastomer can be improved by hydrogenating a part or all of the remaining double bonds. The hydrogenation rate at that time is preferably 50 mol% or more, and particularly preferably 70 mol% or more.
Note that, by such a hydrogenation, for example butadiene unit Butadiene 1,2 bonds, oxybutylene units (-CH 2 -CH (CH 2 -CH 3) -) , and the butadiene units produced by 1,4-bond two consecutive ethylene units (-CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -) a, but it is usually produced in preference former.
なお、かかるソフトセグメントである重合体ブロックは、本発明の効果を阻害しない範囲で、上述のモノマー以外のモノマーが少量共重合されたものでもよい。かかるモノマーとしては、スチレンなどの芳香族ビニル化合物、ブテン、ペンテン、ヘキセンなどのオレフィン類、メチルビニルエーテルなどのビニルエーテル化合物やアリルエーテル化合物等を挙げることができ、その共重合比率は、通常、重合体ブロック全体の10モル%以下である。 The polymer block which is such a soft segment may be a copolymer of a small amount of a monomer other than the above-mentioned monomers, as long as the effect of the present invention is not impaired. Examples of such monomers include aromatic vinyl compounds such as styrene, olefins such as butene, pentene and hexene, vinyl ether compounds such as methyl vinyl ether and allyl ether compounds, and the copolymerization ratio thereof is usually a polymer. It is 10 mol% or less of the whole block.
また、エラストマー(B)中の共役ジエン化合物、あるいはイソブチレンに由来する重合体ブロックの重量平均分子量は、通常、10, 000〜300, 000であり、特に20, 000〜200, 000、さらに50, 000〜100, 000のものが好ましく用いられる。 The weight average molecular weight of the conjugated diene compound in the elastomer (B) or the polymer block derived from isobutylene is usually 10,000 to 300,000, particularly 20,000 to 200,000, and further 50, Those of 000 to 100,000 are preferably used.
上述の通り、本発明に用いられるエラストマー(B)は、ハードセグメントが芳香族ビニル化合物の重合体ブロックであり、ソフトセグメントが共役ジエン化合物の重合体ブロック、またはその残存二重結合の一部もしくは全部が水素添加された重合体ブロック、イソブチレンの重合体ブロックなどからなるものであり、その代表例としては、スチレンとブタジエンを原料とするスチレン/ブタジエンブロック共重合体(SBS)、SBSのブタジエン構造単位における側鎖二重結合が水素添加されたスチレン/ブタジエン/ブチレンブロック共重合体(SBBS)、さらに主鎖二重結合が水素添加されたスチレン/エチレン/ブチレンブロック共重合体(SEBS)、スチレンとイソプレンを原料とするスチレン/イソプレンブロック共重合体(SIPS)、スチレンとイソブチレンを原料とするスチレン/イソブチレンブロック共重合体(SIBS)などを挙げることができ、中でも熱安定性、耐候性に優れる点でSEBSやSIBSが好ましく用いられる。 As described above, in the elastomer (B) used in the present invention, the hard segment is a polymer block of an aromatic vinyl compound, and the soft segment is a polymer block of a conjugated diene compound, or a part of the residual double bond or All of them are composed of a hydrogenated polymer block, an isobutylene polymer block, and the like, and typical examples thereof include a styrene/butadiene block copolymer (SBS) made from styrene and butadiene, and a butadiene structure of SBS. Styrene/butadiene/butylene block copolymer (SBBS) in which side chain double bonds in the unit are hydrogenated, and styrene/ethylene/butylene block copolymer (SEBS) in which main chain double bonds are hydrogenated, styrene And styrene/isoprene block copolymers (SIPS) made from styrene and isoprene as raw materials, and styrene/isobutylene block copolymers (SIBS) made from styrene and isobutylene as raw materials, among which heat stability and weather resistance are excellent. SEBS and SIBS are preferably used in this respect.
かかるエラストマー(B)中のハードセグメントである芳香族ビニル化合物の重合体ブロックとソフトセグメントである重合体ブロックの含有比率としては、重量比で、通常、10/90〜70/30であり、特に、20/80〜50/50の範囲のものが好適である。芳香族ビニル化合物の重合体ブロックの含有比率が多すぎたり、少なすぎたりすると、エラストマー(B)の柔軟性とゴム弾性のバランスが崩れる傾向があり、その結果、本発明の組成物、とりわけラテックスから得られた乾燥皮膜などの特性が不充分となる傾向がある。 The content ratio of the polymer block of the aromatic vinyl compound as the hard segment and the polymer block of the soft segment in the elastomer (B) is usually 10/90 to 70/30 in terms of weight ratio, and particularly, , Those in the range of 20/80 to 50/50 are preferable. If the content ratio of the polymer block of the aromatic vinyl compound is too large or too small, the balance of flexibility and rubber elasticity of the elastomer (B) tends to be lost, and as a result, the composition of the present invention, especially latex. The characteristics of the dried film obtained from the above tend to be insufficient.
かかるエラストマー(B)は、芳香族ビニル化合物の重合体ブロックと、共役ジエン化合物あるいはイソブチレンの重合体ブロックを有するブロック共重合体を得て、さらに必要に応じて共役ジエン化合物の重合体ブロック中の二重結合を水素添加することによって得ることができる。
まず、芳香族ビニル化合物の重合体ブロックと、共役ジエン化合物、あるいはイソブチレンの重合体ブロックを有するブロック共重合体の製造法としては、公知の方法を用いることができ、例えば、アルキルリチウム化合物などを開始剤とし、不活性有機溶媒中で芳香族ビニル化合物と共役ジエン化合物、あるいはイソブチレンを逐次重合させる方法などを挙げることができる。
次に、この芳香族ビニル化合物の重合体ブロックと共役ジエン化合物の重合体ブロックを有するブロック共重合体を水素添加する方法としては、公知の方法を用いることができ、例えば、水素化ホウ素化合物などの還元剤を用いる方法や、白金、パラジウム、ラネーニッケルなどの金属触媒を用いた水素還元などを挙げることができる。
Such an elastomer (B) is obtained by obtaining a block copolymer having a polymer block of an aromatic vinyl compound and a polymer block of a conjugated diene compound or isobutylene, and further, if necessary, in a polymer block of the conjugated diene compound. It can be obtained by hydrogenating the double bond.
First, as a method for producing a block copolymer having a polymer block of an aromatic vinyl compound and a conjugated diene compound, or a polymer block of isobutylene, a known method can be used, for example, an alkyllithium compound or the like. Examples of the initiator include a method of sequentially polymerizing an aromatic vinyl compound and a conjugated diene compound or isobutylene in an inert organic solvent.
Next, as a method for hydrogenating the block copolymer having the polymer block of the aromatic vinyl compound and the polymer block of the conjugated diene compound, a known method can be used, for example, a borohydride compound or the like. And a hydrogen reduction using a metal catalyst such as platinum, palladium or Raney nickel.
また、本発明で用いられるエラストマー(B)は、側鎖にカルボン酸基あるいはその誘導体基を有するものであることが好ましく、かかるカルボン酸(誘導体)基を有するスチレン系熱可塑性エラストマーを用いることによって、特に安定性に優れた組成物、特にラテックスを得ることが可能となる。
つまり、側鎖にカルボン酸基あるいはその誘導体基を有するエラストマー(B)が溶融混練時に、PVA系樹脂(A)とグラフト反応することにより、反応型相溶化剤として作用する。熱可塑性エラストマー(B)が反応型相溶化剤として作用することにより、PVA系樹脂(A)中での熱可塑性エラストマー(B)の分散性が向上し、微分散が可能となる。また、PVA系樹脂(A)と強固な界面を形成するので、バインダー組成物を水に分散した際の分散安定性が向上する。
Further, the elastomer (B) used in the present invention preferably has a carboxylic acid group or its derivative group in the side chain, and by using a styrene-based thermoplastic elastomer having such a carboxylic acid (derivative) group It becomes possible to obtain a composition having particularly excellent stability, particularly a latex.
That is, the elastomer (B) having a carboxylic acid group or its derivative group in the side chain acts as a reactive compatibilizer by performing a graft reaction with the PVA-based resin (A) during melt kneading. By the thermoplastic elastomer (B) acting as a reactive compatibilizer, the dispersibility of the thermoplastic elastomer (B) in the PVA-based resin (A) is improved and fine dispersion is possible. Further, since it forms a strong interface with the PVA-based resin (A), the dispersion stability when the binder composition is dispersed in water is improved.
エラストマー(B)中のカルボン酸(誘導体)基の含有量は、滴定法で測定した酸価が、通常、0.5〜20mgCH3ONa/gであり、特に1〜15mgCH3ONa/g、さらに2〜10mgCH3ONa/gのものが好ましく用いられる。
かかる酸価が低すぎると、カルボン酸(誘導体)基を導入した効果が充分に得られ難い傾向があり、また、高すぎるとPVA系樹脂(A)との溶融混練時にゲルが発生する傾向がある。
The content of the carboxylic acid (derivative) group in the elastomer (B) is such that the acid value measured by a titration method is usually 0.5 to 20 mgCH 3 ONa/g, and particularly 1 to 15 mgCH 3 ONa/g, Those having 2 to 10 mg CH 3 ONa/g are preferably used.
If the acid value is too low, the effect of introducing a carboxylic acid (derivative) group tends to be insufficient, and if it is too high, a gel tends to be generated during melt kneading with the PVA-based resin (A). is there.
かかるカルボン酸基あるいはその誘導体基をエラストマーに導入する方法としては、公知の方法を用いることが可能であり、例えば、エラストマーの製造時、すなわち、共重合時にα、β−不飽和カルボン酸またはその誘導体を共重合させる方法、あるいは、エラストマーの製造後、これにα、β−不飽和カルボン酸またはその誘導体を付加させる方法が好ましく用いられる。かかる付加方法としては、例えば、ラジカル開始剤の存在下、あるいは非存在下、溶液中でのラジカル反応による方法や、押出機中で溶融混練する方法などを挙げることができる。 As a method for introducing such a carboxylic acid group or a derivative group thereof into the elastomer, a known method can be used. For example, during production of the elastomer, that is, during copolymerization, α,β-unsaturated carboxylic acid or the A method of copolymerizing a derivative or a method of adding an α,β-unsaturated carboxylic acid or a derivative thereof after producing an elastomer is preferably used. Examples of such an addition method include a method of radical reaction in a solution in the presence or absence of a radical initiator, and a method of melt-kneading in an extruder.
かかるカルボキシル基(誘導体基)導入に用いられるα、β−不飽和カルボン酸またはその誘導体としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸等のα,β−不飽和モノカルボン酸;マレイン酸、コハク酸、イタコン酸、フタル酸等のα,β−不飽和ジカルボン酸;グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシメチルメタクリレート等のα,β−不飽和モノカルボン酸エステル;無水マレイン酸、無水コハク酸、無水イタコン酸、無水フタル酸等のα,β−不飽和ジカルボン酸無水物などを挙げることができる。 Examples of the α,β-unsaturated carboxylic acid or its derivative used for introducing the carboxyl group (derivative group) include, for example, α,β-unsaturated monocarboxylic acids such as acrylic acid and methacrylic acid; maleic acid, succinic acid, Α,β-Unsaturated dicarboxylic acids such as itaconic acid and phthalic acid; α,β-unsaturated monocarboxylic acid esters such as glycidyl acrylate, glycidyl methacrylate, hydroxyethyl acrylate and hydroxymethyl methacrylate; maleic anhydride, succinic anhydride, Examples thereof include α,β-unsaturated dicarboxylic acid anhydrides such as itaconic anhydride and phthalic anhydride.
本発明で用いられるエラストマー(B)の重量平均分子量は、通常、50, 000〜500, 000であり、特に120, 000〜450, 000、さらに150, 000〜400, 000のものが好ましく用いられる。
また、エラストマー(B)の220℃、せん断速度122sec−1での溶融粘度は、通常100〜3000mPa・sであり、特に300〜2000mPa・s、さらに800〜1500mPa・sのものが好ましく用いられる。
かかる重量平均分子量が大きすぎたり、溶融粘度が高すぎると、PVA系樹脂(A)と溶融混練する際の作業性やPVA系樹脂(A)中での分散性が低下する傾向があり、逆に重量平均分子量が小さすぎたり、溶融粘度が低すぎると、乾燥皮膜の機械強度が不充分となる傾向がある。
なお、かかるエラストマー(B)の重量平均分子量は、GPCを用い、ポリスチレンを標準として求めた値である。
The weight average molecular weight of the elastomer (B) used in the present invention is usually 50,000 to 500,000, particularly preferably 120,000 to 450,000, and more preferably 150,000 to 400,000. ..
The melt viscosity of the elastomer (B) at 220° C. and a shear rate of 122 sec −1 is usually 100 to 3000 mPa·s, particularly 300 to 2000 mPa·s, and more preferably 800 to 1500 mPa·s.
If the weight average molecular weight is too large or the melt viscosity is too high, the workability during melt kneading with the PVA-based resin (A) and the dispersibility in the PVA-based resin (A) tend to decrease, and If the weight average molecular weight is too small or the melt viscosity is too low, the mechanical strength of the dry film tends to be insufficient.
The weight average molecular weight of the elastomer (B) is a value obtained by using GPC and using polystyrene as a standard.
また、本発明においては、上述のエラストマー(B)として、一種類のものを用いてもよいが、所望の特性を得る目的で複数のものを適宜混合して用いることも可能である。なお、その場合には、カルボン酸(誘導体)基を有するものと、有さないものとを併用してもよい。 Further, in the present invention, as the elastomer (B), one kind may be used, but a plurality of kinds may be appropriately mixed and used for the purpose of obtaining desired characteristics. In that case, those having a carboxylic acid (derivative) group and those not having a carboxylic acid (derivative) group may be used in combination.
かかるカルボン酸(誘導体)基を有するスチレン系熱可塑性エラストマー(B)の市販品としては、例えば、SBSのカルボキシル基変性品である旭化成社製の「タフテックMシリーズ」や、JSR社製「f−ダイナロン」、シェルジャパン社製「クレイトンFG」などを挙げることができる。 Examples of commercially available styrene-based thermoplastic elastomer (B) having such a carboxylic acid (derivative) group include "Tuftec M series" manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd. which is a carboxyl group-modified SBS product, and "f- Examples thereof include “Dynaron” and “Clayton FG” manufactured by Shell Japan.
また、カルボン酸(誘導体)基を有さないスチレン系熱可塑性エラストマー(B)の市販品としては、例えば、SBSである旭化成社製の「タフプレン」「アサプレンT」「アサフレックス」、SBBSである旭化成社製「タフテックPシリーズ」、SEBSである旭化成社製「タフテックHシリーズ」などを挙げることができる。
その他の市販品として、例えば、シェルジャパン社製の「クレイトンG」「クレイトンD」「カリフレックスTR」、クラレ社製の「セプトン」、「ハイプラー」、JSR社製の「ダイナロン」、「JSR−TR」、「JSR−SIS」、日本ゼオン社製の「クインタック」、電気化学社製の「電化STR」などを挙げることができる。
Further, examples of commercially available styrene-based thermoplastic elastomer (B) having no carboxylic acid (derivative) group are SBS's “Toughprene”, “Asaprene T”, “Asaflex” and SBBS manufactured by Asahi Kasei Corporation. Asahi Kasei's “Tough Tech P Series”, SEBS' Asahi Kasei's “Tough Tech H Series” and the like can be mentioned.
Other commercially available products include, for example, "Clayton G", "Clayton D" and "Califlex TR" manufactured by Shell Japan Co., "Septon", "Hypler" manufactured by Kuraray Co., Ltd., "Dynaron" manufactured by JSR, and "JSR-". Examples thereof include “TR”, “JSR-SIS”, “Quintac” manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., and “Electrified STR” manufactured by Denki Kagaku.
〔リチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物〕
本発明のリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物は、上述の平均ケン化度が60〜90モル%のPVA系樹脂(A)及びスチレン系熱可塑性エラストマー(B)を含有してなるものであり、好ましくは(1)かかるPVA系樹脂(A)とスチレン系熱可塑性エラストマー(B)を溶融混練したものを水に分散させラテックスにしたものを含有してなるもの、(2)PVA系樹脂(A)とスチレン系熱可塑性エラストマー(B)を高圧条件下で乳化重合を行い、ラテックスにしたものを含有してなるもの等が挙げられる。中でも、電池電極製造上の簡便さを有し、低温動作時の抵抗増加を抑制するという点で、PVA系樹脂(A)及びスチレン系熱可塑性エラストマー(B)を含有してなるラテックス[I]を含むものであることが好ましい。
以下に、本発明の正極用バインダー組成物に含まれるラテックス[I]について説明する。
[Binder composition for positive electrode of lithium ion secondary battery]
The binder composition for a lithium ion secondary battery positive electrode of the present invention comprises the PVA-based resin (A) and the styrene-based thermoplastic elastomer (B) having an average saponification degree of 60 to 90 mol%. Preferably, (1) a resin containing the PVA-based resin (A) and the styrene-based thermoplastic elastomer (B) melt-kneaded and dispersed in water to form a latex, and (2) a PVA-based resin. Examples thereof include those obtained by emulsion-polymerizing (A) and the styrene-based thermoplastic elastomer (B) under high pressure conditions to form a latex. Among them, a latex [I] containing a PVA-based resin (A) and a styrene-based thermoplastic elastomer (B) from the viewpoint of having a simple manufacturing process for battery electrodes and suppressing an increase in resistance during low-temperature operation. It is preferable that it contains.
The latex [I] contained in the positive electrode binder composition of the present invention will be described below.
本発明で用いられるラテックス[I]は、通常、上述のPVA系樹脂(A)と、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)とを溶融混練し、得られた溶融混練物を水中に入れ、溶融混練物のPVA系樹脂(A)を水に溶解し、かかるエラストマー(B)を水中に分散して得られる。 The latex [I] used in the present invention is usually obtained by melt-kneading the above-mentioned PVA-based resin (A) and styrene-based thermoplastic elastomer (B), putting the obtained melt-kneaded product in water, and melt-kneading. The product PVA resin (A) is dissolved in water and the elastomer (B) is dispersed in water.
本発明で用いられるラテックス[I]は、PVA系樹脂(A)とスチレン系熱可塑性エラストマー(B)の含有割合(A/B)が、重量比にて90/10〜60/40であり、特に80/20〜70/30の範囲が好適に用いられる。かかる含有割合(A/B)が小さすぎると、溶融混練物中でエラストマー(B)が充分に分散せず、均一に微分散したラテックスが得られ難くなる傾向がある。また、大きすぎると、得られるラテックス[I]中のエラストマー濃度が低くなり、さらにラテックスから得られる乾燥物中のPVA系樹脂の比率が高くなるため、耐水性が低下する傾向がある。
かかるPVA系樹脂(A)とエラストマー(B)との溶融混練は、例えば、ニーダールーダー、押出機、ミキシングロール、バンバリーミキサー、ブラストミルなどの公知の混練装置を用いて行うことができ、中でも押出機を用いる方法が工業的に好ましい。
かかる押出機としては単軸押出機や二軸押出機が挙げられるが、中でもスクリューの回転方向が同方向の二軸押出機が適度なせん断により充分な混練が得られる点でより好ましい。かかる押出機のL/Dは、通常10〜80であり、特に15〜70、さらには15〜60であるものが好ましく用いられる。かかるL/Dが小さすぎると、溶融混練が不充分で、溶融混練物中のエラストマー(B)の分散性が不充分となる場合があり、逆に大きすぎると過度のせん断を与えることにより好ましくないせん断発熱を引き起こす傾向がある。
Latex used in the present invention [I] is, PVA-based content ratio of the resin (A) and styrene-based thermoplastic elastomer (B) (A / B) is, Ri 90 / 10-60 / 40 Der in weight ratio , is preferably used particularly from 80 / 20-70 / 30. If the content ratio (A/B) is too small, the elastomer (B) will not be sufficiently dispersed in the melt-kneaded product, and it will be difficult to obtain a uniformly finely dispersed latex. On the other hand, if it is too large, the concentration of the elastomer in the latex [I] obtained will be low, and the proportion of the PVA-based resin in the dried product obtained from the latex will be high, so that the water resistance tends to decrease.
The melt kneading of the PVA-based resin (A) and the elastomer (B) can be carried out by using a known kneading device such as a kneader ruder, an extruder, a mixing roll, a Banbury mixer, a blast mill, and the like. The method using a machine is industrially preferable.
Examples of such an extruder include a single-screw extruder and a twin-screw extruder. Among them, a twin-screw extruder in which the screws rotate in the same direction is more preferable because sufficient kneading can be obtained by appropriate shearing. The L/D of such an extruder is usually 10 to 80, preferably 15 to 70, and more preferably 15 to 60. If the L/D is too small, melt kneading may be insufficient, and the dispersibility of the elastomer (B) in the melt kneaded product may be insufficient. On the contrary, if it is too large, excessive shearing is preferable, which is preferable. Not prone to shear heat generation.
押出機のスクリュー回転数は、通常、10〜400rpmであり、特に30〜300rpm、さらには50〜250rpmの範囲が好ましく用いられる。かかる回転数が小さすぎると吐出が不安定となる傾向があり、また、大きすぎると好ましくないせん断発熱によって樹脂の劣化の原因となる場合がある。 The screw rotation speed of the extruder is usually 10 to 400 rpm, particularly preferably 30 to 300 rpm, and more preferably 50 to 250 rpm. If the number of revolutions is too low, the ejection tends to be unstable, and if it is too high, undesired shear heat generation may cause deterioration of the resin.
押出機内における樹脂温度は、通常は80〜260℃で行われ、特に130〜240℃、さらに180〜230℃の範囲が好適に用いられる。かかる樹脂温度が高すぎるとPVA系樹脂(A)、あるいはエラストマー(B)が熱分解する傾向があり、逆に低すぎると、溶融混練が不充分で、溶融混練物中のエラストマー(B)の分散性が低下する傾向がある。
かかる樹脂温度の調整方法は特に限定されないが、通常は、押出機内シリンダーの温度、および回転数を適宜設定する方法が用いられる。
The temperature of the resin in the extruder is usually 80 to 260°C, preferably 130 to 240°C, and more preferably 180 to 230°C. If the resin temperature is too high, the PVA-based resin (A) or the elastomer (B) tends to be thermally decomposed. On the contrary, if the resin temperature is too low, melt kneading is insufficient and the elastomer (B) in the melt kneaded product is Dispersibility tends to decrease.
The method of adjusting the resin temperature is not particularly limited, but usually a method of appropriately setting the temperature of the cylinder in the extruder and the rotation speed is used.
押出機から吐出された溶融混練物は、次工程への移送、および取り扱いの簡便性から、通常はペレットとされることが好ましく、かかるペレット化法は特に限定されないが、前記樹脂組成物をダイスからストランド状に押出し、冷却の後、適切な長さにカットする方法が用いられる。かかる冷却の方法としては、特に限定されないが、押し出された樹脂の温度よりも低温に保持された液体に接触させる方式や、冷風を吹き付ける空冷方式が好ましく用いられる。前述の液体としてはPVA系樹脂(A)を溶解しない有機溶剤である必要があり、例えばアルコール系溶剤が挙げられるが、環境の点では空冷方式が好ましく用いられる。
かかるペレットの形状は通常、円筒状であり、その大きさは、後にこれを水と接触させ、その中のPVA系樹脂(A)を溶解除去することを考えると、小さいほうが好ましく、例えば、ダイスの口径は直径2〜6mm、ストランドのカット長さは1〜6mm程度が好適である。なお、押出機から吐出された溶融混練物がまだ溶融状態である間に、大気中あるいは有機溶剤中でカットする方法も用いることができ、その場合には球状に近いペレットが得られる。その場合の大きさとしては、直径が2〜5mmの範囲のペレットが好適に用いられる。
The melt-kneaded product discharged from the extruder is preferably pelletized in terms of transfer to the next step, and easy handling, and the pelletizing method is not particularly limited, but the resin composition is diced. A method is used in which the product is extruded in a strand form from the product, cooled, and then cut into an appropriate length. The cooling method is not particularly limited, but a method of contacting with a liquid held at a temperature lower than the temperature of the extruded resin and an air cooling method of blowing cold air are preferably used. The above-mentioned liquid needs to be an organic solvent that does not dissolve the PVA-based resin (A), and examples thereof include an alcohol-based solvent. From the environmental point of view, the air-cooling method is preferably used.
The shape of such pellets is usually cylindrical, and the size thereof is preferably small considering that the PVA-based resin (A) therein is dissolved and removed later by contacting this with water and, for example, a die. It is preferable that the caliber has a diameter of 2 to 6 mm and the strand cut length is about 1 to 6 mm. A method in which the melt-kneaded product discharged from the extruder is cut in the air or in an organic solvent while the melt-kneaded product is still in a molten state can be used. In that case, pellets having a nearly spherical shape can be obtained. As the size in that case, a pellet having a diameter of 2 to 5 mm is preferably used.
次に、上述の工程で得られたPVA系樹脂(A)とスチレン系熱可塑性エラストマー(B)の溶融混練物から、ラテックス[I]を製造する工程について説明する。
かかる工程は、得られたPVA系樹脂(A)とエラストマー(B)の溶融混練物から、これに含まれるPVA系樹脂(A)を溶解するもので、その方法としては特に限定されるものではないが、通常は、上述の方法で得られた溶融混練物のペレットを水中に投入し、必要に応じて撹拌、および加熱することでラテックス[I]を得ることができる。
Next, the step of producing the latex [I] from the melt-kneaded product of the PVA-based resin (A) and the styrene-based thermoplastic elastomer (B) obtained in the above step will be described.
In this step, the PVA-based resin (A) contained in the melt-kneaded product of the PVA-based resin (A) and the elastomer (B) thus obtained is dissolved, and the method is not particularly limited. Usually, the latex [I] can be obtained by charging the pellets of the melt-kneaded product obtained by the above-mentioned method into water, stirring and heating if necessary.
かかる方法によって得られたラテックス[I]の固形分濃度は、通常、10〜50重量%であり、特に10〜40重量%の範囲が好ましい。かかる固形分濃度が小さすぎると、その水分の除去に多大なエネルギーや時間を要する傾向があり、また、固形分濃度が大きすぎると、流動性が低下し、作業性を阻害する傾向がある。 The solid content concentration of the latex [I] obtained by such a method is usually 10 to 50% by weight, and particularly preferably 10 to 40% by weight. When the solid content concentration is too low, it takes a lot of energy and time to remove the water, and when the solid content concentration is too high, the fluidity tends to be lowered and the workability tends to be impaired.
かかる方法で得られたラテックス[I]中のスチレン系熱可塑性エラストマー(B)の粒径は、通常、50〜2000nmであり、特に100〜1000nm、さらに150〜800nmμmが好ましい。 The particle size of the styrene-based thermoplastic elastomer (B) in the latex [I] obtained by such a method is usually 50 to 2000 nm, particularly preferably 100 to 1000 nm, more preferably 150 to 800 nm μm.
<他の成分>
本発明の正極用バインダー組成物には、通常、塗膜に用いられる塗料や成型用樹脂に用いられる配合剤等を配合することができる。例えば、光安定剤、紫外線吸収剤、増粘剤、レベリング剤、チクソ化剤、消泡剤、凍結安定剤、艶消し剤、架橋反応触媒、顔料、硬化触媒、架橋剤{ホウ酸、メチロール化メラミン、炭酸ジルコニュム、ジイソプロポキシチタンビストリエタノールアミネート等}、皮張り防止剤、分散剤、湿潤剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、レオロジーコントロール剤、成膜助剤、防錆剤、染料、可塑剤、潤滑剤、還元剤、防腐剤、防黴剤、消臭剤、黄変防止剤、静電防止剤又は帯電調整剤等が挙げられる。それぞれの目的に応じて選択したり、組み合わせたりして配合することができる。なお、正極用バインダー組成物がこれらの配合剤を含有する場合、含有する配合剤の有機分は、正極用バインダー組成物の固形分に含まれる。
上記配合剤の配合量は、正極用バインダー組成物における上記ラテックス[I]の固形分100重量部に対して通常10重量部未満、好ましくは5重量部未満である。
<Other ingredients>
The binder composition for a positive electrode of the present invention can be compounded with a compounding agent or the like which is usually used for coating materials used for coating films and molding resins. For example, light stabilizers, UV absorbers, thickeners, leveling agents, thixotropic agents, defoamers, freeze stabilizers, matting agents, crosslinking reaction catalysts, pigments, curing catalysts, crosslinking agents {boric acid, methylolation Melamine, zirconium carbonate, diisopropoxytitanium bistriethanolaminate, etc.}, anti-skinning agent, dispersant, wetting agent, antioxidant, ultraviolet absorber, rheology control agent, film forming aid, rust preventive agent, dye, Examples include plasticizers, lubricants, reducing agents, antiseptics, antifungal agents, deodorants, anti-yellowing agents, antistatic agents, and charge control agents. It can be selected or combined according to the purpose of each. In addition, when the binder composition for positive electrodes contains these compounding agents, the organic content of the compounding agent contained is contained in the solid content of the binder composition for positive electrodes.
The compounding amount of the compounding agent is usually less than 10 parts by weight, preferably less than 5 parts by weight, based on 100 parts by weight of the solid content of the latex [I] in the binder composition for a positive electrode.
〔正極用スラリーの調製:正極の製造〕
上記本発明の正極用バインダー組成物及び活物質を混合して、リチウムイオン二次電池正極用スラリーを調製することができる。
[Preparation of slurry for positive electrode: manufacture of positive electrode]
The positive electrode binder composition of the present invention and the active material can be mixed to prepare a lithium ion secondary battery positive electrode slurry.
かかる活物質は、リチウムイオン二次電池正極に用いられる、公知一般の活物資を用いることが可能である。
正極用活物質としては、例えば、オリビン型リン酸鉄リチウム、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム、三元系ニッケルコバルトマンガン酸リチウム、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物等を用いることができる。
スラリー中の活物質の含有量は、10〜95重量%、好ましくは20〜80重量%、特に好ましくは35〜65重量%である。
As such an active material, it is possible to use a well-known general active material used for a positive electrode of a lithium ion secondary battery.
As the positive electrode active material, for example, olivine-type lithium iron phosphate, lithium cobalt oxide, lithium manganate, lithium nickel oxide, ternary nickel lithium cobalt manganese oxide, lithium nickel cobalt aluminum composite oxide, or the like can be used. ..
The content of the active material in the slurry is 10 to 95% by weight, preferably 20 to 80% by weight, and particularly preferably 35 to 65% by weight.
活物質の平均粒子径は、通常1〜100μmであり、好ましくは1〜50μmであり、特に好ましくは1〜25μmである。なお、活物質の平均粒子径は、レーザ回折式粒度分布測定(レーザ回折散乱法)により測定された値を採用するものとする。 The average particle diameter of the active material is usually 1 to 100 μm, preferably 1 to 50 μm, and particularly preferably 1 to 25 μm. As the average particle diameter of the active material, a value measured by a laser diffraction particle size distribution measurement (laser diffraction scattering method) is adopted.
正極用スラリーにおける活物質とバインダー組成物との含有比率は、活物質100重量部に対して、前記正極用バインダー組成物に含まれるスチレン系熱可塑性エラストマー(B)の固形分にて通常0.1〜10重量部であり、好ましくは0.1〜5重量部、特に好ましくは0.1〜4重量部である。正極用バインダー組成物の含有量が多くなりすぎると、内部抵抗が増大する傾向がある。一方、少なすぎると、活物質間の所望の結着力や集電体への接着力が得られ難く、正極が不安定となり、充放電サイクル特性が低下する傾向がある。 The content ratio of the active material and the binder composition in the positive electrode slurry is usually 0.1% in terms of the solid content of the styrene-based thermoplastic elastomer (B) contained in the positive electrode binder composition with respect to 100 parts by weight of the active material. It is 1 to 10 parts by weight, preferably 0.1 to 5 parts by weight, and particularly preferably 0.1 to 4 parts by weight. When the content of the binder composition for the positive electrode is too large, the internal resistance tends to increase. On the other hand, if the amount is too small, it becomes difficult to obtain desired binding force between the active materials and adhesive force to the current collector, the positive electrode becomes unstable, and charge/discharge cycle characteristics tend to deteriorate.
正極用スラリーには、上記活物質、正極用バインダー組成物の他、その他の物質が含まれてもよい。例えば、導電助剤、支持塩(リチウム塩)等が含まれ得る。これらの成分の配合比は、公知の一般的な範囲である。配合比についても、リチウムイオン二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整され得る。 The positive electrode slurry may contain other substances in addition to the above active material and the positive electrode binder composition. For example, a conductive aid, a supporting salt (lithium salt), etc. may be included. The compounding ratio of these components is within a known general range. The compounding ratio can also be adjusted by appropriately referring to known knowledge about lithium-ion secondary batteries.
導電助剤とは、導電性を向上させるために配合される配合物をいう。導電助剤としては、黒鉛などのカーボン粉末や、気相成長炭素繊維(VGCF(登録商標))、スーパーグロスナノチューブなどの種々の炭素繊維などが挙げられる。本発明のリチウムイオン二次電池正極の作成において種々の配合の結果、結着剤の導電性を更に高める必要がある場合、導電助剤を配合することが好ましく、導電助剤としてVGCF(登録商標)を用いると、活物質が有効に活用され、結着剤を多量に用いることに起因する充放電容量の低下が抑制され得る。この際、VGCF(登録商標)の配合量は、活物質層の合計質量に対して、好ましくは1〜10重量%である。 The conductive additive refers to a compounded compound to improve conductivity. Examples of the conductive aid include carbon powder such as graphite, various carbon fibers such as vapor grown carbon fiber (VGCF (registered trademark)) and super gloss nanotube. When it is necessary to further enhance the conductivity of the binder as a result of various blending in the production of the lithium ion secondary battery positive electrode of the present invention, it is preferable to blend a conductive aid, and VGCF (registered trademark) is used as the conductive aid. When (1) is used, the active material is effectively used, and the decrease in charge/discharge capacity due to the use of a large amount of the binder can be suppressed. At this time, the blending amount of VGCF (registered trademark) is preferably 1 to 10% by weight based on the total mass of the active material layer.
さらに、正極作製時の作業性等を考慮して、粘度調整、正極用バインダー組成物の固形分の調整などの目的により、溶媒を追加して、正極用スラリーを調製してもよい。かかる溶媒としては、上記した有機溶媒と同様のものを用いることができる。 Further, in consideration of workability at the time of producing the positive electrode and the like, a solvent may be added to prepare a positive electrode slurry for the purpose of adjusting the viscosity, adjusting the solid content of the positive electrode binder composition, and the like. As such a solvent, the same organic solvent as described above can be used.
正極用スラリーには、上記活物質や正極用バインダー組成物及び導電助剤などの分散性向上、または塗工時のレベリング性改善を目的として、正極用バインダー組成物とは別に増粘剤を添加してもよい。増粘剤の種類としては、特に限定はしないが、PVA系樹脂との混和性や、ラテックスの分散媒に水が好適に用いられていることなどから、主に水溶性高分子が好適に用いられる。
水溶性高分子としては、例えば、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシブチルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、アミノメチルヒドロキシプロピルセルロース、アミノエチルヒドロキシプロピルセルロース等のセルロース誘導体類;デンプン、トラガント、ペクチン、グルー、アルギン酸又はその塩;ゼラチン;ポリビニルピロリドン;ポリアクリル酸又はその塩、ポリメタクリル酸又はその塩;ポリアクリルアミド、ポリメタクリルアミド糖のアクリルアミド類;酢酸ビニルとマレイン酸、無水マレイン酸、アクリル酸、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、フマル酸、クロトン酸等の不飽和酸との共重合体;スチレンと上記不飽和酸との共重合体;ビニルエーテルと上記不飽和酸との共重合体;及び前記不飽和酸と各共重合体の塩類又はエステル類、カラギーナン、キサンタンガム、ヒアルロン酸ナトリウム、ローカストビーンガム、タラガム、グアーガム、タマリンドシードガム等の天然多糖類が挙げられる。
正極用スラリーに用いられる増粘剤の量としては、正極用スラリーの固形分にて、通常0.01〜5重量%、好ましくは0.1〜3重量%、特に好ましくは0.5〜2重量%である。スラリーに対して用いる量が少なすぎると、上記活物質や正極用バインダー及び導電助剤などの分散安定性が低下したり、正極が不均一になって安定な充放電が得られない傾向にある。また一方で、かかる量が多すぎると、正極用スラリーの粘度が高くなり過ぎて、正極を作成する際に集電体に均一に塗工するのが困難となる傾向がある他、作成した電池の内部抵抗が向上して充放電容量が低下する傾向がある。
To the positive electrode slurry, a thickener is added separately from the positive electrode binder composition for the purpose of improving the dispersibility of the active material, the positive electrode binder composition and the conductive auxiliary agent, or the leveling property during coating. You may. The type of the thickener is not particularly limited, but mainly a water-soluble polymer is preferably used because of its miscibility with PVA-based resin and the fact that water is preferably used as a dispersion medium for the latex. To be
Examples of the water-soluble polymer include cellulose derivatives such as methyl cellulose, ethyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, hydroxybutyl methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, aminomethyl hydroxypropyl cellulose, aminoethyl hydroxypropyl cellulose; starch, tragacanth. , Pectin, glue, alginic acid or a salt thereof; gelatin; polyvinylpyrrolidone; polyacrylic acid or a salt thereof, polymethacrylic acid or a salt thereof; polyacrylamide, acrylamides of polymethacrylamide sugars; vinyl acetate and maleic acid, maleic anhydride, Copolymers of unsaturated acids such as acrylic acid, acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, fumaric acid, crotonic acid; copolymers of styrene and the above unsaturated acids; copolymerization of vinyl ether and the above unsaturated acids And a salt or ester of the above-mentioned unsaturated acid and each copolymer, carrageenan, xanthan gum, sodium hyaluronate, locust bean gum, tara gum, guar gum, tamarind seed gum and other natural polysaccharides.
The amount of the thickener used in the positive electrode slurry is usually 0.01 to 5% by weight, preferably 0.1 to 3% by weight, and particularly preferably 0.5 to 2 based on the solid content of the positive electrode slurry. % By weight. If the amount used with respect to the slurry is too small, the dispersion stability of the active material, the binder for the positive electrode, the conductive additive, and the like tends to be low, or the positive electrode tends to be nonuniform and stable charge/discharge cannot be obtained. .. On the other hand, if the amount is too large, the viscosity of the positive electrode slurry tends to be too high, which tends to make it difficult to uniformly coat the current collector when the positive electrode is prepared. The internal resistance of the battery tends to increase and the charge/discharge capacity tends to decrease.
正極用バインダー組成物、活物質、及び必要に応じて用いられる配合剤、溶媒の混合は、攪拌機、脱泡機、ビーズミル、高圧ホモジナイザー等を利用することができる。また、正極用スラリーの調製は、減圧下で行うことが好ましい。これにより、得られる活物質層内に気泡が生じることを防止することができる。 The binder composition for the positive electrode, the active material, and the compounding agent and the solvent used as necessary can be mixed with a stirrer, a defoaming machine, a bead mill, a high-pressure homogenizer, or the like. In addition, the preparation of the positive electrode slurry is preferably performed under reduced pressure. This can prevent bubbles from being generated in the obtained active material layer.
以上のようにして調製される正極用スラリーを、集電体上に塗布、乾燥することにより、本発明のリチウムイオン二次電池正極(以下「本発明の正極」と略称することがある。)を製造することができる。必要に応じて、塗布後、プレスして密度を上げることが好ましい。 The positive electrode slurry prepared as described above is applied onto a current collector and dried to obtain a lithium ion secondary battery positive electrode of the present invention (hereinafter, may be abbreviated as “the positive electrode of the present invention”). Can be manufactured. It is preferable to increase the density by pressing after application, if necessary.
本発明の正極に用いられる集電体としては、リチウムイオン二次電池の正極の集電体として用いられているものを使用できる。具体的には、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、タンタル、ステンレス、チタン等の金属材料が挙げられ、目的とする蓄電デバイスの種類に応じて適宜選択して用いることができる。 As the current collector used for the positive electrode of the present invention, the current collector used for the positive electrode of the lithium ion secondary battery can be used. Specific examples thereof include metal materials such as aluminum, copper, nickel, tantalum, stainless steel, and titanium, which can be appropriately selected and used according to the type of the intended electricity storage device.
このような集電体上に、正極用スラリーを塗布、乾燥することで、正極層を形成することができる。正極用スラリーを集電体に塗布する方法としては、例えば、ドクターブレード法、リバースロール法、コンマバー法、グラビヤ法、エアーナイフ法等が挙げられる。また、正極用スラリーの塗布膜の乾燥処理の条件としては、処理温度が通常20〜250℃であり、好ましくは50〜150℃である。また、処理時間は通常1〜120分間であり、好ましくは5〜60分間である。 A positive electrode layer can be formed by applying and drying a positive electrode slurry on such a current collector. Examples of the method for applying the positive electrode slurry to the current collector include a doctor blade method, a reverse roll method, a comma bar method, a gravure method, and an air knife method. The conditions for drying the coating film of the positive electrode slurry are usually 20 to 250°C, and preferably 50 to 150°C. The treatment time is usually 1 to 120 minutes, preferably 5 to 60 minutes.
活物質層の厚さ(塗布層の片面の厚さ)は、通常20〜500μmであり、好ましくは20〜300μm、特に好ましくは20〜150μmである。 The thickness of the active material layer (thickness of one surface of the coating layer) is usually 20 to 500 μm, preferably 20 to 300 μm, and particularly preferably 20 to 150 μm.
得られる正極における本発明の正極用バインダー組成物の電解液膨潤率は、スチレン系熱可塑性エラストマーの種類、組成にもよるが、通常10%以下であり、好ましくは7%以下、特に好ましくは0.1〜5%である。
電解液膨潤率が前記範囲にあると、本発明の正極用バインダー組成物は電解液に対して適度に膨潤し、効果的に内部抵抗を低下させて、より良好な充放電特性を実現できる傾向がある。また、本発明の正極用バインダー組成物の電解液に対する膨潤を一定範囲に留めることにより、長期充放電時の抵抗増加を抑制することが可能となる。これは、正極活物質と電解液の接触を抑制することにより、電解液の酸化分解によりもたらされる電池抵抗の増加を抑制することが可能となるためと推測される。
The electrolytic solution swelling rate of the binder composition for a positive electrode of the present invention in the obtained positive electrode is usually 10% or less, preferably 7% or less, particularly preferably 0, although it depends on the kind and composition of the styrene-based thermoplastic elastomer. 0.1 to 5%.
When the electrolytic solution swelling rate is in the above range, the positive electrode binder composition of the present invention swells moderately with respect to the electrolytic solution, effectively lowers the internal resistance, and tends to realize better charge/discharge characteristics. There is. Further, by keeping the swelling of the binder composition for a positive electrode of the present invention in the electrolytic solution within a certain range, it becomes possible to suppress an increase in resistance during long-term charging/discharging. It is presumed that this is because by suppressing contact between the positive electrode active material and the electrolytic solution, it is possible to suppress an increase in battery resistance caused by oxidative decomposition of the electrolytic solution.
かかる電解液膨潤率は、例えば、以下のように測定した値をいう。
正極用バインダー組成物として調製したラテックスを500μmのアプリケータを用いてPETフィルム上にキャストした後、105℃の乾燥機で3時間加熱乾燥してフィルムを得た。得られるフィルムを、所定サイズに切り出して、その重量を測定する(W0(g))。このフィルムを10gのプロピレンカーボネート(PC)、又はエチレンカーボネート/ジメチルカーボネート(EC/DMC)の3/7混合液(体積比)に浸漬させて60℃で3時間加熱する。室温まで冷却した後、フィルムを取り出し、フィルム表面に付着した電解液をふき取った後に、試験後の浸漬後重量(W1(g))から、下式に従って、電解液膨潤率を算出する。
電解液膨潤率(%)=((W1−W0)/W0)×100
The electrolytic solution swelling ratio refers to a value measured as follows, for example.
The latex prepared as the binder composition for the positive electrode was cast on a PET film using an applicator having a thickness of 500 μm, and then heat-dried in a dryer at 105° C. for 3 hours to obtain a film. The obtained film is cut into a predetermined size and the weight thereof is measured (W0 (g)). This film is immersed in 10 g of propylene carbonate (PC) or a 3/7 mixed solution (volume ratio) of ethylene carbonate/dimethyl carbonate (EC/DMC) and heated at 60° C. for 3 hours. After cooling to room temperature, the film is taken out, the electrolytic solution adhering to the film surface is wiped off, and the electrolytic solution swelling ratio is calculated from the weight after immersion (W1 (g)) after the test according to the following formula.
Electrolyte swelling rate (%)=((W1−W0)/W0)×100
本発明のリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物を用いて得られた正極は柔軟性や耐酸化性が従来の正極よりも改善される為、合剤層の割れ、活物質の剥離・脱落や電解液の酸化分解が発生し難くなるという効果が得られる。 Since the positive electrode obtained by using the binder composition for a lithium ion secondary battery positive electrode of the present invention has improved flexibility and oxidation resistance as compared with the conventional positive electrode, the mixture layer is cracked, and the active material is peeled or dropped. The effect that oxidative decomposition of the electrolyte solution is less likely to occur is obtained.
〔リチウムイオン二次電池〕
本発明のリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物を用いて作製された正極を有するリチウムイオン二次電池について説明する。
リチウムイオン二次電池は、正極、負極、電解液、セパレータを少なくとも有する。
[Lithium-ion secondary battery]
A lithium ion secondary battery having a positive electrode prepared by using the binder composition for a lithium ion secondary battery positive electrode of the present invention will be described.
The lithium ion secondary battery has at least a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, and a separator.
負極は、上述の正極と同様の方法で製造することができ、例えば、一般的なバインダー組成物、負極用活物質、及び必要に応じて用いられる配合剤を含有する負極用スラリーを集電体上に塗布、乾燥して形成することができる。
負極用活物質としては、炭素材料が好ましい。炭素材料としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛等の黒鉛系炭素材料(黒鉛)、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、ソフトカーボン、ハードカーボン等が挙げられる。それ以外に、リチウム金属、リチウム含有金属複合酸化物、炭素粉末、珪素粉末、錫粉末、またはこれらの混合物を用いることが好ましい。
負極の集電体としては、例えば、銅、ニッケルといった金属箔、エッチング金属箔、エキスパンドメタルなどが用いられる。
The negative electrode can be produced in the same manner as the above-described positive electrode, and for example, a negative electrode slurry containing a general binder composition, a negative electrode active material, and a compounding agent used if necessary is a current collector. It can be formed by coating on top and drying.
A carbon material is preferable as the negative electrode active material. Examples of the carbon material include graphite-based carbon materials (graphite) such as natural graphite, artificial graphite and expanded graphite, carbon black, activated carbon, carbon fiber, coke, soft carbon and hard carbon. Other than that, it is preferable to use lithium metal, lithium-containing metal composite oxide, carbon powder, silicon powder, tin powder, or a mixture thereof.
As the current collector of the negative electrode, for example, a metal foil such as copper or nickel, an etching metal foil, or an expanded metal is used.
電解液としては、リチウム塩を溶解する非プロトン性極性溶媒が用いられる。特に限定しないが、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等の環状炭酸エステル系高誘電率・高沸点溶媒に、低粘性率溶媒である炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル、炭酸ジエチル等の低級鎖状炭酸エステルを含有させて用いられる。具体的には、例えば、エチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、イソプロピルメチルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、イソプロピルエチルカーボネート、ブチルメチルカーボネート、ブチルエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、スルホラン、3−メチルスルホラン、2,4−ジメチルスルホラン、1,3−ジオキソラン、酢酸メチル、酢酸エチル、ギ酸メチル、ギ酸エチルなどが挙げられ、これらは混合して用いることが好ましい。 An aprotic polar solvent that dissolves a lithium salt is used as the electrolytic solution. Although not particularly limited, a cyclic carbonate ester-based high-dielectric constant/high-boiling point solvent such as ethylene carbonate or propylene carbonate containing a lower chain carbonate such as dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate or diethyl carbonate, which is a low-viscosity solvent. Used. Specifically, for example, ethylene carbonate, chloroethylene carbonate, trifluoropropylene carbonate, butylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, methylpropyl carbonate, isopropylmethyl carbonate, ethylpropyl carbonate, isopropylethyl carbonate, butylmethyl. Carbonate, butylethyl carbonate, dipropyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, γ-butyrolactone, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, sulfolane, 3-methylsulfolane, 2,4-dimethylsulfolane, 1,3-dioxolane, methyl acetate , Ethyl acetate, methyl formate, ethyl formate, etc., and it is preferable to use them in combination.
電解質のリチウム塩としては、例えば、LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiCl、LiBr等の無機塩や、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3) 22、LiN(SO2C2F5)2、LiC( SO2CF3) 3、LiN(SO3CF3)2等の有機塩など、非水電解液の電解質として常用されているものを用いればよい。これらのなかでもLiPF6、LiBF4又はLiClO4を用いるのが好ましい。 Examples of the lithium salt of the electrolyte include inorganic salts such as LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiCl and LiBr, LiCF 3 SO 3 , LiN(SO 2 CF 3 ) 2 2, LiN(SO 2 C). 2 F 5) 2, LiC ( SO 2 CF 3) 3, LiN ( such as SO 3 CF 3) 2 organic salts such as may be used those conventionally used as an electrolyte for non-aqueous electrolyte. Among these, it is preferable to use LiPF 6 , LiBF 4, or LiClO 4 .
セパレータとしては、例えば、ポリオレフィンの不織布や多孔性フィルム、またガラスフィルター、ポリアラミド製フィルム、PVA系樹脂からなら不織布などを用いることができる。 As the separator, for example, a nonwoven fabric of polyolefin or a porous film, a glass filter, a film made of polyaramid, or a nonwoven fabric made of PVA-based resin can be used.
二次電池の構造としては、積層型(扁平型)電池、巻回型(円筒型)電池など、従来公知のいずれの形態・構造にも適用し得る。また、リチウムイオン二次電池内の電気的な接続形態(電極構造)については、(内部並列接続タイプ)電池および双極型(内部直列接続タイプ)電池のいずれにも適用し得る。 The structure of the secondary battery can be applied to any conventionally known form and structure such as a stacked (flat) battery and a wound (cylindrical) battery. The electrical connection form (electrode structure) in the lithium-ion secondary battery can be applied to both (internal parallel connection type) battery and bipolar (internal series connection type) battery.
以上のようにして得られるリチウムイオン二次電池は、本発明の電極用バインダー組成物を用いたことに基づき、電極の柔軟性が改善され、合剤層の割れ、活物質の剥離・脱落が発生し難くなる。また、耐酸化性も改善されるため初回放電容量が高く、しかも高い充放電容量を安定的に得ることが可能となる。 The lithium ion secondary battery obtained as described above is improved in flexibility of the electrode based on the use of the binder composition for an electrode of the present invention, cracking of the mixture layer, peeling/falling of the active material. Less likely to occur. In addition, since the oxidation resistance is also improved, the initial discharge capacity is high, and a high charge/discharge capacity can be stably obtained.
また、電池の内部抵抗を抑制する為に、ラテックス中の分散質の粒子径を制御する方法を用いても良い。本発明のリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物は、スチレン系熱可塑性エラストマーがPVA系樹脂水溶液中に分散しているラテックスを含むことによって、当該バインダー組成物を用いて得られる電極において、バインダー中のPVA系樹脂マトリックスの表面積が大きく、且つPVA系樹脂層の厚みが薄くなる。この結果、PVA系樹脂特有の耐電解液性及び耐酸化性を維持したまま、電池の内部抵抗が軽減され、電池の安全性や耐久性が向上する。これらの効果が得られる理由は、明らかではないが、スチレン系熱可塑性エラストマーとPVA系樹脂マトリックスとの界面にてバインダー組成物の製造の際に形成されるグラフト形成物が増大することにより、スチレン系熱可塑性エラストマーの分散粒径が更に小さくなり、且つ粒径分布が均一化され、内部抵抗の軽減を図ることが可能となるためと考えられる。 Further, in order to suppress the internal resistance of the battery, a method of controlling the particle size of the dispersoid in the latex may be used. The binder composition for a lithium ion secondary battery positive electrode of the present invention contains a latex in which a styrene-based thermoplastic elastomer is dispersed in a PVA-based resin aqueous solution, so that the binder composition is used in an electrode obtained by using the binder composition. The surface area of the PVA-based resin matrix therein is large, and the thickness of the PVA-based resin layer is thin. As a result, the internal resistance of the battery is reduced and the safety and durability of the battery are improved while maintaining the electrolytic solution resistance and oxidation resistance peculiar to the PVA-based resin. The reason why these effects are obtained is not clear, but the styrene-based thermoplastic elastomer and the PVA-based resin matrix increase the number of graft-forming products formed during the production of the binder composition at the interface between the styrene-based thermoplastic elastomer and the PVA-based resin matrix. It is considered that the dispersed particle diameter of the thermoplastic elastomer is further reduced, the particle diameter distribution is made uniform, and the internal resistance can be reduced.
以下、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、例中「部」とあるのは重量基準を意味する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples as long as the gist thereof is not exceeded. In the examples, “part” means weight basis.
〔分析方法〕
下記実施例及び比較例において製造したPVA系樹脂は、以下の方法にて分析した。
[Analysis method]
The PVA-based resins produced in the following examples and comparative examples were analyzed by the following method.
(1)平均ケン化度(モル%)
残存酢酸ビニル及び3,4−ジアセトキシ−1−ブテンの加水分解に要するアルカリ消費量にて分析した。
(1) Average degree of saponification (mol%)
The residual vinyl acetate and the consumption of alkali required for the hydrolysis of 3,4-diacetoxy-1-butene were analyzed.
(2)粘度平均重合度
JIS K 6726に準じて測定した。
(2) Viscosity average degree of polymerization Measured according to JIS K 6726.
(3)側鎖1,2−ジオール構造単位の含有量(変性量)(モル%)
BRUKER社製のAVANCEIIIHD 400を用いて、1H−NMR(400MHz、プロトンNMR、溶媒:重水溶液、温度:50℃)にて測定し、得られたNMRチャートに基づき、積分値より算出した。
(3) Content of side chain 1,2-diol structural unit (modification amount) (mol %)
It was measured by 1 H-NMR (400 MHz, proton NMR, solvent: heavy aqueous solution, temperature: 50° C.) by using AVANCEIIIHD 400 manufactured by BRUKER, and calculated from the integrated value based on the obtained NMR chart.
〔測定評価方法〕
下記実施例及び比較例において調製したバインダーは、以下の方法にて電池特性の評価を行った。
[Measurement evaluation method]
The battery characteristics of the binders prepared in the following Examples and Comparative Examples were evaluated by the following methods.
(1)電池特性
作製したセルを25℃で50時間放置した後充放電試験に供した。
電流密度を30mA/gとし電位範囲2.7−4.2Vで定電流充放電試験を行い、初回の放電容量(mAh/g)、クーロン効率(%)を測定した。
(1) Battery characteristics The produced cell was left at 25° C. for 50 hours and then subjected to a charge/discharge test.
A constant current charge/discharge test was performed in a potential range of 2.7 to 4.2 V with a current density of 30 mA/g, and the initial discharge capacity (mAh/g) and Coulombic efficiency (%) were measured.
(2−1)初回放電容量(mAh/g)
初回放電時の定電流値(制御電流値(mA))と設定電位に達するまでの時間(h)の積を、電極活物質(正極活物質)重量(g)で除した値を初回放電容量(mAh/g)とした。
初回放電容量の絶対値が140(mAh/g)以上を「優」(◎)、120(mAh/g)以上140(mAh/g)未満を「良」(○)、120(mAh/g)未満を「不良」(×)と評価した。
(2-1) Initial discharge capacity (mAh/g)
A value obtained by dividing the product of the constant current value (control current value (mA)) at the time of the first discharge and the time (h) until reaching the set potential by the weight (g) of the electrode active material (positive electrode active material). (MAh/g).
The absolute value of the initial discharge capacity is 140 (mAh/g) or more as “excellent” (⊚), and 120 (mAh/g) or more and less than 140 (mAh/g) is “good” (∘) or 120 (mAh/g). Less than 1 was evaluated as "poor" (x).
(2−2)初回クーロン効率(%)
初回放電容量(mAh/g)を初回充電容量(mAh/g)で除した百分率(%)を初回クーロン効率とした。
初回クーロン効率が90%以上を「優」(◎)、80%以上90%未満を「良」(○)、80%未満を「不良」(×)と評価した。
(2-2) First coulombic efficiency (%)
The initial coulombic efficiency was defined as the percentage (%) obtained by dividing the initial discharge capacity (mAh/g) by the initial charge capacity (mAh/g).
The initial coulombic efficiency of 90% or more was evaluated as “excellent” (⊚), 80% or more and less than 90% was evaluated as “good” (◯), and less than 80% was evaluated as “poor” (x).
(2−3)常温抵抗特性
電流密度30mA/g、25℃で5サイクル後、充電状態50%における25℃インピーダンスによる抵抗値の測定を行った。このインピーダンス測定において、周波数範囲は0.1m〜100MHz、電圧の振幅は±10mVとした。周波数10Hz時における抵抗値が低い程良好であることを示す。なお、抵抗値の絶対値は0に近い程よいものとする。
10Hzにおいての抵抗値(Ω)が40以下を「優」(◎)、40超80以下を「良」(〇)、80超を「不良」(×)と評価した。
(2-3) Room Temperature Resistance Characteristics After 5 cycles at a current density of 30 mA/g and 25° C., the resistance value was measured at 25° C. impedance in a charged state of 50%. In this impedance measurement, the frequency range was 0.1 m to 100 MHz, and the voltage amplitude was ±10 mV. It is shown that the lower the resistance value at the frequency of 10 Hz, the better. The absolute value of the resistance value should be as close to 0 as possible.
A resistance value (Ω) at 10 Hz of 40 or less was evaluated as “excellent” (⊚), a value of more than 40 and 80 or less was evaluated as “good” (◯), and a value of more than 80 was evaluated as “poor” (x).
(2−4)低温抵抗特性
電流密度30mA/g、25℃で5サイクル後、充電状態50%における0℃インピーダンスによる抵抗値の測定を行った。このインピーダンス測定において、周波数範囲は0.1m〜100MHz、電圧の振幅は±10mVとした。周波数10Hz時における抵抗値が低い程良好であることを示す。なお、抵抗値の絶対値は0に近い程よいものとする。
10Hzにおいての抵抗値(Ω)が40以下を「優」(◎)、40超80以下を「良」(〇)、80超を「不良」(×)と評価した。
(2-4) Low temperature resistance characteristics After 5 cycles at a current density of 30 mA/g and 25°C, the resistance value was measured by the 0°C impedance in a charged state of 50%. In this impedance measurement, the frequency range was 0.1 m to 100 MHz, and the voltage amplitude was ±10 mV. It is shown that the lower the resistance value at the frequency of 10 Hz, the better. The absolute value of the resistance value should be as close to 0 as possible.
A resistance value (Ω) at 10 Hz of 40 or less was evaluated as “excellent” (⊚), a value of more than 40 and 80 or less was evaluated as “good” (◯), and a value of more than 80 was evaluated as “poor” (x).
以下のものを用意した。
〔PVA系樹脂(A1)〕
還流冷却器、滴下漏斗、攪拌機を備えた反応容器に、酢酸ビニル72.1部、メタノール21.5部、3,4−ジアセトキシ−1−ブテン4.1部を仕込み、アゾビスイソブチロニトリルを0.3モル%(対仕込み酢酸ビニル)投入し、攪拌しながら窒素気流下で温度を上昇させ、重合を開始した。酢酸ビニルの重合率が90%となった時点で、m−ジニトロベンゼンを添加して重合を終了し、続いて、メタノール蒸気を吹き込む方法により未反応の酢酸ビニルモノマーを系外に除去し共重合体のメタノール溶液とした。
The following items were prepared.
[PVA-based resin (A1)]
A reaction vessel equipped with a reflux condenser, a dropping funnel and a stirrer was charged with 72.1 parts of vinyl acetate, 21.5 parts of methanol and 4.1 parts of 3,4-diacetoxy-1-butene, and azobisisobutyronitrile. Was charged in an amount of 0.3 mol% (to the charged vinyl acetate), and the temperature was raised under a nitrogen stream while stirring to start polymerization. When the polymerization rate of vinyl acetate reached 90%, m-dinitrobenzene was added to terminate the polymerization, and then unreacted vinyl acetate monomer was removed outside the system by a method of blowing methanol vapor. The combined solution was used as a methanol solution.
ついで、上記メタノール溶液をさらにメタノールで希釈し、濃度45%に調整してニーダーに仕込み、溶液温度を35℃に保ちながら、水酸化ナトリウムの2%メタノール溶液を共重合体中の酢酸ビニル構造単位および3,4−ジアセトキシ−1−ブテン構造単位の合計量1モルに対して3ミリモルとなる割合で加えてケン化を行った。ケン化が進行するとともにケン化物が析出し、粒子状となった時点で濾別し、メタノールでよく洗浄して熱風乾燥機中で乾燥し、目的とするPVA系樹脂(A1)を作製した。 Then, the above methanol solution was further diluted with methanol, adjusted to a concentration of 45% and charged in a kneader. While maintaining the solution temperature at 35° C., a 2% methanol solution of sodium hydroxide was added to the vinyl acetate structural unit in the copolymer. And saponification was performed by adding 3,4-diacetoxy-1-butene structural units in a ratio of 3 mmol per 1 mol of the total amount. As the saponification progressed and the saponified product was deposited and when it became particles, it was filtered, washed well with methanol and dried in a hot air drier to produce the desired PVA-based resin (A1).
得られたPVA系樹脂(A1)のケン化度は、残存酢酸ビニルおよび3,4−ジアセトキシ−1−ブテンの加水分解に要するアルカリ消費量にて分析したところ、88モル%であった。また、平均重合度は、JIS K 6726に準じて分析を行ったところ、340であった。また、一般式(1)で表される1,2−ジオール構造単位の含有量は、1H−NMR(300MHzプロトンNMR、d6−DMSO溶液、内部標準物質;テトラメチルシラン、50℃)にて測定した積分値より算出したところ、3モル%であった。
また、MFR(210℃、荷重2160g)は28.2g/10分、溶融粘度(220℃、せん断速度122sec−1)は324Pa・sであった。
The degree of saponification of the obtained PVA-based resin (A1) was 88 mol% when analyzed by the amount of alkali consumption required for hydrolysis of residual vinyl acetate and 3,4-diacetoxy-1-butene. Further, the average degree of polymerization was 340 when analyzed according to JIS K 6726. The content of the 1,2-diol structural unit represented by the general formula (1) is 1 H-NMR (300 MHz proton NMR, d6-DMSO solution, internal standard substance; tetramethylsilane, 50° C.). It was 3 mol% when calculated from the measured integral value.
The MFR (210° C., load 2160 g) was 28.2 g/10 minutes, and the melt viscosity (220° C., shear rate 122 sec −1 ) was 324 Pa·s.
〔PVA系樹脂(A2)〕
還流冷却器、滴下漏斗、攪拌機を備えた反応容器に、酢酸ビニル68.0部、メタノール23.8部、3,4−ジアセトキシ−1−ブテン8.2部を仕込み、アゾビスイソブチロニトリルを0.3モル%(対仕込み酢酸ビニル)投入し、攪拌しながら窒素気流下で温度を上昇させ、重合を開始した。酢酸ビニルの重合率が90%となった時点で、m−ジニトロベンゼンを添加して重合を終了し、続いて、メタノール蒸気を吹き込む方法により未反応の酢酸ビニルモノマーを系外に除去し共重合体のメタノール溶液とした。
[PVA-based resin (A2)]
A reaction vessel equipped with a reflux condenser, a dropping funnel and a stirrer was charged with 68.0 parts of vinyl acetate, 23.8 parts of methanol and 8.2 parts of 3,4-diacetoxy-1-butene, and azobisisobutyronitrile. Was charged in an amount of 0.3 mol% (to the charged vinyl acetate), and the temperature was raised under a nitrogen stream while stirring to start polymerization. When the polymerization rate of vinyl acetate reached 90%, m-dinitrobenzene was added to terminate the polymerization, and then unreacted vinyl acetate monomer was removed outside the system by a method of blowing methanol vapor. The combined solution was used as a methanol solution.
ついで、上記メタノール溶液をさらにメタノールで希釈し、濃度45%に調整してニーダーに仕込み、溶液温度を35℃に保ちながら、水酸化ナトリウムの2%メタノール溶液を共重合体中の酢酸ビニル構造単位および3,4−ジアセトキシ−1−ブテン構造単位の合計量1モルに対して3ミリモルとなる割合で加えてケン化を行った。ケン化が進行するとともにケン化物が析出し、粒子状となった時点で濾別し、メタノールでよく洗浄して熱風乾燥機中で乾燥し、目的とするPVA系樹脂(A2)を作製した。 Then, the above methanol solution was further diluted with methanol, adjusted to a concentration of 45% and charged in a kneader. While maintaining the solution temperature at 35° C., a 2% methanol solution of sodium hydroxide was added to the vinyl acetate structural unit in the copolymer. And saponification was performed by adding 3,4-diacetoxy-1-butene structural units in a ratio of 3 mmol per 1 mol of the total amount. As the saponification progressed and the saponified product was deposited and when it became particulate, it was filtered off, washed well with methanol and dried in a hot air drier to produce the desired PVA-based resin (A2).
得られたPVA系樹脂(A2)のケン化度は、残存酢酸ビニルおよび3,4−ジアセトキシ−1−ブテンの加水分解に要するアルカリ消費量にて分析したところ、88モル%であった。また、平均重合度は、JIS K 6726に準じて分析を行ったところ、450であった。また、一般式(1)で表される1,2−ジオール構造単位の含有量は、1H−NMR(300MHzプロトンNMR、d6−DMSO溶液、内部標準物質;テトラメチルシラン、50℃)にて測定した積分値より算出したところ、6モル%であった。
また、MFR(210℃、荷重2160g)は6.1g/10分、溶融粘度(220℃、せん断速度122sec−1)は858Pa・sであった。
The degree of saponification of the obtained PVA-based resin (A2) was 88 mol% when analyzed by the amount of alkali consumption required for hydrolysis of residual vinyl acetate and 3,4-diacetoxy-1-butene. The average degree of polymerization was 450 when analyzed according to JIS K 6726. The content of the 1,2-diol structural unit represented by the general formula (1) is 1 H-NMR (300 MHz proton NMR, d6-DMSO solution, internal standard substance; tetramethylsilane, 50° C.). It was 6 mol% when calculated from the measured integral value.
The MFR (210° C., load 2160 g) was 6.1 g/10 minutes, and the melt viscosity (220° C., shear rate 122 sec −1 ) was 858 Pa·s.
〔PVA系樹脂(A’1)〕
還流冷却器、滴下漏斗、攪拌機を備えた反応容器に、酢酸ビニル68.5部、メタノール20.5部、3,4−ジアセトキシ−1−ブテン11部を仕込み、アゾビスイソブチロニトリルを0.3モル%(対仕込み酢酸ビニル)投入し、攪拌しながら窒素気流下で温度を上昇させ、重合を開始した。酢酸ビニルの重合率が90%となった時点で、m−ジニトロベンゼンを添加して重合を終了し、続いて、メタノール蒸気を吹き込む方法により未反応の酢酸ビニルモノマーを系外に除去し共重合体のメタノール溶液とした。
[PVA-based resin (A'1)]
A reaction vessel equipped with a reflux condenser, a dropping funnel, and a stirrer was charged with 68.5 parts of vinyl acetate, 20.5 parts of methanol, and 11 parts of 3,4-diacetoxy-1-butene, and 0 of azobisisobutyronitrile was charged. Then, 0.3 mol% (vs. charged vinyl acetate) was added, and the temperature was raised under a nitrogen stream while stirring to start polymerization. When the polymerization rate of vinyl acetate reached 90%, m-dinitrobenzene was added to terminate the polymerization, and then unreacted vinyl acetate monomer was removed outside the system by a method of blowing methanol vapor. The combined solution was used as a methanol solution.
ついで、上記メタノール溶液をさらにメタノールで希釈し、濃度45%に調整してニーダーに仕込み、溶液温度を35℃に保ちながら、水酸化ナトリウムの2%メタノール溶液を共重合体中の酢酸ビニル構造単位および3,4−ジアセトキシ−1−ブテン構造単位の合計量1モルに対して10.5ミリモルとなる割合で加えてケン化を行った。ケン化が進行するとともにケン化物が析出し、粒子状となった時点で濾別し、メタノールでよく洗浄して熱風乾燥機中で乾燥し、目的とするPVA系樹脂(A’1)を作製した。 Then, the above methanol solution was further diluted with methanol, adjusted to a concentration of 45% and charged in a kneader. While maintaining the solution temperature at 35° C., a 2% methanol solution of sodium hydroxide was added to the vinyl acetate structural unit in the copolymer. Then, saponification was carried out by adding 3,4-diacetoxy-1-butene structural units in a ratio of 10.5 mmol to 1 mol of the total amount. As the saponification proceeds, the saponified product precipitates, and when it becomes particulate, it is filtered, washed well with methanol, and dried in a hot-air dryer to produce the desired PVA-based resin (A'1). did.
得られたPVA系樹脂(A’1)のケン化度は、残存酢酸ビニルおよび3,4−ジアセトキシ−1−ブテンの加水分解に要するアルカリ消費量にて分析したところ、99モル%であった。また、平均重合度は、JIS K 6726に準じて分析を行ったところ、300であった。また、一般式(1)で表される1,2−ジオール構造単位の含有量は、1H−NMR(300MHzプロトンNMR、d6−DMSO溶液、内部標準物質;テトラメチルシラン、50℃)にて測定した積分値より算出したところ、8モル%であった。
また、MFR(210℃、荷重2160g)は28g/10分、溶融粘度(220℃、せん断速度122sec−1)は274Pa・sであった。
The saponification degree of the obtained PVA-based resin (A′1) was 99 mol% when analyzed by the amount of alkali consumption required for hydrolysis of residual vinyl acetate and 3,4-diacetoxy-1-butene. .. The average degree of polymerization was 300 when analyzed according to JIS K 6726. The content of the 1,2-diol structural unit represented by the general formula (1) is 1 H-NMR (300 MHz proton NMR, d6-DMSO solution, internal standard substance; tetramethylsilane, 50° C.). It was 8 mol% as calculated from the measured integral value.
The MFR (210° C., load 2160 g) was 28 g/10 minutes, and the melt viscosity (220° C., shear rate 122 sec −1 ) was 274 Pa·s.
〔PVA系樹脂(A’2)〕
還流冷却器、滴下漏斗、攪拌機を備えた反応容器に、酢酸ビニル68.0部、メタノール23.8部、3,4−ジアセトキシ−1−ブテン8.2部を仕込み、アゾビスイソブチロニトリルを0.3モル%(対仕込み酢酸ビニル)投入し、攪拌しながら窒素気流下で温度を上昇させ、重合を開始した。酢酸ビニルの重合率が90%となった時点で、m−ジニトロベンゼンを添加して重合を終了し、続いて、メタノール蒸気を吹き込む方法により未反応の酢酸ビニルモノマーを系外に除去し共重合体のメタノール溶液とした。
[PVA-based resin (A'2)]
A reaction vessel equipped with a reflux condenser, a dropping funnel and a stirrer was charged with 68.0 parts of vinyl acetate, 23.8 parts of methanol and 8.2 parts of 3,4-diacetoxy-1-butene, and azobisisobutyronitrile. Was charged in an amount of 0.3 mol% (to the charged vinyl acetate), and the temperature was raised under a nitrogen stream while stirring to start polymerization. When the polymerization rate of vinyl acetate reached 90%, m-dinitrobenzene was added to terminate the polymerization, and then unreacted vinyl acetate monomer was removed outside the system by a method of blowing methanol vapor. The combined solution was used as a methanol solution.
ついで、上記メタノール溶液をさらにメタノールで希釈し、濃度45%に調整してニーダーに仕込み、溶液温度を35℃に保ちながら、水酸化ナトリウムの2%メタノール溶液を共重合体中の酢酸ビニル構造単位および3,4−ジアセトキシ−1−ブテン構造単位の合計量1モルに対して10.5ミリモルとなる割合で加えてケン化を行った。ケン化が進行するとともにケン化物が析出し、粒子状となった時点で濾別し、メタノールでよく洗浄して熱風乾燥機中で乾燥し、目的とするPVA系樹脂(A’2)を作製した。 Then, the above methanol solution was further diluted with methanol, adjusted to a concentration of 45% and charged in a kneader. While maintaining the solution temperature at 35° C., a 2% methanol solution of sodium hydroxide was added to the vinyl acetate structural unit in the copolymer. And saponification was carried out by adding 3,4-diacetoxy-1-butene structural units in a ratio of 10.5 mmol to the total amount of 1 mol. As the saponification proceeds, the saponified product precipitates, and when it becomes particulate, it is filtered, washed well with methanol, and dried in a hot air drier to produce the desired PVA-based resin (A'2). did.
得られたPVA系樹脂(A’2)のケン化度は、残存酢酸ビニルおよび3,4−ジアセトキシ−1−ブテンの加水分解に要するアルカリ消費量にて分析したところ、99モル%であった。また、平均重合度は、JIS K 6726に準じて分析を行ったところ、450であった。また、一般式(1)で表される1,2−ジオール構造単位の含有量は、1H−NMR(300MHzプロトンNMR、d6−DMSO溶液、内部標準物質;テトラメチルシラン、50℃)にて測定した積分値より算出したところ、6モル%であった。
また、MFR(210℃、荷重2160g)は5.5g/10分、溶融粘度(220℃、せん断速度122sec−1)は1040Pa・sであった。
The saponification degree of the obtained PVA-based resin (A′2) was 99 mol% when analyzed by the amount of alkali consumption required for hydrolysis of residual vinyl acetate and 3,4-diacetoxy-1-butene. .. The average degree of polymerization was 450 when analyzed according to JIS K 6726. The content of the 1,2-diol structural unit represented by the general formula (1) is 1 H-NMR (300 MHz proton NMR, d6-DMSO solution, internal standard substance; tetramethylsilane, 50° C.). It was 6 mol% when calculated from the measured integral value.
The MFR (210° C., load 2160 g) was 5.5 g/10 minutes, and the melt viscosity (220° C., shear rate 122 sec −1 ) was 1040 Pa·s.
〔スチレン系熱可塑性エラストマー(B1)〕
カルボキシル基を有するスチレン/エチレン/ブチレンブロック共重合体(SEBS)(旭化成社製「タフテックM1911」(酸化10mgCH3ONa/g、溶融粘度1100mPa・s(220℃ せん断速度122sec−1))
[Styrene-based thermoplastic elastomer (B1)]
Styrene/ethylene/butylene block copolymer (SEBS) having a carboxyl group (“Tuftec M1911” manufactured by Asahi Kasei (oxidation 10 mg CH 3 ONa/g, melt viscosity 1100 mPa·s (220° C., shear rate 122 sec −1 ))
〔実施例1〕
(樹脂組成物の製造)
PVA系樹脂(A1)49部、PVA系樹脂(A2)21部とスチレン系熱可塑性エラストマー(B1)30部をドライブレンドした後、二軸押出機を用い、下記条件で溶融混練し、ストランド状に押し出してペレタイザーでカットし、溶融混練物ペレット(直径約1mm、長さ約2mm)を得た。
直径(D)15mm
L/D=60
スクリュー回転数:200rpm
設定温度:C1/C2/C3/C4/C5/C6/D=90/205/210/210/210/215/220/220/220℃
吐出量:1.5kg/hr
[Example 1]
(Production of resin composition)
49 parts of PVA-based resin (A1), 21 parts of PVA-based resin (A2) and 30 parts of styrene-based thermoplastic elastomer (B1) were dry-blended, and then melt-kneaded using a twin-screw extruder under the following conditions to form a strand. The mixture was extruded and cut with a pelletizer to obtain melt-kneaded product pellets (diameter about 1 mm, length about 2 mm).
Diameter (D) 15 mm
L/D=60
Screw rotation speed: 200 rpm
Set temperature: C1/C2/C3/C4/C5/C6/D=90/205/210/210/210/215/220/220/220°C
Discharge rate: 1.5kg/hr
(バインダー組成物溶液の製造)
得られたペレット30部を常温の水70部に投入し、攪拌しながら昇温し、80℃で90分間撹拌することで、ラテックス[I]を得た。
得られたラテックス[I]を分取し、希釈用の精製水と混合し、20%の正極用バインダー組成物溶液を得た。
(Production of Binder Composition Solution)
30 parts of the obtained pellets was added to 70 parts of room temperature water, the temperature was raised with stirring, and the mixture was stirred at 80° C. for 90 minutes to obtain latex [I].
The obtained latex [I] was fractionated and mixed with purified water for dilution to obtain a 20% positive electrode binder composition solution.
(電池の製造)
上記で得られた正極用バインダー組成物溶液を用いて、以下のようにして正極用スラリーを作製し、リチウムイオン二次電池正極、次いでリチウムイオン二次電池を作製した。作製した電池について上記評価方法の通り電池特性を測定評価した。結果を表1に示す。
(Manufacture of batteries)
Using the positive electrode binder composition solution obtained above, a positive electrode slurry was prepared in the following manner to prepare a lithium ion secondary battery positive electrode and then a lithium ion secondary battery. The battery characteristics of the manufactured battery were measured and evaluated according to the above-described evaluation method. The results are shown in Table 1.
〔リチウムイオン二次電池正極の作製〕
<正極活物質を用いた電池用正極の作製>
活物質としてLiNiMnCoO2(日本化学工業株式会社製、平均粒径10μm)を94部、導電助剤としてアセチレンブラック(電気化学工業株式会社製「デンカブラック」)を3部、さらに分散剤として1.5重量%水溶液に調製したカルボキシメチルセルロース#2200(ダイセルファインケム株式会社製)を固形分換算で1.5部、また適時に精製水を加えた後、遊星式混練機(株式会社シンキー製「泡取り錬太郎」)を用いて混合して固形分濃度66.3重量%のペーストを得た(2000rpmで8分間混合した後、更に2200rpmで0.5分間脱泡した。)。
得られたペースト中に、正極用バインダーとして上記で得られたバインダー組成物溶液(20重量%)を固形分換算で1.5部、また適時に精製水を加水した後、さらに遊星式混練機を用いて同様の条件で混合することで、固形分濃度が55.9重量%の活物質ペーストを得た。
次に、集電体として圧延アルミ箔(株式会社製箔、厚さ18μm)の表面に、180μmのアプリケータと塗工機(株式会社井元製作所製「コントロールコーター(塗工機)」)を用いて、塗工速度10mm/秒で上記活物質ペーストを塗工した。これを60℃で10分間乾燥させ、電池用正極を得た。
[Preparation of positive electrode for lithium-ion secondary battery]
<Production of battery positive electrode using positive electrode active material>
94 parts of LiNiMnCoO 2 (manufactured by Nippon Kagaku Kogyo Co., Ltd., average particle size: 10 μm) as an active material, 3 parts of acetylene black (“Denka Black” manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) as a conduction aid, and 1. 1.5 parts by weight of carboxymethylcellulose #2200 (manufactured by Daicel FineChem Co., Ltd.) prepared in a 5% by weight aqueous solution was added to the solid content, and purified water was added at the appropriate time. Rentaro”) was mixed to obtain a paste having a solid content concentration of 66.3% by weight (after mixing at 2000 rpm for 8 minutes, defoaming was further performed at 2200 rpm for 0.5 minutes).
1.5 parts by weight of the binder composition solution (20% by weight) obtained above as a binder for the positive electrode in solid content in the obtained paste, and purified water was added at appropriate time, and then the planetary kneader Was mixed under the same conditions to obtain an active material paste having a solid content concentration of 55.9% by weight.
Next, using a 180 μm applicator and a coating machine (“Control coater (coating machine)” manufactured by Imoto Machinery Co., Ltd.) on the surface of a rolled aluminum foil (foil made by corporation, thickness 18 μm) as a current collector. Then, the active material paste was applied at a coating speed of 10 mm/sec. This was dried at 60° C. for 10 minutes to obtain a battery positive electrode.
(充放電試験)
評価用の電池の外層としては、2032型のコイン型セルを使用した。得られた電池用正極を直径11mmの大きさに打ち抜き、更に80℃で24時間以上の真空乾燥を行った後にグローブボックスへと仕込んだ。作用極に作製した電池用正極、対極に金属リチウム負極(直径13mm)、厚さ16μmのポリプロピレン多孔膜から成るセパレータ(直径18mm)を介在させて、互いに電極が対向するように配置させた。電解液として、エチレンカーボネートとジエチレンカーボネートとを体積比で3:7に混合した溶媒を使用し、電解質としてLiPF6を1mol/リットルの濃度に溶解したものを使用した。ポリプロピレン製パッキングを介して外層容器にステンレス鋼のキャップを被せて固定し、電池缶を封止することでハーフセルを作製し、評価用の電池を作製した。
(Charge/discharge test)
A 2032 type coin cell was used as the outer layer of the battery for evaluation. The obtained battery positive electrode was punched into a size of 11 mm in diameter, further vacuum dried at 80° C. for 24 hours or more, and then charged into a glove box. A positive electrode for a battery prepared as a working electrode, a lithium metal negative electrode (diameter 13 mm) as a counter electrode, and a separator (diameter 18 mm) made of a polypropylene porous film having a thickness of 16 μm were interposed, and the electrodes were arranged so as to face each other. A solvent in which ethylene carbonate and diethylene carbonate were mixed at a volume ratio of 3:7 was used as an electrolytic solution, and LiPF 6 dissolved in a concentration of 1 mol/liter was used as an electrolyte. The outer layer container was covered with a stainless steel cap via a polypropylene packing and fixed, and the battery can was sealed to prepare a half cell, and a battery for evaluation was prepared.
〔比較例1〕
実施例1において、下記の樹脂組成物を用いて同様に調製した正極用バインダー組成物溶液を用いた以外は同様に行い、電池を作製し、実施例1と同様の評価を行った。
[Comparative Example 1]
A battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode binder composition solution prepared in the same manner as the resin composition below was used, and the same evaluation as in Example 1 was performed.
(樹脂組成物の製造)
PVA系樹脂(A’1)42部、PVA系樹脂(A’2)28部とスチレン系熱可塑性エラストマー(B1)30部をドライブレンドした後、二軸押出機を用い、下記条件で溶融混練し、ストランド状に押し出してペレタイザーでカットし、溶融混練物ペレット(直径約1mm、長さ約2mm)を得た。
直径(D)15mm
L/D=60
スクリュー回転数:200rpm
設定温度:C1/C2/C3/C4/C5/C6/D=90/205/210/210/210/215/220/220/220℃
吐出量:1.5kg/hr
(Production of resin composition)
42 parts of PVA-based resin (A'1), 28 parts of PVA-based resin (A'2) and 30 parts of styrene-based thermoplastic elastomer (B1) are dry-blended, and then melt-kneaded under the following conditions using a twin-screw extruder. Then, the mixture was extruded into a strand and cut with a pelletizer to obtain a melt-kneaded product pellet (diameter: about 1 mm, length: about 2 mm).
Diameter (D) 15 mm
L/D=60
Screw rotation speed: 200 rpm
Set temperature: C1/C2/C3/C4/C5/C6/D=90/205/210/210/210/215/220/220/220°C
Discharge rate: 1.5kg/hr
表1に示す結果から、平均ケン化度の低いPVA系樹脂(A)を用いた実施例1においては、初回放電容量が高く、また0℃という低温下での電池抵抗特性が良好であることが分かる。これに対して、平均ケン化度の高いPVA系樹脂を用いた比較例1では、特に低温下での電池抵抗値が高いものとなり、本発明の目的を満足しないものであった。 From the results shown in Table 1, in Example 1 using the PVA-based resin (A) having a low average saponification degree, the initial discharge capacity was high, and the battery resistance characteristics at a low temperature of 0° C. were good. I understand. On the other hand, in Comparative Example 1 in which the PVA-based resin having a high average saponification degree was used, the battery resistance value was particularly high at a low temperature, and the object of the present invention was not satisfied.
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