JP7143114B2 - Composition for power storage device, slurry for power storage device electrode, power storage device electrode, and power storage device - Google Patents
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Description
本発明は、蓄電デバイス用組成物、該組成物と活物質とを含有する蓄電デバイス電極用スラリー、該スラリーを集電体に塗布及び乾燥させて形成された蓄電デバイス電極、並びに該電極を備えた蓄電デバイスに関する。 The present invention comprises an electricity storage device composition, an electricity storage device electrode slurry containing the composition and an active material, an electricity storage device electrode formed by coating and drying the slurry on a current collector, and the electrode. related to a power storage device.
近年、電子機器の駆動用電源として、高電圧かつ高エネルギー密度を有する蓄電デバイスが要求されている。このような蓄電デバイスとしては、リチウムイオン電池やリチウムイオンキャパシタなどが期待されている。 2. Description of the Related Art In recent years, power storage devices with high voltage and high energy density have been required as power sources for driving electronic devices. Lithium ion batteries, lithium ion capacitors, and the like are expected as such power storage devices.
このような蓄電デバイスに使用される電極は、通常、活物質と、バインダーとして機能する重合体とを含有する組成物(電極用スラリー)を集電体の表面へ塗布及び乾燥させることにより製造される。バインダーとして使用される重合体に要求される特性としては、活物質同士の結合能力及び活物質と集電体との密着能力、電極を巻き取る工程における耐擦性、その後の裁断などによっても、塗布・乾燥された組成物塗膜(以下、「活物質層」ともいう。)から活物質の微粉などが脱落しない粉落ち耐性などを挙げることができる。 Electrodes used in such electricity storage devices are usually manufactured by applying a composition (electrode slurry) containing an active material and a polymer functioning as a binder to the surface of a current collector and drying the composition. be. Properties required for the polymer used as a binder include bonding ability between active materials, adhesion ability between the active material and current collector, abrasion resistance in the electrode winding process, and subsequent cutting. Powder-off resistance, etc., in which fine powder of the active material does not fall off from the applied and dried composition coating film (hereinafter also referred to as "active material layer").
なお、上記の活物質同士の結合能力及び活物質と集電体との密着能力、並びに粉落ち耐性については、性能の良否がほぼ比例関係にあることが経験上明らかになっている。従って本明細書では、以下、これらを包括して「密着性」という用語を用いて表す場合がある。 It has been empirically found that the bonding ability between the active materials, the adhesion ability between the active material and the current collector, and the resistance to falling powder are approximately proportional to each other. Therefore, in the present specification, the term "adhesion" may be used to collectively refer to these.
ところで最近になって、蓄電デバイスの高出力化及び高エネルギー密度化の要求を達成する観点から、リチウム吸蔵量の大きい材料を活物質として利用する検討が進められている。例えば、特許文献1に開示されているようにリチウムの理論吸蔵量が最大で約4,200mAh/gであるケイ素材料を活物質として活用する手法が有望視されている。 By the way, recently, from the viewpoint of meeting the demands for higher output and higher energy density of electric storage devices, studies are underway to use materials having a large lithium storage capacity as active materials. For example, as disclosed in Patent Document 1, a method of utilizing a silicon material having a maximum theoretical lithium storage capacity of about 4,200 mAh/g as an active material is considered promising.
しかしながら、このようなリチウム吸蔵量の大きい材料を利用した活物質は、リチウムの吸蔵・放出により大きな体積変化を伴う。このため、従来使用されている電極用バインダーを、このようなリチウム吸蔵量の大きい材料に適用すると、密着性を維持することができずに活物質が剥離するなどし、充放電に伴って顕著な容量低下が発生する。 However, an active material using such a material having a large lithium absorption capacity undergoes a large volume change due to absorption and release of lithium. For this reason, when conventionally used electrode binders are applied to such a material with a large lithium storage capacity, the active material peels off due to the inability to maintain adhesion, which is noticeable during charging and discharging. capacity decrease occurs.
電極用バインダーの密着性を改良するための技術としては、粒子状のバインダー粒子の表面酸量を制御する技術(特許文献2及び3参照)や、エポキシ基やヒドロキシル基を有するバインダーを用いて上記特性を向上させる技術(特許文献4及び5参照)などが提案されている。また、ポリイミドの剛直な分子構造で活物質を束縛し、活物質の体積変化を押さえ込もうとする技術(特許文献6参照)が提案されている。 Techniques for improving the adhesiveness of the binder for electrodes include techniques for controlling the surface acid amount of particulate binder particles (see Patent Documents 2 and 3), and binders having epoxy groups or hydroxyl groups. Techniques for improving characteristics have been proposed (see Patent Documents 4 and 5). Also, a technique has been proposed (see Patent Document 6) in which an active material is bound by a rigid molecular structure of polyimide to suppress the volume change of the active material.
その一方で、安全性の高い正極活物質として、オリビン構造を有するリチウム含有リン酸化合物(オリビン型リチウム含有リン酸化合物)が注目されている。オリビン型リチウム含有リン酸化合物は、リンと酸素とが共有結合しているため熱的安定性が高く、高温下でも酸素を放出しない。 On the other hand, lithium-containing phosphate compounds having an olivine structure (olivine-type lithium-containing phosphate compounds) have attracted attention as positive electrode active materials with high safety. The olivine-type lithium-containing phosphate compound has high thermal stability because phosphorus and oxygen are covalently bonded, and does not release oxygen even at high temperatures.
しかしながら、オリビン型リチウム含有リン酸化合物は、Liイオンの吸蔵・放出電圧が3.4V付近であるため、出力電圧が低い。その欠点を補うために、電極バインダーや電解液等の周辺材料の特性を改良する試みがなされている(特許文献7~9参照)。 However, the olivine-type lithium-containing phosphate compound has a Li ion absorption/desorption voltage of around 3.4 V, and thus has a low output voltage. Attempts have been made to improve the properties of peripheral materials such as electrode binders and electrolytes (see Patent Documents 7 to 9).
しかしながら、上記特許文献1~6に開示されているような電極用バインダーは、リチウム吸蔵量が大きく、しかもリチウムの吸蔵・放出に伴う体積変化が大きいケイ素材料に代表される新たな活物質を実用化するにあたり密着性が十分とは言えなかった。このような電極用バインダーを使用すると、充放電を繰り返すことにより活物質が脱落するなどして電極が劣化するため、実用化に必要な耐久性が十分に得られないという課題があった。 However, the electrode binders disclosed in Patent Documents 1 to 6 above have a large lithium absorption capacity, and a new active material typified by a silicon material that has a large volume change accompanying lithium absorption and release. It could not be said that the adhesiveness was sufficient for the conversion. When such an electrode binder is used, the electrode deteriorates due to, for example, falling off of the active material due to repeated charging and discharging.
また、上記特許文献7~9に開示されているような電極バインダーや電解液等の周辺材料の特性を改良する技術では、オリビン型リチウム含有リン酸化合物を正極活物質とする正極を備えた蓄電デバイスの充放電耐久特性を十分に向上させることは困難であった。 In addition, in the techniques for improving the properties of peripheral materials such as electrode binders and electrolytic solutions as disclosed in the above-mentioned Patent Documents 7 to 9, electricity storage equipped with a positive electrode using an olivine-type lithium-containing phosphate compound as a positive electrode active material It has been difficult to sufficiently improve the charge/discharge endurance characteristics of devices.
そこで、本発明に係る幾つかの態様は、密着性に優れると共に、良好な充放電耐久特性を示す蓄電デバイス電極を製造可能な蓄電デバイス用組成物を提供する。また、本発明に係る幾つかの態様は、該組成物を含有する蓄電デバイス電極用スラリーを提供する。また、本発明に係る幾つかの態様は、密着性に優れると共に、良好な充放電耐久特性を示す蓄電デバイス電極を提供する。さらに、本発明に係る幾つかの態様は、充放電耐久特性に優れる蓄電デバイスを提供する。 Accordingly, some aspects of the present invention provide a composition for an electricity storage device that is capable of producing an electricity storage device electrode that exhibits excellent adhesion and good charge/discharge durability. Moreover, some aspects of the present invention provide a slurry for an electricity storage device electrode containing the composition. Moreover, some aspects of the present invention provide an electricity storage device electrode that exhibits excellent adhesion and good charge/discharge durability. Furthermore, some aspects of the present invention provide an electricity storage device with excellent charge/discharge durability characteristics.
本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下のいずれかの態様として実現することができる。 The present invention has been made to solve at least part of the above problems, and can be implemented as any of the following aspects.
本発明に係る蓄電デバイス用組成物の一態様は、
重合体(A)と、重合体(B)と、液状媒体(C)と、を含有し、
前記重合体(A)中に含まれる繰り返し単位の合計を100質量部としたときに、前記重合体(A)が水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位を50質量部以上含有し、
前記重合体(B)中に含まれる繰り返し単位の合計を100質量部としたときに、前記重合体(B)が水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位を0質量部以上50質量部未満含有する。
One aspect of the composition for an electricity storage device according to the present invention is
containing a polymer (A), a polymer (B), and a liquid medium (C),
When the total of repeating units contained in the polymer (A) is 100 parts by mass, the polymer (A) contains 50 parts by mass or more of repeating units derived from an unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group. ,
When the total of repeating units contained in the polymer (B) is 100 parts by mass, the polymer (B) contains 0 parts by mass or more and 50 parts by mass of repeating units derived from an unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group. contains less than
前記蓄電デバイス用組成物の一態様において、
前記重合体(A)について、JIS K7121に準拠して示差走査熱量測定(DSC)を行ったときに、-20℃~80℃の温度範囲において吸熱ピークが観測されることができる。
In one aspect of the power storage device composition,
When the polymer (A) is subjected to differential scanning calorimetry (DSC) according to JIS K7121, an endothermic peak can be observed in the temperature range of -20°C to 80°C.
前記蓄電デバイス用組成物のいずれかの態様において、
前記重合体(A)の、25℃、1気圧における水に対する溶解度が、水100gに対して1g以上であることができる。
In any aspect of the power storage device composition,
The solubility of the polymer (A) in water at 25° C. and 1 atm can be 1 g or more per 100 g of water.
前記蓄電デバイス用組成物のいずれかの態様において、
前記水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルが、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート及びグリセリンモノ(メタ)アクリレートからなる群より選ばれる少なくとも1種であることができる。
In any aspect of the power storage device composition,
The unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group may be at least one selected from the group consisting of hydroxyethyl (meth)acrylate and glycerin mono(meth)acrylate.
前記蓄電デバイス用組成物のいずれかの態様において、
前記重合体(A)が、さらに(メタ)アクリルアミドに由来する繰り返し単位を1~40質量部含有することができる。
In any aspect of the power storage device composition,
The polymer (A) may further contain 1 to 40 parts by mass of repeating units derived from (meth)acrylamide.
前記蓄電デバイス用組成物のいずれかの態様において、
前記重合体(B)が、さらに不飽和カルボン酸エステル(前記水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルを除く)に由来する繰り返し単位を50~100質量部含有することができる。
In any aspect of the power storage device composition,
The polymer (B) may further contain 50 to 100 parts by mass of repeating units derived from an unsaturated carboxylic acid ester (excluding the unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group).
前記蓄電デバイス用組成物のいずれかの態様において、
前記重合体(B)が、共役ジエン化合物に由来する繰り返し単位20~70質量部と、不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位0.5~30質量部と、をさらに含有することができる。
In any aspect of the power storage device composition,
The polymer (B) may further contain 20 to 70 parts by mass of repeating units derived from a conjugated diene compound and 0.5 to 30 parts by mass of repeating units derived from an unsaturated carboxylic acid.
前記蓄電デバイス用組成物のいずれかの態様において、
前記重合体(B)が、さらに(メタ)アクリルアミド化合物に由来する繰り返し単位を1~30質量部含有することができる。
In any aspect of the power storage device composition,
The polymer (B) may further contain 1 to 30 parts by mass of repeating units derived from a (meth)acrylamide compound.
前記蓄電デバイス用組成物のいずれかの態様において、
前記重合体(A)の含有量をMa質量部、前記重合体(B)の含有量をMb質量部としたときに、Mb/Maの値が0.5~5.0であることができる。
In any aspect of the power storage device composition,
When the content of the polymer (A) is Ma parts by mass and the content of the polymer (B) is Mb parts by mass, the value of Mb/Ma can be 0.5 to 5.0. .
前記蓄電デバイス用組成物のいずれかの態様において、
前記重合体(B)が粒子であって、その数平均粒子径が50nm以上1000nm以下であることができる。
In any aspect of the power storage device composition,
The polymer (B) may be particles having a number average particle diameter of 50 nm or more and 1000 nm or less.
前記蓄電デバイス用組成物のいずれかの態様において、
前記液状媒体(C)が水であることができる。
In any aspect of the power storage device composition,
The liquid medium (C) can be water.
本発明に係る蓄電デバイス電極用スラリーの一態様は、
前記いずれかの態様の蓄電デバイス用組成物と、活物質と、を含有する。
One aspect of the electricity storage device electrode slurry according to the present invention is
It contains the power storage device composition according to any one of the above aspects and an active material.
前記蓄電デバイス電極用スラリーの一態様において、
前記活物質としてケイ素材料を含有することができる。
In one aspect of the electricity storage device electrode slurry,
A silicon material can be contained as the active material.
前記蓄電デバイス電極用スラリーの一態様において、
前記活物質として、オリビン型リチウム含有リン酸化合物、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、三元系ニッケルコバルトマンガン酸リチウムからなる群より選ばれる少なくとも1種を含有することができる。
In one aspect of the electricity storage device electrode slurry,
As the active material, at least one selected from the group consisting of an olivine-type lithium-containing phosphate compound, lithium cobaltate, lithium nickelate, lithium manganate, and ternary lithium nickel-cobalt-manganeseate can be contained.
本発明に係る蓄電デバイス電極の一態様は、
集電体と、前記集電体の表面上に前記いずれかの態様の蓄電デバイス電極用スラリーが塗布及び乾燥されて形成された活物質層と、を備える。
One aspect of the electricity storage device electrode according to the present invention is
A current collector, and an active material layer formed by coating and drying the slurry for a power storage device electrode according to any one of the aspects above on the surface of the current collector.
本発明に係る蓄電デバイスの一態様は、
前記態様の蓄電デバイス電極を備える。
One aspect of the electricity storage device according to the present invention is
The electricity storage device electrode of the above aspect is provided.
本発明に係る蓄電デバイス用組成物によれば、密着性に優れているため、良好な充放電耐久特性を示す蓄電デバイス電極を製造することができる。本発明に係る蓄電デバイス用組成物は、蓄電デバイス電極が活物質としてリチウム吸蔵量の大きい材料、例えばグラファイトのような炭素材料やケイ素材料を含有する場合に特に上記の効果を発揮する。また、本発明に係る蓄電デバイス用組成物は、蓄電デバイス電極が活物質としてオリビン型リチウム含有リン酸化合物を含有する場合にも特に上記の効果を発揮する。 Since the composition for an electricity storage device according to the present invention has excellent adhesiveness, it is possible to manufacture an electricity storage device electrode exhibiting good charge/discharge durability characteristics. The power storage device composition according to the present invention exhibits the above effect particularly when the power storage device electrode contains a material having a large lithium storage capacity as an active material, such as a carbon material such as graphite or a silicon material. In addition, the composition for an electricity storage device according to the present invention exhibits the above effects particularly when the electrode of the electricity storage device contains an olivine-type lithium-containing phosphoric acid compound as an active material.
以下、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は、下記に記載された実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形例も含むものとして理解されるべきである。なお、本明細書における「(メタ)アクリル酸~」とは、「アクリル酸~」及び「メタクリル酸~」の双方を包括する概念である。また、「~(メタ)アクリレート」とは、「~アクリレート」及び「~メタクリレート」の双方を包括する概念である。 Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below. It should be understood that the present invention is not limited only to the embodiments described below, but includes various modifications implemented within the scope of the present invention. In the present specification, "(meth)acrylic acid" is a concept encompassing both "acrylic acid" and "methacrylic acid". In addition, "~ (meth)acrylate" is a concept that includes both "~ acrylate" and "~ methacrylate".
本明細書において、「~」を用いて記載された数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味である。 In the present specification, a numerical range described using "to" means that the numerical values described before and after "to" are included as lower and upper limits.
1.蓄電デバイス用組成物
本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物は、重合体(A)と、重合体(B)と、液状媒体(C)とを含有する。本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物は、活物質同士の結合能力及び活物質と集電体との密着能力並びに粉落ち耐性を向上させた蓄電デバイス電極(活物質層)を作製するための材料として使用することもできるし、充放電に伴って発生するデンドライトに起因する短絡を抑制するための保護膜を形成するための材料として使用することもできる。以下、本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物に含まれる各成分について詳細に説明する。
1. Power Storage Device Composition The power storage device composition according to the present embodiment contains a polymer (A), a polymer (B), and a liquid medium (C). The composition for an electricity storage device according to the present embodiment is used for producing an electricity storage device electrode (active material layer) with improved bonding ability between active materials, adhesion ability between an active material and a current collector, and powder falling resistance. It can be used as a material, and can also be used as a material for forming a protective film for suppressing short circuits caused by dendrites that occur during charging and discharging. Hereinafter, each component contained in the composition for an electricity storage device according to this embodiment will be described in detail.
1.1.重合体(A)
本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物に含まれる重合体(A)は、液状媒体(C)中に分散されたラテックス状であってもよいし、液状媒体(C)中に溶解された状態であってもよいが、液状媒体(C)中に溶解された状態であることが好ましい。重合体(A)が液状媒体(C)中に溶解した状態であると、活物質と混合して作製される蓄電デバイス電極用スラリー(以下、単に「スラリー」ともいう。)の安定性が良好となり、またスラリーの集電体への塗布性が良好となるため好ましい。
1.1. Polymer (A)
The polymer (A) contained in the electricity storage device composition according to the present embodiment may be in the form of latex dispersed in the liquid medium (C), or dissolved in the liquid medium (C). However, it is preferably dissolved in the liquid medium (C). When the polymer (A) is dissolved in the liquid medium (C), the stability of the electricity storage device electrode slurry (hereinafter also simply referred to as "slurry") prepared by mixing with the active material is good. and it is preferable because the slurry can be applied to the current collector well.
重合体(A)は、水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位(a1)(以下、「繰り返し単位(a1)」ともいう。)を、重合体(A)中の繰り返し単位の合計を100質量部とした場合に50質量部以上含有する。また、重合体(A)は、繰り返し単位(a1)の他に、それと共重合可能な他の単量体に由来する繰り返し単位を含有してもよい。他の単量体としては、例えば、(メタ)アクリルアミド、不飽和カルボン酸、不飽和カルボン酸エステル(水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルを除く)、α,β-不飽和ニトリル化合物、カチオン性単量体、共役ジエン化合物、芳香族ビニル化合物等が挙げられる。 In the polymer (A), the repeating unit (a1) derived from an unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group (hereinafter also referred to as "repeating unit (a1)") is added to the total repeating units in the polymer (A). is 100 parts by mass, it contains 50 parts by mass or more. In addition to the repeating unit (a1), the polymer (A) may contain repeating units derived from other monomers copolymerizable therewith. Other monomers include, for example, (meth)acrylamide, unsaturated carboxylic acids, unsaturated carboxylic acid esters (excluding unsaturated carboxylic acid esters having a hydroxyl group), α,β-unsaturated nitrile compounds, cationic mono Examples include monomers, conjugated diene compounds, aromatic vinyl compounds, and the like.
以下、重合体(A)を構成する繰り返し単位、重合体(A)の特性、重合体(A)の合成方法の順に説明する。 Hereinafter, the repeating units constituting the polymer (A), the properties of the polymer (A), and the method for synthesizing the polymer (A) will be described in this order.
1.1.1.重合体(A)を構成する繰り返し単位
<水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位>
重合体(A)は、水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位を、重合体(A)中の繰り返し単位の合計を100質量部とした場合に50質量部以上含有するが、好ましくは51質量部以上であり、より好ましくは55質量部以上であり、特に好ましくは60~100質量部である。重合体(A)が水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位を前記範囲で含有することにより、活物質やフィラーの分散性が良好となり、均一な活物質層または保護膜の作製が可能となるため構造欠陥がなくなり、良好な充放電特性を示す。さらに水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位を前記範囲で含有することにより、活物質の表面が重合体(A)によってコーティングされて、充放電時の活物質の膨張を抑制できるため、良好な充放電耐久特性を示すようになる。
1.1.1. Repeating Unit Constituting Polymer (A) <Repeating Unit Derived from Unsaturated Carboxylic Acid Ester Having a Hydroxyl Group>
The polymer (A) preferably contains repeating units derived from an unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group in an amount of 50 parts by mass or more when the total of repeating units in the polymer (A) is 100 parts by mass. is 51 parts by mass or more, more preferably 55 parts by mass or more, and particularly preferably 60 to 100 parts by mass. When the polymer (A) contains the repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group within the above range, the dispersibility of the active material and filler is improved, and a uniform active material layer or protective film can be produced. Since it becomes possible, structural defects are eliminated, and good charge/discharge characteristics are exhibited. Furthermore, by containing the repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group within the above range, the surface of the active material is coated with the polymer (A), and expansion of the active material during charging and discharging can be suppressed. , to exhibit good charge-discharge endurance characteristics.
水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルとしては、例えば、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3-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、5-ヒドロキシペンチル(メタ)アクリレート、6-ヒドロキシヘキシル(メタ)アクリレート、グリセリンモノ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート等が挙げられる。これらの中でも、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、グリセリンモノメタクリレートが好ましい。なお、これらの単量体は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Examples of unsaturated carboxylic acid esters having a hydroxyl group include 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, 3-hydroxypropyl (meth) acrylate, 4-hydroxybutyl (meth) acrylate, 5 -hydroxypentyl (meth)acrylate, 6-hydroxyhexyl (meth)acrylate, glycerin mono(meth)acrylate, glycerin di(meth)acrylate and the like. Among these, 2-hydroxyethyl (meth)acrylate and glycerin monomethacrylate are preferred. In addition, these monomers may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.
<(メタ)アクリルアミドに由来する繰り返し単位>
重合体(A)は、さらに(メタ)アクリルアミドに由来する繰り返し単位を含有することが好ましい。重合体(A)が(メタ)アクリルアミドに由来する繰り返し単位を含有する場合、(メタ)アクリルアミドに由来する繰り返し単位の含有割合の下限としては、重合体(A)中の繰り返し単位の合計を100質量部とした場合に、好ましくは1質量部であり、より好ましくは3質量部であり、特に好ましくは5質量部である。(メタ)アクリルアミドに由来する繰り返し単位の含有割合の上限としては、好ましくは40質量部であり、より好ましくは35質量部である。(メタ)アクリルアミドに由来する繰り返し単位の含有割合が前記範囲内にあると、得られる重合体(A)のガラス転移温度(Tg)が好適となる。その結果、グラファイトのような炭素材料やケイ素材料を含有する活物質同士の結合能力を高めることができる。また、得られる活物質層は、柔軟性や集電体に対する密着能力がより良好なものとなる。重合体(A)のTgが好適となるため、得られる活物質層の柔軟性が適度となり、集電体と活物質層との密着能力が良好となる。
<Repeating unit derived from (meth)acrylamide>
The polymer (A) preferably further contains repeating units derived from (meth)acrylamide. When the polymer (A) contains repeating units derived from (meth)acrylamide, the lower limit of the content of the repeating units derived from (meth)acrylamide is 100 in total of the repeating units in the polymer (A). When expressed as parts by mass, it is preferably 1 part by mass, more preferably 3 parts by mass, and particularly preferably 5 parts by mass. The upper limit of the content of repeating units derived from (meth)acrylamide is preferably 40 parts by mass, more preferably 35 parts by mass. When the content of repeating units derived from (meth)acrylamide is within the above range, the glass transition temperature (Tg) of the resulting polymer (A) is favorable. As a result, the bonding ability between active materials containing a carbon material such as graphite or a silicon material can be enhanced. In addition, the resulting active material layer has better flexibility and adhesion to the current collector. Since the Tg of the polymer (A) is suitable, the flexibility of the active material layer to be obtained is moderate, and the adhesion between the current collector and the active material layer is good.
(メタ)アクリルアミドとしては、例えば、アクリルアミド、メタクリルアミド、N-イソプロピルアクリルアミド、N,N-ジメチルアクリルアミド、N,N-ジメチルメタクリルアミド、N,N-ジエチルアクリルアミド、N,N-ジエチルメタクリルアミド、N,N-ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、N,N-ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド、N-メチロールメタクリルアミド、N-メチロールアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、マレイン酸アミド、アクリルアミドt-ブチルスルホン酸等が挙げられる。これらの(メタ)アクリルアミドは、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Examples of (meth)acrylamide include acrylamide, methacrylamide, N-isopropylacrylamide, N,N-dimethylacrylamide, N,N-dimethylmethacrylamide, N,N-diethylacrylamide, N,N-diethylmethacrylamide, N , N-dimethylaminopropyl acrylamide, N,N-dimethylaminopropyl methacrylamide, N-methylol methacrylamide, N-methylol acrylamide, diacetone acrylamide, maleic acid amide, acrylamide t-butylsulfonic acid and the like. These (meth)acrylamides may be used singly or in combination of two or more.
<その他の繰り返し単位>
重合体(A)は上記の繰り返し単位の他に、これらと共重合可能な他の単量体に由来する繰り返し単位を含有してもよい。このような単量体としては、不飽和カルボン酸、不飽和カルボン酸エステル(上記水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルを除く)、α,β-不飽和ニトリル化合物、共役ジエン化合物、芳香族ビニル化合物、カチオン性単量体等が挙げられる。
<Other repeating units>
The polymer (A) may contain, in addition to the above repeating units, repeating units derived from other monomers copolymerizable therewith. Examples of such monomers include unsaturated carboxylic acids, unsaturated carboxylic acid esters (excluding the unsaturated carboxylic acid esters having a hydroxyl group), α,β-unsaturated nitrile compounds, conjugated diene compounds, aromatic vinyl compounds. , cationic monomers, and the like.
不飽和カルボン酸の具体例としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等のモノまたはジカルボン酸を挙げることができ、これらから選択される1種以上であることができる。 Specific examples of the unsaturated carboxylic acid include mono- or dicarboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, maleic acid, fumaric acid, and itaconic acid. can be.
不飽和カルボン酸エステル(上記水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルを除く)としては、(メタ)アクリレートが好ましい。(メタ)アクリレートの具体例としては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n-プロピル(メタ)アクリレート、i-プロピル(メタ)アクリレート、n-ブチル(メタ)アクリレート、i-ブチル(メタ)アクリレート、n-アミル(メタ)アクリレート、i-アミル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、ノニル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、アリル(メタ)アクリレート、エチレンジ(メタ)アクリレートなどを挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上であることができる。 As the unsaturated carboxylic acid ester (excluding the unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group), (meth)acrylate is preferred. Specific examples of (meth)acrylates include methyl (meth)acrylate, ethyl (meth)acrylate, n-propyl (meth)acrylate, i-propyl (meth)acrylate, n-butyl (meth)acrylate, i-butyl ( meth)acrylate, n-amyl (meth)acrylate, i-amyl (meth)acrylate, hexyl (meth)acrylate, cyclohexyl (meth)acrylate, 2-ethylhexyl (meth)acrylate, octyl (meth)acrylate, nonyl (meth)acrylate acrylate, decyl (meth)acrylate, ethylene glycol di(meth)acrylate, propylene glycol di(meth)acrylate, trimethylolpropane tri(meth)acrylate, pentaerythritol tetra(meth)acrylate, dipentaerythritol hexa(meth)acrylate, Allyl (meth)acrylate, ethylene di(meth)acrylate and the like can be mentioned, and one or more selected from these can be used.
α,β-不飽和ニトリル化合物の具体例としては、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、α-クロルアクリロニトリル、α-エチルアクリロニトリル、シアン化ビニリデン等を挙げることができ、これらから選択される1種以上であることができる。これらのうち、アクリロニトリル及びメタクリロニトリルから選択される1種以上であることが好ましく、アクリロニトリルであることが特に好ましい。 Specific examples of the α,β-unsaturated nitrile compound include acrylonitrile, methacrylonitrile, α-chloroacrylonitrile, α-ethylacrylonitrile, vinylidene cyanide and the like, and one or more selected from these. be able to. Among these, one or more selected from acrylonitrile and methacrylonitrile is preferable, and acrylonitrile is particularly preferable.
共役ジエン化合物の具体例としては、1,3-ブタジエン、2-メチル-1,3-ブタジエン、2,3-ジメチル-1,3-ブタジエン、2-クロル-1,3-ブタジエン、置換直鎖共役ペンタジエン類、置換及び側鎖共役ヘキサジエン類などを挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上であることができる。これらの中でも、1,3-ブタジエンであることが特に好ましい。 Specific examples of conjugated diene compounds include 1,3-butadiene, 2-methyl-1,3-butadiene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 2-chloro-1,3-butadiene, substituted linear Conjugated pentadienes, substituted and side-chain conjugated hexadienes, and the like can be mentioned, and one or more selected from these can be used. Among these, 1,3-butadiene is particularly preferred.
芳香族ビニル化合物の具体例としては、スチレン、α-メチルスチレン、p-メチルスチレン、ビニルトルエン、クロルスチレン、ジビニルベンゼンなどを挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上であることができる。これらの中でも、スチレンであることが特に好ましい。 Specific examples of the aromatic vinyl compound include styrene, α-methylstyrene, p-methylstyrene, vinyltoluene, chlorostyrene, divinylbenzene, etc., and at least one selected from these. can be done. Among these, styrene is particularly preferred.
カチオン性単量体としては、第二級アミン(塩)、第三級アミン(塩)及び第四級アンモニウム塩よりなる群から選択される少なくとも1種の単量体であることが好ましい。これらカチオン性単量体の具体例としては、(メタ)アクリル酸2-(ジメチルアミノ)エチル、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート塩化メチル4級塩、(メタ)アクリル酸2-(ジエチルアミノ)エチル、(メタ)アクリル酸3-(ジメチルアミノ)プロピル、(メタ)アクリル酸3-(ジエチルアミノ)プロピル、(メタ)アクリル酸4-(ジメチルアミノ)フェニル、(メタ)アクリル酸2-[(3,5-ジメチルピラゾリル)カルボニルアミノ]エチル、(メタ)アクリル酸2-(0-[1’-メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ)エチル、(メタ)アクリル酸2-(1-アジリジニル)エチル、
メタクロイルコリンクロリド、イソシアヌル酸トリス(2-アクリロイルオキシエチル)、2-ビニルピリジン、キナルジンレッド、1,2-ジ(2-ピリジル)エチレン、4’-ヒドラジノ-2-スチルバゾール二塩酸塩水和物、4-(4-ジメチルアミノスチリル)キノリン、1-ビニルイミダゾール、ジアリルアミン、ジアリルアミン塩酸塩、トリアリルアミン、ジアリルジメチルアンモニウムクロリド、ジクロルミド、N-アリルベンジルアミン、N-アリルアニリン、2,4-ジアミノ-6-ジアリルアミノ-1,3,5-トリアジン、N-trans-シンナミル-N-メチル-(1-ナフチルメチル)アミン塩酸塩、trans-N-(6,6-ジメチル-2-ヘプテン-4-イニル)-N-メチル-1-ナフチルメチルアミン塩酸塩等が挙げられる。これらの単量体は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
The cationic monomer is preferably at least one monomer selected from the group consisting of secondary amines (salts), tertiary amines (salts) and quaternary ammonium salts. Specific examples of these cationic monomers include 2-(dimethylamino)ethyl (meth)acrylate, dimethylaminoethyl (meth)acrylate methyl chloride quaternary salt, 2-(diethylamino)ethyl (meth)acrylate, 3-(dimethylamino)propyl (meth)acrylate, 3-(diethylamino)propyl (meth)acrylate, 4-(dimethylamino)phenyl (meth)acrylate, 2-[(3,5) (meth)acrylate -dimethylpyrazolyl)carbonylamino]ethyl, 2-(0-[1'-methylpropylideneamino]carboxyamino)ethyl (meth)acrylate, 2-(1-aziridinyl)ethyl (meth)acrylate,
Methacroylcholine chloride, tris(2-acryloyloxyethyl)isocyanurate, 2-vinylpyridine, quinaldine red, 1,2-di(2-pyridyl)ethylene, 4'-hydrazino-2-stilbazole dihydrochloride hydrate , 4-(4-dimethylaminostyryl)quinoline, 1-vinylimidazole, diallylamine, diallylamine hydrochloride, triallylamine, diallyldimethylammonium chloride, dichlormide, N-allylbenzylamine, N-allylaniline, 2,4-diamino- 6-diallylamino-1,3,5-triazine, N-trans-cinnamyl-N-methyl-(1-naphthylmethyl)amine hydrochloride, trans-N-(6,6-dimethyl-2-heptene-4- inyl)-N-methyl-1-naphthylmethylamine hydrochloride and the like. These monomers may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.
1.1.2.重合体(A)の特性
<水に対する溶解度>
重合体(A)は、水溶性重合体であることが好ましい。重合体(A)が水溶性重合体であると、活物質の表面が重合体(A)によってコーティングされやすくなる。その結果、充放電時の活物質の膨張を抑制できるため、良好な充放電耐久特性を示す蓄電デバイスが得られやすい。なお、本発明における「水溶性重合体」とは、25℃、1気圧における水に対する溶解度が、水100gに対し1g以上である重合体のことをいう。
1.1.2. Properties of polymer (A) <solubility in water>
Polymer (A) is preferably a water-soluble polymer. When the polymer (A) is a water-soluble polymer, the surface of the active material is easily coated with the polymer (A). As a result, expansion of the active material during charge/discharge can be suppressed, so that an electricity storage device exhibiting good charge/discharge durability can be easily obtained. The "water-soluble polymer" in the present invention means a polymer having a solubility in water of 1 g or more per 100 g of water at 25°C and 1 atm.
<吸熱特性>
重合体(A)は、JIS K7121に準拠して示差走査熱量測定(DSC)を行ったときに、-20℃~80℃の温度範囲における吸熱ピークが観測されることが好ましい。このような重合体(A)は、ガラス転移温度(Tg)が低いために、グラファイトのような炭素材料やケイ素材料を含有する活物質同士の結合能力を高めることができ、また得られる活物質層の柔軟性が適度となり、集電体と活物質層との密着能力が良好となる。
<Endothermic properties>
The polymer (A) preferably exhibits an endothermic peak in the temperature range of -20°C to 80°C when subjected to differential scanning calorimetry (DSC) according to JIS K7121. Since such a polymer (A) has a low glass transition temperature (Tg), it is possible to increase the bonding ability between active materials containing a carbon material such as graphite or a silicon material, and the obtained active material The flexibility of the layer becomes appropriate, and the adhesion between the current collector and the active material layer becomes good.
<重量平均分子量(Mw)>
重合体(A)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法によるポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)が1,000以上であることが好ましく、10,000以上であることがより好ましく、100,000以上であることが特に好ましい。重合体(A)の重量平均分子量(Mw)が前記範囲であると、密着性が良好となり、充放電特性に優れた蓄電デバイスが得られやすい。
<Weight average molecular weight (Mw)>
The polymer (A) preferably has a polystyrene equivalent weight average molecular weight (Mw) of 1,000 or more, more preferably 10,000 or more, as determined by gel permeation chromatography (GPC). 000 or more is particularly preferred. When the weight-average molecular weight (Mw) of the polymer (A) is within the above range, the adhesion is good, and an electricity storage device with excellent charge/discharge characteristics can be easily obtained.
1.1.3.重合体(A)の合成方法
重合体(A)の合成方法は、特に制限されないが、水を主成分とした溶媒中で公知の連鎖移動剤、重合開始剤などの存在下で行う重合が好ましい。特に好ましい重合形態は水溶液重合である。重合体(A)の合成時に用いる連鎖移動剤は、水溶性連鎖移動剤が好ましく、例えば、次亜リン酸塩類、亜リン酸類、チオール類、第2級アルコール類、アミン類等が挙げられる。特に、メルカプト酢酸、2-メルカプトこはく酸、3-メルカプトプロピオン酸、3-メルカプト-1,2-プロパンジオールなどのチオール類が好ましい。これらの水溶性連鎖移動剤は、単独で用いても、2種以上を併用しても良い。連鎖移動剤の使用量は、重合させる単量体の全質量100質量部に対して、5.0質量部以下であることが好ましい。
1.1.3. Method for Synthesizing Polymer (A) The method for synthesizing the polymer (A) is not particularly limited, but polymerization in the presence of a known chain transfer agent, polymerization initiator, etc. in a solvent containing water as a main component is preferred. . A particularly preferred form of polymerization is aqueous solution polymerization. The chain transfer agent used in synthesizing the polymer (A) is preferably a water-soluble chain transfer agent such as hypophosphites, phosphorous acids, thiols, secondary alcohols and amines. Thiols such as mercaptoacetic acid, 2-mercaptosuccinic acid, 3-mercaptopropionic acid and 3-mercapto-1,2-propanediol are particularly preferred. These water-soluble chain transfer agents may be used alone or in combination of two or more. The amount of the chain transfer agent used is preferably 5.0 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the total mass of the monomers to be polymerized.
重合体(A)の合成時に用いる重合開始剤は、水溶性ラジカル開始剤が好ましく、過硫酸リチウム、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩や4,4’-アゾビス(4-シアノ吉草酸)等の水溶性アゾ系開始剤が特に好ましい。重合開始剤の使用量は、重合させる単量体の全質量100質量部に対して、0.1~5.0質量部であることが好ましい。 The polymerization initiator used in synthesizing the polymer (A) is preferably a water-soluble radical initiator, and persulfates such as lithium persulfate, potassium persulfate, sodium persulfate and ammonium persulfate, and 4,4′-azobis(4 -cyanovaleric acid) are particularly preferred. The amount of the polymerization initiator used is preferably 0.1 to 5.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total mass of the monomers to be polymerized.
重合体(A)合成時の重合温度は特に制限されないが、製造時間や単量体の共重合体への転化率(反応率)などを考慮に入れると30~95℃の範囲で合成することが好ましく、50~85℃がより好ましい。また、重合時には製造安定性を向上する目的でpH調整剤や金属イオン封止剤であるEDTAもしくはその塩などを使用することも可能である。 The polymerization temperature during the synthesis of the polymer (A) is not particularly limited, but it should be synthesized in the range of 30 to 95° C., taking into account the production time and the conversion rate (reaction rate) of the monomers to the copolymer. is preferred, and 50 to 85°C is more preferred. Moreover, it is also possible to use a pH adjuster, a metal ion sealing agent such as EDTA or a salt thereof, for the purpose of improving production stability during polymerization.
また、重合前もしくは重合後に、アンモニアや有機アミン、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム等の一般的な中和剤でpH調整を行ってもよく、その場合にはpHを5~11の範囲に調整することが好ましい。金属イオン封止剤であるEDTAもしくはその塩などを使用することも可能である。 Further, before or after the polymerization, the pH may be adjusted with a common neutralizing agent such as ammonia, organic amine, potassium hydroxide, sodium hydroxide, lithium hydroxide, etc. In that case, the pH is adjusted to 5-11. is preferably adjusted within the range of It is also possible to use a metal ion sequestering agent such as EDTA or a salt thereof.
1.2.重合体(B)
本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物に含まれる重合体(B)は、液状媒体(C)中に分散されたラテックス状であってもよいし、液状媒体(C)中に溶解された状態であってもよいが、液状媒体(C)中に重合体(B)の粒子が分散されたラテックス状であることが好ましい。重合体(B)が液状媒体(C)中に分散されたラテックス状であると、活物質と混合して作製されるスラリーの安定性が良好となり、またスラリーの集電体への塗布性が良好となるため好ましい。
1.2. Polymer (B)
The polymer (B) contained in the electricity storage device composition according to the present embodiment may be in the form of latex dispersed in the liquid medium (C), or dissolved in the liquid medium (C). However, it is preferably in the form of a latex in which particles of the polymer (B) are dispersed in the liquid medium (C). When the polymer (B) is in the form of latex dispersed in the liquid medium (C), the stability of the slurry prepared by mixing with the active material is improved, and the slurry is applied to the current collector. It is preferable because it becomes good.
重合体(B)は、水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位(a1)を、重合体(B)中の繰り返し単位の合計を100質量部とした場合に0質量部以上50質量部未満含有する。また、重合体(B)は、他の単量体に由来する繰り返し単位を含有してもよい。他の単量体としては、例えば、不飽和カルボン酸エステル(水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルを除く)、共役ジエン化合物、不飽和カルボン酸、(メタ)アクリルアミド、芳香族ビニル化合物、α,β-不飽和ニトリル化合物、その他の単量体等が挙げられる。 In the polymer (B), the repeating unit (a1) derived from an unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group is 0 parts by mass or more and 50 parts by mass when the total of repeating units in the polymer (B) is 100 parts by mass. contains less than Moreover, the polymer (B) may contain repeating units derived from other monomers. Other monomers include, for example, unsaturated carboxylic acid esters (excluding unsaturated carboxylic acid esters having hydroxyl groups), conjugated diene compounds, unsaturated carboxylic acids, (meth)acrylamides, aromatic vinyl compounds, α, β - Unsaturated nitrile compounds, other monomers, and the like.
以下、重合体(B)を構成する繰り返し単位、重合体(B)の特性、重合体(B)の合成方法の順に説明する。 Hereinafter, the repeating units constituting the polymer (B), the properties of the polymer (B), and the method for synthesizing the polymer (B) will be described in this order.
1.2.1.重合体(B)を構成する繰り返し単位
<水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位>
重合体(B)は、水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位を、重合体(B)中の繰り返し単位の合計を100質量部とした場合に、0質量部以上50質量部未満含有する。水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位の含有割合の下限としては、好ましくは1質量部であり、より好ましくは3質量部である。水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位の含有割合の上限としては、好ましくは50質量部であり、より好ましくは40質量部であり、特に好ましくは30質量部である。重合体(B)が水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位を前記範囲で含有することにより、後述するスラリーを作製する際に、活物質を凝集させることなく、活物質が良好に分散されたスラリーを作製することができる。これにより、スラリーを塗布・乾燥して作製された活物質層中に重合体(B)が均一に近い分布となるので、結着欠陥が非常に少ない蓄電デバイス電極を作製することができる。すなわち、活物質同士の結合能力及び活物質層と集電体との密着能力を飛躍的に向上できる。なお、水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルの例示については、重合体(A)と同様である。
1.2.1. Repeating Unit Constituting Polymer (B) <Repeating Unit Derived from Unsaturated Carboxylic Acid Ester Having a Hydroxyl Group>
The polymer (B) contains repeating units derived from an unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group, when the total number of repeating units in the polymer (B) is 100 parts by mass, 0 parts by mass or more and less than 50 parts by mass. contains. The lower limit of the content of the repeating unit derived from the unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group is preferably 1 part by mass, more preferably 3 parts by mass. The upper limit of the content of repeating units derived from unsaturated carboxylic acid esters having hydroxyl groups is preferably 50 parts by mass, more preferably 40 parts by mass, and particularly preferably 30 parts by mass. When the polymer (B) contains a repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group within the above range, the active material does not agglomerate when the slurry to be described later is produced, and the active material is favorably produced. A dispersed slurry can be made. As a result, the polymer (B) is distributed nearly uniformly in the active material layer produced by applying and drying the slurry, so that an electricity storage device electrode with very few binding defects can be produced. That is, the bonding ability between active materials and the adhesion ability between the active material layer and the current collector can be dramatically improved. Examples of the unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group are the same as those for the polymer (A).
<不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位>
重合体(B)が不飽和カルボン酸エステル(上記水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルを除く)に由来する繰り返し単位を有する場合には、電解液との親和性が良好となり、蓄電デバイス中で重合体(B)が電気抵抗成分となることによる内部抵抗の上昇を抑制
すると共に、電解液を過大に吸収することによる密着性の低下を防ぐことができる。
<Repeating Unit Derived from Unsaturated Carboxylic Acid Ester>
When the polymer (B) has a repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid ester (excluding the unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group), the polymer (B) has a good affinity with the electrolytic solution and can be polymerized in the electricity storage device. It is possible to suppress an increase in internal resistance due to the combination (B) becoming an electrical resistance component, and to prevent a decrease in adhesion due to excessive absorption of the electrolytic solution.
不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位の含有割合は、重合体(B)中の繰り返し単位の合計を100質量部とした場合に、下限としては、0質量部であることが好ましく、1質量部であることがより好ましい。上限としては、50質量部であることが好ましく、45質量部であることがより好ましく、40質量部であることが特に好ましい。不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位の含有割合が前記範囲内にあると、得られる重合体(B)は電解液との親和性がより良好となり、蓄電デバイス中で重合体(B)が電気抵抗成分となることによる内部抵抗の上昇を抑制すると共に、電解液を過大に吸収することによる密着性の低下を防ぐことができる。なお、不飽和カルボン酸エステルの例示については、重合体(A)と同様である。 The lower limit of the content of the repeating unit derived from the unsaturated carboxylic acid ester is preferably 0 part by mass, and 1 part by mass when the total of the repeating units in the polymer (B) is 100 parts by mass. Part is more preferred. The upper limit is preferably 50 parts by mass, more preferably 45 parts by mass, and particularly preferably 40 parts by mass. When the content of the repeating unit derived from the unsaturated carboxylic acid ester is within the above range, the obtained polymer (B) has better affinity with the electrolytic solution, and the polymer (B) can be generated in the electricity storage device. It is possible to suppress an increase in internal resistance due to the formation of an electrical resistance component, and to prevent a decrease in adhesion due to excessive absorption of the electrolytic solution. Examples of the unsaturated carboxylic acid ester are the same as those for the polymer (A).
<共役ジエン化合物に由来する繰り返し単位>
重合体(B)が共役ジエン化合物に由来する繰り返し単位を有する場合には、粘弾性及び強度に優れた重合体を製造することが容易となる。すなわち、重合体(B)が共役ジエン化合物に由来する繰り返し単位を有すると、得られる重合体に強い結着力を付与することができる。共役ジエン化合物に由来するゴム弾性が重合体に付与されるため、グラファイトのような炭素材料やケイ素材料を含有する活物質の体積収縮や体積膨張等の変化に追従することが可能となる。これにより、さらに密着性を向上させて、さらには長期に亘り充放電耐久特性を向上できると考えられる。
<Repeating unit derived from conjugated diene compound>
When the polymer (B) has a repeating unit derived from a conjugated diene compound, it becomes easy to produce a polymer excellent in viscoelasticity and strength. That is, when the polymer (B) has a repeating unit derived from a conjugated diene compound, a strong binding force can be imparted to the obtained polymer. Since rubber elasticity derived from the conjugated diene compound is imparted to the polymer, it becomes possible to follow changes such as volume contraction and volume expansion of the active material containing a carbon material such as graphite or a silicon material. As a result, it is considered that the adhesion can be further improved, and the charge/discharge durability can be improved over a long period of time.
共役ジエン化合物に由来する繰り返し単位の含有割合は、重合体(B)中の繰り返し単位の合計を100質量部とした場合に、下限としては、20質量部であることが好ましく、25質量部であることがより好ましく、30質量部であることが特に好ましい。上限としては、70質量部であることが好ましく、65質量部であることがより好ましく、60質量部であることが特に好ましい。共役ジエン化合物に由来する繰り返し単位の含有割合が前記範囲にあると、粘弾性及び強度に優れた重合体を容易に製造することができる。なお、共役ジエン化合物の例示については、重合体(A)と同様である。 The lower limit of the content of repeating units derived from the conjugated diene compound is preferably 20 parts by mass and 25 parts by mass when the total of repeating units in the polymer (B) is 100 parts by mass. 30 parts by mass is particularly preferable. The upper limit is preferably 70 parts by mass, more preferably 65 parts by mass, and particularly preferably 60 parts by mass. When the content of repeating units derived from a conjugated diene compound is within the above range, a polymer having excellent viscoelasticity and strength can be easily produced. Examples of the conjugated diene compound are the same as those for the polymer (A).
<不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位>
重合体(B)が不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位を有する場合には、重合体(B)の密着性を向上させることができる。不飽和カルボン酸の具体例としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等のモノまたはジカルボン酸を挙げることができ、これらから選択される1種以上であることができる。なお、重合体(B)は、上記例示した不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位を二種類以上有することが好ましく、アクリル酸、メタクリル酸等のモノカルボン酸の1種以上と、フマル酸、イタコン酸等のジカルボン酸の1種以上と、を併用することがより好ましい。モノカルボン酸はケイ素材料を含有する活物質同士の結合能力を向上させる効果を高めることができ、ジカルボン酸は活物質層と集電体との密着能力を向上させる効果を高めることができる。そのため、モノカルボン酸とジカルボン酸とを併用することで、重合体(B)の密着性を飛躍的に高めることができる。
<Repeating Unit Derived from Unsaturated Carboxylic Acid>
When the polymer (B) has a repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid, the adhesion of the polymer (B) can be improved. Specific examples of the unsaturated carboxylic acid include mono- or dicarboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, maleic acid, fumaric acid, and itaconic acid, and at least one selected from these. can be done. The polymer (B) preferably has two or more types of repeating units derived from the unsaturated carboxylic acids exemplified above. It is more preferable to use together with one or more kinds of dicarboxylic acids such as acids. Monocarboxylic acid can enhance the effect of improving the bonding ability between active materials containing silicon materials, and dicarboxylic acid can enhance the effect of improving the adhesion ability between the active material layer and the current collector. Therefore, by using a monocarboxylic acid and a dicarboxylic acid in combination, the adhesion of the polymer (B) can be dramatically improved.
不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位の含有割合は、重合体(B)中の繰り返し単位の合計を100質量部とした場合に、下限としては、0.5質量部であることが好ましく、1質量部であることがより好ましい。上限としては、30質量部であることが好ましく、28質量部であることがより好ましく、25質量部であることが特に好ましい。不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位の含有割合が前記範囲にあると、重合体(B)は、ケイ素材料を含有する活物質などの極性官能基を表面に有する活物質同士の結着能力、及び/又は活物質層と集電体との密着能力が良好となる。また、スラリー調製時において、活物質の分散安定性が良好となるため、凝集物が生じにくく、経時的なスラリー粘度の上
昇を抑えることができる。
The lower limit of the content of repeating units derived from unsaturated carboxylic acid is preferably 0.5 parts by mass when the total of repeating units in the polymer (B) is 100 parts by mass. Parts by mass are more preferred. The upper limit is preferably 30 parts by mass, more preferably 28 parts by mass, and particularly preferably 25 parts by mass. When the content ratio of repeating units derived from unsaturated carboxylic acid is within the above range, the polymer (B) has a bonding ability between active materials having a polar functional group on the surface, such as an active material containing a silicon material. And/or the adhesion ability between the active material layer and the current collector is improved. In addition, since the dispersion stability of the active material is improved during preparation of the slurry, aggregates are less likely to occur, and an increase in slurry viscosity over time can be suppressed.
<(メタ)アクリルアミドに由来する繰り返し単位>
重合体(B)は、(メタ)アクリルアミドに由来する繰り返し単位を有してもよい。重合体(B)が(メタ)アクリルアミドに由来する繰り返し単位を有する場合、(メタ)アクリルアミドに由来する繰り返し単位の含有割合は、重合体(B)中の繰り返し単位の合計を100質量部とした場合に、下限としては、0質量部であることが好ましく、1質量部であることがより好ましい。上限としては、30質量部であることが好ましく、25質量部であることがより好ましく、20質量部であることが特に好ましい。(メタ)アクリルアミドに由来する繰り返し単位の含有割合が前記範囲にあると、重合体(B)は、ケイ素材料を含有する活物質などの極性官能基を表面に有する活物質同士の結着能力、及び活物質層と集電体との密着能力の両方が良好となる。また、スラリー調製時において、活物質の分散安定性が良好となるため、凝集物が生じにくく、経時的なスラリー粘度の上昇も抑えることができる。これにより、活物質層を均質に形成することが可能となり、活物質層に均一に電位が印加されるなどして活物質層の劣化進行を抑制することができる。
<Repeating unit derived from (meth)acrylamide>
The polymer (B) may have repeating units derived from (meth)acrylamide. When the polymer (B) has repeating units derived from (meth)acrylamide, the content of the repeating units derived from (meth)acrylamide is based on the total repeating units in the polymer (B) being 100 parts by mass. In this case, the lower limit is preferably 0 parts by mass, more preferably 1 part by mass. The upper limit is preferably 30 parts by mass, more preferably 25 parts by mass, and particularly preferably 20 parts by mass. When the content of repeating units derived from (meth)acrylamide is within the above range, the polymer (B) has a binding ability between active materials having a polar functional group on its surface, such as an active material containing a silicon material. In addition, both the adhesion ability between the active material layer and the current collector are improved. In addition, since the dispersion stability of the active material is improved during preparation of the slurry, aggregates are less likely to occur, and an increase in viscosity of the slurry over time can be suppressed. As a result, the active material layer can be uniformly formed, and the progression of deterioration of the active material layer can be suppressed by, for example, uniformly applying a potential to the active material layer.
<芳香族ビニル化合物に由来する繰り返し単位>
重合体(B)が芳香族ビニル化合物に由来する繰り返し単位を有する場合には、重合体(B)のガラス転移温度(Tg)が好適となるため、得られる活物質層の柔軟性が適度となり、集電体と活物質層との密着能力が良好となる。
<Repeating Unit Derived from Aromatic Vinyl Compound>
When the polymer (B) has a repeating unit derived from an aromatic vinyl compound, the glass transition temperature (Tg) of the polymer (B) is suitable, so that the resulting active material layer has moderate flexibility. , the adhesion ability between the current collector and the active material layer is improved.
芳香族ビニル化合物に由来する繰り返し単位の含有割合は、重合体(B)中の繰り返し単位の合計を100質量部とした場合に、下限としては、10質量部であることが好ましく、15質量部であることがより好ましく、20質量部であることが特に好ましい。上限としては、60質量部であることが好ましく、55質量部であることがより好ましく、50質量部であることが特に好ましい。芳香族ビニル化合物に由来する繰り返し単位の含有割合が前記範囲にあると、得られる重合体のTgが好適となりやすい。その結果、グラファイトのような炭素材料やケイ素材料を含有する活物質同士の結合能力を高めることができる。また、得られる活物質層は、柔軟性や集電体に対する密着能力がより良好なものとなる。なお、芳香族ビニル化合物の例示については、重合体(A)と同様である。 The lower limit of the content of the repeating unit derived from the aromatic vinyl compound is preferably 10 parts by mass, and 15 parts by mass when the total of the repeating units in the polymer (B) is 100 parts by mass. is more preferable, and 20 parts by mass is particularly preferable. The upper limit is preferably 60 parts by mass, more preferably 55 parts by mass, and particularly preferably 50 parts by mass. When the content of repeating units derived from an aromatic vinyl compound is within the above range, the resulting polymer tends to have a suitable Tg. As a result, the bonding ability between active materials containing a carbon material such as graphite or a silicon material can be enhanced. In addition, the resulting active material layer has better flexibility and adhesion to the current collector. Examples of the aromatic vinyl compound are the same as those for the polymer (A).
<α,β-不飽和ニトリル化合物に由来する繰り返し単位>
重合体(B)がα,β-不飽和ニトリル化合物に由来する繰り返し単位を有する場合には、重合体(B)は後述する電解液によって適度に膨潤することができる。すなわち、ニトリル基の存在によって重合体鎖からなる網目構造に電解液が浸入し、網目間隔が広がるため、溶媒和したリチウムイオンがこの網目構造をすり抜けて移動し易くなる。その結果、リチウムイオンの拡散性が向上すると考えられる。これにより、電極抵抗を低減させることができるので、電極のより良好な充放電特性が実現される。
<Repeating Unit Derived from α,β-Unsaturated Nitrile Compound>
When the polymer (B) has a repeating unit derived from an α,β-unsaturated nitrile compound, the polymer (B) can be moderately swollen by the electrolytic solution described below. That is, the presence of the nitrile group allows the electrolytic solution to permeate the network structure of the polymer chains, widening the network spacing, so that the solvated lithium ions easily pass through the network structure and move. As a result, it is considered that the diffusibility of lithium ions is improved. As a result, the electrode resistance can be reduced, so that better charge/discharge characteristics of the electrode can be achieved.
α,β-不飽和ニトリル化合物に由来する繰り返し単位の含有割合は、重合体(B)中の繰り返し単位の合計を100質量部とした場合に、下限としては、0質量部であることが好ましく、2質量部であることがより好ましく、5質量部であることが特に好ましい。上限としては、50質量部であることが好ましく、45質量部であることがより好ましく、40質量部であることが特に好ましい。α,β-不飽和ニトリル化合物に由来する繰り返し単位の含有割合が前記範囲にあると、使用する電解液との親和性により優れ、密着性及び強度にもより優れ、かつ機械的特性と電気的特性とのバランスにより優れた蓄電デバイス用組成物を製造することができる。なお、α,β-不飽和ニトリル化合物の例示については、重合体(A)と同様である。 The lower limit of the content of repeating units derived from the α,β-unsaturated nitrile compound is preferably 0 parts by mass when the total number of repeating units in the polymer (B) is 100 parts by mass. , more preferably 2 parts by mass, and particularly preferably 5 parts by mass. The upper limit is preferably 50 parts by mass, more preferably 45 parts by mass, and particularly preferably 40 parts by mass. When the content of the repeating unit derived from the α,β-unsaturated nitrile compound is within the above range, the affinity with the electrolytic solution to be used is excellent, the adhesion and strength are excellent, and the mechanical properties and electrical properties are improved. A composition for an electricity storage device that is excellent in balance with properties can be produced. Examples of the α,β-unsaturated nitrile compound are the same as those for the polymer (A).
<その他の繰り返し単位>
本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物に含まれる重合体(B)は、上記繰り返し単位以外に、これらと共重合可能な単量体に由来する繰り返し単位を含有することができる。
<Other repeating units>
The polymer (B) contained in the electricity storage device composition according to the present embodiment can contain, in addition to the repeating units described above, repeating units derived from monomers copolymerizable therewith.
このような単量体の具体例としては、フッ化ビニリデン、四フッ化エチレン、六フッ化プロピレン、1,1,2,2-テトラフルオロ-1,2-ビス[(トリフルオロビニル)オキシ]エタン等のエチレン性不飽和結合を有する含フッ素化合物;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のカルボン酸ビニルエステル;エチレン性不飽和ジカルボン酸の酸無水物;アミノエチルアクリルアミド、ジメチルアミノメチルメタクリルアミド、メチルアミノプロピルメタクリルアミド等のエチレン性不飽和カルボン酸のアミノアルキルアミド等を挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上であることができる。 Specific examples of such monomers include vinylidene fluoride, ethylene tetrafluoride, propylene hexafluoride, 1,1,2,2-tetrafluoro-1,2-bis[(trifluorovinyl)oxy] Fluorinated compounds having ethylenically unsaturated bonds such as ethane; carboxylic acid vinyl esters such as vinyl acetate and vinyl propionate; acid anhydrides of ethylenically unsaturated dicarboxylic acids; aminoethylacrylamide, dimethylaminomethylmethacrylamide, methylamino Examples include aminoalkylamides of ethylenically unsaturated carboxylic acids such as propylmethacrylamide, and one or more selected from these.
<重合体(B)の好ましい態様>
重合体(B)としては、より密着性に優れたバインダー組成物を得る観点から、以下のいずれかの態様であることが好ましい。
<Preferred Embodiment of Polymer (B)>
From the viewpoint of obtaining a binder composition having more excellent adhesion, the polymer (B) preferably has any one of the following aspects.
(第1の態様)
重合体(B)中の繰り返し単位の合計を100質量部としたときに、水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位を0質量部以上50質量部未満と、不飽和カルボン酸エステル(水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルを除く)に由来する繰り返し単位を50~100質量部と、を含有する重合体(B-1)。
重合体(B-1)は、さらに不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位を0.5~5質量部含有することが好ましい。また、重合体(B-1)は、さらに(メタ)アクリルアミドに由来する繰り返し単位を1~30質量部含有してもよい。重合体(B-1)は、これらの繰り返し単位を有する重合体と含フッ素系重合体とを組み合わせた複合粒子としてもよい。
(First aspect)
When the total of repeating units in the polymer (B) is 100 parts by mass, 0 parts by mass or more and less than 50 parts by mass of repeating units derived from an unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group and an unsaturated carboxylic acid ester ( A polymer (B-1) containing 50 to 100 parts by mass of repeating units derived from an unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group.
The polymer (B-1) preferably further contains 0.5 to 5 parts by mass of repeating units derived from an unsaturated carboxylic acid. The polymer (B-1) may further contain 1 to 30 parts by mass of repeating units derived from (meth)acrylamide. The polymer (B-1) may be composite particles in which a polymer having these repeating units and a fluorine-containing polymer are combined.
(第2の態様)
重合体(B)中の繰り返し単位の合計を100質量部としたときに、水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位を0質量部以上50質量部未満と、共役ジエン化合物に由来する繰り返し単位を20~70質量部と、不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位を0.5~30質量部と、を含有する重合体(B-2)。
重合体(B-2)は、さらに芳香族ビニル化合物に由来する繰り返し単位を1~50質量部含有することが好ましい。また、重合体(B-2)は、さらに(メタ)アクリルアミドに由来する繰り返し単位を1~30質量部含有してもよい。
(Second aspect)
When the total of repeating units in the polymer (B) is 100 parts by mass, the repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group is 0 parts by mass or more and less than 50 parts by mass, and the repeating unit derived from a conjugated diene compound A polymer (B-2) containing 20 to 70 parts by mass of repeating units and 0.5 to 30 parts by mass of repeating units derived from an unsaturated carboxylic acid.
The polymer (B-2) preferably further contains 1 to 50 parts by mass of repeating units derived from an aromatic vinyl compound. In addition, the polymer (B-2) may further contain 1 to 30 parts by mass of repeating units derived from (meth)acrylamide.
1.2.2.重合体(B)の特性
<水に対する溶解度>
重合体(B)は、水不溶性重合体であることが好ましい。重合体(B)が水不溶性重合体であることにより、重合体(B)のバインダーとしての機能(すなわち、活物質同士の結合能力、及び、活物質層と集電体との密着能力)が発揮されやすくなるため好ましい。なお、本発明における「水不溶性重合体」とは、25℃、1気圧における水に対する溶解度が、水100gに対し1g未満である重合体のことをいう。
1.2.2. Properties of polymer (B) <solubility in water>
Polymer (B) is preferably a water-insoluble polymer. Since the polymer (B) is a water-insoluble polymer, the function of the polymer (B) as a binder (that is, the binding ability between active materials and the adhesion ability between the active material layer and the current collector) is enhanced. It is preferable because it is easily exhibited. The term "water-insoluble polymer" as used in the present invention means a polymer having a solubility in water of less than 1 g per 100 g of water at 25° C. and 1 atm.
<テトラヒドロフラン(THF)不溶分>
重合体(B)のTHF不溶分は、75質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることがより好ましい。このTHF不溶分は、蓄電デバイスにおいて使用される電解液に対する不溶分量とほぼ比例することが経験的に確認されている。このため、THF不溶分が前記範囲である重合体(B)を用いることにより、長期間にわたって充放電を繰り返した場合でも電解液への重合体(B)の溶出を抑制できるため好ましい。
<Tetrahydrofuran (THF) insoluble matter>
The THF-insoluble content of the polymer (B) is preferably 75% by mass or more, more preferably 80% by mass or more. It has been empirically confirmed that this THF-insoluble content is approximately proportional to the amount of insoluble content in the electrolytic solution used in the electric storage device. Therefore, it is preferable to use the polymer (B) having a THF-insoluble content within the above range, because the elution of the polymer (B) into the electrolytic solution can be suppressed even when charging and discharging are repeated over a long period of time.
重合体(B)のTHF不溶分は、重合体(B)1gをテトラヒドロフラン(THF)400mL中に浸漬して50℃で3時間振とうし、その後、THF相を300メッシュの金網で濾過して不溶分を分離した後、溶解分のTHFを蒸発除去して得た残存物の質量(Y(g))を測定した値から、下記式(1)によって算出することができる。
THF不溶分(%)=((1-Y)/1)×100 ・・・・・(1)
The THF-insoluble portion of polymer (B) was obtained by immersing 1 g of polymer (B) in 400 mL of tetrahydrofuran (THF) and shaking at 50° C. for 3 hours, and then filtering the THF phase through a 300-mesh wire mesh. It can be calculated by the following formula (1) from the measured value of the mass (Y (g)) of the residue obtained by removing the dissolved THF by evaporation after separating the insoluble matter.
THF insoluble matter (%) = ((1-Y)/1) x 100 (1)
<吸熱特性>
重合体(B)は、JIS K7121に準拠する示差走査熱量測定(DSC)によって測定したときに、-40℃~30℃の温度範囲において吸熱ピークを1つのみ有するものであることが好ましい。この吸熱ピークの温度(すなわちガラス転移温度(Tg))は、-30℃~25℃の範囲にあることがより好ましく、-25℃~20℃の範囲にあることがより好ましい。DSC分析における重合体(B)の吸熱ピークが1つのみであり、かつ該ピーク温度が上記範囲にある場合、該重合体(B)は良好な密着性を示すとともに、活物質層に対してより良好な柔軟性と粘着性とを付与することができ好ましい。
<Endothermic properties>
The polymer (B) preferably has only one endothermic peak in the temperature range of -40°C to 30°C when measured by differential scanning calorimetry (DSC) according to JIS K7121. The endothermic peak temperature (that is, the glass transition temperature (Tg)) is preferably in the range of -30°C to 25°C, more preferably in the range of -25°C to 20°C. When the polymer (B) has only one endothermic peak in the DSC analysis and the peak temperature is within the above range, the polymer (B) exhibits good adhesion to the active material layer. It is preferable because it can impart better flexibility and adhesiveness.
<数平均粒子径>
重合体(B)が液状媒体(C)中に粒子として分散されたラテックス状である場合、重合体(B)の数平均粒子径は、50~1,000nmの範囲にあることが好ましく、90~750nmの範囲にあることがより好ましい。重合体(B)の数平均粒子径が前記範囲にあると、活物質の表面に重合体(B)が吸着しやすくなるので、活物質の移動に伴って重合体(B)も追従して移動することができる。その結果、両者の粒子のうちのいずれかのみが単独でマイグレーションすることを抑制できるので、電気的特性の劣化を低減することができる。
<Number average particle size>
When the polymer (B) is in the form of latex dispersed as particles in the liquid medium (C), the number average particle size of the polymer (B) is preferably in the range of 50 to 1,000 nm, preferably 90 It is more preferably in the range of ~750 nm. When the number average particle size of the polymer (B) is within the above range, the polymer (B) is easily adsorbed on the surface of the active material, so that the polymer (B) follows the movement of the active material. can move. As a result, it is possible to suppress the migration of only one of the two particles independently, so that the deterioration of the electrical characteristics can be reduced.
なお、重合体(B)の数平均粒子径とは、光散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置を用いて粒度分布を測定し、小さい粒子から粒子を累積したときの粒子数の累積度数が50%となる粒子径(D50)の値である。このような粒度分布測定装置としては、例えばコールターLS230、LS100、LS13 320(以上、Beckman Coulter.Inc製)や、FPAR-1000(大塚電子株式会社製)などを挙げることができる。 The number average particle diameter of the polymer (B) is the cumulative frequency of the number of particles when the particle size distribution is measured using a particle size distribution measuring device based on the measurement principle of the light scattering method, and the particles are accumulated from small particles. is the value of the particle diameter (D50) at which is 50%. Examples of such particle size distribution analyzers include Coulter LS230, LS100, and LS13 320 (manufactured by Beckman Coulter, Inc.) and FPAR-1000 (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.).
<重量平均分子量(Mw)>
重合体(B)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法によるポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)が10,000以上であることが好ましく、100,000以上であることがより好ましく、500,000以上であることが特に好ましい。重合体(A)の重量平均分子量(Mw)が前記範囲であると、密着性が良好となり、充放電特性に優れた蓄電デバイスが得られやすい。
<Weight average molecular weight (Mw)>
The polymer (B) preferably has a weight average molecular weight (Mw) in terms of polystyrene by gel permeation chromatography (GPC) of 10,000 or more, more preferably 100,000 or more. 000 or more is particularly preferred. When the weight-average molecular weight (Mw) of the polymer (A) is within the above range, the adhesion is good, and an electricity storage device with excellent charge/discharge characteristics can be easily obtained.
1.2.3.重合体(B)の製造方法
重合体(B)の合成方法については、特に限定されないが、例えば公知の乳化剤(界面活性剤)、連鎖移動剤、重合開始剤などの存在下で行う乳化重合法によることができる。公知の乳化剤、連鎖移動剤、重合開始剤としては、特許第599399号公報等に記載されている化合物を挙げることができる。
1.2.3. Method for producing the polymer (B) The method for synthesizing the polymer (B) is not particularly limited, but for example, an emulsion polymerization method performed in the presence of a known emulsifier (surfactant), chain transfer agent, polymerization initiator, etc. can depend on Examples of known emulsifiers, chain transfer agents and polymerization initiators include compounds described in Japanese Patent No. 599399 and the like.
重合体(B)を合成するための乳化重合法は、一段重合により行われてもよく、二段以上の多段重合により行われてもよい。 The emulsion polymerization method for synthesizing the polymer (B) may be carried out by one-stage polymerization or may be carried out by multi-stage polymerization of two or more stages.
重合体(B)の合成が一段重合により行われる場合、上記の単量体の混合物を、適当な乳化剤、連鎖移動剤、重合開始剤などの存在下で、好ましくは40~80℃において、好ましくは4~18時間の乳化重合によることができる。 When the synthesis of the polymer (B) is carried out by one-step polymerization, the mixture of the above monomers is preferably reacted at 40 to 80° C. in the presence of a suitable emulsifier, chain transfer agent, polymerization initiator, etc. can be by emulsion polymerization for 4 to 18 hours.
重合体(B)の合成が二段重合により行われる場合、各段階の重合は、以下のように設定することが好ましい。 When the polymer (B) is synthesized by two-stage polymerization, it is preferable to set the polymerization in each stage as follows.
一段目重合に使用する単量体の使用割合は、単量体の全質量(一段目重合に使用する単量体の質量と二段目重合に使用する単量体の質量との合計)に対して、40~95質量%の範囲とすることが好ましく、45~90質量%の範囲とすることが好ましい。一段目重合をこのような量の単量体で行うことにより、分散安定性に優れ、凝集物が生じ難い重合体(B)の粒子を得ることができると共に、蓄電デバイス用組成物の経時的な粘度上昇も抑制されることとなり好ましい。 The ratio of the monomers used in the first-stage polymerization is the total mass of monomers (the sum of the mass of the monomers used in the first-stage polymerization and the mass of the monomers used in the second-stage polymerization). On the other hand, it is preferably in the range of 40 to 95% by mass, more preferably in the range of 45 to 90% by mass. By carrying out the first-stage polymerization with such an amount of monomers, it is possible to obtain particles of the polymer (B) that are excellent in dispersion stability and are less likely to form aggregates, and that the composition for an electricity storage device changes over time. This is preferable because it also suppresses a significant increase in viscosity.
一段目重合に使用する単量体の種類及びその使用割合と、二段目重合に使用する単量体の種類及びその使用割合とは、同じであってもよく、異なっていてもよい。しかしながら、単量体として、α,β-不飽和ニトリル化合物のようなジエン系単量体との反応性の高い単量体を使用する場合、急激に重合反応が進むために反応熱が一度に発生し、重合の温度制御が困難となる場合がある。このため、重合の温度制御をより安定化させるために、これらの単量体のうち、好ましくは10~60質量%、より好ましくは15~50質量%を二段目重合に供することが好ましい。 The types and proportions of the monomers used in the first-stage polymerization may be the same as or different from the types and proportions of the monomers used in the second-stage polymerization. However, when using a monomer highly reactive with a diene monomer such as an α,β-unsaturated nitrile compound as the monomer, the reaction heat is released all at once because the polymerization reaction progresses rapidly. may occur, making it difficult to control the temperature of the polymerization. Therefore, preferably 10 to 60% by mass, more preferably 15 to 50% by mass of these monomers are subjected to the second-stage polymerization in order to further stabilize the temperature control of the polymerization.
また、二段目重合に使用する単量体には、不飽和カルボン酸、(メタ)アクリルアミド、水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルを含有する単量体混合物を使用することが好ましい。この二段目重合に使用する単量体混合物中の不飽和カルボン酸、(メタ)アクリルアミド、水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルの含有割合は、好ましくは50質量%以上、より好ましくは75質量%以上、特に好ましくは100質量%である。 Moreover, it is preferable to use a monomer mixture containing an unsaturated carboxylic acid, (meth)acrylamide, and an unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group as the monomers used in the second-stage polymerization. The content of the unsaturated carboxylic acid, (meth)acrylamide, and unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group in the monomer mixture used in the second-stage polymerization is preferably 50% by mass or more, more preferably 75% by mass. More preferably, it is 100% by mass.
各段階の重合条件は、得られる重合体の分散性の観点から、以下のようにすることが好ましい。
・一段目重合;好ましくは40~80℃の温度;好ましくは2~24時間の重合時間;好ましくは50質量%以上、より好ましくは60質量%以上の重合転化率。
・二段目重合;好ましくは40~80℃の温度;好ましくは2~6時間の重合時間。
From the viewpoint of the dispersibility of the resulting polymer, the polymerization conditions at each stage are preferably as follows.
- First-stage polymerization; preferably temperature of 40 to 80°C; polymerization time of preferably 2 to 24 hours; polymerization conversion rate of preferably 50% by mass or more, more preferably 60% by mass or more.
• Second-stage polymerization; preferably temperature of 40 to 80°C; polymerization time of preferably 2 to 6 hours.
乳化重合における全固形分濃度を50質量%以下とすることにより、得られる重合体の分散安定性が良好な状態で重合反応を進行させることができる。この全固形分濃度は、好ましくは45質量%以下であり、より好ましくは40質量%以下である。 By setting the total solid concentration in the emulsion polymerization to 50% by mass or less, the polymerization reaction can proceed in a state in which the obtained polymer has good dispersion stability. The total solid content concentration is preferably 45% by mass or less, more preferably 40% by mass or less.
重合体(B)の合成が、一段重合により行われる場合であっても、もしくは二段重合法により行われる場合であっても、乳化重合終了後には重合混合物に中和剤を添加することにより、pHを3~6程度、好ましくは3.5~5.5、より好ましくは4~5に調整することが好ましい。ここで使用する中和剤としては、特に限定されるものではないが、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの金属水酸化物;アンモニアなどを挙げることができる。上記のpH範囲に設定することにより、重合体(B)の安定性が良好となる。中和処理を行った後に、重合混合物を濃縮することにより、重合体(B)の良好な安定性を維持しながら固形分濃度を高くすることができる。 Even if the synthesis of the polymer (B) is carried out by one-step polymerization or by two-step polymerization, by adding a neutralizing agent to the polymerization mixture after the emulsion polymerization is completed, , the pH is preferably adjusted to about 3-6, preferably 3.5-5.5, more preferably 4-5. The neutralizing agent used here is not particularly limited, but examples thereof include metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide; ammonia and the like. By setting the pH within the above range, the stability of the polymer (B) is improved. By concentrating the polymerization mixture after the neutralization treatment, the solid content concentration can be increased while maintaining good stability of the polymer (B).
(B)重合体が含フッ素系重合体粒子である場合、その具体的態様としては、(1)フッ素原子を有する単量体に由来する繰り返し単位を有する重合体粒子を一段重合で合成して得られる共重合体粒子、(2)フッ素原子を有する単量体に由来する繰り返し単位を有する重合体Xと不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位を有する重合体Yとを有する複合粒子、の二態様が挙げられる。これらのうち、耐酸化性に優れる観点から、複合粒子であることが好ましく、該複合粒子がポリマーアロイ粒子であることがより好ましい。この
ような複合粒子の製造方法としては、例えば特開2014-081996号公報等に記載されている方法が挙げられる。
(B) When the polymer is a fluorine-containing polymer particle, as a specific embodiment, (1) a polymer particle having a repeating unit derived from a monomer having a fluorine atom is synthesized by one-step polymerization. (2) a composite particle having a polymer X having a repeating unit derived from a monomer having a fluorine atom and a polymer Y having a repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid; aspects. Among these, from the viewpoint of excellent oxidation resistance, composite particles are preferable, and the composite particles are more preferably polymer alloy particles. Examples of the method for producing such composite particles include the method described in JP-A-2014-081996.
1.3.液状媒体(C)
本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物は、液状媒体(C)を含有する。液状媒体(C)としては、水を含有する水系媒体であることが好ましく、水であることがより好ましい。上記水系媒体には、水以外の非水系媒体を含有させることができる。この非水系媒体としては、例えばアミド化合物、炭化水素、アルコール、ケトン、エステル、アミン化合物、ラクトン、スルホキシド、スルホン化合物などを挙げることができ、これらの中から選択される1種以上を使用することができる。本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物は、液状媒体(C)として水系媒体を使用することにより、環境に対して悪影響を及ぼす程度が低くなり、取扱作業者に対する安全性も高くなる。
1.3. liquid medium (C)
The composition for an electricity storage device according to this embodiment contains a liquid medium (C). The liquid medium (C) is preferably an aqueous medium containing water, more preferably water. The aqueous medium can contain a non-aqueous medium other than water. Examples of the non-aqueous medium include amide compounds, hydrocarbons, alcohols, ketones, esters, amine compounds, lactones, sulfoxides, sulfone compounds, etc., and one or more selected from these can be used. can be done. By using an aqueous medium as the liquid medium (C), the composition for an electricity storage device according to the present embodiment has a lower degree of adverse effects on the environment and a higher level of safety for workers handling it.
水系媒体中に含まれる非水系媒体の含有割合は、水系媒体100質量部中、10質量部以下であることが好ましく、5質量部以下であることがより好ましく、実質的に含有しないことが特に好ましい。ここで、「実質的に含有しない」とは、液状媒体として非水系媒体を意図的に添加しないという程度の意味であり、蓄電デバイス用組成物を作製する際に不可避的に混入する非水系媒体を含んでいてもよい。 The content of the non-aqueous medium contained in the aqueous medium is preferably 10 parts by mass or less, more preferably 5 parts by mass or less per 100 parts by mass of the aqueous medium. preferable. Here, the term "substantially does not contain" means that a non-aqueous medium is not intentionally added as a liquid medium, and the non-aqueous medium that is inevitably mixed when producing the composition for an electricity storage device. may contain
1.4.その他の添加剤
本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物は、必要に応じて上述した成分以外の添加剤を含有することができる。このような添加剤としては、例えば重合体(A)及び重合体(B)以外の重合体、防腐剤、増粘剤等が挙げられる。防腐剤としては、例えば特許第599399号公報等に記載されている化合物が挙げられる。
1.4. Other Additives The composition for an electricity storage device according to the present embodiment can contain additives other than the components described above, if necessary. Examples of such additives include polymers other than the polymer (A) and polymer (B), preservatives, thickeners, and the like. Examples of antiseptics include compounds described in Japanese Patent No. 599399 and the like.
本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物は、増粘剤を含有することにより、その塗布性や得られる蓄電デバイスの充放電特性等をさらに向上できる場合がある。 By containing a thickener, the composition for an electricity storage device according to the present embodiment may be able to further improve the applicability and the charge/discharge characteristics of the obtained electricity storage device.
このような増粘剤としては、例えばカルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース化合物;上記セルロース化合物のアンモニウム塩又はアルカリ金属塩;ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール、エチレン-ビニルアルコール共重合体などのポリビニルアルコール系(共)重合体;(メタ)アクリル酸、マレイン酸及びフマル酸などの不飽和カルボン酸とビニルエステルとの共重合体の鹸化物などの水溶性ポリマーなどが挙げられる。これらの中でも特に好ましい増粘剤としては、カルボキシメチルセルロースのアルカリ金属塩、ポリ(メタ)アクリル酸のアルカリ金属塩などである。 Examples of such thickeners include cellulose compounds such as carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, and hydroxypropyl cellulose; ammonium salts or alkali metal salts of the above cellulose compounds; polyvinyl alcohol, modified polyvinyl alcohol, ethylene-vinyl alcohol copolymers, and the like. polyvinyl alcohol-based (co)polymers; and water-soluble polymers such as saponified copolymers of unsaturated carboxylic acids such as (meth)acrylic acid, maleic acid and fumaric acid, and vinyl esters. Among these, particularly preferred thickeners include alkali metal salts of carboxymethylcellulose and alkali metal salts of poly(meth)acrylic acid.
これら増粘剤の市販品としては、例えばCMC1120、CMC1150、CMC2200、CMC2280、CMC2450(以上、株式会社ダイセル製)等のカルボキシメチルセルロースのアルカリ金属塩を挙げることができる。 Examples of commercially available thickeners include alkali metal salts of carboxymethylcellulose such as CMC1120, CMC1150, CMC2200, CMC2280, and CMC2450 (manufactured by Daicel Corporation).
本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物が増粘剤を含有する場合、増粘剤の含有割合は、蓄電デバイス用組成物の全固形分量100質量部に対して、5質量部以下であることが好ましく、0.1~3質量部であることがより好ましい。 When the power storage device composition according to the present embodiment contains a thickener, the content of the thickener is 5 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the total solid content of the power storage device composition. is preferred, and 0.1 to 3 parts by mass is more preferred.
1.5.蓄電デバイス用組成物の物性
<重合体(A)と重合体(B)の含有割合>
本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物は、前記重合体(A)の含有量をMa質量部、前記重合体(B)の含有量をMb質量部としたときに、Mb/Maの値が0.5~5.0であることが好ましく、0.6~4.5であることがより好ましく、0.7~4.0であ
ることが特に好ましい。蓄電デバイス用組成物中の重合体(A)と重合体(B)との配合バランスが前記範囲にあると、重合体(A)の活物質の表面をコーティングして活物質の膨張を抑制する効果と、重合体(B)の活物質と集電体との密着能力及び活物質同士の結合能力との相乗効果によって、密着性に優れるだけでなく、非常に良好な充放電耐久特性を示す蓄電デバイス電極が得られる。
1.5. Physical Properties of Composition for Electricity Storage Device <Content Ratio of Polymer (A) and Polymer (B)>
When the content of the polymer (A) is Ma parts by mass and the content of the polymer (B) is Mb parts by mass, the power storage device composition according to the present embodiment has a value of Mb/Ma It is preferably 0.5 to 5.0, more preferably 0.6 to 4.5, and particularly preferably 0.7 to 4.0. When the blending balance of the polymer (A) and the polymer (B) in the electricity storage device composition is within the above range, the surface of the active material of the polymer (A) is coated to suppress the expansion of the active material. Due to the synergistic effect of the effect and the adhesion ability of the polymer (B) between the active material and the current collector and the bonding ability between the active materials, not only excellent adhesion but also very good charge / discharge durability characteristics are exhibited. An electrical storage device electrode is obtained.
<pH>
本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物のpHは、3~8であることが好ましく、3.5~8であることがより好ましく、3.5~7.8であることが特に好ましい。pHが前記範囲内にあれば、スラリーを塗布する際にレベリング性不足や液ダレ等の問題の発生を抑制することができ、良好な電気的特性と密着性とを両立させた蓄電デバイス電極を製造することが容易となる。
<pH>
The pH of the power storage device composition according to the present embodiment is preferably 3 to 8, more preferably 3.5 to 8, and particularly preferably 3.5 to 7.8. If the pH is within the above range, it is possible to suppress the occurrence of problems such as insufficient leveling and liquid dripping when applying the slurry, and an electricity storage device electrode having both good electrical properties and adhesion can be obtained. Easier to manufacture.
本明細書における「pH」とは、以下のようにして測定される物性をいう。25℃で、pH標準液として中性リン酸塩標準液及びほう酸塩標準液で校正したガラス電極を用いたpH計で、JIS Z8802:2011に準拠して測定した値である。このようなpH計としては、例えば東亜ディーケーケー株式会社製「HM-7J」や株式会社堀場製作所製「D-51」等が挙げられる。 "pH" as used herein refers to a physical property measured as follows. It is a value measured in accordance with JIS Z8802:2011 at 25° C. with a pH meter using a glass electrode calibrated with a neutral phosphate standard solution and a borate standard solution as pH standard solutions. Examples of such a pH meter include "HM-7J" manufactured by Toa DKK Co., Ltd. and "D-51" manufactured by Horiba, Ltd.
pHが前記範囲である蓄電デバイス用組成物を用いて作製されたスラリーでは、pHが低いことにより活物質表面を、充放電特性を劣化させない程度に腐食し、大気中に暴露されて汚染が付着した活物質表面をクリーニングすることができる。その結果、得られる活物質層において活物質と電解液との間でリチウムイオンの吸蔵と放出の障害を抑制することができ、良好な充放電特性を発現させることが可能となると考えられる。 In the slurry prepared using the power storage device composition having a pH within the above range, the low pH corrodes the surface of the active material to an extent that does not deteriorate the charge/discharge characteristics, and the surface of the active material is exposed to the atmosphere and adheres to contamination. The active material surface can be cleaned. As a result, in the obtained active material layer, it is possible to suppress the hindrance of intercalation and deintercalation of lithium ions between the active material and the electrolytic solution, and it is possible to develop good charge-discharge characteristics.
なお、蓄電デバイス用組成物のpHは、重合体(A)を構成する単量体組成に影響を受けることを否定しないが、単量体組成のみで定まるものではないことを付言しておく。すなわち、一般的に同じ単量体組成であっても重合条件等で蓄電デバイス用組成物のpHが変化することが知られており、本願実施例ではその一例を示しているに過ぎない。 Although it is not denied that the pH of the electricity storage device composition is affected by the composition of the monomers constituting the polymer (A), it should be added that it is not determined solely by the composition of the monomers. That is, it is generally known that the pH of the electricity storage device composition changes depending on the polymerization conditions and the like even if the monomer composition is the same, and the examples of the present application merely show an example thereof.
例えば、同じ単量体組成であっても、重合反応液に最初から不飽和カルボン酸を全て仕込み、その後他の単量体を順次添加して加える場合と、不飽和カルボン酸以外の単量体を重合反応液へ仕込み、最後に不飽和カルボン酸を添加する場合とでは、得られる重合体の表面に露出する不飽和カルボン酸に由来するカルボキシル基の量は異なる。このように重合方法で単量体を加える順番を変更するだけでも、蓄電デバイス用組成物のpHは大きく異なると考えられる。 For example, even if the monomer composition is the same, when all the unsaturated carboxylic acid is charged from the beginning to the polymerization reaction solution and then other monomers are added sequentially, and when the monomers other than the unsaturated carboxylic acid are added is added to the polymerization reaction solution and the unsaturated carboxylic acid is added at the end, the amount of carboxyl groups derived from the unsaturated carboxylic acid exposed on the surface of the obtained polymer is different. Thus, it is considered that the pH of the composition for an electricity storage device is greatly changed by simply changing the order of adding the monomers in the polymerization method.
2.蓄電デバイス用スラリー
本実施形態に係る蓄電デバイス用スラリーは、上述の蓄電デバイス用組成物を含有するものである。本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物は、上述したように、充放電に伴って発生するデンドライトに起因する短絡を抑制するための保護膜を形成するための材料として使用することもできるし、活物質同士の結合能力及び活物質と集電体との密着能力並びに粉落ち耐性を向上させた蓄電デバイス電極(活物質層)を作製するための材料として使用することもできる。そのため、保護膜を形成するための蓄電デバイス用スラリー(以下、「保護膜形成用スラリー」ともいう。)と、蓄電デバイス電極の活物質層を形成するための蓄電デバイス用スラリー(以下、「蓄電デバイス電極用スラリー」ともいう。)とに分けて説明する。
2. Power Storage Device Slurry The power storage device slurry according to the present embodiment contains the power storage device composition described above. As described above, the composition for an electricity storage device according to the present embodiment can be used as a material for forming a protective film for suppressing short circuits caused by dendrites that occur during charging and discharging. It can also be used as a material for producing an electricity storage device electrode (active material layer) with improved bonding ability between active materials, adhesion ability between an active material and a current collector, and resistance to falling powder. Therefore, an electricity storage device slurry for forming a protective film (hereinafter also referred to as "protective film forming slurry") and an electricity storage device slurry for forming an active material layer of an electricity storage device electrode (hereinafter referred to as "electricity storage (also referred to as “slurry for device electrodes”).
2.1.保護膜形成用スラリー
本明細書における「保護膜形成用スラリー」とは、これを電極またはセパレータの表面
もしくはその両方に塗布した後、乾燥させて、電極またはセパレータの表面もしくはその両方に保護膜を形成するために用いられる分散液のことをいう。本実施形態に係る保護膜形成用スラリーは、上述した蓄電デバイス用組成物のみから構成されていてもよく、無機フィラーをさらに含有してもよい。以下、本実施形態に係る保護膜形成用スラリーに含まれる各成分について詳細に説明する。なお、蓄電デバイス用組成物については、上述した通りであるので説明を省略する。
2.1. Slurry for forming a protective film The term "slurry for forming a protective film" as used herein refers to a slurry that is applied to the surface of an electrode or a separator or both, and then dried to form a protective film on the surface of an electrode or a separator or both. Refers to the dispersion used to form the The protective film-forming slurry according to the present embodiment may be composed only of the composition for an electricity storage device described above, and may further contain an inorganic filler. Hereinafter, each component contained in the protective film forming slurry according to the present embodiment will be described in detail. In addition, since it is as above-mentioned about the composition for electrical storage devices, description is abbreviate|omitted.
2.1.1.無機フィラー
本実施形態に係る保護膜形成用スラリーは、無機フィラーを含有することにより、形成される保護膜のタフネスを向上させることができる。無機フィラーとしては、シリカ、酸化チタン(チタニア)、酸化アルミニウム(アルミナ)、酸化ジルコニウム(ジルコニア)、及び酸化マグネシウム(マグネシア)よりなる群から選択される少なくとも1種の粒子を用いることが好ましい。これらの中でも、保護膜のタフネスをより向上させる観点から、酸化チタン及び酸化アルミニウムが好ましい。また、酸化チタンとしてはルチル型の酸化チタンがより好ましい。
2.1.1. Inorganic Filler The slurry for forming a protective film according to the present embodiment can improve the toughness of the formed protective film by containing an inorganic filler. At least one particle selected from the group consisting of silica, titanium oxide (titania), aluminum oxide (alumina), zirconium oxide (zirconia), and magnesium oxide (magnesia) is preferably used as the inorganic filler. Among these, titanium oxide and aluminum oxide are preferable from the viewpoint of further improving the toughness of the protective film. As titanium oxide, rutile-type titanium oxide is more preferable.
無機フィラーの平均粒子径は、1μm以下であることが好ましく、0.1~0.8μmの範囲内であることがより好ましい。なお、無機フィラーの平均粒子径は、多孔質膜であるセパレータの平均孔径よりも大きいことが好ましい。これにより、セパレータへのダメージを軽減し、無機フィラーがセパレータの微多孔に詰まることを防ぐことができる。 The average particle size of the inorganic filler is preferably 1 μm or less, more preferably in the range of 0.1 to 0.8 μm. The average particle size of the inorganic filler is preferably larger than the average pore size of the separator, which is a porous membrane. This can reduce damage to the separator and prevent the inorganic filler from clogging the micropores of the separator.
本実施形態に係る保護膜形成用スラリーは、無機フィラー100質量部に対して、上述の蓄電デバイス用組成物が、固形分換算で0.1~20質量部含有されていることが好ましく、1~10質量部含有されていることがより好ましい。蓄電デバイス用組成物の含有割合が前記範囲であることにより、形成される保護膜のタフネスとリチウムイオンの透過性とのバランスが良好となり、その結果、得られる蓄電デバイスの抵抗上昇率をより低くすることができる。 The protective film-forming slurry according to the present embodiment preferably contains 0.1 to 20 parts by mass of the above-described power storage device composition in terms of solid content with respect to 100 parts by mass of the inorganic filler. It is more preferable to contain up to 10 parts by mass. When the content of the electricity storage device composition is within the above range, the resulting protective film has a good balance between toughness and lithium ion permeability, and as a result, the resulting electricity storage device has a lower rate of increase in resistance. can do.
2.1.2.液状媒体
本実施形態に係る保護膜形成用スラリーは、上述の蓄電デバイス用組成物の「1.3.液状媒体(C)」に記載されている材料を必要に応じて用いることができる。液状媒体の添加量は、塗工方法等に応じて最適なスラリーの粘度が得られるように、必要に応じて調整することができる。
2.1.2. Liquid Medium For the protective film-forming slurry according to the present embodiment, the material described in “1.3. Liquid Medium (C)” of the composition for an electric storage device can be used as necessary. The amount of the liquid medium to be added can be adjusted as necessary so as to obtain the optimum viscosity of the slurry according to the coating method and the like.
2.1.3.その他の成分
本実施形態に係る保護膜形成用スラリーは、上述の蓄電デバイス用組成物の「1.4.その他の添加剤」に記載されている材料を必要に応じて適量用いることができる。
2.1.3. Other Components The protective film-forming slurry according to the present embodiment can use appropriate amounts of the materials described in “1.4. Other Additives” of the composition for an electric storage device described above, if necessary.
2.2.蓄電デバイス電極用スラリー
本明細書における「蓄電デバイス電極用スラリー」とは、これを集電体の表面に塗布した後、乾燥させて、集電体表面上に活物質層を形成するために用いられる分散液のことをいう。本実施形態に係る蓄電デバイス電極用スラリーは、上述の蓄電デバイス用組成物と、活物質とを含有する。以下、本実施形態に係る蓄電デバイス電極用スラリーに含まれる成分について説明する。なお、蓄電デバイス用組成物については、上述した通りであるので説明を省略する。
2.2. Slurry for Electricity Storage Device Electrode The “slurry for electricity storage device electrode” in this specification is used to form an active material layer on the surface of the current collector by applying the slurry to the surface of the current collector and then drying it. It refers to a dispersion liquid that can be used. The electricity storage device electrode slurry according to the present embodiment contains the above-described electricity storage device composition and an active material. Hereinafter, components contained in the slurry for electricity storage device electrodes according to the present embodiment will be described. In addition, since it is as above-mentioned about the composition for electrical storage devices, description is abbreviate|omitted.
2.2.1.活物質
本実施形態に係る蓄電デバイス電極用スラリーに使用される活物質としては、例えば炭素材料、ケイ素材料、リチウム原子を含む酸化物、鉛化合物、錫化合物、砒素化合物、アンチモン化合物、アルミニウム化合物などが挙げられる。
2.2.1. Active material Examples of active materials used in the electricity storage device electrode slurry according to the present embodiment include carbon materials, silicon materials, oxides containing lithium atoms, lead compounds, tin compounds, arsenic compounds, antimony compounds, and aluminum compounds. is mentioned.
上記炭素材料としては、例えばアモルファスカーボン、グラファイト、天然黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、ピッチ系炭素繊維などが挙げられる。 Examples of the carbon material include amorphous carbon, graphite, natural graphite, mesocarbon microbeads (MCMB), and pitch-based carbon fiber.
上記ケイ素材料としては、例えばケイ素単体、ケイ素酸化物、ケイ素合金などを挙げることができるほか、例えばSiC、SiOxCy(0<x≦3、0<y≦5)、Si3N4、Si2N2O、SiOx(0<x≦2)で表記されるSi酸化物複合体(例えば特開2004-185810号公報や特開2005-259697号公報に記載されている材料など)、及び特開2004-185810号公報に記載されたケイ素材料を使用することができる。上記ケイ素酸化物としては、組成式SiOx(0<x<2、好ましくは0.1≦x≦1)で表されるケイ素酸化物が好ましい。上記ケイ素合金としては、ケイ素と、チタン、ジルコニウム、ニッケル、銅、鉄及びモリブデンよりなる群から選ばれる少なくとも1種の遷移金属との合金が好ましい。これらの遷移金属のケイ素合金は、高い電子伝導度を有し、かつ高い強度を有することから好ましく用いられる。また、活物質がこれらの遷移金属を含むことにより、活物質の表面に存在する遷移金属が酸化されて表面に水酸基を有する酸化物となるから、バインダーとの結着力がより良好になる点でも好ましい。ケイ素合金としては、ケイ素-ニッケル合金またはケイ素-チタン合金を使用することがより好ましく、ケイ素-チタン合金を使用することが特に好ましい。ケイ素合金におけるケイ素の含有割合は、該合金中の金属元素の全部に対して10モル%以上とすることが好ましく、20~70モル%とすることがより好ましい。なお、ケイ素材料は、単結晶、多結晶及び非晶質のいずれであってもよい。 Examples of the silicon material include silicon simple substance , silicon oxide , silicon alloy , and the like. Si 2 N 2 O, Si oxide composites represented by SiO x (0<x≦2) (for example, materials described in JP-A-2004-185810 and JP-A-2005-259697), and silicon materials described in JP-A-2004-185810. As the silicon oxide, a silicon oxide represented by a composition formula of SiO x (0<x<2, preferably 0.1≦x≦1) is preferable. The silicon alloy is preferably an alloy of silicon and at least one transition metal selected from the group consisting of titanium, zirconium, nickel, copper, iron and molybdenum. Silicon alloys of these transition metals are preferably used because they have high electronic conductivity and high strength. In addition, when the active material contains these transition metals, the transition metal present on the surface of the active material is oxidized to form an oxide having a hydroxyl group on the surface. preferable. As the silicon alloy, it is more preferable to use a silicon-nickel alloy or a silicon-titanium alloy, and it is particularly preferable to use a silicon-titanium alloy. The content of silicon in the silicon alloy is preferably 10 mol % or more, more preferably 20 to 70 mol %, based on all metal elements in the alloy. The silicon material may be single crystal, polycrystal or amorphous.
上記リチウム原子を含む酸化物としては、例えば、下記一般式(2)で表され、かつオリビン型結晶構造を有するリチウム原子含有酸化物(オリビン型リチウム含有リン酸化合物)から選択される1種以上が挙げられる。 As the oxide containing lithium atoms, for example, one or more selected from lithium atom-containing oxides (olivine-type lithium-containing phosphate compounds) represented by the following general formula (2) and having an olivine-type crystal structure. is mentioned.
Li1-xMx(AO4) ・・・・・(2)
(式(2)中、Mは、Mg、Ti、V、Nb、Ta、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Ga、Ge及びSnよりなる群から選択される少なくとも1種の金属のイオンであり、Aは、Si、S、P及びVよりなる群から選択される少なくとも1種であり、xは0<x<1の関係を満たす数である。)
なお、前記一般式(2)におけるxの値は、M及びAの価数に応じて、前記一般式(2)全体の価数が0価となるように選択される。
Li 1-x M x (AO 4 ) (2)
(In formula (2), M is at least one selected from the group consisting of Mg, Ti, V, Nb, Ta, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Al, Ga, Ge and Sn is a metal ion of a species, A is at least one selected from the group consisting of Si, S, P and V, and x is a number that satisfies the relationship 0<x<1.)
The value of x in general formula (2) is selected according to the valences of M and A so that the overall valence of general formula (2) is zero.
オリビン型リチウム含有リン酸化合物としては、例えばコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、三元系ニッケルコバルトマンガン酸リチウム、LiFePO4、LiCoPO4、LiMnPO4、Li0.90Ti0.05Nb0.05Fe0.30Co0.30Mn0.30PO4などが挙げられる。これらのうち、特にLiFePO4(リン酸鉄リチウム)は、原料となる鉄化合物の入手が容易であるとともに安価であるため好ましい。 Examples of olivine-type lithium-containing phosphate compounds include lithium cobaltate, lithium nickelate, lithium manganate, ternary lithium nickel-cobalt manganate , LiFePO4 , LiCoPO4 , LiMnPO4 , Li0.90Ti0.05Nb . 0.05Fe0.30Co0.30Mn0.30PO4 and the like . Among these, LiFePO 4 (lithium iron phosphate) is particularly preferable because the raw material iron compound is readily available and inexpensive.
オリビン型リチウム含有リン酸化合物の平均粒子径は、1~30μmの範囲にあることが好ましく、1~25μmの範囲にあることがより好ましく、1~20μmの範囲にあることが特に好ましい。 The average particle size of the olivine-type lithium-containing phosphate compound is preferably in the range of 1 to 30 μm, more preferably in the range of 1 to 25 μm, and particularly preferably in the range of 1 to 20 μm.
また、活物質層中には、以下に例示する活物質を含んでもよい。例えばポリアセン等の導電性高分子;AXBYOZ(但し、Aはアルカリ金属または遷移金属、Bはコバルト、ニッケル、アルミニウム、スズ、マンガン等の遷移金属から選択される少なくとも1種、Oは酸素原子を表し、X、Y及びZはそれぞれ1.10>X>0.05、4.00>Y>0.85、5.00>Z>1.5の範囲の数である。)で表される複合金属酸化物や、そ
の他の金属酸化物等が挙げられる。
In addition, the active material layer may contain active materials exemplified below. For example, a conductive polymer such as polyacene ; represents an oxygen atom, and X, Y and Z are numbers in the ranges of 1.10>X>0.05, 4.00>Y>0.85 and 5.00>Z>1.5, respectively.) and composite metal oxides represented by and other metal oxides.
本実施形態に係る蓄電デバイス電極用スラリーは、正極及び負極のいずれの蓄電デバイス電極を作製する際にも使用することができ、正極及び負極の両方に使用することが好ましい。 The electricity storage device electrode slurry according to the present embodiment can be used for producing both positive and negative electricity storage device electrodes, and is preferably used for both the positive electrode and the negative electrode.
正極を作製する場合には、上記例示した活物質の中でもリチウム原子を含む酸化物を使用することが好ましく、オリビン型リチウム含有リン酸化合物がより好ましく、リン酸鉄リチウム(LiFePO4)が特に好ましい。リン酸鉄リチウムは、原料となる鉄化合物の入手が容易であるとともに安価であるため特に好ましい。 When producing a positive electrode, among the active materials exemplified above, it is preferable to use an oxide containing a lithium atom, an olivine-type lithium-containing phosphate compound is more preferable, and lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) is particularly preferable. . Lithium iron phosphate is particularly preferred because the iron compound used as the starting material is readily available and inexpensive.
ところで、正極活物質としてリン酸鉄リチウムを使用する場合、充放電特性が十分ではなく密着性が劣るという課題があった。リン酸鉄リチウムは、微細な一次粒径を有し、その二次凝集体であることが知られており、充放電を繰り返す際に活物質層中で凝集が崩壊し活物質同士の乖離を引き起こし、集電体からの剥離や、活物質層内部の導電ネットワークが寸断されやすいことが要因の一つであると考えられる。 By the way, when lithium iron phosphate is used as the positive electrode active material, there is a problem that the charging/discharging characteristics are insufficient and the adhesion is poor. Lithium iron phosphate has a fine primary particle size and is known to be a secondary aggregate. It is considered that one of the factors is that it causes peeling from the current collector and that the conductive network inside the active material layer is easily broken.
しかしながら、本実施形態に係る蓄電デバイス電極用スラリーを用いて作製された蓄電デバイス電極では、リン酸鉄リチウムを使用した場合でも上述のような問題が発生することなく、良好な電気的特性を示すことができる。この理由としては、重合体(A)がリン酸鉄リチウムを強固に結着させることができると同時に、充放電中においてもリン酸鉄リチウムを強固に結着させた状態を維持することができるからであると考えられる。 However, in the electricity storage device electrode produced using the electricity storage device electrode slurry according to the present embodiment, even when lithium iron phosphate is used, the above-described problems do not occur, and good electrical characteristics are exhibited. be able to. The reason for this is that the polymer (A) can strongly bind lithium iron phosphate and at the same time maintain the state in which lithium iron phosphate is strongly bound even during charging and discharging. It is thought that it is from
一方、負極を作製する場合には、上記例示した活物質の中でもケイ素材料を含有するものであることが好ましい。ケイ素材料は単位重量当たりのリチウムの吸蔵量がその他の活物質と比較して大きいことから、負極活物質としてのケイ素材料を含有することにより、得られる蓄電デバイスの蓄電容量を高めることができ、その結果、蓄電デバイスの出力及びエネルギー密度を高くすることができる。 On the other hand, when a negative electrode is produced, it is preferable to use one containing a silicon material among the active materials exemplified above. Since the silicon material has a larger lithium absorption amount per unit weight than other active materials, the inclusion of the silicon material as the negative electrode active material can increase the power storage capacity of the resulting power storage device. As a result, the output and energy density of the electricity storage device can be increased.
また、負極活物質としては、ケイ素材料と炭素材料との混合物であることがより好ましい。炭素材料は充放電に伴う体積変化が小さいから、負極活物質としてケイ素材料と炭素材料との混合物を使用することにより、ケイ素材料の体積変化の影響を緩和することができ、活物質層と集電体との密着能力をより向上させることができる。かかる混合物としては、ケイ素材料の表面に炭素材料の被膜が形成された炭素被膜ケイ素材料を用いることもできる。炭素被膜ケイ素材料を用いることで、ケイ素材料の充放電に伴う体積変化の影響を表面に存在する炭素材料によって効果的に緩和することができるようになるため、活物質層と集電体との密着能力を向上させることが容易となる。 Further, the negative electrode active material is more preferably a mixture of a silicon material and a carbon material. Since the volume change of the carbon material is small during charging and discharging, the use of a mixture of the silicon material and the carbon material as the negative electrode active material can alleviate the influence of the volume change of the silicon material, and the active material layer and the aggregate can be reduced. It is possible to further improve the ability to adhere to the electric body. As such a mixture, a carbon-coated silicon material obtained by forming a coating of a carbon material on the surface of a silicon material can also be used. By using the carbon-coated silicon material, the effect of volume change accompanying charging and discharging of the silicon material can be effectively mitigated by the carbon material present on the surface. It becomes easy to improve the adhesion ability.
シリコン(Si)を活物質として使用する場合、シリコンは5原子あたり最大22個のリチウムを吸蔵することができる(5Si+22Li→Li22Si5)。この結果、シリコン理論容量は4200mAh/gにも達する。しかしながら、シリコンはリチウムを吸蔵する際に大きな体積変化を生じる。具体的には、炭素材料はリチウムを吸蔵することにより最大1.2倍程度に体積膨張するのに対して、ケイ素材料はリチウムを吸蔵することにより最大4.4倍程度に体積膨張する。このため、ケイ素材料は膨張と収縮の繰り返しによって微粉化、集電体からの剥離や、活物質同士の乖離を引き起こし、活物質層内部の導電ネットワークが寸断されやすいという性質がある。これにより、短時間でサイクル特性が極端に劣化してしまうのである。 When silicon (Si) is used as an active material, silicon can occlude up to 22 lithium atoms per 5 atoms (5Si+22Li→Li 22 Si 5 ). As a result, the theoretical capacity of silicon reaches 4200 mAh/g. However, silicon undergoes a large volume change when absorbing lithium. Specifically, the carbon material expands in volume up to about 1.2 times by absorbing lithium, whereas the silicon material expands in volume up to about 4.4 times by absorbing lithium. For this reason, repeated expansion and contraction of the silicon material causes pulverization, peeling from the current collector, and separation between the active materials, which tends to break the conductive network inside the active material layer. As a result, the cycle characteristics are extremely degraded in a short period of time.
しかしながら、本実施形態に係る蓄電デバイス電極用スラリーを用いて作製された蓄電デバイス電極では、ケイ素材料を使用した場合でも上述のような問題が発生することなく
、良好な電気的特性を示すことができる。この理由としては、重合体(A)がケイ素材料を強固に結着させることができると同時に、リチウムを吸蔵することによりケイ素材料が体積膨張しても重合体(A)が伸び縮みしてケイ素材料を強固に結着させた状態を維持することができるからであると考えられる。
However, in the electricity storage device electrode produced using the electricity storage device electrode slurry according to the present embodiment, even when a silicon material is used, the above-described problems do not occur, and good electrical characteristics can be exhibited. can. The reason for this is that the polymer (A) can strongly bind the silicon material, and at the same time, even if the silicon material expands in volume due to the absorption of lithium, the polymer (A) expands and contracts to form silicon. It is believed that this is because the material can be maintained in a strongly bonded state.
活物質100質量部中に占めるケイ素材料の含有割合は、1質量部以上とすることが好ましく、1~50質量部とすることがより好ましく、5~45質量部とすることがさらに好ましく、10~40質量部とすることが特に好ましい。活物質100質量部中に占めるケイ素材料の含有割合が前記範囲内であると、蓄電デバイスの出力及びエネルギー密度の向上と充放電耐久特性とのバランスに優れた蓄電デバイスが得られる。 The content of the silicon material in 100 parts by mass of the active material is preferably 1 part by mass or more, more preferably 1 to 50 parts by mass, further preferably 5 to 45 parts by mass. It is particularly preferable to set the amount to 40 parts by mass. When the content of the silicon material in 100 parts by mass of the active material is within the above range, it is possible to obtain an electricity storage device having an excellent balance between improved output and energy density of the electricity storage device and charge/discharge durability characteristics.
活物質としてケイ素材料と炭素材料とを併用する場合、ケイ素材料の使用量は、活物質の全質量を100質量部としたときに4~40質量部であることが好ましく、5~35質量部であることがより好ましく、5~30質量部であることが特に好ましい。ケイ素材料の使用量が前記範囲内であると、リチウムの吸蔵に伴うケイ素材料の体積膨張に対する炭素材料の体積膨張が小さいため、これらの活物質を含有する活物質層の充放電に伴う体積変化を低減させることができ、集電体と活物質層との密着性をより向上させることができる。 When a silicon material and a carbon material are used together as the active material, the amount of the silicon material used is preferably 4 to 40 parts by mass, preferably 5 to 35 parts by mass, when the total mass of the active material is 100 parts by mass. is more preferable, and 5 to 30 parts by mass is particularly preferable. When the amount of the silicon material used is within the above range, the volume expansion of the carbon material is small relative to the volume expansion of the silicon material due to lithium absorption, so the volume change due to charging and discharging of the active material layer containing these active materials is small. can be reduced, and the adhesion between the current collector and the active material layer can be further improved.
活物質の形状としては、粒状であることが好ましい。活物質の平均粒子径としては、0.1~100μmであることが好ましく、1~20μmであることがより好ましい。 The shape of the active material is preferably granular. The average particle size of the active material is preferably 0.1 to 100 μm, more preferably 1 to 20 μm.
ここで、活物質の平均粒子径とは、レーザー回折法を測定原理とする粒度分布測定装置を用いて粒度分布を測定し、その粒度分布から算出される体積平均粒子径である。このようなレーザー回折式粒度分布測定装置としては、例えばHORIBA LA-300シリーズ、HORIBA LA-920シリーズ(以上、株式会社堀場製作所製)などを挙げることができる。この粒度分布測定装置は、活物質の一次粒子だけを評価対象とするものではなく、一次粒子が凝集して形成された二次粒子をも評価対象とする。従って、この粒度分布測定装置によって得られた平均粒子径は、蓄電デバイス電極用スラリー中に含まれる活物質の分散状態の指標とすることができる。なお、活物質の平均粒子径は、スラリーを遠心分離して活物質を沈降させた後、その上澄み液を除去し、沈降した活物質を上記の方法により測定することによっても測定することができる。 Here, the average particle size of the active material is the volume-average particle size calculated from the particle size distribution obtained by measuring the particle size distribution using a particle size distribution analyzer based on the principle of laser diffraction. Examples of such a laser diffraction particle size distribution analyzer include HORIBA LA-300 series and HORIBA LA-920 series (manufactured by HORIBA, Ltd.). This particle size distribution measuring apparatus evaluates not only the primary particles of the active material, but also the secondary particles formed by agglomeration of the primary particles. Therefore, the average particle diameter obtained by this particle size distribution measuring apparatus can be used as an indicator of the state of dispersion of the active material contained in the slurry for electricity storage device electrodes. The average particle size of the active material can also be measured by centrifuging the slurry to sediment the active material, removing the supernatant, and measuring the sedimented active material by the above method. .
活物質の使用割合は、活物質100質量部に対する重合体(A)及び重合体(B)の合計の含有割合が、0.1~25質量部となるような割合で使用することが好ましく、0.5~15質量部となるような割合で使用することがより好ましい。このような使用割合とすることにより、密着性により優れ、しかも電極抵抗が小さく充放電特性により優れた電極を製造することができる。 The proportion of the active material used is preferably such that the total content of the polymer (A) and the polymer (B) with respect to 100 parts by mass of the active material is 0.1 to 25 parts by mass. More preferably, it is used in a proportion of 0.5 to 15 parts by mass. By setting it as such a usage ratio, it is possible to manufacture an electrode having excellent adhesiveness, low electrode resistance, and excellent charge-discharge characteristics.
2.2.2.その他の添加剤
本実施形態に係る蓄電デバイス電極用スラリーには、上述した成分以外に、必要に応じてその他の成分を添加してもよい。このような成分としては、例えば導電付与剤、増粘剤、液状媒体(ただし、蓄電デバイス用組成物からの持ち込み分を除く。)、pH調整剤、腐食防止剤などが挙げられる。
2.2.2. Other Additives In addition to the components described above, other components may be added to the electricity storage device electrode slurry according to the present embodiment, if necessary. Such components include, for example, conductivity-imparting agents, thickeners, liquid media (excluding those brought in from the composition for electric storage devices), pH adjusters, corrosion inhibitors, and the like.
<導電付与剤>
導電付与剤の具体例としては、リチウムイオン二次電池においてはカーボンなどを挙げることができる。カーボンとしては、活性炭、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、黒鉛、炭素繊維、フラーレンなどを挙げることができる。これらの中でも、アセチレンブラック、ファーネスブラックを好ましく使用することができる。
導電付与剤の使用割合は、活物質100質量部に対して、20質量部以下であることが好ましく、1~15質量部であることがより好ましく、2~10質量部であることが特に好ましい。
<Electric conductivity imparting agent>
Specific examples of the conductivity imparting agent include carbon and the like in lithium ion secondary batteries. Examples of carbon include activated carbon, acetylene black, ketjen black, furnace black, graphite, carbon fiber, and fullerene. Among these, acetylene black and furnace black can be preferably used.
The proportion of the conductivity imparting agent used is preferably 20 parts by mass or less, more preferably 1 to 15 parts by mass, and particularly preferably 2 to 10 parts by mass, with respect to 100 parts by mass of the active material. .
<増粘剤>
蓄電デバイス電極用スラリーの塗工性を改善する観点から、増粘剤を添加してもよい。増粘剤の具体例としては、「1.4.その他の添加剤」に記されている化合物を例示することができる。増粘剤の使用割合は、活物質100質量部に対して、0.1~10質量部であることが好ましく、0.5~5質量部であることがより好ましい。
<Thickener>
A thickener may be added from the viewpoint of improving the coatability of the slurry for electricity storage device electrodes. Specific examples of the thickener include the compounds described in "1.4. Other Additives". The proportion of the thickener used is preferably 0.1 to 10 parts by mass, more preferably 0.5 to 5 parts by mass, per 100 parts by mass of the active material.
<液状媒体>
本実施形態に係る蓄電デバイス電極用スラリーは、上述の蓄電デバイス用組成物を含有するから、蓄電デバイス用組成物に含まれていた液状媒体(C)を含有することとなる。本実施形態に係る蓄電デバイス電極用スラリーには、蓄電デバイス用組成物から持ち込まれた液状媒体(C)に加えて、必要に応じてさらに液状媒体(C)以外の液状媒体を添加してもよい。
<Liquid medium>
Since the electricity storage device electrode slurry according to the present embodiment contains the above-described electricity storage device composition, the electricity storage device electrode slurry contains the liquid medium (C) contained in the electricity storage device composition. In the electricity storage device electrode slurry according to the present embodiment, in addition to the liquid medium (C) brought from the electricity storage device composition, if necessary, a liquid medium other than the liquid medium (C) may be added. good.
本実施形態に係る蓄電デバイス電極用スラリーに追加で添加し得る液状媒体は、蓄電デバイス用組成物に含まれていた液状媒体(C)と同種であってもよく、異なっていてもよいが、蓄電デバイス用組成物における液状媒体(C)について説明した液状媒体の中から選択して使用されることが好ましい。 The liquid medium that can be additionally added to the electricity storage device electrode slurry according to the present embodiment may be the same as or different from the liquid medium (C) contained in the electricity storage device composition. It is preferable to select and use from among the liquid media described for the liquid medium (C) in the composition for an electricity storage device.
本実施形態に係る蓄電デバイス電極用スラリーにおける液状媒体(蓄電デバイス用組成物からの持ち込み分を含む。)の使用割合は、スラリー中の固形分濃度(スラリー中の液状媒体以外の成分の合計質量がスラリーの全質量に占める割合をいう。以下同じ。)が、30~70質量%となる割合とすることが好ましく、40~60質量%となる割合とすることがより好ましい。 The usage ratio of the liquid medium (including the amount brought in from the electricity storage device composition) in the electricity storage device electrode slurry according to the present embodiment is the solid content concentration in the slurry (total mass of components other than the liquid medium in the slurry refers to the proportion of the total mass of the slurry.The same shall apply hereinafter.) is preferably 30 to 70% by mass, more preferably 40 to 60% by mass.
<pH調整剤・腐食防止剤>
本実施形態に係る蓄電デバイス電極用スラリーは、活物質の種類に応じて集電体の腐食を抑制することを目的として、pH調整剤または腐食防止剤を含有することができる。
<pH adjuster/corrosion inhibitor>
The electricity storage device electrode slurry according to the present embodiment can contain a pH adjuster or a corrosion inhibitor for the purpose of suppressing corrosion of the current collector depending on the type of active material.
pH調整剤としては、例えば、塩酸、リン酸、硫酸、酢酸、ギ酸、リン酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、ギ酸アンモニウム、塩化アンモニウムなどを挙げることでき、これらの中でも硫酸及び硫酸アンモニウムが好ましい。 Examples of pH adjusters include hydrochloric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, acetic acid, formic acid, ammonium phosphate, ammonium sulfate, ammonium acetate, ammonium formate, and ammonium chloride. Among these, sulfuric acid and ammonium sulfate are preferred.
腐食防止剤としては、メタバナジン酸アンモニウム、メタバナジン酸ナトリウム、メタバナジン酸カリウム、メタタングステン酸アンモニウム、メタタングステン酸ナトリウム、メタタングステン酸カリウム、パラタングステン酸アンモニウム、パラタングステン酸ナトリウム、パラタングステン酸カリウム、モリブデン酸アンモニウム、モリブデン酸ナトリウム、モリブデン酸カリウムなどが挙げられ、これらの中でもパラタングステン酸アンモニウム、メタバナジン酸アンモニウム、メタバナジン酸ナトリウム、メタバナジン酸カリウム、モリブデン酸アンモニウムが好ましい。 Corrosion inhibitors include ammonium metavanadate, sodium metavanadate, potassium metavanadate, ammonium metatungstate, sodium metatungstate, potassium metatungstate, ammonium paratungstate, sodium paratungstate, potassium paratungstate, molybdic acid. ammonium, sodium molybdate, potassium molybdate, etc., and among these, ammonium paratungstate, ammonium metavanadate, sodium metavanadate, potassium metavanadate, and ammonium molybdate are preferred.
2.2.3.蓄電デバイス電極用スラリーの調製方法
本実施形態に係る蓄電デバイス電極用スラリーは、上述の蓄電デバイス用組成物と活物質とを含有するものである限り、どのような方法によって製造されたものであってもよいが、例えば特許第599399号公報等に記載されている方法により製造することができる。
2.2.3. Method for Preparing Electricity Storage Device Electrode Slurry The electricity storage device electrode slurry according to the present embodiment can be produced by any method as long as it contains the above-described electricity storage device composition and active material. However, it can be produced by the method described in Japanese Patent No. 599399, for example.
3.蓄電デバイス電極
本実施形態に係る蓄電デバイス電極は、集電体と、前記集電体の表面上に上述の蓄電デバイス電極用スラリーが塗布及び乾燥されて形成された活物質層と、を備えるものである。かかる蓄電デバイス電極は、金属箔などの集電体の表面に、上述の蓄電デバイス電極用スラリーを塗布して塗膜を形成し、次いで該塗膜を乾燥して活物質層を形成することにより製造することができる。このようにして製造された蓄電デバイス電極は、集電体上に、上述の重合体(A)、重合体(B)及び活物質、さらに必要に応じて添加した任意成分を含有する活物質層が結着されてなるものであるから、密着性に優れると共に、良好な充放電耐久特性を示す。
3. Electricity Storage Device Electrode The electricity storage device electrode according to the present embodiment includes a current collector and an active material layer formed by coating and drying the above-described electricity storage device electrode slurry on the surface of the current collector. is. Such an electricity storage device electrode is produced by applying the above electricity storage device electrode slurry to the surface of a current collector such as a metal foil to form a coating film, and then drying the coating film to form an active material layer. can be manufactured. The electricity storage device electrode thus produced has an active material layer containing the polymer (A), the polymer (B) and the active material described above, and optional components added as necessary, on the current collector. are bound together, it exhibits excellent adhesion and good charge/discharge durability.
集電体としては、導電性材料からなるものであれば特に制限されないが、例えば特許第599399号公報等の記載されている集電体が挙げられる。 The current collector is not particularly limited as long as it is made of a conductive material.
蓄電デバイス電極用スラリーの集電体への塗布方法についても特に制限はなく、例えば特許第599399号公報等の記載されている方法により塗布することができる。 There is no particular limitation on the method of applying the slurry for the electricity storage device electrode to the current collector, and for example, the method described in Japanese Patent No. 599399 can be used.
本実施形態に係る蓄電デバイス電極において、活物質としてケイ素材料を用いる場合、活物質層100質量部中のシリコン元素の含有割合が2~30質量部であることが好ましく、2~20質量部であることがより好ましく、3~10質量部であることが特に好ましい。活物質層中のシリコン元素の含有量が前記範囲内であると、それを用いて作製される蓄電デバイスの蓄電容量が向上することに加え、シリコン元素の分布が均一な活物質層が得られる。 In the electricity storage device electrode according to the present embodiment, when a silicon material is used as the active material, the content of silicon element in 100 parts by mass of the active material layer is preferably 2 to 30 parts by mass, and 2 to 20 parts by mass. more preferably 3 to 10 parts by mass. When the content of the silicon element in the active material layer is within the above range, the electric storage capacity of the electric storage device manufactured using it is improved, and in addition, an active material layer having a uniform distribution of the silicon element can be obtained. .
本発明において活物質層中のシリコン元素の含有量は、以下の手順により測定することができる。すなわち、
(1)蛍光X線分析装置(スペクトリス社製、製品名「パナリティカルMagixPRO」)にて、あらかじめ準備しておいたシリコン元素の含有量既知のサンプルを複数点測定し、検量線を作成する。
(2)蓄電デバイス電極から活物質層の全体(深さ方向の一部のみを採取しないようにする)をスパチュラなどで3g掻き取り、全体が均一になるように乳鉢などで混合した後に直径3cmの円盤状のプレートにプレスする。活物質層単独では成形できない場合は、元素組成既知の凝着剤を適宜使用してもよい。このような凝着剤としては、例えばスチレン・マレイン酸樹脂、ホウ酸粉末、セルロース粉などを使用できる。また、シリコン含有量が高く検量線のリニアリティが確保できない場合も、上記凝着剤を用いてサンプルを希釈して測定することができる。なお、上記凝着剤を使用する際は、マトリックス効果による検量線のズレを回避するため、検量線作成サンプルも同様に凝着剤を使用することが好ましい。
(3)得られたプレートを蛍光X線分析装置にセットして分析し、上記検量線からシリコン元素含有量を算出する。上記凝着剤を使用した場合は、凝着剤の重量を差し引いた上でシリコン元素含有量を算出する。
In the present invention, the content of silicon element in the active material layer can be measured by the following procedure. i.e.
(1) Using a fluorescent X-ray spectrometer (manufactured by Spectris, product name: "Panalytical MagixPRO"), a prepared sample having a known silicon element content is measured at a plurality of points to create a calibration curve.
(2) Scrape off 3 g of the entire active material layer from the electricity storage device electrode (do not collect only a part in the depth direction) with a spatula or the like, mix with a mortar or the like so that the whole is uniform, and then remove a 3 cm diameter piece. press onto a disc-shaped plate. If the active material layer alone cannot be formed, an adhesive agent having a known elemental composition may be used as appropriate. As such a coagulant, for example, styrene/maleic acid resin, boric acid powder, cellulose powder and the like can be used. Moreover, even when the silicon content is high and the linearity of the calibration curve cannot be ensured, the sample can be diluted with the above-mentioned coagulant for measurement. When using the above-mentioned coagulant, it is preferable to use the same coagulant for the sample for preparing the calibration curve in order to avoid deviation of the calibration curve due to the matrix effect.
(3) The obtained plate is set in a fluorescent X-ray analyzer for analysis, and the silicon element content is calculated from the calibration curve. When the above coagulant is used, the silicon element content is calculated after subtracting the weight of the coagulant.
4.蓄電デバイス
本実施形態に係る蓄電デバイスは、上述の蓄電デバイス電極を備え、さらに電解液を含有し、セパレータなどの部品を用いて、常法に従って製造することができる。具体的な製造方法としては、例えば、負極と正極とをセパレータを介して重ね合わせ、これを電池形状に応じて巻く、折るなどして電池容器に収納し、該電池容器に電解液を注入して封口する方法などを挙げることができる。電池の形状は、コイン型、円筒型、角形、ラミネート型など、適宜の形状であることができる。
4. Electricity Storage Device The electricity storage device according to the present embodiment includes the electricity storage device electrode described above, further contains an electrolytic solution, and can be manufactured by a conventional method using parts such as a separator. As a specific manufacturing method, for example, the negative electrode and the positive electrode are superimposed with a separator interposed therebetween, and this is placed in a battery container by winding or folding according to the shape of the battery, and the electrolyte is injected into the battery container. A method of sealing by pressing can be exemplified. The shape of the battery can be an appropriate shape such as a coin shape, a cylindrical shape, a square shape, a laminate shape, or the like.
電解液は、液状でもゲル状でもよく、活物質の種類に応じて、蓄電デバイスに用いられ
る公知の電解液の中から電池としての機能を効果的に発現するものを選択すればよい。電解液は、電解質を適当な溶媒に溶解した溶液であることができる。
The electrolyte may be in the form of a liquid or a gel, and may be selected from known electrolytes used in electricity storage devices that effectively exhibit the functions of a battery, depending on the type of active material. The electrolytic solution can be a solution of an electrolyte dissolved in a suitable solvent.
上記電解質としては、リチウムイオン二次電池では、従来から公知のリチウム塩のいずれも使用することができ、その具体例としては、例えばLiClO4、LiBF4、LiPF6、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiB10Cl10、LiAlCl4、LiCl、LiBr、LiB(C2H5)4、LiCF3SO3、LiCH3SO3、LiC4F9SO3、Li(CF3SO2)2N、低級脂肪酸カルボン酸リチウムなどを例示することができる。ニッケル水素二次電池では、例えば従来公知の濃度が5モル/リットル以上の水酸化カリウム水溶液を使用することができる。 As the electrolyte for lithium ion secondary batteries, any conventionally known lithium salt can be used, and specific examples thereof include LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiCF 3 CO 2 and LiAsF 6 . , LiSbF6 , LiB10Cl10 , LiAlCl4 , LiCl, LiBr, LiB ( C2H5 ) 4 , LiCF3SO3 , LiCH3SO3 , LiC4F9SO3 , Li ( CF3SO2 ) 2 Examples include N, lithium lower fatty acid carboxylate, and the like. In the nickel-hydrogen secondary battery, for example, a conventionally known potassium hydroxide aqueous solution having a concentration of 5 mol/liter or more can be used.
上記電解質を溶解するための溶媒は、特に制限されるものではないが、その具体例として、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどのカーボネート化合物;γ-ブチルラクトンなどのラクトン化合物;トリメトキシメタン、1,2-ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、2-エトキシエタン、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフランなどのエーテル化合物;ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド化合物などを挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上を使用することができる。電解液中の電解質の濃度としては、好ましくは0.5~3.0モル/Lであり、より好ましくは0.7~2.0モル/Lである。 The solvent for dissolving the electrolyte is not particularly limited, but specific examples thereof include carbonate compounds such as propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, methylethyl carbonate, and diethyl carbonate; lactone compounds such as butyl lactone; ether compounds such as trimethoxymethane, 1,2-dimethoxyethane, diethyl ether, 2-ethoxyethane, tetrahydrofuran, and 2-methyltetrahydrofuran; sulfoxide compounds such as dimethylsulfoxide; One or more selected from these can be used. The electrolyte concentration in the electrolytic solution is preferably 0.5 to 3.0 mol/L, more preferably 0.7 to 2.0 mol/L.
5.実施例
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例、比較例中の「部」及び「%」は、特に断らない限り質量基準である。
5. Examples Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples, but the present invention is not limited to these examples. "Parts" and "%" in Examples and Comparative Examples are based on mass unless otherwise specified.
5.1.重合体の合成
(1)重合体(A1)~(A-26)の合成
以下に示すような重合により、重合体(A1)を得た。容量7Lのセパラブルフラスコの内部を十分に窒素置換した後、水310質量部を仕込み、内温80℃に昇温し、次いで過硫酸ナトリウム0.5質量部を投入した。次いで、水50質量部、アクリル酸2-ヒドロキシエチル100質量部の混合液を1時間かけて滴下し、80℃±3℃で2時間反応を行い、さらに90℃±3℃で4時間反応を行った。その後、冷却し、2.5%水酸化ナトリウム水溶液でpH7に調整することにより、重合体(A1)を20wt%含有する組成物を得た。このようにして得られた重合体(A1)を20wt%含有する組成物を蓄電デバイス用組成物A1とした。
5.1. Synthesis of Polymer (1) Synthesis of Polymers (A1) to (A-26) A polymer (A1) was obtained by the following polymerization. After sufficiently replacing the inside of a separable flask with a capacity of 7 L with nitrogen, 310 parts by mass of water was charged, the internal temperature was raised to 80° C., and then 0.5 parts by mass of sodium persulfate was added. Then, a mixed solution of 50 parts by mass of water and 100 parts by mass of 2-hydroxyethyl acrylate was added dropwise over 1 hour, followed by reaction at 80°C ± 3°C for 2 hours, and reaction at 90°C ± 3°C for 4 hours. gone. Thereafter, the mixture was cooled and adjusted to pH 7 with a 2.5% sodium hydroxide aqueous solution to obtain a composition containing 20 wt% of polymer (A1). A composition containing 20 wt % of the polymer (A1) obtained in this way was designated as a composition for an electricity storage device A1.
使用した単量体の種類及び含有割合を表1~表2に記載のように変更した以外は、上記重合体(A1)の合成例と同様にして重合体(A2)~(A26)を合成し、蓄電デバイス用組成物A2~A26を得た。 Polymers (A2) to (A26) were synthesized in the same manner as in the synthesis example of the polymer (A1) except that the types and content of the monomers used were changed as shown in Tables 1 and 2. to obtain power storage device compositions A2 to A26.
表1~表2における各成分の略称はそれぞれ以下の化合物を表す。
<水酸基を有する不飽和カルボン酸エステル>
・HEA:アクリル酸2-ヒドロキシエチル
・HEMA:メタクリル酸2-ヒドロキシエチル
<(メタ)アクリルアミド>
・AAM:アクリルアミド
・MAAM:メタクリルアミド
<その他の単量体>
・MMA:メタクリル酸メチル
・BA:アクリル酸n-ブチル
・EA:アクリル酸エチル
The abbreviations of the components in Tables 1 and 2 represent the following compounds.
<Unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group>
・HEA: 2-hydroxyethyl acrylate ・HEMA: 2-hydroxyethyl methacrylate <(meth)acrylamide>
・AAM: acrylamide ・MAAM: methacrylamide <Other monomers>
・MMA: methyl methacrylate ・BA: n-butyl acrylate ・EA: ethyl acrylate
(2)重合体(B1)~(B13)の合成
以下に示すような二段重合により、重合体(B1)の粒子を含有する組成物を得た。一段目の重合では、反応器に水211質量部と、1,3-ブタジエン33質量部、スチレン42質量部、メタクリル酸2質量部及びアクリル酸2質量部からなる単量体混合物79質量部と、連鎖移動剤としてt-ドデシルメルカプタン0.1質量部と、乳化剤としてアルキルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム1質量部と、重合開始剤として過硫酸カリウム0.2質量部とを仕込み、攪拌しながら60℃で18時間重合し、重合転化率96%で反応を終了した。続いて、二段目の重合では、この反応器に水189質量部と、メタクリル酸21質量部と、重合開始剤として過硫酸カリウム0.05質量部と、炭酸ナトリウム0.1質量部とを添加して80℃にて2時間重合反応を継続した後、反応を終了させた。このときの重合転化率は98%であった。得られた重合体(B1)のラテックス(重合体(B1)の粒子分散液)から未反応単量体を除去し、濃縮後10%水酸化ナトリウム水溶液及び水を添加して、重合体(B1)の粒子分散液の固形分濃度及びpHを調整し、重合体(B1)の粒子を20%含有するpH4.4の蓄電デバイス用組成物B1を得た。
(2) Synthesis of Polymers (B1) to (B13) A composition containing particles of polymer (B1) was obtained by two-stage polymerization as shown below. In the first-stage polymerization, 211 parts by mass of water and 79 parts by mass of a monomer mixture consisting of 33 parts by mass of 1,3-butadiene, 42 parts by mass of styrene, 2 parts by mass of methacrylic acid and 2 parts by mass of acrylic acid were placed in the reactor. , 0.1 parts by mass of t-dodecyl mercaptan as a chain transfer agent, 1 part by mass of sodium alkyldiphenyl ether disulfonate as an emulsifier, and 0.2 parts by mass of potassium persulfate as a polymerization initiator were charged and stirred at 60 ° C. Polymerization was carried out for 18 hours, and the reaction was completed at a polymerization conversion rate of 96%. Subsequently, in the second-stage polymerization, 189 parts by mass of water, 21 parts by mass of methacrylic acid, 0.05 parts by mass of potassium persulfate as a polymerization initiator, and 0.1 part by mass of sodium carbonate were added to the reactor. After the addition and the polymerization reaction was continued at 80° C. for 2 hours, the reaction was terminated. The polymerization conversion rate at this time was 98%. Unreacted monomers are removed from the obtained latex of the polymer (B1) (particle dispersion of the polymer (B1)), and after concentration, a 10% aqueous sodium hydroxide solution and water are added to obtain the polymer (B1 ) was adjusted to obtain an electricity storage device composition B1 having a pH of 4.4 and containing 20% of the particles of the polymer (B1).
使用した単量体の種類、含有割合及び合成方法等を表3~表4に記載のように変更した以外は、上記重合体(B1)の合成例と同様にして重合体(B2)~(B13)を合成し、蓄電デバイス用組成物B2~B13を得た。なお、重合体(B5)~(B8)及び(B10)~(B13)については、二段目の重合を行わずに一段重合で合成した。 Polymers (B2) to (B2)-( B13) was synthesized to obtain power storage device compositions B2 to B13. Polymers (B5) to (B8) and (B10) to (B13) were synthesized by one-step polymerization without performing second-step polymerization.
(3)重合体(B14)~(B18)の合成
電磁式撹拌機を備えた内容積6Lのオートクレーブの内部を十分に窒素置換した後、脱酸素した純水2.5L及び乳化剤としてパーフルオロデカン酸アンモニウム25gを仕込み、350rpmで撹拌しながら60℃まで昇温した。次いで、単量体であるフッ化ビニリデン(VdDF)70%及び六フッ化プロピレン(HFP)30%からなる混合ガスを、内圧が20kg/cm2に達するまで仕込んだ。重合開始剤としてジイソプロピルパーオキシジカーボネートを20%含有するフロン113溶液25gを窒素ガスを使用して圧入し、重合を開始した。重合中は内圧が20kg/cm2に維持されるようVdDF60%及びHFP40%からなる混合ガスを逐次圧入して、圧力を20kg/cm2に維持した。また、重合が進行するに従って重合速度が低下するため、3時間経過後に、先と同じ重合開始剤溶液の同量を窒素ガスを使用して圧入し、さらに3時間反応を継続した。その後、反応液を冷却すると同時に撹拌を停止し、未反応の単量体を放出した後に反応を停止することにより、フッ素系重合体の粒子を40%含有する水分散体を得た。得られたフッ素系重合体につき、19F-NMRにより分析した結果、各単量体の質量組成比はVdDF/HFP=21/4であった。
(3) Synthesis of polymers (B14) to (B18) After sufficiently replacing the inside of an autoclave with an internal volume of 6 L equipped with an electromagnetic stirrer with nitrogen, 2.5 L of deoxygenated pure water and perfluorodecane as an emulsifier 25 g of ammonium acid was charged, and the temperature was raised to 60° C. while stirring at 350 rpm. Next, a mixed gas containing 70% vinylidene fluoride (VdDF) and 30% propylene hexafluoride (HFP), which are monomers, was charged until the internal pressure reached 20 kg/cm 2 . 25 g of a Freon 113 solution containing 20% of diisopropyl peroxydicarbonate as a polymerization initiator was pressurized using nitrogen gas to initiate polymerization. During the polymerization, a mixed gas of 60% VdDF and 40% HFP was successively injected so that the internal pressure was maintained at 20 kg/cm 2 to maintain the pressure at 20 kg/cm 2 . In addition, since the polymerization rate decreased as the polymerization progressed, after 3 hours, the same amount of the same polymerization initiator solution as before was pressurized using nitrogen gas, and the reaction was further continued for 3 hours. After that, the reaction solution was cooled and the stirring was stopped, and the reaction was stopped after the unreacted monomer was released, thereby obtaining an aqueous dispersion containing 40% of the fluoropolymer particles. As a result of 19 F-NMR analysis of the obtained fluorine-based polymer, the mass composition ratio of each monomer was VdDF/HFP=21/4.
容量7Lのセパラブルフラスコの内部を十分に窒素置換した後、上記の工程で得られたフッ素系重合体の粒子を含有する水分散体をフッ素系重合体換算で25質量部、乳化剤「アデカリアソープSR1025」(商品名、株式会社ADEKA製)0.5質量部、メタ
クリル酸シクロヘキシル(CHMA)22.5質量部、アクリル酸エチル(EA)48質量部、メタクリル酸アリル(AMA)0.5質量部、メタクリルアミド(AAM)2質量部及びアクリル酸(AA)2質量部並びに水130質量部を順次仕込み、70℃で3時間攪拌し、フッ素系重合体に単量体を吸収させた。次いで油溶性重合開始剤であるアゾビスイソブチロニトリル0.5質量部を含有するテトラヒドロフラン溶液20mLを添加し、75℃に昇温して3時間反応を行い、さらに85℃で2時間反応を行った。その後、冷却した後に反応を停止し、2.5N水酸化ナトリウム水溶液でpH6.8に調整することにより、重合体(B14)を40%含有する蓄電デバイス用組成物B14を得た。
After sufficiently purging the inside of a separable flask with a capacity of 7 L with nitrogen, 25 parts by mass of the aqueous dispersion containing the particles of the fluoropolymer obtained in the above step in terms of the fluoropolymer, emulsifier "ADEKARIA Soap SR1025" (trade name, manufactured by ADEKA Co., Ltd.) 0.5 parts by mass, cyclohexyl methacrylate (CHMA) 22.5 parts by mass, ethyl acrylate (EA) 48 parts by mass, allyl methacrylate (AMA) 0.5 parts by mass 2 parts by mass of methacrylamide (AAM), 2 parts by mass of acrylic acid (AA) and 130 parts by mass of water were sequentially charged and stirred at 70°C for 3 hours to allow the fluorine-based polymer to absorb the monomers. Then, 20 mL of a tetrahydrofuran solution containing 0.5 parts by mass of azobisisobutyronitrile, which is an oil-soluble polymerization initiator, was added, the temperature was raised to 75°C and the reaction was carried out for 3 hours, and the reaction was further carried out at 85°C for 2 hours. gone. Then, after cooling, the reaction was stopped, and the pH was adjusted to 6.8 with a 2.5N sodium hydroxide aqueous solution to obtain an electricity storage device composition B14 containing 40% of the polymer (B14).
使用した単量体の種類及び含有割合を表4に記載のように変更した以外は、上記重合体(B14)の合成例と同様にして重合体(B15)~(B18)を合成し、蓄電デバイス用組成物B15~B18を得た。 Polymers (B15) to (B18) were synthesized in the same manner as in the synthesis example of polymer (B14), except that the types and content ratios of the monomers used were changed as shown in Table 4, and electricity was stored. Device compositions B15 to B18 were obtained.
表3~表4における各成分の略称はそれぞれ以下の化合物を表す。
<フッ素原子を有する単量体>
・VdDF:フッ化ビニリデン
・HFP:六フッ化プロピレン
・TFE:四フッ化エチレン
・2VE:1,1,2,2-テトラフルオロ-1,2-ビス[(トリフルオロビニル)オキシ]エタン
<不飽和カルボン酸>
・AA:アクリル酸
・TA:イタコン酸
・MAA:メタクリル酸
<(メタ)アクリルアミド>
・AAM:アクリルアミド
・MAAM:メタクリルアミド
<共役ジエン化合物>
・BD:1,3-ブタジエン
<芳香族ビニル化合物>
・ST:スチレン
<水酸基を有する不飽和カルボン酸エステル>
・HEA:アクリル酸2-ヒドロキシエチル
・HEMA:メタクリル酸2-ヒドロキシエチル
<不飽和カルボン酸エステル>
・MMA:メタクリル酸メチル
・CHMA:メタクリル酸シクロヘキシル
・2EHA:アクリル酸2-エチルヘキシル
・EA:アクリル酸エチル
・BA:アクリル酸n-ブチル
・AMA:アクリル酸メチル
<α,β-不飽和ニトリル化合物>
・AN:アクリロニトリル
The abbreviations of the components in Tables 3 and 4 represent the following compounds, respectively.
<Monomer Having Fluorine Atom>
・VdDF: vinylidene fluoride ・HFP: propylene hexafluoride ・TFE: ethylene tetrafluoride ・2VE: 1,1,2,2-tetrafluoro-1,2-bis[(trifluorovinyl)oxy]ethane <non- Saturated carboxylic acid>
・AA: acrylic acid ・TA: itaconic acid ・MAA: methacrylic acid <(meth)acrylamide>
・AAM: acrylamide ・MAAM: methacrylamide <conjugated diene compound>
・ BD: 1,3-butadiene <aromatic vinyl compound>
・ST: styrene <unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group>
・HEA: 2-hydroxyethyl acrylate ・HEMA: 2-hydroxyethyl methacrylate <unsaturated carboxylic acid ester>
・MMA: methyl methacrylate ・CHMA: cyclohexyl methacrylate ・2EHA: 2-ethylhexyl acrylate ・EA: ethyl acrylate ・BA: n-butyl acrylate ・AMA: methyl acrylate <α,β-unsaturated nitrile compound>
・AN: Acrylonitrile
(4)物性評価
<水に対する溶解度>
25℃、1気圧において、上記で得られた重合体(A1)~(A26)のそれぞれ1gが水100gに溶解するか否かを目視にて観測した。その結果を表1及び表2に併せて示す。完全に溶解している場合を「○」、溶け残りが存在している場合を「×」と表中に表記した。
(4) Physical property evaluation <solubility in water>
At 25° C. and 1 atm, it was visually observed whether or not 1 g of each of the polymers (A1) to (A26) obtained above dissolved in 100 g of water. The results are also shown in Tables 1 and 2. In the table, "○" indicates the case of complete dissolution, and "×" indicates the presence of undissolved matter.
<数平均粒子径の測定>
動的光散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置(大塚電子株式会社製、型式「FPAR-1000」)を用いて、上記で得られた重合体(B1)~(B18)の粒度分布を測定し、その粒度分布から数平均粒子径を求めた。測定条件は以下の通りである。測定結果を表3及び表4に併せて示す。
(測定条件)
・分散媒:水
・測定温度:25℃
・希釈倍数:0.1wt%
・散乱角度:160°
・光源レーザー波長:632.8nm
<Measurement of number average particle size>
Using a particle size distribution analyzer (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd., model "FPAR-1000") whose measurement principle is the dynamic light scattering method, the particle size distributions of the polymers (B1) to (B18) obtained above were measured. The number average particle size was obtained from the particle size distribution. The measurement conditions are as follows. The measurement results are also shown in Tables 3 and 4.
(Measurement condition)
・Dispersion medium: water ・Measurement temperature: 25°C
・ Dilution rate: 0.1 wt%
・Scattering angle: 160°
・Light source laser wavelength: 632.8 nm
<pHの測定>
上記で得られた蓄電デバイス用組成物B1~B18について、pHメーター(株式会社堀場製作所製)を用いて25℃におけるpHを測定した。測定結果を表1~表4に併せて示す。
<Measurement of pH>
The pH of the power storage device compositions B1 to B18 obtained above was measured at 25° C. using a pH meter (manufactured by HORIBA, Ltd.). The measurement results are also shown in Tables 1 to 4.
<吸熱特性>
上記で得られた蓄電デバイス用組成物A1~A26及びB1~B18について、JIS
K7121に準拠する示差走査熱量計(NETZSCH社製、DSC204F1 Phoenix)を用いて測定したところ、重合体の吸熱ピークがそれぞれ1つ観測された。吸熱ピークが観測された温度はガラス転移温度(Tg)とみなすことができる。各重合体のガラス転移温度(Tg)を表1~表4に併せて示す。
<Endothermic properties>
For the electricity storage device compositions A1 to A26 and B1 to B18 obtained above, JIS
When measured using a differential scanning calorimeter (manufactured by NETZSCH, DSC204F1 Phoenix) based on K7121, one endothermic peak of each polymer was observed. The temperature at which the endothermic peak is observed can be regarded as the glass transition temperature (Tg). Tables 1 to 4 also show the glass transition temperature (Tg) of each polymer.
5.2.実施例1
5.2.1.蓄電デバイス用組成物の調製
上記で得られた蓄電デバイス用組成物A1と蓄電デバイス用組成物B5とを、重合体(A1)1.5質量部、重合体(B5)2.0質量部に相当する量だけそれぞれ加え、60rpmで1時間撹拌することにより、実施例1で使用する蓄電デバイス用組成物を得た。
5.2. Example 1
5.2.1. Preparation of power storage device composition The power storage device composition A1 and the power storage device composition B5 obtained above were added to 1.5 parts by mass of the polymer (A1) and 2.0 parts by mass of the polymer (B5). A composition for an electricity storage device used in Example 1 was obtained by adding each corresponding amount and stirring at 60 rpm for 1 hour.
5.2.2.蓄電デバイス電極用スラリーの調製及び評価
(1)ケイ素材料(活物質)の合成
粉砕した二酸化ケイ素粉末(平均粒子径10μm)と炭素粉末(平均粒子径35μm)との混合物を、温度を1100~1600℃の範囲に調整した電気炉中で、窒素気流下(0.5NL/分)、10時間の加熱処理を行い、組成式SiOx(x=0.5~1.1)で表される酸化ケイ素の粉末(平均粒子径8μm)を得た。この酸化ケイ素の粉末300gをバッチ式加熱炉内に仕込み、真空ポンプにより絶対圧100Paの減圧を維持しながら、300℃/hの昇温速度にて室温(25℃)から1100℃まで昇温した。次いで、加熱炉内の圧力を2000Paに維持しつつ、メタンガスを0.5NL/分の流速にて導入しながら、1100℃、5時間の加熱処理(黒鉛被膜処理)を行った。黒鉛被膜処理終了後、50℃/hの降温速度で室温まで冷却することにより、黒鉛被膜酸化ケイ素の粉末約330gを得た。この黒鉛被膜酸化ケイ素は、酸化ケイ素の表面が黒鉛で被覆された導電性の粉末(活物質)であり、その平均粒子径は10.5μmであり、得られた黒鉛被膜酸化ケイ素の全体を100質量%とした場合の黒鉛被膜の割合は2質量%であった。
5.2.2. Preparation and evaluation of slurry for electricity storage device electrodes (1) Synthesis of silicon material (active material) A mixture of pulverized silicon dioxide powder (average particle size 10 μm) and carbon powder (average particle size 35 μm) was heated to 1100 to 1600. In an electric furnace adjusted to the range of ° C., heat treatment is performed for 10 hours under a nitrogen stream (0.5 NL / min), and oxidation represented by the composition formula SiO x (x = 0.5 to 1.1) A powder of silicon (average particle size 8 μm) was obtained. 300 g of this silicon oxide powder was placed in a batch heating furnace, and the temperature was raised from room temperature (25° C.) to 1100° C. at a temperature elevation rate of 300° C./h while maintaining a reduced pressure of 100 Pa absolute pressure with a vacuum pump. . Then, while maintaining the pressure in the heating furnace at 2000 Pa and introducing methane gas at a flow rate of 0.5 NL/min, heat treatment (graphite coating treatment) was performed at 1100° C. for 5 hours. After completion of the graphite coating treatment, the powder was cooled to room temperature at a rate of 50° C./h to obtain about 330 g of graphite-coated silicon oxide powder. This graphite-coated silicon oxide is a conductive powder (active material) in which the surface of silicon oxide is coated with graphite, and has an average particle size of 10.5 μm. The ratio of the graphite film was 2% by mass.
(2)蓄電デバイス電極用スラリーの調製
二軸型プラネタリーミキサー(プライミクス株式会社製、商品名「TKハイビスミックス 2P-03」)に増粘剤(商品名「CMC2200」、株式会社ダイセル製)を1質量部(固形分換算値、濃度2質量%の水溶液として添加)、負極活物質として結晶性の高いグラファイトである人造黒鉛(日立化成工業株式会社製、商品名「MAG」)94質量部(固形分換算値)、上記で得られた黒鉛被覆膜酸化ケイ素の粉末を6質量部(固形分換算値)、及び水68質量部を投入し、60rpmで1時間攪拌を行った。その後、上記で得られた蓄電デバイス用組成物を、活物質100質量部に対して重合体(A1)が1.5質量部及び重合体(B5)が2質量部となるように加え、さらに1時間攪拌しペーストを得た。得られたペーストに水を投入し、固形分濃度を50質量%に調整した後、攪拌脱泡機(株式会社シンキー製、商品名「泡とり練太郎」)を使用して、200rpmで2分間、1800rpmで5分間、さらに減圧下(約2.5×104Pa)において1800rpmで1.5分間攪拌混合することにより、負極活物質中にSiを5質量%含有する蓄電デバイス電極用スラリー(C/Si(5%))を調製した。
(2) Preparation of slurry for electricity storage device electrodes Add a thickener (trade name “CMC2200”, manufactured by Daicel Corporation) to a biaxial planetary mixer (trade name “TK Hibismix 2P-03” manufactured by Primix Co., Ltd.). 1 part by mass (solid content conversion value, added as an aqueous solution with a concentration of 2% by mass), 94 parts by mass of artificial graphite (manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd., trade name "MAG"), which is highly crystalline graphite as a negative electrode active material Solid content conversion value), 6 parts by mass of the powder of the graphite-coated silicon oxide film obtained above (solid content conversion value), and 68 parts by mass of water were added and stirred at 60 rpm for 1 hour. Then, the power storage device composition obtained above is added so that the polymer (A1) is 1.5 parts by mass and the polymer (B5) is 2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the active material, and further After stirring for 1 hour, a paste was obtained. After adding water to the obtained paste and adjusting the solid content concentration to 50% by mass, a stirring and defoaming machine (manufactured by Thinky Co., Ltd., trade name “Awatori Mixer”) was used at 200 rpm for 2 minutes. , 1800 rpm for 5 minutes, and further under reduced pressure (about 2.5×10 4 Pa) under reduced pressure (approximately 2.5×10 4 Pa), by stirring and mixing at 1800 rpm for 1.5 minutes to obtain a power storage device electrode slurry containing 5% by mass of Si in the negative electrode active material ( C/Si (5%)) was prepared.
また、人造黒鉛と黒鉛被覆膜酸化ケイ素の粉末の使用量を調整した以外は蓄電デバイス電極用スラリー(C/Si(5%))と同様にして、負極活物質中にSiを含有しない蓄電デバイス電極用スラリー(C)と、負極活物質中にSiを10質量%含有する蓄電デバ
イス電極用スラリー(C/Si(10%))と、負極活物質中にSiを20質量%含有する蓄電デバイス電極用スラリー(C/Si(20%))とをそれぞれ調製した。
In addition, an electricity storage battery containing no Si in the negative electrode active material was prepared in the same manner as the electricity storage device electrode slurry (C/Si (5%)) except that the amounts of artificial graphite and graphite-coated silicon oxide powder used were adjusted. A device electrode slurry (C), an electricity storage device electrode slurry (C/Si (10%)) containing 10% by mass of Si in the negative electrode active material, and an electricity storage containing 20% by mass of Si in the negative electrode active material A device electrode slurry (C/Si (20%)) was prepared.
5.2.3.蓄電デバイスの製造及び評価
(1)蓄電デバイス電極(負極)の製造
厚み20μmの銅箔よりなる集電体の表面に、上記で得られた蓄電デバイス電極用スラリー(C/Si(5%))を、乾燥後の膜厚が80μmとなるようにドクターブレード法によって均一に塗布し、60℃で10分乾燥し、次いで120℃で10分間乾燥処理した。その後、活物質層の密度が1.5g/cm3となるようにロールプレス機によりプレス加工することにより、蓄電デバイス電極(負極)を得た。
5.2.3. Production and Evaluation of Electricity Storage Device (1) Production of Electricity Storage Device Electrode (Negative Electrode) On the surface of a current collector made of a copper foil having a thickness of 20 μm, the slurry for an electricity storage device electrode (C/Si (5%)) obtained above was applied. was uniformly applied by a doctor blade method so that the film thickness after drying was 80 μm, dried at 60° C. for 10 minutes, and then dried at 120° C. for 10 minutes. After that, a power storage device electrode (negative electrode) was obtained by pressing with a roll press so that the density of the active material layer was 1.5 g/cm 3 .
また、塗布する蓄電デバイス電極用スラリーの種類を、上記で得た負極活物質中にSiを含有しない蓄電デバイス電極用スラリー(C)、蓄電デバイス電極用スラリー(C/Si(10%))または蓄電デバイス電極用スラリー(C/Si(20%))に変更した以外は、上記の蓄電デバイス電極の製造方法と同様にして、それぞれの活物質を活物質層に含有する蓄電デバイス電極(負極)を得た。 In addition, the type of the electricity storage device electrode slurry to be applied is selected from the electricity storage device electrode slurry (C) containing no Si in the negative electrode active material obtained above, the electricity storage device electrode slurry (C / Si (10%)), or An electricity storage device electrode (negative electrode) containing each of the active materials in the active material layer was produced in the same manner as in the method for producing an electricity storage device electrode described above, except that the electricity storage device electrode slurry (C/Si (20%)) was used. got
(2)対極(正極)の製造
二軸型プラネタリーミキサー(プライミクス株式会社製、商品名「TKハイビスミックス 2P-03」)に、電気化学デバイス電極用バインダー(株式会社クレハ製、商品名「KFポリマー#1120」、以下「PVDF」と略す。)4.0質量部(固形分換算値)、導電助剤(電気化学工業株式会社製、商品名「デンカブラック50%プレス品」)3.0質量部、正極活物質として平均粒子径5μmのLiCoO2(ハヤシ化成株式会社製)100質量部(固形分換算値)及びN-メチルピロリドン(NMP)36質量部を投入し、60rpmで2時間攪拌を行った。得られたペーストにNMPを追加し、固形分濃度を65質量%に調整した後、攪拌脱泡機(株式会社シンキー製、商品名「泡とり練太郎」)を使用して、200rpmで2分間、1,800rpmで5分間、さらに減圧下(約2.5×104Pa)において1,800rpmで1.5分間攪拌混合することにより、正極用スラリーを調製した。アルミニウム箔よりなる集電体の表面に、この正極用スラリーを、溶媒除去後の膜厚が80μmとなるようにドクターブレード法によって均一に塗布し、120℃で20分間加熱して溶媒を除去した。その後、活物質層の密度が3.0g/cm3となるようにロールプレス機によりプレス加工することにより、対極(正極)を得た。
(2) Production of counter electrode (positive electrode) A binder for electrochemical device electrodes (manufactured by Kureha Co., Ltd., product name “KF”) is added to a biaxial planetary mixer (manufactured by Primix Co., Ltd., product name “TK Hibismix 2P-03”). Polymer #1120", hereinafter abbreviated as "PVDF") 4.0 parts by mass (solid content conversion value), conductive aid (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd., trade name "Denka Black 50% pressed product") 3.0 Parts by mass, 100 parts by mass of LiCoO 2 (manufactured by Hayashi Kasei Co., Ltd.) having an average particle size of 5 μm as a positive electrode active material (solid content conversion value) and 36 parts by mass of N-methylpyrrolidone (NMP) were added and stirred at 60 rpm for 2 hours. did After adding NMP to the obtained paste and adjusting the solid content concentration to 65% by mass, a stirring and defoaming machine (manufactured by Thinky Co., Ltd., trade name "Awatori Mixer") was used at 200 rpm for 2 minutes. , 1,800 rpm for 5 minutes, and further under reduced pressure (about 2.5×10 4 Pa) at 1,800 rpm for 1.5 minutes to prepare a positive electrode slurry. This positive electrode slurry was uniformly applied to the surface of a current collector made of aluminum foil by a doctor blade method so that the film thickness after solvent removal was 80 μm, and the solvent was removed by heating at 120° C. for 20 minutes. . Thereafter, a counter electrode (positive electrode) was obtained by pressing with a roll press so that the density of the active material layer was 3.0 g/cm 3 .
(3)リチウムイオン電池セルの組立て
露点が-80℃以下となるようAr置換されたグローブボックス内で、上記で製造した負極を直径15.95mmに打ち抜き成型したものを、2極式コインセル(宝泉株式会社製、商品名「HSフラットセル」)上に載置した。次いで、直径24mmに打ち抜いたポリプロピレン製多孔膜からなるセパレータ(セルガード株式会社製、商品名「セルガード#2400」)を載置し、さらに空気が入らないように電解液を500μL注入した後、上記で製造した正極を直径16.16mmに打ち抜き成型したものを載置し、前記2極式コインセルの外装ボディーをネジで閉めて封止することにより、リチウムイオン電池セル(蓄電デバイス)を組み立てた。ここで使用した電解液は、エチレンカーボネート/エチルメチルカーボネート=1/1(質量比)の溶媒に、LiPF6を1モル/Lの濃度で溶解した溶液である。
(3) Lithium-ion battery cell assembly In a glove box filled with Ar so that the dew point is -80°C or lower, the negative electrode produced above was punched into a diameter of 15.95 mm and molded into a two-electrode coin cell (Takara Izumi Co., Ltd., trade name "HS Flat Cell"). Next, a separator made of a polypropylene porous film punched to a diameter of 24 mm (manufactured by Celgard Co., Ltd., trade name “Celgard #2400”) was placed, and 500 μL of an electrolytic solution was injected so as to prevent air from entering. A lithium ion battery cell (electricity storage device) was assembled by punching and molding the manufactured positive electrode into a diameter of 16.16 mm, and then sealing the exterior body of the bipolar coin cell with screws. The electrolytic solution used here is a solution obtained by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1 mol/L in a solvent of ethylene carbonate/ethyl methyl carbonate=1/1 (mass ratio).
(4)充放電サイクル特性の評価
上記で製造した蓄電デバイスにつき、25℃に調温された恒温槽にて、定電流(1.0C)にて充電を開始し、電圧が4.2Vになった時点で引き続き定電圧(4.2V)にて充電を続行し、電流値が0.01Cとなった時点を充電完了(カットオフ)とした。その
後、定電流(1.0C)にて放電を開始し、電圧が3.0Vになった時点を放電完了(カットオフ)とし、1サイクル目の放電容量を算出した。このようにして100回充放電を繰り返し、100サイクル目の放電容量を算出した。このようにして測定した100サイクル目の放電容量を、1サイクル目の放電容量で割った値を100サイクル容量保持率(%)とした。全ての活物質に対して100サイクル目の容量保持率が80%以上である場合、充放電サイクルで起こる電極の劣化が抑制されており良好と判断できる。
(4) Evaluation of charge-discharge cycle characteristics For the electricity storage device manufactured above, charging was started at a constant current (1.0 C) in a constant temperature bath controlled at 25 ° C., and the voltage reached 4.2 V. After that, charging was continued at a constant voltage (4.2 V), and charging was completed (cutoff) when the current value reached 0.01C. After that, discharge was started at a constant current (1.0 C), and the discharge was completed (cutoff) when the voltage reached 3.0 V, and the discharge capacity in the first cycle was calculated. Charging and discharging were repeated 100 times in this way, and the discharge capacity at the 100th cycle was calculated. The 100-cycle capacity retention rate (%) was obtained by dividing the discharge capacity at the 100th cycle measured in this manner by the discharge capacity at the 1st cycle. When the capacity retention rate at the 100th cycle is 80% or more for all the active materials, it can be judged that the deterioration of the electrode caused by charge-discharge cycles is suppressed and is good.
(5)電極膨張率の評価
上記で製造した蓄電デバイス電極(負極)の膜厚を測定し、サイクル試験前の負極膜厚(X0)とした。次いで、上記で製造した蓄電デバイスにつき、25℃に調温された恒温槽にて、定電流(1.0C)にて充電を開始し、電圧が4.2Vになった時点で引き続き定電圧(4.2V)にて充電を続行し、電流値が0.01Cとなった時点を充電完了(カットオフ)とした。その後、定電流(1.0C)にて放電を開始し、電圧が3.0Vになった時点を放電完了(カットオフ)とし、1サイクル目とした。このようにして10回充放電を繰り返した後に蓄電デバイスを解体して、負極電極を取り出した。取り出した負極電極をジメチルカーボネートで洗浄し12時間室温で乾燥し膜厚を測定し、サイクル試験前の負極膜厚(X1)とした。電極膨張率は下記の式で定義する値とした。
電極膨張率(%)=(X1/X0)×100
電極膨張率が、負極活物質中にSiを含有しない蓄電デバイス電極用スラリー(C)を用いた電極の場合は105%以下、負極活物質中にSiを20質量%含有する蓄電デバイス電極用スラリー(C/Si(20%))を用いた電極の場合は130%以下の場合、充放電サイクルで起こる電極の膨張が抑制されており良好と判断できる。
(5) Evaluation of electrode expansion rate The film thickness of the electricity storage device electrode (negative electrode) produced above was measured and taken as the negative electrode film thickness (X0) before the cycle test. Next, the electric storage device produced above was charged at a constant current (1.0 C) in a constant temperature bath adjusted to 25 ° C. When the voltage reached 4.2 V, the constant voltage ( 4.2 V), and the charging was completed (cutoff) when the current value reached 0.01C. After that, discharge was started at a constant current (1.0 C), and the discharge was completed (cutoff) when the voltage reached 3.0 V, which was regarded as the first cycle. After repeating charging and discharging 10 times in this manner, the electricity storage device was disassembled and the negative electrode was taken out. The taken-out negative electrode was washed with dimethyl carbonate, dried at room temperature for 12 hours, and the film thickness was measured to obtain the negative electrode film thickness (X1) before the cycle test. The electrode expansion coefficient was a value defined by the following formula.
Electrode expansion rate (%) = (X1/X0) x 100
The electrode expansion rate is 105% or less in the case of the electrode using the electricity storage device electrode slurry (C) containing no Si in the negative electrode active material, and the electricity storage device electrode slurry containing 20% by mass of Si in the negative electrode active material. In the case of an electrode using (C/Si (20%)), when the ratio is 130% or less, the expansion of the electrode caused by charge/discharge cycles is suppressed, and it can be judged to be good.
5.3.実施例2~21及び比較例1~13
上記実施例1の「5.2.1.蓄電デバイス用組成物の調製」において、重合体(A)及び重合体(B)が表5又は表6に記載の含有割合となるように変更した以外は、実施例1と同様にして蓄電デバイス用組成物を得た。さらに、このようにして調製した蓄電デバイス用組成物を用いた以外は実施例1と同様にして、蓄電デバイス電極用スラリーをそれぞれ調製し、蓄電デバイス電極及び蓄電デバイスをそれぞれ作製し、上記実施例1と同様に評価した。
5.3. Examples 2-21 and Comparative Examples 1-13
In "5.2.1. Preparation of power storage device composition" in Example 1 above, the polymer (A) and polymer (B) were changed to have the content ratios shown in Table 5 or Table 6. A composition for an electricity storage device was obtained in the same manner as in Example 1 except for the above. Furthermore, in the same manner as in Example 1 except that the composition for an electricity storage device thus prepared was used, a slurry for an electricity storage device electrode was prepared, an electricity storage device electrode and an electricity storage device were produced, respectively, and It was evaluated in the same manner as 1.
5.4.評価結果
下表5及び下表6に、実施例1~21及び比較例1~13で使用した蓄電デバイス用組成物の組成及び各評価結果をまとめた。
5.4. Evaluation Results Tables 5 and 6 below summarize the compositions and evaluation results of the electrical storage device compositions used in Examples 1 to 21 and Comparative Examples 1 to 13.
5.5.実施例22
5.5.1.蓄電デバイス用組成物の調製
上記で得られた蓄電デバイス用組成物A1と蓄電デバイス用組成物B14とを、重合体(A1)1.0質量部、重合体(B14)2.0質量部に相当する量だけそれぞれ加え、60rpmで1時間撹拌することにより、実施例22で使用する蓄電デバイス用組成物を得た。
5.5. Example 22
5.5.1. Preparation of power storage device composition The power storage device composition A1 and the power storage device composition B14 obtained above were added to 1.0 parts by mass of the polymer (A1) and 2.0 parts by mass of the polymer (B14). A corresponding amount of each was added, and the mixture was stirred at 60 rpm for 1 hour to obtain an electricity storage device composition used in Example 22.
5.5.2.蓄電デバイスの製造及び評価
(1)正極用スラリーの調製及び蓄電デバイス正極の作製
二軸型プラネタリーミキサー(プライミクス株式会社製、商品名「TKハイビスミックス 2P-03」)に、増粘剤(商品名「CMC2200」、株式会社ダイセル製)1質量部(固形分換算)、さらに粒子径(D50値)が10μmの市販のニッケル・マンガン・コバルト酸リチウム(ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)の比率1:1:1)活物質粒子100質量部、アセチレンブラック3質量部、硫酸アンモニウム1質量部及び水1質量部を投入し、90rpmで1時間攪拌を行った。その後、上記で得られた蓄電デバイス用組成物を、活物質100質量部に対して重合体(A1)が1.0質量部及び重合体(B14)が2.0質量部となるように加え、さらに1時間攪拌しペーストを得た。得られたペーストに水を加えて固形分濃度を65%に調整した後、攪拌脱泡機(株式会社シンキー製、商品名「あわとり練太郎」)を使用して、200rpmで2分間、1,800rpmで5分間、さらに真空下(約5.0×103Pa)において1,800rpmで1.5分間攪拌混合することにより、正極用スラリーを調製した。
5.5.2. Production and evaluation of power storage device (1) Preparation of positive electrode slurry and production of positive electrode for power storage device Commercially available nickel-manganese-lithium cobaltate (nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn) ratio 1:1:1) 100 parts by mass of active material particles, 3 parts by mass of acetylene black, 1 part by mass of ammonium sulfate and 1 part by mass of water were added and stirred at 90 rpm for 1 hour. Then, the power storage device composition obtained above was added so that the polymer (A1) was 1.0 parts by mass and the polymer (B14) was 2.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the active material. and further stirred for 1 hour to obtain a paste. After adding water to the obtained paste to adjust the solid content concentration to 65%, using a stirring deaerator (manufactured by Thinky Co., Ltd., trade name "Awatori Mixer"), 200 rpm for 2 minutes, 1 , 800 rpm for 5 minutes and then under vacuum (about 5.0×10 3 Pa) at 1,800 rpm for 1.5 minutes to prepare a positive electrode slurry.
アルミニウム箔よりなる集電体の表面に、この正極用スラリーを、溶媒除去後の膜厚が80μmとなるようにドクターブレード法によって均一に塗布し、120℃で20分間加熱して溶媒を除去した。その後、活物質層の密度が3.0g/cm3となるようにロールプレス機によりプレス加工することにより、正極を得た。 This positive electrode slurry was uniformly applied to the surface of a current collector made of aluminum foil by a doctor blade method so that the film thickness after solvent removal was 80 μm, and the solvent was removed by heating at 120° C. for 20 minutes. . Thereafter, the positive electrode was obtained by pressing with a roll press machine so that the density of the active material layer was 3.0 g/cm 3 .
(2)対極(負極)の製造
実施例1で作製した負極のうち、負極活物質中にSiを10質量%含有する蓄電デバイス電極用スラリー(C/Si(10%))を使用して作製したものを用いた。
(2) Production of Counter Electrode (Negative Electrode) Of the negative electrodes produced in Example 1, produced using slurry for electricity storage device electrodes (C/Si (10%)) containing 10% by mass of Si in the negative electrode active material. I used what I did.
(3)リチウムイオン電池セルの組立て
上記で作製した蓄電デバイス電極を用いた以外は実施例1と同様にして蓄電デバイスを作製し、実施例1と同様に評価した。
(3) Assembly of Lithium Ion Battery Cell An electricity storage device was produced in the same manner as in Example 1 except that the electricity storage device electrode produced above was used, and evaluated in the same manner as in Example 1.
(4)極板のクラック率の評価
上記で得られた正極板を、幅2cm×長さ10cmに切り出し、幅方向に直径2mmの丸棒に沿って正極板を折り曲げ回数100回にて繰り返し折り曲げ試験を行った。丸棒に沿った部分のクラックの大きさを目視により観察して計測し、クラック率を測定した。クラック率は、下記式(3)によって定義した。
クラック率(%)=(クラックの入った長さ(mm)÷極板全体の長さ(mm))×100 ・・・・(3)
クラック率は四捨六入することにより5%刻みで評価し、差を明確にしやすくした。ここで、柔軟性や密着性に優れた電極板はクラック率が低い。クラック率は0%であることが望ましいが、正極板と負極板とをセパレータを介して渦巻き状に捲回して極板群を製造する場合には、クラック率が20%までなら許容される。しかし、クラック率が20%より大きくなると、極板が切れ易くなり極板群の製造が不可能となり、極板群の生産性が低下する。このことから、クラック率が20%までのものを良好と判断した。
(4) Evaluation of the crack rate of the electrode plate The positive electrode plate obtained above was cut into pieces of 2 cm in width and 10 cm in length, and the positive electrode plate was repeatedly bent 100 times along a round bar with a diameter of 2 mm in the width direction. did the test. The size of cracks along the round bar was visually observed and measured, and the crack rate was measured. The crack rate was defined by the following formula (3).
Crack rate (%) = (cracked length (mm) ÷ total electrode plate length (mm)) x 100 (3)
The crack rate was evaluated in increments of 5% by rounding off to make it easier to clarify the difference. Here, an electrode plate with excellent flexibility and adhesion has a low crack rate. A crack rate of 0% is desirable, but a crack rate of up to 20% is permissible when a positive electrode plate and a negative electrode plate are spirally wound with a separator interposed therebetween. However, if the crack rate is greater than 20%, the electrode plate is likely to be cut, making it impossible to manufacture the electrode plate assembly and lowering the productivity of the electrode plate assembly. From this, the crack rate up to 20% was judged to be good.
(5)充放電サイクル特性の評価
上記で作製した蓄電デバイスにつき、実施例1と同様にして、100サイクル容量保持
率(%)を算出した。加えて、500サイクルまで充放電を繰り返し、500サイクルでの容量保持率(%)を算出した。100サイクル時の容量保持率と500サイクル時の容量保持率の差が16%以下である場合、充放電を繰り返した際の劣化が抑制されており良好と判断することができる。
(5) Evaluation of charge-discharge cycle characteristics The 100-cycle capacity retention rate (%) was calculated in the same manner as in Example 1 for the electricity storage device produced above. In addition, charging and discharging were repeated up to 500 cycles, and the capacity retention rate (%) at 500 cycles was calculated. When the difference between the capacity retention rate at 100 cycles and the capacity retention rate at 500 cycles is 16% or less, it can be judged that the deterioration is suppressed when charging and discharging are repeated, and the battery is good.
5.6.実施例23~29及び実施例33~36
上記実施例22の「5.5.1.蓄電デバイス用組成物の調製」において、重合体(A)及び重合体(B)が表7に記載の含有割合となるように変更した以外は、実施例22と同様にして蓄電デバイス用組成物を得た。さらに、上記で調製した蓄電デバイス用組成物を用いた以外は上記実施例22と同様にして、蓄電デバイス電極用スラリーをそれぞれ調製し、蓄電デバイス電極及び蓄電デバイスをそれぞれ作製し、上記実施例22と同様に評価した。
5.6. Examples 23-29 and Examples 33-36
In "5.5.1. Preparation of power storage device composition" in Example 22 above, except that the polymer (A) and the polymer (B) were changed to the content ratios shown in Table 7, A composition for an electricity storage device was obtained in the same manner as in Example 22. Furthermore, in the same manner as in Example 22 except that the composition for an electricity storage device prepared above was used, an electricity storage device electrode slurry was prepared, an electricity storage device electrode and an electricity storage device were produced, and the was evaluated similarly.
5.7.実施例30
5.7.1.蓄電デバイス用組成物の調製
上記で得られた蓄電デバイス用組成物A11と蓄電デバイス用組成物B18とを、重合体(A11)5.0質量部、重合体(B18)4.0質量部に相当する量だけそれぞれ加え、60rpmで1時間撹拌することにより、実施例30で使用する蓄電デバイス用組成物を得た。
5.7. Example 30
5.7.1. Preparation of power storage device composition The power storage device composition A11 and the power storage device composition B18 obtained above were added to 5.0 parts by mass of the polymer (A11) and 4.0 parts by mass of the polymer (B18). A corresponding amount of each was added, and the mixture was stirred at 60 rpm for 1 hour to obtain an electricity storage device composition used in Example 30.
5.7.2.正極用スラリーの調製及び蓄電デバイス正極の作製
二軸型プラネタリーミキサー(プライミクス株式会社製、商品名「TKハイビスミックス 2P-03」)に、増粘剤(商品名「CMC1120」、株式会社ダイセル製)1質量部(固形分換算)、宝泉株式会社製のリン酸鉄リチウム(LiFePO4)100質量部、アセチレンブラック5質量部、及び水68質量部を投入し、60rpmで1時間攪拌を行った。前記リン酸鉄リチウムは、めのう乳鉢で粉砕し、ふるいを用いて分級することで、平均粒子径(D50値)を10μmとしたものである。また、前記リン酸鉄リチウムは、正極活物質の一例である。その後、上記で得られた蓄電デバイス用組成物を、活物質100質量部に対して重合体(A11)が5.0質量部及び重合体(B18)が4.0質量部となるように加え、さらに1時間攪拌しペーストを得た。
5.7.2. Preparation of slurry for positive electrode and production of positive electrode for power storage device A biaxial planetary mixer (manufactured by Primix Co., Ltd., trade name “TK Hibis Mix 2P-03”) is added to a thickener (trade name “CMC1120”, manufactured by Daicel Corporation). ) 1 part by mass (in terms of solid content), 100 parts by mass of lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) manufactured by Hosen Co., Ltd., 5 parts by mass of acetylene black, and 68 parts by mass of water, and stirred at 60 rpm for 1 hour. rice field. The lithium iron phosphate was pulverized in an agate mortar and classified using a sieve to have an average particle size (D50 value) of 10 μm. Moreover, the lithium iron phosphate is an example of the positive electrode active material. Then, the power storage device composition obtained above was added so that the polymer (A11) was 5.0 parts by mass and the polymer (B18) was 4.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the active material. and further stirred for 1 hour to obtain a paste.
得られたペーストに水を加えて固形分濃度を50%に調整した後、攪拌脱泡機(株式会社シンキー製、商品名「あわとり練太郎」)を使用して、200rpmで2分間、1,800rpmで5分間、さらに真空下(約5.0×103Pa)において1,800rpmで1.5分間攪拌混合することにより、正極用スラリーを調製した。アルミニウム箔よりなる集電体の表面に、この正極用スラリーを、溶媒除去後の膜厚が80μmとなるようにドクターブレード法によって均一に塗布し、120℃で20分間加熱して溶媒を除去した。その後、活物質層の密度が2.0g/cm3となるようにロールプレス機によりプレス加工することにより、正極を得た。 After adding water to the obtained paste to adjust the solid content concentration to 50%, using a stirring deaerator (manufactured by Thinky Co., Ltd., trade name "Awatori Mixer"), 200 rpm for 2 minutes, 1 , 800 rpm for 5 minutes and then under vacuum (about 5.0×10 3 Pa) at 1,800 rpm for 1.5 minutes to prepare a positive electrode slurry. This positive electrode slurry was uniformly applied to the surface of a current collector made of aluminum foil by a doctor blade method so that the film thickness after solvent removal was 80 μm, and the solvent was removed by heating at 120° C. for 20 minutes. . After that, the positive electrode was obtained by pressing with a roll press so that the density of the active material layer was 2.0 g/cm 3 .
その後、上記実施例22と同様にして負極、蓄電デバイスを製造し、上記実施例22と同様に評価した。 Thereafter, a negative electrode and an electric storage device were produced in the same manner as in Example 22 above, and evaluated in the same manner as in Example 22 above.
5.8.実施例31~32及び比較例14
上記実施例30の「5.7.1.蓄電デバイス用組成物の調製」において、重合体(A)及び重合体(B)が表7に記載の含有割合となるように変更した以外は、上記実施例30と同様にして蓄電デバイス用組成物を得た。さらに、上記で調製した蓄電デバイス用組成物を用いた以外は上記実施例30と同様にして、蓄電デバイス電極用スラリーをそれぞれ調製し、蓄電デバイス電極及び蓄電デバイスをそれぞれ作製し、上記実施例30と同様に評価した。
5.8. Examples 31-32 and Comparative Example 14
In "5.7.1. Preparation of power storage device composition" in Example 30 above, except that the polymer (A) and the polymer (B) were changed to the content ratios shown in Table 7, A composition for an electricity storage device was obtained in the same manner as in Example 30 above. Furthermore, in the same manner as in Example 30 except that the composition for an electricity storage device prepared above was used, an electricity storage device electrode slurry was prepared, an electricity storage device electrode and an electricity storage device were produced, and was evaluated similarly.
5.9.評価結果
下表7に、実施例22~36及び比較例14で使用した蓄電デバイス用組成物の組成及び各評価結果をまとめた。
5.9. Evaluation Results Table 7 below summarizes the compositions and evaluation results of the electrical storage device compositions used in Examples 22 to 36 and Comparative Example 14.
表7における各成分の略称はそれぞれ以下の化合物を表す。
<活物質>
・NMC(111):ニッケル・マンガン・コバルト酸リチウム(ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)の比率1:1:1)活物質粒子
・NMC(532):ニッケル・マンガン・コバルト酸リチウム(ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)の比率5:3:2)活物質粒子
・NMC(622):ニッケル・マンガン・コバルト酸リチウム(ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)の比率6:2:2)活物質粒子
・LCO:コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ハヤシ化成株式会社製
・LFP:リン酸鉄リチウム(LiFePO4)、宝泉株式会社製
<導電助剤>
・AB:アセチレンブラック
The abbreviations of each component in Table 7 represent the following compounds, respectively.
<Active material>
・NMC (111): nickel-manganese-lithium cobaltate (ratio of nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn) 1:1:1) active material particles ・NMC (532): nickel-manganese-cobalt Lithium oxide (ratio of nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn) 5:3:2) active material particles ・NMC (622): nickel-manganese-lithium cobaltate (nickel (Ni), cobalt (Co ), manganese (Mn) ratio 6:2:2) Active material particles LCO: Lithium cobaltate (LiCoO 2 ), manufactured by Hayashi Kasei Co., Ltd. LFP: Lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), manufactured by Hosen Co., Ltd. <Conductivity aid>
・AB: Acetylene black
第5表から明らかなように、実施例1~21に示した本願発明に係る蓄電デバイス用組成物を用いて作製された負極を備える蓄電デバイスは、いずれの活物質を使用した場合でも100サイクル後の容量保持率に優れており、電極膨張率を低く抑えることができた。一方、第6表から明らかなように、比較例1~13では、活物質中のケイ素材料の含有割合が増加するにつれて、100サイクル後の容量保持率も低下する傾向が見られ、電極膨張率を低く抑えることができなかった。 As is clear from Table 5, the electricity storage devices provided with negative electrodes produced using the electricity storage device compositions according to the present invention shown in Examples 1 to 21 performed 100 cycles even when using any active material. The subsequent capacity retention rate was excellent, and the expansion rate of the electrode could be kept low. On the other hand, as is clear from Table 6, in Comparative Examples 1 to 13, as the content of the silicon material in the active material increased, the capacity retention rate after 100 cycles tended to decrease, and the electrode expansion rate could not be kept low.
第7表から明らかなように、実施例22~36に示した本願発明に係る蓄電デバイス用組成物を用いて作製された正極を備える蓄電デバイスは、クラック率を低く抑えることができ、充放電を繰り返した際の劣化が抑制されていることがわかった。一方、比較例14では、クラック率を低く抑えることができず、充放電を繰り返すことにより早期に劣化することがわかった。 As is clear from Table 7, the electricity storage devices provided with the positive electrode produced using the electricity storage device composition according to the present invention shown in Examples 22 to 36 can keep the crack rate low, and charge and discharge. It was found that the deterioration when repeated was suppressed. On the other hand, in Comparative Example 14, the crack rate could not be kept low, and it was found that the battery deteriorated at an early stage due to repeated charging and discharging.
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成)を包含する。また本発明は、上記の実施形態で説明した構成の本質的でない部分を他の構成に置き換えた構成を包含する。さらに本発明は、上記の実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成をも包含する。さらに本発明は、上記の実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成をも包含する。 The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible. The present invention includes configurations substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations with the same function, method and result, or configurations with the same purpose and effect). The present invention also includes configurations in which non-essential portions of the configurations described in the above embodiments are replaced with other configurations. Furthermore, the present invention also includes a configuration that achieves the same effects or achieves the same purpose as the configurations described in the above embodiments. Furthermore, the present invention also includes configurations obtained by adding known techniques to the configurations described in the above embodiments.
Claims (14)
前記重合体(A)中に含まれる繰り返し単位の合計を100質量部としたときに、前記重合体(A)が水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位を50質量部以上含有し、
前記水不溶性重合体(B)中に含まれる繰り返し単位の合計を100質量部としたときに、前記水不溶性重合体(B)中の、水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位の含有割合が0質量部であり、不飽和カルボン酸エステル(前記水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルを除く)に由来する繰り返し単位の含有割合が50~100質量である、蓄電デバイス用組成物。 Containing a polymer (A), a water-insoluble polymer (B), and water,
When the total of repeating units contained in the polymer (A) is 100 parts by mass, the polymer (A) contains 50 parts by mass or more of repeating units derived from an unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group. ,
When the total number of repeating units contained in the water-insoluble polymer (B) is 100 parts by mass, the number of repeating units derived from the unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group in the water-insoluble polymer (B) A power storage device composition having a content of 0 parts by mass and a content of repeating units derived from an unsaturated carboxylic acid ester (excluding the unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group) of 50 to 100 mass . .
前記重合体(A)中に含まれる繰り返し単位の合計を100質量部としたときに、前記重合体(A)が水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位を50質量部以上含有し、When the total of repeating units contained in the polymer (A) is 100 parts by mass, the polymer (A) contains 50 parts by mass or more of repeating units derived from an unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group. ,
前記水不溶性重合体(B)中に含まれる繰り返し単位の合計を100質量部としたときに、前記水不溶性重合体(B)中の、水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位の含有割合が0質量部であり、共役ジエン化合物に由来する繰り返し単位の含有割合が20~70質量部であり、不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位の含有割合が0.5~30質量部である、蓄電デバイス用組成物。When the total number of repeating units contained in the water-insoluble polymer (B) is 100 parts by mass, the number of repeating units derived from the unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group in the water-insoluble polymer (B) The content ratio is 0 parts by mass, the content ratio of repeating units derived from a conjugated diene compound is 20 to 70 parts by mass, and the content ratio of repeating units derived from an unsaturated carboxylic acid is 0.5 to 30 parts by mass. A composition for an electric storage device.
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