JP7160796B2 - リチウムイオン電極用粘着剤、リチウムイオン電池用電極及びリチウムイオン電池用電極の製造方法 - Google Patents

リチウムイオン電極用粘着剤、リチウムイオン電池用電極及びリチウムイオン電池用電極の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP7160796B2
JP7160796B2 JP2019513705A JP2019513705A JP7160796B2 JP 7160796 B2 JP7160796 B2 JP 7160796B2 JP 2019513705 A JP2019513705 A JP 2019513705A JP 2019513705 A JP2019513705 A JP 2019513705A JP 7160796 B2 JP7160796 B2 JP 7160796B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
parts
lithium ion
adhesive
active material
monomer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019513705A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2018194164A1 (ja
Inventor
智也 太田
浩太郎 那須
健一 川北
卓也 末永
悠輔 森
康彦 大澤
雄樹 草地
一 佐藤
弘 赤間
英明 堀江
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Chemical Industries Ltd
Original Assignee
Sanyo Chemical Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=63855821&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JP7160796(B2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Sanyo Chemical Industries Ltd filed Critical Sanyo Chemical Industries Ltd
Publication of JPWO2018194164A1 publication Critical patent/JPWO2018194164A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7160796B2 publication Critical patent/JP7160796B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621Binders
    • H01M4/622Binders being polymers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04Processes of manufacture in general
    • H01M4/0438Processes of manufacture in general by electrochemical processing
    • H01M4/045Electrochemical coating; Electrochemical impregnation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04Processes of manufacture in general
    • H01M4/043Processes of manufacture in general involving compressing or compaction
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139Processes of manufacture
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362Composites
    • H01M4/364Composites as mixtures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621Binders
    • H01M4/622Binders being polymers
    • H01M4/623Binders being polymers fluorinated polymers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/021Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362Composites
    • H01M4/366Composites as layered products
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

Description

本発明は、リチウムイオン電極用粘着剤、リチウムイオン電池用電極及びリチウムイオン電池用電極の製造方法に関する。
近年、環境保護のため二酸化炭素排出量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池の開発が鋭意行われている。二次電池としては、高エネルギー密度、高出力密度が達成できるリチウムイオン電池に注目が集まっている。
特許文献1には、粒径の小さい活物質を電極の活物質層の表面層に保持することができ、電極構造を強化した電極として、活物質層が粘着材料を含むことを特徴とする電池用電極が記載されている。
特開2007-280806号公報
特許文献1に記載された電池用電極では、電極の形状を保持するために活物質の他に粘着材料を別途添加する必要がある。しかし、粘着材料による電極形状保持性能は充分ではなかった。また、ポリフッ化ビニリデン等の、固化物を形成することにより形状を保持するタイプのバインダーを併せて使用しないと活物質層を形成して電極の形状を保持させることが困難であった。
さらに、粘着材料及びバインダーを併せて使用すると、それらの体積の分だけ電極のエネルギー密度が低くなってしまうという問題があった。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、電極の形状を保持することができ、かつ、電極のエネルギー密度が低くならない構成を有するリチウムイオン電池用電極を作製できる粘着剤、その粘着剤を含む電極、及び、そのようなリチウムイオン電池用電極の製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、リチウムイオン電極において活物質同士を接着させる粘着剤であって、前記粘着剤のガラス転移点が60℃以下であり、溶解度パラメータが8~13(cal/cm1/2であり、周波数10-1~10Hzの範囲において20℃で測定した貯蔵せん断弾性率及び損失せん断弾性率が2.0×10~5.0×10Paであって、前記粘着剤が(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体由来の構成単位を必須とする、アクリル系重合体であり、前記粘着剤を構成する単量体中における前記(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体の割合が単量体の合計重量を基準として50重量%以上であり、フッ素含有単量体の割合が単量体の合計重量を基準として3重量%未満であることを特徴とするリチウムイオン電極用粘着剤;前記粘着剤と、リチウムイオンを吸蔵及び放出する電極活物質の表面の少なくとも一部に被覆用樹脂を含む被覆層を有する被覆電極活物質との非結着体からなることを特徴とするリチウムイオン電池用電極、及び、リチウムイオンを吸蔵及び放出する電極活物質の表面の少なくとも一部に被覆用樹脂を含む被覆層を有する被覆電極活物質と、リチウムイオン電極において活物質同士を接着させる粘着剤であって、前記粘着剤のガラス転移点が60℃以下であり、溶解度パラメータが8~13(cal/cm1/2であり、周波数10-1~10Hzの範囲において20℃で測定した貯蔵せん断弾性率及び損失せん断弾性率が2.0×10~5.0×10Paであって、前記粘着剤が(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体由来の構成単位を必須とする、アクリル系重合体であり、前記粘着剤を構成する単量体中における前記(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体の割合が単量体の合計重量を基準として50重量%以上であり、フッ素含有単量体の割合が単量体の合計重量を基準として3重量%未満であるリチウムイオン電極用粘着剤と、の混合物を加圧することにより、前記被覆電極活物質と前記粘着剤とを含む混合物の非結着体からなる電極活物質層を形成することを特徴とするリチウムイオン電池用電極の製造方法、に関する。
本発明のリチウムイオン電極用粘着剤を用いたリチウムイオン電池用電極は、固化することで電極活物質同士を結着して電極の形状を保持するバインダーを含まずに電極の形状を保持することができる。そして、バインダーを含まない分だけ電極のエネルギー密度が低くならない構成を有する。
また、電極の形状が安定しているので、充放電中に電極の形状が崩れることが防止され、サイクル特性に優れた電極とすることができる。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のリチウムイオン電極用粘着剤は、リチウムイオン電極において活物質同士を接着させる粘着剤であって、前記粘着剤のガラス転移点が60℃以下であり、溶解度パラメータが8~13(cal/cm1/2であり、周波数10-1~10Hzの範囲において20℃で測定した貯蔵せん断弾性率及び損失せん断弾性率が2.0×10~5.0×10Paであって、前記粘着剤が(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体由来の構成単位を必須とする、アクリル系重合体であり、前記粘着剤を構成する単量体中における前記(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体の割合が単量体の合計重量を基準として50重量%以上であり、フッ素含有単量体の割合が単量体の合計重量を基準として3重量%未満であるリチウムイオン電極用粘着剤である。
本発明の粘着剤は、リチウムイオン電極用の粘着剤である。なお、リチウムイオン電極とは、リチウムイオン電池に使用される電極であり、本明細書における「リチウムイオン電池用電極」と同じ意味である。
本発明の粘着剤のガラス転移点(以下、Tgと記載することもある)は、60℃以下である。Tgが60℃を上回ると、粘着剤が適度な柔軟性を有さないため、電極の形状保持が困難になる。電極形状の安定性の観点から、粘着剤のTgは好ましくは40℃以下、より好ましくは20℃以下である。
なお、本明細書において、Tgはセイコー電子工業(株)製DSC20、SSC/580を用いて、ASTM D3418-82に規定の方法(DSC法)で測定される。
また、本発明の粘着剤の溶解度パラメータ(以下、SP値と記載することもあり、単位は(cal/cm1/2である]は8~13である。SP値が8未満であると粘着剤が電解液を吸液せず、リチウムイオンの通過が困難になるため、電極活物質層内でのイオン抵抗が高くなる。また、SP値が13を超えると粘着剤が電解液に溶解するため、電極形状の保持が困難になる。
電解液を吸液することによるリチウムイオンの伝導性と電解液中での電極形状の安定性の観点から、粘着剤のSP値は好ましくは8.5~12.5、より好ましくは9~12である。
なお、本発明におけるSP値は、Fedorsらが提案した下記の文献に記載の方法によって計算されるものである。
「POLYMER ENGINEERING AND SCIENCE,February,1974,Vol.14,No.2,Robert F. Fedors(147~154頁)」
また、本発明の粘着剤の、周波数10-1~10Hzの範囲において20℃で測定した貯蔵せん断弾性率及び損失せん断弾性率は、2.0×10~5.0×10Paである。
貯蔵せん断弾性率が5.0×10Paを超える、又は、損失せん断弾性率が2.0×10Paを超えると粘着剤が適度な柔軟性を有さないため、電極の形状保持が困難になる。また、貯蔵せん断弾性率が2.0×10Pa未満、又は、損失せん断弾性率が5.0×10Pa未満の場合も同様である。
電極形状の安定性の観点から、本発明の粘着剤の、周波数10-1~10Hzの範囲において20℃で測定した貯蔵せん断弾性率及び損失せん断弾性率は好ましくは5.0×10~2.0×10Pa、より好ましくは1.0×10~1.0×10Paである。
なお、本発明における貯蔵せん断弾性率及び損失せん断弾性率は、粘着剤を0.8g、φ20mmのダイスを用いて30MPaの圧力で成型し、TA社製のADVANCED RHEOMETRIC EXPANSION SYSTEMによりφ20mmのパラレルコーンを使用して、周波数0.1~10Hz(10-1~10Hz)、温度20℃、歪み0.1%(自動歪み制御:許容最小応力1.0g/cm、許容最大応力500g/cm、最大付加歪み200%、歪み調整200%)の条件で測定することができる。
本発明の粘着剤の貯蔵せん断弾性率及び損失せん断弾性率が周波数10-1~10Hzの範囲において2.0×10~5.0×10Paとなるということは、周波数10-1~10Hzの範囲の全ての領域において貯蔵せん断弾性率及び損失せん断弾性率が上記範囲に含まれることを意味する。
本発明の粘着剤のTgは、(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体のアルキル鎖を伸長する(長くする)ことで低くすることができ、短くすることで高くすることができる。
本発明の粘着剤のSP値は、(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体とニトリル基、ヒドロキシ基等を含有したモノビニル単量体を共重合させることで高くすることができ、フルオロ基、シロキサン等を含有したモノビニル単量体を共重合させることで低くすることができる。
本発明の粘着剤の貯蔵せん断弾性率及び損失せん断弾性率は、上記Tg値の調整、アクリル系重合体の分子量の調整、又は、架橋剤の添加量の調整によって調節することができる。
本発明の粘着剤は(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体由来の構成単位を必須とするアクリル系重合体であり、粘着剤を構成する単量体中における(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体の重量割合が単量体の合計重量を基準として50重量%以上である。
(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体の重量割合(重量%)は、超臨界流体中に重合体を溶解させ、得られたオリゴマー成分をガスクロマトグラフィー質量分析(GC-MS)法で解析する等の方法で測定することができる。
粘着剤を構成する単量体中における(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体の重量割合が単量体の合計重量を基準として50重量%未満であると、適度な粘着力を有さず、電極形状の安定性が低くなる。
前記(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体としては、2-エチルヘキシルアクリレート、2-エチルヘキシルメタクリレート、n-ブチルアクリレート、n-ブチルメタクリレート、iso-ブチルメタクリレート、メタクリル酸メチル、アクリル酸メチル、またアルキル鎖の末端に水酸基を含有する2-ヒドロキシエチルアクリレート、2-ヒドロキシエチルメタクリレート等が挙げられる。
また、多官能アクリレートも前記(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体に含まれる。前記多官能アクリレートとしては、1,6-ヘキサンジオールメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート等が挙げられる。電極形状の安定性の観点から、前記多官能アクリレートの重量割合は単量体の合計重量を基準としては0.1~3重量%であることが好ましい。
本発明の粘着剤は2種類以上の(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体を構成単量体として含み、その合計含有量が構成単量体の合計重量を基準として50重量%以上であることが好ましい。前記(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体としては前述の通りであり、好ましい組合せとして、n-ブチルアクリレートと2-エチルヘキシルアクリレートの組合せ、アクリル酸メチルとn-ブチルアクリレートの組合せ、又は、メタクリル酸メチルとiso-ブチルメタクリレートの組合せが挙げられる。
形状保持性の観点から、前記粘着剤を構成する単量体中における前記(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体の重量割合は単量体の合計重量を基準として65重量%以上であることが好ましい。
本発明の粘着剤は、前記(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体以外の単量体として、(メタ)アクリル酸単量体を構成単量体として含むことが好ましい。(メタ)アクリル酸単量体を構成単量体として含むと電池内で生成する水酸化リチウム等の副生成物を中和し、電極の腐食を防止することができる。
(メタ)アクリル酸単量体の重量割合は構成単量体の合計重量を基準として0.1~15重量%であることが好ましい。
本発明の粘着剤は、(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体と共重合可能なモノビニル単量体を構成単量体として含んでいてもよい。
モノビニル単量体としては、フルオロ基、シロキサン等を含有したモノビニル単量体(ジメチルシロキサン等)を使用することができる。
本発明の粘着剤は、フッ素含有単量体の重量割合が単量体の合計重量を基準として3重量%未満である。粘着剤中にフッ素含有単量体が3重量%以上含まれていると電極活物質に対する隠蔽性が少なくなり、粘着力と柔軟性が不足するため、電極形状の保持が困難になる。
電極形状の安定性の観点から、フッ素含有単量体の重量割合は単量体の合計重量を基準として2重量%未満が好ましく、0重量%(含有しない状態)がより好ましい。
本発明の粘着剤のフッ素含有単量体の重量割合は、超臨界流体中に重合体を溶解させ、得られたオリゴマー成分をガスクロマトグラフィー質量分析(GC-MS)法で解析する等の方法で測定することができる。
本発明の粘着剤の重量平均分子量の好ましい下限は10,000、より好ましくは50,000、さらに好ましくは100,000であり、好ましい上限は1,000,000、より好ましくは800,000、さらに好ましくは500,000、特に好ましくは400,000である。
本発明の粘着剤の重量平均分子量は、以下の条件でゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下GPCと略記)測定により求めることができる。
装置:「HLC-8120GPC」[東ソー(株)製]
カラム:「TSKgel GMHXL」(2本)、「TSKgel Multipore HXL-Mを各1本連結したもの」[いずれも東ソー(株)製]
試料溶液:0.25重量%のテトラヒドロフラン溶液
溶液注入量:10μL
流量:0.6mL/分
測定温度:40℃
検出装置:屈折率検出器
基準物質:標準ポリスチレン[東ソー(株)製]
本発明の粘着剤は、公知の重合開始剤{アゾ系開始剤[2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオニトリル)、2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル等)]、パーオキサイド系開始剤(ベンゾイルパーオキサイド、ジ-t-ブチルパーオキサイド、ラウリルパーオキサイド等)等}を使用して公知の重合方法(溶液重合)により製造することができる。
重合開始剤の使用量は、分子量を好ましい範囲に調整する等の観点から単量体の全重量に基づいて好ましくは0.01~5重量%、より好ましくは0.05~2重量%、さらに好ましくは0.1~1.5重量%である。
重合温度及び重合時間は重合開始剤の種類等に応じて調整されるが、重合温度は好ましくは-5~150℃、(より好ましくは30~120℃)、反応時間は好ましくは0.1~50時間(より好ましくは2~24時間)で行われる。
重合に使用される溶媒としては、例えばエステル(炭素数2~8、例えば酢酸エチル及び酢酸ブチル)、アルコール(炭素数1~8、例えばメタノール、エタノール及びオクタノール)、炭化水素(炭素数4~8、例えばn-ブタン、シクロヘキサン及びトルエン)及びケトン(炭素数3~9、例えばメチルエチルケトン)が挙げられ、分子量を好ましい範囲に調整する等の観点から、その使用量はモノマーの合計重量に基づいて好ましくは5~900重量%、より好ましくは10~400重量%、特に好ましくは30~300重量%であり、モノマー濃度としては、好ましくは10~95重量%、より好ましくは20~90重量%、特に好ましくは30~80重量%である。
重合に際しては、公知の連鎖移動剤、例えばメルカプト化合物(ドデシルメルカプタン、n-ブチルメルカプタン等)及び/又はハロゲン化炭化水素(四塩化炭素、四臭化炭素、塩化ベンジル等)を使用することができる。
本発明のリチウムイオン電池用電極は、本発明の粘着剤と、リチウムイオンを吸蔵及び放出する電極活物質の表面の少なくとも一部に被覆用樹脂を含む被覆層を有する被覆電極活物質との非結着体からなることを特徴とするリチウムイオン電池用電極である。
以下、本発明のリチウムイオン電池用電極の構成要素について説明する。
被覆電極活物質は、電極活物質の表面の一部に被覆層を有する電極活物質である。被覆層は、被覆用樹脂を含む。
電極活物質の表面が被覆層で被覆されていると、電極活物質間の距離を一定に保つことが容易になり、導電経路を維持することが容易になり好ましい。
電極活物質は、正極活物質であっても負極活物質であってもよい。電極活物質が正極活物質であると、リチウムイオン電池用電極は正極となり、電極活物質が負極活物質であると、リチウムイオン電池用電極は負極となる。
電極活物質としての正極活物質としては、リチウムと遷移金属との複合酸化物{遷移金属が1種である複合酸化物(LiCoO、LiNiO、LiAlMnO、LiMnO及びLiMn等)、遷移金属元素が2種である複合酸化物(例えばLiFeMnO、LiNi1-xCo、LiMn1-yCo、LiNi1/3Co1/3Al1/3及びLiNi0.8Co0.15Al0.05)及び金属元素が3種類以上である複合酸化物[例えばLiMaM’bM’’cO(M、M’及びM’’はそれぞれ異なる遷移金属元素であり、a+b+c=1を満たす。例えばLiNi1/3Mn1/3Co1/3)等]等}、リチウム含有遷移金属リン酸塩(例えばLiFePO、LiCoPO、LiMnPO及びLiNiPO)、遷移金属酸化物(例えばMnO及びV)、遷移金属硫化物(例えばMoS及びTiS)及び導電性高分子(例えばポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリ-p-フェニレン及びポリビニルカルバゾール)等が挙げられ、2種以上を併用してもよい。
なお、リチウム含有遷移金属リン酸塩は、遷移金属サイトの一部を他の遷移金属で置換したものであってもよい。
電極活物質としての負極活物質としては、炭素系材料[例えば黒鉛、難黒鉛化性炭素、アモルファス炭素、樹脂焼成体(例えばフェノール樹脂及びフラン樹脂等を焼成し炭素化したもの等)、コークス類(例えばピッチコークス、ニードルコークス及び石油コークス等)、炭化ケイ素及び炭素繊維等]、導電性高分子(例えばポリアセチレン及びポリピロール等)、珪素系化合物(珪素、酸化珪素(SiOx)、Si-C複合体、Si-Al合金、Si-Li合金、Si-Ni合金、Si-Fe合金、Si-Ti合金、Si-Mn合金、Si-Cu合金及びSi-Sn合金)、金属(スズ、アルミニウム、ジルコニウム及びチタン等)、金属酸化物(チタン酸化物、リチウム・チタン酸化物及びケイ素酸化物等)及び金属合金(例えばLi-Sn合金、Li-Al合金及びLi-Al-Mn合金等)等及びこれらと炭素系材料との混合物等が挙げられる。
なお、Si-C複合体には、珪素粒子や酸化珪素粒子の表面を炭素及び/又は炭化珪素で被覆したもの等が含まれる。
上記負極活物質のうち、内部にリチウム又はリチウムイオンを含まないものについては、予め活物質の一部又は全部にリチウム又はリチウムイオンを含ませるプレドープ処理を施してもよい。
被覆層は、被覆用樹脂を含み、必要に応じて、さらに、後述する導電助剤を含んでいてもよい。
なお、被覆電極活物質は、電極活物質の表面の一部又は全部が、被覆層によって被覆されたものであるが、電極活物質層中において、例え被覆電極活物質同士が接触して被覆層同士が接触した場合であっても被覆層同士が一体になりその界面が消失することはない。すなわち、接触面において被覆電極活物質同士が被覆用樹脂によって不可逆的に接着することはなく、被覆活物質の被覆層を破壊することなく分離することができる。
被覆層に含まれる被覆用樹脂としては、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂などが挙げられ、例えば、好ましいものとしてはアクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、及びブタジエン系樹脂[スチレンブタジエン共重合樹脂、ブタジエン重合体{ブタジエンゴム、及び、液状ポリブタジエン等}]が挙げられる。これらの樹脂は、弾性体を形成するため活物質の体積変化に追従することができ好ましい。
被覆用樹脂としては、特にアクリル樹脂が好ましい。
これらの中では、電解液に浸漬した際の吸液率が10%以上であり、飽和吸液状態での引張破断伸び率が10%以上である被覆用樹脂がより好ましい。
被覆用樹脂を電解液に浸漬した際の吸液率は、電解液に浸漬する前、浸漬した後の被覆陽樹の重量を測定して、以下の式で求められる。
吸液率(%)=[(電解液浸漬後の被覆用樹脂の重量-電解液浸漬前の被覆用樹脂の重量)/電解液浸漬前の被覆用樹脂の重量]×100
吸液率を求めるための電解液としては、好ましくはエチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)を体積割合でEC:DEC=3:7で混合した混合溶媒に、電解質としてLiPFを1mol/Lの濃度になるように溶解した電解液を用いる。
吸液率を求める際の電解液への浸漬は、50℃、3日間行う。50℃、3日間の浸漬を行うことにより被覆用樹脂が飽和吸液状態となる。なお、飽和吸液状態とは、それ以上電解液に浸漬しても被覆用樹脂の重量が増えない状態をいう。
なお、本発明のリチウムイオン電池用電極を用いてリチウムイオン電池を製造する際に使用する電解液は、上記電解液に限定されるものではなく、他の電解液を使用してもよい。
吸液率が10%以上であると、リチウムイオンが被覆用樹脂を容易に透過することができるため、電極活物質層内でのイオン抵抗を低く保つことができる。吸液率が10%未満であると、リチウムイオンの伝導性が低くなり、リチウムイオン電池としての性能が充分に発揮されないことがある。
吸液率は20%以上であることが好ましく、30%以上であることがより好ましい。
また、吸液率の好ましい上限値としては、400%であり、より好ましい上限値としては300%である。
飽和吸液状態での引張破断伸び率は、被覆用樹脂をダンベル状に打ち抜いた試料を上記吸液率の測定と同様に電解液への浸漬を50℃、3日間行って被覆用樹脂を飽和吸液状態として、ASTM D683(試験片形状TypeII)に準拠して測定することができる。引張破断伸び率は、引張試験において試験片が破断するまでの伸び率を下記式によって算出した値である。
引張破断伸び率(%)=[(破断時試験片長さ-試験前試験片長さ)/試験前試験片長さ]×100
被覆用樹脂の飽和吸液状態での引張破断伸び率が10%以上であると、被覆用樹脂が適度な柔軟性を有するため、充放電時の電極活物質の体積変化によって被覆層が剥離することを抑制しやすくなる。
引張破断伸び率は20%以上であることが好ましく、30%以上であることがより好ましい。
また、引張破断伸び率の好ましい上限値としては、400%であり、より好ましい上限値としては300%である。
被覆用樹脂に用いるアクリル樹脂は、アクリルモノマー(a)を必須構成単量体とする重合体(A1)を含んでなる樹脂であることが好ましい。
重合体(A1)は特に、アクリルモノマー(a)としてカルボキシル基又は酸無水物基を有するモノマー(a1)及び下記一般式(1)で表されるモノマー(a2)を含む単量体組成物の重合体であることが好ましい。
CH=C(R)COOR (1)
[式(1)中、Rは水素原子又はメチル基であり、Rは炭素数4~12の直鎖又は炭素数3~36の分岐アルキル基である。]
カルボキシル基又は酸無水物基を有するモノマー(a1)としては、(メタ)アクリル酸(a11)、クロトン酸、桂皮酸等の炭素数3~15のモノカルボン酸;(無水)マレイン酸、フマル酸、(無水)イタコン酸、シトラコン酸、メサコン酸等の炭素数4~24のジカルボン酸;アコニット酸等の炭素数6~24の3価~4価又はそれ以上の価数のポリカルボン酸等が挙げられる。これらの中でも(メタ)アクリル酸(a11)が好ましく、メタクリル酸がより好ましい。
上記一般式(1)で表されるモノマー(a2)において、Rは水素原子又はメチル基を表す。Rはメチル基であることが好ましい。
は、炭素数4~12の直鎖若しくは分岐アルキル基、又は、炭素数13~36の分岐アルキル基であることが好ましい。
(a21)Rが炭素数4~12の直鎖又は分岐アルキル基であるエステル化合物
炭素数4~12の直鎖アルキル基としては、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基が挙げられる。
炭素数4~12の分岐アルキル基としては、1-メチルプロピル基(sec-ブチル基)、2-メチルプロピル基、1,1-ジメチルエチル基(tert-ブチル基)、1-メチルブチル基、1,1-ジメチルプロピル基、1,2-ジメチルプロピル基、2,2-ジメチルプロピル基(ネオペンチル基)、1-メチルペンチル基、2-メチルペンチル基、3-メチルペンチル基、4-メチルペンチル基、1,1-ジメチルブチル基、1,2-ジメチルブチル基、1,3-ジメチルブチル基、2,2-ジメチルブチル基、2,3-ジメチルブチル基、1-エチルブチル基、2-エチルブチル基、1-メチルヘキシル基、2-メチルヘキシル基、2-メチルヘキシル基、4-メチルヘキシル基、5-メチルヘキシル基、1-エチルペンチル基、2-エチルペンチル基、3-エチルペンチル基、1,1-ジメチルペンチル基、1,2-ジメチルペンチル基、1,3-ジメチルペンチル基、2,2-ジメチルペンチル基、2,3-ジメチルペンチル基、2-エチルペンチル基、1-メチルヘプチル基、2-メチルヘプチル基、3-メチルヘプチル基、4-メチルヘプチル基、5-メチルヘプチル基、6-メチルヘプチル基、1,1-ジメチルヘキシル基、1,2-ジメチルヘキシル基、1,3-ジメチルヘキシル基、1,4-ジメチルヘキシル基、1,5-ジメチルヘキシル基、1-エチルヘキシル基、2-エチルヘキシル基、1-メチルオクチル基、2-メチルオクチル基、3-メチルオクチル基、4-メチルオクチル基、5-メチルオクチル基、6-メチルオクチル基、7-メチルオクチル基、1,1-ジメチルヘプチル基、1,2-ジメチルヘプチル基、1,3-ジメチルヘプチル基、1,4-ジメチルヘプチル基、1,5-ジメチルヘプチル基、1,6-ジメチルヘプチル基、1-エチルヘプチル基、2-エチルヘプチル基、1-メチルノニル基、2-メチルノニル基、3-メチルノニル基、4-メチルノニル基、5-メチルノニル基、6-メチルノニル基、7-メチルノニル基、8-メチルノニル基、1,1-ジメチルオクチル基、1,2-ジメチルオクチル基、1,3-ジメチルオクチル基、1,4-ジメチルオクチル基、1,5-ジメチルオクチル基、1,6-ジメチルオクチル基、1,7-ジメチルオクチル基、1-エチルオクチル基、2-エチルオクチル基、1-メチルデシル基、2-メチルデシル基、3-メチルデシル基、4-メチルデシル基、5-メチルデシル基、6-メチルデシル基、7-メチルデシル基、8-メチルデシル基、9-メチルデシル基、1,1-ジメチルノニル基、1,2-ジメチルノニル基、1,3-ジメチルノニル基、1,4-ジメチルノニル基、1,5-ジメチルノニル基、1,6-ジメチルノニル基、1,7-ジメチルノニル基、1,8-ジメチルノニル基、1-エチルノニル基、2-エチルノニル基、1-メチルウンデシル基、2-メチルウンデシル基、3-メチルウンデシル基、4-メチルウンデシル基、5-メチルウンデシル基、6-メチルウンデシル基、7-メチルウンデシル基、8-メチルウンデシル基、9-メチルウンデシル基、10-メチルウンデシル基、1,1-ジメチルデシル基、1,2-ジメチルデシル基、1,3-ジメチルデシル基、1,4-ジメチルデシル基、1,5-ジメチルデシル基、1,6-ジメチルデシル基、1,7-ジメチルデシル基、1,8-ジメチルデシル基、1,9-ジメチルデシル基、1-エチルデシル基、2-エチルデシル基等が挙げられる。これらの中では、特に、ブチル基、2-エチルヘキシル基が好ましい。
(a22)Rが炭素数13~36の分岐アルキル基であるエステル化合物
炭素数13~36の分岐アルキル基としては、1-アルキルアルキル基[1-メチルドデシル基、1-ブチルエイコシル基、1-ヘキシルオクタデシル基、1-オクチルヘキサデシル基、1-デシルテトラデシル基、1-ウンデシルトリデシル基等]、2-アルキルアルキル基[2-メチルドデシル基、2-ヘキシルオクタデシル基、2-オクチルヘキサデシル基、2-デシルテトラデシル基、2-ウンデシルトリデシル基、2-ドデシルヘキサデシル基、2-トリデシルペンタデシル基、2-デシルオクタデシル基、2-テトラデシルオクタデシル基、2-ヘキサデシルオクタデシル基、2-テトラデシルエイコシル基、2-ヘキサデシルエイコシル基等]、3~34-アルキルアルキル基(3-アルキルアルキル基、4-アルキルアルキル基、5-アルキルアルキル基、32-アルキルアルキル基、33-アルキルアルキル基及び34-アルキルアルキル基等)、並びに、プロピレンオリゴマー(7~11量体)、エチレン/プロピレン(モル比16/1~1/11)オリゴマー、イソブチレンオリゴマー(7~8量体)及びα-オレフィン(炭素数5~20)オリゴマー(4~8量体)等から得られるオキソアルコールから水酸基を除いた残基のような1又はそれ以上の分岐アルキル基を含有する混合アルキル基等が挙げられる。これらの中では、特に、2-デシルテトラデシル基が好ましい。
重合体(A1)は、炭素数1~3の1価の脂肪族アルコールと(メタ)アクリル酸とのエステル化合物(a3)をさらに含んでいることが好ましい。
エステル化合物(a3)を構成する炭素数1~3の1価の脂肪族アルコールとしては、メタノール、エタノール、1-プロパノール及び2-プロパノール等が挙げられる。
エステル化合物(a3)の含有量は、電極活物質の体積変化抑制等の観点から、重合体(A1)の合計重量に基づいて、10~60重量%であることが好ましく、15~55重量%であることがより好ましく、20~50重量%であることがさらに好ましい。
また、重合体(A1)は、さらに重合性不飽和二重結合とアニオン性基とを有するアニオン性単量体の塩(a4)を含有してもよい。
重合性不飽和二重結合を有する構造としてはビニル基、アリル基、スチレニル基及び(メタ)アクリロイル基等が挙げられる。
アニオン性基としては、スルホン酸基及びカルボキシル基等が挙げられる。
重合性不飽和二重結合とアニオン性基とを有するアニオン性単量体はこれらの組み合わせにより得られる化合物であり、例えばビニルスルホン酸、アリルスルホン酸、スチレンスルホン酸及び(メタ)アクリル酸が挙げられる。
なお、(メタ)アクリロイル基は、アクリロイル基及び/又はメタクリロイル基を意味する。
アニオン性単量体の塩(a4)を構成するカチオンとしては、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン及びアンモニウムイオン等が挙げられる。
アニオン性単量体の塩(a4)を含有する場合、その含有量は、内部抵抗等の観点から、被覆用樹脂の合計重量に基づいて0.1~15重量%であることが好ましく、1~15重量%であることがより好ましく、2~10重量%であることがさらに好ましい。
重合体(A1)は、(メタ)アクリル酸(a11)とエステル化合物(a21)とを含むことが好ましく、さらにエステル化合物(a3)を含むことがより好ましい。
特に好ましくは、(メタ)アクリル酸(a11)としてメタクリル酸を用い、エステル化合物(a21)として2-エチルヘキシルメタクリレートを用い、エステル化合物(a3)としてメタクリル酸メチルを用いた、メタクリル酸、2-エチルヘキシルメタクリレート及びメタクリル酸メチルの共重合体である。
被覆用樹脂は、(メタ)アクリル酸(a11)、上記モノマー(a2)、炭素数1~3の1価の脂肪族アルコールと(メタ)アクリル酸とのエステル化合物(a3)及び必要により用いる重合性不飽和二重結合とアニオン性基とを有するアニオン性単量体の塩(a4)を含んでなる単量体組成物を重合してなり、上記モノマー(a2)と上記(メタ)アクリル酸(a11)の重量比[上記エステル化合物(a21)/上記(メタ)アクリル酸(a11)]が10/90~90/10であることが好ましい。
モノマー(a2)と(メタ)アクリル酸(a11)の重量比が10/90~90/10であると、これを重合してなる重合体は、電極活物質との接着性が良好で剥離しにくくなる。
上記重量比は、30/70~85/15であることが好ましく、40/60~70/30であることがさらに好ましい。
また、重合体(A1)を構成する単量体には、カルボキシル基又は酸無水物基を有するモノマー(a1)、上記一般式(1)で表されるモノマー(a2)、炭素数1~3の1価の脂肪族アルコールと(メタ)アクリル酸とのエステル化合物(a3)及び重合性不飽和二重結合とアニオン性基とを有するアニオン性単量体の塩(a4)の他に、重合体(A1)の物性を損なわない範囲で、モノマー(a1)、上記一般式(1)で表されるモノマー(a2)、及び炭素数1~3の1価の脂肪族アルコールと(メタ)アクリル酸とのエステル化合物(a3)と共重合可能であるラジカル重合性モノマー(a5)が含まれていてもよい。
ラジカル重合性モノマー(a5)としては、活性水素を含有しないモノマーが好ましく、下記(a51)~(a58)として記載のモノマーを用いることができる。
モノマー(a51)は、炭素数13~20の直鎖脂肪族モノオール、炭素数5~20の脂環式モノオール又は炭素数7~20の芳香脂肪族モノオールと(メタ)アクリル酸から形成されるハイドロカルビル(メタ)アクリレートであり、(i)直鎖脂肪族モノオール(トリデシルアルコール、ミリスチルアルコール、ペンタデシルアルコール、セチルアルコール、ヘプタデシルアルコール、ステアリルアルコール、ノナデシルアルコール、アラキジルアルコール等)、(ii)脂環式モノオール(シクロペンチルアルコール、シクロヘキシルアルコール、シクロヘプチルアルコール、シクロオクチルアルコール等)、(iii)芳香脂肪族モノオール(ベンジルアルコール等)及びこれら(i)~(iii)の2種以上の混合物と、(メタ)アクリル酸から形成されるハイドロカルビル(メタ)アクリレートが挙げられる。
モノマー(a52)は、ポリ(n=2~30)オキシアルキレン(炭素数2~4)アルキル(炭素数1~18)エーテル(メタ)アクリレートであり、メタノールのエチレンオキサイド(以下EOと略記)10モル付加物(メタ)アクリレート、メタノールのプロピレンオキサイド(以下POと略記)10モル付加物(メタ)アクリレート等が挙げられる。
モノマー(a53)は、窒素含有ビニル化合物であり、下記の(a53-1)~(a53-5)に記載の化合物が挙げられる。
(a53-1)アミド基含有ビニル化合物
(i)炭素数3~30の(メタ)アクリルアミド化合物、例えばN,N-ジアルキル(炭素数1~6)又はジアラルキル(炭素数7~15)(メタ)アクリルアミド(N,N-ジメチルアクリルアミド、N,N-ジベンジルアクリルアミド等)、ジアセトンアクリルアミド。
(ii)上記(メタ)アクリルアミド化合物を除く、炭素数4~20のアミド基含有ビニル化合物、例えばN-メチル-N-ビニルアセトアミド、環状アミド[ピロリドン化合物(炭素数6~13、例えば、N-ビニルピロリドン等)]。
(a53-2)窒素含有(メタ)アクリレート化合物
(i)ジアルキル(炭素数1~4)アミノアルキル(炭素数1~4)(メタ)アクリレート、例えばN,N-ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N-ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、t-ブチルアミノエチル(メタ)アクリレート、モルホリノエチル(メタ)アクリレート。
(ii)4級アンモニウム基含有(メタ)アクリレート、例えば3級アミノ基含有(メタ)アクリレート[N,N-ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N-ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート等]の4級化物(メチルクロライド、ジメチル硫酸、ベンジルクロライド、ジメチルカーボネート等の4級化剤を用いて4級化したもの)。
(a53-3)複素環含有ビニル化合物
ピリジン化合物(炭素数7~14、例えば2-又は4-ビニルピリジン)、イミダゾール化合物(炭素数5~12、例えばN-ビニルイミダゾール)、ピロール化合物(炭素数6~13、例えばN-ビニルピロール)、ピロリドン化合物(炭素数6~13、例えばN-ビニル-2-ピロリドン)。
(a53-4)ニトリル基含有ビニル化合物
炭素数3~15のニトリル基含有ビニル化合物、例えば(メタ)アクリロニトリル、シアノスチレン、シアノアルキル(炭素数1~4)アクリレート。
(a53-5)その他の窒素含有ビニル化合物
ニトロ基含有ビニル化合物(炭素数8~16、例えばニトロスチレン)等
モノマー(a54)はビニル基含有炭化水素であり、下記の(a54-1)~(a54-3)に記載の化合物が挙げられる。
(a54-1)ビニル基含有脂肪族炭化水素
炭素数2~18又はそれ以上のオレフィン(エチレン、プロピレン、ブテン、イソブチレン、ペンテン、ヘプテン、ジイソブチレン、オクテン、ドデセン、オクタデセン等)、炭素数4~10又はそれ以上のジエン(ブタジエン、イソプレン、1,4-ペンタジエン、1,5-ヘキサジエン、1,7-オクタジエン等)等
(a54-2)脂環式不飽和炭化水素
炭素数4~18又はそれ以上の環状不飽和化合物、例えばシクロアルケン(例えばシクロヘキセン)、(ジ)シクロアルカジエン[例えば(ジ)シクロペンタジエン]、テルペン(例えばピネン及びリモネン)、インデン
(a54-3)ビニル基含有芳香族炭化水素
炭素数8~20又はそれ以上の芳香族不飽和化合物、例えばスチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエン、2,4-ジメチルスチレン、エチルスチレン、イソプロピルスチレン、ブチルスチレン、フェニルスチレン、シクロヘキシルスチレン、ベンジルスチレン
モノマー(a55)は、ビニルエステルであり、例えば、脂肪族ビニルエステル[炭素数4~15、例えば脂肪族カルボン酸(モノ-又はジカルボン酸)のアルケニルエステル(例えば酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、ジアリルアジペート、イソプロペニルアセテート、ビニルメトキシアセテート)]、芳香族ビニルエステル[炭素数9~20、例えば芳香族カルボン酸(モノ-又はジカルボン酸)のアルケニルエステル(例えばビニルベンゾエート、ジアリルフタレート、メチル-4-ビニルベンゾエート)、脂肪族カルボン酸の芳香環含有エステル(例えばアセトキシスチレン)]が挙げられる。
モノマー(a56)は、ビニルエーテルであり、例えば、脂肪族ビニルエーテル[炭素数3~15、例えばビニルアルキル(炭素数1~10)エーテル(ビニルメチルエーテル、ビニルブチルエーテル、ビニル2-エチルヘキシルエーテル等)、ビニルアルコキシ(炭素数1~6)アルキル(炭素数1~4)エーテル(ビニル-2-メトキシエチルエーテル、メトキシブタジエン、3,4-ジヒドロ-1,2-ピラン、2-ブトキシ-2’-ビニロキシジエチルエーテル、ビニル-2-エチルメルカプトエチルエーテル等)、ポリ(2~4)(メタ)アリロキシアルカン(炭素数2~6)(ジアリロキシエタン、トリアリロキシエタン、テトラアリロキシブタン、テトラメタアリロキシエタン等)]、芳香族ビニルエーテル(炭素数8~20、例えばビニルフェニルエーテル、フェノキシスチレン)が挙げられる。
モノマー(a57)は、ビニルケトンであり、脂肪族ビニルケトン(炭素数4~25、例えばビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン)、芳香族ビニルケトン(炭素数9~21、例えばビニルフェニルケトン)が挙げられる。
モノマー(a58)は、不飽和ジカルボン酸ジエステルであり、炭素数4~34の不飽和ジカルボン酸ジエステル、例えばジアルキルフマレート(2個のアルキル基は、炭素数1~22の、直鎖、分岐鎖又は脂環式の基)、ジアルキルマレエート(2個のアルキル基は、炭素数1~22の、直鎖、分岐鎖又は脂環式の基)が挙げられる。
上記(a5)として例示したラジカル重合性モノマーのうち耐電圧の観点から好ましいのは、モノマー(a51)、モノマー(a52)及びモノマー(a53)である。
重合体(A1)において、カルボキシル基又は酸無水物基を有するモノマー(a1)、上記一般式(1)で表されるモノマー(a2)、炭素数1~3の1価の脂肪族アルコールと(メタ)アクリル酸とのエステル化合物(a3)、重合性不飽和二重結合とアニオン性基とを有するアニオン性単量体の塩(a4)及びラジカル重合性モノマー(a5)の含有量は、重合体(A1)の重量を基準として、(a1)が0.1~80重量%、(a2)が0.1~99.9重量%、(a3)が0~60重量%、(a4)が0~15重量%、(a5)が0~99.8重量%であることが好ましい。
モノマーの含有量が上記範囲内であると、非水電解液への吸液性が良好となる。
重合体(A1)の重量平均分子量の好ましい下限は3,000、より好ましくは50,000、さらに好ましくは60,000であり、好ましい上限は2,000,000、より好ましくは1,500,000、さらに好ましくは1,000,000、特に好ましくは120,000である。
重合体(A1)の重量平均分子量は、以下の条件でゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下GPCと略記)測定により求めることができる。
装置:「HLC-8120GPC」[東ソー(株)製]
カラム:「TSKgel GMHXL」(2本)、「TSKgel Multipore HXL-Mを各1本連結したもの」[いずれも東ソー(株)製]
試料溶液:0.25重量%のテトラヒドロフラン溶液
溶液注入量:10μL
流量:0.6mL/分
測定温度:40℃
検出装置:屈折率検出器
基準物質:標準ポリスチレン[東ソー(株)製]
重合体(A1)は、公知の重合開始剤{アゾ系開始剤[2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル等)]、パーオキサイド系開始剤(ベンゾイルパーオキサイド、ジ-t-ブチルパーオキサイド、ラウリルパーオキサイド等)等}を使用して公知の重合方法(塊状重合、溶液重合、乳化重合、懸濁重合等)により製造することができる。
重合開始剤の使用量は、分子量を好ましい範囲に調整する等の観点から、モノマーの全重量に基づいて好ましくは0.01~5重量%、より好ましくは0.05~2重量%、さらに好ましくは0.1~1.5重量%であり、重合温度及び重合時間は重合開始剤の種類等に応じて調整されるが、重合温度は好ましくは-5~150℃、(より好ましくは30~120℃)、反応時間は好ましくは0.1~50時間(より好ましくは2~24時間)で行われる。
溶液重合の場合に使用される溶媒としては、例えばエステル(炭素数2~8、例えば酢酸エチル及び酢酸ブチル)、アルコール(炭素数1~8、例えばメタノール、エタノール及びオクタノール)、炭化水素(炭素数4~8、例えばn-ブタン、シクロヘキサン及びトルエン)及びケトン(炭素数3~9、例えばメチルエチルケトン)が挙げられ、分子量を好ましい範囲に調整する等の観点から、その使用量はモノマーの合計重量に基づいて好ましくは5~900重量%、より好ましくは10~400重量%、特に好ましくは30~300重量%であり、モノマー濃度としては、好ましくは10~95重量%、より好ましくは20~90重量%、特に好ましくは30~80重量%である。
乳化重合及び懸濁重合における分散媒としては、水、アルコール(例えばエタノール)、エステル(例えばプロピオン酸エチル)、軽ナフサ等が挙げられ、乳化剤としては、高級脂肪酸(炭素数10~24)金属塩(例えばオレイン酸ナトリウム及びステアリン酸ナトリウム)、高級アルコール(炭素数10~24)硫酸エステル金属塩(例えばラウリル硫酸ナトリウム)、エトキシ化テトラメチルデシンジオール、メタクリル酸スルホエチルナトリウム、メタクリル酸ジメチルアミノメチル等が挙げられる。さらに安定剤としてポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン等を加えてもよい。
溶液又は分散液のモノマー濃度は好ましくは5~95重量%、より好ましくは10~90重量%、より好ましくは15~85重量%であり、重合開始剤の使用量は、モノマーの全重量に基づいて好ましくは0.01~5重量%、より好ましくは0.05~2重量%である。
重合に際しては、公知の連鎖移動剤、例えばメルカプト化合物(ドデシルメルカプタン、n-ブチルメルカプタン等)及び/又はハロゲン化炭化水素(四塩化炭素、四臭化炭素、塩化ベンジル等)を使用することができる。
被覆用樹脂であるアクリル樹脂は、重合体(A1)をカルボキシル基と反応する反応性官能基を有する架橋剤(A’){好ましくはポリエポキシ化合物(a’1)[ポリグリシジルエーテル(ビスフェノールAジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル及びグリセリントリグリシジルエーテル等)及びポリグリシジルアミン(N,N-ジグリシジルアニリン及び1,3-ビス(N,N-ジグリシジルアミノメチル))等]及び/又はポリオール化合物(a’2)(エチレングリコール等)}で架橋してなる架橋重合体であってもよい。
架橋剤(A’)を用いて重合体(A1)を架橋する方法としては、電極活物質を重合体(A1)で被覆した後に架橋する方法が挙げられる。具体的には、電極活物質と重合体(A1)を含む樹脂溶液を混合し脱溶剤することにより、電極活物質が重合体(A1)で被覆された被覆電極活物質を製造した後に、架橋剤(A’)を含む溶液を該被覆電極活物質に混合して加熱することにより、脱溶剤と架橋反応を生じさせて、重合体(A1)が架橋剤(A’)によって架橋される反応を電極活物質の表面で起こす方法が挙げられる。
加熱温度は、架橋剤の種類に応じて調整されるが、架橋剤としてポリエポキシ化合物(a’1)を用いる場合は好ましくは70℃以上であり、ポリオール化合物(a’2)を用いる場合は好ましくは120℃以上である。
被覆層はさらに導電助剤を含んでいてもよく、なかでも正極活物質を被覆する被覆層は導電助剤を含んでいることが好ましい。
導電助剤は、導電性を有する材料から選択され、具体的には、カーボン[グラファイト及びカーボンブラック(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、チャンネルブラック、サーマルランプブラック等)等]、PAN系炭素繊維及びピッチ系炭素繊維等のカーボンファイバー、カーボンナノファイバー並びにカーボンナノチューブ、金属[ニッケル、アルミニウム、ステンレス(SUS)、銀、銅及びチタン等]を用いることができる。
これらの導電助剤は1種単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。また、これらの合金又は金属酸化物を用いてもよい。電気的安定性の観点から、好ましくはアルミニウム、ステンレス、カーボン、銀、銅、チタン及びこれらの混合物であり、より好ましくは銀、アルミニウム、ステンレス及びカーボンであり、さらに好ましくはカーボンである。またこれらの導電助剤としては、粒子系セラミック材料や樹脂材料の周りに導電性材料(上記した導電材料のうち金属のもの)をめっき等でコーティングしたものでもよい。グラフェンを練り込んだポリプロピレン樹脂も導電助剤として好ましい。
導電助剤の平均粒子径は、特に限定されるものではないが、リチウムイオン電池用電極の電気特性の観点から、0.01~10μmであることが好ましく、0.02~5μmであることがより好ましく、0.03~1μmであることがさらに好ましい。なお、本明細書中において、導電助剤の粒子径は、導電助剤が形成する粒子の輪郭線上の任意の2点間の距離のうち、最大の距離Lを意味する。「導電助剤の平均粒子径」の値としては、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)等の観察手段を用い、数~数十視野中に観察される粒子の粒子径の平均値として算出される値を採用するものとする。
導電助剤の形状(形態)は、粒子形態に限られず、粒子形態以外の形態であってもよく、例えば、繊維状の導電助剤であってもよい。
繊維状の導電助剤としては、合成繊維の中に導電性のよい金属や黒鉛を均一に分散させてなる導電性繊維、ステンレス鋼のような金属を繊維化した金属繊維、有機物繊維の表面を金属で被覆した導電性繊維、有機物の表面を導電性物質を含む樹脂で被覆した導電性繊維等が挙げられる。
繊維状の導電助剤の平均繊維径は、0.1~20μmであることが好ましい。
被覆層が導電助剤を含んでいる場合、被覆層に含まれる導電助剤の重量は、被覆用樹脂と導電助剤との合計重量に対して15~75重量%であることが好ましい。
正極被覆電極活物質が有する被覆層が導電助剤を含んでいる場合、予備充電後に電極活物質の表面にSEI膜が形成された場合であっても被覆層に含まれる導電助剤の効果によって活物質間の導通経路を維持することができ、SEI膜の形成による抵抗上昇が抑制できるため好ましく、導電助剤の割合がこの範囲であると抵抗抑制が容易になり更に好ましい。
非結着体とは、被覆電極活物質が結着剤(バインダーともいう)により互いの位置を不可逆的に固定されていないことを意味する。
言い換えれば、電極活物質層が結着剤を含まないことを意味する。
結着剤としてはデンプン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、スチレン-ブタジエンゴム、ポリエチレン、ポリプロピレン及びスチレン-ブタジエン共重合体等の公知のリチウムイオン電池用結着剤が挙げられる。
なお、本発明のリチウムイオン電池用電極における電極活物質層は粘着剤によって被覆電極活物質が互いの位置を固定されているが、結着剤を含まないために可逆的に固定されており、被覆電極活物質を破壊することなく分離することができ、分離した被覆電極活物質は再び加圧することで電極活物質成形体とすることができる。
従来のリチウムイオン電池における電極活物質層は、電極活物質粒子と結着剤とを溶媒中に分散させたスラリーを集電体等の表面に塗布し、加熱・乾燥させることにより製造されるため、電極活物質層は結着剤により固められた状態となっている。このとき、電極活物質は結着剤により互いに固定されており、電極活物質粒子の位置が固定されている。そして、電極活物質層が結着剤により固められていると、充放電時の膨張・収縮によって電極活物質粒子に過度の応力が係り、自壊しやすくなる。
さらに、電極活物質層が結着剤によって電極集電体の表面に固定されているため、電極活物質粒子の充放電時の膨張・収縮によって結着剤により固められた電極活物質層に亀裂が生じたり、電極活物質層が集電体の表面から剥離、脱落してしまうことがある。
なお、被覆電極活物質と粘着剤を含む混合物の非結着体の場合は、電極活物質層中において、例え被覆電極活物質同士が接触したとしても、接触面において被覆用樹脂同士が不可逆的に接着することはなく、接着は一時的なもので、被覆電極活物質を破壊することなくほぐすことができるものであるから、被覆電極活物質同士が不可逆的に被覆用樹脂によって固定されることはない。従って、被覆電極活物質と粘着剤を含む混合物の非結着体を含んでなる電極活物質層は、被覆電極活物質が互いに結着されているものではない。
リチウムイオン電池用電極内における被覆電極活物質と粘着剤の重量比は、被覆電極活物質/粘着剤=90/10~99.99/0.01であることが好ましく、95/5~99.9/0.1であることがより好ましい。
上記比率であると、粘着剤の量が多すぎないので電極のエネルギー密度が低くならず、また、粘着剤による電極の形状保持機能が好適に発揮される。
リチウムイオン電池用電極を構成する電極活物質層の厚さは、150μm以上であることが好ましく、200μm以上であることがより好ましく、400μm以上であることがさらに好ましい。また、2000μm以下であることが好ましい。
電極活物質層の厚さが厚いと、積層型電池としたときに電池内で電極活物質層の占める割合が高くなり、エネルギー密度の高い電池とすることができる。
続いて、本発明のリチウムイオン電池用電極の製造方法について説明する。
本発明のリチウムイオン電池用電極の製造方法は、リチウムイオンを吸蔵及び放出する電極活物質の表面の少なくとも一部に被覆用樹脂を含む被覆層を有する被覆電極活物質と、リチウムイオン電極において活物質同士を接着させる粘着剤であって、前記粘着剤のガラス転移点が60℃以下であり、溶解度パラメータが8~13(cal/cm1/2であり、周波数10-1~10Hzの範囲において20℃で測定した貯蔵せん断弾性率及び損失せん断弾性率が2.0×10~5.0×10Paであって、前記粘着剤が(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体由来の構成単位を必須とする、アクリル系重合体であり、前記粘着剤を構成する単量体中における前記(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体の割合が単量体の合計重量を基準として50重量%以上であり、フッ素含有単量体の割合が単量体の合計重量を基準として3重量%未満であるリチウムイオン電極用粘着剤と、の混合物を加圧することにより、前記被覆電極活物質と前記粘着剤とを含む混合物の非結着体からなる電極活物質層を形成することを特徴とする。
被覆電極活物質は、例えば、電極活物質を万能混合機に入れて30~50rpmで撹拌した状態で、被覆用樹脂を含む樹脂溶液を1~90分かけて滴下混合し、さらに必要に応じて導電助剤を混合し、撹拌したまま50~200℃に昇温し、0.007~0.04MPaまで減圧した後に10~150分保持することにより得ることができる。
また、粘着剤は、上述した製造方法等を使用して製造して準備することができる。
被覆電極活物質と粘着剤との混合物は、被覆電極活物質と粘着剤とを公知の方法で混合することで調製することができる。
なお、混合物には上述した結着剤は含まれない。
また、混合物には、被覆層に含まれる上記の導電助剤とは別に導電材料を含んでも良い。導電材料を含むようにすると活物質間の導電経路を維持し易くなり好ましい。
導電材料としては、被覆層に含まれる上記の導電助剤と同じもの用いることができ、好ましいものも同じである。
混合物中における被覆電極活物質と粘着剤の重量比が、被覆電極活物質/粘着剤=90/10~99.99/0.01となるように混合物を調製することが好ましい。
本発明のリチウムイオン電池用電極の製造方法で用いる粘着剤は、2種類以上の(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体を構成単量体として含み、その合計含有量が構成単量体の合計重量を基準として50重量%以上であることが好ましい。
また、前記粘着剤が、(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体と共重合可能なモノビニル単量体を構成単量体として含んでいてもよい。
また、前記粘着剤が、(メタ)アクリル酸単量体を構成単量体として含むことも好ましい。
本発明のリチウムイオン電池用電極の製造方法では、上記混合物を加圧して電極活物質層を形成する。
加圧して電極活物質層を形成する方法としては、混合物を型内に充填して圧縮成形する方法や、押出成形により成形する方法や、カレンダー成形(圧延加工)によって成形する方法が挙げられる。
形成する電極活物質層の厚さは150μm以上であることが好ましく、200μm以上であることがより好ましく、400μm以上であることがさらに好ましい。また、2000μm以下であることが好ましい。
圧縮成形は、油圧プレス装置等の任意の加圧装置及び加圧治具を用いて行うことができる。例えば、円筒形状の有底容器内に混合物を入れて、その上から上記筒の内径より少しだけ小さい径の丸棒形状の加圧治具を挿入し、加圧装置により圧縮することで円柱形状に成形された成形体が得られる。
作製する成形体の形状は、厚さ150μm以上であることが好ましい。
また、円柱形状の成形体の場合、直径10~70mmであることが好ましい。
また、加圧治具の形状を変更することにより、任意の形状の成形体を得ることができる。
圧縮成形における圧縮条件としては、上記混合物にかかる圧力は40~3000MPaであることが好ましい。また、加圧時間は1~300秒であることが好ましい。
圧縮成形は、集電体上で行ってもよい。集電体上に混合物を配置して圧縮成形を行うことにより、集電体上で電極活物質層が得られる。
集電体上で得られた電極活物質層は、集電体とともにリチウムイオン電池用電極として使用することができる。
集電体としての正極集電体を構成する材料としては、銅、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、ニッケル、焼成炭素、導電性高分子及び導電性ガラス等が挙げられる。また、正極集電体として、導電剤と樹脂からなる樹脂集電体を用いてもよい。
集電体としての負極集電体を構成する材料としては、銅、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、ニッケル及びこれらの合金等の金属材料等が挙げられる。なかでも、軽量化、耐食性、高導電性の観点から、好ましくは銅である。負極集電体としては、焼成炭素、導電性高分子及び導電性ガラス等からなる集電体であってもよく、導電剤と樹脂からなる樹脂集電体であってもよい。
正極集電体、負極集電体とも、樹脂集電体を構成する導電剤としては、混合物の任意成分である導電材料と同様のものを好適に用いることができる。
樹脂集電体を構成する樹脂としては、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリメチルペンテン(PMP)、ポリシクロオレフィン(PCO)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂又はこれらの混合物等が挙げられる。
電気的安定性の観点から、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリメチルペンテン(PMP)及びポリシクロオレフィン(PCO)が好ましく、さらに好ましくはポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)及びポリメチルペンテン(PMP)である。
押出成形によって電極組成物成形体を得る方法としては、公知の押出成形機を用いる方法が挙げられる。
押出成形機としては、例えば、原料が供給される原料筒と、原料筒の原料吐出側に取り付けられたダイス(モールドともいう)と、原料筒内に配置された原料をダイスの方へ押し出すための回転軸状のスクリュとを有するものが挙げられる。
原料筒に混合物を投入し、スクリュの回転により原料筒を移動した混合物をダイスから押し出すことにより、筒状の成形体を得る事ができる。成形体の形状は、ダイスの形状、及び、スクリュの回転速度を調整することによって適宜調整することができる。
ダイスから吐出される筒状の成形体の形状は特に限定されないが、円柱形又は四角柱形であることが好ましい。ダイスから吐出される筒状の成形体を所定の長さで切断することにより、電極活物質層を有する電極が得られる。
カレンダー成形によって電極組成物成形体を得る方法としては、公知のロールプレス装置を用いる方法が挙げられる。
ニーダー等の連続混合機から混合物を投入し、ドクターブレード等によってフィルム等の平滑な面上に一定の厚みに広げた活物質と電解液との混合物をロールプレス処理することでシート状の成形体を得る事ができる。シート状の成形体を所定の長さで切断することにより、電極活物質層を有する電極が得られる。
上記工程により、電極活物質層を有するリチウムイオン電池用電極を製造することができる。
上記工程によって得られた電極活物質層は、結着剤を用いておらず、また加熱等により混合物を固化する工程を行っていないにもかかわらず、被覆電極活物質の被覆層に含まれる被覆用樹脂に対して粘着剤が有する適度な形状保持性により電極の形状を維持することが出来る。
リチウムイオン電池の製造の際には、本発明のリチウムイオン電池用電極の製造方法で製造したリチウムイオン電池用電極をセパレータと共にセル容器に収容して、電解液を注入して電極活物質層に電解液を含浸することが好ましい。
セル容器に収容する電極活物質層として、本発明のリチウムイオン電池用電極の製造方法により製造した、リチウムイオン電池用正極及びリチウムイオン電池用負極の両方を用いてもよいし、一方のみを用いてもよい。
一方のみを用いるときは、反対側の電極として公知の対極を用いることができる。
本発明で得られたリチウムイオン電池用電極は一定の形状を維持しているために取り扱いが容易であり、リチウムイオン電池用電極のセル容器への収容が容易である。
また、上述したように、電極活物質層を集電体の上で得た場合には、集電体と合わせて電極活物質層を電極として用いてリチウムイオン電池を製造することも可能である。
セパレータとしては、ポリエチレン又はポリプロピレン製の多孔性フィルム、多孔性ポリエチレンフィルムと多孔性ポリプロピレンフィルムとの積層フィルム、合成繊維(ポリエステル繊維及びアラミド繊維等)又はガラス繊維等からなる不織布、及びそれらの表面にシリカ、アルミナ、チタニア等のセラミック微粒子を付着させたもの等の公知のリチウムイオン電池用のセパレータが挙げられる。
電解液としては、リチウムイオン電池の製造に用いられる、電解質及び非水溶媒を含有する電解液を使用することができる。
電解質としては、公知の電解液に用いられているもの等が使用でき、好ましいものとしては、例えば、LiPF、LiBF、LiSbF、LiAsF及びLiClO等の無機酸のリチウム塩系電解質、LiN(FSO、LiN(CFSO及びLiN(CSO等のフッ素原子を有するスルホニルイミド系電解質、LiC(CFSO等のフッ素原子を有するスルホニルメチド系電解質等が挙げられる。
注入する電解液に使用する非水溶媒としては、非プロトン性溶媒を好ましく使用することができる。
非プロトン性溶媒とは、水素イオン供与性の基(解離性の水素原子を有する基、例えば、アミノ基、水酸基、及びチオ基。)を有さない溶媒であり、好ましく用いることができる溶媒としては、ラクトン化合物、環状又は鎖状炭酸エステル、鎖状カルボン酸エステル、環状又は鎖状エーテル、リン酸エステル、ニトリル化合物、アミド化合物、スルホン等及びこれらの混合物であり、より好ましくは環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、及び環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルとの混合溶媒である。
ラクトン化合物としては、5員環のラクトン化合物(γ-ブチロラクトン及びγ-バレロラクトン等)及び6員環のラクトン化合物(δ-バレロラクトン等)等を挙げることができる。
環状炭酸エステルとしては、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及びビニレンカーボネート等が挙げられる。
鎖状炭酸エステルとしては、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、メチル-n-プロピルカーボネート、エチル-n-プロピルカーボネート及びジ-n-プロピルカーボネート等が挙げられる。
鎖状カルボン酸エステルとしては、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル及びプロピオン酸メチル等が挙げられる。
環状エーテルとしては、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、1,3-ジオキソラン及び1,4-ジオキサン等が挙げられる。
鎖状エーテルとしては、ジメトキシメタン及び1,2-ジメトキシエタン等が挙げられる。
リン酸エステルとしては、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸エチルジメチル、リン酸ジエチルメチル、リン酸トリプロピル、リン酸トリブチル、リン酸トリ(トリフルオロメチル)、リン酸トリ(トリクロロメチル)、リン酸トリ(トリフルオロエチル)、リン酸トリ(トリパーフルオロエチル)、2-エトキシ-1,3,2-ジオキサホスホラン-2-オン、2-トリフルオロエトキシ-1,3,2-ジオキサホスホラン-2-オン及び2-メトキシエトキシ-1,3,2-ジオキサホスホラン-2-オン等が挙げられる。
ニトリル化合物としては、アセトニトリル等が挙げられる。アミド化合物としては、N,N-ジメチルホルムアミド(以下、DMFともいう)等が挙げられる。スルホンとしては、ジメチルスルホン及びジエチルスルホン等の鎖状スルホン及びスルホラン等の環状スルホン等が挙げられる。
非プロトン性溶媒は1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
電解液に含まれる上記の電解質の濃度は、低温での電池特性等の観点から、0.3~3Mであることが好ましい。
また、本発明のリチウムイオン電池用電極の製造方法では、混合物がさらに電解液を含む電解液含有混合物であり、上記電解液含有混合物を加圧することにより電極活物質層を形成することも好ましい。
電解液含有混合物に含まれる電解液としては上述の電解液を使用することができる。
電解液含有混合物に含まれる電解液としては、とくに、溶媒がエチレンカーボネートを含む電解液であることが好ましく、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートの混合溶媒を含む電解液であることがより好ましい。
この方法であると電解液を含む電極を簡便な工程で製造することができる。
次に本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明の主旨を逸脱しない限り本発明は実施例に限定されるものではない。なお、特記しない限り部は重量部、%は重量%を意味する。
<実施例1:粘着剤(B1)の製造>
攪拌機、温度計、還流冷却管、滴下ロートおよび窒素ガス導入管を付した4つ口コルベンに、酢酸ビニル5.0部、2-エチルヘキシルアクリレート23.7部および酢酸エチル185.5部を仕込み75℃に昇温した。酢酸ビニル11.1部、2-エチルヘキシルアクリレート21.0部、2-ヒドロキシエチルメタクリレート28.1部、アクリル酸11.1部および2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.200部および2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)0.200部を混合した。得られた単量体混合液をコルベン内に窒素を吹き込みながら、滴下ロートで4時間かけて連続的に滴下してラジカル重合を行った。滴下終了後、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.800部を酢酸エチル12.4部に溶解した溶液を滴下ロートを用いて、重合を開始してから6~8時間目にかけて連続的に追加した。さらに、沸点で重合を2時間継続し、酢酸エチルを702.4部加えて樹脂濃度10重量%の粘着剤(B1)の溶液を得た。得られた粘着剤(B1)の分子量をGPCにて測定したところ、重量平均分子量(以下、Mwと略記する)は420,000であった。Mwの測定条件は上述の通りである。なお、得られた重合体(粘着剤)について、各重合体の重合転化率、並びに未反応単量体の量及び組成を分析することによって、重合体を構成する各単量体単位の含有割合を測定したところ、原料として使用した各単量体の比率と同様の比率となっていた(後述する各実施例、比較例においても同様)。
<実施例2~4:粘着剤(B2)~(B4)の製造>
実施例1において、酢酸ビニル、2-エチルヘキシルアクリレート、2-ヒドロキシエチルメタクリレート及びアクリル酸をそれぞれ表1に記載の数量に変更したこと以外は、実施例1と同様にして粘着剤(B2)~(B4)の溶液を得た。得られた粘着剤(B2)~(B4)のMwを実施例1で得られた粘着剤(B1)の結果とともに表1に記載した。なお、実施例1と2では重合開始剤の量を変更することによって異なるMwを有する粘着剤を得た。
<実施例5:粘着剤(B5)の製造>
攪拌機、温度計、還流冷却管、滴下ロートおよび窒素ガス導入管を付した4つ口コルベンに、n-ブチルアクリレート40部、トルエン120部および酢酸エチル40部を仕込み75℃に昇温した。アクリル酸メチル20部、n-ブチルアクリレート30部、2-ヒドロキシエチルアクリレート5部、アクリル酸5部および2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.200部および2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)0.200部を混合した。得られた単量体混合液をコルベン内に窒素を吹き込みながら、滴下ロートで4時間かけて連続的に滴下してラジカル重合を行った。滴下終了後、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.800部を酢酸エチル12.4部に溶解した溶液を滴下ロートを用いて、重合を開始してから6~8時間目にかけて連続的に追加した。さらに、重合を2時間継続し、酢酸エチルを702.4部加えて樹脂濃度10重量%の粘着剤(B5)溶液を得た。得られた粘着剤(B5)の分子量をGPCにて測定したところ、Mwは390,000であった。Mwの測定条件は上述の通りである。
<実施例6:粘着剤(B6)の製造>
攪拌機、温度計、還流冷却管、滴下ロートおよび窒素ガス導入管を付した4つ口コルベンに、n-ブチルアクリレート30部、酢酸ビニル10部、トルエン120部および酢酸エチル40部を仕込み75℃に昇温した。アクリル酸メチル30部、2-ヒドロキシエチルメタクリレート5部、n-ブチルアクリレート20部、アクリル酸5部および2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.200部および2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)0.200部を混合した。得られた単量体混合液をコルベン内に窒素を吹き込みながら、滴下ロートで4時間かけて連続的に滴下してラジカル重合を行った。滴下終了後、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.800部を酢酸エチル12.4部に溶解した溶液を滴下ロートを用いて、重合を開始してから6~8時間目にかけて連続的に追加した。さらに、重合を2時間継続し、酢酸エチルを727部加えて樹脂濃度10重量%の粘着剤(B6)溶液を得た。得られた粘着剤(B6)の分子量をGPCにて測定したところ、Mwは410,000であった。Mwの測定条件は上述の通りである。
<実施例7:粘着剤(B7)の製造>
攪拌機、温度計、還流冷却管、滴下ロートおよび窒素ガス導入管を付した4つ口コルベンに、n-ブチルアクリレート50部、トルエン150部および酢酸エチル50部を仕込み75℃に昇温した。メタクリル酸メチル20部、2-ヒドロキシエチルメタクリレート5部、n-ブチルアクリレート20部、アクリル酸5部および2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.200部および2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)0.200部を混合した。得られた単量体混合液をコルベン内に窒素を吹き込みながら、滴下ロートで4時間かけて連続的に滴下してラジカル重合を行った。滴下終了後、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.800部を酢酸エチル12.4部に溶解した溶液を滴下ロートを用いて、重合を開始してから6~8時間目にかけて連続的に追加した。さらに、重合を2時間継続し、酢酸エチルを708部加えて樹脂濃度10重量%の粘着剤(B7)溶液を得た。得られた粘着剤(B7)の分子量をGPCにて測定したところ、Mwは400,000であった。Mwの測定条件は上述の通りである。
<実施例8:粘着剤(B8)の製造>
攪拌機、温度計、還流冷却管、滴下ロートおよび窒素ガス導入管を付した4つ口コルベンに、n-ブチルアクリレート40部、トルエン120部および酢酸エチル40部を仕込み75℃に昇温した。メタクリル酸メチル30部、2-ヒドロキシエチルアクリレート15部、n-ブチルアクリレート10部、アクリル酸5部および2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.200部および2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)0.200部を混合した。得られた単量体混合液をコルベン内に窒素を吹き込みながら、滴下ロートで4時間かけて連続的に滴下してラジカル重合を行った。滴下終了後、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.800部を酢酸エチル12.4部に溶解した溶液を滴下ロートを用いて、重合を開始してから6~8時間目にかけて連続的に追加した。さらに、重合を2時間継続し、酢酸エチルを730部加えて樹脂濃度10重量%の粘着剤(B8)溶液を得た。得られた粘着剤(B8)の分子量をGPCにて測定したところ、Mwは390,000であった。Mwの測定条件は上述の通りである。
<実施例9:粘着剤(B9)の製造>
攪拌機、温度計、還流冷却管、滴下ロートおよび窒素ガス導入管を付した4つ口コルベンに、n-ブチルアクリレート40部、トルエン120部および酢酸エチル40部を仕込み75℃に昇温した。アクリル酸メチル30部、2-ヒドロキシエチルメタクリレート15部、n-ブチルアクリレート10部、メタクリル酸5部および2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.200部および2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)0.200部を混合した。得られた単量体混合液をコルベン内に窒素を吹き込みながら、滴下ロートで4時間かけて連続的に滴下してラジカル重合を行った。滴下終了後、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.800部を酢酸エチル12.4部に溶解した溶液を滴下ロートを用いて、重合を開始してから6~8時間目にかけて連続的に追加した。さらに、重合を2時間継続し、酢酸エチルを730部加えて樹脂濃度10重量%の粘着剤(B9)溶液を得た。得られた粘着剤(B9)の分子量をGPCにて測定したところ、Mwは430,000であった。Mwの測定条件は上述の通りである。
<実施例10:粘着剤(B10)の製造>
攪拌機、温度計、還流冷却管、滴下ロートおよび窒素ガス導入管を付した4つ口コルベンに、酢酸ビニル10部、n-ブチルアクリレート40部、トルエン150部および酢酸エチル50部を仕込み75℃に昇温した。メタクリル酸メチル5部、酢酸ビニル15部、2-ヒドロキシエチルメタクリレート10部、n-ブチルアクリレート20部および2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.200部および2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)0.200部を混合した。得られた単量体混合液をコルベン内に窒素を吹き込みながら、滴下ロートで4時間かけて連続的に滴下してラジカル重合を行った。滴下終了後、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.800部を酢酸エチル12.4部に溶解した溶液を滴下ロートを用いて、重合を開始してから6~8時間目にかけて連続的に追加した。さらに、重合を2時間継続し、酢酸エチルを688部加えて樹脂濃度10重量%の粘着剤(B10)溶液を得た。得られた粘着剤(B10)の分子量をGPCにて測定したところ、Mwは440,000であった。Mwの測定条件は上述の通りである。
<実施例11:粘着剤(B11)の製造>
攪拌機、温度計、還流冷却管、滴下ロートおよび窒素ガス導入管を付した4つ口コルベンに、n-ブチルアクリレート40部、トルエン120部および酢酸エチル40部を仕込み75℃に昇温した。アクリル酸メチル30部、2-ヒドロキシエチルアクリレート15部、メタクリル酸5部、n-ブチルアクリレート10部および2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.200部および2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)0.200部を混合した。得られた単量体混合液をコルベン内に窒素を吹き込みながら、滴下ロートで4時間かけて連続的に滴下してラジカル重合を行った。滴下終了後、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.800部を酢酸エチル12.4部に溶解した溶液を滴下ロートを用いて、重合を開始してから6~8時間目にかけて連続的に追加した。さらに、重合を2時間継続し、酢酸エチルを728部加えて樹脂濃度10重量%の粘着剤(B11)溶液を得た。得られた粘着剤(B11)の分子量をGPCにて測定したところ、Mwは410,000であった。Mwの測定条件は上述の通りである。
<実施例12:粘着剤(B12)の製造>
攪拌機、温度計、還流冷却管、滴下ロートおよび窒素ガス導入管を付した4つ口コルベンに、n-ブチルアクリレート39部、2-エチルヘキシルメタクリレート60部、1,6-ヘキサンジオールジメタクリレート1部、トルエン390部を仕込み75℃に昇温した。トルエン10部および2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.200部および2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)0.200部を混合した。得られた単量体混合液をコルベン内に窒素を吹き込みながら、滴下ロートで4時間かけて連続的に滴下してラジカル重合を行った。滴下終了後、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.800部をトルエン12.4部に溶解した溶液を滴下ロートを用いて、重合を開始してから6~8時間目にかけて連続的に追加した。さらに、重合を2時間継続し、トルエンを488部加えて樹脂濃度10重量%の粘着剤(B12)溶液を得た。得られた粘着剤(B12)の分子量をGPCにて測定したところ、Mwは510,000であった。Mwの測定条件は上述の通りである。
<実施例13:粘着剤(B13)の製造>
攪拌機、温度計、還流冷却管、滴下ロートおよび窒素ガス導入管を付した4つ口コルベンに、n-ブチルアクリレート9.5部、2-エチルヘキシルメタクリレート90部、1,6-ヘキサンジオールジメタクリレート0.5部、トルエン390部を仕込み75℃に昇温した。トルエン10部および2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.200部および2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)0.200部を混合した。得られた単量体混合液をコルベン内に窒素を吹き込みながら、滴下ロートで4時間かけて連続的に滴下してラジカル重合を行った。滴下終了後、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.800部をトルエン12.4部に溶解した溶液を滴下ロートを用いて、重合を開始してから6~8時間目にかけて連続的に追加した。さらに、重合を2時間継続し、トルエンを488部加えて樹脂濃度10重量%の粘着剤(B13)溶液を得た。得られた粘着剤(B13)の分子量をGPCにて測定したところ、Mwは440,000であった。Mwの測定条件は上述の通りである。
<実施例14:粘着剤(B14)の製造>
攪拌機、温度計、還流冷却管、滴下ロートおよび窒素ガス導入管を付した4つ口コルベンに、iso-ブチルメタクリレート85部、メタクリル酸メチル14.5部、1,6-ヘキサンジオールジメタクリレート0.5部、トルエン390部を仕込み75℃に昇温した。トルエン10部および2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.200部および2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)0.200部を混合した。得られた単量体混合液をコルベン内に窒素を吹き込みながら、滴下ロートで4時間かけて連続的に滴下してラジカル重合を行った。滴下終了後、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.800部をトルエン12.4部に溶解した溶液を滴下ロートを用いて、重合を開始してから6~8時間目にかけて連続的に追加した。さらに、重合を2時間継続し、トルエンを488部加えて樹脂濃度10重量%の粘着剤(B14)溶液を得た。得られた粘着剤(B14)の分子量をGPCにて測定したところ、Mwは440,000であった。Mwの測定条件は上述の通りである。
<実施例15:粘着剤(B15)の製造>
攪拌機、温度計、還流冷却管、滴下ロートおよび窒素ガス導入管を付した4つ口コルベンに、2-エチルヘキシルメタクリレート50部、AK-5(東亜合成(株)製)50部、トルエン390部を仕込み75℃に昇温した。トルエン10部および2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.200部および2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)0.200部を混合した。得られた単量体混合液をコルベン内に窒素を吹き込みながら、滴下ロートで4時間かけて連続的に滴下してラジカル重合を行った。滴下終了後、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.800部をトルエン12.4部に溶解した溶液を滴下ロートを用いて、重合を開始してから6~8時間目にかけて連続的に追加した。さらに、重合を2時間継続し、トルエンを488部加えて樹脂濃度10重量%の粘着剤(B15)溶液を得た。得られた粘着剤(B15)の分子量をGPCにて測定したところ、Mwは420,000であった。Mwの測定条件は上述の通りである。
<実施例16:粘着剤(B16)の製造>
攪拌機、温度計、還流冷却管、滴下ロートおよび窒素ガス導入管を付した4つ口コルベンに、n-ブチルアクリレート30部、2-ヒドロキシエチルアクリレート20部、アクリロニトリル50部、トルエン390部を仕込み75℃に昇温した。トルエン10部および2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.200部および2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)0.200部を混合した。得られた単量体混合液をコルベン内に窒素を吹き込みながら、滴下ロートで4時間かけて連続的に滴下してラジカル重合を行った。滴下終了後、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.800部をトルエン12.4部に溶解した溶液を滴下ロートを用いて、重合を開始してから6~8時間目にかけて連続的に追加した。さらに、重合を2時間継続し、トルエンを488部加えて樹脂濃度10重量%の粘着剤(B16)溶液を得た。得られた粘着剤(B16)の分子量をGPCにて測定したところ、Mwは460,000であった。Mwの測定条件は上述の通りである。
<実施例17:粘着剤(B17)の製造>
重合缶に水250部、メタクリル酸2,2,2-トリフルオロエチル2部、2-エチルヘキシルメタクリレート90部、アクリル酸5部、エチレングリコールジメタクリレート3部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム2部および過硫酸カリウム0.3部にを加え、温度80℃にて14時間重合した。このときの重合転化率は96%であった。反応後、室温まで冷却した後、10%アンモニア水溶液を加えてpH7に調整し、ポリマーラテックスを得た。得られたポリマーの平均粒径は100nmであった。このラテックスをそのまま粘着剤(B17)として用いた。得られた粘着剤(B17)の分子量をGPCにて測定したところ、Mwは440,000であった。Mwの測定条件は上述の通りである。
<比較例1:粘着剤(B18)の製造>
撹拌機、温度計、還流冷却管、滴下ロートおよび窒素ガス導入管を付した4つ口フラスコにDMF45.0部を仕込み75℃に昇温した。次いで、アクリル酸10部、n-ブチルアクリレート10部、メタクリル酸メチル80部、およびDMF39.6部を配合したモノマー配合液と、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.09部および2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)0.15部をDMF5.0部に溶解した開始剤溶液とを4つ口フラスコ内に窒素を吹き込みながら、撹拌下、滴下ロートで1.5時間かけて連続的に滴下してラジカル重合を行った。滴下終了後80℃に昇温し反応を5時間継続した。次いで2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)0.03部をDMF5.0部に溶解させた開始剤溶液を加えて85℃に昇温しさらに3時間反応を継続し、DMFを115.0部加えて樹脂濃度30重量%の粘着剤(B18)溶液を得た。得られた粘着剤(B18)の分子量をGPCにて測定したところ、Mwは510,000であった。Mwの測定条件は上述の通りである。
<比較例2:粘着剤(B19)の製造>
攪拌機、温度計、還流冷却管、滴下ロートおよび窒素ガス導入管を付した4つ口コルベンに、2-エチルヘキシルメタクリレート10部、AK-5(東亜合成(株)製)90部、トルエン390部を仕込み75℃に昇温した。トルエン10部および2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.200部および2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)0.200部を混合した。得られた単量体混合液をコルベン内に窒素を吹き込みながら、滴下ロートで4時間かけて連続的に滴下してラジカル重合を行った。滴下終了後、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.800部をトルエン12.4部に溶解した溶液を滴下ロートを用いて、重合を開始してから6~8時間目にかけて連続的に追加した。さらに、重合を2時間継続し、トルエンを488部加えて樹脂濃度10重量%の粘着剤(B19)溶液を得た。得られた粘着剤(B19)の分子量をGPCにて測定したところ、Mwは450,000であった。Mwの測定条件は上述の通りである。
<比較例3:粘着剤(B20)の製造>
攪拌機、温度計、還流冷却管、滴下ロートおよび窒素ガス導入管を付した4つ口コルベンに、n-ブチルアクリレート20部、アクリロニトリル80部、トルエン390部を仕込み75℃に昇温した。トルエン10部および2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.200部および2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)0.200部を混合した。得られた単量体混合液をコルベン内に窒素を吹き込みながら、滴下ロートで4時間かけて連続的に滴下してラジカル重合を行った。滴下終了後、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.800部をトルエン12.4部に溶解した溶液を滴下ロートを用いて、重合を開始してから6~8時間目にかけて連続的に追加した。さらに、重合を2時間継続し、トルエンを488部加えて樹脂濃度10重量%の粘着剤(B20)溶液を得た。得られた粘着剤(B20)の分子量をGPCにて測定したところ、Mwは410,000であった。Mwの測定条件は上述の通りである。
<比較例4:粘着剤(B21)の製造>
撹拌機、温度計、還流冷却管、滴下ロートおよび窒素ガス導入管を付した4つ口フラスコにDMF45.0部を仕込み75℃に昇温した。次いで、アクリル酸5部、メタクリル酸メチル95部、およびDMF39.6部を配合したモノマー配合液と、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.09部および2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)0.15部をDMF5.0部に溶解した開始剤溶液とを4つ口フラスコ内に窒素を吹き込みながら、撹拌下、滴下ロートで1.5時間かけて連続的に滴下してラジカル重合を行った。滴下終了後80℃に昇温し反応を5時間継続した。次いで2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)0.03部をDMF5.0部に溶解させた開始剤溶液を加えて85℃に昇温しさらに3時間反応を継続し、DMFを115.0部加えて樹脂濃度30重量%の粘着剤(B21)溶液を得た。得られた粘着剤(B21)の分子量をGPCにて測定したところ、Mwは480,000であった。Mwの測定条件は上述の通りである。
<比較例5:粘着剤(B22)の製造>
攪拌機、温度計、還流冷却管、滴下ロートおよび窒素ガス導入管を付した4つ口コルベンに、n-ブチルアクリレート0.5部、2-エチルヘキシルアクリレート99.5部、トルエン390部を仕込み75℃に昇温した。トルエン10部および2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)1.000部および2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)1.000部を混合した。得られた単量体混合液をコルベン内に窒素を吹き込みながら、滴下ロートで4時間かけて連続的に滴下してラジカル重合を行った。滴下終了後、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.800部をトルエン12.4部に溶解した溶液を滴下ロートを用いて、重合を開始してから6~8時間目にかけて連続的に追加した。さらに、重合を2時間継続し、トルエンを488部加えて樹脂濃度10重量%の粘着剤(B22)溶液を得た。得られた粘着剤(B22)の分子量をGPCにて測定したところ、Mwは12,000であった。Mwの測定条件は上述の通りである。
<比較例6:粘着剤(B23)の製造>
重合缶に水250部、メタクリル酸2,2,2-トリフルオロエチル4部、2-エチルヘキシルメタクリレート88部、アクリル酸5部、エチレングリコールジメタクリレート3部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム2部および過硫酸カリウム0.3部にを加え、温度80℃にて14時間重合した。このときの重合転化率は96%であった。反応後、室温まで冷却した後、10%アンモニア水溶液を加えてpH7に調整し、ポリマーラテックスを得た。得られたポリマーの平均粒径は100nmであった。このラテックスをそのまま粘着剤(B23)として用いた。得られた粘着剤(B23)の分子量をGPCにて測定したところ、Mwは440,000であった。Mwの測定条件は上述の通りである。
得られた前記粘着剤(B1)~(B23)について、以下の方法でTg、貯蔵せん断弾性率及び損失せん断弾性率を測定した。また文献「POLYMER ENGINEERING AND SCIENCE,February,1974,Vol.14,No.2,Robert F. Fedors(147~154頁)」に従い各々のSP値を計算した。結果を表1に示す。
Tg測定法:
セイコー電子工業(株)製DSC20、SSC/580を用いて、ASTM D3418-82に規定の方法(DSC法)で測定する。
貯蔵せん断弾性率及び損失せん断弾性率測定法:
0.8g、φ20mmのダイスを用いて30MPaの圧力で成型し、TA社製のADVANCED RHEOMETRIC EXPANSION SYSTEMによりφ20mmのパラレルコーンを使用して、周波数0.1~10Hz(10-1~10Hz)、温度20℃、歪み0.1%(自動歪み制御:許容最小応力1.0g/cm、許容最大応力500g/cm、最大付加歪み200%、歪み調整200%)で測定した。
周波数10-1~10Hzの範囲において20℃で測定した貯蔵せん断弾性率G´及び損失せん断弾性率G´´が2.0×10~5.0×10Paの範囲内である場合表1に○で示し、範囲外である場合×で示した。
Figure 0007160796000001
表1中の単量体の略称及び重合開始剤の略称は以下の通りである。
PVAc:酢酸ビニル
2EHA:2-エチルヘキシルアクリレート
2EHMA:2-エチルヘキシルメタクリレート
HEMA:2-ヒドロキシエチルメタクリレート
HEA:2-ヒドロキシエチルアクリレート
MAA:メタクリル酸
AA:アクリル酸
iso-BMA:iso-ブチルメタクリレート
n-BA:n-ブチルアクリレート
MMA:メタクリル酸メチル
AM:アクリル酸メチル
1,6HDDMA:1,6-ヘキサンジオールジメタクリレート
EGDMA:エチレングリコールジメタクリレート
AK-5:東亜合成(株)製:ジメチルシロキサン
TFMA:メタクリル酸2,2,2-トリフルオロエチル
ACN:アクリロニトリル
<製造例1:活物質被覆用重合体(A1)の製造>
撹拌機、温度計、還流冷却管、滴下ロートおよび窒素ガス導入管を付した4つ口フラスコに、DMF14.3部とメタノール2.9部とを仕込み68℃に昇温した。次いで、メタクリル酸41.7部、メタクリル酸メチル16.6部、2-エチルヘキシルメタクリレート41.7部、DMF9.0部およびメタノール1.8部を配合したモノマー配合液と、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.045部をDMF5.9部に溶解した開始剤溶液とを4つ口フラスコ内に窒素を吹き込みながら、撹拌下、滴下ロートで4時間かけて連続的に滴下してラジカル重合を行った。滴下終了後、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.100部をDMF4.5部に溶解した開始剤溶液を滴下ロートを用いて2時間かけて連続的に追加した。さらに、沸点で重合を4時間継続した。溶媒を除去し、樹脂99.8部を得た後、イソプロパノールを232.9部加えて樹脂濃度30重量%の重合体(A1)溶液を得た。得られた重合体(A1)の分子量をGPCにて測定したところ、Mwは210,000であった。
<製造例2:活物質被覆用重合体(A2)の製造>
撹拌機、温度計、還流冷却管、滴下ロートおよび窒素ガス導入管を付した4つ口フラスコに、DMF2.5部とメタノール0.5部とを仕込み68℃に昇温した。次いで、メタクリル酸5.2部、n-ブチルメタクリレート5.2部、2-エチルヘキシルメタクリレート59.9部、炭素数24の分岐アルキル基を有するアクリレート(2-デシルテトラデシルメタクリレート)29.7部、DMF9.2部およびメタノール1.9部を配合したモノマー配合液と、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.047部をDMF6.1部に溶解した開始剤溶液とを4つ口フラスコ内に窒素を吹き込みながら、撹拌下、滴下ロートで4時間かけて連続的に滴下してラジカル重合を行った。滴下終了後、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.103部をDMF4.6部に溶解した開始剤溶液を滴下ロートを用いて2時間かけて連続的に追加した。さらに、沸点で重合を4時間継続した。溶媒を除去し、樹脂99.7部を得た後、イソプロパノールを232.6部加えて樹脂濃度30重量%の重合体(A2)溶液を得た。得られた重合体(A2)の分子量をGPCにて測定したところ、Mwは230,000であった。
<製造例3:活物質被覆用重合体(A3)の製造>
撹拌機、温度計、還流冷却管、滴下ロートおよび窒素ガス導入管を付した4つ口フラスコにDMF49.5部を仕込み75℃に昇温した。次いで、メタクリル酸41.7部、メタクリル酸メチル16.6部、2-エチルヘキシルメタクリレート41.7部、およびDMF45.1部を配合したモノマー配合液と、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.099部および2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)0.300部をDMF4.5部に溶解した開始剤溶液とを4つ口フラスコ内に窒素を吹き込みながら、撹拌下、滴下ロートで1.5時間かけて連続的に滴下してラジカル重合を行った。滴下終了後、80℃に昇温し反応を5時間継続した。次いで2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)0.030部をDMF4.5部に溶解させた開始剤溶液を加えてさらに3時間反応を継続し、DMFを129.7部加えて樹脂濃度30重量%の重合体(A3)溶液を得た。得られた重合体(A3)の分子量をGPCにて測定したところ、Mwは140,000であった。
<製造例4:活物質被覆用重合体(A4)の製造>
撹拌機、温度計、還流冷却管、滴下ロートおよび窒素ガス導入管を付した4つ口フラスコにDMF46.1部を仕込み75℃に昇温した。次いで、メタクリル酸41.4部、メタクリル酸メチル16.5部、2-エチルヘキシルメタクリレート41.4部、スチレンスルホン酸リチウム0.5部およびDMF44.0部を配合したモノマー配合液と、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.100部および2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)0.300部をDMF5.6部に溶解した開始剤溶液とを4つ口フラスコ内に窒素を吹き込みながら、撹拌下、滴下ロートで1.5時間かけて連続的に滴下してラジカル重合を行った。滴下終了後、80℃に昇温し反応を5時間継続した。次いで2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)0.033部をDMF5.6部に溶解させた開始剤溶液を加えて85℃に昇温しさらに3時間反応を継続し、DMFを143.0部加えて樹脂濃度30重量%の重合体(A4)溶液を得た。得られた重合体(A4)の分子量をGPCにて測定したところ、Mwは60,000であった。
<製造例5:活物質被覆用重合体(A5)の製造>
撹拌機、温度計、還流冷却管、滴下ロートおよび窒素ガス導入管を付した4つ口フラスコにDMF45.0部を仕込み75℃に昇温した。次いで、メタクリル酸80部、メタクリル酸メチル20部およびDMF39.6部を配合したモノマー配合液と、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.09部および2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)0.15部をDMF5.0部に溶解した開始剤溶液とを4つ口フラスコ内に窒素を吹き込みながら、撹拌下、滴下ロートで1.5時間かけて連続的に滴下してラジカル重合を行った。滴下終了後80℃に昇温し反応を5時間継続した。次いで2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)0.03部をDMF5.0部に溶解させた開始剤溶液を加えて85℃に昇温しさらに3時間反応を継続し、DMFを115.0部加えて樹脂濃度30重量%の重合体(A5)溶液を得た。得られた重合体(A5)の分子量をGPCにて測定したところ、Mwは360,000であった。
Figure 0007160796000002
表2中の単量体の略称及び重合開始剤の略称は以下の通りである。
2EHMA:2-エチルヘキシルメタクリレート
MAA:メタクリル酸
n-BMA:n-ブチルメタクリレート
MMA:メタクリル酸メチル
DTM:2-デシルテトラデシルメタクリレート
LiSS:スチレンスルホン酸リチウム
<製造例6:電解液の調製>
エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)の混合溶媒(体積比率でEC:DEC=3:7)にLiPFを1mol/Lの割合で溶解させ、リチウムイオン電池用電解液を作製した。
<製造例7~23:リチウムイオン電池用負極活物質の作製>
樹脂溶液として実施例1~17で得られた粘着剤(B1)~(B17)をそれぞれ用いたリチウムイオン電池用負極活物質を以下の方法で作製した。
黒鉛粉末[日本黒鉛工業(株)製]90部、導電助剤であるアセチレンブラック[デンカ(株)製 デンカブラック(登録商標)]3.0部を遊星撹拌型混合混練装置{あわとり練太郎[(株)シンキー製]}を用いて2000rpmで3分間混合した。
さらに、樹脂溶液(粘着剤)を40部(樹脂固形分濃度10重量%)加え、2000rpmで3分間混合した。その後、0.01MPaまで減圧し、温度を100℃まで昇温し、減圧度と温度を8時間維持して揮発分を留去した。得られた粉体を目開き212μmの篩いで分級し、リチウムイオン電池用負極活物質(N´1)~(N´17)を得た。
<製造例24~40:リチウムイオン電池用正極活物質の作製>
樹脂溶液として製造例1~17で得た粘着剤(B1)~(B17)の溶液を用いたリチウムイオン電池用正極活物質を以下の方法で作製した。
LiCoO粉末90部、導電助剤であるアセチレンブラック[電気化学工業(株)製]5.0部を遊星撹拌型混合混練装置{あわとり練太郎[(株)シンキー製]}を用いて2000rpmで3分間混合した。
さらに、樹脂溶液(粘着剤)を40部(樹脂固形分濃度10重量%)加え、2000rpmで3分間混合した。その後、0.01MPaまで減圧し、温度を100℃まで昇温し、減圧度と温度を8時間維持して揮発分を留去した。得られた粉体を目開き212μmの篩いで分級し、リチウムイオン電池用正極活物質(P´1)~(P´17)を得た。
製造例7~40のリチウムイオン電池用負極活物質及びリチウムイオン電池用正極活物質をまとめて表3に示した。
Figure 0007160796000003
[被覆負極活物質の作製]
<製造例41~45>
樹脂溶液として製造例1~5で得た活物質被覆用重合体{(A1)~(A5)}の溶液をそれぞれ用いたリチウムイオン電池用被覆負極活物質を以下の方法で作製した。
黒鉛粉末[日本黒鉛工業(株)製]1578gを万能混合機に入れ、室温、150rpmで撹拌した状態で、樹脂溶液(樹脂固形分濃度30重量%)292gを60分かけて滴下混合し、さらに30分撹拌した。
次いで、撹拌した状態でアセチレンブラック[電気化学工業(株)製]88gを3回に分けて混合し、30分撹拌したままで70℃に昇温し、0.01MPaまで減圧し30分保持した。上記操作により被覆負極活物質1752g{(A´1)~(A´5)}をそれぞれ得た。
[被覆正極活物質の作製]
<製造例46>
樹脂溶液として製造例1で得た活物質被覆用重合体(A1)の溶液を用いたリチウムイオン電池用被覆正極活物質を以下の方法で作製した。
LiCoO粉末1578gを万能混合機に入れ、室温、150rpmで撹拌した状態で、樹脂溶液(樹脂固形分濃度30重量%)75gを60分かけて滴下混合し、さらに30分撹拌した。
次いで、撹拌した状態でアセチレンブラック[電気化学工業(株)製]44gを3回に分けて混合し、30分撹拌したままで70℃に昇温し、0.01MPaまで減圧し30分保持した。上記操作により被覆正極活物質1642g(A´´1)を得た。
[リチウムイオン電池用負極の作製]
<実施例18~34>
製造例7~23で得られたリチウムイオン電池用負極活物質{(N´1)~(N´17)}を錠剤成形器で、直径17mmφに成型し、実施例18~34のリチウムイオン電池用負極{(N1)~(N17)}を得た。
実施例18~34までの電極の構成を表4にまとめて示した。
[被覆層を有するリチウムイオン電池用負極の作製]
<実施例35~39>
製造例41~45で得られた被覆負極活物質{(A´1)~(A´5)}をそれぞれ用いたリチウムイオン電池用負極を以下の方法で作製した。
被覆負極活物質198gを万能混合機に入れ、室温、150rpmで撹拌した状態で、実施例1で得た粘着剤(B1)の溶液(樹脂固形分濃度10重量%)20gを滴下混合し、30分撹拌した。
次いで攪拌したままで70℃に昇温し、0.01MPaまで減圧し30分保持した。上記操作により被覆負極活物質と粘着剤(B1)の混合物196g{(M1)~(M5)}をそれぞれ得た。
上記混合物99部、アセチレンブラック1部を万能混合機に入れ、15分攪拌し、得られた粉体を錠剤成形器で直径17mmφに成型し、実施例35~39のリチウムイオン電池用負極{(N18)~(N22)}を得た。
<実施例40~119>
実施例35~39と同様にして、実施例2~17の粘着剤(B2)~(B17)を使用し、被覆負極活物質{(A´1)~(A´5)}をそれぞれ用いてリチウムイオン電池用負極{(N23)~(N102)}を作製した。
実施例35~119までの電極の構成を表5~8にまとめて示した。
<実施例120~136>
実施例35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115で使用した被覆負極活物質(A´1)と粘着剤(B1)~(B17)の混合物をそれぞれ用いたリチウムイオン電池用負極を以下の方法で作製した。
上記混合物99部、アセチレンブラック1部を万能混合機に入れ、15分攪拌し、製造例6で作製した電解液11.1部を滴下混合し、30分攪拌した。得られた電解液含有混合物(電解液スラリー)を錠剤成形器で直径17mmφに成型し、実施例120~136のリチウムイオン電池用負極{(N103)~(N119)}を得た。
実施例120~136までの電極の構成を表9にまとめて示した。
<実施例137~139>
実施例35と同様な方法でリチウムイオン電池用負極の電極活物質層の厚さを変えたリチウムイオン電池用負極{(N120)~(N122)}を作製した。
実施例137~139までの電極の構成を表10にまとめて示した。
<比較例7>
黒鉛粉末[日本黒鉛工業(株)製]1578gを万能混合機に入れ、室温、150rpmで撹拌した状態で、アセチレンブラック[電気化学工業(株)製]88gを3回に分けて混合し、30分撹拌した。得られた粉体を錠剤成形器で直径17mmφに成型し、リチウムイオン電池用負極(CN1)を作製した。
<比較例8~12>
製造例41~45で得られた被覆負極活物質{(A´1)~(A´5)}をそれぞれ用いたリチウムイオン電池用負極を以下の方法で作製した。
上記被覆負極活物質99部、アセチレンブラック1部を万能混合機に入れ、15分攪拌し、得られた混合物を錠剤成形器で直径17mmφに成型し、比較例8~12のリチウムイオン電池用負極{(CN2)~(CN6)}を作製した。
<比較例13~18>
比較例1~6で得られた粘着剤(B18)~(B23)をそれぞれ用いたリチウムイオン電池用負極を以下の方法で作製した。
黒鉛粉末[日本黒鉛工業(株)製]90部、導電助剤であるアセチレンブラック[デンカ(株)製 デンカブラック(登録商標)]3.0部を遊星撹拌型混合混練装置{あわとり練太郎[(株)シンキー製]}を用いて2000rpmで3分間混合した。
さらに、比較例1~6で得られた粘着剤(B18)~(B23)溶液を40部加え、2000rpmで3分間混合した。その後、0.01MPaまで減圧し、温度を100℃まで昇温し、減圧度と温度を8時間維持して揮発分を留去した。得られた粉体を目開き212μmの篩いで分級し、リチウムイオン電池用負極活物質{(N´18)~(N´23)}を得た。
得られた粉体を錠剤成形器で直径17mmφに成型し、リチウムイオン電池用負極(CN7)~(CN12)を作製した。
比較例7~18までの電極の構成を表11にまとめて示した。
<電極活物質層の厚さ測定>
実施例18~139及び比較例7~18のいずれかで作製したリチウムイオン電池用負極について、レーザー顕微鏡を用いてリチウムイオン電池用負極の負極活物質層の厚さを観測した。
<形状評価試験(電解液中での安定性)>
実施例18~139及び比較例7~18のいずれかで作製したリチウムイオン電池用負極を密閉容器を用いて減圧環境下で電解液(製造例6で作製した電解液)に浸漬し、電解液中で形状が維持できるかどうかを目視観察した。72時間の浸漬で形状が崩壊しなかった場合を「崩壊せず」と判定した。
電解液を注入した後に電極の形状を維持できていると、内部抵抗の増大が生じないためサイクル特性に優れた電極とすることができる。
[負極評価用リチウムイオン電池の作製]
2032型コインセル内の両端に、17mmφのLi金属からなる正極と実施例18~139及び比較例7~18のいずれかで作製した負極を配置して、電極間にセパレータ(セルガード2500:ポリプロピレン製)を2枚挿入し、リチウムイオン電池用セルを作製した。セルに電解液を注液密封し、以下の方法で内部抵抗、初期放電容量及び20サイクル後放電容量を評価した。
[サイクル初期の内部抵抗の評価]
1~4サイクル目におけるそれぞれの[「放電開始時の電圧」と「放電して10秒後の電圧」との差(ΔV)]と各サイクルの電流値(I)とから[降下電圧(ΔV)-電流(I)]のグラフを作成し、最小二乗法を用いてΔV=RIとなる抵抗値Rを算出し、サイクル初期の内部抵抗とした。
<リチウムイオン電池の放電容量の評価>
室温下、充放電測定装置「バッテリーアナライザー1470型」[東陽テクニカ(株)製]を用いて、0.2Cの電流で電圧2.5Vまで充電し、10分間の休止後、0.2Cの電流で電圧10mVまで放電し、この充放電を20サイクル繰り返した。この時の初回放電時の電池容量(初期放電容量)と20サイクル目放電時の電池容量(20サイクル後放電容量)を測定した。
電極活物質層の厚さ測定、形状評価試験(電解液中での安定性)、並びに、リチウムイオン電池の内部抵抗及び放電容量の評価について表4~11にまとめて示した。
Figure 0007160796000004
Figure 0007160796000005
Figure 0007160796000006
Figure 0007160796000007
Figure 0007160796000008
Figure 0007160796000009
Figure 0007160796000010
Figure 0007160796000011
[リチウムイオン電池用正極の作製]
<実施例140~156>
製造例24~40で得られたリチウムイオン電池用正極活物質{(P´1)~(P´17)}を錠剤成形器で、直径17mmφに成型し、実施例140~156のリチウムイオン電池用正極{(P123)~(P139)}を得た。
実施例140~156までの電極の構成を表12にまとめて示した。
[被覆層を有するリチウムイオン電池用正極の作製]
<実施例157>
製造例46で得られた被覆正極活物質(A´´1)198gを万能混合機に入れ、室温、150rpmで撹拌した状態で、実施例1で得た粘着剤(B1)の溶液(樹脂固形分濃度10重量%)20gを滴下混合し、30分撹拌した。
次いで攪拌したままで70℃に昇温し、0.01MPaまで減圧し30分保持した。上記操作により被覆正極活物質と粘着剤(B1)の混合物196g(M140)を得た。
上記混合物95部、アセチレンブラック5部を万能混合機に入れ、15分攪拌し、得られた粉体を錠剤成形器で直径17mmφに成型し、実施例157のリチウムイオン電池用正極(P140)を得た。
<実施例158~173>
実施例157と同様にして、実施例2~17の粘着剤(B2)~(B17)のいずれかを使用し、被覆正極活物質(A´´1)を用いたリチウムイオン電池用正極{(P141)~(P156)}を作製した。
実施例157~173までの電極の構成を表13にまとめて示した。
<実施例174>
実施例157で使用した被覆正極活物質(A´´1)と粘着剤(B1)の混合物を用いたリチウムイオン電池用正極を以下の方法で作製した。
上記混合物95部、アセチレンブラック5部を万能混合機に入れ、15分攪拌し、製造例6で作製した電解液11.1部を滴下混合し、30分攪拌した。得られた電解液含有混合物(電解液スラリー)を錠剤成形器で直径17mmφに成型し、実施例174のリチウムイオン電池用正極(P157)を得た。
<実施例175~190>
実施例174と同様にして、被覆正極活物質(A´´1)と、実施例2~17の粘着剤(B2)~(B17)のいずれかを使用した電解液含有混合物(電解液スラリー)を用いてリチウムイオン電池用正極{(P158)~(P173)}を作製した。
実施例174~190までの電極の構成を表14にまとめて示した。
<実施例191~193>
実施例157と同様な方法でリチウムイオン電池用正極の電極活物質層の厚さを変えたリチウムイオン電池用正極{(P174)~(P176)}を作製した。
実施例191~193までの電極の構成を表15にまとめて示した。
<比較例19>
LiCoO粉末1578gを万能混合機に入れ、室温、150rpmで撹拌した状態でアセチレンブラック[電気化学工業(株)製]129gを5回に分けて混合し、30分撹拌した。
得られた粉体を錠剤成形器で直径17mmφに成型し、リチウムイオン電池用正極(CP13)を作製した。
<比較例20>
製造例46で得られた被覆正極活物質(A´´1)を用いたリチウムイオン電池用正極を以下の方法で作製した。
上記被覆正極活物質95部、アセチレンブラック5部を万能混合機に入れ、15分攪拌し、得られた粉体を錠剤成形器で直径17mmφに成型し、比較例20のリチウムイオン電池用正極(CP14)を作製した。
<比較例21~26>
比較例1~6で得られた粘着剤(B18)~(B23)をそれぞれ用いたリチウムイオン電池用正極を以下の方法で作製した。
LiCoO粉末90部、導電助剤であるアセチレンブラック[デンカ(株)製]5.0部を遊星撹拌型混合混練装置{あわとり練太郎[(株)シンキー製]}を用いて2000rpmで3分間混合した。
さらに、比較例1~6で得られた粘着剤(B18)~(B23)溶液を40部加え、2000rpmで3分間混合した。その後、0.01MPaまで減圧し、温度を100℃まで昇温し、減圧度と温度を8時間維持して揮発分を留去した。得られた粉体を目開き212μmの篩いで分級し、リチウムイオン電池用正極活物質{(P´18)~(P´23)}を得た。
得られた粉体を錠剤成形器で直径17mmφに成型し、リチウムイオン電池用正極(CP15)~(CP20)を作製した。
比較例19~26までの電極の構成を表16にまとめて示した。
<電極活物質層の厚さ測定>
実施例140~193及び比較例19~26のいずれかで作製したリチウムイオン電池用正極について、レーザー顕微鏡を用いてリチウムイオン電池用正極の正極活物質層の厚さを観測した。
<形状評価試験(電解液中での安定性)>
実施例140~193及び比較例19~26のいずれかで作製したリチウムイオン電池用正極を密閉容器を用いて減圧環境下で電解液(製造例6で作製した電解液)に浸漬し、電解液中で形状が維持できるかどうかを目視観察した。
72時間の浸漬で形状が崩壊しなかった場合を「崩壊せず」と判定した。
電解液を注入した後に電極の形状を維持できていると、内部抵抗の増大が生じないためサイクル特性に優れた電極とすることができる。
[正極評価用リチウムイオン電池の作製]
2032型コインセル内の両端に、17mmφのLi金属からなる負極と実施例140~193及び比較例19~26のいずれかで作製した正極を配置して、電極間にセパレータ(セルガード2500:ポリプロピレン製)を2枚挿入し、リチウムイオン電池用セルを作製した。セルに電解液を注液密封し、以下の方法で内部抵抗、初期放電容量及び20サイクル後放電容量を評価した。
[サイクル初期の内部抵抗の評価]
1~4サイクル目におけるそれぞれの[「放電開始時の電圧」と「放電して10秒後の電圧」との差(ΔV)]と各サイクルの電流値(I)とから[降下電圧(ΔV)-電流(I)]のグラフを作成し、最小二乗法を用いてΔV=RIとなる抵抗値Rを算出し、サイクル初期の内部抵抗とした。
<リチウムイオン電池の放電容量の評価>
室温下、充放電測定装置「バッテリーアナライザー1470型」[東陽テクニカ(株)製]を用いて、0.2Cの電流で電圧4.3Vまで充電し、10分間の休止後、0.2Cの電流で電圧2.7Vまで放電し、この充放電を20サイクル繰り返した。この時の初回放電時の電池容量(初期放電容量)と20サイクル目放電時の電池容量(20サイクル後放電容量)を測定した。
電極活物質層の厚さ測定、形状評価試験(電解液中での安定性)、並びに、リチウムイオン電池の内部抵抗及び放電容量の評価について表12~16にまとめて示した。
Figure 0007160796000012
Figure 0007160796000013
Figure 0007160796000014
Figure 0007160796000015
Figure 0007160796000016
上記各表に示した通り、負極、正極のいずれにおいても、各実施例に係るリチウムイオン電池用電極は電解液中での安定性に優れており、内部抵抗も低く初期放電容量と20サイクル後放電容量にほとんど差がないこと、すなわちサイクル特性に優れていることが分かる。
一方、粘着剤を使用していない、または比較例に係る粘着剤を用いたリチウムイオン電池用電極は電解液中ですぐに崩壊、または内部抵抗が高くなり、サイクル特性も良くないことが分かる。
本発明のリチウムイオン電池用電極は、電極の形状安定性が向上したため、電池のエネルギー密度を向上するだけではなく、サイクル特性にも優れる。このため、本発明のリチウムイオン電池用電極を含むリチウムイオン電池は、大容量でサイクル特性に優れており、蓄電池電源用等として有用である。

Claims (12)

  1. リチウムイオン電極において活物質同士を接着させる粘着剤であって、
    前記粘着剤のガラス転移点が60℃以下であり、溶解度パラメータが8~13(cal/cm1/2であり、周波数10-1~10Hzの範囲において20℃で測定した貯蔵せん断弾性率及び損失せん断弾性率が2.0×10~5.0×10Paであって、
    前記粘着剤が(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体由来の構成単位を必須とし、(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体と共重合可能なモノビニル単量体を構成単量体として含むアクリル系重合体であり、前記粘着剤を構成する単量体中における前記(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体の割合が単量体の合計重量を基準として50重量%以上であり、フッ素含有単量体の割合が単量体の合計重量を基準として3重量%未満であることを特徴とするリチウムイオン電極用粘着剤。
  2. 前記粘着剤が2種類以上の(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体を構成単量体として含み、その合計含有量が構成単量体の合計重量を基準として50重量%以上である請求項1に記載のリチウムイオン電極用粘着剤。
  3. 前記粘着剤が、(メタ)アクリル酸単量体を構成単量体として含む請求項1又は2に記載のリチウムイオン電極用粘着剤。
  4. 請求項1~のいずれか1項に記載の粘着剤と、リチウムイオンを吸蔵及び放出する電極活物質の表面の少なくとも一部に被覆用樹脂を含む被覆層を有する被覆電極活物質との非結着体からなることを特徴とするリチウムイオン電池用電極。
  5. 前記被覆電極活物質と前記粘着剤の重量比が、被覆電極活物質/粘着剤=90/10~99.99/0.01である請求項に記載のリチウムイオン電池用電極。
  6. 前記電極を構成する電極活物質層の厚さが150μm以上である請求項又はに記載のリチウムイオン電池用電極。
  7. リチウムイオンを吸蔵及び放出する電極活物質の表面の少なくとも一部に被覆用樹脂を含む被覆層を有する被覆電極活物質と、
    リチウムイオン電極において活物質同士を接着させる粘着剤であって、前記粘着剤のガラス転移点が60℃以下であり、溶解度パラメータが8~13(cal/cm1/2であり、周波数10-1~10Hzの範囲において20℃で測定した貯蔵せん断弾性率及び損失せん断弾性率が2.0×10~5.0×10Paであって、前記粘着剤が(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体由来の構成単位を必須とし、(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体と共重合可能なモノビニル単量体を構成単量体として含むアクリル系重合体であり、前記粘着剤を構成する単量体中における前記(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体の割合が単量体の合計重量を基準として50重量%以上であり、フッ素含有単量体の割合が単量体の合計重量を基準として3重量%未満であるリチウムイオン電極用粘着剤と、の混合物を加圧することにより、
    前記被覆電極活物質と前記粘着剤とを含む混合物の非結着体からなる電極活物質層を形成することを特徴とするリチウムイオン電池用電極の製造方法。
  8. 前記粘着剤が、2種類以上の(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体を構成単量体として含み、その合計含有量が構成単量体の合計重量を基準として50重量%以上である請求項に記載のリチウムイオン電池用電極の製造方法。
  9. 前記粘着剤が、(メタ)アクリル酸単量体を構成単量体として含む請求項7又は8に記載のリチウムイオン電池用電極の製造方法。
  10. 前記混合物中における、前記被覆電極活物質と前記粘着剤の重量比が、被覆電極活物質/粘着剤=90/10~99.99/0.01である請求項のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池用電極の製造方法。
  11. 前記混合物がさらに電解液を含む電解液含有混合物であり、
    前記電解液含有混合物を加圧することにより電極活物質層を形成する請求項10のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池用電極の製造方法。
  12. 前記電極活物質層の厚さが150μm以上である請求項11のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池用電極の製造方法。
JP2019513705A 2017-04-21 2018-04-20 リチウムイオン電極用粘着剤、リチウムイオン電池用電極及びリチウムイオン電池用電極の製造方法 Active JP7160796B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017084622 2017-04-21
JP2017084622 2017-04-21
PCT/JP2018/016340 WO2018194164A1 (ja) 2017-04-21 2018-04-20 リチウムイオン電極用粘着剤、リチウムイオン電池用電極及びリチウムイオン電池用電極の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2018194164A1 JPWO2018194164A1 (ja) 2020-06-25
JP7160796B2 true JP7160796B2 (ja) 2022-10-25

Family

ID=63855821

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019513705A Active JP7160796B2 (ja) 2017-04-21 2018-04-20 リチウムイオン電極用粘着剤、リチウムイオン電池用電極及びリチウムイオン電池用電極の製造方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11430973B2 (ja)
EP (1) EP3614470A4 (ja)
JP (1) JP7160796B2 (ja)
KR (1) KR102519782B1 (ja)
CN (1) CN110574195B (ja)
WO (1) WO2018194164A1 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11514291B2 (en) 2017-04-04 2022-11-29 Hailo Technologies Ltd. Neural network processing element incorporating compute and local memory elements
US11544545B2 (en) 2017-04-04 2023-01-03 Hailo Technologies Ltd. Structured activation based sparsity in an artificial neural network
US11551028B2 (en) 2017-04-04 2023-01-10 Hailo Technologies Ltd. Structured weight based sparsity in an artificial neural network
US11615297B2 (en) 2017-04-04 2023-03-28 Hailo Technologies Ltd. Structured weight based sparsity in an artificial neural network compiler

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7506478B2 (ja) 2019-01-23 2024-06-26 三洋化成工業株式会社 リチウムイオン電池用電極
JP7160852B2 (ja) * 2020-02-03 2022-10-25 三洋化成工業株式会社 リチウムイオン電池用正極及びその製造方法
CN115004400A (zh) * 2020-02-03 2022-09-02 Apb株式会社 用于锂离子电池的正极及其制造方法
CN113964309B (zh) * 2021-11-09 2023-01-31 惠州锂威新能源科技有限公司 一种负极浆料及其制备方法、负极片以及二次电池
CN114335544B (zh) * 2022-01-05 2024-07-05 湖南大晶新材料有限公司 一种水系粘结剂、锂离子电池负极材料及锂离子电池

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002105126A (ja) 2000-07-18 2002-04-10 Soken Chem & Eng Co Ltd アクリル系ポリマーの高粘弾性樹脂、その用途及びその製造方法
JP2004518770A (ja) 2000-06-27 2004-06-24 エクソンモービル・ケミカル・パテンツ・インク 改良された打抜き性能を有する接着剤
JP2008546135A (ja) 2005-05-17 2008-12-18 エルジー・ケム・リミテッド 多重積層電気化学セルを含む電気化学素子用のバインダー
WO2012165422A1 (ja) 2011-05-31 2012-12-06 日本ゼオン株式会社 リチウム二次電池正極用複合粒子、リチウム二次電池正極用複合粒子の製造方法、リチウム二次電池用正極の製造方法、リチウム二次電池用正極、及びリチウム二次電池
WO2013069280A1 (ja) 2011-11-09 2013-05-16 Necエナジーデバイス株式会社 リチウムイオン二次電池用電極、その製造方法およびリチウムイオン二次電池
WO2013161786A1 (ja) 2012-04-23 2013-10-31 日本ゼオン株式会社 リチウムイオン二次電池
WO2015093411A1 (ja) 2013-12-20 2015-06-25 三洋化成工業株式会社 リチウムイオン電池用電極、リチウムイオン電池及びリチウムイオン電池用電極の製造方法
WO2018021552A1 (ja) 2016-07-29 2018-02-01 花王株式会社 蓄電デバイス電極用樹脂組成物
JP2018055841A (ja) 2016-09-26 2018-04-05 日産自動車株式会社 非水電解質二次電池用負極

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007280806A (ja) 2006-04-07 2007-10-25 Nissan Motor Co Ltd 電池用電極
JP5476980B2 (ja) 2009-12-25 2014-04-23 東洋インキScホールディングス株式会社 非水系二次電池電極用バインダー組成物
CN101922775B (zh) * 2010-08-06 2012-07-25 于向阳 具有被动式冷却的空调方法及其装置
EP2680349A1 (en) * 2011-02-23 2014-01-01 Zeon Corporation Secondary cell negative electrode, secondary cell, slurry composition for negative electrode, and method of producing secondary cell negative electrode
JP6220619B2 (ja) * 2012-09-28 2017-10-25 積水化学工業株式会社 バインダー用メタアクリル共重合体、無機微粒子分散ペースト組成物及び無機微粒子分散シート
KR101819813B1 (ko) * 2013-07-08 2018-01-17 산요가세이고교 가부시키가이샤 리튬 이온 전지 활물질 피복용 수지, 리튬 이온 전지 활물질 피복용 수지 조성물 및 리튬 이온 전지용 피복 활물질
US20150312643A1 (en) 2014-04-24 2015-10-29 Thomson Licensing Advertising sponsorships in a telepresence environment
JP6978207B2 (ja) 2016-02-12 2021-12-08 三洋化成工業株式会社 リチウムイオン電池

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004518770A (ja) 2000-06-27 2004-06-24 エクソンモービル・ケミカル・パテンツ・インク 改良された打抜き性能を有する接着剤
JP2002105126A (ja) 2000-07-18 2002-04-10 Soken Chem & Eng Co Ltd アクリル系ポリマーの高粘弾性樹脂、その用途及びその製造方法
JP2008546135A (ja) 2005-05-17 2008-12-18 エルジー・ケム・リミテッド 多重積層電気化学セルを含む電気化学素子用のバインダー
WO2012165422A1 (ja) 2011-05-31 2012-12-06 日本ゼオン株式会社 リチウム二次電池正極用複合粒子、リチウム二次電池正極用複合粒子の製造方法、リチウム二次電池用正極の製造方法、リチウム二次電池用正極、及びリチウム二次電池
WO2013069280A1 (ja) 2011-11-09 2013-05-16 Necエナジーデバイス株式会社 リチウムイオン二次電池用電極、その製造方法およびリチウムイオン二次電池
WO2013161786A1 (ja) 2012-04-23 2013-10-31 日本ゼオン株式会社 リチウムイオン二次電池
WO2015093411A1 (ja) 2013-12-20 2015-06-25 三洋化成工業株式会社 リチウムイオン電池用電極、リチウムイオン電池及びリチウムイオン電池用電極の製造方法
WO2018021552A1 (ja) 2016-07-29 2018-02-01 花王株式会社 蓄電デバイス電極用樹脂組成物
JP2018055841A (ja) 2016-09-26 2018-04-05 日産自動車株式会社 非水電解質二次電池用負極

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11514291B2 (en) 2017-04-04 2022-11-29 Hailo Technologies Ltd. Neural network processing element incorporating compute and local memory elements
US11544545B2 (en) 2017-04-04 2023-01-03 Hailo Technologies Ltd. Structured activation based sparsity in an artificial neural network
US11551028B2 (en) 2017-04-04 2023-01-10 Hailo Technologies Ltd. Structured weight based sparsity in an artificial neural network
US11615297B2 (en) 2017-04-04 2023-03-28 Hailo Technologies Ltd. Structured weight based sparsity in an artificial neural network compiler
US11675693B2 (en) 2017-04-04 2023-06-13 Hailo Technologies Ltd. Neural network processor incorporating inter-device connectivity

Also Published As

Publication number Publication date
EP3614470A4 (en) 2021-01-13
KR20190134646A (ko) 2019-12-04
CN110574195B (zh) 2023-03-31
CN110574195A (zh) 2019-12-13
WO2018194164A1 (ja) 2018-10-25
JPWO2018194164A1 (ja) 2020-06-25
US20210280844A1 (en) 2021-09-09
EP3614470A1 (en) 2020-02-26
KR102519782B1 (ko) 2023-04-07
US11430973B2 (en) 2022-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7160796B2 (ja) リチウムイオン電極用粘着剤、リチウムイオン電池用電極及びリチウムイオン電池用電極の製造方法
CN104781953B (zh) 锂离子二次电池负极用浆料组合物、锂离子二次电池用负极及其制造方法、以及锂离子二次电池
JP7058491B2 (ja) リチウムイオン電池用正極及びリチウムイオン電池
CN105122521A (zh) 锂离子二次电池用粘合剂组合物、锂离子二次电池用浆料组合物、锂离子二次电池用电极、锂离子二次电池、以及锂离子二次电池用粘合剂组合物的制造方法
JP7143069B2 (ja) リチウムイオン電池用負極及びリチウムイオン電池
JP2019009124A (ja) リチウムイオン電池用被覆活物質及びリチウムイオン電池用負極
WO2018084319A1 (ja) リチウムイオン電池用負極及びリチウムイオン電池
JP7297529B2 (ja) リチウムイオン電池用被覆負極活物質、リチウムイオン電池用負極スラリー、リチウムイオン電池用負極、及び、リチウムイオン電池
US20230317953A1 (en) Coated negative electrode active material particles for lithium ion batteries, negative electrode for lithium ion batteries, lithium ion battery, and method for producing coated negative electrode active material particles for lithium ion batteries
JP7297528B2 (ja) リチウムイオン電池用電極及びリチウムイオン電池
JP6845733B2 (ja) リチウムイオン電池用電極の製造方法
WO2018084320A1 (ja) リチウムイオン電池用正極及びリチウムイオン電池
JP2023013685A (ja) リチウムイオン電池用被覆正極活物質粒子、リチウムイオン電池用正極及びリチウムイオン電池用被覆正極活物質粒子の製造方法
JP7097271B2 (ja) リチウムイオン電池用被覆正極活物質、リチウムイオン電池用正極スラリー、リチウムイオン電池用正極、及び、リチウムイオン電池
JP2022016033A (ja) リチウムイオン電池用被覆正極活物質及びリチウムイオン電池
KR20210082341A (ko) 비수계 이차 전지용 중합체 조성물 및 비수계 이차 전지
US20240297296A1 (en) Method of manufacturing electrode composition for lithium-ion batteries
JP7097410B2 (ja) リチウムイオン電池用被覆負極活物質粒子、リチウムイオン電池用負極、リチウムイオン電池、及び、リチウムイオン電池用被覆負極活物質粒子の製造方法
WO2022210741A1 (ja) リチウムイオン電池の製造方法
JP2024112077A (ja) リチウムイオン電池用被覆電極活物質粒子、リチウムイオン電池用電極、リチウムイオン電池及びリチウムイオン電池用被覆電極活物質粒子の製造方法
WO2022259997A1 (ja) リチウムイオン電池用被覆電極活物質粒子、リチウムイオン電池用電極及びリチウムイオン電池用被覆電極活物質粒子の製造方法
JP2022152672A (ja) リチウムイオン電池の製造方法
JP2023150206A (ja) リチウムイオン電池用電極及びリチウムイオン電池
JP2022152671A (ja) リチウムイオン電池の製造方法
JP2021197364A (ja) リチウムイオン電池用被覆電極活物質粒子及びリチウムイオン電池

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191023

AA64 Notification of invalidation of claim of internal priority (with term)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A241764

Effective date: 20200204

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200306

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200407

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210325

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220510

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220609

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20221011

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20221013

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7160796

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150