JP7298592B2 - リチウムイオン二次電池用スラリー組成物およびリチウムイオン二次電池用電極 - Google Patents
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Description
また、本発明は、優れた接着性(ピール強度)および柔軟性(可撓性)を発揮することができ、また、リチウムイオン二次電池に優れたレート特性およびサイクル特性を発揮させることができるリチウムイオン二次電池用電極を提供することを目的とする。
なお、本発明において「単量体単位を含む」とは、「その単量体を用いて得た重合体中に単量体由来の構造単位が含まれている」ことを意味する。
また、「水溶性重合体の1質量%水溶液の粘度」は、回転型レオメーターで測定され、具体的には、本明細書の実施例に記載の方法で測定することができる。
また、本明細書において、「水溶性」であるとは、重合体0.5g(固形分換算)を100gの水に溶解した際の不溶分が10質量%以下であることをいい、「非水溶性」であるとは、重合体0.5g(固形分換算)を100gの水に溶解した際の不溶分が10質量%超であることをいう。
また、本発明によれば、優れた接着性(ピール強度)および柔軟性(可撓性)を発揮することができ、また、リチウムイオン二次電池に優れたレート特性およびサイクル特性を発揮させることができるリチウムイオン二次電池用電極を提供することができる。
ここで、本発明のリチウムイオン二次電池用スラリー組成物は、電極活物質としてLiを含有するケイ素酸化物を用いたリチウムイオン二次電池の電極の形成に用いる。そして、本発明のリチウムイオン二次電池用電極は、本発明のリチウムイオン二次電池用スラリー組成物を用いて形成された電極合材層を備える。
また、本明細書において、「(メタ)アクリロイル基」とは、アクリロイル基および/またはメタクリロイル基を指し、「(メタ)アクリレート」とは、アクリレートおよび/またはメタクリレートを指す。
本発明のリチウムイオン二次電池用スラリー組成物は、少なくとも、ケイ素化合物と、結着材と、を含み、必要に応じて、炭素系活物質、金属系活物質、溶媒、その他の成分、を含む。
なお、リチウムイオン二次電池用スラリー組成物のpHは、既知の酸性化合物又は塩基性化合物を添加することにより調整することができる。
ケイ素化合物は、後述する金属系活物質と異なる化合物であって、Li2SiO3およびLi4SiO4の少なくともいずれか(以下、「特定ケイ素化合物」ということがある)を含有する限り、特に制限はなく、例えば、(i)Li2SiO3とシリコン系物質、(ii)Li4SiO4とシリコン系物質、(iii)Li2SiO3およびLi4SiO4並びにシリコン系物質、などの複合物もしくは混合物が挙げられる。その中でも、(ii)Li4SiO4とシリコン系物質が好ましい。
ケイ素化合物の添加方法としては、特に制限はなく、後述する、炭素系活物質、金属系活物質と複合化して添加してもよく、また単独で添加してもよい。
シリコン系物質としては、例えば、ケイ素(Si)、ケイ素を含む合金、SiOC、SiOX(但し、xは、0.2以上1.8以下の数値である)、Si含有材料を導電性カーボンで被覆または複合化してなるSi含有材料と導電性カーボンとの複合化物、等のシリコン系負極活物質;などが挙げられる。なお、これらのシリコン系物質は、1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
これらの中でも、リチウムイオン二次電池を高容量化することができる点で、SiOX(但し、xは、0.2以上1.8以下の数値である)が好ましい。
結着材は、本発明のリチウムイオン二次電池用スラリー組成物を使用して集電体上に電極合材層を形成することにより製造した電極において、電極合材層に含まれる成分が電極合材層から脱離しないように保持し得る成分である。
[含有量]
結着材に含まれる水溶性重合体は、電池のサイクル特性の観点から、結着材総量の20質量%以上であることが好ましく、40質量%以上であることがより好ましく、また、電池の柔軟性の観点から、80質量%以下であることが好ましく、70質量%以下であることがさらに好ましい。
[[組成]]
水溶性重合体は、エチレン性不飽和カルボン酸単量体に由来する繰り返し単位(エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位(A))およびそのアルカリ金属塩の少なくともいずれかと、架橋性単量体に由来する繰り返し単位(架橋性単量体単位(B))とを含み、任意に、エチレン性不飽和単量体単位(C)、その他の単量体単位(D)を含んでいてもよい。
エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位(A)を形成しうるエチレン性不飽和カルボン酸単量体としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、などが挙げられる。これらは1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
これらの中でも、リチウムイオン二次電池用電極に優れた接着性(ピール強度)を発揮させることができる点で、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸が好ましく、アクリル酸、メタクリル酸がより好ましく、アクリル酸が特に好ましい。
なお、ここで、エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位(A)は、一部または全部が、アルカリ金属塩の形態で存在していてもよい。即ち、水溶性重合体は、エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位(A)およびそのアルカリ金属塩の少なくともいずれかを含む。
アルカリ金属塩におけるアルカリ金属としては、特に制限はなく、例えば、Li、Na、K、Rb、Cs、Fr、などが挙げられる。これらは1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、リチウムイオン二次電池に優れたレート特性を発揮させることができる点で、Li、Na、Kが好ましく、Li、Naがより好ましく、Liが特に好ましい。
架橋性単量体単位(B)を形成しうる架橋性単量体としては、重合性不飽和官能基を少なくとも2個以上有する単量体であり、例えば、(メタ)アクリロイル基含有単量体、アリル基含有単量体、(メタ)アクリレート、エポキシ基含有単量体、オキサゾリン基含有単量体、N-メチロールアミド基含有単量体、などが挙げられる。これらは1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
これらの中でも、リチウムイオン二次電池用電極に優れた接着性(ピール強度)を発揮させることができ、リチウムイオン二次電池に優れたレート特性を発揮させることができる点で、(メタ)アクリロイル基含有単量体、アリル基含有単量体、(メタ)アクリレートが好ましく、(メタ)アクリロイル基含有単量体がより好ましく、アクリロイル基含有単量体が特に好ましい。
(メタ)アクリロイル基含有単量体としては、例えば、N,N,N,N-テトラアクリロイルトリエチレンテトラミン、N,N,N-トリアクリロイルジエチレントリアミン、N,N-ジアクリロイル-4,7,10-トリオキサ-1,13-トリデカンジアミン、等を挙げることができる。
アリル基含有単量体としては、例えば、ペンタエリスリトールトリアリルエーテル、メタクリル酸アリル、アリルグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンジアリルエーテル、グリセリンモノアリルエーテル等を挙げることができる。
(メタ)アクリレートとしては、メタクリル酸アリル等のモノ(メタ)アクリレート類;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、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート等の2価アルコールのジ(メタ)アクリレート類;トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンエチレンオキサイド変性体のトリ(メタ)アクリレート、グリセリントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート等の3価以上の多価アルコールのトリ(メタ)アクリレート、テトラ(メタ)アクリレート等のポリ(メタ)アクリレート;などを挙げることができる。
エチレン性不飽和単量体単位(C)を形成しうるエチレン性不飽和単量体は、20℃における水100gに対する溶解度が7g以上であるエチレン性不飽和単量体であることが好ましい。ただし、エチレン性不飽和単量体単位(C)は、エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位(A)および架橋性単量体単位(B)に該当するものは含まないものとする。
20℃における水100gに対する溶解度が7g以上であるエチレン性不飽和単量体の具体例としては、例えば、アクリルアミド、β-ヒドロキシエチルアクリレート、β-ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシエチルアクリルアミド、アクリロニトリル、メトキシエチルアクリレート(MEA)、N-ビニル-2-ピロリドン、ジエチルアクリルアミド、などが挙げられる。これらは1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
これらの中でも、リチウムイオン二次電池用電極に優れた接着性(ピール強度)を発揮させることができる点で、アクリルアミド、β-ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリルアミド、アクリロニトリル、メトキシエチルアクリレート(MEA)、が好ましく、アクリルアミド、β-ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリルアミド、がより好ましく、アクリルアミド、ヒドロキシエチルアクリルアミド、が特に好ましい。
そして、本発明の水溶性重合体は、上述した「エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位(A)」、「架橋性単量体単位(B)」、および「エチレン性不飽和単量体単位(C)」以外の単量体単位(D)を含み得る。このようなその他の単量体単位(D)を形成しうる単量体としては、本発明の効果を阻害するものでなければ特に限定されない。
水溶性重合体の含有量は、特に制限はないが、リチウムイオン二次電池に優れたサイクル特性を発揮させることができる点で、スラリー固形分100質量部に対して、0.1質量部以上であることが好ましく、0.3質量部以上であることがより好ましく、0.5質量部以上であることがさらに好ましく、1.0質量部以上であることが特に好ましく、また、リチウムイオン二次電池用電極に優れた柔軟性(可撓性)を発揮させることができる点で、スラリー固形分100質量部に対して、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、3質量部以下であることが特に好ましい。
水溶性重合体の1質量%水溶液の粘度は、1000mPa・s以下である限り、特に制限はないが、リチウムイオン二次電池に優れたサイクル特性を発揮させることができる点で、10mPa・s以上であることが好ましく、30mPa・s以上であることがより好ましく、50mPa・s以上であることがさらに好ましく、80mPa・s以上であることがさらに好ましく、100mPa・s以上であることがさらに好ましく、130mPa・s以上であることが特に好ましく、また、リチウムイオン二次電池用電極に優れた柔軟性(可撓性)を発揮させることができ、リチウムイオン二次電池に優れたレート特性を発揮させることができる点で、600mPa・s以下であることが好ましく、550mPa・s以下であることがより好ましく、500mPa・s以下であることがさらに好ましく、400mPa・s以下であることがさらに好ましく、300mPa・s以下であることがさらに好ましく、250mPa・s以下であることが特に好ましい。
水溶性重合体の重量平均分子量は、特に制限はないが、リチウムイオン二次電池に優れたサイクル特性を発揮させることができる点で、30万以上であることが好ましく、50万以上であることがより好ましく、200万以上であることが特に好ましく、500万以上が最も好ましい、また、リチウムイオン二次電池用電極に優れた柔軟性(可撓性)を発揮させることができ、リチウムイオン二次電池に優れたサイクル特性を発揮させることができる点で、1500万以下であることが好ましく、1200万以下であることがより好ましく、1000万以下であることが特に好ましく、800万以下であることが最も好ましい。
水溶性重合体の電解液に対する膨潤度は、特に制限はないが、リチウムイオン二次電池に優れたサイクル特性を発揮させることができる点で、100%以上であることが好ましく、105%以上であることが好ましく、また、リチウムイオン二次電池に優れたサイクル特性を発揮させることができる点で、120%未満であることが好ましく、115%以下であることがより好ましく、110%以下であることが特に好ましい。
ここで、電解液としては、溶媒に電解質を溶解した電解液を用いることができる。
ここで、溶媒としては、電解質を溶解可能な有機溶媒を用いることができる。具体的には、溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ-ブチロラクトン等のアルキルカーボネート系溶媒に、2,5-ジメチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロフラン、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート、酢酸メチル、ジメトキシエタン、ジオキソラン、プロピオン酸メチル、ギ酸メチル等の粘度調整溶媒を添加したものを用いることができる。
電解質としては、リチウム塩を用いることができる。リチウム塩としては、例えば、特開2012-204303号公報に記載のものを用いることができる。これらのリチウム塩の中でも、有機溶媒に溶解しやすく、高い解離度を示すという点より、電解質としてはLiPF6、LiClO4、CF3SO3Liが好ましい。
水溶性重合体の調製方法は特に限定されないが、水溶性重合体は、例えば上述した単量体を含む単量体組成物を水系溶媒中で重合することにより調製される。
なお、単量体組成物における全単量体中の各単量体の含有量(質量%)は、通常、所望の水溶性重合体における各単量体単位の含有量(質量%)と同様にする。
なお、重合様式は、特に制限なく、溶液重合法、懸濁重合法、塊状重合法、乳化重合法などのいずれの方法も用いることができる。また、重合反応としては、イオン重合、ラジカル重合、リビングラジカル重合などいずれの反応も用いることができる。そして、重合に際しては、必要に応じて既知の乳化剤や重合開始剤を使用することができる。
なお、上記単量体組成物の重合を水系溶媒中で行う場合は、得られる水溶性重合体を含む水溶液を、そのまま結着材として使用してもよい。
カルボキシメチルセルロースは、セルロースの水酸基がカルボキシル基に置換されたものであり、カルボキシメチルセルロースおよびその塩の少なくとも1つ以上を含有するものである。ここで、カルボキシメチルセルロース塩としては、特に限定されることなく、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩、アンモニウム塩、リチウム塩を用いることができる。
カルボキシメチルセルロース(CMC)のカルボキシル基は、ケイ酸化合物のカチオン側と、反応しやすくなり、リチウムイオン二次電池用電極の接着性(ピール強度)がより向上する。
カルボキシメチルセルロース(CMC)の置換度は、塗工安定性の観点で、0.5以上であることが好ましく、また、ピール強度の観点で、1.0以下であることが好ましい。
カルボキシメチルセルロース(CMC)の重量平均分子量(Mw)は、ピール強度の観点で、10万以上であることが好ましく、また、塗工安定性の観点で、50万以下であることが好ましい。
カルボキシメチルセルロースの含有量は、特に制限はないが、リチウムイオン二次電池用電極に優れた接着性(ピール強度)を発揮させることができる点で、スラリー固形分100質量部に対して、0.1質量部以上であることが好ましく、0.5質量部以上であることがより好ましく、0.8質量部以上であることがさらに好ましく、また、リチウムイオン二次電池用電極に優れた柔軟性(可撓性)を発揮させることができ、リチウムイオン二次電池に優れたレート特性を発揮させることができる点で、スラリー固形分100質量部に対して、2.5質量部以下であることが好ましく、2質量部以下であることがより好ましく、1.5質量部以下であることが特に好ましい。
非水溶性共役ジエン共重合体は、非水溶性の粒子状(分散型)共重合体である点で、水溶性重合体とは全く異なるものである。
[[粒子径]]
非水溶性共役ジエン共重合体は、体積平均粒子径D50が、電極のピール強度の観点で、90nm以上であることが好ましく、120nm以上であることがより好ましく、500nm以下であることが好ましく、250nm以下であることがより好ましい。
[[組成]]
非水溶性共役ジエン共重合体は、共役ジエン単量体単位、芳香族ビニル単量体単位、およびエチレン性不飽和カルボン酸単量体単位を含むことが好ましく、任意に、その他の単量体単位を含んでいてもよい。
共役ジエン単量体単位を形成しうる共役ジエン単量体としては、例えば、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、1,3-ペンタジエン、イソプレン、などが挙げられる。これらは1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
これらの中でも、結着性の観点で、1,3-ブタジエン、イソプレンが好ましく、1,3-ブタジエンがより好ましい。
芳香族ビニル単量体単位を形成しうる芳香族ビニル単量体としては、例えば、スチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエン、2-ビニルナフタレン、ビニルピリジン、ジビニルベンゼン、などが挙げられる。これらは1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、他の単量体との共重合性が良好である点で、スチレンが好ましい。
エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位を形成しうるエチレン性不飽和カルボン酸単量体としては、例えば、イタコン酸、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、などが挙げられる。これらは1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
これらの中でも、ピール強度の観点で、イタコン酸、アクリル酸、メタクリル酸が好ましく、イタコン酸、メタクリル酸がより好ましく、イタコン酸、が特に好ましい。
そして、本発明の水溶性重合体は、上述した「共役ジエン単量体単位」、「芳香族ビニル単量体単位」、および「エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位」以外の「その他の単量体単位」を含み得る。このような「その他の単量体単位」を形成しうる単量体としては、本発明の効果を阻害するものでなければ特に限定されず、例えば、アクリル酸-2-ヒドロキシエチル等のヒドロキシル基含有単量体;アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸等のスルホン酸基含有単量体;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のシアノ基含有単量体;が挙げられる。これらは1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
非水溶性共役ジエン共重合体の含有量は、特に制限はないが、リチウムイオン二次電池用電極に優れた接着性(ピール強度)を発揮させることができ、また、リチウムイオン二次電池のサイクル特性をさらに向上させることができる点で、スラリー固形分100質量部に対して、0.1質量部以上であることが好ましく、0.5質量部以上であることがより好ましく、0.8質量部以上であることがさらに好ましく、また、リチウムイオン二次電池に優れたレート特性を発揮させることができる点で、スラリー固形分100質量部に対して、2.5質量部以下であることが好ましく、2質量部以下であることがより好ましく、1.5質量部以下であることが特に好ましい。
非水溶性共役ジエン共重合体のガラス転移温度(Tg)は、特に制限はないが、リチウムイオン二次電池に優れたサイクル特性を発揮させることができる点で、0℃以上であることが好ましく、5℃以上であることがより好ましく、10℃以上であることが特に好ましく、また、リチウムイオン二次電池用電極に優れた柔軟性(可撓性)を発揮させることができる点で、50℃以下であることが好ましく、40℃以下であることがより好ましく、30℃以下であることが特に好ましい。
ここで、炭素系活物質とは、リチウムを挿入(「ドープ」ともいう。)可能な、炭素を主骨格とする活物質をいう。炭素系活物質の材料としては、例えば炭素質材料と黒鉛質材料とが挙げられ、黒鉛質材料が好ましい。また、炭素系活物質の形状としては、例えば、鱗片状、球状、などが挙げられ、鱗片状が好ましい。炭素系活物質は、黒鉛粒子であることが好ましい。
炭素系活物質の含有量は、スラリー固形分を100質量部とした際に、電池のサイクル特性の観点で、0質量部超であることが好ましく、50質量部以上であることがさらに好ましく、また、電池容量の観点で95質量部以下であることが好ましく、90質量部以下であることがさらに好ましい。
そして、炭素質材料としては、例えば、熱処理温度によって炭素の構造を容易に変える易黒鉛性炭素や、ガラス状炭素に代表される非晶質構造に近い構造を持つ難黒鉛性炭素などが挙げられる。
ここで、易黒鉛性炭素としては、例えば、石油または石炭から得られるタールピッチを原料とした炭素材料が挙げられる。具体例を挙げると、コークス、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、メソフェーズピッチ系炭素繊維、熱分解気相成長炭素繊維などが挙げられる。
また、難黒鉛性炭素としては、例えば、フェノール樹脂焼成体、ポリアクリロニトリル系炭素繊維、擬等方性炭素、フルフリルアルコール樹脂焼成体(PFA)、ハードカーボンなどが挙げられる。
そして、黒鉛質材料としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛などが挙げられる。
ここで、人造黒鉛としては、例えば、易黒鉛性炭素を含んだ炭素を主に2800℃以上で熱処理した人造黒鉛、MCMBを2000℃以上で熱処理した黒鉛化MCMB、メソフェーズピッチ系炭素繊維を2000℃以上で熱処理した黒鉛化メソフェーズピッチ系炭素繊維などが挙げられる。
その他の活物質として、金属系活物質を含んでいてもよい。
金属系活物質とは、金属を含む活物質であり、通常は、リチウムの挿入が可能な元素を構造に含み、リチウムが挿入された場合の単位質量当たりの理論電気容量が500mAh/g以上である活物質をいう。金属系活物質としては、例えば、リチウム金属、リチウム合金を形成し得るSi以外の単体金属(例えば、Ag、Al、Ba、Bi、Cu、Ga、Ge、In、Ni、P、Pb、Sb、Sn、Sr、Zn、Tiなど)およびその合金、並びに、それらの酸化物、硫化物、窒化物、炭化物、燐化物などが用いられる。
溶媒としては、水を用いることが好ましい。ここで、溶媒としては水のみを用いてもよいが、水および水に相溶可能な有機溶媒よりなる混合溶媒を用いることもできる。なお、溶媒の少なくとも一部は、特に限定されることなく、水溶性重合体を調製する際に使用した単量体組成物に含まれていた重合溶媒(例えば水)とすることができる。
上述した成分の他に、増粘剤(上述した水溶性重合体に該当するものを除く)、導電材、補強材、レベリング剤、電解液添加剤等の成分を含有していてもよい。これらは、電池反応に影響を及ぼさないものであれば特に限られず、公知のものを使用することができる。また、これらの成分は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
上述したスラリー組成物は、上記各成分に、必要に応じて水などの分散媒を追加し、混合することにより調製することができる。具体的には、ボールミル、サンドミル、ビーズミル、顔料分散機、らい潰機、超音波分散機、ホモジナイザー、プラネタリーミキサー、フィルミックスなどの混合機を用いて上記各成分と水系媒体とを混合することにより、スラリー組成物を調製することができる。なお、上記各成分の混合は、通常、室温~80℃の範囲で、10分~数時間行うことができる。
本発明のリチウムイオン二次電池用電極は、本発明のリチウムイオン二次電池用スラリー組成物を用いて製造することができる。
具体的には、リチウムイオン二次電池用電極は、集電体と、集電体上に形成された電極合材層とを備え、電極合材層には、少なくとも、ケイ素化合物と、結着材とが含まれている。なお、電極合材層中に含まれている各成分は、上記リチウムイオン二次電池用スラリー組成物中に含まれていたものであり、それら各成分の好適な存在比は、当該スラリー組成物中の各成分の好適な存在比と同じである。
そして、上記リチウムイオン二次電池用電極は、本発明のリチウムイオン二次電池用スラリー組成物を使用して調製しているので、優れた接着性(ピール強度)および柔軟性(可撓性)を発揮することができ、また、リチウムイオン二次電池に優れたレート特性およびサイクル特性を発揮させることができる。
なお、上記リチウムイオン二次電池用電極は、例えば、上述したリチウムイオン二次電池用スラリー組成物を集電体上に塗布する工程(塗布工程)と、集電体上に塗布されたリチウムイオン二次電池用スラリー組成物を乾燥して集電体上に電極合材層を形成する工程
(乾燥工程)とを経て製造される。
上記リチウムイオン二次電池用スラリー組成物を集電体上に塗布する方法としては、特に限定されず公知の方法を用いることができる。具体的には、塗布方法としては、ドクターブレード法、ディップ法、リバースロール法、ダイレクトロール法、グラビア法、エクストルージョン法、ハケ塗り法などを用いることができる。この際、リチウムイオン二次電池用スラリー組成物を集電体の片面だけに塗布してもよいし、両面に塗布してもよい。
塗布後乾燥前の集電体上のスラリー膜の厚みは、乾燥して得られる電極合材層の厚みに応じて適宜に設定しうる。
集電体上のスラリー組成物を乾燥する方法としては、特に限定されず公知の方法を用いることができ、例えば温風、熱風、低湿風による乾燥、真空乾燥、赤外線や電子線などの照射による乾燥法が挙げられる。このように集電体上のリチウムイオン二次電池用スラリー組成物を乾燥することで、集電体上に電極合材層を形成し、集電体と電極合材層とを備えるリチウムイオン二次電池用電極を得ることができる。
さらに、電極合材層が硬化性の重合体を含む場合は、電極合材層の形成後に前記重合体を硬化させることが好ましい。
上述のリチウムイオン二次電池用電極を用いて、リチウムイオン二次電池を作製することができる。具体的に、リチウムイオン二次電池は、正極と、負極と、電解液と、セパレータとを備え、例えば、負極として、上述したリチウムイオン二次電池用電極を用いたものである。そして、このリチウムイオン二次電池は、上述したリチウムイオン二次電池用電極を用いているので、レート特性およびサイクル特性に優れている。
リチウムイオン二次電池の正極としては、例えば、リチウムイオン二次電池用正極として用いられる既知の正極を用いることができる。具体的には、正極としては、例えば、正極合材層を集電体上に形成してなる正極を用いることができる。
なお、集電体としては、アルミニウム等の金属材料からなるものを用いることができる。また、正極合材層としては、既知の正極活物質と、導電材と、結着材とを含む層を用いることができる。
負極としては、例えば、上述した本発明のリチウムイオン二次電池用電極を用いることができる。
電解液としては、溶媒に電解質を溶解した電解液を用いることができる。
ここで、溶媒としては、電解質を溶解可能な有機溶媒を用いることができる。具体的には、溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ-ブチロラクトン等のアルキルカーボネート系溶媒に、2,5-ジメチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロフラン、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート、酢酸メチル、ジメトキシエタン、ジオキソラン、プロピオン酸メチル、ギ酸メチル等の粘度調整溶媒を添加したものを用いることができる。
電解質としては、リチウム塩を用いることができる。リチウム塩としては、例えば、特開2012-204303号公報に記載のものを用いることができる。これらのリチウム塩の中でも、有機溶媒に溶解しやすく、高い解離度を示すという点より、電解質としてはLiPF6、LiClO4、CF3SO3Liが好ましい。
セパレータとしては、例えば、特開2012-204303号公報に記載のものを用いることができる。これらの中でも、セパレータ全体の膜厚を薄くすることができ、これにより、リチウムイオン二次電池内の電極活物質の比率を高くして体積あたりの容量を高くすることができるという点より、ポリオレフィン系の樹脂(ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリ塩化ビニル)からなる微多孔膜が好ましい。
上述したリチウムイオン二次電池は、例えば、正極と、負極とを、セパレータを介して重ね合わせ、これを必要に応じて電池形状に応じて巻く、折るなどして電池容器に入れ、電池容器に電解液を注入して封口することにより製造することができる。リチウムイオン二次電池の内部の圧力上昇、過充放電等の発生を防止するために、必要に応じて、ヒューズ、PTC素子等の過電流防止素子、エキスパンドメタル、リード板などを設けてもよい。リチウムイオン二次電池の形状は、例えば、コイン型、ボタン型、シート型、円筒型、角形、扁平型など、何れであってもよい。
実施例および比較例において、「(1)負極(負極合材層)の接着性(ピール強度)」、「(2)負極の柔軟性(可撓性)」、「(3)二次電池のレート特性」、および「(4)二次電池のサイクル特性」については、下記の方法で評価し、また、「(5)水溶性重合体の重量平均分子量(Mw)」、「(6)水溶性重合体の電解液膨潤度」、「(7)水溶性重合体の1質量%水溶液の粘度」、「(8)ケイ素化合物の含有量(質量%)」、および「(9)非水溶性共役ジエン重合体のガラス転移温度」については、下記の方法で測定し、さらに、「(10)水溶性重合体Aの調製」、「(11)水溶性重合体Bの調製」、「(12)水溶性重合体Cの調製」、「(13)水溶性重合体Dの調製」、「(14)水溶性重合体Eの調製」、「(15)水溶性重合体Fの調製」、「(16)水溶性重合体Gの調製」、「(17)水溶性重合体Hの調製」、「(18)水溶性重合体Iの調製」、「(19)水溶性重合体Jの調製」、「(20)非水溶性共役ジエン重合体Iの調製」、「(21)非水溶性共役ジエン重合体IIの調製」、「(22)ケイ素化合物Xの調製」、および「(23)ケイ素化合物Yの調製」については、下記の方法で調製した。
作製したリチウムイオン二次電池用負極を長さ100mm、幅10mmの長方形に切り出して試験片とし、負極合材層を有する面を下にして負極合材層表面をセロハンテープ(JISZ1522に規定されるもの)でSUS製基板表面へ貼り付けた。その後、集電体の一端を垂直方向に引張り速度50mm/分で引っ張って剥がしたときの応力(N/m)を測定した(なお、セロハンテープはSUS製基板表面に固定されている)。上記と同様の測定を3回行い、その平均値を求めてこれをピール強度とし、以下の基準により評価した。ピール強度の値が大きいほど、負極合材層と集電体とが強固に密着し、負極(負極合材層)の接着性が優れることを示す。
A:ピール強度が10.0N/m以上
B:ピール強度が8.0N/m以上10.0N/m未満
C:ピール強度が6.0N/m以上8.0N/m未満
D:ピール強度が4.0N/m以上6.0N/m未満
E:ピール強度が4.0N/m未満
作製したリチウムイオン二次電池用負極の集電体側に径の異なる棒を載置し、負極を棒に巻き付けて負極合材層(負極活物質層)が割れるか否かについて評価した。棒の直径が小さいほど、負極の柔軟性(可撓性)に優れることを示す。負極の柔軟性(可撓性)に優れると、負極合材層(負極活物質層)の剥がれを抑制することができるため、二次電池のサイクル特性に優れる。
A:直径1.2mmの棒で割れない。
B:直径1.5mmの棒で割れない。
C:直径2mmの棒で割れない。
D:直径3mmの棒で割れない。
E:直径4mmの棒で割れない。
作製したリチウムイオン二次電池を、電解液注液後、温度25℃で、5時間静置した。次に、温度25℃、0.2Cの定電流法にて、セル電圧3.65Vまで充電し、その後、温度60℃で12時間エージング処理を行った。そして、温度25℃、0.2Cの定電流法にて、セル電圧3.00Vまで放電した。その後、0.2Cの定電流にて、CC-CV充電(上限セル電圧4.35V)を行い、0.2Cの定電流にてセル電圧3.00VまでCC放電を行った。この0.2Cにおける充放電を3回繰り返し実施した。
次に、温度25℃の環境下、セル電圧4.35-3.00V間で、0.2Cの定電流充放電を実施し、このときの放電容量をC0と定義した。その後、同様に0.2Cの定電流にてCC-CV充電し、温度-10℃の環境下において、0.5Cの定電流にて2.5Vまで放電を実施し、このときの放電容量をC1と定義した。そして、レート特性として、ΔC=(C1/C0)×100(%)で示される容量変化率を求め、以下の基準により評価した。この容量変化率ΔCの値は大きいほど、低温環境下、高電流での放電容量が高く、そして内部抵抗が低いことを示す。
A:容量変化率ΔCが70%以上
B:容量変化率ΔCが65%以上70%未満
C:容量変化率ΔCが60%以上65%未満
D:容量変化率ΔCが55%以上60%未満
E:容量変化率ΔCが55%未満
作製したリチウムイオン二次電池を、25℃の環境下で24時間静置した。その後、25℃にて、1Cの充電レートにて定電圧定電流(CC-CV)方式で4.35V(カットオフ条件:0.02C)まで充電し、1Cの放電レートにて定電流(CC)方式で3.0Vまで放電する充放電の操作を行い、初期容量C0を測定した。
さらに、25℃環境下で同様の充放電の操作を繰り返し、300サイクル後の容量C1を測定した。そして、容量維持率ΔC=(C1/C0)×100(%)を算出し、下記の基準で評価した。この容量維持率の値が高いほど、放電容量の低下が少なく、サイクル特性に優れていることを示す。
A:容量維持率ΔCが85%以上
B:容量維持率ΔCが80%以上85%未満
C:容量維持率ΔCが75%以上80%未満
D:容量維持率ΔCが70%以上75%未満
E:容量維持率ΔCが70%未満
調製した水溶性重合体を0.05質量%となるようにトリス塩酸緩衝液で希釈し、0.45μmのフィルターでろ過し、ゲルパーミッションクロマトグラフィー(測定装置:東ソー社「HLC-8320」、カラム:Shodex社「OHpac SB-G」、Shodex社「OHpac SB-807HQ」、Shodex社「OHpac 806M HQ」、標準資料:単分散プルラン)にて、水溶性重合体の重量平均分子量(Mw)を測定した。測定結果を表1および2に示す。
調製した水溶性重合体を含む水溶液を、湿度50%、温度23℃~25℃の環境下で乾燥させて、厚み0.5±0.1mmに成膜した。成膜したフィルムを、温度60℃の真空乾燥機で10時間乾燥させた後、裁断して約1gを精秤した。得られたフィルム片の質量をW0とする。このフィルム片を、温度60℃の環境下で、電解液(組成:濃度1.0MのLiPF6溶液(溶媒はエチレンカーボネート(EC)/エチルメチルカーボネート(EMC)=3/7(体積比)の混合溶媒、添加剤としてビニレンカーボネート2体積%(溶媒比)を添加))に3日間浸漬し、膨潤させた。その後、フィルム片を引き上げ、表面の電解液をキムワイプで拭いた後、質量を測定した。膨潤後のフィルム片の質量をW1とする。
そして、以下の計算式を用いて、水溶性重合体の電解液膨潤度を算出した。算出結果を表1および2に示す。
電解液膨潤度(質量%)=W1/W0×100
調整した水溶性重合体を含む水溶液を、1質量%に希釈する。その後、恒温水槽で液温が25℃にし、B型粘度計で水溶液の粘度を測定する。測定結果は表1および2に示す。
ケイ素化合物中の特定ケイ素化合物(Li2SiO3、Li4SiO4)は、NMR(核磁気共鳴)としての「29Si MAS NMR(マジック角回転核磁気共鳴)法」を用い、以下の条件で測定した。測定結果を表1および2に示す。
・装置:Bruker社製700NMR分光器
・プローブ:4mmHR-MASローター50μL
・試料回転速度:10kHz
・測定環境温度:25℃
調製した非水溶性共役ジエン重合体を測定試料とした。測定試料10mgをアルミパンに計量し、示差熱分析測定装置(エスアイアイ・ナノテクノロジー社製「EXSTAR DSC6220」)にて、リファレンスとして空のアルミパンを用い、測定温度範囲-100℃~500℃の間で、昇温速度10℃/分で、JISZ 8703に規定された条件下で測定を実施し、示差走査熱量分析(DSC)曲線を得た。この昇温過程で、微分信号(DDSC)が0.05mW/分/mg以上となるDSC曲線の吸熱ピークが出る直前のベースラインと、吸熱ピーク後に最初に現れる変曲点でのDSC曲線の接線との交点を、非水溶性共役ジエン重合体のガラス転移温度(℃)として求めた。結果を表1および2に示す。
セプタム付き1Lフラスコに、イオン交換水620部を投入して、温度40℃に加熱し、流量1L/分の窒素ガスでフラスコ内を置換した。次に、イオン交換水10部と、水溶性重合体Aにおけるエチレン性不飽和カルボン酸単量体単位(A)を構成するエチレン性不飽和カルボン酸単量体としてのアクリル酸24.0部と、水溶性重合体Aにおける架橋性単量体単位(B)を構成する架橋性単量体としてのN,N,N,N-テトラアクリロイルトリエチレンテトラミン(富士フィルム社製「FAM-402」、重合性不飽和基=4)の5.0%水溶液16.0部と、水溶性重合体Aにおけるエチレン性不飽和単量体単位(C)を構成するエチレン性不飽和単量体としてのアクリルアミドの40.0%水溶液138部とを混合して、シリンジでフラスコ内に注入した。その後、重合開始剤としての過硫酸カリウムの2.5%水溶液9.6部をシリンジでフラスコ内に追加した。さらに、その5分後に、重合促進剤としてのアスコルビン酸の2.5%水溶液2.5部をシリンジで追加した。4時間後に、重合開始剤としての過硫酸カリウムの2.5%水溶液4.8部をフラスコ内に追加し、さらに重合促進剤としての亜硫酸水素ナトリウムの2.5%水溶液1.8部を追加して、温度を60℃に昇温し、重合反応を進めた。3時間後、フラスコを空気中に開放して重合反応を停止させ、温度30℃以下まで冷却させた。
その後、水酸化リチウムの8.0%水溶液を用いて生成物のpHを8に調整して、水溶性重合体Aを含む水溶液を得た。
「(10)水溶性重合体Aの調製」において、N,N,N,N-テトラアクリロイルトリエチレンテトラミン(富士フィルム社製「FAM-402」、重合性不飽和基=4)の5.0%水溶液16.0部を用いる代わりに、メタクリル酸アリル(三菱瓦斯化学社製、重合性不飽和基=2)0.8部を用いたこと以外は、「(10)水溶性重合体Aの調製」と同様に、水溶性重合体Bを調製した。
「(10)水溶性重合体Aの調製」において、N,N,N,N-テトラアクリロイルトリエチレンテトラミン(富士フィルム社製「FAM-402」、重合性不飽和基=4)の5.0%水溶液16.0部を用いる代わりに、ペンタエリスリトールトリアリルエーテル(ダイソー社製、商品名「ネオアリルP-30」、重合性不飽和基=3)0.8部を用いたこと以外は、「(10)水溶性重合体Aの調製」と同様に、水溶性重合体Cを調製した。
「(10)水溶性重合体Aの調製」において、N,N,N,N-テトラアクリロイルトリエチレンテトラミン(富士フィルム社製「FAM-402」、重合性不飽和基=4)の5.0%水溶液16.0部およびアクリルアミドの40%水溶液138部を用いる代わりに、N,N,N,N-テトラアクリロイルトリエチレンテトラミン(富士フィルム社製「FAM-402」、重合性不飽和基=4)の5.0%水溶液3.2部およびアクリルアミドの40%水溶液139.6部を用いたこと以外は、「(10)水溶性重合体Aの調製」と同様に、水溶性重合体Dを調製した。
「(10)水溶性重合体Aの調製」において、アクリルアミドの40%水溶液138部を用いる代わりに、β-ヒドロキシエチルアクリレートの40%水溶液138部を用いたこと以外は、「(10)水溶性重合体Aの調製」と同様に、水溶性重合体Eを調製した。
「(10)水溶性重合体Aの調製」において、アクリル酸24部およびアクリルアミドの40%水溶液138部を用いる代わりに、アクリル酸64部およびアクリルアミドの40%水溶液38部を用いたこと以外は、「(10)水溶性重合体Aの調製」と同様に、水溶性重合体Fを調製した。
「(10)水溶性重合体Aの調製」において、アクリル酸24部を用いる代わりに、メタクリル酸24部を用いたこと以外は、「(10)水溶性重合体Aの調製」と同様に、水溶性重合体Gを調製した。
「(10)水溶性重合体Aの調製」において、水酸化リチウムの8.0%水溶液を用いる代わりに、水酸化カリウムの8.0%水溶液を用いたこと以外は、「(10)水溶性重合体Aの調製」と同様に、水溶性重合体Hを調製した。
「(10)水溶性重合体Aの調製」において、N,N,N,N-テトラアクリロイルトリエチレンテトラミン(富士フィルム社製「FAM-402」、重合性不飽和基=4)の5.0%水溶液16.0部とアクリルアミドの40%水溶液138部とを用いて水溶性重合体Aを調製する代わりに、アクリルアミドの40%水溶液140部を用いて水溶性重合体Iを調製したこと以外は、「(10)水溶性重合体Aの調製」と同様に、水溶性重合体Iを調製した。
「(10)水溶性重合体Aの調製」において、重合開始剤としての過硫酸カリウムの2.5%水溶液9.6部をシリンジでフラスコ内に追加し、重合促進剤としてのアスコルビン酸の2.5%水溶液2.5部をシリンジで追加する代わりに、重合開始剤としての過硫酸カリウムの2.5%水溶液6.4部をシリンジでフラスコ内に追加し、重合促進剤としてのアスコルビン酸の2.5%水溶液1.7部をシリンジで追加したこと以外は、「(10)水溶性重合体Aの調製」と同様に、水溶性重合体Jを調製した。
撹拌機付き5MPa耐圧容器に、芳香族ビニル単量体単位を構成する芳香族ビニル単量体としてのスチレン64部、共役ジエン単量体単位を構成する共役ジエン単量体としての1,3-ブタジエン29部、エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位を構成するエチレン性不飽和カルボン酸単量体としてのイタコン酸6部、ヒドロキシル基含有単量体単位を構成するヒドロキシル基含有単量体としてのアクリル酸-2-ヒドロキシエチル(β-ヒドロキシエチルアクリレート)1部、分子量調整剤としてのt-ドデシルメルカプタン0.3部、乳化剤としてのドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム5部、溶媒としてのイオン交換水150部、および、重合開始剤としての過硫酸カリウム1部を投入し、十分に撹拌した後、温度55℃に加温して重合を開始した。単量体消費量が95.0%になった時点で冷却し、反応を停止した。こうして得られた重合体を含んだ水分散体に、5%水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pHを8に調整した。その後、加熱減圧蒸留によって未反応単量体の除去を行った。さらにその後、温度30℃以下まで冷却することにより、結着材としての非水溶性共役ジエン重合体I(ガラス転移温度Tg:25℃)を含む水分散液を得た。
撹拌機付き5MPa耐圧容器に、芳香族ビニル単量体単位を構成する芳香族ビニル単量体としてのスチレン54部、共役ジエン単量体単位を構成する共役ジエン単量体としての1,3-ブタジエン39部、エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位を構成するエチレン性不飽和カルボン酸単量体としてのイタコン酸6部、ヒドロキシル基含有単量体単位を構成するヒドロキシル基含有単量体としてのアクリル酸-2-ヒドロキシエチル(β-ヒドロキシエチルアクリレート)1部、分子量調整剤としてのt-ドデシルメルカプタン0.3部、乳化剤としてのドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム5部、溶媒としてのイオン交換水150部、および、重合開始剤としての過硫酸カリウム1部を投入し、十分に撹拌した後、温度55℃に加温して重合を開始した。単量体消費量が95.0%になった時点で冷却し、反応を停止した。こうして得られた重合体を含んだ水分散体に、5%水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pHを8に調整した。その後、加熱減圧蒸留によって未反応単量体の除去を行った。さらにその後、温度30℃以下まで冷却することにより、結着材としての非水溶性共役ジエン重合体II(ガラス転移温度Tg:5℃)を含む水分散液を得た。
Li4SiO4とSiOxとの複合物であるケイ素化合物Xを以下のようにして調製した。まず、SiOx(x=1.5)に対して3質量%に相当するLiHをアルゴン雰囲気下で十分に混合した。その後、800℃で加熱した。その後、ケイ素化合物を十分に冷却し、アルコールで洗浄することにより、特定ケイ素化合物としてのLi4SiO4とシリコン系負極活物質としてのSiOxとの複合物であるケイ素化合物Xを調製した。ケイ素化合物X中における特定ケイ素化合物(Li4SiO4)の含有率(質量%)を測定した。測定結果を表1および2に示す。
Li2SiO3とSiOxとの複合物であるケイ素化合物Yを以下のようにして調製した。まず、SiOx(x=1.5)に対して1.5質量%に相当するLiHをアルゴン雰囲気下で十分に混合した。その後、700℃で加熱した。その後、ケイ素化合物を十分に冷却し、アルコールで洗浄することにより、特定ケイ素化合物としてのLi2SiO3とシリコン系負極活物質としてのSiOxとの複合物であるケイ素化合物Yを調製した。ケイ素化合物Y中における特定ケイ素化合物(Li2SiO3)の含有率(質量%)を測定した。測定結果を表1および2に示す。
<正極の製造>
プラネタリーミキサーに、正極活物質としてのリチウム遷移金属複合酸化物系(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)96.0部、導電材としてのアセチレンブラック2.0部(電気化学工業製、商品名「HS-100」)、結着材としてのPVdF2.0部を添加し、さらに、分散媒としてのN-メチル-2-ピロリドン(NMP)を全固形分濃度が67%となるように加えて混合し、正極合材層用スラリー組成物を調製した。
続いて、得られた正極合材層用スラリー組成物を、コンマコーターで、集電体であるアルミニウム箔(厚さ20μm)の上に、塗布量が20±0.5mg/cm2となるように塗布した。
さらに、300mm/分の速度で、温度90℃のオーブン内を4分間、さらに温度120℃のオーブン内を4分間かけて搬送することにより、アルミニウム箔上のスラリー組成物を乾燥させ、集電体上に正極合材層が形成された正極原反を得た。
その後、作製した正極原反の正極合材層側を温度25±3℃の環境下、線圧14t(トン)の条件でロールプレスし、正極合材層密度が3.20g/cm3の正極を得た。
プラネタリーミキサーに、負極活物質としての人造黒鉛(日立化成社製「MAG-E」)100.0部、ケイ素化合物X20.0部と、結着材として水溶性重合体Aを1.5部と、カルボキシメチルセルロース(第一工業製薬社「BSH-12」、エーテル化度:0.7)を固形分相当で1.0部を投入した。さらに、イオン交換水にて固形分濃度が60%となるように希釈し、その後、回転速度45rpmで60分混練した。その後、結着材として非水溶性共役ジエン重合体Iを固形分相当で1.0部投入し、回転速度40rpmで40分混練した。そして、粘度が3000±500mPa・s(B型粘度計、25℃、60rpmで測定)となるようにイオン交換水を加えて回転数40rpmで10分間混練した。
その後、LiOHの10%水溶液を用いて、スラリーのpHを10.8にし、負極合材層用スラリー組成物を調製した。
続いて、上記負極合材層用スラリー組成物を、コンマコーターで、集電体である銅箔(厚さ15μm)の表面に、塗付量が7.0±0.5mg/cm2となるように塗布した。
その後、負極合材層用スラリー組成物が塗布された銅箔を、500mm/分の速度で、温度80℃のオーブン内を2分間、さらに温度110℃のオーブン内を2分間かけて搬送することにより、銅箔上のスラリー組成物を乾燥させ、集電体上に負極合材層が形成された負極原反を得た。
作製した負極原反の負極合材層側を温度25±3℃の環境下、線圧11t(トン)の条件でロールプレスし、負極合材層密度が1.65g/cm3の負極を得た。その後、当該負極を、温度25±3℃、相対湿度50±5%の環境下にて1週間放置した。放置後の負極を用いて、「(i)負極(負極合材層)の接着性(ピール強度)」および「(ii)負極の柔軟性(可撓性)」を評価した。結果を表1に示す。
セパレータとして、ポリプロピレン製、セルガード2500を用いた。
上記の負極、正極およびセパレータを用いて、捲回セル(放電容量700mAh相当)を作製し、アルミ包材内に配置した。その後、このアルミ包材内に、電解液として濃度1.0MのLiPF6溶液(溶媒:エチレンカーボネート(EC)/ジエチルカーボネート(DEC)=3/7(体積比)の混合溶媒、添加剤:ビニレンカーボネート2体積%(溶媒比)含有)を充填した。さらに、アルミ包材の開口を密封するために、温度150℃のヒートシールをしてアルミ包材を閉口し、リチウムイオン二次電池を製造した。このリチウムイオン二次電池を用いて、「(iii)二次電池のレート特性」および「(iv)二次電池のサイクル特性」を評価した。結果を表1に示す。
実施例1において、ケイ素化合物Xを用いて負極の製造を行う代わりに、ケイ素化合物Yを用いて負極の製造を行ったこと以外は、実施例1と同様に、「正極の製造」、「負極の製造」、「セパレータの準備」、および「二次電池の製造」を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、水溶性重合体Aを用いて負極の製造を行う代わりに、水溶性重合体Bを用いて負極の製造を行ったこと以外は、実施例1と同様に、「正極の製造」、「負極の製造」、「セパレータの準備」、および「二次電池の製造」を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、水溶性重合体Aを用いて負極の製造を行う代わりに、水溶性重合体Cを用いて負極の製造を行ったこと以外は、実施例1と同様に、「正極の製造」、「負極の製造」、「セパレータの準備」、および「二次電池の製造」を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、水溶性重合体Aを用いて負極の製造を行う代わりに、水溶性重合体Dを用いて負極の製造を行ったこと以外は、実施例1と同様に、「正極の製造」、「負極の製造」、「セパレータの準備」、および「二次電池の製造」を行った。結果を表1に示す。
実施例1において,水溶性重合体Aを用いて負極の製造を行う代わりに、水溶性重合体Eを用いて負極の製造を行ったこと以外は、実施例1と同様に、「正極の製造」、「負極の製造」、「セパレータの準備」、および「二次電池の製造」を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、水溶性重合体Aを用いて負極の製造を行う代わりに、水溶性重合体Fを用いて負極の製造を行ったこと以外は、実施例1と同様に、「正極の製造」、「負極の製造」、「セパレータの準備」、および「二次電池の製造」を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、非水溶性共役ジエン重合体Iを用いて負極の製造を行う代わりに、非水溶性共役ジエン重合体IIを用いて負極の製造を行ったこと以外は、実施例1と同様に、「正極の製造」、「負極の製造」、「セパレータの準備」、および「二次電池の製造」を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、スラリーpHを10.8として負極の製造を行う代わりに、水酸化リチウムを用いてスラリーpHを12に調整して負極の製造を行ったこと以外は、実施例1と同様に、「正極の製造」、「負極の製造」、「セパレータの準備」、および「二次電池の製造」を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、水溶性重合体Aを用いて負極の製造を行う代わりに、水溶性重合体Gを用いて負極の製造を行ったこと以外は、実施例1と同様に、「正極の製造」、「負極の製造」、「セパレータの準備」、および「二次電池の製造」を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、水溶性重合体Aを用いて負極の製造を行う代わりに、水溶性重合体Hを用いて負極の製造を行ったこと以外は、実施例1と同様に、「正極の製造」、「負極の製造」、「セパレータの準備」、および「二次電池の製造」を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、カルボキシメチルセルロースを用いて負極の製造を行う代わりに、カルボキシメチルセルロースを用いずに負極の製造を行ったこと以外は、実施例1と同様に、「正極の製造」、「負極の製造」、「セパレータの準備」、および「二次電池の製造」を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、非水溶性共役ジエン重合体Iを用いて負極の製造を行う代わりに、非水溶性共役ジエン重合体Iを用いずに負極の製造を行ったこと以外は、実施例1と同様に、「正極の製造」、「負極の製造」、「セパレータの準備」、および「二次電池の製造」を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、水溶性重合体Aを用いて負極の製造を行う代わりに、水溶性重合体Iを用いて負極の製造を行ったこと以外は、実施例1と同様に、「正極の製造」、「負極の製造」、「セパレータの準備」、および「二次電池の製造」を行った。結果を表2に示す。
実施例1において、水溶性重合体Aを用いて負極の製造を行う代わりに、水溶性重合体Jを用いて負極の製造を行ったこと以外は、実施例1と同様に、「正極の製造」、「負極の製造」、「セパレータの準備」、および「二次電池の製造」を行った。結果を表2に示す。
実施例1において、スラリーpHを10.8として負極の製造を行う代わりに、酢酸を用いてスラリーpHを8.5に調整して負極の製造を行ったこと以外は、実施例1と同様に、「正極の製造」、「負極の製造」、「セパレータの準備」、および「二次電池の製造」を行った。結果を表2に示す。
「AA」:アクリル酸
「MAA」:メタクリル酸
「Aam」:アクリルアミド
「FAM-402」:N,N,N,N-テトラアクリロイルトリエチレンテトラミン(アクロイル基含有単量体)
「P-30」:ペンタエリスリトールトリアリルエーテル(アリル基含有単量体)
「AMA」:メタクリル酸アリル(アリル基含有単量体、メタアクリル酸エステル)
「β-HEA」:β-ヒドロキシエチルアクリレート
また、本発明によれば、優れた接着性(ピール強度)および柔軟性(可撓性)を発揮することができ、また、リチウムイオン二次電池に優れたレート特性およびサイクル特性を発揮させることができるリチウムイオン二次電池用電極を提供することができる。
Claims (6)
- ケイ素化合物と、結着材とを含むリチウムイオン二次電池用スラリー組成物であって、
前記ケイ素化合物は、Li2SiO3およびLi4SiO4の少なくともいずれかを含有し、
前記結着材は、水溶性重合体を含有し、
前記水溶性重合体は、エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位(A)およびそのアルカリ金属塩の少なくともいずれかと、架橋性単量体単位(B)と、エチレン性不飽和単量体単位(C)を含み、
前記エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位(A)は、アクリル酸とメタクリル酸の少なくとも一方に由来する単量体単位であり、
前記架橋性単量体単位(B)は、N,N,N,N-テトラアクリロイルトリエチレンテトラミン、N,N,N-トリアクリロイルジエチレントリアミン、N,N-ジアクリロイル-4,7,10-トリオキサ-1,13-トリデカンジアミン、ペンタエリスリトールトリアリルエーテル、メタクリル酸アリル、アリルグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンジアリルエーテル、及びグリセリンモノアリルエーテルからなる群から選択される少なくとも一つに由来する単量体単位であり、
前記エチレン性不飽和単量体単位(C)は、アクリルアミド、β-ヒドロキシエチルアクリレート、及びヒドロキシエチルアクリルアミドからなる群から選択される少なくとも一つに由来する単量体単位であり、
前記水溶性重合体における全単量体単位に対する前記エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位(A)の含有率が20質量%以上80質量%以下であり、
前記水溶性重合体における全単量体単位に対する前記架橋性単量体単位(B)の含有率が0.1質量%以上3質量%以下であり、
前記水溶性重合体における全単量体単位に対する前記エチレン性不飽和単量体単位(C)の含有率が19質量%以上69.8質量%以下であり、
前記水溶性重合体の1質量%水溶液の粘度が10mPa・s以上600mPa・s以下であり、
前記水溶性重合体は、重量平均分子量が30万以上1500万以下であり、
前記リチウムイオン二次電池用スラリー組成物のpHが9以上12以下である、リチウムイオン二次電池用スラリー組成物。 - 前記結着材が、カルボキシメチルセルロースをさらに含有する、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用スラリー組成物。
- 前記水溶性重合体の電解液に対する膨潤度が120%未満である、請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池用スラリー組成物。
- 前記結着材が、非水溶性共役ジエン共重合体をさらに含有し、
前記非水溶性共役ジエン共重合体は、共役ジエン単量体単位、芳香族ビニル単量体単位、およびエチレン性不飽和カルボン酸単量体単位を含み、ガラス転移点が0度以上である、請求項1~3のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用スラリー組成物。 - 炭素系活物質をさらに含む、請求項1~4のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用スラリー組成物。
- 請求項1~5のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用スラリー組成物を用いて形成した電極合材層を備える、リチウムイオン二次電池用電極。
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