JPWO2013118231A1 - Polymer, method for producing the same, and power storage device - Google Patents

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Abstract

接着剤、塗料、蓄電装置用バインダなどに用いられる接着性、結着性に優れたポリマーを提供する。四員環以上の環構造をもつコア部と、カルボキシル基を有する酸モノマーの重合体からなりコア部の環構造を構成する3個以上の炭素原子からそれぞれ伸びるアーム部と、からなる。Provided is a polymer having excellent adhesiveness and binding properties, which is used for adhesives, paints, power storage device binders, and the like. It consists of a core part having a ring structure of a four-membered ring or more and an arm part made of a polymer of an acid monomer having a carboxyl group and extending from three or more carbon atoms constituting the ring structure of the core part.

Description

本発明は、接着剤、塗料、蓄電池用バインダなどに用いられるポリマーとその製造方法、及びそのポリマーをバインダとして用いた電極をもつ蓄電装置に関するものである。   The present invention relates to a polymer used for an adhesive, a paint, a storage battery binder, a manufacturing method thereof, and a power storage device having an electrode using the polymer as a binder.

リチウムイオン二次電池は、充放電容量が高く、高出力化が可能な二次電池である。現在、主として携帯電子機器用の電源として用いられており、更に、今後普及が予想される電気自動車用の電源として期待されている。リチウムイオン二次電池は、リチウム(Li)を挿入および脱離することができる活物質を正極及び負極にそれぞれ有する。そして、両極間に設けられた電解液内をリチウムイオンが移動することによって動作する。   A lithium ion secondary battery is a secondary battery having a high charge / discharge capacity and capable of high output. Currently, it is mainly used as a power source for portable electronic devices, and further expected as a power source for electric vehicles that are expected to be widely used in the future. Lithium ion secondary batteries have active materials capable of inserting and extracting lithium (Li) in the positive electrode and the negative electrode, respectively. And it operates by moving lithium ions in the electrolyte provided between the two electrodes.

リチウムイオン二次電池には、正極の活物質として主にリチウムコバルト複合酸化物等のリチウム含有金属複合酸化物が用いられ、負極の活物質としては多層構造を有する炭素材料が主に用いられている。   In lithium ion secondary batteries, lithium-containing metal composite oxides such as lithium cobalt composite oxide are mainly used as the active material for the positive electrode, and carbon materials having a multilayer structure are mainly used as the active material for the negative electrode. Yes.

リチウムイオン二次電池の性能は、二次電池を構成する正極、負極および電解質の材料に左右される。なかでも活物質を形成する活物質材料の研究開発が活発に行われている。例えば負極活物質材料として炭素よりも高容量なケイ素またはケイ素酸化物が検討されている。   The performance of the lithium ion secondary battery depends on the materials of the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte constituting the secondary battery. In particular, research and development of active material that forms an active material is being actively conducted. For example, silicon or silicon oxide having a higher capacity than carbon has been studied as a negative electrode active material.

ケイ素を負極活物質として用いることにより、炭素材料を用いるよりも高容量の電池とすることができる。しかしながらケイ素は、充放電時のリチウムの吸蔵・放出に伴う体積変化が大きい。そのためケイ素が微粉化して集電体から脱落または剥離し、電池の充放電サイクル寿命が短いという問題点がある。そこでケイ素酸化物を負極活物質として用いることにより、ケイ素よりも充放電時のリチウムの吸蔵・放出に伴う体積変化を抑制することができる。   By using silicon as the negative electrode active material, a battery having a higher capacity than that using a carbon material can be obtained. However, silicon has a large volume change due to insertion and extraction of lithium during charging and discharging. Therefore, there is a problem that silicon is pulverized and falls off or peels from the current collector, and the charge / discharge cycle life of the battery is short. Therefore, by using silicon oxide as the negative electrode active material, volume change associated with insertion and extraction of lithium during charge and discharge can be suppressed more than silicon.

例えば、負極活物質として、酸化ケイ素(SiO:xは0.5≦x≦1.5程度)の使用が検討されている。SiOは熱処理されると、SiとSiOとに分解することが知られている。これは不均化反応といい、固体の内部反応によりSi相とSiO相の二相に分離する。分離して得られるSi相は非常に微細である。また、Si相を覆うSiO相が電解液の分解を抑制する働きをもつ。したがって、SiとSiOとに分解したSiOからなる負極活物質を用いた二次電池は、サイクル特性に優れる。For example, the use of silicon oxide (SiO x : x is about 0.5 ≦ x ≦ 1.5) as a negative electrode active material has been studied. It is known that SiO x decomposes into Si and SiO 2 when heat-treated. This is called disproportionation reaction and is separated into two phases of Si phase and SiO 2 phase by solid internal reaction. The Si phase obtained by separation is very fine. Further, the SiO 2 phase covering the Si phase has a function of suppressing the decomposition of the electrolytic solution. Therefore, the secondary battery using the negative electrode active material made of SiO x decomposed into Si and SiO 2 has excellent cycle characteristics.

上記した負極活物質を含む負極は、例えば、負極活物質とバインダとを含むスラリーを集電体に塗布し、乾燥することにより作製される。このため活物質粒子どうしの結着と、活物質と集電体との結着とを担うバインダの性能が、負極の性能に大きく影響する。バインダの結着力が低い場合には、活物質粒子どうしの密着性及び活物質と集電体との密着性が低下し、集電性が低下する。   The negative electrode containing the negative electrode active material described above is produced, for example, by applying a slurry containing a negative electrode active material and a binder to a current collector and drying it. For this reason, the performance of the binder responsible for the binding between the active material particles and the binding between the active material and the current collector greatly affects the performance of the negative electrode. When the binding force of the binder is low, the adhesiveness between the active material particles and the adhesiveness between the active material and the current collector are lowered, and the current collecting property is lowered.

また上述の酸化ケイ素からなる負極活物質を用いた負極であっても、充放電反応時のリチウムの吸蔵及び放出に伴う体積変化が避けられない。このため、負極の活物質層に含まれるバインダには大きな応力が作用するので、バインダには強い結着力が求められている。   Even in the case of a negative electrode using the above-described negative electrode active material made of silicon oxide, a change in volume associated with insertion and extraction of lithium during charge / discharge reaction is inevitable. For this reason, since a big stress acts on the binder contained in the active material layer of a negative electrode, strong binding force is calculated | required by the binder.

例えば下記の特許文献1には、ポリアクリル酸及びポリメタクリル酸よりなる群から選ばれるポリマーを含有し、そのポリマーは酸無水物基を含むリチウムイオン二次電池用負極が記載されている。   For example, Patent Document 1 below describes a negative electrode for a lithium ion secondary battery that contains a polymer selected from the group consisting of polyacrylic acid and polymethacrylic acid, and the polymer contains an acid anhydride group.

また下記の特許文献2には、アクリル酸とメタクリル酸とを共重合させて得られるポリマーを負極用バインダ又は正極用バインダとして用いることが記載されている。   Patent Document 2 below describes that a polymer obtained by copolymerizing acrylic acid and methacrylic acid is used as a negative electrode binder or a positive electrode binder.

さらに下記の特許文献3には、アクリルアミドとアクリル酸とイタコン酸とを共重合させて得られるポリマーを負極用バインダ又は正極用バインダとして用いることが記載されている。   Further, Patent Document 3 below describes that a polymer obtained by copolymerizing acrylamide, acrylic acid and itaconic acid is used as a negative electrode binder or a positive electrode binder.

特開2007−115671号公報JP 2007-115671 特開2003−268053号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-268053 特開2006−513554号公報JP 2006-513554 A

従来使用されている負極用バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)などの含フッ素系ポリマー、カルボキシメチルセルロース(CMC)などの水溶性セルロース誘導体、ポリアクリル酸などの水溶性ポリマーなどが挙げられる。しかしこれらのポリマーを負極用バインダとして用いると、集電体への活物質の結着力がまだ不十分であるために、充放電サイクルの進行に伴う電極の膨潤、収縮などによって、活物質が電極から徐々に脱落し、十分なサイクル特性が得られないという問題があった。   Examples of conventionally used negative electrode binders include fluorine-containing polymers such as polyvinylidene fluoride (PVdF), water-soluble cellulose derivatives such as carboxymethyl cellulose (CMC), and water-soluble polymers such as polyacrylic acid. However, when these polymers are used as the binder for the negative electrode, the binding force of the active material to the current collector is still insufficient. There was a problem that it was gradually dropped from the stage and sufficient cycle characteristics could not be obtained.

また、例えばポリアクリル酸を負極用バインダとして用いると、負極上で皮膜を形成し負極活物質の劣化を抑制するという効果がある。ところが形成された皮膜成分が抵抗となり、出力が低下するという不具合があった。   Further, for example, when polyacrylic acid is used as the binder for the negative electrode, there is an effect that a film is formed on the negative electrode and the deterioration of the negative electrode active material is suppressed. However, there is a problem that the formed film component becomes a resistance and the output decreases.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、接着剤、塗料、蓄電装置のバインダなどに用いられる接着性、結着性に優れたポリマーを提供することを主たる目的とする。   This invention is made | formed in view of such a situation, and makes it a main objective to provide the polymer excellent in the adhesiveness used for an adhesive agent, a coating material, the binder of an electrical storage apparatus, and a binding property.

上記課題を解決する本発明のポリマーの特徴は、コア部と、コア部から伸びるポリマー鎖からなるアーム部とを有するポリマーであって、コア部は四員環以上の環構造を有し、アーム部はカルボキシル基を有する酸モノマーの重合体からなり、アーム部は3本以上でありコア部の環構造を構成する3個以上の炭素原子からそれぞれ伸び、それぞれのアーム部の一端はコア部の環構造を構成する炭素原子に単結合あるいはエーテル基、エステル基、カルボニル基、アルキレン基又はこれらを組み合わせた二価の基を介して結合していることにある。   A feature of the polymer of the present invention that solves the above problems is a polymer having a core part and an arm part composed of a polymer chain extending from the core part, the core part having a ring structure of four or more members, The part is made of a polymer of an acid monomer having a carboxyl group, the arm part is 3 or more and extends from 3 or more carbon atoms constituting the ring structure of the core part, and one end of each arm part is the core part. It exists in having couple | bonded with the carbon atom which comprises a ring structure through the single bond or the bivalent group which combined ether group, ester group, carbonyl group, alkylene group, or these.

上記ポリマーにおいて、アーム部は3本でありコア部の環構造を構成する3個の炭素原子からそれぞれ伸びている構造とすることができる。以下、このポリマーを第一のポリマーという。またアーム部は、コア部の環構造を構成する全ての炭素原子からそれぞれ伸びている構造としてもよい。以下、このポリマーを第二のポリマーという。   In the above polymer, the number of arm portions is 3, and a structure extending from 3 carbon atoms constituting the ring structure of the core portion can be employed. Hereinafter, this polymer is referred to as a first polymer. The arm portion may have a structure extending from all the carbon atoms constituting the ring structure of the core portion. Hereinafter, this polymer is referred to as a second polymer.

また、アーム部のカルボキシル基と共に高分子錯体を形成する遷移金属イオンを含むポリマーとすることもできる。以下、このポリマーを第三のポリマーという。   Moreover, it can also be set as the polymer containing the transition metal ion which forms a polymer complex with the carboxyl group of an arm part. Hereinafter, this polymer is referred to as a third polymer.

さらに、アーム部はカルボキシル基を有する酸モノマーの重合体とスチレンの重合体とからなり、スチレンの重合体が少なくとも1本のアーム部の少なくとも一部に含まれているポリマーとしてもよい。以下、このポリマーを第四のポリマーという。   Further, the arm portion may be formed of a polymer of an acid monomer having a carboxyl group and a styrene polymer, and the styrene polymer may be included in at least a part of at least one arm portion. Hereinafter, this polymer is referred to as a fourth polymer.

本発明の蓄電装置は、第一〜第四のポリマーから選ばれるポリマーをバインダとして含む電極を備える。   The power storage device of the present invention includes an electrode including a polymer selected from first to fourth polymers as a binder.

そして上記第二のポリマーを製造できる本発明の製造方法の特徴は、t-ブチル基をもちラジカル発生可能な共役モノマーと、四環以上の環構造と環構造を構成する炭素原子の全てにアルキル基を介して結合したハロゲン基とからなる母体骨格化合物と、アミン系配位子と、を溶媒に溶解し、加熱によって活性ハロゲンを生成する金属ハロゲン化物(活性化剤)を加えて加熱することでリビングラジカル重合する重合工程と、得られた反応液に酸とアルコールを加えてアミン系配位子を中和するとともに沈殿物を析出させる沈殿工程と、沈殿物を洗浄・濾過し乾燥してポリマー前駆体を得る濾過工程と、ポリマー前駆体を有機溶媒に溶解し蟻酸を加えて加水分解する反応停止工程と、得られた混合物の水相を洗浄した後乾燥する精製工程と、からなることにある。   The production method of the present invention capable of producing the second polymer is characterized in that a conjugated monomer having a t-butyl group and capable of generating radicals, and a ring structure having four or more rings and all the carbon atoms constituting the ring structure are alkylated. A base skeleton compound composed of a halogen group bonded via a group and an amine ligand are dissolved in a solvent, and heated by adding a metal halide (activator) that generates active halogen by heating. A polymerization step for living radical polymerization in the aqueous solution, a precipitation step for neutralizing amine ligands by adding acid and alcohol to the resulting reaction solution, and precipitation to precipitate, washing, filtering and drying A filtration step for obtaining a polymer precursor, a reaction stopping step for dissolving the polymer precursor in an organic solvent and adding formic acid to hydrolyze, a purification step for washing and drying the aqueous phase of the resulting mixture, It made it there to.

本発明のポリマーによれば、環構造を有するコア部によって剛性が発現され、カルボキシル基を多数有するアーム部によって接着性と柔軟性が発現される。そのため各種物質との密着性に優れ、接着剤、塗料、蓄電池の電極用バインダなどとしてきわめて有用である。   According to the polymer of the present invention, rigidity is expressed by the core portion having a ring structure, and adhesiveness and flexibility are expressed by the arm portion having many carboxyl groups. Therefore, it has excellent adhesion to various substances and is extremely useful as an adhesive, a paint, a binder for an electrode of a storage battery, and the like.

そして第三のポリマーによれば、高分子錯体に含まれる遷移金属イオンによって導電性が向上するため、蓄電装置の電極用バインダとして用いられた場合に、電極における抵抗の増大を抑制することができる。   According to the third polymer, since the conductivity is improved by the transition metal ions contained in the polymer complex, an increase in resistance in the electrode can be suppressed when used as a binder for an electrode of a power storage device. .

しかしながら第一〜第三のポリマーは、水には溶解するものの、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)などには溶解しない。非水系二次電池の負極を形成する際には、負極活物質と、導電助剤と、バインダと、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)などの有機溶媒とからなるスラリーが用いられるが、上記ポリマーをバインダとすると水を溶媒とせざるを得ず、導電助剤や負極活物質の種類が限定されるという問題がある。   However, the first to third polymers are soluble in water but not in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) or the like. When forming a negative electrode of a non-aqueous secondary battery, a slurry composed of a negative electrode active material, a conductive additive, a binder, and an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) is used. If the polymer is used as a binder, water must be used as a solvent, and there is a problem that the types of conductive assistants and negative electrode active materials are limited.

そこで第四のポリマーによれば、アーム部に含まれるスチレンの重合体によって有機溶媒との相溶性が向上するため、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)などに可溶となり非水系二次電池の電極に用いることができる。   Therefore, according to the fourth polymer, the compatibility with the organic solvent is improved by the polymer of styrene contained in the arm portion, so that it becomes soluble in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) and the like, and is a non-aqueous secondary battery. It can use for this electrode.

本発明の第二のポリマーの製造方法によれば、重合工程における反応速度を小さくできるため、環構造を構成する炭素原子の全てからアーム部を生長させることができ、第二のポリマーを安定して製造することができる。   According to the second polymer production method of the present invention, the reaction rate in the polymerization step can be reduced, so that the arm portion can be grown from all of the carbon atoms constituting the ring structure, and the second polymer is stabilized. Can be manufactured.

本発明の蓄電装置によれば、上記した第一〜第四のポリマーから選ばれるポリマーを含むバインダが電極に含まれているので、環構造を有するコア部によって剛性が発現され、カルボキシル基を多数有するアーム部によって接着性と柔軟性が発現される。そのため本発明の蓄電装置は、負荷特性が向上する。   According to the power storage device of the present invention, since the electrode includes the binder containing the polymer selected from the first to fourth polymers, rigidity is expressed by the core portion having a ring structure, and many carboxyl groups are present. Adhesiveness and flexibility are expressed by the arm portion. Therefore, the load characteristics of the power storage device of the present invention are improved.

その理由として、例えば蓄電装置がリチウムイオン二次電池であれば、Grotthus機構によるプロトンホッピング伝導のような現象が起こっており、リチウムイオンがアーム部のカルボキシル基を介してホッピングし、移動し易くなるためと考えられ、高い放電容量と高い導電性が発現される。   For example, if the power storage device is a lithium ion secondary battery, a phenomenon such as proton hopping conduction by the Grothus mechanism occurs, and lithium ions hop through the carboxyl group of the arm part and easily move. For this reason, a high discharge capacity and high conductivity are exhibited.

本発明の一実施例に係るスターポリマーの構造式を示す。The structural formula of the star polymer which concerns on one Example of this invention is shown. 実施例1と比較例1に係るポリマーをバインダとして含む負極をもつリチウムイオン二次電池の放電容量を示すグラフである。6 is a graph showing the discharge capacity of a lithium ion secondary battery having a negative electrode including a polymer according to Example 1 and Comparative Example 1 as a binder. 実施例1と比較例1に係るポリマーをバインダとして含む負極をもつリチウムイオン二次電池の放電IRドロップを示すグラフである。6 is a graph showing a discharge IR drop of a lithium ion secondary battery having a negative electrode including a polymer according to Example 1 and Comparative Example 1 as a binder. 実施例1と比較例1に係るポリマーをバインダとして含む負極をもつリチウムイオン二次電池の放電容量維持率を示すグラフである。6 is a graph showing the discharge capacity retention rate of a lithium ion secondary battery having a negative electrode including a polymer according to Example 1 and Comparative Example 1 as a binder. 本発明の第二の実施例に係るスターポリマーの構造式を示す。The structural formula of the star polymer which concerns on the 2nd Example of this invention is shown. 実施例2と比較例2に係るポリマーをバインダとして含む負極をもつリチウムイオン二次電池の放電容量を示すグラフである。6 is a graph showing the discharge capacity of a lithium ion secondary battery having a negative electrode including a polymer according to Example 2 and Comparative Example 2 as a binder. 本発明の第三の実施例に係るスターポリマーの構造式を示す。3 shows a structural formula of a star polymer according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第三の実施例に係るポリマー前駆体のNMRチャートである。It is a NMR chart of the polymer precursor which concerns on the 3rd Example of this invention. 実施例1と実施例4に係るポリマーのFT-IRスペクトルを示す。3 shows FT-IR spectra of polymers according to Example 1 and Example 4. 実施例1と実施例4に係るポリマーをバインダとして含む負極をもつリチウムイオン二次電池のSOC20%放電抵抗を示すグラフである。6 is a graph showing SOC 20% discharge resistance of a lithium ion secondary battery having a negative electrode including a polymer according to Example 1 and Example 4 as a binder. 実施例5に係るポリマーの構造式を示す。The structural formula of the polymer according to Example 5 is shown. 実施例5に係るポリマーをバインダとして含む負極をもつリチウムイオン二次電池の放電容量を示すグラフである。6 is a graph showing the discharge capacity of a lithium ion secondary battery having a negative electrode including the polymer according to Example 5 as a binder.

本発明のポリマーは、コア部と、アーム部とからなる。コア部は四員環以上の環構造を有するものであり、炭素のみからなる単素環式化合物から派生したものであってもよいし、炭素以外の元素を含む複素環式化合物から派生したものであってもよい。四員環の単素環式化合物としては、シクロブタン、シクロブテン、シクロブタジエンが例示され、四員環の複素環式化合物としては、アゼチジン、オセキタン、アゼト、トリメチレンスルフィドなどが例示される。四員環の環構造は、炭素原子が少なくとも3個存在することが必要である。   The polymer of the present invention comprises a core part and an arm part. The core part has a ring structure of four or more members, and may be derived from a monocyclic compound composed only of carbon or derived from a heterocyclic compound containing an element other than carbon. It may be. Examples of the four-membered monocyclic compound include cyclobutane, cyclobutene, and cyclobutadiene, and examples of the four-membered heterocyclic compound include azetidine, oxetane, azeto, and trimethylene sulfide. A four-membered ring structure must have at least three carbon atoms.

五員環の単素環式化合物としてはシクロペンタンが代表的なものであり、五員環の複素環式化合物としては、ヘテロ原子として窒素を含むアゾリジン、アゾール、イミダゾール、ピラゾール、イミダゾリン、ピロール、ヘテロ原子として酸素を含むオキソラン、オキソール、ヘテロ原子として窒素を含むチオール、ヘテロ原子として窒素と酸素を含むオキサゾール、ヘテロ原子として窒素と硫黄を含むチアゾールなどが例示される。五員環の環構造は、炭素原子が少なくとも3個存在することが必要である。   Cyclopentane is a typical example of a five-membered monocyclic compound, and examples of a five-membered heterocyclic compound include azolidine, azole, imidazole, pyrazole, imidazoline, pyrrole, which contain nitrogen as a hetero atom. Examples include oxolane and oxygen containing oxygen as a hetero atom, thiol containing nitrogen as a hetero atom, oxazole containing nitrogen and oxygen as a hetero atom, and thiazole containing nitrogen and sulfur as a hetero atom. A five-membered ring structure requires at least three carbon atoms.

六員環の単素環式化合物としてはベンゼン、シクロヘキサンが挙げられ、六員環の複素環式化合物としては、ヘテロ原子として窒素を含むピペリジン、ピリジン、ピラジン、ヘテロ原子として酸素を含むテトラヒドロピラン、ヘテロ原子として硫黄を含むチアン、チアピラン、ヘテロ原子として窒素と酸素を含むモルホリン、ヘテロ原子として窒素と硫黄を含むチアジンなどが例示される。六員環の環構造は、炭素原子が少なくとも3個存在することが必要である。   Examples of the six-membered monocyclic compound include benzene and cyclohexane, and the six-membered heterocyclic compound includes piperidine containing nitrogen as a hetero atom, pyridine, pyrazine, tetrahydropyran containing oxygen as a hetero atom, Examples include thiane and thiapyran containing sulfur as a hetero atom, morpholine containing nitrogen and oxygen as a hetero atom, and thiazine containing nitrogen and sulfur as a hetero atom. A six-membered ring structure requires at least three carbon atoms.

七員環の単素環式化合物としては、シクロヘプタン、シクロヘプテンが挙げられ、七員環の複素環式化合物としては、ヘテロ原子として窒素を含むヘキサメチレンイミン(アゼバン)、アザトロピリデン(アゼピン)、ヘテロ原子として酸素を含むヘキサメチレンオキシド(オキセバン)、オキシシクロヘプタトリエン(オキセピン)、ヘテロ原子として硫黄を含むチオトロピリデン(チエピン)などが例示される。七員環の環構造は、炭素原子が少なくとも3個存在することが必要である。   Examples of the seven-membered monocyclic compound include cycloheptane and cycloheptene. Examples of the seven-membered heterocyclic compound include hexamethyleneimine (azeban), azatropyridene (azepine), heterozygote containing nitrogen as a hetero atom. Examples include hexamethylene oxide (oxeban) containing oxygen as an atom, oxycycloheptatriene (oxepin), and tiotropylidene (thiepin) containing sulfur as a heteroatom. A seven-membered ring structure must have at least three carbon atoms.

八員環の単素環式化合物としては、シクロオクタン、シクロオクテンが挙げられる。八員環以上の単素環式化合物あるいは複素環式化合物から派生したコア部であってもよい。八員環の環構造は、炭素原子が少なくとも3個存在することが必要である。   Examples of the eight-membered monocyclic compound include cyclooctane and cyclooctene. It may be a core portion derived from a monocyclic compound having at least eight members or a heterocyclic compound. The ring structure of an eight-membered ring needs to have at least 3 carbon atoms.

コア部は、一つの環のみであってもよいし、複数の環からなる多環構造をなしていてもよい。例えば六員環の単素環式化合物が複数結合したものとしては、アントラセン、ナフタセン、ペンタセン、ベンゾピレン、クリセン、ピレン、トリフェニレン、コランヌレン、コロネン、オバレンなどがある。   The core part may be only one ring or may have a polycyclic structure composed of a plurality of rings. For example, as a combination of a plurality of six-membered monocyclic compounds, there are anthracene, naphthacene, pentacene, benzopyrene, chrysene, pyrene, triphenylene, corannulene, coronene, obalene, and the like.

アーム部はコア部から伸びるポリマー鎖であり、カルボキシル基を有する酸モノマーの重合体からなる。酸モノマーとしてはアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、フマル酸、(無水)マレイン酸などが例示される。アーム部は、これらの酸モノマーから選ばれる一種のモノマーのホモポリマーであってもよいし、複数のモノマーの共重合体であってもよい。例えばポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリマレイン酸、アクリル酸−メタクリル酸共重合体、アクリル酸−マレイン酸共重合体、メタクリル酸−マレイン酸共重合体、アクリル酸−フマル酸共重合体、メタクリル酸−フマル酸共重合体、アクリル酸−イタコン酸共重合体、メタクリル酸−イタコン酸共重合体、アクリル酸−メタクリル酸−マレイン酸共重合体、アクリル酸−メタクリル酸−フマル酸共重合体、アクリル酸−メタクリル酸−イタコン酸共重合体などが例示される。   The arm part is a polymer chain extending from the core part, and is made of a polymer of an acid monomer having a carboxyl group. Examples of the acid monomer include acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, fumaric acid and (anhydrous) maleic acid. The arm part may be a homopolymer of one kind of monomer selected from these acid monomers, or may be a copolymer of a plurality of monomers. For example, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polymaleic acid, acrylic acid-methacrylic acid copolymer, acrylic acid-maleic acid copolymer, methacrylic acid-maleic acid copolymer, acrylic acid-fumaric acid copolymer, methacrylic acid -Fumaric acid copolymer, acrylic acid-itaconic acid copolymer, methacrylic acid-itaconic acid copolymer, acrylic acid-methacrylic acid-maleic acid copolymer, acrylic acid-methacrylic acid-fumaric acid copolymer, acrylic An acid-methacrylic acid-itaconic acid copolymer is exemplified.

酸モノマーの一部を、スチレン、スチレン誘導体、ブチレン、イソブチレン、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、アクリロニトリル、酢酸ビニルなど他のモノマーに代えて共重合した共重合体でもよい。   A copolymer obtained by copolymerizing a part of the acid monomer in place of another monomer such as styrene, a styrene derivative, butylene, isobutylene, acrylic acid ester, methacrylic acid ester, acrylonitrile, or vinyl acetate may be used.

本発明のポリマーにおけるアーム部は、コア部の環構造を構成する3個以上の炭素原子からそれぞれ伸びている。第一のポリマーにおけるアーム部は、環構造を構成する3個の炭素原子からそれぞれ伸びている。また第二のポリマーにおけるアーム部は、コア部の環構造を構成する全ての炭素原子からそれぞれ伸びている。   The arm part in the polymer of the present invention extends from three or more carbon atoms constituting the ring structure of the core part. The arm part in the first polymer extends from three carbon atoms constituting the ring structure. Moreover, the arm part in a 2nd polymer is each extended from all the carbon atoms which comprise the ring structure of a core part.

それぞれのアーム部の一端はコア部の環構造を構成する炭素原子に単結合あるいはエーテル基、エステル基、カルボニル基、アルキレン基又はこれらを組み合わせた二価の基を介して結合している。それぞれのアーム部を構成するポリマーは、同一種でもよいし異種であってもよい。   One end of each arm part is bonded to a carbon atom constituting the ring structure of the core part through a single bond, an ether group, an ester group, a carbonyl group, an alkylene group or a divalent group obtained by combining these. The polymers constituting each arm part may be the same or different.

少なくとも1本のアーム部は、化1式に示すポリアクリル酸骨格を含むことが望ましい。ポリアクリル酸骨格を含むことで結着力がさらに高まり、リチウムイオン二次電池など蓄電装置の電極用バインダとして有用である。   It is desirable that at least one arm part includes a polyacrylic acid skeleton represented by Formula 1. By including a polyacrylic acid skeleton, the binding force is further increased, and it is useful as a binder for electrodes of power storage devices such as lithium ion secondary batteries.

Figure 2013118231
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少なくとも1本のアーム部を構成するポリマーの分子量は、それぞれ数平均分子量(Mn)で1,000〜100,000、さらには1,000〜50,000、1,000〜10,000の範囲が好ましい。アーム部の分子量が1,000より小さいと柔軟性と付着性が不足し、アーム部の分子量が100,000より大きくなると溶媒に溶解しにくくなる。アーム部の分子量が50,000〜100,000の場合にはゲル化する可能性があり、バインダとして用いた場合ネットワーク的な密着性がある。また、アーム部の分子量が1,000〜50,000の場合には、鎖の分布が安定するため、分散性が高い。なお各アーム部の分子量は、それぞれ同等であってもよいし異なっていてもよい。   The molecular weight of the polymer constituting at least one arm part is preferably in the range of 1,000 to 100,000, more preferably 1,000 to 50,000, and 1,000 to 10,000 in terms of number average molecular weight (Mn). When the molecular weight of the arm part is less than 1,000, flexibility and adhesion are insufficient, and when the molecular weight of the arm part exceeds 100,000, it becomes difficult to dissolve in the solvent. When the molecular weight of the arm part is 50,000 to 100,000, there is a possibility of gelation, and when used as a binder, there is network-like adhesion. In addition, when the molecular weight of the arm part is 1,000 to 50,000, the distribution of the chain is stable, so that the dispersibility is high. The molecular weight of each arm part may be the same or different.

コア部の環構造を構成する炭素原子のうち、アーム部が結合していない炭素原子には、水素ばかりでなく、メチル基、エチル基などのアルキル基、カルボキシル基、水酸基など各種置換基が結合していてもよい。   Of the carbon atoms that make up the ring structure of the core, not only hydrogen but also various substituents such as alkyl groups such as methyl and ethyl groups, carboxyl groups, and hydroxyl groups are bonded to carbon atoms that are not bonded to the arm. You may do it.

第三のポリマーにおいて、アーム部のカルボキシル基と共に高分子錯体を形成する遷移金属イオンとしては、銅イオン、亜鉛イオン、ニッケルイオン、マンガンイオン、コバルトイオン、鉄イオン、モリブデンイオン、などの群から選ばれる少なくとも一種を用いることができる。中でも銅イオン、亜鉛イオン、マンガンイオンが好ましく用いられる。   In the third polymer, the transition metal ion that forms a polymer complex with the carboxyl group of the arm portion is selected from the group of copper ion, zinc ion, nickel ion, manganese ion, cobalt ion, iron ion, molybdenum ion, and the like. Can be used. Of these, copper ions, zinc ions, and manganese ions are preferably used.

遷移金属イオンの含有量は、遷移金属イオンの価数とポリマー中のカルボキシル基の量に応じて決まり、最大値でカルボキシル基と当量となるように含めることができるが、カルボキシル基のモル量に対して遷移金属のモル量が0.001〜30%の範囲とすることが望ましい。遷移金属イオンの含有量がこの範囲より少ないと導電性向上の効果が発現されず、この範囲を超えて遷移金属イオンを含有させても導電性向上の効果が飽和するとともに結着性などの物性が低下するようになる。   The content of the transition metal ion is determined according to the valence of the transition metal ion and the amount of the carboxyl group in the polymer, and can be included so as to be equivalent to the carboxyl group at the maximum value. On the other hand, the molar amount of the transition metal is preferably in the range of 0.001 to 30%. If the content of transition metal ions is less than this range, the effect of improving the conductivity will not be manifested, and even if transition metal ions are included beyond this range, the effect of improving the conductivity will be saturated and the physical properties such as binding properties will be saturated. Will fall.

第四のポリマーにおいては、アーム部は、カルボキシル基を有する酸モノマーの重合体とスチレンの重合体とからなる。例えばアーム部の数が6本である場合、そのうちの何本かをカルボキシル基を有する酸モノマーの重合体から形成し、残りのアーム部をスチレンの重合体から形成することができる。あるいは1本のアーム部の中に、カルボキシル基を有する酸モノマーの重合体ブロックとスチレンの重合体ブロックとを含むこともできる。有機溶媒との相溶性の観点からは、スチレンの重合体ブロックがアーム部の末端側に存在するのが好ましい。   In the fourth polymer, the arm portion is composed of a polymer of an acid monomer having a carboxyl group and a polymer of styrene. For example, when the number of arm portions is 6, some of them can be formed from a polymer of acid monomers having a carboxyl group, and the remaining arm portions can be formed from a styrene polymer. Alternatively, one arm portion may include a polymer block of an acid monomer having a carboxyl group and a polymer block of styrene. From the viewpoint of compatibility with an organic solvent, it is preferable that a polymer block of styrene exists on the terminal side of the arm portion.

カルボキシル基を有する酸モノマーの重合体と、スチレンの重合体との組成比(スチレンの重合体/酸モノマーの重合体)は、質量比で3〜30の範囲とすることが望ましい。スチレンの重合体がこの範囲より少ないと有機溶媒との相溶性が低下し、スチレンの重合体がこの範囲より多くなるとバインダとしての結着性が低下するほか、リチウムの輸送能も低下するようになる。   The composition ratio (polymer of styrene / polymer of acid monomer) of the polymer of the acid monomer having a carboxyl group and the polymer of styrene is desirably in the range of 3 to 30 in terms of mass ratio. If the styrene polymer is less than this range, the compatibility with the organic solvent is reduced. If the styrene polymer is more than this range, the binding property as a binder is lowered, and the lithium transport ability is also lowered. Become.

本発明のポリマーを合成するには、多官能性開始剤を用いてモノマーを重合させる方法、リビングポリマーと多官能性試薬とのカップリング法、リビングポリマーに重合可能なジビニル化合物を適当量加える方法、マクロモノマーの単独重合法などを採用することができる。中でも、多官能性開始剤を用いてモノマーを重合させる方法又はリビングポリマーと多官能性試薬とのカップリング法を用いれば、アーム部の本数を制御し易い。また多官能性開始剤を用いてモノマーを重合させる方法は、長鎖のアーム部をもつスターポリマーの合成に適している。   In order to synthesize the polymer of the present invention, a method of polymerizing a monomer using a polyfunctional initiator, a coupling method of a living polymer and a polyfunctional reagent, and a method of adding an appropriate amount of a polymerizable divinyl compound to the living polymer A homomonomer homopolymerization method or the like can be employed. Among them, the number of arm portions can be easily controlled by using a method of polymerizing a monomer using a polyfunctional initiator or a coupling method of a living polymer and a polyfunctional reagent. A method of polymerizing a monomer using a polyfunctional initiator is suitable for the synthesis of a star polymer having a long-chain arm portion.

また酸モノマーのエステルをアーム部用モノマーとして用いてスターポリマーを合成し、その後にエステル基を加水分解してカルボキシル基を生成させてもよい。   Alternatively, a star polymer may be synthesized using an ester of an acid monomer as an arm portion monomer, and then the ester group may be hydrolyzed to generate a carboxyl group.

本発明の製造方法では、リビングラジカル重合法により第二のポリマーを合成する。すなわち、先ず、t-ブチル基をもちラジカル発生可能な共役モノマーと、四環以上の環構造と環構造を構成する炭素原子の全てにアルキル基を介して結合したハロゲン基とからなる母体骨格化合物と、アミン系配位子と、を溶媒に溶解し、加熱によって活性ハロゲンを生成する金属ハロゲン化物(活性化剤)を加えて加熱することでリビングラジカル重合する重合工程を行う。   In the production method of the present invention, the second polymer is synthesized by a living radical polymerization method. That is, first, a parent skeleton compound comprising a conjugated monomer having a t-butyl group and capable of generating radicals, and a ring structure having four or more rings and a halogen group bonded to all of the carbon atoms constituting the ring structure through an alkyl group. And an amine-based ligand are dissolved in a solvent, and a metal halide (activator) that generates active halogen by heating is added and heated to perform a polymerization step of living radical polymerization.

共役モノマーとしてt-ブチル基をもつものを用いることにより、嵩高いt-ブチル基の立体障害によって反応速度が小さくなる。そのため母体骨格化合物の環構造を構成する炭素原子の全てからアーム部を生長させることができ、第二のポリマーを安定して確実に製造することができる。   By using a conjugated monomer having a t-butyl group, the reaction rate decreases due to the steric hindrance of the bulky t-butyl group. Therefore, the arm portion can be grown from all of the carbon atoms constituting the ring structure of the parent skeleton compound, and the second polymer can be produced stably and reliably.

t-ブチル基をもちラジカル発生可能な共役モノマーとしては、t-ブチルアクリレート、t-ブチルメタクリレートが代表的に例示される。この一方のみを用いてもよいし、両方を混合して用いることもできる。   Typical examples of the conjugated monomer having a t-butyl group and capable of generating radicals include t-butyl acrylate and t-butyl methacrylate. Only one of these may be used, or both may be mixed and used.

母体骨格化合物は、四環以上の環構造と環構造を構成する炭素原子の全てにアルキル基を介して結合したハロゲン基とからなるものである。四環以上の環構造としては、炭素のみからなる単素環式化合物から派生したものであってもよいし、炭素以外の元素を含む複素環式化合物から派生したものであってもよく、コア部として前述したものを用いることができる。例えば環構造がベンゼン環である場合には、ベンゼン環を構成する6個の炭素原子にアルキル基を介してハロゲン基が結合したものを用いることができる。アルキル基としては特に制限がないが、炭素数が小さなメチル基、エチル基、プロピル基程度までが好ましい。またハロゲン基としては、臭素基、ヨウ素基、塩素基、フッ素基などが例示されるが、臭素基又は塩素基が好ましい。   The parent skeleton compound is composed of a ring structure having four or more rings and a halogen group bonded to all of the carbon atoms constituting the ring structure via an alkyl group. The ring structure of four or more rings may be derived from a monocyclic compound composed only of carbon, or may be derived from a heterocyclic compound containing an element other than carbon, What was mentioned above as a part can be used. For example, when the ring structure is a benzene ring, one in which a halogen group is bonded to 6 carbon atoms constituting the benzene ring via an alkyl group can be used. The alkyl group is not particularly limited, but is preferably up to about a methyl group, an ethyl group or a propyl group having a small carbon number. Examples of the halogen group include a bromine group, an iodine group, a chlorine group, and a fluorine group, and a bromine group or a chlorine group is preferable.

アミン系配位子は、リガンドとも称されるものであり、母体骨格化合物と共役モノマーとの初期反応を促進する機能をもつ。2,2'-ピリジル、4,4'-ジ(5-ノニル)-2,2'-ジピリジル, N,N,N',N'-テトラメチレンジアミン、N-プロピル(2-ピリジル)メタンイミン、2,2':6',2''-ターピリジン、4,4',4''-トリス(5-ノニル)- 2,2':6',2''-ターピリジン、N,N,N',N'',N''-ペンタメチルジエチレントリアミン、N,N-ビス(2-ピリジルメチル)オクチルアミン、1,1,4,7,10,10-ヘキサメチルトリエチレンテトラミン、トリス2-ジエチルアミノエチルアミン、トリス [(2-ピリジル)メチル]アミン、1,4,8,11-テトラアザ-1,4,8,11-テトラメチルシクロテトラデセン、N,N,N',N'-テトラキス(2-ピリジルメチル)エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、N,N-ビス(2-ピリジルメチル)アミン、トリス[2-アミノエチル]アミン、1,4,8,11-テトラアザシクロテトラデセン、N,N,N',N'-テトラキス(2-ピリジルメチル)エチレンジアミンなどを用いることができるが、溶解性と反応速度の面からトリス2-ジエチルアミノエチルアミンが好ましい。   The amine-based ligand is also called a ligand, and has a function of promoting an initial reaction between the host skeleton compound and the conjugated monomer. 2,2'-pyridyl, 4,4'-di (5-nonyl) -2,2'-dipyridyl, N, N, N ', N'-tetramethylenediamine, N-propyl (2-pyridyl) methanimine, 2,2 ': 6', 2 ''-terpyridine, 4,4 ', 4' '-tris (5-nonyl) -2,2': 6 ', 2' '-terpyridine, N, N, N' , N '', N ''-pentamethyldiethylenetriamine, N, N-bis (2-pyridylmethyl) octylamine, 1,1,4,7,10,10-hexamethyltriethylenetetramine, tris-2-diethylaminoethylamine , Tris [(2-pyridyl) methyl] amine, 1,4,8,11-tetraaza-1,4,8,11-tetramethylcyclotetradecene, N, N, N ′, N′-tetrakis (2- Pyridylmethyl) ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, N, N-bis (2-pyridylmethyl) amine, tris [2-aminoethyl] amine, 1,4,8,11-tetraazacyclotetradecene, N, N , N ', N'-Tetrakis (2-pyridylmethyl) ethylenediamine And the like can be used, tris 2-diethylaminoethyl amine are preferable from the viewpoint of reaction rate and solubility.

溶媒としては、母体骨格化合物、共役モノマー、アミン系配位子及び金属ハロゲン化物を溶解するものであれば特に制限されず、アルコール類、芳香族炭化水素類、エステル類、エーテル類などを単独で、あるいは複数種類を混合して用いることができる。錯体の溶解性と錯体の安定性とラジカルの連鎖移動性と反応速度の面から、2-プロピルアルコールが好ましい。   The solvent is not particularly limited as long as it dissolves the base skeleton compound, the conjugated monomer, the amine-based ligand, and the metal halide, and alcohols, aromatic hydrocarbons, esters, ethers, etc. can be used alone. Alternatively, a plurality of types can be mixed and used. In view of the solubility of the complex, the stability of the complex, the chain transferability of the radical, and the reaction rate, 2-propyl alcohol is preferred.

加熱によって活性ハロゲンを生成する金属ハロゲン化物(活性化剤)としては、臭化銅(I)、ヨウ化銅(I)、塩化銅(I)、塩化ルテニウム、塩化ロジウムなどが例示される。母体骨格化合物と同一のハロゲン基をもつものが望ましい。また金属ハロゲン化物の純度は、特に制限されない。純度が低くても重合反応が長くなるだけで、得られるポリマーは純度が高い場合と同一である。   Examples of metal halides (activators) that generate active halogens upon heating include copper (I) bromide, copper (I) iodide, copper (I) chloride, ruthenium chloride, rhodium chloride and the like. Those having the same halogen group as the parent skeleton compound are desirable. The purity of the metal halide is not particularly limited. Even if the purity is low, the polymerization reaction is only prolonged, and the resulting polymer is the same as when the purity is high.

重合工程における反応では、金属ハロゲン化物は母体骨格化合物からハロゲンを預かって、母体骨格化合物には炭素ラジカルが生成し、系内に存在する共役モノマーの重合が始まる。生長ラジカルは再びハロゲンと結合して、末端にC-X結合を有する高分子となる。このC-X結合のハロゲン原子(X)は、再び金属ハロゲン化物へ移り、生長反応が継続するため分子量が時間とともに増大する。共役モノマーのt-ブチル基による立体障害によって、母体骨格化合物に生成した炭素ラジカルによる重合反応が遅延されることで、母体骨格化合物に結合している全てのハロゲン基が脱離し母体骨格化合物の環構造を構成する全ての炭素原子に炭素ラジカルが生成するとともに、各炭素ラジカルからほぼ同時に共役モノマーの重合が始まる。したがって得られるそれぞれのアーム部は、分子量がそろったものとなり易い。   In the reaction in the polymerization step, the metal halide deposits a halogen from the base skeleton compound, a carbon radical is generated in the base skeleton compound, and polymerization of the conjugated monomer existing in the system starts. The growing radical is again bonded to the halogen to become a polymer having a C—X bond at the terminal. The halogen atom (X) of the C—X bond is transferred again to the metal halide, and the growth reaction continues, so that the molecular weight increases with time. Due to the steric hindrance due to the t-butyl group of the conjugated monomer, the polymerization reaction by the carbon radical generated in the parent skeleton compound is delayed, so that all the halogen groups bonded to the parent skeleton compound are eliminated and the ring of the parent skeleton compound is released. Carbon radicals are generated on all carbon atoms constituting the structure, and polymerization of the conjugated monomer starts from each carbon radical almost simultaneously. Therefore, each obtained arm part tends to have a uniform molecular weight.

沈殿工程では、得られた反応液に酸とアルコールを加えてアミン系配位子を中和するとともに沈殿物を析出させる。酸としてはアミン系配位子を中和して系を酸性にできるものであればよく、硝酸、硫酸などの強酸を用いることもできるが、ポリマーの劣化および分解を防止するという理由から、酢酸、酒石酸、シュウ酸、エチレンジアミン四酢酸などの弱酸を用いることが望ましい。またアルコールを加えるのは、生成したポリマー前駆体を析出させるためであり、アルコールの種類は問わない。沸点が低く乾燥時間を短縮できるメタノールが好ましい。   In the precipitation step, acid and alcohol are added to the obtained reaction solution to neutralize the amine-based ligand and precipitate the precipitate. Any acid can be used as long as it can neutralize the amine-based ligand to make the system acidic, and strong acids such as nitric acid and sulfuric acid can be used. However, acetic acid is used for the purpose of preventing deterioration and decomposition of the polymer. It is desirable to use weak acids such as tartaric acid, oxalic acid, and ethylenediaminetetraacetic acid. Moreover, alcohol is added in order to precipitate the produced polymer precursor, and the kind of alcohol is not ask | required. Methanol is preferred because it has a low boiling point and can shorten the drying time.

濾過工程では、析出した沈殿物を洗浄・濾過し乾燥してポリマー前駆体を得る。沈殿物を洗浄するには、アセトンなどポリマー前駆体を可溶な有機溶媒を用いて沈殿物を溶解し、メタノールなどを加えて再沈殿させて濾過すればよく、この操作を複数回繰り返すことが望ましい。   In the filtration step, the deposited precipitate is washed, filtered and dried to obtain a polymer precursor. In order to wash the precipitate, the polymer precursor such as acetone may be dissolved using a soluble organic solvent, reprecipitated by adding methanol or the like, filtered, and this operation may be repeated multiple times. desirable.

得られるポリマー前駆体は、共役モノマーのホモポリマー骨格を有する複数のアーム部をもち、ホモポリマー骨格の各モノマー単位にはt-ブチルエステル基が結合している。したがって第二のポリマーとするためには、t-ブチルエステル基をカルボキシル基とする必要がある。そこで本発明の製造方法では、反応停止工程において強酸である蟻酸を用いる。蟻酸を用いることによって、アーム部末端のハロゲン基が水酸基となるとともに、t-ブチルエステル基がカルボキシル基となる。溶媒としては、蟻酸と反応せずポリマー前駆体を溶解できるものを用いることができ、例えばトルエンなど芳香族炭化水素が好ましい。   The resulting polymer precursor has a plurality of arms having a homopolymer skeleton of a conjugated monomer, and a t-butyl ester group is bonded to each monomer unit of the homopolymer skeleton. Therefore, in order to obtain the second polymer, the t-butyl ester group needs to be a carboxyl group. Therefore, in the production method of the present invention, formic acid which is a strong acid is used in the reaction stopping step. By using formic acid, the halogen group at the end of the arm part becomes a hydroxyl group, and the t-butyl ester group becomes a carboxyl group. As the solvent, a solvent that does not react with formic acid and can dissolve the polymer precursor can be used. For example, aromatic hydrocarbons such as toluene are preferable.

加水分解後の混合物は、静置により有機溶媒相と水相とに分離し、第二のポリマーは水相に溶解している。したがって精製工程において水相から蟻酸やt-ブチルアルコールなどが除去される洗浄が行われる。この洗浄は、純水を用いた透析法などで行うことができる。その後、フリーズドライ法などを用いて乾燥することで、本発明のポリマーが得られる。   The mixture after hydrolysis is separated into an organic solvent phase and an aqueous phase by standing, and the second polymer is dissolved in the aqueous phase. Therefore, in the purification process, washing is performed in which formic acid, t-butyl alcohol, and the like are removed from the aqueous phase. This washing can be performed by a dialysis method using pure water. Thereafter, the polymer of the present invention is obtained by drying using a freeze drying method or the like.

第三のポリマーを製造するにあたり、ポリマーに遷移金属イオンを含ませるには、遷移金属を塩酸や硝酸などの無機酸に溶解して調製された酸性溶液を第一のポリマー又は第二のポリマー、あるいは第四のポリマーと混合し、その後に溶媒を除去すればよい。またリビングラジカル重合法で本発明に係るポリマーを合成する場合には、加熱によって活性ハロゲンを生成する金属ハロゲン化物(活性化剤)の金属を遷移金属イオンの一部又は全部として含ませることもできる。   In producing the third polymer, in order to include a transition metal ion in the polymer, an acidic solution prepared by dissolving the transition metal in an inorganic acid such as hydrochloric acid or nitric acid is used as the first polymer or the second polymer, Alternatively, the solvent may be removed after mixing with the fourth polymer. When the polymer according to the present invention is synthesized by the living radical polymerization method, the metal of the metal halide (activator) that generates active halogen by heating can be included as part or all of the transition metal ion. .

本発明のポリマーは、蓄電装置の電極用バインダとして単独で使用することができる。また、バインダとしての特性を損なわない範囲で、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ポリブロックイソシアナート、ポリオキサゾリン、ポリカルボジイミド等の硬化剤、エチレングリコール、グリセリン、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、アクリルオリゴマ、フタル酸エステル、ダイマー酸変性物、ポリブタジエン系化合物等の各種添加剤を単独で又は二種以上組み合わせて配合してもよい。   The polymer of the present invention can be used alone as a binder for an electrode of a power storage device. In addition, epoxy resin, melamine resin, polyblock isocyanate, polyoxazoline, polycarbodiimide and other curing agents, ethylene glycol, glycerin, polyether polyol, polyester polyol, acrylic oligomer, phthalic acid as long as the properties as a binder are not impaired. You may mix | blend various additives, such as ester, a dimer acid modified material, and a polybutadiene type compound, individually or in combination of 2 or more types.

上記バインダを用いて、例えば非水系二次電池の負極を作製するには、負極活物質粉末と、炭素粉末などの導電助剤と、上記バインダと、適量の有機溶剤を加えて混合しスラリーにしたものを、ロールコート法、ディップコート法、ドクターブレード法、スプレーコート法、カーテンコート法などの方法で集電体上に塗布し、上記バインダを乾燥あるいは硬化させることによって作製することができる。   For example, in order to produce a negative electrode of a non-aqueous secondary battery using the binder, a negative electrode active material powder, a conductive additive such as carbon powder, the binder, and an appropriate amount of an organic solvent are added and mixed into a slurry. The coated product can be applied on a current collector by a roll coating method, a dip coating method, a doctor blade method, a spray coating method, a curtain coating method, or the like, and the binder can be dried or cured.

バインダは、なるべく少ない量で活物質等を結着させることが求められるが、その添加量は活物質、導電助剤、及びバインダを合計したものの0.5wt%〜50wt%が望ましい。バインダが0.5wt%未満では電極の成形性が低下し、50wt%を超えると電極のエネルギー密度が低くなる。   The binder is required to bind the active material and the like in as small an amount as possible, but the addition amount is preferably 0.5 wt% to 50 wt% of the total of the active material, the conductive auxiliary agent, and the binder. When the binder is less than 0.5 wt%, the moldability of the electrode is lowered, and when it exceeds 50 wt%, the energy density of the electrode is lowered.

集電体は、放電或いは充電の間、電極に電流を流し続けるための化学的に不活性な電子高伝導体のことである。集電体は箔、板等の形状を採用することができるが、目的に応じた形状であれば特に限定されない。集電体として、例えば銅箔やアルミニウム箔を好適に用いることができる。   A current collector is a chemically inert electronic high conductor that keeps current flowing through an electrode during discharging or charging. The current collector can adopt a shape such as a foil or a plate, but is not particularly limited as long as it has a shape according to the purpose. As the current collector, for example, a copper foil or an aluminum foil can be suitably used.

負極活物質としては、グラファイト、ハードカーボン、ケイ素、炭素繊維、スズ(Sn)、酸化ケイ素など公知のものを用いることができる。中でもSiO(0.3≦x≦1.6)で表されるケイ素酸化物が特に好ましい。このケイ素酸化物粉末の各粒子は、不均化反応によって微細なSiと、Siを覆うSiOとに分解したSiOからなる。xが下限値未満であると、Si比率が高くなるため充放電時の体積変化が大きくなりすぎてサイクル特性が低下する。またxが上限値を超えると、Si比率が低下してエネルギー密度が低下するようになる。0.5≦x≦1.5の範囲が好ましく、0.7≦x≦1.2の範囲がさらに望ましい。As the negative electrode active material, known materials such as graphite, hard carbon, silicon, carbon fiber, tin (Sn), and silicon oxide can be used. Among these, a silicon oxide represented by SiO x (0.3 ≦ x ≦ 1.6) is particularly preferable. Each particle of the silicon oxide powder is composed of SiO x decomposed into fine Si and SiO 2 covering Si by a disproportionation reaction. When x is less than the lower limit, the Si ratio increases, so that the volume change during charge / discharge becomes too large, and the cycle characteristics deteriorate. When x exceeds the upper limit value, the Si ratio is lowered and the energy density is lowered. A range of 0.5 ≦ x ≦ 1.5 is preferable, and a range of 0.7 ≦ x ≦ 1.2 is more desirable.

一般に、酸素を断った状態であれば800℃以上で、ほぼすべてのSiOが不均化して二相に分離すると言われている。具体的には、非結晶性のSiO粉末を含む原料酸化ケイ素粉末に対して、真空中または不活性ガス中などの不活性雰囲気中で800〜1200℃、1〜5時間の熱処理を行うことで、非結晶性のSiO相および結晶性のSi相の二相を含むケイ素酸化物粉末が得られる。In general, when oxygen is turned off, it is said that almost all SiO disproportionates and separates into two phases at 800 ° C. or higher. Specifically, the raw material silicon oxide powder containing amorphous SiO powder is subjected to heat treatment at 800 to 1200 ° C. for 1 to 5 hours in an inert atmosphere such as in a vacuum or an inert gas. A silicon oxide powder containing two phases of an amorphous SiO 2 phase and a crystalline Si phase is obtained.

またケイ素酸化物として、SiOに対し炭素材料を1〜50質量%で複合化したものを用いることもできる。炭素材料を複合化することで、サイクル特性が向上する。炭素材料の複合量が1質量%未満では導電性向上の効果が得られず、50質量%を超えるとSiOの割合が相対的に減少して負極容量が低下してしまう。炭素材料の複合量は、SiOに対して5〜30質量%の範囲が好ましく、5〜20質量%の範囲がさらに望ましい。SiOに対して炭素材料を複合化するには、CVD法などを利用することができる。As silicon oxides, with respect to SiO x may be used as complexed with from 1 to 50% by weight of carbon material. By combining carbon materials, cycle characteristics are improved. When the composite amount of the carbon material is less than 1% by mass, the effect of improving the conductivity cannot be obtained, and when it exceeds 50% by mass, the proportion of SiO x is relatively decreased and the negative electrode capacity is decreased. The composite amount of the carbon material is preferably in the range of 5 to 30% by mass, more preferably in the range of 5 to 20% by mass with respect to SiO x . In order to combine a carbon material with SiO x , a CVD method or the like can be used.

ケイ素酸化物粉末は平均粒径が1μm〜10μmの範囲にあることが望ましい。平均粒径が10μmより大きいと非水系二次電池の充放電特性が低下し、平均粒径が1μmより小さいと凝集して粗大な粒子となるため同様に非水系二次電池の充放電特性が低下する場合がある。   The silicon oxide powder desirably has an average particle size in the range of 1 μm to 10 μm. If the average particle size is larger than 10 μm, the charge / discharge characteristics of the non-aqueous secondary battery will be degraded. If the average particle size is smaller than 1 μm, the particles will aggregate and become coarse particles. May decrease.

導電助剤は、電極の導電性を高めるために添加される。導電助剤として、炭素質微粒子であるカーボンブラック、黒鉛、アセチレンブラック(AB)、ケッチェンブラック(KB)、気相法炭素繊維(Vapor Grown Carbon Fiber:VGCF)等を単独でまたは二種以上組み合わせて添加することができる。導電助剤の使用量については、特に限定的ではないが、例えば、活物質100質量部に対して、20〜100質量部程度とすることができる。導電助剤の量が20質量部未満では効率のよい導電パスを形成できず、100質量部を超えると電極の成形性が悪化するとともにエネルギー密度が低くなる。なお炭素材料が複合化されたケイ素酸化物を活物質として用いる場合は、導電助剤の添加量を低減あるいは無しとすることができる。   The conductive assistant is added to increase the conductivity of the electrode. Carbon black, graphite, acetylene black (AB), ketjen black (KB), vapor grown carbon fiber (VGCF), etc., which are carbonaceous fine particles, are used alone or in combination of two or more as conductive aids. Can be added. The amount of the conductive aid used is not particularly limited, but can be, for example, about 20 to 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the active material. If the amount of the conductive auxiliary is less than 20 parts by mass, an efficient conductive path cannot be formed, and if it exceeds 100 parts by mass, the moldability of the electrode deteriorates and the energy density decreases. Note that when the silicon oxide combined with the carbon material is used as the active material, the amount of the conductive auxiliary agent added can be reduced or eliminated.

有機溶剤には特に制限はなく、複数の溶剤の混合物でも構わない。N-メチル-2-ピロリドン及びN-メチル-2-ピロリドンとエステル系溶媒(酢酸エチル、酢酸n-ブチル、ブチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトールアセテート等)あるいはグライム系溶媒(ジグライム、トリグライム、テトラグライム等)の混合溶媒が特に好ましい。   There is no restriction | limiting in particular in an organic solvent, The mixture of a some solvent may be sufficient. N-methyl-2-pyrrolidone and N-methyl-2-pyrrolidone and ester solvents (ethyl acetate, n-butyl acetate, butyl cellosolve acetate, butyl carbitol acetate, etc.) or glyme solvents (diglyme, triglyme, tetraglyme, etc.) The mixed solvent is particularly preferred.

本発明の蓄電装置がリチウムイオン二次電池の場合、負極を構成するケイ素酸化物には、リチウムがプリドーピングされていることもできる。負極にリチウムをドープするには、例えば対極に金属リチウムを用いて半電池を組み、電気化学的にリチウムをドープする電極化成法などを利用することができる。リチウムのドープ量は特に制約されない。   When the power storage device of the present invention is a lithium ion secondary battery, the silicon oxide constituting the negative electrode can be predoped with lithium. In order to dope lithium into the negative electrode, for example, an electrode formation method in which a half battery is assembled using metallic lithium as the counter electrode and electrochemically doped with lithium can be used. The amount of lithium doped is not particularly limited.

本発明の蓄電装置がリチウムイオン二次電池の場合、特に限定されない公知の正極、電解液、セパレータを用いることができる。正極は、非水系二次電池で使用可能なものであればよい。正極は、集電体と、集電体上に結着された正極活物質層とを有する。正極活物質層は、正極活物質と、バインダとを含み、さらには導電助剤を含んでも良い。正極活物質、導電助材およびバインダは、特に限定はなく、非水系二次電池で使用可能なものであればよい。   When the power storage device of the present invention is a lithium ion secondary battery, known positive electrodes, electrolytic solutions, and separators that are not particularly limited can be used. The positive electrode may be anything that can be used in a non-aqueous secondary battery. The positive electrode has a current collector and a positive electrode active material layer bound on the current collector. The positive electrode active material layer includes a positive electrode active material and a binder, and may further include a conductive additive. The positive electrode active material, the conductive additive, and the binder are not particularly limited as long as they can be used in the nonaqueous secondary battery.

正極活物質としては、金属リチウム、LiCoO、Li[Mn1/3Ni1/3Co1/3]O、LiMnO、硫黄などが挙げられる。集電体は、アルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼など、リチウムイオン二次電池の正極に一般的に使用されるものであればよい。導電助剤は上記の負極で記載したものと同様のものが使用できる。Examples of the positive electrode active material include lithium metal, LiCoO 2 , Li [Mn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 ] O 2 , Li 2 MnO 3 , and sulfur. The current collector is not particularly limited as long as it is generally used for the positive electrode of a lithium ion secondary battery, such as aluminum, nickel, and stainless steel. As the conductive auxiliary agent, the same ones as described in the above negative electrode can be used.

電解液は、有機溶媒に電解質であるリチウム金属塩を溶解させたものである。電解液は、特に限定されない。有機溶媒として、非プロトン性有機溶媒、たとえばプロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等から選ばれる一種以上を用いることができる。また、溶解させる電解質としては、LiPF、LiBF、LiAsF、LiI、LiClO、LiCFSO等の有機溶媒に可溶なリチウム金属塩を用いることができる。The electrolytic solution is obtained by dissolving a lithium metal salt as an electrolyte in an organic solvent. The electrolytic solution is not particularly limited. As the organic solvent, an aprotic organic solvent such as propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC) or the like is used. Can do. As the electrolyte to be dissolved, a lithium metal salt soluble in an organic solvent such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiI, LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 can be used.

例えば、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネートなどの有機溶媒にLiClO、LiPF、LiBF、LiCFSO等のリチウム金属塩を0.5mol/Lから1.7mol/L程度の濃度で溶解させた溶液を使用することができる。For example, an organic solvent such as ethylene carbonate, dimethyl carbonate, propylene carbonate, or dimethyl carbonate is mixed with a lithium metal salt such as LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 at a concentration of about 0.5 mol / L to 1.7 mol / L. A dissolved solution can be used.

セパレータは、非水系二次電池に使用されることができるものであれば特に限定されない。セパレータは、正極と負極とを分離し電解液を保持するものであり、ポリエチレン、ポリプロピレン等の薄い微多孔膜を用いることができる。   A separator will not be specifically limited if it can be used for a non-aqueous secondary battery. The separator separates the positive electrode and the negative electrode and holds the electrolytic solution, and a thin microporous film such as polyethylene or polypropylene can be used.

本発明の蓄電装置が非水系二次電池である場合、その形状に特に限定はなく、円筒型、積層型、コイン型等、種々の形状を採用することができる。いずれの形状を採る場合であっても、正極および負極にセパレータを挟装させ電極体とし、正極集電体および負極集電体から外部に通ずる正極端子および負極端子までの間を、集電用リード等を用いて接続した後、この電極体を電解液とともに電池ケースに密閉して電池となる。   When the power storage device of the present invention is a non-aqueous secondary battery, the shape thereof is not particularly limited, and various shapes such as a cylindrical shape, a stacked shape, and a coin shape can be adopted. Regardless of the shape, a separator is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode to form an electrode body, and the space between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal is used for current collection. After connecting using a lead or the like, the electrode body is sealed in a battery case together with an electrolytic solution to form a battery.

以下、実施例及び比較例によって本発明の実施形態を具体的に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples.

図1に本実施例のスターポリマーを示す。このスターポリマーは、ベンゼン環からなるコア部1と、コア部1の環構造を構成する6個の炭素原子のうち5個と結合した5本のアーム部2とからなる。このスターポリマーのアーム部2はポリアクリル酸骨格を有し、メチレン基を介してベンゼン環を構成する炭素原子と結合している。アーム部2が結合していない1個の炭素原子にはメチレン基を介して水酸基3が結合している。またアーム部2の末端にも水酸基3が結合している。   FIG. 1 shows the star polymer of this example. This star polymer is composed of a core part 1 composed of a benzene ring and five arm parts 2 bonded to five of the six carbon atoms constituting the ring structure of the core part 1. The arm portion 2 of the star polymer has a polyacrylic acid skeleton and is bonded to carbon atoms constituting the benzene ring via a methylene group. A hydroxyl group 3 is bonded to one carbon atom to which the arm portion 2 is not bonded via a methylene group. A hydroxyl group 3 is also bonded to the end of the arm part 2.

以下、このスターポリマーの合成方法を説明する。   Hereinafter, a method for synthesizing this star polymer will be described.

先ず、メチルアクリレートを室温にて真空蒸留し、含まれている重合禁止剤を除去した。このメチルアクリレートを20.0mlと、化2式に示す母体骨格化合物としてのヘキサキス(ブロモメチル)ベンゼン0.225gと、2-プロパノール5.00mlと、アミン系配位子(リガンド)としてのトリス2-ジメチルアミノエチルアミン0.57gをナス型フラスコに入れ、よく撹拌した後、静置した。さらに金属ハロゲン化物(活性化剤)として純度99.9%の臭化銅(I)0.182gを加え、真空ポンプで脱気した後に密封した。   First, methyl acrylate was vacuum distilled at room temperature to remove the contained polymerization inhibitor. 20.0 ml of this methyl acrylate, 0.225 g of hexakis (bromomethyl) benzene as a base skeleton compound shown in the chemical formula 2, 5.00 ml of 2-propanol, and tris 2-dimethylaminoethylamine as an amine-based ligand (ligand) 0.57 g was placed in an eggplant-shaped flask, stirred well, and then allowed to stand. Further, 0.182 g of 99.9% pure copper (I) bromide was added as a metal halide (activator), and after deaeration with a vacuum pump, the mixture was sealed.

Figure 2013118231
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フラスコ内の溶液を撹拌しながら50℃〜52℃に加熱し、溶液が緑色に変色したことを確認後、さらに8時間加熱撹拌した。このとき臭化銅(I)は母体骨格化合物から臭素を預かって、母体骨格化合物には炭素ラジカルが生成し、系内に存在するメチルアクリレートの重合が始まる。生長ラジカルは再び臭素と結合して、末端にC-Br結合を有する高分子となる。このC-Br結合の臭素原子は、再び臭化銅(I)へ移り、生長反応が継続するため分子量が時間とともに増大する。溶液は、初期は紫がかった灰色に変色し、微量の沈殿が生成した。   The solution in the flask was heated to 50 ° C. to 52 ° C. while stirring, and after confirming that the solution had turned green, the mixture was further heated and stirred for 8 hours. At this time, copper bromide (I) deposits bromine from the base skeleton compound, and a carbon radical is generated in the base skeleton compound, and polymerization of methyl acrylate existing in the system starts. The growing radical is again bonded to bromine and becomes a polymer having a C-Br bond at the terminal. The bromine atom of this C—Br bond moves again to copper (I) bromide, and the growth reaction continues, so the molecular weight increases with time. The solution turned initially purplish gray and a trace amount of precipitate formed.

加熱終了後、溶液を室温まで冷却し、系を開いて酢酸1.0mlを加えてアミン系配位子を中和し、よく撹拌した。フラスコ内の溶液を6〜8倍容のメタノール・酢酸溶液(酢酸濃度約1重量%)に注ぎ、よく撹拌してポリマーを沈殿させた。このとき、銅イオンによって溶液は青色に着色する。   After completion of heating, the solution was cooled to room temperature, the system was opened, 1.0 ml of acetic acid was added to neutralize the amine-based ligand, and the mixture was stirred well. The solution in the flask was poured into a 6 to 8-fold volume of methanol / acetic acid solution (acetic acid concentration: about 1% by weight) and stirred well to precipitate the polymer. At this time, the solution is colored blue by copper ions.

得られた沈殿を濾過により回収し、沈殿の約5倍の容積のアセトンに溶解した。この溶液をその6〜8倍容のメタノール・酢酸溶液(酢酸濃度約1重量%)に注ぎ、よく撹拌してポリマー前駆体を沈殿させた。この操作を3〜5回繰り返して沈殿を洗浄し、メタノール・酢酸溶液の着色が消色したら、ポリマー前駆体の沈殿を濾過して回収し、室温にて真空乾燥した。   The resulting precipitate was collected by filtration and dissolved in approximately 5 times the volume of acetone as the precipitate. This solution was poured into a methanol / acetic acid solution of 6 to 8 times its volume (acetic acid concentration: about 1% by weight) and stirred well to precipitate the polymer precursor. This operation was repeated 3 to 5 times to wash the precipitate, and when the coloring of the methanol / acetic acid solution disappeared, the precipitate of the polymer precursor was collected by filtration and vacuum dried at room temperature.

理論上、このポリマー前駆体は、化3式に示す構造のスターポリマーであり、アーム部はポリアクリル酸メチルであり、アーム部の先端は−C−Br基となっている。このスターポリマーは、ポリスチレン換算で、数平均分子量(Mn)=35,500、PDI=1.60であり、アーム部は、それぞれ数平均分子量(Mn)が8,200であった。   Theoretically, this polymer precursor is a star polymer having a structure shown in Formula 3, the arm portion is polymethyl acrylate, and the tip of the arm portion is a -C-Br group. This star polymer had a number average molecular weight (Mn) = 35,500 and PDI = 1.60 in terms of polystyrene, and the arm portions each had a number average molecular weight (Mn) of 8,200.

Figure 2013118231
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このポリマー前駆体を1H-NMR(JOEL GSX、400MHz、重水素化クロロホルム、19.7℃)にて解析した。コア部に−C−Br基が結合している場合、そのピークは4.56ppm(文献値)近傍に現れる。一方、アーム部の末端に結合している−C−Br基のピークは、4.56ppmより僅かに低い位置に現れる。したがってこの二つのピークの面積比から、アーム部の数を算出することができる。   This polymer precursor was analyzed by 1H-NMR (JOEL GSX, 400 MHz, deuterated chloroform, 19.7 ° C.). When the -C-Br group is bonded to the core, the peak appears in the vicinity of 4.56 ppm (document value). On the other hand, the peak of the -C-Br group bonded to the end of the arm part appears at a position slightly lower than 4.56 ppm. Therefore, the number of arm portions can be calculated from the area ratio of these two peaks.

コア部に結合している−C−Br基のピーク面積は0.05であり、アーム部の末端に結合している−C−Br基のピーク面積は0.21であったので、アーム部の本数は[0.21/(0.21+0.05)]×6=4.85と算出された。つまりアーム部の本数は平均約5本であり、化4式に示した構造を主とすることがわかった。   Since the peak area of -C-Br group bonded to the core part was 0.05 and the peak area of -C-Br group bonded to the end of the arm part was 0.21, the number of arm parts was [ 0.21 / (0.21 + 0.05)] × 6 = 4.85. In other words, the average number of arms was about 5, and it was found that the structure shown in Formula 4 was mainly used.

Figure 2013118231
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次に、得られたポリマー前駆体6.0gを12.0mlのトルエンに溶解し、水酸化カリウム水溶液(KOH:9.5g、水20ml)を徐々に加え、その溶液を撹拌しながら室温で3日間放置した。静置したときにトルエン相と水相とが共に透明になれば反応終了と判断した。反応終了後、水相を分離回収し、硝酸水溶液を添加してpHを3以下とした。セルロースチューブを用い、得られた酸性水溶液を蒸留水によって3日から1週間透析した。透析後の水溶液をフリーズドライ法で乾燥し、ポリマー粉末を得た。   Next, 6.0 g of the obtained polymer precursor was dissolved in 12.0 ml of toluene, an aqueous potassium hydroxide solution (KOH: 9.5 g, 20 ml of water) was gradually added, and the solution was allowed to stand at room temperature for 3 days with stirring. . When both the toluene phase and the aqueous phase became transparent when allowed to stand, the reaction was judged to be complete. After completion of the reaction, the aqueous phase was separated and recovered, and an aqueous nitric acid solution was added to adjust the pH to 3 or less. The obtained acidic aqueous solution was dialyzed with distilled water for 3 days to 1 week using a cellulose tube. The aqueous solution after dialysis was dried by freeze drying to obtain a polymer powder.

得られたポリマーは、アーム部のエステル基が加水分解されてカルボキシル基となっているのでアーム部はポリアクリル酸骨格となり、アーム部の先端には水酸基が結合した図1に示す構造のスターポリマーを多く含む。   The resulting polymer is a star polymer with the structure shown in FIG. 1, in which the ester group of the arm part is hydrolyzed to form a carboxyl group, so that the arm part becomes a polyacrylic acid skeleton and a hydroxyl group is bonded to the tip of the arm part. Including many.

<リチウムイオン二次電池用負極の作製>
上記で得られたスターポリマー粉末を蒸留水に濃度15質量%となるように溶解し、バインダ溶液を調製した。
<Preparation of negative electrode for lithium ion secondary battery>
The star polymer powder obtained above was dissolved in distilled water to a concentration of 15% by mass to prepare a binder solution.

SiO粉末(シグマ・アルドリッチ・ジャパン社製、平均粒径5μm)を900℃で2時間熱処理し、平均粒径5μmのSiO粉末を調製した。この熱処理によって、SiとOとの比が概ね1:1の均質な固体の一酸化ケイ素SiOであれば、固体の内部反応によりSi相とSiO相の二相に分離する。分離して得られるSi相は非常に微細である。SiO powder (manufactured by Sigma-Aldrich Japan, average particle size 5 μm) was heat-treated at 900 ° C. for 2 hours to prepare SiO x powder having an average particle size of 5 μm. By this heat treatment, if silicon monoxide SiO is a homogeneous solid having a ratio of Si to O of approximately 1: 1, it is separated into two phases of Si phase and SiO 2 phase by solid internal reaction. The Si phase obtained by separation is very fine.

得られたSiO粉末42質量部と、天然黒鉛粉末40質量部と、ケッチェンブラック3質量部と、バインダ溶液100質量部(スターポリマーとして15質量部)とを混合してスラリーを調製した。42 parts by mass of the obtained SiO x powder, 40 parts by mass of natural graphite powder, 3 parts by mass of ketjen black, and 100 parts by mass of a binder solution (15 parts by mass as a star polymer) were mixed to prepare a slurry.

このスラリーを、厚さ20μmの電解銅箔(集電体)の表面にドクターブレードを用いて塗布し、銅箔上に負極活物質層を形成した。その後、ロールプレス機により、集電体と負極活物質層を強固に密着接合させた。これを100℃で3時間真空乾燥し、負極活物質層の厚さが16μmの負極を形成した。   This slurry was applied to the surface of an electrolytic copper foil (current collector) having a thickness of 20 μm using a doctor blade to form a negative electrode active material layer on the copper foil. Thereafter, the current collector and the negative electrode active material layer were firmly and closely joined by a roll press. This was vacuum-dried at 100 ° C. for 3 hours to form a negative electrode having a negative electrode active material layer thickness of 16 μm.

<付着性試験>
カッターナイフを用いて負極活物質層に1mm間隔で100個の碁盤目を刻み、セロハンテープを貼り付けて引き剥がす碁盤目付着性試験(JIS K5400-8.5)を行った。その結果、100マス全てで負極活物質層の剥離は全く認められず、本実施例のスターポリマーは銅箔への付着性に優れ、且つSiO粉末、天然黒鉛粉末、ケッチェンブラックの結着性に優れている。
<Adhesion test>
A grid adhesion test (JIS K5400-8.5) was performed in which 100 grids were cut into the negative electrode active material layer at intervals of 1 mm using a cutter knife, and cellophane tape was applied and peeled off. As a result, no peeling of the negative electrode active material layer was observed at all 100 masses, and the star polymer of this example was excellent in adhesion to copper foil, and was a binder of SiO x powder, natural graphite powder, and ketjen black. Excellent in properties.

<正極の作製>
正極活物質としてのLi[Mn1/3Ni1/3Co1/3]Oと、導電助剤としてのアセチレンブラック(AB)と、バインダ樹脂としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを混合し、スラリー状の正極合材を調製した。スラリー中の各成分(固形分)の組成比は、Li[Mn1/3Ni1/3Co1/3]O:AB:PVdF=88:6:6(質量比)であった。このスラリーを集電体に塗布し、集電体上に正極合材層を積層形成した。具体的には、ドクターブレードを用いてこのスラリーを厚さ20μmのアルミニウム箔(集電体)の表面に塗布した。
<Preparation of positive electrode>
Li [Mn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 ] O 2 as a positive electrode active material, acetylene black (AB) as a conductive additive, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder resin are mixed. A slurry-like positive electrode mixture was prepared. The composition ratio of each component (solid content) in the slurry was Li [Mn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 ] O 2 : AB: PVdF = 88: 6: 6 (mass ratio). This slurry was applied to a current collector, and a positive electrode mixture layer was laminated on the current collector. Specifically, this slurry was applied to the surface of an aluminum foil (current collector) having a thickness of 20 μm using a doctor blade.

その後、80℃で20分間乾燥し、正極合材中から有機溶媒を揮発させて除去した。乾燥後、ロールプレス機により、電極密度を調整した。これを真空乾燥炉にて120℃で6時間加熱硬化させて、集電体の上層に厚さ50μm程度の正極合材層が積層されてなる正極を得た。   Thereafter, drying was performed at 80 ° C. for 20 minutes, and the organic solvent was volatilized and removed from the positive electrode mixture. After drying, the electrode density was adjusted with a roll press. This was heat-cured at 120 ° C. for 6 hours in a vacuum drying furnace to obtain a positive electrode in which a positive electrode mixture layer having a thickness of about 50 μm was laminated on the upper layer of the current collector.

<リチウムイオン二次電池の作製>
正極を30mm×25mm、負極を31mm×26mmに裁断し、ラミネートフィルムで収容した。この正極および負極の間に、セパレータとしてポリプロピレン樹脂からなる矩形状シート(40mm×40mm角、厚さ30μm)を挟装して極板群とした。この極板群を二枚一組のラミネートフィルムで覆い、三辺をシールした後、袋状となったラミネートフィルムに下記の電解液を注入した。その後、残りの一辺をシールすることで、四辺が気密にシールされ、極板群および電解液が密閉されたラミネートセルを得た。電解液にはEC(エチレンカーボネート)、MEMC(メチルエチルカーボネート)、DMC(ジメチルカーボネート)=3:3:4(体積比)の混合溶液にLiPFを1モル/Lとなる濃度で溶解したものを用いた。正極および負極は外部と電気的に接続可能なタブを備え、このタブの一部はラミネートセルの外側に延出した。以上の工程で、単層ラミネートセルのリチウムイオン二次電池を得た。
<Production of lithium ion secondary battery>
The positive electrode was cut into 30 mm × 25 mm and the negative electrode was cut into 31 mm × 26 mm, and accommodated with a laminate film. A rectangular sheet (40 mm × 40 mm square, thickness 30 μm) made of polypropylene resin as a separator was sandwiched between the positive electrode and the negative electrode to form an electrode plate group. The electrode plate group was covered with a set of two laminated films, and the three sides were sealed. Then, the following electrolytic solution was injected into the bag-like laminated film. Thereafter, the remaining one side was sealed to obtain a laminate cell in which the four sides were hermetically sealed and the electrode plate group and the electrolyte were sealed. The electrolyte is a solution of EC (ethylene carbonate), MEMC (methyl ethyl carbonate), DMC (dimethyl carbonate) = 3: 3: 4 (volume ratio) dissolved in a concentration of 1 mol / L of LiPF 6 Was used. The positive electrode and the negative electrode were provided with a tab that could be electrically connected to the outside, and a part of this tab extended to the outside of the laminate cell. Through the above steps, a lithium ion secondary battery of a single-layer laminate cell was obtained.

[比較例1]
負極用バインダとしてポリアクリル酸(「H-AS」日本触媒社製)を用いたこと以外は実施例と同様にしてポリマー溶液を調製した。ポリマー溶液中のポリマーは、アクリル酸が100モル%の単独重合体であり、GPCによって測定されたその質量平均分子量は700,000であった。
[Comparative Example 1]
A polymer solution was prepared in the same manner as in Example except that polyacrylic acid (“H-AS” manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.) was used as the negative electrode binder. The polymer in the polymer solution was a homopolymer of 100 mol% acrylic acid, and its mass average molecular weight measured by GPC was 700,000.

このポリマー溶液を用い、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池用負極を作製し、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。   Using this polymer solution, a negative electrode for a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, and a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1.

<評価試験>
実施例1と比較例1のリチウムイオン二次電池を用い、測定温度25℃、0.2CのCCCV充電(定電流定電圧充電)の条件下において4.2Vまで充電し、1サイクルから順に0.2C、1C、2C、3C、4C、5CのCC放電(定電流放電)で2.5Vまで放電し、各レートにおける放電容量を測定した。0.2Cレートの放電容量を図2に、0.2C放電における初回放電IRドロップを図3に示す。初回放電IRドロップは、放電開始から10秒後における負極の抵抗値をそれぞれ測定した。
<Evaluation test>
Using the lithium ion secondary battery of Example 1 and Comparative Example 1, charged to 4.2 V under the conditions of CCCV charge (constant current constant voltage charge) at a measurement temperature of 25 ° C. and 0.2 C, 0.2 C in order from one cycle, 1C, 2C, 3C, 4C, 5C CC discharge (constant current discharge) was discharged to 2.5V, and the discharge capacity at each rate was measured. Figure 2 shows the discharge capacity at the 0.2C rate, and Figure 3 shows the initial discharge IR drop at 0.2C discharge. For the first discharge IR drop, the resistance value of the negative electrode was measured 10 seconds after the start of discharge.

図2から、実施例1のリチウムイオン二次電池は比較例1に比べて高い放電容量を示している。また図3から、実施例1のリチウムイオン二次電池は比較例に比べて放電IRドロップが大きく低下し、導電性が大きく向上していることが明らかである。その理由として、Grotthus機構によるプロトンホッピング伝導のような現象が起こっており、リチウムイオンがアーム部のカルボキシル基を介してホッピングし、移動し易くなったことが推測される。   From FIG. 2, the lithium ion secondary battery of Example 1 shows a higher discharge capacity than that of Comparative Example 1. From FIG. 3, it is clear that the discharge IR drop of the lithium ion secondary battery of Example 1 is greatly reduced and the conductivity is greatly improved as compared with the comparative example. The reason for this is that a phenomenon such as proton hopping conduction by the Grothus mechanism has occurred, and it is assumed that lithium ions hopped through the carboxyl group of the arm portion and moved easily.

また実施例1と比較例1のリチウムイオン二次電池を用い、55℃、1CのCC充電(定電流定充電)の条件下において4.2Vまで充電し、1CのCC放電の条件下において2.5Vまで放電させるサイクル試験を行った。そのときの放電容量維持率を測定し、結果を図4に示す。放電容量維持率は、Nサイクル目の放電容量を初回の放電容量で除した値の百分率((Nサイクル目の放電容量)/(1サイクル目の放電容量)×100)で求められる値である。   In addition, using the lithium ion secondary battery of Example 1 and Comparative Example 1, the battery was charged to 4.2 V under the condition of CC charging (constant current constant charging) at 55 ° C. and 1 C, and 2.5 V under the condition of 1 C CC discharging. A cycle test was conducted to discharge to a maximum. The discharge capacity retention rate at that time was measured, and the results are shown in FIG. The discharge capacity maintenance ratio is a value obtained by dividing the discharge capacity at the Nth cycle by the initial discharge capacity ((discharge capacity at the Nth cycle) / (discharge capacity at the first cycle) × 100). .

図4から実施例1のリチウムイオン二次電池は比較例1に比べて放電容量維持率が高く負荷特性が向上している。これは、本発明に係る第一のポリマーをバインダとして用いたことによって負極内部抵抗が約10%低減されたとともに、負極の強度が高まったためと考えられる。   From FIG. 4, the lithium ion secondary battery of Example 1 has a higher discharge capacity retention rate and improved load characteristics than Comparative Example 1. This is presumably because the negative electrode internal resistance was reduced by about 10% and the strength of the negative electrode was increased by using the first polymer according to the present invention as a binder.

図5に本実施例のスターポリマー(第一のポリマー)を示す。このスターポリマーは、ベンゼン環からなるコア部1と、環構造を構成する6個の炭素原子のうち3個と結合した3本のアーム部2とからなる。それぞれのアーム部2はポリアクリル酸骨格を有し、メチレン基を介してコア部1の環構造を構成する炭素原子と結合している。アーム部2が結合していない3個の炭素原子にはメチル基4が結合している。またアーム部2の末端には水酸基3が結合している。   FIG. 5 shows the star polymer (first polymer) of this example. This star polymer comprises a core part 1 composed of a benzene ring and three arm parts 2 bonded to three of the six carbon atoms constituting the ring structure. Each arm part 2 has a polyacrylic acid skeleton, and is bonded to a carbon atom constituting the ring structure of the core part 1 through a methylene group. A methyl group 4 is bonded to three carbon atoms to which the arm part 2 is not bonded. A hydroxyl group 3 is bonded to the end of the arm part 2.

以下、このスターポリマーの合成方法を説明する。   Hereinafter, a method for synthesizing this star polymer will be described.

先ず、メチルアクリレートを室温にて真空蒸留し、含まれている重合禁止剤を除去した。このメチルアクリレートを20.0mlと、化5式に示す母体骨格化合物としての1,3,5-トリス(ブロモメチル)-2,4,6-トリメチルベンゼン0.1412gと、2-プロパノール7mlと、アミン系配位子(リガンド)としてのトリス2-ジエチルアミノエチルアミン0.57mlをナス型フラスコに入れ、よく撹拌した後、静置した。さらに金属ハロゲン化物(活性化剤)として純度99.9%の臭化銅(I)を母体骨格化合物に対して質量比で3.5倍量を加え、真空ポンプで脱気した後に密封した。   First, methyl acrylate was vacuum distilled at room temperature to remove the contained polymerization inhibitor. 20.0 ml of this methyl acrylate, 1,4,5-tris (bromomethyl) -2,4,6-trimethylbenzene 0.1412 g as a base skeleton compound shown in the chemical formula 5, 7 ml of 2-propanol, 0.57 ml of tris 2-diethylaminoethylamine as a ligand (ligand) was placed in an eggplant-shaped flask, stirred well, and then allowed to stand. Further, copper bromide (I) having a purity of 99.9% as a metal halide (activator) was added in a mass ratio of 3.5 times the mass of the base skeleton compound, and after deaeration with a vacuum pump, it was sealed.

Figure 2013118231
Figure 2013118231

フラスコ内の溶液を撹拌しながら50℃〜52℃に加熱し、溶液が緑色に変色したことを確認後、さらに13.5時間加熱撹拌した。このとき臭化銅(I)は母体骨格化合物から臭素を預かって、母体骨格化合物には炭素ラジカルが生成し、系内に存在するメチルアクリレートの重合が始まる。生長ラジカルは再び臭素と結合して、末端にC-Br結合を有する高分子となる。このC-Br結合の臭素原子は、再び臭化銅(I)へ移り、生長反応が継続するため、分子量が時間とともに増大する。溶液は、初期は紫がかった灰色に変色し、微量の沈殿が生成した。   The solution in the flask was heated to 50 ° C. to 52 ° C. with stirring, and after confirming that the solution had turned green, the solution was further heated and stirred for 13.5 hours. At this time, copper bromide (I) deposits bromine from the base skeleton compound, and a carbon radical is generated in the base skeleton compound, and polymerization of methyl acrylate existing in the system starts. The growing radical is again bonded to bromine and becomes a polymer having a C-Br bond at the terminal. The bromine atom of this C—Br bond moves again to copper (I) bromide, and the growth reaction continues, so the molecular weight increases with time. The solution turned initially purplish gray and a trace amount of precipitate formed.

加熱終了後、溶液を室温まで冷却し、系を開いて酢酸1.0mlを加えてリガンドを中和し、よく撹拌した。フラスコ内の溶液を6〜8倍容のメタノール・酢酸溶液(酢酸濃度約1重量%)に注ぎ、よく撹拌してポリマーを沈殿させた。このとき、銅イオンによって溶液は青色に着色する。   After heating, the solution was cooled to room temperature, the system was opened, 1.0 ml of acetic acid was added to neutralize the ligand, and the mixture was stirred well. The solution in the flask was poured into a 6 to 8-fold volume of methanol / acetic acid solution (acetic acid concentration: about 1% by weight) and stirred well to precipitate the polymer. At this time, the solution is colored blue by copper ions.

得られた沈殿を濾過により回収し、沈殿の約5倍の容積のアセトンに溶解した。この溶液をその6〜8倍容のメタノール・酢酸溶液(酢酸濃度約1重量%)に注ぎ、よく撹拌してポリマー前駆体を沈殿させた。この操作を3〜5回繰り返して沈殿を洗浄し、メタノール・酢酸溶液の着色が消色したら、ポリマー前駆体の沈殿を濾過して回収し、室温にて真空乾燥した。   The resulting precipitate was collected by filtration and dissolved in approximately 5 times the volume of acetone as the precipitate. This solution was poured into a methanol / acetic acid solution of 6 to 8 times its volume (acetic acid concentration: about 1% by weight) and stirred well to precipitate the polymer precursor. This operation was repeated 3 to 5 times to wash the precipitate, and when the coloring of the methanol / acetic acid solution disappeared, the precipitate of the polymer precursor was collected by filtration and vacuum dried at room temperature.

このポリマー前駆体を1H-NMR(JOEL GSX、400MHz、重水素化クロロホルム、19.7℃)にて解析した。測定には、溶媒として重クロロホルムを用いた。測定条件は500MHzで行った。   This polymer precursor was analyzed by 1H-NMR (JOEL GSX, 400 MHz, deuterated chloroform, 19.7 ° C.). For the measurement, deuterated chloroform was used as a solvent. Measurement conditions were 500 MHz.

コア部に結合しているブロモメチル基が存在している場合、そのピークは4.58ppm(文献値)近傍に現れるが、このポリマー前駆体では4.58ppm近傍にシャープなピークが認められなかった。すなわちコア部に結合していたブロモメチル基は、3個とも全てアーム部に生長したことがわかった。つまりアーム部の本数は3本であり、化6式に示す構造を主とすることがわかった。   When a bromomethyl group bonded to the core portion is present, the peak appears in the vicinity of 4.58 ppm (document value), but in this polymer precursor, no sharp peak was observed in the vicinity of 4.58 ppm. That is, it was found that all three bromomethyl groups bonded to the core part grew into the arm part. In other words, it was found that the number of arm parts is three, and the structure shown in the chemical formula 6 is mainly used.

Figure 2013118231
Figure 2013118231

すなわちこのポリマー前駆体のアーム部はポリアクリル酸メチルの骨格であり、アーム部の先端には臭素が結合している。このスターポリマーは、ポリスチレン換算で、数平均分子量(Mn)=23,800、重量平均分子量(Mw)=24,100であり、アーム部は、それぞれ数平均分子量(Mn)が6,300であった。   That is, the arm portion of this polymer precursor is a polymethyl acrylate skeleton, and bromine is bonded to the tip of the arm portion. This star polymer had a number average molecular weight (Mn) of 23,800 and a weight average molecular weight (Mw) of 24,100 in terms of polystyrene, and the arm portions each had a number average molecular weight (Mn) of 6,300.

次に、得られたポリマー前駆体6.0gを12.0mlのトルエンに溶解し、水酸化カリウム水溶液(KOH:9.5g、水20ml)を徐々に加え、その溶液を撹拌しながら室温で3日間放置した。静置したときにトルエン相と水相とが分離し、トルエン相が透明になれば反応終了と判断した。反応終了後、水相を分離回収し、硝酸水溶液を添加してpHを3以下とした。セルロースチューブを用い、得られた酸性水溶液を蒸留水によって3日から1週間透析した。透析後の水溶液をフリーズドライ法で乾燥し、ポリマー粉末を得た。   Next, 6.0 g of the obtained polymer precursor was dissolved in 12.0 ml of toluene, an aqueous potassium hydroxide solution (KOH: 9.5 g, water 20 ml) was gradually added, and the solution was allowed to stand at room temperature for 3 days with stirring. . The toluene phase and the aqueous phase separated when allowed to stand, and the reaction was judged to be complete when the toluene phase became transparent. After completion of the reaction, the aqueous phase was separated and recovered, and an aqueous nitric acid solution was added to adjust the pH to 3 or less. The obtained acidic aqueous solution was dialyzed with distilled water for 3 days to 1 week using a cellulose tube. The aqueous solution after dialysis was dried by freeze drying to obtain a polymer powder.

得られたポリマーは、アーム部のエステル基が加水分解されてカルボキシル基となっているのでアーム部はポリアクリル酸の骨格となり、アーム部の先端には水酸基が結合した図5に示す構造のスターポリマーである。   In the obtained polymer, the ester group of the arm part is hydrolyzed to become a carboxyl group, so that the arm part becomes a polyacrylic acid skeleton, and a hydroxyl group is bonded to the tip of the arm part. It is a polymer.

<リチウムイオン二次電池用負極の作製>
上記で得られたスターポリマー粉末をN-メチル-2-ピロリドン(NMP)に濃度15質量%となるように溶解し、バインダ溶液を調製した。
<Preparation of negative electrode for lithium ion secondary battery>
The star polymer powder obtained above was dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) to a concentration of 15% by mass to prepare a binder solution.

SiO粉末(シグマ・アルドリッチ・ジャパン社製、平均粒径5μm)を900℃で2時間熱処理し、平均粒径5μmのSiO粉末を調製した。この熱処理によって、SiとOとの比が概ね1:1の均質な固体の一酸化ケイ素SiOであれば、固体の内部反応によりSi相とSiO相の二相に分離する。分離して得られるSi相は非常に微細である。SiO powder (manufactured by Sigma-Aldrich Japan, average particle size 5 μm) was heat-treated at 900 ° C. for 2 hours to prepare SiO x powder having an average particle size of 5 μm. By this heat treatment, if silicon monoxide SiO is a homogeneous solid having a ratio of Si to O of approximately 1: 1, it is separated into two phases of Si phase and SiO 2 phase by solid internal reaction. The Si phase obtained by separation is very fine.

得られたSiO粉末42質量部と、天然黒鉛粉末40質量部と、ケッチェンブラック3質量部と、バインダ溶液100質量部(バインダとして15質量部)とを混合してスラリーを調製した。42 parts by mass of the obtained SiO x powder, 40 parts by mass of natural graphite powder, 3 parts by mass of ketjen black, and 100 parts by mass of a binder solution (15 parts by mass as a binder) were mixed to prepare a slurry.

このスラリーを、厚さ20μmの電解銅箔(集電体)の表面にドクターブレードを用いて塗布し、銅箔上に負極活物質層を形成した。その後、ロールプレス機により、集電体と負極活物質層を強固に密着接合させた。これを100℃で3時間真空乾燥し、負極活物質層の厚さが16μmの負極を形成した。   This slurry was applied to the surface of an electrolytic copper foil (current collector) having a thickness of 20 μm using a doctor blade to form a negative electrode active material layer on the copper foil. Thereafter, the current collector and the negative electrode active material layer were firmly and closely joined by a roll press. This was vacuum-dried at 100 ° C. for 3 hours to form a negative electrode having a negative electrode active material layer thickness of 16 μm.

<付着性試験>
カッターナイフを用いて負極活物質層に1mm間隔で100個の碁盤目を刻み、セロハンテープを貼り付けて引き剥がす碁盤目付着性試験(JIS K5400-8.5)を行った。その結果、100マス全てで負極活物質層の剥離は全く認められず、本実施例のスターポリマーは銅箔への付着性に優れ、且つSiO粉末、天然黒鉛粉末、ケッチェンブラックの結着性に優れている。
<Adhesion test>
A grid adhesion test (JIS K5400-8.5) was performed in which 100 grids were cut into the negative electrode active material layer at intervals of 1 mm using a cutter knife, and cellophane tape was applied and peeled off. As a result, no peeling of the negative electrode active material layer was observed at all 100 masses, and the star polymer of this example was excellent in adhesion to copper foil, and was a binder of SiO x powder, natural graphite powder, and ketjen black. Excellent in properties.

<正極の作製>
正極活物質としての
Li[Mn1/3Ni1/3Co1/3]O と、導電助剤としてのアセチレンブラック(AB)と、バインダ樹脂としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを混合し、スラリー状の正極合材を調製した。スラリー中の各成分(固形分)の組成比は、Li[Mn1/3Ni1/3Co1/3]O:AB:PVdF=88:6:6(質量比)であった。このスラリーを集電体に塗布し、集電体上に正極合材層を積層形成した。具体的には、ドクターブレードを用いてこのスラリーを厚さ20μmのアルミニウム箔(集電体)の表面に塗布した。
<Preparation of positive electrode>
As a positive electrode active material
Li [Mn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 ] O 2 , acetylene black (AB) as a conductive additive, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder resin are mixed to form a slurry-like positive electrode A composite was prepared. The composition ratio of each component (solid content) in the slurry was Li [Mn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 ] O 2 : AB: PVdF = 88: 6: 6 (mass ratio). This slurry was applied to a current collector, and a positive electrode mixture layer was laminated on the current collector. Specifically, this slurry was applied to the surface of an aluminum foil (current collector) having a thickness of 20 μm using a doctor blade.

その後、80℃で20分間乾燥し、正極合材中から有機溶媒を揮発させて除去した。乾燥後、ロールプレス機により、電極密度を調整した。これを真空乾燥炉にて200℃で5時間加熱硬化させて、集電体の上層に厚さ50μm程度の正極合材層が積層されてなる正極を得た。   Thereafter, drying was performed at 80 ° C. for 20 minutes, and the organic solvent was volatilized and removed from the positive electrode mixture. After drying, the electrode density was adjusted with a roll press. This was heat-cured at 200 ° C. for 5 hours in a vacuum drying furnace to obtain a positive electrode in which a positive electrode mixture layer having a thickness of about 50 μm was laminated on the upper layer of the current collector.

<リチウムイオン二次電池の作製>
正極を30mm×25mm、負極を31mm×26mmに裁断し、ラミネートフィルムで収容した。この正極および負極の間に、セパレータとしてポリプロピレン樹脂からなる矩形状シート(40mm×40mm角、厚さ30μm)を挟装して極板群とした。この極板群を二枚一組のラミネートフィルムで覆い、三辺をシールした後、袋状となったラミネートフィルムに下記の電解液を注入した。その後、残りの一辺をシールすることで、四辺が気密にシールされ、極板群および電解液が密閉されたラミネートセルを得た。電解液にはEC(エチレンカーボネート)、MEMC(メチルエチルカーボネート)、DMC(ジメチルカーボネート)=3:3:4(体積比)の混合溶液にLiPFを1モル/Lとなる濃度で溶解したものを用いた。正極および負極は外部と電気的に接続可能なタブを備え、このタブの一部はラミネートセルの外側に延出した。以上の工程で、単層ラミネートセルのリチウムイオン二次電池を得た。
<Production of lithium ion secondary battery>
The positive electrode was cut into 30 mm × 25 mm and the negative electrode was cut into 31 mm × 26 mm, and accommodated with a laminate film. A rectangular sheet (40 mm × 40 mm square, thickness 30 μm) made of polypropylene resin as a separator was sandwiched between the positive electrode and the negative electrode to form an electrode plate group. The electrode plate group was covered with a set of two laminated films, and the three sides were sealed. Then, the following electrolytic solution was injected into the bag-like laminated film. Thereafter, the remaining one side was sealed to obtain a laminate cell in which the four sides were hermetically sealed and the electrode plate group and the electrolyte were sealed. The electrolyte is a solution of EC (ethylene carbonate), MEMC (methyl ethyl carbonate), DMC (dimethyl carbonate) = 3: 3: 4 (volume ratio) dissolved in a concentration of 1 mol / L of LiPF 6 Was used. The positive electrode and the negative electrode were provided with a tab that could be electrically connected to the outside, and a part of this tab extended to the outside of the laminate cell. Through the above steps, a lithium ion secondary battery of a single-layer laminate cell was obtained.

[比較例2]
負極用バインダとしてポリアクリル酸(「H-AS」日本触媒社製)を用いたこと以外は実施例2と同様にしてポリマー溶液を調製した。ポリマー溶液中のポリマーは、アクリル酸が100モル%の単独重合体であり、GPCによって測定されたその質量平均分子量は700,000であった。
[Comparative Example 2]
A polymer solution was prepared in the same manner as in Example 2 except that polyacrylic acid (“H-AS” manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.) was used as the negative electrode binder. The polymer in the polymer solution was a homopolymer of 100 mol% acrylic acid, and its mass average molecular weight measured by GPC was 700,000.

このポリマー溶液を用い、実施例2と同様にしてリチウムイオン二次電池用負極を作製し、実施例2と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。   Using this polymer solution, a negative electrode for a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 2, and a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 2.

<評価試験>
実施例2と比較例2のリチウムイオン二次電池を用い、測定温度25℃、0.2CのCCCV充電(定電流定電圧充電)の条件下において4.2Vまで充電し、1サイクルから順に0.2C、1C、2C、3C、4C、5CのCC放電(定電流放電)で2.5Vまで放電し、各レートにおける放電容量を測定した。0.2Cレートの放電容量を図6に示す。
<Evaluation test>
Using the lithium ion secondary battery of Example 2 and Comparative Example 2, charged to 4.2 V under the conditions of CCCV charge (constant current constant voltage charge) at a measurement temperature of 25 ° C. and 0.2 C, 0.2 C in order from one cycle, 1C, 2C, 3C, 4C, 5C CC discharge (constant current discharge) was discharged to 2.5V, and the discharge capacity at each rate was measured. Figure 6 shows the discharge capacity at the 0.2C rate.

図6から実施例2のリチウムイオン二次電池は比較例2に比べて0.2C放電容量が高い。これは、本発明のスターポリマーをバインダとして用いたことによって負極内部抵抗が約10%低減されたとともに、負極の強度が高まったためと考えられる。   From FIG. 6, the lithium ion secondary battery of Example 2 has a higher 0.2C discharge capacity than Comparative Example 2. This is presumably because the negative electrode internal resistance was reduced by about 10% and the strength of the negative electrode was increased by using the star polymer of the present invention as a binder.

図7に本実施例のスターポリマー(第二のポリマー)を示す。このスターポリマーは、ベンゼン環からなるコア部1と、コア部1の環構造を構成する6個の炭素原子の全てに結合した6本のアーム部2とからなる。このスターポリマーのアーム部2はポリアクリル酸骨格を有し、メチレン基を介してベンゼン環を構成する炭素原子と結合している。それぞれのアーム部2の末端には、水酸基3が結合している。   FIG. 7 shows the star polymer (second polymer) of this example. This star polymer is composed of a core part 1 composed of a benzene ring and six arm parts 2 bonded to all six carbon atoms constituting the ring structure of the core part 1. The arm portion 2 of the star polymer has a polyacrylic acid skeleton and is bonded to carbon atoms constituting the benzene ring via a methylene group. A hydroxyl group 3 is bonded to the end of each arm part 2.

以下、このスターポリマーの合成方法を説明する。   Hereinafter, a method for synthesizing this star polymer will be described.

先ず、t-ブチルアクリレートを室温にて真空蒸留し、含まれている重合禁止剤を除去した。このt-ブチルアクリレートを20.0mlと、化2式に示した母体骨格化合物としてのヘキサキス(ブロモメチル)ベンゼン0.225gと、2-プロパノール5.00mlと、アミン系配位子としてのトリス2-ジメチルアミノエチルアミン0.57gをナス型フラスコに入れ、よく撹拌した後、静置した。さらに金属ハロゲン化物(活性化剤)として純度99.9%の臭化銅(I)0.182gを加え、真空ポンプで脱気した後に密封した。   First, t-butyl acrylate was vacuum distilled at room temperature to remove the contained polymerization inhibitor. 20.0 ml of this t-butyl acrylate, 0.225 g of hexakis (bromomethyl) benzene as a base skeleton compound shown in the chemical formula 2, 5.00 ml of 2-propanol, and tris 2-dimethylaminoethylamine as an amine-based ligand 0.57 g was placed in an eggplant-shaped flask, stirred well, and then allowed to stand. Further, 0.182 g of 99.9% pure copper (I) bromide was added as a metal halide (activator), and after deaeration with a vacuum pump, the mixture was sealed.

フラスコ内の溶液を撹拌しながら50℃〜52℃に加熱し、溶液が緑色に変色したことを確認後、さらに8時間加熱撹拌した。このとき臭化銅(I)は母体骨格化合物から臭素を預かって、母体骨格化合物には炭素ラジカルが生成し、系内に存在するt-ブチルアクリレートの重合が始まる。生長ラジカルは再び臭素と結合して、末端にC-Br結合を有する高分子となる。このC-Br結合の臭素原子は、再び臭化銅(I)へ移り、生長反応が継続するため分子量が時間とともに増大する。溶液は、初期は紫がかった灰色に変色し、微量の沈殿が生成した。   The solution in the flask was heated to 50 ° C. to 52 ° C. while stirring, and after confirming that the solution had turned green, the mixture was further heated and stirred for 8 hours. At this time, copper (I) bromide deposits bromine from the parent skeleton compound, a carbon radical is generated in the parent skeleton compound, and polymerization of t-butyl acrylate existing in the system starts. The growing radical is again bonded to bromine and becomes a polymer having a C-Br bond at the terminal. The bromine atom of this C—Br bond moves again to copper (I) bromide, and the growth reaction continues, so the molecular weight increases with time. The solution turned initially purplish gray and a trace amount of precipitate formed.

加熱終了後、溶液を室温まで冷却し、系を開いて酢酸1.0mlを加えてアミン系配位子を中和し、よく撹拌した。フラスコ内の溶液を6〜8倍容のメタノール・酢酸溶液(酢酸濃度約1重量%)に注ぎ、よく撹拌してポリマー前駆体を沈殿させた。このとき、銅イオンによって溶液は青色に着色する。   After completion of heating, the solution was cooled to room temperature, the system was opened, 1.0 ml of acetic acid was added to neutralize the amine-based ligand, and the mixture was stirred well. The solution in the flask was poured into a 6 to 8-fold volume of methanol / acetic acid solution (acetic acid concentration: about 1% by weight) and stirred well to precipitate the polymer precursor. At this time, the solution is colored blue by copper ions.

得られた沈殿を濾過により回収し、沈殿の約5倍の容積のアセトンに溶解した。この溶液をその6〜8倍容のメタノール・酢酸溶液(酢酸濃度約1重量%)に注ぎ、よく撹拌してポリマー前駆体を沈殿させた。この操作を3〜5回繰り返して沈殿を洗浄し、メタノール・酢酸溶液の着色が消色したら、ポリマー前駆体の沈殿を濾過して回収し、室温にて真空乾燥した。   The resulting precipitate was collected by filtration and dissolved in approximately 5 times the volume of acetone as the precipitate. This solution was poured into a methanol / acetic acid solution of 6 to 8 times its volume (acetic acid concentration: about 1% by weight) and stirred well to precipitate the polymer precursor. This operation was repeated 3 to 5 times to wash the precipitate, and when the coloring of the methanol / acetic acid solution disappeared, the precipitate of the polymer precursor was collected by filtration and vacuum dried at room temperature.

理論上、このポリマー前駆体は、化7式に示す構造のスターポリマーであり、アーム部はポリアクリル酸t-ブチルであり、アーム部の先端は−C−Br基となっている。このスターポリマーは、ポリスチレン換算で、数平均分子量(Mn)=7.44×10、PDI=1.29であり、アーム部は、それぞれ数平均分子量(Mn)が1.24×10であった。Theoretically, this polymer precursor is a star polymer having a structure represented by Chemical Formula 7, the arm portion is t-butyl polyacrylate, and the tip of the arm portion is a -C-Br group. This star polymer had a number average molecular weight (Mn) = 7.44 × 10 4 and PDI = 1.29 in terms of polystyrene, and the arm portions each had a number average molecular weight (Mn) of 1.24 × 10 4 .

Figure 2013118231
Figure 2013118231

このポリマーを1H-NMR(JOEL GSX、400MHz、重水素化クロロホルム、19.7℃)にて解析した。コア部に−C−Br基が結合している場合、そのピークは4.56ppm(文献値)近傍に現れる。しかし図8に示すように、4.56ppmにはピークが認められず、チャートを拡大してもピークが認められなかったことから、このポリマー前駆体は、コア部のベンゼン環を構成する炭素原子の全てにアーム部が結合していると認められる。   This polymer was analyzed by 1H-NMR (JOEL GSX, 400 MHz, deuterated chloroform, 19.7 ° C.). When the -C-Br group is bonded to the core, the peak appears in the vicinity of 4.56 ppm (document value). However, as shown in FIG. 8, no peak was observed at 4.56 ppm, and no peak was observed even when the chart was enlarged, so this polymer precursor was composed of carbon atoms constituting the core benzene ring. It is recognized that the arm part is bonded to all.

次に、得られたポリマー前駆体6.0gを12.0mlのトルエンに溶解し、蟻酸30mlを徐々に加え、その溶液を撹拌しながら室温で3日間放置した。静置したときにトルエン相と水相とが共に透明になれば反応終了と判断した。反応終了後、水相を分離回収し、セルロースチューブを用い蒸留水によって3日から1週間透析した。透析後の水溶液をフリーズドライ法で乾燥し、ポリマー粉末を得た。   Next, 6.0 g of the obtained polymer precursor was dissolved in 12.0 ml of toluene, 30 ml of formic acid was gradually added, and the solution was allowed to stand at room temperature for 3 days with stirring. When both the toluene phase and the aqueous phase became transparent when allowed to stand, the reaction was judged to be complete. After completion of the reaction, the aqueous phase was separated and collected, and dialyzed with distilled water for 3 days to 1 week using a cellulose tube. The aqueous solution after dialysis was dried by freeze drying to obtain a polymer powder.

得られたポリマーは、アーム部のエステル基が加水分解されてカルボキシル基となっているのでアーム部はポリアクリル酸骨格となり、アーム部の先端には水酸基が結合した図7に示す構造のスターポリマーである。   The resulting polymer is a star polymer having a structure shown in FIG. 7 in which the ester group of the arm portion is hydrolyzed to become a carboxyl group, so that the arm portion becomes a polyacrylic acid skeleton, and a hydroxyl group is bonded to the tip of the arm portion. It is.

実施例1と同様にして、化4式に示したポリマー前駆体を調製した。   In the same manner as in Example 1, a polymer precursor represented by the formula 4 was prepared.

得られたポリマー前駆体6.0gを12.0mlのトルエンに溶解し、水酸化カリウム水溶液(KOH:9.5g、HO:20ml)を徐々に加え、その溶液を撹拌しながら室温で3日間放置した。静置したときにトルエン相と水相とが共に透明になれば反応終了と判断した。反応終了後、水相を分離回収し、10mM硝酸銅水溶液10mlを添加した後、硝酸水溶液を添加してpHを3以下とした。セルロースチューブを用い、得られた酸性水溶液を蒸留水によって3日から1週間透析した。透析後の水溶液をフリーズドライ法で乾燥し、ポリマー粉末を得た。6.0 g of the obtained polymer precursor was dissolved in 12.0 ml of toluene, an aqueous potassium hydroxide solution (KOH: 9.5 g, H 2 O: 20 ml) was gradually added, and the solution was allowed to stand at room temperature for 3 days with stirring. . When both the toluene phase and the aqueous phase became transparent when allowed to stand, the reaction was judged to be complete. After completion of the reaction, the aqueous phase was separated and recovered, 10 ml of 10 mM aqueous copper nitrate solution was added, and then the aqueous nitric acid solution was added to adjust the pH to 3 or less. The obtained acidic aqueous solution was dialyzed with distilled water for 3 days to 1 week using a cellulose tube. The aqueous solution after dialysis was dried by freeze drying to obtain a polymer powder.

得られた第三のポリマーは、アーム部のエステル基が加水分解されてカルボキシル基となっているのでアーム部はポリアクリル酸骨格となり、アーム部の先端には水酸基が結合した図1に示す構造をなし、銅を含むこと以外は実施例1と同様のスターポリマーである。
<FT-IR分析>
The resulting third polymer has a structure shown in FIG. 1 in which the ester group of the arm part is hydrolyzed to become a carboxyl group, so the arm part becomes a polyacrylic acid skeleton, and a hydroxyl group is bonded to the tip of the arm part. And a star polymer similar to that of Example 1 except that copper is contained.
<FT-IR analysis>

実施例1と実施例4で調製されたスターポリマーをそれぞれFT-IR分析し、それらのFT-IRスペクトルを図9に示す。図9から、実施例4のスターポリマーは1540cm−1のピークが特異的であり、このピークはCOOイオンとCu2+イオンで形成された錯体に同定される。したがって実施例4のスターポリマーには、アーム部のカルボキシル基と共に高分子錯体を形成する銅イオンが含まれている。The star polymers prepared in Example 1 and Example 4 were each subjected to FT-IR analysis, and their FT-IR spectra are shown in FIG. From FIG. 9, the star polymer of Example 4 has a specific peak at 1540 cm −1 , and this peak is identified as a complex formed by COO ions and Cu 2+ ions. Therefore, the star polymer of Example 4 contains copper ions that form a polymer complex with the carboxyl group of the arm portion.

<ICP-MS分析>
実施例4で調製されたスターポリマーをICP-MS分析したところ、3.3ppmのCuが検出された。
<ICP-MS analysis>
When the star polymer prepared in Example 4 was analyzed by ICP-MS, 3.3 ppm of Cu was detected.

<リチウムイオン二次電池用負極の作製>
実施例1と実施例4で調製されたスターポリマー粉末を蒸留水に濃度10質量%となるようにそれぞれ溶解し、バインダ溶液をそれぞれ調製した。
<Preparation of negative electrode for lithium ion secondary battery>
The star polymer powders prepared in Example 1 and Example 4 were dissolved in distilled water to a concentration of 10% by mass to prepare binder solutions.

SiO粉末(シグマ・アルドリッチ・ジャパン社製、平均粒径5μm)を900℃で2時間熱処理し、平均粒径5μmのSiO粉末を調製した。この熱処理によって、SiとOとの比が概ね1:1の均質な固体の一酸化ケイ素SiOであれば、固体の内部反応によりSi相とSiO相の二相に分離する。分離して得られるSi相は非常に微細である。SiO powder (manufactured by Sigma-Aldrich Japan, average particle size 5 μm) was heat-treated at 900 ° C. for 2 hours to prepare SiO x powder having an average particle size of 5 μm. By this heat treatment, if silicon monoxide SiO is a homogeneous solid having a ratio of Si to O of approximately 1: 1, it is separated into two phases of Si phase and SiO 2 phase by solid internal reaction. The Si phase obtained by separation is very fine.

得られたSiO粉末50質量部と、天然黒鉛粉末37質量部と、ケッチェンブラック3質量部と、それぞれのバインダ溶液100質量部(スターポリマーとして10質量部)とを混合してスラリーをそれぞれ調製した。50 parts by mass of the obtained SiO x powder, 37 parts by mass of natural graphite powder, 3 parts by mass of ketjen black, and 100 parts by mass of each binder solution (10 parts by mass as a star polymer) were mixed, respectively. Prepared.

このスラリーを、厚さ20μmの電解銅箔(集電体)の表面にドクターブレードを用いてそれぞれ塗布し、銅箔上に負極活物質層を形成した。その後、ロールプレス機により、集電体と負極活物質層を強固に密着接合させた。これを100℃で3時間真空乾燥し、負極活物質層の厚さが16μmの負極をそれぞれ形成した。   This slurry was applied to the surface of an electrolytic copper foil (current collector) having a thickness of 20 μm using a doctor blade to form a negative electrode active material layer on the copper foil. Thereafter, the current collector and the negative electrode active material layer were firmly and closely joined by a roll press. This was vacuum-dried at 100 ° C. for 3 hours to form negative electrodes each having a negative electrode active material layer thickness of 16 μm.

<付着性試験>
カッターナイフを用いて負極活物質層に1mm間隔で100個の碁盤目を刻み、セロハンテープを貼り付けて引き剥がす碁盤目付着性試験(JIS K5400-8.5)を行った。その結果、100マス全てで負極活物質層の剥離は全く認められず、実施例1及び実施例4のスターポリマーは銅箔への付着性に優れ、且つSiO粉末、天然黒鉛粉末、ケッチェンブラックの結着性に優れている。
<Adhesion test>
A grid adhesion test (JIS K5400-8.5) was performed in which 100 grids were cut into the negative electrode active material layer at intervals of 1 mm using a cutter knife, and cellophane tape was applied and peeled off. As a result, no delamination of the negative electrode active material layer was observed at all 100 masses, and the star polymers of Examples 1 and 4 were excellent in adhesion to copper foil, and had SiO x powder, natural graphite powder, and ketjen. Excellent black binding.

<正極の作製>
正極活物質としてのLi[Mn1/3Ni1/3Co1/3]Oと、導電助剤としてのアセチレンブラック(AB)と、バインダ樹脂としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを混合し、スラリー状の正極合材を調製した。スラリー中の各成分(固形分)の組成比は、Li[Mn1/3Ni1/3Co1/3]O:AB:PVdF=93:3:4(質量比)であった。このスラリーを集電体に塗布し、集電体上に正極合材層を積層形成した。具体的には、ドクターブレードを用いてこのスラリーを厚さ20μmのアルミニウム箔(集電体)の表面に塗布した。
<Preparation of positive electrode>
Li [Mn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 ] O 2 as a positive electrode active material, acetylene black (AB) as a conductive additive, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder resin are mixed. A slurry-like positive electrode mixture was prepared. The composition ratio of each component (solid content) in the slurry was Li [Mn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 ] O 2 : AB: PVdF = 93: 3: 4 (mass ratio). This slurry was applied to a current collector, and a positive electrode mixture layer was laminated on the current collector. Specifically, this slurry was applied to the surface of an aluminum foil (current collector) having a thickness of 20 μm using a doctor blade.

その後、80℃で20分間乾燥し、正極合材中から有機溶媒を揮発させて除去した。乾燥後、ロールプレス機により、電極密度を調整した。これを真空乾燥炉にて120℃で6時間加熱硬化させて、集電体の上層に厚さ50μm程度の正極合材層が積層されてなる正極を得た。   Thereafter, drying was performed at 80 ° C. for 20 minutes, and the organic solvent was volatilized and removed from the positive electrode mixture. After drying, the electrode density was adjusted with a roll press. This was heat-cured at 120 ° C. for 6 hours in a vacuum drying furnace to obtain a positive electrode in which a positive electrode mixture layer having a thickness of about 50 μm was laminated on the upper layer of the current collector.

<リチウムイオン二次電池の作製>
正極を30mm×25mm、負極を31mm×26mmに裁断し、ラミネートフィルムで収容した。この正極および負極の間に、セパレータとしてポリプロピレン樹脂からなる矩形状シート(40mm×40mm角、厚さ30μm)を挟装して極板群とした。この極板群を二枚一組のラミネートフィルムで覆い、三辺をシールした後、袋状となったラミネートフィルムに下記の電解液を注入した。その後、残りの一辺をシールすることで、四辺が気密にシールされ、極板群および電解液が密閉されたラミネートセルを得た。電解液にはEC(エチレンカーボネート)、MEMC(メチルエチルカーボネート)、DMC(ジメチルカーボネート)=3:3:4(体積比)の混合溶液にLiPFを1モル/Lとなる濃度で溶解したものを用いた。正極及び負極は外部と電気的に接続可能なタブを備え、このタブの一部はラミネートセルの外側に延出した。以上の工程で、単層ラミネートセルのリチウムイオン二次電池を得た。
<Production of lithium ion secondary battery>
The positive electrode was cut into 30 mm × 25 mm and the negative electrode was cut into 31 mm × 26 mm, and accommodated with a laminate film. A rectangular sheet (40 mm × 40 mm square, thickness 30 μm) made of polypropylene resin as a separator was sandwiched between the positive electrode and the negative electrode to form an electrode plate group. The electrode plate group was covered with a set of two laminated films, and the three sides were sealed. Then, the following electrolytic solution was injected into the bag-like laminated film. Thereafter, the remaining one side was sealed to obtain a laminate cell in which the four sides were hermetically sealed and the electrode plate group and the electrolyte were sealed. The electrolyte is a solution of EC (ethylene carbonate), MEMC (methyl ethyl carbonate), DMC (dimethyl carbonate) = 3: 3: 4 (volume ratio) dissolved in a concentration of 1 mol / L of LiPF 6 Was used. The positive electrode and the negative electrode were each provided with a tab that could be electrically connected to the outside, and a part of this tab extended outside the laminate cell. Through the above steps, a lithium ion secondary battery of a single-layer laminate cell was obtained.

実施例1のスターポリマーを用いた負極を有するリチウムイオン二次電池は同じ物を2個作製し、実施例4のスターポリマーを用いた負極を有するリチウムイオン二次電池は同じ物を4個作製した。   Two lithium ion secondary batteries having negative electrodes using the star polymer of Example 1 were produced, and four lithium ion secondary batteries having negative electrodes using the star polymer of Example 4 were produced. did.

<評価試験>
実施例1と実施例4のリチウムイオン二次電池を用い、測定温度25℃、0.2CのCCCV充電(定電流定電圧充電)の条件下において4.2Vで充電し、3CのCC放電(定電流放電)開始して10秒後の抵抗値(SOC20%放電)をそれぞれ測定した。結果を図10に示す。図10から実施例4のリチウムイオン二次電池は実施例1のリチウムイオン二次電池に比べて抵抗値が低いことがわかり、これは銅イオンを含んだことによる効果であることが明らかである。
<Evaluation test>
Using the lithium ion secondary battery of Example 1 and Example 4, charged at 4.2V under the condition of CCCV charge (constant current constant voltage charge) at a measurement temperature of 25 ° C and 0.2C, and 3C CC discharge (constant current) The resistance value (SOC 20% discharge) 10 seconds after the start of discharge was measured. The results are shown in FIG. From FIG. 10, it can be seen that the lithium ion secondary battery of Example 4 has a lower resistance value than the lithium ion secondary battery of Example 1, and this is clearly an effect due to the inclusion of copper ions. .

図11に本実施例に係る第四のポリマーの代表的な構造式を示す。このスターポリマーは、ベンゼン環からなるコア部1と、コア部1の環構造を構成する6個の炭素原子の全てと結合した6本のアーム部2とからなる。このスターポリマーのアーム部2はポリアクリル酸ブロック20とポリスチレンブロック21とを有し、ポリアクリル酸ブロック20の一端がメチレン基を介してコア部1を構成する炭素原子と結合している。またポリアクリル酸ブロック20の他端にはポリスチレンブロック21の一端が結合し、ポリスチレンブロック21の他端には水酸基3が結合している。   FIG. 11 shows a typical structural formula of the fourth polymer according to this example. This star polymer is composed of a core part 1 composed of a benzene ring and six arm parts 2 bonded to all six carbon atoms constituting the ring structure of the core part 1. The arm portion 2 of the star polymer has a polyacrylic acid block 20 and a polystyrene block 21, and one end of the polyacrylic acid block 20 is bonded to a carbon atom constituting the core portion 1 through a methylene group. One end of a polystyrene block 21 is bonded to the other end of the polyacrylic acid block 20, and a hydroxyl group 3 is bonded to the other end of the polystyrene block 21.

なおコア部1にアーム部2が結合していない炭素原子をもつものもあり、その炭素原子には、メチレン基を介して水酸基3が結合している。   Some cores 1 have a carbon atom to which the arm part 2 is not bonded, and a hydroxyl group 3 is bonded to the carbon atom via a methylene group.

以下、このスターポリマーの合成方法を説明する。先ず、メチルアクリレートを室温にて真空蒸留し、含まれている重合禁止剤を除去した。このメチルアクリレートを160mlと、化2式に示した母体骨格化合物としてのヘキサキス(ブロモメチル)ベンゼン0.5gと、2-プロパノール20mlと、アミン系配位子(リガンド)としてのトリス2-ジメチルアミノエチルアミン2gをナス型フラスコに入れ、よく撹拌した後、静置した。   Hereinafter, a method for synthesizing this star polymer will be described. First, methyl acrylate was vacuum distilled at room temperature to remove the contained polymerization inhibitor. 160 ml of this methyl acrylate, 0.5 g of hexakis (bromomethyl) benzene as a base skeleton compound shown in Chemical Formula 2, 20 ml of 2-propanol, and 2 g of tris 2-dimethylaminoethylamine as an amine-based ligand (ligand) Was placed in an eggplant-shaped flask, stirred well, and allowed to stand.

さらに金属ハロゲン化物(活性化剤)として臭化銅(I)0.74gを加えた後、窒素ガス雰囲気下においてフラスコ内の溶液を撹拌しながら50℃〜52℃に加熱し、溶液が緑色に変色したことを確認後、さらに6時間加熱撹拌した。なお反応雰囲気は、窒素ガス雰囲気のみならずアルゴンガス雰囲気、減圧雰囲気など非酸化性雰囲気であればよい。このとき臭化銅(I)は母体骨格化合物から臭素を預かって、母体骨格化合物には炭素ラジカルが生成し、系内に存在するメチルアクリレートの重合が始まる。生長ラジカルは再び臭素と結合して、末端にC-Br結合を有する高分子となる。このC-Br結合の臭素原子は、再び臭化銅(I)へ移り、生長反応が継続するため分子量が時間とともに増大する。溶液は、初期は紫がかった灰色に変色し、微量の沈殿が生成した。   After adding 0.74 g of copper (I) bromide as a metal halide (activator), the solution in the flask was heated to 50 ° C to 52 ° C with stirring in a nitrogen gas atmosphere, and the solution turned green. After confirming this, the mixture was further heated and stirred for 6 hours. The reaction atmosphere may be a non-oxidizing atmosphere such as an argon gas atmosphere or a reduced pressure atmosphere as well as a nitrogen gas atmosphere. At this time, copper bromide (I) deposits bromine from the base skeleton compound, and a carbon radical is generated in the base skeleton compound, and polymerization of methyl acrylate existing in the system starts. The growing radical is again bonded to bromine and becomes a polymer having a C-Br bond at the terminal. The bromine atom of this C—Br bond moves again to copper (I) bromide, and the growth reaction continues, so the molecular weight increases with time. The solution turned initially purplish gray and a trace amount of precipitate formed.

加熱終了後、溶液を室温まで冷却し、系を開いて酢酸10mlを加えてアミン系配位子を中和し、よく撹拌した。フラスコ内の溶液を6〜8倍容のメタノール・酢酸溶液(酢酸濃度約1重量%)に注ぎ、よく撹拌してポリマー先駆体を沈殿させた。このとき、銅イオンによって溶液は青色に着色する。   After completion of heating, the solution was cooled to room temperature, the system was opened, 10 ml of acetic acid was added to neutralize the amine ligand, and the mixture was stirred well. The solution in the flask was poured into a 6 to 8-fold volume of methanol / acetic acid solution (acetic acid concentration of about 1% by weight) and stirred well to precipitate the polymer precursor. At this time, the solution is colored blue by copper ions.

得られた沈殿を濾過により回収し、沈殿の約5倍の容積のアセトンに溶解した。この溶液をその6〜8倍容のメタノール・酢酸溶液(酢酸濃度約1重量%)に注ぎ、よく撹拌してポリマー先駆体を沈殿させた。この操作を3〜5回繰り返して沈殿を洗浄し、メタノール・酢酸溶液の着色が消色したら、ポリマー先駆体の沈殿を濾過して回収し、室温にて真空乾燥した。   The resulting precipitate was collected by filtration and dissolved in approximately 5 times the volume of acetone as the precipitate. This solution was poured into a 6-8 volume methanol / acetic acid solution (acetic acid concentration of about 1% by weight) and stirred well to precipitate the polymer precursor. This operation was repeated 3 to 5 times to wash the precipitate, and when the coloring of the methanol / acetic acid solution disappeared, the precipitate of the polymer precursor was collected by filtration and dried in vacuum at room temperature.

理論上、このポリマー先駆体は、化3式に示した構造のスターポリマーであり、アーム部はポリアクリル酸メチルであり、アーム部の末端は−C−Br基となっている。このポリマー前駆体は、ポリスチレン換算で数平均分子量(Mn)=71,300、PDI=1.60であった。   Theoretically, this polymer precursor is a star polymer having the structure shown in Formula 3, the arm portion is polymethyl acrylate, and the end of the arm portion is a -C-Br group. This polymer precursor had a number average molecular weight (Mn) = 71,300 and PDI = 1.60 in terms of polystyrene.

このポリマー先駆体を1H-NMR(JOEL GSX、400MHz、重水素化クロロホルム、19.7℃)にて解析した。コア部に−C−Br基が結合している場合、そのピークは4.56ppm(文献値)近傍に現れる。一方、アーム部の末端に結合している−C−Br基のピークは、4.56ppmより僅かに低い位置に現れる。したがってこの二つのピークの面積比から、アーム部の数を算出することができる。   This polymer precursor was analyzed by 1H-NMR (JOEL GSX, 400 MHz, deuterated chloroform, 19.7 ° C.). When the -C-Br group is bonded to the core, the peak appears in the vicinity of 4.56 ppm (document value). On the other hand, the peak of the -C-Br group bonded to the end of the arm part appears at a position slightly lower than 4.56 ppm. Therefore, the number of arm portions can be calculated from the area ratio of these two peaks.

コア部に結合している−C−Br基のピーク面積は1.00であり、アーム部の末端に結合している−C−Br基のピーク面積は9.56であったので、アーム部の本数は[9.56/(9.56+1.00)]×6=5.43と算出された。つまり一つのコア部から延びるアーム部の本数は平均5.43本であり、一つのコア部から延びるアーム部の本数が6本の、化3式に示した構造のスターポリマーが必ず含まれていることがわかった。アーム部は、それぞれ数平均分子量(Mn)が79,900であった。   Since the peak area of -C-Br group bonded to the core part was 1.00 and the peak area of -C-Br group bonded to the end of the arm part was 9.56, the number of arm parts was [ 9.56 / (9.56 + 1.00)] × 6 = 5.43. In other words, the average number of arm parts extending from one core part is 5.43, and the number of arm parts extending from one core part is 6, and the star polymer with the structure shown in Formula 3 must be included. I understood. Each arm part had a number average molecular weight (Mn) of 79,900.

しかし化4式に示したように、コア部にアーム部が結合していない炭素原子をもつものもあり、その炭素原子にはメチレン基を介して臭素基が結合している。   However, as shown in the chemical formula 4, there are those having a carbon atom to which the arm part is not bonded to the core part, and a bromine group is bonded to the carbon atom via a methylene group.

次に、キシレン37gと2-プロパノール3.6gと、上記のポリマー先駆体20gと、スチレンモノマー30gと、アミン系配位子としてのトリス2-ジメチルアミノエチルアミン0.25gと、をナス型フラスコに入れ、よく撹拌した後、静置した。さらに臭化銅(I)0.14gを加えた後、減圧雰囲気下においてフラスコ内の溶液を撹拌しながら110℃に加熱し、溶液が緑色に変色したことを確認後、さらに2時間加熱撹拌した。なお反応雰囲気は、減圧雰囲気のみならず、窒素ガス雰囲気、アルゴンガス雰囲気など非酸化性雰囲気であればよい。   Next, 37 g of xylene, 3.6 g of 2-propanol, 20 g of the above polymer precursor, 30 g of styrene monomer, and 0.25 g of tris 2-dimethylaminoethylamine as an amine-based ligand were placed in an eggplant type flask, After stirring well, it was allowed to stand. Further, 0.14 g of copper (I) bromide was added, and the solution in the flask was heated to 110 ° C. with stirring in a reduced-pressure atmosphere. After confirming that the solution had turned green, the mixture was further stirred with heating for 2 hours. Note that the reaction atmosphere is not limited to a reduced pressure atmosphere, but may be a non-oxidizing atmosphere such as a nitrogen gas atmosphere or an argon gas atmosphere.

このとき臭化銅(I)はアーム部の末端から臭素を預かって、アーム部には炭素ラジカルが生成し、系内に存在するスチレンモノマーの重合が始まる。生長ラジカルは再び臭素と結合して、末端にC-Br結合を有する高分子となる。このC-Br結合の臭素原子は、再び臭化銅(I)へ移り、生長反応が継続するため分子量が時間とともに増大する。   At this time, copper (I) bromide deposits bromine from the end of the arm part, carbon radicals are generated in the arm part, and polymerization of the styrene monomer present in the system begins. The growing radical is again bonded to bromine and becomes a polymer having a C-Br bond at the terminal. The bromine atom of this C—Br bond moves again to copper (I) bromide, and the growth reaction continues, so the molecular weight increases with time.

加熱終了後、溶液を室温まで冷却し、系を開いて酢酸10mlを加えてアミン系配位子を中和し、よく撹拌した。フラスコ内の溶液を6〜8倍容のメタノール・酢酸溶液(酢酸濃度約1重量%)に注ぎ、よく撹拌してポリマー前駆体を沈殿させた。このとき、銅イオンによって溶液は青色に着色する。   After completion of heating, the solution was cooled to room temperature, the system was opened, 10 ml of acetic acid was added to neutralize the amine ligand, and the mixture was stirred well. The solution in the flask was poured into a 6 to 8-fold volume of methanol / acetic acid solution (acetic acid concentration: about 1% by weight) and stirred well to precipitate the polymer precursor. At this time, the solution is colored blue by copper ions.

得られた沈殿を濾過により回収し、沈殿の約5倍の容積のアセトンに溶解した。この溶液をその6〜8倍容のメタノール・酢酸溶液(酢酸濃度約1重量%)に注ぎ、よく撹拌してポリマー前駆体を沈殿させた。この操作を3〜5回繰り返して沈殿を洗浄し、メタノール・酢酸溶液の着色が消色したら、ポリマー前駆体の沈殿を濾過して回収し、室温にて真空乾燥した。   The resulting precipitate was collected by filtration and dissolved in approximately 5 times the volume of acetone as the precipitate. This solution was poured into a methanol / acetic acid solution of 6 to 8 times its volume (acetic acid concentration: about 1% by weight) and stirred well to precipitate the polymer precursor. This operation was repeated 3 to 5 times to wash the precipitate, and when the coloring of the methanol / acetic acid solution disappeared, the precipitate of the polymer precursor was collected by filtration and vacuum dried at room temperature.

このポリマー前駆体を1H-NMR(JOEL GSX、400MHz、重水素化クロロホルム、19.7℃)にて解析したところ、カルボキシメチル基に同定されるピークと、ポリスチレンに同定されるピークとが観察された。したがって理論上、このポリマー前駆体は化8式に示す構造を主とするスターポリマーであり、アーム部はポリアクリル酸メチルブロックとポリスチレンブロックとからなり、アーム部の末端は−C−Br基となっている。   When this polymer precursor was analyzed by 1H-NMR (JOEL GSX, 400 MHz, deuterated chloroform, 19.7 ° C.), a peak identified as a carboxymethyl group and a peak identified as polystyrene were observed. Therefore, theoretically, this polymer precursor is a star polymer mainly having a structure represented by the chemical formula (8), the arm portion is composed of a polymethyl acrylate block and a polystyrene block, and the end of the arm portion is a -C-Br group. It has become.

Figure 2013118231
Figure 2013118231

なおベンゼン環にメチレン基を介して結合していた臭素基も反応に寄与し、ベンゼン環にメチレン基を介してポリスチレンブロックが形成されている可能性もある。   A bromine group bonded to the benzene ring via a methylene group also contributes to the reaction, and a polystyrene block may be formed on the benzene ring via the methylene group.

このポリマー前駆体は、ポリスチレン換算で数平均分子量(Mn)=1,240,000、PDI=1.95であり、アーム部は、それぞれ数平均分子量(Mn)が526,000であった。また各アーム部におけるポリアクリル酸メチルブロックの数平均分子量(Mn)は79,900であり、ポリスチレンブロックの数平均分子量(Mn)は22,500であった。NMRから求めたこのポリマー前駆体中のポリスチレンは18.6mol%であった。   This polymer precursor had a number average molecular weight (Mn) of 1,240,000 and PDI = 1.95 in terms of polystyrene, and the arm portions each had a number average molecular weight (Mn) of 526,000. The number average molecular weight (Mn) of the polymethyl acrylate block in each arm part was 79,900, and the number average molecular weight (Mn) of the polystyrene block was 22,500. The polystyrene in this polymer precursor determined from NMR was 18.6 mol%.

次に、得られたポリマー前駆体25.0gを100mlのベンゼンに溶解し、水酸化カリウム水溶液(KOH:78.2g、水150ml)を徐々に加え、その溶液を撹拌しながら室温で3日間放置した。静置したときにベンゼン相と水相とが共に透明になれば反応終了と判断した。反応終了後、水相を分離回収し、硝酸水溶液を添加してpHを3以下とした。セルロースチューブを用い、得られた酸性水溶液を蒸留水によって3日から1週間透析した。透析後の水溶液をフリーズドライ法で乾燥し、ポリマー粉末を得た。   Next, 25.0 g of the obtained polymer precursor was dissolved in 100 ml of benzene, an aqueous potassium hydroxide solution (KOH: 78.2 g, water 150 ml) was gradually added, and the solution was allowed to stand at room temperature for 3 days with stirring. The reaction was judged to be complete when both the benzene phase and the aqueous phase became transparent when allowed to stand. After completion of the reaction, the aqueous phase was separated and recovered, and an aqueous nitric acid solution was added to adjust the pH to 3 or less. The obtained acidic aqueous solution was dialyzed with distilled water for 3 days to 1 week using a cellulose tube. The aqueous solution after dialysis was dried by freeze drying to obtain a polymer powder.

得られたポリマーは、ポリアクリル酸メチルブロックのエステル基が加水分解されてカルボキシル基となっている。したがってアーム部はポリアクリル酸ブロックとポリスチレンブロックとからなり、アーム部の末端には水酸基が結合した図11に示す構造のスターポリマーを多く含む。   In the obtained polymer, ester groups of polymethyl acrylate blocks are hydrolyzed to become carboxyl groups. Therefore, the arm part is composed of a polyacrylic acid block and a polystyrene block, and contains many star polymers having a structure shown in FIG.

<試験例>
実施例1及び実施例5のポリマーを、濃度50質量%となるようにN-メチル-2-ピロリドン(NMP)又は蒸留水と混合し、溶解性を目視で判定した。結果を表1に示す。なお完全に溶解して透明な溶液であったものを○とし、白濁又は沈殿が生じたものを×と評価した。
<Test example>
The polymers of Example 1 and Example 5 were mixed with N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) or distilled water so as to have a concentration of 50% by mass, and the solubility was visually determined. The results are shown in Table 1. In addition, what was completely melt | dissolved and was a transparent solution was set as (circle), and the thing in which cloudiness or precipitation produced was evaluated as x.

Figure 2013118231
Figure 2013118231

表より実施例5のスターポリマーはN-メチル-2-ピロリドン(NMP)への溶解性に優れ、これはアーム部にポリスチレンブロックを含むことに起因することが明らかである。   From the table, it is clear that the star polymer of Example 5 is excellent in solubility in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), which is caused by including a polystyrene block in the arm part.

<リチウムイオン二次電池用負極の作製>
実施例5のスターポリマー粉末を、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)又は蒸留水に濃度10質量%となるように溶解し、バインダ溶液を調製した。
<Preparation of negative electrode for lithium ion secondary battery>
The star polymer powder of Example 5 was dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) or distilled water to a concentration of 10% by mass to prepare a binder solution.

SiO粉末(シグマ・アルドリッチ・ジャパン社製、平均粒径5μm)を900℃で2時間熱処理し、平均粒径5μmのSiO粉末を調製した。この熱処理によって、SiとOとの比が概ね1:1の均質な固体の一酸化ケイ素SiOであれば、固体の内部反応によりSi相とSiO相の二相に分離する。分離して得られるSi相は非常に微細である。SiO powder (manufactured by Sigma-Aldrich Japan, average particle size 5 μm) was heat-treated at 900 ° C. for 2 hours to prepare SiO x powder having an average particle size of 5 μm. By this heat treatment, if silicon monoxide SiO is a homogeneous solid having a ratio of Si to O of approximately 1: 1, it is separated into two phases of Si phase and SiO 2 phase by solid internal reaction. The Si phase obtained by separation is very fine.

得られたSiO粉末50質量部と、天然黒鉛粉末37質量部と、ケッチェンブラック3質量部と、バインダ溶液100質量部(スターポリマーとして10質量部)とを混合してスラリーを調製した。50 parts by mass of the obtained SiO x powder, 37 parts by mass of natural graphite powder, 3 parts by mass of ketjen black, and 100 parts by mass of a binder solution (10 parts by mass as a star polymer) were mixed to prepare a slurry.

このスラリーを、厚さ20μmの電解銅箔(集電体)の表面にドクターブレードを用いて塗布し、銅箔上に負極活物質層を形成した。その後、ロールプレス機により、集電体と負極活物質層を強固に密着接合させた。これを100℃で3時間真空乾燥し、負極活物質層の厚さが16μmの負極を形成した。   This slurry was applied to the surface of an electrolytic copper foil (current collector) having a thickness of 20 μm using a doctor blade to form a negative electrode active material layer on the copper foil. Thereafter, the current collector and the negative electrode active material layer were firmly and closely joined by a roll press. This was vacuum-dried at 100 ° C. for 3 hours to form a negative electrode having a negative electrode active material layer thickness of 16 μm.

<付着性試験>
カッターナイフを用いて負極活物質層に1mm間隔で100個の碁盤目を刻み、セロハンテープを貼り付けて引き剥がす碁盤目付着性試験(JIS K5400-8.5)を行った。その結果、100マス全てで負極活物質層の剥離は全く認められず、実施例5のスターポリマーからなるバインダは銅箔への付着性に優れ、且つSiO粉末、天然黒鉛粉末、ケッチェンブラックの結着性に優れている。
<Adhesion test>
A grid adhesion test (JIS K5400-8.5) was performed in which 100 grids were cut into the negative electrode active material layer at intervals of 1 mm using a cutter knife, and cellophane tape was applied and peeled off. As a result, no peeling of the negative electrode active material layer was observed at all 100 masses, and the binder made of the star polymer of Example 5 was excellent in adhesion to the copper foil, and the SiO x powder, natural graphite powder, ketjen black Excellent binding properties.

<正極の作製>
正極活物質としてのLi[Mn1/3Ni1/3Co1/3]Oと、導電助剤としてのアセチレンブラック(AB)と、バインダ樹脂としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを混合し、スラリー状の正極合材を調製した。スラリー中の各成分(固形分)の組成比は、Li[Mn1/3Ni1/3Co1/3]O:AB:PVdF=93:3:4(質量比)であった。このスラリーを集電体に塗布し、集電体上に正極合材層を積層形成した。具体的には、ドクターブレードを用いてこのスラリーを厚さ20μmのアルミニウム箔(集電体)の表面に塗布した。
<Preparation of positive electrode>
Li [Mn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 ] O 2 as a positive electrode active material, acetylene black (AB) as a conductive additive, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder resin are mixed. A slurry-like positive electrode mixture was prepared. The composition ratio of each component (solid content) in the slurry was Li [Mn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 ] O 2 : AB: PVdF = 93: 3: 4 (mass ratio). This slurry was applied to a current collector, and a positive electrode mixture layer was laminated on the current collector. Specifically, this slurry was applied to the surface of an aluminum foil (current collector) having a thickness of 20 μm using a doctor blade.

その後、80℃で20分間乾燥し、正極合材中から有機溶媒を揮発させて除去した。乾燥後、ロールプレス機により、電極密度を調整した。これを真空乾燥炉にて120℃で6時間加熱硬化させて、集電体の上層に厚さ50μm程度の正極合材層が積層されてなる正極を得た。   Thereafter, drying was performed at 80 ° C. for 20 minutes, and the organic solvent was volatilized and removed from the positive electrode mixture. After drying, the electrode density was adjusted with a roll press. This was heat-cured at 120 ° C. for 6 hours in a vacuum drying furnace to obtain a positive electrode in which a positive electrode mixture layer having a thickness of about 50 μm was laminated on the upper layer of the current collector.

<リチウムイオン二次電池の作製>
正極を30mm×25mm、負極を31mm×26mmに裁断し、ラミネートフィルムで収容した。この正極および負極の間に、セパレータとしてポリプロピレン樹脂からなる矩形状シート(40mm×40mm角、厚さ30μm)を挟装して極板群とした。この極板群を二枚一組のラミネートフィルムで覆い、三辺をシールした後、袋状となったラミネートフィルムに下記の電解液を注入した。その後、残りの一辺をシールすることで、四辺が気密にシールされ、極板群および電解液が密閉されたラミネートセルを得た。電解液にはEC(エチレンカーボネート)、MEMC(メチルエチルカーボネート)、DMC(ジメチルカーボネート)=3:3:4(体積比)の混合溶液にLiPFを1モル/Lとなる濃度で溶解したものを用いた。正極及び負極は外部と電気的に接続可能なタブを備え、このタブの一部はラミネートセルの外側に延出した。以上の工程で、単層ラミネートセルのリチウムイオン二次電池を得た。リチウムイオン二次電池は、同じ物を3個作製した。
<Production of lithium ion secondary battery>
The positive electrode was cut into 30 mm × 25 mm and the negative electrode was cut into 31 mm × 26 mm, and accommodated with a laminate film. A rectangular sheet (40 mm × 40 mm square, thickness 30 μm) made of polypropylene resin as a separator was sandwiched between the positive electrode and the negative electrode to form an electrode plate group. The electrode plate group was covered with a set of two laminated films, and the three sides were sealed. Then, the following electrolytic solution was injected into the bag-like laminated film. Thereafter, the remaining one side was sealed to obtain a laminate cell in which the four sides were hermetically sealed and the electrode plate group and the electrolyte were sealed. The electrolyte is a solution of EC (ethylene carbonate), MEMC (methyl ethyl carbonate), DMC (dimethyl carbonate) = 3: 3: 4 (volume ratio) dissolved in a concentration of 1 mol / L of LiPF 6 Was used. The positive electrode and the negative electrode were each provided with a tab that could be electrically connected to the outside, and a part of this tab extended outside the laminate cell. Through the above steps, a lithium ion secondary battery of a single-layer laminate cell was obtained. Three lithium ion secondary batteries were made of the same.

<評価試験>
実施例5のリチウムイオン二次電池を用い、測定温度25℃、0.2CのCCCV充電(定電流定電圧充電)の条件下において4.2Vで充電し、1/3CのCC放電容量を測定した。結果を図12に示す。図12から実施例5のスターポリマーを負極用バインダとして用いたリチウムイオン電池は、電池として機能することがわかる。
<Evaluation test>
Using the lithium ion secondary battery of Example 5, the battery was charged at 4.2 V under the conditions of a CCCV charge (constant current constant voltage charge) at a measurement temperature of 25 ° C. and 0.2 C, and a 1/3 C CC discharge capacity was measured. The results are shown in FIG. It can be seen from FIG. 12 that the lithium ion battery using the star polymer of Example 5 as the negative electrode binder functions as a battery.

本発明のポリマーは、非水系二次電池の負極用バインダばかりでなく、非水系二次電池の正極用バインダ、塗料、接着剤、蓄電装置の電極用バインダなどにも用いることができる。   The polymer of the present invention can be used not only for a binder for a negative electrode of a non-aqueous secondary battery but also for a binder for a positive electrode of a non-aqueous secondary battery, a coating material, an adhesive, and a binder for an electrode of a power storage device.

1:コア部 2:アーム部 3:水酸基 4:メチル基
20:ポリアクリル酸ブロック 21:ポリスチレンブロック
1: Core part 2: Arm part 3: Hydroxyl group 4: Methyl group
20: Polyacrylic acid block 21: Polystyrene block

Claims (22)

コア部と、該コア部から伸びるポリマー鎖からなるアーム部とを有するポリマーであって、
該コア部は四員環以上の環構造を有し、該アーム部はカルボキシル基を有する酸モノマーの重合体からなり、該アーム部は3本以上であり該コア部の前記環構造を構成する3個以上の炭素原子からそれぞれ伸び、それぞれの該アーム部の一端は該コア部の前記環構造を構成する該炭素原子に単結合あるいはエーテル基、エステル基、カルボニル基、アルキレン基又はこれらを組み合わせた二価の基を介して結合していることを特徴とするポリマー。
A polymer having a core part and an arm part made of a polymer chain extending from the core part,
The core part has a ring structure of a four-membered ring or more, the arm part is composed of a polymer of an acid monomer having a carboxyl group, and the arm part is three or more and constitutes the ring structure of the core part. Each arm extends from 3 or more carbon atoms, and one end of each arm part is a single bond or an ether group, an ester group, a carbonyl group, an alkylene group, or a combination of these to the carbon atoms constituting the ring structure of the core part A polymer characterized by being bonded via a divalent group.
前記アーム部は3本であり前記コア部の前記環構造を構成する3個の炭素原子からそれぞれ伸びている請求項1に記載のポリマー。   2. The polymer according to claim 1, wherein the number of the arm portions is three and each extends from three carbon atoms constituting the ring structure of the core portion. 前記アーム部は前記コア部の前記環構造を構成する全ての炭素原子からそれぞれ伸びている請求項1に記載のポリマー。   2. The polymer according to claim 1, wherein the arm part extends from all the carbon atoms constituting the ring structure of the core part. 前記環構造はベンゼン環を含む請求項1〜3のいずれかに記載のポリマー。   4. The polymer according to claim 1, wherein the ring structure includes a benzene ring. 少なくとも1本の前記アーム部はポリアクリル酸骨格を含む請求項1〜4のいずれかに記載のポリマー。   The polymer according to any one of claims 1 to 4, wherein at least one of the arm portions includes a polyacrylic acid skeleton. 少なくとも1本の前記アーム部の数平均分子量(Mn)は1,000〜100,000の範囲にある請求項5に記載のポリマー。   6. The polymer according to claim 5, wherein the number average molecular weight (Mn) of at least one of the arm portions is in the range of 1,000 to 100,000. 前記アーム部のカルボキシル基と共に高分子錯体を形成する遷移金属イオンを含む請求項1〜6のいずれかに記載のポリマー。   7. The polymer according to claim 1, comprising a transition metal ion that forms a polymer complex together with the carboxyl group of the arm part. 前記遷移金属イオンは銅イオンである請求項7に記載のポリマー。   8. The polymer according to claim 7, wherein the transition metal ion is a copper ion. FT-IRスペクトルにおいて1540cm−1付近にピークをもつ請求項8に記載のポリマー。9. The polymer according to claim 8, which has a peak in the vicinity of 1540 cm −1 in the FT-IR spectrum. 前記アーム部はカルボキシル基を有する酸モノマーの重合体とスチレンの重合体とからなり、スチレンの重合体が少なくとも1本の該アーム部の少なくとも一部に含まれている請求項1〜6のいずれかに記載のポリマー。   The arm part is composed of a polymer of an acid monomer having a carboxyl group and a polymer of styrene, and the polymer of styrene is contained in at least a part of at least one of the arm parts. A polymer according to the above. 前記スチレンの重合体は前記アーム部のそれぞれの末端側に形成されている請求項10に記載のポリマー。   11. The polymer according to claim 10, wherein the polymer of styrene is formed on each terminal side of the arm portion. 請求項1〜11のいずれか1項に記載のポリマーを含むことを特徴とする蓄電装置用のバインダ。   A binder for a power storage device comprising the polymer according to any one of claims 1 to 11. 請求項3に記載のポリマーの製造方法であって、
t-ブチル基をもちラジカル発生可能な共役モノマーと、四環以上の環構造と該環構造を構成する炭素原子の全てにアルキル基を介して結合したハロゲン基とからなる母体骨格化合物と、アミン系配位子と、を溶媒に溶解し、加熱によって活性ハロゲンを生成する金属ハロゲン化物を加えて加熱することでリビングラジカル重合する重合工程と、
得られた反応液に酸とアルコールを加えて該アミン系配位子を中和するとともに沈殿物を析出させる沈殿工程と、
該沈殿物を洗浄・濾過し乾燥してポリマー前駆体を得る濾過工程と、
該ポリマー前駆体を有機溶媒に溶解し蟻酸を加えて加水分解する反応停止工程と、
得られた混合物の水相を洗浄した後乾燥する精製工程と、からなることを特徴とするポリマーの製造方法。
A method for producing a polymer according to claim 3,
a conjugated monomer having a t-butyl group and capable of generating a radical; a parent skeleton compound comprising a ring structure having four or more rings and a halogen group bonded to all of the carbon atoms constituting the ring structure via an alkyl group; and an amine A polymerization step of dissolving a system ligand in a solvent, adding a metal halide that generates an active halogen by heating, and heating to perform radical polymerization;
A precipitation step of adding acid and alcohol to the obtained reaction solution to neutralize the amine-based ligand and depositing a precipitate;
A filtration step of washing, filtering and drying the precipitate to obtain a polymer precursor;
A reaction stopping step in which the polymer precursor is dissolved in an organic solvent and hydrolyzed by adding formic acid;
And a purification step of washing and drying the aqueous phase of the obtained mixture.
前記共役モノマーはt-ブチルアクリレートである請求項13に記載のポリマーの製造方法。   14. The method for producing a polymer according to claim 13, wherein the conjugated monomer is t-butyl acrylate. 前記母体骨格化合物はヘキサキス(ブロモメチル)ベンゼンである請求項13又は請求項14に記載のポリマーの製造方法。   15. The method for producing a polymer according to claim 13, wherein the host skeleton compound is hexakis (bromomethyl) benzene. 前記アミン系配位子はトリス2-ジメチルアミノエチルアミンである請求項13〜15のいずれかに記載のポリマーの製造方法。   16. The method for producing a polymer according to claim 13, wherein the amine-based ligand is tris 2-dimethylaminoethylamine. 前記金属ハロゲン化物は臭化銅(I)である請求項13〜16のいずれかに記載のポリマーの製造方法。   17. The method for producing a polymer according to claim 13, wherein the metal halide is copper (I) bromide. 請求項3〜11のいずれかに記載のポリマーをバインダとして含む電極を備えたことを特徴とする蓄電装置。   A power storage device comprising an electrode containing the polymer according to any one of claims 3 to 11 as a binder. 前記電極は前記バインダが含まれる活物質層を有し、前記蓄電装置は非水系二次電池である請求項18に記載の蓄電装置。   19. The power storage device according to claim 18, wherein the electrode has an active material layer containing the binder, and the power storage device is a non-aqueous secondary battery. 前記活物質層は負極活物質層であり、前記電極は負極である請求項19に記載の蓄電装置。   20. The power storage device according to claim 19, wherein the active material layer is a negative electrode active material layer, and the electrode is a negative electrode. 前記活物質層には、SiO(0.3≦x≦1.6)で表されるケイ素酸化物を含む請求項20に記載の蓄電装置。21. The power storage device according to claim 20, wherein the active material layer includes a silicon oxide represented by SiO x (0.3 ≦ x ≦ 1.6). 前記負極にはリチウムがプリドーピングされている請求項15又は請求項21に記載の蓄電装置。   22. The power storage device according to claim 15 or claim 21, wherein the negative electrode is predoped with lithium.
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