JPWO2019004216A1 - Binder composition for electrochemical device electrode, slurry composition for electrochemical device electrode, electrode for electrochemical device, electrochemical device, and method for producing electrode for electrochemical device - Google Patents

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Abstract

本発明は、電極合材層を容易に高密度化しつつ、当該電極合材層を集電体に強固に密着させうる電気化学素子電極用バインダー組成物の提供を目的とする。本発明のバインダー組成物は、重合体を含有する電気化学素子電極用バインダー組成物であって、前記重合体が、ニトリル基含有単量体単位と、少なくとも2種の脂肪族共役ジエン単量体単位とを含む。It is an object of the present invention to provide a binder composition for an electrochemical device electrode, which allows the electrode mixture layer to be easily densified and firmly adhered to the current collector. The binder composition of the present invention is a binder composition for electrochemical device electrodes containing a polymer, wherein the polymer is a nitrile group-containing monomer unit and at least two aliphatic conjugated diene monomers. Including units and.

Description

本発明は、電気化学素子電極用バインダー組成物、電気化学素子電極用スラリー組成物、電気化学素子用電極、および電気化学素子、並びに電気化学素子用電極の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a binder composition for an electrochemical device electrode, a slurry composition for an electrochemical device electrode, an electrode for an electrochemical device, an electrochemical device, and a method for producing an electrode for an electrochemical device.

リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタなどの電気化学素子は、小型で軽量、且つ、エネルギー密度が高く、更に繰り返し充放電が可能という特性があり、幅広い用途に使用されている。   BACKGROUND ART Electrochemical devices such as lithium-ion secondary batteries and electric double layer capacitors are small and lightweight, have high energy density, and can be repeatedly charged and discharged, and are used in a wide range of applications.

ここで、例えばリチウムイオン二次電池用の電極は、通常、集電体と、集電体上に形成された電極合材層(正極合材層または負極合材層)とを備えている。そして、この電極合材層は、例えば、電極活物質と、結着材を含むバインダー組成物などとを含むスラリー組成物を集電体上に塗布し、塗布したスラリー組成物を乾燥させることにより形成される。   Here, for example, an electrode for a lithium ion secondary battery usually includes a current collector and an electrode mixture layer (a positive electrode mixture layer or a negative electrode mixture layer) formed on the current collector. Then, the electrode mixture layer is formed, for example, by applying a slurry composition containing an electrode active material and a binder composition containing a binder on a current collector, and drying the applied slurry composition. It is formed.

そこで、近年では、電気化学素子の更なる性能の向上を達成すべく、電極合材層の形成に用いられるバインダー組成物の改良が試みられている(例えば、特許文献1および2参照)。
特許文献1では、結着材として、水素添加されたカルボキシ変性ゴムを用いてリチウムイオン二次電池用負極を作製することで、負極剥離強度を高めて、リチウムイオン二次電池のハイレート放電特性およびサイクル特性を向上させている。
特許文献2では、結着材としてカルボキシ変性ゴムを用い、且つ分散剤として塩基を用いて電池用電極板を作製することで、当該電池用電極板の剥離強度を高めて、電池のサイクル特性を向上させている。
Therefore, in recent years, attempts have been made to improve the binder composition used for forming the electrode mixture layer in order to further improve the performance of the electrochemical device (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
In Patent Document 1, by using a hydrogenated carboxy-modified rubber as a binder to manufacture a negative electrode for a lithium-ion secondary battery, the negative electrode peel strength is increased, and high-rate discharge characteristics of the lithium-ion secondary battery and Improves cycle characteristics.
In Patent Document 2, a carboxy-modified rubber is used as a binder, and a base is used as a dispersant to produce a battery electrode plate, thereby enhancing the peel strength of the battery electrode plate and improving the cycle characteristics of the battery. Is improving.

特開平11−111268号公報JP-A-11-111268 特開2013−89528号公報JP, 2013-89528, A

ここで近年、電気化学素子には、一層の高容量化が求められている。電気化学素子の容量を高めるためには、集電体上の電極合材層が高密度化および高膜厚化された電極を用いる手法が有効である。しかしながら、上記従来のバインダー組成物を用いて電極合材層を形成するに際し、電極合材層の高密度化を達成すべくプレス処理を行っても、十分な高密度化を達成することは困難であった。
また、上記従来のバインダー組成物を用いて電極合材層を形成するに際し、電極合材層を高膜厚化すると、電極合材層に含まれる電極活物質等の成分が電極合材層から脱離し易くなるという問題もあった。このような電極合材層を備える電極を用いると、電気化学素子のサイクル特性が損なわれる虞がある。
すなわち、上記従来のバインダー組成物には、電極合材層を容易に高密度化すると共に、電極合材層を集電体に強固に密着させるという点において、改善の余地があった。
Here, in recent years, electrochemical devices have been required to have a higher capacity. In order to increase the capacity of the electrochemical device, it is effective to use an electrode in which the electrode mixture layer on the current collector has a high density and a high film thickness. However, when forming the electrode mixture layer using the above conventional binder composition, it is difficult to achieve sufficient densification even if press treatment is performed to achieve high density of the electrode mixture layer. Met.
Further, when forming the electrode mixture layer using the above-mentioned conventional binder composition, when the electrode mixture layer is made thicker, the components such as the electrode active material contained in the electrode mixture layer are separated from the electrode mixture layer. There was also a problem that it became easy to detach. When an electrode including such an electrode mixture layer is used, the cycle characteristics of the electrochemical device may be impaired.
That is, the above-mentioned conventional binder composition has room for improvement in that the electrode mixture layer can be easily densified and the electrode mixture layer can be firmly adhered to the current collector.

そこで、本発明は、電極合材層を容易に高密度化しつつ、当該電極合材層を集電体に強固に密着させうる電気化学素子電極用バインダー組成物および電気化学素子電極用スラリー組成物を提供することを目的とする。
また、本発明は、電気化学素子を高容量化しうり、且つ当該電気化学素子に優れたサイクル特性を発揮させうる電気化学素子用電極および当該電気化学素子用電極の製造方法を提供することを目的とする。
更に、本発明は、高容量であると共に、サイクル特性に優れる電気化学素子を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention provides a binder composition for an electrochemical element electrode and a slurry composition for an electrochemical element electrode, which can firmly adhere the electrode mixture layer to a current collector while easily densifying the electrode mixture layer. The purpose is to provide.
Another object of the present invention is to provide an electrode for an electrochemical device and a method for producing the electrode for an electrochemical device, which can increase the capacity of the electrochemical device and can exhibit excellent cycle characteristics in the electrochemical device. And
Another object of the present invention is to provide an electrochemical device having a high capacity and excellent cycle characteristics.

本発明者は、上記課題を解決することを目的として鋭意検討を行った。そして、本発明者は、結着材として、ニトリル基含有単量体と、少なくとも2種の脂肪族共役ジエン単量体を重合して得られる重合体を含有するバインダー組成物を用いれば、高密度であると共に集電体に強固に密着し得る電極合材層を形成可能であることを見出し、本発明を完成させた。   The present inventor has conducted earnest studies for the purpose of solving the above problems. Then, the inventor of the present invention, if a binder composition containing a nitrile group-containing monomer and a polymer obtained by polymerizing at least two kinds of aliphatic conjugated diene monomers is used as a binder, The present invention has been completed by finding that it is possible to form an electrode mixture layer that has a high density and can firmly adhere to a current collector.

即ち、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の電気化学素子電極用バインダー組成物は、重合体を含有する電気化学素子電極用バインダー組成物であって、前記重合体が、ニトリル基含有単量体単位と、少なくとも2種の脂肪族共役ジエン単量体単位とを含むことを特徴とする。上述の組成を有する重合体を含有するバインダー組成物を用いれば、電極合材層を容易に高密度化しつつ、当該電極合材層を集電体に強固に密着させることができる。そして、上述の組成を有する重合体を含有するバインダー組成物を用いて得られる電極合材層を備える電極を使用すれば、電気化学素子を高容量化しうり、且つ電気化学素子に優れたサイクル特性を発揮させることができる。
なお、本発明において、「単量体単位を含む」とは、「その単量体を用いて得た重合体中に単量体由来の繰り返し単位が含まれている」ことを意味する。
That is, the present invention is intended to advantageously solve the above problems, and the binder composition for electrochemical device electrodes of the present invention is a binder composition for electrochemical device electrodes containing a polymer. The polymer is characterized by containing a nitrile group-containing monomer unit and at least two kinds of aliphatic conjugated diene monomer units. By using the binder composition containing the polymer having the above-described composition, the electrode mixture layer can be easily densified and firmly adhered to the current collector. Then, by using the electrode provided with the electrode mixture layer obtained by using the binder composition containing the polymer having the above-mentioned composition, it is possible to increase the capacity of the electrochemical device, and excellent cycle characteristics for the electrochemical device. Can be demonstrated.
In the present invention, “including a monomer unit” means “a repeating unit derived from a monomer is included in a polymer obtained by using the monomer”.

ここで、本発明の電気化学素子電極用バインダー組成物は、前記脂肪族共役ジエン単量体単位が、炭素原子数5以上12以下の脂肪族共役ジエン単量体単位を含むことが好ましい。重合体が、脂肪族共役ジエン単量体単位として、炭素原子数5以上12以下の脂肪族共役ジエン単量体由来の繰り返し単位を含めば、電極合材層の容易な高密度化および集電体への強固な密着を、更に高いレベルで達成することができる。   Here, in the binder composition for an electrochemical device electrode of the present invention, the aliphatic conjugated diene monomer unit preferably contains an aliphatic conjugated diene monomer unit having 5 to 12 carbon atoms. When the polymer contains, as the aliphatic conjugated diene monomer unit, a repeating unit derived from the aliphatic conjugated diene monomer having 5 to 12 carbon atoms, the electrode composite material layer can be easily densified and the current can be collected. Strong adhesion to the body can be achieved at a higher level.

また、本発明の電気化学素子電極用バインダー組成物は、前記重合体中の前記炭素原子数5以上12以下の脂肪族共役ジエン単量体単位の割合が、1質量%以上50質量%以下であることが好ましい。重合体が上述の割合で炭素原子数5以上12以下の脂肪族共役ジエン単量体単位を含めば、電極合材層の容易な高密度化および集電体への強固な密着を、より一層高いレベルで達成することができる。
なお、本発明において、複数種類の単量体を共重合して製造される重合体において、ある単量体を重合して形成される「単量体単位の割合」は、通常は、その重合体の重合に用いる全単量体に占める当該ある単量体の比率(仕込み比)と一致する。また、本発明において、重合体中における「単量体単位の割合」は、H−NMRおよび13C−NMRなどの核磁気共鳴(NMR)法を用いて測定することができる。
Further, in the binder composition for electrochemical device electrodes of the present invention, the ratio of the aliphatic conjugated diene monomer unit having 5 to 12 carbon atoms in the polymer is 1% by mass to 50% by mass. Preferably there is. When the polymer contains the aliphatic conjugated diene monomer unit having 5 to 12 carbon atoms in the above-mentioned ratio, the electrode mixture layer can be easily densified and firmly adhered to the current collector. Can be achieved at a high level.
In the present invention, in a polymer produced by copolymerizing a plurality of types of monomers, the “ratio of monomer units” formed by polymerizing a certain monomer is usually its weight. This is the same as the ratio (charge ratio) of the certain monomer to all the monomers used for the polymerization of the combined product. Further, in the present invention, the “ratio of monomer units” in the polymer can be measured by using a nuclear magnetic resonance (NMR) method such as 1 H-NMR and 13 C-NMR.

そして、本発明の電気化学素子電極用バインダー組成物は、前記脂肪族共役ジエン単量体単位が、1,3−ブタジエン単位を含むことが好ましい。重合体が、脂肪族共役ジエン単量体単位として、1,3−ブタジエン由来の繰り返し単位を含めば、電極合材層を一層容易に高密度化することができる。   And in the binder composition for electrochemical device electrodes of the present invention, it is preferable that the aliphatic conjugated diene monomer unit includes a 1,3-butadiene unit. When the polymer includes a repeating unit derived from 1,3-butadiene as the aliphatic conjugated diene monomer unit, the electrode composite material layer can be more easily densified.

更に、本発明の電気化学素子電極用バインダー組成物は、前記重合体中の前記1,3−ブタジエン単位の割合が、1質量%以上50質量%以下であることが好ましい。重合体が上述の割合で1,3−ブタジエン単位を含めば、電極合材層の容易な高密度化および集電体への強固な密着を、更に高いレベルで達成することができる。   Furthermore, in the binder composition for an electrochemical device electrode of the present invention, the proportion of the 1,3-butadiene unit in the polymer is preferably 1% by mass or more and 50% by mass or less. When the polymer contains 1,3-butadiene units in the above-mentioned proportion, it is possible to easily attain high density of the electrode mixture layer and firm adhesion to the current collector at a higher level.

ここで、本発明の電気化学素子電極用バインダー組成物は、前記重合体中の前記ニトリル基含有単量体単位の割合が、20質量%以上85質量%以下であることが好ましい。重合体が上述の割合でニトリル基含有単量体単位を含めば、電極合材層の容易な高密度化および集電体への強固な密着を、更に高いレベルで達成することができる。また、重合体の有機溶媒(特には、N−メチルピロリドンなどの極性有機溶媒)に対する親和性が確保され、重合体が有機溶媒に良好に溶解したバインダー組成物を得ることができる。   Here, in the binder composition for an electrochemical device electrode of the present invention, the ratio of the nitrile group-containing monomer unit in the polymer is preferably 20% by mass or more and 85% by mass or less. When the polymer contains the nitrile group-containing monomer unit in the above-mentioned ratio, the electrode mixture layer can be easily densified and firmly adhered to the current collector at a higher level. In addition, the affinity of the polymer for an organic solvent (particularly, a polar organic solvent such as N-methylpyrrolidone) is secured, and a binder composition in which the polymer is well dissolved in the organic solvent can be obtained.

また、本発明の電気化学素子電極用バインダー組成物は、前記脂肪族共役ジエン単量体単位が、炭素原子数5以上12以下の脂肪族共役ジエン単量体単位および1,3−ブタジエン単位を含み、前記重合体中の前記1,3−ブタジエン単位の割合に対する前記炭素原子数5以上12以下の脂肪族共役ジエン単量体単位の割合の比が、0.02以上50以下であることが好ましい。重合体が炭素原子数5以上12以下の脂肪族共役ジエン単量体単位と1,3−ブタジエン単位の双方を含み、且つ重合体中の1,3−ブタジエン単位の割合に対する炭素原子数5以上12以下の脂肪族共役ジエン単量体単位の割合の比が上述の範囲内であれば、電極合材層の容易な高密度化および集電体への強固な密着を、更に高いレベルで達成することができる。   In the binder composition for electrochemical device electrodes of the present invention, the aliphatic conjugated diene monomer unit comprises an aliphatic conjugated diene monomer unit having 5 to 12 carbon atoms and a 1,3-butadiene unit. The ratio of the ratio of the aliphatic conjugated diene monomer unit having 5 to 12 carbon atoms to the ratio of the 1,3-butadiene unit in the polymer is 0.02 to 50. preferable. The polymer contains both an aliphatic conjugated diene monomer unit having 5 or more and 12 or less carbon atoms and a 1,3-butadiene unit, and has 5 or more carbon atoms based on the ratio of 1,3-butadiene units in the polymer. When the ratio of the ratio of the aliphatic conjugated diene monomer units of 12 or less is within the above range, easy densification of the electrode mixture layer and firm adhesion to the current collector are achieved at a higher level. can do.

また、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の電気化学素子電極用スラリー組成物は、電極活物質と、上述した電気化学素子電極用バインダー組成物の何れかとを含むことを特徴とする。このように、上述したバインダー組成物の何れかを含むスラリー組成物を用いて電極合材層を形成すれば、当該電極合材層を容易に高密度化しつつ、集電体に強固に密着させることができる。そして、上述のスラリー組成物を用いて得られる電極合材層を備える電極を使用すれば、電気化学素子を高容量化しうり、且つ電気化学素子に優れたサイクル特性を発揮させることができる。   Moreover, this invention aims at solving the said subject advantageously, and the slurry composition for electrochemical device electrodes of this invention is an electrode active material, and the binder composition for electrochemical device electrodes mentioned above. And any of the above are included. Thus, if the electrode mixture layer is formed using the slurry composition containing any of the binder compositions described above, the electrode mixture layer is easily densified and firmly adhered to the current collector. be able to. When an electrode including an electrode mixture layer obtained by using the above-mentioned slurry composition is used, it is possible to increase the capacity of the electrochemical device and to exhibit excellent cycle characteristics in the electrochemical device.

ここで、本発明の電気化学素子電極用スラリー組成物は、前記電極活物質が、ニッケルを含有する電極活物質であることが好ましい。ニッケルを含有する電極活物質を用いれば、電気化学素子を更に高容量化することができる。   Here, in the slurry composition for electrochemical device electrodes of the present invention, the electrode active material is preferably an electrode active material containing nickel. If the electrode active material containing nickel is used, the capacity of the electrochemical device can be further increased.

また、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の電気化学素子用電極は、上述した電気化学素子電極用スラリー組成物の何れかを用いて形成した電極合材層を備えることを特徴とする。このように、上述したスラリー組成物の何れかを使用すれば、電気化学素子を高容量化しうり、且つ当該電気化学素子に優れたサイクル特性を発揮させうる電極を作製することができる。   Moreover, this invention aims at solving the said subject advantageously, The electrode for electrochemical devices of this invention was formed using any of the slurry compositions for electrochemical device electrodes mentioned above. It is characterized by comprising an electrode mixture layer. As described above, by using any of the above-mentioned slurry compositions, it is possible to produce an electrode which can increase the capacity of an electrochemical device and can exhibit excellent cycle characteristics in the electrochemical device.

また、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の電気化学素子は、上述した電気化学素子用電極を備えることを特徴とする。このように、上述した電気化学素子用電極を使用すれば、高容量であると共にサイクル特性に優れる電気化学素子が得られる。   Moreover, this invention aims at solving the said subject advantageously, and the electrochemical device of this invention is equipped with the electrode for electrochemical devices mentioned above, It is characterized by the above-mentioned. Thus, by using the above-mentioned electrode for electrochemical device, an electrochemical device having high capacity and excellent cycle characteristics can be obtained.

そして、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の電気化学素子用電極の製造方法は、上述した電気化学素子電極用スラリー組成物の何れかを集電体上に塗布する工程と、前記集電体上に塗布された前記電気化学素子電極用スラリー組成物を乾燥して、前記集電体上にプレス前電極合材層を形成する工程と、前記プレス前電極合材層を、500kN/cm以上3000kN/cm以下の線圧でロールプレスして、プレス後電極合材層を得る工程と、を含む。上述したスラリー組成物の何れかを用いる上述した手順を採用すれば、電極合材層を十分に高密度化しつつ、集電体に強固に密着させることができる。
なお、本発明において、「線圧」とは、ロールプレスの際にプレス前電極合材層にかかる荷重(kN)を、プレス前電極合材層の幅(cm)で除して得られる値である。
And this invention aims at solving the said subject advantageously, The manufacturing method of the electrode for electrochemical devices of this invention collects any of the said slurry compositions for electrochemical devices electrodes. A step of applying on a current collector, a step of drying the electrochemical device electrode slurry composition applied on the current collector, to form a pre-press electrode mixture layer on the current collector, Roll-pressing the electrode mixture layer before pressing at a linear pressure of 500 kN / cm or more and 3000 kN / cm or less to obtain an electrode mixture layer after pressing. By adopting the above-mentioned procedure using any of the above-mentioned slurry compositions, the electrode mixture layer can be sufficiently densified and firmly adhered to the current collector.
In the present invention, the "line pressure" is a value obtained by dividing the load (kN) applied to the pre-pressing electrode mixture layer during roll pressing by the width (cm) of the pre-pressing electrode mixture layer. Is.

本発明によれば、電極合材層を容易に高密度化しつつ、当該電極合材層を集電体に強固に密着させうる電気化学素子電極用バインダー組成物および電気化学素子電極用スラリー組成物を提供することができる。
また、本発明によれば、電気化学素子を高容量化しうり、且つ当該電気化学素子に優れたサイクル特性を発揮させうる電気化学素子用電極および当該電気化学素子用電極の製造方法を提供することができる。
更に、本発明によれば、高容量であると共に、サイクル特性に優れる電気化学素子を提供することができる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the binder composition for electrochemical device electrodes and the slurry composition for electrochemical device electrodes which can make the said electrode composite material layer stick firmly to a collector, densifying an electrode composite material layer easily. Can be provided.
Further, according to the present invention, it is possible to provide an electrochemical device electrode having a high capacity and capable of exhibiting excellent cycle characteristics in the electrochemical device, and a method for producing the electrochemical device electrode. You can
Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide an electrochemical device having a high capacity and excellent cycle characteristics.

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
ここで、本発明の電気化学素子電極用バインダー組成物は、本発明の電気化学素子電極用スラリー組成物を調製する際に用いることができる。そして、本発明の電気化学素子電極用バインダー組成物を用いて調製した本発明の電気化学素子電極用スラリー組成物は、例えば、本発明の電気化学素子用電極の製造方法を使用して、本発明の電気化学素子用電極を作製する際に用いることができる。更に、本発明の電気化学素子は、本発明の電気化学素子電極用スラリー組成物を用いて作製した、本発明の電気化学素子用電極を用いたことを特徴とする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
Here, the binder composition for electrochemical device electrodes of the present invention can be used when preparing the slurry composition for electrochemical device electrodes of the present invention. Then, the slurry composition for electrochemical device electrodes of the present invention prepared by using the binder composition for electrochemical device electrodes of the present invention, for example, using the method for producing an electrode for electrochemical device of the present invention, It can be used when producing the electrode for electrochemical device of the invention. Further, the electrochemical device of the present invention is characterized by using the electrode for electrochemical device of the present invention produced by using the slurry composition for electrochemical device electrode of the present invention.

(電気化学素子電極用バインダー組成物)
本発明のバインダー組成物は、重合体を含み、任意に、電気化学素子の電極に配合され得るその他の成分を更に含有する。また、本発明のバインダー組成物は、溶媒を更に含有することができる。ここで、本発明のバインダー組成物に含まれる上記重合体は、ニトリル基含有単量体単位と、少なくとも2種の脂肪族共役ジエン単量体単位とを含む。
そして、本発明のバインダー組成物は、結着材として上述した重合体を含有しているので、当該バインダー組成物を用いて電気化学素子用電極の電極合材層を形成すれば、電極合材層を容易に高密度化しつつ、集電体に強固に密着させることができる。
なお、本発明のバインダー組成物を用いることで、電極合材層の容易な高密度化および集電体への強固な密着を達成可能である理由は定かではないが、以下の通りであると推察される。
即ち、本発明のバインダー組成物に含有される重合体は、ガラス転移温度を低下させて重合体の柔軟性の向上に寄与しうる脂肪族共役ジエン単量体単位を含む。そして、脂肪族共役ジエン単量体単位を、1種単独でなく2種以上の脂肪族共役ジエン単量体を用いて形成することで、重合体は、電極活物質や導電材などの配合成分(特には、炭素系材料)との親和性が高まり、バインダー組成物を用いて調製されるスラリー組成物中において、それらの配合成分を良好に分散させることができる。このように、配合成分が良好に分散したスラリー組成物を集電体上に塗布すれば、高い塗布密度を実現することができる。更に、柔軟性に優れると共に配合成分を良好に分散させうる重合体を含むスラリー組成物によれば、電極合材層の形成に際し、各成分が偏在することがなく、また、例えば比較的低い線圧でロールプレスした場合であっても、得られる電極合材層の密度を十分に高めつつ、当該電極合材層を集電体に良好に密着させることができる。加えて、本発明のバインダー組成物に含有される重合体は、上述した脂肪族共役ジエン単量体単位のみならず、ニトリル基含有単量体単位を含むため、強度に優れる。このように優れた強度を有する重合体は、高い結着性を発揮するため、当該重合体を含むバインダー組成物を用いれば、電極合材層を集電体に強固に密着させることができる。
(Binder composition for electrochemical device electrode)
The binder composition of the present invention contains a polymer, and optionally further contains other components that can be incorporated in the electrode of the electrochemical device. Moreover, the binder composition of the present invention may further contain a solvent. Here, the polymer contained in the binder composition of the present invention includes a nitrile group-containing monomer unit and at least two kinds of aliphatic conjugated diene monomer units.
And since the binder composition of the present invention contains the above-mentioned polymer as the binder, if the electrode composition layer of the electrode for electrochemical device is formed using the binder composition, the electrode mixture material is formed. The layer can be easily densified and firmly adhered to the current collector.
The reason why the electrode composition layer can be easily densified and firmly adhered to the current collector by using the binder composition of the present invention is not clear, but is as follows. Inferred.
That is, the polymer contained in the binder composition of the present invention contains an aliphatic conjugated diene monomer unit that can contribute to improving the flexibility of the polymer by lowering the glass transition temperature. Then, by forming the aliphatic conjugated diene monomer unit not by one kind alone but by using two or more kinds of aliphatic conjugated diene monomers, the polymer is a blending component such as an electrode active material or a conductive material. The affinity with (particularly, the carbon-based material) is increased, and the compounding components thereof can be satisfactorily dispersed in the slurry composition prepared using the binder composition. Thus, by coating the current collector with the slurry composition in which the components are well dispersed, a high coating density can be realized. Furthermore, according to the slurry composition containing the polymer which is excellent in flexibility and can well disperse the blended components, each component does not become unevenly distributed in forming the electrode mixture layer, and, for example, a relatively low line Even when roll-pressing with pressure, the electrode mixture layer can be well adhered to the current collector while sufficiently increasing the density of the obtained electrode mixture layer. In addition, since the polymer contained in the binder composition of the present invention contains not only the above-mentioned aliphatic conjugated diene monomer unit but also the nitrile group-containing monomer unit, it has excellent strength. Since the polymer having such excellent strength exhibits high binding property, the electrode composition layer can be firmly adhered to the current collector by using the binder composition containing the polymer.

<重合体>
重合体は、バインダー組成物を用いて調製したスラリー組成物を使用して電極合材層を形成することにより製造した電極において、電極合材層に含まれる成分が電極合材層から脱離しないように保持する(即ち、結着材として機能する)。
<Polymer>
Polymer is an electrode produced by forming an electrode mixture layer using a slurry composition prepared using a binder composition, the components contained in the electrode mixture layer does not desorb from the electrode mixture layer Hold (ie, function as a binder).

<<重合体の組成>>
重合体は、ニトリル基含有単量体単位を含み、且つ、少なくとも2種の脂肪族共役ジエン単量体単位を含む。すなわち、重合体は、少なくとも1種のニトリル基含有単量体に由来する繰り返し単位と、少なくとも2種の脂肪族共役ジエン単量体に由来する繰り返し単位を含む。
なお、重合体Aは、任意に、ニトリル基含有単量体単位および脂肪族共役ジエン単量体単位以外の繰り返し単位(その他の繰り返し単位)を含むことができる。
<< Polymer Composition >>
The polymer contains a nitrile group-containing monomer unit and at least two kinds of aliphatic conjugated diene monomer units. That is, the polymer contains a repeating unit derived from at least one nitrile group-containing monomer and a repeating unit derived from at least two aliphatic conjugated diene monomers.
The polymer A may optionally contain a repeating unit (other repeating unit) other than the nitrile group-containing monomer unit and the aliphatic conjugated diene monomer unit.

[ニトリル基含有単量体単位]
ニトリル基含有単量体単位を形成し得るニトリル基含有単量体としては、α,β−エチレン性不飽和ニトリル単量体が挙げられる。具体的には、α,β−エチレン性不飽和ニトリル単量体としては、ニトリル基を有するα,β−エチレン性不飽和化合物であれば特に限定されないが、例えば、アクリロニトリル;α−クロロアクリロニトリル、α−ブロモアクリロニトリルなどのα−ハロゲノアクリロニトリル;メタクリロニトリル、α−エチルアクリロニトリルなどのα−アルキルアクリロニトリル;などが挙げられる。これらの中でも、電極合材層を集電体に一層強固に密着させつつ、電気化学素子の出力特性を向上させる観点から、ニトリル基含有単量体としては、アクリロニトリルおよびメタクリロニトリルが好ましい。
なお、ニトリル基含有単量体は、単独で、または、2種以上を組み合わせて用いることができる。
[Nitrile group-containing monomer unit]
Examples of the nitrile group-containing monomer capable of forming the nitrile group-containing monomer unit include α, β-ethylenically unsaturated nitrile monomers. Specifically, the α, β-ethylenically unsaturated nitrile monomer is not particularly limited as long as it is an α, β-ethylenically unsaturated compound having a nitrile group, for example, acrylonitrile; α-chloroacrylonitrile, Examples include α-halogenoacrylonitrile such as α-bromoacrylonitrile; α-alkylacrylonitrile such as methacrylonitrile and α-ethylacrylonitrile. Among these, acrylonitrile and methacrylonitrile are preferable as the nitrile group-containing monomer from the viewpoint of improving the output characteristics of the electrochemical device while further firmly adhering the electrode mixture layer to the current collector.
The nitrile group-containing monomer may be used alone or in combination of two or more kinds.

そして、重合体が含有するニトリル基含有単量体単位の割合は、重合体の全繰り返し単位を100質量%とした場合、20質量%以上であることが好ましく、40質量%以上であることがより好ましく、50質量%以上であることが更に好ましく、60質量%以上であることが特に好ましく、85質量%以下であることが好ましく、80質量%以下であることがより好ましく、75質量%以下であることが更に好ましい。重合体中のニトリル基含有単量体単位の割合が20質量%以上であれば、電極合材層を集電体に一層強固に密着させて、電気化学素子のサイクル特性を更に向上させることができる。加えて、有機溶媒(特には、N−メチルピロリドンなどの極性有機溶媒)に対する重合体の親和性が確保され、重合体が有機溶媒に良好に溶解したバインダー組成物を得ることができる。一方、重合体中のニトリル基含有単量体単位の割合が85質量%以下であれば、ガラス転移温度が過度に高まることもなく、重合体の柔軟性を確保することができる。そのため、十分に高密度化した電極合材層を容易に形成することができる。   And the ratio of the nitrile group-containing monomer unit contained in the polymer is preferably 20% by mass or more, and 40% by mass or more, when the total repeating units of the polymer are 100% by mass. More preferably, it is more preferably 50% by mass or more, particularly preferably 60% by mass or more, preferably 85% by mass or less, more preferably 80% by mass or less, and 75% by mass or less. Is more preferable. When the proportion of the nitrile group-containing monomer unit in the polymer is 20% by mass or more, the electrode mixture layer can be more firmly adhered to the current collector to further improve the cycle characteristics of the electrochemical device. it can. In addition, the affinity of the polymer for an organic solvent (particularly, a polar organic solvent such as N-methylpyrrolidone) is secured, and a binder composition in which the polymer is well dissolved in the organic solvent can be obtained. On the other hand, when the proportion of the nitrile group-containing monomer unit in the polymer is 85% by mass or less, the glass transition temperature is not excessively increased and the flexibility of the polymer can be secured. Therefore, the electrode mixture layer having a sufficiently high density can be easily formed.

[脂肪族共役ジエン単量体単位]
脂肪族共役ジエン単量体単位は、2種以上の脂肪族共役ジエン単量体により形成される。そして、脂肪族共役ジエン単量体単位を形成し得る脂肪族共役ジエン単量体としては、特に限定されないが、例えば、炭素原子数5以上12以下の脂肪族共役ジエン単量体(C5〜12脂肪族共役ジエン単量体)、1,3−ブタジエンが挙げられる。
[Aliphatic conjugated diene monomer unit]
The aliphatic conjugated diene monomer unit is formed by two or more kinds of aliphatic conjugated diene monomers. The aliphatic conjugated diene monomer capable of forming the aliphatic conjugated diene monomer unit is not particularly limited, but for example, an aliphatic conjugated diene monomer having 5 to 12 carbon atoms (C5 to 12) Aliphatic conjugated diene monomer) and 1,3-butadiene.

炭素原子数5以上12以下の脂肪族共役ジエン単量体としては、2−メチル−1,3−ブタジエン(イソプレン、炭素原子数:5)、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン(炭素原子数:6)などが挙げられ、これらの中でもイソプレンが好ましい。重合体が、炭素原子数5以上12以下の脂肪族共役ジエン単量体に由来する炭素原子数5以上12以下の脂肪族共役ジエン単量体単位を含めば、重合体の柔軟性が確保される。その上、二重結合を有する炭素原子上に存在する疎水性基(メチル基など)の存在によって、重合体の配合成分(特には、炭素材料)に対する親和性が向上するためと推察されるが、配合成分を一層良好に分散させることができる。配合成分が一層良好に分散したスラリー組成物を集電体上に塗布すれば、更に高い塗布密度を実現することができる。加えて、バインダー組成物を含むスラリー組成物を用いた電極合材層の形成に際し、各成分が偏在することがなく、また、例えば比較的低い線圧でロールプレスした場合であっても、得られる電極合材層の密度を更に高めつつ、当該電極合材層を集電体に一層良好に密着させることができる。従って、電極合材層の容易な高密度化および集電体への強固な密着を、更に高いレベルで達成することができる。
なお、炭素原子数5以上12以下の脂肪族共役ジエン単量体は、単独で、または、2種以上を組み合わせて用いることができる。
Examples of the aliphatic conjugated diene monomer having 5 to 12 carbon atoms include 2-methyl-1,3-butadiene (isoprene, carbon atom number: 5), 2,3-dimethyl-1,3-butadiene (carbon The number of atoms is 6) and the like. Among these, isoprene is preferable. When the polymer includes an aliphatic conjugated diene monomer unit having 5 to 12 carbon atoms, which is derived from an aliphatic conjugated diene monomer having 5 to 12 carbon atoms, the flexibility of the polymer is secured. It Moreover, it is presumed that the presence of the hydrophobic group (such as a methyl group) existing on the carbon atom having a double bond improves the affinity for the compounding component (particularly, the carbon material) of the polymer. The compounding ingredients can be dispersed more satisfactorily. A higher coating density can be realized by coating the current collector with the slurry composition in which the blended components are better dispersed. In addition, when forming the electrode mixture layer using the slurry composition containing the binder composition, each component is not unevenly distributed, for example, even when roll-pressed at a relatively low linear pressure, While further increasing the density of the electrode mixture layer to be obtained, the electrode mixture layer can be more closely attached to the current collector. Therefore, the high density of the electrode mixture layer and the firm adhesion to the current collector can be achieved at a higher level.
In addition, the aliphatic conjugated diene monomer having 5 to 12 carbon atoms can be used alone or in combination of two or more kinds.

そして、重合体が含有する炭素原子数5以上12以下の脂肪族共役ジエン単量体単位の割合は、1質量%以上であることが好ましく、5質量%以上であることがより好ましく、15質量%以上であることが更に好ましく、50質量%以下であることが好ましく、25質量%以下であることがより好ましい。重合体中の炭素原子数5以上12以下の脂肪族共役ジエン単量体単位の割合が1質量%以上であれば、重合体の柔軟性が向上する共に、配合成分(特には、炭素材料)との親和性が向上して塗布密度が更に高まる。そのため、電極合材層の容易な高密度化および集電体への強固な密着を更に高いレベルで達成することができる。一方、重合体中の炭素原子数5以上12以下の脂肪族共役ジエン単量体単位の割合が50質量%以下であれば、ガラス転移温度が大幅に低下することによる重合体の過度な柔軟化が抑制されるので、電極合材層を集電体へ良好に密着させることができる。   The ratio of the aliphatic conjugated diene monomer unit having 5 to 12 carbon atoms contained in the polymer is preferably 1% by mass or more, more preferably 5% by mass or more, and 15% by mass. % Or more, more preferably 50% by mass or less, and further preferably 25% by mass or less. When the proportion of the aliphatic conjugated diene monomer unit having 5 to 12 carbon atoms in the polymer is 1% by mass or more, the flexibility of the polymer is improved and the blending component (particularly, carbon material) The compatibility with and improves the coating density. Therefore, it is possible to easily achieve high density of the electrode mixture layer and firm adhesion to the current collector at a higher level. On the other hand, when the proportion of the aliphatic conjugated diene monomer unit having 5 to 12 carbon atoms in the polymer is 50% by mass or less, the glass transition temperature is significantly lowered, and the polymer is excessively softened. Is suppressed, the electrode mixture layer can be satisfactorily adhered to the current collector.

また、重合体が、1,3−ブタジエンに由来する1,3−ブタジエン単位を含めば、ガラス転移温度が低下することにより重合体の柔軟性が十分に確保されて、高密度化した電極合材層を一層容易に形成することができる。   Further, when the polymer contains 1,3-butadiene units derived from 1,3-butadiene, the glass transition temperature is lowered, so that the flexibility of the polymer is sufficiently ensured and the density of the electrode mixture is increased. The material layer can be formed more easily.

そして、重合体が含有する1,3−ブタジエン単位の割合は、1質量%以上であることが好ましく、5質量%以上であることがより好ましく、7質量%以上であることが更に好ましく、50質量%以下であることが好ましく、25質量%以下であることがより好ましく、15質量%以下であることが更に好ましい。重合体中の1,3−ブタジエン単位の割合が1質量%以上であれば、十分に高密度化した電極合材層を容易に形成することができる。一方、重合体中の1,3−ブタジエン単位の割合が50質量%以下であれば、ガラス転移温度が大幅に低下することによる重合体の過度な柔軟化が抑制されるので、電極合材層を集電体へ良好に密着させることができる。   The ratio of 1,3-butadiene units contained in the polymer is preferably 1% by mass or more, more preferably 5% by mass or more, further preferably 7% by mass or more, 50 It is preferably not more than 25% by mass, more preferably not more than 25% by mass, further preferably not more than 15% by mass. When the proportion of 1,3-butadiene units in the polymer is 1% by mass or more, a sufficiently densified electrode mixture layer can be easily formed. On the other hand, when the proportion of 1,3-butadiene units in the polymer is 50% by mass or less, excessive softening of the polymer due to a large decrease in glass transition temperature is suppressed, so that the electrode mixture layer Can be closely adhered to the current collector.

ここで、電極合材層の容易な高密度化および集電体への強固な密着をより一層高いレベルで達成する観点からは、脂肪族共役ジエン単量体として、炭素原子数5以上12以下の脂肪族共役ジエン単量体および1,3−ブタジエンを併用することが好ましく、イソプレンおよび1,3−ブタジエンを併用することがより好ましい。すなわち、重合体は、炭素原子数5以上12以下の脂肪族共役ジエン単量体単位と1,3−ブタジエン単位の双方を含むことが好ましく、イソプレン単位と1,3−ブタジエン単位の双方を含むことがより好ましい。   Here, from the viewpoint of achieving an even higher density of the electrode mixture layer and firm adhesion to the current collector at an even higher level, the aliphatic conjugated diene monomer has 5 to 12 carbon atoms. It is preferable to use the aliphatic conjugated diene monomer and 1,3-butadiene in combination, and it is more preferable to use isoprene and 1,3-butadiene in combination. That is, the polymer preferably contains both an aliphatic conjugated diene monomer unit having 5 to 12 carbon atoms and a 1,3-butadiene unit, and contains both an isoprene unit and a 1,3-butadiene unit. Is more preferable.

また、重合体が含有する脂肪族共役ジエン単量体単位の割合(少なくとも2種の脂肪族共役ジエン単量体単位の割合の合計)は、重合体の全繰り返し単位を100質量%とした場合、15質量%以上であることが好ましく、20質量%以上であることがより好ましく、25質量%以上であることが更に好ましく、80質量%以下であることが好ましく、60質量%以下であることがより好ましく、50質量%以下であることが更に好ましい。重合体中の脂肪族共役ジエン単量体単位の割合が15質量%以上であれば、ガラス転移温度が過度に高まることもなく、重合体の柔軟性を確保することができる。そのため、十分に高密度化した電極合材層を容易に形成することができる。一方、重合体中の脂肪族共役ジエン単量体単位の割合が80質量%以下であれば、電極合材層を集電体に一層強固に密着させて、電気化学素子のサイクル特性を更に向上させることができる。   Further, the ratio of the aliphatic conjugated diene monomer units contained in the polymer (the total of the ratios of at least two kinds of aliphatic conjugated diene monomer units) is 100% by mass of all the repeating units of the polymer. , Preferably 15% by mass or more, more preferably 20% by mass or more, further preferably 25% by mass or more, preferably 80% by mass or less, and 60% by mass or less. Is more preferable, and 50% by mass or less is further preferable. When the proportion of the aliphatic conjugated diene monomer unit in the polymer is 15% by mass or more, the glass transition temperature is not excessively increased and the flexibility of the polymer can be secured. Therefore, the electrode mixture layer having a sufficiently high density can be easily formed. On the other hand, when the proportion of the aliphatic conjugated diene monomer unit in the polymer is 80% by mass or less, the electrode mixture layer is more firmly adhered to the current collector to further improve the cycle characteristics of the electrochemical device. Can be made.

そして、重合体が含有するニトリル基含有単量体単位と脂肪族共役ジエン単量体単位の合計量に占める、脂肪族共役ジエン単量体単位の量の割合が、15質量%以上であることが好ましく、20質量%以上であることがより好ましく、80質量%以下であることが好ましく、60質量%以下であることがより好ましく、40質量%以下であることが更に好ましい。ニトリル基含有単量体単位と脂肪族共役ジエン単量体単位の合計中の脂肪族共役ジエン単量体単位の割合が15質量%以上であれば、十分に高密度化した電極合材層を容易に形成することができ、80質量%以下であれば、ガラス転移温度が大幅に低下することによる重合体の過度な柔軟化が抑制されるので、電極合材層を集電体へ良好に密着させることができる。また、ニトリル基含有単量体単位と脂肪族共役ジエン単量体単位の合計中の脂肪族共役ジエン単量体単位の割合が15質量%以上80質量%以下であれば、重合体の電解液中における膨潤度(電解液膨潤度)が良好に制御されて、重合体が電解液中で良好な結着性を発揮する。そのため、電気化学素子のサイクル特性を更に高めることができる。   The proportion of the amount of the aliphatic conjugated diene monomer unit in the total amount of the nitrile group-containing monomer unit and the aliphatic conjugated diene monomer unit contained in the polymer is 15% by mass or more. Is more preferable, 20% by mass or more is more preferable, 80% by mass or less is preferable, 60% by mass or less is more preferable, and 40% by mass or less is further preferable. If the proportion of the aliphatic conjugated diene monomer unit in the total of the nitrile group-containing monomer unit and the aliphatic conjugated diene monomer unit is 15% by mass or more, a sufficiently densified electrode mixture layer is obtained. It can be easily formed, and when it is 80% by mass or less, excessive softening of the polymer due to a large decrease in glass transition temperature is suppressed, so that the electrode mixture layer is favorably used as a current collector. Can be closely attached. Further, when the ratio of the aliphatic conjugated diene monomer unit in the total of the nitrile group-containing monomer unit and the aliphatic conjugated diene monomer unit is 15% by mass or more and 80% by mass or less, the polymer electrolyte solution The degree of swelling in the electrolyte (the degree of swelling in the electrolytic solution) is well controlled, and the polymer exhibits good binding properties in the electrolytic solution. Therefore, the cycle characteristics of the electrochemical device can be further improved.

加えて、重合体中の1,3−ブタジエン単位の割合に対する炭素原子数5以上12以下の脂肪族共役ジエン単量体単位の割合の比が、0.02以上であることが好ましく、0.5以上であることがより好ましく、1以上であることが更に好ましく、1超であることが特に好ましく、50以下であることが好ましく、10以下であることがより好ましく、5以下であることが更に好ましく、4以下であることが特に好ましい。1,3−ブタジエン単位の割合に対する炭素原子数5以上12以下の脂肪族共役ジエン単量体単位の割合の比が0.02以上であれば、重合体の柔軟性が向上する共に、配合成分(特には、炭素材料)との親和性が向上して塗布密度が高まる。そのため、電極合材層の容易な高密度化および集電体への強固な密着を更に高いレベルで達成することができる。一方、1,3−ブタジエン単位の割合に対する炭素原子数5以上12以下の脂肪族共役ジエン単量体単位の量の割合の比が50以下であれば、ガラス転移温度が大幅に低下することによる重合体の過度な柔軟化が抑制されるので、電極合材層を集電体へ良好に密着させることができる。   In addition, the ratio of the ratio of the aliphatic conjugated diene monomer unit having 5 to 12 carbon atoms to the ratio of 1,3-butadiene unit in the polymer is preferably 0.02 or more, It is more preferably 5 or more, further preferably 1 or more, particularly preferably more than 1, particularly preferably 50 or less, more preferably 10 or less, and preferably 5 or less. More preferably, it is particularly preferably 4 or less. When the ratio of the ratio of the aliphatic conjugated diene monomer unit having 5 or more and 12 or less carbon atoms to the ratio of the 1,3-butadiene unit is 0.02 or more, the flexibility of the polymer is improved and the blending component (In particular, the affinity with the carbon material) is improved, and the coating density is increased. Therefore, it is possible to easily achieve high density of the electrode mixture layer and firm adhesion to the current collector at a higher level. On the other hand, when the ratio of the ratio of the amount of the aliphatic conjugated diene monomer unit having 5 to 12 carbon atoms to the ratio of the 1,3-butadiene unit is 50 or less, the glass transition temperature is significantly lowered. Since excessive softening of the polymer is suppressed, the electrode mixture layer can be well adhered to the current collector.

[その他の繰り返し単位]
重合体が任意に含有し得るその他の繰り返し単位は、特に限定されない。例えば、重合体は、繰り返し単位として、上記脂肪族共役ジエン単量体単位を水素添加して得られるアルキレン構造単位を含んでいてもよい。なお、重合体が含有するその他の繰り返し単位は、電極合材層の容易な高密度化および集電体への強固な密着を高いレベルで達成する観点から、0質量%以上10質量%以下であることが好ましく、0質量%以上5質量%以下であることがより好ましく、0質量%以上2質量%以下であることが更に好ましい。
[Other repeating units]
Other repeating units that the polymer may optionally contain are not particularly limited. For example, the polymer may contain, as a repeating unit, an alkylene structural unit obtained by hydrogenating the above aliphatic conjugated diene monomer unit. The other repeating units contained in the polymer are 0% by mass or more and 10% by mass or less from the viewpoint of easily achieving high density of the electrode mixture layer and strong adhesion to the current collector. It is preferable that the amount is 0% by mass or more and 5% by mass or less, further preferably 0% by mass or more and 2% by mass or less.

<<重合体の調製>>
重合体は、例えば上述した単量体を含む単量体組成物を水系溶媒中で重合することにより製造することができる。ここで、本発明において単量体組成物中の各単量体の含有割合は、重合体における単量体単位(繰り返し単位)の含有割合に準じて定めることができる。
水系溶媒は、重合体が分散可能なものであれば格別限定されず、水を単独で使用してもよいし、水と他の溶媒の混合溶媒を使用してもよい。
重合様式は、特に限定されず、例えば溶液重合法、懸濁重合法、塊状重合法、乳化重合法などのいずれの様式も用いることができる。重合方法としては、例えばイオン重合、ラジカル重合、リビングラジカル重合などいずれの方法も用いることができる。
そして、重合に使用される乳化剤、分散剤、重合開始剤、重合助剤などは、一般に用いられるものを使用することができ、その使用量も、一般に使用される量とする。
なお、上述のようにして調製される重合体の電解液膨潤度は、通常100%以上であり、110%以上であることが好ましく、500%以下であることが好ましく、300%以下であることがより好ましい。重合体の電解液膨潤度が110%以上であれば、電解液のみならず有機溶媒に対する重合体の親和性が確保され、重合体が有機溶媒に良好に溶解したバインダー組成物を得ることができる。一方、重合体の電解液膨潤度が500%以下であれば、重合体が電解液中で結着性を保持し易く、電気化学素子に優れた特性(特にはサイクル特性)を発揮させることができる。
ここで、本発明において、「電解液膨潤度」は、本明細書の実施例に記載の方法を用いて測定することができる。
<< Preparation of Polymer >>
The polymer can be produced, for example, by polymerizing a monomer composition containing the above-mentioned monomer in an aqueous solvent. Here, in the present invention, the content ratio of each monomer in the monomer composition can be determined according to the content ratio of the monomer unit (repeating unit) in the polymer.
The aqueous solvent is not particularly limited as long as it can disperse the polymer, and water may be used alone, or a mixed solvent of water and another solvent may be used.
The polymerization mode is not particularly limited, and any mode such as solution polymerization method, suspension polymerization method, bulk polymerization method and emulsion polymerization method can be used. As the polymerization method, any method such as ionic polymerization, radical polymerization, living radical polymerization can be used.
The emulsifiers, dispersants, polymerization initiators, polymerization aids, etc. used in the polymerization can be those generally used, and the amount thereof is also the amount generally used.
The electrolytic solution swelling degree of the polymer prepared as described above is usually 100% or more, preferably 110% or more, preferably 500% or less, and 300% or less. Is more preferable. When the degree of swelling of the polymer in the electrolytic solution is 110% or more, the affinity of the polymer for not only the electrolytic solution but also the organic solvent is secured, and a binder composition in which the polymer is well dissolved in the organic solvent can be obtained. . On the other hand, when the degree of swelling of the polymer in the electrolytic solution is 500% or less, the polymer can easily retain the binding property in the electrolytic solution and can exhibit excellent characteristics (particularly cycle characteristics) in the electrochemical device. it can.
Here, in the present invention, the “electrolyte swelling degree” can be measured using the method described in Examples of the present specification.

<溶媒>
バインダー組成物が含みうる溶媒としては、特に限定されないが、有機溶媒が好ましい。有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、t−ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、ノナノール、デカノール、アミルアルコールなどのアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル類;ジエチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフランなどのエーテル類;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン(NMP)などのアミド系極性有機溶媒;N,N−ジメチルスルホキシド;トルエン、キシレン、クロロベンゼン、オルトジクロロベンゼン、パラジクロロベンゼンなどの芳香族炭化水素類;などが挙げられる。これらは、1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。中でも、溶媒としては、NMPが好ましい。
<Solvent>
The solvent that can be contained in the binder composition is not particularly limited, but an organic solvent is preferable. Examples of the organic solvent include alcohols such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol, t-butanol, pentanol, hexanol, heptanol, octanol, nonanol, decanol and amyl alcohol; acetone, Ketones such as methyl ethyl ketone and cyclohexanone; esters such as ethyl acetate and butyl acetate; ethers such as diethyl ether, dioxane and tetrahydrofuran; N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone (NMP) Amide polar organic solvents such as; N, N-dimethyl sulfoxide; Aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, chlorobenzene, orthodichlorobenzene, and paradichlorobenzene ; And the like. These may be used alone or in combination of two or more. Among them, NMP is preferable as the solvent.

<その他の成分>
バインダー組成物には、上記成分の他に、上記所定の重合体以外の結着材、導電材、補強材、レベリング剤、粘度調整剤、電解液添加剤等の成分をバインダー組成物に含有させてもよい。これらは、特に限定されず公知のもの、例えば国際公開第2012/115096号に記載のものを使用することができる。また、これらの成分は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
<Other ingredients>
In the binder composition, in addition to the above components, a binder other than the predetermined polymer, a conductive material, a reinforcing material, a leveling agent, a viscosity modifier, an electrolyte solution additive, and the like are contained in the binder composition. May be. These are not particularly limited, and known ones such as those described in International Publication No. 2012/115096 can be used. Moreover, these components may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more types in arbitrary ratios.

<バインダー組成物の調製>
本発明のバインダー組成物は、上記各成分を既知の方法で混合することにより調製することができる。なお、例えば、重合体を水分散液の状態で調製した場合、既知の方法で水系溶媒を有機溶媒に置換して、必要に応じてその他の成分を添加することで、溶媒として有機溶媒を含むバインダー組成物を調製することができる。
<Preparation of binder composition>
The binder composition of the present invention can be prepared by mixing the above components by a known method. In addition, for example, when the polymer is prepared in the state of an aqueous dispersion, by substituting the aqueous solvent with an organic solvent by a known method, and by adding other components as necessary, include an organic solvent as a solvent. A binder composition can be prepared.

(電気化学素子電極用スラリー組成物)
本発明の電気化学素子電極用スラリー組成物は、少なくとも、電極活物質と、上述した本発明の電気化学素子電極用バインダー組成物とを含むスラリー状の組成物である。換言すると、本発明のスラリー組成物は、通常、電極活物質と、上述した重合体と、任意に配合される上述したその他の成分とが、上述した溶媒中に溶解および/または分散してなる組成物である。そして、本発明のスラリー組成物は、上述した本発明のバインダー組成物を含んでいるので、本発明のスラリー組成物を用いて電極合材層を形成すれば、電極合材層を容易に高密度化しつつ、集電体に強固に密着させることができる。
(Slurry composition for electrochemical device electrode)
The slurry composition for electrochemical device electrodes of the present invention is a slurry-like composition containing at least an electrode active material and the above-described binder composition for electrochemical device electrodes of the present invention. In other words, the slurry composition of the present invention is usually formed by dissolving and / or dispersing the electrode active material, the above-mentioned polymer, and the above-mentioned other components optionally blended in the above-mentioned solvent. It is a composition. Since the slurry composition of the present invention contains the binder composition of the present invention described above, if the electrode composite material layer is formed using the slurry composition of the present invention, the electrode composite material layer can be easily increased. It is possible to firmly adhere to the current collector while increasing the density.

<電極活物質>
電極活物質は、電気化学素子の電極において電子の受け渡しをする物質である。そして、本発明のスラリー組成物は、電極活物質として、ニッケルを含有する電極活物質(以下、「Ni含有電極活物質」と略記する場合がある。)を含むことが好ましい。Ni含有電極活物質を含む電極を用いれば、電気化学素子を更に高容量化することができる。なお、Ni含有電極活物質は、リチウムイオン二次電池等の非水系二次電池における正極活物質として、特に好適に用いることができる。
<Electrode active material>
The electrode active material is a material that exchanges electrons in the electrode of the electrochemical device. The slurry composition of the present invention preferably contains an electrode active material containing nickel (hereinafter, may be abbreviated as “Ni-containing electrode active material”) as the electrode active material. If the electrode containing the Ni-containing electrode active material is used, the capacity of the electrochemical device can be further increased. The Ni-containing electrode active material can be particularly preferably used as a positive electrode active material in a non-aqueous secondary battery such as a lithium ion secondary battery.

<<Ni含有電極活物質>>
Ni含有電極活物質としては、例えば、式(A):Li(NiCo(1−x−y))O[式(A)中、Mは、マンガン(Mn)、マグネシウム(Mg)、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、クロム(Cr)、バナジウム(V)、セリウム(Ce)、チタン(Ti)、鉄(Fe)、カリウム(K)、ガリウム(Ga)、およびインジウム(In)からなる群から選ばれる少なくとも1種であり、xおよびyは、0<x≦1、0≦y<1、x+y≦1の関係式を満たす。]で表されるリチウム含有複合酸化物を用いることができる。
<< Ni-containing electrode active material >>
The Ni-containing electrode active material, for example, the formula (A): Li (Ni x Co y M (1-x-y)) in O 2 [formula (A), M is manganese (Mn), magnesium (Mg ), Zirconium (Zr), molybdenum (Mo), tungsten (W), aluminum (Al), chromium (Cr), vanadium (V), cerium (Ce), titanium (Ti), iron (Fe), potassium (K). ), Gallium (Ga), and indium (In), and x and y satisfy the relational expressions of 0 <x ≦ 1, 0 ≦ y <1, and x + y ≦ 1. ] The lithium containing composite oxide represented by these can be used.

上記式(A)に該当するものの中でも、電気化学素子の容量をより一層高める観点からは、式(A1):Li(NiCoAl(1−x−y))O[式(A1)中、xおよびyは、0.30≦x≦1、0≦y<0.7、x+y≦1の関係式を満たす。]で表されるリチウム含有複合酸化物がより好ましい。また、上記(A)に該当するものの中でも、電気化学素子の容量と安全性をバランス良く向上させる観点からは、式(A2):Li(NiCoMn(1−x−y))O[式(A2)中、xおよびyは、0.30≦x≦1、0≦y<0.7、x+y≦1の関係式を満たす。]で表されるリチウム含有複合酸化物がより好ましい。Among them but corresponding to the above formula (A), from the viewpoint of enhancing the capacity of the electrochemical device further, formula (A1): Li (Ni x Co y Al (1-x-y)) O 2 [ wherein (A1 ), X and y satisfy the relational expressions of 0.30 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y <0.7, and x + y ≦ 1. ] The lithium-containing composite oxide represented by Further, the inter alia although corresponding (A), the From the viewpoint of the capacity and safety of the electrochemical device with good balance is improved, the formula (A2): Li (Ni x Co y Mn (1-x-y)) O 2 [In the formula (A2), x and y satisfy the relational expressions of 0.30 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y <0.7, and x + y ≦ 1. ] The lithium-containing composite oxide represented by

<<その他の電極活物質>>
電極活物質としては、上述したNi含有電極活物質以外の電極活物質を用いることもできる。以下では、一例として電気化学素子電極用スラリー組成物がリチウムイオン二次電池電極用スラリー組成物である場合について説明するが、本発明は下記の一例に限定されるものではない。
<< Other electrode active materials >>
As the electrode active material, an electrode active material other than the above Ni-containing electrode active material can be used. The case where the electrochemical device electrode slurry composition is a lithium ion secondary battery electrode slurry composition will be described below as an example, but the present invention is not limited to the following example.

リチウムイオン二次電池用の正極活物質としては、上述したNi含有電極活物質に加え、リチウム含有コバルト酸化物(LiCoO)、マンガン酸リチウム(LiMn)、オリビン型リン酸鉄リチウム(LiFePO)、オリビン型リン酸マンガンリチウム(LiMnPO)、Li1+xMn2−x(0<x<2)で表されるリチウム過剰のスピネル化合物等の既知の正極活物質が挙げられる。
なお、正極活物質の配合量や粒子径は、特に限定されることなく、従来使用されている正極活物質と同様とすることができる。
As a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, in addition to the Ni-containing electrode active material described above, lithium-containing cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), olivine-type lithium iron phosphate ( Known positive electrode active materials such as LiFePO 4 ), olivine-type lithium manganese phosphate (LiMnPO 4 ), and a lithium-excess spinel compound represented by Li 1 + x Mn 2-x O 4 (0 <x <2) are included.
The amount and particle size of the positive electrode active material blended are not particularly limited and may be the same as those of conventionally used positive electrode active materials.

また、リチウムイオン二次電池用の負極活物質としては、例えば、炭素系負極活物質、金属系負極活物質、およびこれらを組み合わせた負極活物質などが挙げられる。   Examples of the negative electrode active material for a lithium ion secondary battery include a carbon-based negative electrode active material, a metal-based negative electrode active material, and a negative electrode active material combining these.

ここで、炭素系負極活物質とは、リチウムを挿入(「ドープ」ともいう。)可能な、炭素を主骨格とする活物質をいい、炭素系負極活物質としては、例えば炭素質材料と黒鉛質材料とが挙げられる。   Here, the carbon-based negative electrode active material refers to an active material having lithium as a main skeleton into which lithium can be inserted (also referred to as “dope”). Examples of the carbon-based negative electrode active material include a carbonaceous material and graphite. Quality materials.

そして、炭素質材料としては、例えば、易黒鉛性炭素や、ガラス状炭素に代表される非晶質構造に近い構造を持つ難黒鉛性炭素などが挙げられる。
ここで、易黒鉛性炭素としては、例えば、石油または石炭から得られるタールピッチを原料とした炭素材料が挙げられる。具体例を挙げると、コークス、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、メソフェーズピッチ系炭素繊維、熱分解気相成長炭素繊維などが挙げられる。
また、難黒鉛性炭素としては、例えば、フェノール樹脂焼成体、ポリアクリロニトリル系炭素繊維、擬等方性炭素、フルフリルアルコール樹脂焼成体(PFA)、ハードカーボンなどが挙げられる。
Examples of the carbonaceous material include easily graphitizable carbon and non-graphitizable carbon having a structure close to an amorphous structure represented by glassy carbon.
Here, examples of the graphitizable carbon include a carbon material obtained from tar pitch obtained from petroleum or coal as a raw material. Specific examples include coke, mesocarbon microbeads (MCMB), mesophase pitch-based carbon fibers, and pyrolytic vapor grown carbon fibers.
Examples of the non-graphitizable carbon include a fired phenol resin, a polyacrylonitrile-based carbon fiber, pseudo isotropic carbon, a furfuryl alcohol resin fired body (PFA), and hard carbon.

更に、黒鉛質材料としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛などが挙げられる。
ここで、人造黒鉛としては、例えば、易黒鉛性炭素を含んだ炭素を主に2800℃以上で熱処理した人造黒鉛、MCMBを2000℃以上で熱処理した黒鉛化MCMB、メソフェーズピッチ系炭素繊維を2000℃以上で熱処理した黒鉛化メソフェーズピッチ系炭素繊維などが挙げられる。
Furthermore, examples of the graphite material include natural graphite and artificial graphite.
Here, as the artificial graphite, for example, artificial graphite in which carbon including easily graphitizable carbon is mainly heat-treated at 2800 ° C. or higher, graphitized MCMB in which MCMB is heat-treated at 2000 ° C. or higher, and mesophase pitch-based carbon fiber are 2000 ° C. Examples include the graphitized mesophase pitch-based carbon fiber that has been heat-treated as described above.

また、金属系負極活物質とは、金属を含む活物質であり、通常は、リチウムの挿入が可能な元素を構造に含み、リチウムが挿入された場合の単位質量当たりの理論電気容量が500mAh/g以上である活物質をいう。金属系活物質としては、例えば、リチウム金属、リチウム合金を形成し得る単体金属(例えば、Ag、Al、Ba、Bi、Cu、Ga、Ge、In、Ni、P、Pb、Sb、Si、Sn、Sr、Zn、Tiなど)およびその合金、並びに、それらの酸化物、硫化物、窒化物、ケイ化物、炭化物、燐化物などが用いられる。これらの中でも、金属系負極活物質としては、ケイ素を含む活物質(シリコン系負極活物質)が好ましい。シリコン系負極活物質を用いることにより、リチウムイオン二次電池を高容量化することができるからである。   Further, the metal-based negative electrode active material is an active material containing a metal, and usually has a structure including an element capable of inserting lithium, and has a theoretical electric capacity of 500 mAh / unit mass per unit mass when lithium is inserted. An active material having a weight of at least g. Examples of the metal-based active material include a lithium metal and a simple metal capable of forming a lithium alloy (eg, Ag, Al, Ba, Bi, Cu, Ga, Ge, In, Ni, P, Pb, Sb, Si, Sn). , Sr, Zn, Ti, etc.) and their alloys, and their oxides, sulfides, nitrides, silicides, carbides, phosphides, and the like. Among these, the metal-based negative electrode active material is preferably an active material containing silicon (silicon-based negative electrode active material). This is because it is possible to increase the capacity of the lithium-ion secondary battery by using the silicon-based negative electrode active material.

シリコン系負極活物質としては、例えば、ケイ素(Si)、ケイ素を含む合金、SiO、SiO、Si含有材料を導電性カーボンで被覆または複合化してなるSi含有材料と導電性カーボンとの複合化物などが挙げられる。なお、これらのシリコン系負極活物質は、1種類を単独で用いてもよいし、2種類上を組み合わせて用いてもよい。
なお、負極活物質の配合量や粒子径は、特に限定されることなく、従来使用されている負極活物質と同様とすることができる。
Examples of the silicon-based negative electrode active material include silicon (Si), alloys containing silicon, SiO, SiO x , and a composite of a Si-containing material and a conductive carbon obtained by coating or compositing a Si-containing material with conductive carbon. And so on. These silicon-based negative electrode active materials may be used alone or in combination of two or more.
The amount and particle size of the negative electrode active material are not particularly limited, and may be the same as those of conventionally used negative electrode active materials.

<バインダー組成物>
バインダー組成物としては、上述した重合体を含有する本発明の電気化学素子電極用バインダー組成物を用いる。
<Binder composition>
As the binder composition, the binder composition for electrochemical device electrodes of the present invention containing the above-mentioned polymer is used.

ここで、電気化学素子電極用スラリー組成物中のバインダー組成物の含有割合は、電極活物質100質量部当たり、重合体の量が0.5質量部以上となる量であることが好ましく、1.0質量部以上となる量であることがより好ましく、1.5質量部以上となる量であることが更に好ましく、4.0質量部以下となる量であることが好ましく、3.0質量部以下となる量であることがより好ましく、2.5質量部以下となる量であることが更に好ましい。スラリー組成物に、重合体の量が0.5質量部以上となる量でバインダー組成物を含有させれば、電極合材層を集電体に一層強固に密着させることができる。一方、スラリー組成物に、重合体の量が4.0質量部以下となるようでバインダー組成物を含有させれば、電極合材層中に占める電極活物質の割合を確保して、電気化学素子の容量を十分に高めることができる。   Here, the content ratio of the binder composition in the electrochemical device electrode slurry composition is preferably such that the amount of the polymer is 0.5 parts by mass or more per 100 parts by mass of the electrode active material. The amount is preferably at least 0.0 part by mass, more preferably at least 1.5 parts by mass, still more preferably at most 4.0 parts by mass, and at most 3.0 parts by mass. It is more preferable that the amount is less than or equal to parts, and further preferable that the amount is less than or equal to 2.5 parts by mass. When the binder composition is contained in the slurry composition in an amount such that the amount of the polymer is 0.5 parts by mass or more, the electrode mixture layer can be more firmly adhered to the current collector. On the other hand, when the binder composition is contained in the slurry composition so that the amount of the polymer is 4.0 parts by mass or less, the ratio of the electrode active material in the electrode mixture layer is secured, and the electrochemical composition is maintained. The capacity of the element can be sufficiently increased.

<その他の成分>
スラリー組成物に配合し得るその他の成分としては、特に限定することなく、上述したバインダー組成物に配合し得るその他の成分と同様のものが挙げられる。また、その他の成分は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
<Other ingredients>
The other components that can be blended in the slurry composition are not particularly limited, and the same as the other components that can be blended in the binder composition described above can be mentioned. Further, other components may be used alone or in combination of two or more at an arbitrary ratio.

<スラリー組成物の調製>
上述したスラリー組成物は、上記各成分を混合することにより調製することができる。具体的には、ボールミル、サンドミル、ビーズミル、顔料分散機、らい潰機、超音波分散機、ホモジナイザー、プラネタリーミキサー、フィルミックスなどの混合機を用いて、上記各成分と、任意に添加される溶媒とを混合することにより、スラリー組成物を調製することができる。なお、スラリー組成物の調製の際に任意に添加される溶媒としては、バインダー組成物の項で記載した溶媒と同じものを使用することができる。
<Preparation of slurry composition>
The slurry composition described above can be prepared by mixing the above components. Specifically, using a mixer such as a ball mill, a sand mill, a bead mill, a pigment disperser, a crusher, an ultrasonic disperser, a homogenizer, a planetary mixer, and a fill mix, the above components and any of them are arbitrarily added. A slurry composition can be prepared by mixing with a solvent. In addition, as the solvent optionally added when preparing the slurry composition, the same solvent as described in the section of the binder composition can be used.

(電気化学素子用電極)
本発明の電気化学素子用電極は、例えば集電体上に、上述した電気化学素子電極用スラリー組成物を用いて形成した電極合材層を備える。具体的に、電極合材層は、通常、上述した電気化学素子電極用スラリー組成物の乾燥物よりなり、電極合材層には、少なくとも、電極活物質と、上述した重合体と、任意に、その他の成分とが含有されている。なお、電極合材層中に含まれている各成分は、上記電気化学素子電極用スラリー組成物中に含まれていたものであり、それら各成分の好適な存在比は、スラリー組成物中の各成分の好適な存在比と同じである。
そして、本発明の電気化学素子用電極では、上述した電気化学素子電極用スラリー組成物を使用して電極合材層を形成しているので、当該電気化学素子用電極を用いて電気化学素子を製造すれば、高容量であると共にサイクル特性に優れる電気化学素子が得られる。
(Electrode for electrochemical device)
The electrode for electrochemical device of the present invention is provided with, for example, an electrode mixture layer formed on the collector by using the above-mentioned slurry composition for electrochemical device electrode. Specifically, the electrode mixture layer is usually composed of a dried product of the above-described electrochemical device electrode slurry composition, and the electrode mixture layer includes at least an electrode active material and the above-mentioned polymer, and optionally. , And other ingredients are contained. Each component contained in the electrode mixture layer was one contained in the slurry composition for electrochemical device electrodes, and a suitable abundance ratio of each component is in the slurry composition. It is the same as the preferable abundance ratio of each component.
In the electrode for electrochemical device of the present invention, since the electrode mixture layer is formed by using the above-mentioned slurry composition for electrochemical device electrode, an electrochemical device is manufactured using the electrode for electrochemical device. When manufactured, an electrochemical device having a high capacity and excellent cycle characteristics can be obtained.

(電気化学素子用電極の製造方法)
上述した本発明の電気化学素子用電極は、例えば、本発明の電気化学素子用電極の製造方法を用いて製造することができる。
本発明の電極の製造方法は、上述した本発明のスラリー組成物を集電体上に塗布する工程(塗布工程)と、集電体上に塗布されたスラリー組成物を乾燥して、集電体上にプレス前電極合材層を形成する工程(乾燥工程)と、プレス前電極合材層を、500kN/cm以上3000kN/cm以下の線圧でロールプレスして、プレス後電極合材層を得る工程(プレス工程)とを備える。
(Method of manufacturing electrode for electrochemical device)
The above-mentioned electrode for electrochemical device of the present invention can be produced, for example, by using the method for producing an electrode for electrochemical device of the present invention.
The method for producing an electrode of the present invention comprises a step of applying the above-described slurry composition of the present invention on a current collector (application step), and drying the slurry composition applied on the current collector to collect current. A step of forming a pre-pressing electrode mixture layer on the body (drying step), and a pre-pressing electrode mixture layer is roll-pressed at a linear pressure of 500 kN / cm or more and 3000 kN / cm or less to obtain a post-pressing electrode mixture layer. And a step of obtaining (pressing step).

<塗布工程>
上記スラリー組成物を集電体上に塗布する方法としては、特に限定されず公知の方法を用いることができる。具体的には、塗布方法としては、ドクターブレード法、ディップ法、リバースロール法、ダイレクトロール法、グラビア法、エクストルージョン法、ハケ塗り法などを用いることができる。この際、スラリー組成物を集電体の片面だけに塗布してもよいし、両面に塗布してもよい。塗布後乾燥前の集電体上のスラリー膜の厚みは、所望の電極合材層の厚みに応じて適宜に設定しうる。
<Coating process>
The method for applying the slurry composition onto the current collector is not particularly limited, and a known method can be used. Specifically, as a coating method, a doctor blade method, a dipping method, a reverse roll method, a direct roll method, a gravure method, an extrusion method, a brush coating method or the like can be used. At this time, the slurry composition may be applied to only one surface of the current collector, or may be applied to both surfaces. The thickness of the slurry film on the current collector after coating and before drying can be appropriately set according to the desired thickness of the electrode mixture layer.

ここで、スラリー組成物を塗布する集電体としては、電気導電性を有し、かつ、電気化学的に耐久性のある材料が用いられる。具体的には、集電体としては、例えば、鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼、チタン、タンタル、金、白金などからなる集電体を用い得る。なお、前記の材料は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。   Here, as the current collector for applying the slurry composition, a material having electrical conductivity and electrochemical durability is used. Specifically, as the current collector, for example, a current collector made of iron, copper, aluminum, nickel, stainless steel, titanium, tantalum, gold, platinum, or the like can be used. In addition, the said material may be used individually by 1 type and may be used in combination of 2 or more types by arbitrary ratios.

<乾燥工程>
集電体上のスラリー組成物を乾燥する方法としては、特に限定されず公知の方法を用いることができ、例えば温風、熱風、低湿風による乾燥法、真空乾燥法、赤外線や電子線などの照射による乾燥法が挙げられる。このように集電体上のスラリー組成物を乾燥することで、集電体上にプレス前電極合材層を形成することができる。
<Drying process>
The method for drying the slurry composition on the current collector is not particularly limited, and known methods can be used, for example, hot air, hot air, low-humid air drying methods, vacuum drying methods, infrared rays, electron beams, and the like. A drying method by irradiation can be mentioned. By drying the slurry composition on the current collector in this manner, the pre-press electrode mixture layer can be formed on the current collector.

<プレス工程>
集電体上のプレス前電極合材層をロールプレスする際の線圧は、500kN/cm以上3000kN/cm以下であることが必要であり、1000kN/cm以上であることが好ましく、2500kN/cm以下であることが好ましい。集電体上のプレス前電極合材層は、本発明のスラリー組成物から形成されているため、500kN/cm以上の線圧であれば、容易に圧縮されて高密度のプレス後電極合材層を得ることができる。また、線圧が3000kN/cm以下であれば、プレスにより電極活物質が過度に破壊されることもない。
なお、ロールプレスする際のロール温度は、通常25℃以上150℃以下である。また、ロールプレスする際の、プレス前電極合材層と集電体の積層体の搬送速度は、通常5m/分以上100m/分以下である。そして、ロールプレスの回数は、複数回であってもよいが、通常1回である。
<Press process>
The linear pressure at the time of roll-pressing the electrode mixture layer before pressing on the current collector needs to be 500 kN / cm or more and 3000 kN / cm or less, preferably 1000 kN / cm or more, and 2500 kN / cm. The following is preferable. Since the pre-pressing electrode mixture layer on the current collector is formed from the slurry composition of the present invention, it is easily compressed at a linear pressure of 500 kN / cm or more to obtain a high density post-pressing electrode mixture material. Layers can be obtained. When the linear pressure is 3000 kN / cm or less, the electrode active material will not be excessively destroyed by the pressing.
The roll temperature at the time of roll pressing is usually 25 ° C. or higher and 150 ° C. or lower. Further, the conveyance speed of the laminate of the electrode mixture layer before pressing and the current collector during roll pressing is usually 5 m / min or more and 100 m / min or less. The number of roll presses may be plural, but it is usually once.

(電気化学素子)
本発明の電気化学素子は、特に限定されることなく、リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタであり、好ましくはリチウムイオン二次電池である。そして、本発明の電気化学素子は、本発明の電気化学素子用電極を備えるため、高容量であると共に、優れたサイクル特性を有する。
(Electrochemical element)
The electrochemical device of the present invention is not particularly limited and is a lithium ion secondary battery or an electric double layer capacitor, preferably a lithium ion secondary battery. Since the electrochemical device of the present invention includes the electrode for an electrochemical device of the present invention, it has high capacity and excellent cycle characteristics.

ここで、以下では、一例として電気化学素子がリチウムイオン二次電池である場合について説明するが、本発明は下記の一例に限定されるものではない。本発明の電気化学素子としてのリチウムイオン二次電池は、通常、電極(正極および負極)、電解液、並びにセパレータを備え、正極および負極の少なくとも一方に本発明の電気化学素子用電極を使用する。   Here, a case where the electrochemical element is a lithium ion secondary battery will be described below as an example, but the present invention is not limited to the following example. A lithium ion secondary battery as an electrochemical device of the present invention is usually provided with an electrode (positive electrode and negative electrode), an electrolytic solution, and a separator, and the electrode for electrochemical device of the present invention is used for at least one of the positive electrode and the negative electrode. .

<電極>
ここで、本発明の電気化学素子としてのリチウムイオン二次電池に使用し得る、上述した電気化学素子用電極以外の電極としては、特に限定されることなく、既知の電極を用いることができる。具体的には、上述した電気化学素子用電極以外の電極としては、既知の製造方法を用いて集電体上に電極合材層を形成してなる電極を用いることができる。
<Electrode>
Here, as the electrodes other than the above-mentioned electrodes for electrochemical devices that can be used in the lithium ion secondary battery as the electrochemical device of the present invention, known electrodes can be used without particular limitation. Specifically, as an electrode other than the above-mentioned electrode for electrochemical device, an electrode formed by forming an electrode mixture layer on a current collector by using a known manufacturing method can be used.

<電解液>
電解液としては、通常、有機溶媒に支持電解質を溶解した有機電解液が用いられる。リチウムイオン二次電池の支持電解質としては、例えば、リチウム塩が用いられる。リチウム塩としては、例えば、LiPF、LiAsF、LiBF、LiSbF、LiAlCl、LiClO、CFSOLi、CSOLi、CFCOOLi、(CFCO)NLi、(CFSONLi、(CSO)NLiなどが挙げられる。なかでも、溶媒に溶けやすく高い解離度を示すので、LiPF、LiClO、CFSOLiが好ましく、LiPFが特に好ましい。なお、電解質は1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。通常は、解離度の高い支持電解質を用いるほどリチウムイオン伝導度が高くなる傾向があるので、支持電解質の種類によりリチウムイオン伝導度を調節することができる。
<Electrolyte>
As the electrolytic solution, an organic electrolytic solution prepared by dissolving a supporting electrolyte in an organic solvent is usually used. For example, a lithium salt is used as the supporting electrolyte of the lithium ion secondary battery. Examples of the lithium salt include LiPF 6 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , LiClO 4 , CF 3 SO 3 Li, C 4 F 9 SO 3 Li, CF 3 COOLi, (CF 3 CO) 2 NLi. , (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, (C 2 F 5 SO 2 ) NLi, and the like. Among them, LiPF 6 , LiClO 4 , and CF 3 SO 3 Li are preferable, and LiPF 6 is particularly preferable, because it is easily dissolved in a solvent and exhibits a high dissociation degree. The electrolytes may be used alone or in combination of two or more at an arbitrary ratio. Generally, the higher the dissociation degree of the supporting electrolyte, the higher the lithium ion conductivity tends to be, so the lithium ion conductivity can be adjusted by the type of the supporting electrolyte.

電解液に使用する有機溶媒としては、支持電解質を溶解できるものであれば特に限定されないが、例えば、ジメチルカーボネート(DMC)、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等のカーボネート類;γ−ブチロラクトン、ギ酸メチル等のエステル類;1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン等のエーテル類;スルホラン、ジメチルスルホキシド等の含硫黄化合物類;などが好適に用いられる。またこれらの溶媒の混合液を用いてもよい。中でも、誘電率が高く、安定な電位領域が広いのでカーボネート類を用いることが好ましく、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとの混合物を用いることが更に好ましい。
また、電解液には、既知の添加剤、例えば、ビニレンカーボネート(VC)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)やエチルメチルスルホンなどを添加してもよい。
The organic solvent used in the electrolytic solution is not particularly limited as long as it can dissolve the supporting electrolyte, and examples thereof include dimethyl carbonate (DMC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), propylene carbonate (PC), Carbonates such as butylene carbonate (BC) and ethylmethyl carbonate (EMC); Esters such as γ-butyrolactone and methyl formate; Ethers such as 1,2-dimethoxyethane and tetrahydrofuran; Sulfur-containing compounds such as sulfolane and dimethyl sulfoxide And the like are preferably used. Moreover, you may use the mixed liquid of these solvents. Among them, it is preferable to use carbonates, and it is more preferable to use a mixture of ethylene carbonate and ethylmethyl carbonate, since they have a high dielectric constant and a wide stable potential region.
Further, known additives such as vinylene carbonate (VC), fluoroethylene carbonate (FEC), ethyl methyl sulfone and the like may be added to the electrolytic solution.

<セパレータ>
セパレータとしては、特に限定されることなく、例えば特開2012−204303号公報に記載のものを用いることができる。これらの中でも、セパレータ全体の膜厚を薄くすることができ、これにより、リチウムイオン二次電池内の電極活物質の比率を高くして体積あたりの容量を高くすることができるという点より、ポリオレフィン系(ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリ塩化ビニル)の樹脂からなる微多孔膜が好ましい。
<Separator>
The separator is not particularly limited, and for example, those described in JP 2012-204303 A can be used. Among these, it is possible to reduce the film thickness of the entire separator, and thereby, the ratio of the electrode active material in the lithium ion secondary battery can be increased and the capacity per volume can be increased. A microporous membrane made of a system (polyethylene, polypropylene, polybutene, polyvinyl chloride) resin is preferable.

<リチウムイオン二次電池の製造方法>
本発明の電気化学素子としてのリチウムイオン二次電池は、例えば、正極と、負極とを、セパレータを介して重ね合わせ、これを必要に応じて電池形状に応じて巻く、折るなどして電池容器に入れ、電池容器に電解液を注入して封口することにより製造することができる。リチウムイオン二次電池の内部の圧力上昇、過充放電等の発生を防止するために、必要に応じて、ヒューズ、PTC素子等の過電流防止素子、エキスパンドメタル、リード板などを設けてもよい。リチウムイオン二次電池の形状は、例えば、コイン型、ボタン型、シート型、円筒型、角形、扁平型など、何れであってもよい。
<Method for manufacturing lithium-ion secondary battery>
The lithium-ion secondary battery as the electrochemical device of the present invention is, for example, a positive electrode and a negative electrode are stacked via a separator, and the battery container is formed by winding and folding the positive electrode and the negative electrode according to the shape of the battery as needed. It can be manufactured by pouring the solution into a battery container, injecting an electrolytic solution into the battery container, and sealing the container. If necessary, a fuse, an overcurrent preventing element such as a PTC element, an expanded metal, a lead plate, etc. may be provided in order to prevent an increase in internal pressure of the lithium-ion secondary battery and the occurrence of overcharging and discharging. . The lithium ion secondary battery may have any shape such as a coin shape, a button shape, a sheet shape, a cylinder shape, a square shape, and a flat shape.

以下、本発明について実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、以下の説明において、量を表す「%」及び「部」は、特に断らない限り、質量基準である。
実施例および比較例において、重合体の電解液膨潤度、正極のピール強度、プレス前正極合材層の密度(塗布密度)、プレス後正極合材層の密度(プレス密度)、および、リチウムイオン二次電池のサイクル特性は、下記の方法で評価した。評価結果は、何れも表1に示す。
Hereinafter, the present invention will be specifically described based on Examples, but the present invention is not limited to these Examples. In the following description, “%” and “part” representing the amount are based on mass unless otherwise specified.
In Examples and Comparative Examples, the electrolytic solution swelling degree of the polymer, the peel strength of the positive electrode, the density of the positive electrode mixture layer before pressing (coating density), the density of the positive electrode mixture layer after pressing (press density), and lithium ion The cycle characteristics of the secondary battery were evaluated by the following method. The evaluation results are shown in Table 1.

<重合体の電解液膨潤度>
正極用バインダー組成物(重合体のNMP溶液)を、ポリテトラフルオロエチレン製シート上に塗布し、温度80〜120℃の環境下で0.5〜3時間乾燥させて、厚み500μm±50μmのキャストフィルムを得た。このキャストフィルムを1cm×1cmの正方形状に切り出して試験片を得て、当該試験片の質量(浸漬前質量A)を測定した。その後、試験片を温度60℃の電解液に72時間浸漬した。なお、電解液は、EC:EMC=3:7(重量基準)の混合物に、FECを濃度5質量%となるよう添加し、次いで、FEC添加後の混合物にLiPFを濃度1.0Mとなるよう溶解し、そして、LiPF溶解後の混合物に、ビニレンカーボネートを濃度2質量%となるように添加することで調製した。浸漬後の試験片を引き上げ、表面の電解液をタオルペーパーで拭き取った後、試験片の質量(浸漬後質量B)を測定した。
そして、以下の計算式を用いて電解液膨潤度(%)を算出した。電解液膨潤度の値が低い重合体ほど、電解液中で結着性を保持し易く、電気化学素子に優れた特性(特にはサイクル特性)を発揮させ得る。
電解液膨潤度(%)=浸漬後質量B/浸漬前質量A×100
<正極のピール強度>
正極を、幅1.0cm×長さ10cmの長方形状に切り出して試験片を得て、この試験片を、正極合材層を上にして水平な台上に固定した。そして、試験片の正極合材層表面にセロハンテープを貼り付けた後、試験片の一端からセロハンテープを50mm/分の速度で180°方向に引き剥がしたときの応力を測定した。この際、セロハンテープとしてはJIS Z1522に規定されるものを用いた。測定を10回行い、得られた値の平均値をピール強度(N/m)とし、以下の基準で評価した。ピール強度が大きいほど、正極合材層が集電体に強固に密着していることを示す。
A:ピール強度が70N/m以上
B:ピール強度が50N/m以上70N/m未満
C:ピール強度が30N/m以上50N/m未満
D:ピール強度が10N/m以上30N/m未満
E:ピール強度が10N/m未満
<プレス前正極合材層の密度(塗布密度)>
正極原反のプレス前正極合材層の厚み(cm)と塗布量(g/cm)から、以下の計算式を用いて塗布密度(g/cm)を算出した。なお、プレス前正極合材層の厚みはマイクロメーターにより測定した。塗布密度が大きいほど(即ち、プレス前正極合材層の密度が大きいほど)、ロールプレスによって高密度の正極合材層を容易に形成可能であることを示す。
塗布密度(g/cm)=塗布量(g/cm)/厚み(cm)
A:塗布密度が2.5g/cm以上
B:塗布密度が2.4g/cm以上2.5g/cm未満
C:塗布密度が2.3g/cm以上2.4g/cm未満
D:塗布密度が2.3g/cm未満
<プレス後正極の密度(プレス密度)>
正極原反を直径1.2cmの円状に打ち抜いて試験片とした。この試験片を、平板の上に載置し、9MPaの圧力でプレスした(プレス試験)。そして、プレス後正極合材層の厚み(cm)と重量(g)を求め、電極合材層の密度を算出した。なお、プレス後正極合材層の厚みはマイクロメーターにより測定した。また、プレス後正極合材層の重量は、プレス後の試験片の重量から集電体の重量を差し引くことで算出した。このプレス試験を10回行い、得られた値の平均値をプレス密度(g/cm)とし、以下の基準で評価した。プレス密度が大きいほど、プレス前正極合材層が圧縮性に優れ、ロールプレスによって高密度の正極合材層を容易に形成可能であることを示す。
A:プレス密度が3.8g/cm以上
B:プレス密度が3.7g/cm以上3.8g/cm未満
C:プレス密度が3.6g/cm以上3.7g/cm未満
D:プレス密度が3.5g/cm以上3.6g/cm未満
E:プレス密度が3.5g/cm未満
<リチウムイオン二次電池のサイクル特性>
得られたリチウムイオン二次電池を、充電深度(SOC;State of Charge)10%、60℃で10時間エージングした。エージング後、0.2Cで電圧が4.2Vになるまで充電し、0.2Cで電圧が3.0Vになるまで放電する操作を3回繰り返した。その後、このリチウムイオン二次電池について、45℃環境下、1Cで電圧が4.2Vになるまで充電し、1Cで電圧が3.0Vになるまで放電する操作を100回繰り返した。そして、1サイクル終了時の放電容量に対する100サイクル終了時の放電容量の割合を容量維持率(%)(={(100サイクル終了時の放電容量)/(1サイクル終了時の放電容量)}×100)とし、以下の基準で評価した。容量維持率が大きいほど、サイクル特性に優れていることを示す。
A:容量維持率が84%以上
B:容量維持率が82%以上84%未満
C:容量維持率が80%以上82%未満
D:容量維持率が77%以上80%未満
E:容量維持率が77%未満
<Electrolyte swelling degree of polymer>
The positive electrode binder composition (polymer NMP solution) is applied on a polytetrafluoroethylene sheet and dried in an environment of a temperature of 80 to 120 ° C. for 0.5 to 3 hours, and cast with a thickness of 500 μm ± 50 μm. I got a film. This cast film was cut into a 1 cm × 1 cm square to obtain a test piece, and the mass of the test piece (mass A before immersion) was measured. Then, the test piece was immersed in an electrolytic solution at a temperature of 60 ° C. for 72 hours. The electrolytic solution was prepared by adding FEC to a mixture of EC: EMC = 3: 7 (weight basis) so that the concentration was 5% by mass, and then adding LiPF 6 to the mixture after adding FEC to have a concentration of 1.0M. Was dissolved, and vinylene carbonate was added to the mixture after dissolution of LiPF 6 so that the concentration was 2% by mass. The test piece after immersion was pulled up, the electrolytic solution on the surface was wiped off with a towel paper, and then the mass of the test piece (mass B after immersion) was measured.
Then, the electrolytic solution swelling degree (%) was calculated using the following calculation formula. A polymer having a lower degree of swelling in the electrolytic solution is more likely to retain the binding property in the electrolytic solution and can exhibit excellent characteristics (particularly, cycle characteristics) in the electrochemical device.
Electrolyte swelling degree (%) = mass B after immersion / mass A before immersion × 100
<Peel strength of positive electrode>
The positive electrode was cut into a rectangular shape with a width of 1.0 cm and a length of 10 cm to obtain a test piece, and the test piece was fixed on a horizontal table with the positive electrode mixture layer facing upward. Then, after the cellophane tape was attached to the surface of the positive electrode mixture layer of the test piece, the stress was measured when the cellophane tape was peeled from one end of the test piece in the 180 ° direction at a speed of 50 mm / min. At this time, the cellophane tape specified in JIS Z1522 was used. The measurement was performed 10 times, the average value of the obtained values was taken as the peel strength (N / m), and the evaluation was made according to the following criteria. The higher the peel strength, the more firmly the positive electrode mixture layer is in close contact with the current collector.
A: Peel strength is 70 N / m or more B: Peel strength is 50 N / m or more and less than 70 N / m C: Peel strength is 30 N / m or more and less than 50 N / m D: Peel strength is 10 N / m or more and less than 30 N / m E: Peel strength less than 10 N / m <Density of positive electrode mixture layer before pressing (application density)>
The coating density (g / cm 3 ) was calculated from the thickness (cm) and the coating amount (g / cm 2 ) of the positive electrode composite material layer of the positive electrode raw material before pressing using the following formula. The thickness of the positive electrode mixture layer before pressing was measured with a micrometer. The higher the coating density (that is, the higher the density of the positive electrode composite material layer before pressing), the easier it is to form a high density positive electrode composite material layer by roll pressing.
Coating density (g / cm 3 ) = Coating amount (g / cm 2 ) / Thickness (cm)
A: the coating density of 2.5 g / cm 3 or more B: the coating density of 2.4 g / cm 3 or more 2.5 g / cm 3 less C: less than the coating density of 2.3 g / cm 3 or more 2.4 g / cm 3 D: Coating density is less than 2.3 g / cm 3 <Density of positive electrode after pressing (press density)>
The positive electrode raw material was punched into a circle having a diameter of 1.2 cm to obtain a test piece. This test piece was placed on a flat plate and pressed at a pressure of 9 MPa (press test). Then, after pressing, the thickness (cm) and the weight (g) of the positive electrode mixture layer were obtained, and the density of the electrode mixture layer was calculated. The thickness of the positive electrode mixture layer after pressing was measured with a micrometer. The weight of the positive electrode composite material layer after pressing was calculated by subtracting the weight of the current collector from the weight of the test piece after pressing. This press test was performed 10 times, and the average value of the obtained values was defined as the press density (g / cm 3 ) and evaluated according to the following criteria. It is shown that the higher the press density is, the more excellent the compressibility of the positive electrode composite material layer before pressing is, and the higher density the positive electrode composite material layer can be easily formed by roll pressing.
A: press density is 3.8 g / cm 3 or more B: press density is 3.7 g / cm 3 or more 3.8 g / cm 3 less C: less than the press density of 3.6 g / cm 3 or more 3.7 g / cm 3 D: Press density is 3.5 g / cm 3 or more and less than 3.6 g / cm 3 E: Press density is less than 3.5 g / cm 3 <Cycle characteristics of lithium ion secondary battery>
The obtained lithium ion secondary battery was aged at a SOC (State of Charge) of 10% and 60 ° C. for 10 hours. After aging, the operation of charging at 0.2 C until the voltage reached 4.2 V and discharging at 0.2 C until the voltage reached 3.0 V was repeated 3 times. Then, with respect to this lithium-ion secondary battery, under a 45 ° C. environment, the operation of charging at 1 C until the voltage became 4.2 V and discharging at 1 C until the voltage became 3.0 V was repeated 100 times. Then, the ratio of the discharge capacity at the end of 100 cycles to the discharge capacity at the end of 1 cycle is the capacity retention rate (%) (= {(discharge capacity at the end of 100 cycles) / (discharge capacity at the end of 1 cycle)} × 100) and evaluated according to the following criteria. The larger the capacity retention rate, the better the cycle characteristics.
A: Capacity retention rate is 84% or more B: Capacity retention rate is 82% or more and less than 84% C: Capacity retention rate is 80% or more and less than 82% D: Capacity retention rate is 77% or more and less than 80% E: Capacity retention rate Is less than 77%

(実施例1)
<重合体および正極用バインダー組成物の調製>
反応器に、脂肪族共役ジエン単量体としての1,3−ブタジエン10.0部およびイソプレン20.0部、ニトリル基含有単量体としてのアクリロニトリル70.0部、t−ドデシルメルカプタン0.4部、イオン交換水132部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム3部、β−ナフタリンスルホン酸ホルマリン縮合物ナトリウム塩0.5部、過硫酸カリウム0.3部、並びに、エチレンジアミン四酢酸ナトリウム塩0.05部を仕込み、重合温度を15℃に保持して重合を行い、重合転化率が94%に達するまで反応させた。その後、内容物を常温に戻し、系内を窒素雰囲気とした後、エバポレータを用いて固形分濃度が40%となるまで濃縮して、重合体の水分散液を得た。
この重合体の水分散液100部にNMP320部を加え、次いで減圧下で水を蒸発させることで溶媒置換を行い、重合体のNMP溶液(正極用バインダー組成物)を得た。
得られた重合体のNMP溶液100gをメタノール1Lで凝固した後、60℃で一晩真空乾燥し、乾燥体を得た。この乾燥体をNMR法により分析し、重合体は、アクリロニトリル単位を70%、1,3−ブタジエン単位を10%、イソプレン単位を20%含んでいることを確認した。
<正極用スラリー組成物の調製>
正極活物質としてのLi(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O(平均粒子径:10μm)96部と、導電材としてのアセチレンブラック(電気化学工業社製、製品名「HS−100」)2.0部と、上述の正極用バインダー組成物(固形分濃度:8.0%)を固形分換算で2.0部と、追加の溶媒として適量のNMPとをプラネタリーミキサーに加え、当該ミキサーで混合することにより、正極用スラリー組成物を調製した。
<正極の作製>
集電体として、厚さ20μmのアルミ箔を準備した。上述のようにして調製した正極用スラリー組成物を、アルミ箔の一方の面に、乾燥後の塗布量が22mg/cm程度になるように塗布した。そして、アルミ箔上の塗膜を80℃で20分、120℃で20分間乾燥後、150℃で2時間加熱処理して、プレス前負極合材層と集電体からなる正極原反を得た。この正極原反を、2000kN/cmの線圧でロールプレスして、密度が3.7g/cmの正極合材層を集電体の片面に備える正極を作製した。
<負極の作製>
負極活物質としての球状人造黒鉛(体積平均粒子径:12μm)90部とSiO(体積平均粒子径:10μm)10部との混合物、結着材としてのスチレンブタジエンゴム(個数平均粒子径:180nm、ガラス転移温度:10℃)1部、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース1部、および適量の水をプラネタリーミキサーにて攪拌し、負極用スラリー組成物を調製した。
次に、集電体として、厚さ15μmの銅箔を準備した。上述のようにして調製した負極用スラリー組成物を、銅箔の一方の面に、乾燥後の塗布量が12mg/cmになるように塗布した。そして、銅箔上の塗膜を50℃で20分、110℃で20分間乾燥後、150℃で2時間加熱処理して、負極原反を得た。この負極原反をロールプレスで圧延し、密度が1.8g/cmの負極合材層を集電体の片面に備える負極を作製した。
<リチウムイオン二次電池の作製>
作製した正極と負極とを、厚さ20μmのセパレータ(ポリプロピレン製微多孔膜)を介在させて、直径20mmの芯を用いて捲回し、捲回体を得た。なお、正極および負極は、正極合材層と負極合材層がセパレータを介して向き合うように配置した。そして、得られた捲回体を、10mm/秒の速度で厚さ4.5mmになるまで一方向から圧縮した。なお、圧縮後の捲回体は平面視楕円形をしており、その長径と短径との比(長径/短径)は7.7であった。
また別途、EC:EMC=3:7(重量基準)の混合物に、FECを濃度5質量%となるよう添加した。次いで、FEC添加後の混合物にLiPFを濃度1.0Mとなるよう溶解した。そして、LiPF溶解後の混合物に、ビニレンカーボネートを濃度2質量%となるように添加することで、電解液を調製した。
そして、圧縮後の捲回体をアルミ製ラミネートケース内に3.2gの電解液とともに収容した。そして、負極の所定の箇所にリード線を接続し、正極の所定の箇所にリード線を接続したのち、ケースの開口部を熱で封口し、リチウムイオン二次電池とした。このリチウムイオン二次電池は、幅35mm、高さ48mm、厚さ5mmのパウチ形であり、電池の公称容量は720mAhであった。
(Example 1)
<Preparation of polymer and binder composition for positive electrode>
In a reactor, 10.0 parts of 1,3-butadiene and 20.0 parts of isoprene as an aliphatic conjugated diene monomer, 70.0 parts of acrylonitrile as a nitrile group-containing monomer, and t-dodecyl mercaptan 0.4. Parts, ion-exchanged water 132 parts, sodium dodecylbenzenesulfonate 3 parts, β-naphthalenesulfonic acid formalin condensate sodium salt 0.5 parts, potassium persulfate 0.3 parts, and ethylenediaminetetraacetic acid sodium salt 0.05 parts Was charged, polymerization was carried out while maintaining the polymerization temperature at 15 ° C., and the reaction was continued until the polymerization conversion rate reached 94%. Then, the contents were returned to room temperature, the system was made a nitrogen atmosphere, and then concentrated using an evaporator until the solid content concentration became 40% to obtain an aqueous dispersion of the polymer.
320 parts of NMP was added to 100 parts of the aqueous dispersion of this polymer, and then the solvent was replaced by evaporating water under reduced pressure to obtain an NMP solution of the polymer (a binder composition for a positive electrode).
After coagulating 100 g of the obtained polymer NMP solution with 1 L of methanol, it was vacuum dried at 60 ° C. overnight to obtain a dried body. This dried product was analyzed by the NMR method, and it was confirmed that the polymer contained 70% of acrylonitrile units, 10% of 1,3-butadiene units and 20% of isoprene units.
<Preparation of slurry composition for positive electrode>
96 parts of Li (Ni 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 ) O 2 (average particle size: 10 μm) as a positive electrode active material, and acetylene black (a product name “HS” manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) as a conductive material. -100 "), 2.0 parts of the above-mentioned positive electrode binder composition (solid content concentration: 8.0%) in terms of solid content, and an appropriate amount of NMP as an additional solvent in a planetary mixer. In addition, a positive electrode slurry composition was prepared by mixing with the mixer.
<Production of positive electrode>
An aluminum foil having a thickness of 20 μm was prepared as a current collector. The positive electrode slurry composition prepared as described above was applied to one surface of the aluminum foil so that the applied amount after drying was about 22 mg / cm 2 . Then, the coating film on the aluminum foil was dried at 80 ° C. for 20 minutes and 120 ° C. for 20 minutes, and then heat-treated at 150 ° C. for 2 hours to obtain a positive electrode raw material sheet including a negative electrode mixture layer before pressing and a current collector. It was This positive electrode raw material was roll-pressed at a linear pressure of 2000 kN / cm to produce a positive electrode having a positive electrode mixture layer having a density of 3.7 g / cm 3 on one surface of the current collector.
<Production of negative electrode>
A mixture of 90 parts of spherical artificial graphite (volume average particle size: 12 μm) and 10 parts of SiO x (volume average particle size: 10 μm) as a negative electrode active material, and styrene-butadiene rubber (number average particle size: 180 nm) as a binder. , Glass transition temperature: 10 ° C.), 1 part of carboxymethyl cellulose as a thickening agent, and an appropriate amount of water were stirred with a planetary mixer to prepare a slurry composition for a negative electrode.
Next, a copper foil having a thickness of 15 μm was prepared as a current collector. The negative electrode slurry composition prepared as described above was applied to one surface of the copper foil so that the applied amount after drying was 12 mg / cm 2 . Then, the coating film on the copper foil was dried at 50 ° C. for 20 minutes and 110 ° C. for 20 minutes, and then heat-treated at 150 ° C. for 2 hours to obtain a negative electrode raw material. This negative electrode raw material was rolled by a roll press to prepare a negative electrode having a negative electrode mixture layer having a density of 1.8 g / cm 3 on one surface of a current collector.
<Preparation of lithium-ion secondary battery>
The produced positive electrode and negative electrode were wound using a core having a diameter of 20 mm with a separator (microporous polypropylene film) having a thickness of 20 μm interposed therebetween to obtain a wound body. The positive electrode and the negative electrode were arranged so that the positive electrode composite material layer and the negative electrode composite material layer face each other with the separator interposed therebetween. Then, the obtained wound body was compressed from one direction at a speed of 10 mm / sec until the thickness became 4.5 mm. The wound body after compression had an elliptical shape in plan view, and the ratio of the major axis to the minor axis (major axis / minor axis) was 7.7.
Separately, FEC was added to a mixture of EC: EMC = 3: 7 (weight basis) so that the concentration was 5% by mass. Next, LiPF 6 was dissolved in the mixture after the addition of FEC to a concentration of 1.0M. Then, an electrolyte solution was prepared by adding vinylene carbonate to the mixture after dissolving LiPF 6 so that the concentration was 2% by mass.
Then, the compressed wound body was accommodated in an aluminum laminate case together with 3.2 g of the electrolytic solution. Then, a lead wire was connected to a predetermined part of the negative electrode and a lead wire was connected to a predetermined part of the positive electrode, and then the opening of the case was sealed with heat to obtain a lithium ion secondary battery. This lithium-ion secondary battery was a pouch type with a width of 35 mm, a height of 48 mm, and a thickness of 5 mm, and the nominal capacity of the battery was 720 mAh.

(実施例2〜7)
重合体の調製時に表1に記載の単量体組成を採用した以外は、実施例1と同様にして、重合体のNMP溶液(正極用バインダー組成物)、正極用スラリー組成物、正極、負極、およびリチウムイオン二次電池を作製した。なお、実施例1と同様にしてNMR法による分析を行い、重合体中に占める、ある単量体単位の割合が、その重合体の重合に用いた全単量体に占める当該ある単量体の比率(仕込み比)と一致することを確認した。
(Examples 2 to 7)
NMP solution of the polymer (positive electrode binder composition), positive electrode slurry composition, positive electrode, negative electrode, in the same manner as in Example 1 except that the monomer composition shown in Table 1 was adopted when preparing the polymer. , And a lithium-ion secondary battery were produced. The analysis by the NMR method was carried out in the same manner as in Example 1, and the ratio of a certain monomer unit in the polymer accounted for in the total monomer used for the polymerization of the polymer. It was confirmed that the ratio was the same as the ratio (preparation ratio).

(比較例1〜2)
重合体の調製時に表1に記載の単量体組成を採用した以外は、実施例1と同様にして、重合体のNMP溶液(正極用バインダー組成物)、正極用スラリー組成物、正極、負極、およびリチウムイオン二次電池を作製した。なお、実施例1と同様にしてNMR法による分析を行い、重合体中に占める、ある単量体単位の割合が、その重合体の重合に用いた全単量体に占める当該ある単量体の比率(仕込み比)と一致することを確認した。
(Comparative Examples 1-2)
NMP solution of the polymer (positive electrode binder composition), positive electrode slurry composition, positive electrode, negative electrode, in the same manner as in Example 1 except that the monomer composition shown in Table 1 was adopted when preparing the polymer. , And a lithium-ion secondary battery were produced. The analysis by the NMR method was carried out in the same manner as in Example 1, and the ratio of a certain monomer unit in the polymer accounted for in the total monomer used for the polymerization of the polymer. It was confirmed that the ratio was the same as the ratio (preparation ratio).

(比較例3)
重合体の調製時に表1に記載の単量体組成を採用した以外は、実施例1と同様にして重合体の水分散液を調製した。そして実施例1と同様にしてNMPへの溶媒置換を行ったが、重合体がNMPに溶解しなかった。このような正極用バインダー組成物を用いても、優れた性能を発揮するリチウムイオン二次電池が得られないことは明らかであったため、正極、負極、およびリチウムイオン二次電池は製造しなかった。なお、重合体の電解液膨潤度の項目については評価を行った。また、実施例1と同様にしてNMR法による分析を行い、重合体中に占める、ある単量体単位の割合が、その重合体の重合に用いた全単量体に占める当該ある単量体の比率(仕込み比)と一致することを確認した。
(Comparative example 3)
An aqueous dispersion of the polymer was prepared in the same manner as in Example 1 except that the monomer composition shown in Table 1 was adopted when the polymer was prepared. Then, the solvent substitution with NMP was carried out in the same manner as in Example 1, but the polymer did not dissolve in NMP. Since it was clear that a lithium ion secondary battery exhibiting excellent performance could not be obtained even by using such a binder composition for a positive electrode, a positive electrode, a negative electrode, and a lithium ion secondary battery were not manufactured. . The evaluation of the degree of electrolytic solution swelling of the polymer was performed. In addition, an analysis by an NMR method was performed in the same manner as in Example 1, and the ratio of a certain monomer unit in the polymer occupied in all the monomers used in the polymerization of the polymer was the certain monomer. It was confirmed that the ratio was the same as the ratio (preparation ratio).

Figure 2019004216
Figure 2019004216

表1より、ニトリル基含有単量体単位と、2種の脂肪族共役ジエン単量体単位とを含む重合体を含有するバインダー組成物を用いた実施例1〜7では、塗布密度を高めつつ、電極合材層を十分に高密度化し得ることがわかる。また、実施例1〜7では、電極合材層を集電体に強固に密着させて、リチウムイオン二次電池に、十分に優れたサイクル特性を発揮させ得ることが分かる。
一方、ニトリル基含有単量体単位を含むが、脂肪族共役ジエン単量体単位として1,3−ブタジエン単位のみを含む重合体を含有するバインダー組成物を用いた比較例1では、電極合材層の高密度化が困難であることが分かる。
また、ニトリル基含有単量体単位を含むが、脂肪族共役ジエン単量体単位としてイソプレン単位のみを含む重合体を含有するバインダー組成物を用いた比較例2では、電極合材層の高密度化が困難であることが分かる。
そして、2種の脂肪族共役ジエン単量体単位を含むが、ニトリル基含有単量体単位を含まない重合体を含有するバインダー組成物を用いた比較例3では、上述した通り、重合体がNMPに溶解しなかったため、正極、負極、およびリチウムイオン二次電池は製造しなかった。
From Table 1, in Examples 1 to 7 using a binder composition containing a polymer containing a nitrile group-containing monomer unit and two kinds of aliphatic conjugated diene monomer units, while increasing the coating density, It can be seen that the electrode composite material layer can be sufficiently densified. In addition, in Examples 1 to 7, it can be seen that the electrode mixture layer can be firmly adhered to the current collector to allow the lithium ion secondary battery to exhibit sufficiently excellent cycle characteristics.
On the other hand, in Comparative Example 1 in which a binder composition containing a polymer containing a nitrile group-containing monomer unit but containing only 1,3-butadiene units as an aliphatic conjugated diene monomer unit was used, an electrode mixture was prepared. It can be seen that it is difficult to densify the layers.
Further, in Comparative Example 2 in which a binder composition containing a polymer containing a nitrile group-containing monomer unit but containing only an isoprene unit as an aliphatic conjugated diene monomer unit was used, a high density of the electrode mixture layer was obtained. It turns out that it is difficult to make it.
Then, in Comparative Example 3 using a binder composition containing a polymer containing two kinds of aliphatic conjugated diene monomer units, but not containing a nitrile group-containing monomer unit, as described above, the polymer was The positive electrode, the negative electrode, and the lithium ion secondary battery were not manufactured because they did not dissolve in NMP.

本発明によれば、電極合材層を容易に高密度化しつつ、当該電極合材層を集電体に強固に密着させうる電気化学素子電極用バインダー組成物および電気化学素子電極用スラリー組成物を提供することができる。
また、本発明によれば、電気化学素子を高容量化しうり、且つ当該電気化学素子に優れたサイクル特性を発揮させうる電気化学素子用電極および当該電気化学素子用電極の製造方法を提供することができる。
更に、本発明によれば、高容量であると共に、サイクル特性に優れる電気化学素子を提供することができる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the binder composition for electrochemical device electrodes and the slurry composition for electrochemical device electrodes which can make the said electrode composite material layer stick firmly to a collector, densifying an electrode composite material layer easily. Can be provided.
Further, according to the present invention, it is possible to provide an electrochemical device electrode having a high capacity and capable of exhibiting excellent cycle characteristics in the electrochemical device, and a method for producing the electrochemical device electrode. You can
Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide an electrochemical device having a high capacity and excellent cycle characteristics.

Claims (12)

重合体を含有する電気化学素子電極用バインダー組成物であって、
前記重合体が、ニトリル基含有単量体単位と、少なくとも2種の脂肪族共役ジエン単量体単位とを含む、電気化学素子電極用バインダー組成物。
A binder composition for an electrochemical device electrode containing a polymer,
A binder composition for an electrochemical device electrode, wherein the polymer contains a nitrile group-containing monomer unit and at least two kinds of aliphatic conjugated diene monomer units.
前記脂肪族共役ジエン単量体単位が、炭素原子数5以上12以下の脂肪族共役ジエン単量体単位を含む、請求項1に記載の電気化学素子電極用バインダー組成物。   The binder composition for an electrochemical device electrode according to claim 1, wherein the aliphatic conjugated diene monomer unit includes an aliphatic conjugated diene monomer unit having 5 to 12 carbon atoms. 前記重合体中の前記炭素原子数5以上12以下の脂肪族共役ジエン単量体単位の割合が、1質量%以上50質量%以下である、請求項2に記載の電気化学素子電極用バインダー組成物。   The binder composition for an electrochemical device electrode according to claim 2, wherein a ratio of the aliphatic conjugated diene monomer unit having 5 to 12 carbon atoms in the polymer is 1% by mass to 50% by mass. object. 前記脂肪族共役ジエン単量体単位が、1,3−ブタジエン単位を含む、請求項1〜3の何れかに記載の電気化学素子電極用バインダー組成物。   The binder composition for an electrochemical device electrode according to claim 1, wherein the aliphatic conjugated diene monomer unit contains a 1,3-butadiene unit. 前記重合体中の前記1,3−ブタジエン単位の割合が、1質量%以上50質量%以下である、請求項4に記載の電気化学素子電極用バインダー組成物。   The binder composition for electrochemical device electrodes according to claim 4, wherein the ratio of the 1,3-butadiene unit in the polymer is 1% by mass or more and 50% by mass or less. 前記重合体中の前記ニトリル基含有単量体単位の割合が、20質量%以上85質量%以下である、請求項1〜5の何れかに記載の電気化学素子電極用バインダー組成物。   The binder composition for an electrochemical element electrode according to claim 1, wherein a ratio of the nitrile group-containing monomer unit in the polymer is 20% by mass or more and 85% by mass or less. 前記脂肪族共役ジエン単量体単位が、炭素原子数5以上12以下の脂肪族共役ジエン単量体単位および1,3−ブタジエン単位を含み、前記重合体中の前記1,3−ブタジエン単位の割合に対する前記炭素原子数5以上12以下の脂肪族共役ジエン単量体単位の割合の比が、0.02以上50以下である、請求項1〜6の何れかに記載の電気化学素子電極用バインダー組成物。   The aliphatic conjugated diene monomer unit contains an aliphatic conjugated diene monomer unit having 5 or more and 12 or less carbon atoms and a 1,3-butadiene unit, and the 1,3-butadiene unit in the polymer is The electrochemical element electrode according to any one of claims 1 to 6, wherein the ratio of the ratio of the aliphatic conjugated diene monomer unit having 5 to 12 carbon atoms to the ratio is 0.02 to 50. Binder composition. 電極活物質と、請求項1〜7の何れかに記載の電気化学素子電極用バインダー組成物とを含む、電気化学素子電極用スラリー組成物。   A slurry composition for an electrochemical device electrode, comprising an electrode active material and the binder composition for an electrochemical device electrode according to claim 1. 前記電極活物質が、ニッケルを含有する電極活物質である、請求項8に記載の電気化学素子電極用スラリー組成物。   The slurry composition for an electrochemical element electrode according to claim 8, wherein the electrode active material is an electrode active material containing nickel. 請求項8または9に記載の電気化学素子電極用スラリー組成物を用いて形成した電極合材層を備える、電気化学素子用電極。   An electrode for an electrochemical device, comprising an electrode mixture layer formed using the slurry composition for an electrochemical device electrode according to claim 8 or 9. 請求項10に記載の電気化学素子用電極を備える、電気化学素子。   An electrochemical device comprising the electrode for an electrochemical device according to claim 10. 請求項8または9に記載の電気化学素子電極用スラリー組成物を集電体上に塗布する工程と、
前記集電体上に塗布された前記電気化学素子電極用スラリー組成物を乾燥して、前記集電体上にプレス前電極合材層を形成する工程と、
前記プレス前電極合材層を、500kN/cm以上3000kN/cm以下の線圧でロールプレスして、プレス後電極合材層を得る工程と、を含む、
電気化学素子用電極の製造方法。
Applying a slurry composition for an electrochemical device electrode according to claim 8 or 9 onto a current collector;
Drying the electrochemical device electrode slurry composition applied on the current collector to form a pre-press electrode mixture layer on the current collector;
Roll-pressing the electrode mixture layer before pressing at a linear pressure of 500 kN / cm or more and 3000 kN / cm or less to obtain an electrode mixture layer after pressing,
Manufacturing method of electrode for electrochemical device.
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