WO2013024585A1 - 多孔質正極材料の製造方法およびリチウムイオン電池 - Google Patents

多孔質正極材料の製造方法およびリチウムイオン電池 Download PDF

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WO2013024585A1
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positive electrode
electrode material
general formula
group
hydrogen atom
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PCT/JP2012/005094
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English (en)
French (fr)
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弘志 前川
中山 徳夫
吉村 寿洋
雅亮 猿山
森口 勇
山田 博俊
幸幾 瓜田
Original Assignee
三井化学株式会社
国立大学法人長崎大学
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    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B25/00Phosphorus; Compounds thereof
    • C01B25/16Oxyacids of phosphorus; Salts thereof
    • C01B25/26Phosphates
    • C01B25/45Phosphates containing plural metal, or metal and ammonium
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/136Electrodes based on inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/5825Oxygenated metallic salts or polyanionic structures, e.g. borates, phosphates, silicates, olivines
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a porous positive electrode material for a lithium ion battery, and a lithium ion battery using a positive electrode material obtained by the production method.
  • the present invention relates to a method for producing porous olivine-type LiFePO 4 for lithium ion batteries and a lithium ion battery using LiFePO 4 obtained by the production method.
  • Lithium ion secondary batteries have high energy density and are widely used as power sources for small electronic devices such as mobile phones and laptop computers. In recent years, in order to apply to electric power sources for electric vehicles, further higher capacity and higher output are desired.
  • LiCoO 2 is used as the main positive electrode material of the lithium ion secondary battery.
  • LiCoO 2 has a safety concern. Further, since Co (cobalt) is extremely expensive, LiCoO 2 is expensive. Therefore, in recent years, development of new materials aiming at a decobalt positive electrode has been promoted.
  • LiMPO 4 is Fe or Mn
  • LiFePO 4 can improve performance by methods such as nano-sizing and carbon composite.
  • Patent Document 1 JP 2005-60181
  • LiFePO 4 having an olivine a mesoporous LiFePO 4 having a three-dimensional structure having mesopores of a surfactant such as cetyltrimethylammonium chloride as a template
  • a surfactant such as cetyltrimethylammonium chloride
  • the pore size is limited to a diameter of 5 nm.
  • surfactants aggregates such as micelles are self-organized in an aqueous solution. When the surfactant concentration is increased to increase the particle size of these aggregates, a phase change occurs, causing a lamellar or hexagonal phase.
  • the pore diameter determined from the nitrogen adsorption method is about 2 nm.
  • the charge / discharge characteristics are not good because the electrolyte is difficult to penetrate when the pores are about 2 nm or the movement of lithium ions in the electrolyte is hindered. Is expected.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2007-230784.
  • Examples of carbon-containing compounds include emulsions and suspensions of polymer compounds.
  • Example 2 shows an example in which a polystyrene resin emulsion is added.
  • D50 50% volume cumulative diameter
  • D90 90% volume cumulative diameter
  • FIG. 3 shows a SEM observation photograph of fine particles after firing, and the primary particle size is about 1 ⁇ m.
  • Patent Document 3 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-296367 shows an example in which polyethylene glycol and polyacrylic acid are added as a precursor of an electronic conductive substance, and spray baking is performed to synthesize an olivine-type positive electrode material. Yes. However, since they are water-soluble polymers, they are indefinite, and an appropriate pore structure cannot be created.
  • Patent Document 4 (WO 2010/150857 pamphlet) includes a step of preparing template particles, a step of immersing the template particles in a precursor solution composed of an inorganic source solution of LiMnPO 4 and a carbon source, There is a description relating to a method for producing a composite nanoporous electrode material, which includes a step of firing a composite made of a precursor solution at a firing temperature of 600 ° C. or higher and lower than 900 ° C. and removing template particles.
  • a colloidal dispersion liquid made of polystyrene having a particle diameter of 100 nm or more and 400 nm or less is centrifuged to produce a colloidal crystal in which polystyrene particles are regularly arranged.
  • the inorganic source solution is immersed and filled in the gaps between the polystyrene particles for 5 to 7 days.
  • the template made of polystyrene particles is removed, and the composite nanoporous electrode material 4 of olivine-type lithium manganese phosphate (LiMnPO 4 ) and carbon having nano-sized pores can be completed.
  • industrial production is complicated and difficult.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and is to provide a production method for obtaining a porous positive electrode material having excellent charge / discharge characteristics.
  • the present invention there are provided the following method for producing a porous positive electrode material for a lithium ion battery, and a lithium ion battery using the positive electrode material obtained by the production method.
  • (I) capable of inserting and extracting lithium positive electrode active material, comprising at least one material selected from the preparation intermediates and starting materials, the median size d 50 of the median diameter d 50 of (II) below A substance that is 1.0 times or less of (II) water-dispersible resin fine particles having a median diameter d 50 of 10 to 400 nm, And a preparation step of preparing a raw material liquid containing an aqueous medium, Spray drying the raw material liquid obtained in the preparation step; The manufacturing method of the porous positive electrode material for lithium ion batteries containing this.
  • the median size d 50 means a median size d 50 in the volume-based particle size distribution measured by laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus before adjusting the raw material solution.
  • the median size d 50 of the (I) is less than 0.5 times the median size d 50 of the (II), the production method of a porous cathode material.
  • the water-dispersible resin fine particles are The polystyrene-equivalent number average molecular weight measured by gel permeation chromatography (GPC) is 2.5 ⁇ 10 4 or less,
  • A represents a polyolefin chain.
  • R 1 and R 2 represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, at least one of which is a hydrogen atom.
  • X 1 and X 2 are (It may be the same or different, and represents a group having a linear or branched polyalkylene glycol group.)
  • G may be the same or different, and —OX 4 , —NX 5 X 6 (where X 4 to X 6 are Represents a polyalkylene glycol group.)
  • M represents the number of bonds between R 3 and G, and represents an integer of 1 to 10.)
  • X 7 and X 8 may be the same or different, and represent a polyalkylene glycol group or a group represented by the general formula (3).
  • a method for producing a porous positive electrode material, wherein the terminally branched polyolefin copolymer particles are represented by the following general formula (1a) or the following general formula (1b).
  • R 4 and R 5 represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, and at least one of them is a hydrogen atom.
  • R 6 and R 7 represent a hydrogen atom or a methyl group.
  • R 8 and R 9 represent a hydrogen atom or a methyl group, and at least one is a hydrogen atom, l + m represents an integer of 2 to 450, and n is 20 or more Represents an integer of 300 or less.
  • R 4 and R 5 represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, and at least one of them is a hydrogen atom.
  • R 6 and R 7 represent a hydrogen atom or a methyl group.
  • At least one is a hydrogen atom
  • R 8 and R 9 represent a hydrogen atom or a methyl group
  • at least one is a hydrogen atom
  • R 10 and R 11 represent a hydrogen atom or a methyl group
  • at least One is a hydrogen atom
  • l + m + o represents an integer of 3 to 450
  • n represents an integer of 20 to 300.
  • the porous cathode material comprises LiFePO 4, the manufacturing method of a porous cathode material.
  • the porous positive electrode material for lithium ion batteries excellent in the charge / discharge characteristic can be obtained. Further, by using this porous positive electrode material, a lithium ion secondary battery having excellent charge / discharge characteristics can be obtained.
  • FIG. 3 is a diagram showing an SEM image of a black powder obtained in Example 1.
  • FIG. 4 is a diagram showing an SEM image of black powder obtained in Example 3.
  • FIG. 6 is a view showing an SEM image of the powder obtained in Example 7. It is a figure which shows the SEM image of the black powder obtained by the comparative example 3.
  • the method for producing a porous positive electrode material for a lithium ion battery in the present embodiment is (I) one or more substances selected from a positive electrode active material capable of occluding and releasing lithium, a production intermediate thereof, and a raw material thereof.
  • median diameter d 50 of which contains a median material is 1.0 times the size d 50
  • median size d 50 is 10 ⁇ 400 nm water-dispersible resin fine particles
  • the median size d 50 means a median size d 50 in the volume-based particle size distribution measured by laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus before adjusting the raw material solution.
  • the meaning of spray drying in the present embodiment includes the meaning of spray baking (using drying and baking at the same time) using a spray dryer in addition to the meaning of spray drying.
  • spray baking using drying and baking at the same time
  • a porous positive electrode material composed of a positive electrode active material and carbon is obtained by firing the precursor obtained by drying.
  • a porous positive electrode material made of a positive electrode active material and carbon is obtained by performing spray baking.
  • the raw material liquid in the present embodiment includes (I) a positive electrode active material capable of occluding and releasing lithium, a production intermediate thereof, and one or more substances selected from the raw materials dissolved or dispersed therein, and water-dispersible resin fine particles Are dispersed.
  • the positive electrode active material capable of inserting and extracting lithium, the production intermediate thereof, and one or more substances selected from the raw materials thereof may be dissolved or dispersed in an aqueous medium. Order to sufficiently exhibit the template effect by the water-dispersible resin fine particles, the substance of (I).
  • the median diameter d 50 of the median size d 50 of the water-dispersible resin fine particles If it is 1.0 times or less, preferably 0.5 times or less, more preferably 0.1 times or less, it may be dispersed. In addition, when the said substance is melt
  • the positive electrode active material capable of inserting and extracting lithium includes, for example, lithium metal phosphate containing lithium and a metal selected from Groups 7 and 8 of the periodic table. More specifically, Examples thereof include lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), lithium manganese phosphate (LiMnPO 4 ), lithium iron pyrophosphate (Li 2 FeP 2 O 7 ), and lithium manganese pyrophosphate (Li 2 MnP 2 O 7 ).
  • the lithium ion battery it is the above-described positive electrode active material that functions as a positive electrode material by inserting and removing lithium ions.
  • the crystal structure of a positive electrode active material is not specifically limited, For example, an olivine type can be mentioned.
  • Examples of the raw material for the positive electrode active material capable of inserting and extracting lithium include a lithium compound, a metal compound containing a metal selected from Groups 7 and 8 of the periodic table, and a phosphate compound.
  • the raw material liquid in this embodiment includes (I) a lithium compound, a metal compound containing a metal selected from Groups 7 and 8 of the periodic table, and phosphoric acid as a raw material for a positive electrode active material capable of occluding and releasing lithium.
  • the composition molar ratio of Li, a metal selected from Groups 7 and 8 of the periodic table, and P is not particularly limited, but Li is selected from Groups 7 and 8 of the Periodic Table. It is preferable that the composition molar ratio of the metal and P is contained at a ratio of 1: 1: 1 or 2: 1: 2.
  • an error in the composition molar ratio of Li, a metal selected from Groups 7 and 8 of the periodic table, and P is within ⁇ 2%.
  • lithium compound in the present embodiment examples include lithium carbonate, lithium hydroxide, lithium chloride, lithium bromide, lithium fluoride, lithium iodide, lithium nitrate, lithium oxalate, lithium acetate, lithium phosphate, and lithium dihydrogen phosphate. , Etc. can be used.
  • an iron compound and a manganese compound are preferable.
  • iron compounds include iron (II) chloride tetrahydrate, iron (III) chloride hexahydrate, iron nitrate (III) nonahydrate, iron (II) oxalate dihydrate, and iron sulfate.
  • iron sulfate III
  • iron phosphate III
  • iron oxide II
  • iron oxide III
  • manganese compounds include manganese oxides such as Mn 2 O 3 , MnO 2 , and Mn 3 O 4 , MnCO 3 , Mn (NO 3 ) 2 , MnSO 4 , manganese (III) phosphate, manganese phosphate (II ), Manganese salts such as manganese acetate, manganese dicarboxylate, manganese citrate, and manganese fatty acid, and halides such as oxyhydroxide and manganese chloride.
  • manganese oxides such as Mn 2 O 3 , MnO 2 , and Mn 3 O 4 , MnCO 3 , Mn (NO 3 ) 2 , MnSO 4 , manganese (III) phosphate, manganese phosphate (II ), Manganese salts such as manganese acetate, manganese dicarboxylate, manganese citrate, and manganese fatty acid, and halides such as oxyhydroxide and manga
  • Examples of phosphoric acid compounds include phosphoric acid, ammonium phosphate, ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, and the like.
  • Examples of phosphoric acid include orthophosphoric acid, pyrophosphoric acid, metaphosphoric acid, tripolyphosphoric acid, hexametaphosphoric acid, and higher-order condensed phosphoric acid.
  • an aqueous medium is prepared so that a mixture containing a lithium compound, a metal compound containing a metal selected from Groups 7 and 8 of the periodic table, and a phosphate compound has a concentration of 0.1 to 5 mol / L.
  • the aqueous medium in the above method is not particularly limited, and distilled water, ion exchange water, city water, industrial water, and the like can be used. It is particularly preferable to use distilled water or ion exchange water.
  • the preparation procedure of the raw material liquid is not particularly limited.
  • an aqueous solution containing a lithium compound, a metal compound containing a metal selected from Groups 7 and 8 of the periodic table, and a phosphate compound A raw material liquid is prepared by mixing water-dispersible resin fine particles.
  • the mixing order is not particularly limited. That is, a lithium compound, a metal compound selected from Groups 7 and 8 of the periodic table, and an aqueous solution in which a phosphoric acid compound is dissolved may be added to the dispersion containing the water-dispersible resin fine particles.
  • Water-dispersible resin fine particles may be added to an aqueous solution containing a metal compound selected from Groups 7 and 8 of the periodic table, followed by an aqueous solution containing a lithium compound and a phosphoric acid compound.
  • a positive electrode active material capable of inserting and extracting lithium and its production intermediate may be added together with the above raw materials, or may be used in place of the raw materials.
  • the raw material liquid in which the positive electrode active material capable of inserting and extracting lithium can be reacted (hydrothermal synthesis) with the above mixture under high temperature and high pressure conditions.
  • the high-temperature and high-pressure conditions are not particularly limited as long as the temperature, pressure, and time are within the range of generating a positive electrode active material capable of occluding and releasing lithium, but the reaction temperature is, for example, 120 ° C. or more and 250 ° C or lower is preferable, more preferably 150 ° C or higher and 220 ° C or lower.
  • the above raw material liquid may contain a solvent other than water.
  • a solvent other than water for example, alcohols, esters, ethers, ketones and the like can be added.
  • the role of the water-dispersible resin fine particles in this embodiment is roughly divided into three.
  • the first role is to create an organic-inorganic composite and reduce the wall thickness of the porous cathode material created between the resin particles, thereby suppressing the growth of the crystal particle diameter of the porous cathode material during firing. This is to shorten the diffusion distance of lithium ions in crystal grains.
  • the second role is to increase the conductivity by the carbon component generated when baked in an inert gas atmosphere.
  • the third role is to create a void through which the electrolyte solution can permeate by firing in an inert gas atmosphere. The electrolytic solution that has permeated the voids can accelerate the movement of lithium ions more quickly.
  • An advantage in production using the water-dispersible resin fine particles in the present embodiment is that a carbon-inorganic composite material can be obtained by a very simple method of mixing with a raw material liquid, drying and firing.
  • the median diameter d 50 in the volume-based particle size distribution by the laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device of the water-dispersible resin fine particles of the present embodiment is 10 to 400 nm, preferably 10 to 300 nm. Is less than the median size d 50 of the water-dispersible resin particles 10 nm, undesirably may become liquid electrolyte is less likely to penetrate, the movement of lithium ions or slower. If the median diameter d 50 of the water-dispersible resin fine particles exceeds 400 nm, the voids become large, the crystallite size of the porous positive electrode material becomes too large, and the charge / discharge characteristics at high speed are deteriorated.
  • the water-dispersible resin fine particle dispersion in this embodiment aggregates even when added to an aqueous solution containing one or more substances selected from a positive electrode active material capable of occluding and releasing lithium, a production intermediate thereof, and a raw material thereof. It is preferable to maintain a dispersed state.
  • the dispersion state is preferably such that the rate of change of the median diameter d 50 of the water-dispersible fine particles before and after the preparation step is 50% or less.
  • the median size d 50 can be measured by using a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus.
  • a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring apparatus Microtrack UPA-EX150 manufactured by Nikkiso Co., Ltd. can be used.
  • the softening point of the water dispersible resin fine particles in the present embodiment is not particularly limited. In the process of drying the raw material liquid described later, an organic-inorganic composite can be produced without causing the water-dispersible resin fine particles to be united regardless of the softening point by instantaneous drying using a spray drying method. Because. If the softening point of the water-dispersible resin particles is low, the powder dried by the spray drying method tends to aggregate and be difficult to handle, but the battery performance is not inferior.
  • the softening point of the water-dispersible resin fine particles refers to a temperature at which the resin softens and the resins start to be fused, more specifically, in the case of a crystalline polymer, the melting point.
  • the glass transition point is used.
  • the melting point of the crystalline polymer can be measured using DSC (Differential Scanning Calorimetry), and the peak top temperature when measured at a rate of temperature increase of 10 ° C./min is defined as the melting point.
  • the glass transition point of the amorphous polymer can also be measured using DSC (Differential Scanning Calorimetry), and the inflection point with respect to the baseline when measured at a heating rate of 10 ° C./min is the glass transition point.
  • the amorphous polymer having a known monomer composition can be obtained by calculation of the glass transition point or may be substituted.
  • the pH of the raw material liquid in this embodiment is not particularly limited, but is often pH 3 or lower because acidic salts are often used. Therefore, it is preferable that the water-dispersible fine particles in the present embodiment do not aggregate even in an acidic solution having a pH of 3 or less and a high ionic strength condition. This is because if the water-dispersible fine particles are aggregated in the raw material liquid, the particle size of the fine particles becomes large and the intended template size is not achieved.
  • the water-dispersible resin particles in the present embodiment preferably contain 50% by mass or more of carbon.
  • the water-dispersible resin fine particles are fired in an inert gas atmosphere and carbonized to impart conductivity. Therefore, it is preferable that carbon is contained more than a certain amount. Furthermore, it is more preferable that the water-dispersible resin fine particles in the present embodiment contain 70% by mass or more of carbon.
  • the content of the water-dispersible resin fine particles in the present embodiment is not particularly limited.
  • the water-dispersed fine particles / positive electrode active material (weight ratio) is 10/90 to 90/10, preferably 20/80 to 80. / 20, more preferably 25/75 to 75/25.
  • the water-dispersible resin fine particles in the present embodiment may be those that can be dispersed in an aqueous medium.
  • an aqueous medium for example, at least one water-insoluble material selected from polyolefin, poly (meth) acrylic acid ester, polystyrene, polyurethane, polyacrylonitrile, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl acetate and polybutadiene
  • the aqueous medium is water and / or an organic solvent having an affinity for water.
  • An organic-inorganic composite in which particles having a median diameter d 50 of 10 to 30 nm are dispersed can be stably produced by using, for example, polyolefin end-branched copolymer particles dispersed in an aqueous medium.
  • the organic-inorganic composite median diameter d 50 of smaller particles 400nm exceeded 30nm are dispersed may be stably manufactured by using, for example, aqueous medium dispersed poly (meth) acrylic acid ester type polymer particles I can do it.
  • the polyolefin-based terminally branched copolymer particles will be described.
  • the polyolefin terminal branched copolymer constituting the water-dispersible resin fine particles in the present embodiment has a structure represented by the following general formula (1).
  • A represents a polyolefin chain.
  • R 1 and R 2 represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, at least one of which is a hydrogen atom.
  • X 1 and X 2 are (It may be the same or different, and represents a group having a linear or branched polyalkylene glycol group.)
  • the number average molecular weight of the terminal branched copolymer represented by the general formula (1) is preferably 2.5 ⁇ 10 4 or less, more preferably 5.5 ⁇ 10 2 to 1.5 ⁇ 10 4 . More preferably 8 ⁇ 10 2 to 4.0 ⁇ 10 3 .
  • the number average molecular weight is the number average molecular weight of the polyolefin chain represented by A, the number average molecular weight of the group having a polyalkylene glycol group represented by X 1 and X 2 , and R 1 , R 2 and C 2 H min. It is expressed as the sum of molecular weights.
  • the number average molecular weight is a value in terms of polystyrene measured by gel permeation chromatography (GPC).
  • the stability of the particles in the dispersion when the polyolefin end-branched copolymer is used as a dispersoid, water and / or affinity with water This is preferable because the dispersibility of the organic solvent in the organic solvent tends to be good and the preparation of the dispersion becomes easy.
  • the polyolefin chain represented by A in the general formula (1) is obtained by polymerizing an olefin having 2 to 20 carbon atoms.
  • the olefin having 2 to 20 carbon atoms include ⁇ -olefins such as ethylene, propylene, 1-butene and 1-hexene.
  • the homopolymer or copolymer of these olefins may be sufficient, and what was copolymerized with the other polymerizable unsaturated compound in the range which does not impair a characteristic may be sufficient.
  • ethylene, propylene, and 1-butene are particularly preferable.
  • the number average molecular weight of the polyolefin chain represented by A measured by GPC is preferably 400 to 8000, more preferably 500 to 4000, and still more preferably 500 to 2000.
  • the number average molecular weight is a value in terms of polystyrene.
  • the polyolefin portion has high crystallinity, the dispersion tends to be stable, and the melt viscosity is low and the preparation of the dispersion is easy. This is preferable.
  • the ratio of the weight average molecular weight (Mw) and the number average molecular weight (Mn) measured by GPC of the polyolefin chain represented by A in the general formula (1), that is, the molecular weight distribution (Mw / Mn) is not particularly limited. However, it is usually 1.0 to several tens, more preferably 1.0 to 4.0, and still more preferably 1.0 to 3.0.
  • the number average molecular weight (Mn) and molecular weight distribution (Mw / Mn) of the group represented by A by GPC can be measured using, for example, GPC-150 manufactured by Millipore under the following conditions. Separation column: TSK GNH HT (column size: diameter 7.5 mm, length: 300 mm) Column temperature: 140 ° C Mobile phase: Orthodichlorobenzene (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) Antioxidant: Butylhydroxytoluene (manufactured by Takeda Pharmaceutical Company Limited) 0.025% by mass Movement speed: 1.0 ml / min Sample concentration: 0.1% by mass Sample injection volume: 500 ⁇ L Detector: differential refractometer.
  • the molecular weight of the polyolefin chain represented by A can be measured by measuring the molecular weight of a polyolefin having an unsaturated group at one terminal, which will be described later, and subtracting the molecular weight corresponding to the terminal.
  • R 1 and R 2 are a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 18 carbon atoms, which is a substituent bonded to a double bond of the polyolefin constituting A, and preferably a hydrogen atom or a carbon group having 1 to 18 carbon atoms. It is an alkyl group. As the alkyl group, a methyl group, an ethyl group, and a propyl group are preferable.
  • X 1 and X 2 may be the same or different and each represents a group having a polyalkylene glycol group having a linear or branched number average molecular weight of 50 to 10,000.
  • the branching mode of the branched alkylene glycol group includes a polyvalent hydrocarbon group or a branching through a nitrogen atom. For example, branching by a hydrocarbon group bonded to two or more nitrogen atoms, oxygen atoms or sulfur atoms in addition to the main skeleton, and branching by a nitrogen atom bonded to two alkylene groups in addition to the main skeleton may be mentioned.
  • the number average molecular weight of the group having a polyalkylene glycol group is in the above range because the dispersibility of the dispersion tends to be good and the melt viscosity is low and the preparation of the dispersion is easy.
  • X 1 and X 2 in the general formula (1) have the above structure, a polyolefin-based terminal branched copolymer having a median diameter d 50 of 10 to 30 nm without using a surfactant is used. Polymer particles composed of a coalescence can be obtained stably.
  • X 1 and X 2 are the same or different, and represent a group represented by the following general formula (2) or the following general formula (4).
  • E represents an oxygen atom or a sulfur atom.
  • X 3 represents a polyalkylene glycol group or a group represented by the following general formula (3).
  • R 3 represents an m + 1 valent hydrocarbon group.
  • G may be the same or different, and —OX 4 , —NX 5 X 6 (where X 4 to X 6 are Represents a polyalkylene glycol group.)
  • M represents the number of bonds between R 3 and G, and represents an integer of 1 to 10.
  • the group represented by R 3 is an m + 1 valent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.
  • m is 1 to 10, preferably 1 to 6, and particularly preferably 1 to 2.
  • X 7 and X 8 may be the same or different, and represent a polyalkylene glycol group or a group represented by the general formula (3).
  • one of X 1 and X 2 is a polyolefin-based terminal branched type copolymer in which the group represented by the general formula (4) is a group.
  • a polymer is mentioned.
  • a polyolefin-based terminally branched copolymer in which one of X 1 and X 2 is a group represented by the above general formula (4) and the other is a group represented by the above general formula (2). Can be mentioned.
  • one of X 1 and X 2 is a group represented by the general formula (2), and more preferably X 1.
  • a more preferable structure of X 1 and X 2 represented by the general formula (4) is a group represented by the following general formula (5).
  • X 9 and X 10 may be the same or different and each represents a polyalkylene glycol group.
  • Q 1 and Q 2 may be the same or different, Each represents a divalent hydrocarbon group.
  • the divalent hydrocarbon group represented by Q 1 and Q 2 is preferably a divalent alkylene group, and more preferably an alkylene group having 2 to 20 carbon atoms.
  • the alkylene group having 2 to 20 carbon atoms may or may not have a substituent.
  • substituent for example, ethylene group, methylethylene group, ethylethylene group, dimethylethylene group, phenylethylene group, chloromethylethylene group, bromomethylethylene group, methoxymethylethylene group, aryloxymethylethylene group, propylene group, Examples include a trimethylene group, a tetramethylene group, a hexamethylene group, and a cyclohexylene group.
  • a preferable alkylene group is a hydrocarbon-based alkylene group, particularly preferably an ethylene group or a methylethylene group, and still more preferably an ethylene group.
  • Q 1 and Q 2 may be one kind of alkylene group, or two or more kinds of alkylene groups may be mixed.
  • a more preferable structure of X 1 and X 2 represented by the general formula (2) is a group represented by the following general formula (6).
  • X 11 represents a polyalkylene glycol group.
  • the polyalkylene glycol group represented by X 3 to X 11 is a group obtained by addition polymerization of alkylene oxide.
  • alkylene oxide constituting the polyalkylene glycol group represented by X 3 to X 11 include ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide, styrene oxide, cyclohexene oxide, epichlorohydrin, epibromohydrin, methyl glycidyl ether, allyl Examples thereof include glycidyl ether.
  • propylene oxide, ethylene oxide, butylene oxide, and styrene oxide are preferable. More preferred are propylene oxide and ethylene oxide, and particularly preferred is ethylene oxide.
  • the polyalkylene glycol group represented by X 3 to X 11 may be a group obtained by homopolymerization of these alkylene oxides or a group obtained by copolymerization of two or more kinds.
  • Examples of preferred polyalkylene glycol groups are polyethylene glycol groups, polypropylene glycol groups, or groups obtained by copolymerization of polyethylene oxide and polypropylene oxide, and particularly preferred groups are polyethylene glycol groups.
  • polystyrene-based terminally branched copolymer As the polyolefin-based terminally branched copolymer in the present embodiment, it is preferable to use a polymer represented by the following general formula (1a) or (1b).
  • R 4 and R 5 represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, and at least one of them is a hydrogen atom.
  • the alkyl group an alkyl group having 1 to 9 carbon atoms is preferable, and an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms is more preferable.
  • R 6 and R 7 represent a hydrogen atom or a methyl group, and at least one of them is a hydrogen atom.
  • R 8 and R 9 represent a hydrogen atom or a methyl group, and at least one of them is a hydrogen atom.
  • l + m represents an integer of 2 to 450, preferably 5 to 200.
  • n represents an integer of 20 to 300, preferably 25 to 200.
  • R 4 and R 5 represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, and at least one of them is a hydrogen atom.
  • the alkyl group an alkyl group having 1 to 9 carbon atoms is preferable, and an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms is more preferable.
  • R 6 and R 7 represent a hydrogen atom or a methyl group, and at least one of them is a hydrogen atom.
  • R 8 and R 9 represent a hydrogen atom or a methyl group, and at least one of them is a hydrogen atom.
  • R 10 and R 11 represent a hydrogen atom or a methyl group, and at least one is a hydrogen atom.
  • l + m + o represents an integer of 3 to 450, preferably 5 to 200.
  • n represents an integer of 20 to 300, preferably 25 to 200.
  • polymer represented by the general formula (1b) it is more preferable to use a polymer represented by the following general formula (1c).
  • l + m + o and n are the same as those in the general formula (1b).
  • the number of ethylene units (n) in the polyethylene chain can be calculated by dividing the number average molecular weight (Mn) of the polyolefin group A in the general formula (1) by the molecular weight of the ethylene unit. Further, the total number of ethylene glycol units (l + m or l + m + o) of the polyethylene glycol chain is such that the weight ratio of the polymer raw material to the ethylene oxide used during the polyethylene glycol group addition reaction is the number average molecular weight of the polymer raw material and the polyethylene glycol group (Mn ) And the ratio can be calculated.
  • N, l + m or l + m + o can also be measured by 1 H-NMR.
  • the terminal methyl group of the polyolefin group A in the general formula (1) shift value: 0) .88 ppm
  • shift value: 3.33-3) .72 ppm the integral value of the methylene group (shift value: 1.06-1.50 ppm) of the polyolefin group A and the alkylene group of PEG (shift value: 3.33-3) .72 ppm).
  • the number average molecular weights of the polyolefin group A and the alkylene group can be calculated from the values of the integrated values. .
  • n is divided by the number average molecular weight of the alkylene group by the molecular weight of the ethylene glycol unit, whereby the total number of ethylene glycol units (l + m Alternatively, l + m + o) can be calculated.
  • n and l + m or l + m + o can be obtained by using both the propylene content that can be measured by IR, 13 C-NMR, and the integral value in 1 H-NMR. Can be calculated. In 1 H-NMR, a method using an internal standard is also effective.
  • the polyolefin-based terminally branched copolymer can be produced by the following method.
  • A represents a polyolefin chain
  • R 1 and R 2 represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, and at least one represents a hydrogen atom.
  • This polyolefin can be produced by the following method.
  • a transition metal compound having a salicylaldoimine ligand as shown in JP-A Nos. 2000-239312, 2001-27331, 2003-73412, etc. is used as a polymerization catalyst.
  • Polymerization method. A polymerization method using a titanium catalyst comprising a titanium compound and an organoaluminum compound.
  • a polymerization method using a vanadium catalyst comprising a vanadium compound and an organoaluminum compound.
  • a polymerization method using a Ziegler-type catalyst comprising a metallocene compound such as zirconocene and an organoaluminum oxy compound (aluminoxane).
  • the above polyolefin can be produced with high yield.
  • a polyolefin having a double bond at one end is produced by polymerizing or copolymerizing the above-described polyolefin in the presence of the transition metal compound having the salicylaldoimine ligand. Can do.
  • the polymerization of the polyolefin by the method (1) can be carried out by either a liquid phase polymerization method such as solution polymerization or suspension polymerization or a gas phase polymerization method. Detailed conditions and the like are already known, and the above-mentioned patent documents can be referred to.
  • the molecular weight of the polyolefin obtained by the method (1) can be adjusted by allowing hydrogen to be present in the polymerization system, changing the polymerization temperature, or changing the type of catalyst used.
  • the polyolefin is epoxidized, that is, the double bond at the terminal of the polyolefin is oxidized to obtain a polymer containing an epoxy group at the terminal represented by the following general formula (8).
  • Oxidation with peracids such as performic acid, peracetic acid, perbenzoic acid
  • Oxidation with titanosilicate and hydrogen peroxide (3)
  • Oxidation with rhenium oxide catalyst such as methyltrioxorhenium and hydrogen peroxide
  • Oxidation with a porphyrin complex catalyst such as manganese porphyrin or iron porphyrin and hydrogen peroxide or hypochlorite
  • Salen complex such as manganese Salen and oxidation with hydrogen peroxide or hypochlorite
  • Manganese- Oxidation with TACN complexes such as triazacyclononane (TACN) complex and hydrogen peroxide (7)
  • Oxidation with hydrogen peroxide in the presence of group VI transition metal catalysts such as tungsten compounds and phase transfer catalysts
  • the methods (1) and (7) are particularly preferable in terms of the active surface.
  • VIKOLOX TM (registered trademark, manufactured by Arkema) can be used as a low molecular weight terminal epoxy group-containing polymer having a Mw of about 400 to 600.
  • Y 1 and Y 2 may be the same or different, and may be a hydroxyl group, an amino group, or the following general formula (10a). Represents (10c).
  • E represents an oxygen atom or a sulfur atom
  • R 3 represents an m + 1 valent hydrocarbon group
  • T may be the same or different
  • m represents an integer of 1 to 10.
  • a polymer in which Y 1 and Y 2 are both hydroxyl groups in the general formula (9) can be obtained.
  • a polymer in which one of Y 1 and Y 2 is an amino group and the other is a hydroxyl group is obtained.
  • reaction reagent B represented by the following general formulas (11b) and (11c)
  • one of Y 1 and Y 2 in the general formula (9) is the above general formula ( A polymer having the group shown in 10b) or (10c) and the other being a hydroxyl group is obtained.
  • reaction reagent A represented by the general formula (11a) include glycerin, pentaerythritol, butanetriol, dipentaerythritol, polypentaerythritol, dihydroxybenzene, and trihydroxybenzene.
  • reaction reagent B represented by the general formulas (11b) and (11c) include ethanolamine, diethanolamine, aminophenol, hexamethyleneimine, ethylenediamine, diaminopropane, diaminobutane, diethylenetriamine, N- (aminoethyl) propanediamine, Examples include iminobispropylamine, spermidine, spermine, triethylenetetramine, and polyethyleneimine.
  • the general formula (1) can be produced by addition polymerization of alkylene oxide using the polymer (I) represented by the general formula (9) as a raw material.
  • alkylene oxide examples include propylene oxide, ethylene oxide, butylene oxide, styrene oxide, cyclohexene oxide, epichlorohydrin, epibromohydrin, methyl glycidyl ether, and allyl glycidyl ether. Two or more of these may be used in combination. Of these, propylene oxide, ethylene oxide, butylene oxide, and styrene oxide are preferable. More preferred are propylene oxide and ethylene oxide.
  • Catalysts used for ring-opening polymerization include Lewis acids such as AlCl 3 , SbCl 5 , BF 3 , and FeCl 3 for cationic polymerization and alkali metal hydroxides for anionic polymerization as disclosed in the above document.
  • alkaline earth metal oxides, carbonates, alkoxides, or alkoxides such as Al, Zn, and Fe can be used for alkoxides, amines, phosphazene catalysts, and coordination anionic polymerization.
  • the phosphazene catalyst for example, an anion of a compound disclosed in JP-A-10-77289, specifically, a commercially available tetrakis [tris (dimethylamino) phosphoranylideneamino] phosphonium chloride is alkalinized. The thing made into the alkoxy anion using the metal alkoxide etc. can be utilized.
  • polymers (I) those inert to alkylene oxide can be used, alicyclic hydrocarbons such as n-hexane and cyclohexane, and aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene. , Ethers such as dioxane, and halogenated hydrocarbons such as dichlorobenzene.
  • the amount of the catalyst used is preferably 0.05 to 5 mol, more preferably 0.1 to 3 mol, relative to 1 mol of the starting polymer (I).
  • the amount of phosphazene catalyst, polymerization rate, in view of economical efficiency preferably 1 ⁇ 10 -4 ⁇ 5 ⁇ 10 -1 moles per mole of the polymer (I), more preferably 5 ⁇ 10 - 4 to 1 ⁇ 10 ⁇ 1 mol.
  • the reaction temperature is usually 25 to 180 ° C., preferably 50 to 150 ° C., and the reaction time varies depending on the reaction conditions such as the amount of catalyst used, reaction temperature, reactivity of polyolefins, etc., but is usually several minutes to 50 hours. .
  • the number average molecular weight of the general formula (1) is calculated from the number average molecular weight of the polymer (I) represented by the general formula (9) and the weight of the alkylene oxide to be polymerized. It can be calculated by the method used.
  • polymer particles of this embodiment comprising such a polyolefin end-branched copolymer have a structure in which the polyolefin chain portion represented by A in the above general formula (1) is oriented inward, This is a rigid particle having a polyolefin chain portion having crystallinity.
  • the polyolefin chain portion since the polyolefin chain portion has crystallinity, it can be dispersed again in a liquid such as a solvent after the particles are taken out by drying the dispersion.
  • the polymer particles of the present embodiment are rigid particles having a melting point of a polyolefin chain part contained in the particles of preferably 80 ° C. or higher, more preferably 90 ° C. or higher.
  • the particles When the melting point of the polyolefin chain portion is in the above range, the particles have good crystallinity, and even when heated at a higher temperature, the particles are prevented from collapsing.
  • the characteristics of the polymer particles of the present embodiment are not lost, and the product yield and product quality are more stable. To do. Even when the polymer particles of the present embodiment are dispersed in a solvent or the like, the particle diameter is constant regardless of the dilution concentration. That is, since it has redispersibility and a uniform dispersed particle size, it is different from micelle particles dispersed in a liquid.
  • the dispersion of the present embodiment contains the above-mentioned polyolefin-based terminally branched copolymer in a dispersoid, and the dispersoid is dispersed as particles in water and / or an organic solvent having an affinity for water.
  • the dispersion is a dispersion obtained by dispersing polyolefin terminal branched copolymer particles, (1) A dispersion containing the polymer particles, which is obtained when producing polyolefin-based terminally branched copolymer particles, (2) A dispersion obtained by further dispersing or dissolving other dispersoids or additives in the dispersion containing the polymer particles obtained when the polyolefin-based terminally branched copolymer particles are produced, (3) Any of dispersions obtained by dispersing polyolefin-based terminally branched copolymer particles in water and / or an organic solvent having an affinity for water and dispersing or dissolving other dispersoids and additives. Is included.
  • the content of the polyolefin-based terminally branched copolymer in the dispersion of the present embodiment is preferably 0.1 to 50% by mass, more preferably 1 to 40% by mass when the total dispersion is 100% by mass. %, More preferably 1 to 20% by mass.
  • the content ratio of the polyolefin-based terminally branched copolymer is in the above range because the practicality of the dispersion is good, the viscosity can be kept appropriate, and handling becomes easy.
  • the median diameter d 50 of the particles in the dispersion liquid of the present embodiment is preferably 10 nm or more and 30 nm or less.
  • the median diameter d 50 of the particles in the dispersion of this embodiment can be adjusted by changing the structure of the polyolefin portion and the structure of the terminal branch portion of the polyolefin-based terminal branched copolymer.
  • the median diameter d 50 of the particles in the dispersion of the present embodiment is the diameter of the particles when the total volume is 100% when the total volume is 100%, and is a dynamic light scattering particle size distribution measurement. It can be measured using a device or a microtrack particle size distribution measuring device.
  • the shape can be observed with a transmission electron microscope (TEM) after negative staining with, for example, phosphotungstic acid.
  • TEM transmission electron microscope
  • the dispersion in the present embodiment is obtained by dispersing the polyolefin-based terminally branched copolymer in water and / or an organic solvent having an affinity for water.
  • Dispersion in the present embodiment can be performed by a method in which a polyolefin-based terminally branched copolymer is physically dispersed in water and / or an organic solvent having an affinity for water by mechanical shearing force.
  • the dispersion method is not particularly limited, but various dispersion methods can be used. Specifically, after mixing the polyolefin-based terminally branched copolymer represented by the general formula (1) with water and / or an organic solvent having an affinity for water, the mixture is made into a molten state and a high-pressure homogenizer. Examples thereof include a method of dispersing with a high-pressure homomixer, an extrusion kneader, an autoclave, a method of spraying and pulverizing at a high pressure, and a method of spraying from pores.
  • the above polyolefin-based terminally branched copolymer is preliminarily dissolved in a solvent other than water, it is mixed with water and / or an organic solvent having affinity with water and dispersed by a high-pressure homogenizer, a high-pressure homomixer, or the like.
  • the solvent used for dissolving the polyolefin end-branched copolymer is not particularly limited as long as the polyolefin end-branched copolymer dissolves, but has an affinity for toluene, cyclohexane or the above water.
  • An organic solvent etc. are mentioned.
  • an organic solvent other than water it can be removed by an operation such as distillation.
  • a dispersion is obtained by heating and stirring in an autoclave equipped with a stirrer capable of applying a shearing force while applying a shearing force at a temperature of 100 ° C. or higher, preferably 120 to 200 ° C. be able to.
  • the temperature range is within the above range because the polyolefin end-branched copolymer is in a molten state and is easily dispersed, and the polyolefin end-branched copolymer is not easily deteriorated by heating.
  • the time required for dispersion varies depending on the dispersion temperature and other dispersion conditions, but is about 1 to 300 minutes.
  • the above stirring time is preferable because the dispersion can be sufficiently performed and the polyolefin terminal branched copolymer is hardly deteriorated.
  • a surfactant is not indispensable, but for example, an anionic surfactant, a cationic surfactant, an amphoteric surfactant, a nonionic surfactant, etc. may coexist. .
  • Anionic surfactants include, for example, carboxylates, simple alkyl sulfonates, modified alkyl sulfonates, alkyl allyl sulfonates, alkyl sulfate esters, sulfated oils, sulfate esters, sulfated fatty acid monoglycerides, sulfated alkanol amides. Sulphated ethers, alkyl phosphate esters, alkyl benzene phosphonates, naphthalene sulfonic acid / formalin condensates.
  • Examples of cationic surfactants include simple amine salts, modified amine salts, tetraalkyl quaternary ammonium salts, modified trialkyl quaternary ammonium salts, trialkyl benzyl quaternary ammonium salts, and modified trialkyl benzyl quaternary salts.
  • Examples include quaternary ammonium salts, alkyl pyridinium salts, modified alkyl pyridinium salts, alkyl quinolinium salts, alkyl phosphonium salts, and alkyl sulfonium salts.
  • amphoteric surfactants examples include betaine, sulfobetaine, and sulfate betaine.
  • Nonionic surfactants include, for example, fatty acid monoglycerin ester, fatty acid polyglycol ester, fatty acid sorbitan ester, fatty acid sucrose ester, fatty acid alkanol amide, fatty acid polyethylene glycol condensate, fatty acid amide polyethylene glycol condensate, Examples include fatty acid alcohol / polyethylene / glycol condensate, fatty acid amine / polyethylene / glycol condensate, fatty acid mercaptan / polyethylene / glycol condensate, alkyl / phenol / polyethylene / glycol condensate, and polypropylene / glycol / polyethylene / glycol condensate. . These surfactants can be used alone or in combination of two or more.
  • a filtration step may be provided in the process for the purpose of removing foreign substances and the like.
  • a stainless steel filter of about 300 mesh (wire diameter 0.035 mm, plain weave) may be installed and pressure filtration (air pressure 0.2 MPa) may be performed.
  • the dispersion obtained by the above method has a pH of 1 by adding various acids and bases, for example, acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and phosphoric acid, and bases such as potassium hydroxide, sodium hydroxide and calcium hydroxide. No change or aggregation occurs from 13 to 13. In addition, the dispersion does not aggregate or precipitate even in a wide temperature range in which heating and refluxing or freezing and thawing are repeated under normal pressure.
  • acids and bases for example, acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and phosphoric acid, and bases such as potassium hydroxide, sodium hydroxide and calcium hydroxide.
  • the water in the above method is not particularly limited, and distilled water, ion exchange water, city water, industrial water, and the like can be used, but it is preferable to use distilled water or ion exchange water.
  • the organic solvent having an affinity for water in the above method is not particularly limited as long as the dispersoid such as the polyolefin-based terminal branched copolymer particles and the surfactant can be dispersed.
  • the dispersoid such as the polyolefin-based terminal branched copolymer particles and the surfactant can be dispersed.
  • the organic solvent can be removed by distillation or the like after preparing a dispersion containing the dispersoid.
  • the dispersion in the present embodiment is preferably 0.001 part by mass to 20 parts by mass of a dispersoid other than the polyolefin type terminal branched copolymer when the polyolefin type terminal branched copolymer is 100 parts by mass. More preferably, it can be contained in an amount of 0.01 to 10 parts by mass, more preferably 0.1 to 5 parts by mass.
  • the content of the dispersoid be in the above range because the physical properties of the dispersion are good in practical use and the dispersion is less likely to aggregate and precipitate.
  • Organic-inorganic composite median diameter d 50 of 30nm beyond 400nm following water-dispersible resin fine particles are dispersed, for example stably produced by using a dispersed poly (meth) acrylic ester polymer particles in an aqueous medium I can do it.
  • a dispersed poly (meth) acrylic ester polymer particles in an aqueous medium I can do it.
  • the poly (meth) acrylate polymer particles will be described.
  • the poly (meth) acrylic acid ester polymer is a homopolymer or a copolymer having a repeating unit derived from an acrylic acid ester and / or a methacrylic acid ester.
  • An aqueous dispersion of poly (meth) acrylic acid ester polymer particles is generally called an acrylic emulsion and can be obtained by a known emulsion polymerization method. For example, it can be obtained by emulsion polymerization of an unsaturated monomer (such as an unsaturated vinyl monomer) in water containing a polymerization initiator and a surfactant.
  • acrylic esters include methyl acrylate, ethyl acrylate, isopropyl acrylate, n-butyl acrylate, isobutyl acrylate, n-amyl acrylate, isoamyl acrylate, n-hexyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, octyl acrylate, Examples include decyl acrylate, dodecyl acrylate, octadecyl acrylate, cyclohexyl acrylate, phenyl acrylate, benzyl acrylate, and glycidyl acrylate.
  • methacrylic acid ester examples include methyl methacrylate, ethyl methacrylate, isopropyl methacrylate, n-butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, n-amyl methacrylate, isoamyl methacrylate, n-hexyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, octyl methacrylate, decyl methacrylate.
  • the poly (meth) acrylic acid ester polymer of the present embodiment may be copolymerized with an unsaturated monomer other than acrylic acid ester and methacrylic acid ester.
  • Unsaturated monomers that can be used in combination include vinyl esters such as vinyl acetate; vinylcyan compounds such as acrylonitrile and methacrylonitrile; halogenated monomers such as vinylidene chloride and vinyl chloride; styrene, ⁇ -methylstyrene , Vinyl toluene, 4-t-butylstyrene, chlorostyrene, vinyl anisole, vinyl naphthalene and other aromatic vinyl monomers; ethylene, propylene and other olefins; butadiene, chloroprene and other dienes; vinyl ether, vinyl ketone and vinyl Vinyl monomers such as pyrrolidone; unsaturated carboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, fumaric acid and maleic acid; acrylamides such as acrylamide, methacrylamide and N, N′-dimethylacrylamide; 2-hydroxy Ethyl acrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, 2-hydroxye
  • a crosslinkable monomer having two or more polymerizable double bonds can be used.
  • the crosslinkable monomer having two or more polymerizable double bonds include polyethylene glycol diacrylate, triethylene glycol diacrylate, 1,3-butylene glycol diacrylate, 1,4-butylene glycol diacrylate, 1,6-hexanediol diacrylate, neopentylglycol diacrylate, 1,9-nonanediol diacrylate, polypropylene glycol diacrylate, 2,2′-bis (4-acryloxypropyloxyphenyl) propane, 2,2 ′ -Triacrylate conversion of diacrylate compounds such as bis (4-acryloxydiethoxyphenyl) propane, trimethylolpropane triacrylate, trimethylolethane triacrylate, tetramethylolmethane triacrylate Products, tetraacrylate compounds such as ditrimethylol tetraacrylate, tetramethylol methane t
  • a chain transfer agent, further a neutralizing agent, and the like may be used according to a conventional method.
  • the neutralizing agent is preferably ammonia or an inorganic alkali hydroxide such as sodium hydroxide or potassium hydroxide.
  • the median diameter d 50 of preferably not more than 400nm exceed 30 nm, more preferably at least 250nm or less 40 nm, especially 50nm or 200nm The following is preferable.
  • the Tg (glass transition point) of the poly (meth) acrylic acid ester polymer of this embodiment can be designed by selecting a monomer, but is not particularly limited.
  • poly (meth) acrylic acid polymer particles either a single phase structure or a multiphase structure (core-shell type) can be used.
  • acrylic emulsion means a solid / liquid dispersion called dispersion, latex, or suspension.
  • An acrylic emulsion is manufactured as follows, for example.
  • Example of production method of acrylic emulsion Distilled water is charged into a reaction vessel equipped with a dropping device, a thermometer, a water-cooled reflux condenser, and a stirrer, and after replacing with nitrogen gas, the temperature is raised to 80 ° C. in a nitrogen atmosphere. Next, after adding a polymerization initiator, a vinyl monomer emulsion prepared in advance is continuously added over 3 hours, and is further maintained for 4 hours to complete the polymerization to obtain a polymerization reaction product.
  • the polymerization reaction product may be used as it is, or may be neutralized with a neutralizing agent to adjust the pH. Thereafter, the resultant is filtered through a filter to remove coarse particles, thereby obtaining an acrylic emulsion having resin particles as a dispersoid.
  • the same one used for normal radical polymerization can be used.
  • potassium persulfate, ammonium persulfate, hydrogen peroxide, azobisisobutyronitrile, benzoyl peroxide, dibutyl peroxide, peracetic acid, cumene hydroperoxide, t-butylhydroxyperoxide, paramentane hydroxyperoxide, etc. can be mentioned.
  • a water-soluble polymerization initiator is preferable.
  • the emulsifier used in the polymerization reaction include those generally used as an anionic surfactant, nonionic surfactant or amphoteric surfactant in addition to sodium lauryl sulfate.
  • Examples of the chain transfer agent used in the polymerization reaction include t-dodecyl mercaptan, n-dodecyl mercaptan, n-octyl mercaptan, xanthogens such as dimethylxanthogen disulfide, diisobutylxanthogen disulfide, dipentene, indene, 1,4- Examples include cyclohexadiene, dihydrofuran, and xanthene.
  • the acrylic emulsion can be used in combination with an organic solvent in addition to water. As such an organic solvent, those having compatibility with water are preferable.
  • alkyl alcohols having 1 to 4 carbon atoms such as ethanol, methanol, butanol, propanol, isopropanol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl, and the like.
  • ethylene glycol monobutyl ether ethylene glycol monomethyl ether acetate, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol mono-n-propyl ether, ethylene glycol mono-iso-propyl ether, diethylene glycol mono-iso-propyl ether, ethylene glycol mono -N-butyl ether, ethylene glycol mono-t-butyl ether, polyethylene Glycol mono-t-butyl ether, 1-methyl-1-methoxybutanol, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol mono-t-butyl ether, propylene glycol mono-n-propyl ether, propylene glycol mono-iso- Glycol ethers such as propyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, dipropylene glycol glycol mono
  • Step of spray drying the step of spray drying the raw material liquid obtained in the preparation step will be described.
  • the raw material liquid is instantaneously dried to separate the water-dispersed resin fine particles from the lithium compound, the metal compound containing a metal selected from Groups 7 and 8 of the periodic table, and the inorganic compound containing a phosphate compound. It is possible to prepare a precursor constituting a uniform composite.
  • the moisture in the raw material liquid is preferably dried within 5 seconds, more preferably within 3 seconds, particularly preferably within 1 second, and the residual moisture after drying is adjusted to 10% by mass or less.
  • a precursor constituting a uniform organic-inorganic composite can be prepared.
  • a spray drying method spray drying
  • the powder obtained by instantaneous drying often contains several percent of moisture, it may be further dried in an oven and then transferred to the next firing step.
  • the precursor obtained in the drying step is fired in an inert atmosphere having an oxygen concentration of less than 200 ppm.
  • an inert atmosphere a nitrogen (N 2 ) atmosphere, an argon (Ar) atmosphere, a helium (He) atmosphere, or the like is preferable.
  • An oxygen concentration of less than 200 ppm is preferable because, for example, impurities including Fe (III) are not easily generated and crystal defects are not easily generated, so that the charge / discharge capacity when evaluated as a battery does not decrease.
  • the firing temperature is preferably 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, more preferably 600 ° C. to 800 ° C.
  • the firing temperature is 1000 ° C. or lower, the porous positive electrode material does not grow and become coarse, and since sintering does not proceed excessively, a powdery compound is easily obtained.
  • the firing temperature is 500 ° C. or higher, impurities such as Fe (III) hardly remain.
  • the firing time is preferably maintained for 30 minutes or more and less than 24 hours after reaching the target firing temperature.
  • the firing time is 30 minutes or more, the inside of the sample can be heated and temperature unevenness hardly occurs, and annealing is sufficient.
  • the firing time is preferably less than 24 hours.
  • the firing furnace is not particularly limited as long as it is maintained in an inert atmosphere with an oxygen concentration of less than 200 ppm.
  • examples thereof include a tubular furnace, a batch furnace, a pusher kiln, a roller hearth kiln, and a rotary kiln.
  • it is preferable to control the atmosphere and provide a function capable of reducing the oxygen concentration.
  • spray drying and baking may be simultaneously performed using a spray dryer.
  • the spraying method and firing conditions can be performed by a method according to the spray drying method and the firing step.
  • the carbon content of the porous positive electrode material in the present embodiment is preferably 1 to 20% by mass, and more preferably 5 to 15% by mass.
  • the carbon content is preferably 1% by mass or more because the conductivity is sufficient and the battery capacity does not decrease. If it is 20 mass% or less, the carbon coating will not be too thick and the conductivity of lithium ions will not be reduced. Further, since carbon does not contribute to the battery capacity, 20% by mass or less is preferable in order to keep the battery capacity per weight high.
  • the carbon content of the porous positive electrode material can be measured with a CHN element analyzer.
  • the pore characteristics of the porous material can be determined by nitrogen adsorption. From the measurement of nitrogen adsorption / desorption of particles, the specific surface area can be calculated by the BET (Brunauer-Emmett-Teller) method and the total pore volume can be calculated by the BJH (Barrett-Joyner-Halenda) method. Furthermore, the porosity can be calculated from the total pore volume.
  • the porosity is not particularly limited, but is preferably 10 to 80%, more preferably 20 to 70%. *
  • the lithium ion battery of this embodiment can be produced by a generally known method. For example, it is manufactured by forming a positive electrode and a negative electrode overlaid on the center of the separator into a cylindrical shape, a coin shape, a square shape, a film shape, or any other shape and enclosing a non-aqueous electrolyte.
  • the positive electrode is made of a binder and the positive electrode material of the present embodiment, and the negative electrode is made of a binder and a negative electrode active material. Further, a carbon material such as carbon black, amorphous whisker carbon, or graphite may be added to each electrode as a conductive additive.
  • Negative electrode active materials include metallic lithium, lithium alloys, carbon materials that can be doped / dedoped with lithium ions, tin oxides that can be doped / undoped with lithium ions, niobium oxide, vanadium oxide, lithium ions Use either titanium oxide that can be doped / undoped, silicon that can be doped / undoped with lithium ions, or transition metal nitrides that can be doped / undoped with lithium ions Can do.
  • a carbon material that can dope / dedope lithium ions is preferable.
  • Such a carbon material may be graphite or amorphous carbon, and activated carbon, carbon fiber, carbon black, mesocarbon microbeads, natural graphite and the like are used.
  • the separator used to electrically insulate the positive electrode from the negative electrode is a film that transmits lithium ions, and for example, a porous film or a polymer electrolyte is used.
  • a microporous polymer film is preferably used as the porous film, and examples of the material include polyolefin, polyimide, polyvinylidene fluoride, and polyester.
  • a porous polyolefin film is preferable, and specifically, a porous polyethylene film, a porous polypropylene film, or a multilayer film of a porous polyethylene film and polypropylene can be exemplified.
  • On the porous polyolefin film other resin excellent in thermal stability may be coated.
  • non-aqueous electrolyte for example, an electrolyte such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2 ) 2 N / Li, etc. is used alone or in combination of two or more. What was melt
  • dissolved in the solvent can be used.
  • organic solvent in the non-aqueous electrolyte include propylene carbonate, ethylene carbonate, ⁇ -butyrolactone, dimethyl sulfoxide, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, Tetrahydrofuran etc. are mentioned, and any of them is used alone or in admixture of two or more.
  • the particle diameter of the particles in the dispersion was measured by measuring 50% volume average particle diameter with Microtrac UPA (manufactured by HONEYWELL). The shape of the particles in the dispersion was observed by diluting the sample 200 to 500 times, negatively staining with phosphotungstic acid, and then using a transmission electron microscope (TEM / H-7650 manufactured by Hitachi, Ltd.) at 100 kV. I did it.
  • a stainless steel autoclave with an internal volume of 2000 ml sufficiently purged with nitrogen was charged with 1000 ml of heptane at room temperature, and the temperature was raised to 150 ° C. Subsequently, the inside of the autoclave was pressurized with ethylene at 30 kg / cm 2 G to maintain the temperature.
  • a hexane solution (1.00 mmol / ml of aluminum atom equivalent) of MMAO (manufactured by Tosoh Finechem) was injected with 0.5 ml (0.5 mmol), and then a toluene solution (0.0002 mmol / ml) of a compound of the following formula: 0.5 ml (0.0001 mmol) was injected to initiate the polymerization.
  • Polymerization was carried out at 150 ° C. for 30 minutes in an ethylene gas atmosphere, and then a small amount of methanol was injected to stop the polymerization.
  • the obtained polymer solution was added to 3 liters of methanol containing a small amount of hydrochloric acid to precipitate a polymer. After washing with methanol, it was dried under reduced pressure at 80 ° C. for 10 hours to obtain a single-end double bond-containing ethylene polymer (P).
  • the obtained solid was stirred in a 50% aqueous methanol solution at room temperature, and the solid was collected by filtration and washed with methanol. Further, the solid was stirred in 400 g of methanol, collected by filtration and washed with methanol. By drying at room temperature under reduced pressure of 1 to 2 hPa, 96.3 g of a white solid of the terminal epoxy group-containing ethylene polymer (E) was obtained (yield 99%, polyolefin conversion rate 100%).
  • a 1000 mL flask was charged with 84 parts by mass of a terminal epoxy group-containing ethylene polymer (E), 39.4 parts by mass of diethanolamine, and 150 parts by mass of toluene, and stirred at 150 ° C. for 4 hours. Thereafter, acetone was added while cooling to precipitate the reaction product, and the solid was collected by filtration. The obtained solid was stirred and washed once with an aqueous acetone solution and further three times with acetone, and then the solid was collected by filtration.
  • E terminal epoxy group-containing ethylene polymer
  • diethanolamine 39.4 parts by mass of diethanolamine
  • toluene 150 parts by mass of toluene
  • a 500 mL flask equipped with a nitrogen introduction tube, a thermometer, a cooling tube, and a stirrer is charged with 20.0 parts by mass of polymer (I) and 100 parts by mass of toluene and heated in an oil bath at 125 ° C. while stirring to obtain a solid. Was completely dissolved.
  • After cooling to 90 ° C. 0.323 parts by mass of 85% KOH previously dissolved in 5.0 parts by mass of water was added to the flask and mixed for 2 hours under reflux conditions. Thereafter, water and toluene were distilled off while gradually raising the temperature in the flask to 120 ° C.
  • the inside of the flask was depressurized, and the internal temperature was further raised to 150 ° C. and maintained for 4 hours to further distill off water and toluene in the flask. After cooling to room temperature, the solidified solid in the flask was crushed and taken out.
  • a stainless steel 1.5 L pressure reactor equipped with a heating device, a stirring device, a thermometer, a pressure gauge, and a safety valve was charged with 18.0 parts by mass of the obtained solid and 200 parts by mass of dehydrated toluene, After substituting with nitrogen, the temperature was raised to 130 ° C. with stirring. After 30 minutes, 9.0 parts by mass of ethylene oxide was added, and the mixture was further maintained at 130 ° C. for 5 hours, and then cooled to room temperature to obtain a reaction product.
  • one of X 1 and X 2 is a group represented by the above general formula (6)
  • X 11 polyethylene glycol group
  • the other is a group represented by the above general formula (5).
  • Example 1 0.09 mol each of iron (III) nitrate nonahydrate, lithium acetate, and phosphoric acid were weighed and dissolved in 174 mL of water. 30.9 g of acrylic emulsion (solid content: 46 wt%, median diameter d 50 : 160.0 nm, Tg: 80.4 ° C.) was added thereto, and a raw material solution having iron, lithium and phosphorus concentrations of 0.5 M each was added. Created. The glass transition point (Tg) of the resin component of the acrylic emulsion was determined by drying the acrylic emulsion with a dryer and taking out the resin component.
  • Tg glass transition point
  • the resin component was “differential scanning calorimeter RDS2200 (manufactured by SII Nanotechnology). From the tangential intersection of the endothermic mutation points observed when the temperature was reduced at 10 ° C./min and then increased again at 10 ° C./min. Asked. Aggregation does not occur even when the acrylic emulsion is added, and the particle diameter is measured by “Microtrac UPA-EX150 (Nikkiso Co., Ltd.)”. The median diameter d 50 of the particles is 161.5 nm. It was confirmed that there was no change in diameter. Incidentally, iron (III) nitrate nonahydrate as a raw material of the positive electrode active material, lithium acetate, because of the all-phosphate dissolution, the median size d 50 of the (I) is zero.
  • this raw material solution was dried by a spray drying method using a mini spray dryer B-290 manufactured by Nihon Büch. Drying conditions were set such that the raw material liquid supply amount was about 6 mL / min, the spray nitrogen temperature was 220 ° C., the spray nitrogen flow rate was about 7 L / min, and the aspirator flow rate was 580 L / min. Since the weight loss after the obtained powder was dried in a vacuum oven at 100 ° C. for 6 hours was 2.2% by mass, it was confirmed that the residual water content was 2.2% by mass.
  • the spray cylinder capacity is about 10 L, when calculated from the aspirator flow rate, the sprayed gas passes through the spray cylinder in about 1 second, but the precursor passes before the spray cylinder.
  • the oxygen concentration at the time of firing was 30 ppm as measured using a “zirconia sensor type oxygen concentration meter LC-750L manufactured by Toray Engineering Co., Ltd.”.
  • the charge / discharge characteristics were measured using a triode cell composed of a working electrode, a reference electrode, a counter electrode, and a non-aqueous electrolyte.
  • the working electrode was prepared by mixing each sample, a conductive agent made of acetylene black, and a binder made of polytetrafluoroethylene (PTFE) at a ratio of 5: 2: 1, and crimped to a nickel mesh.
  • the reference electrode and the counter electrode were produced by pressure bonding metallic lithium to a nickel mesh.
  • non-aqueous electrolyte a solution obtained by dissolving 1 mol / L of electrolyte LiClO 4 in a mixed solvent (1: 1 V / V) of propylene carbonate (PC) and 1,2-dimethoxyethane (DME) was used.
  • charge / discharge measurement was performed at a desired constant current density [mA / g] in a potential range of 2.5 to 4.0 V (vs. Li / Li + ). Since the theoretical capacity of LiFePO 4 is 170 mAh / g, the capacity when charged and discharged at a constant current of 4.7 ⁇ A / g, that is, the capacity at 0.1 C was 156.3 mAh / g.
  • the capacity when charged and discharged with a constant current of 47 ⁇ A / g, that is, the capacity at 1 C was 141.0 mAh / g. Further, the capacity when charged / discharged with a constant current of 470 ⁇ A / g, that is, the capacity at 10 C was 78.3 mAh / g.
  • Example 2 An experiment was conducted in the same manner as in Example 1 except that iron (II) hydrochloride was used in place of the iron (III) nitrate nonahydrate of Example 1. Even when the acrylic emulsion was added, aggregation did not occur and a good dispersion state was maintained. The oxygen concentration during firing was 30 ppm. When the XRD was measured after firing, it was confirmed to be an olivine type crystal structure. The carbon content was 9.7% by mass. The specific surface area was 32.6 m 2 / g. In the battery characteristics evaluation, the capacity at 0.1 C was 145.1 mAh / g, the capacity at 1 C was 129.4 mAh / g, and the capacity at 10 C was 89.9 mAh / g.
  • Example 3 Instead of the acrylic emulsion of Example 1, the polyolefin end-branched copolymer (T) aqueous dispersion (solid content: 10 wt%, particle size: 18 nm, melting point: 116 ° C.) obtained in the above synthesis example is used.
  • the experiment was performed in the same manner as in Example 1 except that. Aggregation does not occur even when the polyolefin-based terminally branched copolymer (T) aqueous dispersion is added, and the particle size is measured by “Microtrac UPA-EX150 (manufactured by Nikkiso Co., Ltd.)”. Yes, it was confirmed that there was no significant change from the particle size before addition.
  • the oxygen concentration during firing was 30 ppm.
  • the obtained black powder was observed with a “scanning electron microscope JSM-6701F (manufactured by JEOL Ltd.)”, it had voids corresponding to the particle size of the polyolefin-based terminally branched copolymer (T). It was confirmed that a network structure was formed (FIG. 2).
  • the XRD was measured after firing, it was confirmed to be an olivine type crystal structure.
  • the carbon content was 4.0% by mass.
  • the specific surface area was 15.1 m 2 / g.
  • the capacity at 0.1 C was 138.9 mAh / g
  • the capacity at 1 C was 110.8 mAh / g
  • the capacity at 10 C was 53.5 mAh / g.
  • Example 4 An experiment was conducted in the same manner as in Example 3 except that iron (II) hydrochloride was used instead of the iron nitrate (III) nonahydrate of Example 3. It was confirmed that no aggregation occurred even when an aqueous dispersion of a polyolefin-based terminally branched copolymer (T) was added. The oxygen concentration during firing was 30 ppm. When the XRD was measured after firing, it was confirmed to be an olivine type crystal structure. The carbon content was 8.6% by mass. The specific surface area was 26.5 m 2 / g. In battery characteristic evaluation, the capacity at 0.1 C was 153.0 mAh / g, the capacity at 1 C was 135.9 mAh / g, and the capacity at 10 C was 80.6 mAh / g.
  • Example 5 The experiment was performed in the same manner as in Example 1 except that the concentrations of iron, lithium, and phosphorus in the raw material liquid of Example 1 were each changed to 2.0M. Even when the acrylic emulsion was added, aggregation did not occur and a good dispersion state was maintained. The oxygen concentration during firing was 30 ppm. When the XRD was measured after firing, it was confirmed to be an olivine type crystal structure. The carbon content was 8.0% by mass. The specific surface area was 18.6 m 2 / g. In the battery characteristics evaluation, the capacity at 0.1 C was 153.0 mAh / g, the capacity at 1 C was 140.8 mAh / g, and the capacity at 10 C was 79.0 mAh / g.
  • Example 6 The firing performed in Example 3 was performed under the conditions of 700 ° C. and 16 hours holding at a temperature rising rate of 2 ° C./min in an argon stream without using reduced pressure replacement in a tubular furnace instead of the replacement furnace. Except that, the experiment was performed in the same manner as in Example 3.
  • the oxygen concentration at the time of firing was 100 ppm. It was confirmed that no aggregation occurred even when an aqueous dispersion of a polyolefin-based terminally branched copolymer (T) was added.
  • T polyolefin-based terminally branched copolymer
  • the carbon content was 6.8% by mass.
  • the specific surface area was 24.7 m 2 / g.
  • the capacity at 0.1 C was 147.0 mAh / g
  • the capacity at 1 C was 123.0 mAh / g
  • the capacity at 10 C was 80.0 mAh / g.
  • Example 7 Except for using an acrylic emulsion (solid content: 46 wt%, median diameter d 50 : 140.0 nm, Tg: ⁇ 1.2 ° C.) instead of the polyolefin-based terminally branched copolymer (T) aqueous dispersion, The experiment was performed in the same manner as in Example 6. The oxygen concentration at the time of firing was 100 ppm. It was confirmed that there was no aggregation even when the acrylic emulsion was added. After drying by the spray drying method, the particle surface was observed with an SEM, and it was confirmed that the acrylic emulsion was matrixed without being united (FIG. 3). When the XRD was measured after firing, it was confirmed to be an olivine type crystal structure.
  • the carbon content was 6.9% by mass.
  • the specific surface area was 25.3 m 2 / g.
  • the capacity at 0.1 C was 146.0 mAh / g
  • the capacity at 1 C was 131.0 mAh / g
  • the capacity at 10 C was 102.0 mAh / g.
  • Example 8 The powder obtained by drying the raw material liquid by spray drying in the same manner as in Example 1 was placed in a vacuum dryer adjusted to 100 ° C., and a process for removing residual moisture was added. Then, after substituting under reduced pressure three times and substituting with argon, the experiment was performed in the same manner as in Example 1 except that the temperature was increased at 2.5 ° C./min under an argon stream and baked at 700 ° C. for 16 hours. The oxygen concentration during firing was 30 ppm. When the XRD was measured after firing, it was confirmed to be an olivine type crystal structure. The carbon content was 9.8% by mass. The specific surface area was 53.1 m 2 / g. In the battery characteristics evaluation, the capacity at 0.1 C was 158.0 mAh / g, the capacity at 1 C was 146.0 mAh / g, and the capacity at 10 C was 118.0 mAh / g.
  • Example 1 The drying method of Example 6 was tested in the same manner as in Example 6 except that the raw material liquid was placed in a petri dish and dried using an air dryer instead of the spray drying method.
  • the oxygen concentration at the time of firing was 100 ppm.
  • the XRD was measured after firing, it was confirmed to be an olivine type crystal structure.
  • the carbon content was 6.8% by mass.
  • the specific surface area was 26.5 m 2 / g.
  • the capacity at 0.1 C was 92.0 mAh / g
  • the capacity at 1 C was 85.0 mAh / g
  • the capacity at 10 C was low and could not be measured.
  • Comparative Example 2 An experiment was conducted in the same manner as in Comparative Example 1 except that 0.045 mol of sucrose (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to the raw material liquid of Comparative Example 1.
  • the oxygen concentration at the time of firing was 100 ppm.
  • the XRD was measured after firing, it was confirmed to be an olivine type crystal structure.
  • the carbon content was 19.1% by mass.
  • the specific surface area was 125.4 m 2 / g.
  • the capacity at 0.1 C was 39.0 mAh / g
  • the capacity at 1 C was 28.0 mAh / g
  • the capacity at 10 C was low and could not be measured.
  • Example 3 The experiment was conducted in the same manner as in Example 1 except that 0.029 mol of sucrose was used instead of the acrylic emulsion of Example 1.
  • the oxygen concentration at the time of firing was 100 ppm.
  • the XRD was measured after firing, it was confirmed to be an olivine type crystal structure.
  • the carbon content was 7.3% by mass.
  • the specific surface area was 43.0 m 2 / g.
  • Observation with a scanning electron microscope revealed that the cross section was porous, but the surface was smooth with few irregularities (FIG. 4).
  • the capacity at 0.1 C was 79.8 mAh / g
  • the capacity at 1 C was 29.5 mAh / g
  • the capacity at 10 C was low and could not be measured.
  • Comparative Example 4 An acrylic emulsion (solid content: 46 wt%, median diameter d 50 : 140.0 nm, Tg: ⁇ 1.2 ° C.) was used in place of the aqueous dispersion of the polyolefin-based terminally branched copolymer (T) of Comparative Example 1. The experiment was performed in the same manner as in Comparative Example 1 except that. The oxygen concentration at the time of firing was 100 ppm. Aggregation does not occur even when an acrylic emulsion is added, and the particle diameter is measured by “Microtrac UPA-EX150 (Nikkiso Co., Ltd.)”. The median diameter d 50 of the particles is 150.5 nm, and the dispersion state is maintained.
  • the present invention can also take the following aspects.
  • the water-dispersible resin fine particles are The polystyrene-equivalent number average molecular weight measured by gel permeation chromatography (GPC) is 2.5 ⁇ 10 4 or less,
  • A represents a polyolefin chain.
  • R 1 and R 2 represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, at least one of which is a hydrogen atom.
  • X 1 and X 2 are (It may be the same or different, and represents a group having a linear or branched polyalkylene glycol group.)
  • the X 1 and the X 2 are the same or different, and are represented by the following general formula (2) or the following general formula (4).
  • the manufacturing method of the porous positive electrode material showing group represented. In the general formula (2), E represents an oxygen atom or a sulfur atom.
  • X 3 represents a polyalkylene glycol group or a group represented by the following general formula (3).
  • R 3 represents an m + 1 valent hydrocarbon group.
  • G may be the same or different, and —OX 4 , —NX 5 X 6 (where X 4 to X 6 are Represents a polyalkylene glycol group.)
  • M represents the number of bonds between R 3 and G, and represents an integer of 1 to 10.)
  • X 7 and X 8 may be the same or different, and represent a polyalkylene glycol group or a group represented by the general formula (3).
  • a method for producing a porous positive electrode material, wherein the terminally branched polyolefin copolymer particles are represented by the following general formula (1a) or the following general formula (1b).
  • R 4 and R 5 represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, and at least one of them is a hydrogen atom.
  • R 6 and R 7 represent a hydrogen atom or a methyl group.
  • R 8 and R 9 represent a hydrogen atom or a methyl group, and at least one is a hydrogen atom, l + m represents an integer of 2 to 450, and n is 20 or more Represents an integer of 300 or less.
  • R 4 and R 5 represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, and at least one of them is a hydrogen atom.
  • R 6 and R 7 represent a hydrogen atom or a methyl group.
  • At least one is a hydrogen atom
  • R 8 and R 9 represent a hydrogen atom or a methyl group
  • at least one is a hydrogen atom
  • R 10 and R 11 represent a hydrogen atom or a methyl group
  • at least One is a hydrogen atom
  • l + m + o represents an integer of 3 to 450
  • n represents an integer of 20 to 300.
  • the porous cathode material comprises LiFePO 4, the manufacturing method of a porous cathode material.

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Abstract

 本発明のリチウムイオン電池用の多孔質正極材料の製造方法は、(I)リチウムを吸蔵および放出可能な正極活物質、その製造中間体及びその原料から選ばれる1種以上の物質であって、メジアン径d50が下記(II)のメジアン径d50の1.0倍以下である物質、(II)メジアン径d50が10~400nmである水分散性樹脂微粒子、および水系媒体を含有する原料液を調製する調製工程と、上記調製工程で得られた上記原料液をスプレードライする工程を含んでいる。ここで、メジアン径d50とは、上記原料液を調整する前にレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置により測定した体積基準粒度分布におけるメジアン径d50を意味する。

Description

多孔質正極材料の製造方法およびリチウムイオン電池
 本発明は、リチウムイオン電池用の多孔質正極材料の製造方法、およびその製造方法により得られた正極材料を用いたリチウムイオン電池に関する。とくにリチウムイオン電池用の多孔質オリビン型LiFePOの製造方法、およびその製造方法により得られたLiFePOを用いたリチウムイオン電池に関する。
 リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高く、携帯電話やノートパソコンなどの小型電子機器の電源として幅広く利用されている。近年では、電気自動車用電源へ応用するために、更なる高容量化および高出力化が望まれている。現在、リチウムイオン二次電池の主な正極材料はLiCoOが使用されている。しかしながら、LiCoOは安全性に懸念がある。また、Co(コバルト)は極めて高価であるため、LiCoOは価格が高い。そのため近年では、脱コバルト正極を目指した新規な材料の開発が進められている。
 新規な正極材料の開発が進められている中で、電気化学的に安定で、資源量が豊富なFeやMnからなるオリビン型化合物LiMPO(MはFeまたはMn)が注目されている。LiFePOは、ナノサイズ化、カーボン複合化などの方法で性能を向上できることが最近明らかにされている。
特開2005-60181号公報 特開2007-230784号公報 特開2004-296367号公報 国際公開第2010/150857号パンフレット
 特許文献1(特開2005-60181号公報)には、オリビン型のLiFePOにおいて、セチルトリメチルアンモニウムクロリドなどの界面活性剤を鋳型とするメソ細孔を有する三次元構造を備えたメソポーラスLiFePOの製造方法について記載されている。
 界面活性剤を鋳型として細孔を形成した場合、細孔の大きさは直径5nmが限度であることが知られている。界面活性剤の場合、水溶液中では自己組織的にミセルなどの集合体をとっており、この会合体の粒径を大きくしようと、界面活性剤濃度を上げると、相変化を起こしラメラ相やヘキサゴナル相などへと変化し、球状の会合状態を維持できなくなるからである。
 特許文献1も、図に記載されているように、窒素吸着法から求めた細孔径は2nm程度である。電池としての特性評価結果は述べられていないが、細孔が2nm程度では電解液が浸透し難かったり、電解液中のリチウムイオンの移動の妨げになったりするため、充放電特性は芳しくないことが予想される。
 特許文献2(特開2007-230784号公報)には、微細化した原料スラリーに、炭素含有化合物を添加している。炭素含有化合物の一例として高分子化合物のエマルション、サスペンションが挙げられている。実施例2にはポリスチレン樹脂エマルションを添加した例が示されている。当該原料成分の微細化粒子の50%体積累積径(D50)は2μm以下で、90%体積累積径(D90)は10μm以下が好適との記載があるものの下限値については示されていない。図3には焼成後の微粒子のSEM観察写真が示されており一次粒子のサイズは1μm程度でありこの観察写真から推測したところ、サブミクロンサイズのエマルションやサスペンションを使って多孔化するには、微細粒子径が大きすぎるため、多孔化の効果を発揮することは困難である。また、エマルションやサスペンションの粒子サイズに関する記載がないことから、エマルションやサスペンションを使ってナノサイズに多孔化しようとした意図は、微塵も感じられない。
 特許文献3(特開2004-296367号公報)には、電子導電性物質の前駆体として、ポリエチレングリコール、ポリアクリル酸を添加して、噴霧焼成しオリビン型正極材料を合成する例が示されている。しかしながら、いずれも水溶性高分子であるため不定形であり、適切な細孔構造を作りだすことはできない。
特許文献4(国際公開第2010/150857号パンフレット)には、鋳型粒子を準備する工程、鋳型粒子を、LiMnPOの無機源溶液とカーボン源とからなる前駆溶液に浸漬させる工程と、鋳型粒子と前駆溶液からなる複合体を600℃以上900℃未満の焼成温度で焼成し、鋳型粒子を除去する工程とを有する、複合ナノ多孔電極材の製造方法に関する記載がある。実際の作成方法では、まず、粒子の直径が100nm以上400nm以下のポリスチレンからなるコロイド分散液を遠心分離し、ポリスチレン粒子が規則正しく並んだコロイド結晶を作製する。そして、このポリスチレン粒子を減圧乾燥させてから、無機源溶液をポリスチレン粒子の隙間に5日~7日間かけて浸漬させ、充填させる。これを焼成することでポリスチレン粒子からなる鋳型が除去され、ナノサイズの細孔を有するオリビン型リン酸マンガンリチウム(LiMnPO)とカーボンの複合ナノ多孔電極材4が完成することができる。以上の工程では、ポリスチレン粒子を遠心分離して、規則正しく並べた後、乾燥することで粒子を固定化させてから、無機源溶液を浸漬させ、規則正しい鋳型の構造を作り出すことが重要となる。しかしながら、工業的に生産するには、工程が複雑であり困難である。
 本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、充放電特性に優れた多孔質正極材料が得られる製造方法を提供することである。
 すなわち、本発明によれば、以下に示すリチウムイオン電池用の多孔質正極材料の製造方法、およびその製造方法により得られた正極材料を用いたリチウムイオン電池が提供される。
[1](I)リチウムを吸蔵および放出可能な正極活物質、その製造中間体及びその原料から選ばれる1種以上の物質であって、メジアン径d50が下記(II)のメジアン径d50の1.0倍以下である物質、
 (II)メジアン径d50が10~400nmである水分散性樹脂微粒子、
 および水系媒体を含有する原料液を調製する調製工程と、
 上記調製工程で得られた上記原料液をスプレードライする工程と、
を含む、リチウムイオン電池用の多孔質正極材料の製造方法。
(ここで、メジアン径d50とは、上記原料液を調整する前にレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置により測定した体積基準粒度分布におけるメジアン径d50を意味する。)
[2] 上記[1]に記載の多孔質正極材料の製造方法において、
 上記正極活物質がリチウム金属リン酸塩である、多孔質正極材料の製造方法。
[3] 上記[1]または[2]に記載の多孔質正極材料の製造方法において、
 上記正極活物質の上記原料が(1)リチウム化合物、(2)周期律表第7族および8族から選ばれる金属を含む金属化合物および(3)リン酸化合物を含む、多孔質正極材料の製造方法。
[4]上記[3]に記載の多孔質正極材料の製造方法において、
 上記金属化合物が、鉄化合物またはマンガン化合物である、多孔質正極材料の製造方法。
[5]上記[1]乃至[4]いずれかに記載の多孔質正極材料の製造方法において、
 上記(I)の上記メジアン径d50が上記(II)の上記メジアン径d50の0.5倍以下である、多孔質正極材料の製造方法。
[6]上記[1]乃至[5]いずれかに記載の多孔質正極材料の製造方法において、
 上記水分散性微粒子のメジアン径d50の上記調製工程前後の変化率が50%以下である、多孔質正極材料の製造方法。
[7]上記[1]乃至[6]いずれかに記載の多孔質正極材料の製造方法において、
 上記水分散性樹脂微粒子は、
 ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定したポリスチレン換算の数平均分子量が2.5×10以下であり、
 下記一般式(1)で表される末端分岐型ポリオレフィン系共重合体粒子である、多孔質正極材料の製造方法。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
(上記一般式(1)中、Aはポリオレフィン鎖を表す。RおよびRは水素原子あるいは炭素数1~18のアルキル基を表し、少なくとも一方は水素原子である。XおよびXは同一であっても異なっていてもよく、直鎖状または分岐状のポリアルキレングリコール基を有する基を表す。)
[8]上記[7]に記載の多孔質正極材料の製造方法において、
 上記一般式(1)で表される上記末端分岐型ポリオレフィン系共重合体粒子において、
上記Xおよび上記Xは同一または異なっており、下記一般式(2)または下記一般式(4)で表される基を表す、多孔質正極材料の製造方法。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
(上記一般式(2)中、Eは酸素原子または硫黄原子を表す。Xはポリアルキレングリコール基または下記一般式(3)で表される基を表す。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
(上記一般式(3)中、Rはm+1価の炭化水素基を表す。Gは同一であっても異なっていてもよく、-OX、-NX(X~Xはポリアルキレングリコール基を表す。)で表される基を表す。mは、RとGとの結合数であり1~10の整数を表す。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
(上記一般式(4)中、XおよびXは同一であっても異なっていてもよく、ポリアルキレングリコール基または上記一般式(3)で表される基を表す。)
[9]上記[7]または[8]に記載の多孔質正極材料の製造方法において、
 上記末端分岐型ポリオレフィン系共重合体粒子が下記一般式(1a)または下記一般式(1b)で表される、多孔質正極材料の製造方法。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
(上記一般式(1a)中、RおよびRは、水素原子あるいは炭素数1~18のアルキル基を表し、少なくとも一方は水素原子である。RおよびRは、水素原子あるいはメチル基を表し、少なくとも一方は水素原子である。RおよびRは、水素原子あるいはメチル基を表し、少なくとも一方は水素原子である。l+mは2以上450以下の整数を表す。nは、20以上300以下の整数を表す。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
(上記一般式(1b)中、RおよびRは、水素原子あるいは炭素数1~18のアルキル基を表し、少なくとも一方は水素原子である。RおよびRは、水素原子あるいはメチル基を表し、少なくとも一方は水素原子である。RおよびRは、水素原子あるいはメチル基を表し、少なくとも一方は水素原子である。R10およびR11は、水素原子あるいはメチル基を表し、少なくとも一方は水素原子である。l+m+oは3以上450以下の整数を表す。nは、20以上300以下の整数を表す。)
[10]上記[1]乃至[6]いずれかに記載の多孔質正極材料の製造方法において、
 上記水分散性樹脂微粒子が(メタ)アクリル酸エステル系重合体粒子である、多孔質正極材料の製造方法。
[11]上記[1]乃至[10]いずれかに記載の多孔質正極材料の製造方法において、
 当該多孔質正極材料の炭素含有量が1~20質量%である、多孔質正極材料の製造方法。
[12]上記[1]乃至[11]いずれかに記載の多孔質正極材料の製造方法において、
 当該多孔質正極材料がLiFePOを含む、多孔質正極材料の製造方法。
[13]上記[1]乃至[12]いずれかに記載の多孔質正極材料の製造方法で得られた多孔質正極材料を用いた、リチウムイオン電池。
 本発明によれば、充放電特性に優れたリチウムイオン電池用の多孔質正極材料を得ることができる。
 また、この多孔質正極材料を用いることにより、充放電特性に優れたリチウムイオン二次電池を得ることができる。
 上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。
実施例1で得られた黒色粉体のSEM画像を示す図である。 実施例3で得られた黒色粉体のSEM画像を示す図である。 実施例7で得られた粉体のSEM画像を示す図である。 比較例3で得られた黒色粉体のSEM画像を示す図である。
 以下に、本発明におけるリチウムイオン電池用の多孔質正極材料の製造方法およびその製造方法により得られた正極材料を用いたリチウムイオン電池について順に説明する。
 本実施形態におけるリチウムイオン電池用の多孔質正極材料の製造方法は、(I)リチウムを吸蔵および放出可能な正極活物質、その製造中間体及びその原料から選ばれる1種以上の物質であって、メジアン径d50が下記(II)のメジアン径d50の1.0倍以下である物質、(II)メジアン径d50が10~400nmである水分散性樹脂微粒子、および水系媒体を含有する原料液を調製する調製工程と、上記調製工程で得られた上記原料液をスプレードライする工程を含んでいる。
 ここで、メジアン径d50とは、上記原料液を調整する前にレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置により測定した体積基準粒度分布におけるメジアン径d50を意味する。
 また、本実施形態におけるスプレードライの意味は、スプレー乾燥をおこなう意味の他に、スプレードライヤーを用いて噴霧焼成する(乾燥と焼成を同時におこなう)意味も含む。
 スプレードライする工程においてスプレー乾燥をおこなうのみの場合は、乾燥により得られた前駆体を焼成することにより、正極活物質と炭素からなる多孔質正極材料が得られる。
 スプレードライする工程において、乾燥と焼成を同時におこなう場合は、噴霧焼成をおこなうことにより、正極活物質と炭素からなる多孔質正極材料が得られる。
原料液の調製工程
 はじめに、原料液の調製工程について説明する。
 本実施形態における原料液は、(I)リチウムを吸蔵および放出可能な正極活物質、その製造中間体及びその原料から選ばれる1種以上の物質が溶解または分散しており、水分散性樹脂微粒子が分散している。
 (I)リチウムを吸蔵および放出可能な正極活物質、その製造中間体及びその原料から選ばれる1種以上の物質は、水系媒体に溶解していてもよいし、分散していてもよい。
 水分散性樹脂微粒子による鋳型効果を十分に発揮させるため、上記(I)の物質が水系媒体に溶解している方が望ましいが、メジアン径d50が水分散性樹脂微粒子のメジアン径d50の1.0倍以下、好ましくは0.5倍以下、より好ましくは0.1倍以下であれば、分散していてもよい。なお、上記物質が溶解している場合はメジアン径の値が0であることを意味する。
 (I)リチウムを吸蔵および放出可能な正極活物質としては、例えば、リチウムと周期律表第7族および8族から選ばれる金属とを含むリチウム金属リン酸塩が挙げられる、より具体的にはリン酸鉄リチウム(LiFePO)、リン酸マンガンリチウム(LiMnPO)、ピロリン酸鉄リチウム(LiFeP)、ピロリン酸マンガンリチウム(LiMnP)を挙げることができる。
 リチウムイオン電池においてリチウムイオンを脱挿入し正極材として機能するのは、上記の正極活物質である。正極活物質の結晶構造は特に限定されるものではないが、例えばオリビン型を挙げることができる。
 (I)リチウムを吸蔵および放出可能な正極活物質の原料としては、例えば、リチウム化合物と、周期律表第7族および8族から選ばれる金属を含む金属化合物と、リン酸化合物が挙げられる。
 本実施形態における原料液は、(I)リチウムを吸蔵および放出可能な正極活物質の原料として、リチウム化合物と、周期律表第7族および8族から選ばれる金属を含む金属化合物と、リン酸化合物を用いる場合、Liと、周期律表第7族および8族から選ばれる金属と、Pとの組成モル比は特に限定されないが、Liと、周期律表第7族および8族から選ばれる金属と、Pとの組成モル比が1:1:1あるいは、2:1:2の割合で含まれていることが好ましい。
 より具体的には、Liと、周期律表第7族および8族から選ばれる金属と、Pの組成モル比の誤差は、±2%以内にあることが好ましい。
 本実施形態におけるリチウム化合物としては、炭酸リチウム、水酸化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、フッ化リチウム、ヨウ化リチウム、硝酸リチウム、しゅう酸リチウム、酢酸リチウム、リン酸リチウム、リン酸二水素リチウム、などを用いることができる。
 本実施形態における周期律表第7族および8族から選ばれる金属を含む金属化合物としては、鉄化合物やマンガン化合物が好ましい。
 鉄化合物としては、例えば、塩化鉄(II)四水和物、塩化鉄(III)六水和物、硝酸鉄(III)九水和物、しゅう酸鉄(II)二水和物、硫酸鉄(II)、硫酸鉄(III)、りん酸鉄(III)、酸化鉄(II)、酸化鉄(III)などが挙げられる。
 マンガン化合物としては、例えば、Mn、MnO、Mnなどのマンガン酸化物、MnCO、Mn(NO、MnSO、リン酸マンガン(III)、リン酸マンガン(II)、酢酸マンガン、ジカルボン酸マンガン、クエン酸マンガン、脂肪酸マンガンなどのマンガン塩、オキシ水酸化物、塩化マンガンなどのハロゲン化物などが挙げられる。
 リン酸化合物としては、リン酸、リン酸アンモニウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、などが挙げられる。リン酸としては、オルトリン酸、ピロリン酸、メタリン酸、トリポリリン酸、ヘキサメタリン酸、さらに高次の縮合リン酸を挙げることができる。
 はじめに、リチウム化合物と、周期律表第7族および8族から選ばれる金属を含む金属化合物と、リン酸化合物と、を含む混合物を、0.1~5mol/Lの濃度になるよう、水系媒体に溶解する。このときの濃度が、0.1mol/L以上であると、水分除去量が少なくなり、エネルギー消費が少ないので経済的に好ましい。また、5mol/L以下であれば、塩の溶解が容易であり、粘度が増加せず取り扱いやすいので好ましい。さらに好ましい濃度は、0.2~2.5mol/Lである。
 上記方法における水系媒体については特に制限されず、蒸留水、イオン交換水、市水、工業用水などを使用できる。とくに蒸留水やイオン交換水を使用することが好ましい。
 本実施形態において、原料液の調整手順はとくに限定されないが、例えば、リチウム化合物と、周期律表第7族および8族から選ばれる金属を含む金属化合物と、リン酸化合物とを含む水溶液と、水分散性樹脂微粒子を混合して、原料液を調製する。混合順序は特に限定されない。すなわち、水分散性樹脂微粒子を含む分散液に、リチウム化合物と、周期律表第7族および8族から選ばれる金属化合物と、リン酸化合物が溶解した水溶液を添加し溶解させても良いし、周期律表第7族および8族から選ばれる金属化合物を含む水溶液に水分散性樹脂微粒子を添加し、つづいてリチウム化合物と、リン酸化合物と、を含む水溶液を添加しても良い。もちろん、リチウムを吸蔵および放出可能な正極活物質およびその製造中間体を上記原料とともに添加しても良いし、原料の代わりに用いても良い。
 また、リチウムを吸蔵および放出可能な正極活物質が分散した原料液は、上記の混合物を、高温高圧の条件下にて反応(水熱合成)させ得ることができる。この高温高圧の条件は、リチウムを吸蔵および放出可能な正極活物質を生成する温度、圧力及び時間の範囲であれば特に限定されるものではないが、反応温度は、例えば、120℃以上かつ250℃以下が好ましく、より好ましくは150℃以上かつ220℃以下である。
 上記原料液には、水以外の溶媒が含まれていても良い。例えば、アルコール類、エステル類、エーテル類、ケトン類などを添加することができる。
(水分散性樹脂微粒子)
 ここで、水分散性樹脂微粒子について説明する。
 本実施形態における水分散性樹脂微粒子の役割は、大きく分けて三つある。
 第一の役割は、有機-無機コンポジットを作り出し、樹脂微粒子間に作り出す多孔質正極材料の壁の厚さを薄くすることで、焼成時において多孔質正極材料の結晶粒子径の成長を抑制し、結晶粒子内のリチウムイオンの拡散距離を短くすることである。
 第二の役割は、不活性ガス雰囲気下で焼成した時に生成する炭素成分により、導電性を高めることである。
 第三の役割は、不活性ガス雰囲気下で焼成することで電解液が浸透可能な空隙を作り出すことである。この空隙に浸透した電解液が、より速やかにリチウムイオンの移動を促進することが可能となる。
 本実施形態における水分散性樹脂微粒子を用いる製造面での利点は、原料液に混合し、乾燥、焼成するという極めてシンプルな方法で、炭素-無機コンポジット材料を得ることができる点である。
 本実施形態の水分散性樹脂微粒子のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置による体積基準粒度分布におけるメジアン径d50は10~400nmであり、好ましくは10~300nmである。水分散性樹脂微粒子のメジアン径d50が10nm未満では、電解液が浸透しにくくなったり、リチウムイオンの移動が遅くなったりするので好ましくない。水分散性樹脂微粒子のメジアン径d50が400nmを超えると、空隙が大きくなり、多孔質正極材料の結晶子サイズが大きくなり過ぎ、高速での充放電特性が悪くなるので好ましくない。
 本実施形態における水分散性樹脂微粒子分散液は、リチウムを吸蔵および放出可能な正極活物質、その製造中間体及びその原料から選ばれる1種以上の物質を含む水溶液に添加しても、凝集せず分散状態を保っていることが好ましい。
 分散状態は、水分散性微粒子のメジアン径d50の上記調製工程前後の変化率が50%以下であることが好ましい。
 ここで、メジアン径d50は、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置などを用いて測定することができる。レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置としては、日機装社製マイクロトラックUPA-EX150などを用いることできる。
 本実施形態における水分散性樹脂微粒子の軟化点は、特に限定されない。後に述べる原料液の乾燥工程において、スプレードライ法を用いて瞬間的に乾燥させることで、軟化点に関わらず、水分散性樹脂微粒子は合一することなく、有機-無機コンポジットを作り出すことができるからである。水分散性樹脂微粒子の軟化点が低いと、スプレードライ法により乾燥した粉体が、凝集し易く取り扱い難くなりがちであるが、電池性能においては劣るものではない。
 本実施形態における水分散性樹脂微粒子の軟化点とは、現象的には樹脂が軟化し樹脂同士が融着し始める温度を指すが、より具体的には、結晶性高分子の場合は融点とし、非晶性高分子の場合はガラス転移点とする。
 ここで、結晶性高分子の融点は、DSC(示差走査熱量分析)を用いて測定することができ、昇温速度10℃/分で測定した時のピークトップの温度を融点とする。非晶性高分子のガラス転移点も、DSC(示差走査熱量分析)を用いて測定することができ、昇温速度10℃/分で測定した時のベースラインとの変極点をガラス転移点とする。モノマー組成が分かっている非晶性高分子は、ガラス転移点は計算で求めることもでき、これで代用しても良い。
 本実施形態における原料液のpHは、特に限定されないが、酸性の塩を用いることが多いため、pH3以下になることが多い。よって、本実施形態における水分散性微粒子は、pH3以下の酸性溶液かつ、高イオン強度条件でも、凝集しないことが好ましい。水分散性微粒子が原料液中で凝集すると、微粒子の粒度が大きくなり、意図した鋳型サイズにならないからである。
 本実施形態における水分散性樹脂微粒子は、炭素を50質量%以上含むことが好ましい。後の工程で、水分散性樹脂微粒子は不活性ガス雰囲気下で焼成し、炭化させ導電性を付与させる。そのため、炭素を一定以上含むことが好ましい。さらには、本実施形態における水分散性樹脂微粒子は、炭素を70質量%以上含むことがより好ましい。
 本実施形態における水分散性樹脂微粒子の含有量は特に制限されるものではないが、例えば水分散微粒子/正極活物質(重量比)を10/90~90/10、好ましくは20/80~80/20、さらに好ましくは25/75~75/25とすることができる。
 本実施形態における水分散性樹脂微粒子としては、水系媒体に分散可能なものであればよい。例えばポリオレフィン系、ポリ(メタ)アクリル酸エステル系、ポリスチレン系、ポリウレタン系、ポリアクリロニトリル系、ポリ塩化ビニル系、ポリ塩化ビニリデン系、ポリ酢酸ビニル系およびポリブタジエン系から選ばれる少なくとも1種の非水溶性ポリマー粒子を挙げることができる。水系媒体とは、水および/または水と親和性を有する有機溶媒である。
 メジアン径d50が10~30nmの粒子が分散した有機無機複合体は、例えば水系媒体に分散したポリオレフィン系末端分岐型共重合体粒子を用いることにより安定的に製造することができる。またメジアン径d50が30nmを超え400nm以下の粒子が分散した有機無機複合体は、例えば水系媒体に分散したポリ(メタ)アクリル酸エステル系重合体粒子を用いることにより安定的に製造することが出来る。
[ポリオレフィン系末端分岐型共重合体]
 まず、ポリオレフィン系末端分岐型共重合体粒子について説明する。
 本実施形態における水分散性樹脂微粒子を構成するポリオレフィン系末端分岐型共重合体は、下記の一般式(1)で表される構造を有する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
(上記一般式(1)中、Aはポリオレフィン鎖を表す。RおよびRは水素原子あるいは炭素数1~18のアルキル基を表し、少なくとも一方は水素原子である。XおよびXは同一であっても異なっていてもよく、直鎖状または分岐状のポリアルキレングリコール基を有する基を表す。)
 上記一般式(1)で表される末端分岐型共重合体の数平均分子量は好ましくは2.5×10以下であり、より好ましくは5.5×10~1.5×10であり、さらに好ましくは8×10~4.0×10である。その数平均分子量は、Aで表されるポリオレフィン鎖の数平均分子量とXおよびXで表されるポリアルキレングリコール基を有する基の数平均分子量とR,RおよびCH分の分子量の和で表される。ここで、数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定したポリスチレン換算の値である。
 ポリオレフィン系末端分岐型共重合体の数平均分子量が上記範囲にあると、ポリオレフィン系末端分岐型共重合体を分散質とした際の分散液中の粒子の安定性、水および/または水と親和性を有する有機溶媒への分散性が良好となる傾向があり、かつ分散液の調製が容易になるため好ましい。
 上記一般式(1)のAであるポリオレフィン鎖は、炭素数2~20のオレフィンを重合したものである。炭素数2~20のオレフィンとしては、エチレン、プロピレン、1-ブテン、1-ヘキセンなどのα-オレフィンが挙げられる。
 本実施形態においては、これらのオレフィンの単独重合体または共重合体であってもよく、特性を損なわない範囲で他の重合性の不飽和化合物と共重合したものであってもよい。これらのオレフィンの中でも特にエチレン、プロピレン、1-ブテンが好ましい。
 上記一般式(1)中、Aで表されるポリオレフィン鎖の、GPCにより測定された数平均分子量は、好ましくは400~8000であり、より好ましくは500~4000、さらに好ましくは500~2000である。ここで、数平均分子量はポリスチレン換算の値である。
 Aで表されるポリオレフィン鎖の数平均分子量が上記範囲にあると、ポリオレフィン部分の結晶性が高く、分散液の安定性が良好になる傾向があり、かつ溶融粘度が低く分散液の調製が容易になる傾向があるため好ましい。
 上記一般式(1)においてAで表されるポリオレフィン鎖の、GPCにより測定された重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比、すなわち分子量分布(Mw/Mn)は、特に制限はなく、通常1.0~数十であるが、より好ましくは1.0以上4.0以下、さらに好ましくは1.0以上3.0以下である。
 上記一般式(1)においてAで表される基の分子量分布(Mw/Mn)が上記範囲にあると、分散液中の粒子の形状や粒子径の均一性などの点で好ましい。
 GPCによる、Aで表される基の数平均分子量(Mn)および分子量分布(Mw/Mn)は、例えば、ミリポア社製GPC-150を用い以下の条件の下で測定できる。
  分離カラム:TSK GNH HT(カラムサイズ:直径7.5mm,長さ:300mm)
  カラム温度:140℃ 
  移動相:オルトジクロルベンゼン(和光純薬社製)
  酸化防止剤:ブチルヒドロキシトルエン(武田薬品工業社製)0.025質量%
  移動速度:1.0ml/分
  試料濃度:0.1質量%
  試料注入量:500μL
  検出器:示差屈折計。
 なお、Aで表されるポリオレフィン鎖の分子量は、後述の、一方の末端に不飽和基を有するポリオレフィンの分子量を測定し、末端の分子量相当を差し引くことで測定できる。
 RおよびRとしては、Aを構成するポリオレフィンの2重結合に結合した置換基である水素原子または炭素数1~18の炭化水素基であり、好ましくは水素原子または炭素数1~18のアルキル基である。アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基が好ましい。
 上記一般式(1)において、XおよびXは同一であっても異なっていてもよく、直鎖または分岐の数平均分子量がそれぞれ50~10000のポリアルキレングリコール基を有する基を表す。分岐アルキレングリコール基の分岐態様は、多価の炭価水素基あるいは窒素原子を介した分岐などである。
 例えば、主骨格の他に2つ以上の窒素原子または酸素原子または硫黄原子に結合した炭化水素基による分岐や、主骨格の他に2つのアルキレン基と結合した窒素原子による分岐などが挙げられる。
 ポリアルキレングリコール基を有する基の数平均分子量が上記範囲にあると、分散液の分散性が良好になる傾向があり、かつ溶融粘度が低く分散液の調製が容易になるため好ましい。
 上記一般式(1)のXおよびXが上記の構造を有することにより、界面活性剤を用いることなく、メジアン径d50が10~30nmの粒子径を有する、ポリオレフィン系末端分岐型共重合体からなる重合体粒子が安定的に得られる。
 上記一般式(1)において、XおよびXの好ましい例としては、それぞれ同一または異なっており、下記一般式(2)または下記一般式(4)で表される基を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
(上記一般式(2)中、Eは酸素原子または硫黄原子を表す。Xはポリアルキレングリコール基または下記一般式(3)で表される基を表す。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
(上記一般式(3)中、Rはm+1価の炭化水素基を表す。Gは同一であっても異なっていてもよく、-OX、-NX(X~Xはポリアルキレングリコール基を表す。)で表される基を表す。mは、RとGとの結合数であり1~10の整数を表す。)
 上記一般式(3)において、Rで表される基としては、炭素数1~20のm+1価の炭化水素基である。mは1~10であり、1~6が好ましく、1~2が特に好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
(上記一般式(4)中、XおよびXは同一であっても異なっていてもよく、ポリアルキレングリコール基または上記一般式(3)で表される基を表す。)
 上記一般式(1)の好ましい例としては、上記一般式(1)中、XおよびXのどちらか一方が、上記一般式(4)で表される基であるポリオレフィン系末端分岐型共重合体が挙げられる。さらに好ましい例としては、XおよびXのどちらか一方が上記一般式(4)で表され、他方が上記一般式(2)で表される基であるポリオレフィン系末端分岐型共重合体が挙げられる。
 上記一般式(1)の別の好ましい例としては、上記一般式(1)中、XおよびXの一方が、上記一般式(2)で表される基であり、さらに好ましくはXおよびXの両方が上記一般式(2)で表される基であるポリオレフィン系末端分岐型共重合体が挙げられる。
 上記一般式(4)で表されるXおよびXのさらに好ましい構造としては、下記一般式(5)で表される基である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
(上記一般式(5)中、XおよびX10は同一であっても異なっていてもよく、ポリアルキレングリコール基を表す。QおよびQは同一であっても異なっていてもよく、それぞれ2価の炭化水素基を表す。)
 上記一般式(5)においてQおよびQで表される2価の炭化水素基は、2価のアルキレン基であることが好ましく、炭素数2~20のアルキレン基であることがより好ましい。炭素数2~20のアルキレン基は、置換基を有していてもいなくてもよい。置換基としては、例えば、エチレン基、メチルエチレン基、エチルエチレン基、ジメチルエチレン基、フェニルエチレン基、クロロメチルエチレン基、ブロモメチルエチレン基、メトキシメチルエチレン基、アリールオキシメチルエチレン基、プロピレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ヘキサメチレン基、シクロヘキシレン基などが挙げられる。好ましいアルキレン基としては、炭化水素系のアルキレン基であり、特に好ましくは、エチレン基、メチルエチレン基であり、さらに好ましくは、エチレン基である。Q,Qは1種類のアルキレン基でもよく2種以上のアルキレン基が混在していてもよい。
 上記一般式(2)で表されるXおよびXのさらに好ましい構造としては、下記一般式(6)で表される基である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
(上記一般式(6)中、X11はポリアルキレングリコール基を表す。)
 X~X11で表されるポリアルキレングリコール基とは、アルキレンオキシドを付加重合することによって得られる基である。X~X11で表されるポリアルキレングリコール基を構成するアルキレンオキシドとしては、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、スチレンオキシド、シクロヘキセンオキシド、エピクロロヒドリン、エピブロモヒドリン、メチルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテルなどが挙げられる。これらの中で、好ましくは、プロピレンオキシド、エチレンオキシド、ブチレンオキシド、スチレンオキシドである。より好ましくはプロピレンオキシド、およびエチレンオキシドであり、特に好ましくは、エチレンオキシドである。X~X11で表されるポリアルキレングリコール基としては、これらのアルキレンオキシドの単独重合により得られる基でもよいし、もしくは2種以上の共重合により得られる基でもよい。好ましいポリアルキレングリコール基の例としては、ポリエチレングリコール基、ポリプロピレングリコール基、またはポリエチレンオキシドとポリプロピレンオキシドの共重合により得られる基であり、特に好ましい基としては、ポリエチレングリコール基である。
 上記一般式(1)においてXおよびXが上記構造を有すると、本実施形態におけるポリオレフィン系末端分岐型共重合体を分散質とした際の水および/または水と親和性を有する有機溶媒への分散性が良好となるため好ましい。
 本実施形態におけるポリオレフィン系末端分岐型共重合体としては、下記一般式(1a)または(1b)で表される重合体を用いることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
 上記一般式(1a)中、RおよびRは、水素原子あるいは炭素数1~18のアルキル基を表し、少なくとも一方は水素原子である。アルキル基としては、炭素数1~9のアルキル基が好ましく、炭素数1~3のアルキル基がさらに好ましい。
 RおよびRは、水素原子あるいはメチル基を表し、少なくとも一方は水素原子である。RおよびRは、水素原子あるいはメチル基を表し、少なくとも一方は水素原子である。l+mは2以上450以下、好ましくは5以上200以下の整数を表す。nは、20以上300以下、好ましくは25以上200以下の整数を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
 上記一般式(1b)式中、RおよびRは、水素原子あるいは炭素数1~18のアルキル基を表し、少なくとも一方は水素原子である。アルキル基としては、炭素数1~9のアルキル基が好ましく、炭素数1~3のアルキル基がさらに好ましい。
 RおよびRは、水素原子あるいはメチル基を表し、少なくとも一方は水素原子である。RおよびRは、水素原子あるいはメチル基を表し、少なくとも一方は水素原子である。R10およびR11は、水素原子あるいはメチル基を表し、少なくとも一方は水素原子である。
 l+m+oは3以上450以下、好ましくは5以上200以下の整数を表す。
 nは、20以上300以下、好ましくは25以上200以下の整数を表す。
 上記一般式(1b)で表される重合体としては、下記一般式(1c)で表される重合体を用いることがさらに好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
 上記一般式(1c)中、l+m+o、nは上記一般式(1b)と同様である。ポリエチレン鎖のエチレンユニット数(n)は、上記一般式(1)におけるポリオレフィン基Aの数平均分子量(Mn)をエチレンユニットの分子量で割ることにより算出できる。また、ポリエチレングリコール鎖のエチレングリコールユニット総数(l+mもしくはl+m+o)は、ポリエチレングリコール基付加反応時の重合体原料と使用したエチレンオキシドとの重量比が、重合体原料とポリエチレングリコール基の数平均分子量(Mn)との比に同じであると仮定して算出できる。
 また、n、l+mもしくはl+m+oはH-NMRによっても測定することができる。例えば本実施形態の実施例で用いたポリオレフィン系末端分岐型共重合体(T)およびそれを含む分散系粒子においては、上記一般式(1)におけるポリオレフィン基Aの末端メチル基(シフト値:0.88ppm)の積分値を3プロトン分とした際の、ポリオレフィン基Aのメチレン基(シフト値:1.06-1.50ppm)の積分値およびPEGのアルキレン基(シフト値:3.33-3.72ppm)の積分値から算出することができる。
 具体的には、メチル基の分子量は15、メチレン基の分子量は14、エチレンオキサイド基の分子量は44であることから、各積分値の値よりポリオレフィン基Aおよびアルキレン基の数平均分子量が計算できる。ここで得られたポリオレフィン基Aの数平均分子量をエチレンユニットの分子量で割ることによりnを、アルキレン基の数平均分子量をエチレングリコールユニットの分子量で割ることで、PEG鎖のエチレングリコールユニット総数(l+mもしくはl+m+o)を算出することができる。
 ポリオレフィン基Aがエチレン―プロピレン共重合体よりなる場合は、IR、13C-NMRなどで測定できるプロピレンの含有率と、H-NMRにおける積分値の両者を用いることでnおよびl+mもしくはl+m+oを算出することができる。H-NMRにおいて、内部標準を用いる方法も有効である。
[ポリオレフィン系末端分岐型共重合体の製造方法]
 ポリオレフィン系末端分岐型共重合体は、次の方法によって製造することができる。
 最初に、目的とするポリオレフィン系末端分岐型共重合体中、上記一般式(1)で示されるAの構造に対応するポリマーとして、下記一般式(7)で示される、片末端に二重結合を有するポリオレフィンを製造する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
(上記一般式(7)中、Aはポリオレフィン鎖を表わし、RおよびRは、水素原子あるいは炭素数1~18のアルキル基でありかつ少なくとも一方は水素原子を表す。)
 このポリオレフィンは、以下の方法によって製造することができる。
(1)特開2000-239312号公報、特開2001-2731号公報、特開2003-73412号公報などに示されているようなサリチルアルドイミン配位子を有する遷移金属化合物を重合触媒として用いる重合方法。
(2)チタン化合物と有機アルミニウム化合物とからなるチタン系触媒を用いる重合方法。
(3)バナジウム化合物と有機アルミニウム化合物とからなるバナジウム系触媒を用いる重合方法。
(4)ジルコノセンなどのメタロセン化合物と有機アルミニウムオキシ化合物(アルミノキサン)とからなるチーグラー型触媒を用いる重合方法。
 上記(1)~(4)の方法の中でも、特に(1)の方法によれば、上記ポリオレフィンを収率よく製造することができる。(1)の方法では、上記サリチルアルドイミン配位子を有する遷移金属化合物の存在下で、前述したポリオレフィンを重合または共重合することで上記片方の末端に二重結合を有するポリオレフィンを製造することができる。
 上記(1)の方法によるポリオレフィンの重合は、溶解重合、懸濁重合などの液相重合法または気相重合法のいずれによっても実施できる。詳細な条件などは既に公知であり上記特許文献を参照することができる。
 上記(1)の方法によって得られるポリオレフィンの分子量は、重合系に水素を存在させるか、重合温度を変化させるか、または使用する触媒の種類を変えることによって調節することができる。
 つぎに、上記ポリオレフィンをエポキシ化して、すなわち上記ポリオレフィンの末端の二重結合を酸化して、下記一般式(8)で示される末端にエポキシ基を含有する重合体を得る。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
(上記一般式(8)中、A、RおよびRは前述の通り。)
 かかるエポキシ化方法は特に限定されるものではないが、以下の方法を例示することができる。
(1)過ギ酸、過酢酸、過安息香酸などの過酸による酸化
(2)チタノシリケートおよび過酸化水素による酸化
(3)メチルトリオキソレニウムなどのレニウム酸化物触媒と過酸化水素による酸化
(4)マンガンポルフィリンまたは鉄ポルフィリンなどのポルフィリン錯体触媒と過酸化水素または次亜塩素酸塩による酸化
(5)マンガンSalenなどのSalen錯体と過酸化水素または次亜塩素酸塩による酸化
(6)マンガン-トリアザシクロノナン(TACN)錯体などのTACN錯体と過酸化水素による酸化
(7)タングステン化合物などのVI族遷移金属触媒と相間移動触媒存在下、過酸化水素による酸化
 上記(1)~(7)の方法の中でも、活性面で特に(1)および(7)の方法が好ましい。
 また、例えばMw400~600程度の低分子量の末端エポキシ基含有重合体はVIKOLOXTM(登録商標、Arkema社製)を用いることができる。
 上記方法で得られた一般式(8)で表される末端エポキシ基含有重合体に種々の反応試剤を反応させることにより、下記一般式(9)で表されるようなポリマー末端のα、β位に様々な置換基Y、Yが導入された重合体(重合体(I))を得ることが出来る。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
(上記一般式(9)中、A、R,Rは前述の通り。Y、Yは同一であっても異なっていてもよく、水酸基、アミノ基、または下記一般式(10a)~(10c)を表す。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000020
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000021
(上記一般式(10a)~(10c)中、Eは酸素原子または硫黄原子を表し、Rはm+1価の炭化水素基を表す。Tは同一であっても異なっていてもよく、水酸基、アミノ基を表す。mは1~10の整数を表す。)
 例えば、上記一般式(8)で表される末端エポキシ基含有重合体を加水分解することにより、上記一般式(9)においてY、Yが両方とも水酸基である重合体が得られる。また、上記一般式(8)で表される末端エポキシ基含有重合体をアンモニアと反応させることによりY、Yの一方がアミノ基、他方が水酸基の重合体が得られる。
 また、上記一般式(8)で表される末端エポキシ基含有重合体と下記一般式(11a)で示される反応試剤Aとを反応させることにより、上記一般式(9)においてY、Yの一方が上記一般式(10a)に示される基で他方が水酸基の重合体が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000022
(上記一般式(11a)中、E、R、T、mは前述の通りである。)
また、末端エポキシ基含有重合体と下記一般式(11b)、(11c)で示される反応試剤Bを反応させることにより、上記一般式(9)においてY、Yの一方が上記一般式(10b)または(10c)に示される基で他方が水酸基の重合体が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000023
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000024
(上記一般式(11c)中、R、T、mは前述の通りである。)
 上記一般式(11a)で示される反応試剤Aとしては、グリセリン、ペンタエリスリトール、ブタントリオール、ジペンタエリスリトール、ポリペンタエリスリトール、ジヒドロキシベンゼン、トリヒドロキシベンゼンなどを挙げることができる。
 上記一般式(11b)、(11c)で示される反応試剤Bとしては、エタノールアミン、ジエタノールアミン、アミノフェノール、ヘキサメチレンイミン、エチレンジアミン、ジアミノプロパン、ジアミノブタン、ジエチレントリアミン、N-(アミノエチル)プロパンジアミン、イミノビスプロピルアミン、スペルミジン、スペルミン、トリエチレンテトラミン、ポリエチレンイミンなどを挙げることができる。
 エポキシ体とアルコール類、アミン類との付加反応は周知であり、通常の方法により容易に反応が可能である。
 上記一般式(1)は上記一般式(9)で示される重合体(I)を原料として、アルキレンオキシドを付加重合することにより製造することができる。アルキレンオキシドとしては、プロピレンオキシド、エチレンオキシド、ブチレンオキシド、スチレンオキシド、シクロヘキセンオキシド、エピクロロヒドリン、エピブロモヒドリン、メチルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテルなどが挙げられる。これらは2種以上併用してもよい。これらの中で、好ましくは、プロピレンオキシド、エチレンオキシド、ブチレンオキシド、スチレンオキシドである。より好ましくはプロピレンオキシド、およびエチレンオキシドである。
 触媒、重合条件などについては、公知のアルキレンオキシドの開環重合方法を利用することができ、例えば、大津隆行著,「改訂高分子合成の化学」,株式会社化学同人,1971年1月,p.172-180には、種々の単量体を重合してポリオールを得る例が開示されている。開環重合に用いられる触媒としては、上記文献に開示されたように、カチオン重合向けにAlCl、SbCl、BF、FeClのようなルイス酸、アニオン重合向けにアルカリ金属の水酸化物またはアルコキシド、アミン類、フォスファゼン触媒、配位アニオン重合向けにアルカリ土類金属の酸化物、炭酸塩、アルコキシドあるいは、Al、Zn、Feなどのアルコキシドを用いることができる。ここで、ホスファゼン触媒としては、例えば、特開平10-77289号公報に開示された化合物、具体的には市販のテトラキス[トリス(ジメチルアミノ)フォスフォラニリデンアミノ]フォスフォニウムクロリドのアニオンをアルカリ金属のアルコキシドを用いてアルコキシアニオンとしたものなどが利用できる。
 反応溶媒を使用する場合は、重合体(I)、アルキレンオキシドに対して不活性なものが使用でき、n-ヘキサン、シクロヘキサンなどの脂環式炭化水素類、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類、ジオキサンなどのエーテル類、ジクロロベンゼンなどのハロゲン化炭化水素などが挙げられる。
 触媒の使用量はホスファゼン触媒以外については原料の重合体(I)の1モルに対して、0.05~5モルが好ましく、より好ましくは0.1~3モルの範囲である。ホスファゼン触媒の使用量は、重合速度、経済性などの点から、重合体(I)の1モルに対して1×10-4~5×10-1モルが好ましく、より好ましくは5×10-4~1×10-1モルである。
 反応温度は通常25~180℃、好ましくは50~150℃とし、反応時間は使用する触媒の量、反応温度、ポリオレフィン類の反応性などの反応条件により変わるが、通常数分~50時間である。
 上記一般式(1)の数平均分子量は、前述の通り、上記一般式(9)で示される重合体(I)の数平均分子量と、重合させるアルキレンオキシドの重量から計算する方法や、NMRを用いる方法により算出することができる。
[重合体粒子]
 このようなポリオレフィン系末端分岐型共重合体からなる本実施形態の重合体粒子は、上記一般式(1)のAで表されるポリオレフィン鎖部分が、内方向に配向した構造を有し、このポリオレフィン鎖部分が結晶性を有するリジットな粒子である。
 本実施形態の重合体粒子は、ポリオレフィン鎖部分が結晶性を有するため、分散液の乾燥による粒子の取り出し後も再度溶媒などの液体中に分散することが可能である。本実施形態の重合体粒子は、粒子が含むポリオレフィン鎖部分の融点が好ましくは80℃以上、より好ましくは90℃以上のリジッドな粒子である。
 ポリオレフィン鎖部分の融点が上記の範囲にあると、結晶性が良好なリジッドな粒子となり、より高温で加熱した場合においても粒子の崩壊が抑制される。
 このため、後述する各種用途における製造工程や使用場面において、粒子の崩壊が抑制されるので、本実施形態の重合体粒子が有する特性を失うことがなく、製品の歩留まりや製品の品質がより安定する。
本実施形態の重合体粒子は、溶媒などに分散させたとしても、希釈濃度によらず粒子径が一定である。つまり、再分散性および均一な分散粒子径を有することから、液体中に分散しているミセル粒子とは異なるものである。
[ポリオレフィン系末端分岐型共重合体粒子分散液]
 本実施形態の分散液は上記ポリオレフィン系末端分岐型共重合体を分散質に含み、該分散質を水および/または水と親和性を有する有機溶媒に粒子として分散している。
 本実施形態において、分散液とは、ポリオレフィン系末端分岐型共重合体粒子が分散されてなる分散液であり、
(1)ポリオレフィン系末端分岐型共重合体粒子を製造する際に得られた、該重合体粒子を含む分散液、
(2)ポリオレフィン系末端分岐型共重合体粒子を製造する際に得られた該重合体粒子を含む分散液に、さらに他の分散質や添加剤などを分散または溶解してなる分散液、
(3)ポリオレフィン系末端分岐型共重合体粒子を水および/または水と親和性を有する有機溶媒に分散させるとともに、他の分散質や添加剤などを分散または溶解してなる分散液、の何れをも含んでいる。
 本実施形態の分散液における上記ポリオレフィン系末端分岐型共重合体の含有割合は、全分散液を100質量%としたときに、好ましくは0.1~50質量%、より好ましくは1~40質量%、さらに好ましくは1~20質量%である。
 ポリオレフィン系末端分岐型共重合体の含有割合が上記範囲にあると、分散液の実用性が良好であり、かつ粘度を適正に保つことができ、取り扱いが容易になるため好ましい。また、本実施形態の分散液中の粒子のメジアン径d50は好ましくは10nm以上30nm以下である。
 本実施形態の分散液中の粒子のメジアン径d50は、上記ポリオレフィン系末端分岐型共重合体のポリオレフィン部分の構造および末端分岐部分の構造を変えることにより調節可能である。
 なお、本実施形態の分散液中の粒子のメジアン径d50とは、全体積を100%としたときの累積体積が50%時の粒子の直径をいい、動的光散乱式粒子径分布測定装置やマイクロトラック粒度分布測定装置を使用して測定することができる。
 また、その形状は、例えばリンタングステン酸によりネガティブ染色を施した後、透過型電子顕微鏡(TEM)により観察することができる。
 本実施形態における分散液は、ポリオレフィン系末端分岐型共重合体を水および/または水と親和性を有する有機溶媒に分散化することにより得られる。
 本実施形態における分散化は、機械的せん断力によりポリオレフィン系末端分岐型共重合体を水および/または水と親和性を有する有機溶媒に物理的に分散化する方法でおこなうことができる。
 分散化方法としては特に限定されるものではないが、各種の分散化方法を利用することができる。具体的に言えば、上記一般式(1)で表されるポリオレフィン系末端分岐型共重合体と水および/または水と親和性を有する有機溶媒とを混合した後、溶融状態にして高圧ホモジナイザー、高圧ホモミキサー、押出混練機、オートクレーブなどで分散化する方法、高圧で噴射粉砕する方法、細孔より噴霧させる方法が挙げられる。
 また、上記ポリオレフィン系末端分岐型共重合体を水以外の溶媒に予め溶解した後、水および/または水と親和性を有する有機溶媒とを混合して高圧ホモジナイザー、高圧ホモミキサーなどにより分散化する方法も可能である。この際、ポリオレフィン系末端分岐型共重合体の溶解に使用する溶媒は、ポリオレフィン系末端分岐型共重合体が溶解するのであれば特に限定されないが、トルエン、シクロヘキサンや上記の水と親和性を有する有機溶媒などが挙げられる。水以外の有機溶媒が分散液に混入することが好ましくない場合には、蒸留などの操作により除去することが可能である。
 さらに具体的には、例えば、せん断力をかけることが可能な撹拌機付きのオートクレーブ中、100℃以上、好ましくは120~200℃の温度でせん断力をかけながら加熱撹拌することによって分散液を得ることができる。
 上記温度範囲にあると、上記ポリオレフィン系末端分岐型共重合体が溶融状態にあるため分散化が容易であり、かつ上記ポリオレフィン系末端分岐型共重合体が加熱により劣化しにくいため好ましい。
 分散化に要する時間は、分散化温度やその他の分散化条件によっても異なるが、1~300分程度である。
 上記の撹拌時間では分散化を十分におこなうことができ、かつ上記ポリオレフィン系末端分岐型共重合体が劣化しにくいため好ましい。反応後は、分散液中の温度が100℃以下になるまで、好ましくは60℃以下になるまでせん断力をかけた状態を保つことが好ましい。
 本実施形態に用いる分散液の製造において、界面活性剤の添加は不可欠ではないが、例えば、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤、ノニオン界面活性剤などを共存させても良い。
 アニオン界面活性剤として、例えば、カルボン酸塩、単純アルキル・スルフォネート、変性アルキル・スルフォネート、アルキル・アリル・スルフォネート、アルキル硫酸エステル塩、硫酸化油、硫酸エステル、硫酸化脂肪酸モノグリセライド、硫酸化アルカノール・アミド、硫酸化エーテル、アルキル燐酸エステル塩、アルキル・ベンゼン・フォスフォン酸塩、ナフタレンスルホン酸・ホルマリン縮合物などが挙げられる。
 カチオン界面活性剤として、例えば、単純アミン塩、変性アミン塩、テトラアルキル第4級アンモニウム塩、変性トリアルキル第4級アンモニウム塩、トリアルキル・ベンジル第4級アンモニウム塩、変性トリアルキル・ベンジル第4級アンモニウム塩、アルキル・ピリジニウム塩、変性アルキル・ピリジニウム塩、アルキル・キノリニウム塩、アルキル・フォスフォニウム塩、アルキル・スルフォニウム塩などが挙げられる。
 両性界面活性剤として、例えば、ベタイン、スルフォベタイン、サルフェートベタインなどが挙げられる。
 ノニオン界面活性剤として、例えば、脂肪酸モノグリセリン・エステル、脂肪酸ポリグリコール・エステル、脂肪酸ソルビタン・エステル、脂肪酸蔗糖エステル、脂肪酸アルカノール・アミド、脂肪酸ポリエチレン・グリコール縮合物、脂肪酸アミド・ポリエチレン・グリコール縮合物、脂肪酸アルコール・ポリエチレン・グリコール縮合物、脂肪酸アミン・ポリエチレン・グリコール縮合物、脂肪酸メルカプタン・ポリエチレン・グリコール縮合物、アルキル・フェノール・ポリエチレン・グリコール縮合物、ポリプロピレン・グリコール・ポリエチレン・グリコール縮合物などが挙げられる。
 これら界面活性剤は、単独または2種以上を併用することができる。
 本実施形態に用いる分散液の製造にあたっては、異物などを除去する目的で、工程中に濾過工程を設けてもよい。このような場合には、例えば、300メッシュ程度のステンレス製フィルター(線径0.035mm、平織)を設置し、加圧濾過(空気圧0.2MPa)をおこなえばよい。
 上記の方法で得られる分散液は、各種の酸や塩基、例えば塩酸、硫酸、リン酸などの酸や、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムなどの塩基を添加することによりpHを1から13まで変化させても、凝集、沈殿を起こさない。また、この分散液を常圧下で加熱還流もしくは凍結解凍を繰り返すような、幅広い温度範囲においても凝集、沈殿を起こさない。
 上記方法における水については特に制限されず、蒸留水、イオン交換水、市水、工業用水などを使用可能であるが、蒸留水やイオン交換水を使用することが好ましい。
 また、上記方法における水と親和性を有する有機溶媒は、ポリオレフィン系末端分岐型共重合体粒子、界面活性剤などの分散質が分散可能なものであれば特に限定されない。例えばエチレングリコール、テトラエチレングリコール、イソプロピルアルコール、アセトン、アセトニトリル、メタノール、エタノール、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ジメチルイミダゾリジノンなどが挙げられる。分散液中への有機溶媒の混入が好ましくない場合には、該分散質を含有した分散液を調製した後、蒸留などにより、上記有機溶媒を除去することが可能である。
 本実施形態における分散液は、上記ポリオレフィン系末端分岐型共重合体を100質量部としたときに、ポリオレフィン系末端分岐型共重合体以外の分散質を好ましくは0.001質量部~20質量部、より好ましくは0.01質量部~10質量部、さらに好ましくは0.1質量部~5質量部含有することができる。
 上記分散質の含有量が上記範囲にあると、分散液の物性が実用面で良好であり、かつ分散液が凝集、沈殿を生じにくいため好ましい。
 メジアン径d50が30nmを超え400nm以下の水分散性樹脂微粒子が分散した有機無機複合体は、例えば水系媒体に分散したポリ(メタ)アクリル酸エステル系重合体粒子を用いることにより安定的に製造することが出来る。つぎに、ポリ(メタ)アクリル酸エステル系重合体粒子について説明する。
[ポリ(メタ)アクリル酸エステル系重合体粒子水分散液]
 ポリ(メタ)アクリル酸エステル系重合体はアクリル酸エステルおよび/またはメタアクリル酸エステル由来の繰り返し単位を有する単独重合体または共重合体である。ポリ(メタ)アクリル酸エステル系重合体粒子の水分散液は一般的にアクリルエマルジョンと呼ばれ、公知の乳化重合法により得ることができる。例えば、不飽和単量体(不飽和ビニルモノマーなど)を重合開始剤、および界面活性剤を存在させた水中において乳化重合することによって得ることができる。
 アクリル酸エステルの具体例としては、メチルアクリレート、エチルアクリレート、イソプロピルアクリレート、n-ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、n-アミルアクリレート、イソアミルアクリレート、n-へキシルアクリレート、2-エチルへキシルアクリレート、オクチルアクリレート、デシルアクリレート、ドデシルアクリレート、オクタデシルアクリレート、シクロへキシルアクリレート、フェニルアクリレート、ベンジルアクリレート、グリシジルアクリレートなどが挙げられる。
 メタアクリル酸エステルの具体例としては、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、n-ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、n-アミルメタクリレート、イソアミルメタクリレート、n-ヘキシルメタクリレート、2-エチルヘキシルメタクリレート、オクチルメタクリレート、デシルメタクリレート、ドデシルメタクリレート、オクタデシルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、フェニルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、グリシジルメタクリレートなどが挙げられる。
 本実施形態のポリ(メタ)アクリル酸エステル系重合体は、アクリル酸エステル、メタアクリル酸エステル以外の不飽和単量体が共重合されていてもよい。
 併用できる不飽和単量体としては、酢酸ビニルなどのビニルエステル類;アクリロニトリル、メタクリロニトリルなどのビニルシアン化合物類;塩化ビニリデン、塩化ビニルなどのハロゲン化単量体類;スチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエン、4-t-ブチルスチレン、クロルスチレン、ビニルアニソール、ビニルナフタレンなどの芳香族ビニル単量体類;エチレン、プロピレンなどのオレフィン類;ブタジエン、クロロプレンなどのジエン類;ビニルエーテル、ビニルケトン、ビニルピロリドンなどのビニル単量体類;アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、フマール酸、マレイン酸などの不飽和カルボン酸類;アクリルアミド、メタクリルアミド、N,N'-ジメチルアクリルアミドなどのアクリルアミド類;2-ヒドロキシエチルアクリレート、2-ヒドロキシプロピルアクリレート、2-ヒドロキシエチルメタクリレート、2-ヒドロキシプロピルメタクリレートなどの水酸基含有単量体類などが挙げられ、これらを単独または二種以上混合して使用することができる。
 また、重合可能な二重結合を二つ以上有する架橋性単量体も使用することができる。重合可能な二重結合を二つ以上有する架橋性単量体の例としては、ポリエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、1,3-ブチレングリコールジアクリレート、1,4-ブチレングリコールジアクリレート、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、1,9-ノナンジオールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、2,2'-ビス(4-アクリロキシプロピロキシフェニル)プロパン、2,2'-ビス(4-アクリロキシジエトキシフェニル)プロパンなどのジアクリレート化合物、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールエタントリアクリレート、テトラメチロールメタントリアクリレートなどのトリアクリレート化合物、ジトリメチロールテトラアクリレート、テトラメチロールメタンテトラアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレートなどのテトラアクリレート化合物、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートなどのヘキサアクリレート化合物、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、1,3-ブチレングリコールジメタクリレート、1,4-ブチレングリコールジメタクリレート、1,6-ヘキサンジオールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ジプロピレングリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート、ポリブチレングリコールジメタクリレート、2,2'-ビス(4-メタクリロキシジエトキシフェニル)プロパンなどのジメタクリレート化合物、トリメチロールプロパントリメタクリレート、トリメチロールエタントリメタクリレートなどのトリメタクリレート化合物、メチレンビスアクリルアミド、ジビニルベンゼンなどが挙げられ、これらを単独または二種以上混合して使用することができる。
 また、乳化重合の際に使用される重合開始剤および界面活性剤の他に、連鎖移動剤、さらには中和剤なども常法に準じて使用してよい。特に中和剤としては、アンモニア、無機アルカリの水酸化物、例えば、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどが好ましい。ポリ(メタ)アクリル酸系重合体粒子の粒径は水中での分散安定性の観点から、そのメジアン径d50が30nmを超え400nm以下が好ましく、40nm以上250nm以下がより好ましく、特に50nm以上200nm以下であることが好ましい。
 本実施形態のポリ(メタ)アクリル酸エステル系重合体のTg(ガラス転移点)は、モノマーの選択により設計することが可能であるが、特に限定されない。
 また、ポリ(メタ)アクリル酸系重合体粒子としては、単相構造および複相構造(コアシェル型)のいずれも使用できる。
 なお、「アクリルエマルジョン」というときは、ディスパージョン、ラテックス、サスペンジョンと呼ばれる固/液の分散体をも包含したものを意味するものとする。アクリルエマルジョンは、例えば、次のようにして製造される。
〔アクリルエマルジョンの製造方法例〕
 滴下装置、温度計、水冷式還流コンデンサーおよび攪拌機を備えた反応容器に、蒸留水を仕込み、窒素ガスで置換した後、窒素雰囲気下にて80℃に昇温する。次いで重合開始剤を添加してから、予め調製したビニル単量体乳化物を3時間かけて連続的に添加し、更に4時間保持して重合を完結させ、重合反応物を得る。該重合反応物はそのまま用いても良いし、中和剤で中和してpHを調整しても良い。その後フィルターでろ過し粗大粒子を除去して、樹脂粒子を分散質とするアクリルエマルションを得る。
 重合開始剤としては、通常のラジカル重合に用いられるものと同様のものが用いられる。例えば、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化水素、アゾビスイソブチロニトリル、過酸化ベンゾイル、過酸化ジブチル、過酢酸、クメンヒドロパーオキシド、t-ブチルヒドロキシパーオキシド、パラメンタンヒドロキシパーオキシドなどが挙げられる。特に、前述の如く、重合反応を水中でおこなう場合には、水溶性の重合開始剤が好ましい。また、重合反応で用いられる乳化剤としては、例えば、ラウリル硫酸ナトリウムの他、一般にアニオン界面活性剤、非イオン界面活性剤または両性界面活性剤として用いられているものなどが挙げられる。
 また、重合反応で用いられる連鎖移動剤としては、例えば、t-ドデシルメルカプタン、n-ドデシルメルカプタン、n-オクチルメルカプタン、キサントゲン類であるジメチルキサントゲンジスルフィド、ジイソブチルキサントゲンジスルフィド、ジペンテン、インデン、1,4-シクロヘキサジエン、ジヒドロフラン、キサンテンなどが挙げられる。アクリルエマルジョンは、溶剤として、水以外に、有機溶剤を併用することもできる。このような有機溶剤としては、水と相溶性を有するものが好ましく、例えば、エタノール、メタノール、ブタノール、プロパノール、イソプロパノールなどの炭素数1~4のアルキルアルコール類、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノ-n-プロピルエーテル、エチレングリコールモノ-iso-プロピルエーテル、ジエチレングリコールモノ-iso-プロピルエーテル、エチレングリコールモノ-n-ブチルエーテル、エチレングリコールモノ-t-ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノ-t-ブチルエーテル、1-メチル-1-メトキシブタノール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノ-t-ブチルエーテル、プロピレングリコールモノ-n-プロピルエーテル、プロピレングリコールモノ-iso-プロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノ-n-プロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノ-iso-プロピルエーテルなどのグリコールエーテル類、2-ピロリドン、ホルムアミド、アセトアミド、ジメチルスルホキシド、ソルビット、ソルビタン、アセチン、ジアセチン、トリアセチン、スルホランなどが挙げられ、これらの1種または2種以上を混合して用いることができる。
スプレードライする工程
 つぎに、上記調製工程で得られた上記原料液をスプレードライする工程について説明する。
 原料液は、瞬間的に乾燥させることで、水分散樹脂微粒子と、リチウム化合物や周期律表第7族および8族から選ばれる金属を含む金属化合物、リン酸化合物を含む無機化合物とが分離せず、均一なコンポジットを構成した前駆体を調製することが可能である。
 具体的には、原料液中の水分を好ましくは5秒以内、より好ましくは3秒以内、とくに好ましくは1秒以内に乾燥させ、乾燥後の残存水分量が10質量%以下に調製する。こうすることにより、均一な有機-無機コンポジットを構成した前駆体を調製することができる。
 このような均一な有機-無機コンポジットを構成させることができる手段として、本実施形態ではスプレードライ法(噴霧乾燥)を用いる。瞬間的に乾燥させて得られた粉体には、数%の水分が含まれていることが多いので、さらに、オーブンなどで乾燥させてから、次の焼成工程に移っても良い。
焼成工程
 つぎに、上記スプレードライする工程で得られた粉体を焼成する焼成工程について説明する。
 乾燥工程で得られた前駆体を、酸素濃度200ppm未満の不活性雰囲気中にて、焼成する。不活性雰囲気としては、窒素(N)雰囲気、アルゴン(Ar)雰囲気、ヘリウム(He)雰囲気などが好ましい。酸素濃度が200ppm未満では、例えばFe(III)を含む不純物が生成しにくく、結晶欠陥が生じにくいので、電池として評価した時の充放電容量が低下しないため好ましい。
 この焼成温度としては、500℃以上1000℃以下が好ましく、より好ましくは、600℃から800℃である。焼成温度が1000℃以下であると、多孔質正極材料が粒成長して粗大化することなく、また、焼結が進行しすぎないので粉体状の化合物が得られやすい。一方、焼成温度が500℃以上であると、Fe(III)などの不純物が残存しにくい。
 この焼成時間としては、目的の焼成温度に達してから30分以上24時間未満の時間保持するのが好ましい。焼成時間が30分以上では、試料の内部まで加熱でき温度むらが発生しにくく、アニールが十分になる。一方、生産性の観点から、焼成時間は24時間未満が好ましい。
 焼成炉については、酸素濃度200ppm未満の不活性雰囲気に保てれば、特に限定されない。例えば、管状炉、バッチ炉、プッシャーキルン、ローラーハースキルン、ロータリーキルンなどが挙げられる。いずれの焼成炉においても、雰囲気制御し、酸素濃度を低減できる機能を付与しているものが好ましい。
 上記調製工程で得られた上記原料液をスプレードライする工程は、スプレードライヤーを用いて噴霧乾燥と焼成とを同時におこなってもよい。この場合、噴霧方法および焼成条件は、上記スプレードライ法および上記焼成工程に準じた方法でおこなうことができる。噴霧乾燥と焼成を同時におこなう(噴霧焼成とも呼ぶ。)ことにより、製造工程数を減らすことができる。
 本実施形態における多孔質正極材料の炭素含有量は、1~20質量%であることが好ましく、5~15質量%であることがさらに好ましい。上記炭素含有量は、1質量%以上では導電性が十分で電池容量が低下しないので好ましい。20質量%以下では、炭素被膜が厚くなりすぎずリチウムイオンの導電性を低下させない。また、炭素は電池容量に寄与しないので重量当たりの電池容量を高く保つためにも20質量%以下が好ましい。多孔質正極材料の炭素含有量は、CHN元素分析装置にて測定することが可能である。
 多孔質材料の細孔特性は窒素吸着によって求めることができる。粒子の窒素吸脱着測定から、比表面積をBET(Brunauer-Emmett-Teller)法で、全細孔容積をBJH(Barrett-Joyner-Halenda)法により算出することが出来る。さらに空孔率は全細孔容積から算出することが出来る。空孔率は特に制限されるものではないが、10~80%が好ましく、20~70%がより好ましい。 
(リチウムイオン二次電池)
 つぎに、本実施形態により得られた正極材料を用いたリチウムイオン電池について説明する。
 本実施形態のリチウムイオン電池は、一般的に公知の方法で作製することができる。例えば、正極および負極をセパレーター中心に重ねたものを、円筒型、コイン型、角型、フィルム型その他任意の形状に形成し非水電解液を封入することにより作製される。
 正極はバインダーと本実施形態の正極材料からなり、負極はバインダーと負極活物質からなる。また、カーボンブラック、アモルファスウィスカーカーボン、グラファイトなどの炭素材料を導電助剤としてそれぞれの電極に添加してもよい。
 負極活物質としては、金属リチウム、リチウム合金、リチウムイオンをドーブ・脱ドーブすることが可能な炭素材料、リチウムイオンをドープ・脱ドープすることが可能な酸化スズ、酸化ニオブ、酸化バナジウム、リチウムイオンをドープ・脱ドープすることが可能な酸化チタン、またはリチウムイオンをドープ・脱ドープすることが可能なシリコン、リチウムイオンをドープ・脱ドープする事が可能な遷移金属窒素化物のいずれをも用いることができる。これらの中でもリチウムイオンをドーブ・脱ドーブすることが可能な炭素材料が好ましい。このような炭素材料は、グラファイトであっても非晶質炭素であってもよく、活性炭、炭素繊維、カーボンブラック、メソカーボンマイクロビーズ、天然黒鉛などが用いられる。
 正極と負極を電気的に絶縁するために用いられるセパレーターは、リチウムイオンを透過する膜であって、例えば多孔性膜や高分子電解質が用いられる。多孔性膜としては微多孔性高分子フィルムが好適に使用され、材質としてポリオレフィン、ポリイミド、ポリフッ化ビニリデン、ポリエステル等が例示される。特に、多孔性ポリオレフィンフィルムが好ましく、具体的には多孔性ポリエチレンフィルム、多孔性ポリプロピレンフィルム、または多孔性のポリエチレンフィルムとポリプロピレンとの多層フィルムを例示することができる。多孔性ポリオレフィンフィルム上には、熱安定性に優れる他の樹脂がコーティングされていても良い。
 非水系電解液としては、例えばLiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、CFSOLi、( CFSON/Li等の電解質を、単独でまたは2種以上組み合わせて有機溶媒に溶解したものを使用することができる。非水系電解液における有機溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、γ-ブチロラクトン、ジメチルスルホキシド、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、1,2- ジメトキシエタン、1,2-ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン等が挙げられ、いずれかが単独でまたは2種以上を混合して使用される。
 以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
 以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例などに限定されるものではない。
<非水溶性有機ポリマー粒子-1>
<ポリオレフィン系末端分岐型共重合体の合成>
 数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)および分子量分布(Mw/Mn)はGPCを用い、上述した方法で測定した。また、融点(Tm)はDSCを用い、測定して得られたピークトップ温度を採用した。なお、測定条件によりポリアルキレングリコール部分の融点も確認されるが、ここでは特に断りのない場合ポリオレフィン部分の融点のことを指す。
 1H-NMRについては、測定サンプル管中で重合体を、ロック溶媒と溶媒を兼ねた重水素化-1,1,2,2-テトラクロロエタンに完全に溶解させた後、120℃において測定した。ケミカルシフトは、重水素化-1,1,2,2-テトラクロロエタンのピークを5.92ppmとして、他のピークのケミカルシフト値を決定した。
 分散液中の粒子の粒子径はマイクロトラックUPA(HONEYWELL社製)にて、体積50%平均粒子径を測定した。分散液中の粒子の形状観察は、試料を200倍から500倍に希釈し、リンタングステン酸によりネガティブ染色した後、透過型電子顕微鏡(TEM/日立製作所社製H-7650)で100kVの条件にておこなった。
(ポリオレフィン系末端分岐型共重合体(T)の合成)
 以下の手順(例えば、特開2006-131870号公報の合成例2参照)に従って、末端エポキシ基含有エチレン重合体(E)を合成した。
 充分に窒素置換した内容積2000mlのステンレス製オートクレーブに、室温でヘプタン1000mlを装入し、150℃に昇温した。つづいて、オートクレーブ内をエチレンで30kg/cmG加圧し、温度を維持した。MMAO(東ソーファインケム社製)のヘキサン溶液(アルミニウム原子換算1.00mmol/ml)0.5ml(0.5mmol)を圧入し、次いで下記式の化合物のトルエン溶液(0.0002mmol/ml)0.5ml(0.0001mmol)を圧入し、重合を開始した。エチレンガス雰囲気下、150℃で30分間重合をおこなった後、少量のメタノールを圧入することにより重合を停止した。得られたポリマー溶液を、少量の塩酸を含む3リットルのメタノール中に加えてポリマーを析出させた。メタノールで洗浄後、80℃にて10時間減圧乾燥し、片末端二重結合含有エチレン系重合体(P)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000025
 500mlセパラブルフラスコに上記片末端二重結合含有エチレン系重合体(P)100g(Mn850として,ビニル基108mmol)、トルエン300g、NaWO0.85g(2.6mmol)、CH(nC17NHSO0.60g(1.3mmol)、およびリン酸0.11g(1.3mmol)を仕込み、撹拌しながら30分間加熱還流し、重合物を完全に溶融させた。内温を90℃にした後、30%過酸化水素水37g(326mmol)を3時間かけて滴下した後、内温90~92℃で3時間撹拌した。その後、90℃に保ったまま25%チオ硫酸ナトリウム水溶液34.4g(54.4mmol)を添加して30分撹拌し、過酸化物試験紙で反応系内の過酸化物が完全に分解されたことを確認した。次いで、内温90℃でジオキサン200gを加え、生成物を晶析させ、固体をろ取しジオキサンで洗浄した。得られた固体を室温下、50%メタノール水溶液中で撹拌、固体をろ取しメタノールで洗浄した。さらに、当該固体をメタノール400g中で撹拌して、ろ取しメタノールで洗浄した。室温、1~2hPaの減圧下乾燥させることにより、末端エポキシ基含有エチレン重合体(E)の白色固体96.3gを得た(収率99%,ポリオレフィン転化率100%)。
 得られた末端エポキシ基含有エチレン重合体(E)は、Mw=2058、Mn=1118、Mw/Mn=1.84(GPC)であった。(末端エポキシ基含有率:90mol%)
1H-NMR : δ(C2D2Cl4) 0.88(t, 3H, J = 6.92 Hz), 1.18 - 1.66 (m), 2.38 (dd,1H, J = 2.64, 5.28 Hz), 2.66 (dd, 1H, J = 4.29, 5.28 Hz), 2.80-2.87 (m, 1H)
融点(Tm):121℃
 1000mLフラスコに、末端エポキシ基含有エチレン重合体(E)84質量部、ジエタノールアミン39.4質量部、トルエン150質量部 を仕込み、150℃にて4時間撹拌した。その後、冷却しながらアセトンを加え、反応生成物を析出させ、固体を濾取した。得られた固体をアセトン水溶液で1回、さらにアセトンで3回撹拌洗浄した後、固体を濾取した。その後、室温にて減圧下乾燥させることにより、重合体(I)(Mn=1223、一般式(9)においてA:エチレンの重合により形成される基(Mn=1075)、R=R=水素原子、Y、Yの一方が水酸基、他方がビス(2-ヒドロキシエチル)アミノ基)を得た。
1H-NMR : δ(C2D2Cl4) 0.88 (t, 3H, J = 6.6 Hz), 0.95-1.92 (m), 2.38-2.85 (m, 6H), 3.54-3.71 (m, 5H)
融点(Tm):121℃
 窒素導入管、温度計、冷却管、撹拌装置を備えた500mLフラスコに、重合体(I)20.0質量部、トルエン100質量部を仕込み、撹拌しながら125℃のオイルバスで加熱し、固体を完全に溶解した。90℃まで冷却後、予め5.0質量部の水に溶解した0.323質量部の85%KOHをフラスコに加え、還流条件で2時間混合した。その後、フラスコ内温度を120℃まで徐々に上げながら、水およびトルエンを留去した。さらに、フラスコ内にわずかな窒素を供給しながらフラスコ内を減圧とし、さらに内温を150℃まで昇温後、4時間保ち、フラスコ内の水およびトルエンをさらに留去した。室温まで冷却後、フラスコ内で凝固した固体を砕き、取り出した。
 加熱装置、撹拌装置、温度計、圧力計、安全弁を備えたステンレス製1.5L加圧反応器に、得られた固体のうち18.0質量部および脱水トルエン200質量部を仕込み、気相を窒素に置換した後、撹拌しながら130℃まで昇温した。30分後、エチレンオキシド9.0質量部を加え、さらに5時間、130℃で保った後、室温まで冷却し、反応物を得た。得られた反応物より溶媒を乾燥して除き、ポリオレフィン系末端分岐型共重合体(T)(Mn=1835、上記一般式(1)においてA:エチレンの重合により形成される基(Mn=1075)、R=R=水素原子、X、Xの一方が上記一般式(6)で示される基(X11=ポリエチレングリコール基)、他方が上記一般式(5)で示される基(Q=Q=エチレン基、X=X10=ポリエチレングリコール基))を得た。
1H-NMR : δ(C2D2Cl4) 0.88(3H, t, J= 6.8 Hz), 1.06 - 1.50 (m), 2.80 - 3.20 (m)
, 3.33 - 3.72 (m)
融点(Tm):-16℃(ポリアルキレングリコール部分の融点)、
融点(Tm):116℃(ポリオレフィン部分の融点)
<ポリオレフィン系末端分岐型共重合体水性分散体の調製例>
(10質量%ポリオレフィン系末端分岐型共重合体(T)水性分散液の調製)
 上記合成例で得られたポリオレフィン系末端分岐型共重合体(T)10質量部と蒸留水40質量部を100mlのオートクレーブに装入し、140℃、800rpmの速度で30分間加熱撹拌の後、撹拌を保ったまま室温まで冷却した。得られた分散系のメジアン径d50(体積50%平均粒子径)は18nmであった。(体積10%平均粒子径14nm、体積90%平均粒子径22nm)得られた分散系の透過型電子顕微鏡観察結果から測定した粒子径は15~30nmであった。さらに、この(T)水性分散液(固形分20質量%)75質量部に対して蒸留水75質量部を加えることで10質量%ポリオレフィン系末端分岐型共重合体(T)水性分散液を得た。
(実施例1)
 硝酸鉄(III)九水和物、酢酸リチウム、リン酸をそれぞれ0.09mol秤量し、174mLの水に溶かした。そこにアクリルエマルジョン(固形分:46wt%、メジアン径d50:160.0nm、Tg:80.4℃)を30.9g添加し、鉄、リチウム、リンの濃度がそれぞれ0.5Mの原料液を作成した。アクリルエマルジョンの樹脂成分のガラス転移点(Tg)は、アクリルエマルジョンを乾燥機にて乾燥させ樹脂成分を取り出した後、この樹脂成分を「示差走査熱量測定装置 RDS2200 (エスアイアイ・ナノテクノロジー社製)」を用いて、50℃/分で昇温し熱履歴を取り除いた後、10℃/分で降温し、再度10℃/分で昇温したときに観測される吸熱変異点の接線の交点から求めた。アクリルエマルジョンを添加しても凝集は起きず、「マイクロトラックUPA-EX150(日機装社製)」にて粒径を測定したところ、粒子のメジアン径d50は161.5nmであり、添加前の粒径と変化無いことを確認した。なお、正極活物質の原料である硝酸鉄(III)九水和物、酢酸リチウム、リン酸はすべて溶解しているため、上記(I)のメジアン径d50はゼロである。
 つづいて、この原料液を、日本ビュッヒ社製ミニスプレードライヤーB-290を用いて、スプレードライ法により乾燥した。乾燥条件は、原料液供給量:約6mL/分、噴霧窒素温度:220℃、噴霧窒素流量:約7L/分、アスピレーター流量:580L/分、に設定しておこなった。得られた粉体を100℃の減圧オーブンで6時間乾燥させた後の重量減少は、2.2質量%であったので、残存水分量は2.2質量%であることを確認した。ここで、スプレーシリンダー容量は、約10Lであるので、アスピレーター流量から計算すると、約1秒で、スプレーされた気体はスプレーシリンダーを通過することになるが、前駆体はスプレーシリンダーを通過する前に水分を奪われ粉末化している。つまり、乾燥開始から1秒以内に、残存水分量2質量%に乾燥した粉体を得た。得られた粉体を、置換炉に入れ、減圧置換を3回おこないアルゴンに置換した後、アルゴン気流下で、10℃/分で昇温し、700℃、8時間焼成した。焼成時の酸素濃度は、「ジルコニアセンサー式酸素濃度計 LC-750L 東レエンジニアリング社製」を用いて測定したところ、30ppmであった。
 得られた黒色粉体を、「走査型顕微鏡JSM-6701F(日本電子社製)」にて観察したところ、アクリルエマルジョン粒子の粒径に相当する空隙を有する網目構造ができていることを確認した(図1)。
 得られた黒色粉体を、乳鉢で解砕した後、XRDを測定し、オリビン型結晶構造であることを確認した。炭素含有量は、パーキンエルマー社製 CHN元素分析装置 2400II型を用いて測定し、9.8質量%であった。比表面積は、カンタクローム社製オートサーブ3を用いて、窒素ガス吸着法により測定し、26.9m/gであった。
 つぎに、充放電特性を、作用電極、参照電極、対極、非水電解液からなる3極式セルを用いて測定した。作用電極は、各試料と、アセチレンブラックからなる導電剤と、ポリ4フッ化エチレン(PTFE)からなる結着剤とを5:2:1の割合で混合し、ニッケルメッシュに圧着して作製した。参照電極および対極は、ニッケルメッシュに金属リチウムを圧着して作製した。非水電解液としては、プロピレンカーボネート(PC)と1,2-ジメトキシエタン(DME)との混合溶媒(1:1V/V)に1mol/L 分の電解質LiClOを溶解したものを用いた。
そして、この3極式セルにおいて、2.5~4.0V(vs.Li/Li)の電位範囲で所望の定電流密度[mA/g]にて充放電測定をした。
 LiFePOの理論容量は、170mAh/gであるので、4.7μA/gの定電流で充放電した時の容量、つまり、0.1Cでの容量は156.3mAh/gであった。また、47μA/gの定電流で充放電した時の容量、つまり、1Cでの容量は141.0mAh/gであった。また、470μA/gの定電流で充放電した時の容量、つまり、10Cでの容量は78.3mAh/gであった。
(実施例2)
 実施例1の硝酸鉄(III)九水和物に替えて、塩酸鉄(II)を用いた以外は、実施例1と同様にして実験した。アクリルエマルジョンを添加しても凝集は起きず、良好な分散状態を保った。焼成時の酸素濃度は、30ppmであった。
 焼成後、XRDを測定したところ、オリビン型結晶構造であることを確認した。炭素含有量は、9.7質量%であった。比表面積は、32.6m/gであった。
 電池特性評価では、0.1Cでの容量は145.1mAh/gであり、1Cでの容量は129.4mAh/gであり、10Cでの容量は89.9mAh/gであった。
(実施例3)
 実施例1のアクリルエマルジョンに換えて、上記合成例で得られたポリオレフィン系末端分岐型共重合体(T)水性分散液(固形分:10wt%、粒径:18nm、融点:116℃)を用いた以外は、実施例1と同様にして実験した。ポリオレフィン系末端分岐型共重合体(T)水性分散液を添加しても凝集は起きず、「マイクロトラックUPA-EX150(日機装株式会社製)」にて粒径を測定したところ、21.5nmであり、添加前の粒径と大きな変化が無いことを確認した。焼成時の酸素濃度は、30ppmであった。得られた黒色粉体を、「走査型電子顕微鏡JSM-6701F(日本電子株式会社製)」にて観察したところ、ポリオレフィン系末端分岐型共重合体(T)の粒径に相当する空隙を有する網目構造ができていることを確認した(図2)。
 焼成後、XRDを測定したところ、オリビン型結晶構造であることを確認した。炭素含有量は、4.0質量%であった。比表面積は、15.1m/gであった。
 電池特性評価では、0.1Cでの容量は138.9mAh/gであり、1Cでの容量は110.8mAh/gであり、10Cでの容量は53.5mAh/gであった。
(実施例4)
 実施例3の硝酸鉄(III)九水和物に替えて、塩酸鉄(II)を用いた以外は、実施例3と同様にして実験した。ポリオレフィン系末端分岐型共重合体(T)水性分散液を添加しても凝集は起き無いことを確認した。焼成時の酸素濃度は、30ppmであった。
 焼成後、XRDを測定したところ、オリビン型結晶構造であることを確認した。炭素含有量は、8.6質量%であった。比表面積は、26.5m/gであった。
 電池特性評価では、0.1Cでの容量は153.0mAh/gであり、1Cでの容量は135.9mAh/gであり、10Cでの容量は80.6mAh/gであった。
(実施例5)
 実施例1の原料液の鉄、リチウム、リンの濃度をそれぞれ2.0Mに変更した以外は、実施例1と同様にして実験した。アクリルエマルジョンを添加しても凝集は起きず、良好な分散状態を保った。焼成時の酸素濃度は、30ppmであった。
 焼成後、XRDを測定したところ、オリビン型結晶構造であることを確認した。炭素含有量は、8.0質量%であった。比表面積は、18.6m/gであった。
 電池特性評価では、0.1Cでの容量は153.0mAh/gであり、1Cでの容量は140.8mAh/gであり、10Cでの容量は79.0mAh/gであった。
(実施例6)
 実施例3で実施した焼成を、置換炉の替わりに、管状炉を用い減圧置換せずにアルゴン気流下で、2℃/分の昇温速度で700℃,16時間保持の条件で焼成させたこと以外は、実施例3と同様に実験した。焼成時の酸素濃度は、100ppmであった。
 ポリオレフィン系末端分岐型共重合体(T)水性分散液を添加しても凝集は起き無いことを確認した。焼成後、XRDを測定したところ、オリビン型結晶構造であることを確認した。炭素含有量は、6.8質量%であった。比表面積は、24.7m/gであった。
 電池特性評価では、0.1Cでの容量は147.0mAh/gであり、1Cでの容量は123.0mAh/gであり、10Cでの容量は80.0mAh/gであった。
(実施例7)
 ポリオレフィン系末端分岐型共重合体(T)水性分散液に替えて、アクリルエマルジョン(固形分:46wt%、メジアン径d50:140.0nm、Tg:-1.2℃)を用いた以外は、実施例6と同様にして実験した。焼成時の酸素濃度は、100ppmであった。
 アクリルエマルジョンを添加しても凝集していないことを確認した。スプレードライ法により乾燥した後、粒子表面をSEMにて観察したところ、アクリルエマルジョンが、合一せずにマトリックス化していることを確認した(図3)。焼成後、XRDを測定したところ、オリビン型結晶構造であることを確認した。炭素含有量は、6.9質量%であった。比表面積は、25.3m/gであった。
 電池特性評価では、0.1Cでの容量は146.0mAh/gであり、1Cでの容量は131.0mAh/gであり、10Cでの容量は102.0mAh/gであった。
(実施例8)
 実施例1と同様にして原料液をスプレードライにより乾燥して得られた粉体を、100℃に調整した減圧乾燥器に入れ残存水分を取り除く工程を加え、さらにこの乾燥粉体を置換炉に入れ、減圧置換を3回おこないアルゴンに置換した後、アルゴン気流下で、2.5℃/分で昇温し、700℃、16時間焼成したこと以外は、実施例1と同様に実験した。焼成時の酸素濃度は、30ppmであった。焼成後、XRDを測定したところ、オリビン型結晶構造であることを確認した。炭素含有量は、9.8質量%であった。比表面積は、53.1m/gであった。
 電池特性評価では、0.1Cでの容量は158.0mAh/gであり、1Cでの容量は146.0mAh/gであり、10Cでの容量118.0mAh/gであった。
(比較例1)
 実施例6の乾燥方法を、スプレードライ法の替わりに、原料液をシャーレに入れ送風乾燥器を用いて乾燥させた以外は、実施例6と同様に実験した。焼成時の酸素濃度は、100ppmであった。
 焼成後、XRDを測定したところ、オリビン型結晶構造であることを確認した。炭素含有量は、6.8質量%であった。比表面積は、26.5m/gであった。
 電池特性評価では、0.1Cでの容量は92.0mAh/gであり、1Cでの容量は85.0mAh/gであり、10Cでの容量は低く測定できなかった。
(比較例2)
 比較例1の原料液に、スクロース(和光純薬製)を0.045mol添加したこと以外は、比較例1と同様に実験した。焼成時の酸素濃度は、100ppmであった。
 焼成後、XRDを測定したところ、オリビン型結晶構造であることを確認した。炭素含有量は、19.1質量%であった。比表面積は、125.4m/gであった。
 電池特性評価では、0.1Cでの容量は39.0mAh/gであり、1Cでの容量は28.0mAh/gであり、10Cでの容量は低く測定できなかった。
(比較例3)
 実施例1のアクリルエマルジョンに換えて、スクロースを0.029mol用いた以外は、実施例1と同様にして実験した。焼成時の酸素濃度は、100ppmであった。
 焼成後、XRDを測定したところ、オリビン型結晶構造であることを確認した。炭素含有量は、7.3質量%であった。比表面積は、43.0m/gであった。走査型電子顕微鏡にて観察してみたところ、断面は多孔質になっているようであるが、表面は凹凸が少なく平滑であることが分かった(図4)。
 電池特性評価では、0.1Cでの容量は79.8mAh/gであり、1Cでの容量は29.5mAh/gであり、10Cでの容量は低く測定できなかった。
(比較例4)
 比較例1のポリオレフィン系末端分岐型共重合体(T)水性分散液に替えて、アクリルエマルジョン(固形分:46wt%、メジアン径d50:140.0nm、Tg:-1.2℃)を用いた以外は、比較例1と同様にして実験した。焼成時の酸素濃度は、100ppmであった。
 アクリルエマルジョンを添加しても凝集は起きず、「マイクロトラックUPA-EX150(日機装社製)」にて粒径を測定したところ、粒子のメジアン径d50は150.5nmであり、分散状態を保っていることを確認した。
 焼成後、XRDを測定したところ、オリビン型結晶構造であることを確認した。炭素含有量は、8.2質量%であった。比表面積は、11.1m/gであった。走査型電子顕微鏡にて観察してみたところ、(メタ)アクリル酸エステル系重合体粒子由来の多孔質構造を確認することはできなかった。時間を掛けて乾燥したので、アクリルエマルジョン粒子が溶融し、鋳型としての機能を発揮することができなかったためであると考えられる。
 電池特性評価では、0.1Cでの容量は88.5mAh/gであり、1Cでの容量は32.6mAh/gであり、10Cでの容量は低く測定できなかった。
 本発明は以下の態様も取り得る。
[1]
 (1)リチウム化合物、
 (2)周期律表第7族および8族から選ばれる金属を含む金属化合物、
 (3)リン酸化合物、
 (4)レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置による体積基準粒度分布におけるメジアン径d50が10~400nmである水分散性樹脂微粒子、
 および水系媒体を含有し、上記水系媒体に上記(1)、上記(2)および上記(3)が溶解し、上記(4)が分散している原料液を調製する調製工程と、
 上記調製工程で得られた上記原料液をスプレードライ法により乾燥して前駆体を得る乾燥工程と、
 上記乾燥工程で得られた上記前駆体を焼成する焼成工程と、
を含む、リチウムイオン電池用の多孔質正極材料の製造方法。
[2]
 上記[1]に記載の多孔質正極材料の製造方法において、
 上記金属化合物が、鉄化合物またはマンガン化合物である、多孔質正極材料の製造方法。
[3]
 上記[1]または[2]に記載の多孔質正極材料の製造方法において、
 上記水分散性樹脂微粒子のメジアン径d50の上記調製工程前後の変化率が50%以下である、多孔質正極材料の製造方法。
[4]
 上記[1]乃至[3]いずれかに記載の多孔質正極材料の製造方法において、
 上記水分散性樹脂微粒子は、
 ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定したポリスチレン換算の数平均分子量が2.5×10以下であり、
 下記一般式(1)で表される末端分岐型ポリオレフィン系共重合体粒子である、多孔質正極材料の製造方法。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000026
(上記一般式(1)中、Aはポリオレフィン鎖を表す。RおよびRは水素原子あるいは炭素数1~18のアルキル基を表し、少なくとも一方は水素原子である。XおよびXは同一であっても異なっていてもよく、直鎖状または分岐状のポリアルキレングリコール基を有する基を表す。)
[5]
 上記[4]に記載の多孔質正極材料の製造方法において、
 上記一般式(1)で表される上記末端分岐型ポリオレフィン系共重合体粒子において、上記Xおよび上記Xは同一または異なっており、下記一般式(2)または下記一般式(4)で表される基を表す、多孔質正極材料の製造方法。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000027
(上記一般式(2)中、Eは酸素原子または硫黄原子を表す。Xはポリアルキレングリコール基または下記一般式(3)で表される基を表す。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000028
(上記一般式(3)中、Rはm+1価の炭化水素基を表す。Gは同一であっても異なっていてもよく、-OX、-NX(X~Xはポリアルキレングリコール基を表す。)で表される基を表す。mは、RとGとの結合数であり1~10の整数を表す。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000029
(上記一般式(4)中、XおよびXは同一であっても異なっていてもよく、ポリアルキレングリコール基または上記一般式(3)で表される基を表す。)
[6]
 上記[4]または[5]に記載の多孔質正極材料の製造方法において、
 上記末端分岐型ポリオレフィン系共重合体粒子が下記一般式(1a)または下記一般式(1b)で表される、多孔質正極材料の製造方法。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000030
(上記一般式(1a)中、RおよびRは、水素原子あるいは炭素数1~18のアルキル基を表し、少なくとも一方は水素原子である。RおよびRは、水素原子あるいはメチル基を表し、少なくとも一方は水素原子である。RおよびRは、水素原子あるいはメチル基を表し、少なくとも一方は水素原子である。l+mは2以上450以下の整数を表す。nは、20以上300以下の整数を表す。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000031
(上記一般式(1b)中、RおよびRは、水素原子あるいは炭素数1~18のアルキル基を表し、少なくとも一方は水素原子である。RおよびRは、水素原子あるいはメチル基を表し、少なくとも一方は水素原子である。RおよびRは、水素原子あるいはメチル基を表し、少なくとも一方は水素原子である。R10およびR11は、水素原子あるいはメチル基を表し、少なくとも一方は水素原子である。l+m+oは3以上450以下の整数を表す。nは、20以上300以下の整数を表す。)
[7]
 上記[1]乃至[3]いずれかに記載の多孔質正極材料の製造方法において、
 上記水分散性樹脂微粒子が(メタ)アクリル酸エステル系重合体粒子である、多孔質正極材料の製造方法。
[8]
 上記[1]乃至[7]いずれかに記載の多孔質正極材料の製造方法において、
 当該多孔質正極材料の炭素含有量が1~20質量%である、多孔質正極材料の製造方法。
[9]
 上記[1]乃至[8]いずれかに記載の多孔質正極材料の製造方法において、
 当該多孔質正極材料がLiFePOを含む、多孔質正極材料の製造方法。
[10]
 上記[1]乃至[9]いずれかに記載の多孔質正極材料の製造方法で得られた多孔質正極材料を用いた、リチウムイオン電池。
 この出願は、2011年8月18日に出願された日本出願特願2011-178702号および2012年2月16日に出願された日本出願特願2012-031996号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (13)

  1.  (I)リチウムを吸蔵および放出可能な正極活物質、その製造中間体及びその原料から選ばれる1種以上の物質であって、メジアン径d50が下記(II)のメジアン径d50の1.0倍以下である物質、
     (II)メジアン径d50が10~400nmである水分散性樹脂微粒子、
     および水系媒体を含有する原料液を調製する調製工程と、
     前記調製工程で得られた前記原料液をスプレードライする工程と、
    を含む、リチウムイオン電池用の多孔質正極材料の製造方法。
    (ここで、メジアン径d50とは、前記原料液を調整する前にレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置により測定した体積基準粒度分布におけるメジアン径d50を意味する。)
  2.  請求項1に記載の多孔質正極材料の製造方法において、
     前記正極活物質がリチウム金属リン酸塩である、多孔質正極材料の製造方法。
  3.  請求項1または2に記載の多孔質正極材料の製造方法において、
     前記正極活物質の前記原料が(1)リチウム化合物、(2)周期律表第7族および8族から選ばれる金属を含む金属化合物および(3)リン酸化合物を含む、多孔質正極材料の製造方法。
  4.  請求項3に記載の多孔質正極材料の製造方法において、
     前記金属化合物が、鉄化合物またはマンガン化合物である、多孔質正極材料の製造方法。
  5.  請求項1乃至4いずれか一項に記載の多孔質正極材料の製造方法において、
     前記(I)の前記メジアン径d50が前記(II)の前記メジアン径d50の0.5倍以下である、多孔質正極材料の製造方法。
  6.  請求項1乃至5いずれか一項に記載の多孔質正極材料の製造方法において、
     前記水分散性樹脂微粒子のメジアン径d50の前記調製工程前後の変化率が50%以下である、多孔質正極材料の製造方法。
  7.  請求項1乃至6いずれか一項に記載の多孔質正極材料の製造方法において、
     前記水分散性樹脂微粒子は、
     ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定したポリスチレン換算の数平均分子量が2.5×10以下であり、
     下記一般式(1)で表される末端分岐型ポリオレフィン系共重合体粒子である、多孔質正極材料の製造方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000032
    (前記一般式(1)中、Aはポリオレフィン鎖を表す。RおよびRは水素原子あるいは炭素数1~18のアルキル基を表し、少なくとも一方は水素原子である。XおよびXは同一であっても異なっていてもよく、直鎖状または分岐状のポリアルキレングリコール基を有する基を表す。)
  8.  請求項7に記載の多孔質正極材料の製造方法において、
     前記一般式(1)で表される前記末端分岐型ポリオレフィン系共重合体粒子において、
     前記Xおよび前記Xは同一または異なっており、下記一般式(2)または下記一般式(4)で表される基を表す、多孔質正極材料の製造方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000033
    (前記一般式(2)中、Eは酸素原子または硫黄原子を表す。Xはポリアルキレングリコール基または下記一般式(3)で表される基を表す。)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000034
    (前記一般式(3)中、Rはm+1価の炭化水素基を表す。Gは同一であっても異なっていてもよく、-OX、-NX(X~Xはポリアルキレングリコール基を表す。)で表される基を表す。mは、RとGとの結合数であり1~10の整数を表す。)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000035
    (前記一般式(4)中、XおよびXは同一であっても異なっていてもよく、ポリアルキレングリコール基または前記一般式(3)で表される基を表す。)
  9.  請求項7または8に記載の多孔質正極材料の製造方法において、
     前記末端分岐型ポリオレフィン系共重合体粒子が下記一般式(1a)または下記一般式(1b)で表される、多孔質正極材料の製造方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000036
    (前記一般式(1a)中、RおよびRは、水素原子あるいは炭素数1~18のアルキル基を表し、少なくとも一方は水素原子である。RおよびRは、水素原子あるいはメチル基を表し、少なくとも一方は水素原子である。RおよびRは、水素原子あるいはメチル基を表し、少なくとも一方は水素原子である。l+mは2以上450以下の整数を表す。nは、20以上300以下の整数を表す。)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000037
    (前記一般式(1b)中、RおよびRは、水素原子あるいは炭素数1~18のアルキル基を表し、少なくとも一方は水素原子である。RおよびRは、水素原子あるいはメチル基を表し、少なくとも一方は水素原子である。RおよびRは、水素原子あるいはメチル基を表し、少なくとも一方は水素原子である。R10およびR11は、水素原子あるいはメチル基を表し、少なくとも一方は水素原子である。l+m+oは3以上450以下の整数を表す。nは、20以上300以下の整数を表す。)
  10.  請求項1乃至6いずれか一項に記載の多孔質正極材料の製造方法において、
     前記水分散性樹脂微粒子が(メタ)アクリル酸エステル系重合体粒子である、多孔質正極材料の製造方法。
  11.  請求項1乃至10いずれか一項に記載の多孔質正極材料の製造方法において、
     当該多孔質正極材料の炭素含有量が1~20質量%である、多孔質正極材料の製造方法。
  12.  請求項1乃至11いずれか一項に記載の多孔質正極材料の製造方法において、
     当該多孔質正極材料がLiFePOを含む、多孔質正極材料の製造方法。
  13.  請求項1乃至12いずれか一項に記載の多孔質正極材料の製造方法で得られた多孔質正極材料を用いた、リチウムイオン電池。
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