WO2013077212A1 - 蓄電デバイス用バインダー組成物、蓄電デバイス電極用スラリー、蓄電デバイス電極、保護膜形成用スラリー、保護膜、および蓄電デバイス - Google Patents

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博紀 北口
巧治 大塚
伸行 藤原
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Definitions

  • the present invention includes a power storage device binder composition, a power storage device electrode slurry containing the binder composition and an active material, a power storage device electrode formed by applying the slurry to a current collector, and the electrode
  • the present invention relates to a power storage device, a slurry for forming a protective film containing the binder composition and inorganic particles, a protective film formed from the slurry, and a power storage device including the protective film.
  • lithium ion batteries and lithium ion capacitors are expected as power storage devices having high voltage and high energy density.
  • An electricity storage device electrode used for such an electricity storage device is usually produced by applying and drying a mixture of active material particles and polymer particles functioning as an electrode binder on the surface of the current collector.
  • the properties required for the polymer particles used as the binder for the electrode include the bonding between the active material particles and the binding ability between the active material particles and the current collector, the abrasion resistance in the step of winding the electrode, There is a powder fall resistance in which fine powder of the active material is not generated from the electrode composition layer (hereinafter also referred to as “active material layer”) applied by cutting or the like.
  • the quality of the active material particles is substantially proportional to the ability to bind the active material particles, the binding ability between the active material particles and the current collector, and the powder-off resistance. . Therefore, in the present specification, these may be collectively expressed below using the term “adhesion”.
  • the polymer used as the binder for the electrode is advantageously a fluorine-containing organic polymer having excellent oxidation resistance such as polyvinylidene fluoride.
  • the negative electrode it is advantageous to use a (meth) acrylic acid-based polymer that is inferior in oxidation resistance but excellent in adhesion.
  • various techniques for further improving adhesion while maintaining oxidation resistance have been proposed.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-3529 proposes a technique for achieving both the oxidation resistance and adhesion of a negative electrode binder by using polyvinylidene fluoride and a rubber-based polymer in combination.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-55847 improves the adhesion by dissolving polyvinylidene fluoride in a specific organic solvent, applying it on the surface of the current collector, and then removing the solvent at a low temperature. Techniques to do so have been proposed.
  • 2002-42819 proposes a technique for improving adhesion by applying an electrode binder having a structure having a side chain having a fluorine atom to the main chain made of a vinylidene fluoride copolymer.
  • an electrode binder having a structure having a side chain having a fluorine atom to the main chain made of a vinylidene fluoride copolymer.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2000-299109 discloses a technique for improving the above characteristics by controlling the binder composition
  • Japanese Patent Laid-Open Nos. 2010-205722 and 2010-3703 have an epoxy group or a hydroxyl group. Techniques for improving the above characteristics using a binder have been studied.
  • a porous layer containing a resin binder containing polyamide, polyimide and polyamideimide is formed on a porous separator substrate.
  • a technique for improving the battery characteristics by forming them has been studied.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-54455 improves battery characteristics by forming a porous protective film containing a binder containing a fluorine-based resin and a rubber-based resin on at least one surface of a positive electrode and a negative electrode.
  • the binder composition described in JP 2000-299109 A, JP 2010-205722 A, and JP 2010-3703 A improves the adhesion, but the binder itself adhering to the active material itself. Becomes a resistance component of the electrode, and it has been difficult to maintain good charge / discharge characteristics over a long period of time.
  • some embodiments according to the present invention provide a binder composition for an electricity storage device capable of producing an electricity storage device having excellent adhesion and excellent charge / discharge characteristics by solving at least a part of the above problems. To do.
  • some aspects of the present invention provide a protective film that solves at least a part of the above-described problems, and is excellent in electrolyte permeability and liquid retention, and can suppress an increase in internal resistance of the electricity storage device,
  • the present invention provides a slurry for producing the protective film and an electricity storage device provided with the protective film.
  • the present invention has been made to solve at least a part of the above-described problems, and can be realized as the following aspects or application examples.
  • One aspect of the binder composition for an electricity storage device is: An electricity storage device comprising polymer particles (A) containing a repeating unit (a) derived from a fluorine-containing compound and a repeating unit (b) derived from a polyfunctional (meth) acrylate, and a liquid medium (B)
  • A polymer particles
  • DSC differential scanning calorimetry
  • the quantitative ratio of the repeating unit (a) to the repeating unit (b) may be in the range of 2: 1 to 10: 1 on a mass basis.
  • the number average particle diameter of the polymer particles (A) may be in the range of 50 to 400 nm.
  • the ratio (Rmax / Rmin) of the major axis (Rmax) to the minor axis (Rmin) of the polymer particles (A) may be in the range of 1.1 to 1.5.
  • the polymer particle (A) further includes a repeating unit (c) derived from an unsaturated carboxylic acid, and the repeating unit derived from the fluorine-containing compound (a) with respect to 100 parts by mass of the polymer particle (A) (a ) 5 to 50 parts by mass and 1 to 10 parts by mass of the repeating unit (c) derived from the unsaturated carboxylic acid.
  • the binder composition for an electricity storage device according to any one of Application Example 1 to Application Example 5, It can be used for the purpose of producing a positive electrode of an electricity storage device.
  • One aspect of the slurry for the electricity storage device electrode according to the present invention is: It contains the binder composition for electrical storage devices of any one example of the application example 1 thru
  • One aspect of the electricity storage device electrode according to the present invention is: It is characterized by comprising: a current collector; and an active material layer produced by applying and drying the electricity storage device electrode slurry of Application Example 7 on the surface of the current collector.
  • One aspect of the slurry for forming a protective film according to the present invention is: It contains the binder composition for electrical storage devices of any one example of the application example 1 thru
  • the inorganic particles may be at least one particle selected from the group consisting of silica, titanium oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, and magnesium oxide.
  • One aspect of the protective film according to the present invention is: It is produced using the protective film-forming slurry of Application Example 9 or Application Example 10.
  • Application Example 12 One aspect of the electricity storage device according to the present invention is: The power storage device electrode according to Application Example 8 is provided.
  • Application Example 13 One aspect of the electricity storage device according to the present invention is: The protective film of Application Example 11 is provided.
  • a positive electrode and a negative electrode may be further provided, and the protective film may be in contact with at least one surface of the positive electrode and the negative electrode.
  • a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode can be further provided.
  • a positive electrode, a negative electrode, and a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode may be further provided, and a surface of the separator may be covered with the protective film.
  • an electricity storage device electrode excellent in binding ability between active material particles, binding ability between active material particles and a current collector, and powder fall resistance, so-called adhesion is manufactured. can do.
  • the electrical storage device provided with the electrical storage device electrode manufactured using the binder composition for electrical storage devices which concerns on this invention the discharge rate characteristic which is one of the electrical characteristics becomes very favorable.
  • the electricity storage device including the protective film produced using the binder composition for an electricity storage device according to the present invention it is excellent in electrolyte permeability and liquid retention and can suppress an increase in internal resistance. That is, the power storage device according to the present invention has excellent charge / discharge characteristics because the degree of increase in the internal resistance of the power storage device is small even after repeated charge / discharge or overcharge.
  • the said protective film is arrange
  • FIG. 1 is an explanatory view schematically showing the concept of the major axis and the minor axis of the polymer particles (A).
  • FIG. 2 is an explanatory view schematically showing the concept of the major axis and the minor axis of the polymer particles (A).
  • FIG. 3 is an explanatory view schematically showing the concept of the major axis and the minor axis of the polymer particles (A).
  • FIG. 4 is an explanatory view schematically showing the concept of irregularly shaped particles.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram schematically showing the concept of irregularly shaped particles.
  • FIG. 6 is an explanatory view schematically showing the concept of irregularly shaped particles.
  • FIG. 7 is an explanatory view schematically showing the concept of irregularly shaped particles.
  • FIG. 1 is an explanatory view schematically showing the concept of the major axis and the minor axis of the polymer particles (A).
  • FIG. 2 is an explanatory view schematically showing the concept of the major
  • FIG. 8 is an explanatory view schematically showing the concept of irregularly shaped particles.
  • FIG. 9 is an explanatory view schematically showing the concept of irregularly shaped particles.
  • FIG. 10 is an explanatory view schematically showing the generation mechanism of irregularly shaped particles.
  • FIG. 11 is an explanatory view schematically showing the generation mechanism of irregularly shaped particles.
  • FIG. 12 is an explanatory view schematically showing the generation mechanism of irregularly shaped particles.
  • FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a cross section of the electricity storage device according to the first specific example.
  • FIG. 14 is a schematic diagram illustrating a cross section of the electricity storage device according to the second specific example.
  • FIG. 15 is a schematic diagram illustrating a cross section of an electricity storage device according to a third specific example.
  • (meth) acrylic acid is a concept encompassing both “acrylic acid” and “methacrylic acid”.
  • ⁇ (meth) acrylic acid ester is a concept encompassing both “ ⁇ acrylic acid ester” and “ ⁇ methacrylic acid ester”.
  • Binder composition for an electricity storage device includes a repeating unit (a) derived from a fluorine-containing compound and a repeating unit (b) derived from a polyfunctional (meth) acrylate.
  • DSC differential scanning calorimetry
  • the polymer particle (A) and the liquid medium (B) are contained.
  • One endothermic peak in the temperature range of 30 ° C. and one endothermic peak in the temperature range of 80 ° C. to 150 ° C. are observed.
  • the binder composition for an electricity storage device according to the present embodiment is present in a latex state in which the polymer particles (A) are dispersed in the liquid medium (B).
  • the binder composition for an electricity storage device is a binder for an electricity storage device electrode for improving the binding ability between active material particles, the adhesion adhesion between the active material particles and the current collector, and the powder fall resistance. It can be used as a composition (hereinafter referred to as “binder composition for electrodes” when used in this application), or a protective film for suppressing a short circuit caused by dendrid that occurs during charge and discharge. It can also be used as a binder composition for formation.
  • binder composition for electrodes when used in this application
  • binder composition for formation for formation.
  • the polymer particles (A) contained in the binder composition for an electricity storage device according to this embodiment have a number average particle diameter (Da) in the range of 50 to 400 nm. It is preferable that the thickness is in the range of 100 to 250 nm.
  • Da number average particle diameter
  • the polymer particles can be sufficiently adsorbed on the surfaces of the active material particles and inorganic particles as described later. With the movement of the polymer particles, the polymer particles can also follow and move. As a result, since only one of the particles can be prevented from migrating alone, deterioration of electrical characteristics can be reduced.
  • the number average particle diameter (Da) of the polymer particles (A) is a particle size distribution measured using a particle size distribution measuring apparatus based on the light scattering method, and the number of particles when particles are accumulated from small particles. This is the value of the particle diameter (D50) at which the cumulative frequency is 50%.
  • a particle size distribution measuring apparatus include Coulter LS230, LS100, LS13 320 (above, manufactured by Beckman Coulter. Inc), FPAR-1000 (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.), and the like. These particle size distribution measuring devices are not intended to evaluate only primary particles of polymer particles, but can also evaluate secondary particles formed by aggregation of primary particles.
  • the particle size distribution measured by these particle size distribution measuring devices can be used as an indicator of the dispersion state of the polymer particles (A) contained in the binder composition for an electricity storage device.
  • the number average particle diameter (Da) of the polymer particles (A) is obtained by centrifuging a slurry for forming an electricity storage device electrode and a slurry for forming a protective film, which will be described later, to precipitate active material particles, It can also be measured by a method of measuring with a particle size distribution measuring apparatus.
  • the polymer particles (A) contained in the binder composition for an electricity storage device according to the present embodiment have a ratio (Rmax / Rmin) of the major axis (Rmax) to the minor axis (Rmin) of 1.1 to 1.5. Preferably, it is in the range of 1.2 to 1.4.
  • the ratio (Rmax / Rmin) is in the above range, the surface area of the polymer particles (A) increases and the surface of the polymer particles (A) is not a true spherical surface.
  • the bonding ability between the inorganic particles, the adhesion ability between the current collector and the active material layer, and the adhesion ability between the protective film and the electrode or the separator are improved. As a result, the electrical characteristics of the electricity storage device are improved.
  • the major axis (Rmax) of the polymer particle means the distance of the longest straight line among the straight lines connecting the end portions of the image of one independent polymer particle taken by a transmission electron microscope.
  • the short diameter (Rmin) means the shortest diameter among straight lines connecting the end portions of the image.
  • the major axis a of the elliptical shape is defined as the major axis (Rmax) of the polymer particle.
  • the minor axis b is judged as the minor axis (Rmin) of the polymer particles.
  • the major axis and minor axis (Rmin) of 10 polymer particles by measuring the major axis (Rmax) and minor axis (Rmin) of 10 polymer particles by the above-described determination method, and calculating the average value of the major axis (Rmax) and minor axis (Rmin), the major axis and The ratio to the minor axis (Rmax / Rmin) can be calculated and obtained.
  • the polymer particles (A) are preferably “deformed particles” having a structure in which the first polymer particles and the second polymer particles are in close contact with each other.
  • the polymer particle (A) can have a structure in which the other polymer particle is disposed on at least a part of the surface of one of the polymer particles.
  • an irregular shape in the present specification means that two particles are arranged asymmetrically with respect to the center point of the whole particle.
  • FIGS. 4 to 9 are explanatory views schematically showing the concept of irregularly shaped particles.
  • Examples of the “irregular particles” include structures as shown in FIGS. 4 to 9.
  • the second polymer particle 24a is in close contact with a part of the surface of the first polymer particle 22a, and the second polymer particle 24a is the first polymer particle 22a. It has a structure protruding from the surface.
  • the deformed particle 20b shown in FIG. 5 includes the first polymer particle 22b completely including the second polymer particle 24b, and the second polymer particle 22b has a second weight at one point on the surface of the first polymer particle 22b. It is in contact with the coalesced particles 24b and has a substantially spherical structure as a whole.
  • first polymer particle 22c and the second polymer particle 24c have a substantially spherical structure as a whole, with the first polymer particle 22c and the second polymer particle 24c being in close contact with each other.
  • the first polymer particle 22c and the second polymer particle 24c have the same surface area, but this is not particularly limited.
  • the deformed particle 20d shown in FIG. 7 includes the second polymer particle 24d inside the first polymer particle 22d, and the curved surface of the second polymer particle 24d appears on the surface of the deformed particle 20d. As a whole, it has a substantially spherical structure.
  • the deformed particle 20e shown in FIG. 8 has a structure in which the deformed particle 20c shown in FIG. 6 is formed into an oval sphere like a rugby ball as a whole.
  • the first polymer particle 22e and the second polymer particle 24e have the same surface area, but this point is not particularly limited.
  • the deformed particle 20f shown in FIG. 9 has a substantially spherical first polymer particle 22f and a substantially spherical second polymer particle 24f in close contact with each other, and has a twin-spherical structure as a whole. Yes.
  • the deformed particles that can be used in the present embodiment are preferably composed of the first polymer particles and the second polymer particles as described above.
  • the composition of the first polymer particles and the composition of the second polymer particles may be the same or different, but at least of the monomer units contained in the first polymer particles.
  • One type is preferably different from the monomer unit contained in the second polymer particle. That is, in this case, at least one kind of monomer units constituting the irregularly shaped particles is contained only in one of the first polymer particles and the second polymer particles. It will be. Accordingly, as shown in FIGS. 4 to 9, the first polymer particles and the second polymer particles can be asymmetrically separated.
  • the major axis and minor axis of the irregularly shaped particles are measured as follows.
  • the major axis (Rmax) is the second polymer particle from the end of the first polymer particle 22a. It is represented by the distance to the end of 24a.
  • the short diameter (Rmin) is represented by the diameter of the larger particle (first polymer particle 22a in FIG. 4).
  • the repeating unit which comprises polymer particle (A) The binder composition for electrical storage devices which concerns on this Embodiment is the repeating unit derived from the repeating unit (a) derived from a fluorine-containing compound, and polyfunctional (meth) acrylic acid ester The polymer particle (A) containing (b) is included.
  • the repeating unit which comprises a polymer particle (A) is demonstrated.
  • the polymer particles (A) contain a repeating unit (a) derived from a fluorine-containing compound.
  • the repeating unit (a) derived from the fluorine-containing compound is preferably a repeating unit (a) derived from the fluorine-containing compound having an ethylenically unsaturated bond.
  • Examples of the fluorine-containing compound having an ethylenically unsaturated bond include an olefin compound having a fluorine atom and a (meth) acrylic acid ester having a fluorine atom.
  • Examples of the olefin compound having a fluorine atom include vinylidene fluoride, tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, ethylene trifluoride chloride, and perfluoroalkyl vinyl ether.
  • the (meth) acrylic acid ester having a fluorine atom for example, a compound represented by the following general formula (1), (meth) acrylic acid 3 [4 [1-trifluoromethyl-2,2-bis [bis (tri Fluoromethyl) fluoromethyl] ethynyloxy] benzooxy] 2-hydroxypropyl and the like.
  • R 1 is a hydrogen atom or a methyl group
  • R 2 is a C 1-18 hydrocarbon group containing a fluorine atom.
  • R 2 in the general formula (1) examples include fluorinated alkyl groups having 1 to 12 carbon atoms, fluorinated aryl groups having 6 to 16 carbon atoms, and fluorinated aralkyl groups having 7 to 18 carbon atoms. It is preferably a fluorinated alkyl group having 1 to 12 carbon atoms.
  • R 2 in the general formula (1) include, for example, 2,2,2-trifluoroethyl group, 2,2,3,3,3-pentafluoropropyl group, 1,1,1, 3,3,3-hexafluoropropan-2-yl group, ⁇ - (perfluorooctyl) ethyl group, 2,2,3,3-tetrafluoropropyl group, 2,2,3,4,4,4- Hexafluorobutyl group, 1H, 1H, 5H-octafluoropentyl group, 1H, 1H, 9H-perfluoro-1-nonyl group, 1H, 1H, 11H-perfluoroundecyl group, perfluorooctyl group, etc.
  • the fluorine-containing compound having an ethylenically unsaturated bond is preferably an olefin compound having a fluorine atom, and is at least one selected from the group consisting of vinylidene fluoride, tetrafluoroethylene and hexafluoropropylene. It is particularly preferred. Only 1 type may be used for the said fluorine-containing compound which has an ethylenically unsaturated bond, and 2 or more types may be mixed and used for it. When the polymer particles (A) have the repeating unit (a), the oxidation resistance of the polymer particles tends to be good.
  • the binder composition for an electricity storage device can be used for producing any of the positive electrode, the negative electrode, and the protective film, but from the viewpoint of imparting good oxidation resistance, It can be suitably used as a binder composition for forming a protective film or a binder composition for forming a protective film. This is because, when polymer particles having low oxidation resistance are used in the positive electrode or the protective film of the electricity storage device, good charge / discharge characteristics cannot be obtained because they are oxidized and decomposed by repeated charge / discharge.
  • the content ratio of the repeating unit (a) in the polymer particles (A) is preferably 1 part by mass or more and more preferably 10 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polymer particles (A). preferable.
  • the polymer particles (A) contain a repeating unit (b) derived from a polyfunctional (meth) acrylic acid ester.
  • the repeating unit (b) When the polymer particles (A) contain the repeating unit (b), it becomes easy to produce irregular shaped particles as described above. That is, according to the example of the irregularly shaped particles shown in FIGS. 4 to 9 described above, the repeating unit (b) existing on the surface and / or the inside of the first polymer particle serving as the seed particle serves as a starting point or an opportunity. As a result, second polymer particles are formed. The generation mechanism will be described in detail later.
  • polyfunctional means at least one selected from the group consisting of a polymerizable double bond, an epoxy group, and a hydroxyl group in addition to the polymerizable double bond of (meth) acrylic acid ester. It shows having a functional group.
  • polyfunctional (meth) acrylic acid esters include glycidyl (meth) acrylate, hydroxymethyl (meth) acrylate, hydroxyethyl (meth) acrylate, allyl (meth) acrylate, and di (meth) acrylic acid.
  • the content of the repeating unit (b) in the polymer particles (A) is preferably 1 to 10 parts by mass, and preferably 2 to 8 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polymer particles (A). More preferred. It is preferable for the content ratio to be in the above-mentioned range since it becomes easy to produce irregular shaped particles as described above. When the content ratio is less than the above range, the ground contact area between the particles becomes small, so the first polymer particles and the second polymer particles may not be in close contact, and irregularly shaped particles may not be produced. On the other hand, when the content ratio exceeds the above range, the entire surface of the seed particle is covered with the repeating unit (b), so that it may become a so-called core-shell particle and the irregularly shaped particle may not be produced.
  • the polymer particles (A) preferably have a quantitative ratio of the repeating unit (a) to the repeating unit (b) in the range of 2: 1 to 10: 1 on a mass basis. More preferably, it is in the range of 9: 1.
  • a quantitative ratio in the above range is preferable because it becomes easier to produce irregularly shaped particles as described above.
  • the polymer particles (A) preferably further contain a repeating unit (c) derived from an unsaturated carboxylic acid.
  • a repeating unit (c) derived from an unsaturated carboxylic acid a slurry for an electricity storage device electrode and a slurry for forming a protective film using the binder composition for an electricity storage device according to the present embodiment (Hereinafter, these are collectively referred to simply as “slurry”), and the stability is improved.
  • unsaturated carboxylic acid examples include mono- or dicarboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, and one or more selected from these. Can be. In particular, at least one selected from acrylic acid, methacrylic acid and itaconic acid is preferable.
  • the content of the repeating unit (c) in the polymer particles (A) is preferably 15 parts by mass or less, and 0.3 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polymer particles (A). Is more preferably 1 to 10 parts by mass.
  • the content ratio of the repeating unit (c) is in the above range, the dispersion stability of the polymer particles (A) is excellent during the slurry preparation, and aggregates are hardly generated. Further, an increase in slurry viscosity over time can be suppressed.
  • the polymer particle (A) preferably further contains a repeating unit (d) derived from a monofunctional (meth) acrylic ester.
  • the obtained polymer particle (A) has an appropriate affinity for the electrolytic solution.
  • “monofunctional” is selected from the group consisting of a polymerizable double bond, an epoxy group, a hydroxyl group and a carboxylic acid in addition to the polymerizable double bond of (meth) acrylic acid ester. It indicates that it does not have at least one functional group.
  • monofunctional (meth) acrylate esters include, for example, methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-propyl (meth) acrylate, i-propyl (meth) acrylate, N-butyl (meth) acrylate, i-butyl (meth) acrylate, n-amyl (meth) acrylate, i-amyl (meth) acrylate, hexyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, Examples include 2-ethylhexyl (meth) acrylate, n-octyl (meth) acrylate, nonyl (meth) acrylate, decyl (meth) acrylate, and the like, and one or more selected from these.
  • methyl (meth) acrylate one or more selected from methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate and 2-ethylhexyl (meth) acrylate is preferable, and methyl (meth) acrylate is particularly preferable. preferable.
  • the content ratio of the repeating unit (d) in the polymer particles (A) is preferably 40 parts by mass or more and more preferably 45 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the polymer particles (A). .
  • the resulting polymer particles (A) have an appropriate affinity with the electrolytic solution, and the internal content of the binder as an electrical resistance component in the electricity storage device. While suppressing a raise of resistance, the fall of adhesiveness by absorbing electrolyte excessively can be prevented.
  • the polymer particles (A) preferably further contain a repeating unit (e) derived from an ⁇ , ⁇ -unsaturated nitrile compound.
  • a repeating unit (e) derived from an ⁇ , ⁇ -unsaturated nitrile compound.
  • the swelling property with respect to the electrolyte solution of polymer particle (A) can be improved more. That is, the presence of a nitrile group makes it easier for the solvent to enter the network structure composed of polymer chains and the network interval is widened, so that the solvated lithium ions can easily move through the network structure. Thereby, it is thought that the diffusibility of lithium ion improves, As a result, electrode resistance falls and it can implement
  • ⁇ , ⁇ -unsaturated nitrile compound examples include acrylonitrile, methacrylonitrile, ⁇ -chloroacrylonitrile, ⁇ -ethylacrylonitrile, vinylidene cyanide, and the like. Can be. Among these, at least one selected from acrylonitrile and methacrylonitrile is preferable, and acrylonitrile is particularly preferable.
  • the content ratio of the repeating unit (e) in the polymer particles (A) is preferably 35 parts by mass or less, more preferably 10 to 25 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polymer particles (A). preferable.
  • the content ratio of the repeating unit (e) is in the above range, the compatibility with the electrolyte solution to be used is excellent, and the swelling rate does not become too large, which can contribute to the improvement of battery characteristics.
  • the polymer particles (A) may further contain a repeating unit (f) derived from a conjugated diene compound.
  • a conjugated diene compound include 1,3-butadiene, 2-methyl-1,3-butadiene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 2-chloro-1,3-butadiene and the like. It can be one or more selected from these.
  • the content rate of the repeating unit (f) in a polymer particle (A) can be 35 mass parts or less with respect to 100 mass parts of polymer particles (A).
  • the polymer particles (A) may further contain a repeating unit (g) derived from an aromatic vinyl compound.
  • the aromatic vinyl compound include styrene, ⁇ -methylstyrene, p-methylstyrene, vinyltoluene, chlorostyrene, divinylbenzene and the like.
  • the content rate of the repeating unit (g) in a polymer particle (A) can be 50 mass parts or less with respect to 100 mass parts of polymer particles (A).
  • the polymer particles (A) may further contain repeating units derived from compounds other than those described above, if necessary.
  • specific examples of other compounds include alkyl amides of ethylenically unsaturated carboxylic acids such as (meth) acrylamide and N-methylol acrylamide; vinyl carboxylic acid esters such as vinyl acetate and vinyl propionate; ethylenically unsaturated dicarboxylic acids An amino acid amide of ethylenically unsaturated carboxylic acid such as aminoethyl acrylamide, dimethylaminomethyl methacrylamide, methylaminopropyl methacrylamide, etc., and one or more selected from these be able to.
  • the particles when used as a binder composition for an electrode, the particles are better than the active material layer. Flexibility and tackiness can be imparted, and therefore adhesion can be further improved.
  • the particles when used as a binder composition for forming a protective film, the particles can impart good flexibility and tackiness to the protective film, and therefore the adhesion can be further improved.
  • the other temperature of the endothermic peak of the polymer particles (A) is less than the above range, the polymer may be deteriorated, so that stable charge / discharge characteristics cannot be achieved.
  • 80 ⁇ It is common to dry by heating to about 150 ° C.
  • the wettability of the contact surface between the active material or inorganic particle surface and the polymer particles changes, and the polymer particles can be bonded more firmly. Therefore, when the other endothermic peak temperature of the polymer particles (A) is in the range of 80 ° C. to 150 ° C., the binding ability between the active material or inorganic particles and the polymer particles can be improved, and the electricity storage device Deterioration of the polymer during use can be effectively prevented.
  • THF Tetrahydrofuran
  • the THF insoluble content of the polymer particles (A) is preferably 80% or more, and more preferably 90% or more.
  • the THF-insoluble content is estimated to be approximately proportional to the amount of insoluble content in the electrolytic solution used in the electricity storage device. For this reason, if THF insoluble content is the said range, even when an electrical storage device is produced and charging / discharging is repeated over a long period of time, elution of the polymer particle (A) to electrolyte solution can be suppressed.
  • the polymer particles (A) contained in the binder composition for an electricity storage device according to the present embodiment have a particularly limited synthesis method as long as the polymer particles (A) have the above-described configuration. However, it can be easily synthesized by, for example, a known emulsion polymerization process or a suitable combination thereof. For example, it can be produced by the method described in JP-A-2007-197588.
  • the polymer particles (A) contained in the binder composition for an electricity storage device according to the present embodiment can be specifically produced according to the method shown below.
  • the first polymer particles can be obtained by a usual emulsion polymerization method using an aqueous medium.
  • the “aqueous medium” means a medium containing water as a main component. Specifically, the water content in the aqueous medium is preferably 40% by mass or more, and more preferably 50% by mass or more.
  • Other media that can be used in combination with water include compounds such as esters, ketones, phenols, and alcohols.
  • the conditions for emulsion polymerization may be in accordance with known methods. For example, when the total amount of monomers used is 100 parts, usually 100 to 500 parts of water is used, and the polymerization temperature is -10 to 100 ° C. (preferably -5 to 100 ° C., more preferably 0 to 90 ° C.). ) And a polymerization time of 0.1 to 30 hours (preferably 2 to 25 hours).
  • a method of emulsion polymerization a batch method in which monomers are charged all together, a method in which monomers are divided or continuously supplied, a method in which a monomer pre-emulsion is divided or continuously added, or these A method that combines methods in stages can be adopted.
  • the molecular weight regulator used for normal emulsion polymerization, a chelating agent, an inorganic electrolyte, etc. can be used 1 type, or 2 or more types as needed.
  • persulfates such as potassium persulfate and ammonium persulfate; diisopropyl peroxydicarbonate, benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, tert-butylperoxy-2 Organic peroxides such as ethylhexanoate; azo compounds such as azobisisobutyronitrile, dimethyl-2,2′-azobisisobutyrate, 2-carbamoylazaisobutyronitrile; having a peroxide group
  • a reducing agent such as a radical emulsifier containing a radical emulsifying compound, sodium hydrogen sulfite, and ferrous sulfate is combined can be used.
  • molecular weight regulator used for emulsion polymerization.
  • molecular weight regulators include n-hexyl mercaptan, n-octyl mercaptan, n-dodecyl mercaptan, t-dodecyl mercaptan, n-hexadecyl mercaptan, n-tetradecyl mercaptan, t-tetradecyl mercaptan, thioglycolic acid Mercaptans such as dimethyl xanthogen disulfide, diethyl xanthogen disulfide, diisopropyl xanthogen disulfide, etc .; Xanthogen disulfides such as tetramethyl thiuram disulfide, tetraethyl thiuram disulfide, tetrabutyl thiuram disulfide; chloro
  • Terunepin can include dipentene, 1,1-diphenylethylene and the like. These molecular weight regulators can be used singly or in combination of two or more. Of these, mercaptans, xanthogen disulfides, thiuram disulfides, 1,1-diphenylethylene, ⁇ -methylstyrene dimer and the like are more preferably used.
  • emulsifier used in the emulsion polymerization examples include an anionic surfactant, a nonionic surfactant, an amphoteric surfactant, and a fluorosurfactant.
  • anionic surfactant examples include sulfates of higher alcohols, alkylbenzene sulfonates, aliphatic sulfonates, sulfates of polyethylene glycol alkyl ethers, etc .; examples of the nonionic surfactants include polyethylene glycol Examples thereof include alkyl esters, alkyl ethers of polyethylene glycol, alkyl phenyl ethers of polyethylene glycol, and the like.
  • the anion portion is composed of carboxylate, sulfate ester salt, sulfonate salt or phosphate ester salt
  • the cation portion is composed of amine salt, quaternary ammonium salt or the like. Things can be mentioned.
  • amphoteric surfactants include betaine compounds such as lauryl betaine and stearyl betaine; amino acid type surfactants such as lauryl- ⁇ -alanine, lauryl di (aminoethyl) glycine, and octyldi (aminoethyl) glycine.
  • An agent can be mentioned.
  • fluorosurfactant examples include fluorobutyl sulfonate, phosphoric acid ester having a fluoroalkyl group, carboxylate having a fluoroalkyl group, and a fluoroalkyl ethylene oxide adduct.
  • fluorosurfactants examples include F-top EF301, EF303, and EF352 (above, manufactured by Tochem Products Co., Ltd.); Megafac F171, F172, F173 (above, manufactured by DIC Corporation); FC430, FC431 (above, manufactured by Sumitomo 3M Limited); Asahi Guard AG710, Surflon S-381, S-382, SC101, SC102, SC103, SC104, SC105, SC106, Surfinol E1004, KH-10, KH-20, KH-30, KH-40 (above, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.); tergent 250, 251, 222F, FTX-218 (above, manufactured by Neos Co., Ltd.), and the like.
  • an emulsifier the 1 type (s) or 2 or more types selected from the above can be used.
  • the polymerization conversion rate of the monomer at the end of the emulsion polymerization is preferably 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, and particularly preferably 95% by mass or more.
  • the obtained first polymer particles are usually substantially spherical particles.
  • the monomer for the second polymer particles is polymerized. More specifically, the second polymer particles are formed by seed-polymerizing the monomer for the second polymer particles in a state where the obtained first polymer particles are used as seed particles.
  • the second polymer particle monomer or a pre-emulsion thereof may be added all at once, in a divided manner, or continuously in an aqueous medium in which the first polymer particles are dispersed.
  • the amount of the first polymer particles used at this time is preferably 1 to 100 parts by mass, and preferably 2 to 80 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the monomer for the second polymer particles. It is more preferable.
  • an initiator or an emulsifier is used in the polymerization, the same one as used in the production of the first polymer particles can be used.
  • the conditions such as the polymerization time may be the same as in the production of the first polymer particles.
  • 10 to 12 are explanatory views schematically showing the generation mechanism of irregularly shaped particles.
  • the second polymer particle monomer 23 when the second polymer particle monomer 23 is introduced into the aqueous medium in which the first polymer particles 22 are dispersed, the second polymer particle monomer is introduced. Most of 23 is normally occluded once by the first polymer particles, and the polymerization is started in or on the surface of the first polymer particles 22.
  • the second polymer particle monomer 23 decreases in compatibility with the first polymer particle 22 as the polymerization proceeds, and phase-separates with the first polymer particle 22. Therefore, at the initial stage of the polymerization, the polymerization can proceed at a plurality of locations of the first polymer particles 22 as shown in FIG.
  • the second polymer particles 24 tend to form a single second polymer particle 24 in which the polymers polymerized at various locations of the first polymer particle 22 gather together. Then, when the second polymer particle 24 grows to a certain size, the subsequent polymerization proceeds mainly by the second polymer particle 24 as shown in FIG. In this way, deformed particles in which the first polymer particles and the second polymer particles are asymmetrically separated are formed.
  • the mass ratio (first / second) between the first polymer particles and the second polymer particles is 2/98 to 98/2. It is preferably 5/95 to 95/5.
  • the ratio of the exposed surface formed by the first polymer particles to the exposed surface formed by the second polymer particles in the total surface area of the irregularly shaped particles is It is preferably 5/95 to 95/5, and more preferably 10/90 to 90/10.
  • the proportion of either one of the first polymer particles and the second polymer particles is less than the above range, the effect due to the irregular particles being “abnormal” may not be sufficiently obtained.
  • the ratio of the exposed surface of each primary particle which occupies for the total surface area of a deformed particle can be measured from an electron micrograph, for example.
  • the shape of the irregularly shaped particles is the mass ratio between the first polymer particles and the second polymer particles, the separability between the first polymer particles and the second polymer particles, and the second polymer particles.
  • Various changes occur depending on the polymerization conditions and the like when forming. For example, when the mass ratio between the first polymer particles and the second polymer particles and the polymerization conditions are constant, as the separability between the first polymer particles and the second polymer particles increases, The shape of irregularly shaped particles tends to change in the order of FIG. 5, FIG. 7, and FIG.
  • the binder composition for an electricity storage device contains a liquid medium (B).
  • the liquid medium (B) is preferably an aqueous medium containing water.
  • This aqueous medium can contain a small amount of non-aqueous medium in addition to water. Examples of such non-aqueous media include amide compounds, hydrocarbons, alcohols, ketones, esters, amine compounds, lactones, sulfoxides, sulfone compounds, and the like, and one or more selected from these are used. can do.
  • the content ratio of such a non-aqueous medium is preferably 10 parts by mass or less, more preferably 5 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the aqueous medium, and only water without containing the non-aqueous medium. It is most preferable that it consists of.
  • the binder composition for an electricity storage device uses an aqueous medium as a medium, and preferably contains no non-aqueous medium other than water, so that it has a low adverse effect on the environment and is safe for handling workers. Increases the nature.
  • the binder composition for an electricity storage device according to the present embodiment may further contain other additives as necessary in addition to the polymer particles (A) and the liquid medium (B) described above. it can.
  • a thickener can be contained from the viewpoint of further improving the applicability and the charge / discharge characteristics of the electricity storage device.
  • thickeners examples include cellulose compounds such as carboxymethylcellulose, methylcellulose, and hydroxypropylcellulose; ammonium salts or alkali metal salts of the above cellulose compounds; poly (meth) acrylic acid, modified poly (meth) acrylic acid, and the like.
  • a water-soluble polymer such as a saponified product of a copolymer of an unsaturated carboxylic acid and a vinyl ester.
  • particularly preferred thickeners are alkali metal salts of carboxymethyl cellulose, alkali metal salts of poly (meth) acrylic acid, and the like.
  • Examples of commercially available products of these thickeners include CMC1120, CMC1150, CMC2200, CMC2280, and CMC2450 (manufactured by Daicel Corporation) as alkali metal salts of carboxymethylcellulose.
  • the use ratio of the thickener is preferably 15% by mass with respect to the total solid content in the binder composition for an electricity storage device. Or less, more preferably 0.1 to 10% by mass.
  • Power storage device electrode slurry The power storage device electrode slurry according to the present embodiment can be produced using the power storage device binder composition described above.
  • the slurry for an electricity storage device electrode refers to a dispersion used to form an active material layer on the surface of the current collector after being applied to the surface of the current collector and then dried.
  • the slurry for an electricity storage device electrode according to the present embodiment contains the aforementioned binder composition for an electricity storage device, an active material, and water.
  • each component contained in the slurry for an electricity storage device electrode according to the present embodiment will be described in detail. However, the components contained in the binder composition for an electricity storage device are omitted because they are as described above.
  • Active material there is no restriction
  • the positive electrode active material is not particularly limited as long as it is a positive electrode material that can be doped / undoped with lithium and contains a sufficient amount of lithium.
  • An atom-containing oxide is preferable, and a lithium atom-containing oxide having an olivine structure is more preferable.
  • the lithium atom-containing oxide having the olivine structure is a compound represented by the following general formula (2) and having an olivine type crystal structure.
  • Li 1-x M x (XO 4 ) (2) (Wherein M is at least a metal ion selected from the group consisting of Mg, Ti, V, Nb, Ta, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Al, Ga, Ge, and Sn)
  • X is at least one selected from the group consisting of Si, S, P and V;
  • x is a number, and depending on the valence of M and (XO 4 ), the formula (2 )
  • the overall valence is selected to be zero, and satisfies the relationship 0 ⁇ x ⁇ 1.)
  • the lithium atom-containing oxide having the olivine structure has different electrode potentials depending on the type of the metal element M. Therefore, the battery voltage can be arbitrarily set by selecting the type of the metal element M.
  • Typical examples of the lithium atom-containing oxide having an olivine structure include LiFePO 4 , LiCoPO 4 , Li 0.90 Ti 0.05 Nb 0.05 Fe 0.30 Co 0.30 Mn 0.30 PO 4, and the like. Can be mentioned. Among these, LiFePO 4 is particularly preferable because it is easy to obtain an iron compound as a raw material and is inexpensive.
  • the negative electrode active material for example, a carbon material, a crystalline or amorphous metal oxide, or the like can be suitably used.
  • carbon materials include non-graphitizable carbon materials such as coke and glassy carbon, and graphites of highly crystalline carbon materials having a developed crystal structure. Specifically, pyrolytic carbons, cokes ( Pitch coke, needle coke, petroleum coke, etc.), graphite, glassy carbons, polymer compound fired bodies (phenol resins, furan resins, etc. fired and carbonized at an appropriate temperature), carbon fibers, activated carbon, etc. Can be mentioned.
  • Examples of crystalline or amorphous metal oxides include magnesium (Mg), boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), silicon (Si), germanium (Ge), tin (Sn ), Lead (Pb), bismuth (Bi), cadmium (Cd), silver (Ag), zinc (Zn), hafnium (Hf), zirconium (Zr), yttrium (Y), palladium (Pd) or platinum (Pt) ) As a constituent element.
  • the number average particle diameter (Db) of the active material is preferably in the range of 0.4 to 10 ⁇ m, and more preferably in the range of 0.5 to 7 ⁇ m when the active material is a positive electrode active material.
  • the number average particle diameter (Db) of the positive electrode active material is within the above range, the diffusion distance of lithium in the positive electrode active material is shortened, so that the resistance associated with lithium desorption / insertion during charge / discharge can be reduced. As a result, the charge / discharge characteristics are further improved.
  • the contact area between the cathode active material and the conductivity-imparting agent is sufficient because the average particle diameter (Db) of the cathode active material is within the above range. Therefore, the electronic conductivity of the electrode is improved, and the electrode resistance is further reduced.
  • the number average particle size (Db) of the active material is preferably in the range of 1 to 50 ⁇ m, more preferably in the range of 5 to 40 ⁇ m, and 10 to 30 ⁇ m. It is especially preferable that it is in the range.
  • the number average particle diameter (Db) of the negative electrode active material is in the above range, the aggregation of the negative electrode active material particles in the negative electrode slurry can be suppressed, and the negative electrode active material layer has a uniform distribution of the negative electrode active material particles. Since the fabrication becomes easy, the power storage characteristics of the power storage device can be improved.
  • the number average particle diameter (Db) of the active material is the accumulation of the number of particles when the particle size distribution is measured using a particle size distribution measuring apparatus based on a laser diffraction method and the particles are accumulated from small particles. This is the value of the particle diameter (D50) at which the frequency is 50%.
  • a laser diffraction type particle size distribution measuring apparatus examples include HORIBA LA-300 series, HORIBA LA-920 series (above, manufactured by Horiba, Ltd.) and the like. This particle size distribution measuring apparatus does not only evaluate primary particles of the active material, but also evaluates secondary particles formed by aggregation of the primary particles.
  • the number average particle diameter (Db) obtained by the particle size distribution measuring apparatus can be used as an index of the dispersion state of the active material contained in the slurry for the electricity storage device electrode.
  • the number average particle diameter (Db) of the active material is measured by centrifuging the slurry for power storage device electrodes to precipitate the active material, then removing the supernatant, and measuring the precipitated active material by the above method. Can also be measured.
  • the said slurry for electrical storage device electrodes can contain components other than the component mentioned above as needed. Examples of such components include a conductivity-imparting agent, a non-aqueous medium, and a thickener.
  • conductivity-imparting agent examples include carbon in a lithium ion secondary battery; in a nickel-hydrogen secondary battery, cobalt oxide at the positive electrode: nickel powder, cobalt oxide, titanium oxide, carbon at the negative electrode Etc. are used respectively.
  • examples of carbon include graphite, activated carbon, acetylene black, furnace black, graphite, carbon fiber, and fullerene. Among these, acetylene black or furnace black can be preferably used.
  • the use ratio of the conductivity-imparting agent is preferably 20 parts by mass or less, more preferably 1 to 15 parts by mass, and particularly preferably 2 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the active material.
  • the slurry for an electricity storage device electrode may contain a non-aqueous medium having a normal boiling point of 80 to 350 ° C. from the viewpoint of improving the applicability.
  • a non-aqueous medium include amide compounds such as N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide; hydrocarbons such as toluene, xylene, n-dodecane, tetralin; 2-ethyl- Alcohols such as 1-hexanol, 1-nonanol and lauryl alcohol; ketones such as methyl ethyl ketone, cyclohexanone, phorone, acetophenone and isophorone; esters such as benzyl acetate, isopentyl butyrate, methyl lactate, ethyl lactate and butyl lactate; o-toluidine, m
  • examples include amine compounds such as toluidine
  • the said slurry for electrical storage device electrodes can contain a thickener from a viewpoint of improving the coating property.
  • Specific examples of the thickener include various compounds described in the above-mentioned “1.3. Other additives”.
  • the use ratio of the thickener is preferably 20% by mass or less, more preferably 0. 0% by weight based on the total solid content of the slurry for power storage device electrodes. It is 1 to 15% by mass, and particularly preferably 0.5 to 10% by mass.
  • the slurry for power storage device electrode according to the present embodiment is a mixture of the binder composition for power storage device, the active material, water, and an additive used as necessary. Can be manufactured. These can be mixed by stirring by a known method. For example, a stirrer, a defoamer, a bead mill, a high-pressure homogenizer, or the like can be used.
  • the preparation of the slurry for an electricity storage device electrode is preferably performed at least part of the process under reduced pressure. Thereby, it can prevent that a bubble arises in the electrode layer obtained.
  • the degree of pressure reduction is preferably about 5.0 ⁇ 10 3 to 5.0 ⁇ 10 5 Pa as an absolute pressure.
  • the mixing and stirring for producing the slurry for the electricity storage device electrode it is necessary to select a mixer that can stir to such an extent that no agglomerates of the active material remain in the slurry and sufficient dispersion conditions as necessary.
  • the degree of dispersion can be measured by a particle gauge, but it is preferable to mix and disperse so that aggregates larger than at least 100 ⁇ m are eliminated.
  • the mixer that meets such conditions include a ball mill, a sand mill, a pigment disperser, a crusher, an ultrasonic disperser, a homogenizer, a planetary mixer, a Hobart mixer, and the like.
  • the ratio (Da / Db) of the number average particle diameter (Da) of the polymer particles (A) and the number average particle diameter (Db) of the active material contained in the binder composition for an electricity storage device described above is , Preferably in the range of 0.01 to 1.0, more preferably in the range of 0.05 to 0.5.
  • the technical meaning of this is as follows.
  • At least one of the polymer particles and the active material migrates in the step of drying the formed coating film after applying the slurry for the electricity storage device electrode to the surface of the current collector. That is, the particles move along the thickness direction of the coating film by receiving the action of surface tension. More specifically, at least one of the polymer particles and the active material moves to the side of the coating film surface opposite to the surface in contact with the current collector, that is, the gas-solid interface side where water evaporates. . When such migration occurs, the distribution of the polymer particles and the active material becomes non-uniform in the thickness direction of the coating film, causing problems such as deterioration of electrode characteristics and loss of adhesion.
  • the ratio of the number average particle diameter of both particles (Da / Db) is in the above range, it is possible to suppress the occurrence of the problems as described above, and to achieve both the electrical characteristics and the good adhesion.
  • the device electrode can be easily manufactured.
  • the ratio (Da / Db) is less than the above range, the difference between the average particle diameters of the polymer particles and the active material is small, so the area where the polymer particles and the active material are in contact with each other is small, and the powder fall resistance is not good. May be sufficient.
  • the slurry for the electricity storage device electrode according to the present embodiment preferably has a solid content concentration (a ratio of the total mass of components other than the solvent in the slurry to the total mass of the slurry) of 20 to 80% by mass. 30 to 75% by mass is more preferable.
  • the slurry for the electricity storage device electrode according to the present embodiment preferably has a spinnability of 30 to 80%, more preferably 33 to 79%, and particularly preferably 35 to 78%.
  • spinnability is less than the above range, the leveling property may be insufficient when the slurry for an electricity storage device electrode is applied onto the current collector, and thus the electrode thickness may not be uniform.
  • an electricity storage device electrode having a non-uniform thickness is used, an in-plane distribution of charge / discharge reaction occurs, making it difficult to develop stable battery performance.
  • the spinnability exceeds the above range, dripping is likely to occur when the slurry for the electricity storage device electrode is applied on the current collector, and the electricity storage device electrode having a stable quality may not be obtained. Therefore, if the spinnability is in the above range, the occurrence of these problems can be suppressed, and it becomes easy to produce an electricity storage device electrode that achieves both good electrical characteristics and adhesion. .
  • the “threadability” in the present specification is measured as follows. First, a Zaan cup (made by Dazai Equipment Co., Ltd., Zaan Bisco City Cup No. 5) having an opening with a diameter of 5.2 mm at the bottom is prepared. With this opening being closed, 40 g of slurry for an electricity storage device electrode is poured into the Zahn cup. Then, when an opening part is open
  • T 0 when opening the opening the T A when the thread has finished slurry for an electricity storage device electrode, when the when the outflow of the slurry for an electricity storage device electrodes is terminated and the T B, hereby
  • the electricity storage device electrode according to the present embodiment includes a current collector and a layer formed by applying and drying the above-mentioned slurry for an electricity storage device electrode on the surface of the current collector. is there.
  • Such an electricity storage device electrode can be manufactured by applying the aforementioned slurry for an electricity storage device electrode to the surface of an appropriate current collector such as a metal foil to form a coating film, and then drying the coating film. .
  • the power storage device electrode thus manufactured has an active material layer containing the above-described polymer particles (A) and an active material, and optionally added optional components, on a current collector. It will be.
  • Such an electricity storage device electrode has excellent adhesion between the current collector and the active material layer, and also has good charge / discharge rate characteristics, which is one of electrical characteristics.
  • the current collector is not particularly limited as long as it is made of a conductive material.
  • a current collector made of metal such as iron, copper, aluminum, nickel, and stainless steel is used.
  • aluminum is used for the positive electrode and copper is used for the negative electrode, the above-mentioned storage device is used.
  • the effect of the slurry for an electricity storage device electrode manufactured using a binder is most apparent.
  • a punching metal, an expanded metal, a wire mesh, a foam metal, a mesh metal fiber sintered body, a metal plated resin plate, or the like is used.
  • the shape and thickness of the current collector are not particularly limited, but it is preferable that the current collector be a sheet having a thickness of about 0.001 to 0.5 mm.
  • the coating can be performed by an appropriate method such as a doctor blade method, a dip method, a reverse roll method, a direct roll method, a gravure method, an extrusion method, a dipping method, or a brush coating method.
  • the coating amount of the power storage device electrode slurry is not particularly limited, but the active material layer formed after the liquid medium is removed preferably has an amount of 0.005 to 5 mm, preferably 0.01 to 2 mm. It is more preferable to set the amount to be.
  • drying method from the coated film after coating (method for removing water and optionally used non-aqueous medium); for example, drying with warm air, hot air, low humidity air; vacuum drying; (far) infrared , Drying by irradiation with an electron beam or the like.
  • the drying speed is appropriately set so that the liquid medium can be removed as quickly as possible within a speed range in which the active material layer does not crack due to stress concentration or the active material layer does not peel from the current collector. be able to.
  • the density of the active material layer by pressing the dried active material layer.
  • the pressing method include a mold press and a roll press.
  • the density of the active material layer after pressing is preferably 1.6 to 2.4 g / cm 3, and more preferably 1.7 to 2.2 g / cm 3 .
  • the protective film-forming slurry according to the present embodiment contains the above-described binder composition for an electricity storage device (a binder composition for forming a protective film) and inorganic particles.
  • the slurry for forming a protective film is a dispersion used for forming a protective film on the surface of the electrode or the separator or both by applying the slurry to the surface or both of the electrode and the separator and then drying the slurry.
  • Fluorine-containing organic polymers, polyamides, polyimides, and polyamideimides in the prior art have been used extensively in electricity storage devices because of their excellent oxidation resistance, but they do not satisfy the severe demands for the rate of increase in resistance in recent years. There wasn't.
  • the present inventors have formed a protective film containing polymer particles (A) containing a specific repeating unit as described above and having an endothermic peak observed in a specific range.
  • the present inventors have found that the protective film produced from the slurry for use does not increase the internal resistance of the electricity storage device and can reduce the rate of increase in resistance.
  • the polymer particles (A) contained in the protective film-forming binder composition are used in an amount of 5 to 50 parts by mass of the repeating unit (a) derived from the fluorine-containing compound with respect to 100 parts by mass of the polymer particles (A). And 1 to 10 parts by mass of the repeating unit (c) derived from the unsaturated carboxylic acid. Since such polymer particles (A) can firmly capture inorganic particles, both lithium ion permeability and improved toughness in the formed protective film can be achieved. As a result, the resistance increase rate can be further reduced.
  • the protective film-forming slurry according to the present embodiment can improve the toughness of the formed protective film by containing inorganic particles.
  • the inorganic particles at least one particle selected from the group consisting of silica, titanium oxide (titania), aluminum oxide (alumina), zirconium oxide (zirconia), and magnesium oxide (magnesia) can be used.
  • titanium oxide and aluminum oxide are preferable from the viewpoint of further improving the toughness of the protective film.
  • rutile type titanium oxide is more preferable.
  • the number average particle diameter (Db) of the inorganic particles is preferably 1 ⁇ m or less, and more preferably in the range of 0.1 to 0.8 ⁇ m.
  • the number average particle diameter (Db) of the inorganic particles is within the above range, a smooth and flexible protective film can be formed, and when an electricity storage device is produced, it comes into contact with a separator or electrode disposed adjacent to the protective film. However, since the risk of damaging them is reduced, the durability of the electricity storage device is improved.
  • the number average particle diameter (Db) of an inorganic particle is larger than the average hole diameter of the separator which is a porous film. Thereby, the damage to a separator can be reduced and it can prevent that an inorganic particle is clogged with the microporous of a separator.
  • the number average particle diameter (Db) of the inorganic particles is the accumulation of the number of particles when the particle size distribution is measured using a particle size distribution measuring apparatus based on the laser diffraction method and the particles are accumulated from small particles. This is the value of the particle diameter (D50) at which the frequency is 50%.
  • a laser diffraction particle size distribution measuring apparatus examples include HORIBA LA-300 series, HORIBA LA-920 series (above, manufactured by Horiba, Ltd.), and the like. This particle size distribution measuring apparatus is not intended to evaluate only primary particles of inorganic particles, but also targets secondary particles formed by aggregation of primary particles.
  • the number average particle diameter (Db) obtained by this particle size distribution measuring apparatus can be used as an indicator of the dispersion state of the inorganic particles contained in the protective film-forming slurry.
  • the average particle diameter (Db) of the inorganic particles is measured by centrifuging the protective film-forming slurry and allowing the inorganic particles to settle, then removing the supernatant and measuring the precipitated inorganic particles by the above method. Can also be measured.
  • the protective film-forming slurry according to the present embodiment can contain other components such as a conductivity-imparting agent, water, a non-aqueous medium, a thickener, and a surfactant as necessary.
  • the protective film-forming slurry according to the present embodiment can contain water. By containing water, the stability of the slurry for forming the protective film is improved, and the protective film can be produced with good reproducibility. Water has a higher evaporation rate than commonly used high-boiling solvents (for example, N-methylpyrrolidone, etc.), and is effective in improving productivity and reducing particle migration by shortening the solvent removal time. Can be expected.
  • commonly used high-boiling solvents for example, N-methylpyrrolidone, etc.
  • the water in the protective film-forming slurry is only from the water brought in from the binder composition for an electricity storage device. Or may be the total of water brought in from the binder composition for an electricity storage device and newly added water.
  • Non-aqueous medium As the non-aqueous medium, the materials and addition amounts described in the above "2.2.2 Non-aqueous medium” can be used as necessary. Among these, when the binder composition for an electricity storage device contains water as a liquid medium, it is preferable to mix with water.
  • the thickener various compounds described in the above-mentioned "1.3. Other additives" can be mentioned.
  • the use ratio of the thickener is preferably 20% by mass or less, more preferably 0. 0% by mass with respect to the total solid content of the slurry for the electricity storage device electrode. It is 1 to 15% by mass, and particularly preferably 0.5 to 10% by mass.
  • the slurry for forming a protective film according to the present embodiment can contain a surfactant from the viewpoint of improving its dispersibility and dispersion stability.
  • examples of the surfactant include those described in “1.1.4. Production method of polymer particles (A)”.
  • the binder composition for an electricity storage device described above is 0.1 to 20 mass in terms of solid content with respect to 100 parts by mass of inorganic particles. It is preferably contained in an amount of 1 to 10 parts by mass.
  • the content ratio of the binder composition for an electricity storage device is 0.1 to 10 parts by mass in terms of solid content, the balance between the toughness of the protective film to be formed and the lithium ion permeability is improved. The rate of increase in resistance of the obtained electricity storage device can be further reduced.
  • the slurry for forming a protective film according to this embodiment is prepared by mixing the binder composition for an electricity storage device as described above, the inorganic particles as described above, and other components used as necessary. Is done.
  • a known mixing device such as a ball mill, a sand mill, a pigment disperser, a crusher, an ultrasonic disperser, a homogenizer, a planetary mixer, a Hobart mixer can be used.
  • a mixer capable of stirring to such an extent that the aggregate of inorganic particles does not remain in the slurry and a sufficient dispersion condition as necessary are selected.
  • the degree of dispersion is preferably mixed and dispersed so that aggregates larger than at least 20 ⁇ m are eliminated.
  • the degree of dispersion can be measured with a grain gauge.
  • the slurry for forming a protective film for an electricity storage device as described above has excellent adhesion between inorganic particles, between inorganic particles and electrodes, and between inorganic particles and separators by containing the above-mentioned binder composition for electricity storage devices.
  • An electricity storage device electrode provided with a protective film can be formed, and an electricity storage device provided with such an electricity storage device electrode has a sufficiently low resistance increase rate.
  • the protective film according to the present embodiment can be formed by applying and drying the above-described protective film-forming slurry on the surface of the positive electrode, the negative electrode, or the separator.
  • the coating can be performed by an appropriate method such as a doctor blade method, a dip method, a reverse roll method, a direct roll method, a gravure method, an extrusion method, a dipping method, or a brush coating method.
  • the coating amount of the protective film-forming slurry is not particularly limited, but it is preferable that the thickness of the protective film formed after removing the liquid medium is 0.5 to 4 ⁇ m, preferably 0.5 to 3 ⁇ m. It is more preferable to set it as an amount. When the thickness of the protective film is in the above range, the permeability of the electrolytic solution into the electrode and the liquid retaining property are improved, and an increase in the internal resistance of the electrode can be suppressed.
  • drying method from the coated film after coating (method for removing water and optionally used non-aqueous medium); for example, drying with warm air, hot air, low humidity air; vacuum drying; (far) infrared , Drying by irradiation with an electron beam or the like.
  • the drying speed can be appropriately set so that the liquid medium can be removed as quickly as possible within a speed range in which the protective film does not crack due to stress concentration.
  • the coating film is preferably dried at a temperature of 20 to 250 ° C., more preferably 50 to 150 ° C., preferably for 1 to 120 minutes, more preferably 5 to 60 minutes. be able to.
  • Electric storage device 6.1. 1st Embodiment The electrical storage device which concerns on one Embodiment of this invention is equipped with the electrical storage device electrode mentioned above, Furthermore, electrolyte solution is contained and it can manufacture according to a conventional method using components, such as a separator. As a specific manufacturing method, for example, a negative electrode and a positive electrode are overlapped via a separator, and this is wound into a battery container according to a battery shape, put into a battery container, an electrolyte is injected into the battery container, and sealing is performed. The method of doing is mentioned.
  • the shape of the battery can be an appropriate shape such as a coin shape, a button shape, a sheet shape, a cylindrical shape, a square shape, or a flat shape.
  • the electrolytic solution may be liquid or gel, and a material that effectively expresses the function as a battery may be selected from known electrolytic solutions used for the electricity storage device, depending on the type of active material.
  • the electrolytic solution can be a solution in which an electrolyte is dissolved in a suitable solvent.
  • any conventionally known lithium salt can be used, and specific examples thereof include, for example, LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF. 6 , LiSbF 6 , LiB 10 Cl 10 , LiAlCl 4 , LiCl, LiBr, LiB (C 2 H 5 ) 4 , LiCF 3 SO 3 , LiCH 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, lithium of lower fatty acid carboxylate etc.
  • an aqueous potassium hydroxide solution having a conventionally known concentration of 5 mol / liter or more can be used.
  • the solvent for dissolving the electrolyte is not particularly limited, but specific examples thereof include carbonate compounds such as propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, and diethyl carbonate; Lactone compounds such as butyl lactone; ether compounds such as trimethoxymethane, 1,2-dimethoxyethane, diethyl ether, 2-ethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran; sulfoxide compounds such as dimethyl sulfoxide; One or more selected from these can be used.
  • the concentration of the electrolyte in the electrolytic solution is preferably 0.5 to 3.0 mol / L, more preferably 0.7 to 2.0 mol / L.
  • an electricity storage device includes a positive electrode, a negative electrode, a protective film disposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolytic solution, and the protective film Is the above-mentioned protective film.
  • FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a cross section of an electricity storage device according to a first specific example.
  • the positive electrode 30 having the positive electrode active material layer 34 formed on the surface of the positive electrode current collector 32 and the negative electrode active material layer 44 formed on the surface of the negative electrode current collector 42.
  • no separator is provided between the positive electrode 30 and the negative electrode 40. This is because if the positive electrode 30 and the negative electrode 40 are completely fixed with a solid electrolyte or the like, the positive electrode 30 and the negative electrode 40 will not contact and short-circuit.
  • the positive electrode 30 shown in FIG. 13 is formed such that the positive electrode active material layer 34 is not provided on one surface along the longitudinal direction and the positive electrode current collector 32 is exposed, but the positive electrode active material is formed on both surfaces. A layer 34 may be provided.
  • the negative electrode 40 shown in FIG. 13 is formed such that the negative electrode active material layer 44 is not provided on one surface along the longitudinal direction and the negative electrode current collector 42 is exposed, A negative electrode active material layer 44 may be provided.
  • the materials described in “2.1. Active material” can be used as necessary.
  • the materials described in “3. Electric storage device electrode” can be used as necessary.
  • the positive electrode active material layer 34 and the negative electrode active material layer 44 can be manufactured as necessary under the conditions described in “3. Power storage device electrode”.
  • the protective film 50 can be formed, for example, by applying the above-described slurry for forming a protective film on the surface of the positive electrode 30 (or the negative electrode 40) and drying it.
  • a method for applying the protective film-forming slurry to the surface of the positive electrode 30 (or the negative electrode 40) it can be manufactured under the conditions described in the above-mentioned "5. Protective film”.
  • the protective film 50 is disposed between the positive electrode 30 and the negative electrode 40.
  • the protective film 50 is disposed between the positive electrode 30 and the negative electrode 40 so as to be in contact with the positive electrode active material layer 34, but is disposed so as to be in contact with the negative electrode active material layer 44. May be.
  • the protective film 50 may be disposed as a self-supporting film between the positive electrode 30 and the negative electrode 40 without being in contact with the positive electrode 30 or the negative electrode 40. Thereby, even if it is a case where dendrites precipitate by repeating charging / discharging, since it is guarded by the protective film 50, a short circuit does not occur. Therefore, the function as an electricity storage device can be maintained.
  • the thickness of the protective film 50 is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.5 to 4 ⁇ m, and more preferably in the range of 0.5 to 3 ⁇ m. When the thickness of the protective film 50 is within the above range, the permeability of the electrolytic solution into the electrode and the liquid retaining property are improved, and an increase in the internal resistance of the electrode can be suppressed.
  • the electrolytic solution 60 is appropriately selected and used according to the type of the target electricity storage device.
  • As the electrolytic solution 60 a solution in which an appropriate electrolyte is dissolved in a solvent is used.
  • the type and concentration of the electrolyte in the case of manufacturing a lithium ion capacitor are the same as in the case of the lithium ion secondary battery.
  • FIG. 14 is a schematic diagram illustrating a cross section of an electricity storage device according to a second specific example.
  • the positive electrode 130 in which the positive electrode active material layer 134 is formed on the surface of the positive electrode current collector 132 and the negative electrode active material layer 144 in the surface of the negative electrode current collector 142 are formed.
  • the electricity storage device 200 is different from the electricity storage device 100 described above in that the protective film 150 is disposed between the positive electrode 130 and the separator 170.
  • the protective film 150 is disposed so as to be sandwiched between the positive electrode 130 and the separator 170, but the protective film 150 is sandwiched between the negative electrode 140 and the separator 170. It may be arranged so that. By adopting such a configuration, even when dendrites are deposited by repeated charge and discharge, the protective film 150 guards the short circuit. Therefore, the function as an electricity storage device can be maintained.
  • the protective film 150 can be formed, for example, by applying the above-described protective film-forming slurry to the surface of the positive electrode 130 (or the negative electrode 140) or the separator 170 and drying it. As a method of applying the protective film-forming slurry to the surface of the positive electrode 130 (or the negative electrode 140) or the separator 170, it can be manufactured under the conditions described in the above section “5.
  • Any separator 170 may be used as long as it is electrically stable, chemically stable with respect to the positive electrode active material, the negative electrode active material, or the solvent, and has no electrical conductivity.
  • a polymer nonwoven fabric, a porous film, glass or ceramic fibers in a paper shape can be used, and a plurality of these may be laminated.
  • a porous polyolefin film is preferably used, and a composite of this with a heat-resistant material made of polyimide, glass, ceramic fibers or the like may be used.
  • FIG. 15 is a schematic diagram illustrating a cross section of an electricity storage device according to a third specific example.
  • the positive electrode 230 in which the positive electrode active material layer 234 is formed on the surface of the positive electrode current collector 232 and the negative electrode active material layer 244 is formed on the surface of the negative electrode current collector 242.
  • the electricity storage device 300 is different from the electricity storage device 100 and the electricity storage device 200 described above in that the protective film 250 is formed so as to cover the surface of the separator 270.
  • the protective film 250 guards and no short circuit occurs. Therefore, the function as an electricity storage device can be maintained.
  • the protective film 250 can be formed, for example, by applying the above-described protective film-forming slurry to the surface of the separator 270 and drying it. As a method of applying the protective film-forming slurry to the surface of the separator 270, the separator 270 can be manufactured under the conditions described in "5. Protective film”.
  • the shape of the battery can be an appropriate shape such as a coin shape, a button shape, a sheet shape, a cylindrical shape, a square shape, or a flat shape.
  • the power storage device as described above is suitable as a secondary battery or a capacitor mounted on an automobile such as an electric vehicle, a hybrid car, or a truck, and a secondary battery used for an AV device, an OA device, a communication device, or the like. It is also suitable as a capacitor.
  • the binder composition for an electricity storage device of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 5 is a binder composition for an electricity storage device for producing a positive electrode
  • the binder composition for an electricity storage device of Examples 4 and 5 is: It was set as the binder composition for electrical storage devices for producing a negative electrode.
  • the binder composition for an electricity storage device of Examples 6 to 10 and Comparative Examples 6 to 12 was a binder composition for an electricity storage device for forming a protective film.
  • Example 1 7.1.1. Preparation of binder composition for electricity storage device After the inside of an autoclave having an internal volume of about 6 L equipped with an electromagnetic stirrer was sufficiently purged with nitrogen, 2.5 L of deoxygenated pure water and 25 g of ammonium perfluorodecanoate were charged as an emulsifier. The temperature was raised to 60 ° C. while stirring at 350 rpm. Next, a mixed gas composed of 70% of vinylidene fluoride (VDF) as a monomer and 30% of propylene hexafluoride (HFP) was charged until the internal pressure reached 20 kg / cm 2 .
  • VDF vinylidene fluoride
  • HFP propylene hexafluoride
  • the particle size distribution was measured using a particle size distribution measuring apparatus (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd., type “FPAR-1000”) based on the dynamic light scattering method.
  • the number average particle diameter (Da) was determined from the particle size distribution to be 330 nm.
  • the major axis (Rmax) and minor axis (Rmin) of ten polymer particles were measured with a transmission electron microscope (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, model “H-7650”), and the average value was calculated.
  • the major axis was 360 nm
  • the minor axis was 300 nm
  • the ratio of the major axis to the minor axis (Rmax / Rmin) was 1.20.
  • the spinnability in the slurry for the electricity storage device electrode is good when it is 30 to 80%.
  • the crack rate is preferably 0%, but when the electrode plate group is manufactured by winding the electrode in a spiral shape through a separator, the crack rate is allowed up to 20%. However, if the crack rate is greater than 20%, the electrodes are easily cut off, making it impossible to manufacture the electrode plate group, and the productivity of the electrode plate group decreases. From this, it is considered that a good range is up to 20% as the threshold of the crack rate.
  • the measurement results of the crack rate are also shown in Table 1.
  • the obtained slurry for the counter electrode (negative electrode) is uniformly applied to the surface of the current collector made of copper foil by a doctor blade method so that the film thickness after drying is 150 ⁇ m, and dried at 120 ° C. for 20 minutes. did.
  • the counter electrode (negative electrode) was obtained by pressing using a roll-press machine so that the density of a film
  • a lithium ion battery cell (power storage device) was assembled by placing the positive electrode manufactured in the above-described method by punching and molding the positive electrode to a diameter of 16.16 mm, and sealing the outer body of the bipolar coin cell with a screw.
  • charging is started at a constant current (3C) for the same cell, and when the voltage reaches 4.2V, charging is continued at a constant voltage (4.2V).
  • the charging capacity at 3C was measured with the time point of becoming the completion of charging (cut-off).
  • discharge was started at a constant current (3C), and when the voltage reached 2.7 V, the discharge was completed (cut off), and the discharge capacity at 3C was measured.
  • the discharge rate (%) was calculated by calculating the ratio (percentage%) of the discharge capacity at 3C to the discharge capacity at 0.2C using the above measured value. When the discharge rate is 80% or more, it can be evaluated that the discharge rate characteristics are good. The measured discharge rate values are also shown in Table 1.
  • 1C in the measurement condition indicates a current value at which discharge is completed in one hour after constant-current discharge of a cell having a certain electric capacity.
  • 0.1 C is a current value at which discharge is completed over 10 hours
  • 10 C is a current value at which discharge is completed over 0.1 hours.
  • Example 2 and Comparative Example 3 7.2.1. Preparation of Binder Composition for Electricity Storage Device Example 1 except that the composition of the monomer and the amount of the emulsifier were appropriately changed in “7.1.1. Preparation of Binder Composition for Electricity Storage Device” in Example 1 above. Similarly, an aqueous dispersion containing polymer particles having the composition shown in Table 1 is prepared, and water is removed under reduced pressure or added according to the solid content concentration of the aqueous dispersion, so that the solid content concentration is 40%. An aqueous dispersion was obtained. The number average particle diameter measurement, the ratio calculation result of the major axis and minor axis, and DSC measurement were performed in the same manner as in Example 1 for the obtained polymer particles. The results are also shown in Table 1.
  • Example 3 7.3.1. Preparation of Binder Composition for Electricity Storage Device Example 1 except that the composition of the monomer gas and the amount of emulsifier were changed appropriately in “7.1.1. Preparation of Binder Composition for Electricity Storage Device” in Example 1 above.
  • an aqueous dispersion containing polymer particles having the composition shown in Table 1 was prepared, and water was removed under reduced pressure or added in accordance with the solid content concentration of the aqueous dispersion to obtain a solid content concentration of 40%. An aqueous dispersion was obtained.
  • NMP N-methylpyrrolidone
  • Example 3 Preparation of slurry for power storage device electrode
  • active material particles (LiFePO 4 ) having a number average particle diameter (Db) of 3 ⁇ m obtained above were used.
  • a biaxial planetary mixer product name “TK Hibismix 2P-03” manufactured by PRIMIX Co., Ltd.
  • a thickener product name “CMC2200” manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.
  • 3 parts (solid content conversion) 100 parts of active material particles having a number average particle diameter of 3 ⁇ m, 5 parts of acetylene black, 4 parts of the binder composition for an electricity storage device prepared above (in terms of solid content) and 68 parts of NMP were added, and 2 hours at 60 rpm.
  • the paste was obtained by stirring.
  • Comparative Example 1 7.4.1. Preparation of Binder Composition for Electricity Storage Device After the inside of a 7 L capacity separable flask was sufficiently purged with nitrogen, an emulsifier “ADEKA rear soap SR1025” (trade name, manufactured by ADEKA Corporation) 0.5 part, styrene (ST) 25 Of water, 5 parts of butadiene (BD) and 130 parts of water were added sequentially, and then 20 mL of a tetrahydrofuran solution containing 0.5 part of azobisisobutyronitrile as an oil-soluble polymerization initiator was added, and the temperature was raised to 75 ° C. The reaction was carried out for 3 hours and further at 85 ° C. for 2 hours. After adding 20 parts of glycidyl methacrylate (GMA) to the reaction solution and continuing the reaction for 3 hours, the reaction solution was cooled and simultaneously stirred to obtain an aqueous dispersion containing 40% of polymer particles.
  • GMA glycidyl
  • the monomer component was absorbed into the polymer particles by stirring slowly. Then, it heated up at 75 degreeC and reacted for 3 hours, and also reacted at 85 degreeC for 2 hours. Then, after cooling, the reaction was stopped, and the aqueous dispersion (binder composition) containing 40% polymer particles was obtained by adjusting the pH to 7 with a 2.5N aqueous sodium hydroxide solution.
  • the number average particle diameter measurement performed on the obtained polymer particles, the ratio calculation result of the major axis and minor axis, and DSC measurement were performed in the same manner as in Example 1. The results are also shown in Table 1.
  • Lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) having a number average particle diameter (Db) of 7 ⁇ m obtained above was used as active material particles, and the types and amounts of thickening described in Table 1 were used. Except for using the agent, an electrode (positive electrode) slurry was prepared in the same manner as in “7.1.2. Preparation of electricity storage device electrode slurry” in Example 1, and the spinnability was measured. The value of the spinnability is also shown in Table 1.
  • Example 4 7.6.1. Preparation of Binder Composition for Electricity Storage Device Example 1 except that the composition of the monomer and the amount of the emulsifier were appropriately changed in “7.1.1. Preparation of Binder Composition for Electricity Storage Device” in Example 1 above. Similarly, an aqueous dispersion containing polymer particles having the composition shown in Table 1 is prepared, and water is removed under reduced pressure or added according to the solid content concentration of the aqueous dispersion, so that the solid content concentration is 40%. An aqueous dispersion was obtained. The number average particle diameter measurement, the ratio calculation result of the major axis and minor axis, and DSC measurement were performed in the same manner as in Example 1 for the obtained polymer particles. The results are also shown in Table 1.
  • the slurry for positive electrode was prepared by stirring and mixing for 5 minutes at 1800 rpm for 1 minute at 1800 rpm.
  • the obtained positive electrode slurry was uniformly applied to the surface of a current collector made of aluminum foil by a doctor blade method so that the film thickness after drying was 80 ⁇ m, followed by drying treatment at 120 ° C. for 20 minutes.
  • the positive electrode for secondary batteries was obtained by pressing with a roll press so that the density of an electrode layer may be 3.0 g / cm ⁇ 3 >.
  • Example 5 7.7.1. Preparation of Binder Composition for Electricity Storage Device
  • “7.6.1. Preparation of Binder Composition for Electricity Storage Device” in Example 4 above the composition of the monomer and the amount of the emulsifier were changed as appropriate, and graphite was used.
  • the number average particle diameter measurement, the ratio calculation result of the major axis and minor axis, and DSC measurement were performed in the same manner as in Example 1 for the obtained polymer particles. The results are also shown in Table 1.
  • CMC1120, CMC1150, CMC2200, CMC2280, and CMC2450 described in the thickener column are trade names of Daicel Chemical Industries, Ltd., and are alkali metal salts of carboxymethylcellulose.
  • Example 6 7.8.1. Preparation of slurry for forming protective film Titanium oxide (product name “KR380”, manufactured by Titanium Industry Co., Ltd., rutile type, average number particle diameter 0.38 ⁇ m) as inorganic particles is 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of water. 5 parts by mass of the binder composition for an electricity storage device prepared in “7.1.1. Preparation of binder composition for an electricity storage device” in Example 1 in terms of solid content with respect to inorganic particles, a thickener (Daicel Chemical Co., Ltd.) Product, product name “CMC1120”) 1 part by mass, K. Using a Mixmix (R) 56-50 type (manufactured by PRIMIX Co., Ltd.), a mixture dispersion treatment was performed to prepare a slurry for forming a protective film in which titanium oxide was dispersed.
  • a Mixmix (R) 56-50 type manufactured by PRIMIX Co., Ltd.
  • Electrode and Electricity Storage Device After applying the protective film-forming slurry obtained above to the surface of the positive electrode active material layer of the positive electrode produced in Example 1 above using a die coating method, A protective film was formed on the surface of the positive electrode active material layer by drying for 5 minutes. The protective film had a thickness of 3 ⁇ m.
  • a lithium ion battery cell was produced in the same manner as in Example 1 except that a positive electrode having a protective film formed on the surface of the positive electrode active material layer was used. However, when the positive electrode was mounted on the separator, the positive electrode was formed so that the surface on which the protective film of the positive electrode was formed and the separator faced each other.
  • the cell after the aging charge / discharge is put in a thermostat at 25 ° C., and charging is started at a constant current (0.2 C).
  • a constant current 0.2 C
  • the cell is continuously maintained at a constant voltage (4.1 V).
  • Charging was continued, and charging was completed (cut off) when the current value reached 0.01C.
  • discharge was started at a constant current (0.2 C), and when the voltage reached 2.5 V, the discharge was completed (cut off), and C1 which was the value of the discharge capacity (initial) at 0.2 C was measured. did.
  • EIS measurement (“Electrochemical Impedance Spectroscopy”, “electrochemical impedance measurement”) was performed on the charged cell, and the initial resistance value EISA was measured.
  • the charged cell was placed in a constant temperature bath at 25 ° C., the cell temperature was lowered to 25 ° C., and then discharging was started at a constant current (0.2 C), and the voltage became 2.5V. Was completed (cutoff), and C2 as a value of the discharge capacity at 0.2 C (after the test) was measured.
  • the cell having the above discharge capacity (after the test) is placed in a constant temperature bath at 25 ° C., and charging is started at a constant current (0.2 C).
  • a constant current 0.2 C
  • the charging was continued at, and the time when the current value reached 0.01 C was regarded as charging completion (cut-off).
  • discharging was started at a constant current (0.2 C), and the time when the voltage reached 2.5 V was regarded as completion of discharging (cut-off).
  • EIS measurement of this cell was performed, and EISb which is a resistance value after application of thermal stress and overcharge stress was measured.
  • the residual capacity ratio obtained by substituting the above measured values into the following formula (5) is 80.5%, and the resistance increase rate obtained by substituting the above measured values into the following formula (6) is 210. %Met.
  • Remaining capacity ratio (%) (C2 / C1) ⁇ 100 (5)
  • Resistance increase rate (%) (EISb / EISa) ⁇ 100 (6)
  • Examples 7 to 10, Comparative Example 6 to Comparative Example 10 An electricity storage device was produced and evaluated in the same manner as in Example 6 except that the binder composition for an electricity storage device used in Examples 2 to 5 and Comparative Examples 1 to 5 was used. The evaluation results are also shown in Table 2.
  • the power storage device binder compositions of Examples 7 to 10 correspond to the power storage device binder compositions of Examples 2 to 5, respectively, and the power storage device binder compositions of Comparative Examples 6 to 10, respectively. This corresponds to the binder compositions for power storage devices of Comparative Examples 1 to 5, but in Examples 7 to 10 and Comparative Example 10, the type of liquid medium was changed to that shown in Table 2, respectively.
  • the abbreviations of the components in Table 2 are the same as those in Table 1 except for the inorganic particles.
  • the inorganic particles used are shown below.
  • ⁇ Inorganic particles> -Titanium oxide The product name “KR380” (manufactured by Titanium Industry Co., Ltd., rutile type, number average particle size 0.38 ⁇ m) is used as it is, or the product name “KR380” is ground in an mortar and sieved. Thus, titanium oxide having a number average particle size of 0.08 ⁇ m and 0.12 ⁇ m was prepared and used.
  • Aluminum oxide Product name “AKP-3000” (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., number average particle size 0.74 ⁇ m), or product name “AKP-50” (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., number average particle size 0.22 ⁇ m) was used.
  • Zirconium oxide Product name “UEP zirconium oxide” (manufactured by Daiichi Elemental Chemical Co., Ltd., number average particle diameter 0.67 ⁇ m)
  • Silica Product name “Seahoster (R) KE-S50” (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd., number average particle size 0.54 ⁇ m), or product name “Seahoster (R) KE-S100” (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd., number An average particle size of 0.98 ⁇ m) was used.
  • Magnesium oxide Product name “PUREMAG® FNM-G” (manufactured by Tateho Chemical Co., Ltd., number average particle size 0.50 ⁇ m)
  • the electricity storage device (lithium ion secondary battery) comprising the electricity storage device electrode having the protective film according to the present invention shown in Examples 6 to 10 is the residual after the initial resistance and durability test. It was excellent in capacity and suppression of resistance rise. On the other hand, in Comparative Examples 6 to 10, an electricity storage device that satisfies both good residual capacity and suppression of the rate of increase in resistance could not be obtained. When the binders of Comparative Examples 11 to 12 were used, the initial resistance of the electricity storage device was high, and the resistance increase rate of the electricity storage device after the durability test was poor.
  • the present invention includes substantially the same configuration (for example, a configuration having the same function, method, and result, or a configuration having the same purpose and effect) as the configuration described in the embodiment.
  • the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced.
  • the present invention includes a configuration that achieves the same effect as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object.
  • the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.

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Abstract

 本発明に係る蓄電デバイス用バインダー組成物は、含フッ素化合物に由来する繰り返し単位(a)および多官能(メタ)アクリル酸エステルに由来する繰り返し単位(b)を含む重合体粒子(A)と、液状媒体(B)と、を含有し、前記重合体粒子(A)についてJIS K7121に準拠して示差走査熱量測定(DSC)を行ったときに、-30℃~30℃の温度範囲における吸熱ピークが一つおよび80℃~150℃の温度範囲における吸熱ピークが一つ観測されることを特徴とする。

Description

蓄電デバイス用バインダー組成物、蓄電デバイス電極用スラリー、蓄電デバイス電極、保護膜形成用スラリー、保護膜、および蓄電デバイス
 本発明は、蓄電デバイス用バインダー組成物、該バインダー組成物と活物質とを含有する蓄電デバイス電極用スラリー、該スラリーを集電体に塗布して形成された蓄電デバイス電極、および該電極を備えた蓄電デバイス、該バインダー組成物と無機粒子とを含有する保護膜形成用スラリー、該スラリーから形成された保護膜、ならびに該保護膜を備えた蓄電デバイスに関する。
 近年、電子機器の駆動用電源として高電圧、高エネルギー密度を有する蓄電デバイスが要求されている。特にリチウムイオン電池やリチウムイオンキャパシタは、高電圧、高エネルギー密度を有する蓄電デバイスとして期待されている。
 このような蓄電デバイスに使用される蓄電デバイス電極は、通常、活物質粒子と電極バインダーとして機能する重合体粒子との混合物を集電体表面へ塗布・乾燥することにより作製される。電極用バインダーとして使用される重合体粒子に要求される特性としては、活物質粒子同士の結合および活物質粒子と集電体との結着能力や、電極を巻き取る工程における耐擦性、その後の裁断等で塗布された電極用組成物層(以下、「活物質層」ともいう)から活物質の微粉等が発生しない粉落ち耐性等がある。これらの要求特性を重合体粒子が満足することにより、得られる電極の折り畳み方法や捲回半径等の設定などの蓄電デバイスの構造設計の自由度が高くなり、蓄電デバイスの小型化を達成することができる。
 なお、上記の活物質粒子同士の結合能力および活物質粒子と集電体との結着能力、ならびに粉落ち耐性については、性能の良否がほぼ比例関係にあることが経験上明らかになっている。したがって本明細書では、以下これらを包括して「密着性」という用語を用いて表す場合がある。
 電極用バインダーとして使用される重合体は、正極の場合では、ポリフッ化ビニリデン等の耐酸化性に優れる含フッ素系有機重合体を使用することが有利である。また、負極の場合では、耐酸化性には劣るものの、密着性に優れる(メタ)アクリル酸系の重合体を使用することが有利である。これらの重合体については、耐酸化性を維持しつつ、密着性をさらに向上させる技術が種々提案されている。
 例えば特開2011-3529号公報には、ポリフッ化ビニリデンとゴム系重合体とを併用することにより、負極用バインダーの耐酸化性と密着性とを両立させようとする技術が提案されている。特開2010-55847号公報には、ポリフッ化ビニリデンを特定の有機溶媒へ溶解し、これを集電体表面上に塗布した後、低温で溶媒を除去する工程を経ることによって密着性を向上させようとする技術が提案されている。さらに特開2002-42819号公報には、フッ化ビニリデン共重合体からなる主鎖に、フッ素原子を有する側鎖を有する構造の電極バインダーの適用によって、密着性を向上させようとする技術が提案されている。さらに、特開2000-299109号公報では、バインダー組成を制御することにより上記特性を向上させる技術や、特開2010-205722号公報および特開2010-3703号公報では、エポキシ基やヒドロキシル基を有するバインダーを用いて上記特性を向上させる技術が検討されている。
 その一方で、蓄電デバイスの小型化を達成するためには、正極と負極とを隔離するセパレータ等の薄膜化も必須となる。しかしながら、蓄電デバイスの小型化によって正極と負極との間隔が狭まると短絡が発生しやすくなるという問題が生じ得る。特にリチウムイオンのような金属イオンを利用する蓄電デバイスでは、充放電を繰り返すことにより電極表面に金属イオンに起因するデンドライトが生じやすい。このようなデンドライトは通常、針状の結晶として析出するため、多孔質膜であるセパレータを貫通して成長しやすい。デンドライトがセパレータを貫通して成長することにより対極表面に到達すると、蓄電デバイスは短絡してしまい、充放電機能を失ってしまう。
 セパレータの薄膜化や正極と負極の間隔が狭まることでこのような現象の発生する危険性は高まり、それに伴い信頼性は低下する。このような現象を避けるため、国際公開第2009/041395号パンフレットや特開2009-87562号公報では、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミドを含有する樹脂バインダーを含む多孔質層を多孔質セパレータ基材上に形成することで、電池特性を改良する技術が検討されている。また、特開2009-54455号公報では、フッ素系樹脂とゴム系樹脂を含有する結着剤を含む多孔性保護膜を正極および負極の少なくとも一方の表面に形成することで、電池特性を改良する技術が検討されている。
 しかしながら、含フッ素系有機重合体とゴム系重合体とを併用する特開2011-3529号公報に記載されている技術によると、密着性は向上するものの、有機重合体の耐酸化性が大きく損なわれるため、これを用いて製造される蓄電デバイスは充放電の繰り返しによって充放電特性が不可逆的に劣化してしまうという問題があった。一方、電極バインダーとして含フッ素系有機重合体のみを使用する特開2010-55847号公報および特開2002-42819号公報に記載されている技術によると、密着性のレベルは未だ不十分であった。また、特開2000-299109号公報、特開2010-205722号公報および特開2010-3703号公報に記載されているようなバインダー組成は、密着性が向上するものの、活物質に付着するバインダー自身が電極の抵抗成分となり、良好な充放電特性を長期に亘り維持することは困難であった。
 一方、国際公開第2009/041395号パンフレット、特開2009-87562号公報および特開2009-54455号公報に記載されているような材料によれば、セパレータや電極表面に保護膜を形成することにより充放電に伴って発生するデンドライトに起因する短絡を抑制できるものの、電解液の浸透性や保液性が低下してしまうためリチウムイオンが活物質へ吸脱着することを妨げてしまう。その結果、蓄電デバイスの内部抵抗が上昇し、充放電特性が劣化してしまうという問題があった。
 そこで、本発明に係る幾つかの態様は、前記課題の少なくとも一部を解決することで、密着性に優れると共に、充放電特性に優れた蓄電デバイスを作製可能な蓄電デバイス用バインダー組成物を提供するものである。
 また、本発明に係る幾つかの態様は、前記課題の少なくとも一部を解決することで、電解液の浸透性および保液性に優れると共に、蓄電デバイスの内部抵抗の上昇を抑制できる保護膜、該保護膜を作製するためのスラリー、該保護膜を備えた蓄電デバイスを提供するものである。
 本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。
 [適用例1]
 本発明に係る蓄電デバイス用バインダー組成物の一態様は、
 含フッ素化合物に由来する繰り返し単位(a)および多官能(メタ)アクリル酸エステルに由来する繰り返し単位(b)を含む重合体粒子(A)と、液状媒体(B)と、を含有する蓄電デバイス用バインダー組成物において、
 前記重合体粒子(A)についてJIS K7121に準拠して示差走査熱量測定(DSC)を行ったときに、-30℃~30℃の温度範囲における吸熱ピークが一つおよび80℃~150℃の温度範囲における吸熱ピークが一つ観測されることを特徴とする。
 [適用例2]
 適用例1の蓄電デバイス用バインダー組成物において、
 前記重合体粒子(A)中における、前記繰り返し単位(a)と前記繰り返し単位(b)との量比が質量基準で2:1~10:1の範囲にあることができる。
 [適用例3]
 適用例1または適用例2の蓄電デバイス用バインダー組成物において、
 前記重合体粒子(A)の数平均粒子径が50~400nmの範囲にあることができる。
 [適用例4]
 適用例1ないし適用例3のいずれか一例の蓄電デバイス用バインダー組成物において、
 前記重合体粒子(A)の長径(Rmax)と短径(Rmin)との比率(Rmax/Rmin)が1.1~1.5の範囲にあることができる。
 [適用例5]
 適用例1ないし適用例4のいずれか一例の蓄電デバイス用バインダー組成物において、
 前記重合体粒子(A)が、不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位(c)をさらに含み、該重合体粒子(A)100質量部に対して、前記含フッ素化合物に由来する繰り返し単位(a)5~50質量部と、前記不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位(c)1~10質量部と、を含有することができる。
 [適用例6]
 適用例1ないし適用例5のいずれか一例の蓄電デバイス用バインダー組成物は、
 蓄電デバイスの正極を作製する用途に用いることができる。
 [適用例7]
 本発明に係る蓄電デバイス電極用スラリーの一態様は、
 適用例1ないし適用例6のいずれか一例の蓄電デバイス用バインダー組成物と、活物質と、を含有することを特徴とする。
 [適用例8]
 本発明に係る蓄電デバイス電極の一態様は、
 集電体と、前記集電体の表面に適用例7の蓄電デバイス電極用スラリーを塗布、乾燥して作製された活物質層と、を備えることを特徴とする。
 [適用例9]
 本発明に係る保護膜形成用スラリーの一態様は、
 適用例1ないし適用例5のいずれか一例の蓄電デバイス用バインダー組成物と、無機粒子と、を含有することを特徴とする。
 [適用例10]
 適用例9の保護膜形成用スラリーにおいて、
 前記無機粒子が、シリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムおよび酸化マグネシウムよりなる群から選択される少なくとも1種の粒子であることができる。
 [適用例11]
 本発明に係る保護膜の一態様は、
 適用例9または適用例10の保護膜形成用スラリーを用いて作製されることを特徴とする。
 [適用例12]
 本発明に係る蓄電デバイスの一態様は、
 適用例8の蓄電デバイス電極を備えることを特徴とする。
 [適用例13]
 本発明に係る蓄電デバイスの一態様は、
 適用例11の保護膜を備えることを特徴とする。
 [適用例14]
 適用例13の蓄電デバイスにおいて、
 正極と、負極と、をさらに備え、前記保護膜が前記正極および前記負極の少なくとも一方の表面と接してなることができる。
 [適用例15]
 適用例14の蓄電デバイスにおいて、
 前記正極および前記負極の間に配置されたセパレータをさらに備えることができる。
 [適用例16]
 適用例13の蓄電デバイスにおいて、
 正極と、負極と、前記正極および前記負極の間に配置されたセパレータと、をさらに備え、前記セパレータの表面が前記保護膜によって被覆されることができる。
 本発明に係る蓄電デバイス用バインダー組成物によれば、活物質粒子同士の結合能力および活物質粒子と集電体との結着能力ならびに粉落ち耐性、いわゆる密着性に優れた蓄電デバイス電極を製造することができる。また、本発明に係る蓄電デバイス用バインダー組成物を用いて製造された蓄電デバイス電極を備える蓄電デバイスによれば、電気的特性の一つである放電レート特性が極めて良好となる。
 本発明に係る蓄電デバイス用バインダー組成物を用いて作製された保護膜を備える蓄電デバイスによれば、電解液の浸透性および保液性に優れると共に、内部抵抗の上昇を抑制することができる。すなわち、本発明に係る蓄電デバイスは、充放電の繰り返しまたは過充電によっても蓄電デバイスの内部抵抗が上昇する程度が少ないため、充放電特性に優れる。なお、前記保護膜は、正極と負極との間に配置されるので、充放電に伴って発生するデンドライドに起因する短絡を抑制することもできる。本発明に係る蓄電デバイス用バインダー組成物は、さらに耐酸化性にも優れるから、蓄電デバイスの正極に相対する保護膜を形成するために特に好適に用いることができる。
図1は、重合体粒子(A)の長径および短径の概念を模式的に示す説明図である。 図2は、重合体粒子(A)の長径および短径の概念を模式的に示す説明図である。 図3は、重合体粒子(A)の長径および短径の概念を模式的に示す説明図である。 図4は、異形粒子の概念を模式的に示す説明図である。 図5は、異形粒子の概念を模式的に示す説明図である。 図6は、異形粒子の概念を模式的に示す説明図である。 図7は、異形粒子の概念を模式的に示す説明図である。 図8は、異形粒子の概念を模式的に示す説明図である。 図9は、異形粒子の概念を模式的に示す説明図である。 図10は、異形粒子の生成メカニズムを模式的に示す説明図である。 図11は、異形粒子の生成メカニズムを模式的に示す説明図である。 図12は、異形粒子の生成メカニズムを模式的に示す説明図である。 図13は、第1の具体例に係る蓄電デバイスの断面を示した模式図である。 図14は、第2の具体例に係る蓄電デバイスの断面を示した模式図である。 図15は、第3の具体例に係る蓄電デバイスの断面を示した模式図である。
 以下、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は、下記に記載された実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形例も含むものとして理解されるべきである。なお、本明細書における「(メタ)アクリル酸~」とは、「アクリル酸~」および「メタクリル酸~」の双方を包括する概念である。また、「~(メタ)アクリル酸エステル」とは、「~アクリル酸エステル」および「~メタクリル酸エステル」の双方を包括する概念である。
 1.蓄電デバイス用バインダー組成物
 本実施の形態に係る蓄電デバイス用バインダー組成物は、含フッ素化合物に由来する繰り返し単位(a)および多官能(メタ)アクリル酸エステルに由来する繰り返し単位(b)を含む重合体粒子(A)と、液状媒体(B)と、を含有し、前記重合体粒子(A)についてJIS K7121に準拠して示差走査熱量測定(DSC)を行ったときに、-30℃~30℃の温度範囲における吸熱ピークが一つおよび80℃~150℃の温度範囲における吸熱ピークが一つ観測されることを特徴とする。本実施の形態に係る蓄電デバイス用バインダー組成物は、重合体粒子(A)が液状媒体(B)中に分散されたラテックスの状態で存在するものである。
 なお、本実施の形態に係る蓄電デバイス用バインダー組成物は、活物質粒子同士の結合能力および活物質粒子と集電体との密着着能力ならびに粉落ち耐性を向上させるための蓄電デバイス電極用バインダー組成物(以下、この用途で使用する場合には「電極用バインダー組成物」という。)として使用することもできるし、充放電に伴って発生するデンドライドに起因する短絡を抑制するための保護膜形成用バインダー組成物として使用することもできる。以下、本実施の形態に係る蓄電デバイス用バインダー組成物に含まれる各成分について詳細に説明する。
 1.1.重合体粒子(A)
 1.1.1.重合体粒子(A)の形状および大きさ
 本実施の形態に係る蓄電デバイス用バインダー組成物に含有される重合体粒子(A)は、数平均粒子径(Da)が50~400nmの範囲にあることが好ましく、100~250nmの範囲にあることがより好ましい。重合体粒子(A)の数平均粒子径が前記範囲にあると、後述するような活物質粒子や無機粒子の表面に重合体粒子が十分に吸着することができるため、活物質粒子や無機粒子の移動に伴って重合体粒子も追随して移動することができる。その結果、粒子のうちのどちらかのみが単独でマイグレーションすることを抑制できるため、電気的特性の劣化を低減させることができる。
 重合体粒子(A)の数平均粒子径(Da)とは、光散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置を用いて粒度分布を測定し、小さい粒子から粒子を累積したときの粒子数の累積度数が50%となる粒子径(D50)の値である。このような粒度分布測定装置としては、例えばコールターLS230、LS100、LS13 320(以上、Beckman Coulter.Inc製)や、FPAR-1000(大塚電子株式会社製)等を挙げることができる。これらの粒度分布測定装置は、重合体粒子の一次粒子だけを評価対象とするものではなく、一次粒子が凝集して形成された二次粒子をも評価の対象とすることができる。したがって、これらの粒度分布測定装置によって測定された粒度分布は、蓄電デバイス用バインダー組成物中に含まれる重合体粒子(A)の分散状態の指標とすることができる。なお、重合体粒子(A)の数平均粒子径(Da)は、後述する蓄電デバイス電極用スラリーや保護膜形成用スラリーを遠心分離して活物質粒子を沈降させた後、その上澄み液を上記の粒度分布測定装置によって測定する方法によっても測定することができる。
 本実施の形態に係る蓄電デバイス用バインダー組成物に含有される重合体粒子(A)は、長径(Rmax)と短径(Rmin)との比率(Rmax/Rmin)が1.1~1.5の範囲にあることが好ましく、1.2~1.4の範囲にあることがより好ましい。比率(Rmax/Rmin)が前記範囲にあると、重合体粒子(A)の表面積が増大しかつ重合体粒子(A)の表面が真球の曲面ではなくなるため、後述するような活物質粒子同士や無機粒子同士の結合能力、集電体と活物質層との密着能力、保護膜と電極あるいはセパレータとの密着能力が向上する。その結果、蓄電デバイスの電気的特性が良好となる。
 重合体粒子の長径(Rmax)とは、透過型電子顕微鏡により撮影された一つの独立した重合体粒子の像について、像の端部と端部を結んだ直線のうち最も長い直線の距離を意味するものとし、短径(Rmin)とは、像の端部と端部を結んだ直線のうち最も短い径を意味するものとする。
 例えば、図1に示すように透過型電子顕微鏡により撮影された一つの独立した重合体粒子10aの像が楕円形状である場合、その楕円形状の長軸aを重合体粒子の長径(Rmax)と判断し、短軸bを重合体粒子の短径(Rmin)と判断する。図2に示すように、透過型電子顕微鏡により撮影された一つの独立した重合体粒子の10bの像が2つの一次粒子の凝集体である場合、像の端部と端部を結んだ直線のうち最も長い距離cを重合体粒子の長径(Rmax)と判断し、像の端部と端部を結んだ直線のうち最も短い径dを重合体粒子の短径(Rmin)と判断する。図3に示すように、透過型電子顕微鏡により撮影された一つの独立した重合体粒子の10cの像が3つ以上の一次粒子の凝集体である場合、像の端部と端部を結んだ直線のうち最も長い距離eを重合体粒子の長径(Rmax)と判断し、像の端部と端部を結んだ直線のうち最も短い径fを重合体粒子の短径(Rmin)と判断する。
 上記のような判断手法により、例えば10個の重合体粒子の長径(Rmax)と短径(Rmin)を測定し、長径(Rmax)と短径(Rmin)の平均値を算出した後、長径と短径との比率(Rmax/Rmin)を計算して求めることができる。
 なお、重合体粒子(A)は、第1の重合体粒子と第2の重合体粒子とが密着した構造である「異形粒子」であることが好ましい。この場合、重合体粒子(A)は、いずれか一方の重合体粒子の表面の少なくとも一部にもう一方の重合体粒子が配置されている構造であることができる。ここで、本明細書にいう「異形」とは、2つの粒子が粒子全体の中心点に対して非対称に配置されていることをいう。
 図4ないし図9は、異形粒子の概念を模式的に示した説明図である。「異形粒子」としては、例えば、図4ないし図9に示すような構造が挙げられる。
 図4に示す異形粒子20aは、第1の重合体粒子22aの表面の一部に第2の重合体粒子24aが密着しており、第2の重合体粒子24aが第1の重合体粒子22aの表面から突き出ている構造を有している。
 図5に示す異形粒子20bは、第1の重合体粒子22bの内部に第2の重合体粒子24bが完全に包含されており、第1の重合体粒子22bの表面の一点で第2の重合体粒子24bと接しており、全体としては略球状の構造を有している。
 図6に示す異形粒子20cは、第1の重合体粒子22cと第2の重合体粒子24cとが密着して、全体としては略球状の構造を有している。なお、図6に示す異形粒子20cでは、第1の重合体粒子22cおよび第2の重合体粒子24cは同程度の表面積を有しているが、この点については特に限定されるものではない。
 図7に示す異形粒子20dは、第1の重合体粒子22dの内部に第2の重合体粒子24dが包含され、第2の重合体粒子24dの曲面が異形粒子20dの表面に現れており、全体としては略球状の構造を有している。
 図8に示す異形粒子20eは、図6に示す異形粒子20cが全体としてラグビーボールのような楕円球状となった構造を有している。なお、図8に示す異形粒子20eでは、第1の重合体粒子22eおよび第2の重合体粒子24eは同程度の表面積を有しているが、この点については特に限定されるものではない。
 図9に示す異形粒子20fは、略球状の第1の重合体粒子22fと略球状の第2の重合体粒子24fとが面で密着しており、全体としては双子球状の構造を有している。
 本実施の形態において使用することができる異形粒子は、上述のように第1の重合体粒子および第2の重合体粒子から構成されるものであることが好ましい。かかる場合、第1の重合体粒子の組成と第2の重合体粒子の組成とが、同一であっても異なっていてもよいが、第1の重合体粒子に含まれる単量体単位の少なくとも1種が、第2の重合体粒子に含まれる単量体単位とは異なっていることが好ましい。すなわち、この場合には、異形粒子を構成する単量体単位のうち少なくとも1種が、第1の重合体粒子と第2の重合体粒子のいずれか一方の重合体粒子にのみ含まれていることになる。これにより、図4~図9に示すように、第1の重合体粒子と第2の重合体粒子とを非対称に分離させることができる。
 重合体粒子(A)が異形粒子である場合、異形粒子が実質的に1個の粒子を構成していることから、異形粒子の長径および短径は以下のようにして測定するものとする。例えば、重合体粒子(A)が図4に示すような球状突起を有する略球状の粒子20aである場合、長径(Rmax)は第1の重合体粒子22aの端部から第2の重合体粒子24aの端部までの距離で表される。また、短径(Rmin)はより大きい方の粒子(図4においては第1の重合体粒子22a)の直径で表される。
 1.1.2.重合体粒子(A)を構成する繰り返し単位
 本実施の形態に係る蓄電デバイス用バインダー組成物は、含フッ素化合物に由来する繰り返し単位(a)および多官能(メタ)アクリル酸エステルに由来する繰り返し単位(b)を含有する重合体粒子(A)を含む。以下、重合体粒子(A)を構成する繰り返し単位について説明する。
 1.1.2.1.含フッ素化合物に由来する繰り返し単位(a)
 重合体粒子(A)は、含フッ素化合物に由来する繰り返し単位(a)を含有する。含フッ素化合物に由来する繰り返し単位(a)は、エチレン性不飽和結合を有する含フッ素化合物に由来する繰り返し単位(a)であることが好ましい。エチレン性不飽和結合を有する含フッ素化合物としては、例えばフッ素原子を有するオレフィン化合物、フッ素原子を有する(メタ)アクリル酸エステル等が挙げられる。フッ素原子を有するオレフィン化合物としては、例えばフッ化ビニリデン、四フッ化エチレン、六フッ化プロピレン、三フッ化塩化エチレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル等が挙げられる。フッ素原子を有する(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば下記一般式(1)で表される化合物、(メタ)アクリル酸3[4[1-トリフルオロメチル-2,2-ビス[ビス(トリフルオロメチル)フルオロメチル]エチニルオキシ]ベンゾオキシ]2-ヒドロキシプロピル等が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
(一般式(1)中、Rは水素原子またはメチル基であり、Rはフッ素原子を含有する炭素数1~18の炭化水素基である。)
 上記一般式(1)中のRとしては、例えば炭素数1~12のフッ化アルキル基、炭素数6~16のフッ化アリール基、炭素数7~18のフッ化アラルキル基等を挙げることができ、炭素数1~12のフッ化アルキル基であることが好ましい。上記一般式(1)中のRの好ましい具体例としては、例えば2,2,2-トリフルオロエチル基、2,2,3,3,3-ペンタフルオロプロピル基、1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパン-2-イル基、β-(パーフルオロオクチル)エチル基、2,2,3,3-テトラフルオロプロピル基、2,2,3,4,4,4-ヘキサフルオロブチル基、1H,1H,5H-オクタフルオロペンチル基、1H,1H,9H-パーフルオロ-1-ノニル基、1H,1H,11H-パーフルオロウンデシル基、パーフルオロオクチル基等を挙げることができる。エチレン性不飽和結合を有する含フッ素化合物としては、これらのうち、フッ素原子を有するオレフィン化合物が好ましく、フッ化ビニリデン、四フッ化エチレンおよび六フッ化プロピレンよりなる群から選ばれる少なくとも1種であることが特に好ましい。上記エチレン性不飽和結合を有する含フッ素化合物は、1種のみを使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。重合体粒子(A)が繰り返し単位(a)を有することにより、重合体粒子の耐酸化性が良好となる傾向がある。
 なお、本実施の形態に係る蓄電デバイス用バインダー組成物は、正極、負極、および保護膜のいずれを作製するためにも使用することができるが、良好な耐酸化性を付与できる観点から、正極用バインダー組成物や保護膜形成用バインダー組成物として好適に使用することができる。蓄電デバイスの正極や保護膜において耐酸化性が低い重合体粒子を使用した場合、充放電を繰り返すことにより酸化分解して変質するため、良好な充放電特性を得ることができないからである。
 重合体粒子(A)における繰り返し単位(a)の含有割合は、重合体粒子(A)100質量部に対して、1質量部以上であることが好ましく、10~50質量部であることがより好ましい。
 1.1.2.2.多官能(メタ)アクリル酸エステルに由来する繰り返し単位(b)
 重合体粒子(A)は、多官能(メタ)アクリル酸エステルに由来する繰り返し単位(b)を含有する。重合体粒子(A)が繰り返し単位(b)を含有することにより、上述したような異形粒子を作製することが容易となる。すなわち、上述した図4~図9に示される異形粒子の例によれば、シード粒子となる第1の重合体粒子の表面及び/又は内部に存在する繰り返し単位(b)が起点ないし契機となることによって、第2の重合体粒子が形成されるのである。その生成メカニズムについては、後に詳述する。
 なお、本発明において「多官能」とは、(メタ)アクリル酸エステルが有する重合性の二重結合以外に、さらに重合性の二重結合、エポキシ基、水酸基からなる群から選ばれる少なくとも一種の官能基を有することを示す。
 多官能(メタ)アクリル酸エステルの具体例としては、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシメチル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸アリル、ジ(メタ)アクリル酸エチレングリコール、ジ(メタ)アクリル酸プロピレングリコール、トリ(メタ)アクリル酸トリメチロールプロパン、テトラ(メタ)アクリル酸ペンタエリスリトール、ヘキサ(メタ)アクリル酸ジペンタエリスリトール、ジ(メタ)アクリル酸エチレン等を挙げることができ、これらから選択される1種以上であることができる。これらのうち、(メタ)アクリル酸グリシジルおよび(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチルから選択される1種以上であることが好ましく、(メタ)アクリル酸グリシジルであることが特に好ましい。
 重合体粒子(A)における繰り返し単位(b)の含有割合は、重合体粒子(A)100質量部に対して、1~10質量部であることが好ましく、2~8質量部であることがより好ましい。含有割合が前記範囲であると、上述したような異形粒子を作製することが容易となるため好ましい。含有割合が前記範囲未満であると、粒子間の接地面積が小さくなるため、第1の重合体粒子と第2の重合体粒子が密着しない場合があり、異形粒子を作製できない場合がある。一方、含有割合が前記範囲を超えると、シード粒子の表面全体を繰り返し単位(b)が覆ってしまうため、いわゆるコアシェル粒子となり異形粒子を作製できない場合がある。
 なお、重合体粒子(A)は、前記繰り返し単位(a)と前記繰り返し単位(b)との量比が質量基準で2:1~10:1の範囲にあることが好ましく、3:1~9:1の範囲にあることがより好ましい。量比が前記範囲にあると、上述したような異形粒子を作製することがより容易となるため好ましい。
 1.1.2.3.不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位(c)
 重合体粒子(A)は、不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位(c)をさらに含有するものであることが好ましい。重合体粒子(A)が不飽和カルボン酸に由来する構成単位(c)を有することにより、本実施の形態に係る蓄電デバイス用バインダー組成物を用いた蓄電デバイス電極用スラリーおよび保護膜形成用スラリー(以下、これらを総括して単に「スラリー」ともいう。)の安定性が向上する。
 不飽和カルボン酸の具体例としては、例えばアクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等の、モノまたはジカルボン酸を挙げることができ、これらから選択される1種以上であることができる。特に、アクリル酸、メタクリル酸およびイタコン酸から選択される1種以上であることが好ましい。
 重合体粒子(A)における繰り返し単位(c)の含有割合は、重合体粒子(A)100質量部に対して、15質量部以下であることが好ましく、0.3~10質量部であることがより好ましく、1~10質量部であることが特に好ましい。繰り返し単位(c)の含有割合が前記範囲にあると、スラリー調製時、重合体粒子(A)の分散安定性に優れ、凝集物が生じにくい。また、経時的なスラリー粘度の上昇も抑えることができる。
 1.1.2.4.単官能(メタ)アクリル酸エステルに由来する繰り返し単位(d)
 重合体粒子(A)は、単官能(メタ)アクリル酸エステルに由来する繰り返し単位(d)をさらに含有するものであることが好ましい。重合体粒子(A)が単官能(メタ)アクリル酸エステル化合物に由来する繰り返し単位(d)を有することにより、得られる重合体粒子(A)は、電解液との親和性が適度なものとなり、蓄電デバイス中でバインダーが電気抵抗成分となることによる内部抵抗の上昇を抑制すると共に、電解液を過大に吸収することによる密着性の低下を防ぐことができる。
 なお、本発明において「単官能」とは、(メタ)アクリル酸エステルが有する重合性の二重結合以外に、さらに重合性の二重結合、エポキシ基、水酸基、カルボン酸からなる群から選ばれる少なくとも一種の官能基を有さないことを示す。
 このような単官能(メタ)アクリル酸エステルの具体例としては、例えば(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n-プロピル、(メタ)アクリル酸i-プロピル、(メタ)アクリル酸n-ブチル、(メタ)アクリル酸i-ブチル、(メタ)アクリル酸n-アミル、(メタ)アクリル酸i-アミル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸2-エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸n-オクチル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸デシル等を挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上であることができる。これらのうち、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチルおよび(メタ)アクリル酸2-エチルヘキシルから選択される1種以上であることが好ましく、(メタ)アクリル酸メチルであることが特に好ましい。
 重合体粒子(A)における繰り返し単位(d)の含有割合は、重合体粒子(A)100質量部に対して、40質量部以上であることが好ましく、45質量部以上であることがより好ましい。繰り返し単位(d)の含有割合が前記範囲にあると、得られる重合体粒子(A)は電解液との親和性が適度なものとなり、蓄電デバイス中でバインダーが電気抵抗成分となることによる内部抵抗の上昇を抑制すると共に、電解液を過大に吸収することによる密着性の低下を防ぐことができる。
 1.1.2.5.α,β-不飽和ニトリル化合物に由来する繰り返し単位(e)
 重合体粒子(A)は、α,β-不飽和ニトリル化合物に由来する繰り返し単位(e)をさらに含有するものであることが好ましい。重合体粒子(A)が繰り返し単位(e)を有することにより、重合体粒子(A)の電解液に対する膨潤性をより向上させることができる。すなわち、ニトリル基の存在によって重合体鎖からなる網目構造に溶媒が侵入し易くなって網目間隔が広がるため、溶媒和したリチウムイオンがこの網目構造をすり抜けて移動し易くなる。これにより、リチウムイオンの拡散性が向上すると考えられ、その結果、電極抵抗が低下してより良好な充放電特性を実現することができるのである。
 α,β-不飽和ニトリル化合物の具体例としては、例えばアクリロニトリル、メタクリロニトリル、α-クロルアクリロニトリル、α-エチルアクリロニトリル、シアン化ビニリデン等を挙げることができ、これらから選択される1種以上であることができる。これらのうち、アクリロニトリルおよびメタクリロニトリルから選択される1種以上であることが好ましく、特にアクリロニトリルであることが好ましい。
 重合体粒子(A)における繰り返し単位(e)の含有割合は、重合体粒子(A)100質量部に対して、35質量部以下であることが好ましく、10~25質量部であることがより好ましい。繰り返し単位(e)の含有割合が前記範囲にあると、使用する電解液との親和性に優れ、かつ膨潤率が大きくなりすぎず、電池特性の向上に寄与することができる。
 1.1.2.6.共役ジエン化合物に由来する繰り返し単位(f)
 重合体粒子(A)は、共役ジエン化合物に由来する繰り返し単位(f)をさらに含有してもよい。共役ジエン化合物の具体例としては、1,3-ブタジエン、2-メチル-1,3-ブタジエン、2,3-ジメチル-1,3-ブタジエン、2-クロル-1,3-ブタジエンなどを挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上であることができる。重合体粒子(A)における繰り返し単位(f)の含有割合は、重合体粒子(A)100質量部に対して、35質量部以下であることができる。
 1.1.2.7.芳香族ビニル化合物に由来する繰り返し単位(g)
 重合体粒子(A)は、芳香族ビニル化合物に由来する繰り返し単位(g)をさらに含有してもよい。芳香族ビニル化合物の具体例としては、例えばスチレン、α-メチルスチレン、p-メチルスチレン、ビニルトルエン、クロルスチレン、ジビニルベンゼンなどを挙げることができる。重合体粒子(A)における繰り返し単位(g)の含有割合は、重合体粒子(A)100質量部に対して、50質量部以下であることができる。
 1.1.2.8.その他の化合物に由来する繰り返し単位
 重合体粒子(A)は、必要に応じて上記以外の化合物に由来する繰り返し単位をさらに含有してもよい。その他の化合物の具体例としては、例えば(メタ)アクリルアミド、N-メチロールアクリルアミド等のエチレン性不飽和カルボン酸のアルキルアミド;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のカルボン酸ビニルエステル;エチレン性不飽和ジカルボン酸の酸無水物;アミノエチルアクリルアミド、ジメチルアミノメチルメタクリルアミド、メチルアミノプロピルメタクリルアミド等のエチレン性不飽和カルボン酸のアミノアルキルアミドを挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上であることができる。
 1.1.3.重合体粒子(A)の特性
 1.1.3.1.重合体粒子(A)の熱特性
 上述したような重合体粒子(A)をJIS K7121に準拠する示差走査熱量測定(DSC)によって測定した場合、-30℃~30℃の温度範囲における吸熱ピークが1つおよび80℃~150℃の温度範囲における吸熱ピークが1つ観測される。このように吸熱ピークが2つ観測された場合、重合体粒子(A)には少なくとも2つの転移温度が存在することが理解される。重合体粒子(A)の有する吸熱ピークの1つの温度が-30~+30℃の範囲にあると、電極用バインダー組成物として使用する場合には、該粒子は活物質層に対してより良好な柔軟性と粘着性とを付与することができ、従って密着性をより向上させることができる。一方、保護膜形成用バインダー組成物として使用する場合には、該粒子は保護膜により良好な柔軟性と粘着性とを付与することができ、従って密着性をより向上させることができる。
 また、一般的に、蓄電デバイスでは充放電の際に温度が上昇し、局部的に80℃近くまで加熱される場合がある。このような場合、重合体粒子(A)の有する吸熱ピークのもう1つの温度が前記範囲未満であると重合体が変質してしまうことがあるため安定な充放電特性を達成することができない。一方、電極用バインダー組成物を使用して蓄電デバイス電極用スラリーを作製し、それを集電体へ塗布して電極を作製する工程において、分散媒体を充分に除去する必要があることから80~150℃程度に加熱して乾燥させることが一般的である。また、保護膜を形成する場合にも同様の条件で、塗膜の乾燥処理を行うことが一般的である。この際、重合体粒子に何らかの相変化が発生すると、活物質や無機粒子表面と重合体粒子の接触面の濡れ性が変化し、より強固に結合することができる。したがって、重合体粒子(A)の有する吸熱ピークのもう一つの温度が80℃~150℃の範囲にあることにより、活物質や無機粒子と重合体粒子との結合能力を向上できると共に、蓄電デバイス使用時における重合体の変質を効果的に防ぐことができる。
 1.1.3.2.テトラヒドロフラン(THF)不溶分
 重合体粒子(A)のTHF不溶分は、80%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましい。THF不溶分は、蓄電デバイスで使用する電解液への不溶分量とほぼ比例すると推測される。このため、THF不溶分が前記範囲であれば、蓄電デバイスを作製して、長期間にわたり充放電を繰り返した場合でも電解液への重合体粒子(A)の溶出を抑制できる。
 1.1.4.重合体粒子(A)の作製方法
 本実施の形態に係る蓄電デバイス用バインダー組成物に含まれる重合体粒子(A)は、上記のような構成をとるものである限り、その合成方法は特に限定されないが、例えば公知の乳化重合工程またはこれを適宜に組み合わせることによって、容易に合成することができる。例えば、特開2007-197588号公報に記載の方法により作製することができる。
 本実施の形態に係る蓄電デバイス用バインダー組成物に含まれる重合体粒子(A)は、具体的には、以下に示す方法に従って製造することができる。先ず、第1の重合体粒子は、水系媒体を用いた通常の乳化重合方法により得ることができる。この「水系媒体」とは、水を主成分とする媒体を意味する。具体的には、この水系媒体中における水の含有率は、40質量%以上であることが好ましく、50質量%以上であることが更に好ましい。水と併用することのできる他の媒体としては、エステル類、ケトン類、フェノール類、アルコール類等の化合物を挙げることができる。
 乳化重合の条件は、公知の方法に準ずればよい。例えば使用する単量体の全量を100部とした場合に、通常100~500部の水を使用し、重合温度-10~100℃(好ましくは-5~100℃、より好ましくは0~90℃)、重合時間0.1~30時間(好ましくは2~25時間)の条件で行うことができる。乳化重合の方式としては、単量体を一括して仕込むバッチ方式、単量体を分割若しくは連続して供給する方式、単量体のプレエマルジョンを分割若しくは連続して添加する方式、又はこれらの方式を段階的に組み合わせた方式等を採用することができる。また、通常の乳化重合に用いられる分子量調節剤、キレート化剤、無機電解質等を、必要に応じて一種又は二種以上使用することができる。
 乳化重合に際して開始剤を使用する場合には、この開始剤として、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩;ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、tert-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート等の有機過酸化物;アゾビスイソブチロニトリル、ジメチル-2,2’-アゾビスイソブチレート、2-カルバモイルアザイソブチロニトリル等のアゾ化合物;過酸化基を有するラジカル乳化性化合物を含有するラジカル乳化剤、亜硫酸水素ナトリウム、及び硫酸第一鉄等の還元剤を組み合わせたレドックス系;等を用いることができる。
 乳化重合に使用する分子量調節剤には、特に制限はない。分子量調節剤の具体例としては、n-ヘキシルメルカプタン、n-オクチルメルカプタン、n-ドデシルメルカプタン、t-ドデシルメルカプタン、n-ヘキサデシルメルカプタン、n-テトラデシルメルカプタン、t-テトラデシルメルカプタン、チオグリコール酸等のメルカプタン類;ジメチルキサントゲンジスルフィド、ジエチルキサントゲンジスルフィド、ジイソプロピルキサントゲンジスルフィド等のキサントゲンジスルフィド類;テトラメチルチウラムジスルフィド、テトラエチルチウラムジスルフィド、テトラブチルチウラムジスルフィド等のチウラムジスルフィド類;クロロホルム、四塩化炭素、四臭化炭素、臭化エチレン等のハロゲン化炭化水素類;ペンタフェニルエタン、α-メチルスチレンダイマー等の炭化水素類;アクロレイン、メタクロレイン、アリルアルコール、2-エチルヘキシルチオグリコレート、ターピノーレン、α-テルネピン、γ-テルネピン、ジペンテン、1,1-ジフェニルエチレン等を挙げることができる。これらの分子量調節剤を、一種単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。これらのうち、メルカプタン類、キサントゲンジスルフィド類、チウラムジスルフィド類、1,1-ジフェニルエチレン、α-メチルスチレンダイマー等がより好適に使用される。
 乳化重合に使用する乳化剤としては、例えばアニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、両性界面活性剤、フッ素系界面活性剤等を挙げることができる。なお、分子内に不飽和二重結合を有する反応性乳化剤等を用いてもよい。
 上記アニオン性界面活性剤としては、例えば高級アルコールの硫酸エステル、アルキルベンゼンスルホン酸塩、脂肪族スルホン酸塩、ポリエチレングリコールアルキルエーテルの硫酸エステル等を;上記ノニオン性界面活性剤としては、例えばポリエチレングリコールのアルキルエステル、ポリエチレングリコールのアルキルエーテル、ポリエチレングリコールのアルキルフェニルエーテル等を、それぞれ挙げることができる。
 上記両性界面活性剤としては、例えば、アニオン部分が、カルボン酸塩、硫酸エステル塩、スルホン酸塩又はリン酸エステル塩等からなり、そしてカチオン部分が、アミン塩、第4級アンモニウム塩等からなるものを挙げることができる。このような両性界面活性剤の具体例としては、例えばラウリルベタイン、ステアリルベタイン等のベタイン化合物;ラウリル-β-アラニン、ラウリルジ(アミノエチル)グリシン、オクチルジ(アミノエチル)グリシン等のアミノ酸タイプの界面活性剤を挙げることができる。
 上記フッ素系界面活性剤としては、例えばフルオロブチルスルホン酸塩、フルオロアルキル基を有するリン酸エステル、フルオロアルキル基を有するカルボン酸塩、フルオロアルキルエチレンオキシド付加物等を挙げることができる。このようなフッ素系界面活性剤の市販品としては、例えばエフトップEF301、EF303、EF352(以上、株式会社トーケムプロダクツ製);メガファックF171、F172、F173(以上、DIC株式会社製);フロラードFC430、FC431(以上、住友スリーエム株式会社製);アサヒガードAG710、サーフロンS-381、S-382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106、サーフィノールE1004、KH-10、KH-20、KH-30、KH-40(以上、旭硝子株式会社製);フタージェント250、251、222F、FTX-218(以上、株式会社ネオス製)等を挙げることができる。乳化剤としては、上記のうちから選択される1種または2種以上を使用することができる。
 乳化重合終了時における単量体の重合転化率は、80質量%以上であることが好ましく、90質量%以上であることがより好ましく、95質量%以上であることが特に好ましい。第1の重合体粒子の重合添加率が80質量%未満の状態で、第2の重合体粒子用の単量体を投入すると、形成される第1の重合体粒子と第2の重合体粒子とが明確に分離し難くなる。得られる第1の重合体粒子は、通常は略球状の粒子である。
 得られた第1の重合体粒子の存在下において、第2の重合体粒子用の単量体を重合させる。より具体的には、得られた第1の重合体粒子をシード粒子として使用した状態で第2の重合体粒子用の単量体をシード重合させることによって、第2の重合体粒子を形成することができる。例えば、第1の重合体粒子が分散した水系媒体中に、第2の重合体粒子用単量体若しくはそのプレエマルジョンを一括、分割、又は連続して滴下すればよい。このとき使用する第1の重合体粒子の量は、第2の重合体粒子用の単量体100質量部に対して、1~100質量部とすることが好ましく、2~80質量部とすることがより好ましい。重合に際して開始剤や乳化剤を用いる場合には、第1の重合体粒子の製造時と同様のものを使用することができる。また、重合時間等の条件についても、第1の重合体粒子の製造時と同様とすればよい。
 図10ないし図12は、異形粒子の生成メカニズムを模式的に示す説明図である。図10に示すように、第1の重合体粒子22が分散した水系媒体中に、第2の重合体粒子用単量体23を投入すると、投入された第2の重合体粒子用単量体23の大部分は、通常、一旦第1の重合体粒子に吸蔵され、この第1の重合体粒子22中又はその表面で重合が開始される。この第2の重合体粒子用単量体23は、重合の進行に伴って第1の重合体粒子22に対する相溶性が低下し、第1の重合体粒子22と相分離するようになる。このため、重合の初期には、図11に示すように第1の重合体粒子22の複数箇所で重合が進行し得るが、それぞれの重合体を構成する単量体単位がこれまで述べてきた関係を満たす場合、第2の重合体粒子24は、第1の重合体粒子22の各所で重合されたものが互いに集まって単一の第2の重合体粒子24を形成する傾向にある。そして、第2の重合体粒子24がある程度の大きさに成長すると、図12に示すようにそれ以降の重合は主としてこの第2の重合体粒子24で進行するようになる。このようにして、第1の重合体粒子と第2の重合体粒子とが非対称に分離した異形粒子が形成される。
 上記のようにして形成される異形粒子においては、第1の重合体粒子と第2の重合体粒子との質量比(第1/第2)は、2/98~98/2であることが好ましく、5/95~95/5であることがより好ましい。また、異形粒子の全表面積のうち、第1の重合体粒子により形成される露出面と、第2の重合体粒子により形成される露出面との割合(面積比=第1/第2)は、5/95~95/5であることが好ましく、10/90~90/10であることがより好ましい。第1の重合体粒子及び第2の重合体粒子のいずれか一方の割合が上記範囲よりも少ない場合には、この異形粒子が「異形」であることによる効果が十分に得られない場合がある。なお、異形粒子の全表面積に占める各一次粒子の露出面の割合は、例えば電子顕微鏡写真から測定することができる。
 なお、異形粒子の形状は、第1の重合体粒子と第2の重合体粒子との質量比、第1の重合体粒子と第2の重合体粒子との分離性、第2の重合体粒子を形成する際の重合条件等によって種々変化する。例えば、第1の重合体粒子と第2の重合体粒子との質量比及び重合条件を一定とした場合、第1の重合体粒子と第2の重合体粒子との分離性が高くなるにつれて、異形粒子の形状は、図5、図7、図4の順に変化する傾向にある。
 1.2.液状媒体(B)
 本実施の形態に係る蓄電デバイス用バインダー組成物は、液状媒体(B)を含有する。上記液状媒体(B)は、水を含有する水系媒体であることが好ましい。この水系媒体は、水以外に少量の非水系媒体を含有することができる。このような非水系媒体としては、例えばアミド化合物、炭化水素、アルコール、ケトン、エステル、アミン化合物、ラクトン、スルホキシド、スルホン化合物等を挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上を使用することができる。このような非水系媒体の含有割合は、水系媒体100質量部に対して10質量部以下であることが好ましく、5質量部以下であることがより好ましく、非水系媒体を含有せずに水のみからなるものであることが最も好ましい。
 本実施の形態に係る蓄電デバイス用バインダー組成物は、媒体として水系媒体を使用し、好ましくは水以外の非水系媒体を含有しないことにより、環境に対する悪影響を与える程度が低く、取扱作業者に対する安全性も高くなる。
 1.3.その他の添加剤
 本実施の形態に係る蓄電デバイス用バインダー組成物は、上述する重合体粒子(A)、液状媒体(B)の他に、必要に応じてその他の添加剤をさらに含有させることができる。たとえば、その塗布性や蓄電デバイスの充放電特性等をさらに向上させる観点から、増粘剤を含有させることができる。
 このような増粘剤としては、例えばカルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等のセルロース化合物;上記セルロース化合物のアンモニウム塩またはアルカリ金属塩;ポリ(メタ)アクリル酸、変性ポリ(メタ)アクリル酸等のポリカルボン酸;上記ポリカルボン酸のアルカリ金属塩;ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール、エチレン-ビニルアルコール共重合体などのポリビニルアルコール系(共)重合体;(メタ)アクリル酸、マレイン酸およびフマル酸等の不飽和カルボン酸とビニルエステルとの共重合体の鹸化物等の水溶性ポリマーを挙げることができる。これらの中でも特に好ましい増粘剤としては、カルボキシメチルセルロースのアルカリ金属塩、ポリ(メタ)アクリル酸のアルカリ金属塩等である。
 これら増粘剤の市販品としては、カルボキシメチルセルロースのアルカリ金属塩として、例えばCMC1120、CMC1150、CMC2200、CMC2280、CMC2450(以上、株式会社ダイセル製)等を挙げることができる。
 本実施の形態に係る蓄電デバイス用バインダー組成物が増粘剤を含有する場合、増粘剤の使用割合としては、蓄電デバイス用バインダー組成物中の全固形分量に対して、好ましくは15質量%以下であり、より好ましくは0.1~10質量%である。
 2.蓄電デバイス電極用スラリー
 前述の蓄電デバイス用バインダー組成物を用いて、本実施の形態に係る蓄電デバイス電極用スラリーを製造することができる。蓄電デバイス電極用スラリーとは、これを集電体の表面に塗布した後、乾燥して、集電体表面上に活物質層を形成するために用いられる分散液のことをいう。本実施の形態に係る蓄電デバイス電極用スラリーは、前述の蓄電デバイス用バインダー組成物と、活物質と、水と、を含有する。以下、本実施の形態に係る蓄電デバイス電極用スラリーに含まれる成分についてそれぞれ詳細に説明する。ただし、蓄電デバイス用バインダー組成物に含まれる成分については、前述した通りであるから省略する。
 2.1.活物質
 蓄電デバイス電極用スラリーに含まれる活物質を構成する材料としては特に制限はなく、目的とする蓄電デバイスの種類により適宜適当な材料を選択することができる。
 例えば、リチウムイオン二次電池の正極を作製する場合、正極活物質としては、リチウムをドープ/脱ドープ可能であり、十分な量のリチウムを含んでいる正極材料であれば特に制限されないが、リチウム原子含有酸化物が好ましく、オリビン構造を有するリチウム原子含有酸化物であることがより好ましい。上記オリビン構造を有するリチウム原子含有酸化物は、下記一般式(2)で表され、そしてオリビン型結晶構造を有する化合物である。
 Li1-x(XO) ・・・・・(2)
(式中、Mは、Mg、Ti、V、Nb、Ta、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Ga、GeおよびSnよりなる群から選択される金属のイオンの少なくとも1種であり;Xは、Si、S、PおよびVよりなる群から選択される少なくとも1種であり;xは数であり、Mおよび(XO)の価数に応じて、式(2)全体の価数が0価となるように選択され、0<x<1の関係を満たす。)
 上記オリビン構造を有するリチウム原子含有酸化物は、金属元素Mの種類によって電極電位が異なる。従って、金属元素Mの種類を選択することにより、電池電圧を任意に設定することができる。オリビン構造を有するリチウム原子含有酸化物の代表的なものとしては、LiFePO、LiCoPO、Li0.90Ti0.05Nb0.05Fe0.30Co0.30Mn0.30POなどを挙げることができる。これらのうち、特にLiFePOは、原料となる鉄化合物の入手が容易であるとともに安価であるため好ましい。
 一方、リチウムイオン二次電池の負極を作製する場合、負極活物質としては、例えば例えば炭素材料、結晶質又は非結晶質金属酸化物等を好適に用いることができる。炭素材料としては、コークスやガラス状炭素等の難黒鉛化性炭素材料、結晶構造が発達した高結晶性炭素材料の黒鉛類等が挙げられ、具体的には、熱分解炭素類、コークス類(ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス等)、グラファイト、ガラス状炭素類、高分子化合物焼成体(フェノール樹脂、フラン樹脂等を適切な温度で焼成し炭素化したもの)、炭素繊維、および活性炭等が挙げられる。結晶質又は非結晶質金属酸化物としては、マグネシウム(Mg)、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、ビスマス(Bi)、カドミウム(Cd)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、イットリウム(Y)、パラジウム(Pd)あるいは白金(Pt)を構成元素として含むものが挙げられる。特にケイ素(Si)、スズ(Sn)を構成元素として含むものを好適に用いることができる。
 活物質の数平均粒子径(Db)は、活物質が正極活物質の場合には、0.4~10μmの範囲とすることが好ましく、0.5~7μmの範囲とすることがより好ましい。正極活物質の数平均粒子径(Db)が前記範囲内であると、正極活物質内におけるリチウムの拡散距離が短くなるので、充放電の際のリチウムの脱挿入に伴う抵抗を低減することができ、その結果、充放電特性がより向上する。さらに、蓄電デバイス電極用スラリーが後述の導電付与剤を含有する場合、正極活物質の平均粒子径(Db)が前記範囲内であることにより、正極活物質と導電付与剤との接触面積を十分に確保することができることとなり、電極の電子導電性が向上し、電極抵抗がより低下する。
 活物質の数平均粒子径(Db)は、活物質が負極活物質の場合には、1~50μmの範囲にあることが好ましく、5~40μmの範囲にあることがより好ましく、10~30μmの範囲にあることが特に好ましい。負極活物質の数平均粒子径(Db)が前記範囲にあると、負極用スラリー中における負極活物質粒子の凝集を抑制することができ、負極活物質粒子の分布が均一な負極活物質層の作製が容易となるため、蓄電デバイスの蓄電特性を向上させることができる。
 ここで、活物質の数平均粒子径(Db)とは、レーザー回折法を測定原理とする粒度分布測定装置を用いて粒度分布を測定し、小さい粒子から粒子を累積したときの粒子数の累積度数が50%となる粒子径(D50)の値である。このようなレーザー回折式粒度分布測定装置としては、例えばHORIBA LA-300シリーズ、HORIBA LA-920シリーズ(以上、株式会社堀場製作所製)等を挙げることができる。この粒度分布測定装置は、活物質の一次粒子だけを評価対象とするものではなく、一次粒子が凝集して形成された二次粒子をも評価対象とする。従って、この粒度分布測定装置によって得られた数平均粒子径(Db)は、蓄電デバイス電極用スラリー中に含まれる活物質の分散状態の指標とすることができる。なお、活物質の数平均粒子径(Db)は、蓄電デバイス電極用スラリーを遠心分離して活物質を沈降させた後、その上澄み液を除去し、沈降した活物質を上記の方法により測定することによっても測定することができる。
 2.2.その他の成分
 上記蓄電デバイス電極用スラリーは、必要に応じて前述した成分以外の成分を含有することができる。このような成分としては、例えば導電付与剤、非水系媒体、増粘剤等が挙げられる。
 2.2.1.導電付与剤
 上記導電付与剤の具体例としては、リチウムイオン二次電池においてはカーボンなどが;ニッケル水素二次電池においては、正極では酸化コバルトが:負極ではニッケル粉末、酸化コバルト、酸化チタン、カーボンなどが、それぞれ用いられる。上記両電池において、カーボンとしては、グラファイト、活性炭、アセチレンブラック、ファーネスブラック、黒鉛、炭素繊維、フラーレンなどを挙げることができる。これらの中でも、アセチレンブラックまたはファーネスブラックを好ましく使用することができる。導電付与剤の使用割合は、活物質100質量部に対して、好ましくは20質量部以下であり、より好ましくは1~15質量部であり、特に好ましくは2~10質量部である。
 2.2.2.非水系媒体
 上記蓄電デバイス電極用スラリーは、その塗布性を改善する観点から、80~350℃の標準沸点を有する非水系媒体を含有することができる。このような非水系媒体の具体例としては、例えばN-メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミドなどのアミド化合物;トルエン、キシレン、n-ドデカン、テトラリン等の炭化水素;2-エチル-1-ヘキサノール、1-ノナノール、ラウリルアルコール等のアルコール;メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、ホロン、アセトフェノン、イソホロン等のケトン;酢酸ベンジル、酪酸イソペンチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチル等のエステル;o-トルイジン、m-トルイジン、p-トルイジン等のアミン化合物;γ-ブチロラクトン、δ-ブチロラクトン等のラクトン;ジメチルスルホキシド、スルホラン等のスルホキシド・スルホン化合物等を挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上を使用することができる。これらの中でも、重合体粒子の安定性や蓄電デバイス電極用スラリーを塗布する際の作業性等の点から、N-メチルピロリドンを使用することが好ましい。
 2.2.3.増粘剤
 上記蓄電デバイス電極用スラリーは、その塗工性を改善する観点から、増粘剤を含有することができる。増粘剤の具体例としては、前記「1.3.その他の添加剤」に記載した各種化合物が挙げられる。
 蓄電デバイス電極用スラリーが増粘剤を含有する場合、増粘剤の使用割合としては、蓄電デバイス電極用スラリーの全固形分量に対して、好ましくは20質量%以下であり、より好ましくは0.1~15質量%であり、特に好ましくは0.5~10質量%である。
 2.3.蓄電デバイス電極用スラリーの製造方法
 本実施の形態に係る蓄電デバイス電極用スラリーは、前述の蓄電デバイス用バインダー組成物と、活物質と、水と、必要に応じて用いられる添加剤と、を混合することにより製造することができる。これらの混合には公知の手法による攪拌によって行うことができ、例えば攪拌機、脱泡機、ビーズミル、高圧ホモジナイザー等を利用することができる。
 蓄電デバイス電極用スラリーの調製(各成分の混合操作)は、少なくともその工程の一部を減圧下で行うことが好ましい。これにより、得られる電極層内に気泡が生じることを防止することができる。減圧の程度としては、絶対圧として、5.0×10~5.0×10Pa程度とすることが好ましい。
 蓄電デバイス電極用スラリーを製造するための混合撹拌としては、スラリー中に活物質の凝集体が残らない程度に撹拌し得る混合機と、必要にして十分な分散条件とを選択する必要がある。分散の程度は粒ゲージにより測定可能であるが、少なくとも100μmより大きい凝集物がなくなるように混合分散することが好ましい。このような条件に適合する混合機としては、例えばボールミル、サンドミル、顔料分散機、擂潰機、超音波分散機、ホモジナイザー、プラネタリーミキサー、ホバートミキサー等を例示することができる。
 2.4.電極用スラリーの特徴
 前述の蓄電デバイス用バインダー組成物に含まれる重合体粒子(A)の数平均粒子径(Da)と活物質の数平均粒子径(Db)との比(Da/Db)は、0.01~1.0の範囲にあることが好ましく、0.05~0.5の範囲にあることがより好ましい。このことの技術的な意味は、以下の通りである。
 蓄電デバイス電極用スラリーを集電体の表面に塗布した後、形成された塗膜を乾燥する工程において、重合体粒子および活物質のうちの少なくとも一方がマイグレーションすることが確認されている。すなわち、粒子が表面張力の作用を受けることによって塗膜の厚み方向に沿って移動するのである。より具体的には、重合体粒子および活物質のうちの少なくとも一方が、塗膜面のうちの、集電体と接する面とは反対側、すなわち水が蒸発する気固界面側へと移動する。このようなマイグレーションが起こると、重合体粒子および活物質の分布が塗膜の厚み方向で不均一となり、電極特性が悪化する、密着性が損なわれる、などの問題が発生する。例えば、バインダーとして機能する重合体粒子が活物質層の気固界面側へとブリード(移行)し、集電体と活物質層との界面における重合体粒子の量が相対的に少なくなると、活物質層への電解液の浸透が阻害されることにより十分な電気的特性が得られなくなるとともに、集電体と活物質層との密着性が不足して剥離してしまう。さらに、重合体粒子がブリードすることにより、活物質層表面の平滑性が損なわれてしまう。
 しかしながら、両粒子の数平均粒子径の比(Da/Db)が前記範囲にあると、前述したような問題の発生を抑制することができ、良好な電気的特性と密着性とが両立した蓄電デバイス電極を容易に製造できることとなる。比(Da/Db)が前記範囲未満では、重合体粒子と活物質との平均粒子径の差が小さくなるため、重合体粒子と活物質とが接触する面積が小さくなり、粉落ち耐性が不十分となる場合がある。一方、比(Da/Db)が前記範囲を超えると、重合体粒子と活物質との平均粒子径の差が大きくなりすぎることにより、重合体粒子の結着力が不十分となり、集電体と活物質層との間の密着性が不足する場合がある。
 本実施の形態に係る蓄電デバイス電極用スラリーは、その固形分濃度(スラリー中の溶媒以外の成分の合計質量がスラリーの全質量に対して占める割合)が20~80質量%であることが好ましく、30~75質量%であることがより好ましい。
 本実施の形態に係る蓄電デバイス電極用スラリーは、その曳糸性が30~80%であることが好ましく、33~79%であることがより好ましく、35~78%であることが特に好ましい。曳糸性が前記範囲未満であると、蓄電デバイス電極用スラリーを集電体上へ塗布する際、レベリング性が不足するため、電極厚みの均一性が得られない場合がある。このような厚みが不均一な蓄電デバイス電極を使用すると、充放電反応の面内分布が発生するため、安定した電池性能の発現が困難となる。一方、曳糸性が前記範囲を超えると、蓄電デバイス電極用スラリーを集電体上に塗布する際、液ダレが起き易くなり、安定した品質の蓄電デバイス電極が得られない場合がある。したがって、曳糸性が前記範囲にあれば、これらの問題の発生を抑制することができ、良好な電気的特性と密着性とを両立させた蓄電デバイス電極を製造することが容易となるのである。
 本明細書における「曳糸性」は、以下のようにして測定される。
 まず、底部に直径5.2mmの開口部を有するザーンカップ(太佑機材株式会社製、ザーンビスコシティーカップNo.5)を準備する。この開口部を閉じた状態で、ザーンカップに蓄電デバイス電極用スラリー40gを流し込む。その後、開口部を開放すると、開口部から蓄電デバイス電極用スラリーが流れ出す。ここで、開口部を開放した時をT、蓄電デバイス電極用スラリーの曳糸が終了した時をT、蓄電デバイス電極用スラリーの流出が終了した時をTとした場合に、本明細書における「曳糸性」は下記数式(3)から求めることができる。
 曳糸性(%)=((T-T)/(T-T))×100 ・・・・・(3)
 3.蓄電デバイス電極
 本実施の形態に係る蓄電デバイス電極は、集電体と、前記集電体の表面上に前述の蓄電デバイス電極用スラリーが塗布、乾燥されて形成された層と、を備えるものである。かかる蓄電デバイス電極は、金属箔などの適宜の集電体の表面に、前述の蓄電デバイス電極用スラリーを塗布して塗膜を形成し、次いで該塗膜を乾燥することにより製造することができる。このようにして製造された蓄電デバイス電極は、集電体上に、前述の重合体粒子(A)および活物質、さらに必要に応じて添加した任意成分を含有する活物質層が結着されてなるものである。かかる蓄電デバイス電極は、集電体と活物質層との密着性に優れるとともに、電気的特性の一つである充放電レート特性が良好である。
 集電体は、導電性材料からなるものであれば特に制限されない。リチウムイオン二次電池においては、鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、ステンレスなどの金属製の集電体が使用されるが、特に正極にアルミニウムを、負極に銅を用いた場合、前述の蓄電デバイス用バインダーを用いて製造された蓄電デバイス電極用スラリーの効果が最もよく現れる。ニッケル水素二次電池における集電体としては、パンチングメタル、エキスパンドメタル、金網、発泡金属、網状金属繊維焼結体、金属メッキ樹脂板などが使用される。集電体の形状および厚さは特に制限されないが、厚さ0.001~0.5mm程度のシート状のものとすることが好ましい。
 蓄電デバイス電極用スラリーの集電体への塗布方法についても特に制限はない。塗布は、例えばドクターブレード法、ディップ法、リバースロール法、ダイレクトロール法、グラビア法、エクストルージョン法、浸漬法、ハケ塗り法などの適宜の方法によることができる。蓄電デバイス電極用スラリーの塗布量も特に制限されないが、液状媒体を除去した後に形成される活物質層の厚さが、0.005~5mmとなる量とすることが好ましく、0.01~2mmとなる量とすることがより好ましい。
 塗布後の塗膜からの乾燥方法(水および任意的に使用される非水系媒体の除去方法)についても特に制限されず、例えば温風、熱風、低湿風による乾燥;真空乾燥;(遠)赤外線、電子線などの照射による乾燥などによることができる。乾燥速度としては、応力集中によって活物質層に亀裂が入ったり、活物質層が集電体から剥離したりしない程度の速度範囲の中で、できるだけ早く液状媒体が除去できるように適宜に設定することができる。
 さらに、乾燥後の活物質層をプレスすることにより、活物質層の密度を高めることが好ましい。プレス方法は、金型プレスやロールプレスなどの方法が挙げられる。プレス後の活物質層の密度としては、1.6~2.4g/cmとすることが好ましく、1.7~2.2g/cmとすることがより好ましい。
 4.保護膜形成用スラリー
 本実施の形態に係る保護膜形成用スラリーは、上述した蓄電デバイス用バインダー組成物(保護膜形成用バインダー組成物)と、無機粒子と、を含有する。保護膜形成用スラリーとは、これを電極またはセパレータの表面もしくはその両方に塗布した後、乾燥させて、電極またはセパレータの表面もしくはその両方に保護膜を形成するために用いられる分散液である。
 近年の電子機器の長寿命化に伴い、その駆動用電源である蓄電デバイスについても長寿命化が要求されるようになってきており、従来にも増して充放電特性を改良することが要求されている。具体的には、以下の2つの特性が要求される。1つ目としては、蓄電デバイスに対して充放電を多数回繰り返して行った場合でも、蓄電デバイスの内部抵抗が上昇しないことが要求されている。2つ目としては、蓄電デバイスを過充電した場合でも、蓄電デバイスの内部抵抗が上昇しないことが要求されている。このような特性を表す指標の1つとして「抵抗上昇率」を挙げることができる。抵抗上昇率の小さい蓄電デバイスは、繰り返し充放電耐性および過充電耐性の双方に優れるから、充放電特性に優れることとなる。
 従来技術における含フッ素系有機重合体やポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミドは、耐酸化性に優れるため、従来から蓄電デバイスに多用されていたが、近年における抵抗上昇率に対する過酷な要求を満足するものではなかった。本願発明者らは、上記事情に鑑みて検討を重ねた結果、上記したような特定の繰り返し単位を含有しかつ特定の範囲に吸熱ピークが観測される重合体粒子(A)を含む保護膜形成用スラリーから作製された保護膜が蓄電デバイスの内部抵抗を上昇させず、抵抗上昇率を小さくできることを見出したため、本願発明に到ったのである。
 なお、保護膜形成用バインダー組成物に含まれる重合体粒子(A)は、該重合体粒子(A)100質量部に対して、含フッ素化合物に由来する繰り返し単位(a)5~50質量部と、不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位(c)1~10質量部と、を含有していることが好ましい。このような重合体粒子(A)は、無機粒子をしっかりと捕捉することができるため、形成される保護膜におけるリチウムイオンの透過性とタフネスの向上とを両立できる。その結果、抵抗上昇率をより一層小さくすることができる。
 以下、本実施の形態に係る保護膜形成用スラリーに含まれる各成分について詳細に説明する。なお、蓄電デバイス用バインダー組成物については、上述した通りであるから説明を省略する。
 4.1.無機粒子
 本実施の形態に係る保護膜形成用スラリーは、無機粒子を含有することにより、形成される保護膜のタフネスを向上させることができる。
 上記無機粒子としては、シリカ、酸化チタン(チタニア)、酸化アルミニウム(アルミナ)、酸化ジルコニウム(ジルコニア)および酸化マグネシウム(マグネシア)よりなる群から選択される少なくとも1種の粒子を用いることができる。これらの中でも、保護膜のタフネスをより向上させる観点から、酸化チタンおよび酸化アルミニウムが好ましい。また、酸化チタンとしてはルチル型の酸化チタンがより好ましい。
 無機粒子の数平均粒子径(Db)は、1μm以下であることが好ましく、0.1~0.8μmの範囲内であることがより好ましい。無機粒子の数平均粒子径(Db)が前記範囲にあると、平滑かつ柔軟な保護膜を形成でき、蓄電デバイスを作製した場合に、保護膜と隣接して配置されるセパレータや電極と接触しても、これらを破損する危険性が低くなるため、蓄電デバイスの耐久性が良好となる。なお、無機粒子の数平均粒子径(Db)は、多孔質膜であるセパレータの平均孔径よりも大きいことが好ましい。これにより、セパレータへのダメージを軽減し、無機粒子がセパレータの微多孔に詰まることを防ぐことができる。
 ここで、無機粒子の数平均粒子径(Db)とは、レーザー回折法を測定原理とする粒度分布測定装置を用いて粒度分布を測定し、小さい粒子から粒子を累積したときの粒子数の累積度数が50%となる粒子径(D50)の値である。このようなレーザー回折式粒度分布測定装置としては、例えばHORIBA LA-300シリーズ、HORIBA LA-920シリーズ(以上、株式会社堀場製作所製)などを挙げることができる。この粒度分布測定装置は、無機粒子の一次粒子だけを評価対象とするものではなく、一次粒子が凝集して形成された二次粒子をも評価対象とする。従って、この粒度分布測定装置によって得られた数平均粒子径(Db)は、保護膜形成用スラリー中に含まれる無機粒子の分散状態の指標とすることができる。なお、無機粒子の平均粒子径(Db)は、保護膜形成用スラリーを遠心分離して無機粒子を沈降させた後、その上澄み液を除去し、沈降した無機粒子を上記の方法により測定することによっても測定することができる。
 4.2.その他の成分
 本実施の形態に係る保護膜形成用スラリーは、必要に応じて、導電付与剤、水、非水系媒体、増粘剤、界面活性剤等のその他の成分を含有することができる。
 4.2.1.導電付与剤
 導電付与剤としては、前記「2.2.1.導電付与剤」に記載されている材料、添加量を必要に応じて用いることができる。
 4.2.2.水
 本実施の形態に係る保護膜形成用スラリーは、水を含有することができる。水を含有することにより、保護膜形成用スラリーの安定性が良好となり、保護膜を再現性よく製造することが可能となる。水は、一般的に使用されている高沸点溶剤(例えば、N-メチルピロリドン等)と比較して蒸発速度が速く、溶媒除去時間の短縮による生産性の向上、粒子のマイグレーションの抑制等の効果が期待できる。
 本実施の形態に係る蓄電デバイス用バインダー組成物が液状媒体(B)として水を含有するものである場合、保護膜形成スラリーにおける水は、上述の蓄電デバイス用バインダー組成物から持ち込まれる水のみからなっていてもよく、あるいは上述の蓄電デバイス用バインダー組成物から持ち込まれる水と新たに追加される水との合計であってもよい。
 4.2.3.非水系媒体
 非水系媒体としては、前記「2.2.2.非水系媒体」に記載されている材料、添加量を必要に応じて用いることができる。これらの中でも、蓄電デバイス用バインダー組成物が液状媒体として水を含有するものである場合は水と混和するものが好ましい。
 4.2.4.増粘剤
 増粘剤としては、前記「1.3.その他の添加剤」に記載した各種化合物が挙げられる。保護膜形成用スラリーが増粘剤を含有する場合、増粘剤の使用割合としては、蓄電デバイス電極用スラリーの全固形分量に対して、好ましくは20質量%以下であり、より好ましくは0.1~15質量%であり、特に好ましくは0.5~10質量%である。
 4.2.5.界面活性剤
 本実施の形態に係る保護膜形成用スラリーは、その分散性および分散安定性を改善する観点から界面活性剤を含有することができる。界面活性剤としては、前記「1.1.4.重合体粒子(A)の作製方法」に記載されているものが挙げられる。
 4.3.保護膜形成用スラリーの製造方法
 本実施の形態に係る保護膜形成用スラリーは、無機粒子100質量部に対して、上述の蓄電デバイス用バインダー組成物が、固形分換算で0.1~20質量部含有されていることが好ましく、1~10質量部含有されていることがより好ましい。蓄電デバイス用バインダー組成物の含有割合が固形分換算で0.1~10質量部であることにより、形成される保護膜のタフネスとリチウムイオンの透過性とのバランスが良好となり、その結果、得られる蓄電デバイスの抵抗上昇率をより低くすることができる。
 本実施の形態に係る保護膜形成用スラリーは、上記のような蓄電デバイス用バインダー組成物と、上記のような無機粒子と、必要に応じて用いられる他の成分と、を混合することにより調製される。これらを混合するための手段としては、例えばボールミル、サンドミル、顔料分散機、擂潰機、超音波分散機、ホモジナイザー、プラネタリーミキサー、ホバートミキサー等の公知の混合装置を利用することができる。
 本実施の形態に係る保護膜形成用スラリーを製造するための混合撹拌は、スラリー中に無機粒子の凝集体が残らない程度に撹拌し得る混合機と、必要にして十分な分散条件とを選択する必要がある。分散の程度としては、少なくとも20μmより大きい凝集物がなくなるように混合分散することが好ましい。分散の程度は粒ゲージにより測定可能である。
 上記のような蓄電デバイスの保護膜形成用スラリーは、上述の蓄電デバイス用バインダー組成物を含有することにより、無機粒子相互間、無機粒子-電極間、および無機粒子-セパレータ間の密着性に優れた保護膜を備える蓄電デバイス電極を形成することができ、また、このような蓄電デバイス電極を備える蓄電デバイスは抵抗上昇率が十分に低いものとなる。
 5.保護膜
 本実施の形態に係る保護膜は、正極、負極またはセパレータの表面に、前述した保護膜形成用スラリーを塗布して乾燥させることにより形成することができる。
 保護膜形成用スラリーの正極、負極またはセパレータへの塗布方法についても特に制限はない。塗布は、例えばドクターブレード法、ディップ法、リバースロール法、ダイレクトロール法、グラビア法、エクストルージョン法、浸漬法、ハケ塗り法などの適宜の方法によることができる。保護膜形成用スラリーの塗布量も特に制限されないが、液状媒体を除去した後に形成される保護膜の厚さが、0.5~4μmとなる量とすることが好ましく、0.5~3μmとなる量とすることがより好ましい。保護膜の膜厚が前記範囲にあると、電極内部への電解液の浸透性および保液性が良好となると共に、電極の内部抵抗の上昇を抑制することもできる。
 塗布後の塗膜からの乾燥方法(水および任意的に使用される非水系媒体の除去方法)についても特に制限されず、例えば温風、熱風、低湿風による乾燥;真空乾燥;(遠)赤外線、電子線などの照射による乾燥などによることができる。乾燥速度としては、応力集中によって保護膜に亀裂が入らない程度の速度範囲の中で、できるだけ速く液状媒体が除去できるように適宜に設定することができる。具体的には、塗膜の乾燥処理は、好ましくは20~250℃、より好ましくは50~150℃の温度範囲において、好ましくは1~120分間、より好ましくは5~60分間の処理時間で行うことができる。
 6.蓄電デバイス
 6.1.第1の実施形態
 本発明の一実施形態に係る蓄電デバイスは、上述した蓄電デバイス電極を備え、さらに電解液を含有し、セパレータなどの部品を用いて、常法に従って製造することができる。具体的な製造方法としては、例えば、負極と正極とをセパレータを介して重ね合わせ、これを電池形状に応じて巻く、折るなどして電池容器に入れ、電池容器に電解液を注入して封口する方法が挙げられる。電池の形状は、コイン型、ボタン型、シート型、円筒型、角形、扁平型など、適宜の形状であることができる。
 電解液は、液状でもゲル状でもよく、活物質の種類に応じて、蓄電デバイスに用いられる公知の電解液の中から電池としての機能を効果的に発現するものを選択すればよい。電解液は、電解質を適当な溶媒に溶解した溶液であることができる。
 上記電解質としては、リチウムイオン二次電池では、従来から公知のリチウム塩のいずれをも使用することができ、その具体例としては、例えばLiClO、LiBF、LiPF、LiCFCO、LiAsF、LiSbF、LiB10Cl10、LiAlCl、LiCl、LiBr、LiB(C、LiCFSO、LiCHSO、LiCSO、Li(CFSON、低級脂肪酸カルボン酸リチウムなどを例示することができる。ニッケル水素二次電池では、例えば従来公知の濃度が5モル/リットル以上の水酸化カリウム水溶液を使用することができる。
 上記電解質を溶解するための溶媒は、特に制限されるものではないが、その具体例として、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどのカーボネート化合物;γ-ブチルラクトンなどのラクトン化合物;トリメトキシメタン、1,2-ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、2-エトキシエタン、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフランなどのエーテル化合物;ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド化合物などを挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上を使用することができる。電解液中の電解質の濃度としては、好ましくは0.5~3.0モル/Lであり、より好ましくは0.7~2.0モル/Lである。
 6.2.第2の実施形態
 また、本発明の一実施形態に係る蓄電デバイスは、正極と、負極と、前記正極および前記負極の間に配置された保護膜と、電解液と、を備え、前記保護膜が上述の保護膜であることを特徴とする。以下、具体例について図面を参照しながら説明する。
 6.2.1.第1の具体例
 図13は、第1の具体例に係る蓄電デバイスの断面を示した模式図である。図13に示すように、蓄電デバイス100は、正極集電体32の表面に正極活物質層34が形成された正極30と、負極集電体42の表面に負極活物質層44が形成された負極40と、正極30と負極40との間に設けられた保護膜50と、正極10と負極20の間を満たす電解液60と、を備えたものである。なお、蓄電デバイス100では、正極30と負極40との間にセパレータが設けられていない。正極30と負極40とが固体電解質等で完全に固定されていれば、正極30と負極40とが接触して短絡することはないからである。
 図13に示す正極30は、その長手方向に沿う一方の面において正極活物質層34が設けられておらず、正極集電体32が露出するように形成されているが、両面に正極活物質層34を設けてもよい。同様に、図13に示す負極40は、その長手方向に沿う一方の面において負極活物質層44が設けられておらず、負極集電体42が露出するように形成されているが、両面に負極活物質層44を設けてもよい。
 正極活物質および負極活物質としては、前記「2.1.活物質」に記載されている材料を必要に応じて用いることができる。正極集電体32および負極集電体42としては、前記「3.蓄電デバイス電極」に記載されている材料を必要に応じて用いることができる。正極活物質層34および負極活物質層44は、前記「3.蓄電デバイス電極」に記載されている条件で必要に応じて製造することができる。
 保護膜50は、例えば正極30(又は負極40)の表面に、前述した保護膜形成用スラリーを塗布して乾燥させることにより形成することができる。正極30(又は負極40)の表面に保護膜形成用スラリーを塗布する方法としては、前記「5.保護膜」に記載されている条件で製造することができる。
 保護膜50は、正極30と負極40との間に配置される。なお、図13に示す蓄電デバイス100では、正極30と負極40との間に、保護膜50が正極活物質層34と接するように配置されているが、負極活物質層44と接するように配置されてもよい。また、保護膜50は、正極30又は負極40と接することなく、正極30と負極40との間に自立膜として配置されてもよい。これにより、充放電を繰り返してデンドライトが析出した場合であっても、保護膜50でガードされるため短絡が発生しない。したがって、蓄電デバイスとしての機能を維持できる。
 保護膜50の膜厚は、特に限定されるものではないが、0.5~4μmの範囲であることが好ましく、0.5~3μmの範囲であることがより好ましい。保護膜50の膜厚が前記範囲にあると、電極内部への電解液の浸透性および保液性が良好となると共に、電極の内部抵抗の上昇を抑制することもできる。
 電解液60は、目的とする蓄電デバイスの種類に応じて適宜選択して用いられる。電解液60としては、適当な電解質が溶媒中に溶解された溶液が用いられる。
 リチウムイオンキャパシタを製造する場合における電解質の種類および濃度は、リチウムイオン二次電池の場合と同様である。
 6.2.2.第2の具体例
 図14は、第2の具体例に係る蓄電デバイスの断面を示した模式図である。図14に示すように、蓄電デバイス200は、正極集電体132の表面に正極活物質層134が形成された正極130と、負極集電体142の表面に負極活物質層144が形成された負極140と、正極130と負極140との間に設けられた保護膜150と、正極130と負極140の間を満たす電解液160と、正極130と負極140との間に設けられたセパレータ170と、を備えたものである。
 蓄電デバイス200では、保護膜150が正極130とセパレータ170と間に挟持されるように配置されている点で、上述した蓄電デバイス100とは相違する。なお、図14に示す蓄電デバイス200では、保護膜150が正極130とセパレータ170との間に挟持されるように配置されているが、保護膜150が負極140とセパレータ170との間に挟持されるように配置されてもよい。このような構成とすることにより、充放電を繰り返してデンドライトが析出した場合であっても、保護膜150でガードされるため短絡が発生しない。したがって、蓄電デバイスとしての機能を維持できる。
 保護膜150は、例えば正極130(又は負極140)またはセパレータ170の表面に、上述の保護膜形成用スラリーを塗布して乾燥させることにより形成することができる。正極130(又は負極140)またはセパレータ170の表面に保護膜形成用スラリーを塗布する方法としては、前記「5.保護膜」に記載されている条件で製造することができる。
 セパレータ170は、電気的に安定であると共に、正極活物質、負極活物質あるいは溶媒に対して化学的に安定であり、かつ電気伝導性を有していなければどのようなものを用いてもよい。例えば、高分子の不織布、多孔質フィルム、ガラスあるいはセラミックスの繊維を紙状にしたものを用いることができ、これらを複数積層して用いてもよい。特に多孔質ポリオレフィンフィルムを用いることが好ましく、これをポリイミド、ガラスあるいはセラミックスの繊維等よりなる耐熱性の材料と複合させたものを用いてもよい。
 第2の具体例に係る蓄電デバイス200のその他の構成については、図13を用いて説明した第1の具体例に係る蓄電デバイス100と同様であるので説明を省略する。
 6.2.3.第3の具体例
 図15は、第3の具体例に係る蓄電デバイスの断面を示した模式図である。図15に示すように、蓄電デバイス300は、正極集電体232の表面に正極活物質層234が形成された正極230と、負極集電体242の表面に負極活物質層244が形成された負極240と、正極230と負極240の間を満たす電解液260と、正極230と負極240との間に設けられたセパレータ270と、セパレータ270の表面を覆うようにして形成された保護膜250と、を備えたものである。
 蓄電デバイス300では、保護膜250がセパレータ270の表面を覆うようにして形成されている点で、上述した蓄電デバイス100や蓄電デバイス200とは相違する。このような構成とすることにより、充放電を繰り返してデンドライトが析出した場合であっても、保護膜250でガードされるため短絡が発生しない。したがって、蓄電デバイスとしての機能を維持できる。
 保護膜250は、例えばセパレータ270の表面に、前述した保護膜形成用スラリーを塗布して乾燥させることにより形成することができる。セパレータ270の表面に保護膜形成用スラリーを塗布する方法としては、前記「5.保護膜」に記載されている条件で製造することができる。
 第3の具体例に係る蓄電デバイス300のその他の構成については、図13を用いて説明した第1の具体例に係る蓄電デバイス100や図14を用いて説明した第2の具体例に係る蓄電デバイス200と同様であるので説明を省略する。
 6.2.4.製造方法
 上述したような第2の実施形態に係る蓄電デバイスの製造方法としては、例えば、2つの電極(正極および負極の2つ、またはキャパシタ用電極の2つ)を必要に応じてセパレータを介して重ね合わせ、これを電池形状に応じて巻く、折るなどして電池容器に入れ、電池容器に電解液を注入して封口する方法が挙げられる。電池の形状は、コイン型、ボタン型、シート型、円筒型、角形、扁平型など、適宜の形状であることができる。
 6.3.用途
 上述したような蓄電デバイスは、電気自動車、バイブリッドカー、トラック等の自動車に搭載される二次電池またはキャパシタとして好適であるほか、AV機器、OA機器、通信機器などに用いられる二次電池、キャパシタとしても好適である。
 7.実施例
 以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例、比較例中の「部」および「%」は、特に断らない限り質量基準である。なお、実施例1~3および比較例1~5の蓄電デバイス用バインダー組成物は、正極を作製するための蓄電デバイス用バインダー組成物とし、実施例4、5の蓄電デバイス用バインダー組成物は、負極を作製するための蓄電デバイス用バインダー組成物とした。実施例6~10および比較例6~12の蓄電デバイス用バインダー組成物は、保護膜を形成するための蓄電デバイス用バインダー組成物とした。
 7.1.実施例1
 7.1.1.蓄電デバイス用バインダー組成物の調製
 電磁式撹拌機を備えた内容積約6Lのオートクレーブの内部を十分に窒素置換した後、脱酸素した純水2.5Lおよび乳化剤としてパーフルオロデカン酸アンモニウム25gを仕込み、350rpmで撹拌しながら60℃まで昇温した。次いで、単量体であるフッ化ビニリデン(VDF)70%および六フッ化プロピレン(HFP)30%からなる混合ガスを、内圧が20kg/cmに達するまで仕込んだ。重合開始剤としてジイソプロピルパーオキシジカーボネートを20%含有するフロン113溶液25gを窒素ガスを使用して圧入し、重合を開始した。重合中は内圧が20kg/cmに維持されるようVDF60.2%およびHFP39.8%からなる混合ガスを逐次圧入して、圧力を20kg/cmに維持した。また、重合が進行するに従って重合速度が低下するため、3時間経過後に、先と同じ重合開始剤溶液の同量を窒素ガスを使用して圧入し、さらに3時間反応を継続した。反応液にメタクリル酸グリシジル(GMA)5部を添加し、3時間反応を継続した後、反応液を冷却すると同時に撹拌を停止し、未反応の単量体を放出した後に反応を停止することにより、重合体粒子を40%含有する水系分散体を得た。なお、得られた重合体粒子につき、19F-NMRおよびH-NMRにより分析した結果、各単量体の質量組成比はVDF/HFP/GMA=40/5/5であった。
 次いで、容量7Lのセパラブルフラスコに3,5,5-トリメチルヘキサノイルパーオキシサイド(商品名「パーロイル355」、日油株式会社製、水溶解度:0.01%)2部、ラウリル硫酸ナトリウム0.1部、及び水20部を撹拌して乳化させた。さらに、先に作製した重合体粒子50部を添加し、16時間撹拌した。次いで、セパラブルフラスコの内部を十分に窒素置換した後、メタクリル酸メチル(MMA)20部、アクリル酸2-エチルヘキシル(EHA)25部およびメタクリル酸(MAA)5部を加え、40℃で3時間ゆっくり撹拌して、これらのモノマー成分を重合体粒子に吸収させた。その後、75℃に昇温して3時間反応を行い、さらに85℃で2時間反応を行った。その後、冷却した後に反応を停止し、2.5N水酸化ナトリウム水溶液でpH7に調節することにより、重合体粒子を40%含有する水系分散体(蓄電デバイス用バインダー組成物)を得た。
 得られた重合体粒子の水系分散体について、動的光散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置(大塚電子株式会社製、形式「FPAR-1000」)を用いて粒度分布を測定し、その粒度分布から数平均粒子径(Da)を求めたところ330nmであった。
 また、透過型電子顕微鏡(株式会社日立ハイテクノロジーズ製、型式「H-7650」)により10個の重合体粒子について長径(Rmax)と短径(Rmin)を測定し、その平均値を算出したところ、長径が360nm、短径が300nmであり、長径と短径との比率(Rmax/Rmin)が1.20であった。
 さらに、得られた膜(重合体)に関してJIS K7121に準拠して示差走査熱量測定(DSC)を行った結果、吸熱ピークが120℃(溶解温度Tm)と-5℃(ガラス転移温度Tg)の二つが観測された。
 7.1.2.蓄電デバイス電極用スラリーの調製
 先ず、市販のリン酸鉄リチウム(LiFePO)をめのう乳鉢で粉砕し、ふるいを用いて分級することにより、数平均粒子径(Db)が0.5μmである活物質粒子を得た。
 次いで、二軸型プラネタリーミキサー(プライミクス株式会社製、商品名「TKハイビスミックス 2P-03」)に増粘剤(ダイセル化学工業株式会社製、商品名「CMC1120」)1部(固形分換算)、上記活物質粒子100部、アセチレンブラック5部および水68部を投入し、60rpmで1時間攪拌を行った。次いで、上記で調製した蓄電デバイス用バインダー組成物を、該組成物中に含有される重合体粒子が1部となるように加え、さらに1時間攪拌してペーストを得た。得られたペーストに水を加えて固形分濃度を50%に調整した後、攪拌脱泡機(株式会社シンキー製、商品名「あわとり練太郎」)を使用して、200rpmで2分間、1,800rpmで5分間、さらに真空下(約5.0×10Pa)において1,800rpmで1.5分間攪拌混合することにより、蓄電デバイス電極用スラリーを調製した。
 このようにして得られた蓄電デバイス電極用スラリーの曳糸性を以下のようにして測定した。先ず、容器の底辺に直径5.2mmの開口部が存在するザーンカップ(太佑機材株式会社製、ザーンビスコシティーカップNo.5)を準備した。このザーンカップの開口部を閉じた状態で、上記で調製した蓄電デバイス電極用スラリーを40g流し込んだ。開口部を開放するとスラリーが流れ出した。このとき、開口部を開放した瞬間の時間をTとし、スラリーが流れ出る際に糸を曳くようにして流出し続けた時間を目視で測定し、この時間をTとした。さらに、糸を曳かなくなってからも測定を継続し、蓄電デバイス電極用スラリーが流れ出なくなるまでの時間Tを測定した。測定した各値T、TおよびTを下記数式(3)に代入して曳糸性を求めた。
 曳糸性(%)=((T-T)/(T-T))×100 ・・・・・(3)
 蓄電デバイス電極用スラリーにおける曳糸性は、30~80%である場合に良好と判断できる。
 7.1.3.蓄電デバイス電極および蓄電デバイスの製造ならびに評価
 7.1.3.1.蓄電デバイス電極(正極)の製造
 厚み30μmのアルミニウム箔からなる集電体の表面に、上記で調製した蓄電デバイス電極用スラリーを、乾燥後の膜厚が100μmとなるようにドクターブレード法によって均一に塗布し、120℃で20分間乾燥した。その後、膜(活物質層)の密度が表1に記載の値になるようにロールプレス機によりプレス加工することにより、蓄電デバイス電極(正極)を得た。
 7.1.3.2.蓄電デバイス電極の評価(クラック率)
 作製した蓄電デバイス電極を、幅2cm×長さ10cmの極板に切り出し、幅方向に直径2mmの丸棒に沿って電極板を折り曲げ回数100回にて繰り返し折り曲げ試験を行った。丸棒に沿った部分のクラックの大きさを目視により観察し計測し、クラック率を測定した。クラック率は、下記数式(4)によって定義した。
 クラック率(%)={クラックの入った長さ(mm)÷極板全体の長さ(mm)}×100 ・・・・・(4)
 ここで、柔軟性や密着性に優れた電極板はクラック率が低い傾向がある。クラック率は0%であることが望ましいが、電極をセパレータを介して渦巻き状に捲回して極板群を製造する場合には、クラック率が20%までなら許容される。しかしながら、クラック率が20%より大きくなると、電極が切れ易くなり極板群の製造が不可能となり、極板群の生産性が低下する。このことから、クラック率の閾値として20%までが良好な範囲であると考えられる。クラック率の測定結果を表1に併せて示した。
 7.1.3.3.対極(負極)の製造
 二軸型プラネタリーミキサー(プライミクス株式会社製、商品名「TKハイビスミックス 2P-03」)に、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)4部(固形分換算)、負極活物質としてグラファイト(昭和電工株式会社製、製品名「SCMG」、数平均粒子径=22μm)100部(固形分換算)、N-メチルピロリドン(NMP)80部を投入し、60rpmで1時間撹拌を行った。その後、さらにNMP20部を投入した後、撹拌脱泡機(株式会社シンキー製、製品名「あわとり練太郎」)を使用して、200rpmで2分間、次いで1,800rpmで5分間、さらに真空下において1,800rpmで1.5分間撹拌・混合することにより、対極(負極)用スラリーを調製した。
 次いで、銅箔からなる集電体の表面に、得られた対極(負極)用スラリーを、乾燥後の膜厚が150μmとなるようにドクターブレード法によって均一に塗布し、120℃で20分間乾燥した。その後、膜の密度が1.5g/cmとなるようにロールプレス機を使用してプレス加工することにより、対極(負極)を得た。
 7.1.3.4.リチウムイオン電池セルの組立て
 露点が-80℃以下となるようAr置換されたグローブボックス内で、上記で製造した対極(負極)を直径15.95mmに打ち抜き成型したものを、2極式コインセル(宝泉株式会社製、商品名「HSフラットセル」)上に載置した。次いで、直径24mmに打ち抜いたポリプロピレン製多孔膜からなるセパレータ(セルガード株式会社製、商品名「セルガード#2400」)を載置し、さらに、空気が入らないように電解液を500μL注入した後、上記で製造した正極を直径16.16mmに打ち抜き成型したものを載置し、前記2極式コインセルの外装ボディーをネジで閉めて封止することにより、リチウムイオン電池セル(蓄電デバイス)を組み立てた。なお、使用した電解液は、エチレンカーボネート/エチルメチルカーボネート=1/1(質量比)の溶媒に、LiPFを1モル/Lの濃度で溶解した溶液である。
 7.1.3.5.蓄電デバイスの評価(放電レート特性の評価)
 上記で製造した蓄電デバイスにつき、定電流(0.2C)にて充電を開始し、電圧が4.2Vになった時点で引き続き定電圧(4.2V)にて充電を続行し、電流値が0.01Cとなった時点を充電完了(カットオフ)として0.2Cでの充電容量を測定した。次いで、定電流(0.2C)にて放電を開始し、電圧が2.7Vになった時点を放電完了(カットオフ)とし0.2Cでの放電容量を測定した。
 次に、同じセルにつき、定電流(3C)にて充電を開始し、電圧が4.2Vになった時点で引き続き定電圧(4.2V)にて充電を続行し、電流値が0.01Cとなった時点を充電完了(カットオフ)として3Cでの充電容量を測定した。次いで、定電流(3C)にて放電を開始し、電圧が2.7Vになった時点を放電完了(カットオフ)とし、3Cでの放電容量を測定した。
 上記の測定値を用いて、0.2Cでの放電容量に対する3Cでの放電容量の割合(百分率%)を計算することにより放電レート(%)を算出した。放電レートが80%以上のとき、放電レート特性は良好であると評価することができる。測定された放電レートの値を、表1に併せて示した。
 なお、測定条件において「1C」とは、ある一定の電気容量を有するセルを定電流放電して1時間で放電終了となる電流値のことを示す。たとえば「0.1C」とは、10時間かけて放電終了となる電流値のことであり、10Cとは0.1時間かけて放電完了となる電流値のことをいう。
 7.2.実施例2および比較例3
 7.2.1.蓄電デバイス用バインダー組成物の調製
 上記実施例1の「7.1.1.蓄電デバイス用バインダー組成物の調製」において、単量体の組成と乳化剤量を適宜に変更したほかは実施例1と同様にして、表1に示す組成の重合体粒子を含有する水系分散体を調製し、該水系分散体の固形分濃度に応じて水を減圧除去または追加することにより、固形分濃度40%の水系分散体を得た。得られた重合体粒子について数平均粒子径測定、長径と短径との比率算出結果、DSC測定を実施例1と同様にして行った。その結果を表1に併せて示した。
 7.2.2.蓄電デバイス電極用スラリーの調製
 まず、上記実施例1の「7.1.2.蓄電デバイス電極用スラリーの調製」において、使用したふるいの目開きを適宜変更することにより、数平均粒子径(Db)が10μm、7μm、3μm、1μmである活物質粒子(LiFePO)をそれぞれ調製した。このようにして得られた活物質粒子を以降の実施例及び比較例において使用した。なお、実施例2では10μm、比較例3では7μmの活物質粒子をそれぞれ使用し、表1に記載した種類および量の増粘剤を使用したほかは、実施例1における「7.1.2.蓄電デバイス電極用スラリーの調製」と同様にして電極(正極)用スラリーを調製し、その曳糸性を測定した。曳糸性の値を表1に併せて示した。
 7.2.3.蓄電デバイス電極および蓄電デバイスの製造ならびに評価
 上記で得た各材料を使用したほかは、実施例1と同様にして蓄電デバイス電極(正極)および蓄電デバイスを製造し、評価した。その評価結果を表1に併せて示した。
 7.3.実施例3
 7.3.1.蓄電デバイス用バインダー組成物の調製
 上記実施例1の「7.1.1.蓄電デバイス用バインダー組成物の調製」において、単量体ガスの組成と乳化剤量を適宜に変更したほかは実施例1と同様にして、表1に示す組成の重合体粒子を含有する水系分散体を調製し、該水系分散体の固形分濃度に応じて水を減圧除去または追加することにより、固形分濃度40%の水系分散体を得た。得られた水系分散体へN-メチルピロリドン(NMP)を添加し、水を減圧除去することにより、NMPを液状媒体とする蓄電デバイス用バインダー組成物を得た。得られた重合体粒子について行った数平均粒子径測定、長径と短径との比率算出結果、DSC測定の結果を、表1に併せて示した。
 7.3.2.蓄電デバイス電極用スラリーの調製
 実施例3では、上記で得られた数平均粒子径(Db)が3μmである活物質粒子(LiFePO)を使用した。
 次いで、二軸型プラネタリーミキサー(プライミクス株式会社製、商品名「TKハイビスミックス 2P-03」)に増粘剤(商品名「CMC2200」、ダイセル化学工業株式会社製)3部(固形分換算)、上記の数平均粒子径が3μmである活物質粒子100部、アセチレンブラック5部、上記で調製した蓄電デバイス用バインダー組成物4部(固形分換算)およびNMP68部を投入し、60rpmで2時間攪拌してペーストを得た。得られたペーストにNMPを加えて固形分濃度を45%に調整した後、攪拌脱泡機(株式会社シンキー製、商品名「あわとり練太郎」)を使用して、200rpmで2分間、1800rpmで5分間、さらに真空下において1800rpmで1.5分間攪拌混合することにより、蓄電デバイス電極用スラリーを調製した。
 7.3.3.蓄電デバイス電極および蓄電デバイスの製造ならびに評価
 上記の蓄電デバイス電極用スラリーを用いたほかは、実施例1における「7.1.3.蓄電デバイス電極および蓄電デバイスの製造ならびに評価」と同様にして蓄電デバイス電極(正極)および蓄電デバイスを製造し、評価した。評価結果は表1に併せて示した。
 7.4.比較例1
 7.4.1.蓄電デバイス用バインダー組成物の調製
 容量7Lのセパラブルフラスコの内部を十分に窒素置換した後、乳化剤「アデカリアソープSR1025」(商品名、株式会社ADEKA製)0.5部、スチレン(ST)25部、ブタジエン(BD)5部および水130部を順次仕込み、次いで油溶性重合開始剤であるアゾビスイソブチロニトリル0.5部を含有するテトラヒドロフラン溶液20mLを添加し、75℃に昇温して3時間反応を行い、さらに85℃で2時間反応を行った。反応液にメタクリル酸グリシジル(GMA)20部を添加し、3時間反応を継続した後、反応液を冷却すると同時に撹拌を停止し、重合体粒子を40%含有する水系分散体を得た。
 次いで、容量7Lのセパラブルフラスコに3,5,5-トリメチルヘキサノイルパーオキシサイド(商品名「パーロイル355」、日油株式会社製、水溶解度:0.01%)2部、ラウリル硫酸ナトリウム0.1部、及び水20部を撹拌して乳化させた。さらに、先に作製した重合体粒子の50部を添加し、16時間撹拌した。次いで、セパラブルフラスコの内部を十分に窒素置換した後、メタクリル酸メチル(MMA)30部、アクリル酸2-エチルヘキシル(EHA)15部およびメタクリル酸(MAA)5部を加え、40℃で3時間ゆっくり撹拌して、モノマー成分を重合体粒子に吸収させた。その後、75℃に昇温して3時間反応を行い、さらに85℃で2時間反応を行った。その後、冷却した後に反応を停止し、2.5N水酸化ナトリウム水溶液でpH7に調節することにより、重合体粒子を40%含有する水系分散体(バインダー組成物)を得た。得られた重合体粒子について行った数平均粒子径測定、長径と短径との比率算出結果、DSC測定を実施例1と同様にしておこなった。その結果を表1に併せて示した。
 7.4.2.蓄電デバイス電極用スラリーの調製
 上記で得られた数平均粒子径(Db)が7μmのリン酸鉄リチウム(LiFePO)を活物質粒子として使用し、さらに表1に記載した種類および量の増粘剤を使用したほかは、実施例1における「7.1.2.蓄電デバイス電極用スラリーの調製」と同様にして電極(正極)用スラリーを調製し、その曳糸性を測定した。曳糸性の値を表1に併せて示した。
 7.4.3.蓄電デバイス電極および蓄電デバイスの製造ならびに評価
 上記で得た各材料を使用したほかは、実施例1と同様にして蓄電デバイス電極(正極)および蓄電デバイスを製造し、評価した。その評価結果を表1に併せて示した。
 7.5.比較例2、4、5
 7.5.1.蓄電デバイス用バインダー組成物の調製
 上記比較例1の「7.4.1.蓄電デバイス用バインダー組成物の調製」において、単量体の組成と乳化剤量を適宜に変更したほかは比較例1と同様にして、表1に示す組成の重合体粒子を含有する水系分散体を調製し、該水系分散体の固形分濃度に応じて水を減圧除去または追加することにより、固形分濃度40%の水系分散体を得た。得られた重合体粒子について数平均粒子径測定、長径と短径との比率算出結果、DSC測定を実施例1と同様にして行った。その結果を表1に併せて示した。
 7.5.2.蓄電デバイス電極用スラリーの調製
 比較例2では上記で得られた数平均粒子径(Db)が1μm、比較例4及び5では上記で得られた数平均粒子径(Db)が7μmのリン酸鉄リチウム(LiFePO)を活物質粒子として使用し、さらに表1に記載した種類および量の増粘剤を使用したほかは、実施例1における「7.1.2.蓄電デバイス電極用スラリーの調製」と同様にして蓄電デバイス電極(正極)用スラリーを調製し、その曳糸性を測定した。曳糸性の値を表1に併せて示した。
 7.5.3.蓄電デバイス電極および蓄電デバイスの製造ならびに評価
 上記で得た各材料を使用したほかは、実施例1と同様にして蓄電デバイス電極(正極)および蓄電デバイスを製造し、評価した。その評価結果を表1に併せて示した。
 7.6.実施例4
 7.6.1.蓄電デバイス用バインダー組成物の調製
 上記実施例1の「7.1.1.蓄電デバイス用バインダー組成物の調製」において、単量体の組成と乳化剤量を適宜に変更したほかは実施例1と同様にして、表1に示す組成の重合体粒子を含有する水系分散体を調製し、該水系分散体の固形分濃度に応じて水を減圧除去または追加することにより、固形分濃度40%の水系分散体を得た。得られた重合体粒子について数平均粒子径測定、長径と短径との比率算出結果、DSC測定を実施例1と同様にして行った。その結果を表1に併せて示した。
 7.6.2.蓄電デバイス電極用スラリーの調製
 次いで、二軸型プラネタリーミキサー(プライミクス株式会社製、商品名「TKハイビスミックス 2P-03」)に増粘剤(商品名「CMC1150」、ダイセル化学工業株式会社製)7部(固形分換算)、負極活物質としてグラファイト(関東化学株式会社製、製品名「黒鉛末」をD50=10μmまで粉砕したもの)100部(固形分換算)、水68部を投入し、60rpmで1時間攪拌を行った。その後、上記で調製した蓄電デバイス用バインダー組成物2部(固形分換算)を加え、さらに1時間攪拌しペーストを得た。得られたペーストに水を投入し、固形分を50%に調製した後、攪拌脱泡機(株式会社シンキー製、商品名「泡とり練太郎」)を使用して、200rpmで2分間、1800rpmで5分間、さらに真空下において1800rpmで1.5分間攪拌混合することにより、蓄電デバイス電極用スラリーを調製した。実施例1における「7.1.2.蓄電デバイス電極用スラリーの調製」に記載した方法で負極用スラリーの曳糸性を測定した。その結果を表1に併せて示した。
 7.6.3.蓄電デバイス電極および蓄電デバイスの製造ならびに評価
 7.6.3.1.蓄電デバイス電極(負極)の製造
 厚み20μmの銅箔からなる集電体の表面に、上記で調製した蓄電デバイス電極(負極)用スラリーを、乾燥後の膜厚が150μmとなるようにドクターブレード法によって均一に塗布し、120℃で20分間乾燥した。その後、膜の密度が1.5g/cmとなるようにロールプレス機を使用してプレス加工することにより、蓄電デバイス電極(負極)を得た。
 7.6.3.2.負極のクラック率の評価
 実施例1における「7.1.3.2.電極の評価(クラック率)」と同様にして、負極のクラック率を測定した。その結果を表1に併せて示した。
 7.6.3.3.対極(正極)の製造
 二軸型プラネタリーミキサー(プライミクス株式会社製、商品名「TKハイビスミックス 2P-03」)に電気化学デバイス電極用バインダー(株式会社クレハ製、商品名「KFポリマー#1120」)4.0部(固形分換算)、導電助剤(電気化学工業株式会社製、商品名「デンカブラック50%プレス品」)3.0部、正極活物質として粒径5μmのLiCoO(ハヤシ化成株式会社製)100部(固形分換算)、N-メチルピロリドン(NMP)36部を投入し、60rpmで2時間攪拌を行った。得られたペーストにNMPを投入し、固形分を65%に調製した後、攪拌脱泡機(株式会社シンキー製、商品名「泡とり練太郎」)を使用して、200rpmで2分間、1800rpmで5分間、さらに真空下において1800rpmで1.5分間攪拌混合することにより、正極用スラリーを調製した。アルミ箔よりなる集電体の表面に、得られた正極用スラリーを、乾燥後の膜厚が80μmとなるようにドクターブレード法によって均一に塗布し、120℃で20分間乾燥処理した。その後、電極層の密度が3.0g/cmとなるようにロールプレス機によりプレス加工することにより、二次電池用正極を得た。
 7.6.3.4.リチウムイオン電池セルの組立て
 実施例1における「7.1.3.4.リチウムイオン電池セルの組立て」と同様にして、リチウムイオン電池セルを組み立てた。
 7.6.3.5.蓄電デバイスの評価(放電レート特性の評価)
 実施例1における「7.1.3.5.蓄電デバイスの評価(放電レート特性の評価)」と同様にして、蓄電デバイスの評価を行った。その結果を表1に併せて示した。
 7.7.実施例5
 7.7.1.蓄電デバイス用バインダー組成物の調製
 上記実施例4の「7.6.1.蓄電デバイス用バインダー組成物の調製」において、単量体の組成と乳化剤量を適宜に変更し、グラファイトして昭和電工株式会社製の品名「SCMG」(Db=22μm)を用いたほかは実施例4と同様にして、表1に示す組成の重合体粒子を含有する水系分散体を調製し、該水系分散体の固形分濃度に応じて水を減圧除去または追加することにより、固形分濃度40%の水系分散体を得た。得られた重合体粒子について数平均粒子径測定、長径と短径との比率算出結果、DSC測定を実施例1と同様にして行った。その結果を表1に併せて示した。
 7.7.2.蓄電デバイス電極(負極)用スラリーの調製
 表1に記載した種類および量の増粘剤を使用したほかは、実施例4における「7.6.2.蓄電デバイス電極(負極)用スラリーの調製」と同様にして蓄電デバイス電極(負極)用スラリーを調製し、その曳糸性を測定した。その結果を表1に併せて示した。
 7.7.3.蓄電デバイス電極(負極)および蓄電デバイスの製造ならびに評価
 上記で得た各材料を使用したほかは、実施例4と同様にして蓄電デバイス電極(負極)および蓄電デバイスを製造し、評価した。その結果を表1に併せて示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表1における各成分の略称は、それぞれ以下の通りである。
<含フッ素化合物>
・VDF:フッ化ビニリデン
・HFP:六フッ化プロピレン
・TFE:四フッ化エチレン
<単官能(メタ)アクリル酸エステル>
・MMA:メタクリル酸メチル
・EHA:アクリル酸2-エチルヘキシル
<多官能(メタ)アクリル酸エステル>
・AMA:メタクリル酸アリル
・GMA:メタクリル酸グリシジル
・HEMA:メタクリル酸ヒドロキシエチル
<不飽和カルボン酸>
・AA:アクリル酸
・MAA:メタクリル酸
<他の単量体>
・AN:アクリロニトリル
・ST:スチレン
・BD:ブタジエン
<活物質>
・LFP:リン酸鉄リチウム(LiFePO
・GF:グラファイト
 なお、増粘剤の欄に記載されているCMC1120、CMC1150、CMC2200、CMC2280およびCMC2450は、いずれもダイセル化学工業株式会社製品の商品名であり、カルボキシメチルセルロースのアルカリ金属塩である。
 表1における「-」の表記は、該当する成分を使用しなかったか、あるいは該当する操作を行わなかったことを示す。
 7.8.実施例6
 7.8.1.保護膜形成用スラリーの調製
 無機粒子として酸化チタン(製品名「KR380」、チタン工業株式会社製、ルチル型、平均数粒子径0.38μm)を水100質量部に対して20質量部、上記実施例1の「7.1.1.蓄電デバイス用バインダー組成物の調製」で調製した蓄電デバイス用バインダー組成物を無機粒子に対して固形分換算で5質量部、増粘剤(ダイセル化学株式会社製、商品名「CMC1120」)1質量部を混合し、T.K.フィルミックス(R)56-50型(プライミクス株式会社製)を用いて混合分散処理を行い、酸化チタンが分散された保護膜形成用スラリーを調製した。
 7.8.2.蓄電デバイス電極および蓄電デバイスの製造ならびに評価
 上記実施例1で作製した正極の正極活物質層の表面に、上記で得られた保護膜形成用スラリーをダイコート法を用いて塗布した後、120℃、5分間乾燥させることにより、正極活物質層表面に保護膜を形成した。なお、保護膜の厚みは3μmであった。
 この正極活物質層の表面に保護膜が形成された正極を用いた以外は、上記実施例1と同様にしてリチウムイオン電池セルを作製した。ただし、セパレータ上に正極を載置する際には、正極の保護膜が形成された面とセパレータとが向かい合うように載置した。
 7.8.3.残存容量率および抵抗上昇率の測定
 上記で製造したリチウムイオン電池セルを25℃の恒温槽に入れ、定電流(0.2C)にて充電を開始し、電圧が4.1Vになった時点で引き続き定電圧(4.1V)にて充電を続行し、電流値が0.01Cとなった時点を充電完了(カットオフ)とした。次いで、定電流(0.2C)にて放電を開始し、電圧が2.5Vになった時点を放電完了(カットオフ)とした(エージング充放電)。
 上記エージング充放電後のセルを25℃の恒温槽に入れ、定電流(0.2C)にて充電を開始し、電圧が4.1Vになった時点で引き続き定電圧(4.1V)にて充電を続行し、電流値が0.01Cとなった時点を充電完了(カットオフ)とした。次いで、定電流(0.2C)にて放電を開始し、電圧が2.5Vになった時点を放電完了(カットオフ)とし、0.2Cにおける放電容量(初期)の値であるC1を測定した。
 上記放電容量(初期)測定後のセルを25℃の恒温槽に入れ、定電流(0.2C)にて充電を開始し、電圧が4.1Vになった時点で引き続き定電圧(4.1V)にて充電を続行し、電流値が0.01Cとなった時点を充電完了(カットオフ)とした。
 この充電状態のセルについてEIS測定(“Electrochemical Inpedance Spectroscopy”、「電気化学インピーダンス測定」)を行い、初期の抵抗値EISaを測定した。
 次に、初期の抵抗値EISaを測定したセルを60℃の恒温槽に入れ、定電流(0.2C)にて充電を開始し、電圧が4.4Vになった時点で引き続き定電圧(4.4V)にて充電を168時間続行した(過充電の加速試験)。
 その後、この充電状態のセルを25℃の恒温槽に入れてセル温度を25℃に低下してから、定電流(0.2C)にて放電を開始し、電圧が2.5Vになった時点を放電完了(カットオフ)として、0.2Cにおける放電容量(試験後)の値であるC2を測定した。
 上記放電容量(試験後)のセルを25℃の恒温槽に入れ、定電流(0.2C)にて充電を開始し、電圧が4.1Vになった時点で引き続き定電圧(4.1V)にて充電を続行し、電流値が0.01Cとなった時点を充電完了(カットオフ)とした。次いで、定電流(0.2C)にて放電を開始し、電圧が2.5Vになった時点を放電完了(カットオフ)とした。このセルのEIS測定を行い、熱ストレスおよび過充電ストレス印加後の抵抗値であるEISbを測定した。
 上記の各測定値を下記式(5)に代入して求めた残存容量率は80.5%であり、上記の各測定値を下記式(6)に代入して求めた抵抗上昇率は210%であった。
 残存容量率(%)=(C2/C1)×100 ・・・(5)
 抵抗上昇率(%)=(EISb/EISa)×100 ・・・(6)
 この残存容量率が75%以上であり、かつ抵抗上昇率300%以下であるとき、耐久性は良好であると評価することができる。
 7.9.実施例7~10、比較例6~比較例10
 実施例2~5、比較例1~5で用いた蓄電デバイス用バインダー組成物を用いた以外は、実施例6と同様にして蓄電デバイスを製造し、評価した。評価結果は、表2に併せて示した。なお、実施例7~10の蓄電デバイス用バインダー組成物は、それぞれ実施例2~5の蓄電デバイス用バインダー組成物に対応しており、比較例6~10の蓄電デバイス用バインダー組成物は、それぞれ比較例1~5の蓄電デバイス用バインダー組成物に対応しているが、実施例7~10および比較例10では液状媒体の種類を表2に記載のものにそれぞれ変更した。
 7.10.比較例11
 7.10.1.ポリイミドの合成
 特開2009-87562号公報に記載の方法にてポリイミドを合成した。すなわち、冷却管と窒素ガス導入口が備えられた4つ口フラスコに、2,2-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物1.0モルと、o-トリジンジイソシアネート0.95モルを固形分濃度が20質量%となるようにN-メチル-2-ピロリドン(NMP)と混合し、触媒としてジアザビシクロウンデセン0.01モルを加えて攪拌し、120℃で4時間反応させた。
 7.10.2.保護膜形成用スラリーの調製および蓄電デバイスの製造
 上記実施例6の「7.8.1.保護膜形成用スラリーの調製」において、上記で得られたポリイミドのNMP溶液をバインダー溶液として用い、さらに水の代わりにNMPを用いた以外は実施例6と同様にして保護膜形成用スラリーを調製し、ポリイミドをバインダーとして用いた保護膜が形成された正極および蓄電デバイスを製造し、評価した。評価結果を表2に併せて示した。
 7.11.比較例12
 7.11.1.ポリアミドイミドの合成
 特開2007-154029号公報に記載の方法にてポリアミドイミドを合成した。すなわち、冷却管、窒素ガス導入管と攪拌機のついたフラスコにトリメリット酸無水物(TMA)0.7モル、3,3’、4,4’―ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物(BTDA)0.3モル、ナフタレンジイソシアネート(NDI)1モルとジアザビシクロウンデセン(DBU)0.01モルを固形分濃度が15%となるようにN-メチル-2-ピロリドン(NMP)と共に仕込み、80℃で約3時間反応させた。
 7.11.2.保護膜形成用スラリーの調製および蓄電デバイスの製造
 上記実施例6の「7.8.1.保護膜形成用スラリーの調製」において、上記で得られたポリアミドイミドのNMP溶液をバインダー溶液として、また水の代わりにNMPを用いた以外は実施例6と同様にして保護膜形成用スラリーを調製し、ポリアミドイミドをバインダーとして用いた保護膜が形成された正極及び蓄電デバイスを製造し、評価した。評価結果を表2に併せて示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 なお、表2における各成分の略称は、無機粒子以外は表1と同様である。使用した無機粒子について、以下に示す。
<無機粒子>
・酸化チタン:製品名「KR380」(チタン工業株式会社製、ルチル型、数平均粒子径0.38μm)をそのまま使用に供するか、または製品名「KR380」をめのう乳鉢で粉砕し、ふるいを用いて分級することにより、数平均粒子径が0.08μm、0.12μmである酸化チタンをそれぞれ調製して使用に供した。
・酸化アルミニウム:製品名「AKP‐3000」(住友化学株式会社製、数平均粒子径0.74μm)、または製品名「AKP‐50」(住友化学株式会社製、数平均粒子径0.22μm)を使用に供した。
・酸化ジルコニウム:製品名「UEP酸化ジルコニウム」(第一希元素化学工業株式会社製、数平均粒子径0.67μm)
・シリカ:製品名「シーホスター(R) KE-S50」(株式会社日本触媒製、数平均粒子径0.54μm)、または製品名「シーホスター(R) KE-S100」(株式会社日本触媒製、数平均粒子径0.98μm)を使用に供した。
・酸化マグネシウム:製品名「PUREMAG(R) FNM-G」(タテホ化学工業株式会社製、数平均粒子径0.50μm)
 7.12.評価結果
 上記表1から明らかなように、実施例1~5に示した本発明に係る蓄電デバイス用バインダー組成物を用いて調製された蓄電デバイス電極用スラリーによれば、集電体と活物質層との間の結着性が良好となり、クラック率が低く、密着性に優れる蓄電デバイス電極を与えた。また、これらの蓄電デバイス電極を具備する蓄電デバイス(リチウムイオン二次電池)は、放電レート特性が良好であった。
 上記表2から明らかなように、実施例6~10に示した本発明に係る保護膜を有する蓄電デバイス電極を具備する蓄電デバイス(リチウムイオン二次電池)は、初期抵抗及び耐久試験後の残存容量、並びに抵抗上昇の抑制に優れたものであった。一方、比較例6~10では、良好な残存容量および抵抗上昇率の抑制の両方を満たす蓄電デバイスは得られなかった。比較例11~12のバインダーを用いた場合は、蓄電デバイスの初期抵抗が高く、また耐久試験後の蓄電デバイスの抵抗上昇率が不良であった。
 本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
10a,10b,10c…重合体粒子、20a,20b,20c,20d,20e,20f…異形粒子、22,22a,22b,22c,22d,22e,22f…第1の重合体粒子、23…第2の重合体粒子用単量体、24,24a,24b,24c,24d,24e,24f…第2の重合体粒子、100,200,300…蓄電デバイス、30,130,230…正極、32,132,232…正極集電体、34,134,234…正極活物質層、40,140,240…負極、42,142,242…負極集電体、44,144,244…負極活物質層、50,150,250…保護膜、60,160,260…電解液、170,270…セパレータ

Claims (16)

  1.  含フッ素化合物に由来する繰り返し単位(a)および多官能(メタ)アクリル酸エステルに由来する繰り返し単位(b)を含む重合体粒子(A)と、液状媒体(B)と、を含有する蓄電デバイス用バインダー組成物において、
     前記重合体粒子(A)についてJIS K7121に準拠して示差走査熱量測定(DSC)を行ったときに、-30℃~30℃の温度範囲における吸熱ピークが一つおよび80℃~150℃の温度範囲における吸熱ピークが一つ観測されることを特徴とする、蓄電デバイス用バインダー組成物。
  2.  前記重合体粒子(A)中における、前記繰り返し単位(a)と前記繰り返し単位(b)との量比が質量基準で2:1~10:1の範囲にある、請求項1に記載の蓄電デバイス用バインダー組成物。
  3.  前記重合体粒子(A)の数平均粒子径が50~400nmの範囲にある、請求項1または請求項2に記載の蓄電デバイス用バインダー組成物。
  4.  前記重合体粒子(A)の長径(Rmax)と短径(Rmin)との比率(Rmax/Rmin)が1.1~1.5の範囲にある、請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の蓄電デバイス用バインダー組成物。
  5.  前記重合体粒子(A)が、不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位(c)をさらに含み、
     該重合体粒子(A)100質量部に対して、前記含フッ素化合物に由来する繰り返し単位(a)5~50質量部と、前記不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位(c)1~10質量部と、を含有する、請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の蓄電デバイス用バインダー組成物。
  6.  蓄電デバイスの正極を作製するために用いられる、請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の蓄電デバイス用バインダー組成物。
  7.  請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の蓄電デバイス用バインダー組成物と、活物質と、を含有する蓄電デバイス電極用スラリー。
  8.  集電体と、前記集電体の表面に請求項7に記載の蓄電デバイス電極用スラリーを塗布、乾燥して作製された活物質層と、を備える蓄電デバイス電極。
  9.  請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の蓄電デバイス用バインダー組成物と、無機粒子と、を含有する、保護膜形成用スラリー。
  10.  前記無機粒子が、シリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムおよび酸化マグネシウムよりなる群から選択される少なくとも1種の粒子である、請求項9に記載の保護膜形成用スラリー。
  11.  請求項9または請求項10に記載の保護膜形成用スラリーを用いて作製される保護膜。
  12.  請求項8に記載の蓄電デバイス電極を備える蓄電デバイス。
  13.  請求項11に記載の保護膜を備える蓄電デバイス。
  14.  正極と、負極と、をさらに備え、
     前記保護膜が前記正極および前記負極の少なくとも一方の表面と接してなる、請求項13に記載の蓄電デバイス。
  15.  前記正極および前記負極の間に配置されたセパレータをさらに備える、請求項14に記載の蓄電デバイス。
  16.  正極と、負極と、前記正極および前記負極の間に配置されたセパレータと、をさらに備え、前記セパレータの表面が前記保護膜によって被覆された、請求項13に記載の蓄電デバイス。
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