WO2013129254A1 - 二次電池負極用バインダー組成物、二次電池用負極、二次電池負極用スラリー組成物、製造方法及び二次電池 - Google Patents

二次電池負極用バインダー組成物、二次電池用負極、二次電池負極用スラリー組成物、製造方法及び二次電池 Download PDF

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WO2013129254A1
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secondary battery
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soluble polymer
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智一 佐々木
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日本ゼオン株式会社
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery negative electrode binder composition, a secondary battery negative electrode, a secondary battery negative electrode slurry composition for manufacturing the negative electrode, a method for manufacturing the negative electrode, and a secondary battery including the negative electrode. .
  • the electrode is usually a liquid composition in which a polymer serving as a binder (binder) is dispersed or dissolved in a solvent such as water or an organic solvent, an electrode active material, and optionally conductive carbon or the like.
  • a solvent such as water or an organic solvent
  • an electrode active material such as water or an organic solvent
  • optionally conductive carbon or the like an electrode active material
  • the conductive agent is mixed to obtain a slurry composition, and this slurry composition is applied to a current collector and dried.
  • the electrode in addition to studying the electrode active material and the current collector itself, studies have been made on binders and various additives for binding the electrode active material and the like to the current collector.
  • Patent Document 1 discloses a binder in which an acrylic resin having a glass transition temperature of ⁇ 30 to 25 ° C. and a weight average molecular weight of 500,000 to 1,000,000 is dissolved or dispersed in a non-aqueous solvent.
  • Patent Document 2 discloses that a urethane resin having a predetermined molecular weight containing an aromatic imide group and a soft segment capable of forming a polymer having a glass transition point of 30 ° C. or lower is used as a binder.
  • Patent Document 3 discloses that a polymer having a glass transition temperature of ⁇ 35 ° C. or lower and a molecular weight of a predetermined molecular weight or lower is used as a binder.
  • JP 2000-344838 A JP 2000-200608 A JP 10-101883 A (corresponding publication: European Patent Application Publication No. 0821368)
  • Some conventional secondary batteries have a reduced capacity when stored in a high temperature environment of, for example, 60 ° C. or in a low temperature environment of ⁇ 25 ° C. Therefore, it is desired to develop a technology that can suppress a decrease in the capacity of the secondary battery even when the secondary battery is stored in such an environment. Furthermore, in the conventional secondary battery, it is desired to develop a technique for reducing a decrease in capacity due to repeated charge and discharge in a high temperature environment. Further, in order to improve the above performance, it is desired to improve the adhesion between the current collector and the electrode active material layer formed on the current collector in the production of an electrode for a secondary battery, and It is also desirable to efficiently produce a homogeneous product.
  • an object of the present invention is to provide a secondary battery negative electrode that can realize a secondary battery that is less likely to decrease in capacity when stored in either a high-temperature environment or a low-temperature environment, and that has a small capacity decrease due to repeated charge and discharge in a high-temperature environment.
  • the present inventor has intensively studied to solve the above-mentioned problems, and is concerned with the relationship between the structure and physical properties of the water-soluble polymer contained in the binder composition for a negative electrode for a secondary battery using water as a medium and the performance of the secondary battery. Pay attention.
  • a water-soluble polymer having a predetermined glass transition temperature lower than that of the prior art and a predetermined molecular weight distribution.
  • various conditions such as following the expansion and contraction of the active material and adhesion to the active material can be simultaneously achieved.
  • a water-soluble polymer satisfying the requirements can be obtained.
  • the present invention is based on these findings. That is, according to the present invention, the following [1] to [12] are provided.
  • a particulate binder, and a water-soluble polymer having an acidic functional group The water-soluble polymer has a glass transition temperature of 30 to 80 ° C .; In the water-soluble polymer, the ratio of the number of molecules having a molecular weight of 100,000 or more is 30% or less, and the ratio of the number of molecules having a molecular weight of 100 or more and 1000 or less is 0.1% or more and 10% or less.
  • a binder composition for a secondary battery negative electrode In the water-soluble polymer, the ratio of the number of molecules having a molecular weight of 100,000 or more is 30% or less, and the ratio of the number of molecules having a molecular weight of 100 or more and 1000 or less is 0.1% or more and 10% or less.
  • the water-soluble polymer contains a fluorine-containing (meth) acrylic acid ester monomer unit, and the content ratio of the fluorine-containing (meth) acrylic acid ester monomer unit in the water-soluble polymer is [1]
  • the water-soluble polymer contains a crosslinkable monomer unit, and the content of the crosslinkable monomer unit in the water-soluble polymer is 0.1 to 2% by weight [1].
  • the binder composition for secondary battery negative electrodes as described in [2].
  • the water-soluble polymer contains a reactive surfactant unit, and the content of the reactive surfactant unit in the water-soluble polymer is 0.1 to 5% by weight [1]
  • the binder composition for secondary battery negative electrode according to any one of [3] to [3].
  • a secondary battery negative electrode comprising the secondary battery negative electrode binder composition according to any one of [1] to [5] and a negative electrode active material.
  • a secondary battery negative electrode slurry composition comprising a negative electrode active material, the secondary battery negative electrode binder composition of any one of [1] to [5], and water.
  • a method for producing a secondary battery negative electrode comprising applying the slurry composition for a secondary battery negative electrode according to [9] onto a current collector and drying.
  • a lithium ion secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, and a separator, wherein the negative electrode is a secondary battery negative electrode according to any one of [6] to [8] battery.
  • the binder composition for a secondary battery negative electrode of the present invention and the negative electrode for a secondary battery of the present invention including the same it is possible to make it difficult to reduce the capacity when stored in either a high temperature environment or a low temperature environment, and In addition, it is possible to realize a secondary battery in which a decrease in capacity due to repeated charge and discharge in a high temperature environment is small. Furthermore, since the negative electrode for secondary battery of the present invention has high adhesion between the current collector and the negative electrode active material layer and can be easily manufactured with little decrease in adhesion during use, the above performance is achieved. It is a negative electrode that can be easily manufactured while filling.
  • the secondary battery of the present invention is less likely to have a reduced capacity when stored in either a high-temperature environment or a low-temperature environment, and has little reduction in capacity due to repeated charge and discharge in a high-temperature environment.
  • the slurry composition for secondary battery negative electrodes of this invention is used, the negative electrode for secondary batteries of this invention can be manufactured.
  • the slurry has high stability, there is little occurrence of uneven distribution of particles dispersed in the slurry, and as a result, a battery with high performance can be easily manufactured.
  • the method for producing a negative electrode for a secondary battery of the present invention the negative electrode for a secondary battery of the present invention can be produced.
  • (meth) acryl means “acryl” or “methacryl”.
  • positive electrode active material means an electrode active material for positive electrode
  • negative electrode active material means an electrode active material for negative electrode
  • the “positive electrode active material layer” means an electrode active material layer provided on the positive electrode
  • the “negative electrode active material layer” means an electrode active material layer provided on the negative electrode.
  • the binder composition for a secondary battery negative electrode of the present invention includes a particulate binder and a specific water-soluble polymer.
  • the particulate binder contained in the binder composition of the present invention is a component that binds the electrode active material to the surface of the current collector in the negative electrode.
  • the particulate binder binds the negative electrode active material, so that the detachment of the negative electrode active material from the negative electrode active material layer is suppressed.
  • the particulate binder usually binds particles other than the negative electrode active material contained in the negative electrode active material layer, and also plays a role of maintaining the strength of the negative electrode active material layer.
  • particulate binder it is preferable to use a binder having excellent performance for holding the negative electrode active material and high adhesion to the current collector.
  • a polymer is used as the material of the particulate binder.
  • the polymer as the material for the particulate binder (hereinafter sometimes simply referred to as “particulate binder polymer”) may be a homopolymer or a copolymer. Among these, a polymer containing an aliphatic conjugated diene monomer unit is preferable.
  • the aliphatic conjugated diene monomer unit is a low-rigidity and flexible repeating unit, by using a polymer containing the aliphatic conjugated diene monomer unit as a particulate binder material, Sufficient adhesion with the current collector can be obtained.
  • the aliphatic conjugated diene monomer unit is a repeating unit obtained by polymerizing an aliphatic conjugated diene monomer.
  • Examples of the aliphatic conjugated diene monomer include 1,3-butadiene, 2-methyl-1,3-butadiene, 2,3-dimethyl-1,3 butadiene, 2-chloro-1,3-butadiene, Examples include substituted straight chain conjugated pentadienes, and substituted and side chain conjugated hexadienes. Of these, 1,3-butadiene is preferred.
  • the monomer composition for producing the particulate binder polymer may contain only one kind of aliphatic conjugated diene monomer, and two or more kinds of aliphatic conjugated diene monomers may be mixed in any ratio. May be included in combination. Therefore, the particulate binder polymer may contain only one type of aliphatic conjugated diene monomer unit, or may contain two or more types in combination at any ratio.
  • the ratio of the aliphatic conjugated diene monomer unit is preferably 20% by weight or more, more preferably 25% by weight or more, preferably 50% by weight or less, more preferably 45% by weight. It is as follows. By setting the ratio of the aliphatic conjugated diene monomer unit within the above range, the degree of swelling can be suppressed and the durability of the electrode can be enhanced.
  • the particulate binder polymer preferably contains an aromatic vinyl monomer unit.
  • the aromatic vinyl monomer unit is stable, and the negative electrode active material layer can be stabilized by reducing the solubility of the particulate binder polymer containing the aromatic vinyl monomer unit in the electrolyte. it can.
  • the aromatic vinyl monomer unit is a repeating unit obtained by polymerizing an aromatic vinyl monomer.
  • aromatic vinyl monomers include styrene, ⁇ -methylstyrene, vinyl toluene, and divinylbenzene. Of these, styrene is preferred.
  • the particulate binder polymer is preferably a polymer containing both an aliphatic conjugated diene monomer unit and an aromatic vinyl monomer unit. For example, a styrene / butadiene copolymer is preferred.
  • the monomer composition for producing the particulate binder polymer may contain only one kind of aromatic vinyl monomer, and two or more kinds of aromatic vinyl monomers may be combined in any ratio. May be included. Therefore, the particulate binder polymer may contain only one type of aromatic vinyl monomer unit, or may contain two or more types in combination at any ratio.
  • the resulting particulate binder polymer contains unreacted aliphatic conjugated as a residual monomer. Diene monomers and unreacted aromatic vinyl monomers may be included.
  • the amount of the unreacted aliphatic conjugated diene monomer contained in the particulate binder polymer is preferably 50 ppm or less, more preferably 10 ppm or less, and the unreacted aromatic contained in the particulate binder polymer.
  • the amount of the vinyl monomer is preferably 1000 ppm or less, more preferably 200 ppm or less.
  • the slurry composition for secondary battery negative electrode according to the present invention is applied to the surface of the current collector and dried to form a negative electrode
  • the slurry composition for secondary battery negative electrode according to the present invention is applied to the surface of the current collector and dried to form a negative electrode
  • the amount of the aromatic vinyl monomer contained in the particulate binder polymer is within the above range, it is possible to suppress the environmental load and the roughness of the negative electrode surface that occur according to the drying conditions, and further the particulate binder polymer.
  • the electrolytic solution resistance can be improved.
  • the ratio of the aromatic vinyl monomer units is preferably 30% by weight or more, more preferably 35% by weight or more, preferably 79.5% by weight or less, more preferably 69% by weight. % Or less.
  • the ratio of the aromatic vinyl monomer unit is preferably 30% by weight or more, more preferably 35% by weight or more, preferably 79.5% by weight or less, more preferably 69% by weight. % Or less.
  • the particulate binder polymer preferably contains an ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer unit.
  • the ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer unit includes a carboxyl group (—COOH group) that enhances the adsorptivity to the negative electrode active material and the current collector, and is a repeating unit having high strength. Desorption of the negative electrode active material can be stably prevented, and the strength of the negative electrode can be improved.
  • the ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer unit is a repeating unit obtained by polymerizing an ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer.
  • the ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer include monocarboxylic and dicarboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, maleic acid, fumaric acid and itaconic acid, and anhydrides thereof.
  • the monomer chosen from the group which consists of acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, and these combination from a stability viewpoint of the slurry composition for secondary battery negative electrodes which concerns on this invention is preferable.
  • the monomer composition for producing the particulate binder polymer may contain only one kind of ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer, and optionally two or more kinds of ethylenically unsaturated carboxylic acid monomers. You may include combining in the ratio of. Therefore, the particulate binder polymer may contain only one type of ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer unit, or may contain two or more types in combination at any ratio.
  • the ratio of the ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer unit is preferably 0.5% by weight or more, more preferably 1% by weight or more, even more preferably 2% by weight or more, preferably Is 10% by weight or less, more preferably 8% by weight or less, and even more preferably 7% by weight or less.
  • the particulate binder polymer may contain any repeating unit other than those described above as long as the effects of the present invention are not significantly impaired.
  • monomers corresponding to the above arbitrary repeating units include vinyl cyanide monomers, unsaturated carboxylic acid alkyl ester monomers, unsaturated monomers containing hydroxyalkyl groups, and unsaturated monomers. Examples thereof include carboxylic acid amide monomers. One of these may be used alone, or two or more of these may be used in combination at any ratio.
  • vinyl cyanide monomers examples include acrylonitrile, methacrylonitrile, ⁇ -chloroacrylonitrile, and ⁇ -ethylacrylonitrile. Of these, acrylonitrile and methacrylonitrile are preferable. One of these may be used alone, or two or more of these may be used in combination at any ratio.
  • unsaturated carboxylic acid alkyl ester monomers include methyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl acrylate, ethyl methacrylate, butyl acrylate, glycidyl methacrylate, dimethyl fumarate, diethyl fumarate, dimethyl maleate, diethyl maleate, dimethyl itaco Nates, monomethyl fumarate, monoethyl fumarate, and 2-ethylhexyl acrylate. Of these, methyl methacrylate is preferable. One of these may be used alone, or two or more of these may be used in combination at any ratio.
  • Examples of unsaturated monomers containing hydroxyalkyl groups include ⁇ -hydroxyethyl acrylate, ⁇ -hydroxyethyl methacrylate, hydroxypropyl acrylate, hydroxypropyl methacrylate, hydroxybutyl acrylate, hydroxybutyl methacrylate, 3-chloro-2- Examples include hydroxypropyl methacrylate, di- (ethylene glycol) maleate, di- (ethylene glycol) itaconate, 2-hydroxyethyl maleate, bis (2-hydroxyethyl) maleate, and 2-hydroxyethyl methyl fumarate. Of these, ⁇ -hydroxyethyl acrylate is preferred. One of these may be used alone, or two or more of these may be used in combination at any ratio.
  • unsaturated carboxylic acid amide monomers include acrylamide, methacrylamide, N-methylol acrylamide, N-methylol methacrylamide, and N, N-dimethylacrylamide. Of these, acrylamide and methacrylamide are preferable. One of these may be used alone, or two or more of these may be used in combination at any ratio.
  • the particulate binder polymer may contain monomers used in ordinary emulsion polymerization, such as ethylene, propylene, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl chloride, vinylidene chloride, and the like. One of these may be used alone, or two or more of these may be used in combination at any ratio.
  • the weight average molecular weight of the particulate binder polymer is preferably 10,000 or more, more preferably 20,000 or more, preferably 1,000,000 or less, more preferably 500,000 or less.
  • the weight average molecular weight of the particulate binder polymer can be determined by gel permeation chromatography (GPC) as a value in terms of polystyrene using tetrahydrofuran as a developing solvent.
  • the glass transition temperature of the particulate binder is preferably ⁇ 75 ° C. or higher, more preferably ⁇ 55 ° C. or higher, particularly preferably ⁇ 35 ° C. or higher, preferably 40 ° C. or lower, more preferably 30 ° C. or lower, even more preferably. Is 20 ° C. or lower, particularly preferably 15 ° C. or lower.
  • the particulate binder is water-insoluble polymer particles. Therefore, in the slurry composition for a secondary battery negative electrode of the present invention, the particulate binder is not dissolved in water as a solvent but dispersed as particles.
  • the polymer being water-insoluble means that the insoluble content becomes 90% by weight or more when 0.5 g of the polymer is dissolved in 100 g of water at 25 ° C.
  • a polymer being water-soluble means that at 25 ° C., 0.5 g of the polymer is dissolved in 100 g of water and the insoluble content is less than 0.5% by weight.
  • the number average particle diameter of the particulate binder is preferably 50 nm or more, more preferably 70 nm or more, preferably 500 nm or less, more preferably 400 nm or less.
  • the presence of particles can be easily measured by transmission electron microscopy, Coulter counter, laser diffraction scattering, or the like.
  • the particulate binder is produced, for example, by polymerizing a monomer composition containing the above-described monomer in an aqueous solvent to form polymer particles.
  • the ratio of each monomer in the monomer composition is usually a repeating unit in the particulate binder polymer (for example, an aliphatic conjugated diene monomer unit, an aromatic vinyl monomer unit, and an ethylenic monomer unit). The ratio of unsaturated carboxylic acid monomer units).
  • the aqueous solvent is not particularly limited as long as the particles of the particulate binder can be dispersed.
  • the aqueous solvent for the polymerization can be selected from aqueous solvents having a boiling point at normal pressure of preferably 80 ° C. or higher, more preferably 100 ° C. or higher, preferably 350 ° C. or lower, more preferably 300 ° C. or lower. Examples of the aqueous solvent will be given below. In the following examples, the number in parentheses after the solvent name is the boiling point (unit: ° C) at normal pressure, and the value after the decimal point is a value rounded off or rounded down.
  • aqueous solvents examples include water (100); ketones such as diacetone alcohol (169) and ⁇ -butyrolactone (204); ethyl alcohol (78), isopropyl alcohol (82), and normal propyl alcohol (97).
  • Alcohols propylene glycol monomethyl ether (120), methyl cellosolve (124), ethyl cellosolve (136), ethylene glycol tertiary butyl ether (152), butyl cellosolve (171), 3-methoxy-3-methyl-1-butanol (174), Ethylene glycol monopropyl ether (150), diethylene glycol monobutyl pyrether (230), triethylene glycol monobutyl ether (271), dipropylene glycol monomethyl ether (18 Glycol ethers, etc.); and 1,3-dioxolane (75), 1,4-dioxolane (101), ethers such as tetrahydrofuran (66) and the like.
  • water is particularly preferred from the viewpoint that it is not flammable and a dispersion of particulate binder particles can be easily obtained.
  • Water may be used as the main solvent, and an aqueous solvent other than the above-described water may be mixed and used within a range in which the dispersed state of the particulate binder particles can be ensured.
  • the polymerization method is not particularly limited, and any method such as a solution polymerization method, a suspension polymerization method, a bulk polymerization method, and an emulsion polymerization method can be used.
  • the polymerization method any method such as ionic polymerization, radical polymerization, and living radical polymerization can be used. It is easy to obtain a high molecular weight body, and since the polymer is obtained in a state of being dispersed in water as it is, no redispersion treatment is required, and it is directly used for producing the slurry composition for secondary battery negative electrode according to the present invention.
  • the emulsion polymerization method is particularly preferable from the viewpoint of production efficiency.
  • the emulsion polymerization method is usually performed by a conventional method.
  • the method is described in “Experimental Chemistry Course” Vol. 28, (Publisher: Maruzen Co., Ltd., edited by The Chemical Society of Japan). That is, water, an additive such as a dispersant, an emulsifier, a crosslinking agent, a polymerization initiator, and a monomer are added to a sealed container equipped with a stirrer and a heating device so as to have a predetermined composition, and the composition in the container
  • a product is stirred to emulsify monomers and the like in water, and the temperature is increased while stirring to initiate polymerization.
  • it is the method of putting into a sealed container and starting reaction similarly.
  • polymerization initiators examples include organic compounds such as lauroyl peroxide, diisopropyl peroxydicarbonate, di-2-ethylhexyl peroxydicarbonate, t-butyl peroxypivalate, 3,3,5-trimethylhexanoyl peroxide, and the like. Peroxides; azo compounds such as ⁇ , ⁇ ′-azobisisobutyronitrile; ammonium persulfate; and potassium persulfate.
  • a polymerization initiator may be used individually by 1 type, and may be used combining two or more types by arbitrary ratios.
  • Emulsifiers, dispersants, polymerization initiators, and the like are generally used in these polymerization methods, and the amount used is generally the amount generally used.
  • seed polymerization may be performed using seed particles.
  • the polymerization temperature and the polymerization time can be arbitrarily selected depending on the polymerization method and the kind of the polymerization initiator. Usually, the polymerization temperature is about 30 ° C. or more, and the polymerization time is about 0.5 to 30 hours. Further, additives such as amines may be used as a polymerization aid.
  • the aqueous dispersion of the particulate binder obtained by these methods is obtained by, for example, alkali metal (for example, Li, Na, K, Rb, Cs) hydroxide, ammonia, inorganic ammonium compound (for example, NH 4 Cl).
  • alkali metal for example, Li, Na, K, Rb, Cs
  • ammonia for example, NH 4 Cl
  • a basic aqueous solution containing an organic amine compound for example, ethanolamine, diethylamine, etc.
  • pH may be adjusted preferably in the range of 5 to 10, more preferably 5 to 9.
  • pH adjustment with an alkali metal hydroxide is preferable because it improves the binding property (peel strength) between the current collector and the negative electrode active material.
  • the particulate binder may be a composite polymer particle composed of two or more kinds of polymers.
  • the composite polymer particles are prepared by polymerizing at least one monomer component by a conventional method, then polymerizing at least one other monomer component, and polymerizing by a conventional method (two-stage polymerization method), etc. Can also be obtained. In this way, by polymerizing the monomer stepwise, it is possible to obtain core-shell structured particles having a core layer present inside the particle and a shell layer covering the core layer.
  • the binder composition for a secondary battery negative electrode of the present invention includes a water-soluble polymer having an acidic functional group (hereinafter sometimes simply referred to as “water-soluble polymer”).
  • the water-soluble polymer having an acidic functional group can be prepared by polymerizing a monomer composition containing an acidic functional group-containing monomer and, if necessary, any other monomer. By such a method, a water-soluble polymer containing an acidic functional group-containing monomer unit can be prepared, and this can be used as the water-soluble polymer of the binder composition for a secondary battery negative electrode of the present invention.
  • acidic functional group-containing monomers include phosphate group-containing monomers, sulfonic acid group-containing monomers, and carboxyl group-containing monomers, and carboxyl group-containing monomers are particularly preferable. .
  • the phosphate group-containing monomer is a monomer having a phosphate group and a polymerizable group that can be copolymerized with another monomer.
  • a monomer having a group —OP ( ⁇ O) (— OR 4 ) —OR 5 group R 4 and R 5 are independently a hydrogen atom, An organic group), or a salt thereof.
  • the organic group as R 4 and R 5 include an aliphatic group such as an octyl group, an aromatic group such as a phenyl group, and the like.
  • the compound containing a phosphate group and an allyloxy group, and a phosphate group containing (meth) acrylic acid ester can be mentioned, for example.
  • the compound containing a phosphate group and an allyloxy group include 3-allyloxy-2-hydroxypropane phosphate.
  • Examples of phosphoric acid group-containing (meth) acrylic acid esters include dioctyl-2-methacryloyloxyethyl phosphate, diphenyl-2-methacryloyloxyethyl phosphate, monomethyl-2-methacryloyloxyethyl phosphate, dimethyl-2-methacryloyloxy Ethyl phosphate, monoethyl-2-methacryloyloxyethyl phosphate, diethyl-2-methacryloyloxyethyl phosphate, monoisopropyl-2-methacryloyloxyethyl phosphate, diisopropyl-2-methacryloyloxyethyl phosphate, mono n-butyl-2 -Methacryloyloxyethyl phosphate, di-n-butyl-2-methacryloyloxyethyl phosphate, monobutoxyethyl-2-methacryloyloxy
  • a phosphate group containing monomer may be used individually by 1 type, and may be used combining two or more types by arbitrary ratios. Therefore, the water-soluble polymer according to the present invention may contain only one type of phosphoric acid group-containing monomer unit, or may contain two or more types in combination at any ratio.
  • the sulfonic acid group-containing monomer is a monomer having a sulfonic acid group and a polymerizable group that can be copolymerized with other monomers.
  • sulfonic acid group-containing monomers include sulfonic acid group-containing monomers having no functional groups other than sulfonic acid groups and polymerizable groups, or salts thereof, sulfonic acid groups, and polymerizable groups.
  • these may be used individually by 1 type and may be used combining two or more types by arbitrary ratios. Therefore, the water-soluble polymer according to the present invention may contain only one type of sulfonic acid group-containing monomer unit, or may contain two or more types in combination at any ratio.
  • sulfonic acid group-containing monomer having no functional group other than the sulfonic acid group and the polymerizable group examples include a monomer obtained by sulfonating one of conjugated double bonds of a diene compound such as isoprene and butadiene. Vinyl sulfonic acid, styrene sulfonic acid, allyl sulfonic acid, sulfoethyl methacrylate, sulfopropyl methacrylate, sulfobutyl methacrylate and the like.
  • salt lithium salt, sodium salt, potassium salt etc. are mentioned, for example. In addition, these may be used individually by 1 type and may be used combining two or more types by arbitrary ratios.
  • Examples of the monomer containing an amide group in addition to a sulfonic acid group and a polymerizable group include 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (AMPS).
  • AMPS 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid
  • salt lithium salt, sodium salt, potassium salt etc. are mentioned, for example. In addition, these may be used individually by 1 type and may be used combining two or more types by arbitrary ratios.
  • Examples of the monomer containing a hydroxyl group in addition to a sulfonic acid group and a polymerizable group include 3-allyloxy-2-hydroxypropanesulfonic acid (HAPS).
  • HAPS 3-allyloxy-2-hydroxypropanesulfonic acid
  • the salt lithium salt, sodium salt, potassium salt etc. are mentioned, for example. In addition, these may be used individually by 1 type and may be used combining two or more types by arbitrary ratios.
  • styrenesulfonic acid 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (AMPS) and salts thereof are preferable.
  • AMPS 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid
  • the ratio of the sulfonic acid group-containing monomer unit in the water-soluble polymer is preferably 0.1% by weight or more, more preferably 0.5% by weight or more, preferably 10%, based on the total amount of the water-soluble polymer. % By weight or less, more preferably 5% by weight or less.
  • the carboxyl group-containing monomer can be a monomer having a carboxyl group and a polymerizable group.
  • Specific examples of the carboxyl group-containing monomer include an ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer.
  • Examples of the ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer include ethylenically unsaturated monocarboxylic acid and derivatives thereof, ethylenically unsaturated dicarboxylic acid and acid anhydrides thereof, and derivatives thereof.
  • Examples of ethylenically unsaturated monocarboxylic acids include acrylic acid, methacrylic acid, and crotonic acid.
  • Examples of derivatives of ethylenically unsaturated monocarboxylic acids include 2-ethylacrylic acid, isocrotonic acid, ⁇ -acetoxyacrylic acid, ⁇ -trans-aryloxyacrylic acid, ⁇ -chloro- ⁇ -E-methoxyacrylic acid, And ⁇ -diaminoacrylic acid.
  • Examples of ethylenically unsaturated dicarboxylic acids include maleic acid, fumaric acid, and itaconic acid.
  • Examples of acid anhydrides of ethylenically unsaturated dicarboxylic acids include maleic anhydride, acrylic anhydride, methyl maleic anhydride, and dimethyl maleic anhydride.
  • Examples of derivatives of ethylenically unsaturated dicarboxylic acids include methylmaleic acid, dimethylmaleic acid, phenylmaleic acid, chloromaleic acid, dichloromaleic acid, fluoromaleic acid and the like methylallyl maleate; and diphenyl maleate, nonyl maleate And maleate esters such as decyl maleate, dodecyl maleate, octadecyl maleate and fluoroalkyl maleate.
  • ethylenically unsaturated monocarboxylic acids such as acrylic acid and methacrylic acid are preferable. It is because the dispersibility with respect to water of the obtained water-soluble polymer can be improved more.
  • the acidic functional group-containing monomer one type may be used alone, or two or more types may be used in combination at any ratio. Accordingly, the water-soluble polymer according to the present invention may contain only one kind of acidic functional group-containing monomer unit, or may contain two or more kinds in combination at any ratio.
  • the ratio of the acidic functional group-containing monomer unit in the water-soluble polymer is preferably 25% by weight or more, more preferably 30% by weight or more, preferably 60% by weight or less, more preferably 55% by weight or less, More preferably, it is 50 weight% or less.
  • the ratio of the acidic functional group-containing monomer unit is preferably 25% by weight or more, more preferably 30% by weight or more, preferably 60% by weight or less, more preferably 55% by weight or less, More preferably, it is 50 weight% or less.
  • the water-soluble polymer can have other arbitrary units in addition to the acidic functional group-containing monomer unit.
  • arbitrary units include fluorine-containing (meth) acrylate monomer units, crosslinkable monomer units, reactive surfactant units, or combinations thereof. These units are repeating units obtained by polymerizing a fluorine-containing (meth) acrylic acid ester monomer, a crosslinkable monomer, and a reactive surfactant monomer, respectively.
  • fluorine-containing (meth) acrylic acid ester monomer examples include monomers represented by the following formula (I).
  • R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group.
  • R 2 represents a hydrocarbon group containing a fluorine atom.
  • the carbon number of the hydrocarbon group is preferably 1 or more, and preferably 18 or less.
  • the number of fluorine atoms contained in R 2 may be one or two or more.
  • fluorine-containing (meth) acrylic acid ester monomers represented by formula (I) include (meth) acrylic acid alkyl fluoride, (meth) acrylic acid fluoride aryl, and (meth) acrylic acid fluoride.
  • Aralkyl is mentioned. Of these, alkyl fluoride (meth) acrylate is preferable. Specific examples of such monomers include 2,2,2-trifluoroethyl (meth) acrylate, ⁇ - (perfluorooctyl) ethyl (meth) acrylate, 2,2, (meth) acrylic acid.
  • the water-soluble polymer according to the present invention may contain only one type of fluorine-containing (meth) acrylic acid ester monomer unit, or may contain two or more types in combination at any ratio. .
  • the ratio of fluorine-containing (meth) acrylic acid ester monomer units in the water-soluble polymer is preferably 1% by weight or more, more preferably 2% by weight or more, still more preferably 5% by weight or more, preferably 20%. % By weight or less, more preferably 15% by weight or less, and even more preferably 10% by weight or less.
  • the water-soluble polymer can be given wettability to the electrolytic solution, and the low-temperature output characteristics are improved. Can be made. Furthermore, the water-soluble polymer which has a desired glass transition temperature and molecular weight distribution can be obtained by adjusting suitably the ratio of a fluorine-containing (meth) acrylic acid ester monomer unit within the said range.
  • the crosslinkable monomer a monomer capable of forming a crosslinked structure upon polymerization can be used.
  • the crosslinkable monomer include monomers having two or more reactive groups per molecule. More specifically, a monofunctional monomer having a heat-crosslinkable crosslinkable group and one olefinic double bond per molecule, and a polyfunctional having two or more olefinic double bonds per molecule. Ionic monomers.
  • the thermally crosslinkable group contained in the monofunctional monomer include an epoxy group, an N-methylolamide group, an oxetanyl group, an oxazoline group, and combinations thereof. Among these, an epoxy group is more preferable in terms of easy adjustment of crosslinking and crosslinking density.
  • crosslinkable monomer having an epoxy group as a thermally crosslinkable group and having an olefinic double bond examples include vinyl glycidyl ether, allyl glycidyl ether, butenyl glycidyl ether, o-allylphenyl glycidyl.
  • Unsaturated glycidyl ethers such as ether; butadiene monoepoxide, chloroprene monoepoxide, 4,5-epoxy-2-pentene, 3,4-epoxy-1-vinylcyclohexene, 1,2-epoxy-5,9-cyclododecadiene Monoepoxides of dienes or polyenes such as; alkenyl epoxides such as 3,4-epoxy-1-butene, 1,2-epoxy-5-hexene, 1,2-epoxy-9-decene; and glycidyl acrylate, glycidyl methacrylate, Glycidyl crotonate, Unsaturated carboxylic acids such as glycidyl-4-heptenoate, glycidyl sorbate, glycidyl linoleate, glycidyl-4-methyl-3-pentenoate, glycidyl este
  • crosslinkable monomer having an N-methylolamide group as a thermally crosslinkable group and having an olefinic double bond have a methylol group such as N-methylol (meth) acrylamide (meta ) Acrylamides.
  • crosslinkable monomer having an oxetanyl group as a thermally crosslinkable group and having an olefinic double bond examples include 3-((meth) acryloyloxymethyl) oxetane, 3-((meth) Acryloyloxymethyl) -2-trifluoromethyloxetane, 3-((meth) acryloyloxymethyl) -2-phenyloxetane, 2-((meth) acryloyloxymethyl) oxetane, and 2-((meth) acryloyloxymethyl) ) -4-Trifluoromethyloxetane.
  • crosslinkable monomer having an oxazoline group as a heat crosslinkable group and having an olefinic double bond examples include 2-vinyl-2-oxazoline, 2-vinyl-4-methyl-2- Oxazoline, 2-vinyl-5-methyl-2-oxazoline, 2-isopropenyl-2-oxazoline, 2-isopropenyl-4-methyl-2-oxazoline, 2-isopropenyl-5-methyl-2-oxazoline, and 2-isopropenyl-5-ethyl-2-oxazoline.
  • polyfunctional monomers having two or more olefinic double bonds per molecule examples include allyl (meth) acrylate, ethylene di (meth) acrylate, diethylene glycol di (meth) acrylate, triethylene glycol di (meth) ) Acrylate, tetraethylene glycol di (meth) acrylate, trimethylolpropane-tri (meth) acrylate, dipropylene glycol diallyl ether, polyglycol diallyl ether, triethylene glycol divinyl ether, hydroquinone diallyl ether, tetraallyloxyethane, trimethylol Examples include propane-diallyl ether, allyl or vinyl ethers of other multifunctional alcohols, triallylamine, methylenebisacrylamide, and divinylbenzene. It is.
  • crosslinkable monomer ethylene dimethacrylate, allyl glycidyl ether, and glycidyl methacrylate can be particularly preferably used.
  • the ratio of the crosslinkable monomer units in the water-soluble polymer is preferably 0.1% by weight or more, more preferably 0.2% by weight or more, still more preferably 0.5% by weight or more, preferably 2 % By weight or less, more preferably 1.5% by weight or less, and even more preferably 1% by weight or less.
  • the ratio of the crosslinkable monomer unit within the above range, the degree of swelling can be suppressed and the durability of the electrode can be enhanced.
  • the water-soluble polymer which has a desired glass transition temperature and molecular weight distribution can be obtained by adjusting suitably the ratio of a crosslinkable monomer unit within the said range.
  • the reactive surfactant monomer is a monomer having a polymerizable group that can be copolymerized with other monomers and having a surfactant group (hydrophilic group and hydrophobic group).
  • the reactive surfactant unit obtained by polymerization of the reactive surfactant monomer constitutes a part of the molecule of the water-soluble polymer and can function as a surfactant.
  • the reactive surfactant monomer has a polymerizable unsaturated group, and this group also acts as a hydrophobic group after polymerization.
  • the polymerizable unsaturated group that the reactive surfactant monomer has include a vinyl group, an allyl group, a vinylidene group, a propenyl group, an isopropenyl group, and an isobutylidene group.
  • the type of the polymerizable unsaturated group may be one type or two or more types.
  • the reactive surfactant monomer usually has a hydrophilic group as a portion that exhibits hydrophilicity.
  • Reactive surfactant monomers are classified into anionic, cationic and nonionic surfactants depending on the type of hydrophilic group.
  • Examples of the anionic hydrophilic group include —SO 3 M, —COOM, and —PO (OH) 2 .
  • M represents a hydrogen atom or a cation.
  • Examples of cations include alkali metal ions such as lithium, sodium and potassium; alkaline earth metal ions such as calcium and magnesium; ammonium ions; ammonium ions of alkylamines such as monomethylamine, dimethylamine, monoethylamine and triethylamine; and Examples include ammonium ions of alkanolamines such as monoethanolamine, diethanolamine, and triethanolamine.
  • Examples of the cationic hydrophilic group include —Cl, —Br, —I, and —SO 3 OR X.
  • R X represents an alkyl group. Examples of R X is methyl group, an ethyl group, a propyl group, and isopropyl group.
  • An example of a nonionic hydrophilic group is —OH.
  • Suitable reactive surfactant monomers include compounds represented by the following formula (II).
  • R represents a divalent linking group. Examples of R include —Si—O— group, methylene group and phenylene group.
  • R 3 represents a hydrophilic group. An example of R 3 includes —SO 3 NH 4 .
  • n is an integer of 1 or more and 100 or less.
  • a reactive surfactant monomer may be used individually by 1 type, and may be used combining two or more types by arbitrary ratios.
  • a suitable reactive surfactant has a polymerized unit based on ethylene oxide and a polymerized unit based on butylene oxide, and further has an alkenyl group having a terminal double bond and —SO 3 NH 4 at the terminal.
  • examples thereof include compounds (for example, trade names “Latemul PD-104” and “Latemul PD-105”, manufactured by Kao Corporation).
  • the ratio of reactive surfactant units in the water-soluble polymer is preferably 0.1% by weight or more, more preferably 0.2% by weight or more, still more preferably 0.5% by weight or more, preferably 5%. % By weight or less, more preferably 4% by weight or less, and even more preferably 2% by weight or less.
  • the dispersibility of the slurry composition for secondary battery negative electrodes can be improved by setting the ratio of the reactive surfactant units to the lower limit value or more of the above range.
  • the durability of the negative electrode can be improved by setting the ratio of the reactive surfactant unit to the upper limit of the above range.
  • Examples of arbitrary units that the water-soluble polymer may have are not limited to the fluorine-containing (meth) acrylic acid ester monomer unit, the crosslinkable monomer unit, and the reactive surfactant unit described above, Still other units may be included. Specific examples include (meth) acrylic acid ester monomer units other than fluorine-containing (meth) acrylic acid ester monomer units.
  • a (meth) acrylic acid ester monomer unit is a repeating unit obtained by polymerizing a (meth) acrylic acid ester monomer. However, among the (meth) acrylate monomers, those containing fluorine are distinguished from (meth) acrylate monomers as fluorine-containing (meth) acrylate monomers.
  • Examples of (meth) acrylic acid ester monomers include methyl acrylate, ethyl acrylate, n-propyl acrylate, isopropyl acrylate, n-butyl acrylate, t-butyl acrylate, pentyl acrylate, hexyl acrylate, heptyl acrylate, octyl acrylate, Acrylic acid alkyl esters such as 2-ethylhexyl acrylate, nonyl acrylate, decyl acrylate, lauryl acrylate, n-tetradecyl acrylate, stearyl acrylate; and methyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-propyl methacrylate, isopropyl methacrylate, n-butyl methacrylate, t -Butyl methacrylate, pentyl methacrylate, hexyl methacrylate, heptyl
  • (Meth) acrylic acid ester monomer may be used alone or in combination of two or more at any ratio. Therefore, the water-soluble polymer according to the present invention may contain only one type of (meth) acrylic acid ester monomer unit, or may contain two or more types in combination at any ratio.
  • the ratio of the (meth) acrylic acid ester monomer unit is preferably 30% by weight or more, more preferably 35% by weight or more, still more preferably 40% by weight or more, Moreover, it is preferably 70% by weight or less.
  • the water-soluble polymer may have include units obtained by polymerizing the following monomers. That is, styrene monomers such as styrene, chlorostyrene, vinyl toluene, t-butyl styrene, vinyl benzoic acid, methyl vinyl benzoate, vinyl naphthalene, chloromethyl styrene, hydroxymethyl styrene, ⁇ -methyl styrene, divinyl benzene, etc .; Amide monomers such as acrylamide; ⁇ , ⁇ -unsaturated nitrile compound monomers such as acrylonitrile and methacrylonitrile; Olefin monomers such as ethylene and propylene; Halogen atom-containing monomers such as vinyl chloride and vinylidene chloride Monomer; vinyl ester monomers such as vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, vinyl benzoate; vinyl ether monomers such as methyl vinyl chloride and sty
  • the glass transition temperature of the water-soluble polymer is 30 ° C. or higher, preferably 35 ° C. or higher, more preferably 40 ° C. or higher, while 80 ° C. or lower, preferably 75 ° C. or lower, more preferably. Is 70 ° C. or lower.
  • Such a glass transition temperature is generally in a lower range than that of a water-soluble polymer used in a conventional secondary battery negative electrode binder composition.
  • the water-soluble polymer in the binder composition for secondary battery negative electrode of the present invention is a mixture of many kinds of molecules having different molecular weights, and thus has a molecular weight distribution.
  • the ratio of the number of molecules having a molecular weight of 100,000 or more is 30% or less, preferably 25% or less, more preferably. 20% or less.
  • the lower limit of the ratio of the number of molecules having a molecular weight of 100,000 or more is not particularly limited, but can be, for example, 10% or more.
  • the adhesion between the electrode and the current collector can be structured, and the high-temperature storage characteristics and low-temperature output characteristics of the battery are improved.
  • the effects of the present invention can be obtained.
  • the upper limit of the molecular weight of molecules having a molecular weight of 100,000 or more is not particularly limited, but can be 1,000,000 or less.
  • the ratio of the number of molecules having a molecular weight of 100 or more and 1,000 or less is 0.1% or more, preferably 0.5.
  • the ratio of the number of molecules having a molecular weight of 100 or more and 1,000 or less to the upper limit value or less the durability of the electrode active material layer can be maintained in a favorable range.
  • the effects of the present invention such as improvement of the high-temperature storage characteristics and low-temperature output characteristics of the battery can be obtained.
  • the water-soluble polymer when the water-soluble polymer has the glass transition temperature in the predetermined range and the predetermined molecular weight distribution, characteristics such as high-temperature storage characteristics and low-temperature output characteristics of the obtained battery can be improved.
  • the following can be considered as the reason. That is, in the negative electrode, the active material expands and contracts with charge and discharge, but the water-soluble polymer has a low glass transition temperature and a number average molecular weight higher than a certain level, so that the expansion and contraction are performed over a wide temperature range. It can be deformed following the above.
  • the electrode active material surface can be coated at a high coating ratio in the electrode active material layer.
  • the particulate binder and the water-soluble polymer can flexibly follow the deformation while firmly bonding the electrode active material particles.
  • the adhesion between the negative electrode and the current collector and the adhesion between the electrode active material particles in the negative electrode are improved, and the durability of the negative electrode during use of the battery is improved. Characteristics such as characteristics can be improved.
  • the number average molecular weight of the water-soluble polymer is in the range of more than 1,000 and less than 100,000, preferably 1500 or more, more preferably 2000 or more, while preferably 80000 or less, more preferably 60000 or less. . By setting the number average molecular weight within this range, the effects of the present invention described above can be obtained.
  • the number average molecular weight of the water-soluble polymer and its distribution can be determined by GPC as a value in terms of polystyrene using a solution obtained by dissolving 0.85 g / ml sodium nitrate in a 10% by volume aqueous solution of dimethylformamide as a developing solvent. .
  • the water-soluble polymer can be produced by any production method.
  • a monomer composition containing an acidic functional group-containing monomer and a monomer that gives other arbitrary units as necessary is polymerized in an aqueous solvent to produce a water-soluble polymer.
  • the ratio of each monomer in the monomer composition is usually a repeating unit in a water-soluble polymer (for example, an acidic functional group-containing monomer unit, a crosslinkable monomer unit, a fluorine-containing (meth) acrylic acid).
  • the ratio of the ester monomer unit and the reactive surfactant unit is the same.
  • the glass transition temperature of the water-soluble polymer can be adjusted by combining various monomers. Therefore, a water-soluble polymer having a desired glass transition temperature can be obtained by appropriately selecting the type and ratio of the monomer.
  • the molecular weight distribution of the water-soluble polymer can be adjusted by adding a molecular weight modifier to the reaction system as needed, in addition to appropriately selecting the type and ratio of the monomer. Specifically, in a normal polymerization reaction in which no molecular weight regulator is added, when the ratio of the number of molecules having a molecular weight of 100 to 1,000 is less than 0.1%, a certain molecular weight regulator is added to the reaction system. By adding, the ratio can be increased to 0.1% or more.
  • Molecular weight regulators that can be used in the production of water-soluble polymers include t-dodecyl mercaptan (TDM), ⁇ -methylstyrene dimer ( ⁇ -MSD), terpinolene, allyl alcohol, allylamine, sodium allyl sulfonate (potassium). And sodium methallylsulfonate (potassium).
  • TDM t-dodecyl mercaptan
  • ⁇ -MSD ⁇ -methylstyrene dimer
  • terpinolene allyl alcohol, allylamine, sodium allyl sulfonate (potassium).
  • sodium methallylsulfonate potassium methallylsulfonate
  • the amount added when the molecular weight modifier is added to the reaction system is preferably 0.1 parts by weight or more, more preferably 0 with respect to 100 parts by weight of the monomer composition.
  • both the glass transition temperature and the molecular weight distribution can be adjusted to a desired range.
  • the kind of the aqueous solvent used for the polymerization reaction can be the same as in the production of the particulate binder, for example.
  • the procedure for the polymerization reaction can be the same as the procedure for producing the particulate binder except that a molecular weight modifier is added to the reaction system as necessary.
  • the reaction liquid which usually contains a water-soluble polymer in an aqueous solvent is obtained.
  • the reaction solution thus obtained is usually acidic, and the water-soluble polymer is often dispersed in an aqueous solvent.
  • the water-soluble polymer dispersed in the aqueous solvent as described above can usually be made soluble in the aqueous solvent by adjusting the pH of the reaction solution to, for example, 7 to 13.
  • water is used as an aqueous solvent, and a slurry composition for a secondary battery negative electrode is produced using a water-soluble polymer dissolved in the water, and the slurry composition for a secondary battery negative electrode is used.
  • a negative electrode can be manufactured.
  • the above-mentioned reaction solution containing a water-soluble polymer in an aqueous solvent is alkalized to pH 7 to pH 13, whereby the handleability of the aqueous solution can be improved and the coating property of the slurry composition for secondary battery negative electrode Can be improved.
  • Examples of the method for alkalinizing to pH 7 to pH 13 include alkali metal aqueous solutions such as lithium hydroxide aqueous solution, sodium hydroxide aqueous solution and potassium hydroxide aqueous solution; alkaline earth metal aqueous solutions such as calcium hydroxide aqueous solution and magnesium hydroxide aqueous solution; A method of adding an alkaline aqueous solution such as an aqueous ammonia solution may be mentioned.
  • One kind of the alkaline aqueous solution may be used alone, or two or more kinds may be used in combination at any ratio.
  • the binder composition for a secondary battery negative electrode of the present invention may comprise only a particulate binder and a water-soluble polymer, but may contain other optional components as necessary.
  • a surfactant may be included separately.
  • a surfactant for example, sodium dodecylbenzenesulfonate can be used.
  • the content ratio of the particulate binder and the water-soluble polymer in the binder composition for secondary battery negative electrode of the present invention is not particularly limited, and the slurry composition for secondary battery negative electrode of the present invention and the secondary battery of the present invention described later. It can adjust suitably to the ratio suitable for preparing the negative electrode for manufacture.
  • the weight ratio of the particulate binder / water-soluble polymer is preferably 99.5 / 0.5 to 80/20, more preferably 99/1 to 85/15, and 98/2 to Even more preferably, it is 90/10. By setting these ratios within this range, it is possible to achieve both the adhesion between the electrode active material layer and the current collector and the durability of the battery.
  • the negative electrode for a secondary battery of the present invention includes the binder composition for a negative electrode of the secondary battery of the present invention and a negative electrode active material.
  • the negative electrode of the present invention includes a current collector and a negative electrode active material layer formed on the surface of the current collector, and the electrode active material layer includes the binder composition for a negative electrode of the secondary battery and the negative electrode active material. including.
  • the negative electrode active material is an electrode active material for a negative electrode, and is a material that transfers electrons in the negative electrode of the secondary battery.
  • a material that can occlude and release lithium is usually used as the negative electrode active material.
  • the material that can occlude and release lithium include a metal-based active material, a carbon-based active material, and an active material that combines these materials.
  • the metal-based active material is an active material containing a metal, and usually contains an element capable of inserting lithium (also referred to as dope) in the structure, and the theoretical electric capacity per weight when lithium is inserted is 500 mAh.
  • the upper limit of the theoretical electric capacity is not particularly limited, but may be, for example, 5000 mAh / g or less.
  • the metal-based active material for example, lithium metal, a single metal that forms a lithium alloy and an alloy thereof, and oxides, sulfides, nitrides, silicides, carbides, phosphides, and the like thereof are used.
  • the single metal forming the lithium alloy examples include single metals such as Ag, Al, Ba, Bi, Cu, Ga, Ge, In, Ni, P, Pb, Sb, Si, Sn, Sr, Zn, and Ti. Can be mentioned. Moreover, as a single metal alloy which forms a lithium alloy, the compound containing the said single metal is mentioned, for example. Among these, silicon (Si), tin (Sn), lead (Pb), and titanium (Ti) are preferable, and silicon, tin, and titanium are more preferable. Accordingly, a single metal of silicon (Si), tin (Sn), or titanium (Ti), an alloy containing these single metals, or a compound of these metals is preferable.
  • the metallic active material may further contain one or more nonmetallic elements.
  • the insertion of lithium at low potential and desorption (also called de-dope) capable SiO x, SiC and SiO x C y is preferred.
  • SiO x C y can be obtained by firing a polymer material containing silicon.
  • the range of 0.8 ⁇ x ⁇ 3 and 2 ⁇ y ⁇ 4 is preferably used in view of the balance between capacity and cycle characteristics.
  • Lithium metal, elemental metal forming lithium alloy and oxides, sulfides, nitrides, silicides, carbides and phosphides of the alloys include oxides, sulfides, nitrides and silicides of lithium-insertable elements Products, carbides, phosphides and the like.
  • an oxide is particularly preferable.
  • a lithium-containing metal composite oxide containing an oxide such as tin oxide, manganese oxide, titanium oxide, niobium oxide, and vanadium oxide and a metal element selected from the group consisting of Si, Sn, Pb, and Ti atoms is used. .
  • Li x Ti y M z O 4 As the lithium-containing metal composite oxide, a lithium titanium composite oxide represented by Li x Ti y M z O 4 (0.7 ⁇ x ⁇ 1.5, 1.5 ⁇ y ⁇ 2.3, 0 ⁇ z ⁇ 1.6, and M represents an element selected from the group consisting of Na, K, Co, Al, Fe, Ti, Mg, Cr, Ga, Cu, Zn, and Nb.), Li x Mn y M A lithium manganese composite oxide represented by z O 4 (x, y, z and M are the same as defined in the lithium titanium composite oxide). Among these, Li 4/3 Ti 5/3 O 4 , Li 1 Ti 2 O 4 , Li 4/5 Ti 11/5 O 4 , and Li 4/3 Mn 5/3 O 4 are preferable.
  • an active material containing silicon is preferable as the metal-based active material.
  • an active material containing silicon By using an active material containing silicon, the electric capacity of the secondary battery can be increased.
  • an active material containing silicon expands and contracts greatly (for example, about 5 times) with charge and discharge.
  • battery performance due to expansion and contraction of an active material containing silicon is increased. The decrease can be prevented by the water-soluble polymer according to the present invention.
  • the active materials containing silicon SiC, SiO x and SiO x C y are preferred.
  • an active material containing a combination of these Si and C when Li is inserted into and desorbed from Si (silicon) at a high potential, and Li is inserted into and desorbed from C (carbon) at a low potential Guessed. For this reason, since expansion and contraction are suppressed as compared with other metal-based active materials, the charge / discharge cycle characteristics of the secondary battery can be improved.
  • the carbon-based active material refers to an active material having carbon as a main skeleton into which lithium can be inserted, and examples thereof include a carbonaceous material and a graphite material.
  • the carbonaceous material is generally a carbon material with low graphitization (ie, low crystallinity) obtained by carbonizing a carbon precursor by heat treatment at 2000 ° C. or lower. Although the minimum of the said heat processing is not specifically limited, For example, it is good also as 500 degreeC or more.
  • Examples of the carbonaceous material include graphitizable carbon that easily changes the carbon structure depending on the heat treatment temperature, and non-graphitic carbon having a structure close to an amorphous structure typified by glassy carbon.
  • Examples of the graphitizable carbon include carbon materials made from tar pitch obtained from petroleum or coal. Specific examples include coke, mesocarbon microbeads (MCMB), mesophase pitch carbon fibers, pyrolytic vapor grown carbon fibers, and the like.
  • MCMB is carbon fine particles obtained by separating and extracting mesophase microspheres generated in the process of heating pitches at around 400 ° C.
  • the mesophase pitch-based carbon fiber is a carbon fiber using as a raw material mesophase pitch obtained by growing and coalescing the mesophase microspheres.
  • Pyrolytic vapor-grown carbon fibers are (1) a method of pyrolyzing acrylic polymer fibers, etc., (2) a method of spinning by spinning a pitch, or (3) using nanoparticles such as iron as a catalyst.
  • non-graphitizable carbon examples include phenol resin fired bodies, polyacrylonitrile-based carbon fibers, pseudo-isotropic carbon, furfuryl alcohol resin fired bodies (PFA), and hard carbon.
  • the graphite material is a graphite material having high crystallinity close to that of graphite obtained by heat-treating graphitizable carbon at 2000 ° C. or higher.
  • the upper limit of the said heat processing temperature is not specifically limited, For example, it is good also as 5000 degrees C or less.
  • Examples of the graphite material include natural graphite and artificial graphite.
  • Examples of artificial graphite include artificial graphite mainly heat-treated at 2800 ° C. or higher, graphitized MCMB heat-treated at 2000 ° C. or higher, graphitized mesophase pitch-based carbon fiber heat-treated mesophase pitch-based carbon fiber at 2000 ° C. or higher, etc. Is mentioned.
  • carbonaceous materials are preferable.
  • the resistance of the secondary battery can be reduced, and a secondary battery having excellent input / output characteristics can be manufactured.
  • the negative electrode active material one type may be used alone, or two or more types may be used in combination at any ratio.
  • the negative electrode active material is preferably particle-sized.
  • a higher density electrode can be formed during electrode molding.
  • the volume average particle size is appropriately selected in consideration of other constituent requirements of the secondary battery, and is preferably 0.1 ⁇ m or more, more preferably 1 ⁇ m or more, and even more preferably 5 ⁇ m. It is above, Preferably it is 100 micrometers or less, More preferably, it is 50 micrometers or less, More preferably, it is 20 micrometers or less.
  • the 50% cumulative volume diameter of the negative electrode active material particles is preferably 1 ⁇ m or more, more preferably 15 ⁇ m or more, and preferably 50 ⁇ m or less, from the viewpoint of improving battery characteristics such as initial efficiency, load characteristics, and cycle characteristics. Preferably it is 30 micrometers or less.
  • the 50% cumulative volume diameter can be obtained as a particle diameter at which the cumulative volume calculated from the small diameter side in the measured particle size distribution is 50% by measuring the particle size distribution by a laser diffraction method.
  • the tap density of the negative electrode active material is not particularly limited, but 0.6 g / cm 3 or more is preferably used.
  • the specific surface area of the negative electrode active material is preferably 2 m 2 / g or more, more preferably 3 m 2 / g or more, still more preferably 5 m 2 / g or more, and preferably 20 m 2 / g from the viewpoint of improving the output density.
  • it is more preferably 15 m 2 / g or less, and still more preferably 10 m 2 / g or less.
  • the specific surface area of the negative electrode active material can be measured by, for example, the BET method.
  • the content ratio of the negative electrode active material and the secondary battery negative electrode binder composition in the negative electrode of the present invention is not particularly limited, but the amount of the secondary battery negative electrode binder composition with respect to 100 parts by weight of the negative electrode active material is preferably 0.00. 1 part by weight or more, more preferably 0.5 part by weight or more, and preferably 10 parts by weight or less, more preferably 5.0 parts by weight or less.
  • the negative electrode active material layer may contain other components in addition to the above-described secondary battery negative electrode binder composition and negative electrode active material.
  • the component include a viscosity modifier, a conductive agent, a reinforcing material, a leveling agent, and an electrolyte solution additive.
  • a substance such as a molecular weight modifier used in the production of the water-soluble polymer may be contained within a range that does not significantly adversely affect the performance of the battery.
  • these components may be used individually by 1 type, and may be used combining two or more types by arbitrary ratios.
  • the viscosity modifier is a component used for adjusting the viscosity of the slurry composition for secondary battery negative electrode of the present invention to improve the dispersibility and coating property of the slurry composition for secondary battery negative electrode.
  • the viscosity modifier contained in the secondary battery negative electrode slurry composition remains in the negative electrode active material layer.
  • a water-soluble polysaccharide as the viscosity modifier.
  • polysaccharides include natural polymer compounds and cellulose semisynthetic polymer compounds.
  • a viscosity modifier may be used individually by 1 type, and may be used combining two or more types by arbitrary ratios.
  • natural polymer compounds include plant- and animal-derived polysaccharides and proteins. Moreover, the natural high molecular compound by which the fermentation process by the microorganisms etc., the process by heat
  • Examples of plant-based natural high molecular compounds include gum arabic, gum tragacanth, galactan, guar gum, carob gum, caraya gum, carrageenan, pectin, cannan, quince seed (malmello), alque colloid (gasso extract), starch (rice, corn, potato) , Derived from wheat, etc.), glycyrrhizin and the like.
  • Examples of animal-based natural polymer compounds include collagen, casein, albumin, and gelatin.
  • examples of the microbial natural polymer compound include xanthan gum, dextran, succinoglucan, and bullulan.
  • Cellulosic semisynthetic polymer compounds can be classified into nonionic, anionic and cationic.
  • Nonionic cellulose semisynthetic polymer compounds include, for example, alkylcelluloses such as methylcellulose, methylethylcellulose, ethylcellulose, and microcrystalline cellulose; hydroxyethylcellulose, hydroxybutylmethylcellulose, hydroxypropylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, hydroxyethylmethylcellulose, hydroxy And hydroxyalkylcelluloses such as propylmethylcellulose stearoxy ether, carboxymethylhydroxyethylcellulose, alkylhydroxyethylcellulose, and nonoxynylhydroxyethylcellulose;
  • anionic cellulose semi-synthetic polymer compound examples include alkyl celluloses obtained by substituting the above nonionic cellulose semi-synthetic polymer compound with various derivative groups, and sodium salts and ammonium salts thereof. Specific examples include sodium cellulose sulfate, methyl cellulose, methyl ethyl cellulose, ethyl cellulose, carboxymethyl cellulose (CMC) and salts thereof.
  • Examples of the cationic cellulose semisynthetic polymer compound include low nitrogen hydroxyethyl cellulose dimethyl diallylammonium chloride (polyquaternium-4), O- [2-hydroxy-3- (trimethylammonio) propyl] hydroxyethyl cellulose (polyquaternium). -10) and O- [2-hydroxy-3- (lauryldimethylammonio) propyl] hydroxyethyl cellulose (polyquaternium-24).
  • cellulose-based semi-synthetic polymer compounds sodium salts thereof and ammonium salts thereof are preferable because they can have cationic, anionic and amphoteric characteristics.
  • anionic cellulose semisynthetic polymer compounds are particularly preferable from the viewpoint of dispersibility of the negative electrode active material.
  • the degree of etherification of the cellulose semisynthetic polymer compound is preferably 0.5 or more, more preferably 0.6 or more, preferably 1.0 or less, more preferably 0.8 or less.
  • the degree of etherification refers to the degree of substitution of hydroxyl groups (three) per anhydroglucose unit in cellulose with a substitution product such as a carboxymethyl group.
  • the degree of etherification can theoretically take a value of 0-3.
  • the degree of etherification is in the above range, the cellulose semi-synthetic polymer compound is adsorbed on the surface of the negative electrode active material and is compatible with water, so it has excellent dispersibility, and the negative electrode active material is the primary particle. Fine dispersion to level.
  • the average degree of polymerization of the viscosity modifier calculated from the intrinsic viscosity obtained from an Ubbelohde viscometer is preferably 500 or more, more preferably 1000. Or more, preferably 2500 or less, more preferably 2000 or less, and particularly preferably 1500 or less.
  • the average degree of polymerization of the viscosity modifier may affect the fluidity of the slurry composition for a negative electrode of the secondary battery of the present invention, the film uniformity of the negative electrode active material layer, and the process in the process. By setting the average degree of polymerization within the above range, the stability of the slurry composition for secondary battery negative electrode of the present invention over time can be improved, and coating without agglomerates and thickness unevenness can be achieved.
  • the amount of the viscosity modifier is preferably 0 part by weight or more and preferably 0.5 part by weight or less with respect to 100 parts by weight of the negative electrode active material.
  • the conductive agent is a component that improves electrical contact between the negative electrode active materials. By including the conductive agent, the discharge rate characteristics of the secondary battery of the present invention can be improved.
  • conductive agent for example, acetylene black, ketjen black, carbon black, graphite, vapor grown carbon fiber, conductive carbon such as carbon nanotube, and the like can be used.
  • One type of conductive agent may be used alone, or two or more types may be used in combination at any ratio.
  • the amount of the conductive agent is preferably 1 to 20 parts by weight, more preferably 1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the negative electrode active material.
  • the reinforcing material for example, various inorganic and organic spherical, plate, rod or fiber fillers can be used. By using the reinforcing material, a tough and flexible negative electrode can be obtained, and a secondary battery exhibiting excellent long-term cycle characteristics can be realized.
  • the amount of the reinforcing material is preferably 0.01 parts by weight or more, more preferably 1 part by weight or more, preferably 20 parts by weight or less, more preferably 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the negative electrode active material. It is as follows. By setting the amount of the reinforcing agent in the above range, the secondary battery can exhibit high capacity and high load characteristics.
  • leveling agent examples include surfactants such as alkyl surfactants, silicone surfactants, fluorine surfactants, and metal surfactants.
  • the amount of the leveling agent is preferably 0.01 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the negative electrode active material.
  • the leveling agent is in the above range, the productivity, smoothness, and battery characteristics during the production of the negative electrode are excellent.
  • a surfactant the dispersibility of the negative electrode active material and the like can be improved in the slurry composition for a negative electrode of a secondary battery, and the smoothness of the negative electrode obtained thereby can be improved.
  • Examples of the electrolytic solution additive include vinylene carbonate. By using the electrolytic solution additive, for example, decomposition of the electrolytic solution can be suppressed.
  • the amount of the electrolytic solution additive is preferably 0.01 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the negative electrode active material. By setting the amount of the electrolytic solution additive in the above range, a secondary battery excellent in cycle characteristics and high temperature characteristics can be realized.
  • the negative electrode active material layer may contain nanoparticles, such as fumed silica and fumed alumina, for example.
  • nanoparticles such as fumed silica and fumed alumina
  • the amount of the nanoparticles is preferably 0.01 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the negative electrode active material.
  • the negative electrode of this invention is equipped with the negative electrode active material layer containing the negative electrode active material mentioned above, the binder composition for secondary battery negative electrodes, and the other component used as needed.
  • This negative electrode active material layer is usually provided on the surface of the current collector.
  • the negative electrode active material layer can be provided on at least one side of the current collector, but is preferably provided on both sides.
  • the current collector for the negative electrode is not particularly limited as long as it has electrical conductivity and is electrochemically durable, but a metal material is preferable because of its heat resistance.
  • a metal material is preferable because of its heat resistance.
  • the material for the current collector for the negative electrode include iron, copper, aluminum, nickel, stainless steel, titanium, tantalum, gold, and platinum.
  • copper is particularly preferable as the current collector used for the secondary battery negative electrode.
  • One kind of the above materials may be used alone, or two or more kinds thereof may be used in combination at any ratio.
  • the shape of the current collector is not particularly limited, but a sheet shape having a thickness of about 0.001 mm to 0.5 mm is preferable.
  • the current collector is preferably used after roughening the surface in advance.
  • the roughening method include a mechanical polishing method, an electrolytic polishing method, and a chemical polishing method.
  • a mechanical polishing method usually, a polishing cloth with an abrasive particle fixed thereto, a grindstone, an emery buff, a wire brush provided with a steel wire or the like is used.
  • an intermediate layer may be formed on the surface of the current collector in order to increase the adhesive strength and conductivity of the negative electrode active material layer.
  • a negative electrode active material layer is provided on the surface of the current collector.
  • the thickness of the negative electrode active material layer is preferably 5 ⁇ m or more, more preferably 30 ⁇ m or more, preferably 300 ⁇ m or less, more preferably 250 ⁇ m or less. When the thickness of the negative electrode active material layer is in the above range, load characteristics and cycle characteristics can be improved.
  • the content ratio of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer is preferably 85% by weight or more, more preferably 88% by weight or more, preferably 99% by weight or less, more preferably 97% by weight or less.
  • the water content in the negative electrode active material layer is preferably 1000 ppm or less, and more preferably 500 ppm or less.
  • the amount of water can be measured by a known method such as the Karl Fischer method.
  • Such a low water content can be achieved by appropriately adjusting the composition of the units in the water-soluble polymer.
  • the water content can be reduced by setting the fluorine-containing (meth) acrylic acid ester monomer unit in the range of 0.5 to 20% by weight, preferably 1 to 10% by weight.
  • the manufacturing method of the negative electrode for secondary batteries of the present invention (hereinafter referred to as “the manufacturing method of the negative electrode of the present invention” as appropriate) is not particularly limited, for example, (I) the slurry composition for secondary battery negative electrode of the present invention is used.
  • a composite particle is prepared from the slurry composition for a negative electrode of a secondary battery, and this is supplied onto a current collector to form a sheet, and if desired, further roll-pressed to form a negative electrode active material layer (dry molding method) ) And the like.
  • the slurry composition for secondary battery negative electrode of the present invention is a slurry composition containing a negative electrode active material, a particulate binder, a water-soluble polymer and water.
  • the slurry composition for secondary battery negative electrodes of this invention may contain components other than a negative electrode active material, a particulate-form binder, a water-soluble polymer, and water as needed.
  • the amount of the negative electrode active material, the particulate binder, the water-soluble polymer, and the components included as necessary is usually the same as the amount of each component included in the negative electrode active material layer.
  • a part of the water-soluble polymer is usually dissolved in water, but another part of the water-soluble polymer is present on the surface of the negative electrode active material.
  • the negative electrode active material is covered with a stable layer of a water-soluble polymer, and the dispersibility of the negative electrode active material in the solvent is improved.
  • the slurry composition for secondary battery negative electrodes of this invention has the favorable coating property at the time of apply
  • Water functions as a solvent or a dispersion medium in the slurry composition for the negative electrode of the secondary battery, disperses the negative electrode active material, disperses the particulate binder, and dissolves the water-soluble polymer.
  • a liquid other than water may be used as a solvent in combination with water.
  • the type of liquid to be combined with water is preferably selected from the viewpoint of drying speed and environment.
  • Preferred examples include cycloaliphatic hydrocarbons such as cyclopentane and cyclohexane; aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene; ketones such as ethyl methyl ketone and cyclohexanone; ethyl acetate, butyl acetate, ⁇ -butyrolactone, Esters such as ⁇ -caprolactone; Acylonitriles such as acetonitrile and propionitrile; Ethers such as tetrahydrofuran and ethylene glycol diethyl ether: Alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, ethylene glycol, and ethylene glycol monomethyl ether; N— Examples include amides such as methylpyrrolidone and N, N-dimethylformamide, among which N-methylpyrrolidone (NMP) is preferable.
  • the concentration of the solid content of the slurry composition for secondary battery negative electrode of the present invention is preferably 30% by weight or more, more preferably 40% by weight or more, preferably 90% by weight or less, more preferably It is used by adjusting to an amount of 80% by weight or less.
  • the slurry composition for secondary battery negative electrode of the present invention may be produced by mixing the negative electrode active material, the binder composition for secondary battery negative electrode and water, and components used as necessary.
  • the mixing method is not particularly limited, and examples thereof include a method using a mixing apparatus such as a stirring type, a shaking type, and a rotary type.
  • a method using a dispersion kneader such as a homogenizer, a ball mill, a sand mill, a roll mill, a planetary mixer, and a planetary kneader can be used.
  • the method of coating the slurry composition for secondary battery negative electrode of the present invention on the surface of the current collector is not particularly limited.
  • the method include a doctor blade method, a dip method, a reverse roll method, a direct roll method, a gravure method, an extrusion method, and a brush coating method.
  • drying method examples include drying with warm air, hot air, low-humidity air, vacuum drying, and drying by irradiation with (far) infrared rays or electron beams.
  • the drying time is preferably 5 minutes to 30 minutes, and the drying temperature is preferably 40 ° C. to 180 ° C.
  • the composite particles in the dry molding method are prepared from the slurry composition for secondary battery negative electrode of the present invention, the secondary battery negative electrode binder composition and the negative electrode active contained in the slurry composition. Particles with integrated substances are formed. Specifically, the negative electrode active material and the particulate binder constituting the slurry composition do not exist as separate independent particles, but the negative electrode active material, the particulate binder and the water-soluble polymer which are constituent components are included. One particle is formed by two or more components included. Specifically, a plurality of individual particles of the two or more components are combined to form secondary particles, and a plurality (preferably several to several tens) of negative electrode active materials are formed into a particulate binder. It is preferable that the particles are bound to form particles. By forming the negative electrode active material layer using composite particles, the peel strength of the obtained secondary battery negative electrode can be further increased, and the internal resistance can be reduced.
  • the composite particles suitably used in the dry molding method granulate the secondary battery negative electrode slurry composition including the secondary battery negative electrode binder composition of the present invention, the negative electrode active material, and a conductive agent used as necessary. It is manufactured by.
  • the granulation method of the composite particles is not particularly limited, and is a spray drying granulation method, a rolling bed granulation method, a compression granulation method, a stirring granulation method, an extrusion granulation method, a crushing granulation method, a fluidized bed. It can be produced by a known granulation method such as a granulation method, a fluidized bed multifunctional granulation method, a pulse combustion drying method, or a melt granulation method.
  • the spray-drying granulation method is preferable because composite particles in which the binder composition for the secondary battery negative electrode and the conductive agent are unevenly distributed near the surface can be easily obtained.
  • the secondary battery negative electrode of the present invention can be obtained with high productivity Moreover, the internal resistance of the secondary battery negative electrode can be further reduced.
  • the slurry composition for secondary battery negative electrode of the present invention is spray dried and granulated to obtain composite particles.
  • Spray drying is performed by spraying and drying the slurry composition in hot air.
  • An atomizer is mentioned as an apparatus used for spraying the slurry composition.
  • the rotating disk system is a system in which the slurry composition is introduced almost at the center of the disk rotating at high speed, and the slurry composition is released from the disk by the centrifugal force of the disk, and the slurry composition is made into a mist at that time. .
  • the rotational speed of the disk depends on the size of the disk, but is preferably 5,000 to 40,000 rpm, more preferably 15,000 to 40,000 rpm. The lower the rotational speed of the disk, the larger the spray droplets and the larger the weight average particle diameter of the resulting composite particles.
  • the rotating disk type atomizer include a pin type and a vane type, and a pin type atomizer is preferable.
  • a pin-type atomizer is a type of centrifugal spraying device that uses a spraying plate, and the spraying plate has a plurality of spraying rollers removably mounted on a concentric circle along its periphery between upper and lower mounting disks.
  • the slurry composition is introduced from the center of the spray disc, adheres to the spraying roller by centrifugal force, moves outward on the roller surface, and finally sprays away from the roller surface.
  • the pressurization method is a method in which the slurry composition is pressurized and sprayed from a nozzle to be dried.
  • the temperature of the slurry composition to be sprayed is usually room temperature, but may be heated to room temperature or higher.
  • the hot air temperature during spray drying is preferably 80 to 250 ° C., more preferably 100 to 200 ° C.
  • the method of blowing hot air is not particularly limited, for example, a method in which the hot air and the spray direction flow in the horizontal direction, a method in which the hot air is sprayed at the top of the drying tower and descends with the hot air, and the sprayed droplets and hot air are in countercurrent contact. And a system in which sprayed droplets first flow in parallel with hot air and then drop by gravity to make countercurrent contact.
  • the sphericity is preferably 80% or more, more preferably 90% or more.
  • the minor axis diameter Ls and the major axis diameter Ll are values measured from a transmission electron micrograph image.
  • the volume average particle diameter of the composite particles suitably used in the dry molding method is preferably in the range of 10 to 100 ⁇ m, more preferably 20 to 80 ⁇ m, and even more preferably 30 to 60 ⁇ m.
  • the volume average particle diameter can be measured using a laser diffraction particle size distribution analyzer.
  • the feeder used in the step of supplying the composite particles onto the current collector is not particularly limited, but is preferably a quantitative feeder capable of supplying the composite particles quantitatively.
  • the quantitative feeder preferably used for the dry molding method has a CV value of preferably 2 or less.
  • Specific examples of the quantitative feeder include a gravity feeder such as a table feeder and a rotary feeder, and a mechanical force feeder such as a screw feeder and a belt feeder. Of these, the rotary feeder is preferred.
  • the current collector and the supplied composite particles are pressurized with a pair of rolls to form a negative electrode active material layer on the current collector.
  • the composite particles heated as necessary are formed into a sheet-like negative electrode active material layer with a pair of rolls.
  • the temperature of the supplied composite particles is preferably 40 to 160 ° C., more preferably 70 to 140 ° C. When composite particles in this temperature range are used, there is no slip of the composite particles on the surface of the press roll, and the composite particles are continuously and uniformly supplied to the press roll. A negative electrode active material layer with little variation can be obtained.
  • the molding temperature is preferably 0 to 200 ° C., preferably higher than the melting point or glass transition temperature of the particulate binder used in the present invention, and more preferably 20 ° C. or more higher than the melting point or glass transition temperature.
  • the forming speed is preferably greater than 0.1 m / min, more preferably 35 to 70 m / min.
  • the press linear pressure between the press rolls is preferably 0.2 to 30 kN / cm, more preferably 0.5 to 10 kN / cm.
  • the arrangement of the pair of rolls is not particularly limited, but is preferably arranged substantially horizontally or substantially vertically.
  • the current collector is continuously supplied between a pair of rolls, and the composite particles are supplied to at least one of the rolls so that the composite particles are supplied to the gap between the current collector and the rolls.
  • the negative electrode active material layer can be formed by pressurization.
  • the current collector is transported in the horizontal direction, the composite particles are supplied onto the current collector, and the supplied composite particles are leveled with a blade or the like as necessary.
  • the negative electrode active material layer can be formed by supplying between a pair of rolls and applying pressure.
  • the coating method (I) after applying and drying the slurry composition for secondary battery negative electrode on the surface of the current collector, if necessary, for example, using a die press or a roll press, It is preferable to apply a pressure treatment to the material layer.
  • the porosity is preferably 5% or more, more preferably 7% or more, preferably 30% or less, more preferably 20% or less.
  • the negative electrode active material layer contains a curable polymer
  • the secondary battery of the present invention includes the negative electrode of the present invention.
  • the secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, and a separator, and the negative electrode is the negative electrode of the present invention. Since the negative electrode of the present invention is provided, the secondary battery of the present invention can suppress swelling of the negative electrode accompanying charging / discharging, or make it difficult to reduce the capacity even when stored in a high temperature environment.
  • the high-temperature cycle characteristics and low-temperature output characteristics of the secondary battery of the present invention can also be improved, and the adhesion of the negative electrode active material layer to the current collector can be improved.
  • the positive electrode usually includes a current collector and a positive electrode active material layer including a positive electrode active material and a positive electrode binder formed on the surface of the current collector.
  • the current collector of the positive electrode is not particularly limited as long as it is a material having electrical conductivity and electrochemical durability.
  • the current collector for the positive electrode for example, the current collector used for the negative electrode of the present invention may be used. Among these, aluminum is particularly preferable.
  • the positive electrode active material for example, when the secondary battery of the present invention is a lithium ion secondary battery, a material capable of inserting and removing lithium ions is used.
  • Such positive electrode active materials are roughly classified into those made of inorganic compounds and those made of organic compounds.
  • Examples of the positive electrode active material made of an inorganic compound include transition metal oxides, transition metal sulfides, lithium-containing composite metal oxides of lithium and transition metals, and the like.
  • Examples of the transition metal include Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, and Mo.
  • transition metal oxide examples include MnO, MnO 2 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , TiO 2 , Cu 2 V 2 O 3 , amorphous V 2 O—P 2 O 5 , MoO 3 , V 2 O 5 , V 6 O 13 and the like can be mentioned. Among them, MnO, V 2 O 5 , V 6 O 13 and TiO 2 are preferable from the viewpoint of cycle stability and capacity.
  • transition metal sulfide examples include TiS 2 , TiS 3 , amorphous MoS 2 , FeS, and the like.
  • lithium-containing composite metal oxide examples include a lithium-containing composite metal oxide having a layered structure, a lithium-containing composite metal oxide having a spinel structure, and a lithium-containing composite metal oxide having an olivine structure.
  • lithium-containing composite metal oxide having a layered structure examples include lithium-containing cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium-containing nickel oxide (LiNiO 2 ), lithium composite oxide of Co—Ni—Mn, Ni—Mn— Examples thereof include lithium composite oxides of Al and lithium composite oxides of Ni—Co—Al.
  • lithium-containing composite metal oxide having a spinel structure examples include Li [Mn 3/2 M 1/2 ] O 4 in which lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) or a part of Mn is substituted with another transition metal. (Where M is Cr, Fe, Co, Ni, Cu, etc.).
  • lithium-containing composite metal oxide having an olivine type structure examples include Li X MPO 4 (wherein M is Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mg, Zn, V, Ca, Sr, Ba, Ti).
  • Examples of the positive electrode active material made of an organic compound include conductive polymer compounds such as polyacetylene and poly-p-phenylene.
  • the positive electrode active material which consists of a composite material which combined the inorganic compound and the organic compound.
  • a composite material covered with a carbon material may be produced by reducing and firing an iron-based oxide in the presence of a carbon source material, and this composite material may be used as a positive electrode active material.
  • Iron-based oxides tend to have poor electrical conductivity, but can be used as a high-performance positive electrode active material by using a composite material as described above.
  • you may use as a positive electrode active material what carried out the element substitution of the said compound partially.
  • the positive electrode active material one type may be used alone, or two or more types may be used in combination at any ratio.
  • the average particle diameter of the positive electrode active material particles is preferably 1 ⁇ m or more, more preferably 2 ⁇ m or more, preferably 50 ⁇ m or less, more preferably 30 ⁇ m or less.
  • the average particle diameter of the positive electrode active material particles is preferably 1 ⁇ m or more, more preferably 2 ⁇ m or more, preferably 50 ⁇ m or less, more preferably 30 ⁇ m or less.
  • the content ratio of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is preferably 90% by weight or more, more preferably 95% by weight or more, preferably 99.9% by weight or less, more preferably 99% by weight or less.
  • the positive electrode binder examples include resins such as polyethylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), polyacrylic acid derivatives, and polyacrylonitrile derivatives.
  • resins such as polyethylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), polyacrylic acid derivatives, and polyacrylonitrile derivatives.
  • a soft polymer such as an acrylic soft polymer, a diene soft polymer, an olefin soft polymer, or a vinyl soft polymer can be used.
  • the positive electrode binder one kind may be used alone, or two or more kinds may be used in combination at any ratio.
  • the positive electrode active material layer may contain components other than the positive electrode active material and the positive electrode binder, if necessary. Examples thereof include a viscosity modifier, a conductive agent, a reinforcing material, a leveling agent, an electrolytic solution additive, and the like. Moreover, these components may be used individually by 1 type, and may be used combining two or more types by arbitrary ratios.
  • the thickness of the positive electrode active material layer is preferably 5 ⁇ m or more, more preferably 10 ⁇ m or more, preferably 300 ⁇ m or less, more preferably 250 ⁇ m or less.
  • the thickness of the positive electrode active material layer is in the above range, high characteristics can be realized in both load characteristics and energy density.
  • the positive electrode can be manufactured, for example, in the same manner as the above-described negative electrode.
  • Electrolyte As the electrolytic solution, for example, a solution obtained by dissolving a lithium salt as a supporting electrolyte in a non-aqueous solvent may be used.
  • the lithium salt include LiPF 6 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , LiClO 4 , CF 3 SO 3 Li, C 4 F 9 SO 3 Li, CF 3 COOLi, (CF 3 CO) 2 NLi , (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, (C 2 F 5 SO 2 ) NLi, and other lithium salts.
  • LiPF 6 , LiClO 4 , and CF 3 SO 3 Li that are easily soluble in a solvent and exhibit a high degree of dissociation are preferably used.
  • One of these may be used alone, or two or more of these may be used in combination at any ratio.
  • the amount of the supporting electrolyte is preferably 1% by weight or more, more preferably 5% by weight or more, and preferably 30% by weight or less, more preferably 20% by weight or less with respect to the electrolytic solution. If the amount of the supporting electrolyte is too small or too large, the ionic conductivity is lowered, and the charging characteristics and discharging characteristics of the secondary battery may be lowered.
  • the solvent used in the electrolytic solution is not particularly limited as long as it can dissolve the supporting electrolyte.
  • the solvent include alkyl carbonates such as dimethyl carbonate (DMC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), and methyl ethyl carbonate (MEC); Esters such as butyrolactone and methyl formate; ethers such as 1,2-dimethoxyethane and tetrahydrofuran; sulfur-containing compounds such as sulfolane and dimethyl sulfoxide; In particular, dimethyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate are preferred because high ion conductivity is easily obtained and the use temperature range is wide.
  • a solvent may be used individually by 1 type and may be used combining two or more types by arbitrary ratios.
  • an additive may be included in the electrolytic solution as necessary.
  • carbonate compounds such as vinylene carbonate (VC) are preferable.
  • An additive may be used individually by 1 type and may be used combining two or more types by arbitrary ratios.
  • Examples of the electrolytic solution other than the above include a gel polymer electrolyte obtained by impregnating a polymer electrolyte such as polyethylene oxide and polyacrylonitrile with an electrolytic solution; an inorganic solid electrolyte such as lithium sulfide, LiI, and Li 3 N; Can do.
  • separator As the separator, a porous substrate having a pore portion is usually used.
  • separators include (a) a porous separator having pores, (b) a porous separator having a polymer coating layer formed on one or both sides, and (c) a porous resin coat containing inorganic ceramic powder. And a porous separator having a layer formed thereon. Examples of these are for solid polymer electrolytes such as polypropylene-based, polyethylene-based, polyolefin-based or aramid-based porous separators, polyvinylidene fluoride, polyethylene oxide, polyacrylonitrile or polyvinylidene fluoride hexafluoropropylene copolymer.
  • a polymer film for a gel polymer electrolyte a separator coated with a gelled polymer coat layer; a separator coated with a porous film layer composed of an inorganic filler and an inorganic filler dispersant; and the like.
  • the manufacturing method of the secondary battery of the present invention is not particularly limited.
  • the above-described negative electrode and positive electrode may be overlapped via a separator, and this may be wound or folded in accordance with the shape of the battery and placed in the battery container, and the electrolyte may be injected into the battery container and sealed.
  • an expanded metal; an overcurrent prevention element such as a fuse or a PTC element; a lead plate or the like may be inserted to prevent an increase in pressure inside the battery or overcharge / discharge.
  • the shape of the battery may be any of, for example, a laminate cell type, a coin type, a button type, a sheet type, a cylindrical type, a square type, and a flat type.
  • Adhesive strength The negative electrodes produced in Examples and Comparative Examples were cut into rectangles having a length of 100 mm and a width of 10 mm to obtain test pieces. A cellophane tape was affixed on the surface of the negative electrode active material layer of the test piece with the surface of the negative electrode active material layer facing down. At this time, a cellophane tape defined in JIS Z1522 was used. Moreover, the cellophane tape was fixed to the test bench. Then, the stress when one end of the current collector was pulled vertically upward at a pulling speed of 50 mm / min and peeled was measured. This measurement was performed 3 times, the average value was calculated
  • polystyrene As a standard substance for GPC, polystyrene was used, and as a developing solvent, a solution obtained by dissolving 0.85 g / ml sodium nitrate in a 10% by volume aqueous solution of dimethylformamide was used.
  • GPC measuring device HLC-8220GPC (manufactured by Tosoh Corporation)
  • Developing solvent A solution obtained by dissolving 0.85 g / ml sodium nitrate in a 10% by volume aqueous solution of dimethylformamide Flow rate: 0.6 mL / min
  • Injection volume 20 ⁇ l
  • Temperature 40 ° C
  • Detector Differential refractive index detector RI (HLC-8320 GPC RI detector manufactured by Tosoh Corporation)
  • Example 1 (1-1. Production of water-soluble polymer) In a 5 MPa pressure vessel with a stirrer, 32.5 parts of methacrylic acid (acidic functional group-containing monomer), 0.8 part of ethylene dimethacrylate (crosslinkable monomer), 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate (fluorine) Containing (meth) acrylic acid ester monomer) 7.5 parts, butyl acrylate (other monomer) 58.0 parts, polyoxyalkylene alkenyl ether ammonium sulfate (reactive surfactant monomer, manufactured by Kao, product) (Name "Latemul PD-104”) 1.2 parts, 0.6 parts of t-dodecyl mercaptan, 150 parts of ion-exchanged water, and 0.5 parts of potassium persulfate (polymerization initiator), and after stirring sufficiently, The polymerization was started by heating to 60 ° C.
  • methacrylic acid acidic functional group-containing monomer
  • aqueous sodium hydroxide solution After adding 5% aqueous sodium hydroxide solution to the mixture containing the particulate binder and adjusting the pH to 8, the unreacted monomer is removed by heating under reduced pressure, and then cooled to 30 ° C. or lower to obtain a desired content. An aqueous dispersion containing a particulate binder was obtained.
  • the slurry composition for secondary battery negative electrode obtained in the above (1-4) is dried on a 20 ⁇ m thick copper foil as a current collector with a comma coater so that the film thickness after drying becomes about 150 ⁇ m. And then dried. This drying was performed by conveying the copper foil in an oven at 60 ° C. at a speed of 0.5 m / min for 2 minutes. Then, the negative electrode original fabric was obtained by heat-processing at 120 degreeC for 2 minute (s). This negative electrode original fabric was rolled with a roll press to obtain a negative electrode having a negative electrode active material layer thickness of 80 ⁇ m. The adhesion strength of the obtained negative electrode was measured. The results are shown in Table 2.
  • a 40% aqueous dispersion of an acrylate polymer having a glass transition temperature Tg of ⁇ 40 ° C. and a number average particle diameter of 0.20 ⁇ m was prepared.
  • the acrylate polymer is a copolymer obtained by emulsion polymerization of a monomer mixture containing 78% by weight of 2-ethylhexyl acrylate, 20% by weight of acrylonitrile, and 2% by weight of methacrylic acid.
  • LiFePO 4 having a volume average particle size of 0.5 ⁇ m and having an olivine crystal structure as a positive electrode active material and a 1% aqueous solution of carboxymethyl cellulose (“BSH-12” manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.) as a dispersant
  • BSH-12 carboxymethyl cellulose
  • 1 part, a 40% aqueous dispersion of the above acrylate polymer as a positive electrode binder, 5 parts corresponding to the solid content, and ion-exchanged water were mixed.
  • the amount of ion-exchanged water was such that the total solid concentration was 40%.
  • the slurry composition for positive electrode was applied on a copper foil having a thickness of 20 ⁇ m, which is a current collector, with a comma coater so that the film thickness after drying was about 200 ⁇ m and dried. This drying was performed by conveying the copper foil in an oven at 60 ° C. at a speed of 0.5 m / min for 2 minutes. Thereafter, heat treatment was performed at 120 ° C. for 2 minutes to obtain a positive electrode raw material. This positive electrode raw material was rolled with a roll press to produce a positive electrode plate.
  • the positive electrode obtained in the above (1-6) was cut into a square of 4 ⁇ 4 cm 2 and arranged so that the surface on the current collector side was in contact with the aluminum packaging exterior.
  • the square separator obtained in (1-7) above was placed on the surface of the positive electrode active material layer of the positive electrode.
  • the negative electrode obtained in the above (1-5) was cut into a 4.2 ⁇ 4.2 cm 2 square, and this was placed on the separator so that the surface on the negative electrode active material layer side faces the separator.
  • Examples 2 to 11 In the production of the water-soluble polymer (1-1), the amounts of 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate, butyl acrylate, ethylene dimethacrylate, tert-dodecyl mercaptan and polyoxyalkylene alkenyl ether ammonium sulfate are shown in Tables 1 to Each component of the lithium ion secondary battery and the lithium ion secondary battery were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the changes were made as shown in FIG. The results are shown in Tables 1 and 2.
  • Examples 12 and 13 (12-1. Production of water-soluble polymer In the production of the water-soluble polymer (1-1) of Example 1, trifluoromethyl methacrylate (Example 12) or perfluorooctyl methacrylate (Example 13) was used instead of 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate. ) was added in the same manner as in Example 1 to obtain an aqueous solution containing a water-soluble polymer. About the obtained water-soluble polymer, glass transition temperature, molecular weight, and molecular weight distribution were measured. The results are shown in Tables 2 to 3.
  • Examples 14 and 15 In the production of the slurry composition for secondary battery negative electrode of (1-4), the addition amount of the aqueous dispersion containing a 5% aqueous solution of the particulate binder and the water-soluble polymer was changed, and the particulate binder and the water-soluble polymer were changed.
  • Each component of the lithium ion secondary battery and the lithium ion secondary battery were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the ratio of was as shown in Table 3. The results are shown in Table 3.
  • Example 16 In the production of the slurry composition for secondary battery negative electrode of (1-4), a lithium ion secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that SiOC was not added and the amount of artificial graphite was changed to 100 parts. Each component of the secondary battery and a lithium ion secondary battery were prepared and evaluated. The results are shown in Table 3.
  • Example 17 In the production of the slurry composition for secondary battery negative electrode of (1-4), a lithium ion secondary was prepared in the same manner as in Example 1 except that the addition amounts of artificial graphite and SiOC were changed to 90 parts and 10 parts, respectively. Each component of the battery and a lithium ion secondary battery were prepared and evaluated. The results are shown in Table 3.
  • Example 18 In the production of the water-soluble polymer of (1-1), sodium dodecyl diphenyl ether sulfonate was used as a surfactant in place of ammonium polyoxyalkylene alkenyl ether sulfate, and the amount of butyl acrylate was changed to 59.2 parts. Others were made in the same manner as in Example 1, and each component of the lithium ion secondary battery and the lithium ion secondary battery were produced and evaluated. The results are shown in Table 3.
  • Example 19 (19-1. Production of water-soluble polymer) In a 5 MPa pressure vessel with a stirrer, 32.5 parts of methacrylic acid (acidic functional group-containing monomer), 0.8 part of ethylene dimethacrylate (crosslinkable monomer), 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate (fluorine) Containing (meth) acrylic acid ester monomer) 7.5 parts, butyl acrylate (other monomers) 57.0 parts, styrene sulfonic acid (sulfonic acid group-containing monomer) 1 part, polyoxyalkylene alkenyl ether 1.2 parts ammonium sulfate (reactive surfactant monomer, manufactured by Kao, trade name “Latemul PD-104”), 0.6 part t-dodecyl mercaptan, 150 parts ion-exchanged water, and potassium persulfate (polymerization started) Agent) 0.5 part was added and sufficiently stirred, and then heated to 60
  • Example 1 As the aqueous solution containing the water-soluble polymer, (1-) of Example 1 was used except that the solution obtained in (C1-1) was used instead of the solution obtained in (1-1) of Example 1. In the same manner as in 2) to (1-8), each component of the lithium ion secondary battery and the lithium ion secondary battery were produced and evaluated. The results are shown in Table 4.
  • Comparative Example 4 Comparative Example 1 except that the amount of sodium dodecyl diphenyl ether sulfonate was changed to 3.5 parts and the amount of t-dodecyl mercaptan was changed to 1 part in the production of the water-soluble polymer (C1-1). Thus, each component of the lithium ion secondary battery and the lithium ion secondary battery were produced and evaluated. The results are shown in Table 4.
  • TDM tert-dodecyl mercaptan
  • EDMA ethylene dimethacrylate
  • TFEMA 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate
  • TFMMA trifluoromethyl methacrylate
  • PFOMA perfluorooctyl methacrylate
  • POAAE polyoxyalkylene alkenyl ether ammonium sulfate * 1: reactive surface activity
  • the agent monomer was not added. Instead, 1.2 parts of sodium dodecyl diphenyl ether sulfonate, which is a surfactant that is not a reactive monomer, was added.

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Abstract

 粒子状バインダー、および酸性官能基を有する水溶性重合体を含み、前記水溶性重合体のガラス転移温度が30℃~80℃であり、前記水溶性重合体において、分子量100,000以上の分子の個数の割合が30%以下であり、且つ分子量100以上1000以下の分子の個数の割合が0.1%以上10%以下である、二次電池負極用バインダー組成物;当該二次電池負極用バインダー組成物を含むスラリー組成物、二次電池用負極及び二次電池;並びにその製造方法。

Description

二次電池負極用バインダー組成物、二次電池用負極、二次電池負極用スラリー組成物、製造方法及び二次電池
 本発明は、二次電池負極用バインダー組成物、二次電池用負極、前記負極を製造するための二次電池負極用スラリー組成物、前記負極の製造方法、及び前記負極を備える二次電池に関する。
 近年、ノート型パソコン、携帯電話、PDA(Personal Digital Assistant)などの携帯端末の普及が著しい。これら携帯端末の電源として用いられている二次電池には、例えばニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池などが多用されている。携帯端末は、より快適な携帯性が求められて小型化、薄型化、軽量化および高性能化が急速に進み、その結果、携帯端末は様々な場で利用されるようになっている。また、二次電池に対しても、携帯端末に対するのと同様に、小型化、薄型化、軽量化および高性能化が要求されている。
 二次電池の高性能化のために、電極、電解液およびその他の電池部材の改良が検討されている。このうち、電極は、通常、水や有機溶媒等の溶媒にバインダー(結着剤)となる重合体を分散または溶解させた液状の組成物に、電極活物質および必要に応じて導電性カーボン等の導電剤を混合してスラリー組成物を得、このスラリー組成物を集電体に塗布し、乾燥して製造される。電極については、電極活物質及び集電体そのものの検討の他、電極活物質などを集電体に結着するためのバインダー、並びに各種の添加剤の検討も行われている。
 例えば、特許文献1には、ガラス転移点温度が-30~25℃で重量平均分子量が500,000~1,000,000であるアクリル系樹脂を非水溶媒に溶解又は分散させたバインダが開示されている。
 特許文献2には、芳香族イミド基とガラス転移点が30℃以下のポリマーを形成し得るソフトセグメントとを含有する所定の分子量のウレタン樹脂をバインダーとして用いることが開示されている。
 特許文献3には、-35℃以下のガラス転移温度と所定以下の分子量を有する重合体をバインダーとして用いることが開示されている。
特開2000-344838号公報 特開2000-200608号公報 特開平10-101883号公報(対応公報:欧州特許出願公開第0821368号明細書)
 従来の二次電池には、例えば60℃という高温環境や、-25℃という低温環境で保存すると容量が低下するものがあった。そこで、二次電池をこのような環境で保存した場合でも当該二次電池の容量の低下を抑制しうる技術の開発も望まれている。
 さらに、従来の二次電池においては、高温環境での充放電の繰り返しによる容量の低下を、より少なくする技術の開発も望まれている。また、上記の性能を向上させるため、二次電池用の電極の製造において、集電体と、集電体上に形成された電極活物質層との密着性を高めることが望まれ、且つ、均質な製品を効率的に製造することも望まれている。
 従って、本発明の目的は、高温環境及び低温環境のいずれで保存した場合でも容量が低下し難く、高温環境での充放電の繰り返しによる容量の低下が少ない二次電池を実現できる二次電池負極用バインダー組成物、二次電池用負極、前記の二次電池用負極を効率的に製造できる二次電池負極用スラリー組成物及び二次電池用負極の製造方法、並びに、前記の二次電池用負極を備えた二次電池を提供することにある。
 本発明者は前記の課題を解決するべく鋭意検討し、水を媒体とする二次電池用負極用バインダー組成物が含有する水溶性重合体の構造及び物性と二次電池の性能との関係に着目した。その結果、水溶性重合体として、従来より低い所定のガラス転移温度を有し、且つ所定の分子量分布を有するものを採用することにより、上記の課題を解決しうることを見出した。つまり、所定の低いガラス転移温度を有し、かつ所定の低分子量の分布を含む分子量分布を有することにより、活物質の膨張及び収縮への追随、及び活物質への密着などの諸条件を同時に満たす水溶性重合体としうることを見出した。本発明は、これらの知見に基づくものである。
 すなわち、本発明によれば以下の〔1〕~〔12〕が提供される。
〔1〕 粒子状バインダー、および酸性官能基を有する水溶性重合体を含み、
 前記水溶性重合体のガラス転移温度が30℃~80℃であり、
 前記水溶性重合体において、分子量100,000以上の分子の個数の割合が30%以下であり、且つ分子量100以上1000以下の分子の個数の割合が0.1%以上10%以下である、
 二次電池負極用バインダー組成物。
〔2〕 前記水溶性重合体が、フッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を含有し、前記水溶性重合体中の前記フッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の含有割合が1~20重量%である〔1〕記載の二次電池負極用バインダー組成物。
〔3〕 前記水溶性重合体が、架橋性単量体単位を含有し、前記水溶性重合体中の前記架橋性単量体単位の含有割合が0.1~2重量%である〔1〕または〔2〕記載の二次電池負極用バインダー組成物。
〔4〕 前記水溶性重合体が、反応性界面活性剤単位を含有し、前記水溶性重合体中の前記反応性界面活性剤単位の含有割合が0.1~5重量%である〔1〕~〔3〕のいずれか1項に記載の二次電池負極用バインダー組成物。
〔5〕 前記粒子状バインダーと前記水溶性重合体の含有割合が、粒子状バインダー/水溶性重合体=99.5/0.5~80/20(重量比)である〔1〕~〔4〕のいずれか1項に記載の二次電池負極用バインダー組成物。
〔6〕 〔1〕~〔5〕のいずれか1項に記載の二次電池負極用バインダー組成物および負極活物質を含む二次電池用負極。
〔7〕 前記負極活物質が、リチウムを吸蔵し、放出する金属を含む〔6〕に記載の二次電池用負極。
〔8〕 前記負極活物質が、Si含有化合物を含む〔6〕または〔7〕に記載の二次電池用負極。
〔9〕 負極活物質、〔1〕~〔5〕のいずれか1項に記載の二次電池負極用バインダー組成物および水を含む二次電池負極用スラリー組成物。
〔10〕 〔9〕に記載の二次電池負極用スラリー組成物を、集電体上に塗布し、乾燥することを含む二次電池用負極の製造方法。
〔11〕 正極、負極、電解液、及びセパレーターを備えるリチウムイオン二次電池であって、前記負極が〔6〕~〔8〕のいずれか1項に記載の二次電池用負極である二次電池。
 本発明の二次電池負極用バインダー組成物及びそれを含む本発明の二次電池用負極によれば、高温環境及び低温環境のいずれで保存した場合でも容量を低下し難くすることができ、且つ、高温環境での充放電の繰り返しによる容量の低下が少ない二次電池を実現できる。さらに、本発明の二次電池用負極は、集電体と負極活物質層との密着性が高く、且つ使用に際しての密着性の低下が少ないものとして容易に製造し得るので、上記の性能を満たしながら容易に製造しうる負極である。
 本発明の二次電池は、高温環境及び低温環境のいずれで保存した場合でも容量を低下し難く、且つ高温環境での充放電の繰り返しによる容量の低下が少ない。
 本発明の二次電池負極用スラリー組成物を用いれば、本発明の二次電池用負極を製造できる。特に、スラリーの安定性が高いため、スラリー中に分散している粒子の偏在などの発生が少なく、その結果、性能の高い電池を容易に製造することができる。
 本発明の二次電池用負極の製造方法によれば、本発明の二次電池用負極を製造できる。
 以下、本発明について実施形態及び例示物等を示して詳細に説明するが、本発明は以下に示す実施形態及び例示物等に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲及びその均等の範囲を逸脱しない範囲において任意に変更して実施してもよい。本明細書において、「(メタ)アクリル」は「アクリル」又は「メタクリル」を意味する。また、「正極活物質」とは正極用の電極活物質を意味し、「負極活物質」とは負極用の電極活物質を意味する。さらに、「正極活物質層」とは正極に設けられる電極活物質層を意味し、「負極活物質層」とは負極に設けられる電極活物質層を意味する。
 [1.二次電池負極用バインダー組成物]
 本発明の二次電池負極用バインダー組成物は、粒子状バインダー、および特定の水溶性重合体を含む。
 [1-1.粒子状バインダー]
 本発明のバインダー組成物が含有する粒子状バインダーは、負極において電極活物質を集電体の表面に結着させる成分である。本発明の負極では、粒子状バインダーが負極活物質を結着することにより、負極活物質層からの負極活物質の脱離が抑制される。また、粒子状バインダーは通常は負極活物質層に含まれる負極活物質以外の粒子をも結着し、負極活物質層の強度を維持する役割も果たしている。
 粒子状バインダーとしては、負極活物質を保持する性能に優れ、集電体に対する密着性が高いものを用いることが好ましい。通常、粒子状バインダーの材料としては重合体を用いる。粒子状バインダーの材料としての重合体(以下、単に「粒子状バインダー重合体」ということがある。)は、単独重合体でもよく、共重合体でもよい。中でも、脂肪族共役ジエン系単量体単位を含む重合体が好ましい。脂肪族共役ジエン系単量体単位は剛性が低く柔軟な繰り返し単位であるので、脂肪族共役ジエン系単量体単位を含む重合体を粒子状バインダーの材料として用いることにより、負極活物質層と集電体との十分な密着性を得ることができる。
 脂肪族共役ジエン系単量体単位は、脂肪族共役ジエン系単量体を重合して得られる繰り返し単位である。脂肪族共役ジエン系単量体の例としては、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、置換直鎖共役ペンタジエン類、並びに置換および側鎖共役ヘキサジエン類が挙げられる。中でも、1,3-ブタジエンが好ましい。
 粒子状バインダー重合体を製造するための単量体組成物は、1種類のみの脂肪族共役ジエン系単量体を含んでもよく、2種類以上の脂肪族共役ジエン系単量体を任意の比率で組み合わせて含んでもよい。したがって、粒子状バインダー重合体は、脂肪族共役ジエン系単量体単位を、1種類だけ含んでもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて含んでもよい。
 粒子状バインダー重合体において、脂肪族共役ジエン系単量体単位の比率は、好ましくは20重量%以上、より好ましくは25重量%以上であり、好ましくは50重量%以下、より好ましくは45重量%以下である。脂肪族共役ジエン系単量体単位の比率を前記範囲内とすることにより、膨潤度を抑制し、電極の耐久性を高めることができる。
 粒子状バインダー重合体は、芳香族ビニル系単量体単位を含むことが好ましい。芳香族ビニル系単量体単位は安定であり、当該芳香族ビニル系単量体単位を含む粒子状バインダー重合体の電解液への溶解性を低下させて負極活物質層を安定化させることができる。
 芳香族ビニル系単量体単位は、芳香族ビニル系単量体を重合して得られる繰り返し単位である。芳香族ビニル系単量体の例としては、スチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエン、及びジビニルベンゼンが挙げられる。中でも、スチレンが好ましい。粒子状バインダー重合体は、脂肪族共役ジエン系単量体単位及び芳香族ビニル系単量体単位の両方を含む重合体であることが好ましく、例えばスチレン・ブタジエン共重合体が好ましい。
 粒子状バインダー重合体を製造するための単量体組成物は、1種類のみの芳香族ビニル系単量体を含んでもよく、2種類以上の芳香族ビニル系単量体を任意の比率で組み合わせて含んでもよい。したがって、粒子状バインダー重合体は、芳香族ビニル系単量体単位を、1種類だけ含んでもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて含んでもよい。
 粒子状バインダー重合体の製造に、脂肪族共役ジエン系単量体及び芳香族ビニル系単量体を用いる場合、得られる粒子状バインダー重合体には、残留単量体として未反応の脂肪族共役ジエン系単量体及び未反応の芳香族ビニル系単量体が含まれることがある。その場合、粒子状バインダー重合体が含む未反応の脂肪族共役ジエン系単量体の量は、好ましくは50ppm以下、より好ましくは10ppm以下であり、粒子状バインダー重合体が含む未反応の芳香族ビニル系単量体の量は、好ましくは1000ppm以下、より好ましくは200ppm以下である。粒子状バインダー重合体が含む脂肪族共役ジエン系単量体の量が前記範囲内であると、本発明に係る二次電池負極用スラリー組成物を集電体の表面に塗布及び乾燥させて負極を製造する際に、負極の表面に発泡による荒れが生じたり、臭気による環境負荷を引き起こしたりすることを防止できる。また、粒子状バインダー重合体が含む芳香族ビニル系単量体の量が前記範囲内であると、乾燥条件に応じて生じる環境負荷及び負極表面の荒れを抑制でき、更には粒子状バインダー重合体の耐電解液性を高めることができる。
 粒子状バインダー重合体において、芳香族ビニル系単量体単位の比率は、好ましくは30重量%以上、より好ましくは35重量%以上であり、好ましくは79.5重量%以下、より好ましくは69重量%以下である。芳香族ビニル系単量体単位の比率を前記範囲の下限値以上とすることによって、本発明の二次電池用負極の耐電解液性を高めることができ、また、上限値以下とすることによって、本発明に係る二次電池負極用スラリー組成物を集電体に塗布した際に負極活物質層と集電体との十分な密着性を得ることができる。
 粒子状バインダー重合体は、エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位を含むことが好ましい。エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位は、負極活物質及び集電体への吸着性を高めるカルボキシル基(-COOH基)を含み、強度が高い繰り返し単位であるので、負極活物質層からの負極活物質の脱離を安定して防止でき、また、負極の強度を向上させることができる。
 エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位は、エチレン性不飽和カルボン酸単量体を重合して得られる繰り返し単位である。エチレン性不飽和カルボン酸単量体の例としては、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、イタコン酸などのモノカルボン酸及びジカルボン酸並びにその無水物が挙げられる。中でも、本発明に係る二次電池負極用スラリー組成物の安定性の観点から、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれる単量体が好ましい。
 粒子状バインダー重合体を製造するための単量体組成物は、1種類のみのエチレン性不飽和カルボン酸単量体を含んでもよく、2種類以上のエチレン性不飽和カルボン酸単量体を任意の比率で組み合わせて含んでもよい。したがって、粒子状バインダー重合体は、エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位を、1種類だけ含んでもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて含んでもよい。
 粒子状バインダー重合体において、エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位の比率は、好ましくは0.5重量%以上、より好ましくは1重量%以上、さらにより好ましくは2重量%以上であり、好ましくは10重量%以下、より好ましくは8重量%以下、さらにより好ましくは7重量%以下である。エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位の比率を前記範囲の下限値以上とすることによって、本発明に係る二次電池負極用スラリー組成物の安定性を高めることができ、また、上限値以下とすることによって、本発明に係る二次電池負極用スラリーの粘度が過度に高くなることを防止して取り扱い易くすることができる。
 粒子状バインダー重合体は、本発明の効果を著しく損なわない限り、上述した以外にも任意の繰り返し単位を含んでいてもよい。前記の任意の繰り返し単位に対応する単量体の例としては、シアン化ビニル系単量体、不飽和カルボン酸アルキルエステル単量体、ヒドロキシアルキル基を含有する不飽和単量体、及び不飽和カルボン酸アミド単量体が挙げられる。これらは1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 シアン化ビニル系単量体の例としては、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、及びα-エチルアクリロニトリルが挙げられる。中でも、アクリロニトリル、及びメタクリロニトリルが好ましい。これらは、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 不飽和カルボン酸アルキルエステル単量体の例としては、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、ブチルアクリレート、グリシジルメタクリレート、ジメチルフマレート、ジエチルフマレート、ジメチルマレエート、ジエチルマレエート、ジメチルイタコネート、モノメチルフマレート、モノエチルフマレート、及び2-エチルヘキシルアクリレートが挙げられる。中でも、メチルメタクリレートが好ましい。これらは、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 ヒドロキシアルキル基を含有する不飽和単量体の例としては、β-ヒドロキシエチルアクリレート、β-ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート、ヒドロキシブチルアクリレート、ヒドロキシブチルメタクリレート、3-クロロ-2-ヒドロキシプロピルメタクリレート、ジ-(エチレングリコール)マレエート、ジ-(エチレングリコール)イタコネート、2-ヒドロキシエチルマレエート、ビス(2-ヒドロキシエチル)マレエート、及び2-ヒドロキシエチルメチルフマレートが挙げられる。中でも、β-ヒドロキシエチルアクリレートが好ましい。これらは、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 不飽和カルボン酸アミド単量体の例としては、アクリルアミド、メタクリルアミド、N-メチロールアクリルアミド、N-メチロールメタクリルアミド、及びN,N-ジメチルアクリルアミドが挙げられる。中でも、アクリルアミド、及びメタクリルアミドが好ましい。これらは、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 さらに、粒子状バインダー重合体は、例えば、エチレン、プロピレン、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、塩化ビニル、塩化ビニリデン等、通常の乳化重合において使用される単量体を含んでもよい。これらは、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 粒子状バインダー重合体の重量平均分子量は、好ましくは10,000以上、より好ましくは20,000以上であり、好ましくは1,000,000以下、より好ましくは500,000以下である。粒子状バインダー重合体の重量平均分子量が上記範囲にあると、本発明の負極の強度及び負極活物質の分散性を良好にし易い。粒子状バインダー重合体の重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって、テトラヒドロフランを展開溶媒としたポリスチレン換算の値として求めうる。
 粒子状バインダーのガラス転移温度は、好ましくは-75℃以上、より好ましくは-55℃以上、特に好ましくは-35℃以上であり、好ましくは40℃以下、より好ましくは30℃以下、さらにより好ましくは20℃以下、特に好ましくは15℃以下である。粒子状バインダーのガラス転移温度が上記範囲であることにより、負極の柔軟性、結着性及び捲回性、負極活物質層と集電体との密着性などの特性が高度にバランスされ好適である。
 通常、粒子状バインダーは、非水溶性の重合体の粒子となる。したがって、本発明の二次電池負極用スラリー組成物においては、粒子状バインダーは溶媒である水には溶解せず、粒子となって分散している。重合体が非水溶性であるとは、25℃において、その重合体0.5gを100gの水に溶解した際に、不溶分が90重量%以上となることをいう。一方、重合体が水溶性であるとは、25℃において、その重合体0.5gを100gの水に溶解した際に、不溶分が0.5重量%未満であることをいう。
 粒子状バインダーの個数平均粒径は、好ましくは50nm以上、より好ましくは70nm以上であり、好ましくは500nm以下、より好ましくは400nm以下である。粒子状バインダーの個数平均粒径が上記範囲にあることで、得られる負極の強度および柔軟性を良好にできる。粒子の存在は、透過型電子顕微鏡法やコールターカウンター、レーザー回折散乱法などによって容易に測定することができる。
 粒子状バインダーは、例えば、上述した単量体を含む単量体組成物を水系溶媒中で重合し、重合体の粒子とすることにより製造される。
 単量体組成物中の各単量体の比率は、通常、粒子状バインダー重合体における繰り返し単位(例えば、脂肪族共役ジエン系単量体単位、芳香族ビニル系単量体単位、及びエチレン性不飽和カルボン酸単量体単位)の比率と同様にする。
 水系溶媒としては、粒子状バインダーの粒子の分散が可能なものであれば格別限定されることはない。重合のための水系溶媒は、常圧における沸点が好ましくは80℃以上、より好ましくは100℃以上であり、好ましくは350℃以下、より好ましくは300℃以下の水系溶媒から選びうる。以下、その水系溶媒の例を挙げる。以下の例示において、溶媒名の後のカッコ内の数字は常圧での沸点(単位℃)であり、小数点以下は四捨五入または切り捨てられた値である。
 水系溶媒の例としては、水(100);ダイアセトンアルコール(169)、γ-ブチロラクトン(204)等のケトン類;エチルアルコール(78)、イソプロピルアルコール(82)、ノルマルプロピルアルコール(97)等のアルコール類;プロピレングリコールモノメチルエーテル(120)、メチルセロソルブ(124)、エチルセロソルブ(136)、エチレングリコールターシャリーブチルエーテル(152)、ブチルセロソルブ(171)、3-メトキシー3メチル-1-ブタノール(174)、エチレングリコールモノプロピルエーテル(150)、ジエチレングリコールモノブチルピルエーテル(230)、トリエチレングリコールモノブチルエーテル(271)、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル(188)等のグリコールエーテル類;並びに1,3-ジオキソラン(75)、1,4-ジオキソラン(101)、テトラヒドロフラン(66)等のエーテル類が挙げられる。中でも水は可燃性がなく、粒子状バインダーの粒子の分散体が容易に得られやすいという観点から特に好ましい。主溶媒として水を使用して、粒子状バインダーの粒子の分散状態が確保可能な範囲において上記記載の水以外の水系溶媒を混合して用いてもよい。
 重合方法は、特に限定されず、例えば溶液重合法、懸濁重合法、塊状重合法、乳化重合法などのいずれの方法も用いることができる。重合方法としては、例えばイオン重合、ラジカル重合、リビングラジカル重合などいずれの方法も用いることができる。高分子量体が得やすいこと、並びに、重合物がそのまま水に分散した状態で得られるので再分散化の処理が不要であり、そのまま本発明に係る二次電池負極用スラリー組成物の製造に供することができることなど、製造効率の観点から、中でも乳化重合法が特に好ましい。
 乳化重合法は、通常は常法により行う。例えば、「実験化学講座」第28巻、(発行元:丸善(株)、日本化学会編)に記載された方法で行う。すなわち、攪拌機および加熱装置付きの密閉容器に水と、分散剤、乳化剤、架橋剤などの添加剤と、重合開始剤と、単量体とを所定の組成になるように加え、容器中の組成物を攪拌して単量体等を水に乳化させ、攪拌しながら温度を上昇させて重合を開始する方法である。あるいは、上記組成物を乳化させた後に密閉容器に入れ、同様に反応を開始させる方法である。
 重合開始剤の例としては、過酸化ラウロイル、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ-2-エチルヘキシルパーオキシジカーボネート、t-ブチルパーオキシピバレート、3,3,5-トリメチルヘキサノイルパーオキサイド等の有機過酸化物;α,α’-アゾビスイソブチロニトリル等のアゾ化合物;過硫酸アンモニウム;並びに過硫酸カリウムが挙げられる。重合開始剤は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 乳化剤、分散剤、重合開始剤などは、これらの重合法において一般的に用いられるものであり、通常はその使用量も一般に使用される量とする。また重合に際しては、シード粒子を採用してシード重合を行ってもよい。
 重合温度および重合時間は、重合方法及び重合開始剤の種類などにより任意に選択でき、通常、重合温度は約30℃以上、重合時間は0.5時間~30時間程度である。
 また、アミン類などの添加剤を重合助剤として用いてもよい。
 さらに、これらの方法によって得られる粒子状バインダーの水系分散液を、例えばアルカリ金属(例えば、Li、Na、K、Rb、Cs)の水酸化物、アンモニア、無機アンモニウム化合物(例えばNHClなど)、有機アミン化合物(例えばエタノールアミン、ジエチルアミンなど)などを含む塩基性水溶液と混合して、pHを好ましくは5~10、より好ましくは5~9の範囲になるように調整してもよい。なかでも、アルカリ金属水酸化物によるpH調整は、集電体と負極活物質との結着性(ピール強度)を向上させるので、好ましい。
 粒子状バインダーは、2種類以上の重合体からなる複合重合体粒子であってもよい。複合重合体粒子は、少なくとも1種類の単量体成分を常法により重合し、引き続き、他の少なくとも1種の単量体成分を重合し、常法により重合させる方法(二段重合法)などによっても得ることができる。このように単量体を段階的に重合することにより、粒子の内部に存在するコア層と、当該コア層を覆うシェル層とを有するコアシェル構造の粒子を得ることができる。
 [1-2.水溶性重合体]
 本発明の二次電池負極用バインダー組成物は、酸性官能基を有する水溶性重合体(以下、単に「水溶性重合体」という場合がある。)を含む。
 酸性官能基を有する水溶性重合体は、酸性官能基含有単量体、及び必要に応じて他の任意の単量体を含む単量体組成物を重合することによって調製しうる。このような方法によって、酸性官能基含有単量体単位を含む水溶性重合体を調製することができ、これを本発明の二次電池負極用バインダー組成物の水溶性重合体として用いることができる。
 酸性官能基含有単量体の例としては、リン酸基含有単量体、スルホン酸基含有単量体、及びカルボキシル基含有単量体を挙げることができ、特にカルボキシル基含有単量体が好ましい。
 リン酸基含有単量体は、リン酸基、及び他の単量体と共重合しうる重合性の基を有する単量体である。リン酸基含有単量体としては、基-O-P(=O)(-OR)-OR基を有する単量体(R及びRは、独立に、水素原子、又は任意の有機基である。)、又はこの塩を挙げることができる。R及びRとしての有機基の具体例としては、オクチル基等の脂肪族基、フェニル基等の芳香族基等が挙げられる。
 リン酸基含有単量体としては、例えば、リン酸基及びアリロキシ基を含む化合物、及びリン酸基含有(メタ)アクリル酸エステルを挙げることができる。リン酸基及びアリロキシ基を含む化合物としては、3-アリロキシ-2-ヒドロキシプロパンリン酸を挙げることができる。リン酸基含有(メタ)アクリル酸エステルとしては、ジオクチル-2-メタクリロイロキシエチルホスフェート、ジフェニル-2-メタクリロイロキシエチルホスフェート、モノメチル-2-メタクリロイロキシエチルホスフェート、ジメチル-2-メタクリロイロキシエチルホスフェート、モノエチル-2-メタクリロイロキシエチルホスフェート、ジエチル-2-メタクリロイロキシエチルホスフェート、モノイソプロピル-2-メタクリロイロキシエチルホスフェート、ジイソプロピル-2-メタクリロイロキシエチルホスフェート、モノn-ブチル-2-メタクリロイロキシエチルホスフェート、ジn-ブチル-2-メタクリロイロキシエチルホスフェート、モノブトキシエチル-2-メタクリロイロキシエチルホスフェート、ジブトキシエチル-2-メタクリロイロキシエチルホスフェート、モノ(2-エチルヘキシル)-2-メタクリロイロキシエチルホスフェート、ジ(2-エチルヘキシル)-2-メタクリロイロキシエチルホスフェートなどが挙げられる。
 なお、リン酸基含有単量体は1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。したがって、本発明に係る水溶性重合体は、リン酸基含有単量体単位を、1種類だけ含んでいてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて含んでいてもよい。
 スルホン酸基含有単量体は、スルホン酸基、及び他の単量体と共重合しうる重合性の基を有する単量体である。スルホン酸基含有単量体の例を挙げると、スルホン酸基及び重合性の基以外に官能基をもたないスルホン酸基含有単量体またはその塩、スルホン酸基及び重合性の基に加えてアミド基を含有する単量体またはその塩、並びに、スルホン酸基及び重合性の基に加えてヒドロキシル基を含有する単量体またはその塩などが挙げられる。なお、これらは1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。したがって、本発明に係る水溶性重合体は、スルホン酸基含有単量体単位を、1種類だけ含んでいてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて含んでいてもよい。
 スルホン酸基及び重合性の基以外に官能基をもたないスルホン酸基含有単量体としては、例えば、イソプレン及びブタジエン等のジエン化合物の共役二重結合の1つをスルホン化した単量体、ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸、アリルスルホン酸、スルホエチルメタクリレート、スルホプロピルメタクリレート、スルホブチルメタクリレートなどが挙げられる。また、その塩としては、例えば、リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩などが挙げられる。なお、これらは、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 スルホン酸基及び重合性の基に加えてアミド基を含有する単量体としては、例えば、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸(AMPS)などが挙げられる。また、その塩としては、例えば、リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩などが挙げられる。なお、これらは、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 スルホン酸基及び重合性の基に加えてヒドロキシル基を含有する単量体としては、例えば、3-アリロキシ-2-ヒドロキシプロパンスルホン酸(HAPS)などが挙げられる。また、その塩としては、例えば、リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩などが挙げられる。なお、これらは、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 これらの中でも、スチレンスルホン酸、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸(AMPS)及びその塩が好ましい。水溶性重合体の単位にスルホン酸基含有単量体単位を適宜加えることにより、酸性官能基含有単量体としての効果を発現しうるのに加えて、ガラス転移温度などの物性を所望の範囲に調整しうる。水溶性重合体におけるスルホン酸基含有単量体単位の比率は、水溶性重合体全量を基準として、好ましくは0.1重量%以上、より好ましくは0.5重量%以上であり、好ましくは10重量%以下、より好ましくは5重量%以下である。
 カルボキシル基含有単量体は、カルボキシル基及び重合可能な基を有する単量体とすることができる。カルボキシル基含有単量体の例としては、具体的には、エチレン性不飽和カルボン酸単量体を挙げることができる。
 エチレン性不飽和カルボン酸単量体の例としては、エチレン性不飽和モノカルボン酸及びその誘導体、エチレン性不飽和ジカルボン酸及びその酸無水物並びにそれらの誘導体が挙げられる。エチレン性不飽和モノカルボン酸の例としては、アクリル酸、メタクリル酸、及びクロトン酸が挙げられる。エチレン性不飽和モノカルボン酸の誘導体の例としては、2-エチルアクリル酸、イソクロトン酸、α-アセトキシアクリル酸、β-trans-アリールオキシアクリル酸、α-クロロ-β-E-メトキシアクリル酸、及びβ-ジアミノアクリル酸が挙げられる。エチレン性不飽和ジカルボン酸の例としては、マレイン酸、フマル酸、及びイタコン酸が挙げられる。エチレン性不飽和ジカルボン酸の酸無水物の例としては、無水マレイン酸、アクリル酸無水物、メチル無水マレイン酸、及びジメチル無水マレイン酸が挙げられる。エチレン性不飽和ジカルボン酸の誘導体の例としては、メチルマレイン酸、ジメチルマレイン酸、フェニルマレイン酸、クロロマレイン酸、ジクロロマレイン酸、フルオロマレイン酸等のマレイン酸メチルアリル;並びにマレイン酸ジフェニル、マレイン酸ノニル、マレイン酸デシル、マレイン酸ドデシル、マレイン酸オクタデシル、マレイン酸フルオロアルキル等のマレイン酸エステルが挙げられる。これらの中でも、アクリル酸、メタクリル酸等のエチレン性不飽和モノカルボン酸が好ましい。得られる水溶性重合体の水に対する分散性がより高めることができるからである。
 酸性官能基含有単量体は1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。したがって、本発明に係る水溶性重合体は、酸性官能基含有単量体単位を、1種類だけ含んでいてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて含んでいてもよい。
 水溶性重合体における酸性官能基含有単量体単位の比率は、好ましくは25重量%以上、より好ましくは30重量%以上であり、好ましくは60重量%以下、より好ましくは55重量%以下、さらにより好ましくは50重量%以下である。酸性官能基含有単量体単位の比率を前記範囲の下限値以上とすることにより電極活物質との静電反発力を発揮して良好な分散性を得ることができる。一方、酸性官能基含有単量体単位の比率を前記範囲の上限値以下とすることにより官能基と電解液との過度の接触を避けることができ、耐久性を向上させることができる。
 水溶性重合体は、酸性官能基含有単量体単位に加えて、他の任意の単位を有することができる。かかる任意の単位の例としては、フッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位、架橋性単量体単位、反応性界面活性剤単位、又はこれらの組み合わせを挙げることができる。これらの単位は、それぞれ、フッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体、架橋性単量体、及び反応性界面活性剤単量体を重合して得られる繰り返し単位である。
 フッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体としては、例えば、下記の式(I)で表される単量体が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
 前記の式(I)において、Rは、水素原子またはメチル基を表す。
 前記の式(I)において、Rは、フッ素原子を含有する炭化水素基を表す。炭化水素基の炭素数は、好ましくは1以上であり、好ましくは18以下である。また、Rが含有するフッ素原子の数は、1個でもよく、2個以上でもよい。
 式(I)で表されるフッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体の例としては、(メタ)アクリル酸フッ化アルキル、(メタ)アクリル酸フッ化アリール、及び(メタ)アクリル酸フッ化アラルキルが挙げられる。なかでも(メタ)アクリル酸フッ化アルキルが好ましい。このような単量体の具体例としては、(メタ)アクリル酸2,2,2-トリフルオロエチル、(メタ)アクリル酸β-(パーフルオロオクチル)エチル、(メタ)アクリル酸2,2,3,3-テトラフルオロプロピル、(メタ)アクリル酸2,2,3,4,4,4-ヘキサフルオロブチル、(メタ)アクリル酸1H,1H,9H-パーフルオロ-1-ノニル、(メタ)アクリル酸1H,1H,11H-パーフルオロウンデシル、(メタ)アクリル酸パーフルオロオクチル、(メタ)アクリル酸トリフルオロメチル、(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の(メタ)アクリル酸パーフルオロアルキルエステルが挙げられる。
 フッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体は1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。したがって、本発明に係る水溶性重合体は、フッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を、1種類だけ含んでいてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて含んでいてもよい。
 水溶性重合体におけるフッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の比率は、好ましくは1重量%以上、より好ましくは2重量%以上、さらにより好ましくは5重量%以上であり、好ましくは20重量%以下、より好ましくは15重量%以下、さらにより好ましくは10重量%以下である。フッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の比率を前記範囲の下限値以上とすることにより、水溶性重合体に、電解液に対する反発力を与えることができ、膨潤性を適切な範囲内とすることができる。一方、フッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の比率を前記範囲の上限値以下とすることにより、水溶性重合体に、電解液に対する濡れ性を与えることができ、低温出力特性を向上させることができる。さらに、フッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の比率を前記範囲内で適宜調節することにより、所望のガラス転移温度及び分子量分布を有する水溶性重合体を得ることができる。
 架橋性単量体としては、重合した際に架橋構造を形成しうる単量体を用いることができる。架橋性単量体の例としては、1分子あたり2以上の反応性基を有する単量体を挙げることができる。より具体的には、熱架橋性の架橋性基及び1分子あたり1つのオレフィン性二重結合を有する単官能性単量体、及び1分子あたり2つ以上のオレフィン性二重結合を有する多官能性単量体が挙げられる。
 単官能性単量体に含まれる熱架橋性の架橋性基の例としては、エポキシ基、N-メチロールアミド基、オキセタニル基、オキサゾリン基、及びこれらの組み合わせが挙げられる。これらの中でも、エポキシ基が、架橋及び架橋密度の調節が容易な点でより好ましい。
 熱架橋性の架橋性基としてエポキシ基を有し、且つオレフィン性二重結合を有する架橋性単量体の例としては、ビニルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、ブテニルグリシジルエーテル、o-アリルフェニルグリシジルエーテルなどの不飽和グリシジルエーテル;ブタジエンモノエポキシド、クロロプレンモノエポキシド、4,5-エポキシ-2-ペンテン、3,4-エポキシ-1-ビニルシクロヘキセン、1,2-エポキシ-5,9-シクロドデカジエンなどのジエンまたはポリエンのモノエポキシド;3,4-エポキシ-1-ブテン、1,2-エポキシ-5-ヘキセン、1,2-エポキシ-9-デセンなどのアルケニルエポキシド;並びにグリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、グリシジルクロトネート、グリシジル-4-ヘプテノエート、グリシジルソルベート、グリシジルリノレート、グリシジル-4-メチル-3-ペンテノエート、3-シクロヘキセンカルボン酸のグリシジルエステル、4-メチル-3-シクロヘキセンカルボン酸のグリシジルエステルなどの不飽和カルボン酸のグリシジルエステル類が挙げられる。
 熱架橋性の架橋性基としてN-メチロールアミド基を有し、且つオレフィン性二重結合を有する架橋性単量体の例としては、N-メチロール(メタ)アクリルアミドなどのメチロール基を有する(メタ)アクリルアミド類が挙げられる。
 熱架橋性の架橋性基としてオキセタニル基を有し、且つオレフィン性二重結合を有する架橋性単量体の例としては、3-((メタ)アクリロイルオキシメチル)オキセタン、3-((メタ)アクリロイルオキシメチル)-2-トリフロロメチルオキセタン、3-((メタ)アクリロイルオキシメチル)-2-フェニルオキセタン、2-((メタ)アクリロイルオキシメチル)オキセタン、及び2-((メタ)アクリロイルオキシメチル)-4-トリフロロメチルオキセタンが挙げられる。
 熱架橋性の架橋性基としてオキサゾリン基を有し、且つオレフィン性二重結合を有する架橋性単量体の例としては、2-ビニル-2-オキサゾリン、2-ビニル-4-メチル-2-オキサゾリン、2-ビニル-5-メチル-2-オキサゾリン、2-イソプロペニル-2-オキサゾリン、2-イソプロペニル-4-メチル-2-オキサゾリン、2-イソプロペニル-5-メチル-2-オキサゾリン、及び2-イソプロペニル-5-エチル-2-オキサゾリンが挙げられる。
 1分子あたり2つ以上のオレフィン性二重結合を有する多官能性単量体の例としては、アリル(メタ)アクリレート、エチレンジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパン-トリ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールジアリルエーテル、ポリグリコールジアリルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、ヒドロキノンジアリルエーテル、テトラアリルオキシエタン、トリメチロールプロパン-ジアリルエーテル、前記以外の多官能性アルコールのアリルまたはビニルエーテル、トリアリルアミン、メチレンビスアクリルアミド、及びジビニルベンゼンが挙げられる。
 架橋性単量体としては、特に、エチレンジメタクリレート、アリルグリシジルエーテル、及びグリシジルメタクリレートを好ましく用いることができる。
 水溶性重合体における架橋性単量体単位の比率は、好ましくは0.1%重量以上、より好ましくは0.2重量%以上、さらにより好ましくは0.5重量%以上であり、好ましくは2重量%以下、より好ましくは1.5重量%以下、さらにより好ましくは1重量%以下である。架橋性単量体単位の比率を前記範囲内とすることにより、膨潤度を抑制し、電極の耐久性を高めることができる。さらに、架橋性単量体単位の比率を前記範囲内で適宜調節することにより、所望のガラス転移温度及び分子量分布を有する水溶性重合体を得ることができる。
 反応性界面活性剤単量体は、他の単量体と共重合しうる重合性の基を有し、且つ、界面活性基(親水性基及び疎水性基)を有する単量体である。反応性界面活性剤単量体の重合により得られる反応性界面活性剤単位は、水溶性重合体の分子の一部を構成し、且つ界面活性剤として機能しうる。
 通常、反応性界面活性剤単量体は重合性不飽和基を有し、この基が重合後に疎水性基としても作用する。反応性界面活性剤単量体が有する重合性不飽和基の例としては、ビニル基、アリル基、ビニリデン基、プロペニル基、イソプロペニル基、及びイソブチリデン基が挙げられる。かかる重合性不飽和基の種類は、1種類でもよく、2種類以上でもよい。
 また、反応性界面活性剤単量体は、親水性を発現する部分として、通常は親水性基を有する。反応性界面活性剤単量体は、親水性基の種類により、アニオン系、カチオン系、ノニオン系の界面活性剤に分類される。
 アニオン系の親水性基の例としては、-SOM、-COOM、及び-PO(OH)が挙げられる。ここでMは、水素原子又はカチオンを示す。カチオンの例としては、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属イオン;カルシウム、マグネシウム等のアルカリ土類金属イオン;アンモニウムイオン;モノメチルアミン、ジメチルアミン、モノエチルアミン、トリエチルアミン等のアルキルアミンのアンモニウムイオン;並びにモノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルカノールアミンのアンモニウムイオンが挙げられる。
 カチオン系の親水基の例としては、-Cl、-Br、-I、及び-SOORが挙げられる。ここでRは、アルキル基を示す。Rの例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、及びイソプロピル基が挙げられる。
 ノニオン系の親水基の例としては、-OHが挙げられる。
 好適な反応性界面活性剤単量体の例としては、下記の式(II)で表される化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
 式(I)において、Rは2価の結合基を表す。Rの例としては、-Si-O-基、メチレン基及びフェニレン基が挙げられる。式(I)において、Rは親水性基を表す。Rの例としては、-SONHが挙げられる。式(I)において、nは1以上100以下の整数である。反応性界面活性剤単量体は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 好適な反応性界面活性剤の別の例としては、エチレンオキシドに基づく重合単位及びブチレンオキシドに基づく重合単位を有し、さらに末端に、末端二重結合を有するアルケニル基及び-SONHを有する化合物(例えば、商品名「ラテムルPD-104」及び「ラテムルPD-105」、花王株式会社製)を挙げることができる。
 水溶性重合体における反応性界面活性剤単位の比率は、好ましくは0.1重量%以上、より好ましくは0.2重量%以上、さらにより好ましくは0.5重量%以上であり、好ましくは5重量%以下、より好ましくは4重量%以下、さらにより好ましくは2重量%以下である。反応性界面活性剤単位の比率を前記範囲の下限値以上とすることにより、二次電池負極用スラリー組成物の分散性を向上させることができる。一方、反応性界面活性剤単位の比率を前記範囲の上限値以下とすることにより、負極の耐久性を向上させることができる。
 水溶性重合体が有しうる任意の単位の例は、上に述べたフッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位、架橋性単量体単位、及び反応性界面活性剤単位に限られず、さらに他の単位を含みうる。具体的には、フッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位以外の、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を挙げることができる。(メタ)アクリル酸エステル単量体単位は、(メタ)アクリル酸エステル単量体を重合して得られる繰り返し単位である。ただし、(メタ)アクリル酸エステル単量体の中でもフッ素を含有するものは、フッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体として(メタ)アクリル酸エステル単量体とは区別する。
 (メタ)アクリル酸エステル単量体の例としては、メチルアクリレート、エチルアクリレート、n-プロピルアクリレート、イソプロピルアクリレート、n-ブチルアクリレート、t-ブチルアクリレート、ペンチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、ヘプチルアクリレート、オクチルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、ノニルアクリレート、デシルアクリレート、ラウリルアクリレート、n-テトラデシルアクリレート、ステアリルアクリレート等のアクリル酸アルキルエステル;並びにメチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n-プロピルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、n-ブチルメタクリレート、t-ブチルメタクリレート、ペンチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、ヘプチルメタクリレート、オクチルメタクリレート、2-エチルヘキシルメタクリレート、ノニルメタクリレート、デシルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、n-テトラデシルメタクリレート、ステアリルメタクリレート等のメタクリル酸アルキルエステルが挙げられる。
 (メタ)アクリル酸エステル単量体は1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。したがって、本発明に係る水溶性重合体は、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を、1種類だけ含んでいてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて含んでいてもよい。
 本発明に係る水溶性重合体において、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の比率は、好ましくは30重量%以上、より好ましくは35重量%以上、さらにより好ましくは40重量%以上であり、また、好ましくは70重量%以下である。(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の量を上記範囲の下限値以上とすることにより負極活物質の集電体への密着性を高くすることができ、上記範囲の上限値以下とすることにより負極の柔軟性を高めることができる。
 水溶性重合体が有しうる任意の単位のさらなる例としては、下記の単量体を重合して得られる単位が挙げられる。即ち、スチレン、クロロスチレン、ビニルトルエン、t-ブチルスチレン、ビニル安息香酸、ビニル安息香酸メチル、ビニルナフタレン、クロロメチルスチレン、ヒドロキシメチルスチレン、α-メチルスチレン、ジビニルベンゼン等のスチレン系単量体;アクリルアミド等のアミド系単量体;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のα,β-不飽和ニトリル化合物単量体;エチレン、プロピレン等のオレフィン類単量体;塩化ビニル、塩化ビニリデン等のハロゲン原子含有単量体;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、安息香酸ビニル等のビニルエステル類単量体;メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル等のビニルエーテル類単量体;メチルビニルケトン、エチルビニルケトン、ブチルビニルケトン、ヘキシルビニルケトン、イソプロペニルビニルケトン等のビニルケトン類単量体;並びにN-ビニルピロリドン、ビニルピリジン、ビニルイミダゾール等の複素環含有ビニル化合物単量体の1以上を重合して得られる単位が挙げられる。水溶性重合体におけるこれらの単位の割合は、好ましくは0重量%~10重量%、より好ましくは0重量%~5重量%である。
 水溶性重合体のガラス転移温度は、30℃以上であり、好ましくは35℃以上であり、より好ましくは40℃以上であり、一方80℃以下であり、好ましくは75℃以下であり、より好ましくは70℃以下である。このようなガラス転移温度は、概して、従来一般的な二次電池負極用バインダー組成物に用いられる水溶性重合体のものに比べて、低い範囲である。ガラス転移温度を前記範囲の下限値以上とすることにより、得られる電極の耐久性を向上させることができる。ガラス転移温度を前記範囲の上限値以下とすることにより、得られる電極活物質層と集電体との密着性を向上させることができる。
 また、本発明の二次電池負極用バインダー組成物中の水溶性重合体は、分子量が異なる多数種類の分子の混合物であり、従って分子量分布を有する。
 本発明の二次電池負極用バインダー組成物中の水溶性重合体においては、分子量100,000以上の分子の個数の割合は、30%以下であり、好ましくは25%以下であり、より好ましくは20%以下である。一方、分子量100,000以上の分子の個数の割合の下限は特に限定されないが、例えば10%以上とすることができる。分子量100,000以上の分子の個数の割合を前記上限値以下とすることにより、電極と集電体との密着性を構造させることができ、且つ電池の高温保存特性及び低温出力特性の向上等の、本発明の効果を得ることができる。分子量100,000以上の分子の分子量の上限は、特に限定されないが、1,000,000以下とすることができる。
 本発明の二次電池負極用バインダー組成物中の水溶性重合体においては、さらに、分子量100以上1,000以下の分子の個数の割合は、0.1%以上であり、好ましくは0.5%以上であり、より好ましくは1%以上であり、一方10%以下であり、好ましくは8%以下であり、より好ましくは5%以下である。分子量100以上1,000以下の分子の個数の割合を前記上限値以下とすることにより、電極活物質層の耐久性を良好な範囲に保つことができる。また、分子量100以上1,000以下の分子の個数の割合を前記下限値以上とすることにより、電池の高温保存特性及び低温出力特性の向上等の、本発明の効果を得ることができる。
 本発明では、水溶性重合体が前記所定範囲のガラス転移温度、及び前記所定の分子量分布を有することにより、得られる電池の高温保存特性及び低温出力特性などの特性を向上させることができる。特定の理論に拘束されるものではないが、その理由としては下記のものが考えられる。即ち、負極においては、活物質が、充放電に伴い膨張及び収縮を起こすが、水溶性重合体が低いガラス転移温度及びある程度以上高い数平均分子量を有することにより、幅広い温度範囲においてかかる膨張及び収縮に追随して変形することができる。さらに、水溶性重合体が所定割合の低分子量の成分をも含むことにより、電極活物質層中で、電極活物質表面を高い被覆割合でコーティングすることが可能になる。それにより、粒子状バインダー及び水溶性重合体が、電極活物質粒子を強固に結合しながら且つその変形に柔軟に追随するようになる。その結果、負極と集電体との密着性及び負極内の電極活物質粒子間の密着性が向上し、且つ電池の使用に際しての負極の耐久性が向上し、ひいては、高温保存特性及び低温出力特性などの特性を向上させることができる。
 水溶性重合体の数平均分子量は、1,000超100,000未満の範囲内であり、好ましくは1500以上、より好ましくは2000以上であり、一方好ましくは80000以下、より好ましくは60000以下である。数平均分子量をこの範囲とすることにより、上に述べた本発明の効果を得ることができる。
 水溶性重合体の数平均分子量、及びその分布は、GPCによって、ジメチルホルムアミドの10体積%水溶液に0.85g/mlの硝酸ナトリウムを溶解させた溶液を展開溶媒としたポリスチレン換算の値として求めうる。
 水溶性重合体は、任意の製造方法で製造することができる。例えば、酸性官能基含有単量体を含み且つ必要に応じて他の任意の単位を与える単量体を含む単量体組成物を、水系溶媒中で重合して、水溶性重合体を製造することができる。
 単量体組成物中の各単量体の比率は、通常、水溶性重合体における繰り返し単位(例えば、酸性官能基含有単量体単位、架橋性単量体単位、フッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位、及び反応性界面活性剤単位)の比率と同様にする。
 水溶性重合体のガラス転移温度は、様々な単量体を組み合わせることによって調整可能である。従って、単量体の種類及び割合を適宜選択することにより、所望のガラス転移温度を有する水溶性重合体を得ることができる。
 水溶性重合体の分子量分布は、単量体の種類及び割合を適宜選択することに加え、必要に応じて反応系に分子量調整剤を加えることにより調整することが可能である。具体的には、分子量調整剤を添加しない通常の重合反応では、分子量100以上~1000以下の分子の個数の割合が0.1%未満となる場合において、ある種の分子量調整剤を反応系に添加することにより、かかる割合を0.1%以上に上昇させることができる。
 水溶性重合体の製造に用いうる分子量調整剤としては、t-ドデシルメルカプタン(TDM)、α-メチルスチレン二量体(α-MSD)、ターピノーレン、アリルアルコール、アリルアミン、アリルスルホン酸ソーダ(カリウム)、メタアリルスルホン酸ソーダ(カリウム)等を挙げることができる。
 水溶性重合体を製造する工程において、分子量調整剤を反応系に添加する際の添加量は、単量体組成物100重量部に対して、好ましくは0.1重量部以上、より好ましくは0.15重量部以上、さらにより好ましくは0.2重量部以上であり、一方好ましくは2.0重量部以下、より好ましくは1.5重量部以下、さらにより好ましくは1重量部以下である。分子量調整剤の添加量を当該範囲内とすることにより、ガラス転移温度及び分子量分布の両方を所望の範囲に調整することができる。
 重合反応に用いる水系溶媒の種類は、例えば、粒子状バインダーの製造と同様にしうる。また、重合反応の手順は、反応系に必要に応じて分子量調整剤を添加する他は、粒子状バインダーの製造における手順と同様にしうる。これにより、通常は水系溶媒に水溶性重合体を含む反応液が得られる。こうして得られた反応液は、通常は酸性であり、水溶性重合体は、水系溶媒に分散していることが多い。このように水系溶媒に分散した水溶性重合体は、通常、その反応液のpHを、例えば7~13に調整することにより、水系溶媒に可溶にできる。こうして得られた反応液から水溶性重合体を取り出してもよい。しかし、通常は、水系溶媒として水を用い、この水に溶解した状態の水溶性重合体を用いて二次電池負極用スラリー組成物を製造し、その二次電池負極用スラリー組成物を用いて負極を製造しうる。
 水溶性重合体を水系溶媒中に含む前記の反応液を、pH7~pH13にアルカリ化することにより水溶液の取り扱い性を向上させることができ、また、二次電池負極用スラリー組成物の塗工性を改善することができる。pH7~pH13にアルカリ化する方法としては、例えば、水酸化リチウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液等のアルカリ金属水溶液;水酸化カルシウム水溶液、水酸化マグネシウム水溶液等のアルカリ土類金属水溶液;アンモニア水溶液などのアルカリ水溶液を添加する方法が挙げられる。前記のアルカリ水溶液は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 [1-3.その他の成分]
 本発明の二次電池負極用バインダー組成物は、粒子状バインダー及び水溶性重合体のみからなってもよいが、必要に応じて、他の任意の成分を含みうる。例えば、反応性界面活性剤単位を含有するのに代えて、又は反応性界面活性剤単位を含有するのに加えて、別途界面活性剤を含むことができる。かかる界面活性剤としては、例えば、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムを用いることができる。
 [1-4.粒子状バインダーと水溶性重合体との割合]
 本発明の二次電池負極用バインダー組成物における粒子状バインダー及び水溶性重合体の含有割合は、特に限定されず、後述する本発明の二次電池負極用スラリー組成物及び本発明の二次電池用負極を調製するのに適した割合に適宜調整することができる。例えば、粒子状バインダー/水溶性重合体の重量比として、99.5/0.5~80/20であることが好ましく、99/1~85/15であることがより好ましく、98/2~90/10であることがさらにより好ましい。これらの比率をこの範囲内とすることにより、電極活物質層と集電体との密着性、及び電池の耐久性を両立させることができる。
 [2.二次電池用負極]
 本発明の二次電池用負極(以下、適宜「本発明の負極」という。)は、前記本発明の二次電池負極用バインダー組成物及び負極活物質を含む。
 通常、本発明の負極は、集電体と、前記集電体の表面に形成された負極活物質層とを備え、電極活物質層が前記の二次電池負極用バインダー組成物及び負極活物質を含む。
 [2-1.負極活物質]
 負極活物質は、負極用の電極活物質であり、二次電池の負極において電子の受け渡しをする物質である。
 例えば本発明の二次電池がリチウムイオン二次電池である場合には、負極活物質として、通常は、リチウムを吸蔵及び放出しうる物質を用いる。このようにリチウムを吸蔵及び放出しうる物質としては、例えば、金属系活物質、炭素系活物質、及びこれらを組み合わせた活物質などが挙げられる。
 金属系活物質とは、金属を含む活物質であり、通常は、リチウムの挿入(ドープともいう)が可能な元素を構造に含み、リチウムが挿入された場合の重量あたりの理論電気容量が500mAh/g以上である活物質をいう。当該理論電気容量の上限は、特に限定されないが、例えば5000mAh/g以下でもよい。金属系活物質としては、例えば、リチウム金属、リチウム合金を形成する単体金属及びその合金、並びにそれらの酸化物、硫化物、窒化物、珪化物、炭化物、燐化物等が用いられる。
 リチウム合金を形成する単体金属としては、例えば、Ag、Al、Ba、Bi、Cu、Ga、Ge、In、Ni、P、Pb、Sb、Si、Sn、Sr、Zn、Ti等の単体金属が挙げられる。また、リチウム合金を形成する単体金属の合金としては、例えば、上記単体金属を含有する化合物が挙げられる。これらの中でもケイ素(Si)、スズ(Sn)、鉛(Pb)及びチタン(Ti)が好ましく、ケイ素、スズ及びチタンがより好ましい。したがって、ケイ素(Si)、スズ(Sn)又はチタン(Ti)の単体金属若しくはこれら単体金属を含む合金、または、それらの金属の化合物が好ましい。
 金属系活物質は、さらに、一つ以上の非金属元素を含有していてもよい。例えば、SiC、SiO(0<x≦3、0<y≦5)、Si、SiO、SiO(0<x≦2)、SnO(0<x≦2)、LiSiO、LiSnO等が挙げられる。中でも、低電位でリチウムの挿入及び脱離(脱ドープともいう)が可能なSiO、SiC及びSiOが好ましい。例えば、SiOは、ケイ素を含む高分子材料を焼成して得ることができる。SiOの中でも、容量とサイクル特性の兼ね合いから、0.8≦x≦3、2≦y≦4の範囲が好ましく用いられる。
 リチウム金属、リチウム合金を形成する単体金属及びその合金の酸化物、硫化物、窒化物、珪化物、炭化物、燐化物としては、リチウムの挿入可能な元素の酸化物、硫化物、窒化物、珪化物、炭化物、燐化物等が挙げられる。その中でも、酸化物が特に好ましい。例えば、酸化スズ、酸化マンガン、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化バナジウム等の酸化物と、Si、Sn、PbおよびTi原子よりなる群から選ばれる金属元素とを含むリチウム含有金属複合酸化物が用いられる。
 リチウム含有金属複合酸化物としては、更にLiTiで示されるリチウムチタン複合酸化物(0.7≦x≦1.5、1.5≦y≦2.3、0≦z≦1.6であり、Mは、Na、K、Co、Al、Fe、Ti、Mg、Cr、Ga、Cu、Zn及びNbからなる群より選ばれる元素を表す。)、LiMnで示されるリチウムマンガン複合酸化物(x、y、z及びMは、リチウムチタン複合酸化物における定義と同様である。)が挙げられる。中でも、Li4/3Ti5/3、LiTi、Li4/5Ti11/5、Li4/3Mn5/3が好ましい。
 これらの中でも、金属系活物質としては、ケイ素を含有する活物質が好ましい。ケイ素を含有する活物質を用いることにより、二次電池の電気容量を大きくすることが可能となる。また、一般にケイ素を含有する活物質は充放電に伴って大きく(例えば5倍程度に)膨張及び収縮するが、本発明の負極においては、ケイ素を含有する活物質の膨張及び収縮による電池性能の低下を、本発明に係る水溶性重合体によって防ぐことができる。
 ケイ素を含有する活物質の中でも、SiC、SiO及びSiOが好ましい。これらのSi及びCを組み合わせて含む活物質においては、高電位でSi(ケイ素)へのLiの挿入及び脱離が起こり、低電位でC(炭素)へのLiの挿入及び脱離が起こると推測される。このため、他の金属系活物質よりも膨張及び収縮が抑制されるので、二次電池の充放電サイクル特性を向上させることができる。
 炭素系活物質とは、リチウムが挿入可能な炭素を主骨格とする活物質をいい、例えば炭素質材料と黒鉛質材料が挙げられる。
 炭素質材料としては、一般的には、炭素前駆体を2000℃以下で熱処理して炭素化させた、黒鉛化の低い(即ち、結晶性の低い)炭素材料である。前記の熱処理の下限は特に限定されないが、例えば500℃以上としてもよい。
 炭素質材料としては、例えば、熱処理温度によって炭素の構造を容易に変える易黒鉛性炭素、ガラス状炭素に代表される非晶質構造に近い構造を持つ難黒鉛性炭素などが挙げられる。
 易黒鉛性炭素としては、例えば、石油又は石炭から得られるタールピッチを原料とした炭素材料が挙げられる。具体例を挙げると、コークス、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、メソフェーズピッチ系炭素繊維、熱分解気相成長炭素繊維などが挙げられる。MCMBとは、ピッチ類を400℃前後で加熱する過程で生成したメソフェーズ小球体を分離抽出した炭素微粒子である。メソフェーズピッチ系炭素繊維とは、前記メソフェーズ小球体が成長、合体して得られるメソフェーズピッチを原料とする炭素繊維である。熱分解気相成長炭素繊維とは、(1)アクリル高分子繊維などを熱分解する方法、(2)ピッチを紡糸して熱分解する方法、又は(3)鉄などのナノ粒子を触媒として用いて炭化水素を気相熱分解する触媒気相成長(触媒CVD)法により得られた炭素繊維である。
 難黒鉛性炭素としては、例えば、フェノール樹脂焼成体、ポリアクリロニトリル系炭素繊維、擬等方性炭素、フルフリルアルコール樹脂焼成体(PFA)、ハードカーボンなどが挙げられる。
 黒鉛質材料とは、易黒鉛性炭素を2000℃以上で熱処理することによって得られた黒鉛に近い高い結晶性を有する黒鉛質材料である。前記の熱処理温度の上限は、特に限定されないが、例えば5000℃以下としてもよい。
 黒鉛質材料としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛等が挙げられる。人造黒鉛としては、例えば、主に2800℃以上で熱処理した人造黒鉛、MCMBを2000℃以上で熱処理した黒鉛化MCMB、メソフェーズピッチ系炭素繊維を2000℃以上で熱処理した黒鉛化メソフェーズピッチ系炭素繊維などが挙げられる。
 前記の炭素系活物質の中でも、炭素質材料が好ましい。炭素質材料を用いることで、二次電池の抵抗を低減することができ、入出力特性の優れた二次電池を作製することが可能となる。
 負極活物質は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 負極活物質は、粒子状に整粒されたものが好ましい。粒子の形状が球形であると、電極成形時に、より高密度な電極が形成できる。
 負極活物質が粒子である場合、その体積平均粒子径は、二次電池の他の構成要件との兼ね合いで適宜選択され、好ましくは0.1μm以上、より好ましくは1μm以上、さらにより好ましくは5μm以上であり、好ましくは100μm以下、より好ましくは50μm以下、さらにより好ましくは20μm以下である。
 負極活物質の粒子の50%累積体積径は、初期効率、負荷特性、サイクル特性などの電池特性の向上の観点から、好ましくは1μm以上、より好ましくは15μm以上であり、好ましくは50μm以下、より好ましくは30μm以下である。50%累積体積径は、レーザー回折法によって粒径分布を測定し、測定された粒径分布において小径側から計算した累積体積が50%となる粒子径として求めることができる。
 負極活物質のタップ密度は、特に制限されないが、0.6g/cm以上のものが好適に用いられる。
 負極活物質の比表面積は、出力密度向上の観点から、好ましくは2m/g以上、より好ましくは3m/g以上、さらにより好ましくは5m/g以上であり、好ましくは20m/g以下、より好ましくは15m/g以下、さらにより好ましくは10m/g以下である。負極活物質の比表面積は、例えばBET法により測定できる。
 [2-2.負極活物質と二次電池負極用バインダー組成物との割合]
 本発明の負極における負極活物質及び二次電池負極用バインダー組成物の含有割合は、特に限定されないが、負極活物質100重量部に対する二次電池負極用バインダー組成物の量として、好ましくは0.1重量部以上、より好ましくは0.5重量部以上であり、且つ、好ましくは10重量部以下、より好ましくは5.0重量部以下である。負極活物質に対する二次電池負極用バインダー組成物の割合を上記範囲内とすることにより、上述した本発明の効果を安定して発揮できる。
 [2-3.負極活物質層に含まれていてもよい成分]
 本発明の負極において、負極活物質層には、上述した二次電池負極用バインダー組成物及び負極活物質以外に他の成分が含まれていてもよい。その成分の例を挙げると、粘度調整剤、導電剤、補強材、レベリング剤、電解液添加剤等が挙げられる。また、電池の性能に大きな悪影響を与えない範囲において、水溶性重合体の製造の際に用いた分子量調整剤等の物質が含まれていてもよい。また、これらの成分は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 粘度調整剤は、本発明の二次電池負極用スラリー組成物の粘度を調整して二次電池負極用スラリー組成物の分散性及び塗工性を改善するために用いられる成分である。通常、二次電池負極用スラリー組成物に含まれていた粘度調整剤は、負極活物質層に残留することになる。
 粘度調整剤としては、水溶性の多糖類を使用することが好ましい。多糖類としては、例えば、天然系高分子化合物、セルロース系半合成系高分子化合物などが挙げられる。粘度調整剤は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 天然系高分子化合物として、例えば、植物もしくは動物由来の多糖類及びたんぱく質等が挙げられる。また、場合により微生物等による発酵処理、熱による処理などがされた天然系高分子化合物も例示できる。これらの天然系高分子化合物は、植物系天然系高分子化合物、動物系天然系高分子化合物及び微生物系天然系高分子化合物等として分類することができる。
 植物系天然系高分子化合物としては、例えば、アラビアガム、トラガカントガム、ガラクタン、グアガム、キャロブガム、カラヤガム、カラギーナン、ペクチン、カンナン、クインスシード(マルメロ)、アルケコロイド(ガッソウエキス)、澱粉(コメ、トウモロコシ、馬鈴薯、小麦等に由来するもの)、グリチルリチン等が挙げられる。また、動物系天然系高分子化合物としては、例えば、コラーゲン、カゼイン、アルブミン、ゼラチン等が挙げられる。さらに、微生物系天然系高分子化合物としては、キサンタンガム、デキストラン、サクシノグルカン、ブルラン等が挙げられる。
 セルロース系半合成系高分子化合物は、ノニオン性、アニオン性及びカチオン性に分類することができる。
 ノニオン性セルロース系半合成系高分子化合物としては、例えば、メチルセルロース、メチルエチルセルロース、エチルセルロース、マイクロクリスタリンセルロース等のアルキルセルロース;ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシブチルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロースステアロキシエーテル、カルボキシメチルヒドロキシエチルセルロース、アルキルヒドロキシエチルセルロース、ノノキシニルヒドロキシエチルセルロース等のヒドロキシアルキルセルロース;などが挙げられる。
 アニオン性セルロース系半合成系高分子化合物としては、上記のノニオン性セルロース系半合成系高分子化合物を各種誘導基により置換したアルキルセルロース並びにそのナトリウム塩及びアンモニウム塩などが挙げられる。具体例を挙げると、セルロース硫酸ナトリウム、メチルセルロース、メチルエチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース(CMC)及びそれらの塩等が挙げられる。
 カチオン性セルロース系半合成系高分子化合物としては、例えば、低窒素ヒドロキシエチルセルロースジメチルジアリルアンモニウムクロリド(ポリクオタニウム-4)、塩化O-[2-ヒドロキシ-3-(トリメチルアンモニオ)プロピル]ヒドロキシエチルセルロース(ポリクオタニウム-10)、塩化O-[2-ヒドロキシ-3-(ラウリルジメチルアンモニオ)プロピル]ヒドロキシエチルセルロース(ポリクオタニウム-24)等が挙げられる。
 これらの中でも、カチオン性、アニオン性また両性の特性を取りうることから、セルロース系半合成系高分子化合物、そのナトリウム塩及びそのアンモニウム塩が好ましい。さらにその中でも、負極活物質の分散性の観点から、アニオン性のセルロース系半合成系高分子化合物が特に好ましい。
 また、セルロース系半合成系高分子化合物のエーテル化度は、好ましくは0.5以上、より好ましくは0.6以上であり、好ましくは1.0以下、より好ましくは0.8以下である。ここで、エーテル化度とは、セルロース中の無水グルコース単位1個当たりの水酸基(3個)の、カルボキシメチル基等への置換体への置換度のことをいう。エーテル化度は、理論的には0~3の値を取りうる。エーテル化度が上記範囲にある場合は、セルロース系半合成系高分子化合物が負極活物質の表面に吸着しつつ水への相溶性も見られることから分散性に優れ、負極活物質を一次粒子レベルまで微分散できる。
 さらに、粘度調整剤として高分子化合物(重合体を含む)を使用する場合、ウベローデ粘度計より求められる極限粘度から算出される粘度調整剤の平均重合度は、好ましくは500以上、より好ましくは1000以上であり、好ましくは2500以下、より好ましくは2000以下、特に好ましくは1500以下である。粘度調整剤の平均重合度は本発明の二次電池負極用スラリー組成物の流動性及び負極活物質層の膜均一性、並びに工程上のプロセスへ影響することがある。平均重合度を前記の範囲にすることにより、本発明の二次電池負極用スラリー組成物の経時の安定性を向上させて、凝集物がなく厚みムラのない塗布が可能になる。
 粘度調整剤の量は、負極活物質の量100重量部に対して、好ましくは0重量部以上であり、好ましくは0.5重量部以下である。粘度調整剤の量を前記の範囲にすることにより、本発明の二次電池負極用スラリー組成物の粘度を取り扱い易い好適な範囲にすることができる。
 導電剤は、負極活物質同士の電気的接触を向上させる成分である。導電剤を含むことにより、本発明の二次電池の放電レート特性を改善することができる。
 導電剤としては、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンブラック、グラファイト、気相成長カーボン繊維、およびカーボンナノチューブ等の導電性カーボンなどを使用することができる。導電剤は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 導電剤の量は、負極活物質の量100重量部に対して、好ましくは1~20重量部、より好ましくは1~10重量部である。
 補強材としては、例えば、各種の無機および有機の球状、板状、棒状または繊維状のフィラーが使用できる。補強材を用いることにより、強靭で柔軟な負極を得ることができ、優れた長期サイクル特性を示す二次電池を実現できる。
 補強材の量は、負極活物質の量100重量部に対して、好ましくは0.01重量部以上、より好ましくは1重量部以上であり、好ましくは20重量部以下、より好ましくは10重量部以下である。補強剤の量を上記範囲とすることにより、二次電池は高い容量と高い負荷特性を示すことができる。
 レベリング剤としては、例えば、アルキル系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、金属系界面活性剤などの界面活性剤が挙げられる。レベリング剤を用いることにより、二次電池負極用スラリー組成物の塗布時に発生するはじきを防止したり、負極の平滑性を向上させたりすることができる。
 レベリング剤の量は、負極活物質の量100重量部に対して、好ましくは0.01重量部~10重量部である。レベリング剤が上記範囲であることにより負極作製時の生産性、平滑性及び電池特性に優れる。また、界面活性剤を含有させることにより二次電池負極用スラリー組成物において負極活物質等の分散性を向上することができ、さらにそれにより得られる負極の平滑性を向上させることができる。
 電解液添加剤としては、例えば、ビニレンカーボネートなどが挙げられる。電解液添加剤を用いることにより、例えば電解液の分解を抑制することができる。
 電解液添加剤の量は、負極活物質の量100重量部に対して、好ましくは0.01重量部~10重量部である。電解液添加剤の量を上記範囲にすることにより、サイクル特性及び高温特性に優れた二次電池を実現できる。
 また、負極活物質層は、例えば、フュームドシリカやフュームドアルミナなどのナノ微粒子を含んでいてもよい。ナノ微粒子を含む場合には二次電池負極用スラリー組成物のチキソ性を調整することができるので、それにより得られる本発明の負極のレベリング性を向上させることができる。
 ナノ微粒子の量は、負極活物質の量100重量部に対して、好ましくは0.01重量部~10重量部である。ナノ微粒子が上記範囲であることにより、二次電池負極用スラリー組成物の安定性及び生産性を改善し、高い電池特性を実現できる。
 [2-4.集電体及び負極活物質層]
 本発明の負極は、上述した負極活物質、二次電池負極用バインダー組成物、並びに必要に応じて用いられる他の成分を含む負極活物質層を備える。この負極活物質層は、通常、集電体の表面に設けられる。この際、負極活物質層は、集電体の少なくとも片面に設けうるが、両面に設けられていることが好ましい。
 負極用の集電体は、電気導電性を有し、且つ、電気化学的に耐久性のある材料であれば特に制限されないが、耐熱性を有するため金属材料が好ましい。負極用の集電体の材料としては、例えば、鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼、チタン、タンタル、金、白金などが挙げられる。中でも、二次電池負極に用いる集電体としては銅が特に好ましい。前記の材料は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 集電体の形状は特に制限されないが、厚さ0.001mm~0.5mm程度のシート状のものが好ましい。
 集電体は、負極活物質層との接着強度を高めるため、表面に予め粗面化処理して使用することが好ましい。粗面化方法としては、例えば、機械的研磨法、電解研磨法、化学研磨法などが挙げられる。機械的研磨法においては、通常、研磨剤粒子を固着した研磨布紙、砥石、エメリバフ、鋼線などを備えたワイヤーブラシ等が使用される。また、負極活物質層の接着強度や導電性を高めるために、集電体の表面に中間層を形成してもよい。
 通常は前記の集電体の表面に、負極活物質層が設けられる。
 負極活物質層の厚みは、好ましくは5μm以上、より好ましくは30μm以上であり、好ましくは300μm以下、より好ましくは250μm以下である。負極活物質層の厚みが上記範囲にあることにより、負荷特性及びサイクル特性を良好にすることができる。
 負極活物質層における負極活物質の含有割合は、好ましくは85重量%以上、より好ましくは88重量%以上であり、好ましくは99重量%以下、より好ましくは97重量%以下である。負極活物質の含有割合を上記範囲とすることにより、高い容量を示しながらも柔軟性、結着性を示す負極を実現できる。
 負極活物質層における水分量は、1000ppm以下であることが好ましく、500ppm以下であることがより好ましい。負極活物質層の水分量を上記範囲内とすることにより、耐久性に優れる負極とすることができる。水分量は、カールフィッシャー法等の既知の方法により測定しうる。
 このような低い水分量は、水溶性重合体中の単位の組成を適宜調整することにより達成しうる。特に、フッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を0.5~20重量%、好ましくは1~10重量%の範囲にすることにより水分量を低減することができる。
 [3.二次電池用負極の製造方法、及び二次電池負極用スラリー組成物]
 本発明の二次電池用負極の製造方法(以下、適宜「本発明の負極の製造方法」という。)は特に制限されないが、例えば、(I)本発明の二次電池負極用スラリー組成物を用意し、その二次電池負極用スラリー組成物を集電体の表面に塗布し、乾燥させることにより集電体の表面に負極活物質を形成する方法(塗布法)や、(II)本発明の二次電池負極用スラリー組成物から複合粒子を調製し、これを集電体上に供給してシート成形し、所望により、さらにロールプレスして負極活物質層を形成する方法(乾式成形法)等が挙げられる。
 本発明の二次電池負極用スラリー組成物は、負極活物質、粒子状バインダー、水溶性重合体及び水を含むスラリー状の組成物である。また、本発明の二次電池負極用スラリー組成物は、必要に応じて負極活物質、粒子状バインダー、水溶性重合体及び水以外の成分を含んでいてもよい。負極活物質、粒子状バインダー及び水溶性重合体、並びに必要に応じて含まれる成分の量は、通常は負極活物質層に含まれる各成分の量と同様にする。このような本発明の二次電池負極用スラリー組成物では、通常、一部の水溶性重合体は水に溶解しているが、別の一部の水溶性重合体が負極活物質の表面に吸着することによって、負極活物質が水溶性重合体の安定な層で覆われて、負極活物質の溶媒中での分散性が向上している。このため、本発明の二次電池負極用スラリー組成物は、集電体に塗布する際の塗工性が良好である。
 水は、二次電池負極用スラリー組成物において溶媒又は分散媒として機能し、負極活物質を分散させたり、粒子状バインダーを分散させたり、水溶性重合体を溶解させたりする。この際、溶媒として水以外の液体を水と組み合わせて用いてもよい。粒子状バインダーを分散し且つ、水溶性重合体を溶解させた液体と負極活物質を組み合わせると、粒子状バインダー及び水溶性重合体が負極活物質の表面に吸着することにより負極活物質の分散が安定化するので、好ましい。
 水と組み合わせる液体の種類は、乾燥速度や環境上の観点から選択することが好ましい。好ましい例を挙げると、シクロペンタン、シクロヘキサン等の環状脂肪族炭化水素類;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;エチルメチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル、γ-ブチロラクトン、ε-カプロラクトン等のエステル類;アセトニトリル、プロピオニトリル等のアシロニトリル類;テトラヒドロフラン、エチレングリコールジエチルエーテル等のエーテル類:メタノール、エタノール、イソプロパノール、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル等のアルコール類;N-メチルピロリドン、N,N-ジメチルホルムアミド等のアミド類;などが挙げられるが、中でもN-メチルピロリドン(NMP)が好ましい。これらは、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 水及び前記の液体の量は、本発明の二次電池負極用スラリー組成物の粘度が塗布に好適な粘度になるように調整することが好ましい。具体的には、本発明の二次電池負極用スラリー組成物の固形分の濃度が、好ましくは30重量%以上、より好ましくは40重量%以上であり、好ましくは90重量%以下、より好ましくは80重量%以下となる量に調整して用いられる。
 本発明の二次電池負極用スラリー組成物は、上記の負極活物質、二次電池負極用バインダー組成物及び水、並びに必要に応じて用いられる成分を混合して製造してもよい。混合方法は特に限定はされないが、例えば、撹拌式、振とう式、および回転式などの混合装置を使用した方法が挙げられる。また、ホモジナイザー、ボールミル、サンドミル、ロールミル、プラネタリーミキサーおよび遊星式混練機などの分散混練装置を使用した方法が挙げられる。
 (I)塗布法において、本発明の二次電池負極用スラリー組成物を集電体の表面に塗布する方法は特に限定されない。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、およびハケ塗り法などの方法が挙げられる。
 乾燥方法としては、例えば、温風、熱風、低湿風による乾燥、真空乾燥、(遠)赤外線や電子線などの照射による乾燥法などが挙げられる。乾燥時間は好ましくは5分~30分であり、乾燥温度は好ましくは40℃~180℃である。
 (II)乾式成形法における複合粒子は、前記本発明の二次電池負極用スラリー組成物から調製されるものであるため、上記スラリー組成物に含まれる二次電池負極用バインダー組成物や負極活物質等が一体化した粒子となる。具体的には、スラリー組成物を構成する負極活物質や粒子状バインダーが、それぞれ別個に独立した粒子として存在するのではなく、構成成分である負極活物質、粒子状バインダー及び水溶性重合体を含む2成分以上によって一粒子を形成するものである。具体的には、前記2成分以上の個々の粒子の複数個が結合して二次粒子を形成しており、複数個(好ましくは数個~数十個)の負極活物質が、粒子状バインダーによって結着されて粒子を形成しているものが好ましい。負極活物質層を複合粒子を用いて形成することにより、得られる二次電池負極のピール強度をより高くできると共に、内部抵抗を低減することができる。
 乾式成形法に好適に用いる複合粒子は、本発明の二次電池負極用バインダー組成物、負極活物質及び必要に応じて用いられる導電剤等を含む二次電池負極用スラリー組成物を造粒することにより製造される。
 複合粒子の造粒方法は特に制限されず、噴霧乾燥造粒法、転動層造粒法、圧縮型造粒法、攪拌型造粒法、押出し造粒法、破砕型造粒法、流動層造粒法、流動層多機能型造粒法、パルス燃焼式乾燥法、および溶融造粒法などの公知の造粒法により製造することができる。中でも、表面付近に二次電池負極用バインダー組成物および導電剤が偏在した複合粒子を容易に得られるので、噴霧乾燥造粒法が好ましい。噴霧乾燥造粒法で得られる複合粒子を用いると、本発明の二次電池負極を高い生産性で得ることができる。また、二次電池負極の内部抵抗をより低減することができる。
 噴霧乾燥造粒法では、本発明の二次電池負極用スラリー組成物を噴霧乾燥して造粒し、複合粒子を得る。噴霧乾燥は、熱風中にスラリー組成物を噴霧して乾燥することにより行う。スラリー組成物の噴霧に用いる装置としてアトマイザーが挙げられる。アトマイザーは、回転円盤方式と加圧方式との二種類の装置がある。回転円盤方式は、高速回転する円盤のほぼ中央にスラリー組成物を導入し、円盤の遠心力によってスラリー組成物が円盤の外に放たれ、その際にスラリー組成物を霧状にする方式である。円盤の回転速度は円盤の大きさに依存するが、好ましくは5,000~40,000rpm、より好ましくは15,000~40,000rpmである。円盤の回転速度が低いほど、噴霧液滴が大きくなり、得られる複合粒子の重量平均粒子径が大きくなる。回転円盤方式のアトマイザーとしては、ピン型とベーン型が挙げられるが、好ましくはピン型アトマイザーである。ピン型アトマイザーは、噴霧盤を用いた遠心式の噴霧装置の一種であり、該噴霧盤が上下取付円板の間にその周縁に沿ったほぼ同心円上に着脱自在に複数の噴霧用コロを取り付けたもので構成されている。スラリー組成物は噴霧盤中央から導入され、遠心力によって噴霧用コロに付着し、コロ表面を外側へと移動し、最後にコロ表面から離れ噴霧される。一方、加圧方式は、スラリー組成物を加圧してノズルから霧状にして乾燥する方式である。
 噴霧されるスラリー組成物の温度は、通常は室温であるが、加温して室温以上にしたものであってもよい。また、噴霧乾燥時の熱風温度は、好ましくは80~250℃、より好ましくは100~200℃である。
 噴霧乾燥において、熱風の吹き込み方法は特に制限されず、例えば、熱風と噴霧方向が横方向に並流する方式、乾燥塔頂部で噴霧され熱風と共に下降する方式、噴霧した滴と熱風が向流接触する方式、噴霧した滴が最初熱風と並流し次いで重力落下して向流接触する方式等が挙げられる。
 乾式成形法に好適に用いる複合粒子の形状は、実質的に球形であることが好ましい。すなわち、複合粒子の短軸径をLs、長軸径をLl、La=(Ls+Ll)/2とし、(1-(Ll-Ls)/La)×100の値を球形度(%)としたとき、球形度が80%以上であることが好ましく、より好ましくは90%以上である。ここで、短軸径Lsおよび長軸径Llは、透過型電子顕微鏡写真像より測定される値である。
 乾式成形法に好適に用いる複合粒子の体積平均粒子径は、好ましくは10~100μm、より好ましくは20~80μm、さらにより好ましくは30~60μmの範囲である。体積平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置を用いて測定することができる。
 乾式成形法において、複合粒子を集電体上に供給する工程で用いられるフィーダーは、特に限定されないが、複合粒子を定量的に供給できる定量フィーダーであることが好ましい。ここで、定量的に供給できるとは、かかるフィーダーを用いて複合粒子を連続的に供給し、一定間隔で供給量を複数回測定し、その測定値の平均値mと標準偏差σmから求められるCV値(=σm/m×100)が4以下であることをいう。乾式成形法に好適に用いられる定量フィーダーは、CV値が好ましくは2以下である。定量フィーダーの具体例としては、テーブルフィーダー、ロータリーフィーダーなどの重力供給機、スクリューフィーダー、ベルトフィーダーなどの機械力供給機などが挙げられる。これらのうちロータリーフィーダーが好適である。
 次いで、集電体と供給された複合粒子とを一対のロールで加圧して、集電体上に負極活物質層を形成する。この工程では、必要に応じ加温された前記複合粒子が、一対のロールでシート状の負極活物質層に成形される。供給される複合粒子の温度は、好ましくは40~160℃、より好ましくは70~140℃である。この温度範囲にある複合粒子を用いると、プレス用ロールの表面で複合粒子の滑りがなく、複合粒子が連続的かつ均一にプレス用ロールに供給されるので、膜厚が均一で、電極密度のばらつきが小さい、負極活物質層を得ることができる。
 成形時の温度は、好ましくは0~200℃であり、本発明に用いる粒子状バインダーの融点またはガラス転移温度より高いことが好ましく、融点またはガラス転移温度より20℃以上高いことがより好ましい。ロールを用いる場合の成形速度は、好ましくは0.1m/分より大きく、より好ましくは35~70m/分である。またプレス用ロール間のプレス線圧は、好ましくは0.2~30kN/cm、より好ましくは0.5~10kN/cmである。
 上記製法では、前記一対のロールの配置は特に限定されないが、略水平または略垂直に配置されることが好ましい。略水平に配置する場合は、集電体を一対のロール間に連続的に供給し、該ロールの少なくとも一方に複合粒子を供給することで、集電体とロールとの間隙に複合粒子が供給され、加圧により負極活物質層を形成できる。略垂直に配置する場合は、集電体を水平方向に搬送させ、集電体上に複合粒子を供給し、供給された複合粒子を必要に応じブレード等で均した後、前記集電体を一対のロール間に供給し、加圧により負極活物質層を形成できる。
 また、(I)塗布法においては、集電体の表面に二次電池負極用スラリー組成物を塗布及び乾燥した後で、必要に応じて、例えば金型プレス又はロールプレスなどを用い、負極活物質層に加圧処理を施すことが好ましい。加圧処理により、負極活物質層の空隙率を低くすることができる。空隙率は、好ましくは5%以上、より好ましくは7%以上であり、好ましくは30%以下、より好ましくは20%以下である。空隙率を前記範囲の下限値以上とすることにより、高い体積容量が得易くなり、負極活物質層を集電体から剥がれ難くすることができ、また、上限値以下とすることにより高い充電効率及び放電効率が得られる。
 さらに、負極活物質層が硬化性の重合体を含む場合は、負極活物質層の形成後に前記重合体を硬化させることが好ましい。
 [4.二次電池]
 本発明の二次電池は、本発明の負極を備える。通常、本発明の二次電池は、正極、負極、電解液及びセパレーターを備え、前記負極が、本発明の負極となっている。
 本発明の負極を備えるので、本発明の二次電池では、充放電に伴う負極の膨らみを抑制できたり、高温環境で保存した場合でも容量を低下し難くしたりできる。また、通常は、本発明の二次電池の高温サイクル特性及び低温出力特性を改善したり、負極活物質層の集電体への密着性を高めたりすることもできる。
 [4-1.正極]
 正極は、通常、集電体と、集電体の表面に形成された、正極活物質及び正極用バインダーを含む正極活物質層とを備える。
 正極の集電体は、電気導電性を有しかつ電気化学的に耐久性のある材料であれば特に制限されない。正極の集電体としては、例えば、本発明の負極に使用される集電体を用いてもよい。中でも、アルミニウムが特に好ましい。
 正極活物質は、例えば本発明の二次電池がリチウムイオン二次電池である場合には、リチウムイオンの挿入及び脱離が可能な物質が用いられる。このような正極活物質は、無機化合物からなるものと有機化合物からなるものとに大別される。
 無機化合物からなる正極活物質としては、例えば、遷移金属酸化物、遷移金属硫化物、リチウムと遷移金属とのリチウム含有複合金属酸化物などが挙げられる。
 上記の遷移金属としては、例えばTi、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo等が挙げられる。
 遷移金属酸化物としては、例えば、MnO、MnO、V、V13、TiO、Cu、非晶質VO-P、MoO、V、V13等が挙げられ、中でもサイクル安定性と容量からMnO、V、V13、TiOが好ましい。
 遷移金属硫化物としては、例えば、TiS、TiS、非晶質MoS、FeS等が挙げられる。
 リチウム含有複合金属酸化物としては、例えば、層状構造を有するリチウム含有複合金属酸化物、スピネル構造を有するリチウム含有複合金属酸化物、オリビン型構造を有するリチウム含有複合金属酸化物などが挙げられる。
 層状構造を有するリチウム含有複合金属酸化物としては、例えば、リチウム含有コバルト酸化物(LiCoO)、リチウム含有ニッケル酸化物(LiNiO)、Co-Ni-Mnのリチウム複合酸化物、Ni-Mn-Alのリチウム複合酸化物、Ni-Co-Alのリチウム複合酸化物等が挙げられる。
 スピネル構造を有するリチウム含有複合金属酸化物としては、例えば、マンガン酸リチウム(LiMn)又はMnの一部を他の遷移金属で置換したLi[Mn3/21/2]O(ここでMは、Cr、Fe、Co、Ni、Cu等)等が挙げられる。
 オリビン型構造を有するリチウム含有複合金属酸化物としては、例えば、LiMPO(式中、Mは、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mg、Zn、V、Ca、Sr、Ba、Ti、Al、Si、B及びMoからなる群より選ばれる少なくとも1種を表し、Xは0≦X≦2を満たす数を表す。)で表されるオリビン型燐酸リチウム化合物が挙げられる。
 有機化合物からなる正極活物質としては、例えば、ポリアセチレン、ポリ-p-フェニレンなどの導電性高分子化合物が挙げられる。
 また、無機化合物及び有機化合物を組み合わせた複合材料からなる正極活物質を用いてもよい。例えば、鉄系酸化物を炭素源物質の存在下において還元焼成することで、炭素材料で覆われた複合材料を作製し、この複合材料を正極活物質として用いてもよい。鉄系酸化物は電気伝導性に乏しい傾向があるが、前記のような複合材料にすることにより、高性能な正極活物質として使用できる。
 さらに、前記の化合物を部分的に元素置換したものを正極活物質として用いてもよい。また、上記の無機化合物と有機化合物の混合物を正極活物質として用いてもよい。
 正極活物質は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 正極活物質の粒子の平均粒子径は、好ましくは1μm以上、より好ましくは2μm以上であり、好ましくは50μm以下、より好ましくは30μm以下である。正極活物質の粒子の平均粒子径を上記範囲にすることにより、正極活物質層を調製する際の正極用バインダーの量を少なくすることができ、二次電池の容量の低下を抑制できる。また、正極活物質層を形成するためには、通常、正極活物質及び正極用バインダーを含む正極用スラリー組成物を用意するが、この正極用スラリー組成物の粘度を塗布し易い適正な粘度に調整することが容易になり、均一な正極を得ることができる。
 正極活物質層における正極活物質の含有割合は、好ましくは90重量%以上、より好ましくは95重量%以上であり、好ましくは99.9重量%以下、より好ましくは99重量%以下である。正極活物質の含有量を上記範囲とすることにより、二次電池の容量を高くでき、また、正極の柔軟性並びに集電体と正極活物質層との結着性を向上させることができる。
 正極用バインダーとしては、例えば、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、ポリアクリル酸誘導体、ポリアクリロニトリル誘導体などの樹脂;アクリル系軟質重合体、ジエン系軟質重合体、オレフィン系軟質重合体、ビニル系軟質重合体等の軟質重合体を用いることができる。正極用バインダーは、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 また、正極活物質層には、必要に応じて、正極活物質及び正極用バインダー以外の成分が含まれていてもよい。その例を挙げると、例えば、粘度調整剤、導電剤、補強材、レベリング剤、電解液添加剤等が挙げられる。また、これらの成分は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 正極活物質層の厚みは、好ましくは5μm以上、より好ましくは10μm以上であり、好ましくは300μm以下、より好ましくは250μm以下である。正極活物質層の厚みが上記範囲にあることにより、負荷特性及びエネルギー密度の両方で高い特性を実現できる。
 正極は、例えば、前述の負極と同様の要領で製造しうる。
 [4-2.電解液]
 電解液としては、例えば、非水系の溶媒に支持電解質としてリチウム塩を溶解したものを使用してもよい。リチウム塩としては、例えば、LiPF、LiAsF、LiBF、LiSbF、LiAlCl、LiClO、CFSOLi、CSOLi、CFCOOLi、(CFCO)NLi、(CFSONLi、(CSO)NLiなどのリチウム塩が挙げられる。特に溶媒に溶けやすく高い解離度を示すLiPF、LiClO、CFSOLiは好適に用いられる。これらは1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 支持電解質の量は、電解液に対して、好ましくは1重量%以上、より好ましくは5重量%以上であり、また、好ましくは30重量%以下、より好ましくは20重量%以下である。支持電解質の量が少なすぎても多すぎてもイオン導電度は低下し、二次電池の充電特性及び放電特性が低下する可能性がある。
 電解液に使用する溶媒としては、支持電解質を溶解させるものであれば特に限定されない。溶媒としては、例えば、ジメチルカーボネート(DMC)、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、メチルエチルカーボネート(MEC)等のアルキルカーボネート類;γ-ブチロラクトン、ギ酸メチル等のエステル類;1,2-ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン等のエーテル類;スルホラン、ジメチルスルホキシド等の含硫黄化合物類;などが用いられる。特に高いイオン伝導性が得易く、使用温度範囲が広いため、ジメチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート及びメチルエチルカーボネートが好ましい。溶媒は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 また、電解液には必要に応じて添加剤を含有させてもよい。添加剤としては、例えばビニレンカーボネート(VC)などのカーボネート系の化合物が好ましい。添加剤は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 また、上記以外の電解液としては、例えば、ポリエチレンオキシド、ポリアクリロニトリルなどのポリマー電解質に電解液を含浸したゲル状ポリマー電解質;硫化リチウム、LiI、LiNなどの無機固体電解質;などを挙げることができる。
 [4-3.セパレーター]
 セパレーターとしては、通常、気孔部を有する多孔性基材を用いる。セパレーターの例を挙げると、(a)気孔部を有する多孔性セパレーター、(b)片面または両面に高分子コート層が形成された多孔性セパレーター、(c)無機セラミック粉末を含む多孔質の樹脂コート層が形成された多孔性セパレーター、などが挙げられる。これらの例としては、ポリプロピレン系、ポリエチレン系、ポリオレフィン系、またはアラミド系多孔性セパレーター、ポリビニリデンフルオリド、ポリエチレンオキシド、ポリアクリロニトリルまたはポリビニリデンフルオリドヘキサフルオロプロピレン共重合体などの固体高分子電解質用またはゲル状高分子電解質用の高分子フィルム;ゲル化高分子コート層がコートされたセパレーター;無機フィラーと無機フィラー用分散剤とからなる多孔膜層がコートされたセパレーター;などが挙げられる。
 [4-4.二次電池の製造方法]
 本発明の二次電池の製造方法は、特に限定されない。例えば、上述した負極と正極とをセパレーター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してもよい。さらに、必要に応じてエキスパンドメタル;ヒューズ、PTC素子などの過電流防止素子;リード板などを入れ、電池内部の圧力上昇、過充放電の防止をしてもよい。電池の形状は、例えば、ラミネートセル型、コイン型、ボタン型、シート型、円筒型、角形、扁平型などいずれであってもよい。
 以下、実施例を示して本発明について具体的に説明するが、本発明は以下に示す実施例に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲及びその均等の範囲を逸脱しない範囲において任意に変更して実施してもよい。以下の実施例の説明において、量を表す「%」及び「部」は、別に断らない限り、重量基準である。以下に説明する操作は、別に断らない限り、常温及び常圧の条件において行った。
 〔評価方法〕
 1.密着強度
 実施例および比較例で製造した負極を、長さ100mm、幅10mmの長方形に切り出して試験片とした。この試験片を、負極活物質層の表面を下にして、負極活物質層の表面にセロハンテープを貼り付けた。この際、セロハンテープとしてはJIS Z1522に規定されるものを用いた。また、セロハンテープは試験台に固定しておいた。その後、集電体の一端を鉛直上方に引張り速度50mm/分で引っ張って剥がしたときの応力を測定した。この測定を3回行い、その平均値を求めて、当該平均値をピール強度とした。ピール強度が大きいほど、負極活物質層の集電体への結着力が大きいこと、すなわち、密着強度が大きいことを示す。
 2.高温保存特性
 実施例および比較例で製造したラミネート型セルのリチウムイオン二次電池を、25℃の環境下で、24時間静置させた後に、0.1Cの定電流法によって、4.2Vに充電し、3.0Vまで放電する充放電の操作を行い、その時の電気容量(初期容量C)を測定した。さらに、25℃の環境下で、4.2Vに充電し、60℃で7日間保存した後、0.1Cの定電流法によって4.2Vまで充電し、3.0Vまで放電する充放電の操作を行い、高温保存後の電気容量Cを測定した。高温保存特性は、ΔC=C/C×100(%)で示す容量変化率ΔCにて評価した。この容量変化率ΔCの値が高いほど、高温保存特性に優れることを示す。
 3.高温サイクル特性
 実施例および比較例で製造したラミネート型セルのリチウムイオン二次電池を25℃の環境下で、24時間静置させた後に、0.1Cの定電流法によって、4.2Vに充電し、3.0Vまで放電する充放電の操作を行い、その時の電気容量(初期容量C)を測定した。さらに、60℃の環境下で、0.1Cの定電流法によって、4.2Vに充電し、3.0Vまで放電する充放電の操作を100回(100サイクル)繰り返し、100サイクル後の電気容量Cを測定した。高温サイクル特性は、ΔC=C/C×100(%)で示す容量変化率ΔCにて評価した。この容量変化率ΔCの値が高いほど、高温サイクル特性に優れることを示す。
 4.高温サイクル特性測定後の密着強度
 前記の「4.高温サイクル特性」の評価の後でリチウムイオン二次電池のセルを解体し、負極を取り出し、これを、60℃、24時間、0.1MPa以下の減圧下で乾燥させた。乾燥させた負極について「1.密着強度」と同様にして密着強度を測定した。但し、試験片の寸法は長さ40mm、幅10mmとした。
 5.低温出力特性
 実施例および比較例で製造したラミネート型セルのリチウムイオン二次電池を、25℃の環境下で、24時間静置させた後に、25℃の環境下で、4.2V、0.1Cの定電流法によって4.2Vに充電し、このときの電圧Vを測定した。その後、-25℃の環境下で、0.1Cの定電流法によって放電の操作を行い、放電開始10秒後の電圧V10を測定した。低温出力特性は、ΔV=V-V10で示す電圧変化ΔVにて評価した。この電圧変化ΔVの値が小さいほど、低温出力特性に優れることを示す。
 6.数平均分子量及び分子量分布
 実施例および比較例で製造した水溶性重合体の水溶液を、それぞれ、乾燥厚みが1mmとなるようにシリコン容器に流入し、室温、72時間乾燥し、1cm×1cmの正方形のフィルムを作製した。このフィルムを、ジメチルホルムアミドに溶解して1%溶液を調製した。これを試料として、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)を行い、数平均分子量及び分子量分布(分子量100,000以上の分子の個数の割合、及び分子量100以上1000以下の分子の個数の割合)を求めた。GPCの標準物質としてはポリスチレンを用い、展開溶媒としては、ジメチルホルムアミドの10体積%水溶液に0.85g/mlの硝酸ナトリウムを溶解させた溶液を用いた。
<測定条件>
 GPC測定装置:HLC-8220GPC(東ソー社製)
 カラム:TSKgel SuperHZM-M
 展開溶媒:ジメチルホルムアミドの10体積%水溶液に0.85g/mlの硝酸ナトリウムを溶解させた溶液
 流速:0.6mL/min
 注入量:20μl
 温度:40℃
 検出器:示差屈折率検出器RI(東ソー社製HLC-8320 GPC RI検出器)
 〔実施例1〕
 (1-1.水溶性重合体の製造)
 攪拌機付き5MPa耐圧容器に、メタクリル酸(酸性官能基含有単量体)32.5部、エチレンジメタクリレート(架橋性単量体)0.8部、2,2,2-トリフルオロエチルメタクリレート(フッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体)7.5部、ブチルアクリレート(その他の単量体)58.0部、ポリオキシアルキレンアルケニルエーテル硫酸アンモニウム(反応性界面活性剤単量体、花王製、商品名「ラテムルPD-104」)1.2部、t-ドデシルメルカプタン0.6部、イオン交換水150部、及び過硫酸カリウム(重合開始剤)0.5部を入れ、十分に攪拌した後、60℃に加温して重合を開始した。重合転化率が96%になった時点で冷却し反応を停止して、水溶性重合体を含む混合物を得た。上記水溶性重合体を含む混合物に、10%アンモニア水を添加して、pH8に調整し、所望の水溶性重合体を含む水溶液を得た。
 得られた水溶性重合体について、ガラス転移温度、分子量及び分子量分布を測定した。結果を表1に示す。
 (1-2.粒子状バインダーの製造)
 攪拌機付き5MPa耐圧容器に、1,3-ブタジエン33部、イタコン酸3.5部、スチレン63.5部、乳化剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム4部、イオン交換水150部及び重合開始剤として過硫酸カリウム0.5部を入れ、十分に攪拌した後、50℃に加温して重合を開始した。重合転化率が96%になった時点で冷却し反応を停止して、粒子状バインダー(SBR)を含む混合物を得た。上記粒子状バインダーを含む混合物に、5%水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pH8に調整後、加熱減圧蒸留によって未反応単量体の除去を行った後、30℃以下まで冷却し、所望の粒子状バインダーを含む水分散液を得た。
 (1-3.二次電池負極用バインダー組成物の製造)
 上記(1-1)で得られた水溶性重合体を含む水溶液をイオン交換水で希釈して濃度を5%に調整した。そして、上記(1-2)で得られた粒子状バインダーを含む水分散液に、固形分相当で粒子状バインダー:水溶性重合体=97.0:3.0となるように混合して、二次電池負極用バインダー組成物を得た。
 (1-4.二次電池負極用スラリー組成物の製造)
 ディスパー付きのプラネタリーミキサーに、負極活物質として比表面積4m/gの人造黒鉛(平均粒子径:24.5μm)70部、SiOC(平均粒子径:12μm)30部、分散剤としてカルボキシメチルセルロースの1%水溶液(第一工業製薬株式会社製「BSH-12」)を固形分相当で1部を加え、イオン交換水で固形分濃度55%に調整した後、25℃で60分混合した。次に、イオン交換水で固形分濃度52%に調整した後、さらに25℃で15分混合し混合液を得た。
 上記混合液に、上記(1-3)で得られた二次電池負極用バインダー組成物を含む水分散液を固形分相当量で1.0重量部、及びイオン交換水を入れ、最終固形分濃度50%となるように調整し、さらに10分間混合した。これを減圧下で脱泡処理して流動性の良い二次電池負極用スラリー組成物を得た。
 (1-5.負極の製造)
 上記(1-4)で得られた二次電池負極用スラリー組成物を、コンマコーターで、集電体である厚さ20μmの銅箔の上に、乾燥後の膜厚が150μm程度になるように塗布し、乾燥させた。この乾燥は、銅箔を0.5m/分の速度で60℃のオーブン内を2分間かけて搬送することにより行った。その後、120℃にて2分間加熱処理して負極原反を得た。この負極原反をロールプレスで圧延して、負極活物質層の厚みが80μmの負極を得た。
 得られた負極について、密着強度を測定した。結果を表2に示す。
 (1-6.正極の製造)
 正極用バインダーとして、ガラス転移温度Tgが-40℃で、数平均粒子径が0.20μmのアクリレート重合体の40%水分散体を用意した。前記のアクリレート重合体は、アクリル酸2-エチルヘキシル78重量%、アクリロニトリル20重量%、及びメタクリル酸2重量%を含む単量体混合物を乳化重合して得られた共重合体である。
 正極活物質として体積平均粒子径0.5μmでオリビン結晶構造を有するLiFePOを100部と、分散剤としてカルボキシメチルセルロースの1%水溶液(第一工業製薬株式会社製「BSH-12」)を固形分相当で1部と、正極用バインダーとして上記のアクリレート重合体の40%水分散体を固形分相当で5部と、イオン交換水とを混合した。イオン交換水の量は、全固形分濃度が40%となる量とした。これらをプラネタリーミキサーにより混合し、正極用スラリー組成物を調製した。
 上記の正極用スラリー組成物を、コンマコーターで、集電体である厚さ20μmの銅箔の上に、乾燥後の膜厚が200μm程度になるように塗布し、乾燥させた。この乾燥は、銅箔を0.5m/分の速度で60℃のオーブン内を2分間かけて搬送することにより行った。その後、120℃にて2分間加熱処理して、正極原反を得た。この正極原反をロールプレスで圧延して、正極極板を製造した。
 (1-7.セパレーターの用意)
 単層のポリプロピレン製セパレーター(幅65mm、長さ500mm、厚さ25μm、乾式法により製造、気孔率55%)を、5×5cmの正方形に切り抜いた。
 (1-8.リチウムイオン二次電池)
 電池の外装として、アルミ包材外装を用意した。上記(1-6)で得られた正極を、4×4cmの正方形に切り出し、集電体側の表面がアルミ包材外装に接するように配置した。正極の正極活物質層の面上に、上記(1-7)で得られた正方形のセパレーターを配置した。さらに、上記(1-5)で得られた負極を、4.2×4.2cmの正方形に切り出し、これをセパレーター上に、負極活物質層側の表面がセパレーターに向かい合うよう配置した。電解液(溶媒:EC/DEC=1/2、電解質:濃度1MのLiPF)を空気が残らないように注入し、さらに、アルミ包材の開口を密封するために、150℃のヒートシールをしてアルミ外装を閉口し、リチウムイオン二次電池を製造した。
 得られたリチウムイオン二次電池について、高温保存特性、高温サイクル特性、高温サイクル特性測定後の密着強度、及び低温出力特性を評価した。結果を表2に示す。
 〔実施例2~11〕
 (1-1)の水溶性重合体の製造において、2,2,2-トリフルオロエチルメタクリレート、ブチルアクリレート、エチレンジメタクリレート、tert-ドデシルメルカプタン及びポリオキシアルキレンアルケニルエーテル硫酸アンモニウムの量を表1~表2に示す通り変更した他は、実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池の各構成要素及びリチウムイオン二次電池を作製し、評価した。結果を表1~表2に示す。
 〔実施例12及び13〕
 (12-1.水溶性重合体の製造)
 実施例1の(1-1)の水溶性重合体の製造において、2,2,2-トリフルオロエチルメタクリレートに代えて、トリフルオロメチルメタクリレート(実施例12)又はパーフルオロオクチルメタクリレート(実施例13)を添加した他は、実施例1と同様にして、水溶性重合体を含む水溶液を得た。
 得られた水溶性重合体について、ガラス転移温度、分子量及び分子量分布を測定した。結果を表2~表3に示す。
 (12-2.二次電池等の製造及び評価)
 水溶性重合体を含む水溶液として、実施例1の(1-1)で得られたものに代えて上記(12-1)で得られたものを用いた他は、実施例1の(1-2)~(1-8)と同様にして、リチウムイオン二次電池の各構成要素及びリチウムイオン二次電池を作製し、評価した。結果を表2~表3に示す。
 〔実施例14及び15〕
 (1-4)の二次電池負極用スラリー組成物の製造において、粒子状バインダーと水溶性重合体の5%水溶液を含む水分散液の添加量を変更し、粒子状バインダーと水溶性重合体の割合を表3に示す通りとした他は、実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池の各構成要素及びリチウムイオン二次電池を作製し、評価した。結果を表3に示す。
 〔実施例16〕
 (1-4)の二次電池負極用スラリー組成物の製造において、SiOCを添加せず、且つ人造黒鉛の添加量を100部に変更した他は、実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池の各構成要素及びリチウムイオン二次電池を作製し、評価した。結果を表3に示す。
 〔実施例17〕
 (1-4)の二次電池負極用スラリー組成物の製造において、人造黒鉛及びSiOCの添加量をそれぞれ90部及び10部に変更した他は、実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池の各構成要素及びリチウムイオン二次電池を作製し、評価した。結果を表3に示す。
 〔実施例18〕
 (1-1)の水溶性重合体の製造において、界面活性剤として、ポリオキシアルキレンアルケニルエーテル硫酸アンモニウムに代えて、ドデシルジフェニルエーテルスルホン酸ナトリウムを用い、さらにブチルアクリレートの量を59.2部に変更した他は、実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池の各構成要素及びリチウムイオン二次電池を作製し、評価した。結果を表3に示す。
 〔実施例19〕
 (19-1.水溶性重合体の製造)
 攪拌機付き5MPa耐圧容器に、メタクリル酸(酸性官能基含有単量体)32.5部、エチレンジメタクリレート(架橋性単量体)0.8部、2,2,2-トリフルオロエチルメタクリレート(フッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体)7.5部、ブチルアクリレート(その他の単量体)57.0部、スチレンスルホン酸(スルホン酸基含有単量体)1部、ポリオキシアルキレンアルケニルエーテル硫酸アンモニウム(反応性界面活性剤単量体、花王製、商品名「ラテムルPD-104」)1.2部、t-ドデシルメルカプタン0.6部、イオン交換水150部、及び過硫酸カリウム(重合開始剤)0.5部を入れ、十分に攪拌した後、60℃に加温して重合を開始した。重合転化率が96%になった時点で冷却し反応を停止して、水溶性重合体を含む混合物を得た。上記水溶性重合体を含む混合物に、10%アンモニア水を添加して、pH8に調整し、所望の水溶性重合体を含む水溶液を得た。
 得られた水溶性重合体について、ガラス転移温度、分子量及び分子量分布を測定した。結果を表4に示す。
 (19-2.二次電池等の製造及び評価)
 水溶性重合体を含む水溶液として、実施例1の(1-1)で得られたものに代えて上記(19-1)で得られたものを用いた他は、実施例1の(1-2)~(1-8)と同様にして、リチウムイオン二次電池の各構成要素及びリチウムイオン二次電池を作製し、評価した。結果を表4に示す。
 〔比較例1〕
 (C1-1.水溶性重合体の製造)
 攪拌機付き5MPa耐圧容器に、メタクリル酸(酸性官能基含有単量体)32.5部、ブチルアクリレート(その他の単量体)67.5部、ドデシルジフェニルエーテルスルホン酸ナトリウム1.2部、t-ドデシルメルカプタン0.05部、イオン交換水150部、及び過硫酸カリウム(重合開始剤)0.5部を入れ、十分に攪拌した後、60℃に加温して重合を開始した。重合転化率が96%になった時点で冷却し反応を停止して、水溶性重合体を含む混合物を得た。上記水溶性重合体を含む混合物に、10%アンモニア水を添加して、pH8に調整し、所望の水溶性重合体を含む水溶液を得た。
 得られた水溶性重合体について、ガラス転移温度、分子量及び分子量分布を測定した。結果を表4示す。
 (C1-2.二次電池等の製造及び評価)
 水溶性重合体を含む水溶液として、実施例1の(1-1)で得られたものに代えて上記(C1-1)で得られたものを用いた他は、実施例1の(1-2)~(1-8)と同様にして、リチウムイオン二次電池の各構成要素及びリチウムイオン二次電池を作製し、評価した。結果を表4に示す。
 〔比較例2〕
 (C1-1)の水溶性重合体の製造において、t-ドデシルメルカプタンの量を2.5部に変更した他は、比較例1と同様にして、リチウムイオン二次電池の各構成要素及びリチウムイオン二次電池を作製し、評価した。結果を表4に示す。
 〔比較例3〕
 (C3-1.水溶性重合体の製造)
 攪拌機付き5MPa耐圧容器に、メタクリル酸(酸性官能基含有単量体)32.5部、2,2,2-トリフルオロエチルメタクリレート(フッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体)30部、ブチルアクリレート(その他の単量体)37.5部、ドデシルジフェニルエーテルスルホン酸ナトリウム1.2部、t-ドデシルメルカプタン0.05部、イオン交換水150部、及び過硫酸カリウム(重合開始剤)0.5部を入れ、十分に攪拌した後、60℃に加温して重合を開始した。重合転化率が96%になった時点で冷却し反応を停止して、水溶性重合体を含む混合物を得た。上記水溶性重合体を含む混合物に、10%アンモニア水を添加して、pH8に調整し、所望の水溶性重合体を含む水溶液を得た。
 得られた水溶性重合体について、ガラス転移温度、分子量及び分子量分布を測定した。結果を表4に示す。
 (C3-2.二次電池等の製造及び評価)
 水溶性重合体を含む水溶液として、実施例1の(1-1)で得られたものに代えて上記(C3-1)で得られたものを用いた他は、実施例1の(1-2)~(1-8)と同様にして、リチウムイオン二次電池の各構成要素及びリチウムイオン二次電池を作製し、評価した。結果を表4に示す。
 〔比較例4〕
 (C1-1)の水溶性重合体の製造において、ドデシルジフェニルエーテルスルホン酸ナトリウムの量を3.5部に変更し、t-ドデシルメルカプタンの量を1部に変更した他は、比較例1と同様にして、リチウムイオン二次電池の各構成要素及びリチウムイオン二次電池を作製し、評価した。結果を表4に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 表中の略語は、それぞれ以下のものを示す。
 TDM:tert-ドデシルメルカプタン
 EDMA:エチレンジメタクリレート
 TFEMA:2,2,2-トリフルオロエチルメタクリレート
 TFMMA:トリフルオロメチルメタクリレート
 PFOMA:パーフルオロオクチルメタクリレート
 POAAE:ポリオキシアルキレンアルケニルエーテル硫酸アンモニウム
 ※1:反応性界面活性剤単量体を添加せず、代わりに、反応性単量体でない界面活性剤であるドデシルジフェニルエーテルスルホン酸ナトリウム1.2部を添加した。
 ※2:反応性界面活性剤単量体を添加せず、代わりに、反応性単量体でない界面活性剤であるドデシルジフェニルエーテルスルホン酸ナトリウム3.5部を添加した。
 Tg:水溶性重合体のガラス転移温度(℃)
 100000≦:水溶性重合体中の、分子量100,000以上の分子の個数の割合(%)
 100-1000:水溶性重合体中の、分子量100以上1000以下の分子の個数の割合(%)
 Mn:水溶性重合体の数平均分子量
 メタクリル酸量:メタクリル酸の配合割合(部)
 BA量:ブチルアクリレートの配合割合(部)
 フッ素種類:フッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体の種類
 フッ素量:フッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体の配合割合(部)
 架橋性種類:架橋性単量体の種類
 架橋性量:架橋性単量体の配合割合(部)
 調整剤種類:分子量調整剤種類
 調整剤量:分子量調整剤の配合割合(部)
 反応性界面種類:反応性界面活性剤単量体の種類
 反応性界面量:反応性界面活性剤単量体の配合割合(部)
 スルホン酸量:スチレンスルホン酸の配合割合(部)
 粒子状バインダー/水溶性重合体:負極用バインダーにおける、粒子状バインダー/水溶性重合体の重量比
 ピール強度:密着性試験で測定された負極活物質のピール強度(N/m)
 高温保存特性:高温保存特性試験で測定された容量変化率ΔC(%)
 高温サイクル特性:高温サイクル特性試験で測定された容量変化率ΔC(%)
 高温サイクル特性後のピール強度:高温サイクル特性後の密着強度試験で測定されたピール強度(N/m)
 低温出力特性:低温出力特性で測定された電圧変化ΔV(mV)
 表1~表4の結果から分かる通り、本発明の要件を充足する実施例においては、全ての評価項目においてバランス良く良好な結果が得られた。これに対し、ガラス転移温度及び分子量分布の一方又は両方が本願の要件を充足しない比較例1~4においては、ピール強度が劣り、電池の特性においてもより劣る結果が得られた。

Claims (11)

  1.  粒子状バインダー、および酸性官能基を有する水溶性重合体を含み、
     前記水溶性重合体のガラス転移温度が30℃~80℃であり、
     前記水溶性重合体において、分子量100,000以上の分子の個数の割合が30%以下であり、且つ分子量100以上1000以下の分子の個数の割合が0.1%以上10%以下である、
     二次電池負極用バインダー組成物。
  2.  前記水溶性重合体が、フッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を含有し、前記水溶性重合体中の前記フッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の含有割合が1~20重量%である請求項1記載の二次電池負極用バインダー組成物。
  3.  前記水溶性重合体が、架橋性単量体単位を含有し、前記水溶性重合体中の前記架橋性単量体単位の含有割合が0.1~2重量%である請求項1または2記載の二次電池負極用バインダー組成物。
  4.  前記水溶性重合体が、反応性界面活性剤単位を含有し、前記水溶性重合体中の前記反応性界面活性剤単位の含有割合が0.1~5重量%である請求項1~3のいずれか1項に記載の二次電池負極用バインダー組成物。
  5.  前記粒子状バインダーと前記水溶性重合体の含有割合が、粒子状バインダー/水溶性重合体=99.5/0.5~80/20(重量比)である請求項1~4のいずれか1項に記載の二次電池負極用バインダー組成物。
  6.  請求項1~5のいずれか1項に記載の二次電池負極用バインダー組成物および負極活物質を含む二次電池用負極。
  7.  前記負極活物質が、リチウムを吸蔵し、放出する金属を含む請求項6に記載の二次電池用負極。
  8.  前記負極活物質が、Si含有化合物を含む請求項6または7に記載の二次電池用負極。
  9.  負極活物質、請求項1~5のいずれか1項に記載の二次電池負極用バインダー組成物および水を含む二次電池負極用スラリー組成物。
  10.  請求項9に記載の二次電池負極用スラリー組成物を、集電体上に塗布し、乾燥することを含む二次電池用負極の製造方法。
  11.  正極、負極、電解液、及びセパレーターを備えるリチウムイオン二次電池であって、前記負極が請求項6~8のいずれか1項に記載の二次電池用負極である二次電池。
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