WO2016067635A1 - リチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物、リチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物、リチウムイオン二次電池用正極およびリチウムイオン二次電池 - Google Patents

リチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物、リチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物、リチウムイオン二次電池用正極およびリチウムイオン二次電池 Download PDF

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祐作 松尾
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Definitions

  • the present invention relates to a binder composition for a lithium ion secondary battery positive electrode, a slurry composition for a lithium ion secondary battery positive electrode, a positive electrode for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery.
  • Lithium ion secondary batteries are small and light, have high energy density, and can be repeatedly charged and discharged, and are used in a wide range of applications.
  • an electrode for a lithium ion secondary battery usually includes a current collector and an electrode mixture layer formed on the current collector.
  • the electrode mixture layer is formed by, for example, applying a slurry composition obtained by dispersing and / or dissolving an electrode active material and a binder composition containing a binder in a solvent on a current collector and drying it. It is formed.
  • interest in an aqueous slurry composition using an aqueous medium as a solvent has increased.
  • the output characteristics of the lithium ion secondary battery may not be sufficiently improved.
  • the binding properties of the water-soluble polymer and the particulate polymer used as the binding material in the above-described conventional methods are not satisfactory. Therefore, in order to secure the adhesion strength between the positive electrode mixture layer and the current collector, it is necessary to use a large amount of a binder as an insulator, and the internal resistance of the lithium ion secondary battery may increase. there were.
  • lithium ion secondary batteries are required to be reusable and storable over a long period of time.
  • life characteristics (cycle characteristics, storage stability) of lithium ion secondary batteries are required. There was room for further improvement in terms of improving
  • an object of this invention is to provide the binder composition for lithium ion secondary battery positive electrodes which reduces the internal resistance of a lithium ion secondary battery, and is excellent in lifetime characteristic collectively.
  • Another object of the present invention is to provide a slurry composition for a positive electrode of a lithium ion secondary battery that reduces the internal resistance of the lithium ion secondary battery and has excellent life characteristics.
  • the present invention also provides a positive electrode for a lithium ion secondary battery that reduces the internal resistance of the lithium ion secondary battery and also has excellent life characteristics, and lithium ion that has reduced internal resistance and excellent life characteristics.
  • An object is to provide a secondary battery.
  • the present inventor has intensively studied for the purpose of solving the above problems. And this inventor is an ethylenically unsaturated carboxylic acid and / or its salt, and the copolymerizable compound which has the ethylenically unsaturated bond whose solubility with respect to 100 g of water in 20 degreeC is 7 g or more in predetermined ratio. And a water-soluble polymer obtained by copolymerizing the monomer composition X, and having a degree of electrolyte swell less than a specific value and a pH of less than 7.0 at a solid content concentration of 1% by mass.
  • the binder composition for forming the positive electrode the internal resistance of the lithium ion secondary battery including the positive electrode is reduced, and in addition, the lithium ion secondary battery can exhibit excellent life characteristics, The present invention has been completed.
  • the binder composition for a lithium ion secondary battery positive electrode of the present invention comprises a water-soluble polymer X and water
  • the water-soluble Polymer X has an ethylenically unsaturated carboxylic acid compound (A) composed of at least one of an ethylenically unsaturated carboxylic acid and a salt thereof, and an ethylenically unsaturated bond having a solubility in 100 g of water at 20 ° C. of 7 g or more.
  • A ethylenically unsaturated carboxylic acid compound
  • B a monomer composition X containing a copolymerizable compound
  • the monomer composition X comprises the ethylenically unsaturated carboxylic acid compound (A ) Is 20.0% by mass or more and 79.5% by mass or less, and the ratio of the compound (B) in all monomers is 20.0% by mass or more and 79.5% by mass or less.
  • Electrolytic Solution of Conductive Polymer X Jund is less than 120%, and pH in the solid content concentration of 1% by weight of the water-soluble polymer, wherein X is less than 7.0.
  • the binder composition containing the water-soluble polymer X having a pH of less than 7.0 at a concentration of 1% by mass is used for forming the positive electrode, the life characteristics are reduced while reducing the internal resistance of the lithium ion secondary battery including the positive electrode. Can be made excellent.
  • the monomer composition X comprises a polyfunctional compound (C) having a polyoxyalkylene structure and two or more ethylenically unsaturated bonds. Furthermore, it is preferable that the ratio of the polyfunctional compound (C) in all the monomers is 0.1% by mass or more and 20.0% by mass or less. If the water-soluble polymer X is formed using the monomer composition X containing the polyfunctional compound (C) in the above proportion, the internal resistance of the lithium ion secondary battery can be further reduced, and the life characteristics It is because it can improve further. Further, by including the polyfunctional compound (C) in the monomer composition X, the solid content concentration of the slurry composition prepared using the binder composition of the present invention can be increased, and the productivity of the positive electrode can be increased. This is because it can be improved.
  • the monomer composition X is the proportion of the ethylenically unsaturated carboxylic acid compound (A) in the total monomer. It is preferable that the value divided by the proportion of the compound (B) is less than 1.5.
  • the water-soluble polymer X is excessive in the electrolyte. The inter-particle distance between the positive electrode active materials is maintained, lithium ion conductivity is secured, the internal resistance of the lithium ion secondary battery can be further reduced, and the cycle characteristics can be further improved. Because.
  • the monomer composition X is composed of an ethylenically unsaturated sulfonic acid and a salt thereof, and an ethylenically unsaturated phosphoric acid and a salt thereof.
  • the compound (D) which consists of at least 1 type selected from these may further be included, and the ratio of the said compound (D) in all the monomers shall be 0.4 mass% or more and 30.0 mass% or less. preferable.
  • the water-soluble polymer X is formed using the monomer composition X containing the compound (D) in the above-mentioned proportion, the adhesion between the positive electrode mixture layer formed using the binder composition and the current collector and This is because, while ensuring the productivity of the positive electrode, it is possible to suppress the swelling of the positive electrode and further improve the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery.
  • the ratio of the ethylenically unsaturated carboxylic acid compound (A) in the total monomer and the total monomer It is preferable that the value which remove
  • the ratio of the ethylenically unsaturated carboxylic acid compound (A), the compound (B), and the compound (D) in all monomers satisfies the above relationship, the adhesion between the positive electrode mixture layer and the current collector is increased, Further, the storage stability can be further improved.
  • the water-soluble polymer X does not swell excessively in the electrolyte, the interparticle distance between the positive electrode active materials is maintained, and the lithium ion conductivity is ensured. This is because the resistance can be reduced.
  • the binder composition for lithium ion secondary battery positive electrodes of this invention contains the particulate polymer Y further, and the said particulate polymer Y contains an acrylic polymer at least. If the water-soluble polymer X and the particulate polymer Y containing an acrylic polymer are used in combination, the adhesion strength between the positive electrode mixture layer and the current collector is improved, and the life characteristics of the lithium ion secondary battery are improved. This is because it can be further improved.
  • the slurry composition for lithium ion secondary battery positive electrodes of this invention is a binder for lithium ion secondary battery positive electrodes in any one of the above-mentioned.
  • a composition and a positive electrode active material are included.
  • the positive electrode active material is preferably a positive electrode active material containing Ni.
  • a known active material such as lithium cobaltate or iron phosphate can be typically used.
  • a positive electrode active material containing Ni (Ni, Co, Mn (or Al) is included. This is because if a so-called ternary positive electrode active material or lithium nickelate is used, the capacity of the lithium ion secondary battery can be increased.
  • the positive electrode active material containing Ni has a particularly high alkali content. Even when such a positive electrode active material is used, corrosion of the current collector is suppressed by the contribution of the binder composition described above. In addition, the internal resistance of the lithium secondary battery can be reduced, and the life characteristics can be improved.
  • the positive electrode for lithium ion secondary batteries of this invention is the slurry composition for lithium ion secondary battery positive electrodes in any one of the above-mentioned.
  • the positive electrode composite material layer prepared by using is provided on a current collector.
  • the lithium ion secondary battery of this invention is equipped with a positive electrode, a negative electrode, electrolyte solution, and a separator, and the said positive electrode is the above-mentioned lithium ion. It is a positive electrode for secondary batteries.
  • the positive electrode for lithium ion secondary batteries described above is used, a lithium ion secondary battery having reduced internal resistance and excellent life characteristics can be provided.
  • the internal resistance of a lithium ion secondary battery can be reduced, and the lithium ion secondary battery positive electrode binder composition which is excellent in a lifetime characteristic can be provided.
  • the internal resistance of a lithium ion secondary battery is reduced, and the positive electrode for lithium ion secondary batteries which makes the life characteristic excellent, and internal resistance are reduced, and it is excellent in a life characteristic.
  • a lithium ion secondary battery can be provided.
  • the binder composition for a lithium ion secondary battery positive electrode of the present invention is used for forming a positive electrode of a lithium ion secondary battery.
  • the slurry composition for lithium ion secondary battery positive electrodes of this invention contains the binder composition for lithium ion secondary battery positive electrodes of this invention, and is used for formation of the positive electrode of a lithium ion secondary battery.
  • the positive electrode for lithium ion secondary batteries of this invention can be manufactured using the slurry composition for lithium ion secondary batteries positive electrodes of this invention.
  • the lithium ion secondary battery of the present invention is characterized by using the positive electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention.
  • the binder composition for a lithium ion secondary battery positive electrode of the present invention includes a binder and water as a solvent.
  • the lithium ion secondary battery positive electrode binder composition of the present invention has a solubility in 100 g of water at 20 ° C. and an ethylenically unsaturated carboxylic acid compound (A) comprising at least one of an ethylenically unsaturated carboxylic acid and a salt thereof.
  • the binder is a lithium ion secondary battery positive electrode slurry composition prepared using the lithium ion secondary battery positive electrode binder composition of the present invention, and a positive electrode mixture layer is formed on the current collector.
  • the positive electrode manufactured by this it is a component which can hold
  • the binder used for the binder composition for lithium ion secondary battery positive electrodes of the present invention is a monomer composition containing the above-mentioned ethylenically unsaturated carboxylic acid compound (A) and compound (B) in a predetermined ratio. It is necessary to contain the water-soluble polymer X obtained by polymerizing the product X and having an electrolyte solution swelling degree and pH (solid content concentration of 1% by mass) less than a predetermined value.
  • the lithium ion secondary battery positive electrode binder composition of the present invention may optionally further contain a polymer other than the water-soluble polymer X, for example, a particulate polymer Y described later as a binder. Good.
  • the binder composition for a lithium ion secondary battery positive electrode of the present invention is obtained by polymerizing a monomer composition X containing an ethylenically unsaturated carboxylic acid compound (A) and a compound (B) in a predetermined ratio. Since the water-soluble polymer X is obtained and has an electrolyte swelling degree of less than 120% by mass and a pH at a solid content concentration of 1% by mass of less than 7.0, the binder composition is used as a positive electrode. By using it for the production, the lithium ion secondary battery can exhibit excellent life characteristics while reducing the internal resistance of the lithium ion secondary battery.
  • the reason why the internal resistance of the lithium ion secondary battery is reduced and the life characteristics are improved by using the water-soluble polymer X is not clear, but is presumed to be as follows.
  • the compound (B) used for the preparation of the water-soluble polymer X is a highly polar monomer having high solubility in water. Therefore, the obtained water-soluble polymer X has a low affinity for the electrolyte solution usually used in lithium ion secondary batteries, and the resulting water-soluble polymer X is moderately swollen in the electrolyte solution (120 mass). Less than%). Therefore, it is assumed that the structure of the electrode plate is maintained and the life characteristics such as cycle characteristics are improved.
  • the lithium group conductivity is improved by the carboxyl group of the ethylenically unsaturated carboxylic acid compound (A), the internal resistance of the lithium ion secondary battery is reduced, and the cycle characteristics are improved.
  • the water-soluble polymer X suitably covers the positive electrode active material and the conductive material due to the contribution of the carboxyl group of the ethylenically unsaturated carboxylic acid compound (A) and the compound (B).
  • the swelling of the electrode is also required for the positive electrode, and it is assumed that the swelling can be suppressed by using the water-soluble polymer X having a high structural rigidity.
  • the pH of the water-soluble polymer X is in the acidic range and the water-soluble polymer X has a carboxyl group, the alkali component derived from the positive electrode active material is neutralized in the slurry composition, and the current collector Corrosion of can be suppressed. Therefore, it is presumed that the performance of the lithium ion secondary battery is improved (particularly, the internal resistance is reduced and the life characteristics are improved).
  • the water-soluble polymer X used as a binder for the binder composition for a lithium ion secondary battery positive electrode of the present invention is a water-soluble copolymer.
  • the polymer is “water soluble” means that a mixture obtained by adding 1 part by weight of polymer (corresponding to a solid content) and stirring with respect to 100 parts by weight of ion-exchanged water has a temperature of 20 ° C. or higher. Adjust to at least one of the conditions within the range of 70 ° C. or less and within the range of pH 3 to 12 (using NaOH aqueous solution and / or HCl aqueous solution for pH adjustment), and pass through a 250 mesh screen. This means that the solid content of the residue remaining on the screen without passing through the screen does not exceed 50 mass% with respect to the solid content of the added polymer.
  • the water-soluble polymer X is obtained by polymerizing the monomer composition X described in detail below.
  • the water-soluble polymer X has a structural unit derived from the monomer contained in the monomer composition X in the same manner as the abundance ratio of each monomer in the monomer composition. It is contained in the ratio.
  • the monomer composition X used for the preparation of the water-soluble polymer X contains, for example, a monomer, an additive such as a polymerization initiator, and a polymerization solvent. And the monomer composition X contains an ethylenically unsaturated carboxylic acid compound (A) and a compound (B) in a predetermined ratio as a monomer. Specifically, the monomer composition X contains 20.0% by mass or more and 79.5% by mass or less of ethylene when the amount of all monomers in the monomer composition X is 100% by mass. The unsaturated carboxylic acid compound (A) and 20.0% by mass or more and 79.5% by mass or less of the compound (B) are contained.
  • the water-soluble polymer X contains 20.0% by mass or more and 79.5% by mass or less of the structural unit derived from the ethylenically unsaturated carboxylic acid compound (A), and 20.0% by mass of the structural unit derived from the compound (B). % Or more and 79.5% by mass or less.
  • the monomer composition X is optionally a compound that can be copolymerized with the ethylenically unsaturated carboxylic acid compound (A) and the compound (B), specifically, a polyfunctional compound (C), an ethylenic compound. It contains at least one compound (D) selected from the group consisting of unsaturated sulfonic acid and its salt, ethylenically unsaturated phosphoric acid and its salt, and other compounds except these as monomers. May be.
  • ethylenically unsaturated carboxylic acid compound (A)- As the ethylenically unsaturated carboxylic acid compound (A), at least one of an ethylenically unsaturated carboxylic acid and a salt thereof can be used.
  • the ethylenically unsaturated carboxylic acid include ethylenically unsaturated monocarboxylic acid and derivatives thereof, ethylenically unsaturated dicarboxylic acid and acid anhydrides thereof, and derivatives thereof.
  • the ethylenically unsaturated carboxylate include sodium salts, potassium salts and lithium salts of ethylenically unsaturated carboxylic acids.
  • ethylenically unsaturated carboxylic acid and its salt may be used individually by 1 type, and may be used combining two or more types by arbitrary ratios.
  • examples of the ethylenically unsaturated monocarboxylic acid include acrylic acid, methacrylic acid, and crotonic acid.
  • examples of the ethylenically unsaturated monocarboxylic acid derivatives include 2-ethylacrylic acid, isocrotonic acid, ⁇ -acetoxyacrylic acid, ⁇ -trans-aryloxyacrylic acid, ⁇ -chloro- ⁇ -E-methoxyacrylic. Acid, ⁇ -diaminoacrylic acid and the like.
  • examples of the ethylenically unsaturated dicarboxylic acid include maleic acid, fumaric acid, itaconic acid and the like.
  • Examples of acid anhydrides of ethylenically unsaturated dicarboxylic acids include maleic anhydride, diacrylic anhydride, methyl maleic anhydride, dimethyl maleic anhydride, and the like.
  • examples of the ethylenically unsaturated dicarboxylic acid derivative include methylmaleic acid, dimethylmaleic acid, phenylmaleic acid, chloromaleic acid, dichloromaleic acid, and fluoromaleic acid.
  • ethylenically unsaturated carboxylic acid compound (A) ethylenically unsaturated carboxylic acid and ethylenically unsaturated carboxylic acid salt (lithium salt of ethylenically unsaturated carboxylic acid etc.) can be used.
  • ethylenically unsaturated carboxylic acid salt (partially neutralized salt, i.e., ethylenically unsaturated carboxylic acid, which is in a state neutralized with less than a neutralization equivalent of base to ethylenically unsaturated carboxylic acid, and A mixture of neutralized salts thereof) can be used to increase the water solubility of the resulting water-soluble polymer X, and the polymerization rate can be controlled. Even when the monomer X in the monomer composition X is set to a high concentration when preparing the coalescence X, it is possible to prevent inhomogeneous polymerization due to precipitation of the water-soluble polymer X.
  • the polymerization can be uniformly advanced while increasing the productivity by using the monomer composition X having a high monomer concentration.
  • the ethylenically unsaturated carboxylic acid compound may be acrylic. Acid and methacrylic acid are preferably used, and acrylic acid is more preferably used.
  • the monomer which the monomer composition X used for preparation of the water-soluble polymer X contains 20.0 mass% or more and 79.5 mass% for the ethylenically unsaturated carboxylic acid compound (A) mentioned above.
  • the proportion of the ethylenically unsaturated carboxylic acid compound (A) in the monomer is preferably 21.0% by mass or more, and preferably 22.0% by mass or more. More preferably, it is 24.0% by mass or more, more preferably 75.0% by mass or less, more preferably 72.0% by mass or less, and 60.0% by mass or less. Is more preferably 50.0% by mass or less.
  • the proportion of the ethylenically unsaturated carboxylic acid compound (A) in the monomer is less than 20.0% by mass, the binding property of the water-soluble polymer X cannot be ensured, and the positive electrode mixture layer and The adhesion strength with the current collector is reduced. And the cycle characteristic of a lithium ion secondary battery falls.
  • the proportion of the ethylenically unsaturated carboxylic acid compound (A) in the monomer is more than 79.5% by mass, the water-soluble polymer X becomes excessively brittle and becomes brittle. Cracks are likely to occur in the positive electrode constituted by X. As a result, a new solid electrolyte film is generated due to the generation of gas due to the formation of a new interface of the active material, the internal resistance of the lithium ion secondary battery increases, and the cycle characteristics and storage stability decrease.
  • a compound having an ethylenically unsaturated bond and having a solubility in 100 g of water at 20 ° C. of 7 g or more can be used. This is because the structural unit derived from the compound (B) having such solubility has low swellability with respect to the electrolytic solution and high polymerizability when water is used as a polymerization solvent.
  • the ethylenically unsaturated carboxylic acid and the salt thereof are not included in the compound (B) but are included in the ethylenically unsaturated carboxylic acid compound (A) even when the above-described solubility is satisfied.
  • ethylenically unsaturated sulfonic acid, ethylenically unsaturated phosphoric acid, and salts thereof are not included in compound (B) but are included in compound (D) even if they satisfy the aforementioned solubility.
  • Examples of the compound (B) include 2-hydroxypropyl methacrylate (100 or more), 2-hydroxypropyl acrylate (100 or more), 2-hydroxyethyl methacrylate (100 or more), 2-hydroxyethyl acrylate (100 or more), Functional group (hydroxyl group, amide group, nitrile) having an ethylenically unsaturated bond and high polarity such as acrylamide (100 or more), methacrylamide (100 or more), N-methylolacrylamide (100 or more), acrylonitrile (7), etc. Group, amino group, etc.) and ethylene glycol dimethacrylate (100 or more). One of these may be used alone, or two or more of these may be used in combination at any ratio.
  • the numerical value in the parenthesis indicates water solubility (unit: g / 100 g) at a temperature of 20 ° C.
  • the water solubility at 20 ° C. can be measured by the EPA method (EPA Chemical Fate testing Guideline CG-1500 Water Solubility).
  • the solubility of the compound (B) in 100 g of water at 20 ° C. is preferably 100 g or more.
  • a water-soluble polymer X is prepared using a compound having a water solubility of less than 7 g at 20 ° C., such as methyl acrylate (6), ethyl acrylate (2), butyl acrylate (2).
  • the water-soluble polymer X is excessively swollen in the electrolytic solution, and the structure of the electrode plate cannot be maintained.
  • life characteristics such as cycle characteristics of the lithium ion secondary battery cannot be secured.
  • the compound (B) is used in view of suppressing moisture generation by reducing moisture brought into the lithium ion secondary battery, and other polymers that can be used in combination with the water-soluble polymer X (for example, particulates described later).
  • the polymer Y it is preferably not an organic salt such as an ammonium salt, a salt such as a sodium salt, or a potassium salt (particularly a metal salt), and an acidic group that can be easily converted into a salt ( It preferably has no phenolic hydroxyl group or the like.
  • the compound (B) is preferably 2-hydroxyethyl acrylate, acrylamide, N-methylol acrylamide, or acrylonitrile. 2-hydroxyethyl acrylate and acrylamide are more preferable, and acrylamide is more preferable.
  • the monomer which the monomer composition X used for preparation of the water-soluble polymer X needs to be 20.0 mass% or more and 79.5 mass% or less for the ratio for which the compound (B) mentioned above occupies.
  • the proportion of the compound (B) in the monomer is preferably 30.0% by mass or more, more preferably 40.0% by mass or more, and 50.0% by mass or more. Is more preferable, and it is preferable that it is 75.0 mass% or less.
  • the proportion of the compound (B) in the monomer is less than 20.0% by mass, the electrode plate becomes excessively brittle, the structure cannot be maintained, and cracks may occur. As a result, cycle characteristics deteriorate. In addition, the storage stability is lowered.
  • the internal resistance of the lithium ion secondary battery cannot be sufficiently reduced.
  • the proportion of the compound (B) in the monomer exceeds 79.5% by mass, the adhesion strength between the positive electrode mixture layer and the current collector cannot be ensured, and the lithium ion secondary battery Cycle characteristics are degraded.
  • divided the ratio of the ethylenically unsaturated carboxylic acid compound (A) in all the monomers by the ratio of the said compound (B) in all the monomers is less than 1.5.
  • it is 1.0 or less, more preferably 0.8 or less, further preferably 0.2 or more, and more preferably 0.3 or more.
  • a / B is less than 1.5, the water-soluble polymer X does not swell excessively in the electrolytic solution, the interparticle distance between the positive electrode active materials is maintained, and lithium ion conductivity is also ensured. This is because the internal resistance of the lithium ion secondary battery can be further reduced.
  • a / B is within the above range, it is possible to achieve a reduction in internal resistance of the lithium ion secondary battery and an improvement in cycle characteristics in a balanced manner.
  • the monomer composition X contains the polyfunctional compound (C) which has a polyoxyalkylene structure and two or more ethylenically unsaturated bonds as a monomer.
  • the water-soluble polymer X can be given moderately high rigidity and flexibility, and the electrode plate structure can be maintained. Therefore, the deterioration of cycle characteristics can be suppressed.
  • the water-soluble polymer X can be easily polymerized due to the contribution of the ethylene oxide chain having a high affinity with water.
  • the polyfunctional compound (C) in the monomer composition X, the solid content concentration of the slurry composition prepared using the binder composition of the present invention can be increased, and the productivity of the positive electrode can be increased. Can be improved.
  • the polyfunctional compound (C) is represented by the general formula: — (C m H 2m O) n — [wherein m is an integer of 1 or more and n is an integer of 2 or more].
  • a compound having a polyoxyalkylene structure and two or more ethylenically unsaturated bonds can be used.
  • the compound having a polyoxyalkylene structure and two or more ethylenically unsaturated bonds one type may be used alone, or two or more types may be used in combination at any ratio.
  • a compound corresponding to the polyfunctional compound (C) is not included in the compound (B).
  • the polyfunctional compound (C) the poly (meth) acrylate of the polyol which has a polyoxyalkylene structure etc. are mentioned, for example.
  • the polyfunctional compound is not particularly limited, and examples thereof include the following compounds (I) to (V).
  • “(meth) acrylate” means acrylate and / or Refers to methacrylate.
  • (I) The following general formula: [Wherein n is an integer of 2 or more] polyethylene glycol diacrylate represented by (II) The following general formula: [Wherein n is an integer of 2 or more] polytetramethylene glycol diacrylate.
  • the number (functional number) of ethylenically unsaturated bonds of the polyfunctional compound (C) is preferably 2 or more and 6 or less, and more preferably 2 or more and 4 or less.
  • the polyfunctional compound (C) is preferably a bi- to hexa-functional polyacrylate, more preferably a bi- to tetra-functional polyacrylate.
  • the polyoxyalkylene structure (— The integer m of (C m H 2m O) n —) is preferably 20 or less, more preferably 15 or less, particularly preferably 10 or less, and preferably 2 or more. This is because if the integer m is too large, the stability of the slurry composition may decrease. Moreover, when the integer m is too small, the rigidity of the water-soluble polymer X becomes high, and the storage stability of the lithium ion secondary battery may be lowered.
  • the integer n of the polyoxyalkylene structure (— (C m H 2m O) n —) of the polyfunctional compound (C) is preferably 20 or less, and preferably 15 or less. More preferably, it is particularly preferably 10 or less, more preferably 2 or more, further preferably 3 or more, and particularly preferably 4 or more. This is because if the integer n is too large, the stability of the slurry composition may decrease. In addition, when the integer n is too small, the rigidity of the water-soluble polymer X becomes high, and the storage stability of the lithium ion secondary battery may be lowered.
  • the average value of the integers n of the plurality of polyoxyalkylene structures is It is preferable to be included in the range, and it is more preferable that integers n of all polyoxyalkylene structures are included in the above range.
  • the monomer which the monomer composition X used for preparation of the water-soluble polymer X contains is 0.1 mass% or more in the ratio which the polyfunctional compound (C) mentioned above occupies. It is more preferably 3% by mass or more, further preferably 0.5% by mass or more, more preferably 20.0% by mass or less, and even more preferably 10.0% by mass or less.
  • the proportion of the polyfunctional compound (C) in the monomer is 0.1% by mass or more, the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery can be further improved.
  • the proportion of the polyfunctional compound (C) in the monomer is 20.0% by mass or less, so that the rigidity of the water-soluble polymer X is prevented from becoming excessively high and brittle. Further, it is possible to suppress a decrease in storage stability of the lithium ion secondary battery due to gas generation.
  • the monomer composition X contains, as a monomer, a compound (D) consisting of at least one selected from the group consisting of ethylenically unsaturated sulfonic acids and salts thereof, and ethylenically unsaturated phosphoric acids and salts thereof. You may go out.
  • a compound (D) for the polymerization of the water-soluble polymer X, the binding ability of the water-soluble polymer X to the positive electrode active material and the conductive material can be increased by the contribution of the sulfonic acid group and / or the phosphoric acid group.
  • the water-soluble polymer X can more suitably coat the positive electrode active material and the conductive material.
  • the adhesion between the positive electrode mixture layer and the current collector is increased, and the life characteristics are improved. Can be improved.
  • At least one selected from the group consisting of ethylenically unsaturated sulfonic acids, ethylenically unsaturated phosphoric acids and salts thereof can be used.
  • the ethylenically unsaturated sulfonic acid include 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid, styrene sulfonic acid, and vinyl sulfonic acid.
  • the ethylenically unsaturated sulfonic acid salt include sodium ethylenically unsaturated sulfonic acid. Salt, potassium salt, lithium salt, etc. are mentioned.
  • Examples of the ethylenically unsaturated phosphoric acid include phosphoric acid-2- (meth) acryloyloxyethyl and the like, and examples of the ethylenically unsaturated phosphate include sodium salt, potassium salt and lithium salt of ethylenically unsaturated phosphoric acid.
  • a compound (D) may be used individually by 1 type, and may be used combining two or more types by arbitrary ratios.
  • (meth) acryloyl means acryloyl and / or methacryloyl.
  • the water solubility of the resulting water-soluble polymer X is increased as compared with the case where these are not used. Therefore, when water-soluble polymer X is prepared using water as a polymerization solvent, precipitation of water-soluble polymer X is caused even if the monomer concentration in monomer composition X is high. Inhomogeneous progress of polymerization can be sufficiently prevented. Therefore, the polymerization can be uniformly advanced while increasing the productivity by using the monomer composition X having a high monomer concentration.
  • the stability of the slurry composition obtained using the binder composition is improved, and the adhesion between the positive electrode mixture layer and the current collector is improved.
  • the swelling of the positive electrode of the lithium ion secondary battery can be suppressed.
  • the reason why the swelling of the positive electrode can be suppressed by using ethylenically unsaturated sulfonic acid and / or ethylenically unsaturated phosphoric acid is not clear, but is presumed to be due to the following reason. That is, the phosphoric acid group or the sulfonic acid group has high affinity with the positive electrode active material.
  • the water-soluble polymer X obtained by using the compound (D) can easily coat the surface of the positive electrode active material well, suppresses the deterioration of the electrolyte solution on the surface of the positive electrode during the charge / discharge reaction, and accumulates deposits thereby. This is thought to be difficult.
  • the dispersibility of the positive electrode active material in the slurry composition is improved. This is considered to be because the residual stress of the positive electrode obtained is reduced and the spring back is suppressed.
  • the life characteristics of the lithium ion secondary battery can be further improved and the internal resistance can be further reduced.
  • the compound (D) is 2-acrylamide- 2-Methylpropanesulfonic acid, styrenesulfonic acid, vinylsulfonic acid, 2-methacryloyloxyethyl phosphate (acid phosphooxyethyl methacrylate) or a salt thereof is preferably used, and 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid Or it is more preferable to use the salt.
  • the proportion of the compound (D) in the monomer contained in the monomer composition X used for the preparation of the water-soluble polymer X is preferably 0.4% by mass or more, and 0.5% by mass. More preferably, it is more preferably 1.0% by mass or more, particularly preferably 5.0% by mass or more, and preferably 30.0% by mass or less, and 20.0% by mass. % Or less is more preferable, and 15.0 mass% or less is still more preferable.
  • the proportion of the compound (D) in the monomer is 0.4% by mass or more, adhesion between the positive electrode mixture layer and the current collector can be ensured. Further, the swelling of the positive electrode can be sufficiently suppressed, and the cycle characteristics can be further improved.
  • the productivity of the positive electrode can be increased by increasing the slurry solid content concentration. Further, since it is possible to increase the slurry solid content concentration, when the slurry composition applied on the current collector is dried, the migration of the water-soluble polymer X by thermal convection (the positive electrode mixture layer after the drying is completed). The uneven distribution on the surface) is suppressed, the adhesion between the positive electrode mixture layer and the current collector is increased, and the swelling of the positive electrode is suppressed to further improve the cycle characteristics.
  • the total of the ratio of the ethylenically unsaturated carboxylic acid compound (A) in all monomers and the ratio of the compound (D) in all monomers is preferably less than 1.5, more preferably 1.2 or less, and 0.8 More preferably, it is preferably 0.3 or more.
  • a + D / B is less than 1.5, the proportion of the salt in the monomer in the monomer composition X is suppressed, and the storage stability of the lithium ion secondary battery can be improved.
  • the water-soluble polymer X can suitably cover the positive electrode active material and the conductive material, and the adhesion between the positive electrode mixture layer and the current collector is improved. And the swelling of the positive electrode can be suppressed.
  • the monomer composition X used for the preparation of the water-soluble polymer X is copolymerized with the above-described ethylenically unsaturated carboxylic acid compound (A), compound (B), polyfunctional compound (C) and compound (D). Possible known compounds may be included.
  • the proportion of the monomer contained in the monomer composition X used for the preparation of the water-soluble polymer X is preferably 20% by mass or less except for these compounds (A) to (D). More preferably, it is 10 mass% or less.
  • Acrylic acid esters such as decyl acrylate, lauryl acrylate, n-tetradecyl acrylate, stearyl acrylate, perfluoroalkyl ethyl acrylate, phenyl acrylate, etc .; methyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-propyl methacrylate, isopropyl methacrylate, n-butyl methacrylate, t-butyl methacrylate, pentyl methacrylate, hexyl methacrylate Methacrylic
  • additives added to the monomer composition X used for the preparation of the water-soluble polymer X known additives that can be used for polymerization reactions such as polymerization initiators such as potassium persulfate and polymerization accelerators such as tetramethylethylenediamine. These additives may be mentioned.
  • the kind and compounding quantity of an additive can be arbitrarily selected according to a polymerization method etc.
  • a polymerization solvent blended in the water-soluble polymer X used for the preparation of the water-soluble polymer X a known solvent capable of dissolving or dispersing the above-described monomer can be used depending on the polymerization method and the like.
  • water is preferably used as the polymerization solvent.
  • the polymerization solvent an aqueous solution of an arbitrary compound or a mixed solution of a small amount of an organic medium and water may be used.
  • the water-soluble polymer X used as the binder of the binder composition of the present invention is obtained by mixing, for example, the monomer composition X obtained by mixing the above-described monomers, additives and polymerization solvent by a known method. Obtained by radical polymerization.
  • the solution containing the water-soluble polymer X and the polymerization solvent obtained by polymerizing the monomer composition X may be used as it is for the preparation of the binder composition, particularly when the polymerization solvent is water. Alternatively, it may be used for the preparation of the binder composition after solvent substitution or addition of optional components.
  • examples of the polymerization method include known polymerization methods such as aqueous solution polymerization, slurry polymerization, suspension polymerization, and emulsion polymerization.
  • aqueous solution polymerization using water as a polymerization solvent is preferable.
  • the aqueous solution polymerization is performed by adjusting the monomer composition X to a predetermined concentration, sufficiently replacing the dissolved oxygen in the reaction system with an inert gas, adding a radical polymerization initiator, and heating or
  • a polymerization reaction is performed by irradiation with light such as ultraviolet rays.
  • the pH of the aqueous solution after polymerization is usually 4.
  • the aqueous solution is preferably not used for neutralization and is used as it is for the binder composition or for the preparation of the binder composition.
  • the water-soluble polymer X prepared as described above needs to have an electrolyte swelling degree of less than 120% by mass, preferably less than 117%, and less than 115% by mass. Is more preferably less than 110% by mass, preferably 100% by mass or more, more preferably 103% by mass or more, and further preferably 105% by mass or more.
  • the degree of swelling of the electrolytic solution of the water-soluble polymer X is 120% by mass or more, the water-soluble polymer X is excessively swollen in the electrolytic solution, the electrode plate structure cannot be maintained, and the life characteristics are deteriorated.
  • the degree of swelling of the electrolyte solution of the water-soluble polymer X is 100% by mass or more, lithium ion conductivity is ensured and the internal resistance of the lithium ion secondary battery can be further reduced.
  • the flexibility of the water-soluble polymer X can be secured, the cracking and peeling of the water-soluble polymer X can be suppressed, and the storage stability of the lithium ion secondary battery can be further enhanced.
  • the electrolyte solution swelling degree of water-soluble polymer X can be measured by the method as described in the Example of this specification.
  • the degree of swelling of the electrolytic solution of the water-soluble polymer X can be changed by changing the type and amount of the ethylenically unsaturated carboxylic acid compound (A), the compound (B), and the compound (D) in the monomer composition X. Can be adjusted.
  • the water-soluble polymer X needs to have a pH of less than 7.0 when the aqueous solution is adjusted to a solid content concentration of 1% by mass, and the pH is preferably 6.0 or less, more preferably 5 0.5 or less, preferably 3.0 or more, more preferably 4.0 or more. If the pH of the aqueous solution of the water-soluble polymer X having a solid content concentration of 1% by mass is within the above-mentioned range, in the slurry composition prepared using the water-soluble polymer X, it is derived from the positive electrode active material. The alkali content can be neutralized and corrosion of the current collector is suppressed. And the performance improvement of a lithium ion secondary battery is realizable.
  • the pH of the water-soluble polymer X at a solid content concentration of 1% by mass is different from that of the water-soluble polymer X obtained by polymerization or by changing the kind and ratio of the monomer in the monomer composition X. It can be adjusted by adding acid or alkali separately.
  • the binder composition for a lithium ion secondary battery positive electrode of the present invention further includes a particulate polymer Y as a binder.
  • the particulate polymer Y is insoluble in water. Therefore, the particulate polymer Y is usually particulate in an aqueous slurry composition containing water. With such a particle shape, it is surmised that the particulate polymer Y can contribute to the improvement of the binding property of the binder composition as a whole by a mechanism different from that of the water-soluble polymer X described above.
  • the particulate polymer Y in addition to the conductive polymer X, moderate flexibility is imparted to the positive electrode, and cracking and cracking of the positive electrode can be suppressed. Further, the particulate polymer Y blends well with the above-mentioned water-soluble polymer X, and as a result, the particulate polymer Y suitably coats the positive electrode active material and the conductive material. As a result, the electrolyte solution on the positive electrode active material and the conductive material surface It is assumed that decomposition is suppressed and gas generation is suppressed, and further improvement in storage stability is achieved.
  • the particulate polymer Y is not particularly limited, and for example, an acrylic polymer or a conjugated diene polymer can be used. Among these, from the viewpoint of improving the adhesion strength between the positive electrode mixture layer formed using the binder composition of the present invention and the current collector, the particulate polymer Y more preferably contains an acrylic polymer.
  • the particulate polymer Y is obtained, for example, by polymerizing the monomer composition Y with a monomer, an additive such as a polymerization initiator, and a polymerization solvent.
  • the particulate polymer Y has the same structural unit derived from the monomer contained in the monomer composition Y as the abundance ratio of each monomer in the monomer composition. Contains in proportions.
  • An acrylic polymer is a polymer containing a structural unit derived from a (meth) acrylic acid ester monomer.
  • the acrylic polymer is a monomer composition containing a (meth) acrylic acid ester monomer and, optionally, an acidic group-containing monomer, an ⁇ , ⁇ -unsaturated nitrile monomer, and other monomers. It is obtained by polymerizing the product Y.
  • (meth) acrylic acid ester monomers, acidic group-containing monomers, ⁇ , ⁇ -unsaturated nitrile monomers, and other monomers used for the preparation of acrylic polymers will be described in detail.
  • the (meth) acrylic acid ester monomer used for the preparation of the acrylic polymer includes methyl acrylate, ethyl acrylate, n-propyl acrylate, isopropyl acrylate, n-butyl acrylate, t-butyl acrylate, pentyl acrylate, hexyl.
  • Acrylic acid alkyl esters such as acrylate, heptyl acrylate, octyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate; methyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-propyl methacrylate, isopropyl methacrylate, n-butyl methacrylate, t-butyl methacrylate, pentyl methacrylate, hexyl methacrylate, heptyl Alkyl methacrylate such as methacrylate, octyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate Ester and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the monomer composition Y used for the preparation of the acrylic polymer preferably has a proportion of 50% by mass or more of the above-described (meth) acrylic acid ester monomer, More preferably, it is more preferably 58% by mass or more, more preferably 98% by mass or less, more preferably 95% by mass or less, and 94% by mass or less. Further preferred.
  • the acidic group-containing monomer used for the preparation of the acrylic polymer is not particularly limited as long as it contains an acidic group and can be copolymerized with the above-described (meth) acrylic acid ester monomer.
  • examples of the acidic group include a carboxyl group (—COOH), a sulfonic acid group (—SO 3 H), and a phosphoric acid group (—PO 3 H 2 ).
  • a carboxyl group-containing monomer is preferable, and as the carboxyl group-containing monomer, the “ethylenically unsaturated carboxylic acid compound” described above in the section “Water-soluble polymer X” is used.
  • the monomer contained in the monomer composition Y used for the preparation of the acrylic polymer preferably has a ratio of the above-mentioned acidic group-containing monomer of 1% by mass or more, preferably 3% by mass or more. Is more preferably 6% by mass or less, and more preferably 5% by mass or less.
  • the monomer composition Y used for the preparation of the acrylic polymer preferably has a proportion of the above-mentioned ⁇ , ⁇ -unsaturated nitrile monomer of 5% by mass or more, It is more preferably 10% by mass or more, preferably 40% by mass or less, and more preferably 30% by mass or less.
  • -Other monomers examples include monomers copolymerizable with the above-described monomers. Specifically, as an optional monomer, from the monomers listed as usable in the above-mentioned water-soluble polymer X, (meth) acrylic acid ester monomer, acidic group-containing monomer, and ⁇ , ⁇ -unsaturated nitrile monomer is excluded. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the monomer composition Y used for the preparation of the acrylic polymer contains no particular limitation on the proportion of the other monomers described above, but is preferably 20% by mass or less. The content is more preferably at most 5 mass%, further preferably at most 5 mass%.
  • the value (Y / X) obtained by dividing the blending amount of the particulate polymer Y by the blending amount of the water-soluble polymer X is preferably 0.05 or more, and 0.2 or more. Is more preferably 0.5 or more, preferably 3 or less, more preferably 2 or less, still more preferably 1.5 or less, and 1.0 or less. It is particularly preferred that When Y / X is 0.05 or more, adhesion strength between the positive electrode mixture layer formed using the binder composition and the current collector is secured, and the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery are further improved.
  • the storage stability of the lithium ion secondary battery can be further improved.
  • Y / X is 3 or less, it is not difficult to prepare the slurry composition due to excessive thickening, and in addition, the liquid retention space of the positive electrode active material is not excessively reduced, and the particulate shape Since the polymer Y exists in the vicinity of the water-soluble polymer X and the positive electrode active material, the life characteristics of the lithium ion secondary battery can be further improved.
  • the binder composition of the present invention may contain known components that can be optionally blended.
  • Such known ingredients include thickeners, such as natural thickeners such as carboxymethylcellulose, thickened polysaccharides, alginic acid and starch, and synthetic thickeners such as polyacrylic acid.
  • An agent may be contained.
  • carboxymethylcellulose is preferable from the viewpoint of imparting thixotropy to the slurry composition and preventing sedimentation of the positive electrode active material.
  • the binder composition of the present invention can be prepared by mixing each of the above components in the presence of water as a solvent. Specifically, by mixing the above components and water using a mixer such as a ball mill, a sand mill, a bead mill, a pigment disperser, a grinder, an ultrasonic disperser, a homogenizer, a planetary mixer, a fill mix, A binder composition can be prepared.
  • the binder composition may contain a solvent other than water.
  • the water-soluble polymer X and the optionally usable particulate polymer Y are mixed as they are in the form of an aqueous solution or an aqueous dispersion when they are prepared by polymerizing the monomer composition in an aqueous solvent.
  • a binder composition containing water as a solvent can be prepared.
  • the preparation of the binder composition and the preparation of the slurry composition described later may be performed simultaneously, such as adding the particulate polymer Y. .
  • the pH of the binder composition of the present invention is preferably less than 7.0, more preferably 6.0 or less, still more preferably 5.5 or less, preferably 3.0 or more, more preferably 4.0 or more. is there. If the pH of the binder composition is within the above range, the alkali component derived from the positive electrode active material can be neutralized in the slurry composition prepared using the binder composition, and the current collector is corroded. Is suppressed. And the performance improvement of a lithium ion secondary battery is realizable. In addition, adjustment of pH of a binder composition can be suitably performed by a known means.
  • the slurry composition for a lithium ion secondary battery positive electrode of the present invention includes the above-described binder composition for a positive electrode of the lithium ion secondary battery of the present invention, a positive electrode active material, and a solvent such as water added as necessary, A conductive material and the thickener described above are included. That is, the slurry composition for a lithium ion secondary battery positive electrode includes at least the water-soluble polymer X, the positive electrode active material, and water, and optionally a particulate polymer Y, a conductive material, and a solvent other than water. And further contains a thickener and the like. And if a positive electrode is produced using the slurry composition of this invention, the internal resistance of a lithium ion secondary battery provided with the said positive electrode can be reduced, and the lifetime characteristic can be made excellent.
  • a compound containing a transition metal for example, a transition metal oxide, a transition metal sulfide, a composite metal oxide of lithium and a transition metal, or the like can be used.
  • a transition metal Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo etc. are mentioned, for example.
  • transition metal oxide for example, 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 , amorphous Examples include MoO 3 , amorphous V 2 O 5 , and amorphous V 6 O 13 .
  • the composite metal oxide of lithium and transition metal 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. It is done.
  • lithium-containing composite metal oxide having a layered structure examples include lithium-containing cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium-containing nickel oxide (LiNiO 2 ), and Co—Ni—Mn lithium-containing composite oxide (Li (Co Mn Ni) O 2 ), Ni—Mn—Al lithium-containing composite oxide, Ni—Co—Al lithium-containing composite oxide, and solid solution of LiMaO 2 and Li 2 MbO 3 .
  • examples of the Co—Ni—Mn lithium-containing composite oxide include Li [Ni 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 ] O 2 and Li [Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 ] O 2 .
  • Examples of the solid solution of LiMaO 2 and Li 2 MbO 3 include xLiMaO 2. (1-x) Li 2 MbO 3 .
  • x represents a number satisfying 0 ⁇ x ⁇ 1
  • Ma represents one or more transition metals having an average oxidation state of 3+
  • Mb represents one or more transition metals having an average oxidation state of 4+.
  • Examples of such a solid solution include Li [Ni 0.17 Li 0.2 Co 0.07 Mn 0.56 ] O 2 .
  • the “average oxidation state” indicates an average oxidation state of the “one or more transition metals”, and is calculated from the molar amount and valence of the transition metal.
  • lithium-containing composite metal oxide having a spinel structure examples include lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) and compounds in which a part of Mn of lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) is substituted with another transition metal.
  • LiMn 2 O 4 lithium manganate
  • Mn 2 O 4 lithium manganate
  • Specific examples include Li s [Mn 2-t Mc t] O 4 , such as LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4.
  • Mc represents one or more transition metals having an average oxidation state of 4+.
  • Mc include Ni, Co, Fe, Cu, and Cr.
  • T represents a number satisfying 0 ⁇ t ⁇ 1
  • s represents a number satisfying 0 ⁇ s ⁇ 1.
  • lithium-excess spinel compound represented by Li 1 + x Mn 2 ⁇ x O 4 (0 ⁇ X ⁇ 2) can also be used.
  • examples of the lithium-containing composite metal oxide having a spinel structure include a lithium-containing titanium oxide represented by Li 4 + Y Ti 5 O 12 ( ⁇ 1 ⁇ Y ⁇ 3).
  • Li 2 + Y Ti 3 O 7 (-1 ⁇ Y ⁇ 3) of Ramusuderaido structure Li 1 + Y Ti 2 O 4 ( 0 ⁇ Y ⁇ 1), Li 1.1 + Y Ti 1.8 O 4 (0 ⁇ Y ⁇ 1), Li 1.07 + Y Ti 1.86 O 4 (0 ⁇ Y ⁇ 1), and the like.
  • Examples of the lithium-containing composite metal oxide having an olivine type structure include olivine type phosphorus represented by Li y MdPO 4 such as olivine type lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) and olivine type lithium manganese phosphate (LiMnPO 4 ).
  • An acid lithium compound is mentioned.
  • Md represents one or more transition metals having an average oxidation state of 3+, and examples thereof include Mn, Fe, and Co.
  • Y represents a number satisfying 0 ⁇ y ⁇ 2.
  • Md may be partially substituted with another metal. Examples of the metal that can be substituted include Cu, Mg, Zn, V, Ca, Sr, Ba, Ti, Al, Si, B, and Mo.
  • the positive electrode active material containing Ni include LiNiO 2 , Li [Ni 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 ] O 2 , Li [Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 ] O 2 , Li [Ni 0.17 Li 0.2 Co 0.07 Mn 0.56 ] O 2 and the like.
  • such a positive electrode active material containing Ni and the above-described lithium-containing titanium oxide include alkalis such as lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and lithium hydroxide (LiOH) used in the production of the active material.
  • alkalis such as lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and lithium hydroxide (LiOH) used in the production of the active material.
  • LiOH lithium hydroxide
  • the binder composition containing the water-soluble polymer X containing a carboxyl group and exhibiting acidity is used for the preparation of the aqueous slurry composition, the eluted alkaline content is neutralized. And corrosion of the current collector can be suppressed.
  • the conductive material is for ensuring electrical contact between the positive electrode active materials in the positive electrode mixture layer.
  • a well-known electrically conductive material can be used, without being specifically limited.
  • the conductive material acetylene black, ketjen black (registered trademark), furnace black, graphite, carbon fiber, carbon flake, carbon ultrashort fiber (for example, carbon nanotube, vapor grown carbon fiber, etc.), etc.
  • Conductive carbon materials various metal fibers, foils and the like can be used.
  • acetylene black, ketjen black, or furnace black is preferably used as the conductive material from the viewpoint of sufficiently reducing the internal resistance while maintaining the battery capacity of the lithium ion secondary battery.
  • the said slurry composition for lithium ion secondary battery positive electrodes can be prepared by disperse
  • the slurry composition can be prepared by mixing in The pH of the slurry composition prepared as described above is not particularly limited, but is preferably 6 or more, more preferably 7 or more, still more preferably 7.5 or more, particularly preferably 9.1 or more, preferably It is 12 or less, more preferably 11.5 or less, and still more preferably 11 or less.
  • the pH of the slurry composition is within the above range, corrosion of the current collector can be sufficiently suppressed.
  • the content of the water-soluble polymer X in the slurry composition is preferably 0.5 parts by mass or more and more preferably 0.7 parts by mass or more per 100 parts by mass of the positive electrode active material. 1.2 parts by mass or more, more preferably 10 parts by mass or less, more preferably 5 parts by mass or less, and further preferably 3 parts by mass or less.
  • the characteristics of the water-soluble polymer X are suitably expressed, and particularly the internal resistance of the lithium ion secondary battery is further reduced. be able to.
  • the total content of the water-soluble polymer X and the particulate polymer Y in the slurry composition is preferably 2 parts by mass or more per 100 parts by mass of the positive electrode active material, and preferably 3 parts by mass. More preferably, it is 7 parts by mass or less, more preferably 4 parts by mass or less, and further preferably 3.5 parts by mass or less.
  • the total content of the water-soluble polymer X and the particulate polymer Y in the slurry composition is within the above range, the internal resistance of the lithium ion secondary battery is reduced, and the cycle characteristics and storage stability are improved. Improvement can be achieved in a well-balanced manner.
  • the preferred range of the value (Y / X) obtained by dividing the blending amount of the particulate polymer Y by the blending amount of the water-soluble polymer X is the value in the binder composition of the present invention. Similar to range.
  • the compounding quantity of a thickener and a electrically conductive material can be prepared suitably.
  • the positive electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention has a positive electrode mixture layer obtained using the slurry composition of the present invention. More specifically, the positive electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention comprises a current collector and a positive electrode mixture layer formed on the current collector, and the positive electrode mixture layer usually has the above slurry composition. It consists of a dried product.
  • the positive electrode mixture layer contains at least a positive electrode active material and a water-soluble polymer X as a binder.
  • the water-soluble polymer X and / or particulate polymer Y includes a crosslinkable structural unit
  • the water-soluble polymer X and / or the particulate polymer Y is not dried when the slurry composition is dried.
  • it may be cross-linked during the heat treatment optionally performed after drying (that is, the positive electrode mixture layer may contain a cross-linked product of the above-mentioned water-soluble polymer X and / or particulate polymer Y). Good).
  • each component contained in the positive electrode composite material layer is contained in the above-mentioned slurry composition for lithium ion secondary battery positive electrode, and a suitable abundance ratio of each of these components is the slurry for positive electrode It is the same as the preferred abundance ratio of each component in the composition.
  • the said positive electrode for lithium ion secondary batteries is prepared using the binder composition for lithium ion secondary battery positive electrodes of this invention, while reducing the internal resistance of a lithium ion secondary battery, lifetime characteristic Can be improved.
  • the positive electrode for a lithium ion secondary battery includes, for example, a step of applying the above-described slurry composition for a positive electrode of a lithium ion secondary battery on a current collector (application step), and a lithium applied on the current collector.
  • the slurry composition for an ion secondary battery positive electrode is dried to produce a positive electrode mixture layer on the current collector (drying step).
  • a method for applying the slurry composition for a lithium ion secondary battery positive electrode on the current collector is not particularly limited, and a known method can be used. Specifically, as a coating method, a doctor blade method, a dip method, a reverse roll method, a direct roll method, a gravure method, an extrusion method, a brush coating method, or the like can be used. At this time, the slurry composition may be applied to only one side of the current collector or may be applied to both sides. The thickness of the slurry film on the current collector after application and before drying can be appropriately set according to the thickness of the positive electrode mixture layer obtained by drying.
  • an electrically conductive and electrochemically durable material is used as the current collector to which the slurry composition is applied.
  • a current collector for example, a current collector made of iron, copper, aluminum, nickel, stainless steel, titanium, tantalum, gold, platinum, or the like can be used.
  • a collector used for a positive electrode an aluminum foil is particularly preferable.
  • the said material may be used individually by 1 type, and may be used combining two or more types by arbitrary ratios.
  • a method for drying the slurry composition on the current collector is not particularly limited, and a known method can be used. A drying method is mentioned. In this way, by drying the slurry composition on the current collector, a positive electrode mixture layer is formed on the current collector to obtain a positive electrode for a lithium ion secondary battery including the current collector and the positive electrode mixture layer. be able to.
  • the positive electrode mixture layer may be subjected to pressure treatment using a die press or a roll press.
  • the pressure treatment the adhesion strength between the positive electrode mixture layer and the current collector can be improved.
  • the positive electrode mixture layer contains a curable polymer
  • the polymer is preferably cured after the positive electrode mixture layer is formed.
  • the lithium ion secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, and a separator, and the positive electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention is used as the positive electrode. And since the said lithium ion secondary battery uses the positive electrode for lithium ion secondary batteries of this invention, internal resistance is reduced and it is excellent in the lifetime characteristic.
  • a known negative electrode used as a negative electrode for a lithium ion secondary battery can be used.
  • the negative electrode for example, a negative electrode formed by forming a negative electrode mixture layer on a current collector can be used.
  • the current collector one made of a metal material such as aluminum can be used.
  • the negative electrode mixture layer a layer containing a known negative electrode active material and a binder can be used.
  • an electrolytic solution in which an electrolyte is dissolved in a solvent can be used.
  • the solvent an organic solvent capable of dissolving the electrolyte can be used.
  • the solvent include alkyl carbonate solvents such as ethylene carbonate, propylene carbonate, and ⁇ -butyrolactone, 2,5-dimethyltetrahydrofuran, tetrahydrofuran, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, methyl acetate, dimethoxyethane. , Dioxolane, methyl propionate, methyl formate and the like can be used.
  • a lithium salt can be used as the electrolyte.
  • the lithium salt for example, those described in JP 2012-204303 A can be used.
  • LiPF 6 , LiClO 4 , and CF 3 SO 3 Li are preferable as the electrolyte because they are easily dissolved in an organic solvent and exhibit a high degree of dissociation.
  • ⁇ Separator> As the separator, for example, those described in JP 2012-204303 A can be used. Among these, the thickness of the separator as a whole can be reduced, thereby increasing the ratio of the electrode active material in the lithium ion secondary battery and increasing the capacity per volume.
  • a microporous film made of a series resin polyethylene, polypropylene, polybutene, polyvinyl chloride is preferred.
  • a positive electrode and a negative electrode are overlapped via a separator, and this is wound into a battery container according to the shape of the battery as necessary. It can be manufactured by injecting and sealing the liquid.
  • an overcurrent prevention element such as a fuse or a PTC element, an expanded metal, a lead plate, etc. may be provided as necessary.
  • the shape of the lithium ion secondary battery may be any of, for example, a coin shape, a button shape, a sheet shape, a cylindrical shape, a square shape, a flat shape, and the like.
  • Electrolyte swelling degree (mass%) W1 / W0 ⁇ 100 ⁇ Glass transition temperature>
  • the aqueous dispersion containing the particulate polymer was dried for 3 days in an environment of 50% humidity and a temperature of 23 to 26 ° C. to form a film having a thickness of 1 ⁇ 0.3 mm.
  • the formed film was dried with a vacuum dryer at a temperature of 60 ° C. for 10 hours. Then, using the dried film as a sample, a differential scanning calorimeter (DSC6220SII, manufactured by Nanotechnology Co., Ltd.) under the conditions of a measurement temperature of ⁇ 100 ° C. to 180 ° C. and a heating rate of 5 ° C./min in accordance with JIS K7121. Was used to measure the glass transition temperature Tg (° C.).
  • volume average particle size D50 of the particulate polymer was measured by a laser diffraction particle size distribution measuring device (manufactured by Shimadzu Corporation, “SALD-3100”) of an aqueous dispersion adjusted to a solid content concentration of 15% by mass. In the particle size distribution, the particle size was such that the cumulative volume calculated from the small diameter side was 50%.
  • ⁇ Adhesion strength between positive electrode mixture layer and current collector> The produced positive electrode for a lithium ion secondary battery was cut into a rectangle having a length of 100 mm and a width of 10 mm to form a test piece, and a cellophane tape (specified in JIS Z1522) was formed on the surface of the positive electrode mixture layer with the surface having the positive electrode mixture layer facing down.
  • the stress was measured when one end of the current collector was pulled in the vertical direction at a pulling speed of 50 mm / min and peeled off (the cellophane tape was fixed to the test stand). The measurement was performed 3 times, the average value was calculated
  • peeling peel strength is 200 N / m or more
  • B Peeling peel strength is 100 N / m or more and less than 200 N / m
  • C Peeling peel strength is less than 100 N / m ⁇ Rate characteristics of lithium ion secondary battery>
  • the prepared lithium ion secondary battery was allowed to stand at 25 ° C. for 5 hours after electrolyte injection. Next, the cell voltage was charged to 3.65 V by a constant current method at a temperature of 25 ° C. and 0.2 C, and then an aging treatment was performed at a temperature of 60 ° C. for 12 hours.
  • CC-CV charge upper limit cell voltage 4.30 V
  • CC discharge was performed to 3.00 V at a constant current of 0.2 C.
  • a constant current charge / discharge of 0.2 C was performed between 4.30 and 3.00 V in an environment at a temperature of 25 ° C., and the discharge capacity at this time was defined as C0.
  • CC-CV charging was similarly performed at a constant current of 0.2 C, and discharging was performed at a constant current of 1.0 C, and the discharge capacity at this time was defined as C1.
  • the prepared lithium ion secondary battery was allowed to stand at a temperature of 25 ° C. for 5 hours after electrolyte injection. Next, the cell voltage was charged to 3.65 V by a constant current method at a temperature of 25 ° C.
  • ⁇ C ′ (X2 / X1) ⁇ 100 (%) was obtained and evaluated according to the following criteria.
  • the prepared lithium ion secondary battery was allowed to stand at a temperature of 25 ° C. for 5 hours after electrolyte injection. Next, the cell voltage was charged to 3.65 V by a constant current method at a temperature of 25 ° C.
  • Gas generation amount (mL) V1 (mL) ⁇ V0 (mL) A: Gas generation amount is less than 2.0 mL B: Gas generation amount is 2.0 mL or more and less than 3.0 mL C: Gas generation amount is 3.0 mL or more
  • Example 1 ⁇ Preparation of aqueous solution containing water-soluble polymer X> 720 g of ion-exchanged water was charged into a 1 L flask with a septum, heated to a temperature of 40 ° C., and the inside of the flask was replaced with nitrogen gas at a flow rate of 100 mL / min. Next, 10 g of ion-exchanged water, 9.5 g (25.0%) of acrylic acid as the ethylenically unsaturated carboxylic acid compound (A), and 28.5 g (75.0%) of acrylamide as the compound (B) And were injected into the flask with a syringe.
  • the particulate polymer Y had a 50% volume average particle diameter D50 of 150 nm and a glass transition temperature of ⁇ 39 ° C.
  • aqueous dispersion containing particulate polymer for negative electrode styrene-butadiene polymer
  • 65 parts (63.1%) of styrene as an aromatic vinyl monomer 35 parts (34.0%) of 1,3-butadiene as an aliphatic conjugated diene monomer
  • carboxyl group 2 parts (1.9%) itaconic acid as the monomer containing, 1 part (1.0%) 2-hydroxyethyl acrylate as the monomer containing the hydroxyl group
  • t-dodecyl mercaptan as a molecular weight regulator.
  • aqueous dispersion containing a particulate polymer for a negative electrode made of a styrene-butadiene polymer was 10 degreeC.
  • an aqueous dispersion solid content concentration: 40%
  • a binder composition containing the water-soluble polymer X and the particulate polymer Y
  • ion-exchange water was added so that a viscosity might become 2000 +/- 100mPa * s (B-type viscosity meter, measured at 12 rpm)
  • the slurry composition for lithium ion secondary battery positive electrodes was prepared.
  • the solid content concentration of the slurry composition at this time was 53 mass%.
  • the obtained slurry composition for a positive electrode of a lithium ion secondary battery is applied on a current collector 20 ⁇ m thick aluminum foil with a comma coater so that the coating amount is 23.0 to 25.0 mg / cm 2. It was applied to. Thereafter, the aluminum foil coated with the slurry composition for a positive electrode of a lithium ion secondary battery was dried by conveying it in an oven at a temperature of 60 ° C. at a rate 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.
  • the obtained positive electrode raw material was pressed with a roll press so that the density was 3.40 to 3.50 g / cm 3, and further, for the purpose of removing water, the temperature was 120 ° C. under vacuum conditions.
  • a positive electrode was obtained after 3 hours in the environment. Using this positive electrode, the adhesion strength between the positive electrode mixture layer and the current collector was evaluated. The results are shown in Table 1.
  • an aqueous dispersion (solid content concentration: 40%) containing the particulate polymer for negative electrode described above was added in an amount corresponding to the solid content, and kneaded at a rotational speed of 40 rpm for 40 minutes. And ion-exchange water was added so that a viscosity might be set to 1100 +/- 100mPa * s (B type viscometer, measured at 12 rpm), and the slurry composition for lithium ion secondary battery negative electrodes was prepared. In addition, the solid content concentration of the slurry composition at this time was 45 mass%.
  • the slurry composition for a negative electrode of a lithium ion secondary battery is applied to the surface of a copper foil having a thickness of 15 ⁇ m, which is a current collector, with a comma coater so that the coating amount is 10.2 to 10.8 mg / cm 2. Applied.
  • the copper foil coated with the lithium ion secondary battery negative electrode slurry composition is conveyed at a rate of 400 mm / min in an oven at a temperature of 80 ° C. for 2 minutes and further in an oven at a temperature of 110 ° C. for 2 minutes. By this, the slurry composition on copper foil was dried and the negative electrode original fabric was obtained.
  • a wound cell (equivalent to a discharge capacity of 520 mAh) was prepared using a single-layer polypropylene separator, the negative electrode and the positive electrode, and placed in an aluminum wrapping material.
  • vinylene carbonate as an additive is 2% by volume (solvent. Ratio) containing
  • Example 2 Except that the amount of the water-soluble polymer X and the amount of the particulate polymer Y were changed as shown in Table 1, in the same manner as in Example 1, a slurry composition for a lithium ion secondary battery positive electrode, a lithium ion secondary battery The slurry composition for negative electrodes, the positive electrode for lithium ion secondary batteries, the negative electrode for lithium ion secondary batteries, and the lithium ion secondary battery were manufactured. And the item similar to Example 1 was evaluated. The results are shown in Table 1.
  • Example 6 to 16 Water-soluble polymers X were prepared in the same manner as in Example 1 except that the monomers shown in Table 1 were used in the proportions shown in the table. And except having used those water-soluble polymers X, it carried out similarly to Example 5, the slurry composition for lithium ion secondary battery positive electrodes, the slurry composition for lithium ion secondary battery negative electrodes, for lithium ion secondary batteries A positive electrode, a negative electrode for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery were produced. And the item similar to Example 1 was evaluated. The results are shown in Table 1.
  • Example 4 As the water-soluble polymer X, an aqueous solution of the water-soluble polymer X obtained in Example 1 was used except that a polymer having a pH of 7.3 (solid content concentration 1%) using a lithium hydroxide aqueous solution was used.
  • a slurry composition for a lithium ion secondary battery positive electrode As in Example 1, a slurry composition for a lithium ion secondary battery positive electrode, a slurry composition for a lithium ion secondary battery negative electrode, a positive electrode for a lithium ion secondary battery, a negative electrode for a lithium ion secondary battery, and lithium An ion secondary battery was manufactured. And the item similar to Example 1 was evaluated. The results are shown in Table 1.
  • Example 5 In the same manner as in Example 1, except that a 2% aqueous solution of carboxymethylcellulose sodium salt (manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd., “MAC350HC”, electrolyte swelling degree 115% by mass) was used instead of the water-soluble polymer X, lithium ion A slurry composition for a secondary battery negative electrode, a slurry composition for a lithium ion secondary battery positive electrode, a negative electrode for a lithium ion secondary battery, a positive electrode for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery were produced. However, in the positive electrode, the aluminum foil as the current collector is damaged by excessive corrosion, the adhesion strength between the positive electrode mixture layer and the current collector, and the rate characteristics, cycle characteristics, and storage stability of the lithium ion secondary battery. could not be evaluated.
  • carboxymethylcellulose sodium salt manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd., “MAC350HC”, electrolyte swelling degree 115% by mass
  • AA indicates acrylic acid
  • AAm indicates acrylamide
  • AN indicates acrylonitrile
  • EPETA indicates ethoxylated pentaerythritol tetraacrylate
  • MA represents methyl acrylate
  • ACL indicates an acrylic polymer
  • CMC refers to carboxymethylcellulose sodium salt
  • AMPS refers to 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid.
  • the internal resistance of the lithium ion secondary battery is further reduced by changing the type and blending ratio of the monomers in preparing the water-soluble polymer X. It can be seen that the adhesion strength and life characteristics of the positive electrode mixture layer and the current collector can be further improved.
  • the internal resistance of a lithium ion secondary battery can be reduced, and the lithium ion secondary battery positive electrode binder composition which is excellent in a lifetime characteristic can be provided.
  • the internal resistance of a lithium ion secondary battery is reduced, and the positive electrode for lithium ion secondary batteries which makes the life characteristic excellent, and internal resistance are reduced, and it is excellent in a life characteristic.
  • a lithium ion secondary battery can be provided.

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Abstract

 本発明は、リチウムイオン二次電池の内部抵抗を低減し、併せて寿命特性を優れたものとするリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物の提供を目的とする。当該バインダー組成物は、水溶性重合体Xおよび水を含む。そして、前記水溶性重合体Xは、20.0質量%以上79.5質量%以下のエチレン性不飽和カルボン酸化合物(A)由来の構造単位と、20.0質量%以上79.5質量%以下の20℃における水溶解度が7g/100g以上であるエチレン性不飽和結合を有する共重合可能な化合物(B)由来の構造単位とを含む。加えて、前記水溶性重合体Xは、電解液膨潤度が120%未満であり、固形分濃度1質量%におけるpHが7.0未満である。

Description

リチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物、リチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物、リチウムイオン二次電池用正極およびリチウムイオン二次電池
 本発明は、リチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物、リチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物、リチウムイオン二次電池用正極およびリチウムイオン二次電池に関するものである。
 リチウムイオン二次電池は、小型で軽量、且つエネルギー密度が高く、さらに繰り返し充放電が可能という特性があり、幅広い用途に使用されている。
 ここで、リチウムイオン二次電池用の電極は、通常、集電体と、集電体上に形成された電極合材層とを備えている。電極合材層は、例えば、電極活物質と、結着材を含むバインダー組成物などとを溶媒に分散および/または溶解させてなるスラリー組成物を集電体上に塗布し、乾燥させることにより形成される。そして、近年では、環境負荷低減などの観点から、溶媒として水系媒体を用いた水系のスラリー組成物への関心が高まっている。
 しかし、正極活物質を含む正極合材層の調製に水系のスラリー組成物を用いると、正極活物質の製造の際に用いられることで当該正極活物質に残存するアルカリ分が原因で集電体が腐食し、リチウムイオン二次電池の性能が損なわれるという問題があった。このような課題に対し、例えば特許文献1では、正極活物質、水溶性重合体および粒子状重合体を含む二次電池正極用水系スラリー組成物のpHを特定の範囲としてから集電体上に塗布し、乾燥してリチウムイオン二次電池用正極を製造することで、スラリー組成物塗布後の集電体の腐食を抑制しつつ、出力特性に優れた二次電池を得る技術が開示されている。
特開2011-76981号公報
 しかし、スラリー組成物のpHを特定の範囲内として集電体の腐食を抑制する上記従来の手法では、リチウムイオン二次電池の出力特性を十分に高めることができない場合があった。具体的には、上記従来の手法で結着材として用いられる水溶性重合体や粒子状重合体の結着性が満足のいくものではなかった。そのため、正極合材層と集電体との密着強度等を確保するために、絶縁体である結着材を多く用いる必要があり、リチウムイオン二次電池の内部抵抗が上昇してしまう場合があった。
 またリチウムイオン二次電池には、長期に亘り、繰り返し使用可能且つ保存可能であることが求められるが、上記従来の手法においては、リチウムイオン二次電池の寿命特性(サイクル特性、保存安定性)を向上させるという点においても更なる改善の余地があった。
 そこで、本発明は、リチウムイオン二次電池の内部抵抗を低減し、併せて寿命特性を優れたものとするリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物を提供することを目的とする。
 また、本発明は、リチウムイオン二次電池の内部抵抗を低減し、併せて寿命特性を優れたものとするリチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物を提供することを目的とする。
 そして、本発明は、リチウムイオン二次電池の内部抵抗を低減し、併せて寿命特性を優れたものとするリチウムイオン二次電池用正極、および内部抵抗が低減され、そして寿命特性に優れるリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。
 本発明者は、上記課題を解決することを目的として鋭意検討を行った。そして、本発明者は、エチレン性不飽和カルボン酸および/またはその塩と、20℃における水100gに対する溶解度が7g以上であるエチレン性不飽和結合を有する共重合可能な化合物とを所定の割合で含む単量体組成物Xを共重合させて得られ、かつ特定の値未満の電解液膨潤度を有し、固形分濃度1質量%におけるpHが7.0未満である水溶性重合体を含むバインダー組成物を正極の形成に使用することで、当該正極を備えるリチウムイオン二次電池の内部抵抗が低減され、加えてリチウムイオン二次電池に優れた寿命特性を発揮させることができることを見出し、本発明を完成させた。
 即ち、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明のリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物は、水溶性重合体Xおよび水を含み、前記水溶性重合体Xは、エチレン性不飽和カルボン酸およびその塩の少なくとも一方よりなるエチレン性不飽和カルボン酸化合物(A)と、20℃における水100gに対する溶解度が7g以上であるエチレン性不飽和結合を有する共重合可能な化合物(B)と、を含む単量体組成物Xを重合して得られ、前記単量体組成物Xは、全単量体中の前記エチレン性不飽和カルボン酸化合物(A)の割合が20.0質量%以上79.5質量%以下であり、全単量体中の前記化合物(B)の割合が20.0質量%以上79.5質量%以下であり、前記水溶性重合体Xの電解液膨潤度が120%未満であり、且つ前記水溶性重合体Xの固形分濃度1質量%におけるpHが7.0未満であることを特徴とする。エチレン性不飽和カルボン酸化合物(A)および化合物(B)を所定の割合で含む単量体組成物Xを重合して得られ、かつ120質量%未満の電解液膨潤度を有し、固形分濃度1質量%におけるpHが7.0未満である水溶性重合体Xを含むバインダー組成物を正極の形成に用いれば、当該正極を備えるリチウムイオン二次電池の内部抵抗を低減しつつ、寿命特性を優れたものとすることができる。
 ここで、本発明のリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物において、前記単量体組成物Xは、ポリオキシアルキレン構造および2つ以上のエチレン性不飽和結合を有する多官能化合物(C)をさらに含み、全単量体中の前記多官能化合物(C)の割合が0.1質量%以上20.0質量%以下であることが好ましい。多官能化合物(C)を上述の割合で含む単量体組成物Xを用いて水溶性重合体Xを形成すれば、リチウムイオン二次電池の内部抵抗をさらに低減することができ、かつ寿命特性をさらに向上させることができるからである。また、多官能化合物(C)を単量体組成物Xに含めることで、本発明のバインダー組成物を用いて調製したスラリー組成物の固形分濃度を高めることが可能となり、正極の生産性を向上させることができるからである。
 そして、本発明のリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物において、前記単量体組成物Xは、全単量体中の前記エチレン性不飽和カルボン酸化合物(A)の割合を全単量体中の前記化合物(B)の割合で除した値が1.5未満であることが好ましい。全単量体中のエチレン性不飽和カルボン酸化合物(A)の割合と全単量体中の化合物(B)の割合が上記の関係を満たす場合、水溶性重合体Xが電解液中で過度に膨潤することがなく、正極活物質間の粒子間距離が保たれ、かつリチウムイオン伝導性も確保され、リチウムイオン二次電池の内部抵抗をさらに低減し、サイクル特性をさらに向上させることができるからである。
 加えて、本発明のリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物において、前記単量体組成物Xは、エチレン性不飽和スルホン酸およびその塩、並びにエチレン性不飽和リン酸およびその塩からなる群から選択される少なくとも一種よりなる化合物(D)をさらに含んでいてもよく、全単量体中の前記化合物(D)の割合が0.4質量%以上30.0質量%以下であることが好ましい。化合物(D)を上述の割合で含む単量体組成物Xを用いて水溶性重合体Xを形成すれば、バインダー組成物を用いて形成される正極合材層と集電体の密着性および正極の生産性を確保しつつ、正極の膨らみを抑制し、リチウムイオン二次電池のサイクル特性をさらに向上させることができるからである。
 なお、上述のように単量体組成物Xが化合物(D)を所定の割合で含む場合において、全単量体中の前記エチレン性不飽和カルボン酸化合物(A)の割合と全単量体中の前記化合物(D)の割合の合計を全単量体中の前記化合物(B)の割合で除した値が1.5未満であることが好ましい。全単量体中のエチレン性不飽和カルボン酸化合物(A)、化合物(B)および化合物(D)の割合が上記の関係を満たす場合、正極合材層と集電体の密着性が高まり、また保存安定性をさらに向上させることができるからである。加えて水溶性重合体Xが電解液中で過度に膨潤することがなく、正極活物質間の粒子間距離が保たれ、かつリチウムイオン伝導性も確保されるため、リチウムイオン二次電池の内部抵抗を低減することができるからである。
 そして、本発明のリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物は、さらに粒子状重合体Yを含み、当該粒子状重合体Yが少なくともアクリル系重合体を含有することが好ましい。水溶性重合体Xと、アクリル系重合体を含む粒子状重合体Yを併用すれば、正極合材層と集電体との密着強度を向上させ、そして、リチウムイオン二次電池の寿命特性をさらに向上させることができるからである。
 また、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明のリチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物は、上述のいずれかのリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物および正極活物質を含むことを特徴とする。このように、上述のいずれかのバインダー組成物をスラリー組成物の調製に使用すれば、当該スラリー組成物を用いて作製した正極を備えるリチウムイオン二次電池の内部抵抗を低減し、併せて寿命特性を優れたものとすることができる。
 ここで、本発明のリチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物において、前記正極活物質は、Niを含有する正極活物質であることが好ましい。正極活物質としては、代表的には、コバルト酸リチウムやリン酸鉄など公知の活物質を使用可能であるが、Niを含有する正極活物質(Ni,Co,Mn(又はAl)を含んでなる所謂3元系正極活物質やニッケル酸リチウムなど)を使用すれば、リチウムイオン二次電池を高容量化することができるからである。くわえて、Niを含有する正極活物質には特にアルカリ分が多く残存するが、このような正極活物質を用いた場合でも、上述のバインダー組成物の寄与により、集電体の腐食が抑制され、リチウム二次電池の内部抵抗を低減し、併せて寿命特性を優れたものとすることができる。
 また、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明のリチウムイオン二次電池用正極は、上述の何れかのリチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物を用いて調製した正極合材層を、集電体上に備えることを特徴とする。このように、上述したスラリー組成物を用いて正極合材層を形成すれば、リチウムイオン二次電池の内部抵抗を低減しつつ寿命特性を優れたものとすることが可能なリチウムイオン二次電池用正極が得られる。
 また、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明のリチウムイオン二次電池は、正極、負極、電解液およびセパレータを備え、前記正極が上述のリチウムイオン二次電池用正極であることを特徴とする。このように、上述したリチウムイオン二次電池用正極を用いれば、内部抵抗が低減され、そして寿命特性に優れるリチウムイオン二次電池を提供することができる。
 本発明によれば、リチウムイオン二次電池の内部抵抗を低減し、併せて寿命特性を優れたものとするリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物を提供することができる。
 また、本発明によれば、リチウムイオン二次電池の内部抵抗を低減し、併せて寿命特性を優れたものとするリチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物を提供することができる。
 そして、本発明によれば、リチウムイオン二次電池の内部抵抗を低減し、併せて寿命特性を優れたものとするリチウムイオン二次電池用正極、および内部抵抗が低減され、そして寿命特性に優れるリチウムイオン二次電池を提供することができる。
 以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
 ここで、本発明のリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物は、リチウムイオン二次電池の正極の形成に用いる。そして、本発明のリチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物は、本発明のリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物を含み、リチウムイオン二次電池の正極の形成に用いる。また、本発明のリチウムイオン二次電池用正極は、本発明のリチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物を用いて製造することができる。さらに、本発明のリチウムイオン二次電池は、本発明のリチウムイオン二次電池用正極を用いたことを特徴とする。
(リチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物)
 本発明のリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物は、結着材と、溶媒としての水とを含む。そして、本発明のリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物は、エチレン性不飽和カルボン酸およびその塩の少なくとも一方よりなるエチレン性不飽和カルボン酸化合物(A)と、20℃における水100gに対する溶解度が7g以上であるエチレン性不飽和結合を有する共重合可能な化合物(B)とを所定の割合で含む単量体組成物Xを重合して得られ、かつ電解液膨潤度が120%未満であり、そして固形分濃度1質量%に調整した水溶液のpHが7.0未満である水溶性重合体Xを結着材として含有することを特徴とする。
<結着材>
 結着材は、本発明のリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物を用いて調製したリチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物を使用して、集電体上に正極合材層を形成することにより製造した正極において、正極合材層に含まれる成分が正極合材層から脱離しないように保持し得る成分である。
 そして、本発明のリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物に用いる結着材は、上述したエチレン性不飽和カルボン酸化合物(A)および化合物(B)を所定の割合で含有する単量体組成物Xを重合して得られ、且つ電解液膨潤度およびpH(固形分濃度1質量%)が所定の値未満である水溶性重合体Xを含有することを必要とする。
 なお、本発明のリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物は、任意に、上記水溶性重合体X以外の重合体、例えば後述する粒子状重合体Yを結着材としてさらに含有していてもよい。
 ここで、本発明のリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物は、エチレン性不飽和カルボン酸化合物(A)および化合物(B)を所定の割合で含有する単量体組成物Xを重合して得られ、かつ電解液膨潤度が120質量%未満であり、固形分濃度1質量%におけるpHが7.0未満である水溶性重合体Xを含有しているので、当該バインダー組成物を正極の作製に用いることにより、リチウムイオン二次電池の内部抵抗を低減しつつ、リチウムイオン二次電池に優れた寿命特性を発揮させることができる。
 なお、上記水溶性重合体Xを用いることで、リチウムイオン二次電池の内部抵抗が低減され、かつ、寿命特性が向上する理由は、明らかではないが、以下の理由によるものであると推察される。
 まず、水溶性重合体Xの調製に用いられる化合物(B)は水への溶解性が高い、すなわち極性の高い単量体である。よって、得られる水溶性重合体Xはリチウムイオン二次電池で通常使用される電解液に対する親和性が低く、結果として得られる水溶性重合体Xの電解液中での膨潤が適度に(120質量%未満に)抑制される。そのため極板の構造が維持され、サイクル特性などの寿命特性が向上すると推察される。一方、エチレン性不飽和カルボン酸化合物(A)のカルボキシル基によりリチウムイオン伝導性が向上し、リチウムイオン二次電池の内部抵抗が低減され、また、サイクル特性が向上する。加えて、エチレン性不飽和カルボン酸化合物(A)のカルボキシル基や化合物(B)の寄与により、水溶性重合体Xが正極活物質や導電材を好適に被覆する。そのため、正極活物質表面や導電材表面での電解液の分解が抑制され、ガス発生が抑制されるため保存安定性を向上するとともに、導電材の分散性が向上し導電材による導電パスが良好に形成されるためリチウムイオン二次電池の内部抵抗が低減され、またサイクル特性が向上すると推察される。なお正極活物質は、負極活物質と比較するとリチウムイオンの挿入脱離による結晶構造変化が少ないために、長期間の使用による正極の膨れは比較的小さい。しかしながら、電極の膨れを抑制することは正極においても求められているところ、構造上剛性の高い水溶性重合体Xを用いることで、その膨れも抑制しうると推察される。
 その上、水溶性重合体XのpHが酸性域であることおよび水溶性重合体Xがカルボキシル基を有することにより、スラリー組成物中において正極活物質由来のアルカリ分が中和され、集電体の腐食が抑制可能となる。そのため、リチウムイオン二次電池の性能向上(特に内部抵抗の低減および寿命特性の向上)が実現されると推察される。
[水溶性重合体X]
 本発明のリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物の結着材として用いられる水溶性重合体Xは、水溶性の共重合体である。
 ここで、本発明において重合体が「水溶性」であるとは、イオン交換水100質量部当たり重合体1質量部(固形分相当)を添加し攪拌して得られる混合物を、温度20℃以上70℃以下の範囲内で、かつ、pH3以上12以下(pH調整にはNaOH水溶液及び/またはHCl水溶液を使用)の範囲内である条件のうち少なくとも一条件に調整し、250メッシュのスクリーンを通過させた際に、スクリーンを通過せずにスクリーン上に残る残渣の固形分の質量が、添加した重合体の固形分に対して50質量%を超えないことをいう。
 そして、水溶性重合体Xは、以下に詳細に説明する単量体組成物Xを重合して得られる。そして、通常、この水溶性重合体Xは、単量体組成物X中に含まれていた単量体に由来する構造単位を当該単量体組成物中の各単量体の存在比率と同様の比率で含有している。
[[単量体組成物X]]
 水溶性重合体Xの調製に用いる単量体組成物Xは、例えば、単量体と、重合開始剤などの添加剤と、重合溶媒とを含有する。そして、単量体組成物Xは、単量体として、エチレン性不飽和カルボン酸化合物(A)および化合物(B)を所定の割合で含有する。具体的には、単量体組成物Xは、単量体組成物X中の全単量体の量を100質量%とした際に、20.0質量%以上79.5質量%以下のエチレン性不飽和カルボン酸化合物(A)と、20.0質量%以上79.5質量%以下の化合物(B)とを含有する。即ち、水溶性重合体Xは、エチレン不飽和カルボン酸化合物(A)由来の構造単位を20.0質量%以上79.5質量%以下含み、化合物(B)由来の構造単位を20.0質量%以上79.5質量%以下含む。なお、単量体組成物Xは、任意に、エチレン性不飽和カルボン酸化合物(A)および化合物(B)と共重合可能である化合物、具体的には、多官能化合物(C)、エチレン性不飽和スルホン酸およびその塩、並びにエチレン性不飽和リン酸およびその塩からなる群から選択される少なくとも一種よりなる化合物(D)、さらにこれらを除いたその他の化合物を単量体として含有していてもよい。
-エチレン性不飽和カルボン酸化合物(A)-
 エチレン性不飽和カルボン酸化合物(A)としては、エチレン性不飽和カルボン酸およびその塩の少なくとも一方を用いることができる。そして、エチレン性不飽和カルボン酸としては、エチレン性不飽和モノカルボン酸およびその誘導体、エチレン性不飽和ジカルボン酸およびその酸無水物並びにそれらの誘導体などが挙げられる。また、エチレン性不飽和カルボン酸塩としては、エチレン性不飽和カルボン酸のナトリウム塩、カリウム塩、リチウム塩などが挙げられる。
 なお、エチレン性不飽和カルボン酸およびその塩は、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。
 ここで、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、クロトン酸などが挙げられる。そして、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、β-ジアミノアクリル酸などが挙げられる。
 また、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、イタコン酸などが挙げられる。そして、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、ジアクリル酸無水物、メチル無水マレイン酸、ジメチル無水マレイン酸などが挙げられる。さらに、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、などが挙げられる。
 なお、エチレン性不飽和カルボン酸化合物(A)としては、エチレン性不飽和カルボン酸、エチレン性不飽和カルボン酸塩(エチレン性不飽和カルボン酸のリチウム塩など)を用いることができる。ここで、エチレン性不飽和カルボン酸塩(部分中和塩、すなわち、エチレン性不飽和カルボン酸に対して、中和当量未満の塩基によって中和された状態である、エチレン性不飽和カルボン酸およびその中和塩の混合物、を含む)を使用すれば、得られる水溶性重合体Xの水溶性を高めることができ、また重合速度を制御できるので、重合溶媒として水を使用して水溶性重合体Xを調製する際に、単量体組成物X中の単量体濃度を高濃度としても、水溶性重合体Xの析出による重合の不均質な進行を防止することができる。従って、高単量体濃度の単量体組成物Xを使用して生産性を高めつつ、重合を均一に進行させることができる。
 また、本発明のバインダー組成物を用いて作製した正極を備えるリチウムイオン二次電池のサイクル特性をさらに向上させ、内部抵抗を一層低減する観点からは、エチレン性不飽和カルボン酸化合物としては、アクリル酸、メタクリル酸を用いることが好ましく、アクリル酸を用いることがさらに好ましい。
 そして、水溶性重合体Xの調製に用いる単量体組成物Xが含む単量体は、上述したエチレン性不飽和カルボン酸化合物(A)が占める割合が20.0質量%以上79.5質量%以下である必要があり、単量体中でエチレン性不飽和カルボン酸化合物(A)が占める割合は、21.0質量%以上であることが好ましく、22.0質量%以上であることがより好ましく、24.0質量%以上であることがさらに好ましく、75.0質量%以下であることが好ましく、72.0質量%以下であることがより好ましく、60.0質量%以下であることがさらに好ましく、50.0質量%以下であることが特に好ましい。単量体中でエチレン性不飽和カルボン酸化合物(A)が占める割合が20.0質量%未満の場合、水溶性重合体Xの結着性を確保することができず、正極合材層と集電体との密着強度が低下する。そしてリチウムイオン二次電池のサイクル特性が低下する。一方、単量体中でエチレン性不飽和カルボン酸化合物(A)が占める割合が79.5質量%超の場合、水溶性重合体Xの剛性が過度に高くなって脆くなり、水溶性重合体Xにより構成される正極に亀裂が発生しやすくなる。その結果、活物質の新生界面が生じることによるガスの発生などが原因で新たな固体電解質被膜が生成し、リチウムイオン二次電池の内部抵抗が上昇し、サイクル特性や保存安定性が低下する。
-化合物(B)-
 化合物(B)としては、エチレン性不飽和結合を有する共重合可能な化合物であって、20℃における水100gに対する溶解度が、7g以上の化合物を用いることができる。このような溶解度を有する化合物(B)に由来する構造単位は、電解液に対する膨潤性が低いと共に、水を重合溶媒とした際の重合性が高いからである。なお、本発明においてエチレン性不飽和カルボン酸およびその塩は、前述の溶解度を満たす場合であっても、化合物(B)には含まれず、エチレン性不飽和カルボン酸化合物(A)に含まれるものとし、エチレン性不飽和スルホン酸、エチレン性不飽和リン酸、およびそれらの塩は、前述の溶解度を満たす場合であっても、化合物(B)には含まれず、化合物(D)に含まれるものとする。
 そして化合物(B)としては、例えば、2-ヒドロキシプロピルメタクリレート(100以上)、2-ヒドロキシプロピルアクリレート(100以上)、2-ヒドロキシエチルメタクリレート(100以上)、2-ヒドロキシエチルアクリレート(100以上)、アクリルアミド(100以上)、メタクリルアミド(100以上)、N-メチロールアクリルアミド(100以上)、アクリロニトリル(7)などのエチレン性不飽和結合を有し、かつ極性の高い官能基(水酸基、アミド基、ニトリル基、アミノ基など)を有する化合物や、エチレングリコールジメタクリレート(100以上)を挙げることができる。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。ここで、上記の括弧中の数値は、温度20℃における水溶解度(単位:g/100g)を示す。なお、温度20℃における水溶解度は、EPA法(EPA Chemical Fate testing Guideline CG-1500 Water Solubility)で測定することができる。
 ここで、化合物(B)の20℃における水100gに対する溶解度は、100g以上であることが好ましい。
 なお、上記化合物(B)に替えて、メチルアクリレート(6)、エチルアクリレート(2)、ブチルアクリレート(2)等の20℃における水溶解度が7g未満の化合物を用いて水溶性重合体Xを調製すると、当該水溶性重合体Xが電解液中において過度に膨潤し、極板の構造が維持できない。そして、結果として、リチウムイオン二次電池の、サイクル特性などの寿命特性を確保することができない。
 ここで化合物(B)は、リチウムイオン二次電池中への持ち込み水分を低下させガスの発生を抑制する観点、および水溶性重合体Xと併用しうる他の重合体(例えば、後述する粒子状重合体Y)の安定性を確保する観点から、アンモニウム塩などの有機塩、ナトリウム塩、およびカリウム塩などの塩(特に金属塩)でないことが好ましく、且つ塩に容易に変換される酸性基(フェノール性水酸基など)を有さないことが好ましい。
 そして、内部抵抗をさらに低減し、またリチウムイオン二次電池の寿命特性をさらに向上させる観点からは、化合物(B)としては、2-ヒドロキシエチルアクリレート、アクリルアミド、N-メチロールアクリルアミド、アクリロニトリルが好ましく、2-ヒドロキシエチルアクリレート、アクリルアミドがより好ましく、アクリルアミドがさらに好ましい。
 そして、水溶性重合体Xの調製に用いる単量体組成物Xが含む単量体は、上述した化合物(B)が占める割合が20.0質量%以上79.5質量%以下である必要があり、単量体中で化合物(B)が占める割合は、30.0質量%以上であることが好ましく、40.0質量%以上であることがより好ましく、50.0質量%以上であることがさらに好ましく、75.0質量%以下であることが好ましい。単量体中で化合物(B)が占める割合が20.0質量%未満の場合、極板が過度に脆くなり構造が維持できず、亀裂等が発生することがある。その結果、サイクル特性が低下する。また、保存安定性も低下する。さらに、リチウムイオン二次電池の内部抵抗を十分に低減することもできない。一方、単量体中で化合物(B)が占める割合が79.5質量%超の場合、正極合材層と集電体との密着強度を確保することができず、リチウムイオン二次電池のサイクル特性が低下する。
 また、全単量体中のエチレン性不飽和カルボン酸化合物(A)の割合を全単量体中の前記化合物(B)の割合で除した値(A/B)が、1.5未満であることが好ましく、1.0以下であることがより好ましく、0.8以下であることがさらに好ましく、また、0.2以上であることが好ましく、0.3以上であることがより好ましい。
 A/Bが1.5未満であることで、水溶性重合体Xが電解液中で過度に膨潤することがなく、正極活物質間の粒子間距離が保たれ、かつリチウムイオン伝導性も確保されるため、リチウムイオン二次電池の内部抵抗をさらに低減することができるからである。
 加えて、A/Bが上述の範囲内であることで、リチウムイオン二次電池の内部抵抗の低減と、サイクル特性の向上をバランスよく達成することができる。
-多官能化合物(C)-
 単量体組成物Xは、単量体として、ポリオキシアルキレン構造および2つ以上のエチレン性不飽和結合を有する多官能化合物(C)を含むことが好ましい。このような多官能化合物(C)を水溶性重合体Xの重合に用いることで、水溶性重合体Xに適度に高い剛性と柔軟性とを付与することができ、極板構造の維持が可能となるためサイクル特性の低下を抑制することができる。また、水との親和性が高いエチレンオキシド鎖の寄与により、水溶性重合体Xの重合が容易となる。加えて、リチウムイオン伝導性が確保され、リチウムイオン二次電池の内部抵抗を低減することができる。また、多官能化合物(C)を単量体組成物Xに含めることで、本発明のバインダー組成物を用いて調製したスラリー組成物の固形分濃度を高めることが可能となり、正極の生産性を向上させることができる。
 ここで、多官能化合物(C)としては、一般式:-(Cm2mO)n-[式中、mは1以上の整数であり、nは2以上の整数である]で表されるポリオキシアルキレン構造と、2つ以上のエチレン性不飽和結合とを有する化合物を用いることができる。
 ポリオキシアルキレン構造と2つ以上のエチレン性不飽和結合とを有する化合物は、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。
 なお、本発明において、多官能化合物(C)に該当する化合物は、化合物(B)に含まれないものとする。
 ここで、多官能化合物(C)としては、例えば、ポリオキシアルキレン構造を有するポリオールのポリ(メタ)アクリレートなどが挙げられる。具体的には、多官能化合物としては、特に限定されることなく、下記の化合物(I)~(V)が挙げられる
 なお、本発明において、「(メタ)アクリレート」とは、アクリレートおよび/またはメタクリレートを指す。
(I)下記一般式:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
[式中、nは2以上の整数である]で表されるポリエチレングリコールジアクリレート。
(II)下記一般式:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
[式中、nは2以上の整数である]で表されるポリテトラメチレングリコールジアクリレート。
(III)下記一般式:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
[式中、n1およびn2は、2以上の整数であり、互いに同一でも、異なっていても良い]で表されるエトキシ化ビスフェノールAジアクリレート。
(IV)下記一般式:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
[式中、n1、n2およびn3は、2以上の整数であり、互いに同一でも、異なっていても良い]で表されるエトキシ化グリセリントリアクリレート。
(V)下記一般式:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
[式中、n1、n2、n3およびn4は、2以上の整数であり、互いに同一でも、異なっていても良い]で表されるエトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート。
 なお、水溶性重合体Xの重合を容易にし、そして、本発明のバインダー組成物を用いて調製したスラリー組成物の固形分濃度を高めることを可能にして正極の生産性を向上させる観点からは、多官能化合物(C)のエチレン性不飽和結合の数(官能数)は、2以上6以下であることが好ましく、2以上4以下であることがさらに好ましい。
 また、正極の生産性をさらに高める観点からは、多官能化合物(C)は、2~6官能のポリアクリレートであることが好ましく、2~4官能のポリアクリレートであることがさらに好ましい。
 さらに、本発明のバインダー組成物を用いて調製したスラリー組成物の安定性およびリチウムイオン二次電池の保存安定性を向上させる観点からは、多官能化合物(C)が有するポリオキシアルキレン構造(-(Cm2mO)n-)の整数mは、20以下であることが好ましく、15以下であることがさらに好ましく、10以下であることが特に好ましく、2以上であることが好ましい。整数mが大きすぎる場合には、スラリー組成物の安定性が低下する虞があるからである。また、整数mが小さすぎる場合には、水溶性重合体Xの剛性が高くなり、リチウムイオン二次電池の保存安定性が低下する虞があるからである。
 また、同様の理由により、多官能化合物(C)が有するポリオキシアルキレン構造(-(Cm2mO)n-)の整数nは、20以下であることが好ましく、15以下であることがさらに好ましく、10以下であることが特に好ましく、2以上であることが好ましく、3以上であることがさらに好ましく、4以上であることが特に好ましい。整数nが大きすぎる場合には、スラリー組成物の安定性が低下する虞があるからである。また、整数nが小さすぎる場合には、水溶性重合体Xの剛性が高くなり、リチウムイオン二次電池の保存安定性が低下する虞があるからである。なお、多官能化合物(C)が分子内に複数のポリオキシアルキレン構造(-(Cm2mO)n-)を有する場合には、複数のポリオキシアルキレン構造の整数nの平均値が上記範囲内に含まれることが好ましく、全てのポリオキシアルキレン構造の整数nが上記範囲内に含まれることがさらに好ましい。
 そして、水溶性重合体Xの調製に用いる単量体組成物Xが含む単量体は、上述した多官能化合物(C)が占める割合が0.1質量%以上であることが好ましく、0.3質量%以上であることがより好ましく、0.5質量%以上であることがさらに好ましく、20.0質量%以下であることが好ましく、10.0質量%以下であることがより好ましい。単量体中で多官能化合物(C)が占める割合が0.1質量%以上であることで、リチウムイオン二次電池のサイクル特性をさらに向上させることができる。一方、単量体中で多官能化合物(C)が占める割合が20.0質量%以下であることで、水溶性重合体Xの剛性が過度に高くなって脆くなることを防止し、その結果、ガスの発生などによるリチウムイオン二次電池の保存安定性の低下を抑制することができる。
-化合物(D)-
 単量体組成物Xは、単量体として、エチレン性不飽和スルホン酸およびその塩、並びにエチレン性不飽和リン酸およびその塩からなる群から選択される少なくとも一種よりなる化合物(D)を含んでいてもよい。このような化合物(D)を水溶性重合体Xの重合に用いることで、スルホン酸基および/またはリン酸基の寄与により水溶性重合体Xの正極活物質および導電材への結着能が向上する結果、水溶性重合体Xが正極活物質および導電材を更に好適に被覆することが可能となるためと推察されるが、正極合材層と集電体の密着性が高まり、寿命特性を向上させることができる。
 化合物(D)としては、エチレン性不飽和スルホン酸、エチレン性不飽和リン酸およびそれら塩からなる群から選択される少なくとも一種を用いることができる。
 エチレン性不飽和スルホン酸としては、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸、スチレンスルホン酸、ビニルスルホン酸などが挙げられ、エチレン性不飽和スルホン酸塩としては、エチレン性不飽和スルホン酸のナトリウム塩、カリウム塩、リチウム塩などが挙げられる。
 エチレン性不飽和リン酸としては、リン酸-2-(メタ)アクリロイルオキシエチルなどが挙げられ、エチレン性不飽和リン酸塩としては、エチレン性不飽和リン酸のナトリウム塩、カリウム塩、リチウム塩などが挙げられる。
 化合物(D)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。
 なお、本発明において、(メタ)アクリロイルとは、アクリロイルおよび/またはメタクリロイルを意味する。
 ここで、化合物(D)としてエチレン性不飽和スルホン酸および/またはエチレン性不飽和リン酸を使用すれば、これらを使用しない場合と比較して、得られる水溶性重合体Xの水溶性を高めることができるので、重合溶媒として水を使用して水溶性重合体Xを調製する際に、単量体組成物X中の単量体濃度を高濃度としても、水溶性重合体Xの析出による重合の不均質な進行を十分に防止することができる。従って、高単量体濃度の単量体組成物Xを使用して生産性を高めつつ、重合を均一に進行させることができる。またエチレン性不飽和スルホン酸および/またはエチレン性不飽和リン酸を使用すれば、バインダー組成物を用いて得られるスラリー組成物の安定性が向上し、正極合材層と集電体の密着性を高めつつ、リチウムイオン二次電池の正極の膨らみを抑制することができる。なお、エチレン性不飽和スルホン酸および/またはエチレン性不飽和リン酸の使用により正極の膨らみを抑制することができる理由については定かではないが、以下の理由によるものと推察される。すなわち、リン酸基またはスルホン酸基は、正極活物質との親和性が高い。よって化合物(D)を用いて得られる水溶性重合体Xは正極活物質表面を良好に被覆しやすく、充放電反応中の正極表面での電解液劣化を抑制し、それにより堆積物が蓄積しにくくなるためと考えられる。また、化合物(D)を用いて得られる水溶性重合体Xが正極活物質表面を良好に被覆する結果、スラリー組成物中における正極活物質の分散性が向上する。それにより、得られる正極の残留応力が減少し、スプリングバックが抑制されるためと考えられる。そしてエチレン性不飽和スルホン酸および/またはエチレン性不飽和リン酸の使用により、リチウムイオン二次電池の寿命特性を更に向上させ、また内部抵抗を一層低減することができる。
 また、本発明のバインダー組成物を用いて作製した正極合材層と集電体の密着性を向上させ、そして正極の膨らみを抑制する観点からは、化合物(D)としては、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸、スチレンスルホン酸、ビニルスルホン酸、リン酸-2-メタクリロイルオキシエチル(アシッドホスホオキシエチルメタクリレート)またはそれらの塩を用いることが好ましく、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸またはその塩を用いることがより好ましい。
 そして、水溶性重合体Xの調製に用いる単量体組成物Xが含む単量体中で化合物(D)が占める割合は、0.4質量%以上であることが好ましく、0.5質量%以上であることがより好ましく、1.0質量%以上であることが更に好ましく、5.0質量%以上であることが特に好ましく、30.0質量%以下であることが好ましく、20.0質量%以下であることがより好ましく、15.0質量%以下であることが更に好ましい。単量体中で化合物(D)が占める割合が0.4質量%以上であると、正極合材層と集電体の密着性を確保することができる。また正極の膨らみを十分に抑制し、サイクル特性をさらに向上させることが可能となる。一方、単量体中で化合物(D)が占める割合が30.0質量%以下であると、水溶性重合体Xを含むバインダー組成物およびスラリー組成物の粘度が過度に上昇することもなく、スラリー固形分濃度を高めて正極の生産性を高めることができる。また、スラリー固形分濃度を高めることが可能であるため、集電体上に塗布したスラリー組成物を乾燥する際、熱対流による水溶性重合体Xのマイグレーション(乾燥終了後における正極合材層の表面への偏在)が抑制され、正極合材層と集電体の密着性を高め、そして正極の膨らみを抑制し、サイクル特性をさらに向上させることができる。
 また、単量体組成物Xが化合物(D)を含む場合、全単量体中のエチレン性不飽和カルボン酸化合物(A)の割合と全単量体中の化合物(D)の割合の合計を全単量体中の化合物(B)の割合で除した値((A+D)/B)が、1.5未満であることが好ましく、1.2以下であることがより好ましく、0.8以下であることが更に好ましく、また、0.3以上であることが好ましい。
 A+D/Bが1.5未満であると、単量体組成物X中の単量体に占める塩の割合が抑制され、リチウムイオン二次電池の保存安定性を向上させることができる。一方で、A+D/Bが0.3以上であると、水溶性重合体Xが正極活物質や導電材を好適に被覆することが可能となり、正極合材層と集電体の密着性を高めることができ、また正極の膨らみを抑制することができる。
-その他の化合物-
 水溶性重合体Xの調製に用いる単量体組成物Xには、上述したエチレン性不飽和カルボン酸化合物(A)、化合物(B)、多官能化合物(C)および化合物(D)と共重合可能な既知の化合物が含まれていてもよい。そして、水溶性重合体Xの調製に用いる単量体組成物Xが含む単量体は、これら(A)~(D)を除くその他の化合物が占める割合が20質量%以下であることが好ましく、10質量%以下であることがより好ましい。
 より具体的には、その他の化合物としては、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、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、パーフルオロアルキルエチルアクリレート、フェニルアクリレート、などのアクリル酸エステル;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、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、パーフルオロアルキルエチルメタクリレート、フェニルメタクリレート、などのメタクリル酸エステル;その他、酢酸ビニル、グリシジルメタクリレート、2-ビニルピリジン等が挙げられる。
-添加剤-
 水溶性重合体Xの調製に用いる単量体組成物Xに配合する添加剤としては、過硫酸カリウム等の重合開始剤や、テトラメチルエチレンジアミン等の重合促進剤などの重合反応に使用し得る既知の添加剤が挙げられる。なお、添加剤の種類および配合量は、重合方法等に応じて任意に選択することができる。
-重合溶媒-
 水溶性重合体Xの調製に用いる水溶性重合体Xに配合する重合溶媒としては、重合方法等に応じて、前述した単量体を溶解または分散可能な既知の溶媒を用いることができる。中でも、重合溶媒としては、水を用いることが好ましい。なお、重合溶媒としては、任意の化合物の水溶液や、少量の有機媒体と水との混合溶液などを用いてもよい。
[[水溶性重合体Xの調製]]
 本発明のバインダー組成物の結着材として用いられる水溶性重合体Xは、上述した単量体、添加剤および重合溶媒を既知の方法で混合して得た単量体組成物Xを、例えばラジカル重合させることで得られる。なお、上記単量体組成物Xを重合して得られる、水溶性重合体Xと重合溶媒とを含む溶液は、特に重合溶媒が水である場合はそのままバインダー組成物の調製に使用してもよいし、溶媒置換や任意の成分の添加などを行なった後にバインダー組成物の調製に使用してもよい。
 ここで、重合方法としては、水溶液重合、スラリー重合、懸濁重合、乳化重合などの公知の重合法が挙げられるが、溶媒の除去操作が不要であり、溶媒の安全性が高く、且つ、界面活性剤の混入の問題が無いことから、重合溶媒として水を使用した水溶液重合が好ましい。なお、水溶液重合は、単量体組成物Xを所定の濃度に調整し、反応系内の溶存酸素を不活性ガスで十分に置換した後、ラジカル重合開始剤を添加し、必要により、加熱や紫外線などの光照射をすることによって重合反応を行う方法である。
 なお、重合溶媒として水を使用し、上述した単量体組成物Xを水中で重合して水溶性重合体Xを含む水溶液を調製する場合には、重合後の水溶液のpHは、通常4.5~6.5となり、この水溶液には中和の操作は行わず、そのままバインダー組成物として、またはバインダー組成物の調製に用いることが好ましい。
[[水溶性重合体Xの性状]]
 そして、上述のようにして調製した、水溶性重合体Xは、電解液膨潤度が120質量%未満であることが必要であり、117%未満であることが好ましく、115質量%未満であることがより好ましく、110質量%未満であることがさらに好ましく、また、100質量%以上であることが好ましく、103質量%以上であることがより好ましく、105質量%以上であることがさらに好ましい。水溶性重合体Xの電解液膨潤度が120質量%以上であると、水溶性重合体Xが電解液中で過度に膨潤して極板構造が維持できず、寿命特性が低下する。一方、水溶性重合体Xの電解液膨潤度が100質量%以上であれば、リチウムイオン伝導性が確保され、リチウムイオン二次電池の内部抵抗をさらに低減することができる。加えて、水溶性重合体Xの柔軟性を確保し、水溶性重合体Xの割れおよび剥離を抑制して、リチウムイオン二次電池の保存安定性をさらに高めることができる。
 なお、水溶性重合体Xの電解液膨潤度は、本明細書の実施例に記載の方法で測定することができる。また、水溶性重合体Xの電解液膨潤度は、単量体組成物X中のエチレン性不飽和カルボン酸化合物(A)、化合物(B)、および化合物(D)種類や量を変更することにより調整することができる。
 また、水溶性重合体Xは、その水溶液を固形分濃度1質量%に調整した際のpHが7.0未満である必要があり、当該pHは、好ましくは6.0以下、より好ましくは5.5以下であり、好ましくは3.0以上、より好ましくは4.0以上である。固形分濃度が1質量%である水溶性重合体Xの水溶液のpHが上述の範囲内であれば、当該水溶性重合体Xを用いて調製されたスラリー組成物中において、正極活物質由来のアルカリ分を中和することができ、集電体の腐食が抑制される。そして、リチウムイオン二次電池の性能向上の実現が可能となる。
 なお、水溶性重合体Xの固形分濃度1質量%におけるpHは、単量体組成物X中の単量体の種類および割合を変更したり、重合して得られた水溶性重合体Xに別途酸やアルカリを添加したりすることで調整することができる。
[[粒子状重合体Y]]
 本発明のリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物は、結着材としてさらに粒子状重合体Yを含むことが好ましい。ここで、粒子状重合体Yは非水溶性である。したがって、通常、粒子状重合体Yは、水を含む水系のスラリー組成物において粒子状となっている。そのような粒子形状により、粒子状重合体Yは上述した水溶性重合体Xとは異なる機構によりバインダー組成物全体としての結着性の向上に寄与し得るためであると推察されるが、水溶性重合体Xに加えて、さらに粒子状重合体Yを使用することで、正極に適度な柔軟性が付与され、正極の割れおよび亀裂発生を抑制することができる。また、粒子状重合体Yは、上述の水溶性重合体Xと良好になじみ、それらがあわさって正極活物質や導電材を好適に被覆する結果、正極活物質や導電材表面での電解液の分解が抑制されてガス発生が抑制され、保存安定性の更なる向上が達成されると推察される。
 ここで、上述した粒子状重合体Yとしては、特に限定されず、例えばアクリル系重合体、共役ジエン系重合体を用いることができる。中でも、本発明のバインダー組成物を用いて形成される正極合材層と集電体の密着強度を向上させる観点からは、粒子状重合体Yはアクリル系重合体を含むことがより好ましい。
 そして、粒子状重合体Yは、例えば、単量体と、重合開始剤などの添加剤と、重合溶媒とを単量体組成物Yを重合して得られる。そして、通常、粒子状重合体Yは、単量体組成物Y中に含まれていた単量体に由来する構造単位を当該単量体組成物中の各単量体の存在比率と同様の比率で含有している。
[[アクリル系重合体]]
 ここで、粒子状重合体Yとして好ましいアクリル系重合体について説明する。アクリル系重合体とは、(メタ)アクリル酸エステル単量体由来の構造単位を含む重合体である。そしてアクリル系重合体は、(メタ)アクリル酸エステル単量体と、任意に、酸性基含有単量体、α,β-不飽和ニトリル単量体、その他の単量体を含む単量体組成物Yを重合して得られる。
 以下、アクリル系重合体の調製に用いられる(メタ)アクリル酸エステル単量体、酸性基含有単量体、α,β-不飽和ニトリル単量体、およびその他の単量体について詳述する。
-(メタ)アクリル酸エステル単量体-
 アクリル系重合体の調製に用いる(メタ)アクリル酸エステル単量体としては、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-ブチルアクリレー卜、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等のアクリル酸アルキルエステル;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等のメタクリル酸アルキルエステルなどが挙げられる。これらは、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、2-エチルヘキシルアクリレートが好ましい。
 そして、アクリル系重合体の調製に用いる単量体組成物Yが含む単量体は、上述した(メタ)アクリル酸エステル単量体が占める割合が、50質量%以上であることが好ましく、55質量%以上であることがより好ましく、58質量%以上であることがさらに好ましく、98質量%以下であることが好ましく、95質量%以下であることがより好ましく、94質量%以下であることがさらに好ましい。
-酸性基含有単量体-
 アクリル系重合体の調製に用いる酸性基含有単量体は、酸性基を含有し、上述した(メタ)アクリル酸エステル単量体と共重合可能な単量体であれば特に限定されない。ここで、酸性基としては、カルボキシル基(-COOH)、スルホン酸基(-SO3H)、リン酸基(-PO32)などが挙げられる。そして、酸性基含有単量体としては、カルボキシル基含有単量体が好ましく、当該カルボキシル基含有単量体としては、「水溶性重合体X」の項で上述した「エチレン性不飽和カルボン酸化合物(A)」と同様のものを用いることができる。これらは、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、イタコン酸が好ましい。
 そして、アクリル系重合体の調製に用いる単量体組成物Yが含む単量体は、上述した酸性基含有単量体が占める割合が、1質量%以上であることが好ましく、3質量%以上であることがより好ましく、6質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。
-α,β-不飽和ニトリル単量体-
 アクリル系重合体の調製に用いる、α,β-不飽和ニトリル単量体としては、アクリロニトリル、メタクリロニトリルが挙げられる。これらは、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でもアクリロニトリルが好ましい。
 そして、アクリル系重合体の調製に用いる単量体組成物Yが含む単量体は、上述したα,β-不飽和ニトリル単量体が占める割合が、5質量%以上であることが好ましく、10質量%以上であることがより好ましく、40質量%以下であることが好ましく、30質量%以下であることがより好ましい。
-その他の単量体-
 その他の単量体としては、上述した単量体と共重合可能な単量体が挙げられる。具体的には、任意の単量体としては、上述の水溶性重合体Xにおいて使用可能として挙げた単量体から、(メタ)アクリル酸エステル単量体、酸性基含有単量体、およびα,β-不飽和ニトリル単量体を除いたものが挙げられる。これらは、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
 そして、アクリル系重合体の調製に用いる単量体組成物Yが含む単量体は、上述したその他の単量体が占める割合は特に限定されないが、20質量%以下であることが好ましく、10質量%以下であることがより好ましく、5質量%以下であることがさらに好ましい。
[[粒子状重合体Yの配合量と水溶性重合体Xの配合量の比]]
 本発明のバインダー組成物において、粒子状重合体Yの配合量を水溶性重合体Xの配合量で除した値(Y/X)は、0.05以上であることが好ましく、0.2以上であることがより好ましく、0.5以上であることがさらに好ましく、3以下であることが好ましく、2以下であることがより好ましく、1.5以下であることがさらに好ましく、1.0以下であることが特に好ましい。Y/Xが0.05以上であることで、バインダー組成物を用いて形成される正極合材層と集電体の密着強度が確保され、リチウムイオン二次電池のサイクル特性をさらに向上させることができる。くわえて、リチウムイオン二次電池の保存安定性をさらに向上させることができる。また、Y/Xが3以下であることで、過度の増粘によりスラリー組成物の調製が困難となることもなく、加えて、正極活物質の保液空間を過度に減らすことなく、粒子状重合体Yが水溶性重合体Xと正極活物質近傍に存在することとなりリチウムイオン二次電池の寿命特性をさらに向上させることができる。
<その他の成分>
 本発明のバインダー組成物は、上述した成分に加え、任意に配合し得る既知の成分を含有していても良い。そのような既知の成分としては増粘剤が挙げられ、増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース、増粘多糖類、アルギン酸、でんぷんなどの天然系増粘剤や、ポリアクリル酸などの合成系増粘剤を含有していてもよい。なお、増粘剤には、上述した水溶性重合体Xに該当するものは含まれない。
 これらの中でも、スラリー組成物にチクソ性を付与し、正極活物質の沈降を防止する観点から、カルボキシメチルセルロースが好ましい。
<バインダー組成物の調製>
 本発明のバインダー組成物は、上記各成分を、溶媒としての水の存在下で混合することにより調製することができる。具体的には、ボールミル、サンドミル、ビーズミル、顔料分散機、らい潰機、超音波分散機、ホモジナイザー、プラネタリーミキサー、フィルミックスなどの混合機を用いて上記各成分と水を混合することにより、バインダー組成物を調製することができる。なお、バインダー組成物は、水以外の溶媒を含んでいてもいい。
 ここで、水溶性重合体Xおよび任意に使用し得る粒子状重合体Yは、水系溶媒中で単量体組成物を重合して調製した場合には、水溶液または水分散液の状態でそのまま混合し、溶媒として水を含むバインダー組成物を調製することができる。
 また、例えば、水溶性重合体Xと正極活物質を混合した後、粒子状重合体Yを添加するなど、バインダー組成物の調製と、後述するスラリー組成物の調製とを同時に実施してもよい。
<バインダー組成物の性状>
 本発明のバインダー組成物のpHは、好ましくは7.0未満、より好ましくは6.0以下、更に好ましくは5.5以下であり、好ましくは3.0以上、より好ましくは4.0以上である。バインダー組成物のpHが上述の範囲内であれば、当該バインダー組成物を用いて調製されたスラリー組成物中において、正極活物質由来のアルカリ分を中和することができ、集電体の腐食が抑制される。そして、リチウムイオン二次電池の性能向上の実現が可能となる。なお、バインダー組成物のpHの調整は、既知の手段で適宜行うことができる。
(リチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物)
 本発明のリチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物は、上述した本発明のリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物と、正極活物質と、必要に応じて添加される、水などの溶媒、導電材、そして上述した増粘剤を含む。即ち、リチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物は、上述した水溶性重合体Xと、正極活物質と、水とを少なくとも含み、任意に、粒子状重合体Y、導電材、水以外の溶媒、そして増粘剤等をさらに含有する。
 そして、本発明のスラリー組成物を用いて正極を作製すれば、当該正極を備えるリチウムイオン二次電池の内部抵抗を低減し、かつ、寿命特性を優れたものとすることができる。
<正極活物質>
 正極活物質としては、遷移金属を含有する化合物、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複合金属酸化物などを用いることができる。なお、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。
 ここで、遷移金属酸化物としては、例えばMnO、MnO2、V25、V613、TiO2、Cu223、非晶質V2O-P25、非晶質MoO3、非晶質V25、非晶質V613等が挙げられる。
 遷移金属硫化物としては、TiS2、TiS3、非晶質MoS2、FeSなどが挙げられる。
 リチウムと遷移金属との複合金属酸化物としては、層状構造を有するリチウム含有複合金属酸化物、スピネル型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(LiCoO2)、リチウム含有ニッケル酸化物(LiNiO2)、Co-Ni-Mnのリチウム含有複合酸化物(Li(Co Mn Ni)O2)、Ni-Mn-Alのリチウム含有複合酸化物、Ni-Co-Alのリチウム含有複合酸化物、LiMaO2とLi2MbO3との固溶体などが挙げられる。なお、Co-Ni-Mnのリチウム含有複合酸化物としては、Li[Ni0.5Co0.2Mn0.3]O2、Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2などが挙げられる。また、LiMaO2とLi2MbO3との固溶体としては、例えば、xLiMaO2・(1-x)Li2MbO3などが挙げられる。ここで、xは0<x<1を満たす数を表し、Maは平均酸化状態が3+である1種類以上の遷移金属を表し、Mbは平均酸化状態が4+である1種類以上の遷移金属を表す。このような固溶体としては、Li[Ni0.17Li0.2Co0.07Mn0.56]O2などが挙げられる。
 なお、本明細書において、「平均酸化状態」とは、前記「1種類以上の遷移金属」の平均の酸化状態を示し、遷移金属のモル量と原子価とから算出される。例えば、「1種類以上の遷移金属」が、50mol%のNi2+と50mol%のMn4+から構成される場合には、「1種類以上の遷移金属」の平均酸化状態は、(0.5)×(2+)+(0.5)×(4+)=3+となる。
 スピネル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、マンガン酸リチウム(LiMn24)や、マンガン酸リチウム(LiMn24)のMnの一部を他の遷移金属で置換した化合物が挙げられる。具体例としては、LiNi0.5Mn1.54などのLis[Mn2-tMct]O4が挙げられる。ここで、Mcは平均酸化状態が4+である1種類以上の遷移金属を表す。Mcの具体例としては、Ni、Co、Fe、Cu、Cr等が挙げられる。また、tは0<t<1を満たす数を表し、sは0≦s≦1を満たす数を表す。なお、正極活物質としては、Li1+xMn2-x4(0<X<2)で表されるリチウム過剰のスピネル化合物なども用いることができる。
 さらに、スピネル型構造を有するリチウム含有複合金属酸化物としては、Li4+YTi512(-1≦Y≦3)で表されるリチウム含有チタン酸化物が挙げられる。なお、リチウム含有チタン酸化物としては、上述したスピネル型構造のもの以外にも、ラムスデライド構造のLi2+YTi37(-1≦Y≦3)、Li1+YTi24(0≦Y≦1)、Li1.1+YTi1.84(0≦Y≦1)、Li1.07+YTi1.864(0≦Y≦1)等が存在する。
 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、オリビン型リン酸鉄リチウム(LiFePO4)、オリビン型リン酸マンガンリチウム(LiMnPO4)などのLiyMdPO4で表されるオリビン型リン酸リチウム化合物が挙げられる。ここで、Mdは平均酸化状態が3+である1種類以上の遷移金属を表し、例えばMn、Fe、Co等が挙げられる。また、yは0≦y≦2を満たす数を表す。さらに、LiyMdPO4で表されるオリビン型リン酸リチウム化合物は、Mdが他の金属で一部置換されていてもよい。置換しうる金属としては、例えば、Cu、Mg、Zn、V、Ca、Sr、Ba、Ti、Al、Si、BおよびMoなどが挙げられる。
 また、リチウムイオン二次電池を高容量化すべく、正極活物質として、Niを含有する正極活物質を用いることが好ましい。
 Niを含有する正極活物質としては、LiNiO2、Li[Ni0.5Co0.2Mn0.3]O2、Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2、Li[Ni0.17Li0.2Co0.07Mn0.56]O2などが挙げられる。
 なお、このようなNiを含有する正極活物質、そして上述したリチウム含有チタン酸化物には、活物質の製造時に使用される炭酸リチウム(Li2CO3)や水酸化リチウム(LiOH)等のアルカリ分が特に多く残存している。そのため、該正極活物質を含む水系のスラリー組成物をアルミニウム等からなる集電体上に塗布し、正極を作製すると、正極活物質からアルカリ分が溶出し、集電体が腐食してしまうという問題が生じていた。しかしながら、本発明においては、カルボキシル基を含有し、かつ酸性を呈する水溶性重合体Xを含むバインダー組成物を水系のスラリー組成物の調製に用いているので、上記溶出したアルカリ分を中和することができ、集電体の腐食を抑制することができる。
<導電材>
 導電材は、正極合材層中で正極活物質同士の電気的接触を確保するためのものである。そして、本発明のスラリー組成物に用いる導電材としては、特に限定されることなく、既知の導電材を用いることができる。具体的には、導電材としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック(登録商標)、ファーネスブラック、グラファイト、炭素繊維、カーボンフレーク、炭素超短繊維(例えば、カーボンナノチューブや気相成長炭素繊維など)等の導電性炭素材料;各種金属のファイバー、箔などを用いることができる。これらの中でも、リチウムイオン二次電池の電池容量を維持しつつ内部抵抗を十分に低減させる観点からは、導電材として、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、又はファーネスブラックを用いることが好ましい。
<リチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物の調製方法>
 上記リチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物は、上記各成分を水に分散させることにより調製することができる。具体的には、ボールミル、サンドミル、ビーズミル、顔料分散機、らい潰機、超音波分散機、ホモジナイザー、プラネタリーミキサー、フィルミックスなどの混合機を用いて、上記各成分を、水を含む溶媒中で混合することにより、スラリー組成物を調製することができる。
 上述のように調製されるスラリー組成物のpHは、特に限定されないが、好ましくは6以上、より好ましくは7以上、さらに好ましくは7.5以上、特に好ましくは9.1以上であり、好ましくは12以下、より好ましくは11.5以下、さらに好ましくは11以下である。スラリー組成物のpHが上記の範囲内であれば、集電体の腐食を十分に抑制することができる。
 ここで、スラリー組成物中の水溶性重合体Xの含有量は、正極活物質100質量部当たり、0.5質量部以上であることが好ましく、0.7質量部以上であることがより好ましく、1.2質量部以上であることがさらに好ましく、10質量部以下であることが好ましく、5質量部以下であることがより好ましく、3質量部以下であることがさらに好ましい。スラリー組成物中の水溶性重合体Xの含有量が上述の範囲内であることで、水溶性重合体Xの特性が好適に発現され、特に、リチウムイオン二次電池の内部抵抗をさらに低減することができる。
 さらに、スラリー組成物中の水溶性重合体Xおよび粒子状重合体Yの含有量の合計は、正極活物質100質量部当たり2質量部以上であることが好ましく、3質量部上であることがより好ましく、7質量部以下であることが好ましく、4質量部以下であることがより好ましく、3.5質量部以下であることがさらに好ましい。スラリー組成物中の水溶性重合体Xおよび粒子状重合体Yの含有量の合計が上述の範囲内であることで、リチウムイオン二次電池の内部抵抗の低減、並びにサイクル特性および保存安定性の向上をバランスよく達成することができる。
 なお、本発明のスラリー組成物において、粒子状重合体Yの配合量を水溶性重合体Xの配合量で除した値(Y/X)の好適な範囲は、本発明のバインダー組成物における当該範囲と同様である。また、増粘剤、導電材の配合量は適宜調製し得る。
(リチウムイオン二次電池用正極)
 本発明のリチウムイオン二次電池用正極は、本発明のスラリー組成物を用いて得られる正極合材層を有する。より具体的には、本発明のリチウムイオン二次電池用正極は、集電体と、集電体上に形成された正極合材層とを備え、正極合材層は、通常、上記スラリー組成物の乾燥物よりなる。そして正極合材層には、少なくとも、正極活物質および結着材としての水溶性重合体Xが含まれている。なお、上述した水溶性重合体Xおよび/または粒子状重合体Yが架橋性の構造単位を含む場合には、水溶性重合体Xおよび/または粒子状重合体Yは、スラリー組成物の乾燥時、または、乾燥後に任意に実施される熱処理時に架橋されていてもよい(即ち、正極合材層は、上述した水溶性重合体Xおよび/または粒子状重合体Yの架橋物を含んでいてもよい)。そして、正極合材層中に含まれている各成分は、上記リチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物中に含まれていたものであり、それら各成分の好適な存在比は、正極用スラリー組成物中の各成分の好適な存在比と同じである。
 そして、上記リチウムイオン二次電池用正極は、本発明のリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物を使用して調製しているので、リチウムイオン二次電池の内部抵抗を低減しつつ、寿命特性を向上させることができる。
<リチウムイオン二次電池用正極の製造>
 なお、上記リチウムイオン二次電池用正極は、例えば、上述したリチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物を集電体上に塗布する工程(塗布工程)と、集電体上に塗布されたリチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物を乾燥して集電体上に正極合材層を形成する工程(乾燥工程)とを経て製造される。
[塗布工程]
 上記リチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物を集電体上に塗布する方法としては、特に限定されず公知の方法を用いることができる。具体的には、塗布方法としては、ドクターブレード法、ディップ法、リバースロール法、ダイレクトロール法、グラビア法、エクストルージョン法、ハケ塗り法などを用いることができる。この際、スラリー組成物を集電体の片面だけに塗布してもよいし、両面に塗布してもよい。塗布後乾燥前の集電体上のスラリー膜の厚みは、乾燥して得られる正極合材層の厚みに応じて適宜に設定しうる。
 ここで、スラリー組成物を塗布する集電体としては、電気導電性を有し、かつ、電気化学的に耐久性のある材料が用いられる。具体的には、集電体としては、例えば、鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼、チタン、タンタル、金、白金などからなる集電体を用い得る。中でも、正極に用いる集電体としては、アルミニウム箔が特に好ましい。なお、前記の材料は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
[乾燥工程]
 集電体上のスラリー組成物を乾燥する方法としては、特に限定されず公知の方法を用いることができ、例えば温風、熱風、低湿風による乾燥、真空乾燥、赤外線や電子線などの照射による乾燥法が挙げられる。このように集電体上のスラリー組成物を乾燥することで、集電体上に正極合材層を形成し、集電体と正極合材層とを備えるリチウムイオン二次電池用正極を得ることができる。
 なお、乾燥工程の後、金型プレスまたはロールプレスなどを用い、正極合材層に加圧処理を施してもよい。加圧処理により、正極合材層と集電体の密着強度を向上させることができる。
 さらに、正極合材層が硬化性の重合体を含む場合は、正極合材層の形成後に前記重合体を硬化させることが好ましい。
(リチウムイオン二次電池)
 本発明のリチウムイオン二次電池は、正極と、負極と、電解液と、セパレータとを備え、正極として、本発明のリチウムイオン二次電池用正極を用いたものである。そして、上記リチウムイオン二次電池は、本発明のリチウムイオン二次電池用正極を用いているので、内部抵抗が低減され、そして寿命特性に優れている。
<負極>
 上記リチウムイオン二次電池の負極としては、リチウムイオン二次電池用負極として用いられる既知の負極を用いることができる。具体的には、負極としては、例えば、負極合材層を集電体上に形成してなる負極を用いることができる。
 なお、集電体としては、アルミニウム等の金属材料からなるものを用いることができる。また、負極合材層としては、既知の負極活物質と、結着材とを含む層を用いることができる。
<電解液>
 電解液としては、溶媒に電解質を溶解した電解液を用いることができる。
 ここで、溶媒としては、電解質を溶解可能な有機溶媒を用いることができる。具体的には、溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ-ブチロラクトン等のアルキルカーボネート系溶媒に、2,5-ジメチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロフラン、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート、酢酸メチル、ジメトキシエタン、ジオキソラン、プロピオン酸メチル、ギ酸メチル等の粘度調整溶媒を添加したものを用いることができる。
 電解質としては、リチウム塩を用いることができる。リチウム塩としては、例えば、特開2012-204303号公報に記載のものを用いることができる。これらのリチウム塩の中でも、有機溶媒に溶解しやすく、高い解離度を示すという点より、電解質としてはLiPF6、LiClO4、CF3SO3Liが好ましい。
<セパレータ>
 セパレータとしては、例えば、特開2012-204303号公報に記載のものを用いることができる。これらの中でも、セパレータ全体の膜厚を薄くすることができ、これにより、リチウムイオン二次電池内の電極活物質の比率を高くして体積あたりの容量を高くすることができるという点より、ポリオレフィン系の樹脂(ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリ塩化ビニル)からなる微多孔膜が好ましい。
<リチウムイオン二次電池の製造方法>
 上記リチウムイオン二次電池は、例えば、正極と、負極とを、セパレータを介して重ね合わせ、これを必要に応じて電池形状に応じて巻く、折るなどして電池容器に入れ、電池容器に電解液を注入して封口することにより製造することができる。リチウムイオン二次電池の内部の圧力上昇、過充放電等の発生を防止するために、必要に応じて、ヒューズ、PTC素子等の過電流防止素子、エキスパンドメタル、リード板などを設けてもよい。リチウムイオン二次電池の形状は、例えば、コイン型、ボタン型、シート型、円筒型、角形、扁平型など、何れであってもよい。
 以下、本発明について実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、以下の説明において、量を表す「%」及び「部」は、特に断らない限り、質量基準である。
 実施例および比較例において、水溶性重合体Xの電解液膨潤度、粒子状重合体(粒子状重合体Y、負極用粒子状重合体)のガラス転移温度および体積平均粒子径D50、正極合材層と集電体の密着強度、並びに、リチウムイオン二次電池のレート特性、サイクル特性、および保存安定性は、それぞれ以下の方法を使用して評価した。
<電解液膨潤度>
 水溶性重合体Xを含む水溶液を、湿度50%、温度23~25℃の環境下で乾燥させて、厚み1±0.3mmに成膜した。成膜したフィルムを、温度60℃の真空乾燥機で10時間乾燥させた後、裁断して約1gを精秤した。得られたフィルム片の質量をW0とする。このフィルム片を、温度60℃の環境下で、電解液(組成:濃度1.0MのLiPF6溶液(溶媒はエチレンカーボネート(EC)/エチルメチルカーボネート(EMC)=3/7(体積比)の混合溶媒、添加剤としてビニレンカーボネート2体積%(溶媒比)を添加))に3日間浸漬し、膨潤させた。その後、フィルム片を引き上げ、表面の電解液をキムワイプで拭いた後、質量を測定した。膨潤後のフィルム片の質量をW1とする。
 そして、以下の計算式を用いて電解液膨潤度を算出した。
 電解液膨潤度(質量%)=W1/W0×100
<ガラス転移温度>
 粒子状重合体を含む水分散液を、湿度50%、温度23~26℃の環境下で3日間乾燥させて、厚み1±0.3mmに成膜した。成膜したフィルムを、温度60℃の真空乾燥機で10時間乾燥させた。その後、乾燥させたフィルムをサンプルとし、JIS K7121に準拠して、測定温度-100℃~180℃、昇温速度5℃/分の条件下、示差走査熱量分析計(ナノテクノロジー社製、DSC6220SII)を用いてガラス転移温度Tg(℃)を測定した。
<体積平均粒子径D50>
 粒子状重合体の体積平均粒子径D50は、固形分濃度15質量%に調整した水分散溶液の、レーザー回折式粒子径分布測定装置(島津製作所社製、「SALD-3100」)により測定された粒子径分布において、小径側から計算した累積体積が50%となる粒子径とした。
<正極合材層と集電体の密着強度>
 作製したリチウムイオン二次電池用正極を長さ100mm、幅10mmの長方形に切り出して試験片とし、正極合材層を有する面を下にして正極合材層表面にセロハンテープ(JIS Z1522に規定されるもの)を貼り付け、集電体の一端を垂直方向に引張り速度50mm/分で引っ張って剥がしたときの応力を測定した(なお、セロハンテープは試験台に固定されている)。測定を3回行い、その平均値を求めてこれを剥離ピール強度とし、以下の基準により評価した。剥離ピール強度の値が大きいほど、正極合材層と集電体の密着強度に優れることを示す。
 A:剥離ピール強度が200N/m以上
 B:剥離ピール強度が100N/m以上200N/m未満
 C:剥離ピール強度が100N/m未満
<リチウムイオン二次電池のレート特性>
 作製したリチウムイオン二次電池を、電解液注液後、温度25℃で、5時間静置した。次に、温度25℃、0.2Cの定電流法にて、セル電圧3.65Vまで充電し、その後、温度60℃で12時間エージング処理を行った。そして、温度25℃、0.2Cの定電流法にて、セル電圧3.00Vまで放電した。その後、0.2Cの定電流にて、CC-CV充電(上限セル電圧4.30V)を行い、0.2Cの定電流にて3.00VまでCC放電を行った。
 次に、温度25℃の環境下、4.30-3.00V間で、0.2Cの定電流充放電を実施し、このときの放電容量をC0と定義した。その後、同様に0.2Cの定電流にてCC-CV充電、1.0Cの定電流にて放電を実施し、このときの放電容量をC1と定義した。そして、レート特性として、ΔC=(C1/C0)×100(%)で示される容量変化率を求め、以下の基準により評価した。この容量変化率ΔCの値は大きいほど、高電流での放電容量が高く、そして内部抵抗が低いことを示す。
 A:ΔCが70%以上
 B:ΔCが65%以上70%未満
 C:ΔCが65%未満
<リチウムイオン二次電池のサイクル特性>
 作製したリチウムイオン二次電池を、電解液注液後、温度25℃で5時間静置した。次に、温度25℃、0.2Cの定電流法にて、セル電圧3.65Vまで充電し、その後、温度60℃で12時間エージング処理を行った。そして、温度25℃、0.2Cの定電流法にて、セル電圧3.00Vまで放電した。その後、0.2Cの定電流法にて、CC-CV充電(上限セル電圧4.30V)を行い、0.2Cの定電流法にて3.00VまでCC放電し、その初期放電容量X1を測定した。
 その後、温度45℃の環境下、セル電圧4.30-3.00V、1.0Cの充放電レートにて充放電の操作を100サイクル行い、100サイクル目の放電容量X2を測定した。初期放電容量X1および放電容量X2を用いて、ΔC´=(X2/X1)×100(%)で示される容量変化率を求め、以下の基準により評価した。この容量変化率ΔC´の値が大きいほど、サイクル特性に優れていることを示す。
 A:ΔC´が90%以上
 B:ΔC´が87%以上90%未満
 C:ΔC´が87%未満
<リチウムイオン二次電池の保存安定性>
 作製したリチウムイオン二次電池を、電解液注液後、温度25℃で5時間静置した。次に、温度25℃、0.2Cの定電流法にて、セル電圧3.65Vまで充電し、その後、温度60℃で12時間エージング処理を行った。そして、温度25℃、0.2Cの定電流法にて、セル電圧2.75Vまで放電した。その後、0.2Cの定電流法にて、CC-CV充電(上限セル電圧4.30V)を行い、0.2Cの定電流法にてセル電圧3.00VまでCC放電を行なった。
 次に、リチウムイオン二次電池のセルの体積(V0)をアルキメデス法によって算出した。その後、温度25℃、0.2Cの定電流法にてセル電圧4.40Vまで充電し、温度80±2℃の条件下で3日間放置したのち、温度25℃、0.2Cの定電流法にてセル電圧3.00Vまで放電した。その後、セルの体積(V1)を測定し、ガス発生量を以下の計算式により算出し、以下の基準により評価した。ガス発生量が少ないほど、保存安定性に優れていることを示す。
ガス発生量(mL)=V1(mL)-V0(mL)
 A:ガス発生量が2.0mL未満
 B:ガス発生量が2.0mL以上3.0mL未満
 C:ガス発生量が3.0mL以上
(実施例1)
<水溶性重合体Xを含む水溶液の調製>
 セプタム付き1Lフラスコに、イオン交換水720gを投入して、温度40℃に加熱し、流量100mL/分の窒素ガスでフラスコ内を置換した。次に、イオン交換水10gと、エチレン性不飽和カルボン酸化合物(A)としてのアクリル酸9.5g(25.0%)と、化合物(B)としてのアクリルアミド28.5g(75.0%)とを混合して、シリンジでフラスコ内に注入した。その後、重合開始剤としての過硫酸カリウムの2.5%水溶液8.0gをシリンジでフラスコ内に追加した。さらに、その15分後に、重合促進剤としてのテトラメチルエチレンジアミンの2.0%水溶液40gをシリンジで追加した。4時間後、重合開始剤としての過硫酸カリウムの2.5%水溶液4.0gをフラスコ内に追加し、さらに重合促進剤としてのテトラメチルエチレンジアミンの2.0%水溶液20gを追加して、温度を60℃に昇温し、重合反応を進めた。3時間後、フラスコを空気中に開放して重合反応を停止させ、生成物を温度80℃で脱臭し、残留モノマーを除去して水溶性重合体Xを含む水溶液を得た。
 この水溶性重合体Xを含む水溶液を用いて、水溶性重合体Xの電解液膨潤度、固形分濃度1%におけるpHを測定した。結果を表1に示す。
<粒子状重合体Y(アクリル系重合体)を含む水分散液の調製>
 攪拌機付き5MPa耐圧容器に、酸性基含有単量体としてのイタコン酸4部、(メタ)アクリル酸エステル単量体としてのアクリル酸2-エチルヘキシル(76部)、α,β-不飽和ニトリル単量体としてのアクリロニトリル20部、界面活性剤としてのドデシルジフェニルエーテルスルホン酸ナトリウム(パイロットケミカルカンパニー製、「CALFAX DB-45」)1部、イオン交換水150部、および重合開始剤としての過硫酸カリウム0.8部を入れ、十分に攪拌した。その後、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、粒子状重合体Yを含む混合物を得た。上記粒子状重合体Y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に調整した。その後、加熱減圧蒸留によって粒子状重合体Yを含む混合物から未反応単量体の除去を行った後、その混合物を30℃以下まで冷却し、所望の粒子状重合体Yを含む水分散液を得た。粒子状重合体Yの50%体積平均粒子径D50は150nmであり、ガラス転移温度は-39℃であった。
<負極用粒子状重合体(スチレン-ブタジエン系重合体)を含む水分散液の調製>
 攪拌機付き5MPa耐圧容器に、芳香族ビニル単量体としてのスチレン65部(63.1%)、脂肪族共役ジエン単量体としての1,3-ブタジエン35部(34.0%)、カルボキシル基含有単量体としてのイタコン酸2部(1.9%)、ヒドロキシル基含有単量体としての2-ヒドロキシエチルアクリレート1部(1.0%)、分子量調整剤としてのt-ドデシルメルカプタン0.3部、乳化剤としてのドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム5部、溶媒としてのイオン交換水150部、および、重合開始剤としての過硫酸カリウム1部を投入し、十分に攪拌した後、温度55℃に加温して重合を開始した。
 モノマー消費量が95.0%になった時点で冷却し、反応を停止した。こうして得られた重合体を含んだ水分散体に、5%水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pHを8に調整した。その後、加熱減圧蒸留によって未反応単量体の除去を行った。さらにその後、温度30℃以下まで冷却し、スチレン-ブタジエン系重合体よりなる負極用粒子状重合体を含む水分散液を得た。なお、負極用粒子状重合体のガラス転移温度は10℃であった。
<リチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物の調製>
 プラネタリーミキサーに、正極活物質としてのNMC532(Ni-Mn-Coのリチウム含有複合酸化物)を100部、導電材としてのアセチレンブラックを4部(電気化学工業(株)製、HS-100)、水溶性重合体Xを2部(固形分相当)添加し、回転速度45rpmで60分混練した。さらにその後、粒子状重合体Yを含む水分散液(固形分濃度:40%)を固形分相当で2部投入し(水溶性重合体Xおよび粒子状重合体Yを含むバインダー組成物の調製)、回転速度40rpmで40分混練した。そして、粘度が2000±100mPa・s(B型粘度計、12rpmで測定)となるようにイオン交換水を加え、リチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物を調製した。なお、このときのスラリー組成物の固形分濃度は53質量%であった。またこのスラリー組成物のpHを測定した。結果を表1に示す。
<リチウムイオン二次電池用正極の製造>
 得られたリチウムイオン二次電池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のアルミニウム箔の上に、塗布量が23.0~25.0mg/cm2となるように塗布した。その後、リチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物が塗布されたアルミ箔を、0.5m/分の速度で温度60℃のオーブン内を2分間かけて搬送することにより、乾燥させた。その後、温度120℃にて2分間加熱処理して、正極原反を得た。
 そして、得られた正極原反をロールプレス機にて密度が3.40~3.50g/cm3となるようにプレスし、さらに、水の除去を目的として、真空条件下、温度120℃の環境に3時間置き、正極を得た。この正極を用いて、正極合材層と集電体の密着強度を評価した。結果を表1に示す。
<リチウムイオン二次電池用負極の製造>
 プラネタリーミキサーに、負極活物質としての人造黒鉛(理論容量:350mAh/g)100部と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロースナトリウム塩(日本製紙社製、「MAC350HC」)を含む水溶液(固形分濃度:1.0%)1部(固形分相当)とを投入し、さらにイオン交換水にて固形分濃度が60%となるように希釈し、その後、回転速度45rpmで60分混練した。さらにその後、上述の負極用粒子状重合体を含む水分散液(固形分濃度:40%)を固形分相当で0.01部投入し、回転速度40rpmで40分混練した。そして、粘度が1100±100mPa・s(B型粘度計、12rpmで測定)となるようにイオン交換水を加え、リチウムイオン二次電池負極用スラリー組成物を調製した。なお、このときのスラリー組成物の固形分濃度は45質量%であった。
 上記リチウムイオン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15μmの銅箔の表面に、塗付量が10.2~10.8mg/cm2となるように塗布した。このリチウムイオン二次電池負極用スラリー組成物が塗布された銅箔を、400mm/分の速度で、温度80℃のオーブン内を2分間、さらに温度110℃のオーブン内を2分間かけて搬送することにより、銅箔上のスラリー組成物を乾燥させ、負極原反を得た。
 そして、得られた負極原反をロールプレス機にて密度が1.68~1.72g/cm3となるようプレスし、さらに、真空条件下、温度105℃の環境に4時間置き、負極を得た。
<リチウムイオン二次電池の製造>
 単層のポリプロピレン製セパレータ、上記の負極および正極を用いて、捲回セル(放電容量520mAh相当)を作製し、アルミ包材内に配置した。その後、電解液として濃度1.0MのLiPF6溶液(溶媒はエチレンカーボネート(EC)/エチルメチルカーボネート(EMC)=3/7(体積比)の混合溶媒、添加剤としてビニレンカーボネート2体積%(溶媒比)含有)を充填した。さらに、アルミ包材の開口を密封するために、温度150℃のヒートシールをしてアルミ包材を閉口し、リチウムイオン二次電池を製造した。このリチウムイオン二次電池を用いて、レート特性、サイクル特性、および保存安定性を評価した。結果を表1に示す。
(実施例2~5)
 水溶性重合体Xの量および粒子状重合体Yの量を表1のように変更した以外は、実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物、リチウムイオン二次電池負極用スラリー組成物、リチウムイオン二次電池用正極、リチウムイオン二次電池用負極、およびリチウムイオン二次電池を製造した。
そして、実施例1と同様の項目について評価した。結果を表1に示す。
(実施例6~16)
 表1に示す単量体を当該表に示す割合で使用した以外は実施例1と同様にして、それぞれ水溶性重合体Xを調製した。そしてそれらの水溶性重合体Xを使用した以外は、実施例5と同様にして、リチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物、リチウムイオン二次電池負極用スラリー組成物、リチウムイオン二次電池用正極、リチウムイオン二次電池用負極、およびリチウムイオン二次電池を製造した。そして、実施例1と同様の項目について評価した。結果を表1に示す。
 なお、表1に示す通り、水溶性重合体Xの調製には、実施例1で使用した単量体に加え、実施例8~12においては多官能化合物(C)としてエトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート(新中村化学(株)製、ATM-35E、n1+n2+n3+n4=35の化合物(V)に相当、官能数=4)を使用し、実施例13、14においてはその他の化合物(単量体)としてメチルアクリレートを使用し、実施例15においては化合物(B)としてアクリルニトリルを使用し、実施例16においては多官能化合物(C)としてエトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート(新中村化学(株)製、ATM-35E、n1+n2+n3+n4=35の化合物(V)に相当、官能数=4)を使用し、化合物(D)として2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸を使用した。
(比較例1~3)
 表1に示す単量体を当該表に示す割合で使用した以外は実施例1と同様にして、それぞれ水溶性重合体Xを調製した。そしてそれらの水溶性重合体Xを使用した以外は、実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物、リチウムイオン二次電池負極用スラリー組成物、リチウムイオン二次電池用正極、リチウムイオン二次電池用負極、およびリチウムイオン二次電池を製造した。そして、実施例1と同様の項目について評価した。結果を表1に示す。
(比較例4)
 水溶性重合体Xとして、実施例1において得られた水溶性重合体Xの水溶液を、水酸化リチウム水溶液を用いてpHを7.3(固形分濃度1%)とした重合体を使用した以外は、実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物、リチウムイオン二次電池負極用スラリー組成物、リチウムイオン二次電池用正極、リチウムイオン二次電池用負極、およびリチウムイオン二次電池を製造した。そして、実施例1と同様の項目について評価した。結果を表1に示す。
(比較例5)
 水溶性重合体Xに替えてカルボキシメチルセルロースナトリウム塩(日本製紙社製、「MAC350HC」、電解液膨潤度115質量%)の2%水溶液を使用した以外は、実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池負極用スラリー組成物、リチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物、リチウムイオン二次電池用負極、リチウムイオン二次電池用正極およびリチウムイオン二次電池を製造した。しかしながら、正極において、集電体としてのアルミニウム箔が過剰な腐食により損傷し、正極合材層と集電体の密着強度、並びに、リチウムイオン二次電池のレート特性、サイクル特性、および保存安定性を評価することができなかった。
 なお、以下に示す表1中、
「AA」は、アクリル酸を示し、
「AAm」は、アクリルアミドを示し、
「AN」は、アクリロニトリルを示し
「EPETA」は、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレートを示し、
「MA」は、メチルアクリレートを示し、
「ACL」は、アクリル系重合体を示し、
「CMC」は、カルボキシメチルセルロースナトリウム塩を示し、
「AMPS」は、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 上述の表1の実施例1~16および比較例1~5より、実施例1~15では、リチウムイオン二次電池の内部抵抗が十分に低減され、加えて正極合材層と集電体の密着強度、並びにサイクル特性および保存安定性などの寿命特性を優れたものとできていることがわかる。
 また、上述の表1の実施例1~5より、水溶性重合体Xの配合量、粒子状重合体Yの配合量、並びにそれらの合計およびそれらの比(Y/X)を変更することにより、リチウムイオン二次電池の内部抵抗をさらに低減し、寿命特性をさらに向上させ得ることがわかる。
 そして、上述の表1の実施例6~16より、水溶性重合体Xを調製する際の単量体の種類や配合割合を変更することにより、リチウムイオン二次電池の内部抵抗をさらに低減し、正極合材層と集電体の密着強度および寿命特性をさらに向上させ得ることがわかる。
 本発明によれば、リチウムイオン二次電池の内部抵抗を低減し、併せて寿命特性を優れたものとするリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物を提供することができる。
 また、本発明によれば、リチウムイオン二次電池の内部抵抗を低減し、併せて寿命特性を優れたものとするリチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物を提供することができる。
 そして、本発明によれば、リチウムイオン二次電池の内部抵抗を低減し、併せて寿命特性を優れたものとするリチウムイオン二次電池用正極、および内部抵抗が低減され、そして寿命特性に優れるリチウムイオン二次電池を提供することができる。

Claims (10)

  1.  水溶性重合体Xおよび水を含み、
     前記水溶性重合体Xは、
     エチレン性不飽和カルボン酸およびその塩の少なくとも一方よりなるエチレン性不飽和カルボン酸化合物(A)と、
     20℃における水100gに対する溶解度が7g以上であるエチレン性不飽和結合を有する共重合可能な化合物(B)と、
    を含む単量体組成物Xを重合して得られ、
     前記単量体組成物Xは、全単量体中の前記エチレン性不飽和カルボン酸化合物(A)の割合が20.0質量%以上79.5質量%以下であり、全単量体中の前記化合物(B)の割合が20.0質量%以上79.5質量%以下であり、
     前記水溶性重合体Xの電解液膨潤度が120%未満であり、且つ前記水溶性重合体Xの固形分濃度1質量%におけるpHが7.0未満である、
     リチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物。
  2.  前記単量体組成物Xは、ポリオキシアルキレン構造および2つ以上のエチレン性不飽和結合を有する多官能化合物(C)をさらに含み、全単量体中の前記多官能化合物(C)の割合が0.1質量%以上20.0質量%以下である、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物。
  3.  前記単量体組成物Xは、全単量体中の前記エチレン性不飽和カルボン酸化合物(A)の割合を全単量体中の前記化合物(B)の割合で除した値が1.5未満である、請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物。
  4.  前記単量体組成物Xは、エチレン性不飽和スルホン酸およびその塩、並びにエチレン性不飽和リン酸およびその塩からなる群から選択される少なくとも一種よりなる化合物(D)をさらに含み、全単量体中の前記化合物(D)の割合が0.4質量%以上30.0質量%以下である、請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物。
  5.  前記単量体組成物Xは、全単量体中の前記エチレン性不飽和カルボン酸化合物(A)の割合と全単量体中の前記化合物(D)の割合の合計を全単量体中の前記化合物(B)の割合で除した値が1.5未満である、請求項4に記載のリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物。
  6.  さらに粒子状重合体Yを含み、当該粒子状重合体Yが少なくともアクリル系重合体を含有する、請求項1~5の何れかに記載のリチウムイオン二次電池正極用バインダー組成物。
  7.  請求項1~6の何れかに記載の二次電池正極用バインダー組成物および正極活物質を含む、リチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物。
  8.  前記正極活物質は、Niを含有する正極活物質である、請求項7に記載のリチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物。
  9.  請求項7または8に記載のリチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物を用いて調製した正極合材層を、集電体上に備える、リチウムイオン二次電池用正極。
  10.  正極、負極、電解液およびセパレータを備え、前記正極が請求項9に記載のリチウムイオン二次電池用正極である、リチウムイオン二次電池。
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