WO2016136090A1 - 固体電解質組成物、電極活物質及びその製造方法、電池用電極シート及びその製造方法、並びに全固体二次電池及びその製造方法 - Google Patents
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Definitions
- Embodiments of the present invention relate to a solid electrolyte composition, an electrode active material and a manufacturing method thereof, a battery electrode sheet and a manufacturing method thereof, and an all-solid secondary battery and a manufacturing method thereof.
- An electrolytic solution is used for the lithium ion secondary battery. Attempts are being made to replace the electrolytic solution with a solid electrolyte and to make all the constituent materials solid to form an all-solid secondary battery. Among these, safety is an advantage of the technology using an inorganic solid electrolyte.
- a flammable material such as a carbonate-based solvent is used as a medium for the electrolytic solution used in the lithium ion secondary battery.
- various safety measures have been taken in the past, further safety considerations are desired in consideration of problems such as overcharge.
- a technique using an inorganic compound capable of making the electrolyte of a lithium ion secondary battery incombustible is positioned as one of the measures for improving safety.
- a further advantage of the all-solid-state secondary battery is that it is suitable for increasing the energy density by stacking electrodes. Specifically, a battery having a structure in which an electrode and an electrolyte are directly arranged in series can be obtained. At this time, since the metal package for sealing the battery cell, the copper wire and the bus bar for connecting the battery cell can be omitted, the energy density of the battery is greatly increased. In addition, good compatibility with the positive electrode material capable of increasing the potential is also mentioned as an advantage.
- an all-solid-state secondary battery As a lithium ion secondary battery, development of an all-solid-state secondary battery is described as being vigorously advanced. On the other hand, an inorganic all-solid secondary battery has a disadvantage because the electrolyte is a hard solid. For example, the interfacial resistance between the solid particles and between the solid particles and the current collector is increased.
- Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-212552 discloses an all-solid battery using an acrylic binder, a fluorine-containing binder, a rubber binder such as butadiene, or the like as a binder in order to improve the above disadvantages.
- JP 2012-204114 A, JP 2013-114966 A, and JP 2014-7138 A when forming an electrolyte layer or the like using solid electrolyte particles, formation of the electrolyte layer or the like is described.
- fluororesin such as vinylidene fluoride (PVDF) -hexafluoropropylene (HFP) copolymer as a binder from the viewpoint of conductivity, ionic conductivity and strength of electrode layer, battery output, and binding force at positive electrode Has been.
- Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-373463 discloses a positive electrode as a lithium secondary battery in which an increase in internal resistance due to expansion / contraction of an active material accompanying charging / discharging and deterioration of discharge performance at a large current are suppressed.
- a lithium secondary battery in which a surface of at least one particle of an active material and a negative electrode active material is coated with a lithium ion conductive polymer is disclosed.
- Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-235658 discloses a negative electrode in which at least a part of the surface of an active material is covered with a binder layer as a negative electrode material for a lithium secondary battery realizing high capacity and good cycle characteristics. A material is disclosed.
- JP-A-2014-146471 discloses that the binding property of the electrode active material layer is improved and the strength against mechanical force applied to the electrode can be improved.
- the use of a binder is disclosed.
- JP 2004-146253 A discloses a particle containing a particulate negative electrode active material and a copolymer containing vinylidene fluoride as a negative electrode capable of improving charge / discharge cycle characteristics while increasing capacity. And a negative electrode comprising a binder.
- JP-A-2012-212552, JP-A-2012-204114, JP-A-2013-114966, and JP-A-2014-7138 disclose binders having good binding properties between layers. However, it cannot follow the expansion and contraction of the electrode active material, and the binding property between the electrode active material and the solid electrolyte is not sufficient.
- a positive electrode active material or a negative electrode active material whose surface is coated with a lithium ion conductive polymer disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-373634 originally moves between the positive electrode active material or the negative electrode active material and the inorganic solid electrolyte. Since the lithium ion to flow also flows into the lithium ion conductive polymer, the ion conduction efficiency tends to be inferior.
- JP 2013-235658 A discloses a negative electrode material in which at least a part of the surface of the active material is covered with a binder layer, but the negative electrode material for a lithium ion secondary battery using an electrolytic solution is disclosed. Therefore, application to an all-solid-state secondary battery has not been studied.
- JP-A-2014-146471 discloses a particulate binder as a binder, but the introduction of a structure that gives flexibility to enhance the binding property between the electrode active material and the solid electrolyte has not been studied. In other words, the binding property between the electrode active material and the solid electrolyte is not sufficient.
- 2004-146253 discloses a negative electrode including a particulate negative electrode active material and a particulate binder containing a copolymer containing vinylidene fluoride.
- the agent is not contained so as to be unevenly distributed around the negative electrode active material, cannot follow the expansion and contraction of the negative electrode active material, and the binding property between the negative electrode active material and the solid electrolyte is not sufficient.
- One embodiment of the present invention has been made in view of the above, and an electrode active material excellent in binding property with an inorganic solid electrolyte and a method for producing the same, and excellent binding property between the inorganic solid electrolyte and the electrode active material.
- a solid electrolyte composition with low interfacial resistance, a battery electrode sheet with good binding properties between the inorganic solid electrolyte and the electrode active material and excellent ion conductivity, and a method for producing the same, and a high voltage are obtained,
- An object is to provide an all-solid-state secondary battery having a long cycle life and a method for producing the same, and to achieve these objects.
- a solid electrolyte composition comprising an electrode active material (B) having a portion covered.
- R 1 represents an alkyl group having 6 or more carbon atoms or an aryl group having 6 or more carbon atoms.
- Y represents a divalent linking group having a single bond or a hetero atom. * Represents a bonding position.
- the alkyl group and aryl group may have a hetero atom between carbon-carbon bonds.
- R 1a represents an alkyl group having 6 to 30 carbon atoms, which is a hydrocarbon, or an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, which is a hydrocarbon.
- R 2 , R 3 , and R 4 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or a halogen atom.
- L represents a single bond, an alkylene group, an arylene group or a carbonyl group.
- X represents a single bond, an oxygen atom or NR 5 .
- R 5 represents a hydrogen atom or an alkyl group.
- the polymer particle has at least one group selected from the group consisting of a hydroxy group, a carboxy group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, an amino group, a thiol group, an isocyanate group, a (meth) acryloyl group, and an epoxy group.
- ⁇ 5> The solid electrolyte composition according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 4>, wherein the polymer particle coverage with respect to the total surface area of the electrode active material (B) is 5% or more and less than 50%.
- ⁇ 6> The solid electrolyte composition according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 5>, wherein the polymer particles have a glass transition temperature of ⁇ 70 ° C. or higher and lower than 50 ° C.
- ⁇ 7> The solid electrolyte composition according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 6>, wherein the polymer particles have an ionic conductivity of 10 ⁇ 7 S / cm or less.
- the polymer of the polymer particles is at least one polymer selected from poly (meth) acryl, polyester, polyamide, polyimide, polyurethane, and polyurea, and the solid according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 7> Electrolyte composition.
- R 1 represents an alkyl group having 6 or more carbon atoms or an aryl group having 6 or more carbon atoms.
- Y represents a divalent linking group having a single bond or a hetero atom. * Represents a bonding position.
- the alkyl group and aryl group may have a hetero atom between carbon-carbon bonds.
- R 1 represents an alkyl group having 6 or more carbon atoms or an aryl group having 6 or more carbon atoms.
- Y represents a divalent linking group having a single bond or a hetero atom. * Represents a bonding position.
- the alkyl group and aryl group may have a hetero atom between carbon-carbon bonds.
- ⁇ 15> a current collector, an electrode active material layer disposed on the current collector using the solid electrolyte composition according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 12>, an inorganic solid electrolyte layer, A battery electrode sheet.
- a method for producing an electrode sheet for a battery comprising a step of applying the solid electrolyte composition according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 12> on a current collector to form an electrode active material layer.
- An all-solid-state secondary battery comprising: an electrode active material (B) having a part of the surface covered with polymer particles.
- R 1 represents an alkyl group having 6 or more carbon atoms or an aryl group having 6 or more carbon atoms.
- Y represents a divalent linking group having a single bond or a hetero atom. * Represents a bonding position.
- the alkyl group and aryl group may have a hetero atom between carbon-carbon bonds.
- An all-solid secondary battery comprising the battery electrode sheet according to ⁇ 15> or ⁇ 16>.
- ⁇ 20> A method for producing an all-solid secondary battery, wherein an all-solid secondary battery is produced using the battery electrode sheet according to ⁇ 15> or ⁇ 16>.
- ⁇ 21> A step of producing a battery electrode sheet by applying the solid electrolyte composition according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 12> on a current collector and forming an electrode active material layer. A method for producing an all-solid secondary battery.
- an electrode active material excellent in binding property with an inorganic solid electrolyte and a method for producing the same, an excellent binding property between the inorganic solid electrolyte and the electrode active material, and low interfacial resistance can be suppressed.
- SOLID ELECTROLYTE COMPOSITION, BATTERY ELECTRODE SHEET WITH EXCELLENT CONNECTION BETWEEN INORGANIC SOLID ELECTROLYTE AND ELECTRODE ACTIVE MATERIAL AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME A secondary battery and a manufacturing method thereof are provided.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing an all solid state secondary battery according to an embodiment of the present invention. It is a sectional side view which shows typically the testing apparatus used in the Example.
- composition refers to a mixture in which two or more components are mixed. However, the composition may be substantially uniform, and may be partially aggregated or unevenly distributed as long as a desired effect is achieved.
- the solid electrolyte composition is composed of an inorganic solid electrolyte (A) having conductivity of metal ions belonging to Group 1 or Group 2 of the periodic table and polymer particles having a group represented by Formula (1). Electrode active material (B) partially covered.
- the details of the mechanism of action in one embodiment of the present invention are unknown, but are presumed as follows.
- various studies have been made to improve the performance of an all-solid secondary battery using a solid electrolyte.
- the battery structure includes a solid electrolyte, the electrode active material and inorganic
- the binding property with a solid electrolyte or the binding property between an electrode and an adjacent layer such as an electrolyte layer still tends to be insufficient.
- the solid electrolyte composition according to an embodiment of the present invention has a surface of a specific polymer particle having a hydrophobic group such as an alkyl group having 6 or more carbon atoms or an aryl group having 6 or more carbon atoms.
- the binding property can be enhanced while keeping the interface resistance between the electrode active material and the inorganic solid electrolyte low. Since polymer particles are unevenly distributed around the electrode active material and the strain accompanying expansion and contraction of the electrode active material can be relaxed, it is also possible to reduce the loss of ionic conductivity due to easy peeling of the electrode active material. . Therefore, when the electrode active material layer is formed, it is considered that the battery voltage is kept high for a long period of time and the cycle characteristics are excellent.
- the solid electrolyte composition contains at least one inorganic solid electrolyte having conductivity of ions of metals belonging to Group 1 or Group 2 of the Periodic Table.
- the inorganic solid electrolyte refers to an inorganic solid electrolyte, and the solid electrolyte is a solid that can move ions inside the electrolyte. Since inorganic solid electrolytes do not contain organic substances (that is, carbon atoms), organic solid electrolytes (polymer electrolytes typified by polyethylene oxide (PEO), etc., organic electrolytes typified by lithium bistrifluoromethanesulfonimide (LiTFSI), etc. It is clearly distinguished from salt.
- the inorganic solid electrolyte is solid in a steady state, the cation and the anion are not dissociated or liberated, and the cation and the anion are dissociated or liberated in the electrolyte solution or the polymer (LiPF 6 , LiBF 4 , LiFSI, LiCl, etc.) are also clearly distinguished.
- the solid electrolyte composition includes an inorganic solid electrolyte
- an electrode (positive electrode or negative electrode) active material layer is formed using the solid electrolyte composition, and when a battery is manufactured using these layers, ions between the electrodes are formed. Responsible for conduction. Therefore, a battery manufactured using these layers functions as a battery.
- the inorganic solid electrolyte is not particularly limited as long as it is a compound having conductivity of metal ions belonging to Group 1 or Group 2 of the Periodic Table, and generally does not have electron conductivity.
- the inorganic solid electrolyte a known solid electrolyte material in the field of lithium ion batteries can be appropriately selected and used.
- the inorganic solid electrolyte is preferably (i) a sulfide-based inorganic solid electrolyte and (ii) an oxide-based inorganic solid electrolyte from the viewpoint of ion conductivity.
- An inorganic solid electrolyte may be used individually by 1 type, or may be used in combination of 2 or more type.
- the sulfide-based inorganic solid electrolyte contains sulfur (S) and has ion conductivity of a metal belonging to Group 1 or Group 2 of the periodic table. There is no particular limitation.
- the sulfide-based inorganic solid electrolyte preferably has an electronic insulating property.
- a lithium ion conductive inorganic solid electrolyte that satisfies the composition represented by the following formula (1) can be given.
- M represents an element selected from B, Zn, Sn, Si, Cu, Ga, Sb, Al, and Ge.
- A represents an element selected from I, Br, Cl and F.
- I and Br are preferable, and I is more preferable.
- a to e represent the composition ratio of each element, and a: b: c: d: e is an element ratio of 1 to 12: 0 to 1: 1: 2 to 12: 0 to 5. Fulfill.
- a composition ratio of each element a is preferably 1 to 9, and more preferably 1.5 to 4.
- b is preferably 0 to 0.5.
- d is preferably 3 to 7, and more preferably 3.25 to 4.5.
- e is preferably from 0 to 3, and more preferably from 0 to 2.
- b and e are preferably 0, a: b: c: d: e is more preferably 1 to 9: 0: 1: 3 to 7: 0, and a: b : C: d: e is more preferably 1.5 to 4: 0: 1: 3.25 to 4.5: 0.
- the composition ratio of each element can be controlled by adjusting the compounding amount of the raw material compound when producing the sulfide-based inorganic solid electrolyte as described later.
- the sulfide-based inorganic solid electrolyte may be non-crystalline (glass), or may be a sulfide glass ceramic (glass ceramic-like sulfide-based inorganic solid electrolyte) partially crystallized (glass ceramic). .
- Li / P / S-based glass and Li / P / S-based glass ceramics are preferable from the viewpoint of excellent ion conductivity.
- Li / P / S glass means an amorphous sulfide-based inorganic solid electrolyte containing Li element, P element and S element
- Li / P / S glass ceramic means Li element, P element, It means a glass-ceramic sulfide-based inorganic solid electrolyte containing S element.
- Li / P / S glass and Li / P / S glass ceramics are [1] lithium sulfide (Li 2 S) and diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ), and [2] lithium sulfide and single phosphorus and simple substance. It can be produced from at least one of sulfur or [3] lithium sulfide, diphosphorus pentasulfide, simple phosphorus and simple sulfur.
- the ratio of Li 2 S to P 2 S 5 in the Li / P / S glass and Li / P / S glass ceramic is a molar ratio (Li 2 S: P 2 S 5 ), preferably 65:35. 85:15, more preferably 68:32 to 75:25.
- the lithium ion conductivity can be increased.
- the lithium ion conductivity can be preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 4 S / cm or more, more preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 3 S / cm or more. Although there is no particular upper limit, it is practical that it is 1 ⁇ 10 ⁇ 1 S / cm or less.
- the compound include a solid electrolyte including a raw material composition containing Li 2 S and a sulfide of an element belonging to Group 13 to Group 15.
- Li 2 S / P 2 S 5 Li 2 S / LiI / P 2 S 5 , Li 2 S / LiI / Li 2 O / P 2 S 5 , Li 2 S / LiBr / P 2 S 5 Li 2 S / Li 2 O / P 2 S 5 , Li 2 S / Li 3 PO 4 / P 2 S 5 , Li 2 S / P 2 S 5 / P 2 O 5 , Li 2 S / P 2 S 5 / SiS 2 , Li 2 S / P 2 S 5 / SnS, Li 2 S / P 2 S 5 / Al 2 S 3 , Li 2 S / GeS 2 , Li 2 S / GeS 2 / ZnS, Li 2 S / Ga 2 S 3 , Li 2 S / GeS 2 / Ga 2 S 3 , Li 2 S / Ge
- the crystalline raw material composition or the amorphous raw material composition as described above is preferable because it has high lithium ion conductivity.
- Examples of a method for synthesizing a sulfide solid electrolyte material using the raw material composition as described above include an amorphization method.
- Examples of the amorphization method include a mechanical milling method and a melt quenching method, and among them, the mechanical milling method is preferable.
- the mechanical milling method is preferable in that processing at normal temperature is possible and the manufacturing process can be simplified.
- oxide-based inorganic solid electrolyte contains oxygen (O) and has ionic conductivity of a metal belonging to Group 1 or Group 2 of the Periodic Table, it is particularly preferable. It is not limited.
- the oxide-based inorganic solid electrolyte is preferably a compound having electronic insulating properties.
- Z satisfies 1 ⁇ z ⁇ 4, m satisfies 0 ⁇ m ⁇ 2, and n satisfies 5 ⁇ n ⁇ 20.
- Li x B y M z O n (where M is C, S , Al, Si, Ga, Ge, In, and Sn, x satisfies 0 ⁇ x ⁇ 5, y satisfies 0 ⁇ y ⁇ 1, and z satisfies 0 ⁇ z ⁇ 1.
- n represents satisfy 0 ⁇ n ⁇ 6.
- Li x (Al, Ga) y (Ti, Ge) z Si a P m O n ( however, 1 ⁇ x ⁇ 3,0 ⁇ y 1,0 ⁇ z ⁇ 2,0 ⁇ a ⁇ 1,1 ⁇ m ⁇ 7,3 ⁇ n ⁇ 13)
- Li (3-2x) M x DO (x is a number from 0 to 0.1, M represents a divalent metal atom, D represents a halogen atom or a combination of two or more halogen atoms)
- Li 3 BO 3 / Li 2 SO 4 Li 2 O / B 2 O 3 / P 2 O 5 , Li 2 O
- a phosphorus compound containing Li, P and O is also desirable.
- lithium phosphate Li 3 PO 4
- LiPON obtained by substituting part of oxygen of lithium phosphate with nitrogen
- LiPOD LiPOD
- D is Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Ru, Ag, Ta, W, Pt, Au, etc.
- LiAON A is at least one selected from Si, B, Ge, Al, C, Ga and the like
- LiAON is at least one selected from Si, B, Ge, Al, C, Ga and the like
- the ionic conductivity of the lithium ion conductive oxide-based inorganic solid electrolyte is preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 6 S / cm or more, more preferably 5 ⁇ 10 ⁇ 6 S / cm or more.
- X 10 ⁇ 5 S / cm or more is particularly preferable.
- the solid electrolyte composition it is preferable to use a sulfide-based inorganic solid electrolyte. Since the sulfide-based inorganic solid electrolyte has a high ionic conductivity, the effect of the embodiment of the present invention remarkably appears in an all-solid secondary battery.
- the ionic conductivity is measured by alternating current impedance measurement using a 1255B FREQUENCY RESPONSE ANALYZER (manufactured by SOLARTRON) at a voltage amplitude of 5 mV and a frequency of 1 MHz to 1 Hz with respect to an inorganic solid electrolyte layer formed with a desired thickness.
- the resistance in the direction is obtained and is a value (S / cm) calculated by the following formula.
- the measurement is performed in a constant temperature bath at 30 ° C.
- Ionic conductivity 1000 ⁇ layer thickness (cm) / (resistance ( ⁇ ) ⁇ layer area (cm 2 ))
- the shape of the inorganic solid electrolyte is not particularly limited, but is preferably particulate.
- the volume average particle diameter of the inorganic solid electrolyte is not particularly limited, but is preferably 0.01 ⁇ m or more, and more preferably 0.1 ⁇ m or more. Although it does not specifically limit as an upper limit of a volume average particle diameter, 100 micrometers or less are preferable and 50 micrometers or less are more preferable.
- the volume average particle diameter is a value measured with a laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer LA-920 (manufactured by Horiba, Ltd.).
- the content of the inorganic solid electrolyte in the solid electrolyte composition is preferably 5% by mass or more with respect to 100% by mass of the solid component of the solid electrolyte composition, from the viewpoint of both battery performance and reduction in interface resistance and a maintenance effect. 10 mass% or more is more preferable, and 20 mass% or more is further more preferable. From the same viewpoint, the upper limit of the content is preferably 99.9% by mass or less, more preferably 99.5% by mass or less, and further preferably 99.0% by mass or less. However, when used together with a positive electrode active material or a negative electrode active material described later, the total mass of the inorganic solid electrolyte and the positive electrode active material or the negative electrode active material is preferably in the above range.
- the solid electrolyte composition contains at least one kind of electrode active material (B) whose surface is partially covered with polymer particles having a group represented by the general formula (1).
- the solid electrolyte composition includes an electrode active material whose surface is partially covered with particles of a specific polymer having an alkyl group having 6 or more carbon atoms or an aryl group having 6 or more carbon atoms.
- the binding property can be enhanced while keeping the interface resistance with the inorganic solid electrolyte low.
- distortion caused by expansion and contraction of the electrode active material can be relaxed, it is possible to reduce the loss of ion conductivity due to the electrode active material being easily peeled off. Therefore, when the electrode active material layer is formed, the battery voltage is maintained high over a long period of time and the cycle characteristics are excellent.
- the polymer particles have at least one group represented by the following general formula (1).
- the binding property is excellent and the interface resistance is kept low.
- the polymer particles interact with the electrode active material described above and adhere to the electrode active material. Interactions include mechanical interactions, physical interactions, and chemical interactions.
- the mechanical interaction is derived from the shape of the electrode active material and the polymer particles, and includes, for example, an anchor effect (an anchoring effect).
- Examples of the physical interaction include intermolecular forces (van der Waals forces).
- Examples of the chemical interaction include a covalent bond, a hydrogen bond, and a ⁇ - ⁇ interaction.
- the polymer particles can be appropriately selected from particles formed of a polymer having a group represented by the general formula (1) and capable of adhering to the electrode active material.
- examples of the polymer of the polymer particles include poly (meth) acryl, polyester, polyamide, polyimide, polyurethane, polyurea, and a polymer obtained by combining these polymers.
- (Meth) acryl means acryl or methacryl.
- R 1 represents an alkyl group having 6 or more carbon atoms or an aryl group having 6 or more carbon atoms.
- Y represents a divalent linking group having a single bond or a hetero atom.
- the alkyl group having 6 or more carbon atoms represented by R 1 may be an alkyl group having 6 or more total carbon atoms, and may be linear, branched, cyclic, or hydrocarbon. Without limitation, a heteroatom may be contained between carbon-carbon bonds.
- the alkyl group having 6 or more carbon atoms may be unsubstituted, may further have a substituent, and when it has a substituent, the substituent is preferably a halogen atom.
- halogen atom examples include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom, and among them, a fluorine atom is preferable.
- the alkyl group having 6 or more carbon atoms is preferably an alkyl group having 6 to 50 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 6 to 30 carbon atoms, still more preferably an alkyl group having 8 to 30 carbon atoms, 8 to 18 alkyl groups are particularly preferred.
- normal octyl group 2-ethylhexyl group, normal nonyl group, normal decyl group, normal undecyl group, normal dodecyl group, normal tetradecyl group, and normal octadecyl group (stearyl group) are preferable.
- alkyl group having 6 or more carbon atoms has a substituent
- substituents include an aryl group having 6 or more carbon atoms such as a phenyl group and a naphthyl group, and a halogen atom.
- an alkyl group substituted with an aryl group or a halogenated alkyl group substituted with a halogen atom may be used.
- the aryl group having 6 or more carbon atoms represented by R 1 may be an aryl group having 6 or more total carbon atoms, and is not limited to being a hydrocarbon, and may contain a hetero atom between carbon-carbon bonds. Good. Further, the aryl group having 6 or more carbon atoms may be unsubstituted, may further have a substituent, and when it has a substituent, the substituent is preferably a halogen atom.
- the aryl group having 6 or more carbon atoms is preferably an aryl group having 6 to 50 carbon atoms, more preferably an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, still more preferably an aryl group having 8 to 30 carbon atoms, An aryl group having 8 or more and 18 or less is particularly preferable.
- Specific examples include a phenyl group, a naphthyl group, an anthracenyl group, a pyrenyl group, a terphenyl group, a chlorobenzyl group, and a fluorobenzyl group.
- a phenyl group and a naphthyl group are preferable.
- the substituent include an alkyl group having 6 or more carbon atoms such as a normal hexyl group and a halogen atom. Further, when the aryl group having 6 or more carbon atoms has a substituent, for example, an aryl group substituted with an alkyl group or a halogenated aryl group substituted with a halogen atom may be used.
- Y represents a divalent linking group having a single bond or a hetero atom.
- the divalent linking group having a hetero atom may be an atom itself such as oxygen, nitrogen, and sulfur, or may be a group containing these hetero atoms and carbon atoms, or a carbon-carbon of an alkyl group. A group in which an oxygen atom or a nitrogen atom is bonded between the bonds may be used.
- Y is preferably a single bond, —O—, and —NH—, and more preferably a single bond and —O—.
- the combination of Y and R 1 is, for example, —O—C 12 H 25 , —O—C 18 H 37 , —O—CC 6 H 5 , -O-C 2 H 4 (OC 2 H 4 ) n OH, -O-C 2 H 4 (OC 2 H 4 ) n OCH 3 , -NH-C 12 H 25 , -NH-C 18 H 37 ,- NH—CC 6 H 5 , —NH—C 2 H 4 (OC 2 H 4 ) n OH, —NH—C 2 H 4 (OC 2 H 4 ) n OCH 3 may be mentioned.
- —O—C 12 H 25 , —O—C 18 H 37 , and —O—CC 6 H 5 are preferable.
- * represents a binding site
- the polymer particles have at least one group represented by the general formula (1), but preferably have two or more.
- a polymer particle has two or more groups represented by General formula (1), the same structure may be sufficient and a different structure may be sufficient.
- the group represented by the general formula (1) may be bonded to the main chain of the polymer or may be bonded to the side chain. From the point that many groups represented by the general formula (1) in the polymer particles can be present, it is preferable that the polymer particles are bonded to the side chain instead of the main chain terminal.
- the polymer particles can be synthesized, for example, by a method in which a polymerizable monomer is polymerized in the presence of a surfactant, an emulsifier, or a dispersant. By carrying out the polymerization by such a method, the polymer precipitates in the form of particles as the molecular weight increases, so that polymer particles can be obtained. Alternatively, the existing polymer may be mechanically crushed into polymer particles, or the polymer particles dissolved in the polymer solution may be reprecipitated into polymer particles. Examples of the method for introducing the group represented by the general formula (1) into the structure of the polymer particles include polymerizing or polycondensing a monomer having the group represented by the general formula (1). It is done.
- a latex in which the polymer particles are dispersed in a non-aqueous solvent is preferably used.
- a non-aqueous solvent preferably a hydrocarbon solvent
- latex dispersed in a hydrocarbon solvent is preferable because adhesion to the electrode active material is improved.
- the polymer particles that can be dispersed in such a hydrocarbon solvent are preferably polymer particles having an alkyl group having 6 to 30 carbon atoms as a dispersion affinity group.
- the group represented by the general formula (1) in the polymer particles is preferably a part of the repeating unit represented by the following general formula (1a). That is, the polymer particles preferably have a repeating unit represented by the following general formula (1a).
- R 1 and Y have the same meanings as R 1 and Y in General Formula (1) described above, and preferred embodiments are also the same.
- R 2 , R 3 , and R 4 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or a halogen atom.
- L represents a single bond, an alkylene group, an arylene group, or a carbonyl group.
- R 2, R 3, and R 4, L is, R 2, R 3 in formula (2) below, and R 4, the same meaning as L.
- the polymer particles preferably have a repeating unit represented by the following general formula (2) from the viewpoint of further improving the dispersibility of the polymer particles in a hydrocarbon solvent.
- R 1a represents an alkyl group having 6 to 30 carbon atoms, which is a hydrocarbon, or an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, which is a hydrocarbon.
- the alkyl group having 6 to 30 carbon atoms which is a hydrocarbon, may be linear, branched or cyclic. Further, the alkyl group may be unsubstituted, may further have a substituent, and when it has a substituent, the substituent is preferably a halogen atom.
- the alkyl group having 6 to 30 carbon atoms which is a hydrocarbon, is preferably an alkyl group having 8 to 30 carbon atoms, and more preferably an alkyl group having 8 to 18 carbon atoms.
- normal octyl group 2-ethylhexyl group, normal nonyl group, normal decyl group, normal undecyl group, normal dodecyl group, normal tetradecyl group, and normal octadecyl group (stearyl group) are preferable.
- alkyl group having 6 to 30 carbon atoms which is a hydrocarbon
- substituents include an aryl group having 6 to 30 carbon atoms such as a phenyl group and a naphthyl group, and a halogen atom.
- the alkyl group having 6 to 30 carbon atoms, which is a hydrocarbon has a substituent, for example, it may be an alkyl group substituted with an aryl group, or a halogenated alkyl group substituted with a halogen atom. May be.
- the aryl group having 6 to 30 carbon atoms which is a hydrocarbon, may be unsubstituted, may further have a substituent, and when it has a substituent, the substituent is preferably a halogen atom.
- the aryl group having 6 to 30 carbon atoms which is a hydrocarbon, is preferably an aryl group having 8 to 30 carbon atoms, and more preferably an aryl group having 8 to 18 carbon atoms.
- Specific examples include a phenyl group, a naphthyl group, an anthracenyl group, a pyrenyl group, a terphenyl group, a chlorobenzyl group, and a fluorobenzyl group.
- a phenyl group and a naphthyl group are preferable.
- the substituent include an alkyl group having 6 to 30 carbon atoms such as a normal hexyl group, and a halogen atom.
- the aryl group having 6 to 30 carbon atoms, which is a hydrocarbon has a substituent, for example, it may be an aryl group substituted with an alkyl group, or a halogenated aryl group substituted with a halogen atom. Also good.
- R 2 , R 3 , and R 4 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or a halogen atom.
- the alkyl group is preferably an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, and examples thereof include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and a butyl group.
- the aryl group an aryl group having 6 to 20 carbon atoms is preferable, and examples thereof include a phenyl group and a naphthyl group.
- a halogen atom a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom are mentioned, for example.
- R 2 , R 3 , and R 4 are preferably each independently a hydrogen atom or an alkyl group, and a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms (for example, a methyl group, an ethyl group, a propyl group) , A butyl group), more preferably a hydrogen atom or a methyl group.
- L represents a single bond, an alkylene group, an arylene group, or a carbonyl group.
- alkylene group include a methylene group, an ethylene group, and a propylene group.
- arylene group include a phenylene group and a naphthylene group. Among these, L is preferably an arylene group or a carbonyl group.
- X represents a single bond, an oxygen atom or NR 5 .
- R 5 represents a hydrogen atom or an alkyl group. Among these, X is preferably a single bond or an oxygen atom.
- the alkyl group represented by R 5 include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and a butyl group.
- the repeating unit represented by the general formula (1a) or the general formula (2) Radical polymerization or polycondensation of various reactive monomers in the presence of a polymer dispersant (CA) having a reactive group. That is, the polymer group can be obtained by reacting the reactive group of the polymer dispersant (CA) with the reactive monomer.
- CA polymer dispersant
- Examples of the reactive group possessed by the polymer dispersant (CA) include a radical polymerizable group (preferably a (meth) acryloyl group) and a hydroxy group (preferably a diol group).
- the reactive group is preferably bonded to the repeating unit represented by the general formula (2) through a divalent linking group.
- the divalent linking group includes 1 to 100 carbon atoms, 0 to 10 nitrogen atoms, 0 to 50 oxygen atoms, 1 to 200 hydrogen atoms, and 0 to 20 atoms.
- a group formed by a combination of sulfur atoms is preferred. These groups may be unsubstituted or may further have a substituent.
- the divalent linking group may be, for example, a divalent hydrocarbon group (a divalent saturated hydrocarbon group or a divalent aromatic hydrocarbon group.
- the divalent saturated hydrocarbon group may be linear, branched or cyclic, and preferably has 1 to 20 carbon atoms, and examples thereof include an alkylene group, and a divalent aromatic group.
- the hydrocarbon group preferably has 5 to 20 carbon atoms, and examples thereof include a phenylene group, and may also be an alkenylene group or an alkynylene group.
- a divalent heterocyclic group —O—, —S—, —SO 2 —, —NR L —, —CO—, —COO—, —CONR L —, —SO 3 —, —SO 2 NR L —, or two of these A combination of the above (for example, an alkyleneoxy group, Aryloxycarbonyl group, an alkylene carbonyloxy group).
- R L represents a hydrogen atom or an alkyl group (preferably having 1 to 10 carbon atoms).
- the divalent linking group may have a substituent, and when it has a substituent, examples of the substituent include an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms such as a methyl group and an ethyl group, a phenyl group, and a naphthyl group.
- C1-C6 acyloxy groups such as aryl groups having 6 to 16 carbon atoms, such as aryl groups, hydroxy groups, amino groups, carboxy groups, sulfonamido groups, N-sulfonylamido groups, acetoxy groups, methoxy groups, and ethoxy groups
- An alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms such as a group, a halogen atom such as chlorine and bromine, an alkoxycarbonyl group having 2 to 7 carbon atoms such as a methoxycarbonyl group, an ethoxycarbonyl group and a cyclohexyloxycarbonyl group, a cyano group, t -Carbonate groups such as butyl carbonate.
- CA-1 to CA-18 Specific examples (CA-1 to CA-18) of the polymer dispersant (CA) are shown below. However, the polymer dispersant in one embodiment of the present invention is not limited to this. In the specific examples below, n represents an integer of 2 or more, and m represents an integer of 1 or more.
- the radical polymerizable unsaturated group (acryloyl group or methacryloyl group) at the terminal as in the above polymer dispersants (CA-1) to (CA-6)
- the radical polymerizable monomer (Meth) acrylic polymer particles in which arbitrary repeating units are combined can be obtained by performing radical polymerization in the presence of.
- polymer dispersant has a diol group at the end as in the above polymer dispersants (CA-7) to (CA-18)
- polycondensation is performed in the presence of a monomer having an isocyanate group and another diol.
- urethane polymer particles in which arbitrary repeating units are combined can be obtained.
- the polymer dispersant preferably has a weight average molecular weight of 1,000 to 30,000, more preferably 2,000 to 20,000, and more preferably 3,000 to 15,000. Is more preferable.
- the polymer particles preferably have a group capable of interacting with the above-described electrode active material.
- the group capable of interacting with the electrode active material include a polar group and a radical polymerizable group.
- polar groups include hydroxy groups, carboxy groups, sulfonic acid groups, phosphoric acid groups, amino groups, thiol groups, and isocyanate groups.
- radical polymerizable group include a (meth) acryloyl group and an epoxy group.
- the group capable of interacting with the electrode active material in the polymer particles is preferably a hydroxy group, a carboxy group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, an amino group, a thiol group, an isocyanate group, a (meth) acryloyl group, and an epoxy group.
- a carboxy group is more preferred.
- the polymer particles preferably have at least one group capable of interacting with the electrode active material, more preferably two or more, and still more preferably five or more.
- the same structure may be sufficient and a different structure may be sufficient.
- the group capable of interacting with the electrode active material may be bonded to the main chain of the polymer or may be bonded to the side chain. From the point that many groups represented by the general formula (1) in the polymer particles can be present, it is preferable that the polymer particles are bonded to the side chain instead of the main chain terminal.
- the main skeleton of the polymer of the polymer particles is not particularly limited.
- the main skeleton of the polymer is preferably poly (meth) acryl, polyester, polyamide, polyimide, polyurethane and polyurea from the viewpoint of the flexibility of the polymer particles. Among these, poly (meth) acryl and polyurethane are more preferable.
- the main skeleton of the polymer particles can be formed by radical polymerization or polycondensation of reactive monomers capable of forming various polymers described below.
- the polymer particles formed from the reactive monomer may be any of a block copolymer, an alternating copolymer, and a random copolymer.
- poly (meth) acrylic- When the main skeleton of the polymer of the polymer particle is poly (meth) acryl, unsaturated carboxylic acid ester monomer, unsaturated carboxylic acid amide monomer, unsaturated carboxylic acid monomer, aromatic group-containing monomer, and cyclic aliphatic group-containing monomer
- it can be formed by polymerizing a reactive monomer.
- unsaturated carboxylic acid ester monomers include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, isopropyl (meth) acrylate, n-propyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, and isobutyl (meth) acrylate.
- Alkyl (meth) acrylates such as t-butyl (meth) acrylate, hexyl (meth) acrylate, and ethylhexyl (meth) acrylate, hydroxymethyl (meth) acrylate, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl ( Ethylenically unsaturated monomers having hydroxy groups such as meth) acrylate, 4-hydroxybutyl (meth) acrylate, hydroxypentyl (meth) acrylate, and hydroxyhexyl (meth) acrylate , Dialkylaminoalkyl (meth) acrylates of dimethylaminoethyl (meth) acrylate, (meth) acrylic acid esters and the like are exemplified.
- (Meth) acrylate means acrylate or methacrylate.
- Examples of unsaturated carboxylic acid amide monomers include N-hydroxyalkyl (meth) acrylamides such as N-hydroxymethyl (meth) acrylamide, N-hydroxyethyl (meth) acrylamide, and N-hydroxybutyl (meth) acrylamide, N -Methoxymethyl (meth) acrylamide, N-ethoxymethyl (meth) acrylamide, Nn-butoxymethyl (meth) acrylamide, N-isobutoxymethyl (meth) acrylamide, N-methoxyethyl (meth) acrylamide, N-ethoxy
- Examples include (meth) acrylamides such as N-alkoxyalkyl (meth) acrylamides such as ethyl (meth) acrylamide, Nn-butoxyethyl (meth) acrylamide, and N-isobutoxyethyl (meth) acrylamide. It is.
- Examples of the unsaturated carboxylic acid monomer include acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, itaconic acid, maleic acid, fumaric acid, citraconic acid, and 2-methacryloyloxymethyl succinic acid. Of these, acrylic acid and methacrylic acid are preferable.
- aromatic group-containing monomers examples include phenoxyethyl (meth) acrylate, benzyl (meth) acrylate, phenyl (meth) acrylate, and styrene monomers.
- an aromatic group-containing (meth) acrylate monomer is preferable, and phenoxyethyl (meth) acrylate, benzyl (meth) acrylate, and phenyl (meth) acrylate are more preferable. More preferred are phenoxyethyl (meth) acrylate and benzyl (meth) acrylate.
- the cycloaliphatic group-containing monomer is preferably a monomer having a cycloaliphatic group derived from a cycloaliphatic hydrocarbon and an ethylenically unsaturated bond, and a cycloaliphatic group-containing (meth) acrylate monomer (hereinafter referred to as fat). Cyclic (meth) acrylate is sometimes preferred).
- the alicyclic (meth) acrylate includes a component derived from (meth) acrylic acid and a component derived from alcohol, and the component derived from alcohol is unsubstituted or substituted with an alicyclic hydrocarbon. It is a compound having a structure containing at least one group (cycloaliphatic group).
- the alicyclic hydrocarbon group is the structural site itself derived from alcohol, it may be couple
- the alicyclic hydrocarbon group is not particularly limited as long as it is a group containing a cyclic non-aromatic hydrocarbon group, a monocyclic hydrocarbon group, a bicyclic hydrocarbon group, and a tricyclic or more polycyclic ring. And a formula hydrocarbon group.
- the alicyclic hydrocarbon group include a cycloalkyl group such as a cyclopentyl group and a cyclohexyl group, a cycloalkenyl group, a bicyclohexyl group, a norbornyl group, an isobornyl group, a dicyclopentanyl group, a dicyclopentenyl group, and an adamantyl group.
- the alicyclic hydrocarbon group may further have a substituent.
- substituents include an alkyl group, alkenyl group, aryl group, aralkyl group, alkoxy group, hydroxy group, primary amino group, secondary amino group, tertiary amino group, alkyl or arylcarbonyl group, and cyano group.
- the repeating units represented by (CA-1) to (CA-6) are repeating units derived from the polymer dispersants (CA-1) to (CA-6).
- the number in the structure of a specific example represents the molar ratio of the repeating unit in a parenthesis.
- xx represents an integer of 1 or more.
- the particles can be formed by subjecting an isocyanate compound and a compound having active hydrogen to a condensation reaction.
- Polyurethane can be obtained by subjecting an isocyanate compound and a compound having active hydrogen to a condensation reaction and then mechanically pulverizing or dispersing the obtained polyurethane in a poor solvent.
- isocyanate compounds include tolylene diisocyanate, 4,4-diphenylmethane diisocyanate, xylene diisocyanate, metaxylene diisocyanate, 1,6-hexamethylene diisocyanate, lysine diisocyanate, 4,4′-methylenebis (cyclohexyl isocyanate), methylcyclohexane
- isocyanate compounds include tolylene diisocyanate, 4,4-diphenylmethane diisocyanate, xylene diisocyanate, metaxylene diisocyanate, 1,6-hexamethylene diisocyanate, lysine diisocyanate, 4,4′-methylenebis (cyclohexyl isocyanate), methylcyclohexane
- isocyanate groups such as 2,4- (or -2,6-)-diisocyanate, 1,3-bis (isocyanatemethyl) cyclohexane, isophor
- a compound having a polyfunctional isocyanate group in which an isocyanate compound is an isocyanurate body, a burette body, an adduct body, and a polymer body (polyisocyanate), for example, 4,4 ′, 4 ′′ -triphenylmethane triisocyanate, Cyclic trimer of 2,4-tolylene diisocyanate, cyclic trimer of 2,6-tolylene diisocyanate, mixed cyclic trimer of 2,4- and 2,6-tolylene diisocyanate, diphenylmethane Reaction product of trimer of 4,4'-diisocyanate, 3 mol of diphenylmethane-4,4'-diisocyanate and 1 mol of trimethylolpropane, 3 mol of 2,4-tolylene diisocyanate and 1 mol Reaction product of trimethylolpropane with 3 moles of 2,6-tolylene diis
- Examples of the compound having active hydrogen include water, ethylene glycol, propylene glycol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, octanediol, neopentyl glycol, glycerin, and trimethylol.
- the compound having active hydrogen any compound that reacts with an isocyanate compound other than the above can be used.
- the repeating units represented by (CA-7) to (CA-18) are repeating units derived from the polymer dispersants (CA-7) to (CA-18).
- the number in the structure of a specific example represents the molar ratio of the repeating unit in a parenthesis.
- urethane latex dispersed in a hydrocarbon solvent described in JP-A-7-97425 can also be suitably used.
- the particles can be formed by subjecting an isocyanate compound and a diamine compound to a condensation reaction.
- Polyurea can be obtained by subjecting an isocyanate compound and a diamine compound to a condensation reaction and then mechanically pulverizing or dispersing the obtained polyurea in a poor solvent.
- the repeating units represented by (CA-9) to (CA-10) are repeating units derived from the aforementioned polymer dispersants (CA-9) to (CA-10).
- the number in the structure of a specific example represents the molar ratio of the structural unit in a parenthesis.
- the particles can be synthesized by polycondensation reaction of a dicarboxylic acid dichloride compound and a diol compound.
- the polyester can be obtained by subjecting a dicarboxylic acid dichloride compound and a diol compound to a polycondensation reaction and then mechanically pulverizing or dispersing the obtained polyester in a poor solvent.
- the repeating units represented by (CA-9) to (CA-10) are repeating units derived from the aforementioned polymer dispersants (CA-9) to (CA-10).
- the number in the structure of a specific example represents the molar ratio of the structural unit in a parenthesis.
- the shape of the polymer particles is not limited.
- the polymer particles may be spherical or flat.
- the surface of the polymer particles may be smooth or may have an uneven shape.
- the polymer particles may be hollow, and the hollow part may contain polymers of different materials.
- the hollow ratio of the polymer particles is not particularly limited.
- the volume average particle diameter of the polymer particles is preferably 0.05 ⁇ m to 20 ⁇ m, more preferably 0.1 ⁇ m to 10 ⁇ m, and further preferably 0.2 ⁇ m to 1 ⁇ m.
- the volume average particle diameter can be measured with a laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer LA-920 (manufactured by Horiba, Ltd.).
- the polymer particles preferably do not have metal elements and metal element ions. That is, the polymer particles preferably do not have metal ionic conductivity (below a predetermined ionic conductivity). Specifically, the ionic conductivity of the polymer particles is preferably 10 ⁇ 7 S / cm or less, and more preferably 10 ⁇ 9 S / cm or less. When the ionic conductivity of the polymer particles is within this range, insertion of ions into the polymer particles is suppressed, and ionic conduction between the electrode active material and the inorganic solid electrolyte is smoothly performed. The ion conductivity can be measured by the method described above.
- the glass transition temperature of the polymer particles is preferably ⁇ 70 ° C. or higher and lower than 50 ° C., more preferably ⁇ 70 ° C. or higher and lower than 30 ° C., and further preferably ⁇ 70 ° C. or higher and lower than 0 ° C.
- the glass transition temperature was measured using a differential scanning calorimeter “X-DSC7000” (trade name, manufactured by SII Nanotechnology) under the following conditions. The measurement can be performed twice on the same sample, and the second measurement result can be adopted.
- Tg is calculated by rounding off the decimal point of the intermediate temperature between the lowering start point and the lowering end point of the DSC chart.
- the polymer particles preferably have a weight average molecular weight of 10,000 or more and less than 500,000, more preferably 20,000 or more and less than 200,000, and even more preferably 30,000 or more and less than 100,000.
- the weight average molecular weight is measured by gel permeation chromatography (GPC), and a value measured in terms of standard sample below can be adopted.
- the measuring device and measurement conditions are basically based on the following condition 1 and are allowed to be set to condition 2 depending on the solubility of the sample. However, depending on the type of polymer, an appropriate carrier (eluent) and a column compatible therewith may be selected and used as appropriate.
- Measuring instrument EcoSEC HLC-8320 (trade name, manufactured by Tosoh Corporation) Column: Two TOSOH TSKgel Super AWM-H (trade name, manufactured by Tosoh Corporation) are connected.
- Carrier 10 mM LiBr / N-methylpyrrolidone Measurement temperature: 40 ° C.
- Carrier flow rate 1.0 ml / min Sample concentration: 0.1% by mass
- Detector RI (differential refractive index) detector Standard sample: Polystyrene
- a positive electrode active material may be used as the electrode active material.
- the solid electrolyte composition can be made into a composition for a positive electrode material. It is preferable to use a transition metal oxide for the positive electrode active material, and it is preferable to have a transition element M a (one or more elements selected from Co, Ni, Fe, Mn, Cu, and V). Further, mixed element M b (elements of the first (Ia) group of the metal periodic table other than lithium, elements of the second (IIa) group, Al, Ga, In, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Si , P, and B) may be mixed.
- transition metal oxide examples include a specific transition metal oxide represented by any of the following formulas (MA) to (MC), or V 2 O 5 and MnO 2 as other transition metal oxides. It is done.
- the positive electrode active material a particulate positive electrode active material may be used. Specifically, a transition metal oxide capable of reversibly inserting and releasing lithium ions can be used, and the specific transition metal oxide is preferably used.
- Transition metal oxides oxides containing the above transition element M a is preferably exemplified.
- a mixed element M b (preferably Al) may be mixed.
- the mixing amount of the mixed element M b is preferably 0 mol% ⁇ 30 mol% based on the amount of the transition metal.
- the oxide containing a transition element M a the molar ratio of Li to M a (M a / Li), more preferably those synthesized by mixing M a so 0.3 to 2.2.
- a transition metal oxide represented by formula (MA) (layered rock salt structure)-
- a transition metal oxide represented by the following formula (MA) is particularly preferable.
- M 1 are as defined above M a, and the preferred range is also the same.
- a represents 0 to 1.2, preferably 0.2 to 1.2, and more preferably 0.6 to 1.1.
- b represents 1 to 3 and is preferably 2.
- a part of M 1 may be substituted with the mixed element M b .
- the transition metal oxide represented by the formula (MA) typically has a layered rock salt structure.
- the transition metal oxide represented by the formula (MA) is more preferably represented by the following formulas.
- g is synonymous with a in the formula (MA), and the preferred range is also the same.
- j represents 0.1 to 0.9.
- i represents 0 to 1; However, 1-ji is 0 or more.
- k is synonymous with b in Formula (MA), and its preferable range is also the same.
- Specific examples of these transition metal compounds include LiCoO 2 (lithium cobaltate [LCO]), LiNi 2 O 2 (lithium nickelate) LiNi 0.85 Co 0.01 Al 0.05 O 2 (nickel cobalt aluminum acid Lithium [NCA]), LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 (lithium nickel manganese cobaltate [NMC]), and LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 (lithium manganese nickelate). It is done.
- Preferred examples of the transition metal oxide represented by the formula (MA) include the compounds represented by the following.
- M 2 are as defined above M a, and the preferred range is also the same.
- c represents 0 to 2, preferably 0.2 to 2, and more preferably 0.6 to 1.5.
- d represents 3 to 5 and is preferably 4.
- the transition metal oxide represented by the formula (MB) is more preferably a transition metal oxide represented by the following formulas.
- m has the same meaning as c, and the preferred range is also the same.
- n is synonymous with d, and its preferable range is also the same.
- p represents 0-2.
- transition metal compound examples include LiMn 2 O 4 and LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 .
- Preferred examples of the transition metal oxide represented by the formula (MB) include compounds represented by the following formulas. Among the following, (e) containing Ni is more preferable from the viewpoint of high capacity and high output.
- the lithium-containing transition metal oxide is preferably a lithium-containing transition metal phosphate, and a compound represented by the following formula (MC) is also preferable.
- e represents 0 to 2, preferably 0.2 to 2, and more preferably 0.5 to 1.5.
- f represents 1 to 5, and preferably 1 to 2.
- M 3 represents one or more elements selected from the group consisting of V, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, and Cu.
- M 3 represents, in addition to the mixing element M b above, Ti, Cr, Zn, Zr, and may be substituted by other metals such as Nb.
- Specific examples include, for example, olivine-type iron phosphates such as LiFePO 4 and Li 3 Fe 2 (PO 4 ) 3 , iron pyrophosphates such as LiFeP 2 O 7 , cobalt phosphates such as LiCoPO 4 , and Li 3.
- Monoclinic Nasicon type vanadium phosphate salts such as V 2 (PO 4 ) 3 (lithium vanadium phosphate) can be mentioned.
- the a, c, g, m, and e values representing the composition ratio of Li are values that change due to charge and discharge, and typically when Li is contained. It is evaluated with the value of a stable state.
- the composition of Li is shown as a specific value, which is also a value that varies depending on the operation of the battery.
- the volume average particle size of the positive electrode active material is not particularly limited, and is preferably 0.1 ⁇ m to 50 ⁇ m.
- an ordinary pulverizer or classifier may be used.
- the positive electrode active material obtained by the firing method may be used after washing with water, an acidic aqueous solution, an alkaline aqueous solution, or an organic solvent.
- the volume average particle diameter of the positive electrode active material particles is measured by the same measurement method as that for the volume average particle diameter of the inorganic solid electrolyte described above.
- the concentration of the positive electrode active material is not particularly limited, and is preferably 20% by mass to 90% by mass and more preferably 40% by mass to 80% by mass with respect to the total solid components of the solid electrolyte composition.
- concentration when a positive electrode layer contains another inorganic solid (for example, solid electrolyte), it is preferable that the total mass of a positive electrode active material and another inorganic solid is said density
- a negative electrode active material may be used as the electrode active material.
- the solid electrolyte composition can be made into a composition for a negative electrode material.
- a material capable of reversibly inserting and releasing lithium ions is preferable.
- the material that can be used as the negative electrode active material is not particularly limited, and examples thereof include carbonaceous materials, metal oxides such as tin oxide and silicon oxide, metal complex oxides, lithium alloys such as lithium simple substance and lithium aluminum alloy, Sn And metals capable of forming an alloy with lithium, such as Si. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations or a ratio.
- a carbonaceous material or a lithium composite oxide is preferable from the viewpoint of safety.
- the metal composite oxide is preferably a compound capable of inserting and extracting lithium, and is not particularly limited, but contains titanium and / or lithium as a constituent component from the viewpoint of high current density charge / discharge characteristics. Compounds are preferred.
- the carbonaceous material used as the negative electrode active material for example, artificial graphite such as petroleum pitch, natural graphite, and vapor-grown graphite, and various synthetic resins such as polyacrylonitrile (PAN) resin or furfuryl alcohol resin are baked.
- PAN polyacrylonitrile
- furfuryl alcohol resin furfuryl alcohol resin
- various carbon fibers such as PAN-based carbon fiber, cellulose-based carbon fiber, pitch-based carbon fiber, vapor-grown carbon fiber, dehydrated polyvinyl alcohol (PVA) -based carbon fiber, lignin carbon fiber, glassy carbon fiber, and activated carbon fiber. And mesophase microspheres, graphite whiskers, and flat graphite.
- carbonaceous materials can be divided into non-graphitizable carbon materials and graphite-based carbon materials depending on the degree of graphitization. Further, the carbonaceous material preferably has an interplanar spacing, density, and crystallite size described in JP-A-62-222066, JP-A-2-6856, and 3-45473.
- the carbonaceous material does not need to be a single material, and a mixture of natural graphite and artificial graphite described in JP-A-5-90844, graphite having a coating layer described in JP-A-6-4516, and the like. It can also be used.
- an amorphous oxide is particularly preferable, and chalcogenide which is a reaction product of a metal element and a group 16 element of the periodic table is also preferable.
- amorphous refers to a broad peak having a peak in a region of 20 ° to 40 ° in terms of 2 ⁇ value in an X-ray diffraction intensity curve measured by an X-ray diffraction method using CuK ⁇ rays. It means one having a scattering band and may have a crystalline diffraction line.
- the strongest intensity is 100 times the diffraction line intensity at the peak of the broad scattering band seen from 20 ° to 40 ° in 2 ⁇ value.
- the following is preferable, and 5 times or less is more preferable, and it is further preferable that no crystalline diffraction line is present.
- an amorphous oxide of a metalloid element and a chalcogenide are more preferable, and elements in groups 13 (IIIB) to 15 (VB) of the periodic table ( More preferred are oxides and chalcogenides composed of one kind selected from Al, Ga, Si, Sn, Ge, Pb, Sb, and Bi) or a combination of two or more thereof.
- oxides and chalcogenides include Ga 2 O 3 , SiO, GeO, SnO, SnO 2 , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 2 O 4 , Pb 3 O 4 , Sb 2.
- the volume average particle diameter of the negative electrode active material is preferably 0.1 ⁇ m to 60 ⁇ m.
- known pulverizers and classifiers for example, mortar, ball mill, sand mill, vibrating ball mill, satellite ball mill, planetary ball mill, swirling airflow jet mill, sieve
- pulverizers and classifiers for example, mortar, ball mill, sand mill, vibrating ball mill, satellite ball mill, planetary ball mill, swirling airflow jet mill, sieve
- pulverizing wet pulverization in the presence of water or an organic solvent such as methanol can be performed as necessary.
- classification is preferably performed. There is no limitation in particular as a classification method, A sieve, an air classifier, etc. can be used as needed. Classification can be used both dry and wet.
- the volume average particle diameter of the negative electrode active material particles is measured by the same measurement method as that for the volume average particle diameter of the inorganic solid electrolyte described above.
- composition formula of the compound obtained by the firing method can be obtained by inductively coupled plasma (ICP) or emission spectroscopic analysis. Further, as a simple method, it may be determined from the mass difference between the powders before and after firing.
- Examples of the negative electrode active material that can be used together with the amorphous oxide negative electrode active material containing Sn, Si, or Ge as a central element include carbon materials that can occlude and release lithium ions or lithium metal, lithium, lithium alloys, and lithium. An alloyable metal is preferable.
- the negative electrode active material preferably contains a titanium atom.
- a negative electrode active material containing titanium element for example, Li 4 Ti 5 O 12 has a small volume fluctuation at the time of occlusion and release of lithium ions. This is preferable in that the life of the secondary battery can be improved.
- a Si-based negative electrode active material can occlude more Li ions than carbonaceous materials (such as graphite and acetylene black). Therefore, the amount of Li ion occlusion per unit mass increases, and the battery capacity can be increased. As a result, there is an advantage that the battery driving time can be extended.
- the concentration of the negative electrode active material is not particularly limited, and is preferably 10% by mass to 80% by mass and more preferably 20% by mass to 70% by mass with respect to the total solid components of the solid electrolyte composition.
- the total mass of the negative electrode active material and other inorganic solid is preferably the above concentration.
- the positive electrode active material and the negative electrode active material are contained in the solid electrolyte composition of one embodiment of the present invention.
- one embodiment of the present invention is interpreted as being limited thereto. It is not something.
- a paste containing a positive electrode active material and a negative electrode active material may be prepared using a polymer.
- you may make the active material layer of a positive electrode and a negative electrode contain a conductive support agent suitably as needed.
- a general conductive aid graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black, carbon fiber, metal powder, metal fiber, polyphenylene derivative, and the like can be included as an electron conductive material.
- the method for producing an electrode active material whose surface is partially covered with polymer particles is not particularly limited, but it is preferable to mix for a certain time in a solvent (poor solvent) in which both the electrode active material and the polymer particles are not dissolved.
- a solvent poor solvent
- Examples of the method of mixing the electrode active material and the polymer particles include a method of adding a dispersion of polymer particles to the electrode active material and a method of adding a poor solvent to the mixed powder of the electrode active material and the polymer particles. .
- Examples of the method of stirring and mixing the solution by adding the electrode active material and polymer particles include laminar flow dispersion using a stirrer, a method of applying ultrasonic vibration, shearing stirring using a homogenizer, and mechanical dispersion using a ball mill.
- the stirring and mixing time is 1 minute to 24 hours, preferably 10 minutes to 10 hours, and more preferably 5 minutes to 30 minutes.
- the temperature of the solution at the time of stirring and mixing in order to promote the adhesion of the polymer particles, it is preferable that the molecular mobility of the polymer particles is high, and stirring and mixing is preferably performed under a temperature condition equal to or higher than the glass transition temperature of the polymer particles. .
- As temperature in adhesion 25 degreeC or more is preferable, 40 degreeC or more is more preferable, and 60 degreeC or more is further more preferable.
- the solvent used for producing the electrode active material whose surface is partially covered with polymer particles is preferably a poor solvent that does not dissolve both the electrode active material and the polymer particles, and is preferably a hydrocarbon solvent.
- the hydrocarbon solvent include hexane, heptane, octane, benzene, toluene, and xylene.
- the electrode active material whose surface is partially covered with the polymer particles is produced by mixing 0.01 to 100 parts by mass of polymer particles and a hydrocarbon solvent with respect to 100 parts by mass of the electrode active material. It is preferable.
- the amount of polymer particles added is more preferably from 0.1 to 50 parts by weight, and even more preferably from 1 to 20 parts by weight.
- the coverage of the polymer particles in the electrode active material whose surface is partially covered with polymer particles is preferably 1% or more and less than 80% with respect to the total surface area of the electrode active material. Within this range, sufficient binding properties can be obtained, resulting in excellent cycle characteristics.
- the coverage of the polymer particles is more preferably 3% or more and less than 60%, further preferably 5% or more and less than 50%.
- the ratio of the volume average particle diameter of the electrode active material to the volume average particle diameter of the polymer particles is preferably 100: 0.01 to 100: 100, more preferably 100: 0.1 to 100: 10, and 100: 1 to 100. : 5 is more preferable.
- the polymer particles in the electrode active material whose surface is partially covered with the polymer particles are not limited to the adhesion of only one layer, and a plurality of layers may be formed so that the polymer particles further adhere to the surface of the polymer particles.
- the thickness of the polymer particle layer is preferably 50 ⁇ m or less, more preferably 20 ⁇ m or less, further preferably 5 ⁇ m or less, and particularly preferably 1 ⁇ m or less.
- the lower limit of the thickness of the polymer particle layer is preferably 0.01 ⁇ m or more.
- Binder (C) An arbitrary binder may be further added to the solid electrolyte composition.
- the binder enhances the binding property between the electrode active material and the solid electrolyte.
- the binder include fluorine-based polymers (polytetrafluoroethylene, polyvinylidene difluoride, and copolymers of polyvinylidene difluoride and pentafluoropropylene), hydrocarbon-based polymers (styrene butadiene rubber, butadiene rubber, isoprene rubber).
- the content of the binder is preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more, and further preferably 0.5% by mass or more with respect to the total solid content of the solid electrolyte composition.
- 20 mass% or less is preferable, 15 mass% or less is more preferable, and 10 mass% or less is further more preferable.
- the solid electrolyte composition may contain a dispersion medium in which each of the above components is dispersed.
- the dispersion medium include alcohol compound solvents, ether compound solvents, amide compound solvents, ketone compound solvents, ether compound solvents, aromatic compound solvents, aliphatic compound solvents, and nitrile compound solvents.
- Examples of the alcohol compound solvent include methyl alcohol, ethyl alcohol, 1-propyl alcohol, 2-propyl alcohol, 2-butanol, ethylene glycol, propylene glycol, glycerin, 1,6-hexanediol, cyclohexanediol, sorbitol, xylitol, Examples include 2-methyl-2,4-pentanediol, 1,3-butanediol, and 1,4-butanediol.
- ether compound solvents include alkylene glycol alkyl ethers (ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol, dipropylene glycol, propylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol monomethyl ether, Dipropylene glycol monomethyl ether, tripropylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, etc.).
- alkylene glycol alkyl ethers ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol, dipropylene glycol, propylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, etc.
- amide compound solvent examples include N, N-dimethylformamide, 1-methyl-2-pyrrolidone, 2-pyrrolidinone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, 2-pyrrolidinone, ⁇ -caprolactam, formamide, N -Methylformamide, acetamide, N-methylacetamide, N, N-dimethylacetamide, N-methylpropanamide, hexamethylphosphoric triamide.
- Examples of the ketone compound solvent include acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, diethyl ketone, dipropyl ketone, diisopropyl ketone, diisobutyl ketone, and cyclohexanone.
- Examples of the ether compound solvent include dimethyl ether, diethyl ether, tetrahydrofuran, cyclopentyl methyl ether, dimethoxyethane, and 1,4-dioxane.
- Examples of the aromatic compound solvent include benzene, toluene, xylene, chlorobenzene, and dichlorobenzene.
- Examples of the aliphatic compound solvent include hexane, heptane, octane, decane, and dodecane.
- Examples of the nitrile compound solvent include acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, isobutyronitrile, and benzonitrile.
- hydrocarbon solvent is preferable as the dispersion medium.
- hydrocarbon solvents include pentane, hexane, heptane, octane, decane, petroleum ether, petroleum benzine, ligroin, petroleum spirit, cyclohexane, methylcyclohexane, toluene, xylene and other hydrocarbons, and dimethylpolysiloxane.
- An active liquid is mentioned.
- the dispersion medium preferably has a boiling point of 50 ° C. or higher, more preferably 80 ° C. or higher, under normal pressure (1 atm).
- the boiling point is preferably 250 ° C. or lower, and more preferably 220 ° C. or lower.
- a dispersion medium may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.
- the ratio of the dispersion medium to the inorganic solid electrolyte (B) is preferably in the range of 10% by mass to 1000% by mass and more preferably in the range of 30% by mass to 200% by mass from the viewpoint of dispersion stability and coating suitability. preferable.
- the content of the dispersion medium in the solid electrolyte composition can be set to an arbitrary amount in consideration of the balance between the viscosity of the solid electrolyte composition and the drying load.
- the content of the dispersion medium in the solid electrolyte composition is preferably 20% by mass to 99% by mass with respect to the total mass of the solid electrolyte composition.
- Electrode active material A part of the surface of the electrode active material is covered with polymer particles having a group represented by the general formula (1).
- the electrode active material is the electrode active material described above in the electrode active material (B) whose surface is partially covered with the polymer particles having the group represented by the general formula (1) in the solid electrolyte composition described above. is there. Since the electrode active material is partially covered with polymer particles, the electrode active material has excellent binding properties with the above-described inorganic solid electrolyte.
- the electrode active material is produced by mixing 100 parts by mass of the electrode active material, 0.01 to 100 parts by mass of polymer particles having a group represented by the general formula (1), and a solvent.
- the electrode active material in the method for producing an electrode active material, the polymer particles having a group represented by the general formula (1), the solvent, and the mixing method are the same as those described in the above-mentioned solid electrolyte composition. This is the same as “Creation of a broken electrode active material”.
- the battery electrode sheet has a current collector, an electrode active material layer disposed on the current collector using the solid electrolyte composition of one embodiment of the present invention described above, and an inorganic solid electrolyte layer. is doing.
- the battery electrode sheet includes a current collector, a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer, and an inorganic solid electrolyte layer disposed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. An embodiment in which the electrode active material layer is applied to at least one of the active material layer and the negative electrode active material layer is preferable.
- the electrode active material layer of the battery electrode sheet is formed using the solid electrolyte composition of one embodiment of the present invention, not only the resistance of the electrode active material layer itself is low but also the electrode active material layer and the collector layer.
- the binding property between the electric bodies is high, and the interface resistance can be kept low. Thereby, when a secondary battery is produced, it is possible to maintain good cycle characteristics over a long period of time.
- any one of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer may be disposed using the solid electrolyte composition described above.
- the resistance of the electrode active material layer itself is low, the binding property between the electrode active material layer and the current collector is high, and the interface resistance can be kept low.
- the structure of the battery electrode sheet is, for example, a laminated structure of a positive electrode side current collector (for example, metal foil) / positive electrode active material layer / inorganic solid electrolyte layer / negative electrode active material layer / negative electrode side current collector (for example, metal foil).
- a positive electrode side current collector for example, metal foil
- positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer are formed using the solid electrolyte composition of one embodiment of the present invention, the resistance of each layer itself is kept low.
- the inorganic solid electrolyte layer is a layer containing at least the above-described inorganic solid electrolyte.
- the details of the solid electrolyte composition are as described above, and the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer can be suitably formed using the solid electrolyte composition described above.
- the solid electrolyte composition is suitably used as a molding material for the negative electrode active material layer and the positive electrode active material layer.
- the current collector functions as an electrode when an all-solid secondary battery is produced, and is generally arranged as a positive electrode and a negative electrode.
- As the current collector as the positive electrode and the negative electrode an electron conductor that does not cause a chemical change is preferably used.
- the current collector of the positive electrode aluminum, stainless steel, nickel, titanium, and the like are preferable.
- the surface of aluminum or stainless steel is preferably treated with carbon, nickel, titanium, or silver. And aluminum alloys are more preferred.
- the negative electrode current collector aluminum, copper, stainless steel, nickel, and titanium are preferable, and aluminum, copper, and a copper alloy are more preferable.
- the shape of the current collector is usually preferably a film shape, a sheet shape, or a foil. Further, the shape of the current collector may be a net, a punched shape, a lath body, a porous body, a foamed body, a molded body of a fiber group, or the like.
- the thickness of the current collector is not particularly limited, but is preferably 1 ⁇ m to 500 ⁇ m. Moreover, it is also preferable that the current collector surface is roughened by surface treatment.
- the battery electrode sheet may be prepared by a known method.
- the solid electrolyte composition according to one embodiment of the present invention described above is applied onto a current collector to form an electrode active material layer. It is produced by a method having steps.
- a solid electrolyte composition is applied by, for example, a known method such as a coating method on, for example, a metal foil serving as a current collector, and a film of the solid electrolyte composition is formed to produce a battery electrode sheet It may be a method to do.
- a battery electrode sheet can be more suitably produced by the method described below. First, a metal foil that is a positive electrode current collector is prepared, a composition that becomes a positive electrode material is applied on the metal foil, and then dried to produce a positive electrode sheet having a positive electrode active material layer.
- a composition containing an inorganic solid electrolyte is applied onto the positive electrode active material layer of the positive electrode sheet and further dried to form an inorganic solid electrolyte layer.
- a composition to be a negative electrode material is further applied and dried to form a negative electrode active material layer.
- a current collector (metal foil) on the negative electrode side is overlaid on the negative electrode active material layer.
- composition for forming the positive electrode active material layer, the composition forming the inorganic solid electrolyte layer, and the composition for forming the negative electrode active material layer may be subjected to a drying treatment every time the composition is applied. In addition, after each composition is applied in multiple layers, a drying treatment may be performed collectively.
- the drying temperature is not particularly limited and is preferably 30 ° C. or higher, more preferably 60 ° C. or higher.
- the drying temperature is preferably 300 ° C. or lower, and more preferably 250 ° C. or lower.
- the all-solid-state secondary battery includes a current collector, a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer, and an inorganic solid electrolyte layer disposed between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. At least one of the active material layer and the negative electrode active material layer has an inorganic solid electrolyte (A) having conductivity of ions of metals belonging to Group 1 or Group 2 of the periodic table, and General Formula (1) An electrode active material (B) whose surface is partially covered with polymer particles having the group represented.
- the all solid state secondary battery includes at least the battery electrode sheet according to the embodiment of the present invention described above. Since the all-solid-state secondary battery of one embodiment of the present invention includes the battery electrode sheet of one embodiment of the present invention, it has excellent cycle characteristics.
- FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an all solid state secondary battery (lithium ion secondary battery) according to a preferred embodiment.
- the all-solid-state secondary battery 10 has a structure in which a negative electrode current collector 1, a negative electrode active material layer 2, an inorganic solid electrolyte layer 3, a positive electrode active material layer 4, and a positive electrode current collector 5 are laminated in this order as viewed from the negative electrode side. is doing.
- Each layer is in contact with each other, and at least one of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer has a surface made of polymer particles having an inorganic solid electrolyte (A) and a group represented by the general formula (1). Since the electrode active material (B) with the portion covered is included, a high voltage can be obtained, and the cycle characteristics of the secondary battery can be satisfactorily maintained even when used for a long time.
- the thicknesses of the positive electrode active material layer 4, the inorganic solid electrolyte layer 3, and the negative electrode active material layer 2 are not particularly limited, but are preferably 10 ⁇ m to 1000 ⁇ m, more preferably 100 ⁇ m to 500 ⁇ m in consideration of general battery dimensions. .
- the all-solid-state secondary battery may be produced by a conventional method.
- the solid electrolyte composition according to one embodiment of the present invention described above is applied onto a current collector to form an electrode active material layer. It is produced by a method having steps. Specifically, in the same manner as the production of the battery electrode sheet described above, a process for forming the electrode active material layer is provided to produce the battery electrode sheet, and then the battery electrode sheet is formed as shown in FIG.
- a disk-shaped electrode sheet 15 is cut out into a disk shape having a desired size (for example, 14.5 mm in diameter), and the disk-shaped electrode sheet 15 is placed in, for example, a stainless steel 2032 type coin case 14 and tightened with a necessary pressure.
- a type all-solid-state secondary battery 13 can be produced. For example, as shown in FIG. 2, the necessary pressure is applied by sandwiching a coin case 14 containing a disc-shaped electrode sheet 15 between the upper support plate 11 and the lower support plate 12 and tightening with a pressurizing screw S. Also good.
- an all-solid-state secondary battery can also be produced using the battery electrode sheet described above.
- the all solid state secondary battery can be applied to various uses. There is no particular limitation on the application mode. For example, when installed in an electronic device, a notebook computer, pen input computer, mobile computer, electronic book player, mobile phone, cordless phone, pager, handy terminal, mobile fax, mobile copy, mobile printer, headphone stereo, video movie LCD TVs, handy cleaners, portable CDs, mini-discs, electric shavers, transceivers, electronic notebooks, calculators, memory cards, portable tape recorders, radios, backup power supplies, memory cards, etc.
- Other consumer products include automobiles, electric vehicles, motors, lighting equipment, toys, game equipment, road conditioners, watches, strobes, cameras, medical equipment (such as pacemakers, hearing aids, and shoulder grinders). Furthermore, it can be used for various military use and space use. Moreover, it can also combine with a solar cell.
- the volume average particle diameter was measured with a laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer LA-920 (manufactured by Horiba, Ltd.).
- weight average molecular weight a value measured by gel permeation chromatography (GPC) in terms of the following standard sample was adopted.
- GPC gel permeation chromatography
- Measuring instrument EcoSEC HLC-8320 (trade name, manufactured by Tosoh Corporation) Column: Two TOSOH TSKgel Super AWM-H (trade name, manufactured by Tosoh Corporation) are connected.
- Carrier 10 mM LiBr / N-methylpyrrolidone Measurement temperature: 40 ° C.
- Carrier flow rate 1.0 ml / min Sample concentration: 0.1% by mass
- Detector RI (differential refractive index) detector Standard sample: Polystyrene
- the glass transition temperature (Tg) was measured using a differential scanning calorimeter “X-DSC7000” (trade name, manufactured by SII Nanotechnology) under the following conditions. The measurement was performed twice on the same sample, and the second measurement result was adopted.
- the ionic conductivity is measured by alternating current impedance measurement with 1255B FREQUENCY RESPONSE ANALYZER (manufactured by SOLARTRON) at a voltage amplitude of 5 mV and a frequency of 1 MHz to 1 Hz on an inorganic solid electrolyte layer formed with a thickness of 0.07 cm.
- Neostan U-600 manufactured by Nitto Kasei Co., Ltd.
- Neostan U-600 manufactured by Nitto Kasei Co., Ltd.
- the reaction solution became cloudy.
- the weight average molecular weight of the polymer particles (C-34) was 43,600.
- B-U1 a positive electrode active material (a part of the surface of which was covered with polymer particles in the same manner as B-U1 except that the positive electrode active material and polymer particles were changed as shown in Table 1 below) B-U2) to (B-U8), negative electrode active materials partially covered with polymer particles (B-S1) to (B-S8), comparison (B-UH1) to (B-UH3), And comparisons (B-SH1) to (B-SH2) were prepared.
- B-U1) to (B-U8) and (B-S1) to (B-S8) are examples partially covered with polymer particles.
- (B-UH1) and (B-SH1) Is a comparative polymer particle completely coated with a dissolved polymer
- (B-UH2) and (B-SH2) are comparative polymer particles not coated at all with polymer particles
- (B-UH3) is a polymer particle (C-11).
- the coverage in Table 1 is determined by performing atomic mapping of the electrode active material partially covered with polymer particles using an Auger electron spectrometer, and determining the amount of carbon atoms from the amount of carbon atoms on the surface of the polymer particles on the surface of the electrode active material. The coverage was calculated.
- LCO LiCoO 2 lithium cobalt oxide (manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd.)
- NMC Li (Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 ) O 2 nickel, manganese, lithium cobaltate (manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd.)
- AB Acetylene black
- DBE Dibutyl ether
- DMAc Dimethylacetamide
- SBR Styrene butadiene rubber (Nipol 1502, manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd .: Styrene content 23.5% by mass)
- PI Polyimide resin (Upilex-25S, manufactured by Ube Industries, Ltd.)
- Li 2 S lithium sulfide
- P 2 S 5 diphosphorus pentasulfide
- Li 2 S and P 2 S 5 at a molar ratio of Li 2 S: P 2 S 5 75: was 25.
- 66 zirconia beads having a diameter of 5 mm were introduced into a 45 mL container (manufactured by Fritsch) made of zirconia, the whole mixture of lithium sulfide and diphosphorus pentasulfide was introduced, and the container was completely sealed under an argon atmosphere.
- This container is set in a planetary ball mill P-7 (manufactured by Fritsch), mechanical milling is performed at a temperature of 25 ° C. and a rotation speed of 510 rpm for 20 hours, and a yellow powder sulfide-based inorganic solid electrolyte (Li / P / S-based glass). ) 6.20 g was obtained.
- this container was set in a planetary ball mill P-7 (manufactured by Fritsch), and stirring was continued for 2 hours at a temperature of 25 ° C. and a rotation speed of 300 rpm to prepare an inorganic solid electrolyte layer composition (K-2).
- Preparation of all-solid secondary battery> Preparation of positive electrode composition- (1)
- Preparation of positive electrode composition (U-1) 180 zirconia beads having a diameter of 5 mm were put into a 45 mL container (made by Fritsch) made of zirconia, and an oxide-based inorganic solid electrolyte LLZ (made by Toshima Seisakusho). 7 g and 12.3 g of octane were added as a dispersion medium.
- This container was set on a planetary ball mill P-7 (manufactured by Fritsch), and after mechanical dispersion for 2 hours at a temperature of 25 ° C.
- a part of the surface was covered with the polymer particles synthesized above as an active material.
- 7.0 g of the broken electrode (positive electrode) active material (B-U1) is put into a container, and similarly, a planetary ball mill P-7 is set in this container, and mixing is continued for 15 minutes at a temperature of 25 ° C. and a rotation speed of 100 rpm. Then, a positive electrode composition (U-1) was prepared.
- LLZ Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (volume average particle diameter 5.06 ⁇ m, manufactured by Toshima Seisakusho Co., Ltd.)
- Li / P / S Li / P / S-based glass synthesized above
- PVdF Polyvinylidene difluoride SBR: Styrene butadiene rubber (Nypol 1502, manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd .: Styrene content 23.5% by mass)
- This container was set in a planetary ball mill P-7 (manufactured by Fritsch), and after mechanical dispersion for 2 hours at a temperature of 25 ° C. and a rotation speed of 300 rpm, a part of the surface was formed by polymer particles synthesized in Table 1 as an electrode active material.
- 7.0 g of the electrode (negative electrode) active material (B-S1) covered with is put in a container, this container is set in a planetary ball mill P-7, and mixing is continued for 15 minutes at a temperature of 25 ° C. and a rotation speed of 100 rpm.
- a negative electrode composition (S-1) was prepared.
- the negative electrode compositions (S-1) to (S-10) are solid electrolyte compositions as examples
- the negative electrode compositions (HS-1) to (HS-4) are comparative negative electrode compositions. It is a composition.
- LLZ Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (volume average particle diameter 5.06 ⁇ m, manufactured by Toshima Seisakusho Co., Ltd.)
- Li / P / S Li / P / S-based glass synthesized above
- PVdF Polyvinylidene difluoride SBR: Styrene butadiene rubber (Nypol 1502, manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd .: Styrene content 23.5% by mass)
- the secondary battery positive electrode composition produced above was applied onto an aluminum foil having a thickness of 20 ⁇ m (on a current collector) using an applicator with adjustable clearance, heated at 80 ° C. for 1 hour, and further at 110 ° C. for 1 hour.
- the coating solvent was dried by heating. Then, using a heat press machine, it heated and pressurized so that it might become arbitrary density, and obtained the 150-micrometer-thick positive electrode sheet for secondary batteries which has a laminated structure of a positive electrode active material layer / aluminum foil.
- the inorganic solid electrolyte layer composition produced above was coated with (K-2) using an applicator with adjustable clearance, heated at 80 ° C. for 1 hour, Furthermore, it heated at 110 degreeC for 1 hour, and formed the 50-micrometer-thick solid electrolyte layer. Thereafter, the negative electrode composition produced above was further applied onto the dried inorganic solid electrolyte layer composition, heated at 80 ° C. for 1 hour, and further heated at 110 ° C. for 1 hour, to obtain a negative electrode active material having a thickness of 100 ⁇ m. A material layer was formed.
- a copper foil having a thickness of 20 ⁇ m is combined on the negative electrode active material layer, and heated and pressurized so that the inorganic solid electrolyte layer and the negative electrode active material layer have an arbitrary density using a heat press machine, and all solids described in Table 4
- An electrode sheet for a secondary battery was produced.
- the layer structure of the electrode sheet for all-solid-state secondary batteries is shown in FIG.
- the electrode sheet for an all-solid secondary battery has a laminated structure of aluminum foil / negative electrode active material layer / inorganic solid electrolyte layer / secondary battery positive electrode sheet (positive electrode active material layer / aluminum foil).
- Each of the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, and the inorganic solid electrolyte layer has a film thickness described in Table 4.
- the electrode sheet for an all-solid-state secondary battery manufactured as described above is cut into a disk shape having a diameter of 14.5 mm, and placed in a stainless steel 2032 type coin case incorporating a spacer and a washer as shown in FIG. And tightened with a force of 8 Newton (N) to produce an all-solid-state secondary battery.
- A The battery voltage is 4.0 V or higher.
- B The battery voltage is 3.9 V or more and less than 4.0 V.
- C The battery voltage is 3.8V or more and less than 3.9V.
- D The battery voltage is less than 3.8V.
- At least one of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer has a part of the surface by the polymer particles having the group represented by the inorganic solid electrolyte (A) and the general formula (1). It can be seen that in the example including the covered electrode active material (B), the cycle characteristics are compatible while maintaining the voltage.
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Abstract
第一族又は第二族に属する金属のイオンの伝導性を有する無機固体電解質と、一般式(1)で表される基を有するポリマー粒子により表面の一部が覆われた電極活物質と、を含む固体電解質組成物。式中、R1は炭素数6以上のアルキル基又は炭素数6以上のアリール基、Yは単結合又はヘテロ原子を有する2価の連結基、*は結合位置を表す。アルキル基及びアリール基は、炭素-炭素結合間にへテロ原子を有していてもよい。
Description
本発明の一実施形態は、固体電解質組成物、電極活物質及びその製造方法、電池用電極シート及びその製造方法、並びに全固体二次電池及びその製造方法に関する。
リチウムイオン二次電池には、電解液が用いられている。その電解液を固体電解質に置き換え、構成材料を全て固体にして全固体二次電池とする試みが進められている。中でも、無機の固体電解質を利用する技術の利点として、安全性が挙げられる。リチウムイオン二次電池に用いられる電解液には、その媒体として、カーボネート系溶媒など、可燃性の材料が適用されている。従来から様々な安全対策が採られてきているものの、過充電時などに不具合を考慮して、さらなる安全性への配慮が望まれる。リチウムイオン二次電池の電解質を不燃性のものとし得る無機化合物を用いる技術は、安全性を高める方策の1つとして位置づけられる。
全固体二次電池のさらなる利点としては、電極のスタックによる高エネルギー密度化に適していることが挙げられる。具体的には、電極と電解質を直接並べて直列化した構造を持つ電池にすることができる。このとき、電池セルを封止する金属パッケージ、電池セルをつなぐ銅線やバスバーを省略することができるので、電池のエネルギー密度が大幅に高められる。また、高電位化が可能な正極材料との相性の良さなども利点として挙げられる。
NEDO技術開発機構,燃料電池・水素技術開発部,蓄電技術開発室「NEDO次世代自動車用蓄電池技術開発 ロードマップ2008」(平成21年6月)には、上記のような各利点から、次世代のリチウムイオン二次電池として、全固体二次電池の開発は精力的に進められていることが記載されている。一方で、無機系の全固体二次電池においては、その電解質が硬質の固体であるために不利な点もある。例えば、固体粒子間、固体粒子と集電体間等の界面抵抗が大きくなることが挙げられる。特開2012-212652号公報には、上記の不利な点を改善するため、バインダーとして、アクリル系のバインダー、フッ素含有バインダー、ブタジエン等のゴムバインダー等を用いた全固体電池が開示されている。
また、特開2012-204114号公報、特開2013-114966号公報、及び特開2014-7138号公報には、固体電解質の粒子を用いて電解質層等を形成する場合に、電解質層等の形成性、電極層のイオン伝導度及び強度、電池出力、正極における結着力の観点から、バインダーとしてフッ化ビニリデン(PVDF)-ヘキサフルオロプロピレン(HFP)共重合体等のフッ素樹脂などを用いる技術が開示されている。
ところで、特開2002-373643号公報には、充放電に伴う活物質の膨張・収縮に起因する内部抵抗の増大、及び大電流での放電性能の劣化が抑制されるリチウム二次電池として、正極活物質および負極活物質の少なくとも一方の粒子の表面に、リチウムイオン伝導性ポリマーを被覆させたリチウム二次電池が開示されている。
また、特開2013-235685号公報には、高容量と良好なサイクル特性を実現するリチウム二次電池用の負極材料として、活物質の表面の少なくとも一部が結着剤層で覆われた負極材料が開示されている。
さらに、特開2014-146471号公報には、電極活物質層の結着性が向上し、電極にかかる機械的な力に対する強度を向上させることができ、電極活物質とともに用いられるバインダーとして、粒子状バインダーを用いることが開示されている。
さらに、特開2004-146253号公報には、高容量化とともに充放電サイクル特性を向上させることができる負極として、粒子状の負極活物質と、フッ化ビニリデンを含む共重合体とを含有する粒子状の結着剤と、を含む負極が開示されている。
また、特開2013-235685号公報には、高容量と良好なサイクル特性を実現するリチウム二次電池用の負極材料として、活物質の表面の少なくとも一部が結着剤層で覆われた負極材料が開示されている。
さらに、特開2014-146471号公報には、電極活物質層の結着性が向上し、電極にかかる機械的な力に対する強度を向上させることができ、電極活物質とともに用いられるバインダーとして、粒子状バインダーを用いることが開示されている。
さらに、特開2004-146253号公報には、高容量化とともに充放電サイクル特性を向上させることができる負極として、粒子状の負極活物質と、フッ化ビニリデンを含む共重合体とを含有する粒子状の結着剤と、を含む負極が開示されている。
上記の特開2012-212652号公報、特開2012-204114号公報、特開2013-114966号公報、及び特開2014-7138号公報には、各層間の結着性が良好なバインダーが開示されているが、電極活物質の膨張収縮に追従できず、電極活物質と固体電解質との結着性が充分とはいえない。
特開2002-373643号公報に開示されているリチウムイオン伝導性ポリマーを表面に被覆した正極活物質又は負極活物質は、本来、正極活物質又は負極活物質と無機固体電解質との間で移動すべきリチウムイオンが、リチウムイオン伝導性ポリマーへも流れるため、イオン伝導の効率に劣る傾向にある。
特開2013-235685号公報には、活物質の表面の少なくとも一部が結着剤層で覆われた負極材料が開示されているものの、電解液を用いたリチウムイオン二次電池用の負極材料であり、全固体二次電池への適用は検討されていない。
特開2014-146471号公報には、バインダーとして、粒子状バインダーが開示されているが、電極活物質と固体電解質との結着性を高めるような柔軟性を与える構造の導入は検討されておらず、電極活物質と固体電解質との結着性が充分とはいえない。
特開2004-146253号公報には、粒子状の負極活物質と、フッ化ビニリデンを含む共重合体とを含有する粒子状の結着剤と、を含む負極が開示されているが、結着剤が負極活物質の周囲に偏在するように含有されておらず、負極活物質の膨張収縮に追従できず、負極活物質と固体電解質との結着性が充分とはいえない。
特開2002-373643号公報に開示されているリチウムイオン伝導性ポリマーを表面に被覆した正極活物質又は負極活物質は、本来、正極活物質又は負極活物質と無機固体電解質との間で移動すべきリチウムイオンが、リチウムイオン伝導性ポリマーへも流れるため、イオン伝導の効率に劣る傾向にある。
特開2013-235685号公報には、活物質の表面の少なくとも一部が結着剤層で覆われた負極材料が開示されているものの、電解液を用いたリチウムイオン二次電池用の負極材料であり、全固体二次電池への適用は検討されていない。
特開2014-146471号公報には、バインダーとして、粒子状バインダーが開示されているが、電極活物質と固体電解質との結着性を高めるような柔軟性を与える構造の導入は検討されておらず、電極活物質と固体電解質との結着性が充分とはいえない。
特開2004-146253号公報には、粒子状の負極活物質と、フッ化ビニリデンを含む共重合体とを含有する粒子状の結着剤と、を含む負極が開示されているが、結着剤が負極活物質の周囲に偏在するように含有されておらず、負極活物質の膨張収縮に追従できず、負極活物質と固体電解質との結着性が充分とはいえない。
本発明の一実施形態は、上記に鑑みなされたものであり、無機固体電解質との結着性に優れた電極活物質及びその製造方法、無機固体電解質と電極活物質との結着性に優れ、界面抵抗が低く抑えられる固体電解質組成物、無機固体電解質と電極活物質との結着性が良好でイオン伝導性に優れた電池用電極シート及びその製造方法、並びに、高電圧が得られ、サイクル寿命の長い全固体二次電池及びその製造方法の提供を目的とし、これらの目的を達成することを課題とする。
課題を解決するための具体的手段には、以下の態様が含まれる。
<1> 周期律表第一族又は第二族に属する金属のイオンの伝導性を有する無機固体電解質(A)と、下記一般式(1)で表される基を有するポリマー粒子により表面の一部が覆われた電極活物質(B)と、を含む固体電解質組成物。
<1> 周期律表第一族又は第二族に属する金属のイオンの伝導性を有する無機固体電解質(A)と、下記一般式(1)で表される基を有するポリマー粒子により表面の一部が覆われた電極活物質(B)と、を含む固体電解質組成物。
一般式(1)中、R1は、炭素数6以上のアルキル基又は炭素数6以上のアリール基を表す。Yは、単結合又はヘテロ原子を有する2価の連結基を表す。*は結合位置を表す。アルキル基及びアリール基は、炭素-炭素結合間にへテロ原子を有していてもよい。
<2> ポリマー粒子は、下記一般式(2)で表される繰り返し単位を含む<1>に記載の固体電解質組成物。
一般式(2)中、R1aは、炭化水素である炭素数6以上30以下のアルキル基、又は炭化水素である炭素数6以上30以下のアリール基を表す。
R2、R3、及びR4は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基又はハロゲン原子を表す。
Lは、単結合、アルキレン基、アリーレン基又はカルボニル基を表す。
Xは、単結合、酸素原子又はNR5を表す。R5は、水素原子又はアルキル基を表す。
R2、R3、及びR4は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基又はハロゲン原子を表す。
Lは、単結合、アルキレン基、アリーレン基又はカルボニル基を表す。
Xは、単結合、酸素原子又はNR5を表す。R5は、水素原子又はアルキル基を表す。
<3> ポリマー粒子は、ヒドロキシ基、カルボキシ基、スルホン酸基、リン酸基、アミノ基、チオール基、イソシアネート基、(メタ)アクリロイル基、及びエポキシ基からなる群から選ばれる少なくとも一種の基を有する<1>又は<2>に記載の固体電解質組成物。
<4> ポリマー粒子は、体積平均粒子径が0.05μm~20μmである<1>~<3>のいずれか1つに記載の固体電解質組成物。
<5> 電極活物質(B)の全表面積に対するポリマー粒子の被覆率が5%以上50%未満である<1>~<4>のいずれか1つに記載の固体電解質組成物。
<6> ポリマー粒子は、ガラス転移温度が-70℃以上50℃未満である<1>~<5>のいずれか1つに記載の固体電解質組成物。
<7> ポリマー粒子は、イオン伝導度が10-7S/cm以下である<1>~<6>のいずれか1つに記載の固体電解質組成物。
<8> ポリマー粒子のポリマーは、ポリ(メタ)アクリル、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタン及びポリウレアから選ばれる少なくとも1種のポリマーである<1>~<7>のいずれか1つに記載の固体電解質組成物。
<9> ポリマー粒子のポリマーは、重量平均分子量が10,000以上500,000未満である<1>~<8>のいずれか1つに記載の固体電解質組成物。
<4> ポリマー粒子は、体積平均粒子径が0.05μm~20μmである<1>~<3>のいずれか1つに記載の固体電解質組成物。
<5> 電極活物質(B)の全表面積に対するポリマー粒子の被覆率が5%以上50%未満である<1>~<4>のいずれか1つに記載の固体電解質組成物。
<6> ポリマー粒子は、ガラス転移温度が-70℃以上50℃未満である<1>~<5>のいずれか1つに記載の固体電解質組成物。
<7> ポリマー粒子は、イオン伝導度が10-7S/cm以下である<1>~<6>のいずれか1つに記載の固体電解質組成物。
<8> ポリマー粒子のポリマーは、ポリ(メタ)アクリル、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタン及びポリウレアから選ばれる少なくとも1種のポリマーである<1>~<7>のいずれか1つに記載の固体電解質組成物。
<9> ポリマー粒子のポリマーは、重量平均分子量が10,000以上500,000未満である<1>~<8>のいずれか1つに記載の固体電解質組成物。
<10> 無機固体電解質(A)は、硫化物系無機固体電解質である<1>~<9>のいずれか1つに記載の固体電解質組成物。
<11> 無機固体電解質(A)は、酸化物系無機固体電解質である<1>~<9>のいずれか1つに記載の固体電解質組成物。
<12> さらに分散媒(D)として炭化水素系溶媒を含む<1>~<11>のいずれか1つに記載の固体電解質組成物。
<11> 無機固体電解質(A)は、酸化物系無機固体電解質である<1>~<9>のいずれか1つに記載の固体電解質組成物。
<12> さらに分散媒(D)として炭化水素系溶媒を含む<1>~<11>のいずれか1つに記載の固体電解質組成物。
<13> 下記一般式(1)で表される基を有するポリマー粒子により表面の一部が覆われた電極活物質。
一般式(1)中、R1は、炭素数6以上のアルキル基又は炭素数6以上のアリール基を表す。Yは、単結合又はヘテロ原子を有する2価の連結基を表す。*は結合位置を表す。
アルキル基及びアリール基は、炭素-炭素結合間にへテロ原子を有していてもよい。
アルキル基及びアリール基は、炭素-炭素結合間にへテロ原子を有していてもよい。
<14> 電極活物質を100質量部と、下記一般式(1)で表される基を有するポリマー粒子を0.01質量部~100質量部と、炭化水素系溶媒と、を混合し、表面の一部がポリマー粒子で覆われた電極活物質を製造する電極活物質の製造方法。
一般式(1)中、R1は、炭素数6以上のアルキル基又は炭素数6以上のアリール基を表す。Yは、単結合又はヘテロ原子を有する2価の連結基を表す。*は結合位置を表す。
アルキル基及びアリール基は、炭素-炭素結合間にへテロ原子を有していてもよい。
アルキル基及びアリール基は、炭素-炭素結合間にへテロ原子を有していてもよい。
<15> 集電体と、<1>~<12>のいずれか1つに記載の固体電解質組成物を用いて集電体の上に配置された電極活物質層と、無機固体電解質層と、を有する電池用電極シート。
<16> 正極活物質層と、負極活物質層と、を有し、正極活物質層、及び負極活物質層の少なくとも一方の層は、電極活物質層である<15>に記載の電池用電極シート。
<16> 正極活物質層と、負極活物質層と、を有し、正極活物質層、及び負極活物質層の少なくとも一方の層は、電極活物質層である<15>に記載の電池用電極シート。
<17> <1>~<12>のいずれか1つに記載の固体電解質組成物を集電体の上に付与し、電極活物質層を形成する工程を有する電池用電極シートの製造方法。
<18> 集電体と、正極活物質層と、負極活物質層と、正極活物質層及び負極活物質層の間に配置された無機固体電解質層と、を有し、正極活物質層及び負極活物質層の少なくとも一方の層が、周期律表第一族又は第二族に属する金属のイオンの伝導性を有する無機固体電解質(A)と、下記一般式(1)で表される基を有するポリマー粒子により表面の一部が覆われた電極活物質(B)と、を含む全固体二次電池。
<18> 集電体と、正極活物質層と、負極活物質層と、正極活物質層及び負極活物質層の間に配置された無機固体電解質層と、を有し、正極活物質層及び負極活物質層の少なくとも一方の層が、周期律表第一族又は第二族に属する金属のイオンの伝導性を有する無機固体電解質(A)と、下記一般式(1)で表される基を有するポリマー粒子により表面の一部が覆われた電極活物質(B)と、を含む全固体二次電池。
一般式(1)中、R1は、炭素数6以上のアルキル基又は炭素数6以上のアリール基を表す。Yは、単結合又はヘテロ原子を有する2価の連結基を表す。*は結合位置を表す。
アルキル基及びアリール基は、炭素-炭素結合間にへテロ原子を有していてもよい。
アルキル基及びアリール基は、炭素-炭素結合間にへテロ原子を有していてもよい。
<19> <15>又は<16>に記載の電池用電極シートを備えた全固体二次電池。
<20> <15>又は<16>に記載の電池用電極シートを用いて全固体二次電池を製造する全固体二次電池の製造方法。
<21> <1>~<12>のいずれか1つに記載の固体電解質組成物を集電体の上に付与し、電極活物質層を形成することにより電池用電極シートを製造する工程を有する全固体二次電池の製造方法。
<20> <15>又は<16>に記載の電池用電極シートを用いて全固体二次電池を製造する全固体二次電池の製造方法。
<21> <1>~<12>のいずれか1つに記載の固体電解質組成物を集電体の上に付与し、電極活物質層を形成することにより電池用電極シートを製造する工程を有する全固体二次電池の製造方法。
本発明の一実施形態によれば、無機固体電解質との結着性に優れた電極活物質及びその製造方法、無機固体電解質と電極活物質との結着性に優れ、界面抵抗が低く抑えられる固体電解質組成物、無機固体電解質と電極活物質との結着性が良好なイオン伝導性に優れた電池用電極シート及びその製造方法、並びに、高電圧が得られ、サイクル寿命の長い全固体二次電池及びその製造方法が提供される。
以下、固体電解質組成物、電極活物質及びその製造方法、電池用電極シート並びに全固体二次電池及びその製造方法について詳細に説明する。
本明細書において、「~」を用いて示された数値範囲は、「~」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。
「組成物」とは、2種以上の成分が混合された混合物を指す。ただし、組成物は、実質的に均一性を有していればよく、所望の効果を奏する範囲であれば部分的に凝集又は偏在が生じていてもよい。
本明細書において、「~」を用いて示された数値範囲は、「~」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。
「組成物」とは、2種以上の成分が混合された混合物を指す。ただし、組成物は、実質的に均一性を有していればよく、所望の効果を奏する範囲であれば部分的に凝集又は偏在が生じていてもよい。
<固体電解質組成物>
固体電解質組成物は、周期律表第一族又は第二族に属する金属のイオンの伝導性を有する無機固体電解質(A)と、一般式(1)で表される基を有するポリマー粒子により表面の一部が覆われた電極活物質(B)と、を含む。
固体電解質組成物は、周期律表第一族又は第二族に属する金属のイオンの伝導性を有する無機固体電解質(A)と、一般式(1)で表される基を有するポリマー粒子により表面の一部が覆われた電極活物質(B)と、を含む。
本発明の一実施形態における作用機構の詳細は不明であるが、以下のように推測される。
上記のように、従来から、固体電解質を利用した全固体二次電池の性能を改善するために種々の検討がなされているものの、固体電解質を含む電池構造であるが故に、電極活物質と無機固体電解質との結着性、又は電極と電解質層等の隣接層との間の結着性は、依然として不足傾向にある。
これに対して、本発明の一実施形態の固体電解質組成物は、炭素数6以上のアルキル基又は炭素数6以上のアリール基のような疎水性基を有する特定のポリマーの粒子により表面の一部が覆われた電極活物質を含むことで、電極活物質と無機固体電解質との間の界面抵抗を低く抑えつつ、結着性を高めることができる。電極活物質の周囲には、ポリマー粒子が偏在しており、電極活物質の膨張収縮にともなう歪みを緩和することができるので、電極活物質が容易に剥がれてイオン伝導度を損なうことも低減できる。そのため、電極活物質層を形成した場合、長期に亘って電池電圧を高く維持し、サイクル特性に優れると考えられる。
上記のように、従来から、固体電解質を利用した全固体二次電池の性能を改善するために種々の検討がなされているものの、固体電解質を含む電池構造であるが故に、電極活物質と無機固体電解質との結着性、又は電極と電解質層等の隣接層との間の結着性は、依然として不足傾向にある。
これに対して、本発明の一実施形態の固体電解質組成物は、炭素数6以上のアルキル基又は炭素数6以上のアリール基のような疎水性基を有する特定のポリマーの粒子により表面の一部が覆われた電極活物質を含むことで、電極活物質と無機固体電解質との間の界面抵抗を低く抑えつつ、結着性を高めることができる。電極活物質の周囲には、ポリマー粒子が偏在しており、電極活物質の膨張収縮にともなう歪みを緩和することができるので、電極活物質が容易に剥がれてイオン伝導度を損なうことも低減できる。そのため、電極活物質層を形成した場合、長期に亘って電池電圧を高く維持し、サイクル特性に優れると考えられる。
[無機固体電解質(A)]
固体電解質組成物は、周期律表第一族又は第二族に属する金属のイオンの伝導性を有する無機固体電解質の少なくとも一種を含む。
無機固体電解質とは、無機の固体電解質を指し、固体電解質とは、電解質内部においてイオンを移動させることができる固体のことである。
無機固体電解質は、有機物(つまり炭素原子)を含まないため、有機固体電解質(ポリエチレンオキシド(PEO)などに代表される高分子電解質、リチウムビストリフルオロメタンスルホンイミド(LiTFSI)などに代表される有機電解質塩)とは明確に区別される。
また、無機固体電解質は、定常状態では固体であるため、カチオン及びアニオンが解離若しくは遊離しておらず電解液中又はポリマー中でカチオン及びアニオンが解離若しくは遊離している無機電解質塩(LiPF6、LiBF4、LiFSI、LiClなど)とも明確に区別される。
固体電解質組成物は、周期律表第一族又は第二族に属する金属のイオンの伝導性を有する無機固体電解質の少なくとも一種を含む。
無機固体電解質とは、無機の固体電解質を指し、固体電解質とは、電解質内部においてイオンを移動させることができる固体のことである。
無機固体電解質は、有機物(つまり炭素原子)を含まないため、有機固体電解質(ポリエチレンオキシド(PEO)などに代表される高分子電解質、リチウムビストリフルオロメタンスルホンイミド(LiTFSI)などに代表される有機電解質塩)とは明確に区別される。
また、無機固体電解質は、定常状態では固体であるため、カチオン及びアニオンが解離若しくは遊離しておらず電解液中又はポリマー中でカチオン及びアニオンが解離若しくは遊離している無機電解質塩(LiPF6、LiBF4、LiFSI、LiClなど)とも明確に区別される。
固体電解質組成物が、無機固体電解質を含むことで、固体電解質組成物を用いて電極(正極又は負極)活物質層を形成し、これらの層を用いて電池を作製した際、電極間のイオン伝導を担う。そのため、これらの層を用いて作製された電池は電池として機能する。
無機固体電解質は、周期律表第一族又は第二族に属する金属のイオンの伝導性を有する化合物であれば特に限定されず、電子伝導性を有さないものが一般的である。
無機固体電解質は、周期律表第一族又は第二族に属する金属のイオンの伝導性を有する化合物であれば特に限定されず、電子伝導性を有さないものが一般的である。
無機固体電解質は、リチウムイオン電池分野で公知の固体電解質材料を適宜選定して用いることができる。無機固体電解質はとしては、イオン伝導性の観点から(i)硫化物系無機固体電解質及び(ii)酸化物系無機固体電解質が好ましい。
無機固体電解質は、1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
無機固体電解質は、1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(i)硫化物系無機固体電解質
硫化物系無機固体電解質は、硫黄(S)を含有し、かつ、周期律表第一族又は第二族に属する金属のイオン伝導性を有するものであれば特に限定されない。硫化物系無機固体電解質は電子絶縁性を有するものが好ましい。例えば、下記式(1)で示される組成を満たすリチウムイオン伝導性無機固体電解質が挙げられる。
LiaMbPcSdAe …式(1)
式(1)中、Mは、B、Zn、Sn、Si、Cu、Ga、Sb、Al及びGeから選択される元素を示す。元素の中でも、B、Sn、Si、Al、及びGeが好ましく、Sn、Al、及びGeがより好ましい。
式(1)中、Aは、I、Br、Cl及びFから選択される元素を示す。元素の中でも、I、Brが好ましく、Iがより好ましい。
式(1)中、a~eは各元素の組成比を示し、a:b:c:d:eは元素比で、1~12:0~1:1:2~12:0~5を満たす。各元素の組成比として、aは1~9が好ましく、1.5~4がより好ましい。bは0~0.5が好ましい。dは、3~7が好ましく、3.25~4.5がより好ましい。eは、0~3が好ましく、0~2がより好ましい。
硫化物系無機固体電解質は、硫黄(S)を含有し、かつ、周期律表第一族又は第二族に属する金属のイオン伝導性を有するものであれば特に限定されない。硫化物系無機固体電解質は電子絶縁性を有するものが好ましい。例えば、下記式(1)で示される組成を満たすリチウムイオン伝導性無機固体電解質が挙げられる。
LiaMbPcSdAe …式(1)
式(1)中、Mは、B、Zn、Sn、Si、Cu、Ga、Sb、Al及びGeから選択される元素を示す。元素の中でも、B、Sn、Si、Al、及びGeが好ましく、Sn、Al、及びGeがより好ましい。
式(1)中、Aは、I、Br、Cl及びFから選択される元素を示す。元素の中でも、I、Brが好ましく、Iがより好ましい。
式(1)中、a~eは各元素の組成比を示し、a:b:c:d:eは元素比で、1~12:0~1:1:2~12:0~5を満たす。各元素の組成比として、aは1~9が好ましく、1.5~4がより好ましい。bは0~0.5が好ましい。dは、3~7が好ましく、3.25~4.5がより好ましい。eは、0~3が好ましく、0~2がより好ましい。
式(1)において、b及びeが0であることが好ましく、a:b:c:d:eが1~9:0:1:3~7:0であることがより好ましく、a:b:c:d:eが1.5~4:0:1:3.25~4.5:0であることがさらに好ましい。
各元素の組成比は、後述するように硫化物系無機固体電解質を製造する際の原料化合物の配合量を調整することにより制御できる。
各元素の組成比は、後述するように硫化物系無機固体電解質を製造する際の原料化合物の配合量を調整することにより制御できる。
硫化物系無機固体電解質は、非結晶(ガラス)であってもよく、一部が結晶化(ガラスセラミック化)した硫化物ガラスセラミック(ガラスセラミックス状硫化物系無機固体電解質)であってもよい。
硫化物系無機固体電解質としては、イオン伝導性に優れる観点から、Li/P/S系ガラス及びLi/P/S系ガラスセラミックスが好ましい。
Li/P/S系ガラスとは、Li元素、P元素、S元素を含む非結晶の硫化物系無機固体電解質を意味し、Li/P/S系ガラスセラミックスとは、Li元素、P元素、S元素を含むガラスセラミックス状硫化物系無機固体電解質を意味する。
Li/P/S系ガラスとは、Li元素、P元素、S元素を含む非結晶の硫化物系無機固体電解質を意味し、Li/P/S系ガラスセラミックスとは、Li元素、P元素、S元素を含むガラスセラミックス状硫化物系無機固体電解質を意味する。
Li/P/S系ガラス及びLi/P/S系ガラスセラミックスは、[1]硫化リチウム(Li2S)と五硫化二リン(P2S5)、[2]硫化リチウムと単体リン及び単体硫黄の少なくとも一方、又は[3]硫化リチウムと五硫化二リンと単体リン及び単体硫黄の少なくとも一方、から製造することができる。
Li/P/S系ガラス及びLi/P/S系ガラスセラミックスにおける、Li2SとP2S5との比率は、モル比(Li2S:P2S5)で、好ましくは65:35~85:15、より好ましくは68:32~75:25である。
Li2SとP2S5との比率をこの範囲にすることにより、リチウムイオン伝導度を高いものとすることができる。具体的には、リチウムイオン伝導度を好ましくは1×10-4S/cm以上、より好ましくは1×10-3S/cm以上とすることができる。
上限は特にないが、1×10-1S/cm以下であることが実際的である。
Li2SとP2S5との比率をこの範囲にすることにより、リチウムイオン伝導度を高いものとすることができる。具体的には、リチウムイオン伝導度を好ましくは1×10-4S/cm以上、より好ましくは1×10-3S/cm以上とすることができる。
上限は特にないが、1×10-1S/cm以下であることが実際的である。
具体的な化合物例としては、Li2Sと、第13族~第15族の元素の硫化物と、を含有する原料組成物を含む固体電解質を挙げることができる。具体的には、Li2S/P2S5、Li2S/LiI/P2S5、Li2S/LiI/Li2O/P2S5、Li2S/LiBr/P2S5、Li2S/Li2O/P2S5、Li2S/Li3PO4/P2S5、Li2S/P2S5/P2O5、Li2S/P2S5/SiS2、Li2S/P2S5/SnS、Li2S/P2S5/Al2S3、Li2S/GeS2、Li2S/GeS2/ZnS、Li2S/Ga2S3、Li2S/GeS2/Ga2S3、Li2S/GeS2/P2S5、Li2S/GeS2/Sb2S5、Li2S/GeS2/Al2S3、Li2S/SiS2、Li2S/Al2S3、Li2S/SiS2/Al2S3、Li2S/SiS2/P2S5、Li2S/SiS2/P2S5/LiI、Li2S/SiS2/LiI、Li2S/SiS2/Li4SiO4、Li2S/SiS2/Li3PO4、及びLi10GeP2S12などが挙げられる。
中でも、Li2S/P2S5、Li2S/GeS2/Ga2S3、Li2S/LiI/P2S5、Li2S/LiI/Li2O/P2S5、Li2S/GeS2/P2S5、Li2S/SiS2/P2S5、Li2S/SiS2/Li4SiO4、Li2S/SiS2/Li3PO4、Li2S/Li3PO4/P2S5、Li2S/GeS2/P2S5、又はLi10GeP2S12を含む固体電解質が好ましい。上記のような結晶質の原料組成物又は非晶質の原料組成物は、高いリチウムイオン伝導性を有するため好ましい。
上記のような原料組成物を用いて硫化物固体電解質材料を合成する方法としては、例えば、非晶質化法を挙げることができる。非晶質化法としては、例えば、メカニカルミリング法及び溶融急冷法を挙げることができ、中でもメカニカルミリング法が好ましい。メカニカルミリング法は、常温での処理が可能になり、製造工程の簡略化を図ることができる点で好ましい。
中でも、Li2S/P2S5、Li2S/GeS2/Ga2S3、Li2S/LiI/P2S5、Li2S/LiI/Li2O/P2S5、Li2S/GeS2/P2S5、Li2S/SiS2/P2S5、Li2S/SiS2/Li4SiO4、Li2S/SiS2/Li3PO4、Li2S/Li3PO4/P2S5、Li2S/GeS2/P2S5、又はLi10GeP2S12を含む固体電解質が好ましい。上記のような結晶質の原料組成物又は非晶質の原料組成物は、高いリチウムイオン伝導性を有するため好ましい。
上記のような原料組成物を用いて硫化物固体電解質材料を合成する方法としては、例えば、非晶質化法を挙げることができる。非晶質化法としては、例えば、メカニカルミリング法及び溶融急冷法を挙げることができ、中でもメカニカルミリング法が好ましい。メカニカルミリング法は、常温での処理が可能になり、製造工程の簡略化を図ることができる点で好ましい。
(ii)酸化物系無機固体電解質
酸化物系無機固体電解質は、酸素(O)を含有し、かつ、周期律表第一族又は第二族に属する金属のイオン伝導性を有するのであれば特に限定されない。酸化物系無機固体電解質は、電子絶縁性を有する化合物が好ましい。
酸化物系無機固体電解質は、酸素(O)を含有し、かつ、周期律表第一族又は第二族に属する金属のイオン伝導性を有するのであれば特に限定されない。酸化物系無機固体電解質は、電子絶縁性を有する化合物が好ましい。
具体的な化合物例としては、LixLayTiO3〔x=0.3~0.7、y=0.3~0.7〕(LLT)、LixLayZrzMmOn(MはAl,Mg,Ca,Sr,V,Nb,Ta,Ti,Ge,In,及びSnの少なくとも1種以上の元素でありxは5≦x≦10を満たし、yは1≦y≦4を満たし、zは1≦z≦4を満たし、mは0≦m≦2を満たし、nは5≦n≦20を満たす。)LixByMzOn(式中MはC,S,Al,Si,Ga,Ge,In,及びSnの少なくとも1種以上の元素でありxは0≦x≦5を満たし、yは0≦y≦1を満たし、zは0≦z≦1を満たし、nは0≦n≦6を満たす。)、Lix(Al,Ga)y(Ti,Ge)zSiaPmOn(ただし、1≦x≦3、0≦y≦1、0≦z≦2、0≦a≦1、1≦m≦7、3≦n≦13)、Li(3-2x)MxDO(xは0以上0.1以下の数を表し、Mは2価の金属原子を表す。Dはハロゲン原子又は2種以上のハロゲン原子の組み合わせを表す。)、LixSiyOz(1≦x≦5、0<y≦3、1≦z≦10)、LixSyOz(1≦x≦3、0<y≦2、1≦z≦10)、Li3BO3/Li2SO4、Li2O/B2O3/P2O5、Li2O/SiO2、Li6BaLa2Ta2O12、Li3PO(4-3/2w)Nw(wはw<1)、LISICON(Lithium super ionic conductor)型結晶構造を有するLi3.5Zn0.25GeO4、ペロブスカイト型結晶構造を有するLa0.55Li0.35TiO3、NASICON(Natrium super ionic conductor)型結晶構造を有するLiTi2P3O12、Li1+x+y(Al,Ga)x(Ti,Ge)2-xSiyP3-yO12(ただし、0≦x≦1、0≦y≦1)、及びガーネット型結晶構造を有するLi7La3Zr2O12等が挙げられる。また、Li、P及びOを含むリン化合物も望ましい。例えば、リン酸リチウム(Li3PO4)、リン酸リチウムの酸素の一部を窒素で置換したLiPON、LiPOD(Dは、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Ru、Ag、Ta、W、Pt、及びAu等から選ばれた少なくとも1種)等が挙げられる。また、LiAON(Aは、Si、B、Ge、Al、C、及びGa等から選ばれる少なくとも1種)等も好ましく用いることができる。
中でも、LixLayTiO3〔x=0.3~0.7、y=0.3~0.7〕(LLT)、LixLayZrzMmOn(MはAl,Mg,Ca,Sr,V,Nb,Ta,Ti,Ge,In,及びSnの少なくとも1種以上の元素でありxは5≦x≦10を満たし、yは1≦y≦4を満たし、zは1≦z≦4を満たし、mは0≦m≦2を満たし、nは5≦n≦20を満たす。)、Li7La3Zr2O12(LLZ)、Li3BO3、Li3BO3/Li2SO4、Lix(Al,Ga)y(Ti,Ge)zSiaPmOn(ただし、1≦x≦3、0≦y≦1、0≦z≦2、0≦a≦1、1≦m≦7、3≦n≦13)が好ましい。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
中でも、LixLayTiO3〔x=0.3~0.7、y=0.3~0.7〕(LLT)、LixLayZrzMmOn(MはAl,Mg,Ca,Sr,V,Nb,Ta,Ti,Ge,In,及びSnの少なくとも1種以上の元素でありxは5≦x≦10を満たし、yは1≦y≦4を満たし、zは1≦z≦4を満たし、mは0≦m≦2を満たし、nは5≦n≦20を満たす。)、Li7La3Zr2O12(LLZ)、Li3BO3、Li3BO3/Li2SO4、Lix(Al,Ga)y(Ti,Ge)zSiaPmOn(ただし、1≦x≦3、0≦y≦1、0≦z≦2、0≦a≦1、1≦m≦7、3≦n≦13)が好ましい。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
リチウムイオン伝導性の酸化物系無機固体電解質としてのイオン伝導度は、1×10-6S/cm以上であることが好ましく、5×10-6S/cm以上であることがより好ましく、1×10-5S/cm以上であることが特に好ましい。
固体電解質組成物においては、硫化物系無機固体電解質を用いることが好ましい。
硫化物系の無機固体電解質は、イオン伝導度が高いため、全固体二次電池において本発明の一実施形態の効果が顕著に現れる。
イオン伝導度は、所期の厚みで成形された無機固体電解質層に対し、1255B FREQUENCY RESPONSE ANALYZER(SOLARTRON社製)を用いて電圧振幅5mV、周波数1MHz~1Hzにて交流インピーダンス測定することにより膜厚方向の抵抗を求め、下記式により算出される値(S/cm)である。測定は、30℃の恒温槽中で行う。
イオン伝導度=1000×層厚(cm)/(抵抗(Ω)×層の面積(cm2))
硫化物系の無機固体電解質は、イオン伝導度が高いため、全固体二次電池において本発明の一実施形態の効果が顕著に現れる。
イオン伝導度は、所期の厚みで成形された無機固体電解質層に対し、1255B FREQUENCY RESPONSE ANALYZER(SOLARTRON社製)を用いて電圧振幅5mV、周波数1MHz~1Hzにて交流インピーダンス測定することにより膜厚方向の抵抗を求め、下記式により算出される値(S/cm)である。測定は、30℃の恒温槽中で行う。
イオン伝導度=1000×層厚(cm)/(抵抗(Ω)×層の面積(cm2))
無機固体電解質の形状は特に限定されないが、粒子状であることが好ましい。
無機固体電解質の体積平均粒子径は、特に限定されないが、0.01μm以上が好ましく、0.1μm以上がより好ましい。体積平均粒子径の上限としては特に限定されないが、100μm以下が好ましく、50μm以下がより好ましい。
体積平均粒子径は、レーザ回折/散乱式粒度分布測定装置LA-920((株)堀場製作所製)にて測定される値である。
無機固体電解質の体積平均粒子径は、特に限定されないが、0.01μm以上が好ましく、0.1μm以上がより好ましい。体積平均粒子径の上限としては特に限定されないが、100μm以下が好ましく、50μm以下がより好ましい。
体積平均粒子径は、レーザ回折/散乱式粒度分布測定装置LA-920((株)堀場製作所製)にて測定される値である。
固体電解質組成物中における無機固体電解質の含有量は、電池性能と界面抵抗の低減及び維持効果の両立の観点から、固体電解質組成物の固形成分100質量%に対して、5質量%以上が好ましく、10質量%以上がより好ましく、20質量%以上がさらに好ましい。含有量の上限としては、同様の観点から、99.9質量%以下が好ましく、99.5質量%以下がより好ましく、99.0質量%以下がさらに好ましい。
ただし、後述の正極活物質又は負極活物質とともに用いる場合には、無機固体電解質と正極活物質又は負極活物質との合計質量が上記の範囲であることが好ましい。
ただし、後述の正極活物質又は負極活物質とともに用いる場合には、無機固体電解質と正極活物質又は負極活物質との合計質量が上記の範囲であることが好ましい。
[電極活物質(B)]
固体電解質組成物は、一般式(1)で表される基を有するポリマー粒子により表面の一部が覆われた電極活物質(B)の少なくとも一種を含む。
固体電解質組成物が、炭素数6以上のアルキル基又は炭素数6以上のアリール基を有する特定のポリマーの粒子により表面の一部が覆われた電極活物質を含むことで、電極活物質と前述の無機固体電解質との間の界面抵抗を低く抑えつつ、結着性を高めることができる。また、電極活物質の膨張収縮にともなう歪みを緩和することができるため、電極活物質が容易に剥がれてイオン伝導度を損なうことも低減できる。そのため、電極活物質層を形成した場合、長期に亘って電池電圧を高く維持し、サイクル特性に優れる。
固体電解質組成物は、一般式(1)で表される基を有するポリマー粒子により表面の一部が覆われた電極活物質(B)の少なくとも一種を含む。
固体電解質組成物が、炭素数6以上のアルキル基又は炭素数6以上のアリール基を有する特定のポリマーの粒子により表面の一部が覆われた電極活物質を含むことで、電極活物質と前述の無機固体電解質との間の界面抵抗を低く抑えつつ、結着性を高めることができる。また、電極活物質の膨張収縮にともなう歪みを緩和することができるため、電極活物質が容易に剥がれてイオン伝導度を損なうことも低減できる。そのため、電極活物質層を形成した場合、長期に亘って電池電圧を高く維持し、サイクル特性に優れる。
(ポリマー粒子)
ポリマー粒子は、下記一般式(1)で表される基の少なくとも一種を有する。
ポリマー粒子が、下記一般式(1)で表される基を有することで、結着性に優れ、界面抵抗が低く抑えられる。
また、ポリマー粒子は、前述の電極活物質と相互作用し、電極活物質に付着する。
相互作用とは、機械的相互作用、物理的相互作用、及び化学的相互作用が挙げられる。
機械的相互作用としては電極活物質とポリマー粒子の形状に由来し、例えば、アンカー効果(投錨効果)が挙げられる。物理的相互作用としては、例えば、分子間力(ファンデルワールス力)が挙げられる。化学的相互作用としては、例えば、共有結合、水素結合、π-π相互作用が挙げられる。
ポリマー粒子は、下記一般式(1)で表される基の少なくとも一種を有する。
ポリマー粒子が、下記一般式(1)で表される基を有することで、結着性に優れ、界面抵抗が低く抑えられる。
また、ポリマー粒子は、前述の電極活物質と相互作用し、電極活物質に付着する。
相互作用とは、機械的相互作用、物理的相互作用、及び化学的相互作用が挙げられる。
機械的相互作用としては電極活物質とポリマー粒子の形状に由来し、例えば、アンカー効果(投錨効果)が挙げられる。物理的相互作用としては、例えば、分子間力(ファンデルワールス力)が挙げられる。化学的相互作用としては、例えば、共有結合、水素結合、π-π相互作用が挙げられる。
ポリマー粒子は、一般式(1)で表される基を有し、電極活物質に付着し得るポリマーから形成される粒子から適宜選択することができる。
ポリマー粒子のポリマーとしては、例えば、ポリ(メタ)アクリル、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタン、ポリウレア、これらのポリマーを組み合わせたポリマーが挙げられる。
(メタ)アクリルとは、アクリル又はメタクリルを意味する。
ポリマー粒子のポリマーとしては、例えば、ポリ(メタ)アクリル、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタン、ポリウレア、これらのポリマーを組み合わせたポリマーが挙げられる。
(メタ)アクリルとは、アクリル又はメタクリルを意味する。
一般式(1)中、R1は、炭素数6以上のアルキル基又は炭素数6以上のアリール基を表す。Yは、単結合又はヘテロ原子を有する2価の連結基を表す。
R1で表される炭素数6以上のアルキル基は、総炭素数が6以上のアルキル基であればよく、直鎖状でもよく、分岐状でもよく、環状でもよく、炭化水素である場合に限らず炭素-炭素結合間にヘテロ原子を含有してもよい。また、炭素数6以上のアルキル基は、無置換でもよく、さらに置換基を有していてもよく、置換基を有する場合、置換基がハロゲン原子であることが好ましい。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、及びヨウ素原子等が挙げられ、中でもフッ素原子が好ましい。
炭素数6以上のアルキル基としては、炭素数6以上50以下のアルキル基が好ましく、炭素数6以上30以下のアルキル基がより好ましく、炭素数8以上30以下のアルキル基がさらに好ましく、炭素数8以上18以下のアルキル基が特に好ましい。
具体的には、ノルマルヘキシル基、ノルマルオクチル基、ノルマルノニル基、ノルマルデシル基、ノルマルウンデシル基、ノルマルドデシル基、ノルマルテトラデシル基、ノルマルヘキサデシル基、ステアリル基、ラウリル基、リノール基、リノレン基、2-エチルヘキシル基、2-エチルオクチル基、2-エチルドデシル基、シクロヘキシル基、イソボルニル基、ポリエチレングリコールモノメチル基、塩化ヘキシル基、パーフルオロオクチル基、及びパーフルオロドデシル基等が挙げられる。
具体的には、ノルマルヘキシル基、ノルマルオクチル基、ノルマルノニル基、ノルマルデシル基、ノルマルウンデシル基、ノルマルドデシル基、ノルマルテトラデシル基、ノルマルヘキサデシル基、ステアリル基、ラウリル基、リノール基、リノレン基、2-エチルヘキシル基、2-エチルオクチル基、2-エチルドデシル基、シクロヘキシル基、イソボルニル基、ポリエチレングリコールモノメチル基、塩化ヘキシル基、パーフルオロオクチル基、及びパーフルオロドデシル基等が挙げられる。
中でも、ノルマルオクチル基、2-エチルヘキシル基、ノルマルノニル基、ノルマルデシル基、ノルマルウンデシル基、ノルマルドデシル基、ノルマルテトラデシル基、及びノルマルオクタデシル基(ステアリル基)が好ましい。
炭素数6以上のアルキル基が置換基を有する場合、置換基としては、例えば、フェニル基及びナフチル基等の炭素数6以上アリール基、ハロゲン原子が挙げられる。また、炭素数6以上のアルキル基が置換基を有する場合、例えば、アリール基で置換されたアルキル基、ハロゲン原子で置換されたハロゲン化アルキル基であってもよい。
R1で表される炭素数6以上のアリール基は、総炭素数が6以上のアリール基であればよく、炭化水素である場合に限らず炭素-炭素結合間にヘテロ原子を含有してもよい。また、炭素数6以上のアリール基は、無置換でもよく、さらに置換基を有していてもよく、置換基を有する場合、置換基がハロゲン原子であることが好ましい。
炭素数6以上のアリール基としては、炭素数6以上50以下のアリール基が好ましく、炭素数6以上30以下のアリール基がより好ましく、炭素数8以上30以下のアリール基がさらに好ましく、炭素数8以上18以下のアリール基が特に好ましい。
具体的には、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、ピレニル基、ターフェニル基、クロロベンジル基、及びフルオロベンジル基等が挙げられる。
具体的には、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、ピレニル基、ターフェニル基、クロロベンジル基、及びフルオロベンジル基等が挙げられる。
中でも、フェニル基、及びナフチル基が好ましい。
炭素数6以上のアリール基が置換基を有する場合、置換基としては、例えば、ノルマルヘキシル基等の炭素数6以上のアルキル基、ハロゲン原子等が挙げられる。また、炭素数6以上のアリール基が置換基を有する場合、例えば、アルキル基に置換したアリール基であってもよく、ハロゲン原子で置換されたハロゲン化アリール基であってもよい。
一般式(1)中、Yは単結合又はヘテロ原子を有する2価の連結基を表す。
ヘテロ原子を有する2価の連結基とは、酸素、窒素、及び硫黄等の原子自体であってもよく、これらのヘテロ原子と、炭素原子と、を含む基でもよく、アルキル基の炭素-炭素結合間に酸素原子又は窒素原子が結合した基等であってもよい。
中でも、Yは、単結合、-O-、及び-NH-が好ましく、単結合、及び-O-がより好ましい。
ヘテロ原子を有する2価の連結基とは、酸素、窒素、及び硫黄等の原子自体であってもよく、これらのヘテロ原子と、炭素原子と、を含む基でもよく、アルキル基の炭素-炭素結合間に酸素原子又は窒素原子が結合した基等であってもよい。
中でも、Yは、単結合、-O-、及び-NH-が好ましく、単結合、及び-O-がより好ましい。
一般式(1)中、YとR1との組み合わせ(-Y-R1)としては、例えば、-O-C12H25、-O-C18H37、-O-CC6H5、-O-C2H4(OC2H4)nOH、-O-C2H4(OC2H4)nOCH3、-NH-C12H25、-NH-C18H37、-NH-CC6H5、-NH-C2H4(OC2H4)nOH、-NH-C2H4(OC2H4)nOCH3が挙げられる。中でも、-O-C12H25、-O-C18H37、及び-O-CC6H5が好ましい。
一般式(1)中、*は、結合部位を表す。
ポリマー粒子は、一般式(1)で表される基を少なくとも1つ有するが、2つ以上有することが好ましい。なお、ポリマー粒子が、一般式(1)で表される基を2つ以上有する場合、同一の構造であってもよく、異なる構造であってもよい。
また、一般式(1)で表される基は、ポリマーの主鎖に結合していてもよく、側鎖に結合していてもよい。ポリマー粒子中における一般式(1)で表される基を多く存在させることができる点から、ポリマーの主鎖末端ではなく側鎖に結合していることが好ましい。
また、一般式(1)で表される基は、ポリマーの主鎖に結合していてもよく、側鎖に結合していてもよい。ポリマー粒子中における一般式(1)で表される基を多く存在させることができる点から、ポリマーの主鎖末端ではなく側鎖に結合していることが好ましい。
ポリマー粒子は、例えば、界面活性剤、乳化剤又は分散剤の存在下で重合性モノマーを重合させる方法により合成できる。このような方法で重合を行うことで、分子量の増大に伴いポリマーが粒子状の析出するため、ポリマー粒子が得られる。
また、既存のポリマーを機械的に破砕してポリマー粒子にしてもよく、ポリマー溶液に溶解しているポリマーを再沈殿させることによってポリマー粒子としてもよい。
一般式(1)で表される基を、ポリマー粒子の構造中に導入する方法としては、例えば、一般式(1)で表される基を有するモノマーを重合する、又は重縮合することが挙げられる。
また、既存のポリマーを機械的に破砕してポリマー粒子にしてもよく、ポリマー溶液に溶解しているポリマーを再沈殿させることによってポリマー粒子としてもよい。
一般式(1)で表される基を、ポリマー粒子の構造中に導入する方法としては、例えば、一般式(1)で表される基を有するモノマーを重合する、又は重縮合することが挙げられる。
ポリマー粒子を合成する際、ポリマー粒子を非水性溶媒(好ましくは炭化水素系溶媒)に分散したラテックスにすることが好ましい。特に炭化水素系溶媒中で分散したラテックスであることが、前述の電極活物質との付着性が向上するため好ましい。
このような炭化水素系溶媒に分散しうるポリマー粒子としては、分散親和性基として炭素数6以上30以下のアルキル基を有するポリマー粒子であることが好ましい。
このような炭化水素系溶媒に分散しうるポリマー粒子としては、分散親和性基として炭素数6以上30以下のアルキル基を有するポリマー粒子であることが好ましい。
ポリマー粒子における一般式(1)で表される基は、下記一般式(1a)で表される繰り返し単位の一部であることが好ましい。
すなわち、ポリマー粒子は下記一般式(1a)で表される繰り返し単位を有することが好ましい。
すなわち、ポリマー粒子は下記一般式(1a)で表される繰り返し単位を有することが好ましい。
一般式(1a)中、R1及びYは、前述の一般式(1)におけるR1及びYと同義であり、好ましい態様も同じである。
一般式(1a)中、R2、R3、及びR4は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、又はハロゲン原子を表す。
一般式(1a)中、Lは、単結合、アルキレン基、アリーレン基又はカルボニル基を表す。
R2、R3、及びR4、Lは、後述の一般式(2)のR2、R3、及びR4、Lと同義である。
一般式(1a)中、R2、R3、及びR4は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、又はハロゲン原子を表す。
一般式(1a)中、Lは、単結合、アルキレン基、アリーレン基又はカルボニル基を表す。
R2、R3、及びR4、Lは、後述の一般式(2)のR2、R3、及びR4、Lと同義である。
ポリマー粒子は、炭化水素系溶媒中でのポリマー粒子の分散性をより高める観点から、下記一般式(2)で表される繰り返し単位を有することが好ましい。
一般式(2)中、R1aは、炭化水素である炭素数6以上30以下のアルキル基、又は炭化水素である炭素数6以上30以下のアリール基を表す。
炭化水素である炭素数6以上30以下のアルキル基は、直鎖状でもよく、分岐状でもよく、環状でもよい。また、アルキル基は、無置換でもよく、さらに置換基を有していてもよく、置換基を有する場合、置換基がハロゲン原子であることが好ましい。
炭化水素である炭素数6以上30以下のアルキル基としては、炭素数8以上30以下のアルキル基が好ましく、炭素数8以上18以下のアルキル基がより好ましい。
具体的には、ノルマルヘキシル基、ノルマルオクチル基、ノルマルノニル基、ノルマルデシル基、ノルマルウンデシル基、ノルマルドデシル基、ノルマルテトラデシル基、ノルマルヘキサデシル基、ステアリル基、2-エチルヘキシル基、2-エチルオクチル基、シクロヘキシル基、及び塩化ヘキシル基等が挙げられる。
中でも、ノルマルオクチル基、2-エチルヘキシル基、ノルマルノニル基、ノルマルデシル基、ノルマルウンデシル基、ノルマルドデシル基、ノルマルテトラデシル基、及びノルマルオクタデシル基(ステアリル基)が好ましい。
具体的には、ノルマルヘキシル基、ノルマルオクチル基、ノルマルノニル基、ノルマルデシル基、ノルマルウンデシル基、ノルマルドデシル基、ノルマルテトラデシル基、ノルマルヘキサデシル基、ステアリル基、2-エチルヘキシル基、2-エチルオクチル基、シクロヘキシル基、及び塩化ヘキシル基等が挙げられる。
中でも、ノルマルオクチル基、2-エチルヘキシル基、ノルマルノニル基、ノルマルデシル基、ノルマルウンデシル基、ノルマルドデシル基、ノルマルテトラデシル基、及びノルマルオクタデシル基(ステアリル基)が好ましい。
炭化水素である炭素数6以上30以下のアルキル基が置換基を有する場合、置換基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基等の炭素数6以上30以下のアリール基、ハロゲン原子が挙げられる。また、炭化水素である炭素数6以上30以下のアルキル基が置換基を有する場合、例えば、アリール基で置換されたアルキル基であってもよく、ハロゲン原子で置換されたハロゲン化アルキル基であってもよい。
炭化水素である炭素数6以上30以下のアリール基は、無置換でもよく、さらに置換基を有していてもよく、置換基を有する場合、置換基がハロゲン原子であることが好ましい。
炭化水素である炭素数6以上30以下のアリール基としては、炭素数8以上30以下のアリール基が好ましく、炭素数8以上18以下のアリール基がより好ましい。
具体的には、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、ピレニル基、ターフェニル基、クロロベンジル基、及びフルオロベンジル基等が挙げられる。
具体的には、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、ピレニル基、ターフェニル基、クロロベンジル基、及びフルオロベンジル基等が挙げられる。
中でも、フェニル基、及びナフチル基が好ましい。
炭化水素である炭素数6以上30以下のアリール基が置換基を有する場合、置換基としては、例えば、ノルマルヘキシル基等の炭素数6以上30以下のアルキル基、ハロゲン原子が挙げられる。また、炭化水素である炭素数6以上30以下のアリール基が置換基を有する場合、例えば、アルキル基に置換したアリール基であってもよく、ハロゲン原子で置換されたハロゲン化アリール基であってもよい。
一般式(2)中、R2、R3、及びR4は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、又はハロゲン原子を表す。
アルキル基としては、炭素数1以上20以下のアルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基が挙げられる。
アリール基としては、炭素数6以上20以下のアリール基が好ましく、例えば、フェニル基、ナフチル基が挙げられる。
ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
アルキル基としては、炭素数1以上20以下のアルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基が挙げられる。
アリール基としては、炭素数6以上20以下のアリール基が好ましく、例えば、フェニル基、ナフチル基が挙げられる。
ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
中でも、R2、R3、及びR4は、それぞれ独立に、水素原子又はアルキル基であることが好ましく、水素原子又は炭素数1~4のアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基)であることがより好ましく、水素原子又はメチル基であることがさらに好ましい。
一般式(2)中、Lは、単結合、アルキレン基、アリーレン基又はカルボニル基を表す。
アルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基が挙げられる。
アリーレン基としては、例えば、フェニレン基、ナフチレン基が挙げられる。
中でもLは、アリーレン基又はカルボニル基であることが好ましい。
アルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基が挙げられる。
アリーレン基としては、例えば、フェニレン基、ナフチレン基が挙げられる。
中でもLは、アリーレン基又はカルボニル基であることが好ましい。
一般式(2)中、Xは、単結合、酸素原子又はNR5を表す。R5は、水素原子又はアルキル基を表す。
中でもXは、単結合、及び酸素原子が好ましい。
R5で表されるアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、及びブチル基が挙げられる。
中でもXは、単結合、及び酸素原子が好ましい。
R5で表されるアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、及びブチル基が挙げられる。
一般式(1a)又は一般式(2)で表される繰り返し単位を、ポリマー粒子の構造中に導入する方法としては、例えば、一般式(1a)又は一般式(2)で表される繰り返し単位と反応性基とを有するポリマー分散剤(CA)の存在下で、各種反応性モノマーをラジカル重合する、又は重縮合することが挙げられる。つまり、ポリマー分散剤(CA)の反応性基を反応性モノマーと反応させてポリマー粒子を得ることができる。
ポリマー分散剤(CA)が有する反応性基としては、ラジカル重合性基(好ましくは(メタ)アクリロイル基)、ヒドロキシ基(好ましくは、ジオール基)等が挙げられる。
反応性基は、2価の連結基を介して前述の一般式(2)で表される繰り返し単位と結合していることが好ましい。
2価の連結基としては、1個~100個の炭素原子、0個~10個の窒素原子、0個~50個の酸素原子、1個~200個の水素原子、及び0個~20個の硫黄原子の組み合わせで形成される基が好ましい。これらの基は、無置換でもよく、さらに置換基を有していてもよい。
より具体的には、2価の連結基としては、例えば、2価の炭化水素基(2価の飽和炭化水素基であってもよく、2価の芳香族炭化水素基であってもよい。2価の飽和炭化水素基としては、直鎖状、分岐状または環状であってもよく、炭素数1~20であることが好ましく、例えば、アルキレン基が挙げられる。また、2価の芳香族炭化水素基としては、炭素数5~20であることが好ましく、例えば、フェニレン基が挙げられる。それ以外にも、アルケニレン基、又はアルキニレン基であってもよい。)、2価の複素環基、-O-、-S-、-SO2-、-NRL-、-CO-、-COO-、-CONRL-、-SO3-、-SO2NRL-、または、これらを2種以上組み合わせた基(例えば、アルキレンオキシ基、アルキレンオキシカルボニル基、アルキレンカルボニルオキシ基)が挙げられる。RLは、水素原子またはアルキル基(好ましくは炭素数1~10)を表す。
反応性基は、2価の連結基を介して前述の一般式(2)で表される繰り返し単位と結合していることが好ましい。
2価の連結基としては、1個~100個の炭素原子、0個~10個の窒素原子、0個~50個の酸素原子、1個~200個の水素原子、及び0個~20個の硫黄原子の組み合わせで形成される基が好ましい。これらの基は、無置換でもよく、さらに置換基を有していてもよい。
より具体的には、2価の連結基としては、例えば、2価の炭化水素基(2価の飽和炭化水素基であってもよく、2価の芳香族炭化水素基であってもよい。2価の飽和炭化水素基としては、直鎖状、分岐状または環状であってもよく、炭素数1~20であることが好ましく、例えば、アルキレン基が挙げられる。また、2価の芳香族炭化水素基としては、炭素数5~20であることが好ましく、例えば、フェニレン基が挙げられる。それ以外にも、アルケニレン基、又はアルキニレン基であってもよい。)、2価の複素環基、-O-、-S-、-SO2-、-NRL-、-CO-、-COO-、-CONRL-、-SO3-、-SO2NRL-、または、これらを2種以上組み合わせた基(例えば、アルキレンオキシ基、アルキレンオキシカルボニル基、アルキレンカルボニルオキシ基)が挙げられる。RLは、水素原子またはアルキル基(好ましくは炭素数1~10)を表す。
2価の連結基は置換基を有していてもよく、置換基を有する場合、置換基としては、例えば、メチル基及びエチル基等の炭素数1から20までのアルキル基、フェニル基及びナフチル基等の炭素数6から16までのアリール基、ヒドロキシ基、アミノ基、カルボキシ基、スルホンアミド基、N-スルホニルアミド基、アセトキシ基等の炭素数1から6までのアシルオキシ基、メトキシ基及びエトキシ基等の炭素数1から6までのアルコキシ基、塩素及び臭素等のハロゲン原子、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基及びシクロヘキシルオキシカルボニル基等の炭素数2から7までのアルコキシカルボニル基、シアノ基、t-ブチルカーボネート等の炭酸エステル基等が挙げられる。
以下にポリマー分散剤(CA)の具体例(CA-1~CA-18)を示す。ただし本発明の一実施形態におけるポリマー分散剤はこれに限るものではない。なお、下記具体例中のnは2以上の整数を表し、mは1以上の整数を表す。
例えば、ポリマー分散剤が、上記のポリマー分散剤(CA-1)~(CA-6)のように、末端にラジカル重合性不飽和基(アクリロイル基又はメタクリロイル基)を有する場合、ラジカル重合性モノマーとの共存下でラジカル重合を行い、任意の繰り返し単位を組合せた(メタ)アクリル系ポリマー粒子を得ることができる。
また、ポリマー分散剤が、上記のポリマー分散剤(CA-7)~(CA-18)のように、末端にジオール基を有する場合、イソシアネート基を有するモノマーとその他ジオールとの共存下で重縮合を行い、任意の繰り返し単位を組合せたウレタン系ポリマー粒子を得ることができる。
ポリマー分散剤は、重量平均分子量が、1,000以上30,000以下であることが好ましく、2,000以上20,000以下であることがより好ましく、3,000以上15,000以下であることがさらに好ましい。
ポリマー粒子は、前述の電極活物質と相互作用しうる基を有することが好ましい。電極活物質と相互作用し得る基としては、例えば、極性基、ラジカル重合性基等が挙げられる。
極性基としては、ヒドロキシ基、カルボキシ基、スルホン酸基、リン酸基、アミノ基、チオール基、及びイソシアネート基等が挙げられる。
ラジカル重合性基としては、(メタ)アクリロイル基、及びエポキシ基が挙げられる。
極性基としては、ヒドロキシ基、カルボキシ基、スルホン酸基、リン酸基、アミノ基、チオール基、及びイソシアネート基等が挙げられる。
ラジカル重合性基としては、(メタ)アクリロイル基、及びエポキシ基が挙げられる。
ポリマー粒子における電極活物質と相互作用しうる基としては、ヒドロキシ基、カルボキシ基、スルホン酸基、リン酸基、アミノ基、チオール基、イソシアネート基、(メタ)アクリロイル基、及びエポキシ基が好ましく、カルボキシ基がより好ましい。
ポリマー粒子は、電極活物質と相互作用しうる基を少なくとも1つ有することが好ましく、2つ以上有することがより好ましく、5つ以上有することがさらに好ましい。なお、ポリマー粒子が、電極活物質と相互作用しうる基を2つ以上有する場合、同一の構造であってもよく、異なる構造であってもよい。
また、電極活物質と相互作用しうる基は、ポリマーの主鎖に結合していてもよく、側鎖に結合していてもよい。ポリマー粒子中における一般式(1)で表される基を多く存在させることができる点から、ポリマーの主鎖末端ではなく側鎖に結合していることが好ましい。
また、電極活物質と相互作用しうる基は、ポリマーの主鎖に結合していてもよく、側鎖に結合していてもよい。ポリマー粒子中における一般式(1)で表される基を多く存在させることができる点から、ポリマーの主鎖末端ではなく側鎖に結合していることが好ましい。
ポリマー粒子のポリマーの主骨格としては、特に制限されない。ポリマーの主骨格は、ポリマー粒子の柔軟性の観点から、ポリ(メタ)アクリル、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタン及びポリウレアであることが好ましい。中でも、ポリ(メタ)アクリル及びポリウレタンであることがより好ましい。
ポリマー粒子の主骨格は、後述の各種ポリマーを形成しうる反応性モノマーをラジカル重合する、又は重縮合することで形成できる。
反応性モノマーから形成されるポリマー粒子は、ブロック共重合体、交互共重合体、及びランダム共重合体のいずれであってもよい。
ポリマー粒子の主骨格は、後述の各種ポリマーを形成しうる反応性モノマーをラジカル重合する、又は重縮合することで形成できる。
反応性モノマーから形成されるポリマー粒子は、ブロック共重合体、交互共重合体、及びランダム共重合体のいずれであってもよい。
-ポリ(メタ)アクリル-
ポリマー粒子のポリマーの主骨格がポリ(メタ)アクリルである場合、不飽和カルボン酸エステルモノマー、不飽和カルボン酸アミドモノマー、不飽和カルボン酸モノマー、芳香族基含有モノマー、及び環状脂肪族基含有モノマーなど反応性モノマーを重合することで形成することができる。
ポリマー粒子のポリマーの主骨格がポリ(メタ)アクリルである場合、不飽和カルボン酸エステルモノマー、不飽和カルボン酸アミドモノマー、不飽和カルボン酸モノマー、芳香族基含有モノマー、及び環状脂肪族基含有モノマーなど反応性モノマーを重合することで形成することができる。
不飽和カルボン酸エステルモノマーとしては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、n-プロピル(メタ)アクリレート、n-ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、t-ブチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、及びエチルヘキシル(メタ)アクリレート等のアルキル(メタ)アクリレート、ヒドロキシメチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシペンチル(メタ)アクリレート、及びヒドロキシヘキシル(メタ)アクリレート等のヒドロキシ基を有するエチレン性不飽和モノマー、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート等のジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレート、等の(メタ)アクリル酸エステルが挙げられる。
(メタ)アクリレートとは、アクリレート又はメタクリレートを意味する。
(メタ)アクリレートとは、アクリレート又はメタクリレートを意味する。
不飽和カルボン酸アミドモノマーとしては、例えば、N-ヒドロキシメチル(メタ)アクリルアミド、Nーヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド、及びN-ヒドロキシブチル(メタ)アクリルアミド等のN-ヒドロキシアルキル(メタ)アクリルアミド、N-メトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N-エトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N-n-ブトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N-イソブトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N-メトキシエチル(メタ)アクリルアミド、N-エトキシエチル(メタ)アクリルアミド、N-n-ブトキシエチル(メタ)アクリルアミド、及びN-イソブトキシエチル(メタ)アクリルアミド等のN-アルコキシアルキル(メタ)アクリルアミド等の(メタ)アクリルアミドが挙げられる。
不飽和カルボン酸モノマーとしては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、2-メタクリロイルオキシメチルコハク酸が挙げられる。中でも、アクリル酸及びメタクリル酸が好ましい。
芳香族基含有モノマーとしては、例えば、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、スチレン系モノマーが挙げられる。中でも、ポリマー鎖の親水性と疎水性のバランスの観点から、芳香族基含有(メタ)アクリレートモノマーが好ましく、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、及びフェニル(メタ)アクリレートがより好ましく、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、及びベンジル(メタ)アクリレートが更に好ましい。
環状脂肪族基含有モノマーは、環状脂肪族炭化水素に由来する環状脂肪族基とエチレン性不飽和結合とを有するモノマーであることが好ましく、環状脂肪族基含有(メタ)アクリレートモノマー(以下、脂環式(メタ)アクリレートということがある)がより好ましい。
脂環式(メタ)アクリレートとは、(メタ)アクリル酸に由来する構成部位とアルコールに由来する構成部位とを含み、アルコールに由来する構成部位に、無置換又は置換された脂環式炭化水素基(環状脂肪族基)を少なくとも1つ含む構造を有している化合物である。尚、脂環式炭化水素基は、アルコールに由来する構成部位そのものであっても、連結基を介してアルコールに由来する構成部位に結合していてもよい。
脂環式(メタ)アクリレートとは、(メタ)アクリル酸に由来する構成部位とアルコールに由来する構成部位とを含み、アルコールに由来する構成部位に、無置換又は置換された脂環式炭化水素基(環状脂肪族基)を少なくとも1つ含む構造を有している化合物である。尚、脂環式炭化水素基は、アルコールに由来する構成部位そのものであっても、連結基を介してアルコールに由来する構成部位に結合していてもよい。
脂環式炭化水素基としては、環状の非芳香族炭化水素基を含む基であれば特に限定はなく、単環式炭化水素基、2環式炭化水素基、及び3環式以上の多環式炭化水素基が挙げられる。脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロペンチル基、及びシクロヘキシル基などのシクロアルキル基、シクロアルケニル基、ビシクロヘキシル基、ノルボルニル基、イソボルニル基、ジシクロペンタニル基、ジシクロペンテニル基、アダマンチル基、デカヒドロナフタレニル基、ペルヒドロフルオレニル基、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニル基、及びビシクロ[4.3.0]ノナンを挙げることができる。
脂環式炭化水素基は、更に置換基を有してもよい。置換基としては、例えば、アルキル基、アルケニル基、アリール基、アラルキル基、アルコキシ基、ヒドロキシ基、1級アミノ基、2級アミノ基、3級アミノ基、アルキル又はアリールカルボニル基、シアノ基が挙げられる
脂環式炭化水素基は、更に置換基を有してもよい。置換基としては、例えば、アルキル基、アルケニル基、アリール基、アラルキル基、アルコキシ基、ヒドロキシ基、1級アミノ基、2級アミノ基、3級アミノ基、アルキル又はアリールカルボニル基、シアノ基が挙げられる
以下、ポリ(メタ)アクリルの具体例を示す。
なお、具体例における(CA-1)~(CA-6)で表される繰り返し単位は、前述のポリマー分散剤(CA-1)~(CA-6)に由来する繰り返し単位を示す。
また、具体例の構造における数字は、括弧内の繰り返し単位のモル比を表す。
具体例中、xxは、1以上の整数を表す。
なお、具体例における(CA-1)~(CA-6)で表される繰り返し単位は、前述のポリマー分散剤(CA-1)~(CA-6)に由来する繰り返し単位を示す。
また、具体例の構造における数字は、括弧内の繰り返し単位のモル比を表す。
具体例中、xxは、1以上の整数を表す。
-ポリウレタン-
ポリマー粒子のポリマーの主骨格がポリウレタンである場合、イソシアネート化合物と活性水素を有する化合物とを縮合反応させることで粒子を形成することができる。
また、ポリウレタンは、イソシアネート化合物と活性水素を有する化合物を縮合反応させたのち、得られたポリウレタンを機械的に粉砕又は貧溶媒中に分散させることで得られる。
ポリマー粒子のポリマーの主骨格がポリウレタンである場合、イソシアネート化合物と活性水素を有する化合物とを縮合反応させることで粒子を形成することができる。
また、ポリウレタンは、イソシアネート化合物と活性水素を有する化合物を縮合反応させたのち、得られたポリウレタンを機械的に粉砕又は貧溶媒中に分散させることで得られる。
イソシアネート化合物の例としては、トリレンジイソシアネート、4,4-ジフェニルメタンジイソシアネート、キシレンジイソシアネート、メタキシレンジイソシアネート、1,6-ヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、4,4´-メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)、メチルシクロヘキサン-2,4-(又は-2,6-)-ジイソシアネート、1,3-ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、イソホロンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、及びダイマー酸ジイソシアネート等の2個のイソシアネート基を有するものが挙げられる。
また、イソシアネート化合物をイソシアヌレート体、ビューレット体、アダクト体、及びポリメリック体とした多官能のイソシアネート基を有する化合物(ポリイソシアネート)、例えば、4,4’、4”-トリフェニルメタントリイソシアネート、2,4-トリレンジイソシアネートの環状三量体、2,6-トリレンジイソシアネートの環状三量体、混合した2,4-及び2,6-トリレンジイソシアネートの環状三量体、ジフェニールメタン-4,4’-ジイソシアネートの三量体、3モルのジフェニールメタン-4,4’-ジイソシアネートと1モルのトリメチロールプロパンとの反応生成物、3モルの2,4-トリレンジイソシアネートと1モルのトリメチロールプロパンとの反応生成物、3モルの2,6-トリレンジイソシアネートと1モルのトリメチロールプロパンとの反応生成物、3モルの2,4-トリレンジイソシアネートと1モルのトリメチロールエタンとの反応生成物、3モルの2,6-トリレンジイソシアネートと1モルのトリメチロールエタンとの反応生成物、混合した3モルの2,4-及び2,6-トリレンジイソシアネートと1モルのトリメチロールプロパンとの反応生成物、及びこれらのポリイソシアネートのイソシアネート基の一部又は全部に、活性水素を分子内に1個有する化合物(メタノール、エタノール、フェノール、クレゾール、ε-カプロラクタム、メチルエチルケトンオキシム、アセトンオキシム、N,N-ジメチルヒドロキシアミン、マロン酸ジエチル、アセチルアセトン等)を付加反応した化合物等を使用することができる。
活性水素を有する化合物としては、例えば、水、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、オクタンジオール、ネオペンチルグリコール、グリセリン、トリメチルロールプロパン、ヘキサントリオール、トリエタノールアミン、ペンタエリスリトール、エチレンジアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、1,4-ベンゼンチオール、ソルビトール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリエチレンアジペート、ポリブチレンアジペート、ポリテトラメチレングリコール、ポリヘキサメチレンアジペート、ポリ-ε-カプロラクトン、ポリヘキサメチレンカーボネート、及びこれらの混合物又は共重合物が挙げられる。また、活性水素を有する化合物としては、上記の他にもイソシアネート化合物と反応するものは全て使用することができる。
以下、ポリウレタンの具体例を示す。
なお、具体例における(CA-7)~(CA-18)で表される繰り返し単位は、前述のポリマー分散剤(CA-7)~(CA-18)に由来する繰り返し単位を示す。
また、具体例の構造における数字は、括弧内の繰り返し単位のモル比を表す。
なお、具体例における(CA-7)~(CA-18)で表される繰り返し単位は、前述のポリマー分散剤(CA-7)~(CA-18)に由来する繰り返し単位を示す。
また、具体例の構造における数字は、括弧内の繰り返し単位のモル比を表す。
ポリマーの主骨格がポリウレタンである場合、上記の具体例の他に、特開平7-97425号公報に記載の炭化水素溶媒に分散したウレタンラテックスも好適に用いることができる。
-ポリウレア-
ポリマー粒子のポリマーの主骨格がポリウレアである場合、イソシアネート化合物とジアミン化合物とを縮合反応させることで粒子を形成することができる。
また、ポリウレアは、イソシアネート化合物とジアミン化合物を縮合反応させたのち、得られたポリウレアを機械的に粉砕又は貧溶媒中に分散させることで得られる。
ポリマー粒子のポリマーの主骨格がポリウレアである場合、イソシアネート化合物とジアミン化合物とを縮合反応させることで粒子を形成することができる。
また、ポリウレアは、イソシアネート化合物とジアミン化合物を縮合反応させたのち、得られたポリウレアを機械的に粉砕又は貧溶媒中に分散させることで得られる。
ポリマー粒子がポリウレアから形成される場合、以下の具体例に示す構造であることが好ましい。
なお、具体例における(CA-9)~(CA-10)で表される繰り返し単位は、前述のポリマー分散剤(CA-9)~(CA-10)に由来する繰り返し単位を示す。
また、具体例の構造における数字は、括弧内の構造単位のモル比を表す。
なお、具体例における(CA-9)~(CA-10)で表される繰り返し単位は、前述のポリマー分散剤(CA-9)~(CA-10)に由来する繰り返し単位を示す。
また、具体例の構造における数字は、括弧内の構造単位のモル比を表す。
-ポリエステル-
ポリマー粒子のポリマーの主骨格がポリエステルである場合、ジカルボン酸ジクロリド化合物とジオール化合物とを重縮合反応させることで粒子を合成することができる。
また、ポリエステルは、ジカルボン酸ジクロリド化合物とジオール化合物を重縮合反応させたのち、得られたポリエステルを機械的に粉砕又は貧溶媒中に分散させることで得られる。
ポリマー粒子のポリマーの主骨格がポリエステルである場合、ジカルボン酸ジクロリド化合物とジオール化合物とを重縮合反応させることで粒子を合成することができる。
また、ポリエステルは、ジカルボン酸ジクロリド化合物とジオール化合物を重縮合反応させたのち、得られたポリエステルを機械的に粉砕又は貧溶媒中に分散させることで得られる。
ポリマー粒子の主骨格がポリエステルから形成される場合、以下の具体例に示す構造であることが好ましい。
なお、具体例における(CA-9)~(CA-10)で表される繰り返し単位は、前述のポリマー分散剤(CA-9)~(CA-10)に由来する繰り返し単位を示す。
また、具体例の構造における数字は、括弧内の構造単位のモル比を表す。
なお、具体例における(CA-9)~(CA-10)で表される繰り返し単位は、前述のポリマー分散剤(CA-9)~(CA-10)に由来する繰り返し単位を示す。
また、具体例の構造における数字は、括弧内の構造単位のモル比を表す。
ポリマー粒子の形状は限定されない。ポリマー粒子は真球状であってもよく、扁平形状であってもよい。また、ポリマー粒子の表面は平滑であってもよく、凹凸形状を形成していてもよい。
さらに、ポリマー粒子は中空であってもよく、中空部分に異なる材質のポリマーが含まれていてもよい。ポリマー粒子の中空率については特に限定されない。
さらに、ポリマー粒子は中空であってもよく、中空部分に異なる材質のポリマーが含まれていてもよい。ポリマー粒子の中空率については特に限定されない。
ポリマー粒子の体積平均粒子径は、0.05μm~20μmが好ましく、0.1μm~10μmがより好ましく、0.2μm~1μmがさらに好ましい。
体積平均粒子径は、レーザ回折/散乱式粒度分布測定装置LA-920((株)堀場製作所製)で測定することができる。
体積平均粒子径は、レーザ回折/散乱式粒度分布測定装置LA-920((株)堀場製作所製)で測定することができる。
ポリマー粒子中は、金属元素及び金属元素イオンを有さないことが好ましい。すなわち、ポリマー粒子は、金属のイオン伝導性を有さない(所定のイオン伝導度以下である)ことが好ましい。
具体的には、ポリマー粒子のイオン伝導度は、10-7S/cm以下が好ましく、10-9S/cm以下がより好ましい。ポリマー粒子のイオン伝導度が、この範囲であることで、ポリマー粒子へのイオンの挿入が抑制され、電極活物質と無機固体電解質間でのイオン伝導がスムーズに行われる。
なお、イオン伝導度は、既述の方法により測定できる。
具体的には、ポリマー粒子のイオン伝導度は、10-7S/cm以下が好ましく、10-9S/cm以下がより好ましい。ポリマー粒子のイオン伝導度が、この範囲であることで、ポリマー粒子へのイオンの挿入が抑制され、電極活物質と無機固体電解質間でのイオン伝導がスムーズに行われる。
なお、イオン伝導度は、既述の方法により測定できる。
ポリマー粒子のガラス転移温度は、-70℃以上50℃未満が好ましく、-70℃以上30℃未満がより好ましく、-70℃以上0℃未満がさらに好ましい。
ガラス転移温度は、示差走査熱量計「X-DSC7000」(商品名、SII・ナノテクノロジー(株)製)を用いて下記の条件で測定した。測定は同一の試料で二回実施し、二回目の測定結果を採用することができる。
-測定条件-
測定室内の雰囲気:窒素(50mL/min)
昇温速度:5℃/min
測定開始温度:-100℃
測定終了温度:200℃
試料パン:アルミニウム製パン
測定試料の質量:5mg
Tgの算定:DSCチャートの下降開始点と下降終了点の中間温度の小数点以下を四捨五入することでTgを算定する。
測定室内の雰囲気:窒素(50mL/min)
昇温速度:5℃/min
測定開始温度:-100℃
測定終了温度:200℃
試料パン:アルミニウム製パン
測定試料の質量:5mg
Tgの算定:DSCチャートの下降開始点と下降終了点の中間温度の小数点以下を四捨五入することでTgを算定する。
ポリマー粒子は、重量平均分子量が、10,000以上500,000未満であることが好ましく、20,000以上200,000未満がより好ましく、30,000以上100,000未満がさらに好ましい。
重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって測定され、下記の標準試料換算で計測した値を採用できる。測定装置及び測定条件としては、下記条件1によることを基本とし、試料の溶解性等により条件2とすることを許容する。ただし、ポリマーの種類によっては、さらに適宜適切なキャリア(溶離液)及びそれに適合したカラムを選定して用いてもよい。
(条件1)
測定機器:EcoSEC HLC-8320(商品名、東ソー社製)
カラム:TOSOH TSKgel Super AWM-H(商品名、東ソー社製)を2本つなげる
キャリア:10mM LiBr/N-メチルピロリドン
測定温度:40℃
キャリア流量:1.0ml/min
試料濃度:0.1質量%
検出器:RI(示差屈折率)検出器
標準試料:ポリスチレン
測定機器:EcoSEC HLC-8320(商品名、東ソー社製)
カラム:TOSOH TSKgel Super AWM-H(商品名、東ソー社製)を2本つなげる
キャリア:10mM LiBr/N-メチルピロリドン
測定温度:40℃
キャリア流量:1.0ml/min
試料濃度:0.1質量%
検出器:RI(示差屈折率)検出器
標準試料:ポリスチレン
(条件2)
測定機器:同上
カラム:TOSOH TSKgel Super HZM-H、
TOSOH TSKgel Super HZ4000、及び
TOSOH TSKgel Super HZ2000
(いずれも商品名、東ソー社製)をつないだカラムを用いる。
キャリア:テトラヒドロフラン
測定温度:40℃
キャリア流量:1.0ml/min
試料濃度:0.1質量%
検出器:RI(示差屈折率)検出器
標準試料:ポリスチレン
測定機器:同上
カラム:TOSOH TSKgel Super HZM-H、
TOSOH TSKgel Super HZ4000、及び
TOSOH TSKgel Super HZ2000
(いずれも商品名、東ソー社製)をつないだカラムを用いる。
キャリア:テトラヒドロフラン
測定温度:40℃
キャリア流量:1.0ml/min
試料濃度:0.1質量%
検出器:RI(示差屈折率)検出器
標準試料:ポリスチレン
(正極活物質)
電極活物質として、正極活物質を用いてもよい。正極活物質を用いることで、固体電解質組成物を、正極材料用の組成物とすることができる。
正極活物質には遷移金属酸化物を用いることが好ましく、中でも、遷移元素Ma(Co、Ni、Fe、Mn、Cu、及びVから選択される1種以上の元素)を有することが好ましい。また、混合元素Mb(リチウム以外の金属周期律表の第1(Ia)族の元素、第2(IIa)族の元素、Al、Ga、In、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Si、P、及びBなど)を混合してもよい。
電極活物質として、正極活物質を用いてもよい。正極活物質を用いることで、固体電解質組成物を、正極材料用の組成物とすることができる。
正極活物質には遷移金属酸化物を用いることが好ましく、中でも、遷移元素Ma(Co、Ni、Fe、Mn、Cu、及びVから選択される1種以上の元素)を有することが好ましい。また、混合元素Mb(リチウム以外の金属周期律表の第1(Ia)族の元素、第2(IIa)族の元素、Al、Ga、In、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Si、P、及びBなど)を混合してもよい。
遷移金属酸化物としては、例えば、下記式(MA)~(MC)のいずれかで表される特定遷移金属酸化物、又はその他の遷移金属酸化物としてV2O5、及びMnO2等が挙げられる。
正極活物質には、粒子状の正極活物質を用いてもよい。具体的に、可逆的にリチウムイオンを挿入、放出できる遷移金属酸化物を用いることができ、上記特定遷移金属酸化物を用いることが好ましい。
正極活物質には、粒子状の正極活物質を用いてもよい。具体的に、可逆的にリチウムイオンを挿入、放出できる遷移金属酸化物を用いることができ、上記特定遷移金属酸化物を用いることが好ましい。
遷移金属酸化物は、上記遷移元素Maを含む酸化物等が好適に挙げられる。この場合混合元素Mb(好ましくはAl)などを混合してもよい。混合元素Mbの混合量としては、遷移金属の量に対して0mol%~30mol%が好ましい。
遷移元素Maを含む酸化物としては、Maに対するLiのモル比(Ma/Li)が0.3~2.2になるようにMaを混合して合成されたものがより好ましい。
遷移元素Maを含む酸化物としては、Maに対するLiのモル比(Ma/Li)が0.3~2.2になるようにMaを混合して合成されたものがより好ましい。
-式(MA)で表される遷移金属酸化物(層状岩塩型構造)-
リチウム含有遷移金属酸化物としては中でも下式(MA)で表される遷移金属酸化物が好ましい。
リチウム含有遷移金属酸化物としては中でも下式(MA)で表される遷移金属酸化物が好ましい。
LiaM1Ob ・・・ 式(MA)
式(MA)中、M1は上記Maと同義であり、好ましい範囲も同じである。aは0~1.2を表し、0.2~1.2が好まく、0.6~1.1がより好ましい。bは1~3を表し、2が好ましい。M1の一部は上記混合元素Mbで置換されていてもよい。
式(MA)で表される遷移金属酸化物は典型的には層状岩塩型構造を有する。
式(MA)中、M1は上記Maと同義であり、好ましい範囲も同じである。aは0~1.2を表し、0.2~1.2が好まく、0.6~1.1がより好ましい。bは1~3を表し、2が好ましい。M1の一部は上記混合元素Mbで置換されていてもよい。
式(MA)で表される遷移金属酸化物は典型的には層状岩塩型構造を有する。
式(MA)で表される遷移金属酸化物は、下記の各式で表されるものがより好ましい。
(MA-1) LigCoOk
(MA-2) LigNiOk
(MA-3) LigMnOk
(MA-4) LigCojNi1-jOk
(MA-5) LigNijMn1-jOk
(MA-6) LigCojNiiAl1-j-iOk
(MA-7) LigCojNiiMn1-j-iOk
(MA-2) LigNiOk
(MA-3) LigMnOk
(MA-4) LigCojNi1-jOk
(MA-5) LigNijMn1-jOk
(MA-6) LigCojNiiAl1-j-iOk
(MA-7) LigCojNiiMn1-j-iOk
gは式(MA)中のaと同義であり、好ましい範囲も同じである。jは0.1~0.9を表す。iは0~1を表す。ただし、1-j-iは0以上になる。kは式(MA)中のbと同義であり、好ましい範囲も同じである。
これらの遷移金属化合物の具体例としては、LiCoO2(コバルト酸リチウム[LCO])、LiNi2O2(ニッケル酸リチウム)LiNi0.85Co0.01Al0.05O2(ニッケルコバルトアルミニウム酸リチウム[NCA])、LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2(ニッケルマンガンコバルト酸リチウム[NMC])、及びLiNi0.5Mn0.5O2(マンガンニッケル酸リチウム)が挙げられる。
これらの遷移金属化合物の具体例としては、LiCoO2(コバルト酸リチウム[LCO])、LiNi2O2(ニッケル酸リチウム)LiNi0.85Co0.01Al0.05O2(ニッケルコバルトアルミニウム酸リチウム[NCA])、LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2(ニッケルマンガンコバルト酸リチウム[NMC])、及びLiNi0.5Mn0.5O2(マンガンニッケル酸リチウム)が挙げられる。
式(MA)で表される遷移金属酸化物としては、下記で表される化合物も好ましい例として挙げられる。
(i)LigNixcMnycCozcO2(xc>0.2,yc>0.2,zc≧0,xc+yc+zc=1)
代表的な例を以下に示す。
LigNi1/3Mn1/3Co1/3O2
LigNi1/2Mn1/2O2
代表的な例を以下に示す。
LigNi1/3Mn1/3Co1/3O2
LigNi1/2Mn1/2O2
(ii)LigNixdCoydAlzdO2(xd>0.7,yd>0.1,0.1>zd≧0.05,xd+yd+zd=1)
代表的な例を以下に示す
LigNi0.8Co0.15Al0.05O2
代表的な例を以下に示す
LigNi0.8Co0.15Al0.05O2
-式(MB)で表される遷移金属酸化物(スピネル型構造)-
リチウム含有遷移金属酸化物としては中でも下記式(MB)で表されるものも好ましい。
リチウム含有遷移金属酸化物としては中でも下記式(MB)で表されるものも好ましい。
LicM2
2Od ・・・ 式(MB)
式(MB)中、M2は上記Maと同義であり、好ましい範囲も同じである。cは0~2を表し、0.2~2が好ましく、0.6~1.5がより好ましい。dは3~5を表し、4が好ましい。
式(MB)で表される遷移金属酸化物は、下記の各式で表される遷移金属酸化物がより好ましい。
式(MB)中、mはcと同義であり、好ましい範囲も同じである。nはdと同義であり、好ましい範囲も同じである。pは0~2を表す。
式(MB)中、mはcと同義であり、好ましい範囲も同じである。nはdと同義であり、好ましい範囲も同じである。pは0~2を表す。
(MB-1) LimMn2On
(MB-2) LimMnpAl2-pOn
(MB-3) LimMnpNi2-pOn
(MB-2) LimMnpAl2-pOn
(MB-3) LimMnpNi2-pOn
遷移金属化合物としては、例えば、LiMn2O4、LiMn1.5Ni0.5O4等が挙げられる。
式(MB)で表される遷移金属酸化物は、さらに下記の各式で表される化合物も好ましい例として挙げられる。下記のうち、高容量及び高出力の観点から、Niを含む(e)がより好ましい。
(a) LiCoMnO4
(b) Li2FeMn3O8
(c) Li2CuMn3O8
(d) Li2CrMn3O8
(e) Li2NiMn3O8
(b) Li2FeMn3O8
(c) Li2CuMn3O8
(d) Li2CrMn3O8
(e) Li2NiMn3O8
-式(MC)で表される遷移金属酸化物-
リチウム含有遷移金属酸化物は、リチウム含有遷移金属リン酸化物が好ましく、下記式(MC)で表される化合物も好ましい。
リチウム含有遷移金属酸化物は、リチウム含有遷移金属リン酸化物が好ましく、下記式(MC)で表される化合物も好ましい。
LieM3(PO4)f ・・・ 式(MC)
式(MC)中、eは0~2を表し、0.2~2が好ましく、0.5~1.5がより好ましい。fは1~5を表し、1~2が好ましい。
M3はV、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni及びCuからなる群から選択される1種以上の元素を表す。M3は、上記の混合元素Mbのほか、Ti、Cr、Zn、Zr、及びNb等の他の金属で置換していてもよい。
具体例としては、例えば、LiFePO4、Li3Fe2(PO4)3等のオリビン型リン酸鉄塩、LiFeP2O7等のピロリン酸鉄類、LiCoPO4等のリン酸コバルト類、Li3V2(PO4)3(リン酸バナジウムリチウム)等の単斜晶ナシコン型リン酸バナジウム塩が挙げられる。
具体例としては、例えば、LiFePO4、Li3Fe2(PO4)3等のオリビン型リン酸鉄塩、LiFeP2O7等のピロリン酸鉄類、LiCoPO4等のリン酸コバルト類、Li3V2(PO4)3(リン酸バナジウムリチウム)等の単斜晶ナシコン型リン酸バナジウム塩が挙げられる。
なお、式(MA)~式(MC)においてLiの組成比を表すa、c、g、m、e値は、充放電により変化する値であり、典型的には、Liを含有したときの安定な状態の値で評価される。a~eでは特定値としてLiの組成を示しており、これも同様に電池の動作により変化する値である。
非含水の全固体二次電池において、正極活物質の体積平均粒子径は、特に限定されず、0.1μm~50μmが好ましい。正極活物質を所定の粒子径に調整するには、通常の粉砕機や分級機を用いればよい。焼成法によって得られた正極活物質は、水、酸性水溶液、アルカリ性水溶液、又は有機溶剤にて洗浄した後使用してもよい。正極活物質粒子の体積平均粒子径は、前述の無機固体電解質の体積平均粒子径と同様の測定方法により測定する。
正極活物質の濃度は特に限定されず、固体電解質組成物の全固形成分に対して、20質量%~90質量%が好ましく、40質量%~80質量%がより好ましい。
なお、正極層が他の無機固体(例えば固体電解質)を含む場合には、正極活物質と他の無機固体との合計質量が上記の濃度であることが好ましい。
なお、正極層が他の無機固体(例えば固体電解質)を含む場合には、正極活物質と他の無機固体との合計質量が上記の濃度であることが好ましい。
(負極活物質)
電極活物質として、負極活物質を用いてもよい。負極活物質を用いることで、固体電解質組成物を、負極材料用の組成物とすることができる。
負極活物質としては、可逆的にリチウムイオンを挿入及び放出できる材料が好ましい。負極活物質として使用可能な材料には、特に制限はなく、例えば、炭素質材料、酸化錫及び酸化ケイ素等の金属酸化物、金属複合酸化物、リチウム単体及びリチウムアルミニウム合金等のリチウム合金、Sn及びSi等のリチウムと合金形成可能な金属が挙げられる。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ又は比率で併用してもよい。中でも、負極活物質として使用可能な材料としては、安全性の点から、炭素質材料又はリチウム複合酸化物が好ましい。また、金属複合酸化物としては、リチウムを吸蔵及び放出可能である化合物が好ましく、特には制限されないが、高電流密度充放電特性の観点から、構成成分としてチタン及び/又はリチウムを含有している化合物が好ましい。
電極活物質として、負極活物質を用いてもよい。負極活物質を用いることで、固体電解質組成物を、負極材料用の組成物とすることができる。
負極活物質としては、可逆的にリチウムイオンを挿入及び放出できる材料が好ましい。負極活物質として使用可能な材料には、特に制限はなく、例えば、炭素質材料、酸化錫及び酸化ケイ素等の金属酸化物、金属複合酸化物、リチウム単体及びリチウムアルミニウム合金等のリチウム合金、Sn及びSi等のリチウムと合金形成可能な金属が挙げられる。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ又は比率で併用してもよい。中でも、負極活物質として使用可能な材料としては、安全性の点から、炭素質材料又はリチウム複合酸化物が好ましい。また、金属複合酸化物としては、リチウムを吸蔵及び放出可能である化合物が好ましく、特には制限されないが、高電流密度充放電特性の観点から、構成成分としてチタン及び/又はリチウムを含有している化合物が好ましい。
負極活物質として用いられる炭素質材料としては、例えば、石油ピッチ、天然黒鉛、気相成長黒鉛等の人造黒鉛及びポリアクリロニトリル(PAN)系の樹脂又はフルフリルアルコール樹脂等の各種の合成樹脂を焼成した炭素質材料を挙げることができる。さらに、PAN系炭素繊維、セルロース系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、気相成長炭素繊維、脱水ポリビニルアルコール(PVA)系炭素繊維、リグニン炭素繊維、ガラス状炭素繊維、活性炭素繊維等の各種炭素繊維類、メソフェーズ微小球体、グラファイトウィスカー、及び平板状の黒鉛等を挙げることもできる。
これらの炭素質材料は、黒鉛化の程度により難黒鉛化炭素材料と黒鉛系炭素材料に分けることもできる。また炭素質材料は、特開昭62-22066号公報、特開平2-6856号公報、同3-45473号公報に記載される面間隔、密度、及び結晶子の大きさを有することが好ましい。炭素質材料は、単一の材料である必要はなく、特開平5-90844号公報に記載の天然黒鉛と人造黒鉛の混合物、特開平6-4516号公報に記載の被覆層を有する黒鉛等を用いることもできる。
負極活物質として用いられる金属酸化物及び金属複合酸化物としては、特に非晶質酸化物が好ましく、さらに金属元素と周期律表第16族の元素との反応生成物であるカルコゲナイドも好ましい。
ここでいう「非晶質」とは、CuKα線を用いたX線回折法で測定されたX線回折強度曲線において、2θ値で20°~40°の領域に頂点(ピーク)を有するブロードな散乱帯を有するものを意味し、結晶性の回折線を有してもよい。2θ値で40°以上70°以下にみられる結晶性の回折線のうち、最も強い強度が、2θ値で20°以上40°以下にみられるブロードな散乱帯の頂点の回折線強度の100倍以下が好ましく、5倍以下がより好ましく、結晶性の回折線を有さないことがさらに好ましい。
ここでいう「非晶質」とは、CuKα線を用いたX線回折法で測定されたX線回折強度曲線において、2θ値で20°~40°の領域に頂点(ピーク)を有するブロードな散乱帯を有するものを意味し、結晶性の回折線を有してもよい。2θ値で40°以上70°以下にみられる結晶性の回折線のうち、最も強い強度が、2θ値で20°以上40°以下にみられるブロードな散乱帯の頂点の回折線強度の100倍以下が好ましく、5倍以下がより好ましく、結晶性の回折線を有さないことがさらに好ましい。
非晶質酸化物及びカルコゲナイドを含む化合物群のなかでも、半金属元素の非晶質酸化物、及びカルコゲナイドがより好ましく、周期律表第13(IIIB)族~第15(VB)族の元素(Al、Ga、Si、Sn、Ge、Pb、Sb、及びBi)から選ばれる1種単独あるいはそれらの2種以上の組み合わせからなる酸化物、及びカルコゲナイドがさらに好ましい。好ましい非晶質酸化物及びカルコゲナイドの具体例としては、Ga2O3、SiO、GeO、SnO、SnO2、PbO、PbO2、Pb2O3、Pb2O4、Pb3O4、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、Bi2O3、Bi2O4、SnSiO3、GeS、SnS、SnS2、PbS、PbS2、Sb2S3、Sb2S5、及びSnSiS3などが挙げられる。また、これらは、酸化リチウムとの複合酸化物(例えば、Li2SnO2)であってもよい。
負極活物質の体積平均粒子径は、0.1μm~60μmが好ましい。所定の粒子径に調整するには、公知の粉砕機及び分級機(例えば、乳鉢、ボールミル、サンドミル、振動ボールミル、衛星ボールミル、遊星ボールミル、旋回気流型ジェットミル、篩)が好適に用いられる。粉砕時には水、又はメタノール等の有機溶媒を共存させた湿式粉砕も必要に応じて行うことができる。所望の粒子径とするためには分級を行うことが好ましい。分級方法としては特に限定はなく、篩、及び風力分級機などを必要に応じて用いることができる。分級は乾式、及び湿式ともに用いることができる。負極活物質粒子の体積平均粒子径は、前述の無機固体電解質の体積平均粒子径と同様の測定方法より測定する。
焼成法により得られた化合物の組成式は、誘導結合プラズマ(ICP)又は発光分光分析法により求めることができる。また、簡便法として、焼成前後の粉体の質量差から求めてもよい。
Sn、Si、又はGeを中心元素として含む非晶質酸化物負極活物質とともに使用可能な負極活物質としては、リチウムイオン又はリチウム金属を吸蔵及び放出できる炭素材料、リチウム、リチウム合金、及びリチウムと合金可能な金属が好適に挙げられる。
負極活物質はチタン原子を含有することが好ましい。チタン元素を含む負極活物質としては、例えば、Li4Ti5O12がリチウムイオンの吸蔵及び放出時の体積変動が小さいことから、急速充放電特性に優れ、電極の劣化が抑制されリチウムイオン二次電池の寿命向上が可能となる点で好ましい。
また、Si系の負極活物質を用いることも好ましい。一般的にSi系の負極活物質は、炭素質材料(黒鉛、及びアセチレンブラックなど)に比べて、より多くのLiイオンを吸蔵できる。そのため、単位質量あたりのLiイオン吸蔵量が増加し、電池容量を大きくすることができる。その結果、バッテリー駆動時間を長くすることができるという利点がある。
また、Si系の負極活物質を用いることも好ましい。一般的にSi系の負極活物質は、炭素質材料(黒鉛、及びアセチレンブラックなど)に比べて、より多くのLiイオンを吸蔵できる。そのため、単位質量あたりのLiイオン吸蔵量が増加し、電池容量を大きくすることができる。その結果、バッテリー駆動時間を長くすることができるという利点がある。
負極活物質の濃度は特に限定されず、固体電解質組成物の全固形成分に対して、10質量%~80質量%が好ましく、20質量%~70質量%がより好ましい。負極活物質と他の無機固体(例えば無機固体電解質)との合計質量が上記の濃度であることが好ましい。
なお、上記の実施形態では、本発明の一実施形態の固体電解質組成物に正極活物質及び負極活物質を含有させる例を示したが、本発明の一実施形態はこれにより限定して解釈されるものではない。
例えば、ポリマーを用いて正極活物質及び負極活物質を含むペーストを調製してもよい。
また、正極及び負極の活物質層には、適宜必要に応じて導電助剤を含有させてもよい。一般的な導電助剤としては、電子伝導性材料として、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維や金属粉、金属繊維、及びポリフェニレン誘導体などを含ませることができる。
例えば、ポリマーを用いて正極活物質及び負極活物質を含むペーストを調製してもよい。
また、正極及び負極の活物質層には、適宜必要に応じて導電助剤を含有させてもよい。一般的な導電助剤としては、電子伝導性材料として、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維や金属粉、金属繊維、及びポリフェニレン誘導体などを含ませることができる。
~ポリマー粒子により表面の一部が覆われた電極活物質の作製~
ポリマー粒子により表面の一部が覆われた電極活物質を作製する方法は、特に限定されないが、電極活物質とポリマー粒子とがともに溶解しない溶媒(貧溶媒)中で一定時間混合することが好ましい。
電極活物質とポリマー粒子とを混合する方法としては、電極活物質にポリマー粒子の分散液を加える方法、及び電極活物質とポリマー粒子との混合粉体に貧溶媒を添加する方法などが挙げられる。
ポリマー粒子により表面の一部が覆われた電極活物質を作製する方法は、特に限定されないが、電極活物質とポリマー粒子とがともに溶解しない溶媒(貧溶媒)中で一定時間混合することが好ましい。
電極活物質とポリマー粒子とを混合する方法としては、電極活物質にポリマー粒子の分散液を加える方法、及び電極活物質とポリマー粒子との混合粉体に貧溶媒を添加する方法などが挙げられる。
電極活物質とポリマー粒子とを加えて溶液を攪拌混合の方法としては、例えば、スターラーによる層流分散、超音波振動を当てる方法、ホモジナイザーを用いたせん断攪拌、ボールミルによる機械分散が挙げられる。
攪拌混合の時間としては1分から24時間、好ましくは10分から10時間、より好ましくは5分から30分である。
攪拌混合時の溶液の温度としては、ポリマー粒子の付着を促進するうえでも、ポリマー粒子の分子運動性が高いことが好ましく、ポリマー粒子のガラス転移温度以上の温度条件下で攪拌混合することが好ましい。付着における温度としては、25℃以上が好ましく、40℃以上がより好ましく、60℃以上がさらに好ましい。
攪拌混合の時間としては1分から24時間、好ましくは10分から10時間、より好ましくは5分から30分である。
攪拌混合時の溶液の温度としては、ポリマー粒子の付着を促進するうえでも、ポリマー粒子の分子運動性が高いことが好ましく、ポリマー粒子のガラス転移温度以上の温度条件下で攪拌混合することが好ましい。付着における温度としては、25℃以上が好ましく、40℃以上がより好ましく、60℃以上がさらに好ましい。
ポリマー粒子により表面の一部が覆われた電極活物質の作製に用いられる溶媒としては、電極活物質とポリマー粒子ともに溶解しない貧溶媒であることが好ましく、炭化水素系溶媒が好ましい。炭化水素系溶媒としては、具体的には、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ベンゼン、トルエン、及びキシレンなどが挙げられる。このような炭化水素系溶媒を用いることで電極活物質表面とポリマー粒子の親水面の接触頻度が高まり、付着量を高めることにも寄与する。
ポリマー粒子により表面の一部が覆われた電極活物質の作製は、電極活物質100質量部に対してポリマー粒子0.01質量部~100質量部と、炭化水素系溶媒とを混合して行うことが好ましい。ポリマー粒子の添加量としては、0.1質量部~50質量部がより好ましく、1質量部~20質量部がさらに好ましい。
ポリマー粒子により表面の一部が覆われた電極活物質におけるポリマー粒子の被覆率は、電極活物質の全表面積に対して、1%以上80%未満が好ましい。この範囲内であると十分な結着性が得られるためサイクル特性に優れる。ポリマー粒子の被覆率は、3%以上60%未満がより好ましく、5%以上50%未満がさらに好ましい。
電極活物質の体積平均粒子径とポリマー粒子の体積平均粒子径の比は、100:0.01~100:100が好ましく、100:0.1~100:10がより好ましく、100:1~100:5がさらに好ましい。
ポリマー粒子により表面の一部が覆われた電極活物質におけるポリマー粒子は、一層のみの付着に限定されず、ポリマー粒子の表面にさらにポリマー粒子が付着するように複数の層を形成してよい。ポリマー粒子の層の厚さは、50μm以下が好ましく、20μm以下がより好ましく、5μm以下がさらに好ましく、1μm以下が特に好ましい。ポリマー粒子の層の厚さの下限は、0.01μm以上が好ましい。
[バインダー(C)]
固体電解質組成物には、さらに、任意のバインダーを加えてもよい。バインダーは電極活物質と固体電解質との結着性を高める。バインダーとしては、例えば、フッ素系ポリマー(ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンジフルオリド、及びポリビニリデンジフルオリドとペンタフルオロプロピレンの共重合物など)、炭化水素系ポリマー(スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、水添ブタジエンゴム、及び水添スチレンブタジエンゴムなど)、アクリル系ポリマー(ポリメタクリル酸メチル、及びポリメタクリル酸メチルとポリメタクリル酸の共重合物など)、ウレタン系ポリマー(ジフェニルメタンジイソシアネートとポリエチレングリコールの重縮合物など)、ポリイミド系ポリマー(4,4’-ビフタル酸無水物と3-アミノベンジルアミンの重縮合物など)を用いることができる。
固体電解質組成物には、さらに、任意のバインダーを加えてもよい。バインダーは電極活物質と固体電解質との結着性を高める。バインダーとしては、例えば、フッ素系ポリマー(ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンジフルオリド、及びポリビニリデンジフルオリドとペンタフルオロプロピレンの共重合物など)、炭化水素系ポリマー(スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、水添ブタジエンゴム、及び水添スチレンブタジエンゴムなど)、アクリル系ポリマー(ポリメタクリル酸メチル、及びポリメタクリル酸メチルとポリメタクリル酸の共重合物など)、ウレタン系ポリマー(ジフェニルメタンジイソシアネートとポリエチレングリコールの重縮合物など)、ポリイミド系ポリマー(4,4’-ビフタル酸無水物と3-アミノベンジルアミンの重縮合物など)を用いることができる。
バインダーの含有量は、固体電解質組成物の全固形分に対して、0.01質量%以上が好ましく、0.1質量%以上がより好ましく、0.5質量%以上がさらに好ましい。上限としては、20質量%以下が好ましく、15質量%以下がより好ましく、10質量%以下がさらに好ましい。
[分散媒(D)]
固体電解質組成物は、上記の各成分を分散させる分散媒を含有してもよい。
分散媒としては、例えば、アルコール化合物溶媒、エーテル化合物溶媒、アミド化合物溶媒、ケトン化合物溶媒、エーテル化合物溶媒、芳香族化合物溶媒、脂肪族化合物溶媒、ニトリル化合物溶媒が挙げられる。
固体電解質組成物は、上記の各成分を分散させる分散媒を含有してもよい。
分散媒としては、例えば、アルコール化合物溶媒、エーテル化合物溶媒、アミド化合物溶媒、ケトン化合物溶媒、エーテル化合物溶媒、芳香族化合物溶媒、脂肪族化合物溶媒、ニトリル化合物溶媒が挙げられる。
アルコール化合物溶媒としては、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、1-プロピルアルコール、2-プロピルアルコール、2-ブタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、1,6-ヘキサンジオール、シクロヘキサンジオール、ソルビトール、キシリトール、2-メチル-2,4-ペンタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオールが挙げられる。
エーテル化合物溶媒としては、例えば、アルキレングリコールアルキルエーテル(エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル等)が挙げられる。
エーテル化合物溶媒としては、例えば、アルキレングリコールアルキルエーテル(エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル等)が挙げられる。
アミド化合物溶媒としては、例えば、N,N-ジメチルホルムアミド、1-メチル-2-ピロリドン、2-ピロリジノン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、2-ピロリジノン、ε-カプロラクタム、ホルムアミド、N-メチルホルムアミド、アセトアミド、N-メチルアセトアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルプロパンアミド、ヘキサメチルホスホリックトリアミドが挙げられる。
ケトン化合物溶媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジエチルケトン、ジプロピルケトン、ジイソプロピルケトン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノンが挙げられる。
エーテル化合物溶媒としては、例えば、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、シクロペンチルメチルエーテル、ジメトキシエタン、1,4-ジオキサンが挙げられる。
芳香族化合物溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼンが挙げられる。
脂肪族化合物溶媒としては、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ドデカンが挙げられる。
ニトリル化合物溶媒としては、例えば、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、イソブチロニトリル、ベンゾニトリルが挙げられる。
ケトン化合物溶媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジエチルケトン、ジプロピルケトン、ジイソプロピルケトン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノンが挙げられる。
エーテル化合物溶媒としては、例えば、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、シクロペンチルメチルエーテル、ジメトキシエタン、1,4-ジオキサンが挙げられる。
芳香族化合物溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼンが挙げられる。
脂肪族化合物溶媒としては、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ドデカンが挙げられる。
ニトリル化合物溶媒としては、例えば、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、イソブチロニトリル、ベンゾニトリルが挙げられる。
中でも、分散媒としては、炭化水素系溶媒が好ましい。
炭化水素系溶媒の例としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、石油エーテル、石油ベンジン、リグロイン、石油スピリット、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、トルエン、キシレン等の炭化水素、及びジメチルポリシロキサンなどの不活性液体が挙げられる。
炭化水素系溶媒の例としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、石油エーテル、石油ベンジン、リグロイン、石油スピリット、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、トルエン、キシレン等の炭化水素、及びジメチルポリシロキサンなどの不活性液体が挙げられる。
分散媒は、常圧(1気圧)下での沸点が50℃以上であることが好ましく、80℃以上であることがより好ましい。沸点は、250℃以下であることが好ましく、220℃以下であることがさらに好ましい。
分散媒は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
分散媒の無機固体電解質(B)に対する比率は、分散安定性と塗布適性の観点から、10質量%以上1000質量%以下の範囲が好ましく、更には、30質量%以上200質量%以下の範囲が好ましい。
また、分散媒の固体電解質組成物中における含有量は、固体電解質組成物の粘度と乾燥負荷とのバランスを考慮して任意の量とすることができる。一般的には、分散媒の固体電解質組成物中における含有量は、固体電解質組成物の全質量に対して、20質量%~99質量%であることが好ましい。
分散媒は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
分散媒の無機固体電解質(B)に対する比率は、分散安定性と塗布適性の観点から、10質量%以上1000質量%以下の範囲が好ましく、更には、30質量%以上200質量%以下の範囲が好ましい。
また、分散媒の固体電解質組成物中における含有量は、固体電解質組成物の粘度と乾燥負荷とのバランスを考慮して任意の量とすることができる。一般的には、分散媒の固体電解質組成物中における含有量は、固体電解質組成物の全質量に対して、20質量%~99質量%であることが好ましい。
<電極活物質>
電極活物質は、一般式(1)で表される基を有するポリマー粒子により表面の一部が覆われている。電極活物質は、既述の固体電解質組成物における一般式(1)で表される基を有するポリマー粒子により表面の一部が覆われた電極活物質(B)において既述した電極活物質である。
電極活物質は、ポリマー粒子により表面の一部が覆われているため、前述の無機固体電解質との結着性に優れる。
電極活物質は、一般式(1)で表される基を有するポリマー粒子により表面の一部が覆われている。電極活物質は、既述の固体電解質組成物における一般式(1)で表される基を有するポリマー粒子により表面の一部が覆われた電極活物質(B)において既述した電極活物質である。
電極活物質は、ポリマー粒子により表面の一部が覆われているため、前述の無機固体電解質との結着性に優れる。
<電極活物質の製造方法>
電極活物質は、電極活物質を100質量部と、一般式(1)で表される基を有するポリマー粒子を0.01質量部~100質量部と、溶媒と、を混合することで製造される。
電極活物質の製造方法における電極活物質、一般式(1)で表される基を有するポリマー粒子、溶媒、混合の方法は、前述の固体電解質組成物における「ポリマー粒子により表面の一部が覆われた電極活物質の作製」と同じである。
電極活物質は、電極活物質を100質量部と、一般式(1)で表される基を有するポリマー粒子を0.01質量部~100質量部と、溶媒と、を混合することで製造される。
電極活物質の製造方法における電極活物質、一般式(1)で表される基を有するポリマー粒子、溶媒、混合の方法は、前述の固体電解質組成物における「ポリマー粒子により表面の一部が覆われた電極活物質の作製」と同じである。
<電池用電極シート>
電池用電極シートは、集電体と、既述の本発明の一実施形態の固体電解質組成物を用いて集電体上に配置された電極活物質層と、無機固体電解質層と、を有している。電池用電極シートとしては、集電体と、正極活物質層と、負極活物質層と、正極活物質層及び負極活物質層の間に配置された無機固体電解質層と、を有し、正極活物質層、及び負極活物質層の少なくとも一方の層に、上記の電極活物質層が適用された態様が好ましい。
電池用電極シートは、電極活物質層が本発明の一実施形態の固体電解質組成物を用いて成形されているため、電極活物質層自体の抵抗が低いだけでなく、電極活物質層及び集電体間の結着性が高く、界面抵抗を低く保つことができる。これにより、二次電池を作製した場合に、長期に亘ってサイクル特性を良好に維持することができる。
電池用電極シートは、集電体と、既述の本発明の一実施形態の固体電解質組成物を用いて集電体上に配置された電極活物質層と、無機固体電解質層と、を有している。電池用電極シートとしては、集電体と、正極活物質層と、負極活物質層と、正極活物質層及び負極活物質層の間に配置された無機固体電解質層と、を有し、正極活物質層、及び負極活物質層の少なくとも一方の層に、上記の電極活物質層が適用された態様が好ましい。
電池用電極シートは、電極活物質層が本発明の一実施形態の固体電解質組成物を用いて成形されているため、電極活物質層自体の抵抗が低いだけでなく、電極活物質層及び集電体間の結着性が高く、界面抵抗を低く保つことができる。これにより、二次電池を作製した場合に、長期に亘ってサイクル特性を良好に維持することができる。
電池用電極シートにおいては、正極活物質層、及び負極活物質層のいずれかの層が、既述の固体電解質組成物を用いて配置されていてもよい。中でも、正極活物質層が、既述の固体電解質組成物を用いて配置されている態様、又は、正極活物質層、及び負極活物質層の両方の層が、既述の固体電解質組成物を用いて配置されている態様は、電極活物質層自体の抵抗が低くなり、電極活物質層及び集電体間の結着性が高く、界面抵抗を低く保つことができる。
電池用電極シートの構造は、例えば、正極側集電体(例えば金属箔)/正極活物質層/無機固体電解質層/負極活物質層/負極側集電体(例えば金属箔)の積層構造であってもよい。
例えばこの構造では、正極活物質層及び負極活物質層が本発明の一実施形態の固体電解質組成物を用いて成形されているので、各層自体の抵抗が低く抑えられており、更には、正極活物質層及び負極活物質層と集電体との各界面、正極活物質層及び固体電解質層との界面、無機固体電解質層と負極活物質層との界面における結着性が高く、界面抵抗を低く保つことができる。これにより、長期に亘って優れたサイクル特性が発現する。
例えばこの構造では、正極活物質層及び負極活物質層が本発明の一実施形態の固体電解質組成物を用いて成形されているので、各層自体の抵抗が低く抑えられており、更には、正極活物質層及び負極活物質層と集電体との各界面、正極活物質層及び固体電解質層との界面、無機固体電解質層と負極活物質層との界面における結着性が高く、界面抵抗を低く保つことができる。これにより、長期に亘って優れたサイクル特性が発現する。
なお、無機固体電解質層は、少なくとも前述の無機固体電解質を含む層である。また、固体電解質組成物の詳細については、既述の通りであり、正極活物質層及び負極活物質層は、既述の固体電解質組成物を用いて好適に成形することができる。
固体電解質組成物は、負極活物質層、及び正極活物質層の成形材料として好適に用いられる。
固体電解質組成物は、負極活物質層、及び正極活物質層の成形材料として好適に用いられる。
[集電体]
集電体は、全固体二次電池を作成した場合に電極として機能するものであり、一般には正極及び負極として配置される。正極及び負極としての集電体としては、化学変化を起こさない電子伝導体が用いられることが好ましい。
集電体は、全固体二次電池を作成した場合に電極として機能するものであり、一般には正極及び負極として配置される。正極及び負極としての集電体としては、化学変化を起こさない電子伝導体が用いられることが好ましい。
正極の集電体としては、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、及びチタンなどが好ましく、これらの他にアルミニウム又はステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタン若しくは銀を処理したものが好ましく、中でも、アルミニウム、及びアルミニウム合金がより好ましい。
負極の集電体としては、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、ニッケル、及びチタンが好ましく、アルミニウム、銅、及び銅合金がより好ましい。
集電体の形状としては、通常、フィルム状、シート状又は箔が好適である。また、集電体の形状は、ネット、パンチされた形状、ラス体、多孔質体、発泡体、及び繊維群の成形体などをであってもよい。
集電体の厚みとしては、特に限定されないが、1μm~500μmが好ましい。また、集電体表面は、表面処理により凹凸を付けることも好ましい。
<電池用電極シートの製造方法>
電池用電極シートは、公知の方法で作製されてもよく、好ましくは、既述の本発明の一実施形態の固体電解質組成物を集電体の上に付与し、電極活物質層を形成する工程を有する方法によって作製される。
電池用電極シートは、公知の方法で作製されてもよく、好ましくは、既述の本発明の一実施形態の固体電解質組成物を集電体の上に付与し、電極活物質層を形成する工程を有する方法によって作製される。
具体的には、集電体となる例えば金属箔の上に、固体電解質組成物を例えば塗布法等の公知の方法で付与し、固体電解質組成物の膜を形成して電池用電極シートを作製する方法であってもよい。
例えば、以下に示す方法によって、より好適に電池用電極シートを作製できる。
まず、正極集電体である金属箔を準備し、金属箔上に正極材料となる組成物を塗布後、乾燥し、正極活物質層を有する正極シートを作製する。次いで、正極シートの正極活物質層上に、無機固体電解質を含む組成物を塗布し、さらに乾燥させて、無機固体電解質層を成形する。形成された無機固体電解質層の上に、さらに負極材料となる組成物を塗布し、乾燥させて、負極活物質層を成形する。その後、負極活物質層の上に、負極側の集電体(金属箔)を重ね合わせる。このようにして、正極活物質層と負極活物質層との間に無機固体電解質層が挟まれた全固体二次電池を作製することができる。
なお、上記の各組成物を塗布する塗布法は、常法によればよい。
正極活物質層を成形するための組成物、無機固体電解質層をなす組成物、及び負極活物質層を成形するための組成物は、各組成物の塗布毎に乾燥処理が施されてもよいし、各組成物を重層塗布した後に一括して乾燥処理が施されてもよい。
例えば、以下に示す方法によって、より好適に電池用電極シートを作製できる。
まず、正極集電体である金属箔を準備し、金属箔上に正極材料となる組成物を塗布後、乾燥し、正極活物質層を有する正極シートを作製する。次いで、正極シートの正極活物質層上に、無機固体電解質を含む組成物を塗布し、さらに乾燥させて、無機固体電解質層を成形する。形成された無機固体電解質層の上に、さらに負極材料となる組成物を塗布し、乾燥させて、負極活物質層を成形する。その後、負極活物質層の上に、負極側の集電体(金属箔)を重ね合わせる。このようにして、正極活物質層と負極活物質層との間に無機固体電解質層が挟まれた全固体二次電池を作製することができる。
なお、上記の各組成物を塗布する塗布法は、常法によればよい。
正極活物質層を成形するための組成物、無機固体電解質層をなす組成物、及び負極活物質層を成形するための組成物は、各組成物の塗布毎に乾燥処理が施されてもよいし、各組成物を重層塗布した後に一括して乾燥処理が施されてもよい。
乾燥温度には、特に制限はなく、30℃以上が好ましく、60℃以上がより好ましい。乾燥温度は、300℃以下が好ましく、250℃以下がより好ましい。上記の温度範囲にて加熱して乾燥させることで、分散媒を含む場合は分散媒が除去され、固体状態の積層構造を得ることができる。
以上により、全固体二次電池を作製した場合において、正極活物質層/無機固体電解質層/負極活物質層の積層構造における各界面の結着性が向上し、非加圧下においても優れたイオン伝導性を確保することができる。
<全固体二次電池>
全固体二次電池は、集電体と、正極活物質層と、負極活物質層と、正極活物質層及び負極活物質層の間に配置された無機固体電解質層と、を有し、正極活物質層、及び負極活物質層の少なくとも一方の層が、周期律表第一族又は第二族に属する金属のイオンの伝導性を有する無機固体電解質(A)と、一般式(1)で表される基を有するポリマー粒子により表面の一部が覆われた電極活物質(B)と、含む。
全固体二次電池は、集電体と、正極活物質層と、負極活物質層と、正極活物質層及び負極活物質層の間に配置された無機固体電解質層と、を有し、正極活物質層、及び負極活物質層の少なくとも一方の層が、周期律表第一族又は第二族に属する金属のイオンの伝導性を有する無機固体電解質(A)と、一般式(1)で表される基を有するポリマー粒子により表面の一部が覆われた電極活物質(B)と、含む。
また、全固体二次電池は、少なくとも、既述の本発明の一実施形態の電池用電極シートを備えていることが好ましい。本発明の一実施形態の全固体二次電池は、本発明の一実施形態の電池用電極シートを備えるので、サイクル特性に優れている。
以下、図1を参照して、一実施形態に係る全固体二次電池について説明する。図1は、好ましい実施形態に係る全固体二次電池(リチウムイオン二次電池)を模式化して示す断面図である。
全固体二次電池10は、負極側からみて、負極集電体1、負極活物質層2、無機固体電解質層3、正極活物質層4、正極集電体5をこの順に積層した構造を有している。各層は、それぞれ接触しており、正極活物質層及び負極活物質層の少なくとも一方の層は、無機固体電解質(A)と一般式(1)で表される基を有するポリマー粒子により表面の一部が覆われた電極活物質(B)とを含むため、高電圧が得られ、長期間使用しても二次電池のサイクル特性を良好に保持することができる。
上記の積層構造を有していることで、充電の際には、負極側に電子(e-)が供給され、リチウムイオン(Li+)が蓄積される。一方、放電時には、負極に蓄積されたリチウムイオン(Li+)が正極側に戻され、作動部位6に電子が供給される。
図1に示す全固体二次電池10では、作動部位6に電球が取り付けられており、放電時に点灯するようになっている。
上記の積層構造を有していることで、充電の際には、負極側に電子(e-)が供給され、リチウムイオン(Li+)が蓄積される。一方、放電時には、負極に蓄積されたリチウムイオン(Li+)が正極側に戻され、作動部位6に電子が供給される。
図1に示す全固体二次電池10では、作動部位6に電球が取り付けられており、放電時に点灯するようになっている。
正極活物質層4、無機固体電解質層3、及び負極活物質層2の厚さは、特に限定されないが、一般的な電池の寸法を考慮すると、10μm~1000μmが好ましく、100μm~500μmがより好ましい。
<全固体二次電池の製造方法>
全固体二次電池は、常法により作製されてもよく、好ましくは、既述の本発明の一実施形態の固体電解質組成物を集電体の上に付与し、電極活物質層を形成する工程を有する方法によって作製される。
具体的には、既述の電池用電極シートの作製と同様に、電極活物質層を形成する工程を設けて電池用電極シートを作製した後、電池用電極シートを、図2に示すように所望サイズ(例えば直径14.5mm)の円板状に切り出して円盤状電極シート15とし、円盤状電極シート15を例えばステンレス製の2032型コインケース14に入れて必要な圧力で締め付けることにより、コイン型の全固体二次電池13を作製することができる。必要な圧力は、例えば図2に示すように、円盤状電極シート15を入れたコインケース14を上部支持板11と下部支持板12との間に挟み、加圧用ネジSで締め付けることで与えてもよい。
また、既述の電池用電極シートを用いて全固体二次電池を作製することもできる。
全固体二次電池は、常法により作製されてもよく、好ましくは、既述の本発明の一実施形態の固体電解質組成物を集電体の上に付与し、電極活物質層を形成する工程を有する方法によって作製される。
具体的には、既述の電池用電極シートの作製と同様に、電極活物質層を形成する工程を設けて電池用電極シートを作製した後、電池用電極シートを、図2に示すように所望サイズ(例えば直径14.5mm)の円板状に切り出して円盤状電極シート15とし、円盤状電極シート15を例えばステンレス製の2032型コインケース14に入れて必要な圧力で締め付けることにより、コイン型の全固体二次電池13を作製することができる。必要な圧力は、例えば図2に示すように、円盤状電極シート15を入れたコインケース14を上部支持板11と下部支持板12との間に挟み、加圧用ネジSで締め付けることで与えてもよい。
また、既述の電池用電極シートを用いて全固体二次電池を作製することもできる。
~全固体二次電池の用途~
全固体二次電池は、種々の用途に適用することができる。適用態様には特に限定はない。例えば、電子機器に搭載する場合、ノートパソコン、ペン入力パソコン、モバイルパソコン、電子ブックプレーヤー、携帯電話、コードレスフォン子機、ページャー、ハンディーターミナル、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミニディスク、電気シェーバー、トランシーバー、電子手帳、電卓、メモリーカード、携帯テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電源、メモリーカードなどが挙げられる。その他民生用として、自動車、電動車両、モーター、照明器具、玩具、ゲーム機器、ロードコンディショナー、時計、ストロボ、カメラ、医療機器(ペースメーカー、補聴器、肩もみ機など)などが挙げられる。
更に、各種軍需用、宇宙用として用いることができる。また、太陽電池と組み合わせることもできる。
全固体二次電池は、種々の用途に適用することができる。適用態様には特に限定はない。例えば、電子機器に搭載する場合、ノートパソコン、ペン入力パソコン、モバイルパソコン、電子ブックプレーヤー、携帯電話、コードレスフォン子機、ページャー、ハンディーターミナル、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミニディスク、電気シェーバー、トランシーバー、電子手帳、電卓、メモリーカード、携帯テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電源、メモリーカードなどが挙げられる。その他民生用として、自動車、電動車両、モーター、照明器具、玩具、ゲーム機器、ロードコンディショナー、時計、ストロボ、カメラ、医療機器(ペースメーカー、補聴器、肩もみ機など)などが挙げられる。
更に、各種軍需用、宇宙用として用いることができる。また、太陽電池と組み合わせることもできる。
これらの用途の中でも、高容量且つ高レート放電特性が要求されるアプリケーションに適用されることが好ましい。例えば、大容量化が予想される蓄電設備等においては高い信頼性が必須となりさらに電池性能の両立が要求される。また、電気自動車等においては、高容量の二次電池を搭載し、かつ、家庭で日々充電が行われる用途が想定され、過充電時に対して一層の信頼性が求められる。
本発明の一実施形態によれば、無機固体電解質と電極活物質との間の界面抵抗の上昇を抑えることができ、かつ高いイオン伝導性、高サイクル特性を実現することができる。
本発明の一実施形態によれば、無機固体電解質と電極活物質との間の界面抵抗の上昇を抑えることができ、かつ高いイオン伝導性、高サイクル特性を実現することができる。
以下に実施例を挙げて本発明の一実施形態をさらに具体的に説明する。本発明の一実施形態の範囲は以下に示す具体例に限定されるものではない。なお、特に断りの無い限り、「部」は質量基準である。
<固体電解質組成物の調製>
[ポリマー粒子の合成]
ポリマー粒子は、以下に示す方法で合成した。得られたポリマー粒子について、体積平均粒子径、重量平均分子量、ガラス転移温度及びイオン伝導度を測定し、測定結果を下記表1に示した。
[ポリマー粒子の合成]
ポリマー粒子は、以下に示す方法で合成した。得られたポリマー粒子について、体積平均粒子径、重量平均分子量、ガラス転移温度及びイオン伝導度を測定し、測定結果を下記表1に示した。
体積平均粒子径は、レーザ回折/散乱式粒度分布測定装置LA-920((株)堀場製作所製)で測定した。
重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって下記の標準試料換算で計測した値を採用した。測定装置及び測定条件は、下記条件1を採用した。
(条件1)
測定機器:EcoSEC HLC-8320(商品名、東ソー社製)
カラム:TOSOH TSKgel Super AWM-H(商品名、東ソー社製)を2本つなげる
キャリア:10mM LiBr/N-メチルピロリドン
測定温度:40℃
キャリア流量:1.0ml/min
試料濃度:0.1質量%
検出器:RI(示差屈折率)検出器
標準試料:ポリスチレン
測定機器:EcoSEC HLC-8320(商品名、東ソー社製)
カラム:TOSOH TSKgel Super AWM-H(商品名、東ソー社製)を2本つなげる
キャリア:10mM LiBr/N-メチルピロリドン
測定温度:40℃
キャリア流量:1.0ml/min
試料濃度:0.1質量%
検出器:RI(示差屈折率)検出器
標準試料:ポリスチレン
ガラス転移温度(Tg)は、示差走査熱量計「X-DSC7000」(商品名、SII・ナノテクノロジー(株)製)を用いて下記の条件で測定した。測定は同一の試料で二回実施し、二回目の測定結果を採用した。
(測定条件)
測定室内の雰囲気:窒素(50mL/min)
昇温速度:5℃/min
測定開始温度:-100℃
測定終了温度:200℃
試料パン:アルミニウム製パン
測定試料の質量:5mg
Tgの算定:DSCチャートの下降開始点と下降終了点の中間温度の小数点以下を四捨五入することでTgを算定した。
測定室内の雰囲気:窒素(50mL/min)
昇温速度:5℃/min
測定開始温度:-100℃
測定終了温度:200℃
試料パン:アルミニウム製パン
測定試料の質量:5mg
Tgの算定:DSCチャートの下降開始点と下降終了点の中間温度の小数点以下を四捨五入することでTgを算定した。
イオン伝導度は、厚み0.07cmで成形された無機固体電解質層に対し、1255B FREQUENCY RESPONSE ANALYZER(SOLARTRON社製)を用いて電圧振幅5mV、周波数1MHz~1Hzにて交流インピーダンス測定することにより膜厚方向の抵抗を求め、下記式により算出した。測定は30℃の恒温槽中で行った。
イオン伝導度(S/cm)=1000×層厚(cm)/(抵抗(Ω)×層の面積(cm2))
イオン伝導度(S/cm)=1000×層厚(cm)/(抵抗(Ω)×層の面積(cm2))
[ポリマー粒子(C-3)の合成]
・ポリマー分散剤(CA-3)の合成
攪拌羽根を装着した1リットル(L)3つ口フラスコに、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート30mLを仕込み、窒素気流下で80℃に加温し、攪拌した。
1Lメスシリンダーに、ドデシルメタクリレート(和光純薬工業(株)製)(一般式(2)で表される繰り返し単位を形成するモノマー)180gとプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート240gを加え、攪拌した。1Lメスシリンダーに、さらにラジカル重合開始剤V-601(和光純薬工業(株)製)1.2gと連鎖移動剤として2-メルカプトプロピオン酸(東京化成工業(株)製)3.2gを加え、室温で10分攪拌し、モノマー溶液を得た。
1L3つ口フラスコに、上記で得られたモノマー溶液を3時間かけて加え、さらに80℃で4時間加熱攪拌した。窒素気流を止め、重合禁止剤としてp-メトキシフェノール0.1gを加え、ラジカル重合反応を停止した。1L3つ口フラスコに、さらにエポキシ開環触媒としてテトラブチルアンモニウムブロミド0.2gとグリシジルメタクリレート(和光純薬工業(株)製)4.3gを加えて、空気下で100℃、2時間、加熱攪拌した。得られた反応液を濃縮し、有機ポリマー分散剤(CA-3)185gを得た。有機ポリマー分散剤(CA-3)の重量平均分子量は14,200であった。
・ポリマー分散剤(CA-3)の合成
攪拌羽根を装着した1リットル(L)3つ口フラスコに、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート30mLを仕込み、窒素気流下で80℃に加温し、攪拌した。
1Lメスシリンダーに、ドデシルメタクリレート(和光純薬工業(株)製)(一般式(2)で表される繰り返し単位を形成するモノマー)180gとプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート240gを加え、攪拌した。1Lメスシリンダーに、さらにラジカル重合開始剤V-601(和光純薬工業(株)製)1.2gと連鎖移動剤として2-メルカプトプロピオン酸(東京化成工業(株)製)3.2gを加え、室温で10分攪拌し、モノマー溶液を得た。
1L3つ口フラスコに、上記で得られたモノマー溶液を3時間かけて加え、さらに80℃で4時間加熱攪拌した。窒素気流を止め、重合禁止剤としてp-メトキシフェノール0.1gを加え、ラジカル重合反応を停止した。1L3つ口フラスコに、さらにエポキシ開環触媒としてテトラブチルアンモニウムブロミド0.2gとグリシジルメタクリレート(和光純薬工業(株)製)4.3gを加えて、空気下で100℃、2時間、加熱攪拌した。得られた反応液を濃縮し、有機ポリマー分散剤(CA-3)185gを得た。有機ポリマー分散剤(CA-3)の重量平均分子量は14,200であった。
・ポリマー粒子(C-3)の合成
500mL3つ口フラスコに、ヘプタン20mLを加え、窒素気流下で80℃に加熱し、攪拌した。
500mLメスシリンダーに、イソブチルメタクリレート(和光純薬工業(株)製)10.0gとメタクリル酸1.3g(和光純薬工業(株)製)、上記で合成したポリマー分散剤(CA-3)10.8g、粒子形成剤としてp-ジビニルベンゼン0.2gを加え、ヘプタン50gで希釈した。500mLメスシリンダーに、さらにラジカル重合開始剤V-601(和光純薬工業(株)製)0.23gを加え、室温で10分間攪拌しポリマー溶液を得た。
500mL3つ口フラスコに、上記で得られたポリマー溶液を、2時間かけて滴下し、乳白濁状の反応液を得た。この反応液を、さらに80℃で4時間、重合反応を行いポリマー粒子(C-3)の30質量%ヘプタン分散液を得た。ポリマー粒子(C-3)の重量平均分子量は下記表1に示す。
500mL3つ口フラスコに、ヘプタン20mLを加え、窒素気流下で80℃に加熱し、攪拌した。
500mLメスシリンダーに、イソブチルメタクリレート(和光純薬工業(株)製)10.0gとメタクリル酸1.3g(和光純薬工業(株)製)、上記で合成したポリマー分散剤(CA-3)10.8g、粒子形成剤としてp-ジビニルベンゼン0.2gを加え、ヘプタン50gで希釈した。500mLメスシリンダーに、さらにラジカル重合開始剤V-601(和光純薬工業(株)製)0.23gを加え、室温で10分間攪拌しポリマー溶液を得た。
500mL3つ口フラスコに、上記で得られたポリマー溶液を、2時間かけて滴下し、乳白濁状の反応液を得た。この反応液を、さらに80℃で4時間、重合反応を行いポリマー粒子(C-3)の30質量%ヘプタン分散液を得た。ポリマー粒子(C-3)の重量平均分子量は下記表1に示す。
[ポリマー粒子(C-6)の合成]
・ポリマー分散剤(CA-6)の合成
ポリマー分散剤(CA-3)の合成において、ドデシルメタクリレート180gをドデシルメタクリレート(一般式(2)で表される繰り返し単位を形成するモノマー)140gとベンジルメタクリレート(一般式(2)で表される繰り返し単位を形成するモノマー)30gに変更した以外は、ポリマー分散剤(CA-3)と同様にしてポリマー分散剤(CA-6)を得た。
・ポリマー分散剤(CA-6)の合成
ポリマー分散剤(CA-3)の合成において、ドデシルメタクリレート180gをドデシルメタクリレート(一般式(2)で表される繰り返し単位を形成するモノマー)140gとベンジルメタクリレート(一般式(2)で表される繰り返し単位を形成するモノマー)30gに変更した以外は、ポリマー分散剤(CA-3)と同様にしてポリマー分散剤(CA-6)を得た。
・ポリマー粒子(C-6)の合成
ポリマー粒子(C-3)の合成において、イソブチルメタクリレート10.0gとメタクリル酸1.3g、ポリマー分散剤(CA-3)10.8gを、イソブチルメタクリレート10.0gとメタクリル酸ヒドロキシエチル2.2g、メタクリル酸ジメチルアミノエチル1.5g、ポリマー分散剤(CA-6)10.5gに変更した以外は、ポリマー粒子(C-3)と同様にしてポリマー粒子(C-6)の30質量%ヘプタン分散液を得た。有機ポリマー分散液の重量平均分子量は表1に示す。
ポリマー粒子(C-3)の合成において、イソブチルメタクリレート10.0gとメタクリル酸1.3g、ポリマー分散剤(CA-3)10.8gを、イソブチルメタクリレート10.0gとメタクリル酸ヒドロキシエチル2.2g、メタクリル酸ジメチルアミノエチル1.5g、ポリマー分散剤(CA-6)10.5gに変更した以外は、ポリマー粒子(C-3)と同様にしてポリマー粒子(C-6)の30質量%ヘプタン分散液を得た。有機ポリマー分散液の重量平均分子量は表1に示す。
[ポリマー粒子(C-7)の合成]
ポリマー粒子(C-3)の合成において、イソブチルメタクリレート10.0gとメタクリル酸1.3gを、イソブチルメタクリレート10.0g、メタクリル酸1.3g、ポリエチレングリコールモノメチルエーテルモノメタクリレート5.2g、メタクリル酸ジメチルアミノエチル2.2gに変更した以外は、C-3と同様にしてポリマー粒子(C-6)の30質量%ヘプタン分散液を得た。有機ポリマー分散液の重量平均分子量は表1に示す。
ポリマー粒子(C-3)の合成において、イソブチルメタクリレート10.0gとメタクリル酸1.3gを、イソブチルメタクリレート10.0g、メタクリル酸1.3g、ポリエチレングリコールモノメチルエーテルモノメタクリレート5.2g、メタクリル酸ジメチルアミノエチル2.2gに変更した以外は、C-3と同様にしてポリマー粒子(C-6)の30質量%ヘプタン分散液を得た。有機ポリマー分散液の重量平均分子量は表1に示す。
[ポリマー粒子(C-34)の合成]
・ポリマー分散剤(CA-9)の合成
攪拌羽根を装着した1L3つ口フラスコに、メチルエチルケトン30mLを仕込み、窒素気流下で80℃に加温し、攪拌した。
1Lメスシリンダーに、ドデシルメタクリレート(和光純薬工業(株)製)(一般式(2)で表される繰り返し単位を形成するモノマー)180gとメチルエチルケトン240gを加え、攪拌した。1Lメスシリンダーに、さらにラジカル重合開始剤V-601(和光純薬工業(株)製)1.2gと連鎖移動剤としてチオグリセロール(東京化成工業(株)製)2.3gを加え、室温でさらに10分攪拌しモノマー溶液を得た。
1L3つ口フラスコに、上記で得られたモノマー溶液を3時間かけて加え、さらに80℃で4時間加熱攪拌。この反応液を濃縮することでポリマー分散剤(CA-9)181gを得た。ポリマー分散剤(CA-9)の重量平均分子量は11,900であった。
・ポリマー分散剤(CA-9)の合成
攪拌羽根を装着した1L3つ口フラスコに、メチルエチルケトン30mLを仕込み、窒素気流下で80℃に加温し、攪拌した。
1Lメスシリンダーに、ドデシルメタクリレート(和光純薬工業(株)製)(一般式(2)で表される繰り返し単位を形成するモノマー)180gとメチルエチルケトン240gを加え、攪拌した。1Lメスシリンダーに、さらにラジカル重合開始剤V-601(和光純薬工業(株)製)1.2gと連鎖移動剤としてチオグリセロール(東京化成工業(株)製)2.3gを加え、室温でさらに10分攪拌しモノマー溶液を得た。
1L3つ口フラスコに、上記で得られたモノマー溶液を3時間かけて加え、さらに80℃で4時間加熱攪拌。この反応液を濃縮することでポリマー分散剤(CA-9)181gを得た。ポリマー分散剤(CA-9)の重量平均分子量は11,900であった。
・ポリマー粒子(C-34)の形成
500mL3つ口フラスコに、1,4-ブタンジオール(和光純薬工業(株)製)0.7g、エタナコールUH-100(宇部興産(株)製)7.2g、上記で合成したポリマー分散剤(CA-9)25.4gを加え、ヘプタン250gで希釈した。500mL3つ口フラスコ中の溶液を、80℃で加温攪拌しながらジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(東京化成工業(株)製)9.7gを加えた。500mL3つ口フラスコに、さらにウレタン化重合触媒としてネオスタンU-600(日東化成(株)製)0.2gを加えて80℃で6時間加熱攪拌を行い、重合反応を進行させた。重合反応が進むにつれ反応液が白濁した。反応終了後、ポリウレタンの粒子であるポリマー粒子(C-34)の12質量%ヘプタン分散液を得た。ポリマー粒子(C-34)の重量平均分子量は43,600であった。
500mL3つ口フラスコに、1,4-ブタンジオール(和光純薬工業(株)製)0.7g、エタナコールUH-100(宇部興産(株)製)7.2g、上記で合成したポリマー分散剤(CA-9)25.4gを加え、ヘプタン250gで希釈した。500mL3つ口フラスコ中の溶液を、80℃で加温攪拌しながらジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(東京化成工業(株)製)9.7gを加えた。500mL3つ口フラスコに、さらにウレタン化重合触媒としてネオスタンU-600(日東化成(株)製)0.2gを加えて80℃で6時間加熱攪拌を行い、重合反応を進行させた。重合反応が進むにつれ反応液が白濁した。反応終了後、ポリウレタンの粒子であるポリマー粒子(C-34)の12質量%ヘプタン分散液を得た。ポリマー粒子(C-34)の重量平均分子量は43,600であった。
[ポリマー粒子(C-11)の合成]
・ポリマー分散剤(CA-8)の合成
ポリマー分散剤(CA-9)の合成において、ドデシルメタクリレート180gをオクチルアクリレート(一般式(2)で表される繰り返し単位を形成するモノマー)180gに変更した以外は、(CA-9)と同様にしてポリマー分散剤(CA-8)を得た。
・ポリマー分散剤(CA-8)の合成
ポリマー分散剤(CA-9)の合成において、ドデシルメタクリレート180gをオクチルアクリレート(一般式(2)で表される繰り返し単位を形成するモノマー)180gに変更した以外は、(CA-9)と同様にしてポリマー分散剤(CA-8)を得た。
・ポリマー粒子(C-11)の合成
ポリマー粒子(C-34)の合成において、1,4-ブタンジオール0.7g、エタナコールUH-100(宇部興産(株)製)7.2g、ポリマー分散剤(CA-9)25.4g、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート9.7gをポリエチレングリコール(数平均分子量2,000)6.7g、2,2-ジヒドロキシメチルプロピオン酸1.2g、ポリマー分散剤(CA-8)25.4g、ジフェニルメタンジイソシアネート9.7gに変更した以外は、(C-34)と同様にしてポリマー粒子(C-11)の30質量%ジブチルエーテル(DBE)分散液を得た。有機ポリマー分散液の重量平均分子量は表1に示す。
ポリマー粒子(C-34)の合成において、1,4-ブタンジオール0.7g、エタナコールUH-100(宇部興産(株)製)7.2g、ポリマー分散剤(CA-9)25.4g、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート9.7gをポリエチレングリコール(数平均分子量2,000)6.7g、2,2-ジヒドロキシメチルプロピオン酸1.2g、ポリマー分散剤(CA-8)25.4g、ジフェニルメタンジイソシアネート9.7gに変更した以外は、(C-34)と同様にしてポリマー粒子(C-11)の30質量%ジブチルエーテル(DBE)分散液を得た。有機ポリマー分散液の重量平均分子量は表1に示す。
[ポリマー粒子(C-12)の合成]
ポリマー粒子(C-34)の合成において、1,4-ブタンジオール0.7g、エタナコールUH-100(宇部興産(株)製)7.2g、ポリマー分散剤(CA-9)25.4g、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート9.7gをポリエチレングリコール(数平均分子量2,000)6.7g、2,2-ジヒドロキシメチルプロピオン酸 1.2g、ブレンマーGLM(日油(株)社製)1.5g、ポリマー分散剤(CA-8)25.4g、ジフェニルメタンジイソシアネート9.7gに変更した以外は、ポリマー粒子(C-34)と同様にしてポリマー粒子(C-12)の30質量%オクタン分散液を得た。有機ポリマー分散液の重量平均分子量は表1に示す。
ポリマー粒子(C-34)の合成において、1,4-ブタンジオール0.7g、エタナコールUH-100(宇部興産(株)製)7.2g、ポリマー分散剤(CA-9)25.4g、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート9.7gをポリエチレングリコール(数平均分子量2,000)6.7g、2,2-ジヒドロキシメチルプロピオン酸 1.2g、ブレンマーGLM(日油(株)社製)1.5g、ポリマー分散剤(CA-8)25.4g、ジフェニルメタンジイソシアネート9.7gに変更した以外は、ポリマー粒子(C-34)と同様にしてポリマー粒子(C-12)の30質量%オクタン分散液を得た。有機ポリマー分散液の重量平均分子量は表1に示す。
[ポリマー粒子(C-13)の合成]
・ポリマー分散剤(CA-10)の合成
ポリマー分散剤(CA-9)の合成において、ドデシルメタクリレート180gをステアリルメタクリレート 230gに変更した以外は、ポリマー分散剤(CA-9)と同様にしてポリマー分散剤(CA-10)を得た。
・ポリマー分散剤(CA-10)の合成
ポリマー分散剤(CA-9)の合成において、ドデシルメタクリレート180gをステアリルメタクリレート 230gに変更した以外は、ポリマー分散剤(CA-9)と同様にしてポリマー分散剤(CA-10)を得た。
・ポリマー粒子(C-13)の合成
ポリマー粒子(C-34)の合成において、1,4-ブタンジオール0.7g、エタナコールUH-100(宇部興産(株)製)7.2g、ポリマー分散剤(CA-9)25.4g、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート9.7gをプロピレングリコール0.7g、ポリエチレングリコール(数平均分子量2,000)6.7g、エチレンカーボネート1.3g、ポリマー分散剤(CA-10)18.7g、ジフェニルメタンジイソシアネート9.7gに変更した以外は、ポリマー粒子(C-34)と同様にしてポリマー粒子(C-13)の30質量%オクタン分散液を得た。有機ポリマー分散液の重量平均分子量は表1に示す。
ポリマー粒子(C-34)の合成において、1,4-ブタンジオール0.7g、エタナコールUH-100(宇部興産(株)製)7.2g、ポリマー分散剤(CA-9)25.4g、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート9.7gをプロピレングリコール0.7g、ポリエチレングリコール(数平均分子量2,000)6.7g、エチレンカーボネート1.3g、ポリマー分散剤(CA-10)18.7g、ジフェニルメタンジイソシアネート9.7gに変更した以外は、ポリマー粒子(C-34)と同様にしてポリマー粒子(C-13)の30質量%オクタン分散液を得た。有機ポリマー分散液の重量平均分子量は表1に示す。
[ポリマー粒子(C-14)の合成]
・ポリマー分散剤(CA-11)の合成
ポリマー分散剤(CA-9)の合成において、ドデシルメタクリレート180gを2-エチルヘキシルメタクリレート(一般式(2)で表される繰り返し単位を形成するモノマー)100gに変更した以外は、ポリマー分散剤(CA-9)と同様にしてポリマー分散剤(CA-11)を得た。
・ポリマー分散剤(CA-11)の合成
ポリマー分散剤(CA-9)の合成において、ドデシルメタクリレート180gを2-エチルヘキシルメタクリレート(一般式(2)で表される繰り返し単位を形成するモノマー)100gに変更した以外は、ポリマー分散剤(CA-9)と同様にしてポリマー分散剤(CA-11)を得た。
・ポリマー粒子(C-14)の合成
ポリマー粒子(C-34)の合成において、1,4-ブタンジオール0.7g、エタナコールUH-100(宇部興産(株)製)7.2g、ポリマー分散剤(CA-9)25.4g、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート9.7gを1,6-ヘキサンジアミン1.7g、ポリエチレングリコール(数平均分子量2,000)6.7g、2,2-ジヒドロキシメチルプロピオン酸 1.2gポリマー分散剤(CA-11)19.7g、ジフェニルメタンジイソシアネート9.7gに変更した以外は、ポリマー粒子(C-34)と同様にしてポリマー粒子(C-14)の30質量%オクタン分散液を得た。有機ポリマー分散液の重量平均分子量は表1に示す。
ポリマー粒子(C-34)の合成において、1,4-ブタンジオール0.7g、エタナコールUH-100(宇部興産(株)製)7.2g、ポリマー分散剤(CA-9)25.4g、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート9.7gを1,6-ヘキサンジアミン1.7g、ポリエチレングリコール(数平均分子量2,000)6.7g、2,2-ジヒドロキシメチルプロピオン酸 1.2gポリマー分散剤(CA-11)19.7g、ジフェニルメタンジイソシアネート9.7gに変更した以外は、ポリマー粒子(C-34)と同様にしてポリマー粒子(C-14)の30質量%オクタン分散液を得た。有機ポリマー分散液の重量平均分子量は表1に示す。
[ポリマー粒子(C-15)の合成]
・ポリマー分散剤(CA-12)の合成
ポリマー分散剤(CA-9)の合成において、ドデシルメタクリレート180gをステアリルメタクリレート(一般式(2)で表される繰り返し単位を形成するモノマー)150gとベンジルメタクリレート(一般式(2)で表される繰り返し単位を形成するモノマー)20gに変更した以外は、ポリマー分散剤(CA-9)と同様にしてポリマー分散剤(CA-12)を得た。
・ポリマー分散剤(CA-12)の合成
ポリマー分散剤(CA-9)の合成において、ドデシルメタクリレート180gをステアリルメタクリレート(一般式(2)で表される繰り返し単位を形成するモノマー)150gとベンジルメタクリレート(一般式(2)で表される繰り返し単位を形成するモノマー)20gに変更した以外は、ポリマー分散剤(CA-9)と同様にしてポリマー分散剤(CA-12)を得た。
・ポリマー粒子(C-15)の合成
ポリマー粒子(C-34)の合成において、1,4-ブタンジオール0.7g、エタナコールUH-100(宇部興産(株)製)7.2g、ポリマー分散剤(CA-9)25.4g、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート9.7gをエタナコールUH-100(宇部興産(株)製)5.5g、ポリマー分散剤(CA-12)25.4g、ジフェニルメタンジイソシアネート10.5gに変更した以外は、ポリマー粒子(C-34)と同様にしてポリマー粒子(C-15)の30質量%トルエン分散液を得た。有機ポリマー分散液の重量平均分子量は表1に示す。
ポリマー粒子(C-34)の合成において、1,4-ブタンジオール0.7g、エタナコールUH-100(宇部興産(株)製)7.2g、ポリマー分散剤(CA-9)25.4g、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート9.7gをエタナコールUH-100(宇部興産(株)製)5.5g、ポリマー分散剤(CA-12)25.4g、ジフェニルメタンジイソシアネート10.5gに変更した以外は、ポリマー粒子(C-34)と同様にしてポリマー粒子(C-15)の30質量%トルエン分散液を得た。有機ポリマー分散液の重量平均分子量は表1に示す。
[ポリマー粒子(C-16)の合成]
ポリマー粒子(C-34)の合成において、1,4-ブタンジオール0.7g、エタナコールUH-100(宇部興産(株)製)7.2g、ポリマー分散剤(CA-9)25.4g、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート9.7gをスルホン酸含有ジオール10.0g、1,3-プロパンジオール1.2g、アジピン酸とネオペンチルグリコール付加物8.3g、ポリマー分散剤(CA-12)25.4g、ジフェニルメタンジイソシアネート10.5gに変更した以外は、ポリマー粒子(C-34)と同様にしてポリマー粒子(C-16)の30質量%ヘプタン分散液を得た。有機ポリマー分散液の重量平均分子量は表1に示す。
ポリマー粒子(C-34)の合成において、1,4-ブタンジオール0.7g、エタナコールUH-100(宇部興産(株)製)7.2g、ポリマー分散剤(CA-9)25.4g、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート9.7gをスルホン酸含有ジオール10.0g、1,3-プロパンジオール1.2g、アジピン酸とネオペンチルグリコール付加物8.3g、ポリマー分散剤(CA-12)25.4g、ジフェニルメタンジイソシアネート10.5gに変更した以外は、ポリマー粒子(C-34)と同様にしてポリマー粒子(C-16)の30質量%ヘプタン分散液を得た。有機ポリマー分散液の重量平均分子量は表1に示す。
[ポリマー粒子(C-37)の合成]
ポリマー粒子(C-34)の合成において、1,4-ブタンジオール0.7g、エタナコールUH-100(宇部興産(株)製)7.2g、ポリマー分散剤(CA-9)25.4g、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート9.7gを1,4-ブタンジオール0.5g、エタナコールUH-100(宇部興産(株)製)7.2g、ブレンマーGLM(日油(株)社製)1.5g、2,2-ジヒドロキシメチルプロピオン酸 1.2g、ポリマー分散剤(CA-9)25.4g、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート5.7g 、1,6-ヘキサンジイソシアネート3.6gに変更した以外は、ポリマー粒子(C-34)と同様にしてポリマー粒子(C-37)の30質量%ヘプタン分散液を得た。有機ポリマー分散液の重量平均分子量は表1に示す。
ポリマー粒子(C-34)の合成において、1,4-ブタンジオール0.7g、エタナコールUH-100(宇部興産(株)製)7.2g、ポリマー分散剤(CA-9)25.4g、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート9.7gを1,4-ブタンジオール0.5g、エタナコールUH-100(宇部興産(株)製)7.2g、ブレンマーGLM(日油(株)社製)1.5g、2,2-ジヒドロキシメチルプロピオン酸 1.2g、ポリマー分散剤(CA-9)25.4g、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート5.7g 、1,6-ヘキサンジイソシアネート3.6gに変更した以外は、ポリマー粒子(C-34)と同様にしてポリマー粒子(C-37)の30質量%ヘプタン分散液を得た。有機ポリマー分散液の重量平均分子量は表1に示す。
[ポリマー粒子(C-38)の合成]
ポリマー粒子(C-34)の合成において、1,4-ブタンジオール0.7g、エタナコールUH-100(宇部興産(株)製)7.2g、ポリマー分散剤(CA-9)25.4g、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート9.7gを1,4-ブタンジアミン0.5g、エタナコールUH-100(宇部興産(株)製)7.2g、ブレンマーGLM(日油(株)社製)1.5g、2,2-ジヒドロキシメチルプロピオン酸 1.2g、ポリマー分散剤(CA-9)25.4g、ジフェニルメタンジイソシアネート11.7gに変更した以外は、ポリマー粒子(C-34)と同様にしてポリマー粒子(C-38)の30質量%ヘプタン分散液を得た。有機ポリマー分散液の重量平均分子量は表1に示す。
ポリマー粒子(C-34)の合成において、1,4-ブタンジオール0.7g、エタナコールUH-100(宇部興産(株)製)7.2g、ポリマー分散剤(CA-9)25.4g、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート9.7gを1,4-ブタンジアミン0.5g、エタナコールUH-100(宇部興産(株)製)7.2g、ブレンマーGLM(日油(株)社製)1.5g、2,2-ジヒドロキシメチルプロピオン酸 1.2g、ポリマー分散剤(CA-9)25.4g、ジフェニルメタンジイソシアネート11.7gに変更した以外は、ポリマー粒子(C-34)と同様にしてポリマー粒子(C-38)の30質量%ヘプタン分散液を得た。有機ポリマー分散液の重量平均分子量は表1に示す。
[ポリマー粒子(C-39)の合成]
ポリマー粒子(C-34)の合成において、1,4-ブタンジオール0.7g、エタナコールUH-100(宇部興産(株)製)7.2g、ポリマー分散剤(CA-9)25.4g、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート9.7gを1,4-ブタンジアミン4.7g、ポリマー分散剤(CA-9)25.4g、1,6-ヘキサンジイソシアネート10.6gに変更した以外は、ポリマー粒子(C-34)と同様にしてポリマー粒子(C-39)の30質量%ヘプタン分散液を得た。有機ポリマー分散液の重量平均分子量は表1に示す。
ポリマー粒子(C-34)の合成において、1,4-ブタンジオール0.7g、エタナコールUH-100(宇部興産(株)製)7.2g、ポリマー分散剤(CA-9)25.4g、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート9.7gを1,4-ブタンジアミン4.7g、ポリマー分散剤(CA-9)25.4g、1,6-ヘキサンジイソシアネート10.6gに変更した以外は、ポリマー粒子(C-34)と同様にしてポリマー粒子(C-39)の30質量%ヘプタン分散液を得た。有機ポリマー分散液の重量平均分子量は表1に示す。
<ポリマー粒子により表面の一部が覆われた電極活物質の作製>
ジルコニア製45mL容器(フリッチュ社製)に、直径5mmのジルコニアビーズを180個投入し、上記で合成したポリマー粒子(C-3)の30質量%ヘプタン分散液1.0g(固形分0.3g)、LCO(コバルト酸リチウム、正極活物質)7.0g、分散媒としてヘプタン15.0gを加えた。その後、この容器を遊星ボールミルP-7(商品名、フリッチュ社製)にセットし、温度25℃、回転数150rpmで1時間攪拌を続け、ポリマー粒子により表面の一部が覆われた正極活物質(B-U1)を作製した。
ジルコニア製45mL容器(フリッチュ社製)に、直径5mmのジルコニアビーズを180個投入し、上記で合成したポリマー粒子(C-3)の30質量%ヘプタン分散液1.0g(固形分0.3g)、LCO(コバルト酸リチウム、正極活物質)7.0g、分散媒としてヘプタン15.0gを加えた。その後、この容器を遊星ボールミルP-7(商品名、フリッチュ社製)にセットし、温度25℃、回転数150rpmで1時間攪拌を続け、ポリマー粒子により表面の一部が覆われた正極活物質(B-U1)を作製した。
B-U1の作製において、正極活物質及びポリマー粒子を下記表1に示すように変更した以外は、B-U1と同様の方法により、ポリマー粒子により表面の一部が覆われた正極活物質(B-U2)~(B-U8)、ポリマー粒子により表面の一部が覆われた負極活物質(B-S1)~(B-S8)、比較(B-UH1)~(B-UH3)、及び比較(B-SH1)~(B-SH2)を作製した。
なお(B-U1)~(B-U8)、(B-S1)~(B-S8)は、ポリマー粒子により部分的に覆われた例であり、(B-UH1)及び(B-SH1)は溶解したポリマーで完全に被覆された比較ポリマー粒子、(B-UH2)及び(B-SH2)はポリマー粒子で全く被覆されていない比較ポリマー粒子、(B-UH3)はポリマー粒子(C-11)により正極活物質が完全に被覆された比較ポリマー粒子である。
なお(B-U1)~(B-U8)、(B-S1)~(B-S8)は、ポリマー粒子により部分的に覆われた例であり、(B-UH1)及び(B-SH1)は溶解したポリマーで完全に被覆された比較ポリマー粒子、(B-UH2)及び(B-SH2)はポリマー粒子で全く被覆されていない比較ポリマー粒子、(B-UH3)はポリマー粒子(C-11)により正極活物質が完全に被覆された比較ポリマー粒子である。
なお、表1における被覆率は、オージェ電子分光装置を用い、ポリマー粒子により表面の一部が覆われた電極活物質の原子マッピングを行い、炭素原子の量から、電極活物質表面のポリマー粒子の被覆率を算出した。
表1に記載の表記について、以下に示す。
LCO:LiCoO2 コバルト酸リチウム(日本化学工業(株)製)
NMC:Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2 ニッケル、マンガン、コバルト酸リチウム(日本化学工業(株)製)
AB:アセチレンブラック
DBE:ジブチルエーテル
DMAc:ジメチルアセトアミド
SBR:スチレンブタジエンゴム(ナイポール1502、日本ゼオン(株)製:スチレン含有率23.5質量%)
PI:ポリイミド樹脂(ユーピレックス-25S、宇部興産(株)製)
LCO:LiCoO2 コバルト酸リチウム(日本化学工業(株)製)
NMC:Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2 ニッケル、マンガン、コバルト酸リチウム(日本化学工業(株)製)
AB:アセチレンブラック
DBE:ジブチルエーテル
DMAc:ジメチルアセトアミド
SBR:スチレンブタジエンゴム(ナイポール1502、日本ゼオン(株)製:スチレン含有率23.5質量%)
PI:ポリイミド樹脂(ユーピレックス-25S、宇部興産(株)製)
[硫化物系無機固体電解質(Li/P/S系ガラス)の合成]
硫化物系無機固体電解質は、T.Ohtomo,A.Hayashi,M.Tatsumisago,Y.Tsuchida,S.Hama,K.Kawamoto,Journal of Power Sources,233,(2013),pp231-235及びA.Hayashi,S.Hama,H.Morimoto,M.Tatsumisago,T.Minami,Chem.Lett.,(2001),pp872-873の非特許文献を参考にして合成した。
硫化物系無機固体電解質は、T.Ohtomo,A.Hayashi,M.Tatsumisago,Y.Tsuchida,S.Hama,K.Kawamoto,Journal of Power Sources,233,(2013),pp231-235及びA.Hayashi,S.Hama,H.Morimoto,M.Tatsumisago,T.Minami,Chem.Lett.,(2001),pp872-873の非特許文献を参考にして合成した。
具体的には、アルゴン雰囲気下(露点-70℃)のグローブボックス内で、硫化リチウム(Li2S、Aldrich社製、純度>99.98%)2.42g、五硫化二リン(P2S5、Aldrich社製、純度>99%)3.90gをそれぞれ秤量し、メノウ製乳鉢に投入し、メノウ製乳棒を用いて、5分間混合した。なお、Li2S及びP2S5はモル比でLi2S:P2S5=75:25とした。
ジルコニア製45mL容器(フリッチュ社製)に、直径5mmのジルコニアビーズを66個投入し、上記硫化リチウムと五硫化二リンの混合物全量を投入し、アルゴン雰囲気下で容器を完全に密閉した。この容器を遊星ボールミルP-7(フリッチュ社製)にセットし、温度25℃、回転数510rpmで20時間メカニカルミリングを行い、黄色粉体の硫化物系無機固体電解質(Li/P/S系ガラス)6.20gを得た。
ジルコニア製45mL容器(フリッチュ社製)に、直径5mmのジルコニアビーズを66個投入し、上記硫化リチウムと五硫化二リンの混合物全量を投入し、アルゴン雰囲気下で容器を完全に密閉した。この容器を遊星ボールミルP-7(フリッチュ社製)にセットし、温度25℃、回転数510rpmで20時間メカニカルミリングを行い、黄色粉体の硫化物系無機固体電解質(Li/P/S系ガラス)6.20gを得た。
~固体電解質組成物の調製~
無機固体電解質層用組成物(K-2)の調製
ジルコニア製45mL容器(フリッチュ社製)に、直径5mmのジルコニアビーズを180個投入し、上記で合成した硫化物系無機固体電解質Li/P/S系ガラス9.0g、ポリビニリデンジフルオリド(PVdF、バインダー)0.3g、分散媒としてジブチルエーテル15.0gを投入した。その後、この容器を遊星ボールミルP-7(フリッチュ社製)にセットし、温度25℃、回転数300rpmで2時間攪拌を続け、無機固体電解質層用組成物(K-2)を調製した。
無機固体電解質層用組成物(K-2)の調製
ジルコニア製45mL容器(フリッチュ社製)に、直径5mmのジルコニアビーズを180個投入し、上記で合成した硫化物系無機固体電解質Li/P/S系ガラス9.0g、ポリビニリデンジフルオリド(PVdF、バインダー)0.3g、分散媒としてジブチルエーテル15.0gを投入した。その後、この容器を遊星ボールミルP-7(フリッチュ社製)にセットし、温度25℃、回転数300rpmで2時間攪拌を続け、無機固体電解質層用組成物(K-2)を調製した。
<全固体二次電池の作製>
~正極用組成物の調製~
(1)正極用組成物(U-1)の調製
ジルコニア製45mL容器(フリッチュ社製)に、直径5mmのジルコニアビーズを180個投入し、酸化物系無機固体電解質LLZ(豊島製作所製)2.7g、分散媒としてオクタン12.3gを投入した。この容器を遊星ボールミルP-7(フリッチュ社製)にセットし、温度25℃、回転数300rpmで2時間機械分散を続けた後、活物質として上記で合成したポリマー粒子により表面の一部が覆われた電極(正極)活物質(B-U1)7.0gを容器に投入し、同様に、この容器に遊星ボールミルP-7をセットし、温度25℃、回転数100rpmで15分間混合を続け、正極用組成物(U-1)を調製した。
~正極用組成物の調製~
(1)正極用組成物(U-1)の調製
ジルコニア製45mL容器(フリッチュ社製)に、直径5mmのジルコニアビーズを180個投入し、酸化物系無機固体電解質LLZ(豊島製作所製)2.7g、分散媒としてオクタン12.3gを投入した。この容器を遊星ボールミルP-7(フリッチュ社製)にセットし、温度25℃、回転数300rpmで2時間機械分散を続けた後、活物質として上記で合成したポリマー粒子により表面の一部が覆われた電極(正極)活物質(B-U1)7.0gを容器に投入し、同様に、この容器に遊星ボールミルP-7をセットし、温度25℃、回転数100rpmで15分間混合を続け、正極用組成物(U-1)を調製した。
(2)正極用組成物(U-2)~(U-10)及び(HU-1)~(HU-4)の調製
正極用組成物(U-1)の調製において、組成を表2に示すように変更したこと以外は、正極用組成物(U-1)と同様にして、正極用組成物(U-2)~(U-10)及び(HU-1)~(HU-4)を調製した。
表2に、正極用組成物の構成をまとめて記載する。
なお、正極用組成物(U-1)~(U-10)は、実施例となる固体電解質組成物であり、正極用組成物(HU-1)~(HU-4)は比較の正極用組成物である。
正極用組成物(U-1)の調製において、組成を表2に示すように変更したこと以外は、正極用組成物(U-1)と同様にして、正極用組成物(U-2)~(U-10)及び(HU-1)~(HU-4)を調製した。
表2に、正極用組成物の構成をまとめて記載する。
なお、正極用組成物(U-1)~(U-10)は、実施例となる固体電解質組成物であり、正極用組成物(HU-1)~(HU-4)は比較の正極用組成物である。
表2に記載の表記について、以下に示す。
LLZ:Li7La3Zr2O12(体積平均粒子径5.06μm、(株)豊島製作所製)
Li/P/S:上記で合成したLi/P/S系ガラス
PVdF:ポリビニリデンジフルオリド
SBR:スチレンブタジエンゴム(ナイポール1502、日本ゼオン(株)製:スチレン含有率23.5質量%)
LLZ:Li7La3Zr2O12(体積平均粒子径5.06μm、(株)豊島製作所製)
Li/P/S:上記で合成したLi/P/S系ガラス
PVdF:ポリビニリデンジフルオリド
SBR:スチレンブタジエンゴム(ナイポール1502、日本ゼオン(株)製:スチレン含有率23.5質量%)
~負極用組成物の調製~
(1)負極用組成物(S-1)の調製
ジルコニア製45mL容器(フリッチュ社製)に、直径5mmのジルコニアビーズを180個投入し、酸化物系無機固体電解質LLZ(Li7La3Zr2O12、ランタンジルコン酸リチウム、体積平均粒子径5.06μm、(株)豊島製作所製)5.0g、分散媒としてトルエン12.3gを投入した。この容器を遊星ボールミルP-7(フリッチュ社製)にセットし、温度25℃、回転数300rpmで2時間機械分散を続けた後、電極活物質とし表1で合成したポリマー粒子により表面の一部が覆われた電極(負極)活物質(B-S1)7.0gを容器に投入し、この容器を遊星ボールミルP-7にセットし、温度25℃、回転数100rpmで15分間混合を続け、負極用組成物(S-1)を調製した。
(1)負極用組成物(S-1)の調製
ジルコニア製45mL容器(フリッチュ社製)に、直径5mmのジルコニアビーズを180個投入し、酸化物系無機固体電解質LLZ(Li7La3Zr2O12、ランタンジルコン酸リチウム、体積平均粒子径5.06μm、(株)豊島製作所製)5.0g、分散媒としてトルエン12.3gを投入した。この容器を遊星ボールミルP-7(フリッチュ社製)にセットし、温度25℃、回転数300rpmで2時間機械分散を続けた後、電極活物質とし表1で合成したポリマー粒子により表面の一部が覆われた電極(負極)活物質(B-S1)7.0gを容器に投入し、この容器を遊星ボールミルP-7にセットし、温度25℃、回転数100rpmで15分間混合を続け、負極用組成物(S-1)を調製した。
(2)負極用組成物(S-2)~(S-10)及び(HS-1)~(HS-4)の調製
負極用組成物(S-1)の調製において、組成を表3に示すように変えた以外は、上記負極用組成物(S-1)と同様の方法で、負極用組成物(S-2)~(S-10)及び(HS-1)~(HS-4)を調製した。
負極用組成物(S-1)の調製において、組成を表3に示すように変えた以外は、上記負極用組成物(S-1)と同様の方法で、負極用組成物(S-2)~(S-10)及び(HS-1)~(HS-4)を調製した。
表3に、負極用組成物の構成をまとめて記載する。
ここで、負極用組成物(S-1)~(S-10)が実施例となる固体電解質組成物であり、負極用組成物(HS-1)~(HS-4)が比較の負極用組成物である。
ここで、負極用組成物(S-1)~(S-10)が実施例となる固体電解質組成物であり、負極用組成物(HS-1)~(HS-4)が比較の負極用組成物である。
表3に記載の表記について、以下に示す。
LLZ:Li7La3Zr2O12(体積平均粒子径5.06μm、(株)豊島製作所製)
Li/P/S:上記で合成したLi/P/S系ガラス
PVdF:ポリビニリデンジフルオリド
SBR:スチレンブタジエンゴム(ナイポール1502、日本ゼオン(株)製:スチレン含有率23.5質量%)
LLZ:Li7La3Zr2O12(体積平均粒子径5.06μm、(株)豊島製作所製)
Li/P/S:上記で合成したLi/P/S系ガラス
PVdF:ポリビニリデンジフルオリド
SBR:スチレンブタジエンゴム(ナイポール1502、日本ゼオン(株)製:スチレン含有率23.5質量%)
~二次電池用正極シートの作製~
上記で製造した二次電池正極用組成物を厚み20μmのアルミ箔上(集電体上)に、クリアランスが調節可能なアプリケーターにより塗布し、80℃で1時間加熱後、さらに110℃で1時間加熱し、塗布溶媒を乾燥した。その後、ヒートプレス機を用いて、任意の密度になるように加熱及び加圧し、正極活物質層/アルミ箔の積層構造を有する厚み150μmの二次電池用正極シートを得た。
上記で製造した二次電池正極用組成物を厚み20μmのアルミ箔上(集電体上)に、クリアランスが調節可能なアプリケーターにより塗布し、80℃で1時間加熱後、さらに110℃で1時間加熱し、塗布溶媒を乾燥した。その後、ヒートプレス機を用いて、任意の密度になるように加熱及び加圧し、正極活物質層/アルミ箔の積層構造を有する厚み150μmの二次電池用正極シートを得た。
~二次電池用電極シートの作製~
上記で製造した二次電池用正極シート上に、上記で製造した無機固体電解質層用組成物は(K-2)を、クリアランスが調節可能なアプリケーターにより塗布し、80℃で1時間加熱後、さらに110℃で1時間加熱し、厚み50μmの固体電解質層を形成した。その後、上記で製造した負極用組成物を、乾燥後の無機固体電解質層用組成物上にさらに塗布し、80℃で1時間加熱後、さらに110℃で1時間加熱し、厚み100μmの負極活物質層を形成した。負極活物質層上に厚み20μmの銅箔を合わせ、ヒートプレス機を用いて、無機固体電解質層及び負極活物質層が任意の密度になるように加熱及び加圧し、表4に記載の全固体二次電池用極シートを作製した。
全固体二次電池用電極シートの層構成を図1に示す。全固体二次電池用電極シートは、アルミ箔/負極活物質層/無機固体電解質層/二次電池用正極シート(正極活物質層/アルミ箔)の積層構造を有している。正極活物質層、負極活物質層及び無機固体電解質層は、それぞれ表4に記載の膜厚を有する。
上記で製造した二次電池用正極シート上に、上記で製造した無機固体電解質層用組成物は(K-2)を、クリアランスが調節可能なアプリケーターにより塗布し、80℃で1時間加熱後、さらに110℃で1時間加熱し、厚み50μmの固体電解質層を形成した。その後、上記で製造した負極用組成物を、乾燥後の無機固体電解質層用組成物上にさらに塗布し、80℃で1時間加熱後、さらに110℃で1時間加熱し、厚み100μmの負極活物質層を形成した。負極活物質層上に厚み20μmの銅箔を合わせ、ヒートプレス機を用いて、無機固体電解質層及び負極活物質層が任意の密度になるように加熱及び加圧し、表4に記載の全固体二次電池用極シートを作製した。
全固体二次電池用電極シートの層構成を図1に示す。全固体二次電池用電極シートは、アルミ箔/負極活物質層/無機固体電解質層/二次電池用正極シート(正極活物質層/アルミ箔)の積層構造を有している。正極活物質層、負極活物質層及び無機固体電解質層は、それぞれ表4に記載の膜厚を有する。
<全固体二次電池の製造>
上記で製造した全固体二次電池用電極シートを直径14.5mmの円板状に切り出し、図2に示すように、スペーサーとワッシャーを組み込んだステンレス製の2032型コインケースに入れて、トルクレンチで8ニュートン(N)の力で締め付け、全固体二次電池を製造した。
上記で製造した全固体二次電池用電極シートを直径14.5mmの円板状に切り出し、図2に示すように、スペーサーとワッシャーを組み込んだステンレス製の2032型コインケースに入れて、トルクレンチで8ニュートン(N)の力で締め付け、全固体二次電池を製造した。
<評価>
上記で製造した実施例及び比較例の全固体二次電池用電極シート及び全固体二次電池に対して以下の評価を行った。評価結果は表4に示す。
上記で製造した実施例及び比較例の全固体二次電池用電極シート及び全固体二次電池に対して以下の評価を行った。評価結果は表4に示す。
<電池電圧の評価>
上記で製造した全固体二次電池の電池電圧を、東洋システム(株)製の充放電評価装置「TOSCAT-3000」により測定した。
充電は、電流密度2A/m2で電池電圧が4.2Vに達するまで行い、4.2Vに到達後は、電流密度が0.2A/m2未満となるまで、定電圧充電を実施した。放電は、電流密度2A/m2で電池電圧が3.0Vに達するまで行った。1サイクルとして3サイクル、3サイクル目の5mAh/g放電後の電池電圧を読み取り、以下の基準で評価した。なお、評価「B」以上が本試験の合格レベルである。
上記で製造した全固体二次電池の電池電圧を、東洋システム(株)製の充放電評価装置「TOSCAT-3000」により測定した。
充電は、電流密度2A/m2で電池電圧が4.2Vに達するまで行い、4.2Vに到達後は、電流密度が0.2A/m2未満となるまで、定電圧充電を実施した。放電は、電流密度2A/m2で電池電圧が3.0Vに達するまで行った。1サイクルとして3サイクル、3サイクル目の5mAh/g放電後の電池電圧を読み取り、以下の基準で評価した。なお、評価「B」以上が本試験の合格レベルである。
-評価基準-
A:電池電圧が4.0V以上である。
B:電池電圧が3.9V以上4.0V未満である。
C:電池電圧が3.8V以上3.9V未満である。
D:電池電圧が3.8V未満である。
A:電池電圧が4.0V以上である。
B:電池電圧が3.9V以上4.0V未満である。
C:電池電圧が3.8V以上3.9V未満である。
D:電池電圧が3.8V未満である。
<サイクル特性の評価>
上記で製造した全固体二次電池のサイクル特性を、東洋システム(株)製の充放電評価装置「TOSCAT-3000」により測定した。
充放電は、上記電池電圧の評価と同様の条件で行った。3サイクル目の放電容量を100とし、放電容量が80未満となったときのサイクル数から、以下の基準で評価した。なお、評価A、B及びCが合格レベルである。
上記で製造した全固体二次電池のサイクル特性を、東洋システム(株)製の充放電評価装置「TOSCAT-3000」により測定した。
充放電は、上記電池電圧の評価と同様の条件で行った。3サイクル目の放電容量を100とし、放電容量が80未満となったときのサイクル数から、以下の基準で評価した。なお、評価A、B及びCが合格レベルである。
-評価基準-
A:サイクル数が50回以上である。
B:サイクル数が40回以上50回未満である。
C:サイクル数が30回以上40回未満である。
D:サイクル数が30回未満である。
A:サイクル数が50回以上である。
B:サイクル数が40回以上50回未満である。
C:サイクル数が30回以上40回未満である。
D:サイクル数が30回未満である。
表4に示されるように、正極活物質層及び負極活物質層の少なくとも1層に、無機固体電解質(A)及び一般式(1)で表される基を有するポリマー粒子により表面の一部が覆われた電極活物質(B)を含む、実施例では、電圧を維持したままサイクル特性を両立することが分かる。
2015年2月27日に出願された日本国特許出願2015-039454号の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書に参照により取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書に参照により取り込まれる。
Claims (17)
- 前記ポリマー粒子は、ヒドロキシ基、カルボキシ基、スルホン酸基、リン酸基、アミノ基、チオール基、イソシアネート基、(メタ)アクリロイル基、及びエポキシ基からなる群から選ばれる少なくとも一種の基を有する請求項1又は請求項2に記載の固体電解質組成物。
- 前記ポリマー粒子は、体積平均粒子径が0.05μm~20μmである請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の固体電解質組成物。
- 前記電極活物質(B)の全表面積に対する前記ポリマー粒子の被覆率が5%以上50%未満である請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の固体電解質組成物。
- 前記ポリマー粒子は、ガラス転移温度が-70℃以上50℃未満である請求項1~請求項5のいずれか1項に記載の固体電解質組成物。
- 前記ポリマー粒子は、イオン伝導度が10-7S/cm以下である請求項1~請求項6のいずれか1項に記載の固体電解質組成物。
- 前記ポリマー粒子のポリマーは、ポリ(メタ)アクリル、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタン及びポリウレアから選ばれる少なくとも1種のポリマーである請求項1~請求項7のいずれか1項に記載の固体電解質組成物。
- 前記ポリマー粒子のポリマーは、重量平均分子量が10,000以上500,000未満である請求項1~請求項8のいずれか1項に記載の固体電解質組成物。
- さらに分散媒(D)として炭化水素系溶媒を含む請求項1~請求項9のいずれか1項に記載の固体電解質組成物。
- 集電体と、請求項1~請求項10のいずれか1項に記載の固体電解質組成物を用いて前記集電体の上に配置された電極活物質層と、無機固体電解質層と、を有する電池用電極シート。
- 正極活物質層と、負極活物質層と、を有し、
前記正極活物質層、及び前記負極活物質層の少なくとも一方の層は、前記電極活物質層である請求項13に記載の電池用電極シート。 - 請求項1~請求項10のいずれか1項に記載の固体電解質組成物を集電体の上に付与し、電極活物質層を形成する工程を有する電池用電極シートの製造方法。
- 集電体と、正極活物質層と、負極活物質層と、前記正極活物質層及び前記負極活物質層の間に配置された無機固体電解質層と、を有し、
前記正極活物質層及び前記負極活物質層の少なくとも一方の層が、
周期律表第一族又は第二族に属する金属のイオンの伝導性を有する無機固体電解質(A)と、
下記一般式(1)で表される基を有するポリマー粒子により表面の一部が覆われた電極活物質(B)と、
を含む全固体二次電池。
一般式(1)中、R1は、炭素数6以上のアルキル基又は炭素数6以上のアリール基を表す。Yは、単結合又はヘテロ原子を有する2価の連結基を表す。*は結合位置を表す。
前記アルキル基及び前記アリール基は、炭素-炭素結合間にへテロ原子を有していてもよい。 - 請求項1~請求項10のいずれか1項に記載の固体電解質組成物を集電体の上に付与し、電極活物質層を形成することにより電池用電極シートを製造する工程を有する全固体二次電池の製造方法。
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