WO2017026474A1 - 非水電解質電池用バインダー組成物、並びにそれを用いた非水電解質電池用スラリー組成物、非水電解質電池負極、及び非水電解質電池 - Google Patents

非水電解質電池用バインダー組成物、並びにそれを用いた非水電解質電池用スラリー組成物、非水電解質電池負極、及び非水電解質電池 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a binder composition for a non-aqueous electrolyte battery, a slurry composition for a non-aqueous electrolyte battery using the binder composition, a non-aqueous electrolyte battery negative electrode, and a non-aqueous electrolyte battery.
  • Lithium ion secondary batteries are frequently used as secondary batteries used for the power sources of these portable terminals. Since portable terminals are required to have more comfortable portability, miniaturization, thinning, weight reduction, and high performance have rapidly progressed, and have come to be used in various places. This trend continues today, and batteries used in mobile terminals are further required to be smaller, thinner, lighter, and higher in performance.
  • a non-aqueous electrolyte battery such as a lithium ion secondary battery has a positive electrode and a negative electrode installed via a separator, and LiPF 6 , LiBF 4 LiTFSI (lithium (bistrifluoromethylsulfonylimide)), LiFSI (lithium (bisfluorosulfonylimide). )) And a lithium salt dissolved in an organic liquid such as ethylene carbonate in a container.
  • the negative electrode and the positive electrode are usually obtained by dissolving or dispersing a binder and a thickener in water and mixing an active material, a conductive aid (conductivity imparting agent) and the like with this, Hereinafter, it may be simply formed as a mixed layer by coating the current collector on the current collector and drying the water. More specifically, for example, for the negative electrode, a carbonaceous material capable of occluding and releasing lithium ions, which is an active material, and, if necessary, acetylene black, a conductive auxiliary agent, are secondary to a current collector such as copper. They are bound together by a binder for battery electrodes. On the other hand, for the positive electrode, LiCoO 2 that is an active material and, if necessary, a conductive aid similar to that of the negative electrode are bound to a current collector such as aluminum using a secondary battery electrode binder. Is.
  • diene rubbers such as styrene-butadiene rubber and acrylics such as polyacrylic acid have been used as binders for aqueous media (for example, Patent Documents 1 and 2).
  • the thickener include methylcellulose, ethylcellulose, hydroxyethylcellulose, hydroxypropoxycellulose, carboxymethylcellulose sodium salt (CMC-Na), sodium polyacrylate, etc.
  • CMC-Na is often used.
  • diene rubbers such as styrene-butadiene rubber have low adhesion to metal collectors such as copper, and there is a problem that the amount used cannot be reduced to increase the adhesion between the collector and the electrode material. .
  • the capacity maintenance rate is low due to weakness against heat generated during charging and discharging.
  • polyacrylic acid soda exhibits higher adhesion than styrene-butadiene rubber, but has a problem that the electrode is easily cracked because the electric resistance is high and the electrode becomes harder and less tough.
  • demands for extending the usage time of mobile devices and shortening charging time have increased, and there is an urgent need to improve battery capacity (low resistance), life (cycle characteristics), and charging speed (rate characteristics). In particular, it is an obstacle.
  • the battery capacity is affected by the amount of active material, it is effective to suppress the amount of binder and thickener in order to increase the active material in a limited space of the battery.
  • the rate characteristics are also affected by the ease of electron movement, it is effective to suppress the amount of binder and thickener that are non-conductive and prevent electron movement.
  • the amount of the binder and the thickener is reduced, the binding property between the collector electrode and the electrode material and the active material in the electrode is lowered, and the durability (battery life) for long-term use is significantly reduced.
  • the electrode becomes brittle. Thus, it has been difficult to improve battery characteristics such as battery capacity while maintaining the binding property between the collector electrode and the electrode material and maintaining the toughness as an electrode.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and the battery characteristics in the nonaqueous electrolyte battery are obtained without impairing the function as the binder, that is, the binding property between the active materials and the collector electrode and the toughness as the electrode.
  • the purpose is to improve.
  • the present inventors have found that the above object can be achieved by using a binder composition for a nonaqueous electrolyte battery having the following constitution, and further studies are made based on this finding.
  • the present invention was completed by overlapping.
  • the binder composition for a non-aqueous electrolyte battery according to one aspect of the present invention (hereinafter also simply referred to as a binder composition) is an ⁇ -olefin-maleic acid copolymer obtained by copolymerizing an ⁇ -olefin and a maleic acid. It is characterized by containing a neutralized salt and a polyether.
  • the binder composition for electrodes in the nonaqueous electrolyte battery provided with binding property and toughness can be obtained, and also the improvement of the battery characteristic of a nonaqueous electrolyte battery can be implement
  • the binder composition for an electrode in the nonaqueous electrolyte battery of this embodiment contains a neutralized salt of an ⁇ -olefin-maleic acid copolymer obtained by copolymerizing an ⁇ -olefin and a maleic acid, and a polyether.
  • an ⁇ -olefin-maleic acid copolymer obtained by copolymerizing an ⁇ -olefin and maleic acid is composed of a unit (A) based on ⁇ -olefin and a unit (B) based on maleic acid,
  • a linear random copolymer having an average molecular weight of 10,000 to 500,000 is preferable.
  • the unit (A) based on ⁇ -olefins is represented by the general formula —CH 2 CR 1 R 2 — (wherein R 1 and R 2 may be the same or different from each other, hydrogen Represents an alkyl or alkenyl group having 1 to 10 carbon atoms).
  • the ⁇ -olefin used in this embodiment is a linear or branched olefin having a carbon-carbon unsaturated double bond at the ⁇ -position. In particular, olefins having 2 to 12 carbon atoms, particularly 2 to 8 carbon atoms are preferred.
  • isobutylene is particularly preferable from the viewpoints of availability, polysynthesis, and product stability.
  • the isobutylene includes a mixture containing isobutylene as a main component, for example, a BB fraction (C4 fraction).
  • maleic anhydride maleic acid, maleic acid monoester (for example, methyl maleate, ethyl maleate, propyl maleate, phenyl maleate, etc.), maleic acid, as the unit (B) based on maleic acids
  • Maleic anhydride derivatives such as diesters (eg dimethyl maleate, diethyl maleate, dipropyl maleate, diphenyl maleate etc.), maleic imides or N-substituted derivatives thereof (eg maleic imide, N-methylmaleimide, N N-substituted alkylmaleimides such as ethylmaleimide, N-propylmaleimide, Nn-butylmaleimide, Nt-butylmaleimide, N-cyclohexylmaleimide, N-phenylmaleimide, N-ethyl Phenyl male N-substituted alkylphenylmaleimide such as imide, or N-substi
  • maleic anhydride is preferable from the viewpoint of availability, polymerization rate, and ease of molecular weight adjustment.
  • These maleic acids may be used alone or in combination.
  • Maleic acids are neutralized with alkali salts as described above, and the resulting carboxylic acid and carboxylic acid salt form a 1,2-dicarboxylic acid or salt form. This form has a function of capturing heavy metals eluted from the positive electrode.
  • the content ratio of each structural unit in the copolymer of the present embodiment is preferably such that (A) / (B) is in the range of 1/1 to 1/3 in terms of molar ratio. This is because the advantages of hydrophilicity, water solubility, and affinity for metals and ions as a high molecular weight substance that dissolves in water can be obtained. Particularly, it is desirable that the molar ratio of (A) / (B) is 1/1 or a value close thereto, in which case the unit based on ⁇ -olefin, that is, —CH 2 CR 1 R 2 — A copolymer having a structure in which the units shown and units based on maleic acids are alternately repeated is obtained.
  • the mixing ratio of ⁇ -olefins and maleic acids to obtain the copolymer of the present embodiment varies depending on the composition of the target copolymer, but ⁇ -olefin of 1 to 3 times the number of moles of maleic acids.
  • Use of olefin is effective for increasing the reaction rate of maleic acids.
  • the method for producing the copolymer of the present embodiment is not particularly limited, and for example, the copolymer can be obtained by radical polymerization.
  • the polymerization catalyst used is an azo catalyst such as azobisisobutyronitrile, 1,1-azobiscyclohexane-1-carbonitrile, or an organic peroxide catalyst such as benzoyl peroxide or dicumyl peroxide. preferable.
  • the amount of the polymerization catalyst used is required to be in the range of 0.1 to 5 mol%, preferably 0.5 to 3 mol% with respect to maleic acids.
  • As a method for adding the polymerization catalyst and the monomer they may be added all at the beginning of the polymerization, but it is desirable to add them sequentially as the polymerization proceeds.
  • the molecular weight can be appropriately adjusted mainly depending on the monomer concentration, the amount of catalyst used, and the polymerization temperature.
  • the polymerization temperature is preferably 40 ° C.
  • the polymerization time is usually preferably about 1 to 24 hours, more preferably 2 to 10 hours.
  • the amount of the polymerization solvent used is preferably adjusted so that the concentration of the obtained copolymer is 5 to 40% by weight, more preferably 10 to 30% by weight.
  • the copolymer of this embodiment usually has an average molecular weight of 10,000 to 500,000.
  • a more preferred average molecular weight is 15,000 to 450,000.
  • the average molecular weight of the copolymer of this embodiment is less than 10,000, the crystallinity is high and the adhesive strength between particles may be low.
  • it exceeds 500,000 the solubility in water or a solvent becomes small, and it may precipitate easily.
  • the average molecular weight of the copolymer of the present embodiment can be measured by, for example, a light scattering method or a viscosity method.
  • the copolymer of this embodiment preferably has an intrinsic viscosity in the range of 0.05 to 1.5.
  • the copolymer of this embodiment is usually obtained in the form of a powder having a grain size of about 16 to 60 mesh.
  • the neutralized salt of a copolymer is a neutralized product in which active hydrogen of carbonyl acid generated from maleic acids reacts with a basic substance to form a salt.
  • a basic substance containing a monovalent metal and / or ammonia is used as the basic substance from the viewpoint of binding properties as a binder. Is preferably used.
  • the degree of neutralization is not particularly limited, but when used as a binder, considering the reactivity with the electrolytic solution, it is usually 0.3 to 1 mol per carboxylic acid produced from maleic acids. It is preferably in the range of 1 mole, and more preferably neutralized in the range of 0.4 to 1 mole. With such a neutralization degree, it is possible to adjust the pH of the binder composition of the present embodiment to a predetermined range, and further, there is an advantage that the acidity is low and the electrolytic solution decomposition is suppressed.
  • the degree of neutralization can be determined by a method such as titration with a base, an infrared spectrum, or an NMR spectrum.
  • titration with a base can be performed.
  • the specific titration method is not particularly limited, but it can be dissolved in water with little impurities such as ion-exchanged water, and a basic substance such as lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, It can be carried out by neutralization.
  • the indicator for the neutralization point is not particularly limited, but an indicator such as phenolphthalein whose pH is indicated by a base can be used.
  • the amount of the basic substance containing monovalent metal and / or ammonia is not particularly limited and is appropriately selected depending on the purpose of use and the like, but usually in the maleic acid copolymer.
  • the amount is preferably 0.1 to 2 moles per mole of maleic acid units. If it is such usage-amount, it will be possible to adjust pH of the binder composition of this embodiment to the predetermined range.
  • the amount of the basic substance containing a monovalent metal is preferably 0.6 to 2.0 mol, more preferably 0.7 to 2. mol per mol of maleic acid unit in the maleic acid copolymer. When the amount is 0 mol, a water-soluble copolymer salt with little alkali residue can be obtained.
  • the reaction of the ⁇ -olefin-maleic acid copolymer with a basic substance containing a monovalent metal and / or an amine such as ammonia can be carried out according to a conventional method, but is carried out in the presence of water, and ⁇ - A method for obtaining a neutralized olefin-maleic acid copolymer as an aqueous solution is simple and preferable.
  • Examples of basic substances containing monovalent metals that can be used in the present embodiment include hydroxides of alkali metals such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, and lithium hydroxide; alkali metals such as sodium carbonate and potassium carbonate. Carbonates of alkali metals such as sodium acetate and potassium acetate; phosphates of alkali metals such as trisodium phosphate, and the like.
  • ammonia, lithium hydroxide, sodium hydroxide, and potassium hydroxide are preferable.
  • ammonia or lithium hydroxide as a binder for a lithium ion secondary battery.
  • the basic substance containing monovalent metal and / or ammonia may be used alone or in combination of two or more.
  • a neutralized product of an ⁇ -olefin-maleic acid copolymer using a basic substance containing an alkali metal hydroxide such as sodium hydroxide as long as the battery performance is not adversely affected. May be prepared.
  • the binder composition of the present embodiment further contains polyethers.
  • polyethers By containing polyethers, toughness can be imparted to the binder composition.
  • polyethers used in the present embodiment are not limited as long as they are electrochemically stable, but polyethylene glycol, polypropylene glycol, polytetramethylene glycol, and terminal monoethers, terminal diethers, terminal carboxylic acids thereof. Esters can be used. These may be used alone or in combination. In view of availability and economy, it is preferable to use polyethylene glycol. These molecular weights are not particularly limited, and the average molecular weight is in the range of 2 to 100,000, more preferably in the range of 200 to 50000, and most preferably in the range of 200 to 15000.
  • the addition amount of the polyethers is not particularly limited, but is usually 0.01 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the ⁇ -olefin-maleic acid copolymer (solid content), More preferably, it is in the range of 0.05 to 12 parts by weight. Too much addition amount is not preferable because it decreases the adhesion to the collector electrode, and too little addition amount is not preferable because toughness cannot be imparted.
  • the polyether can be added simultaneously with the reaction of the ⁇ -olefin-maleic acid copolymer and the basic substance containing a monovalent metal, or the ⁇ -olefin-maleic acid copolymer.
  • a basic substance containing a monovalent metal can be added after the reaction.
  • the ring-opening rate of the copolymer represents the hydrolysis rate of the site of maleic anhydride that is polymerized with ⁇ -olefins when maleic anhydride is used as the maleic acid.
  • a preferable ring opening rate is 60 to 100%, more preferably 70% to 100%, and still more preferably 80 to 100%. If the ring-opening rate is too low, the structural freedom of the copolymer becomes small and the stretchability becomes poor, so that the force for adhering the electrode material particles to be bonded may be small, which is not preferable. Furthermore, there is a possibility that problems such as low affinity for water and poor solubility may occur.
  • the ring-opening rate can be determined, for example, by measuring the hydrogen at the ⁇ -position of the maleic acid opened by 1H-NMR with reference to the hydrogen at the ⁇ -position of maleic anhydride.
  • the ratio of the carbonyl group derived from the carbonyl group and the ring-opened maleic anhydride can also be determined by IR measurement.
  • the neutralized salt of the copolymer means that the active hydrogen of the carbonyl acid generated by the ring opening of maleic anhydride is a basic substance as described above. It forms a salt by forming a salt.
  • the degree of neutralization in this case is not particularly limited. However, when used as a binder, in consideration of reactivity with the electrolytic solution, usually with respect to 1 mol of carbonyl acid generated by ring opening, A range of 0.5 to 1 mol is preferable, and a neutralized range of 0.6 to 1 mol is more preferable. Such a neutralization degree has the advantage of low acidity and suppression of electrolyte decomposition.
  • the degree of neutralization of the copolymer when maleic anhydride is used can be measured by the same method as described above.
  • the binder composition of this embodiment is usually used as a binder aqueous solution for a non-aqueous electrolyte battery comprising the above-described binder composition and water.
  • nonaqueous electrolyte battery binder composition of the present embodiment is usually a nonaqueous electrolyte battery slurry composition (hereinafter simply referred to as slurry), which further contains an active material and water in addition to the above-described binder composition. It is preferably used as a composition).
  • slurry nonaqueous electrolyte battery slurry composition
  • the nonaqueous electrolyte battery negative electrode is formed by binding a current collector to a mixed layer containing at least the binder composition for a nonaqueous electrolyte battery of the present embodiment and a negative electrode active material.
  • This negative electrode can be formed by applying the slurry composition for a non-aqueous electrolyte battery negative electrode to a current collector and then removing the solvent by a method such as drying. If necessary, a thickener, a conductive aid and the like can be added to the mixed layer.
  • the amount of the neutralized salt of ⁇ -olefin-maleic acid copolymer used relative to 100 parts by weight of the active material is usually preferably 0.1 to 4 parts by weight. More preferred is 0.3 to 3 parts by weight, still more preferred is 0.5 to 2 parts by weight. If the amount of copolymer is too small, the viscosity of the slurry for nonaqueous electrolyte batteries may be too low and the thickness of the mixed layer may be reduced. Conversely, if the amount of copolymer is too large, the discharge capacity may decrease. There is sex.
  • the amount of the solvent in the slurry composition is usually preferably 40 to 150 parts by weight, more preferably 70 to 130 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the active material.
  • the solvent in the negative electrode slurry composition of the present embodiment in addition to the above water, for example, alcohols such as methanol, ethanol, propanol and 2-propanol, cyclic ethers such as tetrahydrofuran and 1,4-dioxane, N, Amides such as N-dimethylformamide and N, N-dimethylacetamide, cyclic amides such as N-methylpyrrolidone and N-ethylpyrrolidone, and sulfoxides such as dimethylsulfoxide can also be used. In these, use of water is preferable from a viewpoint of safety.
  • the following organic solvent may be used in combination within a range of preferably 20% by weight or less of the total solvent.
  • Such an organic solvent preferably has a boiling point at normal pressure of 100 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, for example, hydrocarbons such as n-dodecane; alcohols such as 2-ethyl-1-hexanol and 1-nonanol.
  • Esters such as ⁇ -butyrolactone and methyl lactate; amides such as N-methylpyrrolidone, N, N-dimethylacetamide and dimethylformamide; and organic dispersion media such as sulfoxides and sulfones such as dimethyl sulfoxide and sulfolane.
  • examples of the negative electrode active material (sometimes abbreviated as active material) added to the negative electrode slurry composition include amorphous carbon, graphite, natural graphite, Carbonaceous materials such as mesocarbon microbeads (MCMB) and pitch-based carbon fibers; conductive polymers such as polyacene; composite metal oxides represented by SiOx, SnOx, LiTiOx, other metal oxides, lithium metal, lithium Examples thereof include lithium-based metals such as alloys; metal compounds such as TiS 2 and LiTiS 2 .
  • a thickener can be further added to the slurry composition as necessary.
  • the thickener that can be added is not particularly limited, and various alcohols, in particular, polyvinyl alcohol and modified products thereof, celluloses, starches, and other polysaccharides can be used.
  • the amount of the thickener used as necessary in the slurry composition is preferably about 0.1 to 4 parts by weight, more preferably 0.3 to 3 parts by weight with respect to 100 parts of the negative electrode active material. More preferably, it is 0.5 to 2 parts by weight. If the amount of the thickener is excessively small, the viscosity of the slurry may be too low and the thickness of the mixed layer may be reduced. Conversely, if the amount of the thickener is excessively large, the discharge capacity may be decreased.
  • examples of the conductive auxiliary compounded in the slurry composition as necessary include metal powder, conductive polymer, acetylene black, and the like.
  • the amount of the conductive aid used is usually preferably 0.5 to 10 parts by weight, more preferably 1 to 7 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the active material.
  • the current collector used for the nonaqueous electrolyte battery negative electrode of the present embodiment is not particularly limited as long as it is made of a conductive material.
  • a conductive material For example, iron, copper, aluminum, nickel, stainless steel, titanium, tantalum, gold Metal materials such as platinum can be used. One of these may be used alone, or two or more of these may be used in combination at any ratio.
  • the shape of the current collector is not particularly limited, but usually it is preferably a sheet having a thickness of about 0.001 to 0.5 mm.
  • the method for applying the slurry to the current collector is not particularly limited. Examples thereof include a doctor blade method, a dip method, a reverse roll method, a direct roll method, a gravure method, an extrusion method, a dipping method, and a brush coating method.
  • the amount to be applied is not particularly limited, but the thickness of the mixed layer containing the active material, conductive additive, binder and thickener formed after removing the solvent or dispersion medium by a method such as drying is preferably 0.005 to An amount of 5 mm, more preferably 0.01 to 2 mm is common.
  • the method for drying a solvent such as water contained in the slurry composition is not particularly limited, and examples thereof include aeration drying with hot air, hot air, and low-humidity air; vacuum drying; drying with infrared rays, far infrared rays, electron beams, and the like. .
  • the drying conditions are preferably adjusted so that the solvent can be removed as soon as possible while the active material layer is cracked by stress concentration or the active material layer does not peel from the current collector.
  • the pressing method include a die press and a roll press.
  • the present invention also includes a non-aqueous electrolyte battery having the negative electrode.
  • the nonaqueous electrolyte battery usually includes the negative electrode, the positive electrode, and an electrolytic solution.
  • the positive electrode normally used for nonaqueous electrolyte batteries is especially used for a positive electrode without a restriction
  • the positive electrode active material TiS 2 , TiS 3 , amorphous MoS 3 , Cu 2 V 2 O 3 , amorphous V 2 O—P 2 O 5 , MoO 3 , V 2 O 5 , V 6 O Transition metal oxides such as 13 and lithium-containing composite metal oxides such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , and LiMn 2 O 4 are used.
  • the positive electrode active material is made of a conductive additive similar to that of the negative electrode, and a binder such as SBR, NBR, acrylic rubber, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, polyvinylidene fluoride, and the boiling point at 100 ° C. in water or the above normal pressure.
  • a binder such as SBR, NBR, acrylic rubber, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, polyvinylidene fluoride, and the boiling point at 100 ° C. in water or the above normal pressure.
  • the positive electrode slurry prepared by mixing in a solvent of 300 ° C. or lower can be applied to a positive electrode current collector such as aluminum and the solvent can be dried to obtain a positive electrode.
  • an electrolytic solution in which an electrolyte is dissolved in a solvent can be used.
  • the electrolyte solution may be liquid or gel as long as it is used for a non-aqueous electrolyte battery such as a normal lithium ion secondary battery, and functions as a battery depending on the type of the negative electrode active material and the positive electrode active material. What is necessary is just to select suitably.
  • lithium salt for example, also known lithium salt is any conventionally available, LiClO 4, LiBF 6, LiPF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiB 10 Cl 10 , LiAlC l4, LiCl, LiBr, LiB (C 2 H 5) 4, CF 3 SO 3 Li, CH 3 SO 3 Li, LiCF 3 SO 3, LiC 4 F 9 SO 3, Li (CF 3 SO 2) 2 N And lower aliphatic lithium carboxylates.
  • the solvent for dissolving such an electrolyte is not particularly limited. Specific examples include carbonates such as propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, and diethyl carbonate; lactones such as ⁇ -butyllactone; trimethoxymethane, 1,2-dimethoxyethane, diethyl ether, and 2-ethoxyethane.
  • Ethers such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran; sulfoxides such as dimethyl sulfoxide; oxolanes such as 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane; nitrogen-containing compounds such as acetonitrile and nitromethane; formic acid Organic acid esters such as methyl, methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, methyl propionate and ethyl propionate; inorganic acid esters such as triethyl phosphate, dimethyl carbonate and diethyl carbonate Terigres; diglymes; triglymes; sulfolanes; oxazolidinones such as 3-methyl-2-oxazolidinone; sultones such as 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone, naphtha sultone, etc.
  • a gel electrolyte a nitrile polymer, an acrylic polymer, a fluorine polymer, an alkylene oxide polymer, or the like can be added as a gelling agent.
  • the method for producing the non-aqueous electrolyte battery of the present embodiment is not particularly limited, and for example, the following production method is exemplified. That is, the negative electrode and the positive electrode are overlapped with each other via a separator such as a polypropylene porous membrane, wound or folded according to the shape of the battery, put into a battery container, injected with an electrolyte, and sealed.
  • the shape of the battery may be any known coin type, button type, sheet type, cylindrical type, square type, flat type, and the like.
  • the nonaqueous electrolyte battery of the present embodiment is a battery that achieves both improved adhesion and improved battery characteristics, and is useful for various applications.
  • the battery is very useful as a battery used in a portable terminal that is required to be small, thin, light, and have high performance.
  • the binder composition for a non-aqueous electrolyte battery according to one aspect of the present invention (hereinafter also simply referred to as a binder composition) is an ⁇ -olefin-maleic acid copolymer obtained by copolymerizing an ⁇ -olefin and a maleic acid. It is characterized by containing a neutralized salt and a polyether.
  • the battery characteristics can be improved without impairing the binding property between the active materials and the collector electrode and the toughness as the electrode.
  • a binder aqueous solution for a non-aqueous electrolyte battery is characterized by comprising the above-mentioned binder composition and water.
  • a slurry composition for a non-aqueous electrolyte battery is characterized by including the binder composition, an active material, and a solvent.
  • a nonaqueous electrolyte battery negative electrode is characterized in that a current collector is bound with a mixed layer containing at least the binder composition for a nonaqueous electrolyte battery and an active material.
  • a nonaqueous electrolyte battery includes the nonaqueous electrolyte battery negative electrode, a positive electrode, and an electrolytic solution.
  • PEG polyethylene glycol
  • the slurry for the electrode is 6.452 parts by weight of a 10% by weight aqueous solution of the binder composition for the negative electrode as a solid content with respect to 100 parts by weight of natural graphite (DMGS, manufactured by BYD) as the negative electrode active material, and a conductive auxiliary agent (conductive As an imparting agent, Super-P (manufactured by Timcal Co., Ltd.) in an amount of 1.075 parts by weight as a solid content was put into a special container and kneaded using a planetary stirrer (ARE-250, manufactured by Sinky).
  • a planetary stirrer ARE-250, manufactured by Sinky
  • an electrode coating slurry was prepared by adding water at the time of kneading and kneading again.
  • the battery coating electrode obtained above was transferred to a glove box (Miwa Seisakusho) under an argon gas atmosphere.
  • a metal lithium foil (thickness 0.2 mm, ⁇ 16 mm) was used for the positive electrode.
  • a polypropylene system (Celgard # 2400, manufactured by Polypore) is used as a separator, and the electrolyte is ethylene carbonate (EC) of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and vinylene carbonate (EMC) with vinylene carbonate (EMC).
  • EC ethylene carbonate
  • LiPF 6 lithium hexafluorophosphate
  • EMC vinylene carbonate
  • EMC vinylene carbonate
  • ⁇ Evaluation method charge / discharge characteristic test>
  • the produced coin battery was subjected to a charge / discharge test using a commercially available charge / discharge tester (TOSCAT3100, manufactured by Toyo System).
  • the coin battery is placed in a constant temperature bath at 25 ° C., and charging is performed with a constant current of 0.1 C (about 0.5 mA / cm 2 ) with respect to the amount of active material until the voltage reaches 0 V with respect to the lithium potential.
  • the constant voltage charge of 0V was implemented to the electric current of 0.02 mA.
  • the capacity at this time was defined as a charging capacity (mAh / g).
  • a slurry for a nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 above. Further, a coated negative electrode was prepared by the same method as in Example 1 to obtain a coin battery, and a charge / discharge characteristic test was performed. Moreover, the toughness test and peel strength measurement were performed using the coated electrode. The results are shown in Table 1 below.
  • a slurry for a nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 above. Further, a coated negative electrode was prepared by the same method as in Example 1 to obtain a coin battery, and a charge / discharge characteristic test was performed. Moreover, the toughness test and peel strength measurement were performed using the coated electrode. The results are shown in Table 1 below.
  • a slurry for a nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 above. Further, a coated negative electrode was prepared by the same method as in Example 1 to obtain a coin battery, and a charge / discharge characteristic test was performed. Moreover, the toughness test and peel strength measurement were performed using the coated electrode. The results are shown in Table 1 below.
  • a slurry for a nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 above. Further, a coated negative electrode was prepared by the same method as in Example 1 to obtain a coin battery, and a charge / discharge characteristic test was performed. Moreover, the toughness test and peel strength measurement were performed using the coated electrode. The results are shown in Table 1 below.
  • PEG polyethylene glycol
  • a slurry for a nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 above. Further, a coated negative electrode was prepared by the same method as in Example 1 to obtain a coin battery, and a charge / discharge characteristic test was performed. Moreover, the toughness test and peel strength measurement were performed using the coated electrode. The results are shown in Table 1 below.
  • PEG polyethylene glycol
  • a slurry for a nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 above. Further, a coated negative electrode was prepared by the same method as in Example 1 to obtain a coin battery, and a charge / discharge characteristic test was performed. Moreover, the toughness test and peel strength measurement were performed using the coated electrode. The results are shown in Table 1 below.
  • Example 1 A 10 w% aqueous solution of the resin used in Example 1 was prepared and used as a negative electrode binder composition. A slurry for a nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 above. Further, a coated negative electrode was prepared by the same method as in Example 1 to obtain a coin battery, and a charge / discharge characteristic test was performed. Moreover, the toughness test and peel strength measurement were performed using the coated electrode. The results are shown in Table 1 below.
  • Example 2 A 10 w% aqueous solution of the resin used in Example 6 was prepared and used as a negative electrode binder composition. A slurry for a nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 above. Further, a coated negative electrode was prepared by the same method as in Example 1 to obtain a coin battery, and a charge / discharge characteristic test was performed. Moreover, the toughness test and peel strength measurement were performed using the coated electrode. The results are shown in Table 1 below.
  • Example 3 A 10 w% aqueous solution of the resin used in Example 7 was prepared and used as a negative electrode binder composition. A slurry for a nonaqueous electrolyte battery was produced in the same manner as in Example 1 above. Further, a coated negative electrode was prepared by the same method as in Example 1 to obtain a coin battery, and a charge / discharge characteristic test was performed. Moreover, the toughness test and peel strength measurement were performed using the coated electrode. The results are shown in Table 1 below.
  • Comparative Examples 1 to 3 that did not contain polyethers resulted in low toughness and adhesion.
  • the present invention has wide industrial applicability in the technical field of non-aqueous electrolyte batteries.

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Abstract

本発明は、α-オレフィン類とマレイン酸類とが共重合したα-オレフィン-マレイン酸類共重合体の中和塩およびポリエーテル類を含有する非水電解質電池用バインダー組成物、並びにそれを用いた非水電解質電池用スラリー組成物、非水電解質電池負極、及び非水電解質電池等に関する。

Description

非水電解質電池用バインダー組成物、並びにそれを用いた非水電解質電池用スラリー組成物、非水電解質電池負極、及び非水電解質電池
 本発明は、非水電解質電池用バインダー組成物、並びにそれを用いた非水電解質電池用スラリー組成物、非水電解質電池負極、及び非水電解質電池に関する。
 近年、携帯電話、ノート型パソコン、パッド型情報端末機器などの携帯端末の普及が著しい。これら携帯端末の電源に用いられている二次電池には、リチウムイオン二次電池が多用されている。携帯端末は、より快適な携帯性が求められるため、小型化、薄型化、軽量化、高性能化が急速に進み、様々な場で利用されるようになった。この動向は現在も続いており、携帯端末に使用される電池にも、小型化、薄型化、軽量化、高性能化がさらに要求されている。
 リチウムイオン二次電池等の非水電解質電池は、正極と負極とをセパレーターを介して設置し、LiPF、LiBF LiTFSI(リチウム(ビストリフルオロメチルスルホニルイミド))、LiFSI(リチウム(ビスフルオロスルホニルイミド))のようなリチウム塩をエチレンカーボネート等の有機液体に溶解させた電解液と共に容器内に収納した構造を有する。
 上記負極および正極は、通常、バインダーおよび増粘剤を水に溶解、または分散させ、これに活物質、必要に応じて導電助剤(導電付与剤)などを混合して得られる電極用スラリー(以下、単にスラリーということがある)を集電体に塗布して、水を乾燥することにより、混合層として結着させて形成される。より具体的には、例えば、負極は、活物質であるリチウムイオン吸蔵・放出可能な炭素質材料、および、必要に応じて導電助剤のアセチレンブラックなどを、銅などの集電体に二次電池電極用バインダーにより相互に結着させたものである。一方、正極は、活物質であるLiCoOなど、および、必要に応じて負極と同様の導電助剤を、アルミニウムなどの集電体に二次電池電極用バインダーを用いて相互に結着させたものである。
 これまで、水媒体用のバインダーとして、スチレン-ブタジエンゴムなどのジエン系ゴムやポリアクリル酸などのアクリル系が使用されている(例えば、特許文献1および2)。増粘剤としては、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロポキシセルロース、カルボキシメチルセルロース・ナトリウム塩(CMC-Na)、ポリアクリル酸ソーダなどが挙げられるが、この中でCMC-Naがよく用いられている(例えば、特許文献3)。
 しかしながら、スチレン-ブタジエンゴムなどのジエン系ゴムは、銅などの金属集電極との接着性が低く、集電極と電極材の密着性を高めるために使用量を下げることが出来ないという問題がある。また、充放電時に発生する熱に対して弱く、容量維持率が低いという問題もある。一方で、ポリアクリル酸ソーダでは、スチレンーブタジエンゴム系よりも高い接着性を示すが、電気抵抗が高く、更に、電極が固くなり靱性に乏しくなるため、電極が容易に割れるという課題がある。最近では、携帯端末の使用時間の延長や充電時間の短縮などの要望が高まり、電池の高容量化(低抵抗化)、寿命(サイクル特性)、充電速度(レート特性)の向上が急務となっているなか、特に障害となっている。
 非水電解質電池において、電池容量は活物質の量に影響されるため、電池という限られた空間内で活物質を増加させるには、バインダーおよび増粘剤の量を抑えることが有効である。また、レート特性についても、電子の移動の容易さに影響されるため、非導電性で電子の移動を妨げるバインダーおよび増粘剤の量を抑えることが有効である。しかしながら、バインダーおよび増粘剤の量を少なくすると、集電極と電極材および電極内の活物質間の結着性が低下し、長時間の使用に対する耐久性(電池寿命)が著しく低下するだけでなく、電極として脆いものとなってしまう。このように、これまで、集電極と電極材の結着性を保持し、電極としての靱性を保持したまま電池容量などの電池特性の向上を図ることは困難であった。
 本発明は上記課題事情に鑑みてなされたものであり、バインダーとしての機能、すなわち、活物質間および集電極との結着性と電極としての靱性を損なうことなく、非水電解質電池における電池特性の向上を図ることを目的とする。
特開2000-67917号公報 特開2008-288214号公報 特開2014-13693号公報
 本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、下記構成の非水電解質電池用バインダー組成物を使用することで、上記目的を達することを見出し、この知見に基づいて更に検討を重ねることによって本発明を完成した。
 すなわち、本発明の一局面に係る非水電解質電池用バインダー組成物(以下、単にバインダー組成物とも称す)は、α-オレフィン類とマレイン酸類とが共重合したα-オレフィン-マレイン酸類共重合体の中和塩およびポリエーテル類を含有することを特徴とする。
 本発明によれば、結着性と靱性を備えた非水電解質電池における電極用バインダー組成物を得ることができ、さらにそれを用いて、非水電解質電池の電池特性の向上を実現することができる。
 以下、本発明の実施形態について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
 本実施形態の非水電解質電池における電極用バインダー組成物は、α-オレフィン類とマレイン酸類とが共重合したα-オレフィン-マレイン酸類共重合体の中和塩およびポリエーテル類を含有することを特徴とする。
 本実施形態において、α-オレフィン類とマレイン酸類とが共重合したα-オレフィン-マレイン酸類共重合体は、α-オレフィンに基づく単位(A)とマレイン酸類に基づく単位(B)とからなり、(A)および(B)の各成分は(A)/(B)=1/1~1/3(モル比)を満足することが好ましい。また、平均分子量が10,000~500,000である線状ランダム共重合体であることが好ましい。
 本実施形態において、α-オレフィン類に基づく単位(A)とは一般式-CHCR-(式中、RおよびRは同じであっても互いに異なっていてもよく、水素、炭素数1~10のアルキル基またはアルケニル基を表わす)で示される構成を意味する。また本実施形態で使用するα-オレフィンとは、α位に炭素-炭素不飽和二重結合を有する直鎖状または分岐状のオレフィンである。特に、炭素数2~12とりわけ2~8のオレフィンが好ましい。使用し得る代表的な例としては、エチレン、プロピレン、n-ブチレン、イソブチレン、n-ペンテン、イソプレン、2-メチル-1-ブテン、3-メチル-1-ブテン、n-ヘキセン、2-メチル-1-ペンテン、3-メチル-1-ペンテン、4-メチル-1-ペンテン、2-エチル-1-ブテン、1,3-ペンタジエン、1,3-ヘキサジエン、2,3-ジメチルブタジエン、2,5-ペンタジエン、1,4-ヘキサジエン、2,2,4-トリメチル-1-ペンテン等が挙げられる。この中でも特に、入手性、重合成、生成物の安定性という観点から、イソブチレンが好ましい。ここでイソブチレンとは、イソブチレンを主成分として含む混合物、例えば、BB留分(C4留分)をも包含する。これ等のオレフィン類は単独で用いても2種以上組合せて用いても良い。
 本実施形態において、マレイン酸類に基づく単位(B)としては、無水マレイン酸、マレイン酸、マレイン酸モノエステル(例えば、マレイン酸メチル、マレイン酸エチル、マレイン酸プロピル、マレイン酸フェニル等)、マレイン酸ジエステル(例えば、マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジエチル、マレイン酸ジプロピル、マレイン酸ジフェニル等)等の無水マレイン酸誘導体、マレイン酸イミドまたはそのN-置換誘導体(例えば、マレイン酸イミド、N-メチルマレイミド、N-エチルマレイミド、N-プロピルマレイミド、N-n-ブチルマレイミド、N-t-ブチルマレイミド、N-シクロヘキシルマレイミド等のN-置換アルキルマレイミドN-フエニルマレイミド、N-メチルフエニルマレイミド、N-エチルフエニルマレイミド等のN-置換アルキルフエニルマレイミド、あるいはN-メトキシフエニルマレイミド、N-エトキシフエニルマレイミド等のN-置換アルコキシフエニルマレイミド)、更にはこれ等のハロゲン化物(例えばN-クロルフエニルマレイミド)、無水シトラコン酸、シトラコン酸、シトラコン酸モノエステル(例えば、シトラコン酸メチル、シトラコン酸エチル、シトラコン酸プロピル、シトラコン酸フェニル等)、シトラコン酸ジエステル(例えば、シトラコン酸ジメチル、シトラコン酸ジエチル、シトラコン酸ジプロピル、シトラコン酸ジフェニル等)等の無水シトラコン酸誘導体、シトラコン酸イミドまたはそのN-置換誘導体(例えば、シトラコン酸イミド、2-メチル-N-メチルマレイミド、2-メチル-N-エチルマレイミド、2-メチル-N-プロピルマレイミド、2-メチル-N-n-ブチルマレイミド、2-メチル-N-t-ブチルマレイミド、2-メチル-N-シクロヘキシルマレイミド等のN-置換アルキルマレイミド2-メチル-N-フエニルマレイミド、2-メチル-N-メチルフエニルマレイミド、2-メチル-N-エチルフエニルマレイミド等の2-メチル-N-置換アルキルフエニルマレイミド、あるいは2-メチル-N-メトキシフエニルマレイミド、2-メチル-N-エトキシフエニルマレイミド等の2-メチル-N-置換アルコキシフエニルマレイミド)、更にはこれ等のハロゲン化物(例えば2-メチル-N-クロルフエニルマレイミド)が好ましく挙げられる。これらの中では、入手性、重合速度、分子量調整の容易さという観点から、無水マレイン酸の使用が好ましい。また、これらのマレイン酸類は単独で使用しても、複数を混合して使用してもよい。マレイン酸類は、上述のように、アルカリ塩により中和され、生成したカルボン酸およびカルボン酸塩は、1,2-ジカルボン酸または塩の形を形成する。この形は、正極より溶出する重金属を補足する機能を有する。
 本実施形態の共重合体における上記各構造単位の含有割合は、(A)/(B)がモル比で1/1~1/3の範囲内にあるのが望ましい。水に溶解する高分子量体としての親水性、水溶性、金属やイオンへの親和性という利点が得られるからである。特に、(A)/(B)のモル比にあっては1/1またはそれに近い値であることが望ましく、その場合にはα-オレフィンに基づく単位、すなわち-CHCR-で示される単位と、マレイン酸類に基づく単位が交互に繰り返された構造を有する共重合体となる。
 本実施形態の共重合体を得るための、α-オレフィン類及びマレイン酸類の仕込み混合比は目的とする共重合体の組成により変わるが、マレイン酸類モル数の1~3倍モル数のα-オレフィンを用いるのがマレイン酸類の反応率を高めるために有効である。
 本実施形態の共重合体を製造する方法については、特に限定はなく、例えば、ラジカル重合により共重合体を得ることができる。その際、使用する重合触媒としてはアゾビスイソブチロニトリル、1,1-アゾビスシクロヘキサン-1-カルボニトリル等のアゾ触媒、ベンンゾイルパーオキサイド、ジクミルパ-オキサイド等の有機過酸化物触媒が好ましい。前記重合触媒の使用量は、マレイン酸類に対し0.1~5モル%となる範囲を必要とするが、好ましくは0.5~3モル%である。重合触媒およびモノマーの添加方法として重合初期にまとめて添加しても良いが、重合の進行にあわせて遂次添加する方法が望ましい。
 本実施形態の共重合体の製造方法において、分子量の調節は主にモノマー濃度、触媒使用量、重合温度によって適宜行なうことができる。例えば、分子量を低下させる物質として周期律表第I、IIまたはIII族の金属の塩、水酸化物、第IV族の金属のハロゲン化物、一般式N≡、HN=、HN-もしくはHN-で示されるアミン類、酢酸アンモニウム、尿素等の窒素化合物、あるいはメルカプタン類等を、重合の初期または重合の進行中に添加することによって共重体の分子量を調節することも可能である。重合温度は40℃~150℃であることが好ましく、特に60℃~120℃の範囲であることがより好ましい。重合温度が高すぎると生成する共重合物がブロック状になり易く、また重合圧力が著しく高くなるおそれがある。重合時間は、通常1~24時間程度であることが好ましく、より好ましくは2~10時間である。重合溶媒の使用量は、得られる共重合物濃度が5~40重量%あることが好ましく、より好ましくは10~30重量%となる様に調節することが望ましい。
 上述したように、本実施形態の共重合体は、通常、10,000~500,000の平均分子量を有することが好ましい。より好ましい平均分子量は、15,000~450,000である。本実施形態の共重合体の平均分子量が10,000未満となると、結晶性が高く、粒子間の接着強度が小さくなるおそれがある。一方、500,000を超えると、水や溶媒への溶解度が小さくなり、容易に析出する場合がある。
 本実施形態の共重合体の平均分子量は、例えば、光散乱法や粘度法によって測定することができる。粘度法を用いて、ジメチルホルムアミド中の極限粘度(〔η〕)を測定した場合、本実施形態の共重合体は極限粘度が0.05~1.5の範囲にあることが好ましい。なお、本実施形態の共重合体は通常16~60メッシュ程度の粒のそろった粉末状で得られる。
 本実施形態において、共重合体の中和塩とは、マレイン酸類から生成するカルボニル酸の活性水素が、塩基性物質と反応し、塩を形成して中和物となっているものであることが好ましい。本実施形態で使用するα-オレフィン-マレイン酸類共重合体の中和物においては、バインダーとしての結着性の観点から前記塩基性物質として、一価の金属を含む塩基性物質および/またはアンモニアを使用することが好ましい。
 中和度としては特に限定されるものではないが、バインダーとして使用する場合に、電解液との反応性を考慮して、通常、マレイン酸類から生成するカルボン酸1モルに対し、0.3~1モルの範囲にあることが好ましく、より好ましくは、0.4~1モルの範囲で、中和されたものを用いることが好ましい。このような中和度であれば、本実施形態のバインダー組成物のpHを所定の範囲に調整することが可能となり、さらに酸性度が低く電解液分解抑制という利点がある。
 本実施形態において、中和度は、塩基による適定、赤外線スペクトル、NMRスペクトルなどの方法を用いることができるが、簡便且つ正確に中和点を測定するには、塩基による滴定を行うことが好ましい。具体的な滴定の方法としては、特に限定されるものではないが、イオン交換水等の不純物の少ない水に溶解して、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの塩基性物質により、中和を行うことによって実施できる。中和点の指示薬としては、特に限定するものではないが、塩基によりpH指示するフェノールフタレインなどの指示薬を使用することが出来る。
 本実施形態において、一価の金属を含む塩基性物質および/またはアンモニアの使用量は、特に制限されるものではなく、使用目的等により適宜選択されるが、通常、マレイン酸類共重合体中のマレイン酸単位1モル当り0.1~2モルとなる量であることが好ましい。このような使用量であれば、本実施形態のバインダー組成物のpHを所定の範囲に調整することが可能となると考えられる。なお、一価の金属を含む塩基性物質の使用量を、好ましくは、マレイン酸共重合体中のマレイン酸単位1モル当り0.6~2.0モル、より好ましくは0.7~2.0モルとなる量とすると、アルカリ残留の少なく水溶性の共重合体塩を得ることができる。
 α-オレフィン-マレイン酸類共重合体と、一価の金属を含む塩基性物質および/またはアンモニア等のアミン類との反応は、常法に従って実施できるが、水の存在下に実施し、α-オレフィン-マレイン酸類共重合体の中和物を水溶液として得る方法が簡便であり、好ましい。
 本実施形態で使用可能な一価の金属を含む塩基性物質としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムなどのアルカリ金属の水酸化物;炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどのアルカリ金属の炭酸塩;酢酸ナトリウム、酢酸カリウムなどのアルカリ金属の酢酸塩;リン酸三ナトリウムなどのアルカリ金属のリン酸塩等が挙げられる。アンモニア等のアミン類としては、アンモニア、メチルアミン、エチルアミン、ブチルアミン、オクチルアミンなどの1級アミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジブチルアミンなどの2級アミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミンなどの3級アミン、エチレンジアミン、ブチレンジアミン、ジエチレンイミン、トリエチレンイミン、ポリエチレンイミンなどのポリアミン等が挙げられる。これらの中でもアンモニア、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムが好ましい。特に、リチウムイオン二次電池用のバインダーとしては、アンモニア、水酸化リチウムの使用が好ましい。一価の金属を含む塩基性物質および/またはアンモニアは単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。また電池性能に悪影響を及ぼさない範囲内であれば、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属の水酸化物などを含有する塩基性物質を併用して、α-オレフィン-マレイン酸類共重合体の中和物を調製してもよい。
 次に、本実施形態のバインダー組成物は、さらにポリエーテル類を含有する。ポリエーテル類を含有することにより、バインダー組成物に靱性を付与することができる。
 本実施形態で使用されるポリエーテル類としては、電気化学的に安定であれば限りはないが、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、およびこれらの末端モノエーテル、末端ジエーテル、末端カルボン酸エステルなどを使用することができる。これらは単独で使用しても、複数を使用しても構わない。入手性、経済性を考慮して、ポリエチレングリコールの使用が好ましい。これらの分子量は特に限定されるものではなく、平均分子量として2~100000の範囲、より好ましくは、200~50000の範囲、最も好ましくは200~15000である。ポリエーテル類の添加量としては、特に限定されるものではないが、通常、α-オレフィン-マレイン酸類共重合体(固形分)100重量部に対して、0.01重量部から20重量部、より好ましくは、0.05重量部~12重量部の範囲である。多すぎる添加量は、集電極との接着性を低下させるため好ましくなく、少なすぎる添加量は、靱性を付与できないため好ましくない。
 本実施形態において、ポリエーテル類は、α-オレフィン-マレイン酸類共重合体と一価の金属を含む塩基性物質を反応させると同時に添加することもできるし、α-オレフィン-マレイン酸類共重合体と一価の金属を含む塩基性物質を反応させた後に添加することもできる。
 次に、本実施形態において、共重合体の開環率とは、マレイン酸類として無水マレイン酸を用いた場合の、α-オレフィン類と重合する無水マレイン酸類部位の加水分解率を表す。本実施形態の共重合体において、好ましい開環率は、60~100%であり、より好ましくは、70%~100%、更に好ましくは、80~100%である。開環率が低すぎると、共重合体の構造的自由度が小さくなり、伸縮性に乏しくなるため、接着する極材粒子を接着する力が小さくなるおそれがあり、好ましくない。さらに、水に対する親和性が低く、溶解性が乏しいという問題点を生じるおそれがある。開環率は、例えば、無水マレイン酸のα位に位置する水素を基準として、開環したマレイン酸のα位の水素を1H-NMRで測定して比率を求めることも出来るし、マレイン酸のカルボニル基と開環した無水マレイン酸に由来するカルボニル基をIR測定によって比率を決定することも出来る。
 また、本実施形態において、マレイン酸類が無水マレイン酸である場合、共重合体の中和塩とは、無水マレイン酸の開環で生成したカルボニル酸の活性水素が、上述したような塩基性物質と反応し、塩を形成して中和物となっているものである。この場合の中和度としては、特に限定されるものではないが、バインダーとして使用する場合に、電解液との反応性を考慮して、通常、開環により生成するカルボニル酸1モルに対し、0.5~1モルの範囲であることが好ましく、より好ましくは、0.6~1モルの範囲で、中和されたものを用いることが好ましい。このような中和度であれば、酸性度が低く電解液分解抑制という利点がある。なお、無水マレイン酸を用いた場合の共重合体の中和度は、上述した方法と同様の方法により測定することができる。
 本実施形態のバインダー組成物は、通常、上述のバインダー組成物と水とからなる、非水電解質電池用バインダー水溶液として使用される。
 また、本実施形態の非水電解質電池用バインダー組成物は、通常、上述のバインダー組成物に加えて、さらに活物質と水とを含有する、非水電解質電池用スラリー組成物(以下、単にスラリー組成物とも称する)として使用されることが好ましい。
 また、本実施形態において非水電解質電池負極は、集電体に、少なくとも本実施形態の非水電解質電池用バインダー組成物および負極活物質を含む混合層を結着させてなることを特徴とする。この負極は、上述の非水電解質電池負極用スラリー組成物を集電体に塗布してから溶媒を乾燥などの方法で除去することにより形成することができる。前記混合層には、必要に応じてさらに増粘剤、導電助剤などを加えることができる。
 前記非水電解質電池用スラリー組成物において、活物質100重量部に対する、α-オレフィン-マレイン酸類共重合体の中和塩の使用量は、通常、0.1~4重量部であることが好ましく、より好ましくは0.3~3重量部、さらに好ましくは0.5~2重量部である。共重合体の量が過度に少ないと非水電解質電池用スラリーの粘度が低すぎて混合層の厚みが薄くなるおそれがあり、逆に、共重合体が過度に多いと放電容量が低下する可能性がある。
 一方、上記スラリー組成物における溶媒の量は、活物質100重量部に対し、通常、40~150重量部であることが好ましく、より好ましくは70~130重量部である。
 本実施形態の負極用スラリー組成物における溶媒としては、上記水以外に、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、2-プロパノールなどのアルコール類、テトラヒドロフラン、1,4-ジオキサンなどの環状エーテル類、N,N-ジメチルホルミアミド、N,N-ジメチルアセトアミドなどのアミド類、N-メチルピロリドン、N-エチルピロリドンなどの環状アミド類、ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド類などを使用することもできる。これらの中では、安全性という観点から、水の使用が好ましい。
 また、本実施形態のスラリー組成物における溶媒として水以外にも、次に記す有機溶媒を、溶媒全体の好ましくは20重量%以下となる範囲で併用しても良い。そのような有機溶媒としては、常圧における沸点が100℃以上300℃以下のものが好ましく、例えば、n-ドデカンなどの炭化水素類;2-エチル-1-ヘキサノール、1-ノナノールなどのアルコール類;γ-ブチロラクトン、乳酸メチルなどのエステル類;N-メチルピロリドン、N,N-ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミドなどのアミド類;ジメチルスルホキシド、スルホランなどのスルホキシド・スルホン類などの有機分散媒が挙げられる。
 本実施形態のスラリー組成物を負極用に用いる場合、該負極用スラリー組成物に添加される負極活物質(活物質と略記する場合がある)としては、例えば、アモルファスカーボン、グラファイト、天然黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、ピッチ系炭素繊維などの炭素質材料;ポリアセン等の導電性高分子;SiOx,SnOx,LiTiOxで表される複合金属酸化物やその他の金属酸化物やリチウム金属、リチウム合金などのリチウム系金属;TiS、LiTiSなどの金属化合物などが例示される。
 本実施形態では、前記スラリー組成物に、必要に応じて、さらに増粘剤を添加することができる。添加できる増粘剤としては、特に限定されるものではなく、種々のアルコール類、特に、ポリビニルアルコールおよびその変性物、セルロース類、でんぷんなどの多糖類を使用することができる。
 スラリー組成物に必要に応じて配合される増粘剤の使用量は、負極活物質100部に対し0.1~4重量部程度であることが好ましく、より好ましくは0.3~3重量部、さらに好ましくは0.5~2重量部である。増粘剤が過度に少ないとスラリーの粘度が低すぎて混合層の厚みが薄くなる場合があり、逆に、増粘剤が過度に多いと放電容量が低下する場合がある。
 また、スラリー組成物に必要に応じて配合される導電助剤としては、例えば、金属粉、導電性ポリマー、アセチレンブラックなどが挙げられる。導電助剤の使用量は、活物質100重量部に対し、通常、0.5~10重量部であることが好ましく、より好ましくは1~7重量部である。
 本実施形態の非水電解質電池負極に使用される集電体は、導電性材料からなるものであれば特に制限されないが、例えば、鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼、チタン、タンタル、金、白金などの金属材料を使用することができる。これらは、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 特に、負極として銅を用いた場合に、本発明の非水電解質電池負極用スラリーの効果が最もよく現れる。集電体の形状は特に制限されないが、通常、厚さ0.001~0.5mm程度のシート状であることが好ましい。
 スラリーを集電体へ塗布する方法は、特に制限されない。例えば、ドクターブレード法、ディップ法、リバースロール法、ダイレクトロール法、グラビア法、エクストルージョン法、浸漬法、ハケ塗り法などの方法が挙げられる。塗布する量も特に制限されないが、溶媒または分散媒を乾燥などの方法によって除去した後に形成される活物質、導電助剤、バインダーおよび増粘剤を含む混合層の厚みが好ましくは0.005~5mm、より好ましくは0.01~2mmとなる量が一般的である。
 スラリー組成物に含まれる水などの溶媒の乾燥方法は特に制限されず、例えば温風、熱風、低湿風による通気乾燥;真空乾燥;赤外線、遠赤外線、電子線などの照射線乾燥などが挙げられる。乾燥条件は、応力集中によって活物質層に亀裂が入ったり、活物質層が集電体から剥離しない程度の速度範囲となる中で、できるだけ早く溶媒が除去できるように調整するとよい。更に、電極の活物質の密度を高めるために、乾燥後の集電体をプレスすることは有効である。プレス方法としては、金型プレスやロールプレスなどの方法が挙げられる。
 さらに、本発明には、上記負極を有する非水電解質電池も包含される。非水電解質電池には、通常、上記負極と、正極と、電解液が含まれる。
 本実施形態では、正極は、リチウムイオン二次電池等の非水電解質電池に通常使用される正極が特に制限なく使用される。例えば、正極活物質としては、TiS、TiS、非晶質MoS、Cu、非晶質VO-P、MoO、V、V13などの遷移金属酸化物やLiCoO、LiNiO、LiMnO、LiMnなどのリチウム含有複合金属酸化物などが使用される。また、正極活物質を、上記負極と同様の導電助剤と、SBR、NBR、アクリルゴム、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリフッ化ビニリデンなどのバインダーとを、水や上記の常圧における沸点が100℃以上300℃以下の溶媒などに混合して調製した正極用スラリーを、例えば、アルミニウム等の正極集電体に塗布して溶媒を乾燥させて正極とすることができる。
 また、本実施形態の非水電解質電池には、電解質を溶媒に溶解させた電解液を使用することができる。電解液は、通常のリチウムイオン二次電池等の非水電解質電池に用いられるものであれば、液状でもゲル状でもよく、負極活物質、正極活物質の種類に応じて電池としての機能を発揮するものを適宜選択すればよい。具体的な電解質としては、例えば、従来より公知のリチウム塩がいずれも使用でき、LiClO、LiBF、LiPF、LiCFSO、LiCFCO、LiAsF、LiSbF、LiB10Cl10、LiAlCl4、LiCl、LiBr、LiB(C、CFSOLi、CHSOLi、LiCFSO、LiCSO、Li(CFSON、低級脂肪族カルボン酸リチウムなどが挙げられる。
 このような電解質を溶解させる溶媒(電解液溶媒)は特に限定されるものではない。具体例としてはプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどのカーボネート類;γ-ブチルラクトンなどのラクトン類;トリメトキシメタン、1,2-ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、2-エトキシエタン、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフランなどのエーテル類;ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド類;1,3-ジオキソラン、4―メチル-1,3―ジオキソランなどのオキソラン類;アセトニトリルやニトロメタンなどの含窒素化合物類;ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなどの有機酸エステル類;リン酸トリエチル、炭酸ジメチル、炭酸ジエチルなどの無機酸エステル類;ジグライム類;トリグライム類;スルホラン類;3-メチル-2-オキサゾリジノンなどのオキサゾリジノン類;1,3-プロパンスルトン、1,4-ブタンスルトン、ナフタスルトンなどのスルトン類などが挙げられ、これらは単独もしくは二種以上混合して使用できる。ゲル状の電解液を用いるときは、ゲル化剤としてニトリル系重合体、アクリル系重合体、フッ素系重合体、アルキレンオキサイド系重合体などを加えることができる。
 本実施形態の非水電解質電池を製造する方法としては、特に限定はないが、例えば、次の製造方法が例示される。すなわち、負極と正極とを、ポリプロピレン多孔膜などのセパレーターを介して重ね合わせ、電池形状に応じて巻く、折るなどして、電池容器に入れ、電解液を注入して封口する。電池の形状は、公知のコイン型、ボタン型、シート型、円筒型、角型、扁平型など何れであってもよい。
 本実施形態の非水電解質電池は、接着性と電池特性の向上を両立させた電池であり、様々な用途に有用である。例えば、小型化、薄型化、軽量化、高性能化の要求される携帯端末に使用される電池としても非常に有用である。
 本明細書は、上述したように様々な態様の技術を開示しているが、そのうち主な技術を以下に纏める。
 すなわち、本発明の一局面に係る非水電解質電池用バインダー組成物(以下、単にバインダー組成物とも称す)は、α-オレフィン類とマレイン酸類とが共重合したα-オレフィン-マレイン酸類共重合体の中和塩およびポリエーテル類を含有することを特徴とする。
 このような構成により、活物質間および集電極との結着性と電極としての靱性を損なうことなく、電池特性の向上を図ることができると考えられる。
 また、本発明の他の局面に係る非水電解質電池用バインダー水溶液は、上記バインダー組成物、水からなることを特徴とする。
 また、本発明のさらに他の局面に係る非水電解質電池用スラリー組成物は、上記バインダー組成物、活物質及び溶媒を含むことを特徴とする。
 本発明のさらに他の局面に係る非水電解質電池負極は、集電体に、上記非水電解質電池用バインダー組成物と、活物質とを少なくとも含有する混合層を結着してなることを特徴とする。
 また、本発明のさらに他の局面に係る非水電解質電池は、上記非水電解質電池負極と、正極と、電解液とを備えることを特徴とする。
 以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
 (実施例1)
 <負極用バインダー組成物>
 負極用バインダー組成物として水溶性のリチウム変性イソブテン-無水マレイン酸共重合樹脂(平均分子量325,000、中和度0.5、開環率96%)の10w%水溶液を調整した。さらにポリエーテル類としてポリエチレングリコール(PEG、和光純薬工業株式会社製、平均分子量600)の10w%水溶液を調整し、樹脂10w%水溶液:PEG10w%水溶液=95:5(固形分として樹脂:PEG=6.129:0.323)の重量比となるように混合した。
 <負極用スラリーの作製>
 電極用スラリー作製は負極用活物質として天然黒鉛(DMGS、BYD製)100重量部に対して、負極用バインダー組成物の10w%水溶液を固形分として6.452重量部、および導電助剤(導電付与剤)としてSuper-P(ティムカル社製)を固形分として1.075重量部を専用容器に投入し、遊星攪拌器(ARE-250、シンキー製)を用いて混練した。スラリー粘度調整のため、混練時は水を添加して再度混練することによって電極塗工用スラリーを作製した。スラリー中の活物質とバインダーの組成比は固形分として、黒鉛粉末:導電助剤:バインダー組成物=100:1.075:6.452である。
 <電池用負極の作製>
 得られたスラリーをバーコーター(T101、松尾産業製)を用いて集電体の銅箔(CST8G、福田金属箔粉工業製)上に塗工し、80℃で30分間熱風乾燥機(ヤマト科学製)にて一次乾燥後、ロールプレス(宝泉製)を用いて圧延処理を行なった。その後、電池用電極(φ14mm)として打ち抜き後、120℃で3時間減圧条件の二次乾燥によってコイン電池用電極を作製した。
 <電極の靱性試験>
 電極の靭性の評価はJIS K5600-5-1(塗料一般試験方法-第5部:塗膜の機械的性質-第1節:耐屈曲性(円筒形マンドレル法))のタイプ1の試験装置を用いて行った。電極割れの確認は目視で行い、割れが生じなかった最小のマンドレル径の結果を下記表1に示す。なお、靱性は、マンドレル径が小さいほど高く、5mm以下であると電極として使用するのに好ましい。
 <電極の剥離強度測定>
 集電極である銅箔から電極を剥離したときの強度を測定した。当該剥離強度は、50Nのロードセル(株式会社イマダ製)を用いて180°剥離強度を測定した。上記で得られた電池用塗工電極のスラリー塗布面とステンレス板とを両面テープ(ニチバン製両面テープ)を用いて貼り合わせ、180°剥離強度(剥離幅10mm、剥離速度100mm/min)を測定した。上記結果を下記表1に示す。
 <電池の作製>
 上記で得られた電池用塗工電極をアルゴンガス雰囲気下のグローブボックス(美和製作所製)に移送した。正極には金属リチウム箔(厚さ0.2mm、φ16mm)を用いた。また、セパレーターとしてポリプロフィレン系(セルガード#2400、ポリポア製)を使用して、電解液は六フッ化リン酸リチウム(LiPF)のエチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)にビニレンカーボネート(VC)を添加した混合溶媒系(1M-LiPF、EC/EMC=3/7vol%、VC2wt%)を用いて注入し、コイン電池(2032タイプ)を作製した。
 <評価方法:充放電特性試験>
 作製したコイン電池は、市販充放電試験機(TOSCAT3100、東洋システム製)を用いて充放電試験を実施した。コイン電池を25℃の恒温槽に置き、充電はリチウム電位に対して0Vになるまで活物質量に対して0.1C(約0.5mA/cm)の定電流充電を行い、更にリチウム電位に対して0.02mAの電流まで0Vの定電圧充電を実施した。このときの容量を充電容量(mAh/g)とした。次いで、リチウム電位に対して0.1C(約0.5mA/cm)の定電流放電を1.5Vまで行い、このときの容量を放電容量(mAh/g)とした。初期放電容量と充電容量差を不可逆容量、放電容量/充電容量の百分率を充放電効率とした。コイン電池の直流抵抗は、1回の充電を行った後(満充電状態)の抵抗値を採用した。上記結果を下記表1に示す。
 (実施例2)
 実施例1で用いた樹脂とポリエーテル類としてポリエチレングリコール(PEG、和光純薬工業株式会社製、平均分子量6000)の10w%水溶液を調整し、樹脂10w%水溶液:PEG10w%水溶液=95:5(固形分として樹脂:PEG=6.129:0.323)となるように混合した。非水電解質電池用スラリーを上記実施例1と同様の方法によって作製した。さらに、上記実施例1と同様の方法によって塗工負極を作製し、コイン電池を得て、充放電特性試験を行った。また塗工電極を用いて、靱性試験及び剥離強度測定を行った。結果を下記表1に示す。
 (実施例3)
 実施例1で用いた樹脂とポリエーテル類としてポリエチレングリコール(PEG、和光純薬工業株式会社製、平均分子量20000)の10w%水溶液を調整し、樹脂10w%水溶液:PEG10w%水溶液=95:5(固形分として樹脂:PEG=6.129:0.323)となるように混合した。非水電解質電池用スラリーを上記実施例1と同様の方法によって作製した。さらに、上記実施例1と同様の方法によって塗工負極を作製し、コイン電池を得て、充放電特性試験を行った。また塗工電極を用いて、靱性試験及び剥離強度測定を行った。結果を下記表1に示す。
 (実施例4)
 実施例1で用いた樹脂とポリエーテル類としてポリエチレングリコール(PEG、和光純薬工業株式会社製、平均分子量6000)の10w%水溶液を調整し、樹脂10w%水溶液:PEG10w%水溶液=99:1(固形分として樹脂:PEG=6.387:0.065)となるように混合した。非水電解質電池用スラリーを上記実施例1と同様の方法によって作製した。さらに、上記実施例1と同様の方法によって塗工負極を作製し、コイン電池を得て、充放電特性試験を行った。また塗工電極を用いて、靱性試験及び剥離強度測定を行った。結果を下記表1に示す。
 (実施例5)
 実施例1で用いた樹脂とポリエーテル類としてポリエチレングリコール(PEG、和光純薬工業株式会社製、平均分子量6000)の10w%水溶液を調整し、樹脂10w%水溶液:PEG10w%水溶液=90:10(固形分として樹脂:PEG=5.806:0.645)となるように混合した。非水電解質電池用スラリーを上記実施例1と同様の方法によって作製した。さらに、上記実施例1と同様の方法によって塗工負極を作製し、コイン電池を得て、充放電特性試験を行った。また塗工電極を用いて、靱性試験及び剥離強度測定を行った。結果を下記表1に示す。
 (実施例6)
 負極用バインダー組成物として水溶性のリチウム変性メチルビニルエーテル-無水マレイン酸共重合樹脂(平均分子量630,000、中和度0.5、開環率96%)の10w%水溶液を調整した。さらにポリエーテル類としてポリエチレングリコール(PEG、和光純薬工業株式会社製、平均分子量6000)の10w%水溶液を調整し、樹脂10w%水溶液:PEG10w%水溶液=95:5(固形分として樹脂:PEG=6.129:0.323)となるように混合した。非水電解質電池用スラリーを上記実施例1と同様の方法によって作製した。さらに、上記実施例1と同様の方法によって塗工負極を作製し、コイン電池を得て、充放電特性試験を行った。また塗工電極を用いて、靱性試験及び剥離強度測定を行った。結果を下記表1に示す。
 (実施例7)
 負極用バインダー組成物として水溶性のリチウム変性エチレン-無水マレイン酸共重合樹脂(平均分子量100,000~600,000、中和度0.5、開環率96%)の10w%水溶液を調整した。さらにポリエーテル類としてポリエチレングリコール(PEG、和光純薬工業株式会社製、平均分子量6000)の10w%水溶液を調整し、樹脂10w%水溶液:PEG10w%水溶液=95:5(固形分として樹脂:PEG=6.129:0.323)となるように混合した。非水電解質電池用スラリーを上記実施例1と同様の方法によって作製した。さらに、上記実施例1と同様の方法によって塗工負極を作製し、コイン電池を得て、充放電特性試験を行った。また塗工電極を用いて、靱性試験及び剥離強度測定を行った。結果を下記表1に示す。
 (比較例1)
 実施例1で用いた樹脂の10w%水溶液を調整し負極用バインダー組成物として用いた。非水電解質電池用スラリーを上記実施例1と同様の方法によって作製した。さらに、上記実施例1と同様の方法によって塗工負極を作製し、コイン電池を得て、充放電特性試験を行った。また塗工電極を用いて、靱性試験及び剥離強度測定を行った。結果を下記表1に示す。
 (比較例2)
 実施例6で用いた樹脂の10w%水溶液を調整し負極用バインダー組成物として用いた。非水電解質電池用スラリーを上記実施例1と同様の方法によって作製した。さらに、上記実施例1と同様の方法によって塗工負極を作製し、コイン電池を得て、充放電特性試験を行った。また塗工電極を用いて、靱性試験及び剥離強度測定を行った。結果を下記表1に示す。
 (比較例3)
 実施例7で用いた樹脂の10w%水溶液を調整し負極用バインダー組成物として用いた。非水電解質電池用スラリーを上記実施例1と同様の方法によって作製した。さらに、上記実施例1と同様の方法によって塗工負極を作製し、コイン電池を得て、充放電特性試験を行った。また塗工電極を用いて、靱性試験及び剥離強度測定を行った。結果を下記表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 (考察)
 負極用バインダー組成物にポリエーテル類が含有されている実施例1~7では、可塑剤としてポリエーテル類作用したことによる靭性、接着性の向上が見られた。そして、表1から明らかなように、本発明に関する実施例においては、ポリエーテル類を添加しても電池特性には大きく影響を与えず、低抵抗化が実現することが示された。
 これに対し、ポリエーテル類が含有していない比較例1~3では靭性、接着性が共に低いという結果となった。
 この出願は、2015年8月10日に出願された日本国特許出願特願2015-158267を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。
 本発明を表現するために、前述において図面等を参照しながら実施形態を通して本発明を適切かつ十分に説明したが、当業者であれば前述の実施形態を変更及び/又は改良することは容易になし得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態又は改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態又は当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
 本発明は、非水電解質電池の技術分野において、広範な産業上の利用可能性を有する。

Claims (5)

  1.  α-オレフィン類とマレイン酸類とが共重合したα-オレフィン-マレイン酸類共重合体の中和塩およびポリエーテル類を含有する、非水電解質電池用バインダー組成物。
  2.  請求項1に記載のバインダー組成物と水とからなる、非水電解質電池用バインダー水溶液。
  3.  請求項1に記載のバインダー組成物と活物質と水とを含有する、非水電解質電池用スラリー組成物。
  4.  請求項1に記載のバインダー組成物と活物質とを含有する混合層を集電体に結着してなる、非水電解質電池負極。
  5.  請求項4に記載の非水電解質電池負極を有する、非水電解質電池。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109524670A (zh) * 2018-11-12 2019-03-26 溧阳中科海钠科技有限责任公司 一种二次电池正极浆料、正极极片和二次电池

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008029502A1 (fr) * 2006-08-29 2008-03-13 Unitika Ltd. Liant pour fabrication d'électrode, boue pour fabrication d'électrode utilisant le liant, électrode utilisant la boue, batterie secondaire utilisant l'électrode et condensateur utilisant l'électrode
JP2010009940A (ja) * 2008-06-26 2010-01-14 Denso Corp 二次電池電極用バインダー、並びに該バインダーを用いた二次電池用電極及び非水電解液二次電池
JP2010518581A (ja) * 2007-02-06 2010-05-27 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 新規結合剤を含む電極、並びにその製造方法及び使用方法
JP2010277959A (ja) * 2009-06-01 2010-12-09 Unitika Ltd 二次電池電極用バインダー用樹脂組成物、二次電池電極用バインダー、二次電池電極用バインダーを用いてなる電極及び二次電池
JP2014510362A (ja) * 2011-01-27 2014-04-24 ネグゼオン・リミテッド 二次電池セル用バインダー
WO2015083358A1 (ja) * 2013-12-02 2015-06-11 三井化学株式会社 電気化学セル用バインダー、電気化学セル用ペースト、電気化学セル用電極の製造方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000067338A1 (en) * 1999-04-29 2000-11-09 Eveready Battery Company, Inc. Graphite electrode binder including polyethylene oxide additive
JP4905861B2 (ja) * 2005-02-10 2012-03-28 日立化成工業株式会社 エネルギーデバイス電極用バインダ樹脂エマルション及びこれを用いたエネルギーデバイス電極並びにエネルギーデバイス
JP5431699B2 (ja) * 2008-08-29 2014-03-05 ユニチカ株式会社 二次電池電極用バインダー、それを用いてなる電極及び二次電池
WO2011062232A1 (ja) * 2009-11-18 2011-05-26 三井化学株式会社 電気化学セル用水性ペースト、該水性ペーストを塗布してなる電気化学セル用極板、および該極板を含む電池
JP2011210502A (ja) * 2010-03-30 2011-10-20 Unitika Ltd 二次電池電極用バインダー、二次電池電極および二次電池

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008029502A1 (fr) * 2006-08-29 2008-03-13 Unitika Ltd. Liant pour fabrication d'électrode, boue pour fabrication d'électrode utilisant le liant, électrode utilisant la boue, batterie secondaire utilisant l'électrode et condensateur utilisant l'électrode
JP2010518581A (ja) * 2007-02-06 2010-05-27 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 新規結合剤を含む電極、並びにその製造方法及び使用方法
JP2010009940A (ja) * 2008-06-26 2010-01-14 Denso Corp 二次電池電極用バインダー、並びに該バインダーを用いた二次電池用電極及び非水電解液二次電池
JP2010277959A (ja) * 2009-06-01 2010-12-09 Unitika Ltd 二次電池電極用バインダー用樹脂組成物、二次電池電極用バインダー、二次電池電極用バインダーを用いてなる電極及び二次電池
JP2014510362A (ja) * 2011-01-27 2014-04-24 ネグゼオン・リミテッド 二次電池セル用バインダー
WO2015083358A1 (ja) * 2013-12-02 2015-06-11 三井化学株式会社 電気化学セル用バインダー、電気化学セル用ペースト、電気化学セル用電極の製造方法

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