WO2017183641A1 - 非水系二次電池機能層用バインダー組成物、非水系二次電池機能層用組成物、非水系二次電池用機能層、非水系二次電池用電池部材および非水系二次電池 - Google Patents

非水系二次電池機能層用バインダー組成物、非水系二次電池機能層用組成物、非水系二次電池用機能層、非水系二次電池用電池部材および非水系二次電池 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a binder composition for a non-aqueous secondary battery functional layer, a composition for a non-aqueous secondary battery functional layer, a functional layer for a non-aqueous secondary battery, a battery member for a non-aqueous secondary battery, and a non-aqueous secondary battery. It is about.
  • Non-aqueous secondary batteries such as lithium ion secondary batteries (hereinafter sometimes simply referred to as “secondary batteries”) have the characteristics of being small and light, having high energy density, and capable of repeated charge and discharge. Yes, it is used for a wide range of purposes.
  • the non-aqueous secondary battery generally includes a battery member such as a positive electrode, a negative electrode, and a separator that separates the positive electrode and the negative electrode and prevents a short circuit between the positive electrode and the negative electrode.
  • a battery member having a functional layer that imparts desired performance (for example, heat resistance and strength) to the battery member is used.
  • a separator in which a functional layer is formed on a separator base material, or an electrode in which a functional layer is formed on an electrode base material in which an electrode mixture layer is provided on a current collector It is used as a battery member.
  • a functional layer that can improve the heat resistance and strength of the battery member a functional layer made of a porous film layer formed by binding non-conductive particles with a binder (binder) is used.
  • This functional layer is, for example, a function in which a composition for a functional layer containing non-conductive particles, a binder, and a dispersion medium is applied to the surface of a substrate (such as a separator substrate or an electrode substrate) and applied. It is formed by drying the layer composition.
  • the adhesion between the protective film and the separator substrate is improved, and Techniques for improving charge / discharge characteristics have been proposed.
  • the ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer unit is 15 to 50% by weight
  • the (meth) acrylic acid ester monomer unit is 30 to 80% by weight
  • the fluorine-containing (meth) acrylic acid is formed by using a slurry composition for a porous film containing a water-soluble polymer containing 0.5 to 10% by weight of ester monomer units, non-conductive particles, and water. And a technique for improving the adhesion of the separator substrate.
  • the functional layer composition described in Patent Document 1 is required to exhibit, for example, more excellent cycle characteristics in a secondary battery. Specifically, it is assumed that the water-soluble polymer has high hydrophilicity. However, when the functional layer is formed by drying the functional layer composition described in Patent Document 1, water is sufficiently removed from the functional layer. could not be removed. Therefore, when the functional layer obtained from the functional layer composition described in Patent Document 1 is used, the electrolyte solution is decomposed by residual moisture in the functional layer to generate gas, and the cycle characteristics of the secondary battery are deteriorated. There was a problem that.
  • the functional layer composition described in Patent Document 2 is required to increase its stability, for example. Specifically, in order to form a functional layer on a substrate, when the functional layer composition is applied onto the substrate using, for example, a gravure coating apparatus, the functional layer composition is sheared by rotation of the gravure roll. Receive.
  • the functional layer composition described in Patent Document 2 cannot be said to be sufficiently satisfactory in dispersion stability when subjected to shearing force. Therefore, when the composition for a functional layer described in Patent Document 2 is applied over a long period of time or the rotational speed of the gravure roll is increased for high-speed application, the contained components are aggregated to have a uniform thickness. There was a problem that it was difficult to obtain a functional layer.
  • the above conventional technique has room for improvement in terms of improving the stability of the composition for the functional layer and improving the cycle characteristics of the secondary battery.
  • the present invention provides a binder composition for a non-aqueous secondary battery functional layer capable of producing a non-aqueous secondary battery functional layer composition that exhibits excellent cycle characteristics for a non-aqueous secondary battery and is excellent in stability.
  • the purpose is to provide.
  • Another object of the present invention is to provide a composition for a non-aqueous secondary battery functional layer that exhibits excellent cycle characteristics in a non-aqueous secondary battery and is excellent in stability.
  • this invention is a non-aqueous system comprising a non-aqueous secondary battery functional layer, a non-aqueous secondary battery functional member, and a non-aqueous secondary battery functional layer that exhibits excellent cycle characteristics for a non-aqueous secondary battery
  • An object is to provide a secondary battery.
  • the present inventor has intensively studied for the purpose of solving the above problems. Then, the present inventor prepared a functional layer composition having excellent stability by using a binder composition containing a water-soluble polymer having a contact angle with water and a degree of swelling with respect to the electrolyte within a predetermined range. And the functional layer formed using the functional layer composition containing the binder composition, the secondary battery can be found to exhibit excellent cycle characteristics, and the present invention is completed. I let you.
  • the present invention aims to advantageously solve the above problems, and the binder composition for a non-aqueous secondary battery functional layer of the present invention contains a water-soluble polymer and water, and the water-soluble The contact angle of the polymer with water is 40 ° or more and 80 ° or less, and the swelling degree of the water-soluble polymer with respect to the electrolytic solution is more than 1.0 times and 3.0 times or less.
  • a binder composition containing a water-soluble polymer having a contact angle with water of 40 ° or more and 80 ° or less and a swelling degree with respect to the electrolytic solution of more than 1.0 and 3.0 or less is used.
  • the “water-soluble polymer” refers to a polymer having an insoluble content of less than 1.0% by mass when 0.5 g of the polymer is dissolved in 100 g of water at a temperature of 25 ° C.
  • the contact angle of water-soluble polymer with water and “the degree of swelling of water-soluble polymer with respect to electrolyte solution” can be measured using the method described in the examples of the present specification. it can.
  • the water-soluble polymer contains 0.1% by mass or more and 20% by mass or less of a fluorine-containing (meth) acrylic acid ester monomer unit. It is preferable. If the water-soluble polymer contains a fluorine-containing (meth) acrylate monomer unit within the above range, the amount of water remaining in the functional layer is reduced to further improve the cycle characteristics of the secondary battery, and the function. The peel strength of the layer and the output characteristics of the secondary battery can be improved. Moreover, if a water-soluble polymer contains a fluorine-containing (meth) acrylic acid ester monomer unit within the said range, stability of the composition for functional layers can further be improved.
  • (meth) acryl means acryl and / or methacryl.
  • the polymer “contains a monomer unit” means “a polymer-derived structural unit (repeating unit) is contained in the polymer obtained using the monomer”. "Means.
  • the water-soluble polymer preferably contains 70% by mass or more and 95% by mass or less of a (meth) acrylamide monomer unit. If the water-soluble polymer contains the (meth) acrylamide monomer unit within the above range, the stability of the functional layer composition is further improved, and the durability of the functional layer in the electrolyte is improved and the secondary layer is improved.
  • the battery can exhibit more excellent cycle characteristics.
  • the water-soluble polymer preferably contains 0.1% by mass or more and 1.0% by mass or less of a crosslinkable monomer unit. If the water-soluble polymer contains the crosslinkable monomer unit within the above range, the output characteristics of the secondary battery will be improved, and the durability of the functional layer in the electrolyte will be improved, making the secondary battery more excellent. Cycle characteristics can be exhibited.
  • the water-soluble polymer preferably has a weight average molecular weight of 100,000 or more and 10,000,000 or less.
  • the weight average molecular weight of the water-soluble polymer is within the above range, the stability of the functional layer composition can be further improved and the output characteristics of the secondary battery can be improved.
  • the “weight average molecular weight of the water-soluble polymer” refers to a weight average molecular weight in terms of polyethylene oxide measured by gel permeation chromatography using a 0.1 M NaNO 3 aqueous solution as an eluent.
  • the composition for non-aqueous secondary battery functional layers of this invention is a nonelectroconductive particle, and any non-aqueous system mentioned above.
  • a binder composition for a secondary battery functional layer is included.
  • the functional layer composition containing the non-conductive particles and any of the binder compositions described above is excellent in stability and, when the functional layer composition is used, exhibits excellent cycle characteristics for a secondary battery.
  • a functional layer can be formed.
  • the functional layer for non-aqueous secondary batteries of this invention uses the composition for non-aqueous secondary battery functional layers mentioned above. It is formed.
  • the functional layer formed using the functional layer composition described above can exhibit excellent cycle characteristics in the secondary battery.
  • this invention aims to solve the said subject advantageously,
  • the battery member for non-aqueous secondary batteries of this invention is provided with the functional layer for non-aqueous secondary batteries mentioned above.
  • a battery member provided with the functional layer for non-aqueous secondary batteries mentioned above can exhibit the cycling characteristics excellent in the secondary battery.
  • the present invention aims to solve the above-mentioned problem advantageously, and the non-aqueous secondary battery of the present invention is characterized by comprising the above-described functional layer for a non-aqueous secondary battery.
  • a secondary battery including the above-described functional layer is excellent in battery characteristics such as cycle characteristics.
  • a nonaqueous secondary battery functional layer binder composition capable of producing a nonaqueous secondary battery functional layer composition that exhibits excellent cycle characteristics in a nonaqueous secondary battery and is excellent in stability.
  • the non-aqueous secondary battery functional layer that exhibits the excellent cycle characteristics of the non-aqueous secondary battery, the non-aqueous secondary battery functional member, and the non-aqueous secondary battery functional layer are provided.
  • a non-aqueous secondary battery can be provided.
  • the binder composition for a nonaqueous secondary battery functional layer of the present invention is used as a material for preparing a composition for a nonaqueous secondary battery functional layer.
  • the composition for non-aqueous secondary battery functional layers of this invention is prepared using the binder composition for non-aqueous secondary battery functional layers of this invention, and nonelectroconductive particle.
  • the functional layer for non-aqueous secondary batteries of this invention is formed using the composition for non-aqueous secondary battery functional layers of this invention.
  • the battery member for non-aqueous secondary batteries of this invention is provided with the functional layer for non-aqueous secondary batteries of this invention at least.
  • the non-aqueous secondary battery of the present invention includes at least the functional layer for a non-aqueous secondary battery of the present invention.
  • the binder composition for a non-aqueous secondary battery functional layer of the present invention is an aqueous composition containing a water-soluble polymer and water as a solvent and optionally further containing other components.
  • the binder composition for non-aqueous secondary battery functional layers of the present invention has a water contact angle of 40 ° or more and 80 ° or less as a water-soluble polymer, and the swelling degree with respect to the electrolyte is more than 1.0 times. A polymer that is 3.0 times or less is used.
  • the stability of the composition for functional layers will be improved, and the functional layer of uniform thickness will be formed can do.
  • the functional layer is formed using the functional layer composition including the binder composition for a non-aqueous secondary battery functional layer of the present invention, the amount of moisture remaining in the functional layer can be reduced, The durability of the functional layer in the electrolytic solution can be improved. Therefore, if the binder composition for a non-aqueous secondary battery functional layer of the present invention is used, battery characteristics (for example, cycle characteristics) of the secondary battery can be improved.
  • the reason why the above-described effect is obtained by using the binder composition of the present invention is not clear, but is presumed to be as follows. That is, the water-soluble polymer contained in the binder composition of the present invention has a contact angle with water of 80 ° or less and maintains sufficient hydrophilicity. Therefore, it dissolves sufficiently in the aqueous functional layer composition, and the stability of the functional layer composition can be enhanced. On the other hand, the water-soluble polymer has a contact angle with water of 40 ° or more, and is excellent in water separation while maintaining sufficient hydrophilicity as described above. Therefore, when the functional layer is formed by drying the functional layer composition, moisture can be efficiently removed.
  • the water-soluble polymer contained in the binder composition of the present invention has a degree of swelling with respect to the electrolytic solution of more than 1.0 times, and the affinity with the electrolytic solution is ensured.
  • the water-soluble polymer has a degree of swelling with respect to the electrolytic solution of 3.0 times or less, and does not swell excessively in the electrolytic solution. Therefore, elution of the water-soluble polymer into the electrolytic solution is suppressed, and the functional layer obtained using the binder composition of the present invention can exhibit excellent durability in the electrolytic solution. Therefore, if the binder composition of the present invention is used, a secondary battery excellent in battery characteristics such as cycle characteristics can be obtained.
  • the water-soluble polymer contained as a binder in the binder composition for a non-aqueous secondary battery functional layer of the present invention has a contact angle with water of 40 ° or more and 80 ° or less, and has a swelling degree with respect to the electrolytic solution. It is more than 1.0 times and 3.0 times or less.
  • the contact angle of the water-soluble polymer with water needs to be 40 ° or more and 80 ° or less, preferably 45 ° or more, more preferably 50 ° or more, and 51 ° or more. Is more preferably 75 ° or less, more preferably 70 ° or less, and still more preferably 67 ° or less. If the contact angle of the water-soluble polymer with water is less than the above lower limit, it is not possible to ensure water separation of the water-soluble polymer. Therefore, the amount of moisture remaining in the functional layer is increased, and the cycle characteristics of the secondary battery are deteriorated.
  • the contact angle with water can be adjusted, for example, by changing the composition or weight average molecular weight of the water-soluble polymer. Specifically, if the content ratio of the (meth) acrylamide monomer unit and / or the hydrophilic group-containing monomer unit in the water-soluble polymer is increased, the contact angle with water can be reduced. If the content ratio of the fluorine-containing (meth) acrylic acid ester monomer unit in the conductive polymer is increased, the contact angle with water can be increased. Further, if the weight average molecular weight of the water-soluble polymer is decreased, the contact angle with water can be reduced, and if the weight average molecular weight of the water-soluble polymer is increased, the contact angle with water can be increased. it can.
  • the degree of swelling of the water-soluble polymer with respect to the electrolytic solution needs to be more than 1.0 times and not more than 3.0 times, preferably 1.1 times or more, and 1.3 times or more. More preferably, it is 1.5 times or more, more preferably 2.5 times or less, and even more preferably 2.0 times or less.
  • the degree of swelling of the water-soluble polymer with respect to the electrolytic solution is 1.0 times or less, the affinity of the water-soluble polymer with the electrolytic solution cannot be ensured, and battery characteristics such as output characteristics are deteriorated.
  • the swelling degree with respect to electrolyte solution can be adjusted by changing the composition of a water-soluble polymer, for example.
  • the degree of swelling with respect to the electrolytic solution can be reduced, and (meth) If the content ratio of the acrylamide monomer unit and / or the crosslinkable monomer unit is decreased, the degree of swelling with respect to the electrolytic solution can be increased.
  • the weight average molecular weight of the water-soluble polymer is preferably 100,000 or more, more preferably 300,000 or more, still more preferably 500,000 or more, and 10,000,000 or less. It is preferably 5,000,000 or less, more preferably 2,000,000 or less. If the weight average molecular weight of a water-soluble polymer is more than the said lower limit, the viscosity of a water-soluble polymer will increase and the stability of the composition for functional layers can further be improved. On the other hand, when the weight average molecular weight of the water-soluble polymer is not more than the above upper limit value, the affinity of the water-soluble polymer with the electrolytic solution is increased, and battery characteristics such as output characteristics can be improved.
  • composition of the water-soluble polymer is not particularly limited.
  • examples of the water-soluble polymer include fluorine-containing (meth) acrylic acid ester monomer units, (meth) acrylamide monomer units, crosslinkable monomer units, And monomer units other than these.
  • fluorine-containing (meth) acrylic acid ester monomer unit examples include monomers represented by the following formula (I).
  • R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group.
  • R 2 represents a hydrocarbon group containing a fluorine atom.
  • the carbon number of the hydrocarbon group is usually 1 or more and 18 or less. Further, the number of fluorine atoms contained in R 2 may be 1 or 2 or more.
  • fluorine-containing (meth) acrylic acid ester monomers represented by formula (I) include (meth) acrylic acid alkyl fluoride, (meth) acrylic acid fluoride aryl and (meth) acrylic acid fluoride aralkyl. Is mentioned. Of these, alkyl fluoride (meth) acrylate is preferable. Specific examples of such monomers include 2,2,2-trifluoroethyl (meth) acrylate, ⁇ - (perfluorooctyl) ethyl (meth) acrylate, 2,2, (meth) acrylic acid.
  • the ratio of the fluorine-containing (meth) acrylic acid ester monomer unit contained in the water-soluble polymer is preferably 0.1% by mass or more, with the total monomer unit amount being 100% by mass. 0.2% by mass or more, more preferably 0.3% by mass or more, further preferably 20% by mass or less, and more preferably 10% by mass or less. More preferably, it is 0 mass% or less. If the ratio of the fluorine-containing (meth) acrylic acid ester monomer unit contained in the water-soluble polymer is at least the above lower limit value, the water separation of the water-soluble polymer can be increased. Therefore, the amount of moisture remaining in the functional layer can be reduced, and the cycle characteristics of the secondary battery can be further improved.
  • the stability of the functional layer composition is further improved, and the secondary battery Output characteristics can be improved.
  • the proportion of the fluorine-containing (meth) acrylic acid ester monomer unit contained in the water-soluble polymer is not more than the above upper limit value, the affinity of the water-soluble polymer with the electrolytic solution is increased, and the output characteristics The battery characteristics such as can be improved.
  • the adhesive strength between the functional layer and the substrate peel strength of the functional layer
  • (Meth) acrylamide monomer unit examples include acrylamide and methacrylamide. These may be used alone or in combination of two or more. Of these, acrylamide is preferred.
  • the ratio of the (meth) acrylamide monomer unit contained in the water-soluble polymer is preferably 70% by mass or more, with the total monomer unit amount being 100% by mass, and preferably 75% by mass or more. More preferably, it is more preferably 80% by mass or more, preferably 95% by mass or less, more preferably 92% by mass or less, and further preferably 90% by mass or less. If the proportion of the (meth) acrylamide monomer unit contained in the water-soluble polymer is not less than the above lower limit, the hydrophilicity of the water-soluble polymer is increased, and the stability of the functional layer composition is further improved. Can do.
  • the proportion of the (meth) acrylamide monomer unit contained in the water-soluble polymer is not more than the above upper limit, the water-soluble polymer is prevented from eluting into the electrolyte solution, The durability of the functional layer can be increased. Therefore, the cycle characteristics of the secondary battery can be further improved.
  • the crosslinkable monomer that can form a crosslinkable monomer unit is not particularly limited, and examples thereof include monomers that can form a crosslinked structure by polymerization.
  • a monomer having heat crosslinkability is usually mentioned. More specifically, a crosslinkable monomer having a heat crosslinkable crosslinkable group and one olefinic double bond per molecule; a crosslinkable monomer having two or more olefinic double bonds per molecule The body is mentioned.
  • heat-crosslinkable crosslinkable groups examples include epoxy groups, N-methylolamide groups, oxetanyl groups, oxazoline groups, and combinations thereof.
  • an epoxy group is more preferable in terms of easy adjustment of cross-linking and cross-linking density.
  • crosslinkable monomer having an epoxy group as a heat crosslinkable group and having an olefinic double bond examples include vinyl glycidyl ether, allyl glycidyl ether, butenyl glycidyl ether, o- Unsaturated glycidyl ethers such as allylphenyl glycidyl ether; butadiene monoepoxide, chloroprene monoepoxide, 4,5-epoxy-2-pentene, 3,4-epoxy-1-vinylcyclohexene, 1,2-epoxy-5,9- Monoepoxides of dienes or polyenes such as cyclododecadiene; alkenyl epoxides such as 3,4-epoxy-1-butene, 1,2-epoxy-5-hexene, 1,2-epoxy-9-decene; and glycidyl acrylate, Glycidyl methacrylate,
  • crosslinkable monomer having an N-methylolamide group as a thermally crosslinkable group and having an olefinic double bond examples include a methylol group such as N-methylol (meth) acrylamide. Examples include (meth) acrylamides.
  • examples of the crosslinkable monomer having an oxetanyl group as a heat crosslinkable group and having an olefinic double bond include 3-((meth) acryloyloxymethyl) oxetane, 3- ( (Meth) acryloyloxymethyl) -2-trifluoromethyloxetane, 3-((meth) acryloyloxymethyl) -2-phenyloxetane, 2-((meth) acryloyloxymethyl) oxetane and 2-((meth) acryloyl Oxymethyl) -4-trifluoromethyloxetane.
  • “(meth) acryloyl” means acryloyl and / or methacryloyl.
  • crosslinkable monomer having an oxazoline group as a thermally crosslinkable group and having an olefinic double bond examples include 2-vinyl-2-oxazoline, 2-vinyl-4-methyl. -2-oxazoline, 2-vinyl-5-methyl-2-oxazoline, 2-isopropenyl-2-oxazoline, 2-isopropenyl-4-methyl-2-oxazoline, 2-isopropenyl-5-methyl-2- Oxazoline and 2-isopropenyl-5-ethyl-2-oxazoline.
  • examples of the crosslinkable monomer having two or more olefinic double bonds per molecule include allyl (meth) acrylate, ethylene di (meth) acrylate, diethylene glycol di (meth) acrylate, triethylene glycol di ( (Meth) acrylate, tetraethylene glycol di (meth) acrylate, trimethylolpropane-tri (meth) acrylate, dipropylene glycol diallyl ether, polyglycol diallyl ether, triethylene glycol divinyl ether, hydroquinone diallyl ether, tetraallyloxyethane, tri Methylolpropane-diallyl ether, allyl or vinyl ethers of other polyfunctional alcohols, triallylamine, methylenebisacrylamide and divinylbenzene And the like.
  • crosslinkable monomer one type may be used alone, or a plurality of types may be used in combination.
  • a crosslinkable monomer having two or more olefinic double bonds per molecule is preferable, allyl (meth) acrylate is more preferable, and allyl methacrylate is more preferable.
  • the proportion of the crosslinkable monomer units contained in the water-soluble polymer is preferably 0.1% by mass or more, with the total monomer unit amount being 100% by mass, preferably 0.15% by mass. More preferably, it is more preferably 0.2% by mass or more, more preferably 1.0% by mass or less, more preferably 0.7% by mass or less, and 0.5% by mass. % Or less is more preferable. If the ratio of the crosslinkable monomer unit contained in the water-soluble polymer is not less than the above lower limit value, the elution of the water-soluble polymer into the electrolytic solution is suppressed, and the durability of the functional layer in the electrolytic solution is reduced. Can increase the sex. Therefore, the cycle characteristics of the secondary battery can be further improved.
  • the ratio of the crosslinkable monomer unit contained in the water-soluble polymer is not more than the above upper limit, the affinity of the water-soluble polymer with the electrolytic solution is increased, and battery characteristics such as output characteristics are improved. be able to.
  • the monomer unit other than the fluorine-containing (meth) acrylic acid ester monomer unit, (meth) acrylamide monomer unit, and crosslinkable monomer unit described above is not particularly limited. Examples thereof include monomer units and aromatic vinyl monomer units.
  • hydrophilic group-containing monomer examples include polymerizable monomers having a hydrophilic group.
  • examples of the hydrophilic group-containing monomer include a monomer having a carboxylic acid group, a monomer having a sulfonic acid group, a monomer having a phosphoric acid group, and a monomer having a hydroxyl group. Is mentioned.
  • monocarboxylic acid and its derivative examples include acrylic acid, methacrylic acid, and crotonic acid.
  • monocarboxylic acid derivatives include 2-ethylacrylic acid, isocrotonic acid, ⁇ -acetoxyacrylic acid, ⁇ -trans-aryloxyacrylic acid, ⁇ -chloro- ⁇ -E-methoxyacrylic acid, ⁇ -diaminoacrylic acid, and the like.
  • dicarboxylic acid include maleic acid, fumaric acid, itaconic acid and the like.
  • Dicarboxylic acid derivatives include methylmaleic acid, dimethylmaleic acid, phenylmaleic acid, chloromaleic acid, dichloromaleic acid, fluoromaleic acid, methylallyl maleate, diphenyl maleate, nonyl maleate, decyl maleate, dodecyl maleate And maleate esters such as octadecyl maleate and fluoroalkyl maleate.
  • the acid anhydride of dicarboxylic acid include maleic anhydride, acrylic anhydride, methyl maleic anhydride, and dimethyl maleic anhydride.
  • generates a carboxyl group by hydrolysis can also be used.
  • monoesters and diesters of ⁇ , ⁇ -ethylenically unsaturated polyvalent carboxylic acids such as monobutyl itaconate and dibutyl itaconate.
  • Examples of the monomer having a sulfonic acid group include vinyl sulfonic acid, methyl vinyl sulfonic acid, (meth) allyl sulfonic acid, ethyl (meth) acrylic acid-2-sulfonate, 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid, Examples include 3-allyloxy-2-hydroxypropane sulfonic acid and styrene sulfonic acid.
  • “(meth) allyl” means allyl and / or methallyl.
  • Examples of the monomer having a phosphate group include 2- (meth) acryloyloxyethyl phosphate, methyl-2- (meth) acryloyloxyethyl phosphate, ethyl phosphate- (meth) acryloyloxyethyl, and the like.
  • (meth) acryloyl means acryloyl and / or methacryloyl.
  • Examples of the monomer having a hydroxyl group include ethylenically unsaturated alcohols such as (meth) allyl alcohol, 3-buten-1-ol and 5-hexen-1-ol; 2-hydroxyethyl acrylate, acrylic acid-2 Ethylenic acid such as hydroxypropyl, 2-hydroxyethyl methacrylate, 2-hydroxypropyl methacrylate, di-2-hydroxyethyl maleate, di-4-hydroxybutyl maleate, di-2-hydroxypropyl itaconate Alkanol esters of unsaturated carboxylic acids; general formula: CH 2 ⁇ CR 1 —COO— (C q H 2q O) p —H (wherein p is an integer from 2 to 9, q is an integer from 2 to 4, R 1 of the esters of a polyalkylene glycol and (meth) acrylic acid represented by hydrogen or a methyl group); 2-hydroxyethyl Mono (meth) acrylic acid esters of dihydroxy esters of dicarboxy
  • hydrophilic group-containing monomer may be used alone, or a plurality of types may be used in combination. Among these, a monomer having a carboxylic acid group is preferable, (meth) acrylic acid is more preferable, and acrylic acid is still more preferable.
  • the ratio of the hydrophilic group-containing monomer unit contained in the water-soluble polymer is preferably 2.0% by mass or more, with the total monomer unit amount being 100% by mass, It is more preferably at least 10% by mass, even more preferably at least 10% by mass, preferably at most 30% by mass, more preferably at most 25% by mass, and at most 20% by mass. More preferably, it is particularly preferably 15% by mass or less, and most preferably 14% by mass or less. If the ratio of the hydrophilic group-containing monomer unit contained in the water-soluble polymer is not less than the above lower limit, the hydrophilicity of the water-soluble polymer is increased, and the stability of the functional layer composition is further improved. Can do.
  • the ratio of the hydrophilic group-containing monomer unit contained in the water-soluble polymer is equal to or less than the above upper limit, the amount of moisture remaining in the functional layer is reduced, and the cycle characteristics of the secondary battery are improved. Further improvement can be achieved.
  • aromatic vinyl monomer that can form an aromatic vinyl monomer unit
  • aromatic vinyl monomer unit examples include styrene, ⁇ -methylstyrene, vinyltoluene, and 4- (tert-butoxy) styrene. These may be used alone or in combination of two or more. Of these, styrene is preferred.
  • the water-soluble polymer can be produced by polymerizing a monomer composition containing the above-described monomer in an aqueous solvent such as water. At this time, the content ratio of each monomer in the monomer composition can be determined according to the content ratio of each repeating unit (monomer unit) in the water-soluble polymer.
  • the polymerization mode is not particularly limited, and any method such as a solution polymerization method, a suspension polymerization method, a bulk polymerization method, and an emulsion polymerization method can be used.
  • any reaction such as ionic polymerization, radical polymerization, and living radical polymerization can be used.
  • additives such as an emulsifier used for superposition
  • the amount of these additives used may also be a commonly used amount.
  • the polymerization conditions can be appropriately adjusted according to the polymerization method and the type of polymerization initiator.
  • it is preferable to adjust the pH of the aqueous solution of the resulting water-soluble polymer to 7 or more and 13 or less after the above-described polymerization reaction.
  • the pH can be adjusted by a known method such as adding a pH adjusting agent described later.
  • the binder composition contains water as a solvent.
  • the binder composition may contain a small amount of a medium other than water such as an organic solvent as a solvent.
  • the binder composition may contain any other components in addition to the components described above.
  • the other components are not particularly limited as long as they do not affect the battery reaction, and known components can be used. Moreover, these other components may be used individually by 1 type, and may be used in combination of multiple types. Examples of the other components include binders other than the above-described water-soluble polymers (such as water-insoluble particulate polymers), dispersants, leveling agents, antioxidants, antifoaming agents, and wetting agents.
  • pH adjuster for example, hydrogen chloride; ammonia; hydroxides of alkali metals such as lithium hydroxide, sodium hydroxide and potassium hydroxide; hydroxides of alkaline earth metals such as calcium hydroxide and magnesium hydroxide) Etc.
  • additives such as an electrolytic solution additive having a function of inhibiting decomposition of the electrolytic solution.
  • composition of particulate polymer As the particulate polymer which is a binder other than the above-mentioned water-soluble polymer, a polymer containing a conjugated diene monomer unit such as a styrene-butadiene copolymer (SBR) (conjugated diene heavy polymer). And a polymer (acrylic polymer) containing a (meth) acrylate monomer unit. Among these, acrylic polymers are more preferable. And these particulate polymers may be used individually by 1 type, and may be used in combination of multiple types.
  • Suitable particulate polymers include (meth) acrylic acid ester monomer units and aromatic vinyl monomer units, and optionally other monomer units.
  • (Meth) acrylic acid ester monomer unit examples include methyl acrylate, ethyl acrylate, n-propyl acrylate, isopropyl acrylate, n-butyl acrylate, t-butyl acrylate, Alkyl acrylates such as isobutyl acrylate, n-pentyl acrylate, isopentyl acrylate, hexyl acrylate, heptyl acrylate, octyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, nonyl acrylate, decyl acrylate, lauryl acrylate, n-tetradecyl acrylate, stearyl acrylate; Methyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-propyl methacrylate, isopropyl methacrylate;
  • non-carbonyl oxygen atoms (Meth) acrylic acid alkyl ester (2-ethylhexyl acrylate, butyl acrylate, octyl acrylate, etc.) having 4 or more carbon atoms in the alkyl group bonded to is preferable, and (meth) acrylic acid alkyl ester having 5 or more carbon atoms ( 2-ethylhexyl acrylate, octyl acrylate, etc.) are more preferable.
  • the ratio of the (meth) acrylic acid ester monomer unit contained in the particulate polymer is preferably 35% by mass or more, with the amount of all monomer units being 100% by mass, preferably 40% by mass. More preferably, it is more preferably 45% by mass or more, more preferably 80% by mass or less, more preferably 75% by mass or less, and still more preferably 70% by mass or less. 65 mass% or less is particularly preferable, and 60 mass% or less is most preferable. If the ratio of the (meth) acrylic acid ester monomer unit contained in the particulate polymer is within the above range, the binding ability of the particulate polymer is enhanced and elution into the electrolytic solution can be suppressed. it can. Therefore, the durability of the functional layer in the electrolytic solution can be improved, and the cycle characteristics of the secondary battery can be further improved.
  • Aromatic vinyl monomer unit examples include the same as those described above in the section of “Water-soluble polymer”. These may be used alone or in combination of two or more. And as an aromatic vinyl monomer, styrene is preferable.
  • the ratio of the aromatic vinyl monomer unit contained in the particulate polymer is preferably 20% by mass or more, and 25% by mass or more, where the amount of all monomer units is 100% by mass. More preferably, it is more preferably 30% by mass or more, particularly preferably 35% by mass or more, preferably 65% by mass or less, more preferably 64.9% by mass or less, More preferably, it is 60 mass% or less, and it is especially preferable that it is 50 mass% or less. If the ratio of the aromatic vinyl monomer unit contained in the particulate polymer is within the above range, the elution of the particulate polymer into the electrolytic solution is suppressed and the amount of moisture brought into the functional layer is reduced. be able to. Therefore, the durability of the functional layer in the electrolytic solution can be improved, and the cycle characteristics of the secondary battery can be further improved.
  • the monomer unit other than the (meth) acrylic acid ester monomer unit and the aromatic vinyl monomer unit that can be contained in the particulate polymer is not particularly limited, but the acid group-containing monomer unit, the crosslinkable unit Examples include a unit of a monomer.
  • Examples of the acid group-containing monomer that can form the acid group-containing monomer unit include the monomer having a carboxylic acid group, the monomer having a sulfonic acid group, and the phosphorous described above in the section of “Water-soluble polymer”.
  • Examples include monomers having an acid group. These may be used alone or in combination of two or more.
  • a monomer having a carboxylic acid group is preferable from the viewpoint of enhancing the stability of the functional layer composition, the durability of the functional layer in the electrolyte, and the cycle characteristics and output characteristics of the secondary battery. Itaconic acid and maleic acid are more preferable.
  • the ratio of the acid group-containing monomer units contained in the particulate polymer is preferably 0.1% by mass or more, with the total monomer unit amount being 100% by mass, and 0.2% by mass. % Or more, more preferably 0.3% by mass or more, further preferably 5.0% by mass or less, more preferably 3.0% by mass or less, and 2.0% or less.
  • the content is more preferably no more than mass%, and particularly preferably no more than 1.0 mass%. If the ratio of the acid group-containing monomer unit contained in the particulate polymer is not less than the above lower limit value, the stability of the functional layer composition is further improved and the durability of the functional layer in the electrolytic solution is increased. Can be increased. In addition, the cycle characteristics can be further improved while enhancing the output characteristics of the secondary battery.
  • the ratio of the acid group-containing monomer unit is less than or equal to the above upper limit value, the durability of the functional layer in the electrolytic solution is increased and the amount of moisture remaining in the functional layer is reduced, whereby the secondary battery The cycle characteristics can be further improved.
  • crosslinkable monomer capable of forming a crosslinkable monomer unit examples include the same as those described above in the section of “Water-soluble polymer”. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, ethylene dimethacrylate and divinylbenzene are preferable from the viewpoint of reducing the amount of moisture remaining in the functional layer and further improving the cycle characteristics of the secondary battery. In addition, ethylene dimethacrylate is particularly preferable from the viewpoint of further improving the stability of the functional layer composition.
  • the proportion of the crosslinkable monomer units contained in the particulate polymer is preferably 0.01% by mass or more, with the total monomer units being 100% by mass, preferably 0.1% by mass. More preferably, it is more preferably 0.5% by mass or more, more preferably 5.0% by mass or less, and even more preferably 4.0% by mass or less, and 3.0% by mass. % Or less is more preferable. If the proportion of the crosslinkable monomer unit contained in the particulate polymer is not less than the above lower limit value, the durability of the functional layer in the electrolytic solution can be improved and the cycle characteristics of the secondary battery can be further improved. Can do.
  • transformation by the shear of a particulate polymer can be suppressed and the stability of the composition for functional layers can be improved further.
  • the ratio of the crosslinkable monomer unit contained in the particulate polymer is not more than the above upper limit value, the particulate polymer exhibits excellent binding ability, and the functional layer in the electrolytic solution The durability of can be further increased. Therefore, the cycle characteristics of the secondary battery can be further improved.
  • the particulate polymer can be produced by polymerizing a monomer composition containing the above-described monomer in an aqueous solvent such as water. Under the present circumstances, the content rate of each monomer in a monomer composition can be defined according to the content rate of each repeating unit (monomer unit) in a particulate polymer.
  • the polymerization mode is not particularly limited, and any method such as a solution polymerization method, a suspension polymerization method, a bulk polymerization method, and an emulsion polymerization method can be used.
  • any reaction such as ionic polymerization, radical polymerization, and living radical polymerization can be used.
  • additives such as an emulsifier used for superposition
  • the amount of these additives used may also be a commonly used amount.
  • the polymerization conditions can be appropriately adjusted according to the polymerization method and the type of polymerization initiator.
  • the compounding ratio of the water-soluble polymer and the particulate polymer in the binder composition and in the functional layer composition described below is not particularly limited.
  • the compounding amount of the particulate polymer is preferably 10 parts by mass or more and 500 parts by mass or less per 100 parts by mass of the water-soluble polymer.
  • the adjustment method of the binder composition of this invention is not specifically limited, For example, it can prepare by mixing the component mentioned above by a known method.
  • the aqueous solution of the water-soluble polymer may be used as it is as the binder composition, or the aqueous solution of the water-soluble polymer may be used.
  • Other components may be mixed to prepare a binder composition.
  • composition for a non-aqueous secondary battery functional layer comprises an aqueous-based secondary battery functional layer binder composition as described above and non-conductive particles, and optionally further contains other components. It is a slurry composition. That is, the functional layer composition of the present invention contains non-conductive particles, the above-described water-soluble polymer, and water as a dispersion medium, and optionally further contains other components. Since the composition for functional layers of this invention contains the binder composition of this invention, it is excellent in stability. And according to the functional layer prepared using the composition for functional layers of this invention, the cycling characteristics excellent in the secondary battery can be exhibited.
  • the non-conductive particles are particles that do not dissolve in water and the non-aqueous electrolyte solution of the secondary battery, and maintain the shape thereof. And since a nonelectroconductive particle is electrochemically stable, it exists stably in a functional layer under the use environment of a secondary battery.
  • nonconductive particles for example, various inorganic fine particles and organic fine particles can be used.
  • the non-conductive particles both inorganic fine particles and organic fine particles (excluding the particulate polymer used as a binder) can be used, but usually inorganic fine particles are used.
  • the material which exists stably in the use environment of a non-aqueous secondary battery and is electrochemically stable is preferable.
  • preferable examples of the non-conductive particles are aluminum oxide (alumina), aluminum oxide hydrate (boehmite (AlOOH), gibbsite (Al (OH) 3 ), silicon oxide, magnesium oxide (magnesia).
  • Oxide particles such as calcium oxide, titanium oxide (titania), barium titanate (BaTiO 3 ), ZrO, alumina-silica composite oxide; nitride particles such as aluminum nitride and boron nitride; sharing of silicon, diamond, etc.
  • Bondable crystal particles poorly soluble ionic crystal particles such as barium sulfate, calcium fluoride, barium fluoride, etc., clay fine particles such as talc, montmorillonite, etc.
  • these particles may be substituted by elements as needed. Surface treatment, solid solution, etc. may be given.
  • the nonelectroconductive particle mentioned above may be used individually by 1 type, and may be used in combination of multiple types.
  • the compounding ratio of the non-conductive particles and the binder composition for the non-aqueous secondary battery functional layer in the composition for the non-aqueous secondary battery functional layer is not particularly limited.
  • the amount of the water-soluble polymer per 100 parts by mass of the non-conductive particles is preferably 1 part by mass or more, more preferably 1.5 parts by mass or more, and further preferably 2 parts by mass or more.
  • the binder composition is contained in an amount of preferably 10 parts by mass or less, more preferably 8 parts by mass or less, and still more preferably 5 parts by mass or less.
  • the blending amount of the water-soluble polymer in the composition for the functional layer is not less than the above lower limit value, the durability of the functional layer in the electrolytic solution can be improved, and the cycle characteristics of the secondary battery can be further improved.
  • the blending amount of the water-soluble polymer in the functional layer composition is less than or equal to the above upper limit value, the stability of the functional layer composition is ensured and an increase in internal resistance is suppressed to provide a secondary battery. Excellent output characteristics can be exhibited.
  • the composition for functional layers contains water as a dispersion medium.
  • the functional layer composition may contain a small amount of a medium other than water such as an organic solvent as a dispersion medium.
  • a medium other than water such as an organic solvent as a dispersion medium.
  • water which is a dispersion medium of the composition for functional layers the water contained as a solvent in the binder composition can be used.
  • the composition for functional layers may contain arbitrary other components besides the component mentioned above.
  • the other components are not particularly limited as long as they do not affect the battery reaction, and known components can be used.
  • these other components may be used individually by 1 type, and may be used in combination of multiple types.
  • blended with the binder composition mentioned above is mentioned.
  • the composition for a non-aqueous secondary battery functional layer of the present invention is not particularly limited, and the binder composition described above, non-conductive particles, and any components used as necessary (added as a dispersion medium) It can be obtained by mixing water, other components described above, and the like.
  • the mixing method and mixing order of the components described above are not particularly limited, but it is preferable to perform mixing using a disperser as a mixing device in order to disperse each component efficiently.
  • a disperser is an apparatus which can disperse
  • the disperser include a ball mill, a sand mill, a pigment disperser, a crusher, an ultrasonic disperser, a homogenizer, and a planetary mixer.
  • the functional layer for a non-aqueous secondary battery of the present invention is formed from the above-described composition for a non-aqueous secondary battery functional layer.
  • the functional layer composition described above is applied to the surface of an appropriate substrate. After forming the coating film by coating, it can be formed by drying the formed coating film. That is, the functional layer for a non-aqueous secondary battery of the present invention is made of a dried product of the above-described composition for a non-aqueous secondary battery functional layer, contains non-conductive particles and a water-soluble polymer, and is optionally water-soluble. Contains binders and additives other than the conductive polymer.
  • the polymer containing the crosslinkable monomer unit is dried at the time of drying the composition for a non-aqueous secondary battery functional layer or dried. It may be crosslinked at the time of heat treatment that is optionally performed later (that is, the functional layer for a non-aqueous secondary battery may include a crosslinked product of the water-soluble polymer described above).
  • the functional layer for non-aqueous secondary batteries of the present invention is formed using the above-described composition for a non-aqueous secondary battery functional layer, the amount of residual moisture is small, and in the electrolyte solution Excellent durability. Therefore, if the functional layer for a non-aqueous secondary battery of the present invention is used, excellent cycle characteristics can be exhibited in the secondary battery.
  • a functional layer composition coating film is formed on the surface of a release substrate, and the coating film is dried to form a functional layer.
  • the release substrate may be peeled off from the functional layer.
  • the functional layer peeled off from the release substrate can be used as a self-supporting film for forming a battery member of a secondary battery.
  • the functional layer peeled off from the release substrate may be laminated on the separator substrate to form a separator having the functional layer, or the functional layer peeled off from the release substrate may be used as the electrode substrate.
  • An electrode provided with a functional layer may be formed by stacking on the substrate.
  • a separator substrate or an electrode substrate as the substrate.
  • the functional layer provided on the separator substrate and the electrode substrate can be suitably used as a protective layer for improving the heat resistance and strength of the separator and the electrode.
  • the organic separator substrate is a porous member made of an organic material.
  • the organic separator substrate include a microporous membrane or a nonwoven fabric containing a polyolefin resin such as polyethylene and polypropylene, an aromatic polyamide resin, and the like. From the viewpoint of excellent strength, a polyethylene microporous film or nonwoven fabric is preferred.
  • the thickness of a separator base material can be made into arbitrary thickness, Preferably they are 5 micrometers or more and 30 micrometers or less. If the thickness of the separator substrate is 5 ⁇ m or more, sufficient safety can be obtained.
  • the thickness of the separator base material is 30 ⁇ m or less, it is possible to suppress a decrease in ionic conductivity, a reduction in output characteristics of the secondary battery, and a thermal contraction of the separator base material. Heat resistance can be increased by suppressing the increase in force.
  • Electrode substrate Although it does not specifically limit as an electrode base material (a positive electrode base material and a negative electrode base material), The electrode base material with which the electrode compound-material layer was formed on the electrical power collector is mentioned.
  • the current collector, the electrode active material in the electrode mixture layer (positive electrode active material, negative electrode active material) and the binder for electrode mixture layer (binder for positive electrode mixture layer, binder for negative electrode mixture layer) As a method for forming the electrode mixture layer on the current collector and the current collector, known ones can be used, for example, those described in JP2013-145663A.
  • Method for forming functional layer for non-aqueous secondary battery 1) A method in which the composition for a functional layer of the present invention is applied to the surface of a separator substrate or an electrode substrate (in the case of an electrode substrate, the surface on the electrode mixture layer side, the same shall apply hereinafter) and then dried; 2) A method of drying a separator substrate or an electrode substrate after immersing the separator substrate or electrode substrate in the functional layer composition of the present invention; 3) A method for applying the composition for a functional layer of the present invention on a release substrate, drying to produce a functional layer, and transferring the obtained functional layer to the surface of a separator substrate or an electrode substrate; Among these, the method 1) is particularly preferable because the layer thickness of the functional layer can be easily controlled. Specifically, the method 1) includes a step of applying a functional layer composition on a substrate (application step) and a functional layer formed by drying the functional layer composition applied on the substrate. Step (functional layer forming step).
  • the method for coating the functional layer composition on the substrate is not particularly limited.
  • the doctor blade method, the reverse roll method, the direct roll method, the gravure method, the extrusion method, the brush coating The method of the method etc. is mentioned.
  • a functional layer formation process it does not specifically limit as a method of drying the composition for functional layers on a base material.
  • a well-known method can be used. Examples of the drying method include drying with warm air, hot air, low-humidity air, vacuum drying, and drying by irradiation with infrared rays, electron beams, or the like.
  • the drying conditions are not particularly limited, but the drying temperature is preferably 40 to 150 ° C., and the drying time is preferably 2 to 30 minutes. Since the composition for functional layers of the present invention contains a water-soluble polymer having a contact angle with water within a predetermined range, moisture can be efficiently removed in the functional layer forming step.
  • the thickness of the functional layer formed using the composition for non-aqueous secondary battery functional layers of this invention is 0.5 micrometer or more and 5 micrometers or less. If the thickness of the functional layer is 0.5 ⁇ m or more, the protective function can be further enhanced, so that the heat resistance and strength of the battery member provided with the functional layer can be further improved. If the thickness of the functional layer is 5 ⁇ m or less, the secondary battery can exhibit excellent output characteristics.
  • the battery member (separator and electrode) provided with the functional layer of the present invention is not limited to the separator base or electrode base and the functional layer of the present invention as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. You may provide components other than a functional layer.
  • constituent elements other than the functional layer of the present invention are not particularly limited as long as they do not correspond to the functional layer of the present invention, and are provided on the functional layer of the present invention for bonding between battery members. Examples thereof include an adhesive layer used.
  • the non-aqueous secondary battery of the present invention includes the above-described functional layer for a non-aqueous secondary battery of the present invention. More specifically, the non-aqueous secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolyte solution, and the functional layer for the non-aqueous secondary battery described above is a battery member of the positive electrode, the negative electrode, and the separator. Included in at least one. And the non-aqueous secondary battery of this invention can exhibit the outstanding battery characteristic (for example, cycling characteristics).
  • At least one of the positive electrode, the negative electrode, and the separator used for the secondary battery of the present invention includes the functional layer of the present invention.
  • a positive electrode and a negative electrode having a functional layer an electrode in which the functional layer of the present invention is provided on an electrode substrate formed by forming an electrode mixture layer on a current collector can be used.
  • a separator which has a functional layer the separator which provides the functional layer of this invention on a separator base material can be used.
  • an electrode base material and a separator base material the thing similar to what was mentioned by the term of the "functional layer for non-aqueous secondary batteries" can be used.
  • a positive electrode a negative electrode, and a separator which do not have a functional layer
  • the electrode which consists of an electrode base material mentioned above, and the separator which consists of a separator base material mentioned above can be used.
  • an organic electrolytic solution in which a supporting electrolyte is dissolved in an organic solvent is usually used.
  • a lithium salt is used in a lithium ion secondary battery.
  • the lithium salt include LiPF 6 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , LiClO 4 , CF 3 SO 3 Li, C 4 F 9 SO 3 Li, CF 3 COOLi, (CF 3 CO) 2 NLi , (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, (C 2 F 5 SO 2 ) NLi, and the like.
  • LiPF 6 , LiClO 4 , and CF 3 SO 3 Li are preferable because they are easily dissolved in a solvent and exhibit a high degree of dissociation.
  • electrolyte may be used individually by 1 type and may be used in combination of multiple types. Usually, the lithium ion conductivity tends to increase as the supporting electrolyte having a higher degree of dissociation is used, so that the lithium ion conductivity can be adjusted depending on the type of the supporting electrolyte.
  • the organic solvent used in the electrolytic solution is not particularly limited as long as it can dissolve the supporting electrolyte.
  • Alkyl carbonates such as propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), and methyl ethyl carbonate (MEC); esters such as ⁇ -butyrolactone and methyl formate; ethers such as 1,2-dimethoxyethane and tetrahydrofuran; sulfolane And sulfur-containing compounds such as dimethyl sulfoxide;
  • an electrolyte containing an additive As the additive, carbonate compounds such as vinylene carbonate (VC) are preferable.
  • a positive electrode and a negative electrode are overlapped via a separator, and this is placed in a battery container by winding or folding as necessary. It can be manufactured by pouring and sealing.
  • the positive electrode, the negative electrode, and the separator at least one member is a member with a functional layer.
  • an expanded metal, an overcurrent prevention element such as a fuse or a PTC element, a lead plate, or the like may be placed in the battery container to prevent an increase in pressure inside the battery or overcharge / discharge.
  • the shape of the battery may be any of a coin shape, a button shape, a sheet shape, a cylindrical shape, a square shape, a flat shape, and the like.
  • the aqueous solution of the water-soluble polymer after adjusting the solid content concentration was applied onto a copper foil and dried in an oven at 50 ° C. for 10 minutes to prepare a binder film having a thickness of 100 ⁇ m. 1 ⁇ L of distilled water is dropped on the obtained binder film, and a water drop on the binder film after 1 minute has been photographed under conditions of a temperature of 25 ° C. and a humidity of 50%, and the contact angle is ⁇ Measured by the / 2 method.
  • the operation from dripping distilled water to contact angle measurement was performed a total of five times at different locations on the binder film, and the average value of the five measured values obtained was taken as the contact angle of the water-soluble polymer.
  • ⁇ Swelling degree of water-soluble polymer with respect to electrolyte> An aqueous solution (binder composition) of the obtained water-soluble polymer was applied onto a copper foil, dried at 50 ° C. for 20 minutes, at 120 ° C. for 20 minutes, and dried in a hot air dryer to a 1 cm ⁇ 1 cm binder film (thickness: 100 ⁇ m) and the weight M0 was measured. Thereafter, the obtained binder film was immersed in an electrolytic solution at 60 ° C. for 72 hours.
  • the separator base material after coating was cut out, and the coating amount M0 (mg / cm 2 ) per unit area was calculated. Moreover, 1 hour after application
  • coating, the application quantity M1 (mg / cm ⁇ 2 >) was computed similarly. Then, a coating amount change rate ⁇ M (%) was calculated using an equation of ⁇ M (
  • the obtained separator with a functional layer was cut out to 100 mm x 10 mm, and it was set as the test piece.
  • the cellophane tape was fixed to the test stand beforehand. As this cellophane tape, the one specified in JIS Z1522 was used. And the test piece cut out from the separator was affixed on the cellophane tape with the functional layer facing down.
  • peel strength is 50 N / m or more
  • B Peel strength is 35 N / m or more and less than 50 N / m
  • C Peel strength is 20 N / m or more and less than 35 N / m
  • D Peel strength is less than 20 N / m ⁇ moisture content of functional layer >
  • the obtained separator with a functional layer was cut out into 10 cm x 10 cm, and it was set as the test piece.
  • This test piece was left at a temperature of 25 ° C. and a humidity of 50% for 24 hours. Thereafter, the moisture content of the test piece was measured by a Karl Fischer method (JIS K0068 (2001), moisture vaporization method, vaporization temperature 150 ° C.) using a coulometric titration moisture meter. And it evaluated on the following references
  • Vibration drop rate ⁇ M is less than 20%
  • B Vibration drop rate ⁇ M is 20% or more and less than 40%
  • C Vibration drop rate ⁇ M is 40% or more and less than 60%
  • D Vibration drop rate ⁇ M is 60% or more ⁇ secondary battery Output characteristics>
  • the prepared lithium ion secondary battery was allowed to stand for 24 hours in an environment of 25 ° C., and then charged for 5 hours at a charge rate of 0.1 C in an environment of 25 ° C. The voltage at that time V0 was measured. Thereafter, a discharge operation was performed at a discharge rate of 1 C in an environment of ⁇ 10 ° C., and the voltage V1 15 seconds after the start of discharge was measured.
  • a smaller voltage change ⁇ V indicates that the secondary battery is more excellent in output characteristics (low temperature characteristics).
  • D Voltage change ⁇ V is more than 900 mV ⁇ Cycle characteristics of secondary battery>
  • the operation of charging 10 lithium-ion secondary batteries to 4.2 V by a constant current method of 0.2 C in an environment of 25 ° C. and discharging to 3.0 V is one cycle, and this operation is 200 cycles.
  • Example 1 Preparation of water-soluble polymer> 712 g of ion-exchanged water was charged into a 1 L flask with a septum, heated to a temperature of 40 ° C., and the inside of the flask was replaced with nitrogen gas at a flow rate of 100 mL / min.
  • aqueous dispersion of a particulate polymer 100 parts by weight of an aqueous dispersion of alumina particles (“LS256”, manufactured by Nippon Light Metal Co., Ltd.) as non-conductive particles, and 2.5 parts by weight of an aqueous solution of the water-soluble polymer described above, Mix 2.5 parts of aqueous dispersion of particulate polymer with solid content equivalent, 0.2 part of polyethylene glycol type surfactant (San Nopco, “San Nopco (registered trademark) SN Wet 366”), and water. Thus, a functional layer composition was prepared.
  • the reaction was stopped by cooling to obtain a mixture containing the binder for negative electrode mixture layer (SBR).
  • a 5% aqueous sodium hydroxide solution was added to the mixture containing the binder for the negative electrode mixture layer to adjust the pH to 8.
  • it was cooled to 30 ° C. or lower to obtain an aqueous dispersion containing the desired binder for the negative electrode mixture layer.
  • the obtained mixed solution 1.5 parts of the above binder for the negative electrode mixture layer and solid ion equivalent water and ion-exchanged water are added, and adjusted so that the final solid content concentration is 52%. Mix for 10 minutes. This was defoamed under reduced pressure to obtain a slurry composition for a secondary battery negative electrode having good fluidity.
  • the obtained negative electrode slurry composition was applied on a copper foil having a thickness of 20 ⁇ m, which was a current collector, with a comma coater so that the film thickness after drying was about 150 ⁇ m, and dried. This drying was performed by conveying the copper foil in an oven at 60 ° C. at a speed of 0.5 m / min for 2 minutes. Thereafter, heat treatment was performed at 120 ° C.
  • the negative electrode raw material before pressing was rolled with a roll press to obtain a negative electrode after pressing with a negative electrode mixture layer thickness of 80 ⁇ m (single-sided negative electrode).
  • a negative electrode mixture layer is formed on both sides, and rolled by a roll press, and the thickness of the negative electrode mixture layer is 80 ⁇ m after pressing.
  • a negative electrode was obtained (double-sided negative electrode).
  • the obtained positive electrode slurry composition was applied onto a 20 ⁇ m-thick aluminum foil as a current collector by a comma coater so that the film thickness after drying was about 150 ⁇ m and dried. This drying was performed by transporting the aluminum foil in an oven at 60 ° C. at a speed of 0.5 m / min for 2 minutes. Thereafter, heat treatment was performed at 120 ° C. for 2 minutes to obtain a positive electrode raw material before pressing.
  • the positive electrode raw material before pressing was rolled with a roll press to obtain a positive electrode after pressing with a positive electrode mixture layer thickness of 80 ⁇ m (single-sided positive electrode).
  • a positive electrode was obtained (double-sided positive electrode).
  • the single-sided positive electrode obtained above was cut out into 5 cm ⁇ 15 cm, and a separator with a functional layer cut out into 6 cm ⁇ 16 cm was disposed on the positive electrode mixture layer side so that the functional layer faced the single-sided positive electrode.
  • the double-sided negative electrode cut out to 5.5 cm x 15.5 cm was arrange
  • a separator with a functional layer cut out to 6 cm ⁇ 16 cm was disposed so that the organic separator substrate faced the double-sided negative electrode.
  • the double-sided positive electrode cut out to 5 cm x 15 cm was piled up on the functional layer side of the separator with a functional layer.
  • a separator with a functional layer cut out to 6 cm ⁇ 16 cm was further disposed on the double-sided positive electrode so that the functional layer was opposed to the double-sided positive electrode.
  • a single-sided negative electrode cut out to 5.5 cm ⁇ 5.5 cm is laminated on the separator with the functional layer so that the negative electrode mixture layer faces the organic separator substrate of the separator with the functional layer, and the laminate B Got.
  • the obtained battery outer packaging was flat-pressed at 100 ° C. for 2 minutes at 100 kgf to produce a 1000 mAh stacked lithium ion secondary battery. did. And the output characteristic and cycle characteristic of the obtained secondary battery were evaluated. The results are shown in Table 1.
  • Example 2 A water-soluble polymer, a particulate polymer, a functional layer composition, a separator with a functional layer, a positive electrode, a negative electrode, and two, in the same manner as in Example 1, except that the composition of the water-soluble polymer was changed as shown in Table 1.
  • a secondary battery was manufactured. Various evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
  • Example 9 A water-soluble polymer was prepared in the same manner as in Example 1 except that the addition amount of a 2.0% aqueous solution of tetramethylethylenediamine in the first addition of tetramethylethylenediamine was 50 g and 10 g, respectively, in the preparation of the water-soluble polymer.
  • a particulate polymer, a functional layer composition, a separator with a functional layer, a positive electrode, a negative electrode, and a secondary battery were produced.
  • Various evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
  • the addition amount of the 2.0% aqueous solution of tetramethylethylenediamine in the first addition of tetramethylethylenediamine was 35 g, 25 g, 20 g, and 35 g, respectively.
  • the addition amount of the 0.0% aqueous solution is 15 g, and the addition amount of the 2.5% aqueous solution of potassium persulfate in the first addition of potassium persulfate is 6 g, 5 g, 4 g, and 6 g, respectively.
  • the amount of addition of 2.5% aqueous solution of potassium persulfate was 3.5 g, 2.5 g, 2 g, and 3.5 g, respectively, and the composition of the water-soluble polymer was changed as shown in Table 1.
  • a water-soluble polymer, a particulate polymer, a functional layer composition, a separator with a functional layer, a positive electrode, a negative electrode, and a secondary battery were produced.
  • Various evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
  • TFEMA refers to 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate units
  • AAm indicates an acrylamide unit
  • AMA indicates an allyl methacrylate unit
  • AA indicates an acrylic acid unit
  • MAA indicates a methacrylic acid unit.
  • a nonaqueous secondary battery functional layer binder composition capable of producing a nonaqueous secondary battery functional layer composition that exhibits excellent cycle characteristics in a nonaqueous secondary battery and is excellent in stability.
  • the non-aqueous secondary battery functional layer that exhibits the excellent cycle characteristics of the non-aqueous secondary battery, the non-aqueous secondary battery functional member, and the non-aqueous secondary battery functional layer are provided.
  • a non-aqueous secondary battery can be provided.

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Abstract

本発明は、非水系二次電池に優れたサイクル特性を発揮させると共に、安定性に優れる非水系二次電池機能層用組成物を調製可能な非水系二次電池機能層用バインダー組成物の提供を目的とする。本発明のバインダー組成物は、水溶性重合体および水を含み、前記水溶性重合体の水との接触角が、40°以上80°以下であり、前記水溶性重合体の電解液に対する膨潤度が、1.0倍超3.0倍以下である。

Description

非水系二次電池機能層用バインダー組成物、非水系二次電池機能層用組成物、非水系二次電池用機能層、非水系二次電池用電池部材および非水系二次電池
 本発明は、非水系二次電池機能層用バインダー組成物、非水系二次電池機能層用組成物、非水系二次電池用機能層、非水系二次電池用電池部材および非水系二次電池に関するものである。
 リチウムイオン二次電池などの非水系二次電池(以下、単に「二次電池」と略記する場合がある。)は、小型で軽量、且つエネルギー密度が高く、更に繰り返し充放電が可能という特性があり、幅広い用途に使用されている。そして、非水系二次電池は、一般に、正極、負極、および、正極と負極とを隔離して正極と負極との間の短絡を防ぐセパレータなどの電池部材を備えている。
 ここで、二次電池においては、電池部材に所望の性能(例えば、耐熱性や強度など)を付与する機能層を備えた電池部材が使用されている。具体的には、例えば、セパレータ基材上に機能層を形成してなるセパレータや、集電体上に電極合材層を設けてなる電極基材の上に機能層を形成してなる電極が、電池部材として使用されている。また、電池部材の耐熱性や強度などを向上させ得る機能層としては、非導電性粒子をバインダー(結着材)で結着して形成した多孔膜層よりなる機能層が用いられている。この機能層は、例えば、非導電性粒子と、結着材と、分散媒とを含む機能層用組成物を基材(セパレータ基材や電極基材など)の表面に塗布し、塗布した機能層用組成物を乾燥させることにより形成される。
 近年では、環境負荷などの観点から、分散媒として水系媒体を用いた機能層用組成物への関心が高まっている。そして、このような水系の機能層用組成物において、結着材等の成分として水溶性重合体を用いる技術が提案されている。
 具体的には、例えば特許文献1では、(メタ)アクリルアミド単量体単位を40~100質量%含む水溶性重合体と、不飽和カルボン酸、不飽和アミド、およびこれらの塩よりなる群から選択される少なくとも1種とを含む化合物と、フィラーと、水とを含有する保護膜用スラリーを用いて保護膜を形成することにより、保護膜とセパレータ基材の密着性を高めて、蓄電デバイスの充放電特性を向上させる技術が提案されている。
 また、例えば特許文献2では、エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位を15~50重量%、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を30~80重量%、およびフッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を0.5~10重量%含む水溶性重合体と、非導電性粒子と、水とを含有する多孔膜用スラリー組成物を用いて多孔膜を形成することにより、多孔膜とセパレータ基材の密着性を高める技術が提案されている。
特開2015-118908号公報 国際公開第2013/005796号
 しかしながら、水溶性重合体を含む上記従来の機能層用組成物には、機能層の生産性や二次電池の性能向上のため、更なる改良が望まれる。
 特許文献1に記載の機能層用組成物には、例えば、二次電池に一層優れたサイクル特性を発揮させることが求められる。具体的には、水溶性重合体が高い親水性を有するためと推察されるが、特許文献1に記載の機能層用組成物を乾燥させて機能層を形成するに際し、機能層から水分を十分に除去することが出来なかった。そのため、特許文献1に記載の機能層用組成物から得られる機能層を用いると、機能層中の残留水分により電解液が分解してガスが発生し、二次電池のサイクル特性が低下してしまうという問題があった。
 また、特許文献2に記載の機能層用組成物には、例えば、その安定性を高めることが求められる。具体的には、基材上に機能層を形成すべく、機能層用組成物を例えばグラビア塗工装置を用いて基材上に塗布すると、機能層用組成物はグラビアロールの回転によりせん断力を受ける。しかし、特許文献2に記載の機能層用組成物は、せん断力を受けた際の分散安定性が十分に満足のいくものとはいえなかった。そのため、特許文献2に記載の機能層用組成物には、長時間に渡り塗布したり、高速塗布のためにグラビアロールの回転速度を高めたりすると、含有成分が凝集し、均一な厚さの機能層が得難くなるという問題があった。
 すなわち、上記従来の技術には、機能層用組成物の安定性を高めると共に、二次電池のサイクル特性を向上させるという点において、改善の余地があった。
 そこで、本発明は、非水系二次電池に優れたサイクル特性を発揮させると共に、安定性に優れる非水系二次電池機能層用組成物を調製可能な非水系二次電池機能層用バインダー組成物を提供することを目的とする。
 また、本発明は、非水系二次電池に優れたサイクル特性を発揮させると共に、安定性に優れる非水系二次電池機能層用組成物を提供することを目的とする。
 そして、本発明は、非水系二次電池に優れたサイクル特性を発揮させる非水系二次電池用機能層、非水系二次電池用電池部材および当該非水系二次電池用機能層を備える非水系二次電池を提供することを目的とする。
 本発明者は、上記課題を解決することを目的として鋭意検討を行った。そして、本発明者は、水との接触角および電解液に対する膨潤度がそれぞれ所定の範囲内である水溶性重合体を含むバインダー組成物を用いれば、安定性に優れる機能層用組成物を調製することができると共に、このバインダー組成物を含む機能層用組成物を用いて形成される機能層によれば、二次電池に優れたサイクル特性を発揮させることができることを見出し、本発明を完成させた。
 即ち、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の非水系二次電池機能層用バインダー組成物は、水溶性重合体および水を含み、前記水溶性重合体の水との接触角が、40°以上80°以下であり、前記水溶性重合体の電解液に対する膨潤度が、1.0倍超3.0倍以下であることを特徴とする。このように、水との接触角が40°以上80°以下であり、且つ、電解液に対する膨潤度が1.0倍超3.0倍以下である水溶性重合体を含むバインダー組成物を用いれば、安定性に優れる機能層用組成物を調製することができると共に、二次電池に優れたサイクル特性を発揮させ得る機能層を作製することができる。
 なお、本発明において、「水溶性重合体」とは、温度25℃において重合体0.5gを100gの水に溶解した際に、不溶分が1.0質量%未満となる重合体を指す。また、本発明において、「水溶性重合体の水との接触角」および「水溶性重合体の電解液に対する膨潤度」は、本明細書の実施例に記載の方法を用いて測定することができる。
 ここで、本発明の非水系二次電池機能層用バインダー組成物は、前記水溶性重合体が、フッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を0.1質量%以上20質量%以下含むことが好ましい。水溶性重合体がフッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を上記範囲内で含めば、機能層中に残留する水分の量を低減して二次電池のサイクル特性を更に高めると共に、機能層のピール強度および二次電池の出力特性を向上させることができる。また、水溶性重合体がフッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を上記範囲内で含めば、機能層用組成物の安定性を更に高めることができる。
 なお、本発明において、「(メタ)アクリル」とは、アクリルおよび/またはメタクリルを意味する。また、本発明において、重合体が「単量体単位を含む」とは、「その単量体を用いて得た重合体中に単量体由来の構造単位(繰り返し単位)が含まれている」ことを意味する。
 そして、本発明の非水系二次電池機能層用バインダー組成物は、前記水溶性重合体が、(メタ)アクリルアミド単量体単位を70質量%以上95質量%以下含むことが好ましい。水溶性重合体が(メタ)アクリルアミド単量体単位を上記範囲内で含めば、機能層用組成物の安定性を更に高めると共に、電解液中での機能層の耐久性を向上させて二次電池に一層優れたサイクル特性を発揮させることができる。
 また、本発明の非水系二次電池機能層用バインダー組成物は、前記水溶性重合体が、架橋性単量体単位を0.1質量%以上1.0質量%以下含むことが好ましい。水溶性重合体が架橋性単量体単位を上記範囲内で含めば、二次電池の出力特性を高めると共に、電解液中での機能層の耐久性を向上させて二次電池に一層優れたサイクル特性を発揮させることができる。
 ここで、本発明の非水系二次電池機能層用バインダー組成物は、前記水溶性重合体の重量平均分子量が、100,000以上10,000,000以下であることが好ましい。水溶性重合体の重量平均分子量が上記範囲内であれば、機能層用組成物の安定性を更に高めると共に、二次電池の出力特性を向上させることができる。
 なお、本発明において、「水溶性重合体の重量平均分子量」とは、溶離液として0.1MのNaNO3水溶液を用いたゲル浸透クロマトグラフィーにより測定した、ポリエチレンオキシド換算の重量平均分子量を指す。
 また、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の非水系二次電池機能層用組成物は、非導電性粒子、および上述した何れかの非水系二次電池機能層用バインダー組成物を含むことを特徴とする。非導電性粒子と、上述した何れかのバインダー組成物とを含む機能層用組成物は、安定性に優れると共に、当該機能層用組成物を用いれば、二次電池に優れたサイクル特性を発揮させ得る機能層を形成することができる。
 また、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の非水系二次電池用機能層は、上述した非水系二次電池機能層用組成物を用いて形成したことを特徴とする。上述した機能層用組成物を使用して形成された機能層は、二次電池に優れたサイクル特性を発揮させることができる。
 また、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の非水系二次電池用電池部材は、上述した非水系二次電池用機能層を備えることを特徴とする。上述した非水系二次電池用機能層を備える電池部材は、二次電池に優れたサイクル特性を発揮させることができる。
 更に、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の非水系二次電池は、上述した非水系二次電池用機能層を備えることを特徴とする。上述した機能層を備える二次電池は、サイクル特性などの電池特性に優れる。
 本発明によれば、非水系二次電池に優れたサイクル特性を発揮させると共に、安定性に優れる非水系二次電池機能層用組成物を調製可能な非水系二次電池機能層用バインダー組成物を提供することができる。
 また、本発明によれば、非水系二次電池に優れたサイクル特性を発揮させると共に、安定性に優れる非水系二次電池機能層用組成物を提供することができる。
 そして、本発明によれば、非水系二次電池に優れたサイクル特性を発揮させる非水系二次電池用機能層、非水系二次電池用電池部材および当該非水系二次電池用機能層を備える非水系二次電池を提供することができる。
 以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
 ここで、本発明の非水系二次電池機能層用バインダー組成物は、非水系二次電池機能層用組成物を調製する際の材料として用いられる。そして、本発明の非水系二次電池機能層用組成物は、本発明の非水系二次電池機能層用バインダー組成物と、非導電性粒子とを用いて調製される。また、本発明の非水系二次電池用機能層は、本発明の非水系二次電池機能層用組成物を用いて形成される。そして、本発明の非水系二次電池用電池部材は、少なくとも本発明の非水系二次電池用機能層を備えるものである。加えて、本発明の非水系二次電池は、少なくとも本発明の非水系二次電池用機能層を備えるものである。
(非水系二次電池機能層用バインダー組成物)
 本発明の非水系二次電池機能層用バインダー組成物は、水溶性重合体と、溶媒としての水とを含み、任意にその他の成分を更に含有する水系の組成物である。そして、本発明の非水系二次電池機能層用バインダー組成物は、水溶性重合体として、水との接触角が40°以上80°以下であり、電解液に対する膨潤度が1.0倍超3.0倍以下である重合体を使用することを特徴とする。
 そして、本発明の非水系二次電池機能層用バインダー組成物を用いて機能層用組成物を調製すれば、機能層用組成物の安定性を高めて、均一な厚さの機能層を形成することができる。また、本発明の非水系二次電池機能層用バインダー組成物を含む機能層用組成物を用いて機能層を形成すれば、機能層中に残留する水分の量を低減することができると共に、電解液中での機能層の耐久性を向上させることができる。従って、本発明の非水系二次電池機能層用バインダー組成物を使用すれば、二次電池の電池特性(例えば、サイクル特性)を向上させることができる。
 ここで、本発明のバインダー組成物を用いることで上述した効果が得られる理由は、明らかではないが、以下の通りであると推察されている。
 即ち、本発明のバインダー組成物に含まれる水溶性重合体は、水との接触角が80°以下であり、十分な親水性を保持する。そのため、水系の機能層用組成物中で十分に溶解し、機能層用組成物の安定性を高めることができる。一方で、水溶性重合体は、水との接触角が40°以上であり、上述のように十分な親水性を保持する一方で離水性にも優れる。そのため、機能層用組成物を乾燥させて機能層を形成するに際し、水分を効率良く除去することができる。
 また、本発明のバインダー組成物に含まれる水溶性重合体は、電解液に対する膨潤度が1.0倍超であり、電解液との親和性が確保されている。一方で、水溶性重合体は、電解液に対する膨潤度が3.0倍以下であり、電解液中で過度に膨潤することもない。そのため水溶性重合体の電解液への溶出が抑制され、本発明のバインダー組成物を用いて得られる機能層は、電解液中で優れた耐久性を発揮することができる。
 従って、本発明のバインダー組成物を使用すれば、サイクル特性などの電池特性に優れる二次電池を得ることができる。
<水溶性重合体>
 本発明の非水系二次電池機能層用バインダー組成物に結着材として含まれる水溶性重合体は、水との接触角が40°以上80°以下であり、且つ、電解液に対する膨潤度が1.0倍超3.0倍以下である。
[水溶性重合体の性状]
―水との接触角―
 水溶性重合体の水との接触角は、40°以上80°以下であることが必要であり、45°以上であることが好ましく、50°以上であることがより好ましく、51°以上であることが更に好ましく、75°以下であることが好ましく、70°以下であることがより好ましく、67°以下であることが更に好ましい。水溶性重合体の水との接触角が上記下限値未満となると、水溶性重合体の離水性を確保することができない。そのため、機能層中に残留する水分の量が上昇し、二次電池のサイクル特性が低下する。一方、水溶性重合体の水との接触角が上記上限値を超えると、水溶性重合体の親水性が低下し、機能層用組成物の安定性を確保することができない。なお、水との接触角は、例えば、水溶性重合体の組成または重量平均分子量を変更することで調整することができる。具体的には、水溶性重合体中の(メタ)アクリルアミド単量体単位および/または親水性基含有単量体単位の含有割合を高めれば、水との接触角を小さくすることができ、水溶性重合体中のフッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の含有割合を高めれば、水との接触角を大きくすることができる。また、水溶性重合体の重量平均分子量を低下させれば、水との接触角を小さくすることができ、水溶性重合体の重量平均分子量を高めれば、水との接触角を大きくすることができる。
―電解液に対する膨潤度―
 また、水溶性重合体の電解液に対する膨潤度は、1.0倍超3.0倍以下であることが必要であり、1.1倍以上であることが好ましく、1.3倍以上であることがより好ましく、1.5倍以上であることが更に好ましく、2.5倍以下であることが好ましく、2.0倍以下であることがより好ましい。水溶性重合体の電解液に対する膨潤度が1.0倍以下となると、水溶性重合体の電解液との親和性を確保することができず、出力特性などの電池特性が低下する。一方、水溶性重合体の電解液に対する膨潤度が上記上限値を超えると、水溶性重合体が電解液へ溶出するのを抑制することができず、電解液中での機能層の耐久性が低下する。そのため、二次電池に優れたサイクル特性を発揮させることができない。なお、電解液に対する膨潤度は、例えば、水溶性重合体の組成を変更することで調整することができる。具体的には、水溶性重合体中の(メタ)アクリルアミド単量体単位および/または架橋性単量体単位の含有割合を高めれば、電解液に対する膨潤度を小さくすることができ、(メタ)アクリルアミド単量体単位および/または架橋性単量体単位の含有割合を低下させれば、電解液に対する膨潤度を大きくすることができる。
―重量平均分子量―
 そして、水溶性重合体の重量平均分子量は、100,000以上であることが好ましく、300,000以上であることがより好ましく、500,000以上であることが更に好ましく、10,000,000以下であることが好ましく、5,000,000以下であることがより好ましく、2,000,000以下であることが更に好ましい。水溶性重合体の重量平均分子量が上記下限値以上であれば、水溶性重合体の粘性が高まり、機能層用組成物の安定性を更に向上させることができる。一方、水溶性重合体の重量平均分子量が上記上限値以下であれば、水溶性重合体の電解液との親和性が高まり、出力特性などの電池特性を向上させることができる。
[水溶性重合体の組成]
 水溶性重合体の組成は、特に限定されないが、水溶性重合体は、例えば、フッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位、(メタ)アクリルアミド単量体単位、架橋性単量体単位、およびこれら以外の単量体単位を含むことができる。
―フッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位―
 フッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を形成しうるフッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体としては、例えば、下記の式(I)で表される単量体が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
 前記の式(I)において、R1は、水素原子またはメチル基を表す。
 前記の式(I)において、R2は、フッ素原子を含有する炭化水素基を表す。炭化水素基の炭素数は、通常、1以上18以下である。また、R2が含有するフッ素原子の数は、1個でもよく、2個以上でもよい。
 式(I)で表されるフッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体の例としては、(メタ)アクリル酸フッ化アルキル、(メタ)アクリル酸フッ化アリールおよび(メタ)アクリル酸フッ化アラルキルが挙げられる。なかでも(メタ)アクリル酸フッ化アルキルが好ましい。このような単量体の具体例としては、(メタ)アクリル酸2,2,2-トリフルオロエチル、(メタ)アクリル酸β-(パーフルオロオクチル)エチル、(メタ)アクリル酸2,2,3,3-テトラフルオロプロピル、(メタ)アクリル酸2,2,3,4,4,4-ヘキサフルオロブチル、(メタ)アクリル酸1H,1H,9H-パーフルオロ-1-ノニル、(メタ)アクリル酸1H,1H,11H-パーフルオロウンデシル、(メタ)アクリル酸パーフルオロオクチル、(メタ)アクリル酸トリフルオロメチル、(メタ)アクリル酸3[4〔1-トリフルオロメチル-2、2-ビス〔ビス(トリフルオロメチル)フルオロメチル〕エチニルオキシ〕ベンゾオキシ]2-ヒドロキシプロピル等の(メタ)アクリル酸パーフルオロアルキルエステルが挙げられ、これらは、1種類を単独で用いてもよく、複数種類を組み合わせて用いてもよい。そしてこれらの中でも、(メタ)アクリル酸2,2,2-トリフルオロエチルが好ましく、メタクリル酸2,2,2-トリフルオロエチルがより好ましい。
 そして、水溶性重合体中に含まれるフッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の割合は、全単量体単位の量を100質量%として、0.1質量%以上であることが好ましく、0.2質量%以上であることがより好ましく、0.3質量%以上であることが更に好ましく、20質量%以下であることが好ましく、10質量%以下であることがより好ましく、5.0質量%以下であることが更に好ましい。水溶性重合体中に含まれるフッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の割合が上記下限値以上であれば、水溶性重合体の離水性を高めることができる。そのため、機能層中に残留する水分の量を低下させて、二次電池のサイクル特性を更に向上させることができる。また、水溶性重合体中に含まれるフッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の割合が上記下限値以上であれば、機能層用組成物の安定性を更に高めると共に、二次電池の出力特性を向上させることができる。一方、水溶性重合体中に含まれるフッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の割合が上記上限値以下であれば、水溶性重合体の電解液との親和性を高めて、出力特性などの電池特性を向上させることができる。加えて、機能層と基材の接着強度(機能層のピール強度)を確保することができる。
―(メタ)アクリルアミド単量体単位―
 (メタ)アクリルアミド単量体単位を形成しうる(メタ)アクリルアミド単量体としては、アクリルアミド、メタクリルアミドが挙げられる。これらは、1種類を単独で用いてもよく、複数種類を組み合わせて用いてもよい。そしてこれらの中でも、アクリルアミドが好ましい。
 そして、水溶性重合体中に含まれる(メタ)アクリルアミド単量体単位の割合は、全単量体単位の量を100質量%として、70質量%以上であることが好ましく、75質量%以上であることがより好ましく、80質量%以上であることが更に好ましく、95質量%以下であることが好ましく、92質量%以下であることがより好ましく、90質量%以下であることが更に好ましい。水溶性重合体中に含まれる(メタ)アクリルアミド単量体単位の割合が上記下限値以上であれば、水溶性重合体の親水性が高まり、機能層用組成物の安定性を更に向上させることができる。一方、水溶性重合体中に含まれる(メタ)アクリルアミド単量体単位の割合が上記上限値以下であれば、水溶性重合体が電解液へ溶出するのを抑制して、電解液中での機能層の耐久性を高めることができる。そのため、二次電池のサイクル特性を更に向上させることができる。
―架橋性単量体単位―
 架橋性単量体単位を形成しうる架橋性単量体としては、特に限定されることなく、重合により架橋構造を形成し得る単量体が挙げられる。架橋性単量体の例としては、通常、熱架橋性を有する単量体が挙げられる。より具体的には、熱架橋性の架橋性基および1分子あたり1つのオレフィン性二重結合を有する架橋性単量体;1分子あたり2つ以上のオレフィン性二重結合を有する架橋性単量体が挙げられる。
 熱架橋性の架橋性基の例としては、エポキシ基、N-メチロールアミド基、オキセタニル基、オキサゾリン基およびこれらの組み合わせが挙げられる。これらの中でも、エポキシ基が、架橋および架橋密度の調節が容易な点でより好ましい。
 そして、熱架橋性の架橋性基としてエポキシ基を有し、且つ、オレフィン性二重結合を有する架橋性単量体の例としては、ビニルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、ブテニルグリシジルエーテル、o-アリルフェニルグリシジルエーテルなどの不飽和グリシジルエーテル;ブタジエンモノエポキシド、クロロプレンモノエポキシド、4,5-エポキシ-2-ペンテン、3,4-エポキシ-1-ビニルシクロヘキセン、1,2-エポキシ-5,9-シクロドデカジエンなどのジエンまたはポリエンのモノエポキシド;3,4-エポキシ-1-ブテン、1,2-エポキシ-5-ヘキセン、1,2-エポキシ-9-デセンなどのアルケニルエポキシド;並びにグリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、グリシジルクロトネート、グリシジル-4-ヘプテノエート、グリシジルソルベート、グリシジルリノレート、グリシジル-4-メチル-3-ペンテノエート、3-シクロヘキセンカルボン酸のグリシジルエステル、4-メチル-3-シクロヘキセンカルボン酸のグリシジルエステルなどの不飽和カルボン酸のグリシジルエステル類が挙げられる。
 また、熱架橋性の架橋性基としてN-メチロールアミド基を有し、且つ、オレフィン性二重結合を有する架橋性単量体の例としては、N-メチロール(メタ)アクリルアミドなどのメチロール基を有する(メタ)アクリルアミド類が挙げられる。
 更に、熱架橋性の架橋性基としてオキセタニル基を有し、且つ、オレフィン性二重結合を有する架橋性単量体の例としては、3-((メタ)アクリロイルオキシメチル)オキセタン、3-((メタ)アクリロイルオキシメチル)-2-トリフロロメチルオキセタン、3-((メタ)アクリロイルオキシメチル)-2-フェニルオキセタン、2-((メタ)アクリロイルオキシメチル)オキセタンおよび2-((メタ)アクリロイルオキシメチル)-4-トリフロロメチルオキセタンが挙げられる。
 なお、本発明において、「(メタ)アクリロイル」とは、アクリロイルおよび/またはメタクリロイルを意味する。
 また、熱架橋性の架橋性基としてオキサゾリン基を有し、且つ、オレフィン性二重結合を有する架橋性単量体の例としては、2-ビニル-2-オキサゾリン、2-ビニル-4-メチル-2-オキサゾリン、2-ビニル-5-メチル-2-オキサゾリン、2-イソプロペニル-2-オキサゾリン、2-イソプロペニル-4-メチル-2-オキサゾリン、2-イソプロペニル-5-メチル-2-オキサゾリンおよび2-イソプロペニル-5-エチル-2-オキサゾリンが挙げられる。
 更に、1分子あたり2つ以上のオレフィン性二重結合を有する架橋性単量体の例としては、アリル(メタ)アクリレート、エチレンジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパン-トリ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールジアリルエーテル、ポリグリコールジアリルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、ヒドロキノンジアリルエーテル、テトラアリルオキシエタン、トリメチロールプロパン-ジアリルエーテル、前記以外の多官能性アルコールのアリルまたはビニルエーテル、トリアリルアミン、メチレンビスアクリルアミドおよびジビニルベンゼンが挙げられる。
 架橋性単量体は、1種類を単独で用いてもよく、複数種類を組み合わせて用いてもよい。そしてこれらの中でも、1分子あたり2つ以上のオレフィン性二重結合を有する架橋性単量体が好ましく、アリル(メタ)アクリレートがより好ましく、アリルメタクリレートが更に好ましい。
 そして、水溶性重合体中に含まれる架橋性単量体単位の割合は、全単量体単位の量を100質量%として、0.1質量%以上であることが好ましく、0.15質量%以上であることがより好ましく、0.2質量%以上であることが更に好ましく、1.0質量%以下であることが好ましく、0.7質量%以下であることがより好ましく、0.5質量%以下であることが更に好ましい。水溶性重合体中に含まれる架橋性単量体単位の割合が上記下限値以上であれば、水溶性重合体が電解液へ溶出するのを抑制して、電解液中での機能層の耐久性を高めることができる。そのため、二次電池のサイクル特性を更に向上させることができる。一方、水溶性重合体中に含まれる架橋性単量体単位の割合が上記上限値以下であれば、水溶性重合体の電解液との親和性が高まり、出力特性などの電池特性を向上させることができる。
―その他の単量体単位―
 上述したフッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位、(メタ)アクリルアミド単量体単位、および架橋性単量体単位以外の単量体単位としては、特に限定されないが、例えば、親水性基含有単量体単位、芳香族ビニル単量体単位が挙げられる。
 親水性基含有単量体単位を形成しうる親水性基含有単量体としては、親水性基を有する重合可能な単量体が挙げられる。具体的には、親水性基含有単量体としては、例えば、カルボン酸基を有する単量体、スルホン酸基を有する単量体、リン酸基を有する単量体、水酸基を有する単量体が挙げられる。
 そして、カルボン酸基を有する単量体としては、モノカルボン酸およびその誘導体や、ジカルボン酸およびその酸無水物並びにそれらの誘導体などが挙げられる。
 モノカルボン酸としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸などが挙げられる。
 モノカルボン酸誘導体としては、2-エチルアクリル酸、イソクロトン酸、α-アセトキシアクリル酸、β-trans-アリールオキシアクリル酸、α-クロロ-β-E-メトキシアクリル酸、β-ジアミノアクリル酸などが挙げられる。
 ジカルボン酸としては、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸などが挙げられる。
 ジカルボン酸誘導体としては、メチルマレイン酸、ジメチルマレイン酸、フェニルマレイン酸、クロロマレイン酸、ジクロロマレイン酸、フルオロマレイン酸や、マレイン酸メチルアリル、マレイン酸ジフェニル、マレイン酸ノニル、マレイン酸デシル、マレイン酸ドデシル、マレイン酸オクタデシル、マレイン酸フルオロアルキルなどのマレイン酸エステルが挙げられる。
 ジカルボン酸の酸無水物としては、無水マレイン酸、アクリル酸無水物、メチル無水マレイン酸、ジメチル無水マレイン酸などが挙げられる。
 また、カルボン酸基を有する単量体としては、加水分解によりカルボキシル基を生成する酸無水物も使用できる。
 その他、マレイン酸モノエチル、マレイン酸ジエチル、マレイン酸モノブチル、マレイン酸ジブチル、フマル酸モノエチル、フマル酸ジエチル、フマル酸モノブチル、フマル酸ジブチル、フマル酸モノシクロヘキシル、フマル酸ジシクロヘキシル、イタコン酸モノエチル、イタコン酸ジエチル、イタコン酸モノブチル、イタコン酸ジブチルなどのα,β-エチレン性不飽和多価カルボン酸のモノエステルおよびジエステルも挙げられる。
 スルホン酸基を有する単量体としては、ビニルスルホン酸、メチルビニルスルホン酸、(メタ)アリルスルホン酸、(メタ)アクリル酸-2-スルホン酸エチル、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸、3-アリロキシ-2-ヒドロキシプロパンスルホン酸、スチレンスルホン酸などが挙げられる。
 なお、本発明において「(メタ)アリル」とは、アリルおよび/またはメタリルを意味する。
 リン酸基を有する単量体としては、リン酸-2-(メタ)アクリロイルオキシエチル、リン酸メチル-2-(メタ)アクリロイルオキシエチル、リン酸エチル-(メタ)アクリロイルオキシエチルなどが挙げられる。
 なお、本発明において「(メタ)アクリロイル」とは、アクリロイルおよび/またはメタクリロイルを意味する。
 水酸基を有する単量体としては、(メタ)アリルアルコール、3-ブテン-1-オール、5-ヘキセン-1-オールなどのエチレン性不飽和アルコール;アクリル酸-2-ヒドロキシエチル、アクリル酸-2-ヒドロキシプロピル、メタクリル酸-2-ヒドロキシエチル、メタクリル酸-2-ヒドロキシプロピル、マレイン酸ジ-2-ヒドロキシエチル、マレイン酸ジ-4-ヒドロキシブチル、イタコン酸ジ-2-ヒドロキシプロピルなどのエチレン性不飽和カルボン酸のアルカノールエステル類;一般式:CH2=CR1-COO-(Cq2qO)p-H(式中、pは2~9の整数、qは2~4の整数、R1は水素またはメチル基を表す)で表されるポリアルキレングリコールと(メタ)アクリル酸とのエステル類;2-ヒドロキシエチル-2’-(メタ)アクリロイルオキシフタレート、2-ヒドロキシエチル-2’-(メタ)アクリロイルオキシサクシネートなどのジカルボン酸のジヒドロキシエステルのモノ(メタ)アクリル酸エステル類;2-ヒドロキシエチルビニルエーテル、2-ヒドロキシプロピルビニルエーテルなどのビニルエーテル類;(メタ)アリル-2-ヒドロキシエチルエーテル、(メタ)アリル-2-ヒドロキシプロピルエーテル、(メタ)アリル-3-ヒドロキシプロピルエーテル、(メタ)アリル-2-ヒドロキシブチルエーテル、(メタ)アリル-3-ヒドロキシブチルエーテル、(メタ)アリル-4-ヒドロキシブチルエーテル、(メタ)アリル-6-ヒドロキシヘキシルエーテルなどのアルキレングリコールのモノ(メタ)アリルエーテル類;ジエチレングリコールモノ(メタ)アリルエーテル、ジプロピレングリコールモノ(メタ)アリルエーテルなどのポリオキシアルキレングリコールモノ(メタ)アリルエーテル類;グリセリンモノ(メタ)アリルエーテル、(メタ)アリル-2-クロロ-3-ヒドロキシプロピルエーテル、(メタ)アリル-2-ヒドロキシ-3-クロロプロピルエーテルなどの、(ポリ)アルキレングリコールのハロゲンおよびヒドロキシ置換体のモノ(メタ)アリルエーテル;オイゲノール、イソオイゲノールなどの多価フェノールのモノ(メタ)アリルエーテルおよびそのハロゲン置換体;(メタ)アリル-2-ヒドロキシエチルチオエーテル、(メタ)アリル-2-ヒドロキシプロピルチオエーテルなどのアルキレングリコールの(メタ)アリルチオエーテル類;などが挙げられる。
 親水性基含有単量体は、1種類を単独で用いてもよく、複数種類を組み合わせて用いてもよい。そしてこれらの中でも、カルボン酸基を有する単量体が好ましく、(メタ)アクリル酸がより好ましく、アクリル酸が更に好ましい。
 そして、水溶性重合体中に含まれる親水性基含有単量体単位の割合は、全単量体単位の量を100質量%として、2.0質量%以上であることが好ましく、5.0質量%以上であることがより好ましく、10質量%以上であることが更に好ましく、30質量%以下であることが好ましく、25質量%以下であることがより好ましく、20質量%以下であることが更に好ましく、15質量%以下であることが特に好ましく、14質量%以下であることが最も好ましい。水溶性重合体中に含まれる親水性基含有単量体単位の割合が上記下限値以上であれば、水溶性重合体の親水性が高まり、機能層用組成物の安定性を更に向上させることができる。一方、水溶性重合体中に含まれる親水性基含有単量体単位の割合が上記上限値以下であれば、機能層中に残留する水分の量を低下させて、二次電池のサイクル特性を更に向上させることができる。
 芳香族ビニル単量体単位を形成しうる芳香族ビニル単量体としては、スチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエン、4-(tert-ブトキシ)スチレンなどが挙げられる。これらは、1種類を単独で用いてもよく、複数種類を組み合わせて用いてもよい。そしてこれらの中でも、スチレンが好ましい。
[水溶性重合体の調製方法]
 水溶性重合体は、上述した単量体を含む単量体組成物を、例えば水などの水系溶媒中で重合することにより、製造し得る。この際、単量体組成物中の各単量体の含有割合は、水溶性重合体中の各繰り返し単位(単量体単位)の含有割合に準じて定めることができる。
 そして、重合様式は、特に制限なく、溶液重合法、懸濁重合法、塊状重合法、乳化重合法などのいずれの方法も用いることができる。また、重合反応としては、イオン重合、ラジカル重合、リビングラジカル重合などいずれの反応も用いることができる。
 また、重合に使用される乳化剤、分散剤、重合開始剤、重合助剤などの添加剤は、一般に用いられるものを使用しうる。これらの添加剤の使用量も、一般に使用される量としうる。重合条件は、重合方法および重合開始剤の種類などに応じて適宜調整しうる。
 なお、機能層用組成物の安定性を更に向上させる観点からは、上述した重合反応の後、得られる水溶性重合体の水溶液のpHを、7以上13以下に調整することが好ましい。pHの調整は、後述するpH調整剤を添加する等、既知の方法で行うことができる。
<溶媒>
 バインダー組成物は、溶媒として水を含む。なお、バインダー組成物は、有機溶媒などの水以外の媒体を溶媒として少量含有していてもよい。
<その他の成分>
 バインダー組成物は、上述した成分以外にも、任意のその他の成分を含んでいてもよい。前記その他の成分は、電池反応に影響を及ぼさないものであれば特に限られず、公知のものを使用することができる。また、これらのその他の成分は、1種類を単独で使用してもよいし、複数種類を組み合わせて用いてもよい。
 そして、前記その他の成分としては、例えば、上述した水溶性重合体以外の結着材(非水溶性の粒子状重合体など)や、分散剤、レベリング剤、酸化防止剤、消泡剤、湿潤剤、pH調整剤(例えば、塩化水素;アンモニア;水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属の水酸化物;水酸化カルシウム、水酸化マグネシウムなどのアルカリ土類金属の水酸化物等)、並びに、電解液分解抑制の機能を有する電解液添加剤などの既知の添加剤が挙げられる。
[粒子状重合体の組成]
 ここで、上述した水溶性重合体以外の結着材である粒子状重合体としては、スチレン-ブタジエン共重合体(SBR)などの、共役ジエン単量体単位を含む重合体(共役ジエン系重合体)や、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を含む重合体(アクリル系重合体)が好適に挙げられる。これらの中でも、アクリル系重合体がより好適である。そして、これらの粒子状重合体は、1種類を単独で使用してもよいし、複数種類を組み合わせて用いてもよい。
 以下、一例として、粒子状重合体であるアクリル系重合体の好適組成について説明する。好適な粒子状重合体は、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位および芳香族ビニル単量体単位を含み、任意にその他の単量体単位を含む。
―(メタ)アクリル酸エステル単量体単位―
 (メタ)アクリル酸エステル単量体単位を形成しうる(メタ)アクリル酸エステル単量体としては、メチルアクリレート、エチルアクリレート、n-プロピルアクリレート、イソプロピルアクリレート、n-ブチルアクリレート、t-ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、n-ペンチルアクリレート、イソペンチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、ヘプチルアクリレート、オクチルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、ノニルアクリレート、デシルアクリレート、ラウリルアクリレート、n-テトラデシルアクリレート、ステアリルアクリレートなどのアクリル酸アルキルエステル;メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n-プロピルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、n-ブチルメタクリレート、t-ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、n-ペンチルメタクリレート、イソペンチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、ヘプチルメタクリレート、オクチルメタクリレート、2-エチルヘキシルメタクリレート、ノニルメタクリレート、デシルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、n-テトラデシルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、グリシジルメタクリレートなどのメタクリル酸アルキルエステル;などが挙げられる。これらは、1種類を単独で用いてもよく、複数種類を組み合わせて用いてもよい。そしてこれらの中でも、機能層中に残留する水分の量を低減する共に電解液中での機能層の耐久性を高めて、二次電池のサイクル特性を更に向上させる観点から、非カルボニル性酸素原子に結合するアルキル基の炭素数が4以上の(メタ)アクリル酸アルキルエステル(2-エチルヘキシルアクリレート、ブチルアクリレート、オクチルアクリレートなど)が好ましく、同炭素数が5以上の(メタ)アクリル酸アルキルエステル(2-エチルヘキシルアクリレート、オクチルアクリレートなど)がより好ましい。
 そして、粒子状重合体中に含まれる(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の割合は、全単量体単位の量を100質量%として、35質量%以上であることが好ましく、40質量%以上であることがより好ましく、45質量%以上であることが更に好ましく、80質量%以下であることが好ましく、75質量%以下であることがより好ましく、70質量%以下であることが更に好ましく、65質量%以下であることが特に好ましく、60質量%以下であることが最も好ましい。粒子状重合体中に含まれる(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の割合が上記範囲内であれば、粒子状重合体の結着能を高めると共に、電解液への溶出を抑制することができる。そのため、電解液中での機能層の耐久性を高めて、二次電池のサイクル特性を更に向上させることができる。
―芳香族ビニル単量体単位―
 芳香族ビニル単量体単位を形成しうる芳香族ビニル単量体としては、「水溶性重合体」の項で上述したものと同様のものが挙げられる。これらは、1種類を単独で用いてもよく、複数種類を組み合わせて用いてもよい。そして、芳香族ビニル単量体としては、スチレンが好ましい。
 そして、粒子状重合体中に含まれる芳香族ビニル単量体単位の割合は、全単量体単位の量を100質量%として、20質量%以上であることが好ましく、25質量%以上であることがより好ましく、30質量%以上であることが更に好ましく、35質量%以上であることが特に好ましく、65質量%以下であることが好ましく、64.9質量%以下であることがより好ましく、60質量%以下であることが更に好ましく、50質量%以下であることが特に好ましい。粒子状重合体中に含まれる芳香族ビニル単量体単位の割合が上記範囲内であれば、粒子状重合体の電解液への溶出を抑制すると共に、機能層への持ち込み水分量を低下させることができる。そのため、電解液中での機能層の耐久性を高めて、二次電池のサイクル特性を更に向上させることができる。
―その他の単量体単位―
 粒子状重合体が含みうる(メタ)アクリル酸エステル単量体単位および芳香族ビニル単量体単位以外の単量体単位としては、特に限定されないが、酸基含有単量体単位、架橋性単量体単位などが挙げられる。
 酸基含有単量体単位を形成しうる酸基含有単量体としては、「水溶性重合体」の項で上述したカルボン酸基を有する単量体、スルホン酸基を有する単量体、リン酸基を有する単量体が挙げられる。これらは、1種類を単独で用いてもよく、複数種類を組み合わせて用いてもよい。そしてこれらの中でも、機能層用組成物の安定性、電解液中での機能層の耐久性、並びに二次電池のサイクル特性および出力特性を高める観点から、カルボン酸基を有する単量体が好ましく、イタコン酸、マレイン酸がより好ましい。
 そして、粒子状重合体中に含まれる酸基含有単量体単位の割合は、全単量体単位の量を100質量%として、0.1質量%以上であることが好ましく、0.2質量%以上であることがより好ましく、0.3質量%以上であることが更に好ましく、5.0質量%以下であることが好ましく、3.0質量%以下であることがより好ましく、2.0質量%以下であることが更に好ましく、1.0質量%以下であることが特に好ましい。粒子状重合体中に含まれる酸基含有単量体単位の割合が上記下限値以上であれば、機能層用組成物の安定性を更に高めると共に、電解液中での機能層の耐久性を高めることができる。そして、二次電池の出力特性を高めつつ、サイクル特性を一層向上させることができる。一方、酸基含有単量体単位の割合が上記上限値以下であれば、電解液中での機能層の耐久性を高めると共に機能層中に残留する水分の量を低減して、二次電池のサイクル特性を更に向上させることができる。
 架橋性単量体単位を形成しうる架橋性単量体としては、「水溶性重合体」の項で上述したものと同様のものが挙げられる。これらは、1種類を単独で用いてもよく、複数種類を組み合わせて用いてもよい。そしてこれらの中でも、機能層中に残留する水分の量を低減して、二次電池のサイクル特性を更に向上させる観点から、エチレンジメタクリレート、ジビニルベンゼンが好ましい。また、機能層用組成物の安定性を更に向上させる観点から、エチレンジメタクリレートが特に好ましい。
 そして、粒子状重合体中に含まれる架橋性単量体単位の割合は、全単量体単位の量を100質量%として、0.01質量%以上であることが好ましく、0.1質量%以上であることがより好ましく、0.5質量%以上であることが更に好ましく、5.0質量%以下であることが好ましく、4.0質量%以下であることがより好ましく、3.0質量%以下であることが更に好ましい。粒子状重合体中に含まれる架橋性単量体単位の割合が上記下限値以上であれば、電解液中での機能層の耐久性を高めて、二次電池のサイクル特性を更に向上させることができる。また、粒子状重合体のせん断による変形を抑制して、機能層用組成物の安定性を一層高めることができる。一方で、粒子状重合体中に含まれる架橋性単量体単位の割合が上記上限値以下であれば、粒子状重合体が優れた結着能を発揮して、電解液中での機能層の耐久性を更に高めることができる。そのため、二次電池のサイクル特性を一層向上させることができる。
[粒子状重合体の調製方法]
 粒子状重合体は、上述した単量体を含む単量体組成物を、例えば水などの水系溶媒中で重合することにより、製造し得る。この際、単量体組成物中の各単量体の含有割合は、粒子状重合体中の各繰り返し単位(単量体単位)の含有割合に準じて定めることができる。
 そして、重合様式は、特に制限なく、溶液重合法、懸濁重合法、塊状重合法、乳化重合法などのいずれの方法も用いることができる。また、重合反応としては、イオン重合、ラジカル重合、リビングラジカル重合などいずれの反応も用いることができる。
 また、重合に使用される乳化剤、分散剤、重合開始剤、重合助剤などの添加剤は、一般に用いられるものを使用しうる。これらの添加剤の使用量も、一般に使用される量としうる。重合条件は、重合方法および重合開始剤の種類などに応じて適宜調整しうる。
[水溶性重合体と粒子状重合体の配合比]
 バインダー組成物中および後述する機能層用組成物中での水溶性重合体と粒子状重合体との配合比は、特に限定されない。例えば、粒子状重合体の配合量は、水溶性重合体100質量部当たり、10質量部以上500質量部以下であることが好ましい。
<非水系二次電池機能層用バインダー組成物の調製>
 本発明のバインダー組成物の調整方法は、特に限定されず、例えば、上述した成分を既知の方法で混合することにより調製することができる。なお、水溶性重合体を、水系溶媒中で単量体組成物を重合して調製した場合には、水溶性重合体の水溶液をそのままバインダー組成物としてもよいし、水溶性重合体の水溶液にその他の成分を混合してバインダー組成物を調製してもよい。
(非水系二次電池機能層用組成物)
 本発明の非水系二次電池機能層用組成物は、上述した非水系二次電池機能層用バインダー組成物と、非導電性粒子とを含み、任意にその他の成分を更に含有する、水系のスラリー組成物である。即ち、本発明の機能層用組成物は、非導電性粒子、上述した水溶性重合体、および分散媒としての水を含み、任意にその他の成分を更に含有する。
 本発明の機能層用組成物は、本発明のバインダー組成物を含んでいるので、安定性に優れる。そして、本発明の機能層用組成物を用いて調製される機能層によれば、二次電池に優れたサイクル特性を発揮させることができる。
<非導電性粒子>
 ここで、非導電性粒子は、水および二次電池の非水系電解液に溶解せず、それらの中においても、その形状が維持される粒子である。そして、非導電性粒子は、電気化学的にも安定であるため、二次電池の使用環境下で機能層中に安定に存在する。
 そして、非導電性粒子としては、例えば各種の無機微粒子や有機微粒子を使用することができる。
 具体的には、非導電性粒子としては、無機微粒子と、有機微粒子(結着材として用いられる粒子状重合体を除く)との双方を用いることができるが、通常は無機微粒子が用いられる。なかでも、非導電性粒子の材料としては、非水系二次電池の使用環境下で安定に存在し、電気化学的に安定である材料が好ましい。このような観点から非導電性粒子の好ましい例を挙げると、酸化アルミニウム(アルミナ)、酸化アルミニウムの水和物(ベーマイト(AlOOH)、ギブサイト(Al(OH)3)、酸化ケイ素、酸化マグネシウム(マグネシア)、酸化カルシウム、酸化チタン(チタニア)、チタン酸バリウム(BaTiO3)、ZrO、アルミナ-シリカ複合酸化物等の酸化物粒子;窒化アルミニウム、窒化ホウ素等の窒化物粒子;シリコン、ダイヤモンド等の共有結合性結晶粒子;硫酸バリウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム等の難溶性イオン結晶粒子;タルク、モンモリロナイト等の粘土微粒子;などが挙げられる。また、これらの粒子は、必要に応じて元素置換、表面処理、固溶体化等が施されていてもよい。
 なお、上述した非導電性粒子は、1種類を単独で使用してもよいし、複数種類を組み合わせて用いてもよい。
<バインダー組成物と非導電性粒子の配合比>
 ここで、非水系二次電池機能層用組成物中での非導電性粒子と非水系二次電池機能層用バインダー組成物との配合比は、特に限定されない。機能層用組成物は、例えば、非導電性粒子100質量部当たり、水溶性重合体の量が、好ましくは1質量部以上、より好ましくは1.5質量部以上、更に好ましくは2質量部以上、好ましくは10質量部以下、より好ましくは8質量部以下、更に好ましくは5質量部以下となる量で、バインダー組成物を含む。機能層用組成物中の水溶性重合体の配合量が上記下限値以上であれば、電解液中での機能層の耐久性を高めて、二次電池のサイクル特性を更に向上させることができる。一方、機能層用組成物中の水溶性重合体の配合量が上記上限値以下であれば、機能層用組成物の安定性を確保すると共に、内部抵抗の上昇を抑制して二次電池に優れた出力特性を発揮させることができる。
<分散媒>
 機能層用組成物は、分散媒として水を含む。なお、機能層用組成物は、有機溶媒などの水以外の媒体を分散媒として少量含有していてもよい。また、機能層用組成物の分散媒である水としては、バインダー組成物に溶媒として含まれていた水を使用することができる。
<その他の成分>
 なお、機能層用組成物は、上述した成分以外にも、任意のその他の成分を含んでいてもよい。前記その他の成分は、電池反応に影響を及ぼさないものであれば特に限られず、公知のものを使用することができる。また、これらのその他の成分は、1種類を単独で使用してもよいし、複数種類を組み合わせて用いてもよい。
 機能層用組成物中の任意のその他の成分としては、上述したバインダー組成物に配合し得るその他の成分(結着材および添加剤)と同様のものが挙げられる。
<非水系二次電池機能層用組成物の調製>
 本発明の非水系二次電池機能層用組成物は、特に限定されることなく、上述したバインダー組成物、非導電性粒子と、必要に応じて用いられる任意の成分(分散媒として追加される水、上述したその他の成分など)とを混合して得ることができる。
 ここで、上述した成分の混合方法および混合順序は特に制限されないが、各成分を効率よく分散させるべく、混合装置として分散機を用いて混合を行うことが好ましい。そして、分散機は、上記成分を均一に分散および混合できる装置であることが好ましい。分散機としては、ボールミル、サンドミル、顔料分散機、擂潰機、超音波分散機、ホモジナイザー、プラネタリーミキサーなどが挙げられる。
(非水系二次電池用機能層)
 本発明の非水系二次電池用機能層は、上述した非水系二次電池機能層用組成物から形成されたものであり、例えば、上述した機能層用組成物を適切な基材の表面に塗布して塗膜を形成した後、形成した塗膜を乾燥することにより、形成することができる。即ち、本発明の非水系二次電池用機能層は、上述した非水系二次電池機能層用組成物の乾燥物よりなり、非導電性粒子および水溶性重合体を含有し、任意に、水溶性重合体以外の結着材および添加剤を含有する。なお、上述した水溶性重合体が架橋性単量体単位を含む場合は、当該架橋性単量体単位を含む重合体は、非水系二次電池機能層用組成物の乾燥時、或いは、乾燥後に任意に実施される熱処理時などに架橋されていてもよい(即ち、非水系二次電池用機能層は、上述した水溶性重合体の架橋物を含んでいてもよい)。
 そして、本発明の非水系二次電池用機能層は、上述した非水系二次電池機能層用組成物を用いて形成しているので、残留する水分の量が少なく、また電解液中での耐久性に優れる。従って、本発明の非水系二次電池用機能層を用いれば、二次電池に優れたサイクル特性を発揮させることができる。
<基材>
 ここで、機能層用組成物を塗布する基材に制限は無く、例えば離型基材の表面に機能層用組成物の塗膜を形成し、その塗膜を乾燥して機能層を形成し、機能層から離型基材を剥がすようにしてもよい。このように、離型基材から剥がされた機能層を自立膜として二次電池の電池部材の形成に用いることもできる。具体的には、離型基材から剥がした機能層をセパレータ基材の上に積層して機能層を備えるセパレータを形成してもよいし、離型基材から剥がした機能層を電極基材の上に積層して機能層を備える電極を形成してもよい。
 しかし、機能層を剥がす工程を省略して電池部材の製造効率を高める観点からは、基材としてセパレータ基材または電極基材を用いることが好ましい。セパレータ基材および電極基材上に設けられた機能層は、セパレータおよび電極の耐熱性や強度などを向上させる保護層として好適に使用することができる。
[セパレータ基材]
 セパレータ基材としては、特に限定されないが、有機セパレータ基材などの既知のセパレータ基材が挙げられる。有機セパレータ基材は、有機材料からなる多孔性部材であり、有機セパレータ基材の例を挙げると、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、芳香族ポリアミド樹脂などを含む微多孔膜または不織布などが挙げられ、強度に優れることからポリエチレン製の微多孔膜や不織布が好ましい。なお、セパレータ基材の厚さは、任意の厚さとすることができ、好ましくは5μm以上30μm以下である。セパレータ基材の厚さが5μm以上であれば、十分な安全性が得られる。また、セパレータ基材の厚さが30μm以下であれば、イオン伝導性が低下するのを抑制し、二次電池の出力特性が低下するのを抑制することができると共に、セパレータ基材の熱収縮力が大きくなるのを抑制して耐熱性を高めることができる。
[電極基材]
 電極基材(正極基材および負極基材)としては、特に限定されないが、集電体上に電極合材層が形成された電極基材が挙げられる。
 ここで、集電体、電極合材層中の電極活物質(正極活物質、負極活物質)および電極合材層用結着材(正極合材層用結着材、負極合材層用結着材)、並びに、集電体上への電極合材層の形成方法には、既知のものを用いることができ、例えば特開2013-145763号公報に記載のものを用いることができる。
<非水系二次電池用機能層の形成方法>
1)本発明の機能層用組成物をセパレータ基材または電極基材の表面(電極基材の場合は電極合材層側の表面、以下同じ)に塗布し、次いで乾燥する方法;
2)本発明の機能層用組成物にセパレータ基材または電極基材を浸漬後、これを乾燥する方法;
3)本発明の機能層用組成物を離型基材上に塗布し、乾燥して機能層を製造し、得られた機能層をセパレータ基材または電極基材の表面に転写する方法;
 これらの中でも、前記1)の方法が、機能層の層厚制御をしやすいことから特に好ましい。前記1)の方法は、詳細には、機能層用組成物を基材上に塗布する工程(塗布工程)と、基材上に塗布された機能層用組成物を乾燥させて機能層を形成する工程(機能層形成工程)を含む。
[塗布工程]
 そして、塗布工程において、機能層用組成物を基材上に塗布する方法としては、特に制限は無く、例えば、ドクターブレード法、リバースロール法、ダイレクトロール法、グラビア法、エクストルージョン法、ハケ塗り法などの方法が挙げられる。
[機能層形成工程]
 また、機能層形成工程において、基材上の機能層用組成物を乾燥する方法としては、特に限定されず公知の方法を用いることができる。乾燥法としては、例えば、温風、熱風、低湿風による乾燥、真空乾燥、赤外線や電子線などの照射による乾燥が挙げられる。乾燥条件は特に限定されないが、乾燥温度は好ましくは40~150℃で、乾燥時間は好ましくは2~30分である。本発明の機能層用組成物は、水との接触角が所定の範囲内である水溶性重合体を含有しているため、機能層形成工程において効率よく水分を除去することができる。
<機能層の厚さ>
 そして、本発明の非水系二次電池機能層用組成物を用いて形成される機能層の厚さは、0.5μm以上5μm以下であることが好ましい。機能層の厚さが0.5μm以上であれば、保護機能を更に高めることができるので、機能層を設けた電池部材の耐熱性や強度を更に向上させることができる。また、機能層の厚さが5μm以下であれば、二次電池に優れた出力特性を発揮させることができる。
(機能層を備える非水系二次電池用電池部材)
 本発明の機能層を備える電池部材(セパレータおよび電極)は、本発明の効果を著しく損なわない限り、セパレータ基材または電極基材と、本発明の機能層との他に、上述した本発明の機能層以外の構成要素を備えていてもよい。
 ここで、本発明の機能層以外の構成要素としては、本発明の機能層に該当しないものであれば特に限定されることなく、本発明の機能層上に設けられて電池部材同士の接着に用いられる接着層などが挙げられる。
(非水系二次電池)
 本発明の非水系二次電池は、上述した本発明の非水系二次電池用機能層を備えるものである。より具体的には、本発明の非水系二次電池は、正極、負極、セパレータ、および電解液を備え、上述した非水系二次電池用機能層が、電池部材である正極、負極およびセパレータの少なくとも一つに含まれる。そして、本発明の非水系二次電池は、優れた電池特性(例えば、サイクル特性)を発揮し得る。
<正極、負極およびセパレータ>
 本発明の二次電池に用いる正極、負極およびセパレータは、少なくとも一つが本発明の機能層を含む。具体的には、機能層を有する正極および負極としては、集電体上に電極合材層を形成してなる電極基材の上に本発明の機能層を設けてなる電極を用いることができる。また、機能層を有するセパレータとしては、セパレータ基材の上に本発明の機能層を設けてなるセパレータを用いることができる。なお、電極基材およびセパレータ基材としては、「非水系二次電池用機能層」の項で挙げたものと同様のものを用いることができる。
 また、機能層を有さない正極、負極およびセパレータとしては、特に限定されることなく、上述した電極基材よりなる電極および上述したセパレータ基材よりなるセパレータを用いることができる。
<電解液>
 電解液としては、通常、有機溶媒に支持電解質を溶解した有機電解液が用いられる。支持電解質としては、例えば、リチウムイオン二次電池においてはリチウム塩が用いられる。リチウム塩としては、例えば、LiPF6、LiAsF6、LiBF4、LiSbF6、LiAlCl4、LiClO4、CF3SO3Li、C49SO3Li、CF3COOLi、(CF3CO)2NLi、(CF3SO22NLi、(C25SO2)NLiなどが挙げられる。なかでも、溶媒に溶けやすく高い解離度を示すので、LiPF6、LiClO4、CF3SO3Liが好ましい。なお、電解質は1種類を単独で用いてもよく、複数種類を組み合わせて用いてもよい。通常は、解離度の高い支持電解質を用いるほどリチウムイオン伝導度が高くなる傾向があるので、支持電解質の種類によりリチウムイオン伝導度を調節することができる。
 電解液に使用する有機溶媒としては、支持電解質を溶解できるものであれば特に限定されないが、例えばリチウムイオン二次電池においては、ジメチルカーボネート(DMC)、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、メチルエチルカーボネート(MEC)等のアルキルカーボネート類;γ-ブチロラクトン、ギ酸メチル等のエステル類;1,2-ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン等のエーテル類;スルホラン、ジメチルスルホキシド等の含硫黄化合物類;などが好適に用いられる。また、電解液には添加剤を含有させて用いることも可能である。添加剤としてはビニレンカーボネート(VC)などのカーボネート系の化合物が好ましい。
(非水系二次電池の製造方法)
 上述した本発明の非水系二次電池は、例えば、正極と負極とをセパレータを介して重ね合わせ、これを必要に応じて、巻く、折るなどして電池容器に入れ、電池容器に電解液を注入して封口することで製造することができる。なお、正極、負極、セパレータのうち、少なくとも一つの部材を機能層付きの部材とする。また、電池容器には、必要に応じてエキスパンドメタルや、ヒューズ、PTC素子などの過電流防止素子、リード板などを入れ、電池内部の圧力上昇、過充放電の防止をしてもよい。電池の形状は、例えば、コイン型、ボタン型、シート型、円筒型、角形、扁平型など、何れであってもよい。
 以下、本発明について実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、以下の説明において、量を表す「%」、「ppm」および「部」は、特に断らない限り、質量基準である。
 また、複数種類の単量体を共重合して製造される重合体において、ある単量体を重合して形成される単量体単位の前記重合体における割合は、別に断らない限り、通常は、その重合体の重合に用いる全単量体に占める当該ある単量体の比率(仕込み比)と一致する。
 実施例および比較例において、水溶性重合体の水との接触角、電解液に対する膨潤度、および重量平均分子量、機能層用組成物の安定性、機能層のピール強度、水分量、および電解液中での耐久性、並びに、二次電池の出力特性およびサイクル特性は、下記の方法で測定および評価した。
<水溶性重合体の水との接触角>
 得られた水溶性重合体の水溶液(バインダー組成物)に、更にイオン交換水を添加して固形分濃度を2%に調整した。固形分濃度調整後の水溶性重合体の水溶液を銅箔上に塗布し、オーブン中において50℃で10分乾燥させ、厚さ100μmのバインダーフィルムを作製した。得られたバインダーフィルムの上に蒸留水を1μL滴下して、温度25℃、湿度50%の条件下、着滴から1分経過後のバインダーフィルム上の水滴を写真撮影し、その接触角をθ/2法によって測定した。バインダーフィルムの異なる箇所で、蒸留水の滴下から接触角測定までの操作を合計5回行い、得られた5つの測定値の平均値を、その水溶性重合体の接触角とした。
<水溶性重合体の電解液に対する膨潤度>
 得られた水溶性重合体の水溶液(バインダー組成物)を銅箔上に塗布し、50℃で20分、120℃で20分、熱風乾燥器で乾燥させ1cm×1cmのバインダーフィルム(厚さ:100μm)を作製し、重量M0を測定した。その後、得られたバインダーフィルムを電解液に60℃で72時間浸漬した。なお、電解液としては、EC、DEC、VCの混合溶媒(EC/DEC/VC=68.5/30/1.5(25℃における体積混合比))に支持電解質としてLiPF6を1mol/Lの濃度で溶かしたものを用いた。浸漬後のバインダーフィルムの表面の電解液をふき取り重量M1を測定した。そして、下記式に従って、水溶性重合体の電解液に対する膨潤度を算出した。
   電解液に対する膨潤度=M1/M0
<水溶性重合体の重量平均分子量>
 得られた水溶性重合体の水溶液(バインダー組成物)を、下記の溶離液で0.3質量%に希釈し、測定試料を得た。得られた測定試料を、以下の条件のゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により分析し、水溶性重合体の重量平均分子量を求めた。
・GPC装置本体:東ソー(株)製
・カラム:東ソー(株)製、ガードカラムPWXL1本、GMPWXL1本、G2500PWXL1本(温度45℃)
・溶離液:0.1mol/L硝酸ナトリウム(NaNO3)水溶液
・流速:0.5mL/分
・検出器:昭和電工製、示差屈折率検出器RI-201型、感度16
・標準資料:単分散ポリエチレンオキシド
<機能層用組成物の安定性>
 機能層用組成物を、グラビアロール(線数95)を用いて、搬送速度10m/分、グラビア回転比100%の条件で、セパレータ基材(ポリエチレン製)上に塗布した。塗布後のセパレータ基材を切り出し、単位面積当たりの塗布量M0(mg/cm2)を算出した。また、塗布の1時間後、同様に塗布量M1(mg/cm2)を算出した。そして、ΔM=(|M0-M1|)/M0×100(%)の式を用いて塗布量変化率ΔM(%)を算出し、下記のように評価した。この値が小さいほど、せん断下における塗布量変化が小さく、機能層用組成物の安定性が高いことを示す。
 A:塗布量変化率ΔMが5%未満
 B:塗布量変化率ΔMが5%以上10%未満
 C:塗布量変化率ΔMが10%以上20%未満
 D:塗布量変化率ΔMが20%以上
<機能層のピール強度>
 得られた機能層付きセパレータを、100mm×10mmに切り出して試験片とした。また、予め試験台にセロハンテープを固定した。このセロハンテープとしては、JIS Z1522に規定されるものを用いた。
 そして、セパレータから切り出した試験片を、機能層を下にしてセロハンテープに貼り付けた。その後、セパレータの一端を垂直方向に引張り速度100mm/分で引っ張って剥がしたときの応力を測定した。測定を3回行い、測定した応力の平均値を求めて、これを機能層のピール強度とした。そして、下記の基準で評価した。
 A:ピール強度が50N/m以上
 B:ピール強度が35N/m以上50N/m未満
 C:ピール強度が20N/m以上35N/m未満
 D:ピール強度が20N/m未満
<機能層の水分量>
 得られた機能層付きセパレータを、10cm×10cmに切り出して試験片とした。この試験片を、温度25℃、湿度50%で24時間放置した。その後、電量滴定式水分計を用い、カールフィッシャー法(JIS K0068(2001)、水分気化法、気化温度150℃)により、試験片の水分量を測定した。そして、以下の基準で評価した。
 A:水分量が500ppm以下
 B:水分量が500ppm超600ppm以下
 C:水分量が600ppm超700ppm以下
 D:水分量が700ppm超
<機能層の電解液中での耐久性>
 得られた機能層付きセパレータを5cm×5cmに切り出して試験片とした。試験片の重量を測定し、セパレータ基材の重量を差し引いて機能層の重量M0を算出した。続いて、試験片を60℃の電解液用混合溶媒(EC、DEC、VCの混合溶媒(EC/DEC/VC=68.5/30/1.5(25℃における体積混合比)))中に浸漬し、10分間、30kHzの超音波振動を与えた。その後試験片を取出し、60℃の雰囲気下で10時間乾燥し、乾燥後の機能層の重量M1を重量M0と同様にして算出した。そしてΔM={(M0-M1)/M0}×100の式を用いて振動脱落率ΔM(%)を算出し、下記のように評価した。この値が小さいほど、機能層が電解液中での耐久性に優れることを示す。
 A:振動脱落率ΔMが20%未満
 B:振動脱落率ΔMが20%以上40%未満
 C:振動脱落率ΔMが40%以上60%未満
 D:振動脱落率ΔMが60%以上
<二次電池の出力特性>
 作製したリチウムイオン二次電池を、25℃の環境下で24時間静置させた後、25℃の環境下において、0.1Cの充電レートにて5時間、充電の操作を行い、その時の電圧V0を測定した。その後、-10℃の環境下で、1Cの放電レートにて放電の操作を行い、放電開始15秒後の電圧V1を測定した。そして、電圧変化ΔV(=V0-V1)を求め、下記の基準で評価した。この電圧変化ΔVが小さいほど、二次電池が出力特性(低温特性)に優れていることを示す。
 A:電圧変化ΔVが500mV以下
 B:電圧変化ΔVが500mV超700mV以下
 C:電圧変化ΔVが700mV超900mV以下
 D:電圧変化ΔVが900mV超
<二次電池のサイクル特性>
 作製したリチウムイオン二次電池10個を、25℃の環境下で、0.2Cの定電流法によって4.2Vに充電し、3.0Vまで放電する操作を1サイクルとして、かかる操作を200サイクル繰り返した。200サイクル終了時の電気容量の平均値と、5サイクル終了時の電気容量の平均値の比((200サイクル終了時の電気容量の平均値/5サイクル終了時の電気容量の平均値)×100)で表される充放電容量保持率(%)を算出し、以下の基準で評価した。充放電容量保持率が大きいほど、サイクル特性に優れることを示す。
 A:充放電容量保持率が80%以上
 B:充放電容量保持率が70%以上80%未満
 C:充放電容量保持率が60%以上70%未満
 D:充放電容量保持率が60%未満
(実施例1)
<水溶性重合体の調製>
 セプタム付き1Lフラスコに、イオン交換水712gを投入して、温度40℃に加熱し、流量100mL/分の窒素ガスでフラスコ内を置換した。次に、(メタ)アクリルアミド単量体としてのアクリルアミド32.3g(85.0%)と、親水性基含有単量体としてのアクリル酸4.6g(12.2%)と、架橋性単量体単位としてのアリルメタクリレート0.12g(0.3%)と、フッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体としてのメタクリル酸2,2,2-トリフルオロエチル0.95g(2.5%)を混合して、シリンジでフラスコ内に注入した。その後、重合開始剤としての過硫酸カリウムの2.5%水溶液8.0gをシリンジでフラスコ内に追加した(過硫酸カリウム1回目の添加)。更に、その15分後に、重合促進剤としてのテトラメチルエチレンジアミンの2.0%水溶液40gをシリンジで追加した(テトラメチルエチレンジアミン1回目の添加)。4時間後、重合開始剤としての過硫酸カリウムの2.5%水溶液4.0gをフラスコ内に追加し(過硫酸カリウム2回目の添加)、更に重合促進剤としてのテトラメチルエチレンジアミンの2.0%水溶液20gを追加して(テトラメチルエチレンジアミン2回目の添加)、温度を60℃に昇温し、重合反応を進めた。3時間後、フラスコを空気中に開放して重合反応を停止させ、生成物を温度80℃で脱臭し、残留モノマーを除去した。
 その後、水酸化ナトリウムの10%水溶液を用いて生成物のpHを8に調整し、水溶性重合体の水溶液(バインダー組成物)を得た。そして、水溶性重合体の水との接触角、電解液に対する膨潤度、および重量平均分子量を測定した。結果を表1に示す。
<粒子状重合体の調製>
 撹拌機を備えた反応器に、イオン交換水70部、乳化剤としてラウリル硫酸ナトリウム(花王ケミカル社製、「エマール(登録商標)2F」)0.15部、および過流酸アンモニウム0.5部を、それぞれ供給し、気相部を窒素ガスで置換し、60℃に昇温した。
 一方、別の容器でイオン交換水50部、分散剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.5部、そして(メタ)アクリル酸エステル単量体として2-エチルヘキシルアクリレート58.2部、芳香族ビニル単量体としてスチレン40部、酸基含有単量体としてイタコン酸0.8部、架橋性単量体としてエチレンジメタクリレート1.0部を混合して単量体組成物を得た。この単量体組成物を4時間かけて前記反応器に連続的に添加して重合を行った。添加中は、60℃で反応を行った。添加終了後、さらに70℃で3時間撹拌して反応を終了し、粒子状重合体の水分散液を得た。
<機能層用組成物の調製>
 非導電性粒子としてのアルミナ粒子(日本軽金属社製、「LS256」)の水分散液を固形分相当で100部、上述の水溶性重合体の水溶液を固形分相当で2.5部、上述の粒子状重合体の水分散液を固形分相当で2.5部、ポリエチレングリコール型界面活性剤(サンノプコ社製、「サンノプコ(登録商標)SNウェット366」)を0.2部、および水を混合して、機能層用組成物を調製した。なお、水の量は、固形分濃度が40%となるように調整した。そして、得られた機能層用組成物の安定性を評価した。結果を表1に示す。
<機能層および機能層付きセパレータの製造>
 セパレータ基材として、ポリエチレン製の有機セパレータ基材(セルガード社製、「2500」、厚さ:25μm)を用意した。用意した有機セパレータ基材の片面に、上述のようにして得られた機能層用組成物を塗布し、50℃で3分乾燥させた。これにより、機能層(厚さ:2μm)を片面に備えるセパレータ(機能層付きセパレータ)を得た。そして、得られた機能層付きセパレータを用いて、機能層のピール強度、水分量、および電解液中での耐久性を評価した。結果を表1に示す。
<負極の製造>
 攪拌機付き5MPa耐圧容器に、1,3-ブタジエン33部、イタコン酸3.5部、スチレン63.5部、乳化剤としてのドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.4部、イオン交換水150部及び重合開始剤として過硫酸カリウム0.5部を入れ、十分に攪拌した後、50℃に加温して重合を開始した。重合転化率が96%になった時点で冷却し反応を停止して、負極合材層用結着材(SBR)を含む混合物を得た。上記負極合材層用結着材を含む混合物に、5%水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pH8に調整した。次いで、加熱減圧蒸留によって未反応単量体の除去を行った後、30℃以下まで冷却し、所望の負極合材層用結着材を含む水分散液を得た。
 負極活物質としての人造黒鉛(平均粒子径:15.6μm)100部、水溶性重合体としてのカルボキシメチルセルロースナトリウム塩(日本製紙社製、「MAC350HC」)の2%水溶液を固形分相当で1部、およびイオン交換水を混合して固形分濃度68%に調製した後、25℃で60分間混合した。次いでイオン交換水で固形分濃度を62%に調製した後、25℃で15分間さらに混合した。得られた混合液に、上記の負極合材層用結着材を固形分相当量で1.5部、及びイオン交換水を入れ、最終固形分濃度が52%となるように調整し、さらに10分間混合した。これを減圧下で脱泡処理して流動性の良い二次電池負極用スラリー組成物を得た。
 得られた負極用スラリー組成物を、コンマコーターで、集電体である厚さ20μmの銅箔の上に、乾燥後の膜厚が150μm程度になるように塗布し、乾燥させた。この乾燥は、銅箔を0.5m/分の速度で60℃のオーブン内を2分間かけて搬送することにより行った。その後、120℃にて2分間加熱処理してプレス前の負極原反を得た。このプレス前の負極原反をロールプレスで圧延して、負極合材層の厚さが80μmのプレス後の負極を得た(片面負極)。
 また、前記プレス前の負極原反の裏面に同様の塗布を実施し、両面に負極合材層を形成し、ロールプレスで圧延して、負極合材層の厚さが各80μmのプレス後の負極を得た(両面負極)。
<正極の製造>
 正極活物質としてのLiCoO2(体積平均粒子径:12μm)を100部と、導電材としてのアセチレンブラック(電気化学工業社製、「HS-100」)を2部と、正極合材層用結着材としてのポリフッ化ビニリデン(クレハ社製、「#7208」)を固形分相当で2部と、N-メチルピロリドンとを混合し全固形分濃度が70%となる量とした。これらを混合し、正極用スラリー組成物を調製した。
 得られた正極用スラリー組成物を、コンマコーターで、集電体である厚さ20μmのアルミ箔の上に、乾燥後の膜厚が150μm程度になるように塗布し、乾燥させた。この乾燥は、アルミ箔を0.5m/分の速度で60℃のオーブン内を2分間かけて搬送することにより行った。その後、120℃にて2分間加熱処理して、プレス前の正極原反を得た。このプレス前の正極原反をロールプレスで圧延して、正極合材層の厚さが80μmのプレス後正極を得た(片面正極)。
 また、前記プレス前の正極原反の裏面に同様の塗布を実施し、両面に正極合材層を形成し、ロールプレスで圧延して、正極合材層の厚さが各80μmのプレス後の正極を得た(両面正極)。
<二次電池の製造>
 上記で得られた片面正極を5cm×15cmに切り出し、その上(正極合材層側)に、6cm×16cmに切り出した機能層付きセパレータを、機能層が片面正極と対向するように配置した。さらに機能層付きセパレータの有機セパレータ基材側に、5.5cm×15.5cmに切り出した両面負極を配置し、積層体Aを得た。この積層体Aの両面負極側に、6cm×16cmに切り出した機能層付きセパレータを、有機セパレータ基材が両面負極と対向するように配置した。さらに機能層付きセパレータの機能層側に、5cm×15cmに切り出した両面正極を重ねた。次いで、さらにその両面正極の上に6cm×16cmに切り出した機能層付きセパレータを、機能層が両面正極と対向するように配置した。最後に、その機能層付きセパレータの上に5.5cm×5.5cmに切り出した片面負極を、負極合材層が機能層付きセパレータの有機セパレータ基材と対向するように積層し、積層体Bを得た。この積層体Bを、電池の外装としてのアルミ包材外装で包み、電解液(EC、DECおよびVCの混合溶媒(EC/DEC/VC(25℃における体積比)=68.5/30/1.5)に対し、支持電解質としてLiPF6を1mol/Lの濃度で溶かしたもの)を空気が残らないように注入した。さらに、150℃のヒートシールをしてアルミ包材外装を閉口したのちに、得られた電池外装体を100℃、2分間、100Kgfで平板プレスし、1000mAhの積層型リチウムイオン二次電池を製造した。
 そして、得られた二次電池の出力特性およびサイクル特性を評価した。結果を表1に示す。
(実施例2~8)
 水溶性重合体の組成を表1のように変更した以外は実施例1と同様にして、水溶性重合体、粒子状重合体、機能層用組成物、機能層付きセパレータ、正極、負極および二次電池を製造した。そして、実施例1と同様にして各種評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例9,10)
 水溶性重合体の調製時に、テトラメチルエチレンジアミン1回目の添加における、テトラメチルエチレンジアミンの2.0%水溶液の添加量をそれぞれ50g、10gとした以外は実施例1と同様にして、水溶性重合体、粒子状重合体、機能層用組成物、機能層付きセパレータ、正極、負極および二次電池を製造した。そして、実施例1と同様にして各種評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例11~14)
 水溶性重合体の調製時に、テトラメチルエチレンジアミン1回目の添加における、テトラメチルエチレンジアミンの2.0%水溶液の添加量をそれぞれ35g、25g、20g、35gとし、2回目の添加におけるテトラメチルエチレンジアミンの2.0%水溶液の添加量を何れも15gとし、過硫酸カリウム1回目の添加における、過硫酸カリウムの2.5%水溶液の添加量をそれぞれ、6g、5g、4g、6gとし、2回目の添加における過硫酸カリウムの2.5%水溶液の添加量をそれぞれ、3.5g、2.5g、2g、3.5gとし、そして、水溶性重合体の組成を表1のように変更した以外は実施例1と同様にして、水溶性重合体、粒子状重合体、機能層用組成物、機能層付きセパレータ、正極、負極および二次電池を製造した。そして、実施例1と同様にして各種評価を行った。結果を表1に示す。
(比較例1~4)
 水溶性重合体の組成を表1のように変更した以外は実施例1と同様にして、水溶性重合体、粒子状重合体、機能層用組成物、機能層付きセパレータ、正極、負極および二次電池を製造した。そして、実施例1と同様にして各種評価を行った。結果を表1に示す。
 なお、以下に示す表1中、
「TFEMA」は、メタクリル酸2,2,2-トリフルオロエチル単位を示し、
「AAm」は、アクリルアミド単位を示し、
「AMA」は、アリルメタクリレート単位を示し、
「AA」は、アクリル酸単位を示し、
「MAA」は、メタクリル酸単位を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表1より、水との接触角が40°以上80°以下であり、電解液に対する膨潤度が1.0倍超3.0倍以下である水溶性重合体を含むバインダー組成物を使用した実施例1~14では、安定性に優れる機能層用組成物、ピール強度および電解液中での耐久性に優れると共に水分量が低減された機能層、並びに、出力特性およびサイクル特性に優れる二次電池が得られることがわかる。また、表1より、水との接触角が40°未満の水溶性重合体を含むバインダー組成物を使用した比較例1では、機能層の水分量が上昇し、二次電池のサイクル特性が低下してしまうことがわかる。そして、表1より、水との接触角が40°未満であり、電解液に対する膨潤度が3.0倍超の水溶性重合体を含むバインダー組成物を使用した比較例2では、機能層の水分量が上昇すると共に機能層の電解液中での耐久性が低下し、二次電池のサイクル特性が低下してしまうことがわかる。更に、表1より、電解液に対する膨潤度が3.0倍超の水溶性重合体を含むバインダー組成物を使用した比較例3では、電解液中での耐久性が低下し、二次電池のサイクル特性が低下してしまうことがわかる。そして、表1より、水との接触角が80°超の水溶性重合体を含むバインダー組成物を使用した比較例4では、機能層用組成物の安定性が低下してしまうことがわかる。また、同比較例4では、水溶性重合体中のフッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の含有割合が多いため、機能層のピール強度が低下してしまうことがわかる。
 本発明によれば、非水系二次電池に優れたサイクル特性を発揮させると共に、安定性に優れる非水系二次電池機能層用組成物を調製可能な非水系二次電池機能層用バインダー組成物を提供することができる。
 また、本発明によれば、非水系二次電池に優れたサイクル特性を発揮させると共に、安定性に優れる非水系二次電池機能層用組成物を提供することができる。
 そして、本発明によれば、非水系二次電池に優れたサイクル特性を発揮させる非水系二次電池用機能層、非水系二次電池用電池部材および当該非水系二次電池用機能層を備える非水系二次電池を提供することができる。

Claims (9)

  1.  水溶性重合体および水を含み、
     前記水溶性重合体の水との接触角が、40°以上80°以下であり、
     前記水溶性重合体の電解液に対する膨潤度が、1.0倍超3.0倍以下である、
     非水系二次電池機能層用バインダー組成物。
  2.  前記水溶性重合体が、フッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を0.1質量%以上20質量%以下含む、請求項1に記載の非水系二次電池機能層用バインダー組成物。
  3.  前記水溶性重合体が、(メタ)アクリルアミド単量体単位を70質量%以上95質量%以下含む、請求項1または2に記載の非水系二次電池機能層用バインダー組成物。
  4.  前記水溶性重合体が、架橋性単量体単位を0.1質量%以上1.0質量%以下含む、請求項1~3の何れかに記載の非水系二次電池機能層用バインダー組成物。
  5.  前記水溶性重合体の重量平均分子量が、100,000以上10,000,000以下である、請求項1~4の何れかに記載の非水系二次電池機能層用バインダー組成物。
  6.  非導電性粒子、および請求項1~5の何れかに記載の非水系二次電池機能層用バインダー組成物を含む、非水系二次電池機能層用組成物。
  7.  請求項6に記載の非水系二次電池機能層用組成物を用いて形成した、非水系二次電池用機能層。
  8.  請求項7に記載の非水系二次電池用機能層を備える、非水系二次電池用電池部材。
  9.  請求項7に記載の非水系二次電池用機能層を備える、非水系二次電池。
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