WO2019009135A1 - 樹脂組成物、積層体およびその製造方法、電極、二次電池ならびに電気二重層キャパシタ - Google Patents

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茶山奈津子
弓場智之
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Definitions

  • the present invention relates to a resin composition, a laminate and a method of manufacturing the same, an electrode, a secondary battery, and an electric double layer capacitor.
  • Lithium-ion batteries as rechargeable high-capacity batteries, have made it possible to enhance the functionality of electronic devices and to operate for a long time. Furthermore, lithium ion batteries are mounted in automobiles and the like, and are considered as promising batteries for hybrid vehicles and electric vehicles.
  • a lithium ion battery widely used at present is formed by applying a slurry containing an active material such as lithium cobalt oxide and a binder such as polyvinylidene fluoride (PVDF) on an aluminum foil as a positive electrode.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • a negative electrode what has formed by apply
  • polyimide resins having a higher strength and a higher elastic modulus as a binder for the negative electrode (see, for example, Patent Document 2).
  • polyimide resins generally dissolve only in organic solvents such as N-methyl pyrrolidone and N, N'-dimethylacetamide, and thus have a problem of high environmental impact. For this reason, the resin is mixed with a solvent of water system, and examination using it as a water system binder is advanced.
  • an aqueous solution of a polyimide resin an aqueous solution of a polyimide precursor to which a water-soluble organic amine or an imidazole compound is added (for example, see Patent Documents 3 to 4), and a hydroxyl group, carboxyl group or sulfonic acid group in the side chain
  • transduced, the hydroxide of an alkali metal, etc. is known (for example, refer patent document 5 and non-patent document 1).
  • the aqueous solution of the polyimide precursor as described in Patent Documents 3 to 4 has a problem that the polymer main chain is hydrolyzed and the aqueous solution is deteriorated.
  • the aqueous solution of polyimide resin as described in Patent Document 5 and Non-patent Document 1 has a problem that the long-term stability when it is an aqueous solution is insufficient because the solubility of the resin in water is low. there were.
  • the interaction between the ionized side chains and the filler is small, and when this aqueous solution is used as a slurry, there is a problem that sufficient filler dispersibility and binding ability as a binder can not be obtained.
  • the present invention is a resin containing at least one of (a) polyimide, polyamideimide and polybenzoxazole, which has at least one acidic functional group of phenolic hydroxyl group, carboxyl group and sulfonic acid group in the side chain. It is a resin composition containing a resin having a concentration of the acid functional group of 3.4 mol / kg or more and (b) a basic compound.
  • the present invention it is possible to obtain a resin composition having high strength and high elastic modulus, high long-term stability of an aqueous solution, good filler dispersibility, and good binding property as a binder.
  • the resin composition according to the embodiment of the present invention is a resin containing at least one of (a) polyimide, polyamideimide and polybenzoxazole, and a phenolic hydroxyl group, a carboxyl group and a sulfonic acid group in the side chain And at least one acidic functional group, wherein the concentration of the acidic functional group is 3.4 mol / kg or more, and (b) a resin composition containing a basic compound.
  • a resin containing at least one of polyimide, polyamideimide and polybenzoxazole has at least one acidic functional group of a phenolic hydroxyl group, a carboxyl group and a sulfonic acid group in a side chain.
  • the resin of (a) is excellent in the solubility to water by having an acidic functional group in a side chain.
  • the resin of (a) contains 50 mol% or more of the repeating unit structure containing at least one of a phenolic hydroxyl group, a carboxyl group and a sulfonic acid group in the side chain, thereby having solubility in water. It is preferable for further improvement.
  • content of the said repeating unit structure in resin of (a) 70 mol% or more is more preferable, and 90 mol% or more is further more preferable.
  • the polyimide is, for example, a polymer obtained by reacting a diamine and a tetracarboxylic acid or a derivative thereof. It is preferable that the diamine residue in the polyimide has at least one of a phenolic hydroxyl group, a carboxyl group and a sulfonic acid group.
  • Polyamideimide is, for example, a polymer obtained by reacting diamine with tricarboxylic acid or its derivative.
  • the diamine residue in the polyamideimide preferably has at least one of a phenolic hydroxyl group, a carboxyl group and a sulfonic acid group.
  • Polybenzoxazole is, for example, a polymer obtained by reacting a diamine having a hydroxyl group with a dicarboxylic acid or a derivative thereof. It is preferable that the dicarboxylic acid residue in the polybenzoxazole have at least one of a phenolic hydroxyl group, a carboxyl group and a sulfonic acid group.
  • diamines include bis (3-amino-4-hydroxyphenyl) hexafluoropropane, bis (3-amino-4-hydroxyphenyl) sulfone, bis (3-amino-4-hydroxyphenyl) propane, bis (3-amino-4-hydroxyphenyl) methylene, bis (3-amino-4-hydroxyphenyl) ether, bis (3-amino-4-hydroxy) biphenyl, bis (3-amino-4-hydroxyphenyl) fluorene, Bis (4-amino-3-hydroxyphenyl) hexafluoropropane, bis (4-amino-3-hydroxyphenyl) sulfone, bis (4-amino-3-hydroxyphenyl) propane, bis (4-amino-3-hydroxy) Phenyl) methylene, bis (4-amino-3-hydroxy) Diamines having a hydroxyl group such as nyl) ether, bis (4-amino-3-hydroxy) biphenyl,
  • diamine other diamine
  • diamine other diamine
  • Preferred specific examples of other diamines include 3,4'-diaminodiphenyl ether, 4,4'-diaminodiphenyl ether, 3,3'-diaminodiphenyl ether, 3,4'-diaminodiphenylmethane, 4,4'-diaminodiphenylmethane, 3,3'-Diaminodiphenylmethane, 3,4'-diaminodiphenylsulfone, 4,4'-diaminodiphenylsulfone, 3,3'-diaminodiphenylsulfone, 3,4'-diaminodiphenyl sulfide, 4,4'-diamino Diphenyl sulfide, 3,3'-diaminodiphenyl sulfide, 1,4-bis (4-aminophenoxy) benzene, m-phenylenediamine, p-phenylenediamine
  • the diamine having a hydroxyl group shown above is preferably used.
  • Preferred specific examples of the tetracarboxylic acid or its derivative include pyromellitic acid, 3,3 ′, 4,4′-biphenyl tetracarboxylic acid, 2,3,3 ′, 4′-biphenyl tetracarboxylic acid, 2,2 ', 3,3'-biphenyltetracarboxylic acid, 3,3', 4,4'-benzophenonetetracarboxylic acid, 2,2 ', 3,3'-benzophenonetetracarboxylic acid, 2,2-bis (3, 4-dicarboxyphenyl) hexafluoropropane, 2,2-bis (2,3-dicarboxyphenyl) hexafluoropropane, 1,1-bis (3,4-dicarboxyphenyl) ethane, 1,1-bis 2,3-Dicarboxyphenyl) ethane, bis (3,4-dicarboxyphenyl) methane, bis (2,
  • tricarboxylic acid or its derivative include trimellitic acid, trimesic acid, diphenyl ether tricarboxylic acid, biphenyl tricarboxylic acid, and anhydrides of these tricarboxylic acids.
  • dicarboxylic acid or its derivative examples include 3,5-dicarboxyphenol, 2,4-dicarboxyphenol, and dicarboxylic acids having a hydroxyl group such as 2,5-dicarboxyphenol, and 3,5-dicarboxylate.
  • dicarboxylic acids having a sulfonic acid group such as carboxybenzenesulfonic acid, 2,4-dicarboxybenzenesulfonic acid, and 2,5-dicarboxybenzenesulfonic acid.
  • dicarboxylic acid other than dicarboxylic acid having at least one of phenolic hydroxyl group, carboxyl group and sulfonic acid group (other dicarboxylic acid) is used as a copolymerization component within the range that the long-term stability of aqueous solution is not impaired. good.
  • dicarboxylic acids include terephthalic acid, isophthalic acid, diphenyl ether dicarboxylic acid, diphenyl sulfone dicarboxylic acid, diphenyl methane dicarboxylic acid, biphenyl dicarboxylic acid, 2,2′-bis (carboxyphenyl) propane, 2,2 ′. And -bis (carboxyphenyl) hexafluoropropane and the like.
  • the resin (a) may be used as a mixture with resins (other resins) other than polyimide, polyamideimide and polybenzoxazole.
  • resins other resins
  • Preferred specific examples of the other resin include acrylic resin, methacrylic resin, vinyl resin, phenol resin and cellulose resin.
  • Particularly preferred examples include polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone and carboxymethyl cellulose.
  • the resin of (a) is preferably contained 80% by mass or more of the whole resin, more preferably 85% by mol or more, still more preferably 90 mols. % Or more, most preferably 95% by mol or more.
  • the concentration of the acidic functional group in the resin (a) is 3.4 mol / kg or more, preferably 3.5 mol / kg or more, more preferably 4.0 mol / kg or more, and most preferably Is 4.3 mol / kg or more.
  • the concentration of the acidic functional group in the resin (a) is 3.4 mol / kg or more, preferably 3.5 mol / kg or more, more preferably 4.0 mol / kg or more, and most preferably Is 4.3 mol / kg or more.
  • the concentration of the acidic functional group as referred to herein is the number of moles of the acidic functional group contained in 1 kg of the resin of (a), and is calculated as follows. Let A (piece) be the number of acidic functional groups in the repeating unit of the resin of (a), and B be the molecular weight of the repeating unit.
  • the functional group concentration is calculated by A / B ⁇ 1000.
  • the resin of (a) is a copolymer having a plurality of repeating units
  • the sum of the product of the functional group concentration and the molar ratio of each repeating unit is the functional group concentration of the resin of (a) Do.
  • the functional group concentration Is 1.4 / 498 ⁇ 1000 2.81.
  • the resin of (a) preferably contains a structure represented by the following general formula (1) as a repeating unit.
  • R 1 represents a divalent organic group having 2 to 50 carbon atoms, and contains at least one of a phenolic hydroxyl group, a carboxyl group and a sulfonic acid group.
  • R 2 represents a trivalent or tetravalent organic group having 2 to 50 carbon atoms.
  • the resin containing the structure represented by the general formula (1) as a repeating unit is, for example, a diamine containing at least one of phenolic hydroxyl group, carboxyl group and sulfonic acid group in the structure, and a tetracarboxylic acid or a derivative thereof Can be obtained by reacting
  • the resin containing the structure represented by (1) as a repeating unit is preferably contained in an amount of 60% by mole or more, more preferably 80% by mole or more, still more preferably 90% by mole or more of the entire resin of (a) Most preferably at least 95 mol%.
  • the content of the structural unit represented by the general formula (1) in the resin can be estimated by the following method.
  • One is infrared spectroscopy (FT-IR), nuclear magnetic resonance (NMR), thermogravimetry-mass spectrometry (TG-MS), time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS), etc. Is a method to analyze.
  • Another method is a method in which the resin is decomposed into each component and then analyzed by gas chromatography (GC), high performance liquid chromatography (HPLC), mass spectrometry (MS), FT-IR, NMR and the like.
  • Yet another method is a method in which the resin is ashed at high temperature and then analyzed by elemental analysis or the like.
  • the resin is decomposed into each component and then analyzed by combining high performance liquid chromatography (HPLC) and mass spectrometry (MS).
  • HPLC high performance liquid chromatography
  • MS mass spectrometry
  • R 1 represents a diamine residue containing at least one of phenolic hydroxyl group, carboxyl group and sulfonic acid group in the structure. Specific examples of preferred diamines giving the above-mentioned diamine residue are as described above.
  • 20 mol% or more of the structure having R 1 having an aromatic skeleton preferable. That is, it is preferable that 20 mol% or more of R 1 in the resin of (a) is an aromatic diamine residue. More preferably, it is 50 mol% or more, still more preferably 70 mol% or more, and most preferably 90 mol% or more.
  • R 1 is more preferably at least one of the following general formulas (2) and (3).
  • R 15 represents a halogen atom or a monovalent organic group having 1 to 8 carbon atoms.
  • s represents an integer of 0 to 3.
  • t represents an integer of 1 or 2.
  • R 16 and R 17 each independently represent a halogen atom or a monovalent organic group having 1 to 8 carbon atoms.
  • u and v each independently represent an integer of 0 to 3.
  • w and x each independently represent an integer of 1 or 2;
  • R 18 is a single bond, O, S, NH, SO 2 , CO or a divalent organic group having 1 to 3 carbon atoms.
  • Preferred specific examples of the divalent organic group having 1 to 3 carbon atoms include saturated hydrocarbon groups having 1 to 3 carbon atoms.
  • s is from the viewpoint of further enhancing the interaction between the resin and the filler and further improving the dispersibility of the filler in the resin composition and the binding property as a binder. It is preferably 0.
  • u and v is preferably 0.
  • the residue of the other diamine described above may be included as long as the long-term stability of the aqueous solution is not impaired.
  • the preferred content of the other diamine residue is 40 mol% or less of R 1 in the resin of (a), more preferably 30 mol% or less, and still more preferably 25 mol% or less. Preferably it is 10 mol% or less.
  • the composition contains a filler described later, increasing the interaction between the resin and the filler, it improves the dispersibility of the filler in the resin composition, particularly preferably from the viewpoint of improving the chemical resistance of the R 1 1 25 mol% is at least one of the following general formulas (4) and (5).
  • R 19 represents a halogen atom or a monovalent organic group having 1 to 8 carbon atoms.
  • k represents an integer of 0 to 4; In the case where the resin composition contains a filler described later, k is k from the viewpoint of further enhancing the interaction between the resin and the filler and further improving the dispersibility of the filler in the resin composition and the binding property as a binder. It is preferably 0.
  • Each of R 20 and R 21 independently represents a halogen atom or a monovalent organic group having 1 to 8 carbon atoms.
  • l and m each independently represent an integer of 0 to 4;
  • R 22 is a single bond, O, S, NH, SO 2 , CO or a divalent organic group having 1 to 3 carbon atoms.
  • Preferred specific examples of the divalent organic group having 1 to 3 carbon atoms include saturated hydrocarbon groups having 1 to 3 carbon atoms.
  • the interaction between the resin and the filler is further enhanced to improve the dispersibility of the filler in the resin composition and the binding property as a binder, l and m is preferably 0.
  • diisocyanate compounds in which isocyanate groups are bonded to the structure of diamine residues instead of amino groups, and two hydrogen atoms of amino groups of diamines are substituted with trimethylsilyl groups It is also possible to use tetratrimethylsilylated diamines.
  • 1 to 10 mol% of R 1 in the resin of (a) may be a diamine residue containing a siloxane bond.
  • a specific diamine which gives a diamine residue containing a siloxane bond 1,3-bis (3-aminopropyl) tetramethyl disiloxane etc. are mentioned.
  • the composition contains a filler described later, the interaction between the resin and the filler is enhanced, the dispersibility of the filler in the resin composition is improved, and the thickness uniformity of the film produced from the resin composition is improved. It is preferable that 0.1 to 10 mol% of R 1 be the following general formula (6).
  • R 2 represents a tetracarboxylic acid residue (hereinafter referred to as “acid residue”).
  • acid residue a tetracarboxylic acid residue
  • Examples of preferred tetracarboxylic acids or derivatives thereof which give acid residues are as described above.
  • hydrogen atoms of carboxylic acid residues based on the tetracarboxylic acids exemplified above may be substituted by 1 to 4 hydroxyl groups, amino groups, sulfonic acid groups, sulfonic acid amide groups or sulfonic acid ester groups. It is also good.
  • the acid residue is preferably at least one selected from the following structures. That is, it is preferable that R 2 is at least one selected from the following structures. Among these, those of aliphatic structure are more preferable.
  • R 3 and R 4 each independently represent a halogen atom or an organic group having 1 to 6 carbon atoms.
  • R 5 to R 14 each independently represent a hydrogen atom, a halogen atom or an organic group having 1 to 6 carbon atoms.
  • a 1 is an integer of 0 to 2;
  • a 2 is an integer of 0 to 4;
  • Each of a 3 and a 4 is independently an integer of 0 to 4, and a 3 + a 4 ⁇ 5.
  • a 6 is an integer of 0 to 6;
  • Each of a 5 and a 7 is independently an integer of 0 to 2.
  • R 3 and R 4 include a chlorine atom, a fluorine atom, a saturated hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, a cyclic saturated hydrocarbon group having 4 to 6 carbon atoms, and a trifluoromethyl group.
  • R 5 to R 14 include a hydrogen atom, a chlorine atom, a fluorine atom, a saturated hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, a cyclic saturated hydrocarbon group having 4 to 6 carbon atoms, a trifluoromethyl group, etc. It can be mentioned.
  • R 5 -R 14 is more preferably a hydrogen atom.
  • a 1 and a 2 are preferably 0, a 3 + a 4 ⁇ 2 and a 6 is preferably 0 to 2, more preferably 0 preferably, it is preferred that a 5 and a 7 is 0 to 1, and more preferably 0.
  • the most preferable acid residue for obtaining the above effect is the following structure.
  • carboxyl compounds having a siloxane bond such as 2,3-tetramethyldisiloxane and 1,3-bisphthalic acid-1,1,3,3-tetramethyldisiloxane.
  • the terminal skeleton of the resin containing the structure represented by the general formula (1) as a repeating unit is represented by the following general formulas (7), (8) and (9) It is preferable to include at least one selected from the following structures.
  • Each of R 25 , R 26 and R 27 independently represents a monovalent organic group having 4 to 30 carbon atoms, and contains at least one of a phenolic hydroxyl group, a carboxyl group and a sulfonic acid group.
  • These structures can be introduced by capping the end of the resin with a capping agent such as an acid anhydride, a monocarboxylic acid, and a monoamine compound.
  • a capping agent such as an acid anhydride, a monocarboxylic acid, and a monoamine compound.
  • 25 represents a residue of an acid anhydride.
  • the acid anhydride include 3-hydroxyphthalic acid anhydride and the like.
  • R 26 represents a residue of monocarboxylic acid.
  • monocarboxylic acid include 2-carboxyphenol, 3-carboxyphenol, 4-carboxyphenol, 2-carboxythiophenol, 3-carboxythiophenol, 4-carboxythiophenol, 1-hydroxy-8-carboxynaphthalene 1-hydroxy-7-carboxynaphthalene, 1-hydroxy-6-carboxynaphthalene, 1-hydroxy-5-carboxynaphthalene, 1-hydroxy-4-carboxynaphthalene, 1-hydroxy-3-carboxynaphthalene, 1-hydroxy- 2-Carboxynaphthalene, 1-mercapto-8-carboxynaphthalene, 1-mercapto-7-carboxynaphthalene, 1-mercapto-6-carboxynaphthalene, 1-mercapto-5-carboxynaphthalene, 1- Mercapto-4-carboxynaphthalene, 1-mercapto-3-carboxynaphthalene, 1-mer
  • R 27 represents a monoamine residue.
  • monoamines are 3-amino-4,6-dihydroxypyrimidine, 2-aminophenol, 3-aminophenol, 4-aminophenol, 5-amino-8-hydroxyquinoline, 4-amino-8-hydroxyquinoline 1-hydroxy-8-aminonaphthalene, 1-hydroxy-7-aminonaphthalene, 1-hydroxy-6-aminonaphthalene, 1-hydroxy-5-aminonaphthalene, 1-hydroxy-4-aminonaphthalene, 1-hydroxy- 3-aminonaphthalene, 1-hydroxy-2-aminonaphthalene, 1-amino-7-hydroxynaphthalene, 2-hydroxy-7-aminonaphthalene, 2-hydroxy-6-aminonaphthalene, 2-hydroxy-5-aminonaphthalene, 2-hydroxy-4-aminonaphthalene, -Hydroxy-3-aminonaphthalene, 1-amino-2-hydroxynaphthalene, 1-carboxy-8
  • terminal anhydrides such as an acid anhydride, a monocarboxylic acid and a monoamine compound can be used alone or in combination of two or more. Moreover, you may use terminal blocking agents other than these together.
  • the content of the above-mentioned end capping agent in the resin (a) is preferably in the range of 0.1 to 60 mol% of the molar number of the component monomers constituting the carboxylic acid residue and the amine residue, and 5 to 50 mol% is more preferable. By setting it as such a range, the viscosity of the solution at the time of apply
  • the weight average molecular weight of the resin (a) is preferably 10,000 or more and 150,000 or less.
  • the weight average molecular weight is a value measured by GPC (gel permeation chromatography) and determined in terms of polystyrene. The measurement conditions of GPC are described below.
  • the preparation ratio (molar ratio) of diamine to acid is preferably 100: 50 to 150.
  • the solvent used for the polycondensation reaction is not particularly limited as long as the produced resin dissolves, but N-methyl-2-pyrrolidone, N-methylcaprolactam, N, N-dimethylacetamide, Aprotic polar solvents such as N, N-dimethylformamide, dimethylsulfoxide, ⁇ -butyrolactone and dimethylimidazoline
  • Phenolic solvents such as phenol, m-cresol, chlorophenol and nitrophenol, polyphosphoric acid, phosphoric acid and phosphoric pentoxide Phosphorous solvents or the like to which is added can be preferably used.
  • a polyimide polymer is obtained by reacting an acid anhydride or dicarboxylic acid diester with a diamine or diisocyanate in these solvents at a temperature of 150 ° C. or higher.
  • bases such as a triethylamine and a pyridine, can be added as a catalyst for reaction promotion. Thereafter, the polymer is poured into water or the like to precipitate a resin, which is then dried to obtain a polymer as a solid.
  • the resin composition according to the embodiment of the present invention comprises (b) a basic compound, and thereby the phenolic hydroxyl group, carboxyl group or sulfonic acid group contained in the resin of (a) and (b) the basic compound Form a salt, and the solubility and dispersion stability in water of the resin composition are improved.
  • Examples of the basic compound include hydroxides and carbonates of alkali metals and alkaline earth metals, and organic amines.
  • a compound containing at least one element selected from alkali metals is preferable.
  • alkali metal hydroxides examples include lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, rubidium hydroxide and cesium hydroxide. Two or more of these may be contained. Lithium hydroxide, sodium hydroxide and potassium hydroxide are preferable from the viewpoint of improving the water solubility and dispersion stability of the resin composition.
  • alkali metal carbonates include lithium carbonate, lithium hydrogen carbonate, sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium hydrogen carbonate, potassium hydrogen carbonate, rubidium hydrogen carbonate, cesium carbonate, cesium hydrogen carbonate, potassium potassium carbonate and the like. It can. Two or more of these may be contained. From the viewpoint of water solubility and dispersion stability of the resin composition, sodium carbonate, sodium hydrogencarbonate, potassium carbonate, potassium hydrogencarbonate and sodium potassium carbonate are preferable, and sodium carbonate and sodium hydrogencarbonate are more preferable.
  • Organic amines include aliphatic tertiary amines such as trimethylamine, triethylamine, triisopropylamine, tributylamine, triethanolamine, N-methylethanolamine and the like, and aromatics such as pyridine, N, N-dimethylaminopyridine and lutidine Examples thereof include amines, quaternary ammonium salts such as tetramethyl ammonium hydroxide and tetraethyl ammonium hydroxide. Two or more of these may be used.
  • sodium carbonate and sodium hydroxide are particularly preferable as the (b) basic compound.
  • the content of the (b) basic compound in the resin composition is preferably 20 mol% or more, and 50 mol or more in that the resin can be sufficiently dissolved with respect to 100 mol% of the acidic functional group in the resin of (a). % Or more is more preferable. In addition, 450 mol% or less is preferable, 400 mol% or less is more preferable, 300 mol% or less is preferable, and 250 mol% or less is most preferable in that it is possible to prevent decomposition of resin and generation of cracks when forming a coating film. .
  • the resin composition according to the embodiment of the present invention preferably has a solid content concentration of 15% by mass and a pH of 4 to 12 when dissolved in water.
  • the preferable range of the pH of the resin composition is 5 or more, and 10 or less.
  • the pH value is a resin containing at least one of (a) polyimide, polyamideimide and polybenzoxazole, and the side chain contains at least one acidic functional group of phenolic hydroxyl group, carboxyl group and sulfonic acid group.
  • a resin composition containing a basic compound and having a concentration of not less than 3.4 mol / kg of the acid functional group is dissolved in water at a concentration of 15% by mass, or a member of a battery
  • A a resin containing at least one of polyimide, polyamideimide and polybenzoxazole completely extracted from the above, wherein at least one acidic functional group among phenolic hydroxyl group, carboxyl group and sulfonic acid group is included in the side chain
  • a resin composition containing (b) a basic compound, and a resin having a concentration of the acid functional group of 3.4 mol / kg or more A value which is dissolved in water in degrees 15 mass%.
  • the resin composition according to the embodiment of the present invention contains (c) water as a solvent.
  • (c) water in the solvent preferably accounts for 80% by mass or more of the solvent contained in the resin composition. More preferably, it is 90 mass% or more, Most preferably, it is 99 mass% or more.
  • the resin composition according to the embodiment of the present invention preferably contains (c) 50 to 1,000,000 parts by mass of water with respect to 100 parts by mass of the resin of (a).
  • a the amount of water (c) is preferably 100,000 parts by mass or less, and more preferably 3,000 parts by mass or less from the viewpoint of suppressing decomposition.
  • the viscosity of the resin composition according to the embodiment of the present invention is preferably in the range of 1 mPa ⁇ s to 100 Pa ⁇ s at 25 ° C. from the viewpoint of workability.
  • the resin composition according to the embodiment of the present invention preferably has a pH of 4 to 12. Outside this range, the dispersibility of the filler when the resin composition contains the filler described later is deteriorated, and the thickness uniformity, strength and chemical resistance of the coating film produced from the resin composition are lowered. From the viewpoint of further improving the above-mentioned properties, the preferable range of the pH of the resin composition is 5 or more, and 10 or less.
  • the pH in the present invention is a value measured using a pH meter (LAQUA F-71, manufactured by Horiba, Ltd.).
  • the calibration of pH is performed using the following five types of standard solutions (pH 2, 4, 7, 9, 12) as defined in JIS Z 8802 (2011) "pH measuring method".
  • the resin composition according to the embodiment of the present invention may contain a surfactant or the like from the viewpoint of further improving the coatability.
  • an organic solvent such as a lower alcohol such as ethanol or isopropyl alcohol, or a polyhydric alcohol such as ethylene glycol or propylene glycol may be contained. 50 mass% or less of the whole resin composition is preferable, and, as for content of the organic solvent in a resin composition, 10 mass% or less is more preferable.
  • the method for preparing the resin composition according to the embodiment of the present invention is safe to dissolve the resin powder little by little after dissolving a predetermined amount of the basic compound in water. It is preferable from the viewpoint of When the neutralization reaction is slow, heating may be performed with a water bath or an oil bath at about 30 to 110 ° C., or ultrasonic treatment may be performed. After dissolution, water may be further added or concentrated to adjust to a predetermined viscosity.
  • the resin composition according to the embodiment of the present invention may contain (d) a filler.
  • the resin composition contains (d) a filler, the mechanical strength and heat resistance of the film produced from the resin composition are improved.
  • the resin composition it is also possible to use the resin composition as an electronic material or an optical material by using conductive particles, a high refractive filler or a low refractive filler as the (d) filler.
  • the resin composition containing a filler may be in the form of a slurry.
  • the filler (d) include compounds containing at least one atom of carbon, manganese, aluminum, barium, cobalt, nickel, iron, silicon, titanium, tin, and germanium. These compounds serve as electrode active materials, strength reinforcing materials, heat conductive materials or high dielectric materials. Therefore, the resin composition according to the embodiment of the present invention contains a filler and can be used as a slurry for functional components such as electronic components, secondary batteries, electric double layer capacitors, etc.
  • Examples of the filler for the positive electrode in the secondary battery and the electric double layer capacitor include lithium iron phosphate, lithium cobaltate, lithium nickelate, lithium manganate, activated carbon and carbon nanotubes.
  • Examples of the filler for the negative electrode in secondary batteries and electric double layer capacitors include silicon, silicon oxide, silicon carbide, tin, tin oxide, germanium, lithium titanate, hard carbon, soft carbon, activated carbon and carbon nanotubes Be
  • a storage battery using silicon, tin, or germanium as an active material has a large volume expansion of the active material at the time of charging, and therefore, it is possible to use a resin with high mechanical strength such as the resin of (a) as a binder It is preferable in order to prevent the micronization of When the filler is lithium titanate, a secondary battery or an electric double layer capacitor excellent in rate characteristics can be obtained.
  • the filler for the negative electrode include silicon, silicon oxide, lithium titanate, silicon carbide, a mixture of two or more of them, a mixture of one or more of them and carbon and And a mixture of at least one of one or two or more of them in which the surface of the mixture is carbon-coated.
  • These active materials are particularly strong in the binding property with the resin (a), and a secondary battery with a high capacity retention rate and an electric double layer capacitor can be obtained.
  • the content of the (d) filler in the resin composition according to the embodiment of the present invention can improve the mechanical strength and heat resistance of the film obtained from the resin composition with respect to 100 parts by mass of the resin of (a) 0.01 mass part or more is preferable, 0.1 mass part or more is more preferable. Moreover, in the point which can maintain the coating film strength of a resin composition, 100,000 mass parts or less are preferable, and 10,000 mass parts or less are more preferable.
  • the slurry can be obtained, for example, by adding a filler and, if necessary, other components to a solution or dispersion of a resin in water or a solvent, and uniformly mixing.
  • examples of the mixing include methods using a planetary mixer, a rotation and revolution mixer, a three-roll mill, a ball mill, a mechanical stirrer, a thin film swirl mixer, and the like.
  • the laminate according to the embodiment of the present invention has a layer formed from the above-mentioned resin composition on at least one side of a substrate.
  • This laminate can be obtained, for example, by applying a resin composition to one side or both sides of a substrate and drying it.
  • metal foils such as copper foil, aluminum foil, stainless steel foil, a silicon substrate, a glass substrate, a plastic film, etc. are used preferably.
  • the coating method include methods using a roll coater, a slit die coater, a bar coater, a comma coater, a spin coater, and the like.
  • the drying temperature is preferably 30 ° C. or more, more preferably 50 ° C. or more, in order to completely remove water.
  • 500 degrees C or less is preferable, and 200 degrees C or less is more preferable.
  • the resin composition according to the embodiment of the present invention may contain a conductive aid such as acetylene black, ketjen black, or carbon nanotube.
  • the charge / discharge rate can be improved by containing the conductive aid.
  • the content of the conductive additive is preferably 0.1 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the active material in order to achieve both conductivity and capacity.
  • the resin composition according to the embodiment of the present invention may contain a sodium salt of carboxymethylcellulose for viscosity adjustment.
  • the content is preferably 50 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the active material from the viewpoint of having a high capacity retention rate in the secondary battery or the electric double layer capacitor.
  • a resin composition or a resin composition containing a filler is applied and dried on at least one surface of a substrate to form a film, thereby forming a laminate.
  • the substrate include an insulating substrate, a conductive substrate, and the like, but when used as an electronic device, a conductive substrate or an insulating substrate having a conductive wiring is preferable.
  • the electrode of a secondary battery or an electric double layer capacitor is coated with a resin composition containing an electrode active material as a filler on one side or both sides of a current collector such as copper foil, aluminum foil or stainless steel foil and dried.
  • the positive electrode and the negative electrode obtained in this manner are stacked in multiple layers via a separator, and put together with an electrolytic solution in an exterior material such as a metal case and sealed to store electricity, such as a secondary battery or an electric double layer capacitor. You can get the device.
  • separator examples include microporous films and non-woven fabrics made of materials such as polyolefins such as polyethylene and polypropylene, cellulose, polyphenylene sulfide, aramid, or polyimide.
  • carbonate compounds such as propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, vinylene carbonate, acetonitrile, sulfolane, ⁇ -butyrolactone and the like can be used. Two or more of these may be used.
  • electrolyte examples include lithium salts such as lithium hexafluorophosphate, lithium borofluoride and lithium perchlorate, and ammonium salts such as tetraethylammonium tetrafluoroborate and triethylmethylammonium tetrafluoroborate.
  • lithium salts such as lithium hexafluorophosphate, lithium borofluoride and lithium perchlorate
  • ammonium salts such as tetraethylammonium tetrafluoroborate and triethylmethylammonium tetrafluoroborate.
  • ⁇ PH measurement of aqueous solution A small amount of aqueous solution 1 to 21 was collected, and the pH of the aqueous solution was measured with a pH meter (LAQUA F-71, manufactured by Horiba, Ltd.). The calibration of pH was carried out using the following five standard solutions (pH 2, 4, 7, 9, 12) as defined in JIS Z 8802 (2011) "pH measuring method".
  • aqueous solutions 1 to 21 were visually observed after standing for 1 and 3 months at room temperature and for 1 week and 1 month under refrigeration, respectively, and the stability of the aqueous solution was confirmed. Those in which neither precipitation nor gelation was observed were good, and those in which any change was made described the changes that occurred. Those that were good at room temperature for one month were passed, and those that had any change after one month at room temperature were rejected.
  • This slurry was coated on an aluminum foil with a bar coater so that the average thickness of the film after heat treatment was 25 ⁇ m and the width was 10 cm. After coating, it was dried at 50 ° C. for 30 minutes, then heated up to 150 ° C. over 30 minutes, heat-treated at 150 ° C. for 1 hour, and then cooled to 50 ° C. or less. After cooling, the film was visually observed to confirm the presence or absence of cracks. Those with no cracks were considered "good", and those with cracks confirmed as "defects”.
  • T2 (T1-25) / 25 * 100 (%) Calculated and defined as ⁇ T2%. Those with variation in the range of -30% to + 30% (except when exactly ⁇ 30%) were passed, and those outside the above range were rejected.
  • the thickness is adjusted so that the average value of the film thickness after heat treatment becomes 50 ⁇ m by the same method as described above, and 5 pieces are cut out in a circle with a diameter of 16 mm, 50% by weight ratio of diethyl carbonate and ethylene carbonate
  • the solution was immersed in the mixed solution and left at 40.degree. C. for 1 week. After standing, the membrane was removed from the solution, washed with water, dried at 50 ° C. for 1 hour, and then visually observed to confirm the presence or absence of dissolution of the membrane and the presence or absence of cracks. Those in which the dissolution of the film was observed were regarded as “dissolved”, those in which the crack was generated were regarded as “defective”, and those in which neither dissolution nor film of the film were found were regarded as “good”.
  • ⁇ Battery characteristic evaluation> (1) Preparation of Negative Electrode Using a slurry with a solid content of 50% prepared in ⁇ Characteristics evaluation of film (dispersion, evaluation of binding)>, using a bar coater on an electrodeposited copper foil, at 150 ° C. The thickness was adjusted and applied so that the film thickness after heat treatment was 25 ⁇ m, and after application, it was dried at 110 ° C. for 30 minutes. After drying, the coated portion was punched into a circular shape having a diameter of 16 mm, and vacuum drying was performed at 150 ° C. for 24 hours to obtain a negative electrode.
  • the negative electrode, the separator, and the positive electrode were stacked in order, and 1 mL of MIRET 1 (manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) was injected as an electrolytic solution and sealed to obtain a lithium ion battery.
  • MIRET 1 manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.
  • the lithium ion battery manufactured as described above was charged and discharged. Charging is performed until the battery voltage reaches 4.2 V at a constant current of 6 mA, and after the charging starts at a constant voltage of 4.2 V for a total of 2 hours and 30 minutes, and then rested for 30 minutes. One cycle was to discharge the battery voltage to 2.7 V at a constant current of 6 mA. Thereafter, charge and discharge were repeated 49 times under the same conditions, and charge capacity and discharge capacity of each cycle were measured for a total of 50 cycles. Then, the capacity retention rate was calculated according to the following equation.
  • Capacity retention rate (%) (discharge capacity at 50th cycle / discharge capacity at 1st cycle) ⁇ 100 Synthesis Example 1: Synthesis of Resin A In a well-dried four-necked flask, 131.79 g of NMP and 3,3'-dicarboxy-4,4'-methylenebis (cyclohexylamine) (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) In the following, 29.84 g (100 mmol) of CMCHA) were dissolved at room temperature with stirring under a nitrogen atmosphere.
  • Synthesis Example 2 Synthesis of Resin B Instead of CMCHA 29.84 g (100 mmol), 20.89 g (70 mmol) of CMCHA and 3,3'-dicarboxy-4,4'-diaminodiphenylmethane (manufactured by Wakayama Seika Kogyo Co., Ltd.), A solid of resin B was obtained in the same manner as in Synthesis Example 1 except that 8.59 g (30 mmol) of trade name "MBAA" was used. The weight average molecular weight of the resin B was 32000.
  • Synthesis Example 3 Synthesis of Resin C A solid of Resin C was obtained in the same manner as in Synthesis Example 1 except that 28.63 g (100 mmol) of MBAA was used instead of 29.84 g (100 mmol) of CMCHA. The weight average molecular weight of Resin C was 35,000.
  • Synthesis Example 5 Synthesis of Resin E Instead of 30.00 g (100 mmol) of TDA-100, bicyclo [2,2,2] octo-7-ene-2,3,5,6-tetracarboxylic acid dianhydride (A solid of resin E was obtained in the same manner as in Synthesis Example 4 except that 24.82 g (100 mmol) of Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. (hereinafter referred to as BOE) was used. The weight average molecular weight of the resin E was 15,000.
  • Synthesis Example 6 Synthesis of Resin F Instead of 30.00 g (100 mmol) of TDA-100, 3- (carboxymethyl) -1,2,4-cyclopentane tricarboxylic acid 1,4: 2,3-dianhydride ( A solid of resin F was obtained in the same manner as in Synthesis Example 4 except that 22.42 g (100 mmol) of Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. (hereinafter referred to as JPDA) was used. The weight average molecular weight of the resin F was 20000.
  • Synthesis Example 7 Synthesis of Resin G Instead of 30.00 g (100 mmol) of TDA-100, 21.81 g (100 mmol) of pyromellitic dianhydride (manufactured by Daicel Industries, Ltd., trade name "PMDA") was used. A solid of resin G was obtained in the same manner as in Synthesis Example 4 except for the above. The weight average molecular weight of the resin G was 28,000.
  • Synthesis Example 8 Synthesis of Resin H Instead of TDA-100 30.00 g (100 mmol), 1,2,3,4-cyclopentane tetracarboxylic acid dianhydride (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., CPDA) A solid of resin H was obtained in the same manner as in Synthesis Example 4 except that 21.01 g (100 mmol) was used. The weight average molecular weight of the resin H was 16000.
  • Synthesis Example 9 Synthesis of Resin I Instead of 30.00 g (100 mmol) of TDA-100, 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic acid dianhydride (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., CBDA) 19 A solid of resin I was obtained in the same manner as in Synthesis Example 4 except that .61 g (100 mmol) was used. The weight average molecular weight of Resin I was 25,000.
  • Synthesis Example 10 Synthesis of Resin J Instead of 30.00 g (100 mmol) of TDA-100, 1,2,3,4-butanetetracarboxylic acid dianhydride (manufactured by Wako Chemical Co., Ltd., hereinafter, BTA) 19. A solid of resin J was obtained in the same manner as in Synthesis Example 4 except that 81 g (100 mmol) was used. The weight average molecular weight of the resin J was 35,000.
  • the washed solid was dried in a ventilated oven at 50 ° C. for 3 days to obtain a solid of resin K.
  • the weight average molecular weight of the resin K was 30,000.
  • Synthesis Example 12 Synthesis of Resin L Instead of TDA-100 30.00 g (100 mmol), 2,2-bis (3,4-dicarboxyphenyl) hexafluoropropane dianhydride (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), Thereafter, a solid of resin L was obtained in the same manner as in Synthesis Example 4 except that 6FDA) 44.42 (100 mmol) was used. The weight average molecular weight of the resin L was 65,000.
  • Synthesis Example 14 Synthesis of Resin N
  • 28.63 g (100 mmol) of MBAA was dissolved in 131.79 NMP at room temperature with stirring under a nitrogen atmosphere. Then, while maintaining the temperature of the solution at 10 ° C. or less, add 20.30 (100 mmol) of isophthaloyl chloride (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., IPC hereinafter), 15.00 g of NMP, and 1 hour at 10 ° C. or less Then, the polymerization reaction was carried out at 23 ° C. for 6 hours.
  • this solution was poured into 3 L of water, and the resulting precipitate was separated by filtration and washed three times with 1.5 L of water.
  • the washed solid was dried in a ventilated oven at 50 ° C. for 3 days to obtain a solid of resin N.
  • the weight average molecular weight of the resin N was 30,000.
  • compositions, molecular weights and functional group concentrations of the resins of Synthesis Examples 1 to 14 are shown in Table 1.
  • Synthesis Example 15 Synthesis of Resin O
  • 27.20 g (95 mmol) of MBAA in MBA.131.79 g, 0.54 g of paraphenylene diamine (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., PDA, hereinafter) (5 mmol) was dissolved at room temperature with stirring under a nitrogen atmosphere. Thereafter, 19.81 g (100 mmol) of BTA and 15.00 g of NMP were added and reacted at 40 ° C. for 2 hours. Then, the polymerization reaction was conducted at 200 ° C. for 6 hours while distilling off water generated during the reaction.
  • the polymerization reaction was conducted at 200 ° C. for 6 hours while distilling off water generated during the reaction. After completion of the reaction, the temperature was lowered to room temperature, this solution was poured into 3 L of water, and the obtained precipitate was separated by filtration and washed three times with 1.5 L of water. The washed solid was dried in a ventilated oven at 50 ° C. for 3 days to obtain a solid of resin P.
  • the weight average molecular weight of the resin P was 35,000.
  • Synthesis Example 17 Synthesis of Resin Q In a well-dried four-necked flask, stirring of 27.20 g (95 mmol) of MBAA, 0.32 g (3 mmol) of PDA, and 0.10 g (1 mmol) of OBEA in 131.79 g of NMP under a nitrogen atmosphere The solution was allowed to dissolve at room temperature. Thereafter, 19.81 g (100 mmol) of BTA and 15.00 g of NMP were added, 1 h at 40 ° C., 0.28 g (2 mmol) of 4ABA were added, and the reaction was further performed at 40 ° C. for 1 h. Then, the polymerization reaction was conducted at 200 ° C.
  • the washed solid was dried in a ventilated oven at 50 ° C. for 3 days to obtain a solid of resin Q.
  • the weight average molecular weight of the resin Q was 30,000.
  • Synthesis Example 18 Synthesis of Resin R 5- (2,5-dioxotetrahydrofuryl) -3-methyl-3-cyclohexene-1,2-dicarboxylic anhydride instead of 30.00 g (100 mmol) of TDA-100
  • a solid of resin R was obtained in the same manner as in Synthesis Example 4 except that 26.42 g (100 mmol) (trade name "EPICLON B-4400" manufactured by DIC Corporation) was used.
  • the weight average molecular weight of the resin R was 20000.
  • Aqueous solution 1 to 21 As described in Table 1, the resin, the basic compound and water were mixed to prepare an aqueous solution having a solid content concentration of 15% by mass.
  • the compositions of the aqueous solutions 1 to 21 and the pH values of the aqueous solutions are shown in Table 2.
  • Comparative Example 8 80 parts by mass of the negative electrode active material for lithium ion battery obtained in Synthesis Example 15, 15 parts by mass of polyvinylidene fluoride (manufactured by Kishda Chemical Co., Ltd., hereinafter, PVdF), 5 parts by mass of acetylene black as a conductive additive, and 100 parts by mass of NMP It mixed and disperse

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Abstract

(a)ポリイミド、ポリアミドイミドおよびポリベンゾオキサゾールのうち少なくとも1種を含む樹脂であって、側鎖に、フェノール性水酸基、カルボキシル基およびスルホン酸基のうち少なくとも1つの酸性官能基を有し、該酸性官能基の濃度が3.4モル/kg以上である樹脂と、(b)塩基性化合物を含む樹脂組成物により、高強度、高弾性率でありながら、水溶液の長期安定性が高く、フィラーの分散性、バインダーとしての結着性が良好な樹脂組成物を提供する。

Description

樹脂組成物、積層体およびその製造方法、電極、二次電池ならびに電気二重層キャパシタ
 本発明は、樹脂組成物、積層体およびその製造方法、電極、二次電池ならびに電気二重層キャパシタに関する。
 リチウムイオン電池は、充電可能な高容量電池として、電子機器の高機能化や長時間動作を可能にした。さらに、リチウムイオン電池は自動車などに搭載され、ハイブリッド車、電気自動車の電池として有力視されている。
 現在広く使われているリチウムイオン電池は、正極としては、コバルト酸リチウムなどの活物質と、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などのバインダーとを含むスラリーを、アルミ箔上に塗布して形成されるものを有する。また、負極としては、炭素系の活物質と、PVDFやスチレン・ブタジエン・ゴム(SBR)などのバインダーとを含むスラリーを、銅箔上に塗布して形成されるものを有する。
 リチウムイオン電池の容量をさらに大きくするために、負極活物質として、シリコン、ゲルマニウムまたはスズを用いることが検討されている(例えば、特許文献1参照)。シリコン、ゲルマニウム、スズなどを用いた負極活物質は、リチウムイオンを大量に受け取ることができるために、十分に充電が行われたときと十分に放電が行われた時の体積の変化が大きい。一方で、上述のPVDF、SBRなどのバインダーでは、活物質の体積変化に追従できない。
 そこで、より高強度、高弾性率のポリイミド系の樹脂を負極のバインダーとする検討がなされている(例えば、特許文献2参照)。しかし、ポリイミド樹脂は、一般的に、N-メチルピロリドンやN,N’-ジメチルアセトアミドなどの有機溶剤にしか溶解せず、環境負荷が高いという問題がある。このため、樹脂を水系の溶媒に混和し、水系バインダーとして用いる検討が進められている。
 ポリイミド系の樹脂の水溶液に関しては、ポリイミド前駆体に水溶性有機アミンやイミダゾール系化合物を付加させたものの水溶液や(例えば、特許文献3~4参照)、側鎖に水酸基、カルボキシル基またはスルホン酸基を導入したポリイミドと、アルカリ金属の水酸化物等とを混合した水溶液が知られている(例えば、特許文献5、非特許文献1参照)。
Macromol Symposia,1996,           106,p.345-351
特開2009-199761号公報 特開2009-245773号広報 特開平8-3445号公報 特開2002-226582号公報 特開2011-137063号公報
 しかしながら、特許文献3~4に記載のようなポリイミド前駆体の水溶液には、ポリマー主鎖が加水分解して水溶液が劣化するという問題があった。また、特許文献5および非特許文献1に記載のようなポリイミド樹脂の水溶液には、樹脂の水への溶解性が低いために、水溶液としたときの長期安定性が不十分であるという問題があった。さらに、イオン化された側鎖とフィラーとの相互作用が小さく、この水溶液をスラリーとしたときに、十分なフィラー分散性や、バインダーとしての結着性を得ることができないという問題があった。
 本発明は、上記課題に鑑み、高強度、高弾性率でありながら、水溶液の長期安定性が高く、フィラーの分散性、バインダーとしての結着性が良好な樹脂組成物を提供することを目的とする。
 本発明は、(a)ポリイミド、ポリアミドイミドおよびポリベンゾオキサゾールのうち少なくとも1種を含む樹脂であって、側鎖に、フェノール性水酸基、カルボキシル基およびスルホン酸基のうち少なくとも1つの酸性官能基を有し、該酸性官能基の濃度が3.4モル/kg以上である樹脂と、(b)塩基性化合物を含む樹脂組成物である。
 本発明により、高強度、高弾性率でありながら、水溶液の長期安定性が高く、フィラーの分散性、バインダーとしての結着性が良好な樹脂組成物を得ることができる。
 以下、本発明に係る樹脂組成物、積層体およびその製造方法、電極、二次電池ならびに電気二重層キャパシタの好適な実施形態を詳細に説明する。なお、本発明は、これらの実施形態により限定されるものではない。
 <樹脂組成物>
 本発明の実施の形態に係る樹脂組成物は、(a)ポリイミド、ポリアミドイミドおよびポリベンゾオキサゾールのうち少なくとも1つを含む樹脂であって、側鎖に、フェノール性水酸基、カルボキシル基およびスルホン酸基のうち少なくとも1つの酸性官能基を有し、該酸性官能基の濃度が3.4モル/kg以上である樹脂と、(b)塩基性化合物を含む樹脂組成物である。
 ((a)樹脂)
 (a)ポリイミド、ポリアミドイミドおよびポリベンゾオキサゾールのうち少なくとも1種を含む樹脂は、フェノール性水酸基、カルボキシル基およびスルホン酸基のうち少なくとも1つの酸性官能基を側鎖に有する。(a)の樹脂は、酸性官能基を側鎖に有することで、水への溶解性に優れる。
 (a)の樹脂は、フェノール性水酸基、カルボキシル基およびスルホン酸基のうち少なくとも1つを側鎖に含む繰り返し単位構造を、全繰り返し単位中50モル%以上含むことが、水への溶解性をより向上させる上で好ましい。(a)の樹脂における上記繰り返し単位構造の含有量は、70モル%以上がより好ましく、90モル%以上がさらに好ましい。
 ポリイミドは、例えば、ジアミンとテトラカルボン酸またはその誘導体とを反応させて得られるポリマーである。ポリイミド中のジアミン残基が、フェノール性水酸基、カルボキシル基およびスルホン酸基のうち少なくとも1つを有することが好ましい。
 ポリアミドイミドは、例えば、ジアミンとトリカルボン酸またはその誘導体とを反応させて得られるポリマーである。ポリアミドイミド中のジアミン残基が、フェノール性水酸基、カルボキシル基およびスルホン酸基のうち少なくとも1つを有することが好ましい。
 ポリベンゾオキサゾールは、例えば、ヒドロキル基を有するジアミンとジカルボン酸またはその誘導体とを反応させて得られるポリマーである。ポリベンゾオキサゾール中のジカルボン酸残基が、フェノール性水酸基、カルボキシル基およびスルホン酸基のうち少なくとも1つを有することが好ましい。
 ジアミンの好ましい具体例としては、ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)スルホン、ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)メチレン、ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)エーテル、ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシ)ビフェニル、ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)フルオレン、ビス(4-アミノ-3-ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビス(4-アミノ-3-ヒドロキシフェニル)スルホン、ビス(4-アミノ-3-ヒドロキシフェニル)プロパン、ビス(4-アミノ-3-ヒドロキシフェニル)メチレン、ビス(4-アミノ-3-ヒドロキシフェニル)エーテル、ビス(4-アミノ-3-ヒドロキシ)ビフェニル、ビス(4-アミノ-3-ヒドロキシフェニル)フルオレンのようなヒドロキル基を有するジアミンや、3-カルボキシ-4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、3,5-ジアミノ安息香酸、3,4-ジアミノ安息香酸、3,3’-ジカルボキシ-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジカルボキシ-3,3’-ジアミノジフェニルメタン、ビス(3-アミノ-4-カルボキシフェニル)スルホン、2,2-ビス(3-アミノ-4-カルボキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-アミノ-5-カルボキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-アミノ-3-カルボキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-アミノ-4-カルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(3-アミノ-5-カルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(4-アミノ-3-カルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビス(3-アミノ-4-カルボキシフェニル)エーテルなどのカルボキシル基含有ジアミン、3-スルホン酸-4,4’-ジアミノジフェニルエーテルなどのスルホン酸含有ジアミンおよびそれらの芳香環が水添化された化合物などが挙げられる。
 また、水溶液の長期安定性を損なわない範囲で、フェノール性水酸基、カルボキシル基およびスルホン酸基のうち少なくとも1つを有するジアミン以外のジアミン(他のジアミン)を、共重合成分として用いても良い。他のジアミンの好ましい具体例としては、3,4’-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、3,3’-ジアミノジフェニルエーテル、3,4’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、3,3’-ジアミノジフェニルメタン、3,4’-ジアミノジフェニルスルホン、4,4’-ジアミノジフェニルスルホン、3,3’-ジアミノジフェニルスルホン、3,4’-ジアミノジフェニルスルフィド、4,4’-ジアミノジフェニルスルフィド、3,3’-ジアミノジフェニルスルフィド、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、m-フェニレンジアミン、p-フェニレンジアミン、1,5-ナフタレンジアミン、2,6-ナフタレンジアミン、ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、4,4’-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル、ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]エーテル、2,2’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、2,2’-ジエチル-4,4’-ジアミノビフェニル、3,3’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、3,3’-ジエチル-4,4’-ジアミノビフェニル、2,2’,3,3’-テトラメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、3,3’,5,5’-テトラメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、2,2’-ジ(トリフルオロメチル)-4,4’-ジアミノビフェニルおよびそれらの芳香環が水添化された化合物などが挙げられる。
 (a)の樹脂がポリベンゾオキサゾールである場合は、上に示したヒドロキシル基を有するジアミンが好ましく用いられる。
 テトラカルボン酸またはその誘導体の好ましい具体例としては、ピロメリット酸、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸、2,3,3’,4’-ビフェニルテトラカルボン酸、2,2’,3,3’-ビフェニルテトラカルボン酸、3,3’,4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸、2,2’,3,3’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸、2,2-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(2,3-ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、1,1-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)エタン、1,1-ビス(2,3-ジカルボキシフェニル)エタン、ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)メタン、ビス(2,3-ジカルボキシフェニル)メタン、ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)スルホン、ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)エーテル、1,2,5,6-ナフタレンテトラカルボン酸、2,3,6,7-ナフタレンテトラカルボン酸、2,3,5,6-ピリジンテトラカルボン酸、3,4,9,10-ペリレンテトラカルボン酸などの芳香族テトラカルボン酸や、1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸、1,2,3,4-シクロペンタンテトラカルボン酸、シクロヘキサンテトラカルボン酸、ビシクロ[2.2.1.]ヘプタンテトラカルボン酸、ビシクロ[3.3.1.]テトラカルボン酸、ビシクロ[3.1.1.]ヘプト-2-エン-テトラカルボン酸、ビシクロ[2.2.2.]オクタンテトラカルボン酸、アダマタンテトラカルボン酸、ビシクロ[2,2,2]オクト-7-エン-2,3,5,6-テトラカルボン酸、メソ-ブタン-1,2,3,4-テトラカルボン酸、1,2,3,4-ブタンテトラカルボン酸などの脂肪族テトラカルボン酸、および、これらテトラカルボン酸の二無水物、または、1,3,3a,4,5,9b-ヘキサヒドロ-5(テトラヒドロ-2,5-ジオキソ-3-フラニル)ナフト[1,2-c]フラン-1,3-ジオン、3-(カルボキシメチル)-1,2,4-シクロペンタントリカルボン酸1,4:2,3-二無水物などが挙げられる。
 トリカルボン酸またはその誘導体の好ましい具体例としては、トリメリット酸、トリメシン酸、ジフェニルエーテルトリカルボン酸、ビフェニルトリカルボン酸、および、これらトリカルボン酸の無水物などが挙げられる。
 ジカルボン酸またはその誘導体の好ましい具体例としては、3,5-ジカルボキシフェノール、2,4-ジカルボキシフェノール、2,5-ジカルボキシフェノールのようなヒドロキル基を有するジカルボン酸、3,5-ジカルボキシベンゼンスルホン酸、2,4-ジカルボキシベンゼンスルホン酸、2,5-ジカルボキシベンゼンスルホン酸のようなスルホン酸基を有するジカルボン酸などが挙げられる。 
 また、水溶液の長期安定性を損なわない範囲で、フェノール性水酸基、カルボキシル基およびスルホン酸基のうち少なくとも1つを有するジカルボン酸以外のジカルボン酸(他のジカルボン酸)を共重合成分として用いても良い。他のジカルボン酸の好ましい具体例としては、テレフタル酸、イソフタル酸、ジフェニルエーテルジカルボン酸、ジフェニルスルホンジカルボン酸、ジフェニルメタンジカルボン酸、ビフェニルジカルボン酸、2,2’-ビス(カルボキシフェニル)プロパン、2,2’-ビス(カルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパンなどが挙げられる。
 また、(a)の樹脂は、ポリイミド、ポリアミドイミドおよびポリベンゾオキサゾール以外の樹脂(他の樹脂)と混合して用いられても良い。他の樹脂の好ましい具体例としては、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ビニル樹脂、フェノール樹脂およびセルロース樹脂などが挙げられる。特に好ましい例としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンおよびカルボキシメチルセルロースが挙げられる。
 このとき、樹脂組成物の強度および弾性率の観点から、(a)の樹脂は、樹脂全体の80質量%以上含まれることが好ましく、より好ましくは85モル%以上含まれ、さらに好ましくは90モル%以上含まれ、最も好ましくは95モル%以上含まれる。
 (a)の樹脂における酸性官能基の濃度は、3.4モル/kg以上であり、好ましくは3.5モル/kg以上であり、より好ましくは4.0モル/kg以上であり、最も好ましくは4.3モル/kg以上である。(a)の樹脂における酸性官能基の濃度を高めることによって、水溶液の長期間の安定性が向上する。また、樹脂組成物が後述のフィラーを含む場合に、樹脂とフィラーとの相互作用が高まって、樹脂組成物内のフィラーの分散性や、バインダーとしての結着性が向上する。これにより、樹脂組成物から作製した塗膜の、厚み均一性や耐薬品性が向上する。(a)の樹脂における酸性官能基の濃度の上限値は、特に制限はないが、6.0モル/kg以下であることが好ましい。
 ここでいう酸性官能基の濃度とは、(a)の樹脂1kgあたりに含まれる酸性官能基のモル数であり、以下のように算出される。(a)の樹脂における繰り返し単位中の酸性官能基の数をA(個)、当該繰り返し単位の分子量をBとする。
 A、Bについては、例えば下記繰り返し単位の場合、A=2、B=548となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
 また、下記繰り返し単位の場合、A=2、B=851となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
 官能基濃度は、A/B×1000で算出される。
 また、(a)の樹脂が複数の繰り返し単位を有する共重合体である場合は、各繰り返し単位の官能基濃度とモル比を掛け合わせたものの総和を、(a)の樹脂の官能基濃度とする。例えば、下記構造でn/(n+m)=0.7である場合、A=2×0.7=1.4、B=548×0.7+382×0.3=498であるので、官能基濃度は、1.4/498×1000=2.81である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
 さらに、水溶液の長期安定性がより高くなるという観点、および、樹脂組成物が後述のフィラーを含む場合に、樹脂とフィラーとの相互作用がより高まって、樹脂組成物内のフィラーの分散性や、バインダーとしての結着性がより向上する観点から、(a)の樹脂は下記一般式(1)で表される構造を繰り返し単位として含むことが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
 一般式(1)中、Rは、炭素数2~50の2価の有機基を示し、フェノール性水酸基、カルボキシル基およびスルホン酸基のうち少なくとも1つを含む。Rは、炭素数2~50の、3価または4価の有機基を示す。
 一般式(1)で表される構造を繰り返し単位として含む樹脂は、例えば、構造中にフェノール性水酸基、カルボキシル基およびスルホン酸基のうち少なくとも1つを含むジアミンと、テトラカルボン酸またはその誘導体とを反応させて得られる。
 樹脂組成物が後述のフィラーを含む場合に、樹脂とフィラーとの相互作用がより高まって、樹脂組成物内のフィラーの分散性や、バインダーとしての結着性がより向上する観点から、一般式(1)で表される構造を繰り返し単位として含む樹脂は、(a)の樹脂全体の60モル%以上含まれることが好ましく、より好ましくは80モル%以上含まれ、さらに好ましくは90モル%以上含まれ、最も好ましくは95モル%以上含まれる。
 樹脂中の一般式(1)で表される構造単位の含有量は、以下の方法で見積もることができる。一つは、樹脂を赤外分光法(FT-IR)、核磁気共鳴(NMR)、熱重量測定-質量分析(TG-MS)、飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF―SIMS)などで分析する方法である。別の方法は、樹脂を各構成成分に分解してから、ガスクロマトグラフィー(GC)、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)、質量分析(MS)、FT-IR、NMRなどで分析する方法である。さらに別の方法は、高温で樹脂を灰化したあとに、元素分析などで分析する方法である。
 特に、本発明においては、樹脂を各構成成分に分解してから、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)と質量分析(MS)を組み合わせて分析する。
 (ジアミン残基)
 一般式(1)中、Rは、構造中にフェノール性水酸基、カルボキシル基およびスルホン酸基のうち少なくとも1つを含むジアミン残基を表す。上記ジアミン残基を与える好ましいジアミンの具体例としては、前述の通りである。
 水溶液の長期安定性という観点から、(a)の樹脂に含まれる一般式(1)で表される構造の総数中、Rが芳香族骨格を有する構造のものを20モル%以上含むことが好ましい。すなわち、(a)の樹脂中におけるRの20モル%以上が芳香族ジアミン残基であることが好ましい。より好ましくは50モル%以上、さらに好ましくは70モル%以上、最も好ましくは90モル%以上である。
 また、水溶液の長期安定性という観点から、Rは、下記一般式(2)および(3)の少なくとも一方であることがより好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
 R15は、ハロゲン原子または炭素数1~8の1価の有機基を示す。sは0~3の整数を示す。tは1または2の整数を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
 R16およびR17は、それぞれ独立に、ハロゲン原子または炭素数1~8の1価の有機基を示す。uおよびvは、それぞれ独立に、0~3の整数を示す。wおよびxは、それぞれ独立に、1または2の整数を示す。R18は、単結合、O、S、NH、SO、COまたは炭素数1~3の2価の有機基である。
 炭素数1~3の2価の有機基の好ましい具体例としては、炭素数1~3の飽和炭化水素基などが挙げられる。
 樹脂組成物が後述のフィラーを含む場合に、樹脂とフィラーとの相互作用がより高まって、樹脂組成物内のフィラーの分散性や、バインダーとしての結着性がより向上する観点から、sは0であることが好ましい。
 樹脂組成物が後述のフィラーを含む場合に、樹脂とフィラーとの相互作用がより高まって、樹脂組成物内のフィラーの分散性や、バインダーとしての結着性がより向上する観点から、uおよびvは0であることが好ましい。
 一般式(2)または(3)で表されるジアミン残基を与えるジアミンとしては、3,5-ジアミノ安息香酸、3,4-ジアミノ安息香酸、3,3’-ジカルボキシ-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジカルボキシ-3,3’-ジアミノジフェニルメタン、ビス(3-アミノ-5-カルボキシフェニル)メタン、ビス(3-アミノ-4-カルボキシフェニル)スルホン、2,2-ビス(3-アミノ-4-カルボキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-アミノ-5-カルボキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-アミノ-3-カルボキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(3-アミノ-4-カルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(3-アミノ-5-カルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(4-アミノ-3-カルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビス(3-アミノ-4-カルボキシフェニル)エーテルなどが挙げられる。
 また、水溶液の長期安定性を損なわない範囲で、上記した構造中に、前述した他のジアミンの残基を含んでも良い。他のジアミン残基の好ましい含有量は、(a)の樹脂中におけるRのうち40モル%以下であり、より好ましくは30モル%以下であり、さらに好ましくは25モル%以下であり、最も好ましくは10モル%以下である。
 組成物が後述のフィラーを含む場合に、樹脂とフィラーとの相互作用が高まって、樹脂組成物内のフィラーの分散性が向上し、耐薬品性が向上する観点から特に好ましくはRの1~25モル%が下記一般式(4)および(5)の少なくとも一方である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
19は、ハロゲン原子または炭素数1~8の1価の有機基を示す。kは0~4の整数を示す。
樹脂組成物が後述のフィラーを含む場合に、樹脂とフィラーとの相互作用がより高まって、樹脂組成物内のフィラーの分散性や、バインダーとしての結着性がより向上する観点から、kは0であることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
20およびR21は、それぞれ独立に、ハロゲン原子または炭素数1~8の1価の有機基を示す。lおよびmは、それぞれ独立に、0~4の整数を示す。R22は、単結合、O、S、NH、SO、COまたは炭素数1~3の2価の有機基である。
炭素数1~3の2価の有機基の好ましい具体例としては、炭素数1~3の飽和炭化水素基などが挙げられる。
 樹脂組成物が後述のフィラーを含む場合に、樹脂とフィラーとの相互作用がより高まって、樹脂組成物内のフィラーの分散性や、バインダーとしての結着性がより向上する観点から、lおよびmは0であることが好ましい。
 これらのジアミン残基を与える原料としては、ジアミンの他に、ジアミン残基の構造にアミノ基の代わりにイソシアネート基が結合したジイソシアネート化合物や、ジアミンのアミノ基の2つの水素原子がトリメチルシリル基に置換されたテトラトリメチルシリル化ジアミンを使用することもできる。
 さらに、基材との密着性向上のため、(a)の樹脂中におけるRの1~10モル%が、シロキサン結合を含んだジアミン残基であってもよい。シロキサン結合を含んだジアミン残基を与える具体的なジアミンとしては、1,3-ビス(3-アミノプロピル)テトラメチルジシロキサンなどが挙げられる。
組成物が後述のフィラーを含む場合に、樹脂とフィラーとの相互作用が高まって、樹脂組成物内のフィラーの分散性が向上し、樹脂組成物から作製した膜の厚み均一性が向上する観点からRの0.1~10モル%が下記一般式(6)であることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
24は、水素原子またはメチル基を示す。pおよびqは、それぞれ独立に、0以上整数を示し、1<p+q<20である。
樹脂組成物が後述のフィラーを含む場合に、樹脂とフィラーとの相互作用がより高まって、樹脂組成物内のフィラーの分散性や、バインダーとしての結着性がより向上する観点から、R24は水素原子かつ、p=0であることがより好ましく、さらに1<q<4であることがさらに好ましい。
 (酸残基)
 一般式(1)中、Rはテトラカルボン酸残基(以下、「酸残基」という)を表す。酸残基を与える好ましいテトラカルボン酸またはその誘導体の例としては、前述の通りである。
 また、上に例示したテトラカルボン酸に基づくカルボン酸残基の水素原子が、水酸基、アミノ基、スルホン酸基、スルホン酸アミド基またはスルホン酸エステル基で1~4個置換されたものを用いてもよい。
 酸残基としては、下記構造から選ばれる少なくとも1つであることが好ましい。すなわち、Rが下記構造から選ばれる少なくとも1つであることが好ましい。このうちより好ましくは脂肪族構造のものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
 RおよびRは、それぞれ独立に、ハロゲン原子または炭素数1~6の有機基を示す。R~R14は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子または炭素数1~6の有機基を示す。aは0~2の整数である。aは0~4の整数である。aおよびaは、それぞれ独立に0~4の整数であって、a+a<5である。aは0~6の整数である。aおよびaは、それぞれ独立に、0~2の整数である。
 RおよびRの好ましい具体例としては、塩素原子、フッ素原子、炭素数1~4の飽和炭化水素基、炭素数4~6の環状飽和炭化水素基、トリフルオロメチル基などが挙げられる。
 R~R14の好ましい具体例としては、水素原子、塩素原子、フッ素原子、炭素数1~4の飽和炭化水素基、炭素数4~6の環状飽和炭化水素基、トリフルオロメチル基などが挙げられる。樹脂組成物が後述のフィラーを含む場合に、樹脂とフィラーとの相互作用がより高まって、樹脂組成物内のフィラーの分散性や、バインダーとしての結着性がより向上する観点から、R~R14は水素原子であることがより好ましい。
 また、同様の観点から、aおよびaは0であることが好ましく、a+a<2であることが好ましく、aは0~2であることが好ましく、0であることがより好ましく、aおよびaは0~1であることが好ましく、0であることがより好ましい。
 これらの酸残基を使用することで、水溶液の長期間の安定性が向上するばかりでなく、樹脂組成物が後述のフィラーを含む場合に、樹脂とフィラーとの相互作用が高まって、樹脂組成物内のフィラーの分散性が向上する。これにより、樹脂組成物から作製した膜の厚み均一性や、耐薬品性が向上する。
 上記の効果を得る上で最も好ましい酸残基は、下記構造である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019
 さらに、必要に応じて、1,3-ビス(p-カルボキシフェニル)-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1-(p-カルボキシフェニル)3-フタル酸-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1,3-ビスフタル酸-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサンなどの、シロキサン結合を有するカルボキシル化合物を用いることもできる。シロキサン結合を有するカルボキシル化合物に由来する酸残基を含有することにより、樹脂組成物から作製した膜の、基板に対する接着性を高めることができる。
 (末端封止剤)
 水溶液の安定性、フィラーの分散性の観点で、一般式(1)で表される構造を繰り返し単位として含む樹脂の末端骨格は、下記一般式(7)、(8)および(9)で表される構造から選ばれた少なくとも1つを含むことが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000020
 R25、R26およびR27は、それぞれ独立に、炭素数4~30の1価の有機基を示し、フェノール性水酸基、カルボキシル基およびスルホン酸基のうち少なくとも1つを含む。
 これらの構造は、酸無水物、モノカルボン酸、およびモノアミン化合物などの末端封止剤によって樹脂の末端を封止することで、導入することができる。
 一般式(4)中、25は酸無水物の残基を表す。酸無水物の具体例としては、3-ヒドロキシフタル酸無水物などが挙げられる。
 一般式(5)中、R26はモノカルボン酸の残基を表す。モノカルボン酸の具体例としては、2-カルボキシフェノール、3-カルボキシフェノール、4-カルボキシフェノール、2-カルボキシチオフェノール、3-カルボキシチオフェノール、4-カルボキシチオフェノール、1-ヒドロキシ-8-カルボキシナフタレン、1-ヒドロキシ-7-カルボキシナフタレン、1-ヒドロキシ-6-カルボキシナフタレン、1-ヒドロキシ-5-カルボキシナフタレン、1-ヒドロキシ-4-カルボキシナフタレン、1-ヒドロキシ-3-カルボキシナフタレン、1-ヒドロキシ-2-カルボキシナフタレン、1-メルカプト-8-カルボキシナフタレン、1-メルカプト-7-カルボキシナフタレン、1-メルカプト-6-カルボキシナフタレン、1-メルカプト-5-カルボキシナフタレン、1-メルカプト-4-カルボキシナフタレン、1-メルカプト-3-カルボキシナフタレン、1-メルカプト-2-カルボキシナフタレン、2-カルボキシベンゼンスルホン酸、3-カルボキシベンゼンスルホン酸、4-カルボキシベンゼンスルホン酸などが挙げられる。
 一般式(6)中、R27はモノアミンの残基を表す。モノアミンの具体例としては、3-アミノ-4,6-ジヒドロキシピリミジン、2-アミノフェノール、3-アミノフェノール、4-アミノフェノール、5-アミノ-8-ヒドロキシキノリン、4-アミノ-8-ヒドロキシキノリン、1-ヒドロキシ-8-アミノナフタレン、1-ヒドロキシ-7-アミノナフタレン、1-ヒドロキシ-6-アミノナフタレン、1-ヒドロキシ-5-アミノナフタレン、1-ヒドロキシ-4-アミノナフタレン、1-ヒドロキシ-3-アミノナフタレン、1-ヒドロキシ-2-アミノナフタレン、1-アミノ-7-ヒドロキシナフタレン、2-ヒドロキシ-7-アミノナフタレン、2-ヒドロキシ-6-アミノナフタレン、2-ヒドロキシ-5-アミノナフタレン、2-ヒドロキシ-4-アミノナフタレン、2-ヒドロキシ-3-アミノナフタレン、1-アミノ-2-ヒドロキシナフタレン、1-カルボキシ-8-アミノナフタレン、1-カルボキシ-7-アミノナフタレン、1-カルボキシ-6-アミノナフタレン、1-カルボキシ-5-アミノナフタレン、1-カルボキシ-4-アミノナフタレン、1-カルボキシ-3-アミノナフタレン、1-カルボキシ-2-アミノナフタレン、1-アミノ-7-カルボキシナフタレン、2-カルボキシ-7-アミノナフタレン、2-カルボキシ-6-アミノナフタレン、2-カルボキシ-5-アミノナフタレン、2-カルボキシ-4-アミノナフタレン、2-カルボキシ-3-アミノナフタレン、1-アミノ-2-カルボキシナフタレン、2-アミノニコチン酸、4-アミノニコチン酸、5-アミノニコチン酸、6-アミノニコチン酸、4-アミノサリチル酸、5-アミノサリチル酸、6-アミノサリチル酸、3-アミノ-o-トルイック酸、アメライド、2-アミノ安息香酸、3-アミノ安息香酸、4-アミノ安息香酸、2-アミノベンゼンスルホン酸、3-アミノベンゼンスルホン酸、4-アミノベンゼンスルホン酸な、5-アミノ-8-メルカプトキノリン、4-アミノ-8-メルカプトキノリン、1-メルカプト-8-アミノナフタレン、1-メルカプト-7-アミノナフタレン、1-メルカプト-6-アミノナフタレン、1-メルカプト-5-アミノナフタレン、1-メルカプト-4-アミノナフタレン、1-メルカプト-3-アミノナフタレン、1-メルカプト-2-アミノナフタレン、1-アミノ-7-メルカプトナフタレン、2-メルカプト-7-アミノナフタレン、2-メルカプト-6-アミノナフタレン、2-メルカプト-5-アミノナフタレン、2-メルカプト-4-アミノナフタレン、2-メルカプト-3-アミノナフタレン、1-アミノ-2-メルカプトナフタレン、3-アミノ-4,6-ジメルカプトピリミジン、2-アミノチオフェノール、3-アミノチオフェノール、4-アミノチオフェノールなどが挙げられる。
 これらの酸無水物、モノカルボン酸、およびモノアミン化合物などの末端封止剤は、単独又は2種以上を組み合わせて使用できる。また、これら以外の末端封止剤を併用してもよい。
 (a)の樹脂における、上記した末端封止剤の含有量は、カルボン酸残基およびアミン残基を構成する成分モノマーの仕込みモル数の0.1~60モル%の範囲が好ましく、5~50モル%がより好ましい。このような範囲とすることで、塗布する際の溶液の粘性が適度で、かつ優れた膜物性を有した樹脂組成物を得ることができる。
 通常の重縮合反応と同様に、ジアミンと酸の仕込み比率(モル比)が1:1に近いほど、生成する重合体の重合度は大きくなり、重量平均分子量が増加する。本発明においては、(a)の樹脂の重量平均分子量が、10,000以上150,000以下であることが好ましい。重量平均分子量は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)により測定され、ポリスチレン換算で求められる値である。GPCの測定条件を下記する。
1) 機器装置 : Waters 2690
2) カラム: TOSOH CORPORATION, TSK-GEL(d-4000 & d-2500)
3) 溶媒 : NMP
4) 流速 : 0.4mL/min
5) 試料濃度 : 0.05~0.1 wt%
6) 注入量 : 50μL
7) 温度 : 40℃
8) 検出器 : Waters 996
 なお、換算に用いるポリスチレンには、Polymer Laboratories社の標準ポリスチレンを用いる。
 (a)の樹脂の重量平均分子量を10,000以上とすることにより、バインダーとして十分な結着性を持たせることができる。一方、(a)の樹脂の重量平均分子量を150,000以下とすることにより、溶媒への高い溶解性を維持できる。上記の重量平均分子量を持つ重合体を得るには、ジアミンと酸の仕込み比率(モル比)は、100:50~150であることが好ましい。
 上記重縮合反応に用いられる溶媒としては、生成した樹脂が溶解するものであれば特に限定されるものではないが、N-メチル-2-ピロリドン、N-メチルカプロラクタム、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、γ-ブチロラクトン、ジメチルイミダゾリン等の非プロトン性極性溶媒、フェノール、m-クレゾール、クロロフェノール、ニトロフェノールなどのフェノール系溶媒、ポリリン酸、リン酸に5酸化リンを加えたリン系溶媒などを好ましく用いることができる。
 一般には、これらの溶媒中で、酸無水物またはジカルボン酸ジエステル体とジアミンまたはジイソシアナートとを150℃以上の温度で反応させることにより、ポリイミド重合体を得る。また、反応促進のため、トリエチルアミン、ピリジンなどの塩基類を触媒として添加することができる。その後、水などに投入して樹脂を析出させ、乾燥させることで重合体を固体として得ることができる。
 ((b)塩基性化合物)
 本発明の実施の形態に係る樹脂組成物は、(b)塩基性化合物を含むことにより、(a)の樹脂に含まれるフェノール性水酸基、カルボキシル基またはスルホン酸基と(b)塩基性化合物とが塩を形成し、樹脂組成物の水に対する溶解性および分散安定性が向上する。
 (b)塩基性化合物としては、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の水酸化物や炭酸塩、有機アミン類などが挙げられる。特に、樹脂組成物から作製した塗膜の強度および耐薬品性をより向上させる観点から、アルカリ金属から選ばれる少なくとも1つの元素を含む化合物が好ましい。
 アルカリ金属の水酸化物の例としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウムおよび水酸化セシウムなどが挙げられる。これらを2種類以上含有しても良い。樹脂組成物の水に対する溶解性および分散安定性を向上させるという観点から、水酸化リチウム、水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウムが好ましい。
 アルカリ金属の炭酸塩の例としては、炭酸リチウム、炭酸水素リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素ルビジウム、炭酸セシウム、炭酸水素セシウムおよび炭酸ナトリウムカリウムなどを挙げることができる。これらを2種類以上含有しても良い。樹脂組成物の水に対する溶解性および分散安定性などの観点から、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウムおよび炭酸ナトリウムカリウムが好ましく、炭酸ナトリウムおよび炭酸水素ナトリウムがより好ましい。
 有機アミン類としては、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリイソプロピルアミン、トリブチルアミン、トリエタノールアミン、N-メチルエタノールアミンなどの脂肪族3級アミンや、ピリジン、N,N-ジメチルアミノピリジン、ルチジンなどの芳香族アミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシドなどの4級アンモニウム塩などが挙げられる。これらを2種類以上用いても良い。
 上記の中でも、(b)塩基性化合物としては、炭酸ナトリウムおよび水酸化ナトリウムが特に好ましい。
 樹脂組成物における(b)塩基性化合物の含有量は、(a)の樹脂中の酸性官能基100モル%に対して、樹脂を十分に溶解できる点で、20モル%以上が好ましく、50モル%以上がより好ましい。また、樹脂の分解や塗膜にした際のクラックの発生を防止できる点で、450モル%以下が好ましく、400モル%以下がより好ましく、300モル%以下が好ましく、250モル%以下が最も好ましい。
本発明の実施の形態に係る樹脂組成物は固形分濃度15質量%で水に溶解させたときのpHが4~12であることが好ましい。
この範囲を外れると、樹脂組成物が後述のフィラーを含有する際のフィラーの分散性が悪化し、樹脂組成物から作製した塗膜の、厚み均一性、強度および耐薬品性が低下する。上記特性をより向上させる観点から、樹脂組成物のpHの好ましい範囲は5以上であり、また、10以下である。
pHの値については、(a)ポリイミド、ポリアミドイミドおよびポリベンゾオキサゾールのうち少なくとも1種を含む樹脂であって、側鎖に、フェノール性水酸基、カルボキシル基およびスルホン酸基のうち少なくとも1つの酸性官能基を有し、該酸性官能基の濃度が3.4モル/kg以上である樹脂と、(b)塩基性化合物を含む樹脂組成物を濃度15質量%で水に溶解させるか、電池の部材から完全に抽出した(a)ポリイミド、ポリアミドイミドおよびポリベンゾオキサゾールのうち少なくとも1種を含む樹脂であって、側鎖に、フェノール性水酸基、カルボキシル基およびスルホン酸基のうち少なくとも1つの酸性官能基を有し、該酸性官能基の濃度が3.4モル/kg以上である樹脂と、(b)塩基性化合物を含む樹脂組成物を濃度15質量%で水に溶解させた値とする。
 ((c)水)
 本発明の実施の形態に係る樹脂組成物は溶媒として(c)水を含む。水溶液の安定性の観点から、溶媒中の(c)水は、樹脂組成物に含まれる溶媒のうちの80質量%以上を占めることが好ましい。より好ましくは90質量%以上であり、最も好ましくは99質量%以上である。
 本発明の実施の形態に係る樹脂組成物は、(a)の樹脂100質量部に対して、(c)水を50~1,000,000質量部含有することが好ましい。一般に、塗布性の観点からは、(a)の樹脂100質量部に対して、ゲル化を抑制できる点で、(c)水が50質量部以上が好ましく、100質量部以上がより好ましい。また、分解を抑制できる点で、(a)の樹脂100質量部に対して、(c)水が100,000質量部以下が好ましく、3,000質量部以下がより好ましい。
 また、本発明の実施の形態に係る樹脂組成物の粘度は、作業性の観点から、25℃で、1mPa・s~100Pa・sの範囲内であることが好ましい。
 本発明の実施の形態に係る樹脂組成物は、pHが4~12であることが好ましい。この範囲を外れると、樹脂組成物が後述のフィラーを含有する際のフィラーの分散性が悪化し、樹脂組成物から作製した塗膜の、厚み均一性、強度および耐薬品性が低下する。上記特性をより向上させる観点から、樹脂組成物のpHの好ましい範囲は5以上であり、また、10以下である。
 本発明におけるpHは、pHメーター(LAQUA F-71、堀場製作所製)を用いて測定される値である。pHの校正は、JIS Z 8802(2011)「pH測定方法」に定められているうち、下記の5種類の標準液(pH2、4、7、9、12)を用いて行う。
○pH2標準液(しゅう酸塩)
 0.05mol/L 四しゅう酸カリウム水溶液
○pH4標準液(フタル酸塩)
 0.05mol/L フタル酸水素カリウム水溶液
○pH7標準液(中性りん酸塩:下記2水溶液の混合液)
 0.025mol/L リン酸二水素カリウム水溶液
 0.025mol/L リン酸水素二ナトリウム水溶液
○pH9標準液(ほう酸塩)
 0.01mol/L 四ホウ酸ナトリウム(ホウ砂)水溶液
○pH12標準液
 飽和水酸化カルシウム水溶液。
 本発明の実施の形態に係る樹脂組成物は、塗布性をより向上させる観点から、界面活性剤などを含有してもよい。また、エタノールやイソプロピルアルコール等の低級アルコール、エチレングリコールやプロピレングリコール等の多価アルコールといった、有機溶媒を含有してもよい。樹脂組成物中の有機溶媒の含有量は、樹脂組成物全体の50質量%以下が好ましく、10質量%以下がより好ましい。
 本発明の実施の形態に係る樹脂組成物を作成する際の方法に特に制限はないが、所定量の塩基性化合物を水に溶解させた後に、樹脂粉末を少しずつ溶解させるのが、安全性の観点から好ましい。中和反応が遅い場合は、30~110℃程度の水浴や油浴で加温してもよいし、超音波処理してもよい。溶解した後に、さらに水を加えたり、濃縮したりして所定の粘度に調整してもよい。
 ((d)フィラー)
 本発明の実施の形態に係る樹脂組成物は、(d)フィラーを含有していてもよい。樹脂組成物が(d)フィラーを含有することにより、樹脂組成物から作製した膜の機械強度や耐熱性が向上する。さらに、(d)フィラーとして、導電性の粒子や、高屈折フィラーまたは低屈折フィラーを用いることにより、樹脂組成物を電子材料や光学材料に利用することも可能である。(d)フィラーを含有する樹脂組成物は、スラリー状であってもよい。
 (d)フィラーの好ましい例としては、炭素、マンガン、アルミニウム、バリウム、コバルト、ニッケル、鉄、ケイ素、チタン、スズ、およびゲルマニウムのうち少なくとも1種類の原子を含む化合物が挙げられる。これらの化合物は、電極活物質、強度補強材、熱伝導物質または高誘電物質としての役割を果たす。このため、本発明の実施の形態に係る樹脂組成物がフィラーを含有し、スラリー状とすることで、電子部品、二次電池、電気二重層キャパシタなどの機能部材用スラリーとして使用できる。
 二次電池や電気二重層キャパシタにおける正極用のフィラーの例としては、リン酸鉄リチウム、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、活性炭およびカーボンナノチューブなどが挙げられる。
 二次電池や電気二重層キャパシタにおける負極用のフィラーの例としては、ケイ素、酸化ケイ素、炭化ケイ素、スズ、酸化スズ、ゲルマニウム、チタン酸リチウム、ハードカーボン、ソフトカーボン、活性炭およびカーボンナノチューブなどが挙げられる。特に、ケイ素、スズ、またはゲルマニウムを活物質として用いた蓄電池は、充電時に活物質の体積膨張が大きいため、(a)の樹脂のような機械強度の高い樹脂をバインダーとして用いることが、活物質の微粉化を防ぐ上で好ましい。また、フィラーがチタン酸リチウムの場合は、レート特性に優れた二次電池や電気二重層キャパシタを得ることができる。
 負極用のフィラーの例として特に好ましいのは、シリコン、酸化シリコン、チタン酸リチウム、シリコンカーバイド、それらのうち2つ以上の混合体、それらのうち1つないしは2つ以上の混合体と炭素との混合体、およびそれらのうち1つないしは2つ以上の混合体の表面がカーボンコートされたもの、のうち少なくとも1種類を含むフィラーである。これらの活物質は(a)の樹脂による結着性が特に強く、容量維持率の高い二次電池や電気二重層キャパシタを得ることができる。
 本発明の実施の形態に係る樹脂組成物における(d)フィラーの含有量は、(a)の樹脂100質量部に対し、樹脂組成物から得られる膜の機械強度や耐熱性を向上できる点で、0.01質量部以上が好ましく、0.1質量部以上がより好ましい。また、樹脂組成物の塗膜強度を維持できる点で、100,000質量部以下が好ましく、10,000質量部以下がより好ましい。
 スラリーは、例えば、樹脂を水または溶剤に溶解あるいは分散させたものに、フィラーと、必要によりその他の成分とを添加して、均一に混合することで得ることができる。混合には、プラネタリーミキサー、自転公転式ミキサー、三本ロール、ボールミル、メカニカルスターラー、薄膜旋回型ミキサーなどを用いる方法が挙げられる。
 <積層体>
 本発明の実施の形態に係る積層体は、基材の少なくとも片面に、上述の樹脂組成物から製膜された層を有する。この積層体は、例えば、樹脂組成物を基材の片面または両面に塗布し、乾燥させることで得ることができる。
 基材としては、銅箔、アルミニウム箔、ステンレス箔などの金属箔や、シリコン基板、ガラス基板、プラスチックフィルムなどが好ましく用いられる。塗布方法としては、ロールコーター、スリットダイコーター、バーコーター、コンマコーター、スピンコーターなどを用いる方法が挙げられる。乾燥温度は、水を完全に除去する上で30℃以上が好ましく、50℃以上がより好ましい。また、電極のクラックを防ぐ観点から、500℃以下が好ましく、200℃以下がより好ましい。
 また、本発明の実施の形態に係る樹脂組成物は、電極用スラリーとして用いられる場合においては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブなどの導電助剤を含有しても良い。導電助剤を含有することで、充放電レートを向上させることができる。導電助剤の含有量は、導電性と容量を両立する上で、活物質100質量部に対して0.1~20質量部が好ましい。
 また、本発明の実施の形態に係る樹脂組成物は、粘度調整のために、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩を含有しても良い。その含有量は、二次電池や電気二重層キャパシタにおいて高い容量維持率を有するという観点で、活物質100質量部に対して50質量部以下が好ましい。
 樹脂組成物、またはフィラーを含有する樹脂組成物を、基材の少なくとも片面に塗布および乾燥し、製膜することで、積層体とする。基材としては、絶縁性基材、導電性基材などが挙げられるが、電子デバイスとして使用する場合に好ましいのは、導電性基材または導電性の配線を有する絶縁基材である。特に、二次電池や電気二重層キャパシタの電極は、フィラーとして電極活物質を含有する樹脂組成物を、銅箔、アルミ箔、ステンレス箔などの集電体の片面または両面に塗布し、乾燥させることで、得ることができる。このようにして得た正極および負極について、セパレータを介して複数を積層させたものを、電解液と共に金属ケースなどの外装材に入れ、密封することで、二次電池や電気二重層キャパシタといった蓄電デバイスを得ることができる。
 セパレータの例としては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、セルロース、ポリフェニレンスルフィド、アラミド、またはポリイミドなどの素材による、微多孔フィルムや不織布などが挙げられる。
 電解液の溶剤としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ビニレンカーボネートなどのカーボネート系化合物や、アセトニトリル、スルホラン、γ-ブチロラクトンなどを用いることができる。これらを2種類以上用いてもよい。
 電解質の例としては、ヘキサフルオロリン酸リチウム、ホウフッ化リチウム、過塩素酸リチウムなどのリチウム塩、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート、トリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレートなどのアンモニウム塩などが挙げられる。
 本発明を更に詳細に説明するために実施例を以下に挙げるが、本発明はこれらの実施例によってなんら制限されるものではない。各実施例および比較例における樹脂の官能基濃度計算、重量平均分子量測定、水溶液のpH測定、水溶液安定性、それらを用いたスラリーから作製した膜の特性評価、および電池特性評価は以下の方法で行った。
 <官能基濃度計算方法>
 上記「発明を実施するための形態」欄で説明した算出方法にしたがい、(a)の樹脂における繰り返し単位中の酸性官能基の数Aおよび当該繰り返し単位の分子量Bを求めて、官能基濃度(モル/kg)をA/B×1000として算出した。
 <樹脂の重量平均分子量測定>
 樹脂A~Nの分子量は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)で測定し、ポリスチレン換算で重量平均分子量(Mw)を計算した。GPC測定条件を下記する。
1) 機器装置 : Waters 2690
2) カラム: TOSOH CORPORATION, TSK-GEL(d-4000 & d-2500)
3) 溶媒 : NMP
4) 流速 : 0.4mL/min
5) 試料濃度 : 0.05~0.1 wt%
6) 注入量 : 50μL
7) 温度 : 40℃
8) 検出器 : Waters 996
 なお、換算に用いるポリスチレンには、Polymer Laboratories社の標準ポリスチレンを用いた。
 <水溶液のpH測定>
 水溶液1~21を少量採取し、pHメーター(LAQUA F-71、堀場製作所製)で水溶液のpHを測定した。pHの校正は、JIS Z 8802(2011)「pH測定方法」に定められているうち、下記の5種類の標準液(pH2、4、7、9、12)を用いて行った。
○pH2標準液(しゅう酸塩)
 0.05mol/L 四しゅう酸カリウム水溶液
○pH4標準液(フタル酸塩)
 0.05mol/L フタル酸水素カリウム水溶液
○pH7標準液(中性りん酸塩:下記2水溶液の混合液)
 0.025mol/L リン酸二水素カリウム水溶液
 0.025mol/L リン酸水素二ナトリウム水溶液
○pH9標準液(ほう酸塩)
 0.01mol/L 四ホウ酸ナトリウム(ホウ砂)水溶液
○pH12標準液
 飽和水酸化カルシウム水溶液。
 <水溶液の安定性評価>
 水溶液1~21を、室温で1ヶ月および3ヶ月、ならびに、冷蔵で1週間および1ヶ月、それぞれ放置後、目視観察し、水溶液の安定性を確認した。析出、ゲル化のいずれも認められないものを良、いずれかの変化があったものは起こった変化を記載した。室温1ヶ月放置で良のものを合格、室温1ヶ月放置でいずれかの変化があったものは不合格とした。
 <膜の特性評価(分散性、結着性の評価)>
 フィラーの分散性、バインダーとしての結着性を見るために、フィラーを有する樹脂組成物の膜特性評価を行った。フィラーの分散性、バインダーとしての結着性が悪いと、フィラーの凝集による膜厚の均一性の悪化が起こったり、膜にクラックが発生したりする。
 合成例19で得たリチウムイオン電池用負極活物質80質量部と、水溶液1~21(固形分濃度15質量%)100質量部と、導電助剤としてアセチレンブラック5質量部と、水15質量部とを混合分散し、固形分50質量%のスラリーを得た。
 このスラリーを、アルミ箔上に、バーコーターで、熱処理後の膜厚の平均値が25μmになるように厚みを調整し、幅10cmで塗布した。塗布後、50℃で30分間乾燥し、その後150℃まで30分かけて昇温し、150℃で1時間熱処理後、50℃以下に冷却した。冷却後、膜を目視で観察し、クラックの有無を確認した。クラックがないものを「良」、クラックが確認できたものを「不良」とした。
 また、塗布幅のうち、両端から5mmより内側の領域で、幅方向に等間隔に10点を選択し、熱処理後の膜厚をマイクロメーターで測定した。測定値の最大値、最小値のうち、平均値(25μm)との差が大きい方の値をT1としたとき、膜厚のばらつきT2を
 T2=(T1-25)/25*100(%)
で算出し、±T2%と定義した。ばらつきが-30%から+30%の範囲内にあるもの(ただし、ちょうど±30%である場合は除く)を合格、前記範囲外にあるものを不合格とした。
 さらに、この膜を直径16mmの円形に5枚切り取り、ジエチルカーボネートとエチレンカーボネートが重量比で50%ずつ混合された溶液に浸漬し、40℃で24h、1週間放置した。放置後、膜を溶液から取り出して水洗し、50℃で1時間乾燥後、目視で観察し、膜の溶解の有無、クラックの有無を確認した。膜の溶解が認められたものを「溶解」、クラック発生したものを「不良」、膜の溶解もクラックもないものを「良」とした。
 さらに上記と同様の方法で熱処理後の膜厚の平均値が50μmになるように厚みを調整したものも作製し、直径16mmの円形に5枚切り取り、ジエチルカーボネートとエチレンカーボネートが重量比で50%ずつ混合された溶液に浸漬し、40℃で1週間放置した。放置後、膜を溶液から取り出して水洗し、50℃で1時間乾燥後、目視で観察し、膜の溶解の有無、クラックの有無を確認した。膜の溶解が認められたものを「溶解」、クラック発生したものを「不良」、膜の溶解もクラックもないものを「良」とした。 
 <電池特性評価>
 (1)負極の作製
 <膜の特性評価(分散性、結着性の評価)>で作製した固形分50%のスラリーを用い、電解銅箔上に、バーコーターを用いて、150℃での熱処理後の膜厚が25μmになるように厚みを調整して塗布し、塗布後、110℃で30分間乾燥した。乾燥後、塗布部を直径16mmの円形に打ち抜き、150℃で、24時間の真空乾燥を行い、負極とした。
 (2)電池特性評価
 充放電特性を測定する上で、HSセル(宝泉(株)製)を用い、リチウムイオン電池の組み立てを窒素雰囲気下でおこなった。セパレータには、ポリエチレン多孔質フィルム(宝泉(株)製)を直径24mmに打ち抜いたものを用いた。正極には、コバルト酸リチウム製の活物質をアルミ箔に焼成したもの(宝泉(株)製)を直径16mmに打ち抜いたものを用いた。負極、セパレータおよび正極を順に重ね、電解液としてMIRET1(三井化学(株)製)1mLを注入した上で封入して、リチウムイオン電池を得た。
 上記のようにして作製したリチウムイオン電池に対し充放電をおこなった。充放電は、6mAの定電流で電池電圧が4.2Vになるまで充電し、さらに4.2Vの定電圧で充電開始から計2時間30分に達するまで充電させた後、30分間休止させ、6mAの定電流で電池電圧が2.7Vになるまで放電させることを、1サイクルとした。このあと、49回同様の条件で充放電を繰り返し、計50サイクルについて、各サイクルの充電容量および放電容量を測定した。そして、以下の式に従って、容量維持率を算出した。
容量維持率(%)=(50サイクル目の放電容量/1サイクル目の放電容量)×100
 合成例1:樹脂Aの合成
 よく乾燥させた四ツ口フラスコの中で、NMP131.79gに3,3’-ジカルボキシ-4,4’-メチレンビス(シクロヘキシルアミン)(東京化成工業(株)製、以下、CMCHA)29.84g(100mmol)を窒素雰囲気下で撹拌しながら室温で溶解させた。その後、3,3’,4,4’-ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物(東京化成工業(株)製、以下、ODPA)31.02g(100mmol)、NMP15.00gを添加し、40℃で1時間、ついで反応中に発生する水を留去しながら200℃で6時間重合反応させた。反応終了後室温に降温し、この溶液を水3Lに投入し、得られた沈殿を濾別し、水1.5Lで3回洗浄した。洗浄後の固体を50℃の通風オーブンで3日間乾燥させ、樹脂Aの固体を得た。樹脂Aの重量平均分子量は30000であった。
 合成例2:樹脂Bの合成
 CMCHA29.84g(100mmol)の代わりに、CMCHA20.89g(70mmol)と3,3’-ジカルボキシ-4,4’-ジアミノジフェニルメタン(和歌山精化工業(株)製、商品名「MBAA」)8.59g(30mmol)を用いた以外は合成例1と同様にして樹脂Bの固体を得た。樹脂Bの重量平均分子量は32000であった。
 合成例3:樹脂Cの合成
 CMCHA29.84g(100mmol)の代わりに、MBAA28.63g(100mmol)を用いた以外は合成例1と同様にして樹脂Cの固体を得た。樹脂Cの重量平均分子量は35000であった。
 合成例4:樹脂Dの合成
 よく乾燥させた四ツ口フラスコの中で、NMP131.79gにMBAA28.63g(100mmol)を窒素雰囲気下で撹拌しながら室温で溶解させた。その後、1,3,3a,4,5,9b-ヘキサヒドロ-5(テトラヒドロ-2,5-ジオキソ-3-フラニル)ナフト[1,2-c]フラン-1,3-ジオン(新日本理化(株)製、商品名「リカシッド TDA-100」)30.00g(100mmol)、NMP15.00gを添加し、40℃で1時間、ついで反応中に発生する水を留去しながら200℃で6時間重合反応させた。反応終了後室温に降温し、この溶液を水3Lに投入し、得られた沈殿を濾別し、水1.5Lで3回洗浄した。洗浄後の固体を50℃の通風オーブンで3日間乾燥させ、樹脂Dの固体を得た。樹脂Dの重量平均分子量は18000であった。
 合成例5:樹脂Eの合成
 TDA-100 30.00g(100mmol)の代わりに、ビシクロ[2,2,2]オクト-7-エン-2,3,5,6-テトラカルボン酸二無水物(東京化成工業(株)製、以下、BOE)24.82g(100mmol)を用いた以外は合成例4と同様にして樹脂Eの固体を得た。樹脂Eの重量平均分子量は15000であった。
 合成例6:樹脂Fの合成
 TDA-100 30.00g(100mmol)の代わりに、3-(カルボキシメチル)-1,2,4-シクロペンタントリカルボン酸1,4:2,3-二無水物(東京化成工業(株)製、以下、JPDA)22.42g(100mmol)を用いた以外は合成例4と同様にして樹脂Fの固体を得た。樹脂Fの重量平均分子量は20000であった。
 合成例7:樹脂Gの合成
 TDA-100 30.00g(100mmol)の代わりに、ピロメリット酸二無水物(ダイセル工業(株)製、商品名「PMDA」)21.81g(100mmol)を用いた以外は合成例4と同様にして樹脂Gの固体を得た。樹脂Gの重量平均分子量は28000であった。
 合成例8:樹脂Hの合成
 TDA-100 30.00g(100mmol)の代わりに、1,2,3,4-シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物(東京化成工業(株)製、以下、CPDA)21.01g(100mmol)を用いた以外は合成例4と同様にして樹脂Hの固体を得た。樹脂Hの重量平均分子量は16000であった。
 合成例9:樹脂Iの合成
 TDA-100 30.00g(100mmol)の代わりに、1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物(東京化成工業(株)製、以下、CBDA)19.61g(100mmol)を用いた以外は合成例4と同様にして樹脂Iの固体を得た。樹脂Iの重量平均分子量は25000であった。
 合成例10:樹脂Jの合成
 TDA-100 30.00g(100mmol)の代わりに、1,2,3,4-ブタンテトラカルボン酸二無水物((株)ワコーケミカル製、以下、BTA)19.81g(100mmol)を用いた以外は合成例4と同様にして樹脂Jの固体を得た。樹脂Jの重量平均分子量は35000であった。
 合成例11:樹脂Kの合成
 よく乾燥させた四ツ口フラスコの中で、NMP131.79gにMBAA26.63g(93mmol)、APDS0.75g(3mmol)を窒素雰囲気下で撹拌しながら室温で溶解させた。その後、BTA19.81g(100mmol)、NMP15.00gを添加し、40℃で1h、ついで4-アミノ安息香酸(東京化成工業(株)製、以下、4ABA)1.10g(8mmol)を添加し、さらに40℃で1h反応させた。ついで、反応中に発生する水を留去しながら200℃で6h重合反応させた。反応終了後室温に降温し、この溶液を水3Lに投入し、得られた沈殿を濾別し、水1.5Lで3回洗浄した。洗浄後の固体を50℃の通風オーブンで3日間乾燥させ、樹脂Kの固体を得た。樹脂Kの重量平均分子量は30000であった。
 合成例12:樹脂Lの合成
 TDA-100 30.00g(100mmol)の代わりに、2,2-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物(東京化成工業(株)製、以下、6FDA)44.42(100mmol)を用いた以外は合成例4と同様にして樹脂Lの固体を得た。樹脂Lの重量平均分子量は65000であった。
 合成例13:樹脂Mの合成
 よく乾燥させた四ツ口フラスコの中で、NMP131.79gに3,5-ジアミノ安息香酸(東京化成工業(株)製、以下、DAB)14.44g(95mmol)、1,3-ビス-3-アミノプロピルテトラメチルジシロキサン(東レダウコーニングシリコーン(株)製、商品名「APDS」)1.24g(5mmol)を窒素雰囲気下で撹拌しながら室温で溶解させた。その後、ODPA31.02g(100mmol)、NMP15.00gを添加し、40℃で1h、ついで反応中に発生する水を留去しながら200℃で6h重合反応させた。反応終了後室温に降温し、この溶液を水3Lに投入し、得られた沈殿を濾別し、水1.5Lで3回洗浄した。洗浄後の固体を50℃の通風オーブンで3日間乾燥させ、樹脂Mの固体を得た。樹脂Mの重量平均分子量は48000であった。
 合成例14:樹脂Nの合成
 よく乾燥させた四ツ口フラスコの中で、NMP131.79gにMBAA28.63g(100mmol)を窒素雰囲気下で撹拌しながら室温で溶解させた。その後、溶液の温度を10℃以下に保ちながら、イソフタロイルクロリド(東京化成工業(株)製、以下、IPC)20.30(100mmol)、NMP15.00gを添加し、10℃以下で1時間、ついで23℃で6時間重合反応させた。反応終了後、この溶液を水3Lに投入し、得られた沈殿を濾別し、水1.5Lで3回洗浄した。洗浄後の固体を50℃の通風オーブンで3日間乾燥させ、樹脂Nの固体を得た。樹脂Nの重量平均分子量は30000であった。
 合成例1~14の樹脂の組成、分子量、官能基濃度を表1に示す。
 合成例15:樹脂Oの合成
 よく乾燥させた四ツ口フラスコの中で、NMP131.79gにMBAA27.20g(95mmol)、パラフェニレンジアミン(東京化成工業(株)製、以下、PDA)0.54g(5mmol)を窒素雰囲気下で撹拌しながら室温で溶解させた。その後、BTA19.81g(100mmol)、NMP15.00gを添加し、40℃で2h反応させた。ついで、反応中に発生する水を留去しながら200℃で6h重合反応させた。反応終了後室温に降温し、この溶液を水3Lに投入し、得られた沈殿を濾別し、水1.5Lで3回洗浄した。洗浄後の固体を50℃の通風オーブンで3日間乾燥させ、樹脂Oの固体を得た。樹脂Oの重量平均分子量は35000であった。
 合成例16:樹脂Pの合成
 よく乾燥させた四ツ口フラスコの中で、NMP131.79gにMBAA27.20g(95mmol)、PDA0.43g(4mmol)、2,2’-オキシビス(エチルアミン)(東京化成工業(株)製、以下、OBEA)0.10g(1mmol)を窒素雰囲気下で撹拌しながら室温で溶解させた。その後、BTA19.81g(100mmol)、NMP15.00gを添加し、40℃で2h反応させた。ついで、反応中に発生する水を留去しながら200℃で6h重合反応させた。反応終了後室温に降温し、この溶液を水3Lに投入し、得られた沈殿を濾別し、水1.5Lで3回洗浄した。洗浄後の固体を50℃の通風オーブンで3日間乾燥させ、樹脂Pの固体を得た。樹脂Pの重量平均分子量は35000であった。
 合成例17:樹脂Qの合成
 よく乾燥させた四ツ口フラスコの中で、NMP131.79gにMBAA27.20g(95mmol)、PDA0.32g(3mmol)、OBEA0.10g(1mmol)を窒素雰囲気下で撹拌しながら室温で溶解させた。その後、BTA19.81g(100mmol)、NMP15.00gを添加し、40℃で1h、ついで4ABA0.28g(2mmol)を添加し、さらに40℃で1h反応させた。ついで、反応中に発生する水を留去しながら200℃で6h重合反応させた。反応終了後室温に降温し、この溶液を水3Lに投入し、得られた沈殿を濾別し、水1.5Lで3回洗浄した。洗浄後の固体を50℃の通風オーブンで3日間乾燥させ、樹脂Qの固体を得た。樹脂Qの重量平均分子量は30000であった。
合成例18:樹脂Rの合成
 TDA-100 30.00g(100mmol)の代わりに、5-(2,5-ジオキソテトラヒドロフリル)-3-メチル-3-シクロヘキセン-1,2-ジカルボン酸無水物(DIC(株)製、商品名「EPICLON B-4400」)26.42g(100mmol)を用いた以外は合成例4と同様にして樹脂Rの固体を得た。樹脂Rの重量平均分子量は20000であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000021
 合成例19:リチウムイオン電池用負極活物質の合成
 粒径約10μmの天然黒鉛50g(富士黒鉛(株)製、CBF1)と、ナノシリコン粉末60g(アルドリッチ社製)と、カーボンブラック10g(三菱化学(株)製、3050)とを混合し、ボールミル中600回転で12時間よく分散させ、その後、80℃で12時間真空乾燥して、シリコン-炭素の混合負極活物質を得た。
 水溶液1~21
 表1記載のように、樹脂、塩基性化合物および水を混合して、固形分濃度15質量%の水溶液を調整した。水溶液1~21の各組成、および水溶液のpH値を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000022
 実施例1~17、比較例1~4
 表2に記載の水溶液の安定性評価、および、それら水溶液から作製したスラリーを用いて得られた膜の膜特性を評価した。評価結果を表3に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000023
 実施例18~26、比較例5~7
 表2に記載の水溶液から作製したスラリーを用いて得られた膜の電池特性を評価した。評価結果を表4に示す。
 比較例8
 合成例15で得たリチウムイオン電池用負極活物質80質量部と、ポリフッ化ビニリデン(キシダ化学製、以下、PVdF)15質量部と、導電助剤としてアセチレンブラック5質量部と、NMP100質量部を混合分散し、固形分50質量%のスラリーを得た。このスラリーを用いて行った電池特性評価結果を表4に示す。

Claims (21)

  1. (a)ポリイミド、ポリアミドイミドおよびポリベンゾオキサゾールのうち少なくとも1種を含む樹脂であって、側鎖に、フェノール性水酸基、カルボキシル基およびスルホン酸基のうち少なくとも1つの酸性官能基を有し、該酸性官能基の濃度が3.4モル/kg以上である樹脂と、(b)塩基性化合物を含む樹脂組成物。
  2.  固形分濃度15質量%で水に溶解させたときのpHが4~12である請求項1記載の樹脂組成物。
  3. さらに、(c)水を含み、pHが4~12である請求項1または2に記載の樹脂組成物。
  4. 前記(a)の樹脂が、下記一般式(1)で表される構造を繰り返し単位として含む、請求項1~3のいずれかに記載の樹脂組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
         
                   
     
                
           
    (一般式(1)中、Rは、炭素数2~50の2価の有機基を示し、フェノール性水酸基、カルボキシル基およびスルホン酸基のうち少なくとも1つを含む。Rは、炭素数2~50の、3価または4価の有機基を示す。)
  5. 一般式(1)中、Rが下記構造から選ばれる少なくとも1つである、請求項4に記載の樹脂組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
    (RおよびRは、それぞれ独立に、ハロゲン原子または炭素数1~6の有機基を示す。R~R14は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子または炭素数1~6の有機基を示す。aは0~2の整数である。aは0~4の整数である。aおよびaは、それぞれ独立に0~4の整数であって、a+a<5である。aは0~6の整数である。aおよびaは、それぞれ独立に、0~2の整数である。)
  6. 前記(a)の樹脂に含まれる一般式(1)で表される構造の総数中、Rが芳香族骨格を有する構造のものを20モル%以上含む、請求項4または5に記載の樹脂組成物。
  7. 一般式(1)中、Rが下記一般式(2)および(3)の少なくとも一方である、請求項4~6のいずれかに記載の樹脂組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
    (R15は、ハロゲン原子または炭素数1~8の1価の有機基を示す。sは0~3の整数を示す。tは1または2の整数を示す。)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
    (R16およびR17は、それぞれ独立に、ハロゲン原子または炭素数1~8の1価の有機基を示す。uおよびvは、それぞれ独立に、0~3の整数を示す。wおよびxは、それぞれ独立に、1または2の整数を示す。R18は、単結合、O、S、NH、SO、COまたは炭素数1~3の2価の有機基である。)
  8. さらに、一般式(1)中、Rの1~25モル%が下記一般式(4)および(5)の少なくとも一方である、請求項4~7のいずれかに記載の樹脂組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
    (R19は、ハロゲン原子または炭素数1~8の1価の有機基を示す。kは0~4の整数を示す。)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
    (R20およびR21は、それぞれ独立に、ハロゲン原子または炭素数1~8の1価の有機基を示す。lおよびmは、それぞれ独立に、0~4の整数を示す。R22は、単結合、O、S、NH、SO、COまたは炭素数1~3の2価の有機基である。)
  9. さらに、一般式(1)中、Rの0.1~10モル%が下記一般式(6)である、請求項4~8のいずれかに記載の樹脂組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
    (R24は、水素またはメチル基を示す。pおよびqは、それぞれ独立に、0以上整数を示し、1<p+q<20である。)
  10. 一般式(1)で表される構造を繰り返し単位として含む樹脂の末端骨格が、下記一般式(7)、(8)および(9)で表される構造から選ばれた少なくとも1つを含む、請求項4~9のいずれかに記載の樹脂組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
    (R25、R26およびR27は、それぞれ独立に、炭素数4~30の1価の有機基を示し、フェノール性水酸基、カルボキシル基およびスルホン酸基のうち少なくとも1つを含む。)
  11. 前記(b)塩基性化合物の含有量が、前記(a)の樹脂の前記酸性官能基100モル%に対して20~450モル%である、請求項1~10のいずれかに記載の樹脂組成物。
  12. 前記(b)塩基性化合物が、アルカリ金属から選ばれる少なくとも1つの元素を含む、請求項1~11のいずれかに記載の樹脂組成物。
  13. 前記(c)水が、樹脂組成物に含まれる溶媒のうちの80質量%以上を占める、請求項3に記載の樹脂組成物。
  14. さらに(d)フィラーを含有する、請求項1~12のいずれかに記載の樹脂組成物。
  15. 前記(d)フィラーが、炭素、マンガン、アルミニウム、バリウム、コバルト、ニッケル、鉄、ケイ素、チタン、スズ、およびゲルマニウムのうち少なくとも1種類の原子を含む、請求項14記載の樹脂組成物。
  16. 前記(d)フィラーが、シリコン、酸化シリコン、チタン酸リチウム、シリコンカーバイド、それらのうち2つ以上の混合体、それらのうち1つないしは2つ以上の混合体と炭素との混合体、およびそれらのうち1つないしは2つ以上の混合体の表面がカーボンコートされたもの、のうち少なくとも1種類を含む、請求項14または15に記載の樹脂組成物。
  17. 基材の少なくとも片面に、請求項1~16のいずれかに記載の樹脂組成物から製膜された層を有する、積層体。
  18. 請求項1~16のいずれかに記載の樹脂組成物を、基材の片面または両面に塗布し塗布膜を形成する工程、および前記塗布膜を乾燥する工程を含む、積層体の製造方法。 
  19. 請求項17に記載の積層体を含む電極。
  20. 請求項19に記載の電極を含む、二次電池。
  21. 請求項19に記載の電極を含む、電気二重層キャパシタ。
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