WO2020137591A1 - 二次電池電極用バインダー組成物、二次電池電極用導電材ペースト組成物、二次電池電極用スラリー組成物、二次電池用電極、及び二次電池 - Google Patents

二次電池電極用バインダー組成物、二次電池電極用導電材ペースト組成物、二次電池電極用スラリー組成物、二次電池用電極、及び二次電池 Download PDF

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高橋 直樹
智也 村瀬
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Definitions

  • the present invention relates to a binder composition for a secondary battery electrode, a conductive material paste composition for a secondary battery electrode, a slurry composition for a secondary battery electrode, an electrode for a secondary battery, and a secondary battery.
  • Secondary batteries such as lithium-ion secondary batteries are small and lightweight, have high energy density, and can be repeatedly charged and discharged, and are used in a wide range of applications. Therefore, in recent years, improvement of battery members such as electrodes has been studied for the purpose of further improving the performance of secondary batteries.
  • an electrode used in a secondary battery such as a lithium ion secondary battery is usually a current collector and an electrode mixture layer (a positive electrode mixture layer or a negative electrode mixture layer) formed on the current collector. Is equipped with.
  • the electrode mixture layer is formed using, for example, a slurry composition obtained by dispersing an electrode active material and a binder composition containing a binder in a dispersion medium.
  • Patent Document 1 a binder containing a polymer unit having a nitrile group, an aromatic vinyl polymer unit, a polymer unit having a hydrophilic group, and a linear alkylene polymer unit having 4 or more carbon atoms,
  • a binder composition for a secondary battery positive electrode wherein the content of the aromatic vinyl polymer unit is 5 to 50%.
  • the present invention it is possible to prepare a conductive material paste having a sufficiently high dispersibility of the conductive material, it is possible to prepare a slurry composition having a sufficiently high stability over time, and further to prepare an electrode with a low gas generation amount.
  • An object of the present invention is to provide a binder composition for a secondary battery electrode that can be used. Further, the present invention is a secondary battery capable of preparing a slurry composition having sufficiently high dispersibility of a conductive material and sufficiently high stability over time, and capable of producing an electrode having a low gas generation amount. An object is to provide a conductive material paste composition for electrodes.
  • Still another object of the present invention is to provide a slurry composition for a secondary battery electrode, which is capable of producing an electrode having sufficiently high stability over time and a low gas generation amount. And an object of the present invention is to provide a low gas generation electrode and a secondary battery including such an electrode.
  • the present inventors of the present invention have made extensive studies with the aim of solving the above problems. Then, the present inventors include a polymer containing a nitrile group-containing monomer unit, an aromatic vinyl monomer unit, and a linear alkylene structural unit, and not containing a hydrophilic group-containing monomer unit. According to the binder composition for a secondary battery electrode containing, it is possible to prepare a conductive material paste having sufficiently high dispersibility of a conductive material, and to prepare a slurry composition having sufficiently high stability over time, and further The present inventors have completed the present invention by finding that an electrode having a gas generation amount can be produced.
  • the binder composition for a secondary battery electrode of the present invention is a binder composition for a secondary battery electrode containing a polymer
  • the polymer contains a nitrile group-containing monomer unit, an aromatic vinyl monomer unit, and a linear alkylene structural unit, while not containing a hydrophilic group-containing monomer unit, To do.
  • the polymer contained in the binder composition contains a nitrile group-containing monomer unit, an aromatic vinyl monomer unit, and a linear alkylene structural unit, and a hydrophilic group-containing monomer unit.
  • a binder composition If not included, using such a binder composition, it is possible to prepare a conductive material paste having sufficiently high dispersibility of the conductive material, and it is possible to prepare a slurry composition having sufficiently high stability over time, and further, a low gas content. It is possible to create a quantity of electrodes.
  • a polymer "contains a monomer unit” means that "the structural unit derived from a monomer is contained in the polymer obtained using the monomer.”
  • “containing a linear alkylene structural unit” means a repeating unit composed of only a linear alkylene structure represented by the general formula: —C n H 2n — [where n is an integer] in the polymer. Means included.
  • the presence/absence of the monomer units and structural units in the polymer and the content ratio thereof can be determined or measured by, for example, 1 H-NMR.
  • the polymer preferably has an iodine value of 120 mg/100 mg or less.
  • the iodine value of the polymer is 120 mg/100 mg or less, it is possible to prepare a conductive material paste having a higher dispersibility of the conductive material, and even when a slurry composition is prepared, the conductive material in the slurry composition. Dispersibility can be improved.
  • the "iodine value" of the polymer can be measured according to JIS K6235 (2006).
  • the polymer contains the aromatic vinyl monomer unit in a proportion of 3% by mass or more and 80% by mass or less. If the content ratio of the aromatic vinyl monomer unit in the polymer is within the above range, it is possible to prepare a conductive material paste having a higher dispersibility of the conductive material, and a slurry composition having a higher stability over time. It can be prepared.
  • the present invention is intended to advantageously solve the above problems, a conductive material paste composition for a secondary battery electrode of the present invention, a conductive material, for any of the above secondary battery electrode And a binder composition. If the paste composition contains any of the binder compositions for secondary battery electrodes described above, the dispersibility of the conductive material in the paste composition is sufficiently high, and the slurry composition has sufficiently high stability over time.
  • the material can be prepared, and furthermore, an electrode having a low gas generation amount can be prepared.
  • the conductive material may include carbon nanotubes. If the paste composition contains the binder composition, the carbon nanotubes as the conductive material can be well dispersed in the paste composition.
  • the slurry composition for secondary battery electrodes of this invention has an electrode active material, a solvent, and any one of the secondary batteries mentioned above. And a binder composition for an electrode. If the slurry composition contains any of the binder compositions for secondary battery electrodes described above, it is possible to prepare an electrode having sufficiently high temporal stability and a low gas generation amount.
  • the electrode for secondary batteries of this invention is the electrode mixture material formed using the slurry composition for secondary battery electrodes mentioned above. It is characterized by having a layer.
  • the electrode formed using the above-mentioned slurry composition for secondary battery electrodes has a low gas generation amount.
  • the present invention is intended to advantageously solve the above problems
  • the secondary battery of the present invention comprises a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution and a separator, at least one of the positive electrode or the negative electrode described above. It is a secondary battery electrode as described above. As described above, when the above-mentioned secondary battery electrode is used, the amount of gas generated in the secondary battery is small, and excellent battery characteristics can be exhibited for a long period of time.
  • a conductive material paste having a sufficiently high dispersibility of a conductive material can be prepared, a slurry composition having sufficiently high stability over time can be prepared, and furthermore, an electrode having a low gas generation amount can be prepared. It is possible to provide a binder composition for a secondary battery electrode. Further, according to the present invention, it is possible to prepare a slurry composition having sufficiently high dispersibility of a conductive material and sufficiently high stability over time, and further capable of producing an electrode having a low gas generation amount. A conductive material paste composition for a secondary battery electrode can be provided.
  • a slurry composition for a secondary battery electrode which is capable of producing an electrode having sufficiently high temporal stability and a low gas generation amount. Further, according to the present invention, it is possible to provide an electrode having a low gas generation amount and a secondary battery including the electrode.
  • the binder composition for a secondary battery electrode of the present invention is a conductive material paste composition for a secondary battery electrode (hereinafter, also simply referred to as “conductive material paste”), and a slurry for a secondary battery electrode. It can be preferably used when preparing a composition (hereinafter, also simply referred to as “slurry composition”). Then, the slurry composition for a secondary battery electrode prepared by using the binder composition for a secondary battery electrode of the present invention is preferably used when forming a positive electrode of a secondary battery such as a lithium ion secondary battery. it can. Furthermore, the secondary battery of the present invention is characterized by using an electrode for a secondary battery formed by using the slurry composition for an electrode of the secondary battery of the present invention.
  • the secondary battery electrode binder composition of the present invention contains a nitrile group-containing monomer unit, an aromatic vinyl monomer unit, and a linear alkylene structural unit, and does not contain a hydrophilic group-containing monomer, It is characterized by containing a polymer.
  • the polymer having such a composition can sufficiently enhance the dispersibility of the conductive material in the conductive material paste and the slurry composition, and further suppresses that the slurry composition easily thickens with the passage of time after preparation. be able to.
  • an electrode can be formed in which the amount of gas generated due to repeated charge and discharge is small.
  • the polymer does not contain a hydrophilic group-containing monomer unit, it is possible to suppress thickening of the slurry composition when the slurry composition is left for a long time after preparation, and such a slurry. It is possible to suppress gas generation from the electrode when the electrode is formed using the composition. Furthermore, since the polymer contains a nitrile group-containing monomer unit, the solubility of the polymer in an organic solvent such as N-methylpyrrolidone can be appropriately increased, and the viscosity of the conductive material paste or slurry composition can be increased. Can be adjusted within an appropriate range. As a result, it is possible to enhance the dispersibility of solids such as the conductive material in the conductive material paste or the slurry composition.
  • the polymer contains an aromatic vinyl monomer unit
  • the dispersibility of solid components such as the conductive material can be increased when the conductive material paste or the slurry composition is prepared.
  • the polymer by containing a linear alkylene structural unit, the solid content of the conductive material and the like in the slurry composition, it is possible to suppress the aggregation and the like when there is a time after the preparation of the slurry composition. It is possible to enhance the dispersion stability of the slurry composition.
  • the polymer is a component that functions as a binder, and was produced by forming an electrode mixture layer on a current collector using a slurry composition for a secondary battery electrode prepared using a binder composition. In the electrode, the components contained in the electrode mixture layer are held so as not to be separated from the electrode mixture layer.
  • the polymer is required to contain a nitrile group-containing monomer unit, an aromatic vinyl monomer unit, and a linear alkylene structural unit, while not containing a hydrophilic group-containing monomer unit. ..
  • the polymer may optionally contain other monomer units as long as the effects of the present invention are not impaired.
  • the polymer includes a nitrile group-containing monomer, an aromatic vinyl monomer, and a conjugated diene monomer, and polymerizes a monomer composition containing no hydrophilic group-containing monomer.
  • a hydrogenated polymer obtained by hydrogenating the polymer obtained by the known method is preferable.
  • the nitrile group-containing monomer unit is a repeating unit derived from a nitrile group-containing monomer. Even a monomer unit containing a nitrile group, a unit that can be a hydrophilic group-containing monomer unit, that is, a monomer unit containing a hydrophilic group such as an acidic group and a hydroxyl group, It is not included in the "nitrile group-containing monomer unit" which is a constituent requirement of the polymer.
  • the polymer contains the nitrile group-containing monomer unit, the polymer has high solubility in an organic solvent such as N-methylpyrrolidone and the viscosity of the resulting slurry composition can be satisfactorily increased. By suppressing the change in viscosity over time, the viscosity stability of the slurry composition can also be favorably enhanced.
  • the nitrile group-containing monomer capable of forming the nitrile group-containing monomer unit examples include ⁇ , ⁇ -ethylenically unsaturated nitrile monomer.
  • the ⁇ , ⁇ -ethylenically unsaturated nitrile monomer is not particularly limited as long as it is an ⁇ , ⁇ -ethylenically unsaturated compound having a nitrile group.
  • acrylonitrile; ⁇ -chloroacrylonitrile examples thereof include ⁇ -halogenoacrylonitrile such as ⁇ -bromoacrylonitrile; ⁇ -alkylacrylonitrile such as methacrylonitrile and ⁇ -ethylacrylonitrile.
  • acrylonitrile and methacrylonitrile are preferable as the nitrile group-containing monomer, and acrylonitrile is more preferable, from the viewpoint of increasing the binding strength of the polymer. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the content ratio of the nitrile group-containing monomer unit in the polymer is preferably 5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, when all the repeating units in the polymer are 100% by mass. It is more preferably at least mass%, more preferably at most 60 mass%, more preferably at most 50 mass%, even more preferably at most 38 mass%.
  • the solubility of the polymer in an organic solvent such as N-methylpyrrolidone is appropriately increased, and the conductive material paste or slurry composition is obtained. It is possible to adjust these viscosities in the case where the above is prepared within an appropriate range.
  • the polymer can exert a good binding force and the peel strength of the electrode can be increased. Furthermore, the output characteristics of the secondary battery including such an electrode can be further improved. Further, by setting the content ratio of the nitrile group-containing monomer unit in the polymer to the above upper limit value or less, the output characteristics of the secondary battery can be further improved.
  • the aromatic vinyl monomer unit is a repeating unit derived from an aromatic vinyl monomer. Even if it is a repeating unit derived from an aromatic vinyl monomer, a unit that can correspond to a hydrophilic group-containing monomer unit, that is, a unit containing a hydrophilic group such as an acidic group and a hydroxyl group is a polymer of the present invention. It is not included in the "aromatic vinyl monomer unit" which is a constituent requirement of the combination. Then, the polymer containing the aromatic vinyl monomer unit can enhance the dispersibility of the solid content of the conductive material or the like in the conductive material paste or the slurry composition.
  • examples of the monomer capable of forming an aromatic vinyl polymer unit include aromatic vinyl monomers such as styrene, ⁇ -methylstyrene and vinyltoluene.
  • aromatic vinyl monomers such as styrene, ⁇ -methylstyrene and vinyltoluene.
  • styrene is preferable because it has good copolymerizability with other monomers and has relatively small side reactions such as branching, chaining, and intermolecular crosslinking of the polymer.
  • the content ratio of the aromatic vinyl monomer unit of the polymer is preferably 3% by mass or more, more preferably 5% by mass or more, and more preferably 10% by mass, when all the repeating units in the polymer are 100% by mass. % Or more is more preferable, 80% by mass or less is preferable, 70% by mass or less is more preferable, and 65% by mass or less is further preferable.
  • the content ratio of the aromatic vinyl monomer unit in the polymer is not less than the above lower limit value, when the conductive material paste or the slurry composition is prepared, the dispersibility of solids such as the conductive material is effectively increased. be able to.
  • the dispersibility of the solid content of the conductive material or the like when the conductive material paste or the slurry composition is prepared is also improved. Can be effectively increased. Furthermore, by controlling the content ratio of the aromatic vinyl monomer unit in the polymer within the above range, it is possible to prevent the viscosity of the slurry composition from changing when a time is left after the preparation of the slurry composition. It is possible to effectively improve the dispersion stability of the solid content such as the conductive material in the slurry composition.
  • alkylene structural unit (hereinafter, also simply referred to as “alkylene structural unit”) is composed of only a linear alkylene structure represented by the general formula: —C n H 2n — [where n is an integer]. It is a repeating unit. Even if it is a repeating unit composed of only a linear alkylene structure, a unit that can be a hydrophilic group-containing monomer unit, that is, a structural unit containing a hydrophilic group such as an acidic group and a hydroxyl group is It is not included in the “linear alkylene structural unit” which is a constituent requirement of the polymer.
  • the polymer has a linear alkylene structural unit, in the slurry composition, the solid content of the conductive material or the like may be agglomerated or the like when time is left after the preparation of the slurry composition. It can be suppressed and the dispersion stability of the slurry composition can be enhanced.
  • the linear alkylene structural unit is preferably a linear alkylene structural unit having 4 or more carbon atoms, and n in the general formula is an integer of 4 or more. preferable.
  • the method for introducing the linear alkylene structural unit into the polymer is not particularly limited, but for example, the following method (1) or (2): (1) A method of converting a conjugated diene monomer unit into a linear alkylene structural unit by preparing a polymer from a monomer composition containing a conjugated diene monomer and hydrogenating the polymer (2 ) A method of preparing a polymer from a monomer composition containing a 1-olefin monomer such as 1-butene or 1-hexene. These conjugated diene monomers and 1-olefin monomers can be used alone or in combination of two or more. Among these, the method (1) is preferable because the polymer can be easily produced.
  • the conjugated diene monomer that can be used in the above method (1) is, for example, a conjugated diene such as 1,3-butadiene, isoprene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 1,3-pentadiene.
  • 1,3-butadiene is preferable.
  • the linear alkylene structural unit is preferably a structural unit obtained by hydrogenating a conjugated diene monomer unit (conjugated diene hydride unit), and a structural unit obtained by hydrogenating a 1,3-butadiene unit. More preferably, it is (1,3-butadiene hydride unit). And hydrogenation can be performed using the well-known method as mentioned later.
  • the content ratio of the linear alkylene structural unit in the polymer is 5% by mass or more when the total repeating units (total of structural units and monomer units) in the polymer is 100% by mass. Preferably, it is 10% by mass or more, more preferably 20% by mass or more, further preferably 70% by mass or less, more preferably 60% by mass or less, 55% by mass. The following is more preferable.
  • the solid content of the conductive material in the slurry composition is further effective in aggregating when the time is left after the preparation of the slurry composition. The dispersion stability of the slurry composition can be more effectively enhanced.
  • the solubility of the polymer in an organic solvent such as N-methylpyrrolidone can be appropriately increased, and the conductive material paste or slurry composition can be obtained. It becomes possible to more effectively adjust the viscosity of the composition within an appropriate range. As a result, the dispersibility of solid components such as the conductive material in the conductive material paste or the slurry composition can be more effectively enhanced.
  • the hydrogenated polymer when the polymer is a hydrogenated polymer obtained by polymerizing a monomer composition containing a conjugated diene, the hydrogenated polymer, It may include a linear alkylene structural unit and a unit derived from other conjugated diene (for example, including an unhydrogenated conjugated diene unit).
  • the total content ratio of the linear alkylene structural unit and the unit derived from other conjugated diene in the hydrogenated polymer (hereinafter, also referred to as “content ratio of unit derived from conjugated diene”) is It is preferable that the content ratio of the linear alkylene structural unit is within the suitable content ratio range described above.
  • the other monomer capable of forming the other monomer unit is not particularly limited, and a known monomer copolymerizable with the above-mentioned monomer, for example, (meth)acrylic acid Examples thereof include ester monomers, fluorine-containing monomers, (meth)acrylamide compounds, and epoxy group-containing unsaturated compounds, which are monomers or compounds containing no hydrophilic group described below. In addition, these monomers can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types. Moreover, in this specification, "(meth)acryl” means acryl and/or methacryl.
  • the content of the other monomer units in the polymer is preferably 20% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, and may be 0% by mass.
  • hydrophilic group-containing monomer unit is a repeating unit derived from the hydrophilic group-containing monomer.
  • the hydrophilic group include an acidic group and a hydroxyl group.
  • the acidic group include a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, and a phosphoric acid group.
  • Examples of the monomer having a carboxylic acid group include monocarboxylic acid and its derivative, dicarboxylic acid and its acid anhydride, and their derivatives.
  • Examples of the monocarboxylic acid include acrylic acid, methacrylic acid and crotonic acid.
  • Examples of monocarboxylic acid derivatives include 2-ethylacrylic acid, isocrotonic acid, ⁇ -acetoxyacrylic acid, ⁇ -trans-aryloxyacrylic acid, ⁇ -chloro- ⁇ -E-methoxyacrylic acid and ⁇ -diaminoacrylic acid.
  • Examples of the dicarboxylic acid include maleic acid, fumaric acid and itaconic acid.
  • dicarboxylic acid derivative examples include methylmaleic acid, dimethylmaleic acid, phenylmaleic acid, chloromaleic acid, dichloromaleic acid, fluoromaleic acid and methylallyl maleate, diphenyl maleate, nonyl maleate, decyl maleate, dodecyl maleate.
  • Maleic acid esters such as octadecyl maleate and fluoroalkyl maleate.
  • acid anhydride of dicarboxylic acid examples include maleic anhydride, acrylic anhydride, methyl maleic anhydride, dimethyl maleic anhydride and the like.
  • an acid anhydride which produces a carboxyl group by hydrolysis can also be used.
  • Others monoethyl maleate, diethyl maleate, monobutyl maleate, dibutyl maleate, monoethyl fumarate, diethyl fumarate, monobutyl fumarate, dibutyl fumarate, monocyclohexyl fumarate, dicyclohexyl fumarate, monoethyl itaconate, diethyl itaconate And monoesters and diesters of ⁇ , ⁇ -ethylenically unsaturated polycarboxylic 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, styrene sulfonic acid, ethyl (meth)acrylic acid-2-sulfonate, and 2-acrylamido-2-methyl. Examples thereof include propanesulfonic acid and 3-allyloxy-2-hydroxypropanesulfonic acid.
  • "(meth)allyl” means allyl and/or methallyl.
  • Examples of the monomer having a phosphoric acid group include 2-(meth)acryloyloxyethyl phosphate, methyl-2-(meth)acryloyloxyethyl phosphate, and ethyl-(meth)acryloyloxyethyl phosphate. ..
  • "(meth)acryloyl” means acryloyl and/or methacryloyl.
  • nitrile group-containing monomer unit aromatic vinyl monomer unit, and linear alkylene structural unit, and other monomer units include carboxylic acid group, sulfonic acid group, phosphoric acid group and hydroxyl group. Shall not be included.
  • the polymer preferably has an iodine value of 120 mg/100 mg or less, more preferably 80 mg/100 mg or less, and further preferably 50 mg/100 mg or less.
  • the polymer having an iodine value of not more than the above upper limit value it is possible to prepare a conductive material paste having a higher dispersibility of the conductive material, and by extension, the conductivity in the slurry composition also when the slurry composition is prepared. The dispersibility of the material can be increased.
  • the iodine value of the polymer may be, for example, 2 mg/100 mg or more.
  • the iodine value of the polymer can be adjusted by changing the hydrogenation conditions.
  • the polymer has a weight average molecular weight of preferably 10 ⁇ 10 3 or more, more preferably 20 ⁇ 10 3 or more, preferably 200 ⁇ 10 3 or less, and 90 ⁇ 10 3 The following is more preferable. If the weight average molecular weight of the polymer is at least the above lower limit, it is possible to prevent the polymer from swelling excessively with respect to the electrolytic solution, and effectively suppress the increase in the internal resistance of the obtained secondary battery. You can Further, when the weight average molecular weight of the polymer is not more than the above upper limit value, when the conductive material paste is prepared, the viscosity of the conductive material paste can be effectively suppressed from decreasing the dispersibility of the conductive material. it can.
  • the weight average molecular weight of the polymer is equal to or less than the above upper limit, the polymers are easily aggregated in the slurry composition, and the viscosity of the slurry composition is effectively suppressed from easily changing with time. can do.
  • the method for preparing the above-mentioned polymer is not particularly limited.
  • a monomer composition containing the above-mentioned monomer is optionally polymerized in the presence of a molecular weight modifier such as t-dodecyl mercaptan. After obtaining the polymer, it can be prepared by hydrogenating (hydrogenating) the obtained polymer.
  • the content ratio of each monomer in the monomer composition used for preparing the polymer can be determined according to the content ratio of each repeating unit in the 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.
  • the polymerization reaction any reaction such as ionic polymerization, radical polymerization and living radical polymerization can be used.
  • the polymer hydrogenation method is not particularly limited, and is a general method using a catalyst, such as an oil layer hydrogenation method, an aqueous layer direct hydrogenation method, and an aqueous layer indirect hydrogenation method (for example, International Publication No. 2013/080989 etc.) etc. can be used.
  • the binder composition may contain a solvent.
  • the solvent is not particularly limited, and an organic solvent can be used.
  • the organic solvent include alcohols such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol, t-butanol, pentanol, hexanol, heptanol, octanol, nonanol, decanol, and amyl alcohol.
  • NMP N-methylpyrrolidone
  • Examples include polar organic solvents, aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, chlorobenzene, orthodichlorobenzene, and paradichlorobenzene. These may be used alone or in combination of two or more. Among them, NMP is preferable as the solvent.
  • the binder composition of the present invention contains, in addition to the above-mentioned components, a polymer having a composition different from that of the above-mentioned polymer, and components such as known additives as described in JP2013-179040A. May be Moreover, these components may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more types in arbitrary ratios.
  • the polymer having a composition different from that of the above-mentioned polymer examples include a fluorine-containing polymer such as polyvinylidene fluoride (PVdF), polyacrylonitrile, and polymethylmethacrylate. These polymers differ from the above-mentioned polymers in that they do not contain at least one of a nitrile group-containing monomer unit, an aromatic vinyl monomer unit, and a linear alkylene structural unit. .. From the viewpoint of further suppressing gas generation from the obtained secondary battery electrode, the binder composition preferably does not contain a polymer containing a hydrophilic group-containing monomer unit.
  • PVdF polyvinylidene fluoride
  • the binder composition preferably does not contain a polymer containing a hydrophilic group-containing monomer unit.
  • the binder composition of the present invention can be prepared by mixing the above-mentioned components and a solvent.
  • the mixing method is not particularly limited, and examples include a mixing method using a mixer such as a ball mill, a sand mill, a bead mill, a pigment disperser, a crusher, an ultrasonic disperser, a homogenizer, a planetary mixer, and a fill mix.
  • a mixer such as a ball mill, a sand mill, a bead mill, a pigment disperser, a crusher, an ultrasonic disperser, a homogenizer, a planetary mixer, and a fill mix.
  • the conductive material paste composition for a secondary battery electrode of the present invention includes the binder composition of the present invention described above and a conductive material. Is characterized by. Since the conductive material paste composition of the present invention contains the binder composition of the present invention, the dispersibility of the conductive material is sufficiently high, and it is possible to prepare a slurry composition having sufficiently high stability over time, and further, It is possible to create electrodes with low gas generation.
  • the conductive material is a component that can be mixed to promote electrical contact between the electrode active materials in the electrode mixture layer.
  • Conductive carbon materials such as carbon black (for example, acetylene black, Ketjen Black (registered trademark), furnace black, etc.), graphite, carbon fibers, carbon flakes; fibers of various metals, foils, etc. are used as the conductive material.
  • the conductive material preferably contains carbon fibers, more preferably carbon ultrashort fibers such as carbon nanotubes and vapor grown carbon fibers, and more preferably carbon nanotubes. These can be used alone or in combination of two or more.
  • the BET specific surface area of the conductive material is preferably 100 m 2 /g or more, more preferably 150 m 2 /g or more, and usually 2500 m 2 /g or less.
  • the BET specific surface area of the conductive material is at least the above lower limit value, a good conductive path can be formed in the electrode composite material layer, and the output characteristics of the secondary battery can be further improved.
  • the BET specific surface area of the conductive material is not more than the above upper limit value, it is possible to suppress the aggregation of the conductive material and ensure the dispersibility of the conductive material.
  • conductive materials with a large BET specific surface area and fibrous conductive materials such as carbon nanotubes are usually easily aggregated and difficult to disperse.
  • the binder composition containing the polymer having the above-mentioned predetermined composition is used, even a conductive material having a large BET specific surface area can satisfactorily and stably. It can be dispersed.
  • Other components that can be blended in the conductive material paste are not particularly limited, and include the same components as other components that can be blended in the binder composition of the present invention. Further, other components may be used alone or in combination of two or more at an arbitrary ratio.
  • the conductive material paste can be prepared by mixing the above-described binder composition of the present invention, the conductive material, and any other component such as a solvent.
  • the mixing method is not particularly limited, and examples thereof include the mixing method described above in the section ⁇ Method for preparing binder composition>.
  • the content ratio of the conductive material in the conductive material paste to the polymer having the above-described specific composition is 1 part by mass or more of the polymer (that is, the content mass of the conductive material is 100 parts by mass of the conductive material).
  • the content is equal to or less than a part (that is, equal to or less than 1 ⁇ 4 of the mass of the conductive material).
  • the solid content concentration of the conductive material paste is, for example, 1% by mass or more, preferably 2% by mass or more, more preferably 3% by mass or more, 30% by mass or less, and preferably 25% by mass or less, 20 It is more preferably not more than mass %.
  • the viscosity of the conductive agent paste is usually 10000 Pa ⁇ s or less when measured with a rheometer (MCR302 manufactured by Anton Paar) under the conditions of a temperature of 25° C. and a shear rate of 0.1 s ⁇ 1. Is 5000 Pa ⁇ s or less, more preferably 1000 Pa ⁇ s or less, further preferably less than 500 Pa ⁇ s, particularly preferably less than 250 Pa ⁇ s, and usually 50 Pa ⁇ s or more.
  • the secondary battery electrode slurry composition of the present invention contains an electrode active material, a solvent, and the binder composition described above, and optionally further contains a conductive material and other components. That is, the slurry composition for a secondary battery electrode of the present invention contains an electrode active material, a solvent, and the above-mentioned polymer, and optionally further contains a conductive material and other components. Since the secondary battery electrode slurry composition of the present invention contains the binder composition described above, it is possible to prepare an electrode having sufficiently high stability over time and a low gas generation amount.
  • the slurry composition for secondary battery electrodes is a slurry composition for lithium ion secondary battery positive electrodes is demonstrated below as an example, this invention is not limited to the following examples.
  • the electrode active material is a material that exchanges electrons in the electrode of the secondary battery. Then, as a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, a material capable of inserting and extracting lithium is usually used.
  • the positive electrode active material for the lithium ion secondary battery is not particularly limited, and lithium-containing cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), lithium-containing nickel oxide. (LiNiO 2 ), Co—Ni—Mn lithium-containing composite oxide, Ni—Mn—Al lithium-containing composite oxide, Ni—Co—Al lithium-containing composite oxide, olivine-type lithium iron phosphate (LiFePO 4 ).
  • lithium manganese phosphate olivine LiMnPO 4
  • LiMnPO 4 lithium manganese phosphate olivine
  • Li 1+x Mn 2-x O 4 (0 ⁇ X ⁇ 2)
  • Examples of the known positive electrode active material include 0.07 Mn 0.56 ]O 2 and LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 .
  • the lithium-containing composite oxide of Co—Ni—Mn includes Li(Ni 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 )O 2 and Li(Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 )O. 2 and the like.
  • lithium-containing cobalt oxide LiCoO 2
  • lithium-containing nickel oxide LiNiO 2
  • Co—Ni—Mn lithium-containing cobalt oxide
  • a lithium-containing composite oxide Li[Ni 0.17 Li 0.2 Co 0.07 Mn 0.56 ]O 2 or LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4
  • Co—Ni—Mn It is more preferable to use a lithium-containing composite oxide.
  • the compounding amount and particle size of the positive electrode active material are not particularly limited and may be the same as those of conventionally used positive electrode active materials.
  • conductive material paste composition for secondary battery electrode As the conductive material, those described above in the section of (conductive material paste composition for secondary battery electrode) can be preferably used.
  • Binder composition As the binder composition, the above-mentioned binder composition for a secondary battery electrode of the present invention is used.
  • solvent the same various solvents as listed as the solvent that can be contained in the binder composition for a secondary battery electrode of the present invention can be used.
  • the content ratio of the conductive material in the slurry composition is preferably 0.01 parts by mass or more and 20 parts by mass or less, with the content of the electrode active material being 100 parts by mass.
  • the ratio of the conductive material is at least the above lower limit, electrical contact between the positive electrode active materials can be promoted. Further, if the compounding amount of the conductive material is not more than the above upper limit value, the dispersion stability can be enhanced.
  • the preferable content ratio of the polymer in the slurry composition is the suitable range of the polymer with respect to the conductive material described above in the section ⁇ Method for producing conductive material paste>, and the electrode activity described at the beginning of this paragraph. It may be within a suitable range that can be derived from the content ratio between the substance and the conductive material.
  • the other components that can be blended in the slurry composition are not particularly limited, and the same as the other components that can be blended in the binder composition of the present invention can be mentioned. Further, other components may be used alone or in combination of two or more at an arbitrary ratio.
  • the secondary battery electrode slurry composition is a lithium ion secondary battery positive electrode slurry composition
  • predetermined polymer in addition to the above-mentioned polymer (hereinafter sometimes referred to as “predetermined polymer”).
  • predetermined polymer As the second polymer, it is preferable to use a fluorine-containing polymer such as polyvinylidene fluoride (PVdF) in combination.
  • the amount of the predetermined polymer used is 10% by mass or less, with the total content of the predetermined polymer and the second polymer being 100% by mass. It is preferable that the content is 5% by mass or less.
  • the above-mentioned slurry composition can be prepared by dissolving or dispersing each of the above components in a solvent such as an organic solvent.
  • a slurry composition can be prepared by mixing the above components and a solvent by a known dispersion or mixing method as described in the section ⁇ Method for preparing binder composition>.
  • the electrode active material and by adding the optional component as described above, also by subjecting to a known dispersion or mixing method as described above, the slurry composition Can be prepared.
  • the solvent used in the preparation of the slurry composition may be the solvent contained in the binder composition.
  • the order of addition of each component at the time of preparation is not particularly limited, and the above components may be mixed all at once or may be mixed stepwise.
  • the positive electrode active material, and optional components such as a solvent and a second polymer are added to and mixed with the conductive material paste. It is preferred to perform the steps.
  • the viscosity of the slurry composition (measured with a single cylindrical rotary viscometer according to JIS Z8803: 1991. Temperature: 25° C., rotation speed: 60 rpm) is preferably 1500 mPa ⁇ s or more, and more preferably 4000 mPa ⁇ s or more. It is preferably 20000 mPa ⁇ s or less, more preferably 5000 mPa ⁇ s or less.
  • the secondary battery electrode of the present invention comprises a current collector and an electrode mixture layer formed on the current collector, and the electrode mixture layer is formed using the above-mentioned secondary battery electrode slurry composition. ing. That is, the electrode mixture layer contains at least an electrode active material and a polymer.
  • the respective components contained in the electrode mixture layer were those contained in the slurry composition for a secondary battery electrode, and the preferable abundance ratio of these components is in the slurry composition. It is the same as the preferable abundance ratio of each component.
  • the electrode for a secondary battery of the present invention is produced by using a slurry composition containing the binder composition for a secondary battery electrode of the present invention, the electrode is repeatedly incorporated into a secondary battery. Generates a small amount of gas when used for charge and discharge.
  • the secondary battery electrode of the present invention includes, for example, a step of applying the above-mentioned slurry composition on a current collector (application step) and a step of drying the slurry composition applied on the current collector to collect the same. It is manufactured through a step of forming an electrode mixture layer on the electric body (drying step).
  • the method for applying the slurry composition onto the current collector is not particularly limited, and a known method can be used. Specifically, as a coating method, a doctor blade method, a dipping method, a reverse roll method, a direct roll method, a gravure method, an extrusion method, a brush coating method or the like can be used. At this time, the slurry composition may be applied to only one surface of the current collector, or may be applied to both surfaces. The thickness of the slurry film on the current collector after coating and before drying can be appropriately set according to the thickness of the electrode mixture layer obtained by drying.
  • the current collector for applying the slurry composition a material having electrical conductivity and electrochemical durability is used.
  • a current collector made of iron, copper, aluminum, nickel, stainless steel, titanium, tantalum, gold, platinum, or the like can be used.
  • the aluminum foil is particularly preferable as the current collector used for the positive electrode
  • the copper foil is particularly preferable as the current collector used for the negative electrode.
  • the above materials may be used alone or in combination of two or more at an arbitrary ratio.
  • the method for drying the slurry composition on the current collector is not particularly limited, and known methods can be used, for example, hot air, hot air, low-humid air drying method, vacuum drying method, infrared ray, electron beam, and the like. A drying method by irradiation can be mentioned.
  • an electrode mixture layer is formed on the current collector, and a secondary battery electrode including the current collector and the electrode mixture layer can be obtained. it can.
  • the electrode mixture layer may be subjected to a pressure treatment using a die press or a roll press.
  • a pressure treatment By the pressure treatment, the density of the electrode mixture layer can be effectively increased, and the adhesion between the electrode mixture layer and the current collector can be improved.
  • the electrode mixture layer contains a curable polymer, it is preferable to cure the polymer after forming the electrode mixture layer.
  • the secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, and a separator, and at least one of the positive electrode and the negative electrode is the secondary battery electrode of the present invention. Since the secondary battery of the present invention includes the secondary battery electrode of the present invention, it has excellent battery characteristics (particularly, output characteristics).
  • the secondary battery is a lithium ion secondary battery and the positive electrode is the electrode for a secondary battery of the present invention will be described, but the present invention is not limited to the following example. ..
  • a known negative electrode can be used as the negative electrode.
  • the negative electrode for example, a negative electrode formed of a thin plate of metallic lithium or a negative electrode formed by forming a negative electrode mixture layer on a current collector can be used.
  • the current collector one made of a metal material such as iron, copper, aluminum, nickel, stainless steel, titanium, tantalum, gold or platinum can be used.
  • the negative electrode mixture layer a layer containing a negative electrode active material and a binder can be used.
  • the binder is not particularly limited, and any known material can be used.
  • an organic electrolytic solution prepared by dissolving a supporting electrolyte in an organic solvent is usually used.
  • a lithium salt is used as the supporting electrolyte of the 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, and LiPF 6 is particularly preferable, because it is easily dissolved in a solvent and exhibits a high dissociation degree.
  • the electrolytes may be used alone or in combination of two or more at an arbitrary ratio.
  • the lithium ion conductivity tends to be higher as the supporting electrolyte having a higher dissociation degree is used, and thus the lithium ion conductivity can be adjusted depending on the type of the supporting electrolyte.
  • the concentration (25° C.) of the supporting electrolyte in the electrolytic solution can be, for example, 0.5 mol/L or more and 2.0 mol/L or less.
  • the organic solvent used in the electrolytic solution is not particularly limited as long as it can dissolve the supporting electrolyte, but for example, dimethyl carbonate (DMC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), propylene carbonate (PC), Carbonyls such as butylene carbonate (BC) and ethylmethyl carbonate (EMC); esters such as ⁇ -butyrolactone and methyl formate; ethers such as 1,2-dimethoxyethane and tetrahydrofuran; sulfur-containing compounds such as sulfolane and dimethyl sulfoxide And the like are preferably used. Further, a mixed solution of these solvents may be used.
  • DMC dimethyl carbonate
  • EC ethylene carbonate
  • DEC diethyl carbonate
  • PC propylene carbonate
  • Carbonyls such as butylene carbonate (BC) and ethylmethyl carbonate (EMC)
  • esters such as ⁇ -butyrolactone and methyl
  • carbonates because they have a high dielectric constant and a wide stable potential region, and it is preferable to use a mixture of ethylene carbonate and diethyl carbonate.
  • additives such as vinylene carbonate (VC), fluoroethylene carbonate, and ethyl methyl sulfone can be added to the electrolytic solution.
  • the separator is not particularly limited, and for example, those described in JP 2012-204303 A can be used. Among these, the film thickness of the entire separator can be reduced, and thus the capacity per volume can be increased by increasing the ratio of the electrode active material in the secondary battery, and thus the polyolefin-based ( A microporous membrane made of a resin of polyethylene, polypropylene, polybutene, polyvinyl chloride) is preferable.
  • the secondary battery of the present invention includes, for example, a positive electrode and a negative electrode, which are superposed with a separator interposed therebetween, and which are wound or folded according to the shape of the battery as needed and put into a battery container to be electrolyzed into the battery container. It can be manufactured by injecting a liquid and sealing. If necessary, a fuse, an overcurrent preventing element such as a PTC element, an expanded metal, a lead plate, or the like may be provided in order to prevent an increase in internal pressure of the secondary battery, overcharge, and the like.
  • the shape of the secondary battery may be, for example, a coin type, a button type, a sheet type, a cylindrical type, a prismatic type, a flat type or the like.
  • ⁇ Composition of polymer> In all Examples and Comparative Examples, 1 H-NMR measurement confirmed the presence of a linear alkylene structural unit (1,3-butadiene hydride unit) having 4 or more carbon atoms.
  • a calibration curve was prepared using polystyrene as a standard substance to calculate the weight average molecular weight as a standard substance conversion value.
  • the measurement conditions are as follows. ⁇ Measurement conditions>> Column: TSKgel ⁇ -M x 2 (inner diameter 7.8 mm x 30 cm x 2) manufactured by Tosoh Corporation Eluent: dimethylformamide (50 mM lithium bromide, 10 mM phosphoric acid) Flow rate: 0.5 mL/min.
  • Viscosity is less than 250 Pa ⁇ s
  • B Viscosity is 250 Pa ⁇ s or more and less than 500 Pa ⁇ s
  • C Viscosity is 500 Pa ⁇ s or more
  • Viscosity maintenance rate ⁇ is less than 150%
  • Viscosity maintenance rate ⁇ is 150% or more and less than 300%
  • Viscosity maintenance rate ⁇ is 300% or more
  • the secondary batteries prepared in Examples and Comparative Examples were allowed to stand for 24 hours in an environment of 25°C. After that, in a 25° C. environment, a charging/discharging operation of charging to 0.15 C to 4.35 V and discharging to 0.15 C to 2.75 V was performed. The cell of this battery was immersed in liquid paraffin, and the cell volume X0 was measured. Further, in a 60° C. environment, the charging/discharging operation was repeated 1000 cycles under the same conditions as described above. The cell of the battery after 1000 cycles was immersed in liquid paraffin, and the cell volume X1 was measured.
  • Example 1 ⁇ Preparation of polymer>
  • a reactor 180 parts of ion-exchanged water, 25 parts of a 10% sodium dodecylbenzenesulfonate (emulsifier for emulsion polymerization) aqueous solution, 23 parts of acrylonitrile as a nitrile group-containing monomer, and styrene as an aromatic vinyl monomer.
  • 43 parts and 2 parts of t-dodecyl mercaptan as a molecular weight modifier were charged in this order, the internal gas was replaced with nitrogen three times, and then 34 parts of 1,3-butadiene as a conjugated diene monomer was charged.
  • the aqueous dispersion and the palladium catalyst were mixed so that the palladium content was 5,000 ppm with respect to the mass of the solid content contained in the aqueous dispersion of the polymer precursor.
  • a solution obtained by mixing ion-exchanged water) was added, and hydrogenation reaction was carried out at a hydrogen pressure of 3 MPa and a temperature of 50° C. for 6 hours to obtain a target polymer which was a hydrogenated polymer. Then, the results of measuring the iodine value of the polymer and the weight average molecular weight of the polymer according to the above are shown in Table 1.
  • ⁇ Preparation of binder composition for positive electrode> An aqueous dispersion of the polymer and an appropriate amount of N-methylpyrrolidone (NMP) as an organic solvent were mixed to obtain a mixed solution. Next, all the water contained in the obtained mixed liquid was evaporated under reduced pressure to obtain a positive electrode binder composition containing a polymer and NMP.
  • NMP N-methylpyrrolidone
  • ⁇ Preparation of slurry composition for positive electrode> The positive electrode conductive material paste obtained as described above was added to 0.04 parts in terms of polymer solid content and a ternary active material (Li(Ni 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 )O having a layered structure as a positive electrode active material. 2 , an average particle diameter: 10 ⁇ m) 100 parts, polyvinylidene fluoride (PVdF) 0.96 part (solid content equivalent) as a second polymer, and NMP as an organic solvent were added, and a planetary mixer was added. Was stirred (60 rpm, 30 minutes) to prepare a positive electrode slurry composition.
  • PVdF polyvinylidene fluoride
  • the amount of NMP added is 4000 to 5000 mPa ⁇ s in the viscosity of the obtained positive electrode slurry composition (measured by a single cylindrical rotary viscometer according to JIS Z8803:1991. Temperature: 25° C., rotation speed: 60 rpm). It was adjusted to be within the range of s. Then, the obtained positive electrode slurry composition was evaluated for dispersion stability of the solid content in the slurry composition as described above. The results are shown in Table 1.
  • An aluminum foil having a thickness of 20 ⁇ m was prepared as a current collector.
  • the slurry composition for a positive electrode was applied on an aluminum foil with a comma coater so that the basis weight after drying was 20 mg/cm 2 , dried at a temperature of 90° C. for 20 minutes, and at a temperature of 120° C. for 20 minutes, and then at a temperature of 60.
  • a positive electrode raw material was obtained by heating at 10° C. for 10 hours.
  • This positive electrode raw material was rolled by a roll press to produce a sheet-shaped positive electrode composed of a positive electrode mixture layer having a density of 3.2 g/cm 3 and an aluminum foil.
  • the thickness of the sheet-shaped positive electrode was 70 ⁇ m.
  • This sheet-shaped positive electrode was cut into a width of 4.8 cm and a length of 50 cm to obtain a positive electrode for a lithium ion secondary battery.
  • ⁇ Production of negative electrode> A mixture of 90 parts of spherical artificial graphite (volume average particle diameter: 12 ⁇ m) and 10 parts of SiO X (volume average particle diameter: 10 ⁇ m) as a negative electrode active material, 1 part of a styrene-butadiene polymer as a binder, 1 part of carboxymethyl cellulose as a viscous agent and an appropriate amount of water as a dispersion medium were stirred with a planetary mixer to prepare a slurry composition for a negative electrode. Next, a copper foil having a thickness of 15 ⁇ m was prepared as a current collector.
  • the slurry composition for a negative electrode was applied on both surfaces of a copper foil so that the applied amount after drying was 10 mg/cm 2 , and dried at a temperature of 60° C. for 20 minutes and at a temperature of 120° C. for 20 minutes. Then, it heat-processed at the temperature of 150 degreeC for 2 hours, and obtained the negative electrode original fabric.
  • the negative electrode raw material was rolled by a roll press to prepare a sheet-shaped negative electrode composed of a negative electrode mixture layer (both sides) having a density of 1.8 g/cm 3 and a copper foil. Then, the sheet-shaped negative electrode was cut into a width of 5.0 cm and a length of 52 cm to obtain a negative electrode for a lithium ion secondary battery.
  • the positive electrode and the negative electrode were wound around the core having a diameter of 20 mm with the separator interposed therebetween to obtain a wound body. Then, the obtained wound body was compressed from one direction at a speed of 10 mm/sec until the thickness became 4.5 mm.
  • the wound body after compression had an elliptical shape in plan view, and the ratio of the major axis to the minor axis (major axis/minor axis) was 7.7.
  • the compressed wound body was accommodated in an aluminum laminate case together with 3.2 g of the non-aqueous electrolyte.
  • a nickel lead wire was connected to a predetermined part of the negative electrode and an aluminum lead wire was connected to a predetermined part of the positive electrode, and then the opening of the case was sealed with heat to obtain a lithium ion secondary battery.
  • This lithium-ion secondary battery was a pouch type with a width of 35 mm, a height of 48 mm, and a thickness of 5 mm, and the nominal capacity of the battery was 700 mAh.
  • the initial resistance of the secondary battery and the gas generation amount of the electrode were evaluated as described above. The results are shown in Table 1.
  • Example 2 A hydrogenated polymer was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amounts of various monomers were changed to 39 parts of acrylonitrile, 5 parts of styrene, and 56 parts of 1,3-butadiene during preparation of the polymer.
  • a positive electrode conductive material paste, a positive electrode binder composition, a positive electrode slurry composition, a secondary battery positive electrode, a secondary battery negative electrode, and a secondary battery were produced. Then, various measurements and evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
  • Example 3 A hydrogenated polymer was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amounts of various monomers were changed to 35 parts of acrylonitrile, 15 parts of styrene, and 50 parts of 1,3-butadiene during the preparation of the polymer.
  • a positive electrode conductive material paste, a positive electrode binder composition, a positive electrode slurry composition, a secondary battery positive electrode, a secondary battery negative electrode, and a secondary battery were produced. Then, various measurements and evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
  • Example 4 A hydrogenated polymer was prepared in the same manner as in Example 1, except that the amounts of various monomers were changed to 12 parts of acrylonitrile, 69 parts of styrene, and 19 parts of 1,3-butadiene during the preparation of the polymer.
  • a positive electrode conductive material paste, a positive electrode binder composition, a positive electrode slurry composition, a secondary battery positive electrode, a secondary battery negative electrode, and a secondary battery were produced. Then, various measurements and evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
  • Example 5 Preparation of polymer>
  • the oil layer hydrogenation method was adopted as the hydrogenation method.
  • a part of the aqueous dispersion of the polymer precursor obtained in Example 1 was added to an aqueous solution of magnesium sulfate in an amount of 12 mass% based on the mass of solid content, and stirred to coagulate the latex. Then, it was filtered while washing with water, and the obtained solidified product was vacuum dried at a temperature of 60° C. for 12 hours to obtain a hydrogenation target.
  • the obtained hydrogenation target is dissolved in acetone to have a concentration of 12% by mass to obtain an acetone solution of the hydrogenation target, which is put into an autoclave, and the hydrogenation target is 100% by mass.
  • a hydrogenation reaction was performed at a hydrogen pressure of 3.0 MPa for 6 hours to obtain a hydrogenation reaction product.
  • the hydrogenation reaction product was poured into a large amount of water for coagulation, followed by filtration and drying to obtain a target polymer.
  • ⁇ Preparation of binder composition for positive electrode> The polymer and an appropriate amount of NMP as an organic solvent were heated and mixed to obtain a positive electrode binder composition containing the polymer and NMP. Then, in the same manner as in Example 1, a positive electrode conductive material paste, a positive electrode slurry composition, a secondary battery positive electrode, a secondary battery negative electrode, and a secondary battery were produced. Then, various measurements and evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
  • AN is an acrylonitrile unit
  • ST is a styrene unit
  • H-BD is a 1,3-butadiene hydride unit having a structural unit represented by the general formula: —C 2 H 4 —
  • BD is a unit derived from a 1,3-butadiene monomer other than H-BD
  • NCM is Li(Ni 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 )O 2
  • PVdF represents polyvinylidene fluoride, respectively.
  • a conductive material paste having a sufficiently high dispersibility of a conductive material can be prepared, a slurry composition having sufficiently high stability over time can be prepared, and furthermore, an electrode having a low gas generation amount can be prepared. It is possible to provide a binder composition for a secondary battery electrode. Further, according to the present invention, it is possible to prepare a slurry composition having sufficiently high dispersibility of a conductive material and sufficiently high stability over time, and further capable of producing an electrode having a low gas generation amount. A conductive material paste composition for a secondary battery electrode can be provided.
  • a slurry composition for a secondary battery electrode which is capable of producing an electrode having sufficiently high temporal stability and a low gas generation amount. Further, according to the present invention, it is possible to provide an electrode having a low gas generation amount and a secondary battery including the electrode.

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Abstract

ニトリル基含有単量体単位、芳香族ビニル単量体単位、及び直鎖アルキレン構造単位を含有する一方で、親水性基含有単量体単位を含有しない重合体を含む、二次電池電極用バインダー組成物である。

Description

二次電池電極用バインダー組成物、二次電池電極用導電材ペースト組成物、二次電池電極用スラリー組成物、二次電池用電極、及び二次電池
 本発明は、二次電池電極用バインダー組成物、二次電池電極用導電材ペースト組成物、二次電池電極用スラリー組成物、二次電池用電極、及び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二次電池は、小型で軽量、且つエネルギー密度が高く、さらに繰り返し充放電が可能という特性があり、幅広い用途に使用されている。そのため、近年では、二次電池の更なる高性能化を目的として、電極などの電池部材の改良が検討されている。
 ここで、リチウムイオン二次電池などの二次電池に用いられる電極は、通常、集電体と、集電体上に形成された電極合材層(正極合材層又は負極合材層)とを備えている。そして、この電極合材層は、例えば、電極活物質と、結着材を含むバインダー組成物などとを分散媒に分散させてなるスラリー組成物を用いて形成される。
 そこで、近年では、二次電池の更なる性能の向上を達成すべく、電極合材層の形成に用いられるバインダー組成物の改良が試みられている。
 具体的には、例えば特許文献1では、ニトリル基を有する重合単位、芳香族ビニル重合単位、親水性基を有する重合単位、及び炭素数4以上の直鎖アルキレン重合単位を含有するバインダーであって、芳香族ビニル重合単位の含有割合が5~50%である二次電池正極用バインダー組成物が開示されている。かかるバインダー組成物を用いることで、サイクル特性等に優れる二次電池を提供することができる。
特開2013-179040号公報
 ここで、上記従来の正極用バインダー組成物を用いても、導電材ペースト又はスラリー組成物中における導電材の分散性を十分に高めることが難しく、また、経時安定性の充分に高いスラリー組成物を得ることはできなかった。さらに、上記従来の正極用バインダー組成物を用いて作成した正極には、充放電の繰り返しに伴うガス発生を一層低減するという点で改善の余地があった。
 そこで、本発明は、導電材の分散性が十分に高い導電材ペーストを調製可能であり、経時安定性の充分に高いスラリー組成物を調製可能であり、更に、低ガス発生量の電極を作成し得る、二次電池電極用バインダー組成物を提供することを目的とする。
 また、本発明は、導電材の分散性が充分に高く、且つ、経時安定性の充分に高いスラリー組成物を調製可能であり、更に、低ガス発生量の電極を作成し得る、二次電池電極用導電材ペースト組成物を提供することを目的とする。
 さらにまた、本発明は、経時安定性が充分に高く、且つ、低ガス発生量の電極を作成し得る、二次電池電極用スラリー組成物を提供することを目的とする。
 そして、本発明は、低ガス発生量の電極及びかかる電極を備える二次電池を提供することを目的とする。
 本発明者らは、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、本発明者らは、ニトリル基含有単量体単位、芳香族ビニル単量体単位、及び直鎖アルキレン構造単位を含み、且つ、親水性基含有単量体単位を含まない、重合体を含む二次電池電極用バインダー組成物によれば、導電材の分散性が十分に高い導電材ペーストを調製可能であり、経時安定性の充分に高いスラリー組成物を調製可能であり、更に、低ガス発生量の電極を作成す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、本発明の二次電池電極用バインダー組成物は、重合体を含む二次電池電極用バインダー組成物であって、前記重合体が、ニトリル基含有単量体単位、芳香族ビニル単量体単位、及び直鎖アルキレン構造単位を含有する一方で、親水性基含有単量体単位を含有しない、ことを特徴とする。このように、バインダー組成物に含まれる重合体が、ニトリル基含有単量体単位、芳香族ビニル単量体単位、及び直鎖アルキレン構造単位を含み、且つ、親水性基含有単量体単位を含まなければ、かかるバインダー組成物を用いて、導電材の分散性が十分に高い導電材ペーストを調製可能であり、経時安定性の充分に高いスラリー組成物を調製可能であり、更に、低ガス発生量の電極を作成することが可能である。
 なお、重合体が「単量体単位を含有する」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が含まれている」ことを意味する。また、「直鎖アルキレン構造単位を含有する」とは、重合体中に一般式:-C2n-[但し、nは整数]で表わされる直鎖アルキレン構造のみで構成される繰り返し単位が含まれていることを意味する。さらにまた、重合体における単量体単位及び構造単位の含有の有無、及び含有割合は、例えば、H-NMRにより判定又は測定することができる。
 ここで、本発明の二次電池電極用バインダー組成物において、前記重合体は、ヨウ素価が120mg/100mg以下であることが好ましい。重合体のヨウ素価が120mg/100mg以下であれば、導電材の分散性が一層高い導電材ペーストを調製可能であり、ひいては、スラリー組成物を調製した場合にもかかるスラリー組成物中における導電材の分散性を高めることができる。
 なお、重合体の「ヨウ素価」は、JIS K6235(2006)に準拠して測定することができる。
 また、本発明の二次電池電極用バインダー組成物において、前記重合体が、前記芳香族ビニル単量体単位を3質量%以上80質量%以下の割合で含有することが好ましい。重合体における芳香族ビニル単量体単位の含有割合が上記範囲内であれば、導電材の分散性が一層高い導電材ペーストを調製可能であり、且つ、経時安定性の一層高いスラリー組成物を調製可能である。
 また、この発明は上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の二次電池電極用導電材ペースト組成物は、導電材と、上述した何れかの二次電池電極用バインダー組成物と、を含むことを特徴とする。ペースト組成物が上述した何れかの二次電池電極用バインダー組成物を含んでいれば、当該ペースト組成物中における導電材の分散性が充分に高く、且つ、経時安定性の充分に高いスラリー組成物を調製可能であり、更に、低ガス発生量の電極を作成し得る。
 ここで、本発明の二次電池電極用導電材ペースト組成物において、導電材が、カーボンナノチューブを含んでいても良い。ペースト組成物が上記バインダー組成物を含んでいれば、導電材としてのカーボンナノチューブをペースト組成物中において良好に分散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、本発明の二次電池電極用スラリー組成物は、電極活物質と、溶媒と、上述した何れかの二次電池電極用バインダー組成物と、を含むことを特徴とする。スラリー組成物が上述した何れかの二次電池電極用バインダー組成物を含んでいれば、経時安定性が充分に高く、且つ、低ガス発生量の電極を作成し得る。
 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、本発明の二次電池用電極は、上述した二次電池電極用スラリー組成物を用いて形成した電極合材層を備えることを特徴とする。このように、上述した二次電池電極用スラリー組成物を用いて形成した電極は、低ガス発生量である。
 そして、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、本発明の二次電池は、正極、負極、電解液及びセパレータを備え、前記正極又は負極の少なくとも一方が上述した二次電池用電極であることを特徴とする。このように、上述した二次電池用電極を使用すれば、二次電池内におけるガス発生量が少なく、長期にわたり優れた電池特性を発揮し得る。
 本発明によれば、導電材の分散性が十分に高い導電材ペーストを調製可能であり、経時安定性の充分に高いスラリー組成物を調製可能であり、更に、低ガス発生量の電極を作成し得る、二次電池電極用バインダー組成物を提供し得る。
 また、本発明によれば、導電材の分散性が充分に高く、且つ、経時安定性の充分に高いスラリー組成物を調製可能であり、更に、低ガス発生量の電極を作成し得る、二次電池電極用導電材ペースト組成物を提供することができる。
 さらにまた、本発明によれば、経時安定性が充分に高く、且つ、低ガス発生量の電極を作成し得る、二次電池電極用スラリー組成物を提供することができる。
 そして、本発明によれば、低ガス発生量の電極及びかかる電極を備える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、本発明の二次電池電極用バインダー組成物は、二次電池電極用導電材ペースト組成物(以下、単に「導電材ペースト」とも称することがある。)、及び二次電池電極用スラリー組成物(以下、単に「スラリー組成物」とも称することがある。)を調製する際に好適に用いることができる。そして、本発明の二次電池電極用バインダー組成物を用いて調製した二次電池電極用スラリー組成物は、リチウムイオン二次電池等の二次電池の正極を形成する際に好適に用いることができる。更に、本発明の二次電池は、本発明の二次電池電極用スラリー組成物を用いて形成した二次電池用電極を用いたことを特徴とする。
(二次電池電極用バインダー組成物)
 本発明の二次電池電極用バインダー組成物は、ニトリル基含有単量体単位、芳香族ビニル単量体単位、及び直鎖アルキレン構造単位を含有し、親水性基含有単量体を含有しない、重合体を含むことを特徴とする。かかる組成の重合体は、導電材ペースト及びスラリー組成物中における導電材の分散性を十分に高めることができ、更に、スラリー組成物が調製後時間の経過に従って増粘し易くなることを抑制することができる。更に、上記組成の重合体を含有させることにより、繰り返しの充放電に起因するガス発生量が少ない電極を形成することができる。これらの利点は、上述した重合体の特定の組成に起因して奏されうる。中でも、重合体が親水性基含有単量体単位を含まないことで、スラリー組成物を調製後に時間をおいた場合に、スラリー組成物が増粘することを抑制することができるとともに、かかるスラリー組成物を用いて電極を形成した場合の、電極からのガス発生を抑制することができる。さらに、重合体が、ニトリル基含有単量体単位を含むことで、重合体の、N-メチルピロリドン等の有機溶媒に対する溶解性を適度に高めることができ、導電材ペースト又はスラリー組成物の粘度を適切な範囲内に調節することが可能となる。その結果、導電材ペースト又はスラリー組成物中における導電材等の固形分の分散性を高めることができる。さらにまた、重合体が、芳香族ビニル単量体単位を含むことで、導電材ペースト又はスラリー組成物を調製した際に、導電材等の固形分の分散性を高めることができる。そして、重合体が、直鎖アルキレン構造単位を含むことで、スラリー組成物中における導電材等の固形分が、スラリー組成物の調製後に時間をおいた場合に凝集等することを抑制することができ、スラリー組成物の分散安定性を高めることができる。
<重合体>
 重合体は、結着材として機能する成分であり、バインダー組成物を用いて調製した二次電池電極用スラリー組成物を使用して集電体上に電極合材層を形成することにより製造した電極において、電極合材層に含まれる成分が電極合材層から脱離しないように保持する。そして、重合体は、ニトリル基含有単量体単位、芳香族ビニル単量体単位、及び直鎖アルキレン構造単位を含有する一方で、親水性基含有単量体単位を含有しないことを必要とする。なお、重合体は、本発明の効果を損なわない限りにおいて、任意に、その他の単量体単位を含んでいてもよい。また、重合体は、ニトリル基含有単量体と、芳香族ビニル単量体と、共役ジエン単量体と、を含み、親水性基含有単量体を含まない単量体組成物を重合して得た重合体を、既知の方法で水素化してなる水添重合体であることが好ましい。
[ニトリル基含有単量体単位]
 ニトリル基含有単量体単位は、ニトリル基含有単量体由来の繰り返し単位である。ニトリル基を含有する単量体単位であっても、親水性基含有単量体単位に該当し得る単位、即ち、酸性基及び水酸基等の親水性基を含有する単量体単位は、本発明の重合体の構成要件である「ニトリル基含有単量体単位」には含まない。そして、重合体は、ニトリル基含有単量体単位を含有しているので、N-メチルピロリドン等の有機溶媒に対する溶解性が高く、得られるスラリー組成物の粘度を良好に高めることができるとともに、経時的な粘度変化を抑制することにより、スラリー組成物の粘度安定性も良好に高めることができる。
 ここで、ニトリル基含有単量体単位を形成し得るニトリル基含有単量体としては、α,β-エチレン性不飽和ニトリル単量体が挙げられる。具体的には、α,β-エチレン性不飽和ニトリル単量体としては、ニトリル基を有するα,β-エチレン性不飽和化合物であれば特に限定されないが、例えば、アクリロニトリル;α-クロロアクリロニトリル、α-ブロモアクリロニトリルなどのα-ハロゲノアクリロニトリル;メタクリロニトリル、α-エチルアクリロニトリルなどのα-アルキルアクリロニトリル;などが挙げられる。これらの中でも、重合体の結着力を高める観点からは、ニトリル基含有単量体としては、アクリロニトリル及びメタクリロニトリルが好ましく、アクリロニトリルがより好ましい。
 これらは、単独で、又は、2種以上を組み合わせて用いることができる。
 そして、重合体中のニトリル基含有単量体単位の含有割合は、重合体中の全繰り返し単位を100質量%とした場合に、5質量%以上が好ましく、10質量%以上がより好ましく、15質量%以上が更に好ましく、60質量%以下が好ましく、50質量%以下がより好ましく、38質量%以下が更に好ましい。重合体中のニトリル基含有単量体単位の含有割合を上記下限値以上とすれば、重合体の、N-メチルピロリドン等の有機溶媒に対する溶解性が適度に高まり、導電材ペースト又はスラリー組成物を調製した場合のこれらの粘度を適切な範囲内に調節することが可能となる。その結果、導電材ペースト又はスラリー組成物中における導電材等の固形分の分散性を高めることができる。さらに、かかるスラリー組成物を用いて電極を形成した場合に、重合体により良好な結着力を発揮することができ、電極のピール強度を高めることができる。さらには、かかる電極を備える二次電池の出力特性を一層高めることができる。また、重合体中のニトリル基含有単量体単位の含有割合を上記上限値以下とすれば、二次電池の出力特性を一層高めることができる。これは、重合体中におけるニトリル基含有単量体単位の含有割合が上記上限値以下である場合には、重合体の電解液膨潤度が過度に高まることを良好に抑制することができ、二次電池の内部抵抗を低減することができるためであると推察される。
[芳香族ビニル単量体単位]
 芳香族ビニル単量体単位は、芳香族ビニル単量体由来の繰り返し単位である。芳香族ビニル単量体由来の繰り返し単位であっても、親水性基含有単量体単位に該当し得る単位、即ち、酸性基及び水酸基等の親水性基を含有する単位は、本発明の重合体の構成要件である「芳香族ビニル単量体単位」には含まない。そして、芳香族ビニル単量体単位を含む重合体は、導電材ペースト又はスラリー組成物中にて、導電材等の固形分の分散性を高めることができる。
 ここで、芳香族ビニル重合単位を形成し得る単量体としては、例えばスチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエンなどの芳香族ビニル単量体が挙げられる。これらの中でも、他の単量体との共重合性が良好で、重合体の分岐、連鎖、及び分子間架橋などの副反応が比較的小さいため、スチレンが好ましい。
 そして、重合体の芳香族ビニル単量体単位の含有割合は、重合体中の全繰り返し単位を100質量%とした場合に、3質量%以上が好ましく、5質量%以上がより好ましく、10質量%以上が更に好ましく、80質量%以下が好ましく、70質量%以下がより好ましく、65質量%以下が更に好ましい。重合体中の芳香族ビニル単量体単位の含有割合を上記下限値以上とすれば、導電材ペースト又はスラリー組成物を調製した際に、導電材等の固形分の分散性を効果的に高めることができる。さらに、重合体中の芳香族ビニル単量体単位の含有割合を上記上限値以下とすることによっても、導電材ペースト又はスラリー組成物を調製した際に、導電材等の固形分の分散性を効果的に高めることができる。さらにまた、重合体中の芳香族ビニル単量体単位の含有割合を上記範囲内とすることで、スラリー組成物の調製後に時間をおいた場合に、スラリー組成物の粘度が変化することを抑制することができ、スラリー組成物中における導電材等の固形分の分散安定性を効果的に高めることができる。
[直鎖アルキレン構造単位]
 直鎖アルキレン構造単位(以下、単に「アルキレン構造単位」とも称することがある。)は、一般式:-C2n-[但し、nは整数]で表わされる直鎖アルキレン構造のみで構成される繰り返し単位である。直鎖アルキレン構造のみで構成される繰り返し単位であっても、親水性基含有単量体単位に該当し得る単位、即ち、酸性基及び水酸基等の親水性基を含有する構造単位は、本発明の重合体の構成要件である「直鎖アルキレン構造単位」には含まない。そして、重合体は、直鎖アルキレン構造単位を有しているので、スラリー組成物中にて、導電材等の固形分が、スラリー組成物の調製後に時間をおいた場合に凝集等することを抑制することができ、スラリー組成物の分散安定性を高めることができる。なお、かかる効果をより一層良好に奏する観点から、直鎖アルキレン構造単位は、炭素数4以上の直鎖アルキレン構造単位であることが好ましく、上記一般式においてnが4以上の整数であることが好ましい。
 そして、重合体への直鎖アルキレン構造単位の導入方法は、特に限定はされないが、例えば以下の(1)又は(2)の方法:
(1)共役ジエン単量体を含む単量体組成物から重合体を調製し、当該重合体に水素添加することで、共役ジエン単量体単位を直鎖アルキレン構造単位に変換する方法
(2)1-ブテン、1-ヘキセンなどの1-オレフィン単量体を含む単量体組成物から重合体を調製する方法
が挙げられる。これらの共役ジエン単量体や1-オレフィン単量体は、それぞれ、単独で、又は、2種以上を組み合わせて用いることができる。
 これらの中でも、(1)の方法が重合体の製造が容易であり好ましい。
 なお、上記(1)の方法に用い得る共役ジエン単量体としては、例えば、1,3-ブタジエン、イソプレン、2,3-ジメチル-1,3-ブタジエン、1,3-ペンタジエンなどの共役ジエン化合物が挙げられる。中でも、1,3-ブタジエンが好ましい。すなわち、直鎖アルキレン構造単位は、共役ジエン単量体単位を水素化して得られる構造単位(共役ジエン水素化物単位)であることが好ましく、1,3-ブタジエン単位を水素化して得られる構造単位(1,3-ブタジエン水素化物単位)であることがより好ましい。そして、水素化は、後述するような公知の方法を用いて行なうことができる。
 そして、重合体における、直鎖アルキレン構造単位の含有割合が、重合体中の全繰り返し単位(構造単位と単量体単位との合計)を100質量%とした場合に、5質量%以上であることが好ましく、10質量%以上であることがより好ましく、20質量%以上であることが更に好ましく、70質量%以下であることが好ましく、60質量%以下であることがより好ましく、55質量%以下であることが更に好ましい。直鎖アルキレン構造単位の含有割合を上記下限値以上とすることで、スラリー組成物中における導電材等の固形分が、スラリー組成物の調製後に時間をおいた場合に凝集等することを一層効果的に抑制することができ、スラリー組成物の分散安定性を一層効果的に高めることができる。また、直鎖アルキレン構造単位の含有割合を上記上限値以下とすることで、重合体の、N-メチルピロリドン等の有機溶媒に対する溶解性を適度に高めることができ、導電材ペースト又はスラリー組成物の粘度を適切な範囲内に一層効果的に調節することが可能となる。その結果、導電材ペースト又はスラリー組成物中における導電材等の固形分の分散性を一層効果的に高めることができる。
 なお、上述したように、重合体が共役ジエンを含有する単量体組成物を重合して得た重合体を水素化してなる水添重合体である場合には、かかる水添重合体は、直鎖アルキレン構造単位と、その他の共役ジエンに由来する単位(例えば、未水添の共役ジエン単位を含む)とを含みうる。この場合には、水添重合体における、直鎖アルキレン構造単位と、その他の共役ジエンに由来する単位との合計含有割合(以下、「共役ジエン由来の単位の含有割合」とも称する)が、「直鎖アルキレン構造単位の含有割合」について上述した好適な含有割合の範囲内であることが好ましい。共役ジエン由来の単位の含有割合との合計割合を上記範囲内とすることで、直鎖アルキレン構造単位の含有割合の上下限値について説明したような、効果を奏することができる。
[その他の単量体単位]
 また、その他の単量体単位を形成し得るその他の単量体としては、特に限定されることなく、上述した単量体と共重合可能な既知の単量体、例えば、(メタ)アクリル酸エステル単量体、フッ素含有単量体、(メタ)アクリルアミド化合物、及びエポキシ基含有不飽和化合物などであって、後述する親水性基を含まない単量体又は化合物が挙げられる。
 なお、これらの単量体は一種単独で、又は、2種以上を組み合わせて用いることができる。また、本明細書において「(メタ)アクリル」とは、アクリル及び/又はメタクリルを意味する。
 そして、重合体中のその他の単量体単位の含有割合は、好ましくは20質量%以下、より好ましくは10質量%以下であり、0質量%であっても良い。
[非含有単位としての親水性基含有単量体単位]
 本発明の重合体は、親水性基含有単量体単位を含まないことを必要とする。ここで、親水性基含有単量体単位は、親水性基含有単量体由来の繰り返し単位である。親水性基としては、酸性基及び水酸基が挙げられる。酸性基としては、カルボン酸基、スルホン酸基、及びリン酸基などが挙げられる。
 カルボン酸基を有する単量体としては、モノカルボン酸及びその誘導体や、ジカルボン酸及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化合物としては、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及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、スチレンスルホン酸、(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、アリル及び/又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、アクリロイル及び/又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CH=CR-COO-(C2nO)-H(式中、mは2~9の整数、nは2~4の整数、Rは水素又はメチル基を表す)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(メタ)モノアリルエーテル類;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などの、(ポリ)アルキレングリコールのハロゲン及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)アリルエーテル及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。
 なお、上述したニトリル基含有単量体単位、芳香族ビニル単量体単位、及び直鎖アルキレン構造単位、並びにその他の単量体単位には、カルボン酸基、スルホン酸基、リン酸基及び水酸基は含まれないものとする。
[ヨウ素価]
 また、重合体は、ヨウ素価が120mg/100mg以下であることが好ましく、80mg/100mg以下であることがより好ましく、50mg/100mg以下であることが更に好ましい。ヨウ素価が上記上限値以下である重合体によれば、導電材の分散性が一層高い導電材ペーストを調製可能であり、ひいては、スラリー組成物を調製した場合にもかかるスラリー組成物中における導電材の分散性を高めることができる。なお、重合体のヨウ素価は、例えば、2mg/100mg以上でありうる。また、重合体のヨウ素価は、重合体が水添重合体である場合には、水添条件を変更することにより、調節することができる。
[重量平均分子量]
 さらにまた、重合体は、重量平均分子量が、10×10以上であることが好ましく、20×10以上であることがより好ましく、200×10以下であることが好ましく、90×10以下であることがより好ましい。重合体の重量平均分子量が上記下限値以上であれば、重合体が電解液に対して過度に膨潤することを抑制し、得られる二次電池の内部抵抗が高まることを効果的に抑制することができる。また、重合体の重量平均分子量が上記上限値以下であれば、導電材ペーストを調製した際に、導電材ペーストの粘度が高まり導電材の分散性を低下させることを効果的に抑制することができる。さらにまた、重合体の重量平均分子量が上記上限値以下であれば、スラリー組成物中において重合体同士が凝集し易くなり、スラリー組成物が経時的に粘度変化し易くなることを効果的に抑制することができる。
[重合体の調製方法]
 なお、上述した重合体の調製方法は特に限定されないが、例えば、上述した単量体を含む単量体組成物を、任意に、t-ドデシルメルカプタン等の分子量調整剤の存在下において重合して重合体を得た後、得られた重合体を水素化(水素添加)することで調製することができる。
 ここで、重合体の調製に用いる単量体組成物中の各単量体の含有割合は、重合体中の各繰り返し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。
 更に、重合体の水素化方法は、特に制限なく、触媒を用いる一般的な方法である、油層水素化法、水層直接水素化法、及び、水層間接水素化法(例えば、国際公開第2013/080989号等参照)等を使用することができる。
[溶媒]
 バインダー組成物は、溶媒を含有していても良い。溶媒としては、特に限定されることなく、有機溶媒を用いることができる。そして、有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、n-プロパノール、イソプロパノール、n-ブタノール、イソブタノール、t-ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、ノナノール、デカノール、アミルアルコールなどのアルコール類、アセトン、エチルメチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル類、ジエチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフランなどのエーテル類、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチルピロリドン(NMP)などのアミド系極性有機溶媒、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、オルトジクロロベンゼン、パラジクロロベンゼンなどの芳香族炭化水素類などが挙げられる。これらは、1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。中でも、溶媒としては、NMPが好ましい。
[その他の成分]
 本発明のバインダー組成物は、上記成分の他に、上記重合体とは組成の異なる重合体、及び、特開2013-179040号公報に記載されたような既知の添加剤等の成分を含有していてもよい。また、これらの成分は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 例えば、上記重合体とは組成の異なる重合体としては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)等のフッ素含有重合体、ポリアクリロニトリル、及びポリメチルメタクリレート等が挙げられる。これらの重合体は、ニトリル基含有単量体単位、芳香族ビニル単量体単位、及び直鎖アルキレン構造単位のうちの少なくとも一つを非含有であるかという点で、上記重合体とは異なる。なお、得られる二次電池用電極からのガス発生を一層良好に抑制する観点から、バインダー組成物は、親水性基含有単量体単位を含む重合体を非含有であることが好ましい。
<バインダー組成物の調製方法>
 本発明のバインダー組成物は、上述した成分と溶媒とを混合させることにより調製することができる。混合方法としては、特に限定されることなく、ボールミル、サンドミル、ビーズミル、顔料分散機、らい潰機、超音波分散機、ホモジナイザー、プラネタリーミキサー、フィルミックスなどの混合機を用いた混合方法が挙げられる。
(二次電池電極用導電材ペースト組成物)
 本発明の二次電池電極用導電材ペースト組成物(以下、単に「導電材ペースト組成物」とも称することがある。)は、上述した本発明のバインダー組成物と、導電材と、を含むことを特徴とする。本発明の導電材ペースト組成物は、本発明のバインダー組成物を含むため、導電材の分散性が充分に高く、且つ、経時安定性の充分に高いスラリー組成物を調製可能であり、更に、低ガス発生量の電極を作成することが可能である。
<導電材>
 導電材は、電極合材層における電極活物質同士の電気的接触を促進するために配合されうる成分である。導電材としては、カーボンブラック(例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック(登録商標)、ファーネスブラックなど)、グラファイト、炭素繊維、カーボンフレーク等の導電性炭素材料;各種金属のファイバー、箔などを用いることができる。中でも、導電材としては炭素繊維を含むことが好ましく、カーボンナノチューブや気相成長炭素繊維のような炭素超短繊維を含むことがより好ましく、カーボンナノチューブを含むことがより好ましい。
 これらは一種単独で、又は、2種以上を組み合わせて用いることができる。
 そして、導電材のBET比表面積は、好ましくは100m2/g以上、より好ましくは150m2/g以上であり、通常、2500m2/g以下である。導電材のBET比表面積が上記下限値以上であれば、電極合材層中において良好な導電パスを形成し、二次電池の出力特性を更に向上させることができる。また、導電材のBET比表面積が上記上限値以下であれば、導電材の凝集を抑制して、導電材の分散性を確保することができる。
 なお、通常、BET比表面積が大きい導電材や、カーボンナノチューブ等の繊維状の導電材は、凝集し易く、分散させ難い。しかし、本発明の二次電池電極用スラリー組成物では、上述した所定の組成の重合体を含むバインダー組成物を用いているので、BET比表面積が大きい導電材であっても良好かつ安定的に分散させることができる。
<その他の成分>
 導電材ペーストに配合し得るその他の成分としては、特に限定することなく、本発明のバインダー組成物に配合し得るその他の成分と同様のものが挙げられる。また、その他の成分は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
<導電材ペーストの製造方法>
 導電材ペーストは、上述した本発明のバインダー組成物と、導電材と、溶媒等の任意のその他の成分とを混合することにより、調製することができる。混合方法としては、特に限定されることなく、<バインダー組成物の調製方法>の項目にて上述した混合方法が挙げられる。ここで、導電材ペーストにおける導電材と、上記した特定組成の重合体との含有比率は、導電材の含有量を100質量部として、重合体が1質量部以上(即ち、導電材の含有質量の1/100以上)であることが好ましく、2質量部以上(即ち、導電材の含有質量の1/50以上)がより好ましく、5質量部以上(即ち、導電材の含有質量の1/20以上)が更に好ましく、100質量部以下(即ち、導電材の含有質量と同等以下)であることが好ましく、50質量部以下(即ち、導電材の含有質量の半分以下)がより好ましく、25質量部以下(即ち、導電材の含有質量の1/4以下)がさらに好ましい。また、導電材ペーストの固形分濃度は、例えば、1質量%以上であり、2質量%以上が好ましく、3質量%以上がより好ましく、30質量%以下であり、25質量%以下が好ましく、20質量%以下がより好ましい。また、導電剤ペーストの粘度はレオメーター(Anton Paar社製 MCR302)にて、温度25℃、せん断速度0.1s-1の条件下で粘度を測定した場合、通常10000Pa・s以下であり、好ましくは5000Pa・s以下、より好ましくは1000Pa・s以下であり、さらに好ましくは500Pa・s未満であり、特に好ましくは250Pa・s未満であり、通常50Pa・s以上である。
(二次電池電極用スラリー組成物)
 本発明の二次電池電極用スラリー組成物は、電極活物質と、溶媒と、上述したバインダー組成物とを含み、任意に、導電材やその他の成分を更に含有する。即ち、本発明の二次電池電極用スラリー組成物は、電極活物質と、溶媒と、上述した重合体とを含み、任意に、導電材やその他の成分を更に含有する。そして、本発明の二次電池電極用スラリー組成物は、上述したバインダー組成物を含んでいるので、経時安定性が充分に高く、且つ、低ガス発生量の電極を作成し得る。
 なお、以下では、一例として二次電池電極用スラリー組成物がリチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物である場合について説明するが、本発明は下記の一例に限定されるものではない。
<電極活物質>
 電極活物質は、二次電池の電極において電子の受け渡しをする物質である。そして、リチウムイオン二次電池用の正極活物質としては、通常は、リチウムを吸蔵及び放出し得る物質を用いる。
 具体的には、リチウムイオン二次電池用の正極活物質としては、特に限定されることなく、リチウム含有コバルト酸化物(LiCoO)、マンガン酸リチウム(LiMn)、リチウム含有ニッケル酸化物(LiNiO)、Co-Ni-Mnのリチウム含有複合酸化物、Ni-Mn-Alのリチウム含有複合酸化物、Ni-Co-Alのリチウム含有複合酸化物、オリビン型リン酸鉄リチウム(LiFePO)、オリビン型リン酸マンガンリチウム(LiMnPO)、Li1+xMn2-x(0<X<2)で表されるリチウム過剰のスピネル化合物、Li[Ni0.17Li0.2Co0.07Mn0.56]O、LiNi0.5Mn1.5等の既知の正極活物質が挙げられる。なお、Co-Ni-Mnのリチウム含有複合酸化物としては、Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O、Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)Oなどが挙げられる。
 上述した中でも、二次電池の電池容量などを向上させる観点からは、正極活物質としては、リチウム含有コバルト酸化物(LiCoO)、リチウム含有ニッケル酸化物(LiNiO)、Co-Ni-Mnのリチウム含有複合酸化物、Li[Ni0.17Li0.2Co0.07Mn0.56]O又はLiNi0.5Mn1.5を用いることが好ましく、Co-Ni-Mnのリチウム含有複合酸化物を用いることがより好ましい。
 なお、正極活物質の配合量や粒径は、特に限定されることなく、従来使用されている正極活物質と同様とすることができる。
<導電材>
 導電材としては、(二次電池電極用導電材ペースト組成物)の項目にて上述したものを好適に用いることができる。
<バインダー組成物>
 バインダー組成物としては、上述した本発明の二次電池電極用バインダー組成物を用いる。
<溶媒>
 溶媒としては、本発明の二次電池電極用バインダー組成物に含有されうる溶媒として列挙した各種溶媒と同じものを用いることができる。
<含有比率>
 スラリー組成物における、導電材の含有比率は、電極活物質の含有量を100質量部として、0.01質量部以上20質量部以下であることが好ましい。導電材の比率が上記下限値以上であれば、正極活物質同士の電気的接触を促進することができる。また、導電材の配合量が上記上限値以下であれば、分散安定性を高めることができる。
 また、スラリー組成物における重合体の好適な含有比率は、<導電材ペーストの製造方法>の項目にて上述した、導電材に対する重合体の好適な範囲、及び本段落の冒頭で説明した電極活物質と導電材との間の含有比率より導出されうる好適な範囲内でありうる。
<その他の成分>
 スラリー組成物に配合し得るその他の成分としては、特に限定することなく、本発明のバインダー組成物に配合し得るその他の成分と同様のものが挙げられる。また、その他の成分は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。中でも、二次電池電極用スラリー組成物がリチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物である場合には、上述した重合体(以下、「所定の重合体」と称することがある。)に加えて、第2の重合体として、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)等のフッ素含有重合体を併用することが好ましい。その他の成分として第2の重合体を併用する場合における、所定の重合体の使用量は、所定の重合体及び第2の重合体の合計含有量を100質量%として、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。
<スラリー組成物の製造方法>
 上述したスラリー組成物は、上記各成分を有機溶媒などの溶媒中に溶解又は分散させることにより調製することができる。例えば、<バインダー組成物の調製方法>の項目にて説明したような、既知の分散又は混合方法により、上記各成分と溶媒とを混合することにより、スラリー組成物を調製することができる。また、例えば、本発明の導電材ペーストに対して、電極活物質と、上記のような任意の成分とを添加し、上記のような既知の分散又は混合方法に供することによっても、スラリー組成物を調製することができる。なお、スラリー組成物の調製に用いる溶媒としては、バインダー組成物に含まれている溶媒を使用してもよい。ここで、調製時における、各成分の添加順序は、特に限定されることなく、上記各成分を一括混合しても良いし、段階的に混合しても良い。導電材の分散性を高める観点から、上述した導電材ペーストを得てから、かかる導電材ペーストに対して正極活物質、並びに、溶媒及び第2の重合体等の任意成分を添加して混合する工程を行うことが好ましい。なお、スラリー組成物の粘度(JIS Z8803:1991に準じて単一円筒形回転粘度計により測定。温度:25℃、回転数:60rpm)は、1500mPa・s以上が好ましく、4000mPa・s以上がより好ましく、20000mPa・s以下が好ましく、5000mPa・s以下がより好ましい。
(二次電池用電極)
 本発明の二次電池用電極は、集電体と、集電体上に形成された電極合材層とを備え、電極合材層は上記二次電池電極用スラリー組成物を用いて形成されている。即ち、電極合材層には、少なくとも、電極活物質と、重合体とが含まれている。なお、電極合材層中に含まれている各成分は、上記二次電池電極用スラリー組成物中に含まれていたものであり、それら各成分の好適な存在比は、スラリー組成物中の各成分の好適な存在比と同じである。
 そして、本発明の二次電池用電極は、本発明の二次電池電極用バインダー組成物を含むスラリー組成物を使用して作製しているので、当該電極は、二次電池に組み込まれ繰り返しの充放電に用いられた場合におけるガス発生量が少ない。
<電極の製造方法>
 なお、本発明の二次電池用電極は、例えば、上述したスラリー組成物を集電体上に塗布する工程(塗布工程)と、集電体上に塗布されたスラリー組成物を乾燥して集電体上に電極合材層を形成する工程(乾燥工程)とを経て製造される。
[塗布工程]
 上記スラリー組成物を集電体上に塗布する方法としては、特に限定されず公知の方法を用いることができる。具体的には、塗布方法としては、ドクターブレード法、ディップ法、リバースロール法、ダイレクトロール法、グラビア法、エクストルージョン法、ハケ塗り法などを用いることができる。この際、スラリー組成物を集電体の片面だけに塗布してもよいし、両面に塗布してもよい。塗布後乾燥前の集電体上のスラリー膜の厚みは、乾燥して得られる電極合材層の厚みに応じて適宜に設定しうる。
 ここで、スラリー組成物を塗布する集電体としては、電気導電性を有し、かつ、電気化学的に耐久性のある材料が用いられる。具体的には、集電体としては、例えば、鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼、チタン、タンタル、金、白金などからなる集電体を用い得る。中でも、正極に用いる集電体としては、アルミニウム箔が特に好ましく、負極に用いる集電体としては銅箔が特に好ましい。なお、前記の材料は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
[乾燥工程]
 集電体上のスラリー組成物を乾燥する方法としては、特に限定されず公知の方法を用いることができ、例えば温風、熱風、低湿風による乾燥法、真空乾燥法、赤外線や電子線などの照射による乾燥法が挙げられる。このように集電体上のスラリー組成物を乾燥することで、集電体上に電極合材層を形成し、集電体と電極合材層とを備える二次電池用電極を得ることができる。
 なお、乾燥工程の後、金型プレス又はロールプレスなどを用い、電極合材層に加圧処理を施してもよい。加圧処理により、電極合材層の密度を効果的に高めることができると共に、電極合材層と集電体との密着性を向上させることができる。さらに、電極合材層が硬化性の重合体を含む場合は、電極合材層の形成後に前記重合体を硬化させることが好ましい。
(二次電池)
 本発明の二次電池は、正極と、負極と、電解液と、セパレータとを備え、正極又は負極の少なくとも一方が本発明の二次電池用電極である。そして、本発明の二次電池は、本発明の二次電池用電極を備えているので電池特性(特に、出力特性)に優れる。
 なお、以下では、一例として二次電池がリチウムイオン二次電池であり、正極が本発明の二次電池用電極よりなる場合について説明するが、本発明は下記の一例に限定されるものではない。
<負極>
 負極としては、既知の負極を用いることができる。具体的には、負極としては、例えば、金属リチウムの薄板よりなる負極や、負極合材層を集電体上に形成してなる負極を用いることができる。
 なお、集電体としては、鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼、チタン、タンタル、金、白金等の金属材料からなるものを用いることができる。また、負極合材層としては、負極活物質と結着材とを含む層を用いることができる。更に、結着材としては、特に限定されず、任意の既知の材料を用いうる。
<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。リチウムイオン二次電池の支持電解質としては、例えば、リチウム塩が用いられる。リチウム塩としては、例えば、LiPF、LiAsF、LiBF、LiSbF、LiAlCl、LiClO、CFSOLi、CSOLi、CFCOOLi、(CFCO)NLi、(CFSONLi、(CSO)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、LiPF、LiClO、CFSOLiが好ましく、LiPFが特に好ましい。なお、電解質は1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。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。そして、電解液中の支持電解質の濃度(25℃)は、例えば、0.5mol/L以上2.0mol/L以下でありうる。
 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、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)、エチルメチルカーボネート(EMC)等のカーボネート類;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。またこれらの溶媒の混合液を用いてもよい。中でも、誘電率が高く、安定な電位領域が広いのでカーボネート類を用いることが好ましく、エチレンカーボネート、及びジエチルカーボネートの混合物を用いることが好ましい。また、電解液には、ビニレンカーボネート(VC)、フルオロエチレンカーボネート、及びエチルメチルスルホンなどの添加剤を添加することができる。
<セパレータ>
 セパレータとしては、特に限定されることなく、例えば特開2012-204303号公報に記載のものを用いることができる。これらの中でも、セパレータ全体の膜厚を薄くすることができ、これにより、二次電池内の電極活物質の比率を高くして体積あたりの容量を高くすることができるという点より、ポリオレフィン系(ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリ塩化ビニル)の樹脂からなる微多孔膜が好ましい。
<二次電池の製造方法>
 本発明の二次電池は、例えば、正極と、負極とを、セパレーターを介して重ね合わせ、これを必要に応じて電池形状に応じて巻く、折るなどして電池容器に入れ、電池容器に電解液を注入して封口することにより製造することができる。二次電池の内部の圧力上昇、過充放電等の発生を防止するために、必要に応じて、ヒューズ、PTC素子等の過電流防止素子、エキスパンドメタル、リード板などを設けてもよい。二次電池の形状は、例えば、コイン型、ボタン型、シート型、円筒型、角形、扁平型など、何れであってもよい。
 以下、本発明について実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、以下の説明において、量を表す「%」及び「部」は、特に断らない限り、質量基準である。なお、圧力はゲージ圧である。
 そして、実施例及び比較例において、重合体の組成、ヨウ素価、重量平均分子量、導電材ペーストにおける導電材の分散性、スラリー組成物における固形分の分散安定性、二次電池の初期抵抗、及び電極のガス発生量は、下記の方法で測定及び評価した。
<重合体の組成>
 全ての実施例、比較例にて、H-NMR測定の結果、炭素数4以上の直鎖アルキレン構造単位(1,3-ブタジエン水素化物単位)が存在することを確認した。
<重合体のヨウ素価>
 実施例、比較例で調製した重合体の水分散液100gを、メタノール1Lで凝固させた後、温度60℃で12時間真空乾燥した。そして、得られた乾燥重合体のヨウ素価を、JIS K6235(2006)に従って測定した。
<重合体の重量平均分子量>
 実施例、比較例で調製した重合体の重量平均分子量を、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により測定した。具体的には、ポリスチレンによって標準物質で検量線を作成することにより、標準物質換算値としての重量平均分子量を算出した。なお、測定条件は、以下のとおりである。
<<測定条件>>
 カラム:TSKgel α-M×2本(内径7.8mm×30cm×2本 東ソー社製)
 溶離液:ジメチルホルムアミド(50mM臭化リチウム、10mMリン酸)
 流速:0.5mL/min.
 試料濃度:約0.5g/L(固形分濃度)
 注入量:200μL
 カラム温度:40℃
 検出器:示差屈折率検出器RI(東ソー社製HLC-8320  GPC  RI検出器)
 検出器条件:RI:Pol(+),Res(1.0s)
 分子量マーカー:東ソー社製 標準ポリスチレンキットPStQuick K
<導電材ペーストにおける導電材の分散性>
 実施例、比較例で調製した導電材ペーストの粘度について、レオメーター(Anton Paar社製 MCR302)にて、温度25℃、せん断速度0.1s-1の条件下で測定した。同一固形分濃度では、粘度が低下するほど導電材の分散性に優れる。
 A:粘度が250Pa・s未満
 B:粘度が250Pa・s以上500Pa・s未満
 C:粘度が500Pa・s以上
<スラリー組成物における固形分の分散安定性>
 実施例、比較例で調製した正極用スラリー組成物について、B型粘度計を用いて、温度25℃、回転速度60rpmの条件下で、調製直後の粘度を測定し、得られた粘度をη0とした。次に、正極用スラリー組成物を密閉状態とし、25℃で1週間(168時間)放置した。それから、1週間放置後の正極用スラリー組成物の粘度について、1週間放置する前と同じ条件下で測定し、得られた粘度をη1とした。η0及びη1から粘度維持率Δη=(η1/η0)×100%を算出した。粘度維持率が100%に近いほど、正極用スラリー組成物中における固形分の分散安定性が優れる。
 A:粘度維持率Δηが150%未満
 B:粘度維持率Δηが150%以上300%未満
 C:粘度維持率Δηが300%以上
<二次電池の初期抵抗>
 実施例、比較例で作製した二次電池を、温度25℃の条件下、0.2Cで電池電圧が4.2Vになるまで定電流充電した後、4.2Vで充電電流が0.02Cになるまで定電圧充電を行った。続いて、0.2Cで電池電圧が3.87V(SOC50%)になるまで定電流放電を行った後、0.2C、0.5C、1.0C、2.0C、2.5C、3.0Cにてそれぞれ30秒放電後の電圧変化を測定した。各放電流及び測定した電圧変化をプロットし、その傾きを初期抵抗値(Ω)とした。算出した初期抵抗値を、以下の基準で評価した。
 A:初期抵抗値が4Ω未満
 B:初期抵抗値が4Ω以上6Ω未満
 C:初期抵抗値が6Ω以上
<電極のガス発生量>
 実施例、比較例で作成した二次電池を、25℃の環境下で24時間静置した。その後、25℃の環境下で、0.1Cで4.35Vまで充電し0.1Cで2.75Vまで放電する充放電の操作を行った。この電池のセルを流動パラフィンに浸漬し、セルの体積X0を測定した。さらに、60℃環境下で、前記と同様の条件で充放電の操作を1000サイクル繰り返した。1000サイクル後の電池のセルを流動パラフィンに浸漬し、セルの体積X1を測定した。充放電を1000サイクル繰り返す高温サイクル試験の前後でのセル体積変化率ΔXを、ΔX(%)=(X1-X0)/X0×100にて計算した。このセル体積変化率ΔXの値が小さいほど、電極からガス発生量が少なく、電極がガスの発生を抑制する能力に優れていることを示す。
 A:20%未満
 B:20%以上45%未満
 C:45%以上
(実施例1)
<重合体の調製>
 反応器に、イオン交換水180部、濃度10%のドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(乳化重合用乳化剤)水溶液25部、ニトリル基含有単量体としてのアクリロニトリル23部、芳香族ビニル単量体としてのスチレン43部、及び、分子量調整剤としてのt-ドデシルメルカプタン2部の順に仕込み、内部の気体を窒素で3回置換した後、共役ジエン単量体としての1,3-ブタジエン34部を仕込んだ。そして、反応器を10℃に保ち、重合開始剤としてのクメンハイドロパーオキサイド0.1部、硫酸第一鉄0.1部を仕込み、攪拌しながら重合反応を継続し、重合転化率が85%になった時点で、重合停止剤としての濃度10%のハイドロキノン水溶液0.1部を加えて重合反応を停止した。次いで、水温80℃で残留単量体を除去し、重合体の前駆体(粒子状重合体)の水分散液を得た。
<重合体の水素化>
 上記で得られた粒子状重合体について、水層直接水素化法に従って水素化した。重合体の前駆体の水分散液に含有される固形分質量に対するパラジウム含有量が5,000ppmになるように、オートクレーブ中に、水分散液とパラジウム触媒(1%酢酸パラジウムアセトン溶液と等質量のイオン交換水を混合した溶液)を添加して、水素圧3MPa、温度50℃で6時間水素添加反応を行い、水添重合体である、目的の重合体を得た。そして、上記に従って重合体のヨウ素価、及び重合体の重量平均分子量を測定した結果を表1に示す。
<正極用バインダー組成物の調製>
 上記重合体の水分散液と、有機溶媒としての適量のN-メチルピロリドン(NMP)とを混合し、混合液を得た。次いで、得られた混合液中に含まれる水を、減圧下で全て蒸発させて、重合体とNMPとを含有する正極用バインダー組成物を得た。
<正極用導電材ペーストの調製>
 導電材としてのカーボンナノチューブ(比表面積:150m/g)3.0部と、上記バインダー組成物0.6部(固形分換算量)と、NMP96.4部とを、ディスパーを用いて攪拌し(3000rpm、10分)、その後、直径1mmのジルコニアビーズを用いたビーズミルを使用し、周速8m/sにて1時間混合することにより、固形分濃度が3.6質量%の導電材ペーストを製造した。そして、得られた導電材ペーストについて、上記に従って導電材ペーストにおける導電材の分散性の評価を行った。結果を表1に示す。
<正極用スラリー組成物の調製>
 上述のようにして得た正極用導電材ペーストを重合体固形分換算で0.04部と、正極活物質としての層状構造を有する三元系活物質(Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2、平均粒子径:10μm)100部と、第二の重合体としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)0.96部(固形分換算量)と、有機溶媒としてのNMPとを添加し、プラネタリーミキサーにて攪拌して(60rpm、30分)正極用スラリー組成物を調製した。なお、NMPの添加量は、得られる正極用スラリー組成物の粘度(JIS Z8803:1991に準じて単一円筒形回転粘度計により測定。温度:25℃、回転数:60rpm)が4000~5000mPa・sの範囲内となるように調整した。そして、得られた正極用スラリー組成物について、上記に従ってスラリー組成物における固形分の分散安定性の評価を行った。結果を表1に示す。
<正極の作製>
 集電体として、厚さ20μmのアルミ箔を準備した。上記正極用スラリー組成物を、コンマコーターでアルミ箔上に乾燥後の目付量が20mg/cmになるように塗布し、温度90℃で20分間、温度120℃で20分間乾燥後、温度60℃で10時間加熱処理して正極原反を得た。この正極原反をロールプレスで圧延し、密度が3.2g/cmの正極合材層と、アルミ箔とからなるシート状正極を作製した。なお、シート状正極の厚みは70μmであった。このシート状正極を幅4.8cm、長さ50cmに切断して、リチウムイオン二次電池用正極とした。
<負極の作製>
 負極活物質としての球状人造黒鉛(体積平均粒子径:12μm)90部とSiO(体積平均粒子径:10μm)10部との混合物と、結着材としてのスチレンブタジエン重合体1部と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース1部と、分散媒としての適量の水とをプラネタリーミキサーにて攪拌し、負極用スラリー組成物を調製した。
 次に、集電体として、厚さ15μmの銅箔を準備した。上記負極用スラリー組成物を銅箔の両面に乾燥後の塗布量がそれぞれ10mg/cmになるように塗布し、温度60℃で20分間、温度120℃で20分間乾燥した。その後、温度150℃で2時間加熱処理して、負極原反を得た。この負極原反をロールプレスで圧延し、密度が1.8g/cmの負極合材層(両面)と、銅箔とからなるシート状負極を作製した。そして、シート状負極を幅5.0cm、長さ52cmに切断して、リチウムイオン二次電池用負極とした。
<セパレータの準備>
 単層のポリプロピレン製セパレータ(セルガード社製、製品名「セルガード2500」)を、120cm×5.5cmに切り抜いた。
<リチウムイオン二次電池の製造>
 上記正極と上記負極とを、上記セパレータを介在させて直径20mmの芯を用いて捲回し、捲回体を得た。そして、得られた捲回体を、10mm/秒の速度で厚さ4.5mmになるまで一方向から圧縮した。なお、圧縮後の捲回体は平面視楕円形をしており、その長径と短径との比(長径/短径)は7.7であった。
 また、電解液(組成:濃度1.0MのLiPF溶液(溶媒は、エチレンカーボネート/エチルメチルカーボネート=3/7(質量比)の混合溶媒にフルオロエチレンカーボネート5質量%を添加した混合溶液であり、添加剤としてビニレンカーボネート2体積%を添加))を準備した。
 その後、圧縮した捲回体をアルミ製ラミネートケース内に3.2gの非水電解液とともに収容した。そして、負極の所定の箇所にニッケルリード線を接続し、正極の所定の箇所にアルミニウムリード線を接続したのち、ケースの開口部を熱で封口し、リチウムイオン二次電池を得た。このリチウムイオン二次電池は、幅35mm、高さ48mm、厚さ5mmのパウチ形であり、電池の公称容量は700mAhであった。得られたリチウムイオン二次電池について、上記に従って、二次電池の初期抵抗、電極のガス発生量を評価した。結果を表1に示す。
(実施例2)
 重合体の調製時に、各種単量体の配合量を、それぞれ、アクリロニトリル39部、スチレン5部、1,3-ブタジエン56部に変更した以外は実施例1と同様にして、水添重合体、正極用導電材ペースト、正極用バインダー組成物、正極用スラリー組成物、二次電池用正極、二次電池用負極及び二次電池を作製した。そして、実施例1と同様にして各種測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例3)
 重合体の調製時に、各種単量体の配合量を、それぞれ、アクリロニトリル35部、スチレン15部、1,3-ブタジエン50部に変更した以外は実施例1と同様にして、水添重合体、正極用導電材ペースト、正極用バインダー組成物、正極用スラリー組成物、二次電池用正極、二次電池用負極及び二次電池を作製した。そして、実施例1と同様にして各種測定及び評価を行った。結果を表1 に示す。
(実施例4)
 重合体の調製時に、各種単量体の配合量を、それぞれ、アクリロニトリル12部、スチレン69部、1,3-ブタジエン19部に変更した以外は実施例1と同様にして、水添重合体、正極用導電材ペースト、正極用バインダー組成物、正極用スラリー組成物、二次電池用正極、二次電池用負極及び二次電池を作製した。そして、実施例1と同様にして各種測定及び評価を行った。結果を表1 に示す。
(実施例5)
<重合体の調製>
 水素化方法として、油層水素化法を採用した。実施例1で得た重合体の前駆体の水分散液の一部を、固形分質量に対して12質量%となる量の硫酸マグネシウムの水溶液に加え、攪拌してラテックスを凝固した。その後、水で洗浄しつつ濾別し、得られた凝固物を温度60℃で12時間真空乾燥して、水素化対象物を得た。そして、得られた水素化対象物を、濃度12質量%となるようにアセトンに溶解することで、水素化対象物のアセトン溶液を得て、これをオートクレーブに入れ、水素化対象物100質量%に対して、パラジウム・シリカ触媒200質量ppmを加えた後、水素圧3.0MPaで6時間水素添加反応を行ない、水素添加反応物を得た。水素添加反応終了後、水素添加反応物を大量の水中に注いで凝固させ、濾別及び乾燥を行なうことで、目的の重合体を得た。
<正極用バインダー組成物の調製>
 上記重合体と、有機溶媒としての適量のNMPとを加温混合して、重合体とNMPとを含有する正極用バインダー組成物を得た。その後、実施例1と同様にして、正極用導電材ペースト、正極用スラリー組成物、二次電池用正極、二次電池用負極及び二次電池を作製した。そして、実施例1と同様にして各種測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
(比較例1)
 重合体の調製時に、単量体としての、アクリロニトリル23部、スチレン43部、メタクリル酸5部、及び、分子量調整剤としての、t-ドデシルメルカプタン2部を、この順に仕込み、1,3-ブタジエンの添加量を29部に変更した以外は実施例1と同様にして、水添重合体、正極用導電材ペースト、正極用バインダー組成物、正極用スラリー組成物、二次電池用正極、二次電池用負極及び二次電池を作製した。そして、実施例1と同様にして各種測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
(比較例2)
 重合体の調製時に、単量体としての、アクリロニトリル23部、スチレン43部、メタクリル酸0.1部、及び、分子量調整剤としての、t-ドデシルメルカプタン2部を、この順に仕込み、1,3-ブタジエンの添加量を33.9部に変更した以外は実施例1と同様にして、水添重合体、正極用導電材ペースト、正極用バインダー組成物、正極用スラリー組成物、二次電池用正極、二次電池用負極及び二次電池を作製した。そして、実施例1と同様にして各種測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
(比較例3)
 重合体の調製時に、スチレンを添加せず、アクリロニトリルの添加量を35部に、1,3-ブタジエンの添加量を65部にそれぞれ変更した以外は、実施例1と同様にして、水添重合体、正極用導電材ペースト、正極用バインダー組成物、正極用スラリー組成物、二次電池用正極、二次電池用負極及び二次電池を作製した。そして、実施例1と同様にして各種測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
 表1中、
 「AN」はアクリロニトリル単位を、
 「ST」はスチレン単位を、
 「H-BD」は1,3-ブタジエン水素化物単位である、一般式:-C-で表される構造単位を、
 「BD」はH-BD以外の1,3-ブタジエン単量体に由来する単位を、
 「NCM」はLi(Ni0.5Co0.2Mn0.3)Oを、
 「PVdF」は、ポリフッ化ビニリデンを、それぞれ示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1より、実施例1~5のバインダー組成物によれば、導電材の分散性が十分に高い導電材ペーストを調製可能であり、経時安定性の充分に高いスラリー組成物を調製可能であり、更に、低ガス発生量の電極を作成し得たことが分かる。
 一方、親水性基含有単量体単位を含有する重合体を用いた比較例1~2、及び芳香族ビニル単量体単位を含有しない重合体を用いた比較例3では、実施例1~5にて達成された良好な諸属性を得ることができなかったことが分かる。
 本発明によれば、導電材の分散性が十分に高い導電材ペーストを調製可能であり、経時安定性の充分に高いスラリー組成物を調製可能であり、更に、低ガス発生量の電極を作成し得る、二次電池電極用バインダー組成物を提供し得る。
 また、本発明によれば、導電材の分散性が充分に高く、且つ、経時安定性の充分に高いスラリー組成物を調製可能であり、更に、低ガス発生量の電極を作成し得る、二次電池電極用導電材ペースト組成物を提供することができる。
 さらにまた、本発明によれば、経時安定性が充分に高く、且つ、低ガス発生量の電極を作成し得る、二次電池電極用スラリー組成物を提供することができる。
 そして、本発明によれば、低ガス発生量の電極及びかかる電極を備える二次電池を提供することができる。

Claims (8)

  1.  重合体を含む二次電池電極用バインダー組成物であって、
     前記重合体が、ニトリル基含有単量体単位、芳香族ビニル単量体単位、及び直鎖アルキレン構造単位を含有する一方で、親水性基含有単量体単位を含有しない、
    二次電池電極用バインダー組成物。
  2.  前記重合体は、ヨウ素価が120mg/100mg以下である、請求項1に記載の二次電池電極用バインダー組成物。
  3.  前記重合体が、前記芳香族ビニル単量体単位を3質量%以上80質量%以下の割合で含有する、請求項1又は2に記載の二次電池電極用バインダー組成物。
  4.  導電材と、請求項1~3の何れかに記載の二次電池電極用バインダー組成物と、を含む二次電池電極用導電材ペースト組成物。
  5.  前記導電材が、カーボンナノチューブを含む、請求項4に記載の二次電池電極用導電材ペースト組成物。
  6.  電極活物質と、溶媒と、請求項1~3の何れかに記載の二次電池電極用バインダー組成物と、を含む二次電池電極用スラリー組成物。
  7.  請求項6に記載の二次電池電極用スラリー組成物を用いて形成した電極合材層を備える、二次電池用電極。
  8.  正極、負極、電解液及びセパレータを備え、
     前記正極又は負極の少なくとも一方が請求項7に記載の二次電池用電極である、二次電池。
     
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