WO2022044815A1 - 全固体二次電池用バインダー組成物の製造方法、全固体二次電池用スラリー組成物の製造方法、固体電解質含有層の製造方法、および全固体二次電池の製造方法 - Google Patents

全固体二次電池用バインダー組成物の製造方法、全固体二次電池用スラリー組成物の製造方法、固体電解質含有層の製造方法、および全固体二次電池の製造方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a binder composition for an all-solid-state secondary battery, a method for producing a slurry composition for an all-solid-state secondary battery, a method for producing a solid electrolyte-containing layer, and a method for producing an all-solid-state secondary battery.
  • secondary batteries such as lithium-ion secondary batteries have been used in various applications such as small household power storage devices, motorcycles, electric vehicles, and hybrid electric vehicles, in addition to mobile terminals such as mobile information terminals and portable electronic devices.
  • Demand is increasing in.
  • secondary batteries are required to be further improved in safety.
  • an all-solid-state secondary battery using a solid electrolyte is attracting attention instead of an organic solvent electrolyte having a high flammability and a high risk of ignition in the event of leakage.
  • the solid electrolyte is contained in the all-solid secondary battery as, for example, a solid electrolyte-containing layer (electrode mixture layer, solid electrolyte layer) in which components such as the solid electrolyte are bound to each other by a binder.
  • a slurry composition for a solid electrolyte-containing layer prepared by using a binder composition containing a polymer as a binder and a solvent is used for the formation of the solid electrolyte-containing layer.
  • the electrode mixture layer can be formed by removing the solvent from the slurry composition for the electrode mixture layer containing the binder composition, the solid electrolyte, and the electrode active material.
  • the solid electrolyte layer can be formed by removing the solvent from the slurry composition for the solid electrolyte layer containing the binder composition and the solid electrolyte.
  • the solid electrolyte-containing layer formed by using the slurry composition containing the binder composition of the prior art has room for improvement in that the all-solid-state secondary battery exhibits excellent output characteristics and cycle characteristics. there were.
  • the present inventor has conducted diligent studies for the purpose of solving the above problems. Then, the present inventor uses a predetermined dehydrating agent to obtain a composition containing a polymer and an organic solvent and having a water content of a predetermined value or less, and then magnetically applies the transition metal contained in the composition.
  • the present invention has been completed by finding that it is possible to produce a slurry composition for an all-solid-state secondary battery capable of forming a solid electrolyte-containing layer capable of exhibiting excellent output characteristics and cycle characteristics in the all-solid-state secondary battery if removed. ..
  • the present invention aims to advantageously solve the above problems, and the method for producing a binder composition for an all-solid-state secondary battery of the present invention is an all-solid-state battery containing a polymer and an organic solvent.
  • a method for producing a binder composition for a next battery which comprises the polymer and the organic solvent using a dehydrating agent containing at least one of the 13th and 14th elements, and has a water content of 200 ppm or less. It includes a water removal step of obtaining a certain composition (X) and a transition metal removing step of removing the transition metal contained in the composition (X) by a magnetic force to obtain the binder composition for an all-solid-state secondary battery. It is characterized by that.
  • the step of obtaining a composition containing the polymer and the organic solvent and having a water content of the above-mentioned predetermined value or less by using a predetermined dehydrating agent and the transition metal contained in the composition are removed by magnetic force.
  • the method for producing a binder composition for an all-solid-state secondary battery including a step, an all-solid-state secondary battery capable of forming a solid electrolyte-containing layer capable of exhibiting excellent output characteristics and cycle characteristics in the all-solid-state secondary battery.
  • the slurry composition for use can be produced.
  • the "moisture content" can be measured by the method described in the examples of the present specification.
  • the content of the transition metal in the binder composition for an all-solid-state secondary battery is preferably 5 ppm or less.
  • the cycle characteristics of the all-solid-state secondary battery provided with the solid electrolyte-containing layer formed by using the binder composition can be further improved.
  • the "transition metal content" can be measured by the method described in the examples of the present specification.
  • the dehydrating agent contains at least one of the - ⁇ -Si- ⁇ - structure and the - ⁇ -Al- ⁇ - structure. Since the water content of the produced binder composition can be further reduced by using a dehydrating agent containing at least one of the - ⁇ -Si- ⁇ - structure and the - ⁇ -Al- ⁇ - structure, it is formed by using the binder composition.
  • the output characteristics of the all-solid-state secondary battery provided with the solid electrolyte-containing layer can be further improved.
  • the SP value of the organic solvent is 5 or more and 9.5 or less. If an organic solvent having an SP value within the above-mentioned predetermined range is used, the water content of the produced binder composition can be further reduced. Therefore, an all-solid secondary secondary having a solid electrolyte-containing layer formed by using the binder composition. The output characteristics of the battery can be further improved. Further, if an organic solvent having an SP value within the above-mentioned predetermined range is used, the solid electrolyte can be satisfactorily dispersed in the slurry composition prepared by using the produced binder composition.
  • the "SP value" means a solubility parameter. Then, the SP value can be calculated by using the method introduced in Hansen Solubility Parameters A User's Handbook, 2ndEd (CRCPless). The SP value of the organic compound can also be estimated from the molecular structure of the organic compound.
  • the polymer is a vinyl cyanide monomer unit, a (meth) acrylic acid ester monomer unit, or an aromatic vinyl monomer. It preferably contains at least one selected from the group consisting of units, aliphatic conjugated diene monomer units, and alkylene structural units.
  • the polymer containing the predetermined monomer unit and / or structural unit the battery characteristics of the all-solid-state secondary battery including the solid electrolyte-containing layer formed by using the produced binder composition can be improved. Can be done.
  • "(meth) acrylic means acrylic and / or methacrylic.
  • the water removal step uses the dehydrating agent from the pre-dehydration composition (Y) containing the polymer and the organic solvent. It is preferable to include a step of removing water to obtain the composition (X).
  • the water removal step if water is removed from the pre-dehydration composition (Y) containing the polymer and the organic solvent using a dehydrating agent to prepare the composition (X), the water content of the binder composition produced is produced. Since the amount can be further reduced, the output characteristics of the all-solid-state secondary battery provided with the solid electrolyte-containing layer formed by using the binder composition can be further improved.
  • the present invention also aims to advantageously solve the above problems, and the method for producing a slurry composition for an all-solid-state secondary battery of the present invention includes a solid electrolyte and any of the above-mentioned all-solid-state batteries. It is characterized by comprising a step of preparing a slurry composition for an all-solid-state secondary battery, which comprises a binder composition for an all-solid-state secondary battery produced by a method for producing a binder composition for a secondary battery.
  • a slurry composition for an all-solid-state secondary battery of the present invention, for an all-solid-state secondary battery capable of forming a solid electrolyte-containing layer capable of exhibiting excellent output characteristics and cycle characteristics in the all-solid-state secondary battery.
  • a slurry composition can be produced.
  • the present invention is intended to advantageously solve the above problems, and the method for producing a solid electrolyte-containing layer of the present invention is produced by the above-mentioned method for producing a slurry composition for an all-solid secondary battery. It is characterized by comprising a step of forming a solid electrolyte-containing layer using the obtained slurry composition for an all-solid secondary battery. According to the method for producing a solid electrolyte-containing layer of the present invention, a solid electrolyte-containing layer capable of exhibiting excellent output characteristics and cycle characteristics in an all-solid secondary battery can be produced.
  • the present invention aims to advantageously solve the above problems, and the method for producing an all-solid-state secondary battery of the present invention is a solid electrolyte produced by the above-mentioned method for producing a solid electrolyte-containing layer. It is characterized by including a step of manufacturing an all-solid-state secondary battery using the containing layer. According to the method for manufacturing an all-solid-state secondary battery of the present invention, it is possible to manufacture an all-solid-state secondary battery capable of exhibiting excellent output characteristics and cycle characteristics.
  • the present invention it is possible to provide a method for producing a binder composition for an all-solid-state secondary battery capable of forming a solid electrolyte-containing layer capable of exhibiting excellent output characteristics and cycle characteristics in the all-solid-state secondary battery. .. Further, according to the present invention, there is provided a method for producing a slurry composition for an all-solid-state secondary battery capable of forming a solid electrolyte-containing layer capable of exhibiting excellent output characteristics and cycle characteristics in the all-solid-state secondary battery. Can be done. Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a method for producing a solid electrolyte-containing layer capable of exhibiting excellent output characteristics and cycle characteristics in an all-solid-state secondary battery. Further, according to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing an all-solid-state secondary battery capable of exhibiting excellent output characteristics and cycle characteristics.
  • the binder composition for an all-solid-state secondary battery (hereinafter, may be simply referred to as “binder composition”) produced by the method for producing a binder composition for an all-solid-state secondary battery of the present invention is an all-solid-state secondary battery. It can be used for preparing a battery slurry composition (hereinafter, may be simply referred to as "slurry composition").
  • the binder composition produced by the method for producing a binder composition of the present invention can be used in the method for producing a slurry composition of the present invention.
  • the slurry composition produced by the method for producing a slurry composition of the present invention contains a solid electrolyte such as an electrode mixture layer and a solid electrolyte layer used in an all-solid secondary battery such as an all-solid lithium ion secondary battery. It can be used when forming a layer, and the slurry composition produced by the method for producing a slurry composition of the present invention can be used in the method for producing a solid electrolyte-containing layer of the present invention. Further, the solid electrolyte-containing layer produced by the method for producing a solid electrolyte-containing layer of the present invention can be used in the production of an all-solid secondary battery. The solid electrolyte-containing layer produced by the method for producing a solid electrolyte-containing layer of the present invention can be used in the method for producing an all-solid-state secondary battery of the present invention.
  • the method for producing a binder composition of the present invention is a method for producing a binder composition containing a polymer and an organic solvent.
  • the method for producing the binder composition of the present invention includes a water removing step of obtaining a composition (X) containing a polymer and an organic solvent and having a water content of 200 ppm or less by using a predetermined dehydrating agent, and a composition. It is characterized by including a transition metal removing step of removing the transition metal contained in the substance (X) by a magnetic force to obtain a binder composition.
  • a transition metal removing step of removing the transition metal contained in the substance (X) by a magnetic force to obtain a binder composition.
  • a composition (X) containing a polymer and an organic solvent and having a water content of 200 ppm or less is obtained by using a predetermined dehydrating agent.
  • a trace amount of water may be mixed in the components such as the polymer and the organic solvent used for preparing the binder composition. Therefore, in the method for producing a binder composition of the present invention, a binder produced by carrying out a water removal step of preparing a composition (X) having a water content of a predetermined value or less using a predetermined dehydrating agent. The water content of the composition can be reduced.
  • the all-solid-state secondary battery provided with the solid electrolyte-containing layer formed by using the binder composition can exhibit excellent output characteristics.
  • a specific method for obtaining a composition (X) containing a polymer and an organic solvent and having a water content of not less than the above-mentioned predetermined value by using a predetermined dehydrating agent in the water removing step will be described later. ..
  • the dehydrating agent used in the water removal step contains at least one of Group 13 elements and Group 14 elements.
  • the dehydrating agent containing at least one of a Group 13 element and a Group 14 element the water content of the obtained composition (X) and the binder composition can be sufficiently reduced.
  • examples of the Group 13 element include boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), thallium (Tl), and nihonium (Nh).
  • the Group 13 element is preferably aluminum from the viewpoint of further reducing the water content of the obtained composition (X) and the binder composition.
  • the 14th group element examples include carbon (C), silicon (Si), germanium (Ge), tin (Sn), lead (Pb), and flerovium (Fl).
  • the Group 14 element is preferably silicon (Si).
  • the dehydrating agent may be an organic compound or an inorganic compound.
  • the dehydrating agent used in the water removing step has a- ⁇ -Si- ⁇ -structure and a- ⁇ -Al- ⁇ -structure. It is preferable to have at least one of.
  • the dehydrating agent having at least one of the - ⁇ -Si- ⁇ - structure and the - ⁇ -Al- ⁇ - structure include a dehydrating agent having a - ⁇ -Si- ⁇ - structure such as silica gel; and aluminum oxide and the like.
  • Dehydrating agents having an ⁇ -Al- ⁇ -structure dehydrating agents having both an - ⁇ -Si- ⁇ - structure and an - ⁇ -Al- ⁇ - structure such as zeolite which is a crystalline aluminosilicate; Be done.
  • silica gel and zeolite are preferably used as the dehydrating agent from the viewpoint of further reducing the water content of the obtained composition (X) and the binder composition.
  • the zeolite either a natural zeolite or a synthetic zeolite can be used.
  • synthetic zeolite various molecular sieves (types: 3A, 4A, 13X, etc.), "ZEOflair 110" manufactured by Zeochem, etc. can be used. Then, as the above-mentioned dehydrating agent, only one kind may be used alone, or two or more kinds may be mixed and used at an arbitrary ratio.
  • the shape of the dehydrating agent used in the water removal step can be appropriately selected within the range in which the desired effect of the present invention can be obtained, and may be, for example, a powder-like shape or a bead-like shape.
  • composition (X) >> The composition (X) obtained in the water removal step contains a polymer and an organic solvent, and has a water content of 200 ppm or less.
  • polymer in the solid electrolyte-containing layer formed from the slurry composition prepared by using the binder composition, a component capable of binding components such as a solid electrolyte to each other (that is, a component capable of functioning as a binder). If this is the case, any polymer can be used without particular limitation.
  • the polymer may be dissolved in an organic solvent in the binder composition and the slurry composition described later, or may be in the form of particles and dispersed in the organic solvent.
  • the polymer is, for example, from a vinyl cyanide monomer unit, a (meth) acrylic acid ester monomer unit, an aromatic vinyl monomer unit, an aliphatic conjugated diene monomer unit, and an alkylene structural unit. It is preferable to include at least one selected from the group. If the polymer contains the above-mentioned predetermined monomer units and / or structural units, the battery characteristics (eg, output characteristics and output characteristics) of the all-solid-state secondary battery including the solid electrolyte-containing layer formed by using the binder composition. Cycle characteristics) can be improved.
  • containing a monomer unit means "a structural unit derived from a monomer is contained in a polymer obtained by using the monomer”. .. Further, the polymer is a structural unit other than a cyanated vinyl monomer unit, a (meth) acrylic acid ester monomer unit, an aromatic vinyl monomer unit, an aliphatic conjugated diene monomer unit, and an alkylene structural unit. (Other structural units) may be included.
  • vinyl cyanide monomer unit examples include acrylonitrile, methacrylonitrile, ⁇ -chloracrylonitrile, and ⁇ -ethylacrylonitrile. One of these may be used alone, or two or more of them may be used in combination. And among these, acrylonitrile is preferable.
  • the ratio of the vinyl cyanide monomer units to the total structural units contained in the polymer is 2 with 100% by mass of all structural units. It is preferably 3% by mass or more, more preferably 3% by mass or more, further preferably 4% by mass or more, further preferably 10% by mass or more, and 35% by mass or less. It is more preferably 28% by mass or less, further preferably 26% by mass or less, and even more preferably 15% by mass or less.
  • the battery characteristics (for example, output) of the all-solid secondary battery including the solid electrolyte-containing layer formed by using the binder composition for example, output.
  • the ratio (mass%) occupied by a certain structural unit (including “monomer unit”) among all structural units contained in the polymer is 1 1 H-NMR or other nuclear magnetic resonance. It can be measured using the (NMR) method.
  • (Meta) acrylic acid ester monomer unit As the (meth) acrylic acid ester monomer capable of forming an acrylic acid ester monomer unit, an acrylic acid ester monomer having no aromatic hydrocarbon ring and a single amount of an acrylic acid ester having an aromatic hydrocarbon ring. Any of the bodies can be used.
  • Examples of the (meth) acrylic acid ester monomer having no aromatic hydrocarbon ring include methyl acrylate, ethyl acrylate, n-propyl acrylate, isopropyl acrylate, n-butyl acrylate, t-butyl acrylate, pentyl acrylate, and hexyl.
  • Acrylic acid alkyl esters such as acrylate, heptyl acrylate, octyl acrylate, nonyl acrylate, decyl acrylate, lauryl acrylate, n-tetradecyl acrylate, stearyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate; 2-methoxyethyl acrylate, 2-ethoxyethyl acrylate and the like.
  • Acrylic acid alkoxy ester 2- (perfluoroalkyl) ethyl acrylate such as 2- (perfluorobutyl) ethyl acrylate, 2- (perfluoropentyl) ethyl acrylate; methyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-propyl methacrylate, isopropyl methacrylate, n-butyl methacrylate, t-butyl methacrylate, pentyl methacrylate, hexyl methacrylate, heptyl methacrylate, octyl methacrylate, nonyl methacrylate, decyl methacrylate, lauryl methacrylate, tridecyl methacrylate, n-tetradecyl methacrylate, stearyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, etc.
  • the (meth) acrylic acid ester monomer also includes a diester of an ⁇ , ⁇ -ethylenic unsaturated dicarboxylic acid, and examples thereof include lower alkyl diesters of itaconic acid such as diethyl itaconic acid and dibutyl itaconic acid.
  • the aromatic hydrocarbon ring contained in the (meth) acrylic acid ester monomer unit having an aromatic hydrocarbon ring is not particularly limited, and examples thereof include a benzene ring, a naphthalene ring, and an anthracene ring. Among these, the benzene ring is preferable.
  • the monomer unit may have one kind of aromatic hydrocarbon ring or may have two or more kinds of aromatic hydrocarbon rings.
  • the acrylic acid ester monomer having an aromatic hydrocarbon ring include phenoxyethyl (meth) acrylate, phenyl (meth) acrylate, ethoxylated o-phenylphenol (meth) acrylate, and phenoxypolyethylene glycol (meth).
  • Acrylate can be mentioned.
  • "(meth) acrylate” means acrylate and / or methacrylate.
  • the above-mentioned acrylic acid ester monomer may be used alone or in combination of two or more.
  • methyl acrylate, ethyl acrylate, methyl methacrylate, butyl acrylate (n-butyl acrylate, t-butyl acrylate, etc.) and dibutyl itaconic acid are preferable.
  • the ratio of the (meth) acrylic acid ester monomer unit to the total structural unit contained in the polymer is the total structural unit.
  • 100% by mass it is preferably 25% by mass or more, more preferably 30% by mass or more, further preferably 35% by mass or more, further preferably 65% by mass or more, and 95% by mass.
  • % Or less more preferably 92% by mass or less, further preferably 90% by mass or less, and even more preferably 80% by mass or less.
  • the battery characteristics of the all-solid secondary battery including the solid electrolyte-containing layer formed by using the binder composition can be further improved.
  • aromatic vinyl monomer unit examples include styrene, styrene sulfonic acid and salts thereof, ⁇ -methyl styrene, pt-butyl styrene, butoxy styrene, vinyl toluene and chloro styrene. , And vinyl naphthalene.
  • the above-mentioned aromatic vinyl monomer may be used alone or in combination of two or more.
  • styrene is preferable from the viewpoint of improving the battery characteristics of the all-solid-state secondary battery.
  • the ratio of the aromatic vinyl monomer unit to the total structural units contained in the polymer is 3 with the total structural unit as 100% by mass. It is preferably 5% by mass or more, more preferably 5% by mass or more, further preferably 7% by mass or more, particularly preferably 10% by mass or more, and 40% by mass or less. It is more preferably 35% by mass or less, further preferably 30% by mass or less, and even more preferably 23% by mass or less.
  • the battery characteristics (for example, output) of the all-solid secondary battery including the solid electrolyte-containing layer formed by using the binder composition for example, output). (Characteristics and cycle characteristics) can be further improved.
  • Examples of the aliphatic conjugated diene monomer capable of forming an aliphatic conjugated diene monomer unit include 1,3-butadiene, isoprene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, and 1,3-pentadiene.
  • the aliphatic conjugated diene monomer of the above can be mentioned. One of these may be used alone, or two or more of them may be used in combination.
  • 1,3-butadiene and isoprene are preferable, and 1,3-butadiene is more preferable.
  • the alkylene structure unit is a repeating unit composed of only an alkylene structure represented by the general formula: -C n H 2n- [where n is an integer of 2 or more].
  • the alkylene structural unit is preferably linear, that is, a linear alkylene structural unit. Further, the number of carbon atoms of the alkylene structural unit is preferably 4 or more (that is, n in the above general formula is an integer of 4 or more).
  • the method for introducing the alkylene structural unit into the polymer is not particularly limited, but for example, the following method (1) or (2):
  • Examples thereof include a method of preparing a polymer from a monomer composition containing a polymer (for example, ethylene, propylene, 1-butene, 1-hexene, etc.).
  • the method (1) is preferable because the polymer can be easily produced. That is, the alkylene structural unit is preferably a structural unit (aliphatic conjugated diene hydride unit) obtained by hydrogenating an aliphatic conjugated diene monomer unit.
  • Examples of the aliphatic conjugated diene monomer used in the method (1) above include the aliphatic conjugated diene monomer capable of forming the above-mentioned aliphatic conjugated diene monomer unit. That is, specific examples of the alkylene structural unit include a structural unit obtained by hydrogenating 1,3-butadiene units (1,3-butadiene hydride unit) and a structural unit obtained by hydrogenating an isoprene unit (isoprene hydride). Unit), structural unit obtained by hydrogenating 2,3-dimethyl-1,3-butadiene unit (2,3-dimethyl-1,3-butadiene hydride unit), obtained by hydrogenating 1,3-pentadiene.
  • the alkylene structural unit include a structural unit obtained by hydrogenating 1,3-butadiene units (1,3-butadiene hydride unit) and a structural unit obtained by hydrogenating an isoprene unit (isoprene hydride). Unit), structural unit obtained by hydrogenating 2,
  • Examples thereof include structural units (1,3-pentadiene hydride units). Of these, 1,3-butadiene hydride units and isoprene hydride units are preferable, and 1,3-butadiene hydride units are more preferable.
  • the ratio of the aliphatic conjugated diene monomer unit and the alkylene structural unit to the total structural units contained in the polymer is preferably 5% by mass or more, more preferably 6% by mass or more, further preferably 7% by mass or more, and 50% by mass or less, assuming that the total structural unit is 100% by mass. It is preferably 47% by mass or less, more preferably 45% by mass or less.
  • the all-solid secondary with the solid electrolyte-containing layer formed by using the binder composition is provided.
  • the battery characteristics of the battery eg, output characteristics and cycle characteristics
  • the other structural unit is not particularly limited, and examples thereof include a crosslinkable monomer unit.
  • the polymer may contain only one type of other structural unit, or may contain two or more types of other structural unit.
  • the crosslinkable monomer that can form a crosslinkable monomer unit is a monomer having two or more polymerizable structures (olefinic double bond, epoxy group, etc.) per molecule.
  • Examples of the crosslinkable monomer include allyl (meth) acrylate, allyl glycidyl ether, and ethylene glycol di (meth) acrylate. One of these may be used alone, or two or more of them may be used in combination.
  • the ratio of the crosslinkable monomer unit to the total structural units contained in the polymer is 0.1, assuming that the total structural units are 100% by mass. It can be 5% by mass or more, 0.5% by mass or more, preferably 5% by mass or less, more preferably 4% by mass or less, and 3% by mass or less. More preferred.
  • the method for preparing the polymer is not particularly limited, but for example, the polymer is polymerized by polymerizing a monomer composition containing the monomers capable of forming the above-mentioned various monomer units and optionally hydrogenating the polymer. Can be prepared.
  • the content ratio of each monomer in the monomer composition can be determined according to the content ratio of each monomer 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. In each polymerization method, known emulsifiers and polymerization initiators can be used, if necessary.
  • the method of hydrogenation is not particularly limited, and a general method using a catalyst (see, for example, International Publication No. 2012/165120, International Publication No. 2013/080989, and JP-A-2013-8485) can be used. can.
  • the organic solvent used in the composition (X) is not particularly limited, and known organic solvents that can be used in the binder composition for an all-solid-state secondary battery can be used.
  • the SP value of the organic solvent is preferably 5 or more, more preferably 6 or more, further preferably 7 or more, preferably 9.5 or less, and 9 or less. Is more preferable, and 8.5 or less is further preferable. If an organic solvent having an SP value within the above-mentioned predetermined range is used, water can be easily removed by the dehydrating agent, so that the water content of the composition (X) and the binder composition can be further reduced.
  • the solid electrolyte-containing layer formed by using the binder composition makes it possible to further enhance the output characteristics of the all-solid-state secondary battery including the solid electrolyte-containing layer formed by using the binder composition.
  • the SP value of the organic solvent is at least the above lower limit value
  • the solid electrolyte can be satisfactorily dispersed in the slurry composition prepared by using the binder composition.
  • the SP value of the organic solvent is not more than the above upper limit, deterioration of the solid electrolyte due to the organic solvent can be prevented, and deterioration of the output characteristics of the all-solid secondary battery can be suppressed.
  • butyl butyrate (SP value: 8.1), xylene (SP value: 8.3), mecitylene (SP value: 8.5), diisobutylketone. (SP value: 7.8), decan (SP value: 6.6), decalin (SP value: 8.8), methylisobutylketone (SP value: 8.4), cyclopentylmethyl ether (SP value: 8.8). 4) and the like.
  • butyl butyrate, xylene, and diisobutyl ketone are preferably used from the viewpoint of dispersibility of the solid electrolyte and slurry drying property in the slurry composition prepared by using the binder composition.
  • these organic solvents only one kind may be used alone, or two or more kinds may be mixed and used at an arbitrary ratio.
  • the water content of the composition (X) obtained in the water removal step is prepared using a dehydrating agent, the water content is kept low. Specifically, the water content of the composition (X) needs to be 200 ppm or less, preferably 150 ppm or less, more preferably 100 ppm or less, and 70 ppm or less on a mass basis. Is more preferable. When the water content of the composition (X) is 200 ppm or less, the water content of the produced binder composition can be sufficiently reduced. Thereby, the all-solid-state secondary battery provided with the solid electrolyte-containing layer formed by using the binder composition can exhibit excellent output characteristics.
  • the water content of the composition (X) is not particularly limited, but may be, for example, 5 ppm or more, 7.5 ppm or more, or 10 ppm or more on a mass basis. ..
  • the water (moisture) contained in the composition (X) is not particularly limited, but is, for example, water mixed in the components used for the preparation of the composition (X) such as the above-mentioned polymer and organic solvent. Derived from. Further, the water content of the composition (X) can be adjusted, for example, by the method for preparing the polymer, the type of the organic solvent, and the type and amount of the dehydrating agent used in the water removal step.
  • the composition (X) obtained in the water removal step contains a transition metal.
  • the transition metal contained in the composition (X) is mainly derived from impurities in the dehydrating agent used in the water removal step.
  • the composition (X) may contain, for example, a transition metal derived from a metal material such as stainless steel used for piping and the like.
  • examples of the transition metal include iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), manganese (Mn), chromium (Cr), vanadium (V), titanium (Ti), and the like.
  • First transition metals such as scandium (Sc) can be mentioned.
  • the "content of a transition metal" in a certain composition refers to the content of at least one of the above-mentioned transition metals in the composition.
  • the content of a transition metal in a composition can be measured as the content of iron (Fe) in the composition.
  • the content of the transition metal in the composition (X) is not particularly limited, but is preferably 50 ppm or less, and more preferably 25 ppm or less on a mass basis.
  • the content of the transition metal in the composition (X) is not more than the above upper limit, the amount of the transition metal to be removed from the composition (X) in the transition metal removing step described later is small, so that the binder composition produced is produced.
  • the content of transition metals can be easily kept low.
  • the lower limit of the transition metal content of the composition (X) is not particularly limited, but is usually more than 5 ppm on a mass basis.
  • the solid content concentration of the composition (X) is preferably 5% by mass or more, more preferably 6% by mass or more, further preferably 7% by mass or more, and 50% by mass or less. Is more preferable, and it is more preferably 45% by mass or less, and further preferably 40% by mass or less.
  • a polymer capable of functioning as a binder can be sufficiently contained in the produced binder composition.
  • the composition (X) is magnetized in the transition metal removing step described later by suppressing the excessive increase in the viscosity of the composition (X). It can be easily filtered by a filter.
  • the "solid content concentration" can be measured by the method described in the examples of the present specification.
  • a specific method for obtaining a composition (X) containing a polymer and an organic solvent and having a water content of a predetermined value or less by using a dehydrating agent is as follows: (1) A method for obtaining the composition (X) by treating a composition containing an organic solvent before dehydration with a dehydrating agent, or (2) treating an organic solvent with a dehydrating agent to obtain an organic solvent after dehydration. After obtaining the product, any of the methods of dissolving or dispersing the polymer in the dehydrated organic solvent to obtain the composition (X) may be adopted.
  • the water removal step is (1)
  • the step A-1 may be included in which water is removed from the pre-dehydration composition (Y) containing the polymer and the organic solvent using a dehydrating agent to obtain the composition (X).
  • Step B-1 of removing water from the organic solvent using a dehydrating agent to obtain a dehydrated organic solvent, and dissolving or dispersing the polymer in the dehydrated organic solvent to prepare the composition (X).
  • the obtained step B-2 may be included.
  • the water removal step is (1) a pre-dehydration composition containing a polymer and an organic solvent using a dehydrating agent. It is preferable to include the step A-1 of removing water from (Y) to obtain the composition (X).
  • the water removal step is a step of obtaining the pre-dehydration composition (Y) before the step A-1.
  • Step A-0 ′ of dissolving or dispersing the polymer in an organic solvent to obtain a pre-dehydration composition (Y) containing the polymer and the organic solvent. It may contain any of.
  • the "solvent S" in step A-0 of the above (i) refers to a solvent different from the organic solvent contained in the binder composition, the composition (X) and the pre-dehydration composition (Y). Since the polymer solution or dispersion obtained by the above-mentioned polymer preparation method can be used as it is as the composition (Z), the water removal step is the step A-1 from the viewpoint of production efficiency. It is preferable to include step A-0 before.
  • the water removal step is Steps A-0 to obtain a pre-dehydration composition (Y) containing the polymer and the organic solvent by exchanging the solvent with the composition (Z) containing the polymer and the solvent S.
  • Steps A-1 to obtain the composition (X) by removing water from the pre-dehydration composition (Y) containing the polymer and the organic solvent using a dehydrating agent.
  • the method for producing the binder composition of the present invention is not limited thereto.
  • step A-0 the composition (Z) containing the polymer and the solvent is subjected to solvent exchange to obtain the pre-dehydration composition (Y) containing the polymer and the organic solvent.
  • -Composition (Z)- The composition (Z) used in step A-0 contains the above-mentioned polymer and the solvent S.
  • the solvent S is not particularly limited as long as it is a solvent different from the organic solvent contained in the binder composition, the composition (X) and the pre-dehydration composition (Y).
  • the SP value of the solvent S is usually out of the preferable range of the SP value of the organic solvent described above. That is, the SP value of the solvent S is usually less than 5 or more than 9.5.
  • the composition (Z) the solution or dispersion of the polymer obtained by the above-mentioned preparation of the polymer can be used as it is.
  • the composition (X) contains an aqueous solution or an aqueous dispersion of the polymer obtained by preparing the polymer described above, that is, the polymer and water as the solvent S (SP value: 23.4).
  • the composition (Z) can be used.
  • solvent exchange solvent substitution
  • an organic solvent is added to the composition (Z) containing the polymer and the solvent S to obtain a mixture, and then distillation is performed under reduced pressure to remove the solvent S and the excess organic solvent from the mixture.
  • a pre-dehydration composition (Y) containing a polymer and an organic solvent can be obtained.
  • the temperature at the time of vacuum distillation can be appropriately set according to the type of the solvent S and the organic solvent.
  • the pre-dehydration composition (Y) obtained in step A-0 contains a polymer and an organic solvent.
  • the water content of the pre-dehydration composition (Y) is not particularly limited, but is usually more than 200 ppm on a mass basis.
  • the water content of the pre-dehydration composition (Y) is not particularly limited, but is preferably 1000 ppm or less, more preferably 800 ppm or less, and further preferably 600 ppm or less on a mass basis.
  • the amount of water to be removed from the pre-dehydration composition (Y) by the dehydrating agent is small, so that the obtained composition (X) and the binder composition The amount of water in the water can be easily kept low.
  • the solid content concentration of the pre-dehydration composition (Y) is preferably 5% by mass or more, more preferably 6% by mass or more, further preferably 7% by mass or more, and 50% by mass. It is preferably less than or equal to, more preferably 45% by mass or less, still more preferably 40% by mass or less.
  • a polymer capable of functioning as a binder can be sufficiently contained in the produced binder composition.
  • the solid content concentration of the pre-dehydration composition (Y) is not more than the above upper limit, the viscosity of the pre-dehydration composition (Y) and the above-mentioned composition (X) is suppressed from being excessively increased, which will be described later.
  • the composition (X) can be easily filtered by a magnetic filter in the transition metal removing step.
  • step A-1 water is removed from the pre-dehydration composition (Y) containing the polymer and the organic solvent using the above-mentioned predetermined dehydrating agent to obtain the composition (X).
  • the amount of the dehydrating agent used is preferably 5 parts by mass or more, more preferably 7.5 parts by mass or more, and 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the composition (Y) before dehydration. It is more preferably 20 parts by mass or more, more preferably 50 parts by mass or less, further preferably 45 parts by mass or less, still more preferably 40 parts by mass or less. ..
  • the amount of the dehydrating agent used is not less than the above lower limit, water can be satisfactorily removed from the pre-dehydration composition (Y) to further reduce the water content of the obtained composition (X) and the binder composition. ..
  • the amount of the dehydrating agent used is not more than the above upper limit, the amount of the transition metal derived from impurities in the dehydrating agent is reduced to reduce the content of the transition metal in the obtained composition (X). Can be done. As a result, the amount of the transition metal to be removed from the composition (X) in the transition metal removing step can be reduced, so that the content of the transition metal in the binder composition can be easily suppressed to a low level.
  • the method for obtaining the composition (X) by removing water from the pre-dehydration composition (Y) using a dehydrating agent in step A-1 is not particularly limited, and is, for example, the pre-dehydration composition (Y). ), The dehydrating agent is added and allowed to stand, and then the liquid phase portion is recovered as the composition (X). However, the water content of the obtained composition (X) and the binder composition is further increased. From the viewpoint of reduction, it is preferable to use a method of adding a dehydrating agent to the pre-dehydrating composition (Y), stirring the mixture, and then recovering the liquid phase portion as the composition (X).
  • the stirring time is preferably 1 hour or more, more preferably 3 hours or more, further preferably 5 hours or more, preferably 24 hours or less, and preferably 7 hours or less. Is more preferable.
  • the stirring time is at least the above lower limit, water can be satisfactorily removed from the pre-dehydration composition (Y), and the water content of the obtained composition (X) and the binder composition can be further reduced.
  • the stirring time is not more than the above upper limit, the production efficiency of the binder composition can be improved.
  • the temperature at the time of stirring can be appropriately adjusted according to the type of the organic solvent and the dehydrating agent.
  • transition metal removing step the transition metal contained in the composition (X) is removed by a magnetic force to obtain a binder composition.
  • the content of the transition metal in the produced binder composition can be reduced.
  • the all-solid-state secondary battery provided with the solid electrolyte-containing layer formed by using the binder composition can exhibit excellent cycle characteristics.
  • the method for removing the transition metal contained in the composition (X) by magnetic force is not particularly limited, but for example, the composition (X) is filtered using a magnetic filter, and the obtained filtrate is used as a binder composition. Can be obtained.
  • the magnetic flux density of the magnetic filter can be appropriately adjusted according to the content of the transition metal in the composition (X), but if the magnetic flux density is low, the removal efficiency of the transition metal decreases, so that the magnetic flux density is 1000 gauss or more. It is preferably 2,000 gauss or more, more preferably 5,000 gauss or more, and even more preferably 5,000 gauss or more.
  • the transition metal contained in the composition (X) can be satisfactorily removed, and the content of the transition metal in the produced binder composition can be further reduced.
  • the magnetic flux density of the magnetic filter is not particularly limited, but is preferably 10,000 gauss or less.
  • the size of the opening of the magnetic filter can be appropriately adjusted within the range in which the desired effect of the present invention can be obtained.
  • the filtration using a pre-filter may be performed in order to remove the dehydrating agent and the like mixed in the composition (X).
  • the binder composition produced by the method for producing a binder composition of the present invention contains a polymer and an organic solvent. Since the binder composition produced by the method for producing a binder composition of the present invention is produced through the above-mentioned water removal step and transition metal removal step, both the water content and the transition metal content are kept low. Has been done.
  • the water content of the binder composition is preferably 200 ppm or less, more preferably 150 ppm or less, further preferably 100 ppm or less, still more preferably 70 ppm or less on a mass basis. ..
  • the water content of the binder composition is not particularly limited, but may be, for example, 5 ppm or more, 7.5 ppm or more, or 10 ppm or more on a mass basis.
  • the water content of the binder composition is usually the same as that of the composition (X) described above, unless there are special circumstances such as a step of adding other components described later after the water removal step described above. Consistent with water content.
  • the content of the transition metal in the binder composition is preferably 5 ppm or less, more preferably 2.5 ppm or less, further preferably 1 ppm or less, and 0.1 ppm or less on a mass basis. It is more preferable to have.
  • the content of the transition metal in the binder composition is not more than the above upper limit, the cycle characteristics of the all-solid secondary battery including the solid electrolyte-containing layer formed by using the binder composition can be further improved.
  • the content of the transition metal in the binder composition is not particularly limited, but is, for example, 0.0001 ppm or more on a mass basis.
  • the solid content concentration of the binder composition is preferably 5% by mass or more, more preferably 6% by mass or more, further preferably 7% by mass or more, and preferably 50% by mass or less. , 45% by mass or less, more preferably 40% by mass or less.
  • a polymer capable of functioning as a binder can be sufficiently contained in the binder composition.
  • the solid content concentration of the binder composition is not more than the above upper limit, for example, in the above-mentioned transition metal removing step, it is possible to suppress an excessive increase in the viscosity of the binder composition, for example, to remove the above-mentioned transition metal. Filtration using a magnetic filter can be easily performed in the process.
  • the viscosity of the binder composition is preferably 10 mPa ⁇ s or more, more preferably 50 mPa ⁇ s or more, further preferably 100 mPa ⁇ s or more, preferably 10,000 mPa ⁇ s or less, and 5000 mPa. -It is more preferably s or less, and further preferably 3000 mPa ⁇ s or less.
  • filtration using a magnetic filter can be easily performed in the above-mentioned transition metal removing step, and when a slurry composition is produced using the binder composition. Workability is improved.
  • the viscosity of the binder composition can be measured by the method described in the examples of the present specification.
  • the binder composition may optionally contain components (other components) other than the polymer and the organic solvent.
  • Other components that can be optionally contained in the binder composition are not particularly limited, and examples thereof include binders other than the above-mentioned polymers, dispersants, leveling agents, defoaming agents, conductive materials, reinforcing materials, and the like. ..
  • these components may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types in combination at an arbitrary ratio.
  • the timing of adding other components is not particularly limited.
  • the other components are, for example, a step prior to the above-mentioned step A-1 using the dehydrating agent, that is, step A. It is preferably added to the composition (Z) or the pre-dehydration composition (Y) at ⁇ 0.
  • the method for producing a slurry composition of the present invention is characterized by comprising a step of preparing a slurry composition containing a solid electrolyte and a binder composition produced by the above-mentioned method for producing a binder composition of the present invention. ..
  • the slurry composition produced by the method for producing a slurry composition of the present invention contains at least a solid electrolyte and a binder composition produced by the method for producing a binder composition of the present invention described above. That is, the slurry composition contains at least a solid electrolyte, the above-mentioned polymer, and an organic solvent.
  • the slurry composition optionally further contains an electrode active material, a conductive material and other components. Since the slurry composition produced by the method for producing a slurry composition of the present invention contains the binder composition produced by the method for producing a binder composition of the present invention described above, the water content and the transition metal content are contained. Both are kept low. Therefore, by using the slurry composition, it is possible to form a solid electrolyte-containing layer capable of exhibiting excellent output characteristics and cycle characteristics in an all-solid-state secondary battery. That is, according to the method for producing a slurry composition of the present invention, it is possible to produce a slurry composition having a solid electrolyte-containing layer capable of exhibiting excellent output characteristics and cycle characteristics in an all-solid-state secondary battery.
  • the solid electrolyte is not particularly limited as long as it is a particle made of a solid having ionic conductivity, but an inorganic solid electrolyte can be preferably used.
  • the inorganic solid electrolyte is not particularly limited, and a crystalline inorganic ion conductor, an amorphous inorganic ion conductor, or a mixture thereof can be used.
  • the inorganic solid electrolyte is usually a crystalline inorganic lithium ion conductor, an amorphous inorganic lithium ion conductor, or them. A mixture of can be used.
  • the inorganic solid electrolyte preferably contains at least one of a sulfide-based inorganic solid electrolyte and an oxide-based inorganic solid electrolyte.
  • a sulfide-based inorganic solid electrolyte preferably contains at least one of a sulfide-based inorganic solid electrolyte and an oxide-based inorganic solid electrolyte.
  • the crystalline inorganic lithium ion conductors include Li 3N , LISION (Li 14 Zn (GeO 4 ) 4 ), perovskite type (eg, Li 0.5 La 0.5 TiO 3 ), and garnet type (eg). : Li 7 La 3 Zr 2 O 12 ), LIPON (Li 3 + y PO 4-x N x ), Thio-LISION (Li 3.25 Ge 0.25 P 0.75 S 4 ), Algirodite type (eg Li 5.6 ) PS 4.4 Cl 1.8 ) and the like.
  • the above-mentioned crystalline inorganic lithium ion conductor can be used alone or in combination of two or more.
  • Examples of the amorphous inorganic lithium ion conductor include substances containing a sulfur atom and having ionic conductivity, and more specifically, glass Li—Si—SO, Li. -PS and those using a raw material composition containing Li 2S and sulfides of the elements of Groups 13 to 15 of the Periodic Table can be mentioned.
  • examples of the Group 13 to Group 15 elements include Al, Si, Ge, P, As, and Sb.
  • Specific examples of the sulfides of Group 13 to Group 15 elements include Al 2 S 3 , Si S 2 , GeS 2 , P 2 S 3 , P 2 S 5 , As 2 S 3 , and Sb 2 . S 3 and the like can be mentioned.
  • an amorphization method such as a mechanical milling method or a melt quenching method can be mentioned.
  • an amorphous inorganic lithium ion conductor using a raw material composition containing Li 2S and sulfides of the elements of Groups 13 to 15 of the Periodic Table Li 2SP 2S is used. 5 , Li 2 S-SiS 2 , Li 2 S-GeS 2 or Li 2 S-Al 2 S 3 is preferable, and Li 2 SP 2 S 5 is more preferable.
  • the above-mentioned amorphous inorganic lithium ion conductor can be used alone or in combination of two or more.
  • an amorphous sulfide containing Li and P, Li 7 La. 3 Zr 2 O 12 is preferred.
  • Acrylic sulfides containing Li and P, and Li 7 La 3 Zr 2 O 12 have high lithium ion conductivity, so that they can be used as an inorganic solid electrolyte to reduce the internal resistance of the battery, and at the same time, they can reduce the internal resistance of the battery. The output characteristics can be improved.
  • the amorphous sulfide containing Li and P is more preferably a sulfide glass composed of Li 2 S and P 2 S 5 from the viewpoint of reducing the internal resistance of the battery and improving the output characteristics. It is particularly preferable that the sulfide glass is produced from a mixed raw material of Li 2 S and P 2 S 5 having a molar ratio of 2 S: P 2 S 5 of 65:35 to 85:15.
  • Amorphous sulfides containing Li and P are made from a mixed raw material of Li 2 S and P 2 S 5 having a molar ratio of Li 2 S: P 2 S 5 of 65:35 to 85:15. It is preferably a sulfide glass ceramic obtained by reacting by a method. From the viewpoint of maintaining the lithium ion conductivity in a high state, the mixed raw material preferably has a molar ratio of Li 2 S: P 2 S 5 of 68:32 to 80:20.
  • the inorganic solid electrolyte is at least selected from the group consisting of Al 2 S 3 , B 2 S 3 and Si S 2 as starting materials in addition to the above Li 2 S and P 2 S 5 to the extent that the ionic conductivity is not lowered. It may contain one kind of sulfide. By adding such a sulfide, the glass component in the inorganic solid electrolyte can be stabilized.
  • the inorganic solid electrolyte is at least selected from the group consisting of Li 2 S and P 2 S 5 as well as Li 3 PO 4 , Li 4 SiO 4 , Li 4 GeO 4 , Li 3 BO 3 and Li 3 AlO 3 . It may contain one type of lithium orthooxoate. When such lithium orthooxoate is contained, the glass component in the inorganic solid electrolyte can be stabilized.
  • the above-mentioned solid electrolyte can be used alone or in combination of two or more. Further, the particle size of the above-mentioned solid electrolyte is not particularly limited, and can be the same as that of the conventionally used solid electrolyte.
  • Binder composition As the binder composition used in the method for producing a slurry composition of the present invention, the binder composition produced by the method for producing a binder composition of the present invention is used.
  • the mixing amount ratio of the solid electrolyte and the binder composition is not particularly limited.
  • the content of the binder composition contained in the slurry composition is preferably 0.1 part by mass or more and 0.2 part by mass or more per 100 parts by mass of the solid electrolyte in terms of solid content. It is more preferably 0.3 parts by mass or more, further preferably 10 parts by mass or less, further preferably 8 parts by mass or less, still more preferably 5 parts by mass or less.
  • the content of the binder composition in the slurry composition is at least the above lower limit, the polymer in the binder composition can sufficiently exhibit the function as a binder.
  • the content of the binder composition in the slurry composition is not more than the above upper limit, the ionic conductivity of the solid electrolyte-containing layer can be sufficiently ensured, and the cell characteristics (battery characteristics) of the all-solid secondary battery can be sufficiently ensured. ) Is not excessively impaired.
  • the electrode active material is a substance that transfers electrons in the electrode of an all-solid-state secondary battery.
  • the all-solid-state secondary battery is an all-solid-state lithium ion secondary battery
  • a substance capable of storing and releasing lithium is usually used.
  • the slurry composition for an all-solid-state secondary battery is a slurry composition for an all-solid-state lithium-ion secondary battery will be described, but the present invention is not limited to the following example.
  • the positive electrode active material for the all-solid lithium ion secondary battery is not particularly limited, and examples thereof include a positive electrode active material made of an inorganic compound and a positive electrode active material made of an organic compound.
  • the positive electrode active material may be a mixture of an inorganic compound and an organic compound.
  • Examples of the positive electrode active material composed of an inorganic compound include a transition metal oxide, a composite oxide of lithium and a transition metal (lithium-containing composite metal oxide), and a transition metal sulfide. As the above transition metal, Fe, Co, Ni, Mn and the like are used.
  • the inorganic compound used for the positive electrode active material include lithium-containing composite metal oxides such as LiCoO 2 (lithium cobalt oxide), LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , LiFePO 4 , and LiFeVO 4 ; TiS 2 . , TiS 3 , transition metal sulfides such as amorphous MoS 2 , transition metal sulfides such as Cu 2 V 2 O 3 , amorphous V 2 O-P 2 O 5 , MoO 3 , V 2 O 5 , V 6 O 13 . Metal oxides; and the like. These compounds may be partially elementally substituted.
  • LiCoO 2 lithium cobalt oxide
  • LiNiO 2 LiMnO 2
  • LiMn 2 O 4 LiFePO 4
  • LiFeVO 4 LiFeVO 4
  • TiS 2 . , TiS 3 transition metal sulfides such as amorphous MoS 2 , transition metal sulfides such as
  • the positive electrode active material composed of the above-mentioned inorganic compound can be used alone or in combination of two or more.
  • Examples of the positive electrode active material composed of an organic compound include polyaniline, polypyrrole, polyacene, disulfide-based compounds, polysulfide-based compounds, and N-fluoropyridinium salts.
  • the positive electrode active material composed of the above-mentioned organic compound can be used alone or in combination of two or more.
  • Examples of the negative electrode active material for an all-solid-state lithium-ion secondary battery include carbon allotropes such as graphite and coke.
  • the negative electrode active material made of an allotrope of carbon can also be used in the form of a mixture with a metal, a metal salt, an oxide, or the like, or a covering body.
  • the negative electrode active material includes oxides or sulfates such as silicon, tin, zinc, manganese, iron and nickel; metallic lithium; lithium alloys such as Li-Al, Li-Bi-Cd and Li-Sn-Cd; Lithium transition metal nitride; silicone; etc. can also be used.
  • the above-mentioned negative electrode active material can be used alone or in combination of two or more.
  • the particle size of the above-mentioned electrode active material is not particularly limited and can be the same as that of the conventionally used electrode active material. Further, the blending amount of the above-mentioned electrode active material in the slurry composition is not particularly limited, and can be the same as that of the conventionally used electrode active material.
  • the conductive material is for ensuring electrical contact between the electrode active materials in the electrode mixture layer formed by using the slurry composition for the all-solid-state secondary battery (slurry composition for the all-solid-state secondary battery electrode).
  • the conductive materials include carbon black (for example, acetylene black, Ketjen black (registered trademark), furnace black, etc.), single-layer or multi-layer carbon nanotubes (multi-layer carbon nanotubes include cup stack type), and carbon.
  • Conductive carbon materials such as nanohorns, vapor-grown carbon fibers, milled carbon fibers obtained by crushing polymer fibers after firing, single-layer or multi-layer graphene, and carbon non-woven sheets obtained by firing non-woven fabrics made of polymer fibers;
  • Various metal fibers or foils can be used. These can be used alone or in combination of two or more.
  • the content ratio of the conductive material in the slurry composition for the all-solid-state secondary battery is preferably 0.1 part by mass or more, and preferably 0.5 part by mass or more per 100 parts by mass of the electrode active material. It is more preferably 10 parts by mass or less, and more preferably 7 parts by mass or less. When the amount of the conductive material is within the above range, sufficient electrical contact between the electrode active materials can be ensured, and the output characteristics and cycle characteristics of the all-solid-state secondary battery can be further improved.
  • other components that can be optionally contained in the slurry composition for an all-solid-state secondary battery include a dispersant, a leveling agent, a defoaming agent, a reinforcing material, and the like.
  • the other component may be a lithium salt.
  • the other components such as the lithium salt, the dispersant, the leveling agent, the defoaming agent and the reinforcing material are not particularly limited, and for example, those described in JP-A-2012-243476 can be used. can. Further, the blending amount thereof is not particularly limited, and may be, for example, the amount described in JP-A-2012-243476.
  • the slurry composition for an all-solid-state secondary battery described above is not particularly limited, and can be obtained, for example, by dispersing or dissolving the above-mentioned components in an organic solvent using an arbitrary mixing method.
  • the organic solvent for example, the organic solvent described above in the section "Method for producing a binder composition for an all-solid-state secondary battery" can be used.
  • the method for producing a solid electrolyte-containing layer of the present invention is characterized by comprising a step of forming a solid electrolyte-containing layer using the slurry composition produced by the above-mentioned method for producing a slurry composition of the present invention.
  • the solid electrolyte-containing layer produced by the method for producing a solid electrolyte-containing layer of the present invention is a layer containing a solid electrolyte, and the solid electrolyte-containing layer is, for example, an electron transfer via an electrochemical reaction.
  • Examples thereof include an electrode mixture layer (positive electrode mixture layer, negative electrode mixture layer), and a solid electrolyte layer provided between the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer facing each other.
  • the solid electrolyte-containing layer produced by the method for producing the solid electrolyte-containing layer of the present invention is formed by using the slurry composition produced by the above-mentioned method for producing the slurry composition of the present invention. For example, it can be formed by applying the above slurry composition to the surface of an appropriate base material to form a coating film, and then drying the formed coating film.
  • the solid electrolyte-containing layer produced by the method for producing the solid electrolyte-containing layer of the present invention comprises a dried product of the above slurry composition, and usually contains a solid electrolyte and a polymer, and optionally contains an electrode active material. , Conductive material and at least one selected from the group consisting of other components may further be contained.
  • Each component contained in the solid electrolyte-containing layer was contained in the slurry composition, and the content ratio of these components is usually equal to the content ratio in the slurry composition.
  • the solid electrolyte-containing layer produced by the method for producing the solid electrolyte-containing layer of the present invention is formed by using the slurry composition produced by the method for producing the slurry composition of the present invention, and therefore has a water content and a water content. Both of the transition metal contents are kept low. Therefore, the solid electrolyte-containing layer produced by the method for producing the solid electrolyte-containing layer of the present invention can exhibit excellent output characteristics and cycle characteristics in the all-solid-state secondary battery. That is, according to the method for producing a solid electrolyte-containing layer of the present invention, it is possible to produce a solid electrolyte-containing layer capable of exhibiting excellent output characteristics and cycle characteristics in an all-solid-state secondary battery.
  • the substrate to which the slurry composition is applied is not limited.
  • a coating film of the slurry composition is formed on the surface of the release substrate, and the coating film is dried to form a solid electrolyte-containing layer.
  • the release base material may be peeled off from the solid electrolyte-containing layer.
  • the solid electrolyte-containing layer peeled off from the release substrate can be used as a self-standing film for forming a battery member (for example, an electrode, a solid electrolyte layer, etc.) of an all-solid-state secondary battery.
  • a current collector or an electrode may be used as the base material.
  • the slurry composition on the current collector it is preferable to apply the slurry composition on the current collector as the base material.
  • the release base material is not particularly limited, and a known release base material such as an imide film can be used.
  • ⁇ Current collector a material having electrical conductivity and having electrochemical durability is used.
  • a current collector for example, a current collector made of iron, copper, aluminum, nickel, stainless steel, titanium, tantalum, gold, platinum or the like can be used.
  • copper foil is particularly preferable as the current collector used for the negative electrode.
  • aluminum foil is particularly preferable. The above-mentioned materials may be used alone or in combination of two or more at any ratio.
  • Electrode The electrodes (positive electrode and negative electrode) are not particularly limited, and examples thereof include electrodes in which an electrode mixture layer containing an electrode active material, a solid electrolyte, and a binder is formed on the above-mentioned current collector.
  • the electrode active material, the solid electrolyte, and the binder contained in the electrode mixture layer in the electrode are not particularly limited, and known ones can be used.
  • the electrode mixture layer in the electrode may correspond to the solid electrolyte-containing layer produced by the method for producing the solid electrolyte-containing layer of the present invention.
  • Method for forming the solid electrolyte-containing layer using the slurry composition include the following methods. 1) A method in which the slurry composition is applied to the surface of a current collector or an electrode (in the case of an electrode, the surface on the electrode mixture layer side, the same applies hereinafter), and then dried; 2) A method of immersing the current collector or electrode in the slurry composition and then drying it; and 3) the slurry composition is applied onto a release substrate and dried to produce a solid electrolyte-containing layer, which is obtained. A method of transferring a solid electrolyte-containing layer to the surface of an electrode. Among these, the methods 1) and 3) above, which are coated and dried, are particularly preferable because the layer thickness of the solid electrolyte-containing layer can be easily controlled.
  • the method for applying the slurry composition onto the substrate is not particularly limited, and examples thereof include a doctor blade method, a reverse roll method, a direct roll method, a gravure method, an extrusion method, and a brush coating method.
  • the method for drying the slurry composition on the substrate is not particularly limited, and a known method can be used.
  • the drying method include a drying method using warm air, hot air, and low humidity air, a vacuum drying method, and a drying method using irradiation with infrared rays or an electron beam.
  • the solid electrolyte-containing layer is an electrode mixture layer, it can be pressed by using a roll press or the like after drying. By performing the pressing process, the obtained electrode mixture layer can be further increased in density.
  • the method of transferring the solid electrolyte-containing layer to the surface of an electrode or the like is not particularly limited, and a known transfer method can be used.
  • the electrode formed by forming an electrode mixture layer on the current collector using the method for producing a solid electrolyte-containing layer of the present invention contains a solid electrolyte and a polymer, and optionally contains an electrode active material and other materials. Since it is provided with an electrode mixture layer capable of further containing at least one selected from the group consisting of the components of the above, and the water content and the transition metal content of the electrode mixture layer are kept low, the all-solid-state battery is provided. It is possible to make the next battery exhibit excellent output characteristics and cycle characteristics.
  • the solid electrolyte layer formed by using the method for producing a solid electrolyte-containing layer of the present invention contains a solid electrolyte and a polymer, and optionally further contains other components, and has a water content and a transition metal. Since the content of the above is kept low, the all-solid-state secondary battery can exhibit excellent output characteristics and cycle characteristics.
  • the method for producing an all-solid-state secondary battery of the present invention is characterized by comprising a step of producing an all-solid-state secondary battery using the solid electrolyte-containing layer produced by the above-mentioned method for producing the solid electrolyte-containing layer of the present invention. And.
  • the all-solid-state secondary battery manufactured by the method for manufacturing an all-solid-state secondary battery of the present invention includes a solid electrolyte-containing layer manufactured by the method for manufacturing a solid-state electrolyte-containing layer of the present invention described above.
  • the all-solid-state secondary battery manufactured by the method for manufacturing an all-solid-state secondary battery of the present invention has, for example, a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte layer, and has a positive electrode mixture layer and a negative electrode. At least one of the negative electrode mixture layer and the solid electrolyte layer is a solid electrolyte-containing layer produced by the method for producing a solid electrolyte-containing layer of the present invention. That is, the method for manufacturing an all-solid-state secondary battery of the present invention includes a step of manufacturing an all-solid-state secondary battery using a positive electrode provided with a positive electrode mixture layer, a negative electrode provided with a negative electrode mixture layer, and a solid electrolyte layer.
  • At least one of the positive electrode mixture layer, the negative electrode mixture layer, and the solid electrolyte layer is a solid electrolyte-containing layer produced by the above-mentioned method for producing a solid electrolyte-containing layer of the present invention. Further, according to the method for manufacturing an all-solid-state secondary battery of the present invention, the solid electrolyte-containing layer manufactured by the method for manufacturing the solid electrolyte-containing layer of the present invention described above is provided, and excellent output characteristics and cycle characteristics are exhibited. The resulting all-solid-state secondary battery can be manufactured.
  • At least one of the positive electrode mixture layer included in the positive electrode, the negative electrode mixture layer provided in the negative electrode, and the solid electrolyte layer is the above-mentioned method for producing the solid electrolyte-containing layer of the present invention.
  • a solid electrolyte layer that does not correspond to the solid electrolyte-containing layer produced by the above-mentioned production method may be used.
  • the electrode provided with the electrode mixture layer that does not correspond to the solid electrolyte-containing layer produced by the method for producing the solid electrolyte-containing layer of the present invention is not particularly limited, and any electrode for an all-solid secondary battery is used. Can be used.
  • the solid electrolyte layer that does not correspond to the solid electrolyte-containing layer produced by the method for producing the solid electrolyte-containing layer of the present invention is not particularly limited, and is, for example, JP-A-2012-243476A, JP-A-2013-. Any solid electrolyte layer such as the solid electrolyte layer described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 143299 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-143614 can be used.
  • the positive electrode and the negative electrode are laminated so that the positive electrode mixture layer of the positive electrode and the negative electrode mixture layer of the negative electrode face each other via the solid electrolyte layer, and the positive electrode is arbitrarily pressurized.
  • the laminate After obtaining the laminate, it can be obtained as it is, or by rolling, folding, etc., putting it in a battery container, and sealing it, depending on the shape of the battery.
  • an expanded metal, an overcurrent prevention element such as a fuse or a PTC element, a lead plate, or the like can be placed in the battery container to prevent the pressure inside the battery from rising and overcharging / discharging.
  • the shape of the battery may be any of a coin type, a button type, a sheet type, a cylindrical type, a square type, a flat type and the like.
  • Solid content concentration> The solid content concentrations of the composition (Z), the pre-dehydration composition (Y) and the binder composition were determined from the heating residue after 3 hours at 150 ° C. according to JIS K 5601-1-2: 2008.
  • ⁇ Moisture content> The water content of the composition (X) and the binder composition was measured by the volumetric method using a Karl Fischer Moisture Meter (manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd.). The measurement was repeated three times, and the average value of the obtained values was taken as the measured value.
  • ICP-AES device manufactured by SII Nanotechnology, model number "SPS-5100
  • ⁇ Viscosity> The viscosity of the binder composition was measured using a Brookfield B-type viscometer under the condition of 60 rpm (25 ° C.).
  • Capacity ratio is 80% or more
  • B: Capacity ratio is 70% or more and less than 80%
  • C: Capacity ratio is 60% or more and less than 70%
  • Example 1 ⁇ Preparation of binder composition> ⁇ Preparation of aqueous dispersion of polymer >> 90 parts of ion-exchanged water and 0.5 part of sodium lauryl sulfate as an emulsifier were added to a 1 L flask (reaction vessel) with a septum equipped with a stirrer, the gas phase part was replaced with nitrogen gas, the temperature was raised to 60 ° C., and then polymerization was performed. As an initiator, 0.25 part of ammonium persulfate (APS) was dissolved in 20.0 parts of ion-exchanged water and added.
  • APS ammonium persulfate
  • Step A-1 Treatment with dehydrating agent
  • 20 parts of synthetic zeolite (molecular sieve 4A, powder) as a dehydrating agent was added, and the temperature was lowered to room temperature (23 ° C.). Then, by stirring for 5 hours, water was removed from the pre-dehydration composition (Y) to obtain the composition (X) (solid content concentration: 10%). The water content of the obtained composition (X) was measured and found to be 50 ppm.
  • the obtained composition (X) is passed through a pre-filter (opening: 10 ⁇ m), and then using a magnetic filter (manufactured by Tok Engineering Co., Ltd.) at room temperature (25 ° C.) under the condition of a magnetic flux density of 6000 gauss. , Filtration to obtain a binder composition (solid content concentration: 10%).
  • the content and viscosity of the transition metal in the obtained binder composition were measured. The results are shown in Table 1.
  • the water content of the obtained binder composition was measured and found to be 50 ppm, which was confirmed to be consistent with the water content of the composition (X) described above.
  • sulfide glass Li 2 S /
  • Li 2 S and P 2 S 5 as solid electrolyte particles in a glove box (moisture concentration 0.6 mass ppm, oxygen concentration 1.8 mass ppm) under an argon gas atmosphere.
  • P 2 S 5 70 mol% / 30 mol%, number average particle size: 0.9 ⁇ m) 100 parts and 2 parts (solid content equivalent amount) of the binder composition obtained as described above were mixed, and further.
  • Butyl butyrate as an organic solvent was added to adjust the solid content concentration to 65% by mass, and then the mixture was mixed with a planetary mixer for 60 minutes. Then, butyl butyrate was further added to adjust the solid content concentration to 55%, and then the mixture was mixed with a planetary mixer to prepare a slurry composition for a solid electrolyte layer.
  • the slurry composition for the positive electrode mixture layer is applied to the surface of the current collector (aluminum foil, thickness: 20 ⁇ m) and dried (temperature 120 ° C., 60 minutes) to have a thickness of 50 ⁇ m of the positive electrode mixture layer (solid electrolyte).
  • the containing layer) was formed, and a positive electrode was obtained.
  • the slurry composition for the negative electrode mixture layer is applied to the surface of another current collector (copper foil, thickness: 15 ⁇ m) and dried (temperature 120 ° C., 60 minutes) to have a thickness of 60 ⁇ m.
  • a layer (solid electrolyte-containing layer) was formed to obtain a negative electrode.
  • the slurry composition for a solid electrolyte layer is applied to an imide film (thickness: 25 ⁇ m) and dried (temperature 120 ° C., 60 minutes) to form a solid electrolyte layer (solid electrolyte-containing layer) having a thickness of 150 ⁇ m. Formed.
  • the solid electrolyte layer and the positive electrode on the imide film are bonded together so that the solid electrolyte layer and the positive electrode mixture layer are in contact with each other, and a pressing process is performed so that a pressure (press pressure) of 400 MPa is applied to remove the solid electrolyte layer from the imide film.
  • a positive electrode with a solid electrolyte layer was obtained.
  • the positive electrode with the solid electrolyte layer and the negative electrode are bonded together so that the solid electrolyte layer of the positive electrode with the solid electrolyte layer and the negative electrode mixture layer of the negative electrode are in contact with each other, and a pressure of 400 MPa (press) is applied to the solid electrolyte layer of the positive electrode with the solid electrolyte layer.
  • the pressing process was performed so that pressure) was applied to obtain an all-solid secondary battery.
  • the thickness of the solid electrolyte layer of the all-solid-state secondary battery after pressing was 120 ⁇ m.
  • the output characteristics and cycle characteristics of this all-solid-state secondary battery were evaluated. The results are shown in Table 2.
  • Example 2 In the preparation of the binder composition of Example 1, the amount of the dehydrating agent used in the water removing step A-1 and / or the magnetic flux density of the magnetic filter used in the transition metal removing step was changed as shown in Table 2. Except for the above, the binder composition, the slurry composition for the positive electrode mixture layer, the slurry composition for the negative electrode mixture layer, the slurry composition for the solid electrolyte layer, and the all-solid secondary battery are prepared in the same manner as in Example 1. Manufactured and subjected to various measurements and evaluations. The results are shown in Tables 1 and 2.
  • Example 7 In the preparation of the binder composition of Example 1, when preparing the aqueous dispersion of the polymer, the monomer used in the monomer composition was changed from 65 parts of butyl acrylate, 23 parts of styrene, and 12 parts of acrylonitrile to butyl acrylate 65.
  • the binder composition was the same as in Example 1 except that the aqueous dispersion of the polymer B as the composition (Z) was obtained by changing to 10 parts of styrene, 15 parts of methyl methacrylate and 10 parts of acrylonitrile.
  • a product, a slurry composition for a positive mixture layer, a slurry composition for a negative negative mixture layer, a slurry composition for a solid electrolyte layer, and an all-solid secondary battery were manufactured, and various measurements and evaluations were performed. The results are shown in Tables 1 and 2.
  • Example 8 In the preparation of the binder composition of Example 1, except that the step A-0 (preparation of the composition (Y) before dehydration) of the step of preparing the aqueous dispersion of the polymer and the water removal step was performed by the following method. , A binder composition, a slurry composition for a positive electrode mixture layer, a slurry composition for a negative electrode mixture layer, a slurry composition for a solid electrolyte layer, and an all-solid secondary battery are manufactured in the same manner as in Example 1. Was measured and evaluated. The results are shown in Tables 1 and 2.
  • Example 9 In the preparation of the binder composition of Example 1, the preparation of the aqueous dispersion of the polymer D and the step A-0 (preparation of the composition (Y) before dehydration) of the water removal step were carried out by the following methods. Except for the above, a binder composition, a slurry composition for a positive electrode mixture layer, a slurry composition for a negative electrode mixture layer, a slurry composition for a solid electrolyte layer, and an all-solid secondary battery are manufactured in the same manner as in Example 1. , Various measurements and evaluations were performed. The results are shown in Tables 1 and 2.
  • APS ammonium persulfate
  • emulsion container 30 parts of ion-exchanged water, 0.5 part of sodium lauryl sulfate as an emulsifier, 89.5 parts of butyl acrylate, 10 parts of acrylonitrile, and 0.5 part of allyl methacrylate are mixed and a single amount.
  • a body composition was obtained.
  • This monomer composition was continuously added to the 1 L flask with a septum over 3 hours to carry out polymerization. During the addition, the reaction was carried out at 60 ° C. After the addition was completed, the mixture was further stirred at 80 ° C. for 3 hours to obtain an aqueous dispersion of polymer D.
  • Example 10 to 12 In the preparation of the binder composition of Example 1, the organic solvent used in step A-0 (preparation of the pre-dehydration composition (Y)) of the water removal step was changed from butyl butyrate to the organic solvent shown in Table 3. The organic solvent used in the production of the slurry composition for the positive electrode mixture layer, the slurry composition for the negative electrode mixture layer, and the slurry composition for the solid electrolyte layer was also changed from butyl butyrate to the organic solvent shown in Table 3.
  • Example 13 to 16 In the preparation of the binder composition of Example 1, the dehydrating agent used in step A-1 of the water removal step was changed from the synthetic zeolite (molecular sheave 4A) to the dehydrating agent shown in Table 3, except that the dehydrating agent was changed to that of Example 1.
  • a binder composition, a slurry composition for a positive electrode mixture layer, a slurry composition for a negative electrode mixture layer, a slurry composition for a solid electrolyte layer, and an all-solid secondary battery are manufactured, and various measurements and evaluations are performed. Was done. The results are shown in Tables 1 and 3.
  • the molecular sheaves 13X and the molecular sheaves 3A are in the form of powder or beads
  • the "ZEOflair 110" manufactured by Zeochem is in the form of powder
  • the silica gel type A shown in Table 3 is in the form of beads. rice field.
  • Example 1 In the preparation of the binder composition of Example 1, the pre-dehydration composition (Y) is used as it is in the composition (X) and the composition (X) without carrying out the step A-1 (treatment with a dehydrating agent) and the transition metal removing step of the water removal step.
  • the binder composition, the slurry composition for the positive electrode mixture layer, the slurry composition for the negative electrode mixture layer, the slurry composition for the solid electrolyte layer, and all of them are the same as in Example 1 except that they are used as the binder composition.
  • a solid secondary battery was manufactured and various measurements and evaluations were performed. The results are shown in Tables 1 and 3.
  • Example 2 In the preparation of the binder composition of Example 1, the binder composition and the positive electrode are the same as in Example 1 except that the transition metal removal step is not carried out and the composition (X) is used as it is as the binder composition.
  • a slurry composition for a mixed material layer, a slurry composition for a negative electrode mixed material layer, a slurry composition for a solid electrolyte layer, and an all-solid secondary battery were manufactured, and various measurements and evaluations were performed. The results are shown in Tables 1 and 3.
  • Example 3 In the preparation of the binder composition of Example 1, the step A-1 (treatment with a dehydrating agent) of the water removing step was not carried out, and the pre-dewatering composition (Y) was used as the composition (X) in the transition metal removing step. Except for the above, the binder composition, the slurry composition for the positive electrode mixture layer, the slurry composition for the negative electrode mixture layer, the slurry composition for the solid electrolyte layer, and the all-solid secondary battery are prepared in the same manner as in Example 1. Manufactured and subjected to various measurements and evaluations. The results are shown in Tables 1 and 3.
  • Example 4 In the preparation of the binder composition of Example 1, the dehydrating agent used in step A-1 (treatment with a dehydrating agent) of the water removal step was changed from synthetic zeolite (molecular sieve 4A) to calcium chloride. In the same manner as in Example 1, a binder composition, a slurry composition for a positive electrode mixture layer, a slurry composition for a negative electrode mixture layer, a slurry composition for a solid electrolyte layer, and an all-solid secondary battery are manufactured, and various measurements are made. And evaluated. The results are shown in Tables 1 and 3.
  • BA indicates a butyl acrylate unit and represents "ST” indicates a styrene unit
  • MMA stands for methyl methacrylate unit
  • AN indicates acrylonitrile unit
  • H-BD represents a 1,3-butadiene hydride unit
  • AMA indicates an allyl methacrylate unit.
  • MS indicates molecular sheave.
  • a method for producing a binder composition for an all-solid-state secondary battery according to Examples 1 to 16 which includes a transition metal removing step of removing the transition metal by a magnetic force, excellent output characteristics and cycle characteristics of the all-solid-state secondary battery are obtained. It can be seen that a binder composition for an all-solid-state secondary battery capable of forming a solid electrolyte-containing layer capable of exhibiting the above can be produced.
  • the present invention it is possible to provide a method for producing a binder composition for an all-solid-state secondary battery capable of forming a solid electrolyte-containing layer capable of exhibiting excellent output characteristics and cycle characteristics in the all-solid-state secondary battery. .. Further, according to the present invention, there is provided a method for producing a slurry composition for an all-solid-state secondary battery capable of forming a solid electrolyte-containing layer capable of exhibiting excellent output characteristics and cycle characteristics in the all-solid-state secondary battery. Can be done. Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a method for producing a solid electrolyte-containing layer capable of exhibiting excellent output characteristics and cycle characteristics in an all-solid-state secondary battery. Further, according to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing an all-solid-state secondary battery capable of exhibiting excellent output characteristics and cycle characteristics.

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Abstract

本発明は、全固体二次電池に優れた出力特性およびサイクル特性を発揮させ得る固体電解質含有層を形成可能な全固体二次電池用バインダー組成物を製造する方法を提供することを目的とする。本発明の全固体二次電池用バインダー組成物の製造方法は、重合体と有機溶媒とを含む全固体二次電池用バインダー組成物の製造方法であって、第13属元素および第14属元素の少なくとも一方を含む脱水剤を用いて、前記重合体と前記有機溶媒とを含み、水分量が200ppm以下である組成物(X)を得る水分除去工程と、前記組成物(X)に含まれる遷移金属を磁力により除去して前記全固体二次電池用バインダー組成物を得る遷移金属除去工程とを含むことを特徴とする。

Description

全固体二次電池用バインダー組成物の製造方法、全固体二次電池用スラリー組成物の製造方法、固体電解質含有層の製造方法、および全固体二次電池の製造方法
 本発明は、全固体二次電池用バインダー組成物の製造方法、全固体二次電池用スラリー組成物の製造方法、固体電解質含有層の製造方法、および全固体二次電池の製造方法に関するものである。
 近年、リチウムイオン二次電池等の二次電池は、携帯情報端末や携帯電子機器などの携帯端末に加えて、家庭用小型電力貯蔵装置、自動二輪車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車など、様々な用途での需要が増加している。そして、用途の広がりに伴い、二次電池には安全性の更なる向上が要求されている。
 そこで、安全性の高い二次電池として、引火性が高くて漏洩時の発火危険性が高い有機溶媒電解質に代えて、固体電解質を用いた全固体二次電池が注目されている。固体電解質は、例えば、結着材により、固体電解質などの成分が互いに結着されてなる固体電解質含有層(電極合材層、固体電解質層)として、全固体二次電池内に含有される。
 ここで、固体電解質含有層の形成には、結着材としての重合体と、溶媒とを含むバインダー組成物を用いて調製される固体電解質含有層用スラリー組成物が使用される。
 例えば、バインダー組成物と、固体電解質と、電極活物質とを含有する電極合材層用スラリー組成物から溶媒を除去することで、電極合材層を形成することができる。また、例えば、バインダー組成物と、固体電解質とを含有する固体電解質層用スラリー組成物から溶媒を除去することで、固体電解質層を形成することができる。
 全固体二次電池においては、固体電解質含有層に含まれる微量の水が固体電解質と反応して、全固体二次電池の性能が劣化する場合がある。そこで、全固体二次電池の性能を向上させる観点から、全固体二次電池を構成する固体電解質含有層の水分量を少なくすることが求められる。そのため、固体電解質含有層の製造に用いられるバインダー組成物においても水分量を低減することが求められている。
 例えば、特許文献1では、バインダー組成物に含まれる水分量は1000ppm未満であることが好ましいことが報告されている。
国際公開第2017/047378号
 しかしながら、上記従来技術のバインダー組成物を含むスラリー組成物を用いて形成された固体電解質含有層は、全固体二次電池に優れた出力特性およびサイクル特性を発揮させるという点において、改善の余地があった。
 そこで、本発明は、全固体二次電池に優れた出力特性およびサイクル特性を発揮させ得る固体電解質含有層を形成可能な全固体二次電池用バインダー組成物を製造する方法を提供することを目的とする。
 また、本発明は、全固体二次電池に優れた出力特性およびサイクル特性を発揮させ得る固体電解質含有層を形成可能な全固体二次電池用スラリー組成物を製造する方法を提供することを目的とする。
 さらに、本発明は、全固体二次電池に優れた出力特性およびサイクル特性を発揮させ得る固体電解質含有層を製造する方法を提供することを目的とする。
 また、本発明は、優れた出力特性およびサイクル特性を発揮し得る全固体二次電池を製造する方法を提供することを目的とする。
 本発明者は、上記課題を解決することを目的として鋭意検討を行った。そして、本発明者は、所定の脱水剤を用いて、重合体と有機溶媒とを含み、水分量が所定値以下である組成物を得た後に、当該組成物に含まれる遷移金属を磁力により除去すれば、全固体二次電池に優れた出力特性およびサイクル特性を発揮させ得る固体電解質含有層を形成可能な全固体二次電池用スラリー組成物を製造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、本発明の全固体二次電池用バインダー組成物の製造方法は、重合体と有機溶媒とを含む全固体二次電池用バインダー組成物の製造方法であって、第13属元素および第14属元素の少なくとも一方を含む脱水剤を用いて、前記重合体と前記有機溶媒とを含み、水分量が200ppm以下である組成物(X)を得る水分除去工程と、前記組成物(X)に含まれる遷移金属を磁力により除去して前記全固体二次電池用バインダー組成物を得る遷移金属除去工程と、を含むことを特徴とする。このように、所定の脱水剤を用いて、重合体と有機溶媒とを含み、水分量が上記所定値以下である組成物を得る工程と、当該組成物に含まれる遷移金属を磁力により除去する工程とを含む全固体二次電池用バインダー組成物の製造方法によれば、全固体二次電池に優れた出力特性およびサイクル特性を発揮させ得る固体電解質含有層を形成可能な全固体二次電池用スラリー組成物を製造することができる。
 なお、本発明において、「水分量」は、本明細書の実施例に記載の方法により測定することができる。
 ここで、本発明の全固体二次電池用バインダー組成物の製造方法は、前記全固体二次電池用バインダー組成物の遷移金属の含有量が5ppm以下であることが好ましい。製造されるバインダー組成物の遷移金属の含有量を上記所定値以下とすれば、バインダー組成物を用いて形成された固体電解質含有層を備える全固体二次電池のサイクル特性を更に向上させることができる。
 なお、本発明において、「遷移金属の含有量」は、本明細書の実施例に記載の方法により測定することができる。
 そして、本発明の全固体二次電池用バインダー組成物の製造方法は、前記脱水剤が-О-Si-О-構造および-О-Al-О-構造の少なくとも一方を含むことが好ましい。-О-Si-О-構造および-О-Al-О-構造の少なくとも一方を含む脱水剤を用いれば、製造されるバインダー組成物の水分量を更に低減できるため、バインダー組成物を用いて形成された固体電解質含有層を備える全固体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、本発明の全固体二次電池用バインダー組成物の製造方法は、前記有機溶媒のSP値が5以上9.5以下であることが好ましい。SP値が上記所定の範囲内である有機溶媒を用いれば、製造されるバインダー組成物の水分量を更に低減できるため、バインダー組成物を用いて形成された固体電解質含有層を備える全固体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、SP値が上記所定の範囲内である有機溶媒を用いれば、製造されるバインダー組成物を用いて調製したスラリー組成物において固体電解質を良好に分散させることができる。さらに、SP値が上記所定の範囲内である有機溶媒を用いれば、有機溶媒による固体電解質の劣化を防いで、全固体二次電池の出力特性の低下を抑制することができる。
 なお、本発明において、「SP値」とは、溶解度パラメーターのことを意味する。
 そして、SP値は、Hansen Solubility Parameters A User’s Handbook,2ndEd(CRCPress)で紹介される方法を用いて算出することができる。
 また、有機化合物のSP値は、その有機化合物の分子構造から推算することも可能である。具体的には、SMILEの式からSP値を計算できるシミュレーションソフトウェア(例えば「HSPiP」(http=//www.hansen-solubility.com))を用いて計算しうる。このシミュレーションソフトウェアでは、Hansen SOLUBILITY PARAMETERS A User’s Handbook SecondEdition、Charles M.Hansenに記載の理論に基づき、SP値が求められている。
 なお、本明細書中におけるSP値の単位は、「(cal/cm1/2」であるものとする。
 ここで、本発明の全固体二次電池用バインダー組成物の製造方法は、前記重合体が、シアン化ビニル単量体単位、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位、芳香族ビニル単量体単位、脂肪族共役ジエン単量体単位、およびアルキレン構造単位からなる群より選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。上記所定の単量体単位および/または構造単位を含む重合体を用いれば、製造されるバインダー組成物を用いて形成された固体電解質含有層を備える全固体二次電池の電池特性を向上させることができる。
 なお、本発明において、「(メタ)アクリル」とは、アクリルおよび/またはメタクリルを意味する。
 そして、本発明の全固体二次電池用バインダー組成物の製造方法は、前記水分除去工程が、前記脱水剤を用いて、前記重合体と前記有機溶媒とを含む脱水前組成物(Y)から水を除去して前記組成物(X)を得る工程を含むことが好ましい。水分除去工程において、脱水剤を用いて、重合体と有機溶媒とを含む脱水前組成物(Y)から水を除去して組成物(X)を調製すれば、製造されるバインダー組成物の水分量を更に低減できるため、バインダー組成物を用いて形成された固体電解質含有層を備える全固体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、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、本発明の全固体二次電池用スラリー組成物の製造方法は、固体電解質と、上述したいずれかの全固体二次電池用バインダー組成物の製造方法により製造された全固体二次電池用バインダー組成物とを含む全固体二次電池用スラリー組成物を調製する工程を含むことを特徴とする。本発明の全固体二次電池用スラリー組成物の製造方法によれば、全固体二次電池に優れた出力特性およびサイクル特性を発揮させ得る固体電解質含有層を形成可能な全固体二次電池用スラリー組成物を製造することができる。
 さらに、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、本発明の固体電解質含有層の製造方法は、上述した全固体二次電池用スラリー組成物の製造方法により製造された全固体二次電池用スラリー組成物を用いて固体電解質含有層を形成する工程を含むことを特徴とする。本発明の固体電解質含有層の製造方法によれば、全固体二次電池に優れた出力特性およびサイクル特性を発揮させ得る固体電解質含有層を製造することができる。
 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、本発明の全固体二次電池の製造方法は、上述した固体電解質含有層の製造方法により製造された固体電解質含有層を用いて全固体二次電池を作製する工程を含むことを特徴とする。本発明の全固体二次電池の製造方法によれば、優れた出力特性およびサイクル特性を発揮し得る全固体二次電池を製造することができる。
 本発明によれば、全固体二次電池に優れた出力特性およびサイクル特性を発揮させ得る固体電解質含有層を形成可能な全固体二次電池用バインダー組成物を製造する方法を提供することができる。
 また、本発明によれば、全固体二次電池に優れた出力特性およびサイクル特性を発揮させ得る固体電解質含有層を形成可能な全固体二次電池用スラリー組成物を製造する方法を提供することができる。
 さらに、本発明によれば、全固体二次電池に優れた出力特性およびサイクル特性を発揮させ得る固体電解質含有層を製造する方法を提供することができる。
 また、本発明によれば、優れた出力特性およびサイクル特性を発揮し得る全固体二次電池を製造する方法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。
 本発明の全固体二次電池用バインダー組成物の製造方法により製造される全固体二次電池用バインダー組成物(以下、単に「バインダー組成物」と称することがある。)は、全固体二次電池用スラリー組成物(以下、単に「スラリー組成物」と称することがある。)の調製に用いることができる。
 そして、本発明のバインダー組成物の製造方法により製造されるバインダー組成物は、本発明のスラリー組成物の製造方法に用いることができる。
 また、本発明のスラリー組成物の製造方法により製造されるスラリー組成物は、全固体リチウムイオン二次電池等の全固体二次電池において用いられる電極合材層や固体電解質層などの固体電解質含有層を形成する際に用いることができる
 そして、本発明のスラリー組成物の製造方法により製造されるスラリー組成物は、本発明の固体電解質含有層の製造方法に用いることができる。
 さらに、本発明の固体電解質含有層の製造方法により製造される固体電解質含有層は、全固体二次電池を製造する際に用いることができる。
 そして、本発明の固体電解質含有層の製造方法により製造される固体電解質含有層は、本発明の全固体二次電池の製造方法に用いることができる。
(全固体二次電池用バインダー組成物の製造方法)
 本発明のバインダー組成物の製造方法は、重合体と有機溶媒とを含むバインダー組成物を製造する方法である。そして、本発明のバインダー組成物の製造方法は、所定の脱水剤を用いて、重合体と有機溶媒とを含み、水分量が200ppm以下である組成物(X)を得る水分除去工程と、組成物(X)に含まれる遷移金属を磁力により除去してバインダー組成物を得る遷移金属除去工程と、を含むことを特徴とする。本発明のバインダー組成物の製造方法によれば、全固体二次電池に優れた出力特性およびサイクル特性を発揮させ得る固体電解質含有層を形成可能なバインダー組成物を製造することができる。
<水分除去工程>
 水分除去工程では、所定の脱水剤を用いて、重合体と有機溶媒とを含み、水分量が200ppm以下である組成物(X)を得る。ここで、バインダー組成物の調製に用いる重合体および有機溶媒などの成分には微量の水が混入し得る。そこで、本発明のバインダー組成物の製造方法では、所定の脱水剤を用いて、水分量が所定値以下である組成物(X)を調製する水分除去工程を実施することにより、製造されるバインダー組成物の水分量を低減することができる。これにより、バインダー組成物を用いて形成された固体電解質含有層を備える全固体二次電池に優れた出力特性を発揮させることができる。
 なお、水分除去工程において、所定の脱水剤を用いて、重合体と有機溶媒とを含み、水分量が上記所定値以下である組成物(X)を得るための具体的な方法については後述する。
<<脱水剤>>
 水分除去工程に用いられる脱水剤は、第13族元素および第14属元素の少なくとも一方を含む。第13族元素および第14属元素の少なくとも一方を含む脱水剤を用いることにより、得られる組成物(X)およびバインダー組成物の水分量を十分に低減することができる。
 ここで、第13族元素としては、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、タリウム(Tl)、およびニホニウム(Nh)が挙げられる。中でも、得られる組成物(X)およびバインダー組成物の水分量を更に低減する観点から、第13族元素はアルミニウムであることが好ましい。
 また、第14属元素としては、炭素(C)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、およびフレロビウム(Fl)が挙げられる。中でも、得られる組成物(X)およびバインダー組成物の水分量を更に低減する観点から、第14族元素はケイ素(Si)であることが好ましい。
 なお、脱水剤は、有機化合物であってもよいし、無機化合物であってもよい。
 そして、得られる組成物(X)およびバインダー組成物の水分量を更に低減する観点から、水分除去工程に用いられる脱水剤は、-О-Si-О-構造および-О-Al-О-構造の少なくとも一方を有することが好ましい。
 -О-Si-О-構造および-О-Al-О-構造の少なくとも一方を有する脱水剤としては、例えば、シリカゲル等の-О-Si-О-構造を有する脱水剤;酸化アルミニウム等の-О-Al-О-構造を有する脱水剤;結晶性のアルミノケイ酸塩であるゼオライト等の-О-Si-О-構造および-О-Al-О-構造の両方を有する脱水剤;などが挙げられる。中でも、得られる組成物(X)およびバインダー組成物の水分量を更に低減する観点から、脱水剤としては、シリカゲル、およびゼオライトを用いることが好ましい。
 なお、ゼオライトとしては、天然ゼオライトおよび合成ゼオライトのいずれも用いることもできる。そして、合成ゼオライトとしては、各種のモレキュラーシーブ(タイプ:3A、4A、13X等)、Zeochem社製「ZEOflair 110」等を用いることができる。
 そして、上述した脱水剤は、1種のみを単独で使用してもよいし、2種以上を任意の比率で混合して用いてもよい。
 なお、水分除去工程に用いる脱水剤の形状は、本発明の所望の効果が得られる範囲内で適宜選択することができ、例えば、パウダー状、ビーズ状等の形状であり得る。
<<組成物(X)>>
 水分除去工程で得られる組成物(X)は、重合体と有機溶媒とを含み、水分量が200ppm以下である。
〔重合体〕
 重合体としては、バインダー組成物を用いて調製したスラリー組成物から形成される固体電解質含有層において、固体電解質などの成分を互いに結着しうる成分(即ち、結着材として機能しうる成分)であれば特に制限されず、任意の重合体を用いることができる。
 なお、重合体は、バインダー組成物および後述するスラリー組成物中において、有機溶媒に溶解した状態であってもよいし、粒子状となり有機溶媒に分散した状態であってもよい。
<<組成>>
 ここで、重合体は、例えば、シアン化ビニル単量体単位、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位、芳香族ビニル単量体単位、脂肪族共役ジエン単量体単位、およびアルキレン構造単位からなる群より選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。重合体が上記所定の単量体単位および/または構造単位を含んでいれば、バインダー組成物を用いて形成された固体電解質含有層を備える全固体二次電池の電池特性(例えば、出力特性およびサイクル特性)を向上させることができる。
 なお、本明細書中において、「単量体単位を含む」とは、「その単量体を用いて得た重合体中に単量体由来の構造単位が含まれている」ことを意味する。
 また、重合体は、シアノ化ビニル単量体単位、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位、芳香族ビニル単量体単位、脂肪族共役ジエン単量体単位、およびアルキレン構造単位以外の構造単位(その他の構造単位)を含んでいてもよい。
[シアン化ビニル単量体単位]
 シアン化ビニル単量体単位を形成し得るシアン化ビニル単量体としては、例えば、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、α-クロルアクリロニトリル、およびα-エチルアクリロニトリルが挙げられる。これらは1種類を単独で使用してもよいし、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。そしてこれらの中でも、アクリロニトリルが好ましい。
 ここで、重合体がシアン化ビニル単量体単位を含む場合、重合体に含まれる全構造単位のうち、シアン化ビニル単量体単位が占める割合は、全構造単位を100質量%として、2質量%以上であることが好ましく、3質量%以上であることがより好ましく、4質量%以上であることが更に好ましく、10質量%以上であることが一層好ましく、35質量%以下であることが好ましく、28質量%以下であることがより好ましく、26質量%以下であることが更に好ましく、15質量%以下であることが一層好ましい。全構造単位に占めるシアン化ビニル単量体単位の割合が上記所定範囲内であれば、バインダー組成物を用いて形成された固体電解質含有層を備える全固体二次電池の電池特性(例えば、出力特性およびサイクル特性)を更に向上させることができる。
 なお、本明細書中において、重合体に含まれる全構造単位のうち、ある構造単位(「単量体単位」を含む)が占める割合(質量%)は、H-NMRなどの核磁気共鳴(NMR)法を用いて測定することができる。
[(メタ)アクリル酸エステル単量体単位]
 アクリル酸エステル単量体単位を形成し得る(メタ)アクリル酸エステル単量体としては、芳香族炭化水素環を有しないアクリル酸エステル単量体および芳香族炭化水素環を有するアクリル酸エステル単量体のいずれを用いることもできる。
 芳香族炭化水素環を有しない(メタ)アクリル酸エステル単量体としては、例えば、メチルアクリレート、エチルアクリレート、n-プロピルアクリレート、イソプロピルアクリレート、n-ブチルアクリレート、t-ブチルアクリレート、ペンチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、ヘプチルアクリレート、オクチルアクリレート、ノニルアクリレート、デシルアクリレート、ラウリルアクリレート、n-テトラデシルアクリレート、ステアリルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート等のアクリル酸アルキルエステル;2-メトキシエチルアクリレート、2-エトキシエチルアクリレート等のアクリル酸アルコキシエステル;2-(パーフルオロブチル)エチルアクリレート、2-(パーフルオロペンチル)エチルアクリレート等の2-(パーフルオロアルキル)エチルアクリレート;メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n-プロピルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、n-ブチルメタクリレート、t-ブチルメタクリレート、ペンチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、へプチルメタクリレート、オクチルメタクリレート、ノニルメタクリレート、デシルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、トリデシルメタクリレート、n-テトラデシルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、2-エチルヘキシルメタクリレート等のメタクリル酸アルキルエステル;2-メトキシエチルメタクリレート、2-エトキシエチルメタクリレート等のメタクリル酸アルコキシエステル;2-(パーフルオロブチル)エチルメタクリレート、2-(パーフルオロペンチル)エチルメタクリレート等の2-(パーフルオロアルキル)エチルメタクリレートが挙げられる。また、(メタ)アクリル酸エステル単量体には、α,β-エチレン性不飽和ジカルボン酸のジエステルも包含され、イタコン酸ジエチル、イタコン酸ジブチル等のイタコン酸の低級アルキルジエステル等が挙げられる。
 芳香族炭化水素環を有する(メタ)アクリル酸エステル単量体単位に含まれる芳香族炭化水素環としては、特に限定されないが、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環が挙げられる。これらの中でも、ベンゼン環が好ましい。なお、当該単量体単位は、1種類の芳香族炭化水素環を有していてもよいし、2種類以上の芳香族炭化水素環を有していてもよい。
 そして、芳香族炭化水素環を有するアクリル酸エステル単量体としては、例えば、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、エトキシ化o-フェニルフェノール(メタ)アクリレート、フェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレートが挙げられる。
 なお、本発明において「(メタ)アクリレート」とは、アクリレートおよび/またはメタクリレートを意味する。
 上述したアクリル酸エステル単量体は、1種類を単独で使用してもよいし、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。そして、これらの中でも、メチルアクリレート、エチルアクリレート、メチルメタクリレート、ブチルアクリレート(n-ブチルアクリレート、t-ブチルアクリレート等)、イタコン酸ジブチルが好ましい。
 ここで、重合体が(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を含む場合、重合体に含まれる全構造単位のうち、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位が占める割合は、全構造単位を100質量%として、25質量%以上であることが好ましく、30質量%以上であることがより好ましく、35質量%以上であることが更に好ましく、65質量%以上であることが一層好ましく、95質量%以下であることが好ましく、92質量%以下であることがより好ましく、90質量%以下であることが更に好ましく、80質量%以下であることが一層好ましい。全構造単位に占める(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の割合が上記所定範囲内であれば、バインダー組成物を用いて形成された固体電解質含有層を備える全固体二次電池の電池特性(例えば、出力特性およびサイクル特性)を更に向上させることができる。
[芳香族ビニル単量体単位]
 芳香族ビニル単量体単位を形成し得る芳香族単量体としては、例えば、スチレン、スチレンスルホン酸およびその塩、α-メチルスチレン、p-t-ブチルスチレン、ブトキシスチレン、ビニルトルエン、クロロスチレン、並びに、ビニルナフタレンなどが挙げられる。
 上述した芳香族ビニル単量体は、1種類を単独で使用してもよいし、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。そして、これらの中でも、全固体二次電池の電池特性を向上させる観点から、スチレンが好ましい。
 ここで、重合体が芳香族ビニル単量体単位を含む場合、重合体に含まれる全構造単位のうち、芳香族ビニル単量体単位が占める割合は、全構造単位を100質量%として、3質量%以上であることが好ましく、5質量%以上であることがより好ましく、7質量%以上であることが更に好ましく、10質量%以上であることが特に好ましく、40質量%以下であることが好ましく、35質量%以下であることがより好ましく、30質量%以下であることが更に好ましく、23質量%以下であることが一層好ましい。全構造単位に占める芳香族ビニル単量体単位の割合が上記所定範囲内であれば、バインダー組成物を用いて形成された固体電解質含有層を備える全固体二次電池の電池特性(例えば、出力特性およびサイクル特性)を更に向上させることができる。
[脂肪族共役ジエン単量体単位]
 脂肪族共役ジエン単量体単位を形成し得る脂肪族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脂肪族共役ジエン単量体が挙げられる。これらは1種類を単独で使用してもよいし、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。
 そして上述した脂肪族共役ジエン単量体の中でも、1,3-ブタジエン、イソプレンが好ましく、1,3-ブタジエンがより好ましい。
[アルキレン構造単位]
 アルキレン構造単位は、一般式:-C2n-[但し、nは2以上の整数]で表わされるアルキレン構造のみで構成される繰り返し単位である。
 そして、アルキレン構造単位は直鎖状、すなわち直鎖アルキレン構造単位であることが好ましい。また、アルキレン構造単位の炭素数は4以上(即ち、上記一般式のnが4以上の整数である)であることが好ましい。
 なお、重合体への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)または(2)の方法:
(1)脂肪族共役ジエン単量体単位を含む重合体に水素添加することで、脂肪族共役ジエン単量体単位をアルキレン構造単位に変換して重合体を得る方法
(2)1-オレフィン単量体(例えば、エチレン、プロピレン、1-ブテン、1-ヘキセンなど)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。これらの中でも、(1)の方法が、重合体の製造が容易であり好ましい。
 すなわち、アルキレン構造単位は、脂肪族共役ジエン単量体単位を水素化して得られる構造単位(脂肪族共役ジエン水素化物単位)であることが好ましい。
 上記(1)の方法で用いる脂肪族共役ジエン単量体としては、上述した脂肪族共役ジエン単量体単位を形成し得る脂肪族共役ジエン単量体が挙げられる。すなわち、アルキレン構造単位の具体例としては、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)、イソプレン単位を水素化して得られる構造単位(イソプレン水素化物単位)、2,3-ジメチル-1,3-ブタジエン単位を水素化して得られる構造単位(2,3-ジメチル-1,3-ブタジエン水素化物単位)、1,3-ペンタジエンを水素化して得られる構造単位(1,3-ペンタジエン水素化物単位)などが挙げられる。中でも、1,3-ブタジエン水素化物単位、イソプレン水素化物単位が好ましく、1,3-ブタジエン水素化物単位がより好ましい。
 なお、これらの脂肪族共役ジエン単量体や1-オレフィン単量体は、単独で、または、2種以上を組み合わせて用いることができる。
 ここで、重合体が脂肪族共役ジエン単量体単位および/またはアルキレン構造単位を含む場合、重合体に含まれる全構造単位のうち、脂肪族共役ジエン単量体単位およびアルキレン構造単位が占める割合の合計は、全構造単位を100質量%として、5質量%以上であることが好ましく、6質量%以上であることがより好ましく、7質量%以上であることが更に好ましく、50質量%以下であることが好ましく、47質量%以下であることがより好ましく、45質量%以下であることが更に好ましい。全構造単位に占める脂肪族共役ジエン単量体単位およびアルキレン構造単位が占める割合の合計が上記所定範囲内であれば、バインダー組成物を用いて形成された固体電解質含有層を備える全固体二次電池の電池特性(例えば、出力特性およびサイクル特性)を更に向上させることができる。
[その他の構造単位]
 その他の構造単位としては、特に限定されないが、例えば、架橋性単量体単位などが挙げられる。なお、重合体は、その他の構造単位を1種類のみ含んでいてもよいし、その他の構造単位を2種類以上含んでいてもよい。
-架橋性単量体単位-
 架橋性単量体単位を形成し得る架橋性単量体は、1分子あたり2つ以上の重合可能な構造(オレフィン性二重結合、エポキシ基など)を有する単量体である。そして架橋性単量体としては、例えば、アリル(メタ)アクリレート、アリルグリシジルエーテル、エチレングリコールジ(メタ)アクリレートが挙げられる。これらは1種類を単独で使用してもよいし、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。
 ここで、重合体が架橋性単量体単位を含む場合、重合体に含まれる全構造単位のうち、架橋性単量体単位が占める割合は、全構造単位を100質量%として、0.1質量%以上とすることができ、0.5質量%以上とすることができ、5質量%以下であることが好ましく、4質量%以下であることがより好ましく、3質量%以下であることが更に好ましい。
<<調製方法>>
 重合体の調製方法は特に限定されないが、例えば、上述した各種の単量体単位を形成し得る単量体を含む単量体組成物を重合し、任意に、水素添加を行うことで重合体を調製することができる。
 ここで、本発明において単量体組成物中の各単量体の含有割合は、重合体における各単量体単位の含有割合に準じて定めることができる。
 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。各重合法において、必要に応じて既知の乳化剤や重合開始剤を使用することができる。
 水素添加の方法は、特に制限なく、触媒を用いる一般的な方法(例えば、国際公開第2012/165120号、国際公開第2013/080989号および特開2013-8485号公報参照)を使用することができる。
〔有機溶媒〕
 組成物(X)に用いる有機溶媒としては、特に限定されず、全固体二次電池用バインダー組成物に用い得る既知の有機溶媒を用いることができる。
 そして、有機溶媒のSP値は、5以上であることが好ましく、6以上であることがより好ましく、7以上であることが更に好ましく、9.5以下であることが好ましく、9以下であることがより好ましく、8.5以下であることが更に好ましい。SP値が上記所定の範囲内である有機溶媒を用いれば、脱水剤による水の除去が容易になるため、組成物(X)およびバインダー組成物の水分量を更に低減することができる。これにより、バインダー組成物を用いて形成された固体電解質含有層を備える全固体二次電池の出力特性を更に高めることができる。また、有機溶媒のSP値が上記下限値以上であれば、バインダー組成物を用いて調製したスラリー組成物において固体電解質を良好に分散させることができる。一方、有機溶媒のSP値が上記上限以下であれば、有機溶媒による固体電解質の劣化を防ぎ、全固体二次電池の出力特性の低下を抑制することができる。
 そして、SP値が上記所定の範囲内である有機溶媒としては、酪酸ブチル(SP値:8.1)、キシレン(SP値:8.3)、メシチレン(SP値:8.5)、ジイソブチルケトン(SP値:7.8)、デカン(SP値:6.6)、デカリン(SP値:8.8)、メチルイソブチルケトン(SP値:8.4)、シクロペンチルメチルエーテル(SP値:8.4)等が挙げられる。中でも、バインダー組成物を用いて調製したスラリー組成物における固体電解質の分散性とスラリー乾燥性の観点から、酪酸ブチル、キシレン、ジイソブチルケトンを用いることが好ましい。なお、これらの有機溶媒は、1種のみを単独で用いてもよいし、2種以上を任意の比率で混合して用いてもよい。
〔水分量〕
 水分除去工程で得られる組成物(X)は、脱水剤を用いて調製されるため、水分量が低く抑えられている。
 具体的に、組成物(X)の水分量は、質量基準で、200ppm以下であることが必要であり、150ppm以下であることが好ましく、100ppm以下であることがより好ましく、70ppm以下であることが更に好ましい。組成物(X)の水分量が200ppm以下であると、製造されるバインダー組成物の水分量を十分に低減することができる。これにより、バインダー組成物を用いて形成された固体電解質含有層を備える全固体二次電池に優れた出力特性を発揮させることができる。
 また、組成物(X)の水分量は、特に限定されないが、例えば、質量基準で、5ppm以上であってもよいし、7.5ppm以上であってもよいし、10ppm以上であってもよい。
 なお、組成物(X)に含まれる水(水分)は、特に限定されないが、例えば、上述した重合体および有機溶媒などの、組成物(X)の調製に用いた成分に混入していた水に由来する。
 また、組成物(X)の水分量は、例えば、重合体の調製方法、有機溶媒の種類、並びに水分除去工程における脱水剤の種類および使用量によって調整することができる。
〔遷移金属の含有量〕
 水分除去工程で得られる組成物(X)には、遷移金属が含まれている。
 組成物(X)に含まれる遷移金属は、主に、水分除去工程に用いた脱水剤中の不純物に由来する。なお、上記脱水剤中の不純物に由来する遷移金属以外にも、例えば、配管等に用いられるステンレス鋼等の金属材料に由来する遷移金属が組成物(X)に含まれていてもよい。
 ここで、遷移金属としては、例えば、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、マンガン(Mn)、クロム(Cr)、バナジウム(V)、チタン(Ti)、スカンジウム(Sc)等の第一遷移金属が挙げられる。
 なお、本明細書中において、ある組成物の「遷移金属の含有量」は、上述した遷移金属のうちの少なくとも1種の遷移金属の当該組成物中における含有量を指す。例えば、ある組成物の遷移金属の含有量は、当該組成物中の鉄(Fe)の含有量として測定することができる。
 そして、組成物(X)の遷移金属の含有量は、特に限定されないが、質量基準で、50ppm以下であることが好ましく、25ppm以下であることがより好ましい。組成物(X)の遷移金属の含有量が上記上限以下であれば、後述する遷移金属除去工程において組成物(X)から除去すべき遷移金属の量が少ないため、製造されるバインダー組成物の遷移金属の含有量を容易に低く抑えることができる。
 なお、組成物(X)の遷移金属の含有量の下限値は、特に限定されないが、通常、質量基準で、5ppm超である。
〔固形分濃度〕
 組成物(X)の固形分濃度は、5質量%以上であることが好ましく、6質量%以上であることがより好ましく、7質量%以上であることが更に好ましく、50質量%以下であることが好ましく、45質量%以下であることがより好ましく、40質量%以下であることが更に好ましい。組成物(X)の固形分濃度が上記下限以上であれば、製造されるバインダー組成物中に結着材として機能し得る重合体を十分に含有させることができる。一方、組成物(X)の固形分濃度が上記上限以下であれば、組成物(X)の粘度が過度に高まることを抑制して、後述する遷移金属除去工程において組成物(X)を磁気フィルターにより容易にろ過することができる。
 なお、「固形分濃度」は、本明細書の実施例に記載の方法により測定することができる。
<<水分除去工程の具体的な方法>>
 水分除去工程において、脱水剤を用いて、重合体と有機溶媒とを含み、水分量が所定値以下である組成物(X)を得るための具体的な方法としては、(1)重合体と有機溶媒とを含む脱水前の組成物に対して脱水剤による処理を施して組成物(X)を得る方法、または(2)有機溶媒に対して脱水剤による処理を施して脱水後の有機溶媒を得た後に、脱水後の有機溶媒に対して重合体を溶解または分散させて組成物(X)を得る方法、のいずれを採用してもよい。
 即ち、水分除去工程は、
(1)脱水剤を用いて、重合体と有機溶媒とを含む脱水前組成物(Y)から水を除去して、組成物(X)を得る工程A-1を含んでいてもよいし、
(2)脱水剤を用いて、有機溶媒から水を除去して脱水後の有機溶媒を得る工程B-1と、脱水後の有機溶媒に重合体を溶解または分散させて組成物(X)を得る工程B-2とを含んでいてもよい。
 そして、得られる組成物(X)およびバインダー組成物の水分量を更に低減する観点から、水分除去工程は、(1)脱水剤を用いて、重合体と、有機溶媒とを含む脱水前組成物(Y)から水を除去して、組成物(X)を得る工程A-1を含んでいることが好ましい。
 そして、上記(1)の場合、水分除去工程は、工程A-1の前に、脱水前組成物(Y)を得る工程として、
(i)重合体と溶媒Sとを含む組成物(Z)に対して、溶媒交換を行い、重合体と有機溶媒とを含む脱水前組成物(Y)を得る工程A-0、または
(ii)有機溶媒に対して重合体を溶解または分散させて、重合体と有機溶媒とを含む脱水前組成物(Y)を得る工程A-0´
のいずれかを含んでいてもよい。なお、上記(i)の工程A-0における「溶媒S」は、バインダー組成物、組成物(X)および脱水前組成物(Y)に含まれる有機溶媒とは異なる溶媒を指す。
 そして、上述した重合体の調製方法により得られた重合体の溶液または分散液をそのまま組成物(Z)として用いることができるため、製造効率の観点から、水分除去工程は、工程A-1の前に、工程A-0を含むことが好ましい。
 以下では、水分除去工程が、
 重合体と溶媒Sとを含む組成物(Z)に対して、溶媒交換を行い、重合体と有機溶媒とを含む脱水前組成物(Y)を得る工程A-0と、
 脱水剤を用いて、重合体と有機溶媒とを含む脱水前組成物(Y)から水を除去して、組成物(X)を得る工程A-1と、
を含む場合について説明するが、本発明のバインダー組成物の製造方法はこれに限定されることはない。
〔工程A-0〕
 工程A-0では、重合体と溶媒とを含む組成物(Z)に対して、溶媒交換を行い、重合体と、有機溶媒とを含む脱水前組成物(Y)を得る。
-組成物(Z)-
 工程A-0に用いる組成物(Z)は、上述した重合体と、溶媒Sとを含む。
 溶媒Sとしては、バインダー組成物、組成物(X)および脱水前組成物(Y)に含まれる有機溶媒と異なる溶媒であれば、特に限定されない。なお、溶媒SのSP値は、通常、上述した有機溶媒のSP値の好ましい範囲からは外れている。即ち、溶媒SのSP値は、通常は5未満または9.5超である。
 そして、組成物(Z)としては、上述した重合体の調製により得られる重合体の溶液または分散液をそのまま用いることができる。例えば、組成物(X)としては、上述した重合体の調製により得られる重合体の水溶液または水分散液、即ち、重合体と、溶媒Sとしての水(SP値:23.4)とを含む組成物(Z)を用いることができる。
-溶媒交換-
 組成物(Z)に含まれる溶媒Sを、有機溶媒と交換する溶媒交換(溶媒置換)の方法としては、特に限定されず、既知の方法を用いることができる。
 例えば、重合体と溶媒Sとを含む組成物(Z)に対して、有機溶媒を添加して、混合物を得た後に、減圧蒸留を行い、混合物から溶媒Sおよび過剰な有機溶媒を除去して、重合体と有機溶媒とを含む脱水前組成物(Y)を得ることができる。なお、減圧蒸留の際の温度は、溶媒Sおよび有機溶媒の種類に応じて適宜設定することができる。
-脱水前組成物(Y)-
 工程A-0により得られる脱水前組成物(Y)は、重合体と有機溶媒とを含む。
 そして、脱水前組成物(Y)の水分量は、特に限定されないが、質量基準で、通常は200ppm超である。また、脱水前組成物(Y)の水分量は、特に限定されないが、質量基準で、1000ppm以下であることが好ましく、800ppm以下であることがより好ましく、600ppm以下であることが更に好ましい。脱水前組成物(Y)の水分量が上記上限以下であれば、脱水剤により脱水前組成物(Y)から除去すべき水の量が少ないため、得られる組成物(X)およびバインダー組成物の水分量を容易に低く抑えることができる。
 また、脱水前組成物(Y)の固形分濃度は、5質量%以上であることが好ましく、6質量%以上であることがより好ましく、7質量%以上であることが更に好ましく、50質量%以下であることが好ましく、45質量%以下であることがより好ましく、40質量%以下であることが更に好ましい。脱水前組成物(Y)の固形分濃度が上記下限以上であれば、製造されるバインダー組成物中に結着材として機能し得る重合体を十分に含有させることができる。一方、脱水前組成物(Y)の固形分濃度が上記上限以下であれば、脱水前組成物(Y)および上述した組成物(X)の粘度が過度に高まることを抑制して、後述する遷移金属除去工程において組成物(X)を磁気フィルターにより容易にろ過することができる。
〔工程A-1〕
 工程A-1では、上述した所定の脱水剤を用いて、重合体と有機溶媒とを含む脱水前組成物(Y)から水を除去して、組成物(X)を得る。
 ここで、脱水剤の使用量は、脱水前組成物(Y)100質量部に対して、5質量部以上であることが好ましく、7.5質量部以上であることがより好ましく、10質量部以上であることが更に好ましく、20質量部以上であることが一層好ましく、50質量部以下であることが好ましく、45質量部以下であることがより好ましく、40質量部以下であることが更に好ましい。脱水剤の使用量が上記下限以上であれば、脱水前組成物(Y)から水を良好に除去して、得られる組成物(X)およびバインダー組成物の水分量を更に低減することができる。一方、脱水剤の使用量が上記上限以下であれば、脱水剤中の不純物に由来する遷移金属の混入量を少なくして、得られる組成物(X)の遷移金属の含有量を低減することができる。これにより、遷移金属除去工程にて組成物(X)から除去すべき遷移金属の量を少なくできるため、バインダー組成物の遷移金属の含有量を容易に低く抑えることができる。
 そして、工程A-1において、脱水剤を用いて脱水前組成物(Y)から水を除去して組成物(X)を得る方法としては、特に限定されず、例えば、脱水前組成物(Y)に対して脱水剤を投入して静置した後に液相部分を組成物(X)として回収する方法を用いてもよいが、得られる組成物(X)およびバインダー組成物の水分量を更に低減する観点から、脱水前組成物(Y)に対して脱水剤を投入して攪拌した後に液相部分を組成物(X)として回収する方法を用いることが好ましい。
 ここで、攪拌時間は、1時間以上であることが好ましく、3時間以上であることがより好ましく、5時間以上であることが更に好ましく、24時間以下であることが好ましく、7時間以下であることがより好ましい。攪拌時間が上記下限以上であれば、脱水前組成物(Y)から水を良好に除去して、得られる組成物(X)およびバインダー組成物の水分量を更に低減することができる。一方、攪拌時間が上記上限以下であれば、バインダー組成物の製造効率を向上させることができる。
 また、攪拌の際の温度は、有機溶媒および脱水剤の種類に応じて適宜調整することができる。
<遷移金属除去工程>
 遷移金属除去工程では、組成物(X)に含まれる遷移金属を磁力により除去してバインダー組成物を得る。組成物(X)に含まれる遷移金属を磁力により除去することで、製造されるバインダー組成物の遷移金属の含有量を低減することができる。これにより、バインダー組成物を用いて形成された固体電解質含有層を備える全固体二次電池に優れたサイクル特性を発揮させることができる。
 組成物(X)に含まれる遷移金属を磁力により除去する方法としては、特に限定されないが、例えば、磁気フィルターを用いて組成物(X)をろ過して、得られたろ液をバインダー組成物として取得することができる。
 ここで、磁気フィルターの磁束密度は、組成物(X)の遷移金属の含有量に応じて適宜調整可能であるが、磁束密度が低いと遷移金属の除去効率が低下するため、1000ガウス以上であることが好ましく、2000ガウス以上であることがより好ましく、5000ガウス以上であることが更に好ましい。磁気フィルターの磁束密度が上記下限以上であれば、組成物(X)に含まれる遷移金属を良好に除去して、製造されるバインダー組成物の遷移金属の含有量を更に低減することができる。
 また、磁気フィルターの磁束密度は、特に限定されないが、10000ガウス以下であることが好ましい。
 磁気フィルターの目開きのサイズは、本発明の所望の効果が得られる範囲内で適宜調整することができる。
 なお、上述した磁気フィルターを用いたろ過の前に、組成物(X)に混入している脱水剤などを除去するため、プレフィルターを用いたろ過を行ってもよい。
<バインダー組成物>
 本発明のバインダー組成物の製造方法により製造されたバインダー組成物は、重合体と、有機溶媒とを含む。そして、本発明のバインダー組成物の製造方法により製造されたバインダー組成物は、上述した水分除去工程および遷移金属除去工程を経て製造されるため、水分量および遷移金属の含有量のいずれも低く抑えられている。
<<水分量>>
 具体的に、バインダー組成物の水分量は、質量基準で、200ppm以下であることが好ましく、150ppm以下であることがより好ましく、100ppm以下であることが更に好ましく、70ppm以下であることが一層好ましい。バインダー組成物の水分量が上記上限以下であれば、バインダー組成物を用いて形成された固体電解質含有層を備える全固体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、バインダー組成物の水分量は、特に限定されないが、例えば、質量基準で、5ppm以上であってもよいし、7.5ppm以上であってもよいし、10ppm以上であってもよい。
 なお、バインダー組成物の水分量は、先述した水分除去工程より後に、後述するその他の成分を添加する工程を実施したこと等の特段の事情がない限り、通常は上述した組成物(X)の水分量と一致する。
<<遷移金属の含有量>>
 また、バインダー組成物の遷移金属の含有量は、質量基準で、5ppm以下であることが好ましく、2.5ppm以下であることがより好ましく、1ppm以下であることが更に好ましく、0.1ppm以下であることが一層好ましい。バインダー組成物の遷移金属の含有量が上記上限以下であれば、バインダー組成物を用いて形成された固体電解質含有層を備える全固体二次電池のサイクル特性を更に向上させることができる。
 また、バインダー組成物の遷移金属の含有量は、特に限定されないが、例えば、質量基準で、0.0001ppm以上である。
<<固形分濃度>>
 バインダー組成物の固形分濃度は、5質量%以上であることが好ましく、6質量%以上であることがより好ましく、7質量%以上であることが更に好ましく、50質量%以下であることが好ましく、45質量%以下であることがより好ましく、40質量%以下であることが更に好ましい。バインダー組成物の固形分濃度が上記下限以上であれば、バインダー組成物中に結着材として機能し得る重合体を十分に含有させることができる。一方、バインダー組成物の固形分濃度が上記上限以下であれば、例えば、上述した遷移金属除去工程において、バインダー組成物の粘度が過度に上昇することを抑制して、例えば、上述した遷移金属除去工程において磁気フィルターを用いたろ過を容易に行うことができる。
<<粘度>>
 バインダー組成物の粘度は、10mPa・s以上であることが好ましく、50mPa・s以上であることがより好ましく、100mPa・s以上であることが更に好ましく、10000mPa・s以下であることが好ましく、5000mPa・s以下であることがより好ましく、3000mPa・s以下であることが更に好ましい。バインダー組成物の粘度が上記所定の範囲内であれば、上述した遷移金属除去工程において磁気フィルターを用いたろ過を容易に行うことができると共に、バインダー組成物を用いてスラリー組成物を製造する際の作業性が良好となる。
 なお、バインダー組成物の粘度は、本明細書の実施例に記載の方法により測定することができる。
<<その他の成分>>
 バインダー組成物は、任意で、重合体および有機溶媒以外の成分(その他の成分)を含んでいてもよい。
 バインダー組成物が任意に含み得るその他の成分としては、特に限定されず、例えば、上述した重合体以外の結着材、分散剤、レベリング剤、消泡剤、導電材および補強材などが挙げられる。なお、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。
 なお、本発明のバインダー組成物の製造方法において、その他の成分を添加するタイミングは、特に限定されることはない。ただし、その他の成分に混入し得る微量の水を脱水剤により良好に除去する観点から、その他の成分は、例えば、上述した脱水剤を用いる工程A-1よりも前の段階、即ち、工程A-0における組成物(Z)または脱水前組成物(Y)に対して添加することが好ましい。
(全固体二次電池用スラリー組成物の製造方法)
 本発明のスラリー組成物の製造方法は、固体電解質と、上述した本発明のバインダー組成物の製造方法により製造されたバインダー組成物とを含むスラリー組成物を調製する工程を含むことを特徴とする。
 ここで、本発明のスラリー組成物の製造方法により製造されるスラリー組成物は、少なくとも、固体電解質と、上述した本発明のバインダー組成物の製造方法により製造されたバインダー組成物とを含む。即ち、当該スラリー組成物は、少なくとも、固体電解質と、上述した重合体と、有機溶媒とを含む。そして、当該スラリー組成物は、任意に、電極活物質、導電材およびその他の成分を更に含む。
 そして、本発明のスラリー組成物の製造方法により製造されるスラリー組成物は、上述した本発明のバインダー組成物の製造方法により製造されたバインダー組成物を含むため、水分量および遷移金属の含有量のいずれも低く抑えられている。したがって、当該スラリー組成物を用いれば、全固体二次電池に優れた出力特性およびサイクル特性を発揮させ得る固体電解質含有層を形成することができる。即ち、本発明のスラリー組成物の製造方法によれば、全固体二次電池に優れた出力特性およびサイクル特性を発揮させ得る固体電解質含有層を形成なスラリー組成物を製造することができる。
<固体電解質>
 固体電解質としては、イオン伝導性を有する固体からなる粒子であれば特に限定されないが、無機固体電解質を好ましく用いることができる。
 無機固体電解質としては、特に限定されることなく、結晶性の無機イオン伝導体、非晶性の無機イオン伝導体またはそれらの混合物を用いることができる。そして、例えば全固体二次電池が全固体リチウムイオン二次電池の場合には、無機固体電解質としては、通常は、結晶性の無機リチウムイオン伝導体、非晶性の無機リチウムイオン伝導体またはそれらの混合物を用いることができる。中でも、イオン伝導性に優れる固体電解質含有層を形成する観点からは、無機固体電解質は、硫化物系無機固体電解質と酸化物系無機固体電解質の少なくとも一方を含むことが好ましい。
 なお、以下では、一例として全固体二次電池用スラリー組成物が全固体リチウムイオン二次電池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。
 そして、結晶性の無機リチウムイオン伝導体としては、LiN、LISICON(Li14Zn(GeO)、ペロブスカイト型(例:Li0.5La0.5TiO)、ガーネット型(例:LiLaZr12)、LIPON(Li3+yPO4-x)、Thio-LISICON(Li3.25Ge0.250.75)、アルジロダイト型(例:Li5.6PS4.4Cl1.8)などが挙げられる。
 上述した結晶性の無機リチウムイオン伝導体は、単独で、或いは、2種以上を混合して用いることができる。
 また、非晶性の無機リチウムイオン伝導体としては、例えば、硫黄原子を含有し、かつ、イオン伝導性を有する物質が挙げられ、より具体的には、ガラスLi-Si-S-O、Li-P-S、および、LiSと周期表第13族~第15族の元素の硫化物とを含有する原料組成物を用いてなるもの、などが挙げられる。
 ここで、上記第13族~第15族の元素としては、例えばAl、Si、Ge、P、As、Sb等を挙げることができる。また、第13族~第15族の元素の硫化物としては、具体的には、Al、SiS、GeS、P、P、As、Sb等を挙げることができる。更に、原料組成物を用いて非晶性の無機リチウムイオン伝導体を合成する方法としては、例えば、メカニカルミリング法や溶融急冷法などの非晶質化法を挙げることができる。そして、LiSと周期表第13族~第15族の元素の硫化物とを含有する原料組成物を用いてなる非晶性の無機リチウムイオン伝導体としては、LiS-P、LiS-SiS、LiS-GeSまたはLiS-Alが好ましく、LiS-Pがより好ましい。
 上述した非晶性の無機リチウムイオン伝導体は、単独で、或いは、2種以上を混合して用いることができる。
 上述した中でも、全固体リチウムイオン二次電池用の無機固体電解質としては、イオン伝導性に一層優れる固体電解質含有層を形成する観点から、LiおよびPを含む非晶性の硫化物、LiLaZr12が好ましい。LiおよびPを含む非晶性の硫化物、並びにLiLaZr12は、リチウムイオン伝導性が高いため、無機固体電解質として用いることで電池の内部抵抗を低下させることができると共に、出力特性を向上させることができる。
 なお、LiおよびPを含む非晶性の硫化物は、電池の内部抵抗低下および出力特性向上という観点から、LiSとPとからなる硫化物ガラスであることがより好ましく、LiS:Pのモル比が65:35~85:15であるLiSとPとの混合原料から製造された硫化物ガラスであることが特に好ましい。また、LiおよびPを含む非晶性の硫化物は、LiS:Pのモル比が65:35~85:15のLiSとPとの混合原料をメカノケミカル法によって反応させて得られる硫化物ガラスセラミックスであることが好ましい。なお、リチウムイオン伝導度を高い状態で維持する観点からは、混合原料は、LiS:Pのモル比が68:32~80:20であることが好ましい。
 なお、無機固体電解質は、イオン伝導性を低下させない程度において、上記LiS、Pの他に出発原料としてAl、BおよびSiSからなる群より選ばれる少なくとも1種の硫化物を含んでいてもよい。かかる硫化物を加えると、無機固体電解質中のガラス成分を安定化させることができる。
 同様に、無機固体電解質は、LiSおよびPに加え、LiPO、LiSiO、LiGeO、LiBOおよびLiAlOからなる群より選ばれる少なくとも1種のオルトオキソ酸リチウムを含んでいてもよい。かかるオルトオキソ酸リチウムを含ませると、無機固体電解質中のガラス成分を安定化させることができる。
 なお、上述した固体電解質は、単独で、或いは、2種以上を混合して用いることができる。また、上述した固体電解質の粒子径は、特に限定されることなく、従来使用されている固体電解質と同様とすることができる。
<バインダー組成物>
 本発明のスラリー組成物の製造方法に用いられるバインダー組成物としては、本発明のバインダー組成物の製造方法により製造されたバインダー組成物を用いる。
 なお、固体電解質と、バインダー組成物の配合量比は、特に限定されない。
 例えば、スラリー組成物に含まれるバインダー組成物の含有量は、固形分換算で、固体電解質100質量部当たり、0.1質量部以上であることが好ましく、0.2質量部以上であることがより好ましく、0.3質量部以上であることが更に好ましく、10質量部以下であることが好ましく、8質量部以下であることがより好ましく、5質量部以下であることが更に好ましい。スラリー組成物中のバインダー組成物の含有量が、上記下限以上であれば、バインダー組成物中の重合体に結着材としての機能を十分に発揮させることができる。一方、スラリー組成物中のバインダー組成物の含有量が、上記上限以下であれば、固体電解質含有層のイオン伝導性を十分に確保することができ、全固体二次電池のセル特性(電池特性)が過度に損なわれることもない。
<電極活物質>
 電極活物質は、全固体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、例えば全固体二次電池が全固体リチウムイオン二次電池の場合には、電極活物質としては、通常は、リチウムを吸蔵および放出し得る物質を用いる。
 なお、以下では、一例として全固体二次電池用スラリー組成物が全固体リチウムイオン二次電池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。
 そして、全固体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、無機化合物からなる正極活物質と、有機化合物からなる正極活物質とが挙げられる。なお、正極活物質は、無機化合物と有機化合物との混合物であってもよい。
 無機化合物からなる正極活物質としては、例えば、遷移金属酸化物、リチウムと遷移金属との複合酸化物(リチウム含有複合金属酸化物)、遷移金属硫化物などが挙げられる。上記の遷移金属としては、Fe、Co、Ni、Mn等が使用される。正極活物質に使用される無機化合物の具体例としては、LiCoO(コバルト酸リチウム)、LiNiO、LiMnO、LiMn、LiFePO、LiFeVO等のリチウム含有複合金属酸化物;TiS、TiS、非晶質MoS等の遷移金属硫化物;Cu、非晶質VO-P、MoO、V、V13等の遷移金属酸化物;などが挙げられる。これらの化合物は、部分的に元素置換したものであってもよい。
 上述した無機化合物からなる正極活物質は、単独で、或いは、2種以上を混合して用いることができる。
 有機化合物からなる正極活物質としては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセン、ジスルフィド系化合物、ポリスルフィド系化合物、N-フルオロピリジニウム塩などが挙げられる。
 上述した有機化合物からなる正極活物質は、単独で、或いは、2種以上を混合して用いることができる。
 また、全固体リチウムイオン二次電池用の負極活物質としては、グラファイトやコークス等の炭素の同素体が挙げられる。なお、炭素の同素体からなる負極活物質は、金属、金属塩、酸化物などとの混合体や被覆体の形態で利用することもできる。また、負極活物質としては、ケイ素、錫、亜鉛、マンガン、鉄、ニッケル等の酸化物または硫酸塩;金属リチウム;Li-Al、Li-Bi-Cd、Li-Sn-Cd等のリチウム合金;リチウム遷移金属窒化物;シリコーン;なども使用できる。
 上述した負極活物質は、単独で、或いは、2種以上を混合して用いることができる。
 なお、上述した電極活物質(正極活物質、負極活物質)の粒子径は、特に限定されることなく、従来使用されている電極活物質と同様とすることができる。また、スラリー組成物中における上述した電極活物質の配合量は特に限定されず、従来使用されている電極活物質と同様とすることができる。
<導電材>
 導電材は、全固体二次電池用スラリー組成物(全固体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中において電極活物質同士の電気的接触を確保するためのものである。そして、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)、単層または多層のカーボンナノチューブ(多層カーボンナノチューブにはカップスタック型が含まれる)、カーボンナノホーン、気相成長炭素繊維、ポリマー繊維を焼成後に破砕して得られるミルドカーボン繊維、単層または多層のグラフェン、ポリマー繊維からなる不織布を焼成して得られるカーボン不織布シートなどの導電性炭素材料;各種金属のファイバーまたは箔などを用いることができる。
 これらは一種単独で、または、2種以上を組み合わせて用いることができる。
 なお、全固体二次電池用スラリー組成物中の導電材の含有割合は、電極活物質100質量部当たり、0.1質量部以上であることが好ましく、0.5質量部以上であることがより好ましく、10質量部以下であることが好ましく、7質量部以下であることがより好ましい。導電材の量が上記範囲内であれば、電極活物質同士の電気的接触を十分に確保して、全固体二次電池の出力特性およびサイクル特性を更に向上させることができる。
<その他の成分>
 また、全固体二次電池用スラリー組成物が任意に含有し得るその他の成分としては、分散剤、レベリング剤、消泡剤および補強材などが挙げられる。更に、例えば全固体二次電池が全固体リチウムイオン二次電池の場合には、その他の成分としては、リチウム塩も挙げられる。これらのその他の成分は、電池反応に影響を及ぼさないものであれば、特に制限されない。
 そして、リチウム塩、分散剤、レベリング剤、消泡剤および補強材などのその他の成分としては、特に限定されることなく、例えば特開2012-243476号公報に記載されているものを用いることができる。また、それらの配合量も、特に限定されることなく、例えば特開2012-243476号公報に記載されている量とすることができる。
<スラリー組成物の調製>
 そして、上述した全固体二次電池用スラリー組成物は、特に限定されることなく、例えば任意の混合方法を用いて上述した成分を有機溶媒中で分散または溶解することにより得ることができる。なお、有機溶媒としては、例えば、「全固体二次電池用バインダー組成物の製造方法」の項で上述した有機溶媒を用いることができる。
(固体電解質含有層の製造方法)
 本発明の固体電解質含有層の製造方法は、上述した本発明のスラリー組成物の製造方法により製造されたスラリー組成物を用いて固体電解質含有層を形成する工程を含むことを特徴とする。
 ここで、本発明の固体電解質含有層の製造方法により製造された固体電解質含有層は、固体電解質を含有する層であり、固体電解質含有層としては、例えば、電気化学反応を介して電子の授受を行う電極合材層(正極合材層、負極合材層)や、互いに対向する正極合材層と負極合材層との間に設けられる固体電解質層等が挙げられる。
 そして、本発明の固体電解質含有層の製造方法により製造された固体電解質含有層は、上述した本発明のスラリー組成物の製造方法により製造されたスラリー組成物を用いて形成されたものであり、例えば、上記スラリー組成物を適切な基材の表面に塗布して塗膜を形成した後、形成した塗膜を乾燥することにより、形成することができる。即ち、本発明の固体電解質含有層の製造方法により製造された固体電解質含有層は、上記スラリー組成物の乾燥物よりなり、通常、固体電解質と、重合体とを含み、任意に、電極活物質、導電材およびその他の成分からなる群より選択される少なくとも一種を更に含有し得る。なお、固体電解質含有層に含まれている各成分は、上記スラリー組成物中に含まれていたものであり、それらの成分の含有比率は、通常、上記スラリー組成物中における含有比率と等しい。
 そして、本発明の固体電解質含有層の製造方法により製造された固体電解質含有層は、本発明のスラリー組成物の製造方法により製造されたスラリー組成物を用いて形成されているため、水分量および遷移金属の含有量のいずれも低く抑えられている。したがって、本発明の固体電解質含有層の製造方法により製造された固体電解質含有層は、全固体二次電池に優れた出力特性およびサイクル特性を発揮させることができる。即ち、本発明の固体電解質含有層の製造方法によれば、全固体二次電池に優れた出力特性およびサイクル特性を発揮させ得る固体電解質含有層を製造することができる。
<基材>
 ここで、スラリー組成物を塗布する基材に制限は無く、例えば、離型基材の表面にスラリー組成物の塗膜を形成し、その塗膜を乾燥して固体電解質含有層を形成し、固体電解質含有層から離型基材を剥がすようにしてもよい。このように、離型基材から剥がされた固体電解質含有層を、自立膜として全固体二次電池の電池部材(例えば、電極や固体電解質層など)の形成に用いることもできる。
 一方で、固体電解質含有層を剥がす工程を省略して電池部材の製造効率を高める観点からは、基材として、集電体または電極を用いてもよい。例えば、電極合材層の調製の際には、スラリー組成物を、基材としての集電体上に塗布することが好ましい。
<<離型基材>>
 離型基材としては、特に限定されず、イミドフィルム等の既知の離型基材を用いることができる。
<<集電体>>
 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、負極に用いる集電体としては銅箔が特に好ましい。また、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。
<<電極>>
 電極(正極および負極)としては、特に限定されないが、上述した集電体上に、電極活物質、固体電解質および結着材を含む電極合材層が形成された電極が挙げられる。
 電極中の電極合材層に含まれる電極活物質、固体電解質および結着材としては、特に限定されず、既知のものを用いることができる。なお、電極中の電極合材層は、本発明の固体電解質含有層の製造方法により製造された固体電解質含有層に該当するものであってもよい。
<固体電解質含有層の形成方法>
 スラリー組成物を用いて固体電解質含有層を形成する方法としては、具体的には以下の方法が挙げられる。
1)スラリー組成物を集電体または電極の表面(電極の場合は電極合材層側の表面、以下同じ)に塗布し、次いで乾燥する方法;
2)スラリー組成物に集電体または電極を浸漬後、これを乾燥する方法;および
3)スラリー組成物を離型基材上に塗布し、乾燥して固体電解質含有層を製造し、得られた固体電解質含有層を電極の表面に転写する方法。
 これらの中でも、塗布および乾燥を経る上記1)および3)の方法が、固体電解質含有層の層厚制御をしやすいことから特に好ましい。
<<塗布>>
 スラリー組成物を基材上に塗布する方法としては、特に制限は無く、例えば、ドクターブレード法、リバースロール法、ダイレクトロール法、グラビア法、エクストルージョン法、ハケ塗り法などの方法が挙げられる。
<<乾燥>>
 基材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る。乾燥法としては、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。
 なお、固体電解質含有層が電極合材層である場合、乾燥後に、ロールプレス等を用いてプレス処理を行うこともできる。プレス処理を行うことで、得られる電極合材層をより一層高密度化することができる。
<<転写>>
 上記3)の方法において固体電解質含有層を電極等の表面に転写する方法は特に限定されず、公知の転写方法を用いることができる。
(電極)
 そして、本発明の固体電解質含有層の製造方法を用いて集電体上に電極合材層を形成してなる電極は、固体電解質と、重合体とを含み、任意に、電極活物質およびその他の成分からなる群より選択される少なくとも一種を更に含有し得る電極合材層を備えており、当該電極合材層の水分量および遷移金属の含有量は低く抑えられているため、全固体二次電池に優れた出力特性およびサイクル特性を発揮させることができる。
(固体電解質層)
 また、本発明の固体電解質含有層の製造方法を用いて形成した固体電解質層は、固体電解質と、重合体とを含み、任意に、その他の成分を更に含有しており、水分量および遷移金属の含有量が低く抑えられているため、全固体二次電池に優れた出力特性およびサイクル特性を発揮させることができる。
(全固体二次電池の製造方法)
 本発明の全固体二次電池の製造方法は、上述した本発明の固体電解質含有層の製造方法により製造された固体電解質含有層を用いて全固体二次電池を作製する工程を含むことを特徴とする。
 本発明の全固体二次電池の製造方法により製造された全固体二次電池は、上述した本発明の固体電解質含有層の製造方法により製造された固体電解質含有層を備える。ここで、本発明の全固体二次電池の製造方法により製造された全固体二次電池は、例えば、正極、負極、および固体電解質層を有しており、正極の正極合材層、負極の負極合材層、および固体電解質層の少なくとも1つが本発明の固体電解質含有層の製造方法により製造された固体電解質含有層である。即ち、本発明の全固体二次電池の製造方法は、正極合材層を備える正極、負極合材層を備える負極、および固体電解質層を用いて全固体二次電池を作製する工程を含み、正極合材層、負極合材層、および固体電解質層の少なくとも1つが上述した本発明の固体電解質含有層の製造方法により製造された固体電解質含有層である。
 そして、本発明の全固体二次電池の製造方法によれば、上述した本発明の固体電解質含有層の製造方法により製造された固体電解質含有層を備え、優れた出力特性およびサイクル特性を発揮し得る全固体二次電池を製造することができる。
 本発明の全固体二次電池の製造方法においては、正極が備える正極合材層、負極が備える負極合材層、および固体電解質層の少なくとも1つが上述した本発明の固体電解質含有層の製造方法により製造された固体電解質含有層である限り、本発明の固体電解質含有層の製造方法により製造された固体電解質含有層に該当しない電極合材層を備える電極および/または本発明の固体電解質含有層の製造方法により製造された固体電解質含有層に該当しない固体電解質層を用いてもよい。
 ここで、本発明の固体電解質含有層の製造方法により製造された固体電解質含有層に該当しない電極合材層を備える電極としては、特に限定されることなく、任意の全固体二次電池用電極を用いることができる。
 また、本発明の固体電解質含有層の製造方法により製造された固体電解質含有層に該当しない固体電解質層としては、特に限定されることなく、例えば、特開2012-243476号公報、特開2013-143299号公報および特開2016-143614号公報などに記載されている固体電解質層などの任意の固体電解質層を用いることができる。
 そして、全固体二次電池は、例えば、正極と負極とを、正極の正極合材層と負極の負極合材層とが固体電解質層を介して対向するように積層し、任意に加圧して積層体を得た後、電池形状に応じて、そのままの状態で、または、巻く、折るなどして電池容器に入れ、封口することにより得ることができる。なお、必要に応じて、エキスパンドメタルや、ヒューズ、PTC素子などの過電流防止素子、リード板などを電池容器に入れ、電池内部の圧力上昇、過充放電の防止をする事もできる。電池の形状は、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「%」および「部」は、特に断らない限り、質量基準である。
 そして、実施例および比較例において、重合体の組成、組成物(Z)、脱水前組成物(Y)およびバインダー組成物の固形分濃度、組成物(X)およびバインダー組成物の水分量、バインダー組成物の遷移金属(Fe)含有量および粘度、並びに、全固体二次電池の出力特性およびサイクル特性は、以下の方法で算出、測定または評価した。
<重合体の組成>
 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。得られた乾燥重合体をH-NMRで分析した。得られた分析値に基づいて、重合体の組成(重合体に含まれる各単量体単位および構造単位の含有割合(質量%))を算出した。
<固形分濃度>
 組成物(Z)、脱水前組成物(Y)およびバインダー組成物の固形分濃度はJIS K 5601-1-2:2008に準じて、150℃、3時間後の加熱残分より求めた。
<水分量>
 カールフィッシャー水分計(三菱化学アナリテック社製)を用いて、容量法により、組成物(X)およびバインダー組成物の水分量を測定した。なお、測定は3回繰り返して行い、得られた値の平均値を測定値とした。
<遷移金属(Fe)含有量>
 バインダー組成物1gを、550℃の電気炉で約3時間加熱し、灰化した。その後、灰化したバインダー組成物に約5mLの濃硫酸を加えて溶解させ、約5mLの濃硝酸を徐々に添加して湿式分解した。分解後、酸を濃縮し、超純水で10mLに定容して、ICP-AES装置(SIIナノテクノロジー社製、型番「SPS-5100」)を用いて、バインダー組成物中における鉄イオン濃度を測定し、遷移金属としての鉄(Fe)の含有量とした。
<粘度>
 バインダー組成物の粘度は、ブルックフィールドB型粘度計を用いて60rpm(25℃)の条件で測定した。
<全固体二次電池の出力特性>
 3セルの全固体二次電池を0.1Cの定電流法によって4.2Vまで充電しその後0.1Cにて3.0Vまで放電し、0.1C放電容量を求めた。次いで、0.1Cにて4.2Vまで充電しその後2Cにて3.0Vまで放電し、2C放電容量を求めた。3セルの0.1C放電容量の平均値を放電容量a、3セルの2C放電容量の平均値を放電容量bとし、放電容量aに対する放電容量bの比(容量比)=放電容量b/放電容量a×100(%)を求め、以下の基準で評価した。容量比の値が大きいほど、全固体二次電池が出力特性に優れることを意味する。
 A:容量比が80%以上
 B:容量比が70%以上80%未満
 C:容量比が60%以上70%未満
 D:容量比が50%未満
<全固体二次電池のサイクル特性>
 全固体二次電池を、25℃で0.2Cで3Vから4.2Vまで充電し、次いで0.2Cで4.2Vから3Vまで放電する充放電を、50サイクル繰り返し行った。1サイクル目の0.2C放電容量に対する50サイクル目の0.2C放電容量の割合を百分率で算出した値を容量維持率とし、以下の基準で評価した。容量維持率の値が大きいほど、放電容量減が少なく、全固体二次電池がサイクル特性に優れることを意味する。
 A:容量維持率が90%以上
 B:容量維持率が80%以上90%未満
 C:容量維持率が70%以上80%未満
 D:容量維持率が70%未満
(実施例1)
<バインダー組成物の調製>
<<重合体の水分散液の調製>>
 攪拌機を備えたセプタム付き1Lフラスコ(反応容器)にイオン交換水90部、乳化剤としてラウリル硫酸ナトリウム0.5部を加え、気相部を窒素ガスで置換し、60℃に昇温した後、重合開始剤として過硫酸アンモニウム(APS)0.25部をイオン交換水20.0部に溶解させ加えた。
 一方、別の容器(エマルジョン容器)でイオン交換水30部、乳化剤としてラウリル硫酸ナトリウム0.5部、そしてブチルアクリレート65部、スチレン23部、アクリロニトリル12部を混合して単量体組成物を得た。この単量体組成物を3時間かけて前記セプタム付き1Lフラスコに連続的に添加して重合を行った。添加中は、60℃で反応を行った。添加終了後、さらに80℃で3時間攪拌し、組成物(Z)としての重合体Aの水分散液を得た。得られた重合体Aの水分散液を用いて、上述の方法に従って、重合体の組成を算出した。結果を表1に示す。
<<水分除去工程>>
〔工程A-0:脱水前組成物(Y)の調製〕
 続いて、組成物(Z)としての重合体Aの水分散液に、有機溶媒としての酪酸ブチル(SP値:8.5)を適量添加して混合物を得た。その後、80℃にて減圧蒸留を実施して混合物から水および過剰な酪酸ブチルを除去し、脱水前組成物(Y)(固形分濃度:10%)を得た。
〔工程A-1:脱水剤による処理〕
 得られた脱水前組成物(Y)(固形分濃度:10%)100部に対して、脱水剤としての合成ゼオライト(モレキュラーシーブ4A、パウダー状)20部を投入し、常温(23℃)下で、5時間攪拌することで、脱水前組成物(Y)から水を除去して、組成物(X)(固形分濃度:10%)を得た。得られた組成物(X)の水分量を測定したところ、50ppmであった。
<<遷移金属除去工程>>
 得られた組成物(X)を、プレフィルター(目開き:10μm)に通した後、磁気フィルター(トックエンジニアリング株式会社製)を用いて、室温(25℃)下、磁束密度6000ガウスの条件で、ろ過して、バインダー組成物(固形分濃度:10%)を得た。
 得られたバインダー組成物の遷移金属の含有量および粘度を測定した。結果を表1に示す。
 なお、得られたバインダー組成物の水分量を測定したところ、50ppmであり、上述した組成物(X)の水分量と一致していることを確認した。
<正極合材層用スラリー組成物の製造>
 正極活物質としてのコバルト酸リチウム(個数平均粒子径:11.5μm)70部と、固体電解質としてのLi2SとP25とからなる硫化物ガラス(Li2S/P25=70mol%/30mol%、個数平均粒子径:0.9μm)25.5部と、導電材としてのアセチレンブラック2.5部と、上述のようにして得られたバインダー組成物2部(固形分相当量)とを混合し、さらに有機溶媒としての酪酸ブチルを加えて固形分濃度80%に調整した後にプラネタリーミキサーで60分間混合した。その後、さらに酪酸ブチルを加えて固形分濃度65%に調整した後に10分間混合して正極合材層用スラリー組成物を調製した。
<負極合材層用スラリー組成物の調製>
 負極活物質としてのグラファイト(個数平均粒子径:20μm)60部と、固体電解質としてのLi2SとP25とからなる硫化物ガラス(Li2S/P25=70mol%/30mol%、個数平均粒子径:0.9μm)36.5部と、導電材としてのアセチレンブラック1.5部と、上述のようにして得られたバインダー組成物2.5部(固形分相当量)とを混合し、さらに有機溶媒としての酪酸ブチルを加えて固形分濃度65%に調整した後にプラネタリーミキサーで60分間混合した。その後、さらに酪酸ブチルを加えて固形分濃度60%に調整した後にプラネタリーミキサーで混合して負極合材層用スラリー組成物を調製した。
<固体電解質層用スラリー組成物の調製>
 アルゴンガス雰囲気下のグローブボックス(水分濃度0.6質量ppm、酸素濃度1.8質量ppm)で、固体電解質粒子としてのLi2SとP25とからなる硫化物ガラス(Li2S/P25=70mol%/30mol%、個数平均粒子径:0.9μm)100部と、上述のようにして得られたバインダー組成物2部(固形分相当量)とを混合し、さらに、有機溶媒としての酪酸ブチルを加えて、固形分濃度65質量%に調整した後にプラネタリーミキサーで60分間混合した。その後、さらに酪酸ブチルを加えて固形分濃度55%に調整した後にプラネタリーミキサーで混合して、固体電解質層用スラリー組成物を調製した。
<全固体二次電池の製造>
 集電体(アルミ箔、厚さ:20μm)表面に上記正極合材層用スラリー組成物を塗布し、乾燥(温度120℃、60分間)させて厚さが50μmの正極合材層(固体電解質含有層)を形成し、正極を得た。
 また、別の集電体(銅箔、厚さ:15μm)表面に上記負極合材層用スラリー組成物を塗布し、乾燥(温度120℃、60分間)させて厚さが60μmの負極合材層(固体電解質含有層)を形成し、負極を得た。
 次いで、イミドフィルム(厚さ:25μm)に、上記固体電解質層用スラリー組成物を塗布し、乾燥(温度120℃、60分間)させて厚さが150μmの固体電解質層(固体電解質含有層)を形成した。イミドフィルム上の固体電解質層と正極を、固体電解質層と正極合材層とが接するように貼り合わせ、400MPaの圧力(プレス圧)が加わるようにプレス処理を行い、固体電解質層をイミドフィルムから正極合材層上に転写することで、固体電解質層付き正極を得た。
 上記固体電解質層付き正極と負極とを、固体電解質層付き正極の固体電解質層と負極の負極合材層とが接するように貼り合わせ、固体電解質層付き正極の固体電解質層に400MPaの圧力(プレス圧)が加わるようにしてプレス処理を行い、全固体二次電池を得た。プレス後の全固体二次電池の固体電解質層の厚さは、120μmであった。この全固体二次電池について、出力特性およびサイクル特性を評価した。結果を表2に示す。
(実施例2~6)
 実施例1のバインダー組成物の調製において、水分除去工程の工程A-1で使用する脱水剤の量および/または遷移金属除去工程で使用する磁気フィルターの磁束密度を、表2に示す通りに変更したこと以外は、実施例1と同様にして、バインダー組成物、正極合材層用スラリー組成物、負極合材層用スラリー組成物、固体電解質層用スラリー組成物、および全固体二次電池を製造し、各種の測定および評価を行った。結果を表1、2に示す。
(実施例7)
 実施例1のバインダー組成物の調製において、重合体の水分散液の調製の際、単量体組成物に用いる単量体をブチルアクリレート65部、スチレン23部、アクリロニトリル12部から、ブチルアクリレート65部、スチレン10部、メチルメタクリレート15部、アクリロニトリル10部に変更して、組成物(Z)としての重合体Bの水分散液を得たこと以外は、実施例1と同様にして、バインダー組成物、正極合材層用スラリー組成物、負極合材層用スラリー組成物、固体電解質層用スラリー組成物、および全固体二次電池を製造し、各種の測定および評価を行った。結果を表1、2に示す。
(実施例8)
 実施例1のバインダー組成物の調製において、下記の方法により、重合体の水分散液の調製および水分除去工程の工程A-0(脱水前組成物(Y)の調製)を行ったこと以外は、実施例1と同様にして、バインダー組成物、正極合材層用スラリー組成物、負極合材層用スラリー組成物、固体電解質層用スラリー組成物、および全固体二次電池を製造し、各種の測定および評価を行った。結果を表1、2に示す。
<重合体の水分散液の調製>
<<共重合体ラテックスの調製>>
 反応器に、乳化剤としてのオレイン酸カリウム2部、安定剤としてのリン酸カリウム0.1部、水150部を仕込み、さらにアクリロニトリル15部、1,3-ブタジエン45部、ブチルアクリレート(BA)40部および分子量調整剤としてのt-ドデシルメルカプタン0.31部を加えて、活性剤としての硫酸第一鉄0.015部および重合開始剤としてのパラメンタンハイドロパーオキサイド0.05部の存在下に、10℃で乳化重合を開始した。重合転化率が85%になった時点で、単量体100部あたり0.2部のヒドロキシルアミン硫酸塩を添加して重合を停止させた。
 重合停止に続いて、加温し、減圧下、70℃で、水蒸気蒸留により、未反応単量体を回収した後、老化防止剤としてアルキル化フェノールを2部添加し、共重合体ラテックスを得た。
<<水素添加>>
 得られた共重合体ラテックス400mL(全固形分:48g)を、攪拌機付きの1リットルオートクレーブに投入し、窒素ガスを10分間流して共重合体ラテックス中の溶存酸素を除去した。その後、水素化反応触媒としての酢酸パラジウム50mgを、Pdに対して4倍モルの硝酸を添加した水180mLに溶解した溶液を添加した。系内を水素ガスで2回置換した後、3MPaまで水素ガスで加圧した状態でオートクレーブの内容物を50℃に加温し、6時間水素化反応させた。
 内容物を常温に戻し、系内を窒素雰囲気とした後、エバポレータを用いて、固形分濃度が40%となるまで濃縮して、組成物(Z)としての重合体C(水素化ニトリルゴム)の水分散液を得た。得られた重合体Cの水分散液を用いて、上述の方法に従って、重合体の組成を算出した。結果を表1に示す。
<水分除去工程>
<<工程A-0:脱水前組成物(Y)の調製>>
 続いて、組成物(Z)としての重合体Cの水分散液に、酪酸ブチルを適量添加して混合物を得た。その後、80℃にて減圧蒸留を実施して混合物から水および過剰な酪酸ブチルを除去し、脱水前組成物(Y)(固形分濃度:10%)を得た。
(実施例9)
 実施例1のバインダー組成物の調製において、下記の方法により、重合体Dの水分散液の調製、および水分除去工程の工程A-0(脱水前組成物(Y)の調製)を行ったこと以外は、実施例1と同様にして、バインダー組成物、正極合材層用スラリー組成物、負極合材層用スラリー組成物、固体電解質層用スラリー組成物、および全固体二次電池を製造し、各種の測定および評価を行った。結果を表1、2に示す。
<重合体Dの水分散液の調製>
 攪拌機を備えたセプタム付き1Lフラスコ(反応容器)にイオン交換水90部、乳化剤としてラウリル硫酸ナトリウム0.5部を加え、気相部を窒素ガスで置換し、60℃に昇温した後、重合開始剤として過硫酸アンモニウム(APS)0.25部をイオン交換水20.0部に溶解させ加えた。
 一方、別の容器(エマルジョン容器)でイオン交換水30部、乳化剤としてラウリル硫酸ナトリウム0.5部、そしてブチルアクリレート89.5部、アクリロニトリル10部、アリルメタクリレート0.5部を混合して単量体組成物を得た。この単量体組成物を3時間かけて前記セプタム付き1Lフラスコに連続的に添加して重合を行った。添加中は、60℃で反応を行った。添加終了後、さらに80℃で3時間攪拌し、重合体Dの水分散液を得た。得られた重合体Dの水分散液を用いて、上述の方法に従って、重合体の組成を算出した。結果を表1に示す。
<水分除去工程>
<<工程A-0:脱水前組成物(Y)の調製>>
 続いて、実施例1で得られた重合体Aの水分散液と、上述の重合体Dの水分散液とを、重合体A:重合体B=50:50(質量比)となるように混合して組成物(Z)を得た後、当該組成物(Z)に有機溶媒としての酪酸ブチル(SP値:8.1)を適量添加して混合物を得た。その後、80℃にて減圧蒸留を実施して混合物から水および過剰な酪酸ブチルを除去し、脱水前組成物(Y)(固形分濃度:10%)を得た。
(実施例10~12)
 実施例1のバインダー組成物の調製において、水分除去工程の工程A-0(脱水前組成物(Y)の調製)に用いる有機溶媒を、酪酸ブチルから、表3に示す有機溶媒に変更し、正極合材層用スラリー組成物、負極合材層用スラリー組成物、および固体電解質層用スラリー組成物の各々の製造に用いる有機溶媒も、酪酸ブチルから表3に示す有機溶媒に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、バインダー組成物、正極合材層用スラリー組成物、負極合材層用スラリー組成物、固体電解質層用スラリー組成物、および全固体二次電池を製造し、各種の測定および評価を行った。結果を表1、3に示す。
(実施例13~16)
 実施例1のバインダー組成物の調製において、水分除去工程の工程A-1に用いる脱水剤を、合成ゼオライト(モレキュラーシーブ4A)から、表3に示す脱水剤に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、バインダー組成物、正極合材層用スラリー組成物、負極合材層用スラリー組成物、固体電解質層用スラリー組成物、および全固体二次電池を製造し、各種の測定および評価を行った。結果を表1、3に示す。
 なお、表3に示す合成ゼオライトのうち、モレキュラーシーブ13X、モレキュラーシーブ3Aはパウダー状またはビーズ状、Zeochem社製「ZEOflair 110」はパウダー状であり、表3に示すシリカゲルA型はビーズ状であった。
(比較例1)
 実施例1のバインダー組成物の調製において、水分除去工程の工程A-1(脱水剤による処理)および遷移金属除去工程を実施せず、脱水前組成物(Y)をそのまま組成物(X)およびバインダー組成物として使用したこと以外は、実施例1と同様にして、バインダー組成物、正極合材層用スラリー組成物、負極合材層用スラリー組成物、固体電解質層用スラリー組成物、および全固体二次電池を製造し、各種の測定および評価を行った。結果を表1、3に示す。
(比較例2)
 実施例1のバインダー組成物の調製において、遷移金属除去工程を実施せず、組成物(X)をそのままバインダー組成物として使用したこと以外は、実施例1と同様にして、バインダー組成物、正極合材層用スラリー組成物、負極合材層用スラリー組成物、固体電解質層用スラリー組成物、および全固体二次電池を製造し、各種の測定および評価を行った。結果を表1、3に示す。
(比較例3)
 実施例1のバインダー組成物の調製において、水分除去工程の工程A-1(脱水剤による処理)を実施せず、脱水前組成物(Y)を組成物(X)として遷移金属除去工程に供したこと以外は、実施例1と同様にして、バインダー組成物、正極合材層用スラリー組成物、負極合材層用スラリー組成物、固体電解質層用スラリー組成物、および全固体二次電池を製造し、各種の測定および評価を行った。結果を表1、3に示す。
(比較例4)
 実施例1のバインダー組成物の調製において、水分除去工程の工程A-1(脱水剤による処理)に用いる脱水剤を、合成ゼオライト(モレキュラーシーブ4A)から、塩化カルシウムに変更したこと以外は、実施例1と同様にして、バインダー組成物、正極合材層用スラリー組成物、負極合材層用スラリー組成物、固体電解質層用スラリー組成物、および全固体二次電池を製造し、各種の測定および評価を行った。結果を表1、3に示す。
 なお、以下に示す表1中、
「BA」は、ブチルアクリレート単位を示し、
「ST」は、スチレン単位を示し、
「MMA」は、メチルメタクリレート単位を示し、
「AN」は、アクリロニトリル単位を示し、
「H-BD」は、1,3-ブタジエン水素化物単位を示し、
「AMA」は、アリルメタクリレート単位を示す。
 また、以下に示す表2~3中、
「MS」は、モレキュラーシーブを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 表2および3より、所定の脱水剤を用いて、重合体と有機溶媒とを含み、水分量が200ppm以下である組成物(X)を得る水分除去工程と、組成物(X)に含まれる遷移金属を磁力により除去する遷移金属除去工程とを含む、実施例1~16の全固体二次電池用バインダー組成物の製造方法によれば、全固体二次電池に優れた出力特性およびサイクル特性を発揮させ得る固体電解質含有層を形成可能な全固体二次電池用バインダー組成物を製造し得ることが分かる。
 一方、上述の水分除去工程および遷移金属除去工程の少なくとも一方を含まない比較例1~3の全固体二次電池用バインダー組成物の製造方法では、製造されるバインダー組成物を用いて作製した全固体二次電池は出力特性およびサイクル特性に劣ることが分かる。
 また、水分除去工程において所定の脱水剤以外の脱水剤を用いた比較例4の全固体二次電池用バインダー組成物の製造方法においても、製造されるバインダー組成物を用いて作製した全固体二次電池は出力特性およびサイクル特性に劣ることが分かる。
 本発明によれば、全固体二次電池に優れた出力特性およびサイクル特性を発揮させ得る固体電解質含有層を形成可能な全固体二次電池用バインダー組成物を製造する方法を提供することができる。
 また、本発明によれば、全固体二次電池に優れた出力特性およびサイクル特性を発揮させ得る固体電解質含有層を形成可能な全固体二次電池用スラリー組成物を製造する方法を提供することができる。
 さらに、本発明によれば、全固体二次電池に優れた出力特性およびサイクル特性を発揮させ得る固体電解質含有層を製造する方法を提供することができる。
 また、本発明によれば、優れた出力特性およびサイクル特性を発揮し得る全固体二次電池を製造する方法を提供することができる。

Claims (9)

  1.  重合体と有機溶媒とを含む全固体二次電池用バインダー組成物の製造方法であって、
     第13属元素および第14属元素の少なくとも一方を含む脱水剤を用いて、前記重合体と前記有機溶媒とを含み、水分量が200ppm以下である組成物(X)を得る水分除去工程と、
     前記組成物(X)に含まれる遷移金属を磁力により除去して前記全固体二次電池用バインダー組成物を得る遷移金属除去工程と、
    を含む、全固体二次電池用バインダー組成物の製造方法。
  2.  前記全固体二次電池用バインダー組成物の遷移金属の含有量が5ppm以下である、請求項1に記載の全固体二次電池用バインダー組成物の製造方法。
  3.  前記脱水剤が-О-Si-О-構造および-О-Al-О-構造の少なくとも一方を含む、請求項1または2に記載の全固体二次電池用バインダー組成物の製造方法。
  4.  前記有機溶媒のSP値が5以上9.5以下である、請求項1~3のいずれかに記載の全固体二次電池用バインダー組成物の製造方法。
  5.  前記重合体が、シアン化ビニル単量体単位、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位、芳香族ビニル単量体単位、脂肪族共役ジエン単量体単位、およびアルキレン構造単位からなる群より選択される少なくとも1種を含む、請求項1~4のいずれかに記載の全固体二次電池用バインダー組成物の製造方法。
  6.  前記水分除去工程が、前記脱水剤を用いて、前記重合体と前記有機溶媒とを含む脱水前組成物(Y)から水を除去して前記組成物(X)を得る工程を含む、請求項1~5のいずれかに記載の全固体二次電池バインダー組成物の製造方法。
  7.  固体電解質と、請求項1~6のいずれかに記載の全固体二次電池用バインダー組成物の製造方法により製造された全固体二次電池用バインダー組成物とを含む全固体二次電池用スラリー組成物を調製する工程を含む、全固体二次電池用スラリー組成物の製造方法。
  8.  請求項7に記載の全固体二次電池用スラリー組成物の製造方法により製造された全固体二次電池用スラリー組成物を用いて固体電解質含有層を形成する工程を含む、固体電解質含有層の製造方法。
  9.  請求項8に記載の固体電解質含有層の製造方法により製造された固体電解質含有層を用いて全固体二次電池を作製する工程を含む、全固体二次電池の製造方法。
     
     
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