WO2022114033A1 - 二次電池機能層用バインダー、二次電池機能層用スラリー組成物、二次電池用機能層、および二次電池 - Google Patents

二次電池機能層用バインダー、二次電池機能層用スラリー組成物、二次電池用機能層、および二次電池 Download PDF

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secondary battery
particulate polymer
binder
slurry composition
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侑造 北沢
拓彦 松野
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日本ゼオン株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a binder for a secondary battery functional layer, a slurry composition for a secondary battery functional layer, a functional layer for a secondary battery, and a secondary battery.
  • Secondary batteries such as lithium-ion secondary batteries are small and lightweight, have high energy density, and have the characteristics of being able to be repeatedly charged and discharged, and are used in a wide range of applications.
  • the secondary battery generally includes electrodes (positive electrode and negative electrode) and a battery member such as a separator that separates the positive electrode and the negative electrode to prevent a short circuit between the positive electrode and the negative electrode.
  • the battery member of the secondary battery includes a binder and optionally contains particles (hereinafter, referred to as "functional particles") which are blended in order to cause the battery member to exhibit a desired function.
  • a member having a functional layer made of is used.
  • the separator of the secondary battery a separator provided with an adhesive layer containing a binder and a porous membrane layer containing the binder and non-conductive particles as functional particles on the separator base material. Is used.
  • an electrode of the secondary battery an electrode having the above-mentioned adhesive layer or porous film layer on an electrode base material having an electrode mixture layer provided on a current collector is used.
  • Patent Document 1 a (meth) acrylic acid alkyl ester monomer unit, an aromatic monovinyl monomer unit, an epoxy / N-methylol-based crosslinkable monomer unit, and a polyvalent ethylenically unsaturated-based crosslinkable property.
  • a binder for a non-aqueous secondary battery functional layer containing a particulate polymer containing each monomer unit in a predetermined ratio and having a degree of swelling with respect to a non-aqueous electrolytic solution within a predetermined range.
  • Patent Document 1 by using this binder, it is possible to form a functional layer having excellent adhesiveness both before and after immersion in the electrolytic solution, and further, the life of the non-aqueous secondary battery provided with such the functional layer. It is also possible to enhance the characteristics.
  • the density of the secondary battery it is also required to increase the density of the secondary battery for the purpose of increasing the capacity of the secondary battery.
  • the injection speed of the electrolytic solution when manufacturing the secondary battery that is, the electrolyte injection property of the secondary battery may decrease.
  • the affinity of the functional layer of the secondary battery with the electrolyte hereinafter referred to as "electrolyte affinity”
  • the functional layer formed by using the binder of the above-mentioned prior art has room for improvement in the affinity for the electrolytic solution.
  • the present inventors have conducted diligent studies for the purpose of solving the above problems. Then, the present inventors have newly found that the heat-resistant shrinkage property and the electrolyte affinity of the functional layer can be enhanced by using a binder containing a predetermined particulate polymer, and have completed the present invention.
  • the present invention aims to advantageously solve the above problems, and the binder for the secondary battery functional layer of the present invention is a binder for the secondary battery functional layer containing a particulate polymer.
  • the particulate polymer contains a cyano group-containing monomer unit, a cyclic ether-containing monomer unit, and a carboxyl group-containing monomer unit, and the cyclic ether-containing monomer in the particulate polymer. It is characterized in that the content ratio of the unit is 5% by mass or more.
  • containing a monomer unit means "a repeating unit derived from a monomer is contained in a polymer obtained by using the monomer”.
  • the "content ratio (% by mass)" of each monomer unit (each repeating unit) contained in the polymer is a nuclear magnetic resonance (NMR) method such as 1 H-NMR or 13 C-NMR. Can be measured using.
  • NMR nuclear magnetic resonance
  • the content ratio of the cyclic ether-containing monomer unit in the particulate polymer is preferably 40% by mass or less.
  • the content ratio of the cyclic ether-containing monomer unit in the particulate polymer is not more than the above-mentioned predetermined value, the heat shrinkage property and the electrolyte affinity of the functional layer are further improved, and the adhesiveness of the functional layer is enhanced. Can be done.
  • the particulate polymer has one glass transition temperature.
  • the adhesiveness of the functional layer can be enhanced.
  • the glass transition temperature of the particulate polymer is 20 ° C. or lower.
  • the glass transition temperature of the particulate polymer is not more than the above-mentioned predetermined value, the adhesiveness of the functional layer can be enhanced.
  • the "glass transition temperature" of the particulate polymer can be measured by using the method described in the examples of the present specification.
  • the content ratio of the cyano group-containing monomer unit in the particulate polymer is preferably 2% by mass or more and 30% by mass or less.
  • the affinity of the functional layer with the electrolytic solution can be further improved and the adhesiveness of the functional layer can be enhanced.
  • the content ratio of the cyano group-containing monomer unit in the particulate polymer is within the above-mentioned predetermined range, the internal resistance of the secondary battery provided with the functional layer can be reduced.
  • the content ratio of the carboxyl group-containing monomer unit in the particulate polymer is preferably 0.1% by mass or more and 10% by mass or less.
  • the affinity of the functional layer with the electrolytic solution can be further improved and the adhesiveness of the functional layer can be enhanced.
  • the particulate polymer further contains a (meth) acrylic acid alkyl ester monomer unit, and the (meth) acrylic acid alkyl ester single in the particulate polymer.
  • the content ratio of the polymer unit is preferably 40% by mass or more and 92% by mass or less.
  • the gel content of the particulate polymer is preferably 85% by mass or more.
  • the gel content of the particulate polymer is at least the above-mentioned predetermined value, the cycle characteristics of the secondary battery provided with the functional layer can be enhanced.
  • the "gel content of the particulate polymer" can be measured by using the method described in the examples of the present specification.
  • the volume average particle diameter of the particulate polymer is 0.05 ⁇ m or more and 0.25 ⁇ m or less.
  • the volume average particle size of the particulate polymer is within the above-mentioned predetermined range, the adhesiveness of the functional layer and the affinity for the electrolytic solution can be further improved.
  • the "volume average particle diameter" represents a particle diameter in which the cumulative volume calculated from the small diameter side in the particle size distribution (volume basis) measured by the laser diffraction method is 50%.
  • the present invention is intended to advantageously solve the above-mentioned problems, and the slurry composition for a secondary battery functional layer of the present invention is characterized by containing any of the above-mentioned binders.
  • the slurry composition for a secondary battery functional layer of the present invention is characterized by containing any of the above-mentioned binders.
  • the slurry composition for the secondary battery functional layer of the present invention can further contain functional particles.
  • the functional particles may contain non-conductive particles.
  • the slurry composition for a secondary battery functional layer of the present invention containing non-conductive particles as functional particles can be suitably used for forming a porous membrane layer.
  • the volume average particle diameter of the non-conductive particles is 1.5 ⁇ m or less.
  • the volume average particle diameter of the non-conductive particles is not more than the above-mentioned predetermined value, the adhesiveness of the porous membrane layer as the formed functional layer can be enhanced.
  • the present invention is intended to advantageously solve the above-mentioned problems, and the functional layer for a secondary battery of the present invention is formed by using the above-mentioned slurry composition for a secondary battery functional layer. It is characterized by that.
  • the functional layer formed from the above-mentioned slurry composition is excellent in heat shrinkage resistance and electrolyte affinity.
  • the present invention is intended to advantageously solve the above-mentioned problems, and the secondary battery of the present invention is characterized by including the above-mentioned functional layer for a secondary battery.
  • the secondary battery provided with the above-mentioned functional layer is excellent in electrolyte injection property.
  • a functional layer containing a binder and non-conductive particles such as inorganic particles is referred to as a "porous film layer” or a “heat resistant layer”, and includes a binder and is non-inorganic particles or the like.
  • a functional layer that does not contain conductive particles is referred to as an "adhesive layer”.
  • the "binding material” described above preferably contains, for example, the binder for the functional layer of the secondary battery of the present invention.
  • the porous membrane layer (heat-resistant layer) has a function of improving heat resistance and strength
  • the adhesive layer has a function of improving adhesiveness.
  • the porous membrane layer may have a function of improving adhesiveness in addition to a function of improving heat resistance and strength, and such a porous membrane layer (heat-resistant layer) may have a "heat-resistant layer”.
  • adhesive layer Sometimes referred to as "adhesive layer”.
  • a binder for a secondary battery functional layer capable of forming a functional layer having excellent heat shrinkage resistance and affinity for an electrolytic solution.
  • a slurry composition for a secondary battery functional layer capable of forming a functional layer having excellent heat shrinkage resistance and affinity with an electrolytic solution.
  • a functional layer for a secondary battery having excellent heat shrinkage resistance and affinity for an electrolytic solution it is possible to provide a secondary battery provided with the functional layer.
  • the binder for the secondary battery functional layer of the present invention (hereinafter, may be simply referred to as “binder”) is an arbitrary functional layer (for example,) that has a function such as reinforcement or adhesion in the secondary battery. , Porous film layer, and adhesive layer).
  • the binder for the secondary battery functional layer of the present invention can be used for preparing the slurry composition for the secondary battery functional layer of the present invention (hereinafter, may be simply referred to as “slurry composition”).
  • the slurry composition for a secondary battery functional layer of the present invention can be used for forming the above-mentioned functional layer.
  • the functional layer for a secondary battery of the present invention is formed from the slurry composition for a functional layer of a secondary battery of the present invention.
  • the secondary battery of the present invention includes the functional layer for the secondary battery of the present invention.
  • the secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator as battery members, and at least one of the above-mentioned battery members includes the functional layer for the secondary battery of the present invention. That is, the secondary battery of the present invention includes a battery member having the functional layer of the present invention.
  • the binder of the present invention contains a predetermined particulate polymer.
  • the binder of the present invention is usually a composition in which the particulate polymer is dispersed in a solvent.
  • the binder of the present invention may further contain components other than the particulate polymer and the solvent (hereinafter, referred to as "other components").
  • the particulate polymer is a component that functions as a binder, imparts adhesiveness to a functional layer formed by using a slurry composition containing a binder, and is a component contained in the functional layer (for example,). Functional particles such as non-conductive particles) are held so as not to be detached from the functional layer.
  • the particulate polymer contains a cyano group-containing monomer unit, a cyclic ether-containing monomer unit, and a carboxyl group-containing monomer unit.
  • the content ratio of the cyclic ether-containing monomer unit in the particulate polymer is a predetermined value or more.
  • the particulate polymer is optionally a monomer unit other than the cyano group-containing monomer unit, the cyclic ether-containing monomer unit, and the carboxyl group-containing monomer unit (hereinafter, “other unit amount”). It may further include "body unit").
  • the binder of the present invention contains a particulate polymer having the above-mentioned composition
  • the functional layer formed by using the binder of the present invention exhibits excellent heat shrinkage and electrolyte affinity. be able to. Further, the functional layer formed by using the binder of the present invention is also excellent in adhesiveness.
  • the reason why the binder of the present invention can improve the heat shrinkage property, the affinity for the electrolytic solution and the adhesiveness of the functional layer is not clear, but it is presumed to be as follows. First, since the particulate polymer in the binder of the present invention contains a carboxyl group-containing monomer unit, it is excellent in particle stability and has high hydrophilicity on the particle surface. It is presumed that the adhesiveness will improve.
  • the particulate polymer in the binder of the present invention contains a cyano group-containing monomer unit, the inside of the particle becomes hydrophobic, and the above-mentioned carboxyl group of the carboxyl group-containing monomer unit is relatively particles. It is considered that the functional layer is unevenly distributed on the surface and the amount of surface acid is increased, so that the electrolyte affinity and adhesiveness of the functional layer are improved. Further, since the particulate polymer in the binder of the present invention contains the cyclic ether-containing monomer unit in a content ratio of a predetermined value or more, it has a cyclic ether structure on the particle surface.
  • the cyclic ether structure of the particulate polymer interacts with the surface of the separator base material (for example, the surface hydrolyzed by surface treatment) and other components such as a water-soluble polymer contained in the functional layer. Inferred. It is considered that this interaction stabilizes the layer structure of the functional layer and thus improves the heat shrinkage property and the affinity for the electrolytic solution of the functional layer. In addition, it is presumed that this interaction also improves the adhesiveness of the functional layer.
  • cyano group-containing monomer capable of forming a cyano group-containing monomer unit examples include (meth) acrylonitrile such as acrylonitrile and methacrylonitrile; ⁇ -halogenoacrylonitrile such as ⁇ -chloroacrylonitrile and ⁇ -bromoacrylonitrile; 2- 2-Cyanoethyl (meth) acrylates such as cyanoethyl acrylate and 2-cyanoethyl methacrylate; 2-cyanoethyl acrylamide; and the like can be used.
  • acrylonitrile such as acrylonitrile and methacrylonitrile
  • ⁇ -halogenoacrylonitrile such as ⁇ -chloroacrylonitrile and ⁇ -bromoacrylonitrile
  • 2- 2-Cyanoethyl (meth) acrylates such as cyanoethyl acrylate and 2-cyanoethyl methacrylate
  • 2-cyanoethyl acrylamide
  • (meth) acrylonitrile From the viewpoint of further improving the adhesiveness of the functional layer, it is preferable to use (meth) acrylonitrile, and it is more preferable to use acrylonitrile. It should be noted that one type of these may be used alone, or two or more types may be used in combination at any ratio.
  • (meth) acrylonitrile means acrylonitrile and / or methacrylonitrile
  • (meth) acrylate” means acrylate and / or methacrylate.
  • the content ratio of the cyano group monomer units is preferably 2% by mass or more. It is more preferably 0% by mass or more, further preferably 10% by mass or more, preferably 30% by mass or less, more preferably 25% by mass or less, and more preferably 20% by mass or less. More preferred.
  • the content ratio of the cyano group-containing monomer unit in the particulate polymer is at least the above lower limit, the electrolytic solution affinity and adhesiveness of the functional layer can be further improved.
  • the content ratio of the cyano group-containing monomer unit in the particulate polymer is not more than the above upper limit, the electrolytic solution affinity and adhesiveness of the functional layer are further improved, and the secondary battery provided with the functional layer is provided. Internal resistance can be reduced.
  • the cyclic ether-containing monomer that can form the cyclic ether-containing monomer unit is not particularly limited as long as it is a monomer containing a cyclic ether structure, and is, for example, a single amount containing an epoxy group (epoxy ring).
  • examples thereof include a body (monomer unit containing an epoxy group), a monomer containing an oxetanyl group (oxetane ring) (monomer unit containing an oxetanyl group), and the like.
  • an epoxy group-containing monomer from the viewpoint of further improving the heat shrinkage, electrolyte affinity and adhesiveness of the functional layer.
  • epoxy group-containing monomer examples include allyl glycidyl ether, glycidyl (meth) acrylate, 3,4-epoxycyclohexylmethyl methacrylate, 4-hydroxybutyl acrylate glycidyl ether and the like.
  • the content ratio of the cyclic ether-containing monomer unit needs to be 5% by mass or more. It is preferably 10% by mass or more, preferably 40% by mass or less, and more preferably 30% by mass or less.
  • the content ratio of the cyclic ether-containing monomer unit in the particulate polymer is equal to or higher than the above lower limit, the functional layer formed by using the binder exhibits excellent heat shrinkage, electrolyte affinity and adhesiveness. be able to.
  • the content ratio of the cyclic ether-containing monomer unit in the particulate polymer is equal to or higher than the above lower limit, the gel content of the particulate polymer increases, so that the cycle characteristics of the secondary battery provided with the functional layer are improved. Can be made to.
  • the content ratio of the cyclic ether-containing monomer unit in the particulate polymer is not more than the above upper limit, the heat-resistant shrinkage property, electrolytic solution affinity and adhesiveness of the functional layer can be further improved.
  • Examples of the carboxyl-containing monomer capable of forming a carboxyl group-containing monomer unit include monocarboxylic acid and its derivative, dicarboxylic acid and its acid anhydride, and their derivatives.
  • Examples of the monocarboxylic acid include acrylic acid, methacrylic acid, and crotonic acid.
  • Examples of the monocarboxylic acid derivative include 2-ethylacrylic acid, isocrotonic acid, ⁇ -acetoxyacrylic acid, ⁇ -trans-aryloxyacrylic acid, ⁇ -chloro- ⁇ -E-methoxyacrylic acid and the like.
  • Examples of the dicarboxylic acid include maleic acid, fumaric acid, itaconic acid and the like.
  • dicarboxylic acid derivative examples include methyl maleic acid, dimethyl maleic acid, phenyl maleic acid, chloromaleic acid, dichloromaleic acid, fluoromaleic acid, nonyl maleate, decyl maleate, dodecyl maleate, octadecyl maleate, and fluoromaleate.
  • Maleic acid monoesters such as alkyl can be mentioned.
  • acid anhydride of the dicarboxylic acid include maleic anhydride, acrylic anhydride, methyl maleic anhydride, dimethyl maleic anhydride and the like.
  • carboxyl group-containing monomer an acid anhydride that produces a carboxyl group by hydrolysis can also be used.
  • acrylic acid, methacrylic acid, and itaconic acid are preferably used, and acrylic acid and methacrylic acid are more preferable, from the viewpoint of further improving the electrolyte affinity and adhesiveness of the functional layer.
  • the content ratio of the carboxyl group-containing monomer unit may be 0.1% by mass or more. It is preferably 1% by mass or more, more preferably 2% by mass or more, further preferably 10% by mass or less, and even more preferably 5% by mass or less.
  • the content ratio of the carboxyl group-containing monomer unit in the particulate polymer is at least the above lower limit, the electrolytic solution affinity and adhesiveness of the functional layer can be further improved.
  • the adhesiveness of the functional layer can be further improved.
  • the particulate polymer may contain other monomer units other than the above-mentioned cyano group-containing monomer unit, cyclic ether-containing monomer unit, and carboxyl group-containing monomer unit.
  • the monomer unit is not particularly limited, but preferably includes a (meth) acrylic acid alkyl ester monomer unit and a crosslinkable monomer unit. If the particulate polymer further contains a (meth) acrylic acid alkyl ester monomer unit, the adhesiveness of the functional layer can be further improved. Further, if the particulate polymer further contains a crosslinkable monomer unit, the heat-resistant shrinkage of the functional layer can be further improved.
  • the (meth) acrylic acid alkyl ester monomer unit and the crosslinkable monomer unit are a cyano group-containing monomer unit, a cyclic ether-containing monomer unit, and a carboxyl group-containing monomer. It is a monomer unit other than the unit. Therefore, the (meth) acrylic acid alkyl ester monomer capable of forming the (meth) acrylic acid alkyl ester monomer unit and the crosslinkable monomer capable of forming the crosslinkable monomer unit are described in the above-mentioned above. It does not contain cyano group-containing monomers, cyclic ether-containing monomers, and carboxyl group-containing monomers.
  • (meth) acrylic means acrylic and / or methacrylic.
  • (Meta) Acrylic Acid Alkyl Ester Monomer Unit Examples of the (meth) acrylic acid alkyl ester monomer that can form a (meth) acrylic acid alkyl ester monomer unit include methyl acrylate, ethyl acrylate, n-propyl acrylate, isopropyl acrylate, n-butyl acrylate, and t-butyl.
  • Alkyl acrylates such as acrylates, isobutyl acrylates, n-pentyl acrylates, isopentyl acrylates, hexyl acrylates, heptyl acrylates, octyl acrylates, 2-ethylhexyl acrylates, nonyl acrylates, decyl acrylates, lauryl acrylates, n-tetradecyl acrylates, stearyl acrylates.
  • methacrylic acid alkyl esters such as methacrylate, nonyl methacrylate, decyl methacrylate, lauryl methacrylate,
  • 2-ethylhexyl acrylate and butyl acrylate are preferably used, and butyl acrylate is more preferable, from the viewpoint of further improving the adhesiveness of the functional layer and further improving the heat shrinkage.
  • the content ratio of the (meth) acrylic acid alkyl ester monomer unit may be 40% by mass or more. It is preferably 50% by mass or more, more preferably 92% by mass or less, and even more preferably 80% by mass or less.
  • the adhesiveness of the functional layer can be further improved.
  • the heat shrinkage property of the functional layer is further improved and the secondary battery provided with the functional layer is provided.
  • the cycle characteristics can be improved.
  • the crosslinkable monomer that can form a crosslinkable monomer unit is a monomer that can form a crosslinkable structure during or after polymerization by heating or irradiation with energy rays.
  • the crosslinkable monomer include a polyfunctional monomer having two or more polymerization-reactive groups in the monomer.
  • examples of such a polyfunctional monomer include divinyl monomers such as divinylbenzene, 1,3-butadiene, isoprene, and allyl methacrylate; ethylene dimethacrylate, diethylene glycol dimethacrylate, ethylene glycol dimethacrylate (EDMA), and diethylene glycol.
  • Di (meth) acrylic acid alkyl ester monomers such as diacrylate and 1,3-butylene glycol diacrylate; Tri (meth) acrylic acid alkyl ester monomers such as trimethylolpropane trimethacrylate and trimethylolpropane triacrylate; Examples thereof include N-methylol group-containing monomers such as N-methylol (meth) acrylamide; ⁇ -methacryloxypropyltrimethoxysilane; and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
  • divinylbenzene allyl methacrylate, ethylene glycol dimethacrylate, and N-methylol acrylamide
  • allyl methacrylate and N-methylol acrylamide are used. It is more preferable to use it.
  • the content ratio of the crosslinkable monomer unit is preferably 0.1% by mass or more, and is 0. .2% by mass or more, more preferably 0.4% by mass or more, further preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, and 2% by mass or less. Is more preferable.
  • the content ratio of the crosslinkable monomer unit in the particulate polymer is at least the above lower limit, the heat-resistant shrinkage of the functional layer can be further improved.
  • the content ratio of the crosslinkable monomer unit in the particulate polymer is not more than the above upper limit, the adhesiveness of the functional layer can be further improved.
  • the structure of the particulate polymer contained in the binder of the present invention is not particularly limited and may be any of a block copolymer, a graft copolymer, a random copolymer and the like, but it is a random copolymer. Is preferable. Further, the particulate polymer may have a core-shell structure including a core portion and a shell portion that covers at least a part of the outer surface of the core portion, but preferably does not have a core-shell structure. Therefore, it is particularly preferable that the particulate polymer is a random copolymer having no core-shell structure.
  • the particulate polymer is a random copolymer having no core-shell structure, the particulate polymer can be homogenized, and the durability (electrolytic resistance) of the particulate polymer to the electrolytic solution can be improved. In addition, the dispersibility of the particulate polymer in the slurry composition can be enhanced. Further, since the viscosity of the slurry composition can be suppressed, it becomes easy to remove water from the functional layer when the slurry composition is dried to form the functional layer. As a result, the adhesiveness of the functional layer can be further improved.
  • the particulate polymer is a random copolymer having no core-shell structure is determined by measuring the glass transition temperature. Specifically, when the particulate polymer, which is a copolymer, has one glass transition temperature, the particulate polymer does not have (1) a core-shell structure, and (2) a random copolymer. It satisfies both of being a polymer (that is, it corresponds to a random copolymer having no core-shell structure). On the other hand, when the particulate polymer has two or more glass transition temperatures, the particulate polymer does not satisfy at least one of the above (1) and (2) (that is, a "random copolymer having no core-shell structure"). Does not fall under "polymer").
  • the glass transition temperature of the particulate polymer is preferably 20 ° C. or lower, more preferably 10 ° C. or lower, and further preferably 0 ° C. or lower.
  • the lower limit of the glass transition temperature of the particulate polymer is not particularly limited, but is usually ⁇ 100 ° C. or higher.
  • Electrolyte swelling degree of the particulate polymer is the weight after immersion when a film (binder film) formed by molding the particulate polymer is immersed in a specific non-aqueous electrolytic solution under predetermined conditions. Can be obtained as a value (times) divided by the weight before immersion. Specifically, a binder film is formed by using the method described in the examples of the present specification, and the measuring method described in the same embodiment is used. Can be measured using.
  • the degree of swelling of the electrolytic solution of the particulate polymer is preferably 2 times or more, more preferably 3 times or more, preferably 8 times or less, and more preferably 6 times or less.
  • the degree of swelling of the electrolytic solution of the particulate polymer is within the above-mentioned predetermined range, the internal resistance of the secondary battery can be reduced.
  • the degree of swelling of the electrolytic solution of the particulate polymer can be adjusted by changing the type and amount of the monomer used and the conditions of the polymerization reaction (for example, polymerization temperature, polymerization reaction time, etc.).
  • the volume average particle size of the particulate polymer is preferably 0.05 ⁇ m or more, more preferably 0.10 ⁇ m or more, still more preferably 0.14 ⁇ m or more, preferably 0.25 ⁇ m or less, and more preferably 0.20 ⁇ m or less. ..
  • the volume average particle diameter of the particulate polymer is at least the above lower limit, the air permeability of the functional layer is increased, so that the affinity of the functional layer for the electrolytic solution can be further improved.
  • the volume average particle diameter of the particulate polymer is not more than the above upper limit, the adhesiveness of the functional layer and the affinity with the electrolytic solution can be further improved.
  • the gel content of the particulate polymer is preferably 85% by mass or more, more preferably 90% by mass or more.
  • the upper limit of the gel content of the particulate polymer is not particularly limited, but is usually 99% by mass or less.
  • the gel content can be adjusted by changing the polymerization temperature, the type and amount of additives such as a molecular weight adjusting agent, the conversion rate at the time of reaction termination (monomer consumption), and the like, and is used, for example, during polymerization.
  • the gel content can be increased by reducing the amount of the molecular weight adjusting agent to be polymerized, and the gel content can be decreased by increasing the amount of the molecular weight adjusting agent used at the time of polymerization.
  • the particulate polymer is prepared by polymerizing a monomer composition containing the above-mentioned monomers.
  • the content ratio of each monomer in the monomer composition is usually the same as the content ratio of the monomer unit in the desired particulate polymer.
  • the polymerization mode of the particulate polymer 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 may be used.
  • addition polymerization such as ionic polymerization, radical polymerization and living radical polymerization can be used.
  • the emulsifier As the emulsifier, dispersant, polymerization initiator, polymerization aid and the like used for polymerization, commonly used ones can be used, and the amount used is also the amount generally used.
  • a particulate polymer made of a random copolymer having no core-shell structure is prepared, it is not in the state of an oligomer obtained by polymerizing the monomer in the monomer composition to some extent, but in the state of the monomer. By initiating the polymerization at, the formation of the block copolymer and the graft copolymer may be suppressed.
  • solvent that can be contained in the binder of the present invention a known solvent capable of dispersing the above-mentioned particulate polymer can be used. Above all, it is preferable to use water as the solvent.
  • the solvent that can be contained in the binder is not particularly limited and may be the polymerization solvent used for preparing the particulate polymer.
  • the method for preparing the binder of the present invention is not particularly limited, but for example, when the particulate polymer is prepared in a solvent such as water and the particulate polymer is obtained as a dispersion liquid, the particulate polymer is used.
  • the dispersion may be used as it is as a binder, or other components may be optionally added to the dispersion of the particulate polymer to serve as a binder.
  • examples of other components include other components described later in the section “Slurry composition for secondary battery functional layer”.
  • the slurry composition of the present invention is a composition used for forming a functional layer, contains the above-mentioned binder, and optionally further contains functional particles and other components. That is, the slurry composition of the present invention usually contains a particulate polymer and a solvent, and optionally further contains functional particles and other components. Since the slurry composition of the present invention contains the above-mentioned binder, for example, by drying the slurry composition of the present invention on a substrate, a functional layer having excellent heat shrinkage resistance and electrolyte affinity can be obtained. Obtainable. In addition, the functional layer is also excellent in adhesiveness.
  • the secondary battery provided with the functional layer is excellent in the electrolyte injection property.
  • the density of the secondary battery provided with the functional layer is increased for the purpose of increasing the capacity of the secondary battery, it is possible to secure a sufficiently high electrolyte injection property of the secondary battery. can.
  • the binder As the binder, the above-mentioned binder of the present invention containing at least a particulate polymer is used.
  • the amount of the binder blended in the slurry composition is not particularly limited.
  • the blending amount of the binder in the slurry composition is 0.5 in terms of solid content with respect to 100 parts by mass of the functional particles. It is preferably 1 part by mass or more, more preferably 1.0 part by mass or more, preferably 6.0 parts by mass or less, and more preferably 3.0 parts by mass or less.
  • the blending amount of the binder in the slurry composition is at least the above lower limit, the adhesiveness of the functional layer can be further improved.
  • the air permeability of the functional layer is increased, so that the affinity of the functional layer for the electrolytic solution can be further improved.
  • non-conductive particles can be used as the functional particles for causing the functional layer to exert the desired function.
  • the slurry composition of the present invention since the functional layer formed by using the slurry composition of the present invention has excellent heat shrinkage, the slurry composition of the present invention containing non-conductive particles as functional particles has the heat resistance of the battery member. It can be suitably used for the purpose of forming a porous film layer that improves the strength and strength.
  • Non-conductive particles Specifically, the non-conductive particles that can be used in the porous film layer of the secondary battery are not particularly limited, and both inorganic fine particles and organic fine particles can be used, but inorganic fine particles are usually used. .. Among them, as the material of the non-conductive particles, a material that exists stably in the usage environment of the secondary battery and is electrochemically stable is preferable. From this point of view, preferred examples of materials for non-conductive particles include aluminum oxide (alumina), hydrated aluminum oxide (bemite), silicon oxide, magnesium oxide (magnesia), calcium oxide, and titanium oxide (titania).
  • alumina-silica composite oxide and other oxide particles aluminum nitride, boron nitride and other nitride particles; silicon, diamond and other covalently bonded crystal particles; barium sulfate, calcium fluoride, barium fluoride Such as sparingly soluble ion crystal particles; clay fine particles such as talc and montmorillonite; and the like. Further, these particles may be subjected to element substitution, surface treatment, solid solution formation or the like, if necessary.
  • non-conductive particles As the material for the non-conductive particles, alumina, boehmite, and barium sulfate are preferably used from the viewpoint of suppressing aggregation and enhancing the dispersibility of the slurry composition for the functional layer.
  • the above-mentioned non-conductive particles may be used alone or in combination of two or more.
  • the volume average particle diameter of the non-conductive particles is preferably 0.1 ⁇ m or more, more preferably 0.3 ⁇ m or more, further preferably 0.6 ⁇ m or more, and 1.5 ⁇ m or less. Is preferable, and 1.0 ⁇ m or less is more preferable.
  • the volume average particle diameter of the non-conductive particles is at least the above lower limit, the air permeability of the functional layer is increased, so that the affinity of the functional layer for the electrolytic solution can be further improved.
  • the volume average particle diameter of the non-conductive particles is not more than the above upper limit, the adhesiveness of the functional layer can be further improved.
  • the slurry composition may further contain other components in addition to the above-mentioned components.
  • the other components are not particularly limited as long as they do not have an unreasonably unfavorable effect on the battery reaction in the secondary battery provided with the functional layer.
  • the types of other components may be one type or two or more types. Examples of other components include surfactants, wetting agents, leveling agents, dispersants, electrolytic solution decomposition inhibitors, water-soluble polymers and the like.
  • the term "water-soluble" means that the insoluble content is less than 1% by mass when 0.5 g of the polymer is dissolved in 100 g of water at a temperature of 25 ° C.
  • the water-soluble polymer is not particularly limited, but from the viewpoint of further improving the heat shrinkage of the functional layer, it is preferable to use carboxymethyl cellulose and polyacrylamide, and it is more preferable to use carboxymethyl cellulose.
  • the blending amount of the water-soluble polymer in the slurry composition is not particularly limited.
  • the blending amount of the water-soluble polymer in the slurry composition is, in terms of solid content, with respect to 100 parts by mass of the functional particles. It is preferably 0.2 parts by mass or more, more preferably 0.4 parts by mass or more, preferably 3 parts by mass or less, more preferably 2 parts by mass or less, and 1.5 parts by mass. More preferably, it is less than or equal to a part.
  • the blending amount of the water-soluble polymer in the slurry composition is at least the above lower limit, the heat-resistant shrinkage of the functional layer can be further improved.
  • the coating stability when the slurry composition is coated on the substrate to form the functional layer is sufficiently high. can do.
  • a dispersant is not particularly limited, and for example, sodium polyacrylate or the like can be used.
  • the dispersant is a component different from the above-mentioned water-soluble polymer.
  • the blending amount of the dispersant in the slurry composition is not particularly limited.
  • the blending amount of the dispersant in the slurry composition is 0. It is preferably 1 part by mass or more, more preferably 0.2 part by mass or more, further preferably 0.5 part by mass or more, preferably 2 parts by mass or less, and 1 part by mass or less. Is more preferable.
  • the stability of the slurry composition can be further improved.
  • the blending amount of the dispersant in the slurry composition is not more than the above upper limit, the water content of the functional layer formed by coating the slurry composition on the substrate can be suppressed to a low level.
  • a surfactant is not particularly limited, and for example, a polyethylene glycol type surfactant can be used.
  • the surfactant is a component different from the above-mentioned water-soluble polymer and dispersant.
  • the blending amount of the surfactant in the slurry composition is not particularly limited. For example, when the slurry composition contains functional particles such as non-conductive particles described later, the blending amount of the surfactant in the slurry composition is 0 in terms of solid content with respect to 100 parts by mass of the functional particles.
  • the blending amount of the surfactant in the slurry composition is at least the above lower limit, sufficient coatability of the slurry composition to the substrate can be ensured.
  • the blending amount of the surfactant in the slurry composition is not more than the above upper limit, the adhesiveness of the functional layer can be sufficiently high.
  • the lower limit of the blending amount of the surfactant in the slurry composition is not particularly limited, but is usually 0.1 part by mass or more.
  • the method for preparing the slurry composition is not particularly limited.
  • a binder, non-conductive particles, and other components used as necessary are mixed in the presence of a solvent to form a slurry composition.
  • a binder which is a dispersion liquid of a particulate polymer can be used as it is or diluted with a solvent and used as a slurry composition.
  • other components used can be mixed in the presence of a solvent to prepare a slurry composition.
  • the solvent used in the preparation of the slurry composition the solvent described above (for example, water or the like) in the section of "Binder for secondary battery functional layer" can be used.
  • the solvent used in the preparation of the slurry composition includes those contained in the binder.
  • the mixing method is not particularly limited, but mixing is performed using a stirrer or a disperser that can be usually used.
  • the functional layer of the present invention is a layer that bears a function such as reinforcement or adhesion in a secondary battery, and examples of the functional layer include a porous film layer that improves heat resistance and strength, and an adhesive layer that improves adhesiveness. And so on.
  • the functional layer of the present invention is formed from the above-mentioned slurry composition of the present invention. For example, the above-mentioned slurry composition is applied to the surface of an appropriate base material to form a coating film, and then the coating film is formed. It can be formed by drying the formed coating film.
  • the functional layer of the present invention comprises a dried product of the above-mentioned slurry composition, and usually contains at least a particulate polymer, and optionally further contains functional particles and other components. Since each component contained in the functional layer was contained in the above slurry composition, a suitable abundance ratio of each component is a suitable presence of each component in the slurry composition. Same as ratio.
  • the functional layer of the present invention is formed from the slurry composition of the present invention containing the binder of the present invention, it has excellent heat shrinkage and electrolyte affinity. Further, the functional layer of the present invention is also excellent in adhesiveness. Since the functional layer of the present invention has excellent affinity for the electrolytic solution as described above, the secondary battery provided with the functional layer has excellent liquid injection property. In particular, even when the density of the secondary battery provided with the functional layer is increased for the purpose of increasing the capacity of the secondary battery, it is possible to secure a sufficiently high electrolyte injection property of the secondary battery. can.
  • ⁇ Base material> there is no limitation on the base material to which the slurry composition is applied.
  • a coating film of the slurry composition is formed on the surface of the release base material, and the coating film is dried to form a functional layer.
  • the release base material may be peeled off from the mold.
  • the functional layer peeled off from the release substrate can be used as a self-supporting film for forming the battery member of the secondary battery.
  • the slurry composition on the separator base material or the electrode base material.
  • the surface of the base material is subjected to surface treatment such as corona treatment and plasma treatment to make it hydrophilic. It may have been done.
  • the separator base material is not particularly limited, and examples thereof include known separator base materials such as an organic separator base material.
  • the organic separator base material is a porous member made of an organic material, and examples of the organic separator base material include a polyolefin resin such as polyethylene and polypropylene, a microporous film containing an aromatic polyamide resin, and a non-woven fabric. A fine porous film made of polyethylene or a non-woven fabric is preferable because of its excellent strength.
  • the electrode base material (positive electrode base material and negative electrode base material) is not particularly limited, and examples thereof include an electrode base material in which an electrode mixture layer containing electrode active material particles and a binder is formed on a current collector. ..
  • a material having electrical conductivity and having electrochemical durability is used.
  • the 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. Of these, copper foil is particularly preferable as the current collector used for the negative electrode. Further, as the current collector used for the positive electrode, aluminum foil is particularly preferable.
  • the electrode active material particles contained in the electrode mixture layer in the electrode base material are not particularly limited, and known electrode active material particles can be used. Further, as the binder contained in the electrode mixture layer of the electrode base material, any binder used for the electrode mixture layer can be used.
  • Examples of the method for forming the functional layer on the substrate such as the separator substrate and the electrode substrate described above include the following methods. 1) A method in which the slurry composition of the present invention is applied to the surface of a base material (in the case of an electrode base material, the surface on the electrode mixture layer side, the same applies hereinafter), and then dried; 2) A method of immersing a substrate in the slurry composition of the present invention and then drying it; and 3) the slurry composition of the present invention is applied onto a release substrate and dried to produce a functional layer. A method of transferring the obtained functional layer to the surface of a substrate.
  • a base material in the case of an electrode base material, the surface on the electrode mixture layer side, the same applies hereinafter
  • the method 1) is particularly preferable because it is easy to control the layer thickness of the functional layer.
  • the method of 1) is a step of applying the slurry composition on the substrate (coating step) and a step of drying the slurry composition coated on the substrate to form a functional layer (drying). Step) is included.
  • the method of applying the slurry composition onto the substrate in the coating step is not particularly limited, and for example, a doctor blade method, a reverse roll method, a direct roll method, a gravure method, an extrusion method, a brush coating method, etc. Method can be mentioned.
  • 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 drying with warm air, hot air, and low humidity air, vacuum drying, and drying with irradiation with infrared rays or an electron beam.
  • the drying conditions are not particularly limited, but the drying temperature is preferably 40 ° C. to 150 ° C., and the drying time is preferably 2 minutes to 30 minutes.
  • the thickness of the functional layer to be formed is preferably 0.5 ⁇ m or more, more preferably 1 ⁇ m or more, more preferably 4 ⁇ m or less, and even more preferably 3 ⁇ m or less.
  • the thickness of the functional layer is at least the above lower limit, the heat-resistant shrinkage of the functional layer can be sufficiently ensured.
  • the thickness of the functional layer is not more than the above upper limit, the capacity of the secondary battery can be easily increased by thinning the functional layer.
  • the battery member (separator and electrode) provided with the functional layer of the present invention may include the above-mentioned functional layer of the present invention and components other than the base material as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Examples of such a component include, without particular limitation, a porous membrane layer, an adhesive layer, and the like, which do not fall under the functional layer of the present invention.
  • the battery member may include a plurality of types of functional layers of the present invention.
  • the separator includes a porous film layer formed from the slurry composition for a porous film layer of the present invention on a separator base material, and is formed on the porous film layer from the slurry composition for an adhesive layer of the present invention. It may be provided with an adhesive layer.
  • the battery member provided with the functional layer of the present invention has excellent heat shrinkage and electrolyte affinity, and can be well adhered to an adjacent battery member.
  • the secondary battery of the present invention comprises the above-mentioned functional layer of the present invention. More specifically, the secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolytic solution, and the above-mentioned functional layer for the secondary battery is formed on at least one of the positive electrode, the negative electrode, and the separator which are battery members. included. Since the secondary battery of the present invention has the functional layer of the present invention having a high affinity for the electrolytic solution, it is excellent in the liquid injection property of the electrolytic solution. In particular, the secondary battery of the present invention can ensure sufficiently high electrolyte injection property even when the density is increased for the purpose of increasing the capacity or the like. Further, since the secondary battery of the present invention is provided with the functional layer of the present invention having high adhesiveness, the battery members are well adhered to each other, so that the battery characteristics such as cycle characteristics are excellent.
  • At least one of the positive electrode, the negative electrode, and the separator used in the secondary battery of the present invention is a battery member provided with the above-mentioned functional layer of the present invention.
  • the positive electrode, negative electrode, and separator that do not have the functional layer of the present invention are not particularly limited, and known positive electrodes, negative electrodes, and separators can be used.
  • an organic electrolytic solution in which a supporting electrolyte is dissolved in an organic solvent is usually used.
  • a lithium salt is used in a lithium ion secondary battery.
  • the lithium salt include LiPF 6 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , LiClO 4 , CF 3 SO 3 Li, C 4 F 9 SO 3 Li, CF 3 COOLi, (CF 3 CO) 2 N Li. , (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, (C 2 F 5 SO 2 ) NLi and the like.
  • LiPF 6 , LiClO 4 , and CF 3 SO 3 Li are preferable because they are easily soluble in a solvent and show a high degree of dissociation.
  • One type of electrolyte may be used alone, or two or more types may be used in combination. Normally, the lithium ion conductivity tends to be higher as the supporting electrolyte having a higher degree of dissociation is used, so that the lithium ion conductivity can be adjusted depending on the type of the supporting electrolyte.
  • the organic solvent used in the electrolytic solution is not particularly limited as long as it can dissolve the supporting electrolyte.
  • Ethers; sulfur-containing compounds such as sulfolane and dimethylsulfoxide; and the like are preferably used.
  • a mixed solution of these solvents may be used.
  • carbonates are preferable because they have a high dielectric constant and a wide stable potential region.
  • the lower the viscosity of the solvent used the higher the lithium ion conductivity tends to be. Therefore, the lithium ion conductivity can be adjusted depending on the type of solvent.
  • the concentration of the electrolyte in the electrolytic solution can be appropriately adjusted.
  • a known additive may be added to the electrolytic solution.
  • a positive electrode and a negative electrode are overlapped with each other via a separator, and if necessary, they are wound or folded into a battery container, and an electrolytic solution is injected into the battery container. It can be manufactured by sealing it.
  • At least one member of the positive electrode, the negative electrode, and the separator is a battery member provided with the functional layer of the present invention.
  • an expanded metal, a fuse, an overcurrent preventing element such as a PTC element, a lead plate, or the like may 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, for example, a coin type, a button type, a sheet type, a cylindrical type, a square type, a flat type, or the like.
  • the present invention will be specifically described based on examples, but the present invention is not limited to these examples.
  • “%” and “part” representing quantities are based on mass unless otherwise specified.
  • the ratio of the repeating unit (monomer unit) formed by polymerizing a certain monomer to the polymer is not specified. As long as it is usually, it is the same as the ratio (preparation ratio) of the certain monomer to all the monomers used for the polymerization of the polymer.
  • volume average particle size of particulate polymer was measured by a laser diffraction method. Specifically, an aqueous dispersion containing the prepared particulate polymer (adjusted to a solid content concentration of 0.1% by mass) was used as a sample. Then, in the particle size distribution (volume basis) measured using a laser diffraction type particle size distribution measuring device (manufactured by Beckman Coulter, product name "LS-13 320”), the cumulative volume calculated from the small diameter side is 50. The particle diameter D50 to be% was defined as the volume average particle diameter.
  • ⁇ Glass transition temperature of particulate polymer> The prepared aqueous dispersion containing the particulate polymer was pre-dried for 3 days in an environment with a relative humidity of 50% and a temperature of 23 to 26 ° C. to form a pre-film to a thickness of 2 ⁇ 0.5 mm.
  • the preformed film was dried in a vacuum dryer at a temperature of 120 ° C. for 10 hours.
  • a differential scanning calorimeter (DSC7200 manufactured by SII) was used under the conditions of a measurement temperature of -100 ° C to 180 ° C and a temperature rise rate of 5 ° C / min in accordance with JIS K7121.
  • the glass transition temperature (° C.) was measured using.
  • the electrolytic solution a solution in which LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1 mol / L in a mixed solvent of ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate in a ratio of 3: 7 (mass ratio) was used.
  • ⁇ Affinity of electrolytic solution of functional layer The water dispersion containing the prepared particulate polymer was applied onto an aluminum foil having a thickness of 20 ⁇ m using a doctor blade film applicator, and dried at a temperature of 50 ° C. for 15 minutes to form a functional layer having a thickness of 20 ⁇ 2 ⁇ m. A film was formed on the aluminum foil.
  • the aluminum foil with a functional layer was dried in a vacuum dryer at a temperature of 60 ° C. for 10 hours. After that, the aluminum foil with a functional layer was cut into 100 mm squares, the electrolyte contact angle was measured at 10 points using a portable contact angle meter (PCA-11 manufactured by Kyowa Interface Science), and the average value was calculated as follows.
  • the electrolyte affinity of the functional layer was evaluated according to the criteria. The lower the value of the electrolytic solution contact angle, the higher the wettability of the functional layer with the electrolytic solution and the higher the affinity for the electrolytic solution.
  • the prepared lithium ion secondary battery was allowed to stand in an environment of 25 ° C. for 24 hours. After that, it is charged to 4.2V (cutoff condition: 0.02C) by a constant voltage constant current (CC-CV) method at a charging rate of 1C at 25 ° C., and a constant current (CC) is charged at a discharge rate of 1C.
  • the initial capacitance C0 was measured by performing a charge / discharge operation of discharging to 3.0 V by the method). Further, the same charge / discharge operation was repeated in an environment of 25 ° C., and the capacity C1 after 300 cycles was measured.
  • Capacity retention rate ⁇ C (C1 / C0) ⁇ 100 (%) was calculated and evaluated according to the following criteria. The higher the value of the capacity retention rate, the less the decrease in the discharge capacity is, and the better the cycle characteristics are.
  • Example 1 ⁇ Preparation of aqueous dispersion containing particulate polymer>
  • a reactor equipped with a stirrer 90 parts of ion-exchanged water, 0.05 part of sodium dodecylbenzene sulfonate ("Neoperex G-15" manufactured by Kao Chemical Co., Ltd.) as an emulsifier, and 0.23 part of ammonium persulfate were added.
  • the gas phase portion was replaced with nitrogen gas, and the temperature was raised to 70 ° C.
  • AA allyl methacrylate
  • AMA allyl methacrylate
  • This monomer composition was continuously added to the reactor over 4 hours to carry out polymerization. During the addition, the reaction was carried out at 70 ° C. After the addition was completed, the temperature was raised to 80 ° C. and the mixture was stirred for 3 hours to complete the reaction, and an aqueous dispersion (binder) containing a particulate polymer was produced.
  • AMA allyl methacrylate
  • the volume average particle diameter of the particulate polymer, the glass transition temperature, the gel content, the degree of swelling of the electrolytic solution, and the electrolytic solution of the functional layer Affinity was measured and evaluated. The results are shown in Table 1. Since the number of glass transition temperatures of the obtained particulate polymer was one, it was confirmed that the particulate polymer was a random copolymer having no core-shell structure.
  • ⁇ Preparation of slurry composition for functional layer> Alumina particles (AKP-3000 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., volume average particle diameter D50 0.7 ⁇ m) as non-conductive particles, sodium polyacrylate (Aron T-50 manufactured by Toa Synthetic Co., Ltd.) as a dispersant, and water-soluble polymers
  • sodium polyacrylate Aron T-50 manufactured by Toa Synthetic Co., Ltd.
  • Carboxymethyl cellulose manufactured by Daicel FineChem, product name 1220 having a degree of etherification of 0.8 to 1.0 was prepared as the above.
  • the viscosity of the 1% aqueous solution of carboxymethyl cellulose was 10 to 20 mPa ⁇ s.
  • a dispersant 100 parts of non-conductive particles, 0.5 part of a dispersant, and ion-exchanged water were mixed and treated with a bead mill (manufactured by Ashizawa Finetech, LMZ015) for 1 hour to obtain a dispersion liquid. Further, the amount is 3 parts (equivalent to solid content) of an aqueous dispersion containing a particulate polymer as a binder, and 1.5 parts (equivalent to solid content) of a 1% aqueous solution of carboxymethyl cellulose (CMC) as a water-soluble polymer. The amount and 0.3 part of a polyethylene glycol type surfactant (Noptex ED-052 manufactured by Sannopco) were mixed to prepare a slurry composition for a functional layer having a solid content concentration of 40% by mass.
  • a polyethylene glycol type surfactant Noptex ED-052 manufactured by Sannopco
  • a polyethylene separator base material manufactured by Asahi Kasei Corporation, trade name "ND412", thickness: 12 ⁇ m
  • the slurry composition for a functional layer prepared above is applied to the surface of the prepared separator base material, dried at a temperature of 50 ° C. for 3 minutes, and a separator having a functional layer (porous film) on one side (separator with a functional layer; The thickness of the functional layer: 3 ⁇ m) was obtained.
  • the adhesiveness of the functional layer was evaluated. The results are shown in Table 1.
  • the mixture was cooled to stop the polymerization reaction to obtain a mixture containing a particulate binder (styrene-butadiene copolymer) as a binder for the negative electrode.
  • a particulate binder styrene-butadiene copolymer
  • a planetary mixer contains 48.75 parts of artificial graphite (theoretical capacity: 360 mAh / g) as a negative electrode active material, 48.75 parts of natural graphite (theoretical capacity: 360 mAh / g), and carboxymethyl cellulose as a thickener. I put in one copy in considerable. Further, it was diluted with ion-exchanged water so that the solid content concentration became 60%, and then kneaded at a rotation speed of 45 rpm for 60 minutes. Then, 1.5 parts of the aqueous dispersion containing the binder for the negative electrode was added in an equivalent amount of solid content, and kneaded at a rotation speed of 40 rpm for 40 minutes.
  • a slurry composition for the negative electrode mixture layer was prepared.
  • the slurry composition for the negative electrode mixture layer was applied to the surface of a copper foil having a thickness of 15 ⁇ m, which is a current collector, with a comma coater so that the coating amount was 11 ⁇ 0.5 mg / cm 2 .
  • the copper foil coated with the slurry composition for the negative electrode mixture layer is conveyed at a speed of 400 mm / min in an oven at a temperature of 80 ° C.
  • the slurry composition on the copper foil was dried to obtain a negative electrode raw fabric having a negative electrode mixture layer formed on the current collector. Then, the negative electrode mixture layer side of the prepared negative electrode raw material was roll-pressed under the condition of a linear pressure of 11 t (ton) under an environment of a temperature of 25 ⁇ 3 ° C., and a negative electrode having a negative electrode mixture layer density of 1.60 g / cm 3 was used. Got Then, the negative electrode was left for one week in an environment of a temperature of 25 ⁇ 3 ° C. and a relative humidity of 50 ⁇ 5%.
  • black manufactured by Denki Kagaku Kogyo, trade name "HS-100
  • polyvinylidene fluoride manufactured by Kureha Chemical Co., Ltd., trade name "KF-1100
  • NMP N-Methyl-2-pyrrolidone
  • a positive electrode original fabric having a positive electrode mixture layer formed on it was obtained.
  • the positive electrode mixture layer side of the prepared positive electrode raw material was roll-pressed under the condition of a linear pressure of 14 t (ton) under an environment of a temperature of 25 ⁇ 3 ° C., and a positive electrode having a positive electrode mixture layer density of 3.40 g / cm 3 was used.
  • the positive electrode was left for one week in an environment of a temperature of 25 ⁇ 3 ° C. and a relative humidity of 50 ⁇ 5%.
  • the positive electrode after pressing obtained above was cut into a square of 4 cm ⁇ 4 cm, and the negative electrode after pressing was cut into 4.2 cm ⁇ 4.2 cm. Further, the separator with the functional layer obtained above was cut out into a size of 5 cm ⁇ 5 cm. Next, on the positive electrode mixture layer of the positive electrode after being cut out and pressed, the surface of the cut out separator with a functional layer on the functional layer side was arranged. Further, the battery member laminate (positive electrode / function) is arranged on the surface of the arranged separator with a functional layer that is not in contact with the positive electrode, with the surface of the negative electrode after being cut out facing the negative electrode mixture layer side. Layer / separator substrate / negative electrode) was obtained.
  • Examples 2 to 10, 13 to 16, 20, Comparative Examples 1 to 5 In the preparation of the aqueous dispersion containing the particulate polymer of Example 1, the single amount used so that the content ratio of various monomer units in the obtained particulate polymer is as shown in Tables 1 and 2.
  • Example 11 In the preparation of the aqueous dispersion containing the particulate polymer of Example 1, the amount of butyl acrylate (BA) used as the (meth) acrylic acid alkyl ester monomer was changed from 76.6 parts to 77.6 parts. As the carboxyl group-containing monomer, 2 parts of methacrylic acid (MAA) is used instead of 3 parts of acrylic acid (AA), and the amount of the emulsifier (sodium dodecylbenzenesulfonate) used in the reactor is 0.05.
  • BA butyl acrylate
  • MAA methacrylic acid
  • AA acrylic acid
  • the emulsifier sodium dodecylbenzenesulfonate
  • Example 2 Similar to Example 1, an aqueous dispersion containing a particulate polymer, a slurry composition for a functional layer, a separator with a functional layer, a negative electrode, a positive electrode, and two, except that the portion was changed from the part to 0.02 part.
  • the next battery was prepared and various measurements and evaluations were performed. The results are shown in Table 1.
  • Example 12 In the preparation of the aqueous dispersion containing the particulate polymer of Example 1, the amount of butyl acrylate (BA) used as the (meth) acrylic acid alkyl ester monomer was changed from 76.6 parts to 77.6 parts. As the carboxyl group-containing monomer, 2 parts of methacrylic acid (MAA) is used instead of 3 parts of acrylic acid (AA), and the amount of the emulsifier (sodium dodecylbenzenesulfonate) used in the reactor is 0.05.
  • BA butyl acrylate
  • MAA methacrylic acid
  • AA acrylic acid
  • the emulsifier sodium dodecylbenzenesulfonate
  • Example 2 Similar to Example 1, an aqueous dispersion containing a particulate polymer, a slurry composition for a functional layer, a separator with a functional layer, a negative electrode, a positive electrode, and two, except that the portion was changed from the part to 0.1 part. The next battery was prepared and various measurements and evaluations were performed. The results are shown in Table 1.
  • Example 19 In the preparation of the slurry composition for the functional layer of Example 1, anionic polyacrylamide (Polytron 117, manufactured by Arakawa Chemical Industry Co., Ltd.) was used instead of carboxymethyl cellulose (CMC) as the water-soluble polymer. In the same manner as in Example 1, an aqueous dispersion containing a particulate polymer, a slurry composition for a functional layer, a separator with a functional layer, a negative electrode, a positive electrode, and a secondary battery were prepared, and various measurements and evaluations were performed. rice field. The results are shown in Table 2.
  • BA indicates a butyl acrylate unit and represents “2EHA” indicates 2-ethylhexyl acrylate units
  • EA indicates an ethyl acrylate unit and represents "AN” indicates an acrylonitrile unit and represents “MAN” indicates a methacrylonitrile unit
  • AGE indicates an allyl glycidyl ether unit
  • GMA indicates a glycidyl methacrylate unit
  • AA indicates an acrylic acid unit and represents “MAA” indicates a methacrylic acid unit and represents "AMA” indicates an allyl methacrylate unit
  • NMA represents the N-methylolacrylamide unit
  • CMC indicates carboxymethyl cellulose
  • PEG type indicates that the surfactant is a polyethylene glycol type.
  • a binder for a secondary battery functional layer capable of forming a functional layer having excellent heat shrinkage resistance and affinity for an electrolytic solution.
  • a slurry composition for a secondary battery functional layer capable of forming a functional layer having excellent heat shrinkage resistance and affinity with an electrolytic solution.
  • a functional layer for a secondary battery having excellent heat shrinkage resistance and affinity for an electrolytic solution it is possible to provide a secondary battery provided with the functional layer.

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Abstract

本発明は、耐熱収縮性および電解液親和性に優れた機能層を形成可能な二次電池機能層用バインダーを提供することを目的とする。本発明の二次電池機能層用バインダーは、粒子状重合体を含む二次電池機能層用バインダーであって、前記粒子状重合体が、シアノ基含有単量体単位と、環状エーテル含有単量体単位と、カルボキシル基含有単量体単位とを含み、前記粒子状重合体中の環状エーテル含有単量体単位の含有割合が5質量%以上であることを特徴とする。

Description

二次電池機能層用バインダー、二次電池機能層用スラリー組成物、二次電池用機能層、および二次電池
 本発明は、二次電池機能層用バインダー、二次電池機能層用スラリー組成物、二次電池用機能層、および二次電池に関するものである。
 リチウムイオン二次電池などの二次電池は、小型で軽量、且つエネルギー密度が高く、更に繰り返し充放電が可能という特性があり、幅広い用途に使用されている。そして、二次電池は、一般に、電極(正極および負極)、並びに、正極と負極とを隔離して正極と負極との間の短絡を防ぐセパレータなどの電池部材を備えている。
 ここで、二次電池の電池部材としては、結着材を含み、任意に、電池部材に所望の機能を発揮させるために配合されている粒子(以下、「機能性粒子」という。)を含んでなる機能層を備える部材が使用されている。
 具体的に、二次電池のセパレータとしては、セパレータ基材の上に、結着材を含む接着層や、結着材と機能性粒子としての非導電性粒子とを含む多孔膜層を備えるセパレータが使用されている。また、二次電池の電極としては、集電体上に電極合材層を設けてなる電極基材の上に、上述の接着層や多孔膜層を備える電極が使用されている。
 そして、二次電池の更なる性能向上を達成すべく、結着材の改良が従来から試みられている。例えば、特許文献1では、(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位、芳香族モノビニル単量体単位、エポキシ/N-メチロール系架橋性単量体単位、および多価エチレン性不飽和系架橋性単量体単位をそれぞれ所定の割合で含有し、非水系電解液に対する膨潤度が所定の範囲内である粒子状重合体を含む非水系二次電池機能層用バインダーが開示されている。そして、特許文献1によれば、このバインダーを使用することにより、電解液浸漬前後の双方における接着性に優れる機能層を形成可能であり、さらに、かかる機能層を備える非水系二次電池の寿命特性を高めることも可能である。
特許第6515574号公報
 ここで、二次電池を高容量化する目的で、電池部材を薄膜化することが求められている。しかしながら、上記従来技術のバインダーを用いて形成された機能層を薄膜化した場合、機能層の耐熱収縮性に改善の余地があった。
 また、二次電池の高容量化する目的で、二次電池を高密度化することも求められている。しかしながら、二次電池を高密度化すると、二次電池を製造する際の電解液の注液速度、即ち、二次電池の電解液注液性が低下する場合がある。ここで、二次電池を高密度化しつつ電解液注液性を十分に高く確保するためには、二次電池が備える機能層の電解液に対する親和性(以下、「電解液親和性」と称することがある。)を高めることが求められる。しかしながら、上記従来技術のバインダーを用いて形成された機能層は、電解液親和性に改善の余地があった。
 そこで、本発明は、耐熱収縮性および電解液親和性に優れた機能層を形成可能な二次電池機能層用バインダーを提供することを目的とする。
 また、本発明は、耐熱収縮性および電解液親和性に優れた機能層を形成可能な二次電池機能層用スラリー組成物を提供することを目的とする。
 そして、本発明は、耐熱収縮性および電解液親和性に優れた二次電池用機能層を提供することを目的とする。
 更に、本発明は、当該機能層を備える二次電池を提供することを目的とする。
 本発明者らは、上記課題を解決することを目的として鋭意検討を行った。そして、本発明者らは、所定の粒子状重合体を含むバインダーを用いることで、機能層の耐熱収縮性および電解液親和性を高めることができることを新たに見出し、本発明を完成させた。
 即ち、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の二次電池機能層用バインダーは、粒子状重合体を含む二次電池機能層用バインダーであって、前記粒子状重合体が、シアノ基含有単量体単位と、環状エーテル含有単量体単位と、カルボキシル基含有単量体単位とを含み、前記粒子状重合体中の環状エーテル含有単量体単位の含有割合が5質量%以上であることを特徴とする。上述した所定の組成を有する粒子状重合体を含むバインダーを用いれば、耐熱収縮性および電解液親和性に優れる機能層を形成することができる。
 なお、本発明において、「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繰り返し単位が含まれている」ことを意味する。また、本発明において、重合体に含まれる各単量体単位(各繰り返し単位)の「含有割合(質量%)」は、1H-NMRや13C-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。
 ここで、本発明の二次電池機能層用バインダーは、前記粒子状重合体中の環状エーテル含有単量体単位の含有割合が40質量%以下であることが好ましい。粒子状重合体中の環状エーテル含有単量体単位の含有割合が上記所定値以下であれば、機能層の耐熱収縮性および電解液親和性を更に向上させると共に、機能層の接着性を高めることができる。
 また、本発明の二次電池機能層用バインダーは、前記粒子状重合体がガラス転移温度を1つ有することが好ましい。粒子状重合体が有するガラス転移温度の個数が1つであれば、機能層の接着性を高めることができる。
 さらに、本発明の二次電池機能層用バインダーは、前記粒子状重合体のガラス転移温度が20℃以下であることが好ましい。粒子状重合体のガラス転移温度が上記所定値以下であれば、機能層の接着性を高めることができる。
 なお、本発明において、粒子状重合体の「ガラス転移温度」は、本明細書の実施例に記載の方法を用いて測定することができる。
 また、本発明の二次電池機能層用バインダーは、前記粒子状重合体中のシアノ基含有単量体単位の含有割合が2質量%以上30質量%以下であることが好ましい。粒子状重合体中のシアノ基含有単量体単位の含有割合が上記所定の範囲内であれば、機能層の電解液親和性を更に向上させると共に、機能層の接着性を高めることができる。また、粒子状重合体中のシアノ基含有単量体単位の含有割合が上記所定の範囲内であれば、機能層を備える二次電池の内部抵抗を低減することができる。
 さらに、本発明の二次電池機能層用バインダーは、前記粒子状重合体中のカルボキシル基含有単量体単位の含有割合が0.1質量%以上10質量%以下であることが好ましい。粒子状重合体中のカルボキシル基含有単量体単位の含有割合が上記所定の範囲内であれば、機能層の電解液親和性を更に向上させると共に、機能層の接着性を高めることができる。
 また、本発明の二次電池機能層用バインダーは、前記粒子状重合体が(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位を更に含み、前記粒子状重合体中の(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位の含有割合が40質量%以上92質量%以下であることが好ましい。粒子状重合体中の(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位の含有割合が上記所定の範囲内であれば、機能層の耐熱収縮性および電解液親和性を更に向上させると共に、機能層の接着性および当該機能層を備える二次電池のサイクル特性を高めることができる。
 さらに、本発明の二次電池機能層用バインダーは、前記粒子状重合体のゲル含有量が85質量%以上であることが好ましい。粒子状重合体のゲル含有量が上記所定値以上であれば、機能層を備える二次電池のサイクル特性を高めることができる。
 なお、本発明において、「粒子状重合体のゲル含有量」は、本明細書の実施例に記載の方法を用いて測定することができる。
 また、本発明の二次電池機能層用バインダーは、前記粒子状重合体の体積平均粒子径が0.05μm以上0.25μm以下であることが好ましい。粒子状重合体の体積平均粒子径が上記所定の範囲内であれば、機能層の接着性および電解液親和性を更に向上させることができる。
 なお、本発明において、「体積平均粒子径」は、レーザー回折法で測定された粒度分布(体積基準)において小径側から計算した累積体積が50%となる粒子径を表す。
 また、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の二次電池機能層用スラリー組成物は、上述したいずれかのバインダーを含むことを特徴とする。上述したバインダーのいずれかを含むスラリー組成物を用いれば、耐熱収縮性および電解液親和性に優れた機能層を形成することができる。
 ここで、本発明の二次電池機能層用スラリー組成物は、機能性粒子を更に含むことができる。
 例えば、本発明の二次電池機能層用スラリー組成物は、前記機能性粒子が非導電性粒子を含んでいてもよい。機能性粒子として非導電性粒子を含む本発明の二次電池機能層用スラリー組成物は、多孔膜層の形成に好適に用いることができる。
 さらに、本発明の二次電池機能層用スラリー組成物は、前記非導電性粒子の体積平均粒子径が1.5μm以下であることが好ましい。非導電性粒子の体積平均粒子径が上記所定値以下であれば、形成される機能層としての多孔膜層の接着性を高めることができる。
 また、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の二次電池用機能層は、上述した二次電池機能層用スラリー組成物を用いて形成されることを特徴とする。上述したスラリー組成物から形成される機能層は、耐熱収縮性および電解液親和性に優れている。
 また、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の二次電池は、上述した二次電池用機能層を備えることを特徴とする。上述した機能層を備える二次電池は、電解液注液性に優れている。
 なお、本明細書では、結着材と、無機粒子等の非導電性粒子とを含む機能層を「多孔膜層」または「耐熱層」と称し、結着材を含み、無機粒子等の非導電性粒子を含まない機能層を「接着層」と称する。なお、上記における「結着材」には、例えば、本発明の二次電池機能層用バインダーが含まれることが好ましい。そして、一般的に、多孔膜層(耐熱層)は耐熱性や強度を向上させる機能を担い、接着層は接着性を向上させる機能を担う。ただし、多孔膜層(耐熱層)が、耐熱性や強度を向上させる機能に加えて、接着性を向上させる機能を兼ね備えていてもよく、このような多孔膜層(耐熱層)は、「耐熱接着層」と称することがある。
 本発明によれば、耐熱収縮性および電解液親和性に優れた機能層を形成可能な二次電池機能層用バインダーを提供することができる。
 また、本発明によれば、耐熱収縮性および電解液親和性に優れた機能層を形成可能な二次電池機能層用スラリー組成物を提供することができる。
 そして、本発明によれば、耐熱収縮性および電解液親和性に優れた二次電池用機能層を提供することができる。
 さらに、本発明によれば、当該機能層を備える二次電池を提供することができる。
 以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
 ここで、本発明の二次電池機能層用バインダー(以下、単に「バインダー」と称することがある。)は、二次電池内において、補強または接着などの機能を担う、任意の機能層(例えば、多孔膜層、および接着層)の製造用途に用いられるものである。例えば、本発明の二次電池機能層用バインダーは、本発明の二次電池機能層用スラリー組成物(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、本発明の二次電池機能層用スラリー組成物は、上述した機能層の形成に用いることができる。さらに、本発明の二次電池用機能層は、本発明の二次電池機能層用スラリー組成物から形成される。そして、本発明の二次電池は、本発明の二次電池用機能層を備える。例えば、本発明の二次電池は、電池部材として、正極、負極、およびセパレータを備え、上述した電池部材の少なくとも1つが、本発明の二次電池用機能層を備えている。即ち、本発明の二次電池は、本発明の機能層を有する電池部材を備えている。
(二次電池機能層用バインダー)
 本発明のバインダーは、所定の粒子状重合体を含む。なお、本発明のバインダーは、通常、上記粒子状重合体が、溶媒中に分散してなる組成物である。また、本発明のバインダーは、粒子状重合体および溶媒以外の成分(以下、「その他の成分」と称する。)を更に含有していてもよい。
<粒子状重合体>
 粒子状重合体は、結着材として機能する成分であり、バインダーを含むスラリー組成物を使用して形成した機能層に接着性を付与すると共に、機能層中に含まれている成分(例えば、非導電性粒子などの機能性粒子)が、当該機能層から脱離しないように保持する。
 ここで、上記粒子状重合体は、シアノ基含有単量体単位と、環状エーテル含有単量体単位と、カルボキシル基含有単量体単位とを含む。そして、上記粒子状重合体中の環状エーテル含有単量体単位の含有割合は、所定値以上である。なお、上記粒子状重合体は、任意で、シアノ基含有単量体単位、環状エーテル含有単量体単位、およびカルボキシル基含有単量体単位以外の単量体単位(以下、「その他の単量体単位」と称する。)を更に含んでいてもよい。
 そして、本発明のバインダーは、上述した組成を有する粒子状重合体を含んでいるため、本発明のバインダーを用いて形成された機能層は、優れた耐熱収縮性および電解液親和性を発揮することができる。また、本発明のバインダーを用いて形成された機能層は接着性にも優れている。
 このように、本発明のバインダーにより機能層の耐熱収縮性、電解液親和性および接着性を向上させることができる理由は定かではないが、以下の通りであると推察される。
 まず、本発明のバインダー中の粒子状重合体は、カルボキシル基含有単量体単位を含むことから、粒子安定性に優れると共に、粒子表面の親水性が高いため、機能層の電解液親和性および接着性が向上すると推察される。
 また、本発明のバインダー中の粒子状重合体は、シアノ基含有単量体単位を含むことから、粒子内部が疎水化し、上述したカルボキシル基含有単量体単位のカルボキシル基等が相対的に粒子表面に偏在して、表面酸量が増大するため、機能層の電解液親和性および接着性が向上すると考えられる。
 さらに、本発明のバインダー中の粒子状重合体は、環状エーテル含有単量体単位を所定値以上の含有割合で含むことから、粒子表面に環状エーテル構造を有している。そして、粒子状重合体が有する環状エーテル構造が、セパレータ基材の表面(例えば表面処理により親水化された表面)や、機能層中に含まれる水溶性高分子等の他の成分と相互作用すると推察される。この相互作用により、機能層の層構造の安定化するため、機能層の耐熱収縮性および電解液親和性が向上すると考えられる。また、この相互作用により、機能層の接着性も向上すると推察される。
<シアノ基含有単量体単位>
 シアノ基含有単量体単位を形成し得るシアノ基含有単量体としては、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等の(メタ)アクリロニトリル;α-クロロアクリロニトリル、α-ブロモアクリロニトリル等のα-ハロゲノアクリロニトリル;2-シアノエチルアクリレート、2-シアノエチルメタクリレート等の2-シアノエチル(メタ)アクリレート;2-シアノエチルアクリルアミド;などを用いることができる。そして、機能層の接着性を更に向上させる観点から、(メタ)アクリロニトリルを用いることが好ましく、アクリロニトリルを用いることがより好ましい。なお、これらは1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 なお、本発明において、「(メタ)アクリロニトリル」とは、アクリロニトリルおよび/またはメタクリロニトリルを意味し、「(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。
 そして、粒子状重合体中に含まれる全繰り返し単位(全単量体単位)を100質量%とした場合、シアノ基単量体単位の含有割合は、2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、10質量%以上であることが更に好ましく、30質量%以下であることが好ましく、25質量%以下であることがより好ましく、20質量%以下であることが更に好ましい。粒子状重合体中のシアノ基含有単量体単位の含有割合が上記下限以上であれば、機能層の電解液親和性および接着性を更に向上させることができる。一方、粒子状重合体中のシアノ基含有単量体単位の含有割合が上記上限以下であれば、機能層の電解液親和性および接着性を更に向上させると共に、機能層を備える二次電池の内部抵抗を低減することができる。
<環状エーテル含有単量体単位>
 環状エーテル含有単量体単位を形成し得る環状エーテル含有単量体は、環状エーテル構造を含有する単量体であれば、特に限定されず、例えば、エポキシ基(エポキシ環)を含有する単量体(エポキシ基含有単量体単位)、オキセタニル基(オキセタン環)を含有する単量体(オキセタニル基含有単量体単位)等が挙げられる。中でも、機能層の耐熱収縮性、電解液親和性および接着性を更に向上させる観点から、エポキシ基含有単量体を用いることが好ましい。
 エポキシ基含有単量体としては、例えば、アリルグリシジルエーテル、グリシジル(メタ)アクリレート、3,4-エポキシシクロヘキシルメチルメタアクリレート、4-ヒドロキシブチルアクリレートグリシジルエーテル等が挙げられる。
 そして、粒子状重合体中に含まれる全繰り返し単位(全単量体単位)を100質量%とした場合、環状エーテル含有単量体単位の含有割合は、5質量%以上であることが必要であり、10質量%以上であることが好ましく、40質量%以下であることが好ましく、30質量%以下であることがより好ましい。粒子状重合体中の環状エーテル含有単量体単位の含有割合が上記下限以上であれば、バインダーを用いて形成される機能層に優れた耐熱収縮性、電解液親和性および接着性を発揮させることができる。また、粒子状重合体中の環状エーテル含有単量体単位の含有割合が上記下限以上であれば、粒子状重合体のゲル含有量が高まるため、機能層を備える二次電池のサイクル特性を向上させることができる。一方、粒子状重合体中の環状エーテル含有単量体単位の含有割合が上記上限以下であれば、機能層の耐熱収縮性、電解液親和性および接着性を更に向上させることができる。
<カルボキシル基含有単量体単位>
 カルボキシル基含有単量体単位を形成し得るカルボキシル含有単量体としては、例えば、モノカルボン酸およびその誘導体や、ジカルボン酸およびその酸無水物並びにそれらの誘導体などが挙げられる。
 モノカルボン酸としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸などが挙げられる。
 モノカルボン酸誘導体としては、2-エチルアクリル酸、イソクロトン酸、α-アセトキシアクリル酸、β-trans-アリールオキシアクリル酸、α-クロロ-β-E-メトキシアクリル酸などが挙げられる。
 ジカルボン酸としては、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸などが挙げられる。
 ジカルボン酸誘導体としては、メチルマレイン酸、ジメチルマレイン酸、フェニルマレイン酸、クロロマレイン酸、ジクロロマレイン酸、フルオロマレイン酸や、マレイン酸ノニル、マレイン酸デシル、マレイン酸ドデシル、マレイン酸オクタデシル、マレイン酸フルオロアルキルなどのマレイン酸モノエステルが挙げられる。
 ジカルボン酸の酸無水物としては、無水マレイン酸、アクリル酸無水物、メチル無水マレイン酸、ジメチル無水マレイン酸などが挙げられる。
 また、カルボキシル基含有単量体としては、加水分解によりカルボキシル基を生成する酸無水物も使用できる。
 これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。そして、これらの中でも、機能層の電解液親和性および接着性を更に向上させる観点から、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸を用いることが好ましく、アクリル酸およびメタクリル酸を用いることがより好ましい。
 そして、粒子状重合体中に含まれる全繰り返し単位(全単量体単位)を100質量%とした場合、カルボキシル基含有単量体単位の含有割合は、0.1質量%以上であることが好ましく、1質量%以上であることがより好ましく、2質量%以上であることが更に好ましく、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。粒子状重合体中のカルボキシル基含有単量体単位の含有割合が上記下限以上であれば、機能層の電解液親和性および接着性を更に向上させることができる。一方、粒子状重合体中のカルボキシル基含有単量体単位の含有割合が上記上限以下であれば、機能層の接着性を更に向上させることができる。
<その他の単量体単位>
 粒子状重合体は、上述したシアノ基含有単量体単位、環状エーテル含有単量体単位、およびカルボキシル基含有単量体単位以外のその他の単量体単位を含んでいてもよい。その単量体単位としては、特に限定されないが、好ましくは、(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位、および架橋性単量体単位が挙げられる。粒子状重合体が(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位を更に含めば、機能層の接着性を更に向上させることができる。また、粒子状重合体が架橋性単量体単位を更に含めば、機能層の耐熱収縮性を更に向上させることができる。
 なお、上述した通り、(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位、および架橋性単量体単位は、シアノ基含有単量体単位、環状エーテル含有単量体単位、およびカルボキシル基含有単量体単位以外の単量体単位である。したがって、(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位を形成し得る(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体および架橋性単量体単位を形成し得る架橋性単量体には、上述した上述したシアノ基含有単量体、環状エーテル含有単量体、およびカルボキシル基含有単量体は含まれない。
 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。
<<(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位>>
 (メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位を形成し得る(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体としては、メチルアクリレート、エチルアクリレート、n-プロピルアクリレート、イソプロピルアクリレート、n-ブチルアクリレート、t-ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、n-ペンチルアクリレート、イソペンチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、ヘプチルアクリレート、オクチルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、ノニルアクリレート、デシルアクリレート、ラウリルアクリレート、n-テトラデシルアクリレート、ステアリルアクリレートなどのアクリル酸アルキルエステル;メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n-プロピルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、n-ブチルメタクリレート、t-ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、n-ペンチルメタクリレート、イソペンチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、ヘプチルメタクリレート、オクチルメタクリレート、2-エチルヘキシルメタクリレート、ノニルメタクリレート、デシルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、n-テトラデシルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、グリシジルメタクリレートなどのメタクリル酸アルキルエステル;などが挙げられる。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。そして、これらの中でも、機能層の接着性を一層向上させると共に、耐熱収縮性を更に向上させる観点から、2-エチルヘキシルアクリレートおよびブチルアクリレートを用いることが好ましく、ブチルアクリレートを用いることがより好ましい。
 粒子状重合体中に含まれる全繰り返し単位(全単量体単位)を100質量%とした場合、(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位の含有割合は、40質量%以上であることが好ましく、50質量%以上であることがより好ましく、92質量%以下であることが好ましく、80質量%以下であることがより好ましい。粒子状重合体中の(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位の含有割合が上記下限以上であれば、機能層の接着性を一層向上させることができる。一方、粒子状重合体中の(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位の含有割合が上記上限以下であれば、機能層の耐熱収縮性を更に向上させると共に、機能層を備える二次電池のサイクル特性を向上させることができる。
<<架橋性単量体単位>>
 架橋性単量体単位を形成し得る架橋性単量体は、加熱またはエネルギー線の照射により、重合中または重合後に架橋構造を形成し得る単量体である。
 架橋性単量体としては、例えば、当該単量体に2個以上の重合反応性基を有する多官能単量体が挙げられる。このような多官能単量体としては、例えば、ジビニルベンゼン、1,3-ブタジエン、イソプレン、アリルメタクリレート等のジビニル単量体;エチレンジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート(EDMA)、ジエチレングリコールジアクリレート、1,3-ブチレングリコールジアクリレート等のジ(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体;トリメチロールプロパントリメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート等のトリ(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体;N-メチロール(メタ)アクリルアミド等のN-メチロール基含有単量体;γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン;などが挙げられる。これらは、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。そして、これらの中でも、機能層の耐熱収縮性を更に向上させる観点から、ジビニルベンゼン、アリルメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、およびN-メチロールアクリルアミドを用いることが好ましく、アリルメタクリレート、およびN-メチロールアクリルアミドを用いることがより好ましい。
 粒子状重合体中に含まれる全繰り返し単位(全単量体単位)を100質量%とした場合、架橋性単量体単位の含有割合は、0.1質量%以上であることが好ましく、0.2質量%以上であることがより好ましく、0.4質量%以上であることが更に好ましく、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましく、2質量%以下であることが更に好ましい。粒子状重合体中の架橋性単量体単位の含有割合が上記下限以上であれば、機能層の耐熱収縮性を一層向上させることができる。一方、粒子状重合体中の架橋性単量体単位の含有割合が上記上限以下であれば、機能層の接着性を更に向上させることができる。
<粒子状重合体の性状>
 本発明のバインダーに含まれる粒子状重合体の構造は、特に限定されず、ブロック共重合体、グラフト共重合体およびランダム共重合体などのいずれであってもよいが、ランダム共重合体であることが好ましい。
 また、粒子状重合体は、コア部と、該コア部の外表面の少なくとも一部を覆うシェル部とを備えるコアシェル構造を有していてもよいが、コアシェル構造を有しないことが好ましい。
 したがって、粒子状重合体は、コアシェル構造を有しないランダム共重合体であることが特に好ましい。
<<粒子状重合体の構造およびガラス転移温度>>
 粒子状重合体がコアシェル構造を有しないランダム共重合体であることで、粒子状重合体を均質化でき、粒子状重合体の電解液に対する耐久性(耐電解液性)を高めることができ、また、スラリー組成物中での粒子状重合体の分散性も高めることができる。さらに、スラリー組成物の粘度を抑えることができるため、スラリー組成物を乾燥させて機能層を形成する際に機能層から水分を除去し易くなる。結果として、機能層の接着性を更に向上させることができる。
 そして、本発明において、粒子状重合体がコアシェル構造を有しないランダム共重合体であるか否かは、ガラス転移温度を測定することにより判断する。
 具体的には、共重合体である粒子状重合体が、ガラス転移温度を1つ有する場合は、その粒子状重合体は、(1)コアシェル構造を有しないこと、および、(2)ランダム共重合体であること、の双方を満たす(即ち、コアシェル構造を有しないランダム共重合体に該当する)。一方、粒子状重合体がガラス転移温度を2つ以上有する場合は、その粒子状重合体は、上記(1)および(2)の少なくとも一方を満たさない(即ち、「コアシェル構造を有しないランダム共重合体」に該当しない)。
 そして、粒子状重合体のガラス転移温度は、好ましくは20℃以下、より好ましくは10℃以下、更に好ましくは0℃以下である。粒子状重合体のガラス転移温度が上記上限以下であれば、機能層の接着性を更に向上させることができる。また、粒子状重合体のガラス転移温度の下限は特に限定されないが、通常-100℃以上である。
<<電解液膨潤度>>
 本発明において、粒子状重合体の「電解液膨潤度」は、粒子状重合体を成形してなるフィルム(バインダーフィルム)を特定の非水系電解液に所定条件で浸漬した場合の浸漬後の重量を浸漬前の重量で除した値(倍)として求めることができ、具体的には、本明細書の実施例に記載の方法を用いてバインダーフィルムを成形し、同実施例に記載の測定方法を用いて測定することができる。
 粒子状重合体の電解液膨潤度は、2倍以上であることが好ましく、3倍以上であることがより好ましく、8倍以下であることが好ましく、6倍以下であることがより好ましい。粒子状重合体の電解液膨潤度は、上記所定の範囲内であれば、二次電池の内部抵抗を低減することができる。
 粒子状重合体の電解液膨潤度は、使用する単量体の種類および量、並びに、重合反応の条件(例えば、重合温度、重合反応時間等)を変更することにより調整することができる。
<<体積平均粒子径>>
 粒子状重合体の体積平均粒子径は、好ましくは0.05μm以上、より好ましくは0.10μm以上、更に好ましくは0.14μm以上、好ましくは0.25μm以下、より好ましくは0.20μm以下である。粒子状重合体の体積平均粒子径が上記下限以上であれば、機能層の透気度が高まるため、機能層の電解液親和性を更に向上させることができる。一方、粒子状重合体の体積平均粒子径が上記上限以下であれば、機能層の接着性および電解液親和性を更に向上させることができる。
<<ゲル含有量>>
 粒子状重合体のゲル含有量が85質量%以上であることが好ましく、90質量%以上であることがより好ましい。粒子状重合体のゲル含有量が上記下限以上であれば、電解液中への溶出成分を低減することができ、機能層を備える二次電池のサイクル特性を向上させることができる。なお、粒子状重合体のゲル含有量の上限は、特に限定されないが、通常、99質量%以下である。
 なお、ゲル含有量は、重合温度、分子量調整剤などの添加剤の種類および量、反応停止時の転化率(モノマー消費量)等を変更することにより調整することができ、例えば、重合時に使用する分子量調整剤の量を少なくするとゲル含有量を高めることができ、重合時に使用する分子量調整剤の量を多くするとゲル含有量を低下させることができる。
<粒子状重合体の調製>
 粒子状重合体は、上述した単量体を含む単量体組成物を重合することにより調製される。
 ここで、単量体組成物中の各単量体の含有割合は、通常、所望の粒子状重合体における単量体単位の含有割合と同様にする。
 粒子状重合体の重合様式は、特に限定はされず、例えば、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を用いてもよい。重合反応としては、イオン重合、ラジカル重合、リビングラジカル重合などの付加重合を用いることができる。そして、重合に使用される乳化剤、分散剤、重合開始剤、重合助剤などは、一般に用いられるものを使用することができ、その使用量も、一般に使用される量とする。
 ここで、コアシェル構造を有しないランダム共重合体よりなる粒子状重合体を調製する場合には、単量体組成物中の単量体をある程度重合したオリゴマーの状態でなく、単量体の状態で重合を開始することで、ブロック共重合体およびグラフト共重合体の生成を抑制すればよい。
<溶媒>
 本発明のバインダーに含まれ得る溶媒としては、上述した粒子状重合体を分散可能な既知の溶媒を用いることができる。中でも、溶媒としては、水を用いることが好ましい。なお、バインダーに含まれ得る溶媒の少なくとも一部は、特に限定されることなく、粒子状重合体の調製に用いた重合溶媒とすることができる。
<非水系二次電池機能層用バインダーの調製>
 本発明のバインダーの調製方法は特に限定されないが、例えば、粒子状重合体の調製を水等の溶媒中で実施し、粒子状重合体が分散液として得られる場合には、粒子状重合体の分散液をそのままバインダーとしてもよいし、粒子状重合体の分散液に任意にその他の成分を加えてバインダーとしてもよい。ここでその他の成分としては、「二次電池機能層用スラリー組成物」の項で後述するその他の成分が挙げられる。
(二次電池機能層用スラリー組成物)
 本発明のスラリー組成物は、機能層の形成用途に用いられる組成物であり、上述したバインダーを含み、任意に、機能性粒子とその他の成分を更に含有する。即ち、本発明のスラリー組成物は、通常、粒子状重合体と、溶媒とを含有し、任意に、機能性粒子およびその他の成分を更に含有する。そして、本発明のスラリー組成物は、上述したバインダーを含んでいるので、本発明のスラリー組成物を例えば基材上で乾燥することで、耐熱収縮性および電解液親和性に優れた機能層を得ることができる。また、当該機能層は、接着性にも優れている。
 なお、当該機能層は上述したように電解液親和性に優れているため、当該機能層を備える二次電池は電解液注液性に優れている。特に、二次電池の高容量化等の目的で当該機能層を備える二次電池を高密度化した場合であっても、当該二次電池の電解液注液性を十分に高く確保することができる。
<バインダー>
 バインダーとしては、少なくとも粒子状重合体を含む、上述した本発明のバインダーを用いる。
 なお、スラリー組成物中のバインダーの配合量は、特に限定されない。例えば、スラリー組成物が後述する非導電性粒子等の機能性粒子を含む場合、スラリー組成物中のバインダーの配合量は、固形分換算で、機能性粒子100質量部に対して、0.5質量部以上であることが好ましく、1.0質量部以上であることがより好ましく、6.0質量部以下であることが好ましく、3.0質量部以下であることがより好ましい。スラリー組成物中のバインダーの配合量が上記下限以上であれば、機能層の接着性を更に向上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の配合量が上記上限以下であれば、機能層の透気度が高まるため、機能層の電解液親和性を更に向上させることができる。
<機能性粒子>
 ここで、機能層に所期の機能を発揮させるための機能性粒子としては、例えば、機能層が多孔膜層である場合には、非導電性粒子を用いることができる。
 特に、本発明のスラリー組成物を用いて形成された機能層は耐熱収縮性に優れていることから、機能性粒子として非導電性粒子を含む本発明のスラリー組成物は、電池部材の耐熱性や強度を向上させる多孔膜層の形成の用途に好適に用いることができる。
<<非導電性粒子>>
 具体的には、二次電池の多孔膜層において使用し得る非導電性粒子としては、特に限定されず、無機微粒子と有機微粒子との双方を用いることができるが、通常は無機微粒子が用いられる。中でも、非導電性粒子の材料としては、二次電池の使用環境下で安定に存在し、電気化学的に安定である材料が好ましい。このような観点から非導電性粒子の材料の好ましい例を挙げると、酸化アルミニウム(アルミナ)、水和アルミニウム酸化物(ベーマイト)、酸化ケイ素、酸化マグネシウム(マグネシア)、酸化カルシウム、酸化チタン(チタニア)、BaTiO、ZrO、アルミナ-シリカ複合酸化物等の酸化物粒子;窒化アルミニウム、窒化ホウ素等の窒化物粒子;シリコン、ダイヤモンド等の共有結合性結晶粒子;硫酸バリウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム等の難溶性イオン結晶粒子;タルク、モンモリロナイト等の粘土微粒子;などが挙げられる。また、これらの粒子は必要に応じて元素置換、表面処理、固溶体化等が施されていてもよい。
 そして、非導電性粒子の材料としては、凝集を抑制して機能層用スラリー組成物の分散性を高める観点から、アルミナ、ベーマイト、および硫酸バリウムを用いることが好ましい。
 なお、上述した非導電性粒子は、1種類を単独で使用してもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
 非導電性粒子の体積平均粒子径は、0.1μm以上であることが好ましく、0.3μm以上であることがより好ましく、0.6μm以上であることが更に好ましく、1.5μm以下であることが好ましく、1.0μm以下であることがより好ましい。非導電性粒子の体積平均粒子径が上記下限以上であれば、機能層の透気度が高まるため、機能層の電解液親和性を更に向上させることができる。一方、非導電性粒子の体積平均粒子径が上記上限以下であれば、機能層の接着性を更に向上させることができる。
<その他の成分>
 スラリー組成物は、上述した成分以外にも、その他の成分を更に含んでいてもよい。その他の成分は、機能層を備える二次電池における電池反応に過度に好ましくない影響を及ぼさないものであれば、特に制限は無い。また、その他の成分の種類は、1種類でもよいし、2種類以上でもよい。
 その他の成分としては、例えば、界面活性剤、濡れ剤、レベリング剤、分散剤、電解液分解抑制剤、水溶性高分子等が挙げられる。
 そして、機能層の耐熱収縮性を更に向上させる観点から、その他の成分として水溶性高分子を用いることが好ましい。
 なお、本発明において、高分子が「水溶性である」とは、温度25℃において高分子0.5gを100gの水に溶解した際に、不溶分が1質量%未満となることをいう。
 水溶性高分子としては、特に限定されないが、機能層の耐熱収縮性を一層向上させる観点から、カルボキシメチルセルロースおよびポリアクリルアミドを用いることが好ましく、カルボキシメチルセルロースを用いることがより好ましい。
 スラリー組成物中の水溶性高分子の配合量は、特に限定されない。例えば、スラリー組成物が後述する非導電性粒子等の機能性粒子を含む場合、スラリー組成物中の水溶性高分子の配合量は、固形分換算で、機能性粒子100質量部に対して、0.2質量部以上であることが好ましく、0.4質量部以上であることがより好ましく、3質量部以下であることが好ましく、2質量部以下であることがより好ましく、1.5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水溶性高分子の配合量が上記下限以上であれば、機能層の耐熱収縮性を一層向上させることができる。一方、スラリー組成物中の水溶性高分子の配合量が上記上限以下であれば、スラリー組成物を基材上に塗工して機能層を形成する際の塗工安定性を十分に高く確保することができる。
 また、スラリー組成物中の安定性を向上させる観点から、その他の成分として、分散剤を用いることが好ましい。分散剤としては、特に限定されず、例えば、ポリアクリル酸ナトリウム等を用いることができる。なお、分散剤は、上述した水溶性高分子とは異なる成分である。
 スラリー組成物中の分散剤の配合量は、特に限定されない。例えば、スラリー組成物が後述する非導電性粒子等の機能性粒子を含む場合、スラリー組成物中の分散剤の配合量は、固形分換算で、機能性粒子100質量部に対して、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、0.5質量部以上であることが更に好ましく、2質量部以下であることが好ましく、1質量部以下であることがより好ましい。スラリー組成物中の分散剤の配合量が上記下限以上であれば、スラリー組成物の安定性を更に向上させることができる。一方、スラリー組成物中の分散剤の配合量が上記上限以下であれば、スラリー組成物を基材上に塗工して形成される機能層の含水分量を低く抑えることができる。
 さらに、スラリー組成物の塗工性を向上させる観点から、その他の成分としては、界面活性剤を用いることが好ましい。界面活性剤としては、特に限定されず、例えば、ポリエチレングリコール型の界面活性剤を用いることができる。なお、界面活性剤は、上述した水溶性高分子および分散剤とは異なる成分である。
 スラリー組成物中の界面活性剤の配合量は、特に限定されない。例えば、スラリー組成物が後述する非導電性粒子等の機能性粒子を含む場合、スラリー組成物中の界面活性剤の配合量は、固形分換算で、機能性粒子100質量部に対して、0.05質量部以上であることが好ましく、0.1質量部以上であることがより好ましく、0.5質量部以下であることが好ましく、0.3質量部以下であることがより好ましい。スラリー組成物中の界面活性剤の配合量が上記下限以上であれば、スラリー組成物の基材への塗工性を十分に確保することができる。一方、スラリー組成物中の界面活性剤の配合量が上記上限以下であれば、機能層の接着性を十分に高く確保することができる。また、スラリー組成物中の界面活性剤の配合量の下限は、特に限定されないが、通常、0.1質量部以上である。
<スラリー組成物の調製>
 スラリー組成物の調製方法は、特に限定はされない。
 例えば、スラリー組成物が多孔膜層用スラリー組成物である場合は、バインダーと、非導電性粒子と、必要に応じて用いられるその他の成分とを、溶媒の存在下で混合してスラリー組成物を調製することができる。
 また、スラリー組成物が接着層用スラリー組成物である場合は、例えば、粒子状重合体の分散液であるバインダーをそのまま、または溶媒で希釈してスラリー組成物として使用することもできるし、バインダーと、必要に応じて用いられるその他の成分とを、溶媒の存在下で混合してスラリー組成物を調製することもできる。
 なお、スラリー組成物の調製の際に用いる溶媒としては、「二次電池機能層用バインダー」の項で上述した溶媒(例えば水等)を用いることができる。また、スラリー組成物の調製の際に用いる溶媒には、バインダーに含まれていたものも含まれる。そして、混合方法は特に制限されないが、通常用いられうる撹拌機や、分散機を用いて混合を行う。
(二次電池用機能層)
 本発明の機能層は、二次電池内において補強または接着などの機能を担う層であり、機能層としては、例えば、耐熱性や強度を向上させる多孔膜層や、接着性を向上させる接着層などが挙げられる。そして、本発明の機能層は、上述した本発明のスラリー組成物から形成されたものであり、例えば、上述した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、本発明の機能層は、上述したスラリー組成物の乾燥物よりなり、通常、少なくとも、粒子状重合体を含有し、任意に、機能性粒子およびその他の成分を更に含有する。なお、機能層中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るため、それら各成分の好適な存在比は、スラリー組成物中の各成分の好適な存在比と同じである。
 そして、本発明の機能層は、本発明のバインダーを含む本発明のスラリー組成物から形成されているので、優れた耐熱収縮性および電解液親和性を有する。また、本発明の機能層は接着性にも優れている。
 なお、本発明の機能層は上述したように電解液親和性に優れているため、当該機能層を備える二次電池は電解液注液性に優れている。特に、二次電池の高容量化等の目的で当該機能層を備える二次電池を高密度化した場合であっても、当該二次電池の電解液注液性を十分に高く確保することができる。
<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機能層を形成し、機能層から離型基材を剥がすようにしてもよい。このように、離型基材から剥がされた機能層を自立膜として二次電池の電池部材の形成に用いることもできる。
 しかし、機能層を剥がす工程を省略して電池部材の製造効率を高める観点からは、基材として、セパレータ基材、または電極基材を用いることが好ましい。具体的には、多孔膜層や接着層を調製する際には、スラリー組成物を、セパレータ基材または電極基材上に塗布することが好ましい。
 さらに、形成された機能層と、セパレータ基材および電極基材などの基材との接着性を高める観点から、上記基材の表面はコロナ処理、プラズマ処理等の表面処理が施され、親水化されていてもよい。
<<集電体>>
<<セパレータ基材>>
 セパレータ基材としては、特に限定されないが、有機セパレータ基材などの既知のセパレータ基材が挙げられる。有機セパレータ基材は、有機材料からなる多孔性部材であり、有機セパレータ基材の例を挙げると、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、芳香族ポリアミド樹脂などを含む微多孔膜または不織布などが挙げられ、強度に優れることからポリエチレン製の微多孔膜や不織布が好ましい。
<<電極基材>>
 電極基材(正極基材および負極基材)としては、特に限定されないが、集電体上に、電極活物質粒子および結着材を含む電極合材層が形成された電極基材が挙げられる。
 集電体としては、電気導電性を有し、かつ、電気化学的に耐久性のある材料が用いられる。具体的には、集電体としては、例えば、鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼、チタン、タンタル、金、白金などからなる集電体を用い得る。中でも、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。
 電極基材中の電極合材層に含まれる電極活物質粒子としては、特に限定されず、既知の電極活物質粒子を使用することができる。また、電極基材の電極合材層中に含まれる結着材としては、電極合材層用として使用される任意の結着材を用いることができる。
<機能層の形成方法>
 上述したセパレータ基材、電極基材等の基材上に機能層を形成する方法としては、以下の方法が挙げられる。
1)本発明のスラリー組成物を基材の表面(電極基材の場合は電極合材層側の表面、以下同じ)に塗布し、次いで乾燥する方法;
2)本発明のスラリー組成物に基材を浸漬後、これを乾燥する方法;および
3)本発明のスラリー組成物を離型基材上に塗布し、乾燥して機能層を製造し、得られた機能層を基材の表面に転写する方法。
 これらの中でも、前記1)の方法が、機能層の層厚制御をしやすいことから特に好ましい。前記1)の方法は、詳細には、スラリー組成物を基材上に塗布する工程(塗布工程)と、基材上に塗布されたスラリー組成物を乾燥させて機能層を形成する工程(乾燥工程)を含む。
<<塗布工程>>
 そして、塗布工程において、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。
<<乾燥工程>>
 また、乾燥工程において、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、真空乾燥、赤外線や電子線などの照射による乾燥が挙げられる。乾燥条件は特に限定されないが、乾燥温度は好ましくは40℃~150℃で、乾燥時間は好ましくは2分間~30分間である。
 なお、形成される機能層の厚みは、0.5μm以上であることが好ましく、1μm以上であることがより好ましく、4μm以下であることが好ましく、3μm以下であることがより好ましい。機能層の厚みが上記下限以上であれば、機能層の耐熱収縮性を十分に高く確保することができる。一方、機能層の厚みが上記上限以下であれば、機能層の薄膜化により二次電池の高容量化を容易にすることができる。
(機能層を備える電池部材)
 本発明の機能層を備えてなる電池部材(セパレータおよび電極)は、本発明の効果を著しく損なわない限り、上述した本発明の機能層と、基材以外の構成要素を備えていてもよい。このような構成要素としては、特に限定されることなく、本発明の機能層に該当しない多孔膜層、および接着層などが挙げられる。
 また、電池部材は、本発明の機能層を複数種類備えていてもよい。例えば、セパレータは、セパレータ基材上に本発明の多孔膜層用スラリー組成物から形成される多孔膜層を備え、且つ、当該多孔膜層上に本発明の接着層用スラリー組成物から形成される接着層を備えていてもよい。
 本発明の機能層を備える電池部材は、耐熱収縮性および電解液親和性に優れ、また、隣接する電池部材と良好に接着することができる。
(二次電池)
 本発明の二次電池は、上述した本発明の機能層を備えるものである。より具体的には、本発明の二次電池は、正極、負極、セパレータ、および電解液を備え、上述した二次電池用機能層が、電池部材である正極、負極およびセパレータの少なくとも一つに含まれる。
 なお、本発明の二次電池は、電解液親和性が高い本発明の機能層を備えているため、電解液注液性に優れている。特に、本発明の二次電池は、高容量化等の目的で高密度化した場合であっても、電解液注液性を十分に高く確保することができる。
 また、本発明の二次電池は、接着性が高い本発明の機能層を備えることから、電池部材同士が良好に接着されているため、サイクル特性等の電池特性に優れている。
<正極、負極およびセパレータ>
 本発明の二次電池に用いる正極、負極およびセパレータは、少なくとも一つが、上述した本発明の機能層を備える電池部材である。なお、本発明の機能層を備えない正極、負極およびセパレータとしては、特に限定されることなく、既知の正極、負極およびセパレータを用いることができる。
<電解液>
 電解液としては、通常、有機溶媒に支持電解質を溶解した有機電解液が用いられる。支持電解質としては、例えば、リチウムイオン二次電池においてはリチウム塩が用いられる。リチウム塩としては、例えば、LiPF、LiAsF、LiBF、LiSbF、LiAlCl、LiClO、CFSOLi、CSOLi、CFCOOLi、(CFCO)NLi、(CFSONLi、(CSO)NLiなどが挙げられる。なかでも、溶媒に溶けやすく高い解離度を示すので、LiPF、LiClO、CFSOLiが好ましい。なお、電解質は1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。通常は、解離度の高い支持電解質を用いるほどリチウムイオン伝導度が高くなる傾向があるので、支持電解質の種類によりリチウムイオン伝導度を調節することができる。
 電解液に使用する有機溶媒としては、支持電解質を溶解できるものであれば特に限定されないが、例えばリチウムイオン二次電池においては、ジメチルカーボネート(DMC)、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ビニレンカーボネート(VC)等のカーボネート類;γ-ブチロラクトン、ギ酸メチル等のエステル類;1,2-ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン等のエーテル類;スルホラン、ジメチルスルホキシド等の含硫黄化合物類;などが好適に用いられる。また、これらの溶媒の混合液を用いてもよい。中でも、誘電率が高く、安定な電位領域が広いので、カーボネート類が好ましい。通常、用いる溶媒の粘度が低いほどリチウムイオン伝導度が高くなる傾向があるので、溶媒の種類によりリチウムイオン伝導度を調節することができる。
 なお、電解液中の電解質の濃度は適宜調整することができる。また、電解液には、既知の添加剤を添加してもよい。
<二次電池の製造方法>
 上述した本発明の二次電池は、例えば、正極と負極とをセパレータを介して重ね合わせ、これを必要に応じて、巻く、折るなどして電池容器に入れ、電池容器に電解液を注入して封口することで製造することができる。なお、正極、負極、セパレータのうち、少なくとも一つの部材を、本発明の機能層を備える電池部材とする。また、電池容器には、必要に応じてエキスパンドメタルや、ヒューズ、PTC素子などの過電流防止素子、リード板などを入れ、電池内部の圧力上昇、過充放電の防止をしてもよい。電池の形状は、例えば、コイン型、ボタン型、シート型、円筒型、角形、扁平型など、何れであってもよい。
 以下、本発明について実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、以下の説明において、量を表す「%」および「部」は、特に断らない限り、質量基準である。
 また、複数種類の単量体を共重合して製造される重合体において、ある単量体を重合して形成される繰り返し単位(単量体単位)の前記重合体における割合は、別に断らない限り、通常は、その重合体の重合に用いる全単量体に占める当該ある単量体の比率(仕込み比)と一致する。
 実施例および比較例において、粒子状重合体の体積平均粒子径、ガラス転移温度、ゲル含有量、および電解液膨潤度、機能層の接着性、電解液親和性、および耐熱収縮性、並びに、二次電池のサイクル特性は、それぞれ下記の方法で測定および評価した。
<粒子状重合体の体積平均粒子径>
 粒子状重合体の体積平均粒子径は、レーザー回折法にて測定した。具体的には、調製した粒子状重合体を含む水分散液(固形分濃度0.1質量%に調整)を試料とした。そして、レーザー回折式粒子径分布測定装置(ベックマン・コールター社製、製品名「LS-13 320」)を用いて測定された粒子径分布(体積基準)において、小径側から計算した累積体積が50%となる粒子径D50を、体積平均粒子径とした。
<粒子状重合体のガラス転移温度>
 調製した粒子状重合体を含む水分散液を、相対湿度50%、温度23~26℃の環境下で3日間予備乾燥させて、厚み2±0.5mmに予備成膜した。予備成膜したフィルムを、温度120℃の真空乾燥機で10時間乾燥させた。その後、乾燥させたフィルムをサンプルとし、JIS K7121に準拠して、測定温度-100℃~180℃、昇温速度5℃/分の条件下、示差走査熱量分析計(SII社製、DSC7200)を用いてガラス転移温度(℃)を測定した。
<粒子状重合体のゲル含有量>
 調製した粒子状重合体を含む水分散液を、湿度50%、温度23~25℃の環境下で乾燥させて、厚み1±0.3mmのフィルムに成膜した。成膜したフィルムを、温度60℃の真空乾燥機で10時間乾燥させた。その後、乾燥させたフィルムを3~5mm角に裁断し、約1gを精秤した。裁断により得られたフィルム片の質量をw0とする。このフィルム片を、50gのテトラヒドロフラン(THF)に24時間浸漬した。その後、THFから引き揚げたフィルム片を温度105℃で3時間真空乾燥して、不溶分の質量w1を計測した。そして、以下の計算式を用いてゲル含有量を算出した。
 ゲル含量(質量%)=(w1/w0)×100
<粒子状重合体の電解液膨潤度>
 調製した粒子状重合体を含む水分散液を、相対湿度50%、温度23~25℃の環境下で乾燥させて、厚み約0.1mmのフィルムに成膜した。成膜したフィルムを約2センチ角に切り取って重量(浸漬前重量)を測定した。その後、温度60℃の電解液中で72時間浸漬した。浸漬したフィルムを引き上げ、電解液をふき取ってすぐに重量(浸漬後重量)を測定し、(浸漬後重量)/(浸漬前重量)[倍]の値を電解液膨潤度とした。なお、電解液としては、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとの3:7(質量比)の混合溶媒にLiPFを1mol/Lの濃度で溶解させた溶液を用いた。なお、粒子状重合体の電解液膨潤度が小さいほど、当該粒子状重合体の耐電解液性が高いことを示す。
<機能層の接着性>
 実施例および比較例で作製した機能層付きセパレータをそれぞれ幅10mm、長さ50mmに切り出し、試験片とした。
 次に、両面テープ(日東電工製、No.5608)を張り付けたステンレス板を用意し、その両面テープに上記試験片の機能層の面を貼り付けた。そして、セパレータ基材の一端を剥離面が180°となるように速度50mm/分で引っ張って剥がしたときの強度を測定し、以下の基準に従って、機能層の接着性を評価した。
  A:ピール強度10N/m以上
  B:ピール強度5N/m以上10N/m未満
  C:ピール強度5N/m未満
<機能層の電解液親和性>
 調製した粒子状重合体を含む水分散液を、ドクターブレードフィルムアプリケーターを用いて厚さ20μmのアルミニウム箔の上に塗布し、温度50℃下で15分間乾燥させ、厚み20±2μmの機能層をアルミニウム箔上に成膜した。機能層付きアルミニウム箔を、温度60℃の真空乾燥機で10時間乾燥させた。その後、機能層付きアルミニウム箔を100mm角に裁断し、ポータブル接触角計(協和界面科学製、PCA-11)を用いて電解液接触角を10点測定し、その平均値を算出し、以下の基準に従って、機能層の電解液親和性を評価した。なお、電解液接触角の値が低いほど、機能層の電解液への濡れ性が高く、電解液親和性が高いことを示す。
  A:電解液接触角の平均値が40°未満
  B:電解液接触角の平均値が40°以上50°未満
  C:電解液接触角の平均値が50°以上
<機能層の耐熱収縮性>
 実施例および比較例で作製した機能層付きセパレータを幅12cm×長さ12cmの正方形に切り出し、かかる正方形の内部に1辺が10cmの正方形を描いて試験片とした。そして、試験片を150℃の恒温槽に入れて1時間放置することで加熱した後、内部に描いた正方形の面積変化(={(加熱前の正方形の面積-加熱後の正方形の面積)/加熱前の正方形の面積}×100%)を熱収縮率として求め、以下の基準に従って、機能層の耐熱収縮性を評価した。この熱収縮率が小さいほど、機能層の耐熱収縮性が優れていることを示す。
  A:熱収縮率が10%未満
  B:熱収縮率が10%以上20%未満
  C:熱収縮率が20%以上30%未満
  D:熱収縮率が30%以上
<二次電池のサイクル特性>
 作製したリチウムイオン二次電池を、25℃の環境下で24時間静置した。その後、25℃にて、1Cの充電レートにて定電圧定電流(CC-CV)方式で4.2V(カットオフ条件:0.02C)まで充電し、1Cの放電レートにて定電流(CC)方式で3.0Vまで放電する充放電の操作を行い、初期容量C0を測定した。
 さらに、25℃環境下で同様の充放電の操作を繰り返し、300サイクル後の容量C1を測定した。そして、容量維持率ΔC=(C1/C0)×100(%)を算出し、下記の基準で評価した。この容量維持率の値が高いほど、放電容量の低下が少なく、サイクル特性に優れていることを示す。
  A:容量維持率ΔCが85%以上
  B:容量維持率ΔCが75%以上85%未満
  C:容量維持率ΔCが75%未満
(実施例1)
<粒子状重合体を含む水分散液の調製>
 撹拌機を備えた反応器に、イオン交換水90部、乳化剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(花王ケミカル社製、「ネオぺレックスG-15」)0.05部、および過硫酸アンモニウム0.23部を、それぞれ供給し、気相部を窒素ガスで置換し、70℃に昇温した。
 一方、別の容器でイオン交換水50部、乳化剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(花王ケミカル社製、「ネオぺレックスG-15」)0.1部、(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体としてブチルアクリレート(BA)76.6部、シアノ基含有単量体としてアクリロニトリル(AN)10部、環状エーテル含有単量体としてアリルグリシジルエーテル(AGE)10部、カルボキシル基含有単量体としてアクリル酸(AA)3部、架橋性単量体としてアリルメタクリレート(AMA)0.4部を混合して単量体組成物を得た。この単量体組成物を4時間かけて前記反応器に連続的に添加して重合を行った。添加中は、70℃で反応を行った。添加終了後、80℃に昇温し3時間撹拌して反応を終了し、粒子状重合体を含む水分散液(バインダー)を製造した。得られた粒子状重合体を含む水分散液(バインダー)を用いて、粒子状重合体の体積平均粒子径、ガラス転移温度、ゲル含有量、および電解液膨潤度、並びに、機能層の電解液親和性を測定および評価した。結果を表1に示す。
 なお、得られた粒子状重合重合体が有するガラス転移温度の個数は1つであることから、当該粒子状重合体はコアシェル構造を有しないランダム共重合体であることを確認した。
<機能層用スラリー組成物の調製>
 非導電性粒子としてアルミナ粒子(住友化学製AKP-3000、体積平均粒子径D50=0.7μm)を、分散剤としてポリアクリル酸ナトリウム(東亜合成製、アロンT-50)を、水溶性高分子としてエーテル化度が0.8~1.0であるカルボキシメチルセルロース(ダイセルファインケム社製、製品名1220)を用意した。なお、カルボキシメチルセルロースの1%水溶液の粘度は、10~20mPa・sであった。
 そして、非導電性粒子100部、分散剤0.5部、およびイオン交換水を混合し、ビーズミル(アシザワファインテック製、LMZ015)で1時間処理し、分散液を得た。さらに、バインダーとしての粒子状重合体を含む水分散液3部(固形分相当量)、水溶性高分子としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)の1%水溶液1.5部(固形分相当量)となる量、ポリエチレングリコール型界面活性剤(サンノプコ製、ノプテックスED-052)0.3部を混合し、固形分濃度40質量%の機能層用スラリー組成物を調製した。
<片面に機能層を備えるセパレータ(機能層付きセパレータ)の作製>
 ポリエチレン製のセパレータ基材(旭化成社製、商品名「ND412」、厚さ:12μm)を用意した。用意したセパレータ基材の表面に、上記で調製した機能層用スラリー組成物を塗布し、温度50℃下で3分間乾燥させ、片面に機能層(多孔膜)を備えるセパレータ(機能層付きセパレータ;機能層の厚み:3μm)を得た。得られた機能層付きセパレータを用いて、機能層の接着性を評価した。結果を表1に示す。
<負極の作製>
 撹拌機付き5MPa耐圧容器に、脂肪族共役ジエン単量体としての1,3-ブタジエン33部、カルボン酸基含有単量体としてのイタコン酸3.5部、および芳香族ビニル単量体としてのスチレン63.5部、乳化剤としてのドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.4部、イオン交換水150部、並びに、重合開始剤としての過硫酸カリウム0.5部を入れ、十分に撹拌した後、50℃に加温して重合を開始した。重合転化率が96%になった時点で冷却し重合反応を停止して、負極用結着材としての粒子状のバインダー(スチレン-ブタジエン共重合体)を含む混合物を得た。上記混合物に、5%水酸化ナトリウム水溶液を添加してpH8に調整後、加熱減圧蒸留によって未反応単量体の除去を行った。その後、混合物を30℃以下まで冷却し、負極用結着材を含む水分散液を得た。
 プラネタリーミキサーに、負極活物質としての人造黒鉛(理論容量:360mAh/g)48.75部、天然黒鉛(理論容量:360mAh/g)48.75部と、増粘剤としてカルボキシメチルセルロースを固形分相当で1部とを投入した。さらに、イオン交換水にて固形分濃度が60%となるように希釈し、その後、回転速度45rpmで60分混練した。その後、上記負極用結着材を含む水分散液を固形分相当で1.5部投入し、回転速度40rpmで40分混練した。そして、粘度が3000±500mPa・s(B型粘度計、25℃、60rpmで測定)となるようにイオン交換水を加えることにより、負極合材層用スラリー組成物を調製した。
 上記負極合材層用スラリー組成物を、コンマコーターで、集電体である厚さ15μmの銅箔の表面に、塗付量が11±0.5mg/cmとなるように塗布した。その後、負極合材層用スラリー組成物が塗布された銅箔を、400mm/分の速度で、温度80℃のオーブン内を2分間、さらに温度110℃のオーブン内を2分間かけて搬送することにより、銅箔上のスラリー組成物を乾燥させ、集電体上に負極合材層が形成された負極原反を得た。
 その後、作製した負極原反の負極合材層側を温度25±3℃の環境下、線圧11t(トン)の条件でロールプレスし、負極合材層密度が1.60g/cmの負極を得た。その後、当該負極を、温度25±3℃、相対湿度50±5%の環境下にて1週間放置した。
<正極の作製>
 プラネタリーミキサーに、正極活物質としてのCo-Ni-Mnのリチウム複合酸化物系の活物質NMC111、LiNi1/3Co1/3Mn1/3)を96部、導電材としてのアセチレンブラック2部(電気化学工業製、商品名「HS-100」)、結着材としてのポリフッ化ビニリデン(クレハ化学製、商品名「KF-1100」)2部を添加し、さらに、分散媒としてのN-メチル-2-ピロリドン(NMP)を全固形分濃度が67%となるように加えて混合し、正極合材層用スラリー組成物を調製した。
 続いて、得られた正極合材層用スラリー組成物を、コンマコーターで、集電体である厚さ20μmのアルミニウム箔の上に、塗布量が20±0.5mg/cmとなるように塗布した。
 さらに、200mm/分の速度で、温度90℃のオーブン内を2分間、さらに温度120℃のオーブン内を2分間かけて搬送することにより、アルミニウム箔上のスラリー組成物を乾燥させ、集電体上に正極合材層が形成された正極原反を得た。
 その後、作製した正極原反の正極合材層側を温度25±3℃の環境下、線圧14t(トン)の条件でロールプレスし、正極合材層密度が3.40g/cmの正極を得た。その後、当該正極を、温度25±3℃、相対湿度50±5%の環境下にて1週間放置した。
<二次電池の作製>
 上述で得られたプレス後の正極を4cm×4cmの正方形に切り出し、プレス後の負極を4.2cm×4.2cmに切り出した。また、上述で得られた機能層付きセパレータを5cm×5cmに切り出した。次に、切り出したプレス後の正極の正極合材層上に、切り出した機能層付きセパレータの機能層側の面を向けて配置した。さらに、配置された機能層付きセパレータのうち正極と接していない方の面上に、切り出したプレス後の負極の負極合材層側の面を向けて配置し、電池部材積層体(正極/機能層/セパレータ基材/負極)を得た。続いて、得られた積層体を、電池の外装体としてのアルミ包材外装で包み、電解液(溶媒:エチレンカーボネート(EC)/ジエチルカーボネート(DEC)/ビニレンカーボネート(VC)(体積比=68.5/30/1.5)、電解質:濃度1mol/LのLiPF)を空気が残らないように注入した。そして、温度150℃で、当該アルミ包材外装の開口をヒートシールし、アルミ包材外装を密封閉口し、40mAhの積層型リチウムイオン二次電池を製造した。このリチウムイオン二次電池を用いて、サイクル特性を評価した。結果を表1に示す。
(実施例2~10、13~16、20、比較例1~5)
 実施例1の粒子状重合体を含む水分散液の調製において、得られる粒子状重合体中の各種単量体単位の含有割合が表1および2に示す通りになるように、使用する単量体の種類および量を変更したこと以外は、実施例1と同様にして、粒子状重合体を含む水分散液、機能層用スラリー組成物、機能層付きセパレータ、負極、正極、および、二次電池を作製し、各種の測定および評価を行った。結果を表1および2に示す。
(実施例11)
 実施例1の粒子状重合体を含む水分散液の調製において、(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体としてのブチルアクリレート(BA)の使用量を76.6部から77.6部に変更し、カルボキシル基含有単量体として、アクリル酸(AA)3部に代えて、メタクリル酸(MAA)2部を用いると共に、反応器内における乳化剤(ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム)の使用量を0.05部から0.02部に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、粒子状重合体を含む水分散液、機能層用スラリー組成物、機能層付きセパレータ、負極、正極、および、二次電池を作製し、各種の測定および評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例12)
 実施例1の粒子状重合体を含む水分散液の調製において、(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体としてのブチルアクリレート(BA)の使用量を76.6部から77.6部に変更し、カルボキシル基含有単量体として、アクリル酸(AA)3部に代えて、メタクリル酸(MAA)2部を用いると共に、反応器内における乳化剤(ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム)の使用量を0.05部から0.1部に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、粒子状重合体を含む水分散液、機能層用スラリー組成物、機能層付きセパレータ、負極、正極、および、二次電池を作製し、各種の測定および評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例17)
 実施例1の機能層用スラリー組成物の調製において、無機粒子として、アルミナ粒子(住友化学製AKP-3000、体積平均粒子径D50=0.7μm)に代えて、ベーマイト粒子(Nabaltec製、APYRAL AOH60、粒子径0.9μm)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、粒子状重合体を含む水分散液、機能層用スラリー組成物、機能層付きセパレータ、負極、正極、および、二次電池を作製し、各種の測定および評価を行った。結果を表2に示す。
(実施例18)
 実施例1の機能層用スラリー組成物の調製において、無機粒子として、アルミナ粒子(住友化学製AKP-3000、体積平均粒子径D50=0.7μm)に代えて、硫酸バリウム粒子(竹原化学製、TS-3、粒子径0.6μm)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、粒子状重合体を含む水分散液、機能層用スラリー組成物、機能層付きセパレータ、負極、正極、および、二次電池を作製し、各種の測定および評価を行った。結果を表2に示す。
(実施例19)
 実施例1の機能層用スラリー組成物の調製において、水溶性高分子として、カルボキシメチルセルロース(CMC)に代えて、アニオン性ポリアクリルアミド(荒川化学工業製、ポリストロン117)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、粒子状重合体を含む水分散液、機能層用スラリー組成物、機能層付きセパレータ、負極、正極、および、二次電池を作製し、各種の測定および評価を行った。結果を表2に示す。
 なお、以下に示す表1~2中、
「BA」は、ブチルアクリレート単位を示し、
「2EHA」は、アクリル酸2-エチルヘキシル単位を示し、
「EA」は、エチルア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、
「MAN」は、メタクリロニトリル単位を示し、
「AGE」は、アリルグリシジルエーテル単位を示し、
「GMA」は、グリシジルメタクリレート単位を示し、
「AA」は、アクリル酸単位を示し、
「MAA」は、メタクリル酸単位を示し、
「AMA」は、アリルメタクリレート単位を示し、
「NMA」は、N-メチロールアクリルアミド単位を示し、
「CMC」は、カルボキシメチルセルロースを示し、
「PEG型」は、界面活性剤がポリエチレングリコール型であることを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表1~2より、シアノ基含有単量体単位と、環状エーテル含有単量体単位と、カルボキシル基含有単量体単位とを含有し、環状エーテル含有単量体単位の含有割合が所定値以上である粒子状重合体を含む実施例1~20のバインダーを用いれば、耐熱収縮性および電解液親和性に優れた機能層を形成できることが分かる。
 一方、環状エーテル含有単量体単位の含有割合が所定値に満たない粒子状重合体を含む比較例1のバインダーを用いた場合、形成される機能層は、耐熱収縮性および電解液親和性のいずれにも劣ることが分かる。
 また、環状エーテル含有単量体単位を含まない比較例2~3のバインダーを用いた場合においても、形成される機能層は、耐熱収縮性および電解液親和性のいずれにも劣ることが分かる。
 さらに、シアノ基含有単量体単位を含まない粒子状重合体を含む比較例4のバインダーを用いた場合、形成される機能層は、耐熱収縮性が良好であるものの、電解液親和性に劣ることが分かる。
 また、カルボキシル基含有単量体単位を含まない粒子状重合体を含む比較例5のバインダーを用いた場合、形成される機能層は、耐熱収縮性が良好であるものの、電解液親和性に劣ることが分かる。
 本発明によれば、耐熱収縮性および電解液親和性に優れた機能層を形成可能な二次電池機能層用バインダーを提供することができる。
 また、本発明によれば、耐熱収縮性および電解液親和性に優れた機能層を形成可能な二次電池機能層用スラリー組成物を提供することができる。
 そして、本発明によれば、耐熱収縮性および電解液親和性に優れた二次電池用機能層を提供することができる。
 さらに、本発明によれば、当該機能層を備える二次電池を提供することができる。

Claims (15)

  1.  粒子状重合体を含む二次電池機能層用バインダーであって、
     前記粒子状重合体が、シアノ基含有単量体単位と、環状エーテル含有単量体単位と、カルボキシル基含有単量体単位とを含み、
     前記粒子状重合体中の環状エーテル含有単量体単位の含有割合が5質量%以上である、二次電池機能層用バインダー。
  2.  前記粒子状重合体中の環状エーテル含有単量体単位の含有割合が40質量%以下である、請求項1に記載の二次電池機能層用バインダー。
  3.  前記粒子状重合体がガラス転移温度を1つ有する、請求項1または2に記載の二次電池機能層用バインダー。
  4.  前記粒子状重合体のガラス転移温度が20℃以下である、請求項1~3のいずれかに記載の二次電池機能層用バインダー。
  5.  前記粒子状重合体中のシアノ基含有単量体単位の含有割合が2質量%以上30質量%以下である、請求項1~4のいずれかに記載の二次電池機能層用バインダー。
  6.  前記粒子状重合体中のカルボキシル基含有単量体単位の含有割合が0.1質量%以上10質量%以下である、請求項1~5のいずれかに記載の二次電池機能層用バインダー。
  7.  前記粒子状重合体が(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位を更に含み、
     前記粒子状重合体中の(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位の含有割合が40質量%以上92質量%以下である、請求項1~6のいずれかに記載の二次電池機能層用バインダー。
  8.  前記粒子状重合体のゲル含有量が85質量%以上である、請求項1~7のいずれかに記載の二次電池機能層用バインダー。
  9.  前記粒子状重合体の体積平均粒子径が0.05μm以上0.25μm以下である、請求項1~8のいずれかに記載の二次電池機能層用バインダー。
  10.  請求項1~9のいずれかに記載の二次電池機能層用バインダーを含む、二次電池機能層用スラリー組成物。
  11.  機能性粒子を更に含む、請求項10に記載の二次電池機能層用スラリー組成物。
  12.  前記機能性粒子が非導電性粒子を含む、請求項11に記載の二次電池機能層用スラリー組成物。
  13.  前記非導電性粒子の体積平均粒子径が1.5μm以下である、請求項12に記載の二次電池機能層用スラリー組成物。
  14.  請求項10~13のいずれかに記載の二次電池機能層用スラリー組成物を用いて形成された、二次電池用機能層。
  15.  請求項14に記載の二次電池用機能層を備える二次電池。
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