WO2022114044A1 - フッ化ビニリデン共重合体組成物およびその製造方法、ポリマー分散液、非水電解質二次電池用電極、非水電解質二次電池用電解質層、ならびに非水電解質二次電池 - Google Patents

フッ化ビニリデン共重合体組成物およびその製造方法、ポリマー分散液、非水電解質二次電池用電極、非水電解質二次電池用電解質層、ならびに非水電解質二次電池 Download PDF

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善幸 長澤
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Definitions

  • the present invention relates to a vinylidene fluoride copolymer composition and a method for producing the same, a polymer dispersion, an electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, an electrolyte layer for a non-aqueous electrolyte secondary battery, and a non-aqueous electrolyte secondary battery.
  • a vinylidene fluoride polymer containing vinylidene fluoride has been widely used as a binder for each layer of a non-aqueous electrolyte secondary battery.
  • a copolymer of vinylidene fluoride and a fluoroalkyl vinyl compound (hereinafter, also referred to as “vinylidene fluoride copolymer”) is widely known as a binder for binding a current collector to an electrode active material or the like. has been done.
  • Patent Document 1 describes an example in which a vinylidene fluoride copolymer is used as a binder for an electrode layer and an electrolyte layer of an all-solid-state battery, which is a kind of non-aqueous electrolyte secondary battery.
  • it is common to mix the vinylidene fluoride copolymer with an electrode active material, a solid electrolyte, a solvent, a dispersion medium, or the like to form the above layer.
  • Patent Document 2 a solvent having a small dielectric constant is used in order to suppress the elution of lithium from the solid electrolyte.
  • Patent Document 3 describes that when a binder is mixed in the solid electrolyte layer, the ionic conductivity is lowered.
  • Patent Document 4 and Patent Document 5 describe a slurry in which a vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer is dispersed in butyl butyrate or the like.
  • Patent Document 6 describes that if the particulate binder polymer is uniformly dispersed in the dispersion medium, the solid electrolyte can be fixed without being locally or completely covered.
  • a binder dispersion By using such a binder dispersion, the increase in interfacial resistance between the solid electrolyte particles and between the solid electrolyte particles and the current collector can be suppressed, and the binder dispersion and the solid electrolyte particles can be mixed and applied. It is shown that it becomes.
  • Patent Document 3 since the vinylidene fluoride copolymer is an insulator, the ionic conductivity may be lowered when it is used as a binder for an electrode layer or an electrolyte layer. Therefore, as in Patent Documents 4 to 6, it has been studied to disperse the vinylidene fluoride copolymer without dissolving it to form an electrode layer or a solid electrolyte layer.
  • an object of the present invention is to provide a vinylidene fluoride copolymer composition having stable dispersibility over a dispersion medium having a low relative permittivity for a long period of time, and to provide a method for producing the same.
  • Another object of the present invention is to provide a polymer dispersion containing the vinylidene fluoride copolymer composition, an electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, an electrolyte layer for a non-aqueous electrolyte secondary battery, a non-aqueous electrolyte secondary battery, and the like.
  • the present invention provides the following vinylidene fluoride copolymer compositions. That is, the present invention is a fluorovinylidene copolymer composition containing a fluorovinylidene copolymer, wherein the fluorovinylidene copolymer is derived from a constituent unit derived from vinylidene fluoride and a fluoroalkyl vinyl compound.
  • the melting point of the vinylidene fluoride copolymer composition is 140 ° C. or lower, and the vinylidene fluoride copolymer composition is the reversing heat flow of the vinylidene fluoride copolymer composition.
  • the absolute value of the difference from the melting point of the vinylidene copolymer composition is 10 ° C. or less, the butyl butyrate and the vinylidene fluoride copolymer composition are contained, and the vinylidene fluoride copolymer composition is contained.
  • the content of the vinylidene fluoride copolymer composition in the upper 20% by volume of the dispersion after stirring the dispersion having a ratio of 10% by mass at 25 ° C. for 30 minutes and allowing it to stand for 20 hours is determined.
  • a vinylidene fluoride copolymer composition having a content of 4.0% by mass or more and 10% by mass or less.
  • the present invention also provides a polymer dispersion liquid containing the above-mentioned vinylidene fluoride copolymer composition and a dispersion medium having a relative permittivity of 15 or less.
  • the present invention also provides an electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery containing the above-mentioned vinylidene fluoride copolymer composition. Further, an electrolyte layer for a non-aqueous electrolyte secondary battery containing the above-mentioned vinylidene fluoride copolymer composition is provided. Also provided is a non-aqueous electrolyte secondary battery containing the above-mentioned vinylidene fluoride copolymer composition.
  • the present invention also provides the following method for producing a vinylidene fluoride copolymer composition.
  • a method for producing a vinylidene fluoride copolymer composition which comprises, and has a melting point of the vinylidene fluoride copolymer composition having a melting point of 140 ° C. or lower.
  • a method for producing a vinylidene fluoride copolymer composition containing a vinylidene fluoride copolymer containing a structural unit derived from vinylidene fluoride and a structural unit derived from a fluoroalkyl vinyl compound, which is contained in an aqueous medium When the step of preparing an emulsion in which the untreated vinylidene fluoride copolymer is dispersed and the heat flow of the untreated vinylidene fluoride copolymer are measured with a differential scanning calorimeter, the heat absorption peak observed at 185 ° C. or lower. The emulsion is heated at a temperature lower than the end set of the hottest peak and at a temperature of 40 ° C. or higher, and the melting point of the vinylidene fluoride copolymer composition is 140 ° C. or lower. Also provided is a method for producing a vinylidene fluoride copolymer composition.
  • the vinylidene fluoride copolymer composition of the present invention has excellent dispersibility in a dispersion medium having a low relative permittivity. Therefore, according to the vinylidene fluoride copolymer composition, it is possible to form an electrode layer and an electrolyte layer uniformly containing the vinylidene fluoride copolymer composition.
  • FIG. 1 is a graph for explaining a method for identifying an endothermic peak endpoint of a vinylidene fluoride copolymer.
  • the vinylidene fluoride copolymer composition of the present invention is a composition containing a vinylidene fluoride copolymer having predetermined physical properties.
  • the vinylidene fluoride copolymer composition may be composed only of the vinylidene fluoride copolymer, or may contain the vinylidene fluoride copolymer and other components such as a surfactant.
  • the vinylidene fluoride copolymer composition of the present invention may have a melting point of 140 ° C. or lower, and is usually in a solid state at 25 ° C.
  • the fact that the composition is solid at 25 ° C means that the main constituents of the composition are solid at 25 ° C, and the range does not impair the object and effect of the present invention.
  • a liquid component may be contained in a part thereof.
  • the vinylidene fluoride copolymer when forming the electrode layer and the electrolyte layer of the non-aqueous electrolyte secondary battery, the vinylidene fluoride copolymer is preferably dispersed in a dispersion medium (dispersion medium having a low relative permittivity), and has a long length. It is preferable that the dispersibility is maintained over a period of time.
  • a dispersion medium dispersion medium having a low relative permittivity
  • the fluorovinylidene copolymer composition when the fluorovinylidene copolymer composition has specific physical properties, it is easy to disperse in a dispersion medium having a low relative permittivity, and further, the fluorovinylidene copolymer composition. It was clarified that the dispersion stability when the dispersion was allowed to stand was very high.
  • the melting point of the vinylidene fluoride copolymer composition is 140 ° C. or lower, and the vinylidene fluoride copolymer composition temperature-modulates the reversing heat flow of the vinylidene fluoride copolymer composition.
  • the vinylidene fluoride copolymer composition temperature-modulates the reversing heat flow of the vinylidene fluoride copolymer composition.
  • ⁇ Hm melting enthalpy amount
  • the melting point of the vinylidene fluoride copolymer composition is 140 ° C. or lower means that the vinylidene fluoride copolymer contains a certain or more structural units derived from the fluoroalkyl vinyl compound.
  • the vinylidene fluoride copolymer composition contains a structural unit derived from a fluorine-containing alkyl vinyl compound, it is considered that the affinity with a dispersion medium having a low relative permittivity tends to be good.
  • a vinylidene fluoride copolymer composition containing a vinylidene fluoride copolymer having a certain composition ratio of a structural unit derived from vinylidene fluoride and a structural unit derived from a fluoroalkyl vinyl compound, the reversing heat thereof.
  • the peak top temperature of the largest heat absorption peak in the flow varies depending on the state of the crystalline region of the vinylidene fluoride copolymer in the vinylidene fluoride copolymer composition.
  • the peak top temperature is a value that reflects the production history. ..
  • the melting point measured by the method described later is not easily affected by the state of the crystalline region formed during production.
  • the peak top temperature and the melting point of the vinylidene fluoride copolymer composition are obtained.
  • the absolute value of the difference from and is 10 ° C. or less. That is, when the absolute value is 10 ° C. or lower, it can be said that the vinylidene fluoride copolymer composition is likely to be dispersed in a solvent having a low relative permittivity.
  • the dispersion liquid when a dispersion liquid containing butyl butyrate and the vinylidene fluoride copolymer composition and having a content of the vinylidene fluoride copolymer composition of 10% by mass is prepared, the dispersion liquid is prepared.
  • the content of the vinylidene fluoride copolymer composition in the upper 20% by volume of the dispersion after stirring at 25 ° C. for 30 minutes and allowing to stand for 20 hours is 4.0% by volume or more and 10% by volume or less. ..
  • the vinylidene fluoride copolymer composition in the dispersion liquid is within the above range, the vinylidene fluoride copolymer composition is less likely to settle in the dispersion medium having a low relative permittivity, and for a long period of time. Good dispersibility is maintained.
  • the vinylidene fluoride copolymer contained in the vinylidene fluoride copolymer composition of the present invention contains a structural unit derived from vinylidene fluoride and a structural unit derived from a fluoroalkyl vinyl compound.
  • the amount of the constituent unit derived from vinylidene fluoride in the vinylidene fluoride copolymer is preferably 30% by mass or more and 85% by mass or less, preferably 40% by mass or more, based on 100% by mass of the constituent unit of the vinylidene fluoride copolymer. More preferably, it is 80% by mass or less.
  • the melting point of the vinylidene fluoride copolymer composition tends to be within a desired range.
  • the mass fraction of the structural unit derived from vinylidene fluoride can be specified by analyzing the vinylidene fluoride copolymer by 19 F-NMR.
  • the fluorine-containing alkyl vinyl compound has a compound having one vinyl group and an alkyl group in which one or more hydrogens of the alkyl groups are substituted with fluorine, or one vinyl group and the vinyl.
  • Any compound having fluorine bonded to the group may be used, and examples thereof include vinyl fluoride, trifluoroethylene, tetrafluoroethylene, chlorotrifluoroethylene, hexafluoropropylene, and hexa.
  • Fluoroethylene, fluoroalkylvinyl ether, perfluoromethylvinyl ether and the like are included.
  • the fluorovinylidene copolymer may contain only one type of structural unit derived from the fluorine-containing alkyl vinyl compound, or may contain two or more types.
  • the amount of the constituent unit derived from the fluorine-containing alkyl vinyl compound in the vinylidene fluoride copolymer is not particularly limited as long as the melting point of the vinylidene fluoride copolymer composition described later can be set to 140 ° C. or lower. Although it depends on the type of the fluorine-containing alkyl vinyl compound, the amount of the constituent unit derived from the fluorine-containing alkyl vinyl compound is 15% by mass or more and 70% by mass or less with respect to 100% by mass of the constituent unit of the vinylidene fluoride copolymer. It is preferably 20% by mass or more and 60% by mass or less, more preferably.
  • the melting point of the vinylidene fluoride copolymer composition tends to be within a desired range.
  • the mass fraction of the structural unit derived from the fluorine-containing alkyl vinyl compound can be specified by analyzing the vinylidene fluoride copolymer by 19 F-NMR.
  • the vinylidene fluoride copolymer contains some of the structural units derived from vinylidene fluoride and other monomers copolymerizable with the fluoroalkyl vinyl compound, as long as the object and effect of the present invention are not impaired. It may be included.
  • Examples of other monomers copolymerizable with vinylidene fluoride and the like include crosslinkable alkylvinyl compounds having one vinyl group and a crosslinkable group.
  • Examples of crosslinkable groups also include vinyl groups. That is, the crosslinkable alkyl vinyl compound may be a compound having two or more vinyl groups or the like. Further, the crosslinkable alkyl vinyl compound may contain a fluorine atom. Examples of the crosslinkable alkyl vinyl compound include perfluorodivinyl ether and perfluoroalkylene divinyl ether.
  • two vinyl ether groups in which all hydrogen atoms are substituted with fluorine atoms are linear or branched divalent perfluoroalkylenes having 1 or more and 6 or less carbon atoms. Includes compounds having a group-bonded structure.
  • Examples of other monomers also include unsaturated dibasic acid or unsaturated dibasic acid monoester.
  • the unsaturated dibasic acid is an unsaturated dicarboxylic acid or a derivative thereof, in which example, two carboxyl groups are bonded by a linear or branched unsaturated alkylene group having 1 or more and 6 or less carbon atoms. Contains compounds. More specific examples of the unsaturated dibasic acid include maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, citraconic acid and the like.
  • the unsaturated dibasic acid monoester is a monoester compound derived from the above-mentioned unsaturated dibasic acid. Examples of the unsaturated dibasic acid monoester include maleic acid monomethyl ester, maleic acid monoethyl ester, citraconic acid monomethyl ester, citraconic acid monoethyl ester and the like.
  • examples of other monomers include compounds containing vinyl groups and polar groups (hereinafter, also referred to as “polar group-containing compounds”).
  • polar group-containing compounds include (meth) acrylic acid, 2-carboxyethyl (meth) acrylate, (meth) acryloyloxyethyl succinic acid, (meth) acryloyloxypropyl succinic acid, and glycidyl (meth) acrylate. Etc. are included.
  • the mass fraction of the structural unit derived from the crosslinkable alkyl vinyl compound, unsaturated dibasic acid, unsaturated dibasic acid monoester, or polar group-containing compound in the vinylidene fluoride copolymer is an object of the present invention and It can be set arbitrarily as long as the effect is not impaired.
  • the amount of structural units derived from unsaturated dibasic acid, unsaturated dibasic acid monoester, or polar group-containing compound can be specified by FT-IR analysis of vinylidene fluoride copolymer. ..
  • the weight average molecular weight of the vinylidene fluoride copolymer is preferably 100,000 to 10 million, more preferably 200,000 to 5 million, and even more preferably 300,000 to 2 million.
  • the weight average molecular weight of the vinylidene fluoride copolymer is in the above range, the dispersibility of the vinylidene fluoride copolymer composition with respect to the dispersion medium tends to be good.
  • the vinylidene fluoride copolymer composition is used as a binder for the electrode layer and the electrolyte layer of the all-solid-state battery, it becomes easy to bind the active material and the solid electrolyte.
  • the weight average molecular weight is a polystyrene-equivalent value measured by gel permeation chromatography (GPC).
  • the vinylidene fluoride copolymer composition may further contain a surfactant as well as the vinylidene fluoride copolymer.
  • the surfactant contained in the vinylidene fluoride copolymer composition may be an ionic surfactant having an anionic group or a cationic group, and may be a nonionic surfactant. May be. Further, the surfactant may be a non-fluorinated surfactant containing no fluorine, or a fluorinated surfactant containing fluorine (perfluorinated surfactant, partially fluorinated surfactant, etc.). good.
  • the anionic surfactant that can be used is not particularly limited, and conventionally known ones can be used.
  • the hydrophilic group of the anionic surfactant preferably contains a carboxylate, a sulfate, a sulfonate, a phosphate and the like, and may further contain an ester bond, an acid amide bond, an ether bond and the like.
  • the hydrophobic group preferably contains an alkyl chain, an alkyl ether chain, a perfluoroalkyl chain, a perfluoroalkyl ether chain, a fluorocarbon chain or a fluoropolyether chain, and these have a branched structure even if they have a linear structure. You may be doing it.
  • the cationic surfactant that can be used is not particularly limited, and conventionally known ones can be used.
  • the hydrophilic group of the cationic surfactant preferably contains an aliphatic quaternary ammonium salt, an aliphatic amine salt, a cyclic quaternary ammonium salt, and an amine acetate.
  • the hydrophobic group preferably contains an alkyl chain, an alkyl ether chain, a perfluoroalkyl chain, a perfluoroalkyl ether chain, a fluorocarbon chain or a fluoropolyether chain, and these have a branched structure even if they have a linear structure. You may be doing it.
  • nonionic surfactant that can be used is not particularly limited, and conventionally known ones can be used.
  • the hydrophilic group of the nonionic surfactant preferably has a hydroxy group, an ether bond, an acid amide bond, an ester bond or the like in the molecule.
  • the hydrophobic group preferably contains an alkyl chain, an alkyl ether chain, a perfluoroalkyl chain, a perfluoroalkyl ether chain, a fluorocarbon chain or a fluoropolyether chain, and these have a branched structure even if they have a linear structure. You may be doing it.
  • the surfactant is preferably one that is dissolved or miscible in an aqueous medium in an emulsion prepared in the method for producing a vinylidene fluoride copolymer composition described later.
  • the amount of the surfactant contained in the vinylidene fluoride copolymer composition is preferably 0.01% by mass or more and 20% by mass or less with respect to the total amount of the vinylidene fluoride copolymer and the surfactant. More preferably, it is 02% by mass or more and 15% by mass or less.
  • the amount of the surfactant is excessively large, when the obtained vinylidene fluoride copolymer composition is used as a binder for the electrode layer or the electrolyte layer, the vinylidene fluoride copolymer composition and the active material, the electrolyte, etc. are used. However, if it is 20% by mass or less, the adhesiveness is unlikely to decrease.
  • the amount of the surfactant is 0.01% by mass or more with respect to the total amount of the vinylidene fluoride copolymer composition
  • the vinylidene fluoride copolymer composition is dispersed in the dispersion medium, Dispersion stability is improved.
  • the vinylidene fluoride copolymer composition of the present invention may have a melting point of 140 ° C. or lower, but is preferably 135 ° C. or lower, more preferably 130 ° C. or lower.
  • the melting point of the vinylidene fluoride copolymer composition can be adjusted by adjusting the amount of the constituent units derived from the fluoroalkyl vinyl compound in the vinylidene fluoride copolymer described above and the like. Further, in the present specification, the melting point of the vinylidene fluoride copolymer composition is measured by the following method.
  • the powdery vinylidene fluoride copolymer composition is pressed at 200 ° C. to form a film having a thickness of 150 ⁇ m.
  • the melting point of the pressed film-like vinylidene fluoride copolymer composition is measured according to ASTM D3418.
  • the melting point of the vinylidene fluoride copolymer composition measured by the method is a value measured after melting the vinylidene fluoride copolymer composition once. Therefore, it is not easily affected by the production history in the polymerization reaction process of the vinylidene fluoride copolymer described later and the production method of the vinylidene fluoride copolymer composition.
  • the vinylidene fluoride copolymer composition of the present invention has a melting enthalpy amount ( ⁇ Hm) of 2 J / when the reversing heat flow of the vinylidene fluoride copolymer composition is measured by a temperature-modulated differential scanning calorimeter. It has a heat absorption peak of g or more. Since the standard melting enthalpy amount ( ⁇ Hm 0 ) of the vinylidene fluoride polymer is 104.5 J / g, the literature value (value described in M Neidhofer: Polymer volume 45, Issue 5, 2004, 1679-1688) is 104.5 J / g.
  • the upper limit of the melt enthalpy amount ( ⁇ Hm) of the vinylidene compound polymer is 104.5 J / g.
  • the amount of melting enthalpy ( ⁇ Hm) of the vinylidene fluoride copolymer composition, the number of peak tops of heat absorption peaks, and the peak top temperature are determined by the vinylidene fluoride copolymer composition (particularly the vinylidene fluoride copolymer). ), That is, it changes depending on the state of the crystalline region, that is, the production method described later.
  • the heat absorption peak of the vinylidene fluoride copolymer is obtained.
  • the endothermic peak having a melting enthalpy amount ( ⁇ Hm) of 2 J / g or more is a peak observed at a temperature of 0 ° C. or higher, and the endothermic peak is observed in a temperature range of less than 0 ° C. The peak to be done is not included.
  • the reversing heat flow of the vinylidene fluoride copolymer composition is specified by a temperature-modulated differential scanning calorimeter. Specifically, a powdery vinylidene fluoride copolymer composition obtained by freeze-drying an emulsion containing the vinylidene fluoride copolymer composition is used as a measurement sample. Then, heating is performed at an average heating rate of 5 ° C./min, a modulation cycle of 40 seconds, and a modulation amplitude of ⁇ 0.531 ° C. so as to be in a heat-only condition, and a rebirthing heat flow having a downwardly convex endothermic peak is generated. obtain.
  • a baseline is drawn linearly so as to overlap the linear heat flow on the high temperature side of the end set. Then, among the endothermic peaks that are convex below the rebirthing heat flow, the point where the distance from the baseline to the rebirthing heat flow is the longest when a line is drawn vertically from the baseline to the rebirthing heat flow. Is the peak top of the largest endothermic peak, and the temperature at which the peak top is specified is specified.
  • the number of minimum values in the endothermic peaks convex below the rebirthing heat flow is defined as the number of peak tops of the endothermic peaks.
  • the region surrounded by the baseline and the reversing heat flow is defined as the melting enthalpy amount ( ⁇ Hm).
  • the peak top temperature of the largest heat absorption peak is the endothermic peak having a melting enthalpy amount ( ⁇ Hm) of 2 J / g or more, from the baseline drawn by the above method toward the reversing heat flow.
  • the absolute value is more preferably 9.5 ° C or lower, and even more preferably 9 ° C or lower.
  • the absolute value is in the range, as described above, a vinylidene fluoride copolymer composition having both affinity and dispersibility for a dispersion medium having a low relative permittivity is obtained. If the absolute value exceeds 10 ° C., the crystallinity of the vinylidene fluoride copolymer composition tends to be too high, and the dispersibility tends to decrease.
  • the absolute value can be adjusted by the method for producing a vinylidene fluoride copolymer composition described later. For example, if the vinylidene fluoride copolymer is made into a solid state (powder form) and then heated, the absolute value tends to exceed 10 ° C.
  • the vinylidene fluoride copolymer composition of the present invention contains butyl butyrate and the vinylidene fluoride copolymer composition, and the content of the vinylidene fluoride copolymer composition is 10% by mass.
  • the content of the vinylidene fluoride copolymer composition in the upper 20% by volume of the dispersion after standing for 20 hours is 4.0% by mass or more and 10% by mass or less.
  • the content of the vinylidene fluoride copolymer composition in the upper 20% by volume is more preferably 7.0% by mass or more and 10% by mass or less.
  • the vinylidene fluoride copolymer composition When the vinylidene fluoride copolymer composition has such dispersion stability with respect to butyl butyrate, the vinylidene fluoride copolymer composition is used in a polymer dispersion liquid for forming an electrode layer, an electrolyte layer, or the like. Is hard to settle, and it becomes easy to obtain an electrode layer and an electrolyte layer having desired performance.
  • the content of the vinylidene fluoride copolymer composition in the dispersion liquid after standing can be adjusted by the method for producing the vinylidene fluoride copolymer composition described later. For example, it can be adjusted by adjusting the amount and type of the surfactant to be mixed with the vinylidene fluoride copolymer, the presence or absence of heating of the emulsion, and the like.
  • the content rate of the vinylidene fluoride copolymer composition after the above-mentioned standing is measured as follows.
  • a dispersion (10% by mass of the vinylidene fluoride copolymer composition) prepared by adding the vinylidene fluoride copolymer composition to butyl butyrate is prepared. Put 20 mL of the dispersion in a 20 mL graduated cylinder, cover with parafilm, and let stand for 20 hours. Then, 4 mL is collected from the supernatant of the measuring cylinder, dried at 135 ° C. for 1 hour, and allowed to cool in a desiccator for 1 hour. Then, by measuring the weight before and after drying, the content of the vinylidene fluoride copolymer composition in the upper 20% by volume of the dispersion is calculated.
  • the turbidity of the dispersion is preferably 5% or more.
  • the vinylidene fluoride copolymer composition is dissolved in the dispersion medium, and when it is 5% or more, at least the vinylidene fluoride copolymer composition is used. Part of it is dispersed without being dissolved in the dispersion medium.
  • the turbidity can be adjusted by the type of surfactant used when preparing the vinylidene fluoride copolymer composition, the presence or absence of heating, and the like. The turbidity of the dispersion is measured by the following method.
  • a butyl butyrate dispersion of a vinylidene fluoride copolymer composition (10% by mass of the vinylidene fluoride copolymer composition) is prepared, allowed to stand for 20 hours, and then stirred.
  • the turbidity of the dispersion immediately after stirring is measured according to JIS K7136.
  • the shape of the vinylidene fluoride copolymer composition of the present invention is not particularly limited, but it is usually preferably in the form of particles (powder).
  • the average secondary particle size of the vinylidene fluoride copolymer composition is not particularly limited, but is preferably 1 ⁇ m or more and 5000 ⁇ m or less, and more preferably 2 ⁇ m or more and 3000 ⁇ m or less. When the average secondary particle size of the vinylidene fluoride copolymer composition is in the above range, the vinylidene fluoride copolymer can be easily handled.
  • the average secondary particle diameter is the cumulative average diameter (D50) of the particle size distribution measured by the laser diffraction / scattering method on a volume basis.
  • the vinylidene fluoride copolymer composition satisfying the above-mentioned physical characteristics can be produced, for example, by the following three methods.
  • the method for producing the above-mentioned vinylidene fluoride copolymer composition is not limited to the following three methods.
  • emulsion preparation step a step of preparing an emulsion in which an untreated vinylidene fluoride copolymer is dispersed in an aqueous medium.
  • emulsion preparation step a step of adding an ionic surfactant to the emulsion and stirring it to obtain a surfactant-containing emulsion having a surface tension of 40 mN / m or less at 25 ° C.
  • surfactant addition step also referred to as
  • the surfactant-containing emulsion is dried to take out the vinylidene fluoride copolymer (hereinafter, also referred to as “drying step”), whereby the above-mentioned vinylidene fluoride copolymer weight is performed.
  • the combined composition is obtained in solid form.
  • heating at a temperature higher than the melting point of the vinylidene fluoride copolymer composition is not performed.
  • an emulsion in which an untreated vinylidene fluoride copolymer is dispersed in an aqueous medium is prepared.
  • the emulsion may be a commercially available product.
  • the untreated fluorovinylidene copolymer refers to a copolymer of vinylidene fluoride and a fluoroalkyl vinyl compound prepared by a general method, after the polymerization of the vinylidene fluoride copolymer.
  • the untreated vinylidene fluoride copolymer has substantially the same composition as the above-mentioned vinylidene fluoride copolymer.
  • the specific dielectric constant of the untreated fluorovinylidene copolymer is 15 or less by performing the surfactant addition step described later on the emulsion in which the untreated vinylidene fluoride copolymer is dispersed in the aqueous medium. Dispersibility with respect to the dispersion medium changes.
  • the emulsion in which the untreated vinylidene fluoride copolymer is dispersed in an aqueous medium may be prepared by a suspension polymerization method, an emulsion polymerization method, a solution polymerization method, a microsuspension polymerization method or the like. Further, a commercially available product of an emulsion in which an untreated vinylidene fluoride copolymer is dispersed in an aqueous medium may be used. Above all, a method of obtaining an emulsion in which an untreated vinylidene fluoride copolymer is dispersed in water by an emulsion polymerization method is preferable.
  • vinylidene fluoride, a fluorine-containing alkyl vinyl compound, other monomers if necessary, an aqueous medium, and an emulsifier are mixed in an autoclave. Then, a polymerization initiator soluble in an aqueous medium is added to the mixed solution, and vinylidene fluoride, a fluorine-containing alkyl vinyl compound, and other monomers are polymerized, if necessary.
  • the pressure in the autoclave during polymerization is preferably 0 to 20 MPa, more preferably 0.5 to 15 MPa, and even more preferably 1 to 10 MPa.
  • the aqueous medium used for the emulsifying polymerization is not particularly limited as long as it is a liquid in which the above-mentioned vinylidene fluoride and the fluorine-containing alkyl vinyl compound are sparingly soluble, and if the liquid whose main component is water, a solvent miscible with water other than water is used. May include.
  • the aqueous medium is preferably water.
  • the emulsifier is not particularly limited as long as it can form micelles in an aqueous medium and can stably disperse the synthesized untreated vinylidene fluoride copolymer in the aqueous medium.
  • it can be a known surfactant.
  • the emulsifier may be any of nonionic surfactant, cationic surfactant, anionic surfactant, and amphoteric surfactant, and these may be used in combination.
  • examples of emulsifiers include perfluorinated surfactants, partially fluorinated surfactants, non-fluorinated surfactants and the like conventionally used for the polymerization of polyvinylidene fluoride.
  • a fluorinated surfactant having a perfluoroalkyl sulfonic acid and a salt thereof, a perfluoroalkyl carboxylic acid and a salt thereof, and a fluorocarbon chain or a fluoropolyether chain is preferable.
  • the emulsifier one type alone or two or more types selected from the above can be used.
  • the amount of the emulsifier added is preferably 0.0001 to 22 parts by mass, where 100 parts by mass is the total amount of all the monomers used in the polymerization.
  • the polymerization initiator is not particularly limited as long as it is a compound that can be dissolved in an aqueous medium and can polymerize a monomer.
  • the polymerization initiator include known water-soluble peroxides, water-soluble azo compounds, redox-based initiators and the like.
  • water-soluble peroxides include ammonium persulfate, potassium persulfate and the like.
  • water-soluble azo compounds include 2,2'-azobis-isobutyronitrile (AIBN) and 2,2'-azobis-2-methylbutyronitrile (AMBN).
  • AIBN 2,2'-azobis-isobutyronitrile
  • AMBN 2,2'-azobis-2-methylbutyronitrile
  • redox-based initiators include ascorbic acid-hydrogen peroxide and the like.
  • water-soluble peroxides are preferable from the viewpoint of reactivity and the like.
  • These polymerization initiators can be used alone or in combination of two or more.
  • the amount of the polymerization initiator added is preferably 0.01 to 5 parts by mass, where 100 parts by mass is the total amount of all the monomers used in the polymerization.
  • the emulsification polymerization method may be a soap-free emulsification polymerization method, a miniemulsion polymerization method, a seed emulsification polymerization method, or the like.
  • the soap-free emulsion polymerization method is a method of emulsion polymerization without using an ordinary emulsifier as described above. Further, in the soap-free emulsification polymerization method, a reactive emulsifier having a polymerizable double bond in the molecule can also be used as the emulsifier.
  • the reactive emulsifier forms micelles in the system at the initial stage of polymerization, but as the polymerization progresses, it is used and consumed as a monomer in the polymerization reaction. Therefore, it hardly exists in the free state in the finally obtained reaction system. Therefore, there is an advantage that the reactive emulsifier is unlikely to bleed out to the particle surface of the obtained untreated vinylidene fluoride copolymer.
  • reactive emulsifiers include polyoxyalkylene alkenyl ether, sodium alkylallyl sulfosuccinate, sodium methacryloyloxypolyoxypropylene sulfate, alkoxypolyethylene glycol methacrylate and the like.
  • a strong shearing force is applied using an ultrasonic oscillator or the like to atomize oil droplets of monomers such as vinylidene fluoride and a fluorine-containing alkyl vinyl compound to a submicron size for polymerization. How to do it. At this time, a known hydrohove is added to the mixed solution in order to stabilize the oil droplets of the finely divided monomer.
  • the miniemulsion polymerization method ideally, the polymerization reaction occurs only in each monomer oil droplet, and each oil droplet becomes an untreated fluorovinylidene copolymer (fine particles). Therefore, it is easy to control the particle size and particle size distribution of the obtained untreated vinylidene fluoride copolymer.
  • Seed emulsion polymerization is a polymerization in which fine particles obtained by the above-mentioned polymerization method are coated with a polymer composed of other monomers.
  • a monomer, an aqueous medium, a surfactant, a polymerization initiator and the like, if necessary, are further added to the fine particle emulsion to polymerize.
  • a chain transfer agent may be used in order to adjust the degree of polymerization of the obtained untreated vinylidene fluoride copolymer.
  • chain transfer agents include ethyl acetate, methyl acetate, diethyl carbonate, acetone, ethanol, n-propanol, acetaldehyde, propylaldehyde, ethyl propionate, carbon tetrachloride and the like.
  • a pH adjuster may be used if necessary.
  • an electrolyte substance having a buffering ability such as sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate and potassium dihydrogen phosphate, as well as sodium hydroxide, potassium hydroxide, barium hydroxide, calcium hydroxide and ammonia.
  • sodium hydroxide, potassium hydroxide, barium hydroxide, calcium hydroxide and ammonia Such as basic substances can be mentioned.
  • a sedimentation inhibitor such as a dispersion stabilizer, a corrosion inhibitor, an antifungal agent, and a wetting agent
  • the amount of these optional components added is preferably 5 ppm or more and 10 parts by mass or less, more preferably 10 ppm or more and 7 parts by mass or less, based on 100 parts by mass of the total amount of all the monomers used in the polymerization.
  • the polymerization temperature may be appropriately selected depending on the type of the polymerization initiator and the like, and is, for example, 0 to 120 ° C, preferably 20 to 110 ° C, more preferably 40 to 40. It may be set to 100 ° C.
  • the polymerization time is not particularly limited, but is preferably 1 to 24 hours in consideration of productivity and the like.
  • an emulsion in which untreated vinylidene fluoride copolymer particles are uniformly dispersed can be obtained.
  • the commercially available emulsion and the emulsion thus obtained may be used as they are or diluted with an aqueous medium to any concentration before use.
  • the emulsion is pulverized by at least one method selected from salting out, freeze-grinding, spray-drying, freeze-drying and the like, and then physically or chemically redispersed in a desired aqueous medium, which will be described later.
  • a surfactant addition step may be performed.
  • the untreated vinylidene fluoride copolymer may be pulverized by freeze pulverization, classification or the like, mixed with an aqueous medium, and subjected to the surfactant addition step described later.
  • the method for dispersing the untreated vinylidene fluoride copolymer in an aqueous medium is not particularly limited, and a known dispersion method can be applied.
  • the content of the untreated vinylidene fluoride copolymer in the emulsion is preferably 5% by mass or more and 70% by mass or less, and more preferably 10% by mass or more and 60% by mass or less.
  • the emulsion prepared or purchased by the above method may be used as it is, or may be diluted with an aqueous medium before use.
  • the content of the untreated vinylidene fluoride copolymer is 5% by mass or more, the vinylidene fluoride copolymer composition can be efficiently prepared.
  • it is 70% by mass or less the dispersibility of the emulsion tends to be stable.
  • the average primary particle size determined by the dynamic light scattering method of the untreated vinylidene fluoride copolymer in the emulsion is preferably 5 ⁇ m or less, more preferably 3 ⁇ m or less, still more preferably 1 ⁇ m or less.
  • the average primary particle size is preferably 0.01 ⁇ m or more, more preferably 0.05 ⁇ m or more, still more preferably 0.1 ⁇ m or more.
  • the average primary particle size of the untreated vinylidene fluoride copolymer in the emulsion is calculated by a regularized analysis of the dynamic light scattering method. For example, using DECKMAN COULTER's DelsaMaxCORE, the measurement medium can be water and the measurement temperature can be set to 25 ° C. in accordance with JIS Z8828. In addition, the largest peak obtained by regularization analysis is defined as the average primary particle size.
  • an ionic surfactant is added to the emulsion prepared in the above-mentioned emulsion preparation step and stirred to obtain a surfactant-containing emulsion having a surface tension of 40 mN / m or less at 25 ° C.
  • the ionic surfactant added in this step is not particularly limited as long as the surface tension of the added emulsion (surfactant-containing emulsion) can be 40 mN / m or less.
  • the surface tension of the emulsion (surfactant-containing emulsion) after the addition of the ionic surfactant at 25 ° C. is preferably 5 mN / m or more and 40 mN / m or less, and more preferably 10 mN / m or more and 40 mN / m or less.
  • the surface tension of the surfactant-containing emulsion is measured by a surface tension meter (Sigma701 / 700, manufactured by KSV instruments) using the Wilhelmy method. A platinum plate is used for the measurement, and the average value when the surface tension at 25 ° C. is measured three times is taken as the value of the surface tension.
  • the ionic surfactant added in this step is selected to be soluble or miscible in the aqueous medium contained in the emulsion, and may be either an anionic surfactant or a cationic surfactant, and is anionic. Surfactants are particularly preferred. Only one kind of these may be added, or two or more kinds thereof may be added in combination. By adding an ionic surfactant, it can be adsorbed on the surface of the untreated vinylidene fluoride copolymer contained in the above emulsion, and its dispersibility in a dispersion medium having a relative permittivity of 15 or less can be obtained. improves.
  • anionic surfactant and the cationic surfactant that can be used are the same as those exemplified for the surfactant contained in the above-mentioned vinylidene fluoride copolymer composition.
  • the amount of the ionic surfactant added is appropriately selected according to the surface tension of the surfactant-containing emulsion, but is usually 0.01 part by mass with respect to the total amount of the untreated vinylidene fluoride copolymer in the emulsion. 20 parts by mass or more is preferable, and 0.02 parts by mass or more and 15 parts by mass or less is more preferable.
  • the amount of the ionic surfactant becomes excessively large, when the obtained vinylidene fluoride copolymer composition is used as a binder for the electrode layer or the electrolyte layer, the vinylidene fluoride copolymer composition and the active material or the electrolyte are used. Adhesion to etc. may decrease.
  • the fluorovinylidene copolymer composition was dispersed in the dispersion medium. Increased dispersion stability at times.
  • the surfactant added in this step the surplus component may be removed by a dialysis membrane, an ion exchange resin or the like, if necessary.
  • the aqueous medium is removed from the surfactant-containing emulsion.
  • the method for removing the aqueous medium is not particularly limited, but it is preferable to dry at a temperature that does not affect the physical properties of the vinylidene fluoride copolymer composition in the surfactant-containing emulsion.
  • the drying step may be carried out under atmospheric pressure or under reduced pressure.
  • the drying gives the above-mentioned solid (powdered) vinylidene fluoride copolymer composition.
  • the device for removing the aqueous medium is not particularly limited, and a shelf-type dryer, a conical dryer, a fluidized bed dryer, an air flow dryer, a spray dryer, a freeze dryer and the like can be used.
  • emulsion preparation step a step of preparing an emulsion in which an untreated vinylidene fluoride copolymer is dispersed in an aqueous medium.
  • At least the step of heating the emulsion at a temperature lower than the end set of the high temperature peak (hereinafter, also referred to as “heating step”) is performed.
  • the emulsion is dried to take out the vinylidene fluoride copolymer (hereinafter, also referred to as “drying step”), whereby the above-mentioned solid (powder) fluoride is subjected to the step of drying.
  • drying step the vinylidene fluoride copolymer
  • a vinylidene copolymer composition is obtained.
  • heating at a temperature higher than the melting point of the vinylidene fluoride copolymer composition shall not be performed.
  • Emmulsion preparation process In the emulsion preparation step, an emulsion in which an untreated vinylidene fluoride copolymer is dispersed in an aqueous medium is prepared.
  • the emulsion preparation step can be the same as the emulsion preparation step of the first method described above. As mentioned above, a commercially available emulsion may be used.
  • the emulsion is heated after the emulsion preparation step.
  • the heating step may be continuously carried out as it is after the polymerization, or the polymerization and the heating step may be carried out separately.
  • the emulsion obtained by the polymerization it is preferable to remove at least the unreacted vinylidene fluoride and the fluoroalkyl vinyl compound by purging the system out of the system after the polymerization and before the heating step.
  • the polymerization reaction for forming the vinylidene fluoride copolymer does not start again during the heating step.
  • the state of the crystalline region of the untreated vinylidene fluoride copolymer can be easily adjusted in the heating step.
  • the temperature at which the emulsion is heated is determined as follows. First, a part of the above-mentioned untreated vinylidene fluoride copolymer is pulverized and then formed into a film. The heat flow of the untreated vinylidene fluoride copolymer in the form of a film is measured by a method according to ASTM D3418 using a differential scanning calorimeter. Then, among the endothermic peaks of the vinylidene fluoride copolymer observed at 185 ° C. or lower, the temperature lower than the endothermic peak of the highest temperature peak is defined as the heating temperature. By performing the heating step, the dispersibility in a dispersion medium having a relative permittivity of 15 or less is improved.
  • the method for determining the temperature at which the emulsion is heated is as follows. First, the emulsion is freeze-dried to make the untreated vinylidene fluoride copolymer into a powder. Then, a mold having a length of 5 cm, a width of 5 cm, and a thickness of 150 ⁇ m and a powdery untreated vinylidene fluoride copolymer (about 1 g) are sandwiched between two aluminum foils sprayed with a release agent and pressed at 200 ° C. And make it into a film.
  • a heat flow of the untreated vinylidene fluoride copolymer in the form of a film is obtained by a method according to ASTM D3418 using a differential scanning calorimeter (“DSC-1” manufactured by METTLER). Then, the endothermic peak of the endothermic peak of the untreated vinylidene fluoride copolymer observed at 185 ° C. or lower in the heat flow is specified, and the temperature lower than the endpoint set is set to the temperature at which the emulsion is heated. And.
  • the end set is specified as follows. Draw a linear baseline so that it overlaps the linear heat flow on the high temperature side of the endothermic peak (eg, above 185 ° C). Among the endothermic peaks of the vinylidene fluoride copolymer observed at 185 ° C. or lower of the heat flow, the temperature range is on the high temperature side of the peak top of the highest temperature, and the temperature is lower than the lowest temperature at which the heat flow and the baseline overlap. In the temperature range of, as shown in FIG. 1, a tangent line is drawn on the heat flow. Then, the intersection of the tangent line and the baseline is used as an end set of the vinylidene fluoride copolymer.
  • the temperature at which the emulsion is heated is preferably 40 ° C. or higher, more preferably 60 ° C. or higher, from the viewpoint of appropriately changing the crystal structure of the untreated vinylidene fluoride copolymer in the emulsion. It is more preferably 80 ° C. or higher.
  • the heating step can be continuously carried out as it is after the polymerization.
  • at least unreacted vinylidene fluoride and the fluoroalkyl vinyl compound are purged out of the system, removed, and then heated at the above temperature.
  • the polymerization and the heating step can be carried out separately.
  • the cooling method at this time is not particularly limited. By cooling to the temperature, it becomes easy to obtain a heating effect (change in the state of the crystalline region of the untreated vinylidene fluoride copolymer), and a vinylidene fluoride copolymer composition having desired physical properties can be obtained. It will be easier.
  • the polymerization when the polymerization is not performed in the above-mentioned emulsion preparation step, for example, when a commercially available emulsion is used, it may be heated to the above-mentioned temperature as it is.
  • heating at a heating temperature means holding the emulsion at the above heating temperature for a certain period of time. Since the heating time is not intended to remove the initiator remaining in the emulsion by the heating step, the heating time is not particularly limited as long as the state of the crystalline region of the untreated vinylidene fluoride copolymer changes, but as an example. It is preferably 10 seconds or more and 24 hours or less, preferably 20 seconds or more and 12 hours or less, and more preferably 30 seconds or more and 6 hours or less.
  • the untreated vinylidene fluoride copolymer By holding the untreated vinylidene fluoride copolymer for the above time at the heating temperature, the state of the crystalline region formed in the polymerization process of the untreated vinylidene fluoride copolymer is likely to change, and the vinylidene fluoride copolymer composition having desired physical properties is obtained. Is easy to obtain.
  • the heating method is not particularly limited, and the emulsion may be carried out without stirring or may be carried out with stirring, but it is preferable to carry out with stirring from the viewpoint of dispersion stability of the emulsion.
  • the heating device is also not particularly limited.
  • the above emulsion may be heated under pressure, saturated steam pressure or atmospheric pressure using an autoclave or the like.
  • the aqueous medium is removed from the emulsion.
  • the method for removing the aqueous medium is not particularly limited, but it is preferable to dry at a temperature that does not affect the physical properties of the vinylidene fluoride copolymer composition in the emulsion.
  • the drying step may be carried out under atmospheric pressure or under reduced pressure. The drying gives the above-mentioned solid (powdered) vinylidene fluoride copolymer composition.
  • the drying method can be the same as the drying step in the first method.
  • a surfactant is added to the emulsion after the emulsion preparation step in the second method and before the heating step (hereinafter, surfactant).
  • surfactant addition step At least a step (hereinafter, also referred to as a “surfactant addition step”) of adding the agent to the emulsion (also referred to as a “surfactant-containing emulsion”) is performed. That is, the emulsion preparation step, the surfactant addition step, and the heating step are performed in this order.
  • the emulsion is dried to take out the vinylidene fluoride copolymer (hereinafter, also referred to as “drying step”), whereby the solid vinylidene fluoride copolymer composition described above is obtained. Is obtained. Also in this method, after obtaining the solid vinylidene fluoride copolymer composition, heating at a temperature higher than the melting point of the vinylidene fluoride copolymer composition shall not be performed. Hereinafter, each step will be described.
  • Emmulsion preparation process In the emulsion preparation step, an emulsion in which an untreated vinylidene fluoride copolymer is dispersed in an aqueous medium is prepared.
  • the emulsion preparation step can be the same as the emulsion preparation step of the first method described above.
  • the surfactant addition step the surfactant is added to the emulsion prepared in the above-mentioned emulsion preparation step to prepare a surfactant-containing emulsion.
  • the emulsion or the surfactant-containing emulsion
  • the emulsion may be cooled before, after, or during the addition of the surfactant.
  • the emulsion or the surfactant-containing emulsion after adding the surfactant to a temperature lower than the polymerization temperature in the emulsion preparation step. Specifically, it is preferable to cool to a temperature 5 ° C. or higher lower than the polymerization temperature.
  • the cooling method at this time is not particularly limited. By cooling, the effect of performing the heating step (change in the state of the crystalline region of the untreated fluorovinylidene copolymer) can be easily obtained, and the fluorovinylidene copolymer composition having desired physical properties can be obtained. It will be easier to obtain.
  • surfactant-containing emulsion it is preferable to add a surfactant to the emulsion in this step because the stability of the emulsion is improved in the heating step. Since it is sufficient that the emulsion in the heating step is stable by the surfactant addition step, the surface tension and the addition amount of the emulsion after addition (surfactant-containing emulsion) are not limited in the surfactant addition step. It can be the same as the above-mentioned first method of adding a surfactant.
  • the surfactant is added to the emulsion prepared in the above-mentioned emulsion preparation step and stirred.
  • the surface tension of the emulsion (surfactant-containing emulsion) after addition is not particularly limited, but the surface tension at 25 ° C. is preferably 40 mN / m or less, and more preferably 35 mN / m or less.
  • the surfactant added in this step is not particularly limited as long as it is soluble or miscible in the aqueous medium contained in the above-mentioned emulsion, and for example, in addition to the above-mentioned surfactant added by the first method, the surfactant is added.
  • Nonionic surfactants can also be used.
  • the nonionic surfactant that can be used is the same as the surfactant contained in the above-mentioned vinylidene fluoride copolymer composition.
  • the surplus component may be removed by dialysis, ion exchange resin or the like, if necessary.
  • Heating process In the heating step, the surfactant-containing emulsion obtained in the above-mentioned surfactant addition step is heated.
  • the heating step can be the same as the heating step of the second method described above.
  • the excess surfactant contained in the surfactant-containing emulsion may be removed by dialysis, an ion exchange resin or the like.
  • dialysis is performed by injecting a heat-treated surfactant-containing emulsion into a cellulose dialysis membrane, immersing it in a water tank filled with pure water together with the dialysis membrane, and exchanging the pure water in the water tank at regular intervals. be able to.
  • drying process In the drying step, the aqueous medium is removed from the surfactant-containing emulsion.
  • the drying method can be the same as the drying step in the first method.
  • the above-mentioned vinylidene fluoride copolymer composition is in the form of a polymer dispersion in which the above-mentioned vinylidene fluoride copolymer composition and a dispersion medium are mixed to form an electrode layer described later. It can be used as an electrode mixture or an electrolyte mixture for forming an electrolyte layer.
  • the vinylidene fluoride copolymer composition has very good dispersibility in a dispersion medium having a low relative permittivity, and can maintain a stable state for a long period of time.
  • the dispersion medium that can be used is preferably a medium that can be removed by drying and has a relative permittivity of 15 or less.
  • the dispersion medium having a relative permittivity of 15 or less is not particularly limited, and includes, for example, a non-polar solvent and a low-polarity solvent. Specific examples thereof include a hydrocarbon compound, an ether compound having an ether bond, a ketone compound having a ketone group, and an ester compound having an ester bond. Ester compounds are preferred from the viewpoint of easy dehydration treatment.
  • the hydrocarbon compound may be any compound composed of carbon atoms and hydrogen atoms, and may have a chain structure, a branched structure, or a cyclic structure.
  • the number of carbon atoms is not particularly limited, and it may have a multiple bond such as a double bond or a triple bond, or an aromatic structure.
  • Specific examples include pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, dodecane, hexene, heptene, cyclohexane, cycloheptane, toluene, xylene, mesitylene, tetraline, and the like.
  • the ether compound examples include alkylene glycol alkyl ethers (ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol, dipropylene glycol, triethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol monomethyl ether, etc.
  • alkylene glycol alkyl ethers ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol, dipropylene glycol, triethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol monomethyl ether, etc.
  • ketone compound examples include methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, diisobutyl ketone, diisopropyl ketone, cyclohexanone, holon, acetophenone, isophorone and the like.
  • ester compound examples include ethyl acetate, butyl acetate, propyl acetate, isopropyl acetate, isopentyl acetate, benzyl acetate, ethyl butyrate, propyl butyrate, butyl butyrate, isopentyl butyrate, ethyl propionate, butyl pentanate, methyl lactate, and lactic acid.
  • Examples thereof include ethyl, butyl lactate, ethylene glycol monoalkyl ether acetate and the like. Butyl butyrate is preferred from the viewpoint of easy dehydration treatment.
  • the amount of the dispersion medium in the polymer dispersion is appropriately selected depending on the use of the polymer dispersion, the type of vinylidene fluoride copolymer composition, and the like, but with respect to 100% by mass of the polymer dispersion. It is preferably 50% by mass or more and 99.9% by mass or less, and more preferably 75% by mass or more and 99.9% by mass or less. When the amount of the dispersion medium is in the above range, the dispersibility of the vinylidene fluoride copolymer composition in the polymer dispersion tends to be good.
  • the polymer dispersion may contain a solvent in addition to the dispersion medium and the vinylidene fluoride copolymer composition.
  • the type of solvent is preferably a medium that can be removed by drying, and includes polar solvents and ionic liquids in addition to non-polar solvents and low-polar solvents.
  • solvents examples include amide compounds such as dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone; methanol, ethanol, isopropyl alcohol, 2-ethyl-1-hexanol, 1-nonanol, lauryl alcohol, tripropylene glycol.
  • Alcohols such as; amine compounds such as o-toluidine, m-toluidine, p-toluidine; 1-ethyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide; lactones such as ⁇ -butyrolactone, ⁇ -butyrolactone; dimethyl Sulfoxide-sulfone compounds such as sulfoxide and sulfolane; ionic liquids such as ethylmethylimidazolium salt and butylmethylimidazolium salt can be mentioned.
  • the amount of the solvent in the polymer dispersion is not particularly limited as long as the dispersibility of the vinylidene fluoride copolymer composition in the polymer dispersion is maintained, but in one example, it is preferably 10% by mass or less.
  • Electrodes for non-aqueous electrolyte secondary batteries The above-mentioned polymer dispersion can be used to form an electrode layer for electrodes of various non-aqueous electrolyte secondary batteries and the like.
  • the electrodes of the non-aqueous electrolyte secondary battery include, for example, a current collector and an electrode layer arranged on the current collector. At this time, the above-mentioned polymer dispersion can be used to form the electrode layer.
  • the electrode may be for a positive electrode or a negative electrode.
  • the current collector for the negative electrode and the positive electrode is a terminal for extracting electricity.
  • the material of the current collector is not particularly limited, and metal foils such as aluminum, copper, iron, stainless steel, steel, nickel, and titanium, metal nets, and the like can be used. Further, the surface of another medium may be coated with the above metal foil, metal net, or the like.
  • Electrode layer is prepared by mixing the above-mentioned vinylidene fluoride copolymer composition or polymer dispersion, an active material, and if necessary, a dispersion medium to prepare an electrode mixture.
  • the electrode mixture can be applied onto the current collector to form a dried layer.
  • the electrode layer may be formed on only one surface of the current collector, or may be arranged on both surfaces.
  • the dispersion medium in the electrode mixture is the same as that described in the above-mentioned polymer dispersion.
  • the components in the electrode layer are appropriately selected according to the type of the non-aqueous electrolyte secondary battery.
  • it can be a layer containing the above-mentioned vinylidene fluoride copolymer composition and an active substance.
  • the electrode layer of the electrode for the all-solid-state battery is preferably a layer containing the above-mentioned vinylidene fluoride copolymer composition, an active material, and a solid electrolyte.
  • the electrode layer may contain components other than these, if necessary. Examples of other components include various additives such as conductive aids, pigment dispersants, adhesive aids, and thickeners.
  • the amount of the vinylidene fluoride copolymer composition with respect to the total amount of the electrode layer is preferably 0.1% by mass or more and 50% by mass or less, more preferably 0.2% by mass or more and 40% by mass or less, and more preferably 0.3% by mass. More preferably, it is 30% by mass or less.
  • the amount of the vinylidene fluoride copolymer composition is in the above range, the adhesiveness between the active material, the solid electrolyte and other components in the electrode layer and the current collector tends to be good.
  • the active material contained in the electrode layer is not particularly limited, and for example, a conventionally known active material for a negative electrode (negative electrode active material) or an active material for a positive electrode (positive electrode active material) can be used.
  • the negative electrode active material examples include artificial graphite, natural graphite, non-graphitized carbon, easily graphitized carbon, activated carbon, or carbon materials such as phenolic resin and calcined by firing; Cu, Li, Mg, B. , Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Cd, Ag, Zn, Hf, Zr and Y and other metal / alloy materials; and GeO, GeO 2 , SnO, SnO 2 , PbO, Metal oxides such as PbO 2 are included. In addition, those having a coating on the surface of these active materials are also included.
  • the negative electrode active material may be a commercially available product.
  • examples of the positive electrode active material include a lithium-based positive electrode active material containing lithium.
  • lithium-based positive electrode active materials include the general formula LiMY 2 (M is Co, Ni, Fe, Mn, Cr, and V) such as LiCoO 2 , LiNi x Co 1-x O 2 (0 ⁇ x ⁇ 1).
  • transition metals such as, Y is a composite metal chalcogen compound represented by a chalcogen element such as O and S; a composite metal oxide having a spinel structure such as LiMn 2 O 4 ; and LiFePO 4 Oribin-type lithium compounds such as; etc. are included.
  • Y is a composite metal chalcogen compound represented by a chalcogen element such as O and S; a composite metal oxide having a spinel structure such as LiMn 2 O 4 ; and LiFePO 4 Oribin-type lithium compounds such as; etc.
  • the positive electrode active material may be a commercially available product.
  • the amount of the active material contained in the electrode layer is appropriately selected according to the type, the function of the electrode, the type of the battery, and the like, and is not particularly limited.
  • the active material and the vinylidene fluoride copolymer composition It is preferably 50% by mass or more and 99.9% by mass or less with respect to the total amount of the substance and the conductive auxiliary agent.
  • the amount of the active material is within the above range, for example, a sufficient charge / discharge capacity can be obtained, and the battery performance tends to be good.
  • the conductive auxiliary agent is not particularly limited as long as it is a compound capable of further enhancing the conductivity between the active materials or between the active materials and the current collector.
  • the electrode layer contains a solid electrolyte as another component, in addition to the above, the conductivity between the active material and the solid electrolyte, between the solid electrolyte and the current collector, or between the solid electrolytes is further enhanced.
  • the compound is not particularly limited as long as it can be used. Examples of conductive aids include acetylene black, ketjen black, carbon black, graphite powder, carbon nanofibers, carbon nanotubes, carbon fibers and the like.
  • the amount of the conductive auxiliary agent contained in the electrode layer is appropriately selected according to the type, the function of the electrode, the type of the battery, etc., and is not particularly limited, but is arbitrarily set according to the type and the type of the battery. can. From the viewpoint of improving both the conductivity and the dispersibility of the conductive auxiliary agent, in one example, 0.1% by mass and 15% by mass with respect to the total amount of the active material, the vinylidene fluoride copolymer composition, and the conductive auxiliary agent. % Or less is preferable, 0.1% by mass or more and 7% by mass or less is more preferable, and 0.1% by mass or more and 5% by mass or less is further preferable.
  • the solid electrolyte contained in the electrode mixture layer is not particularly limited as long as it is a solid compound having ionic conductivity, and conventionally known inorganic solid electrolytes and polymer solid electrolytes can be used.
  • the inorganic solid electrolyte include an oxide-based solid electrolyte, a sulfide-based solid electrolyte, a nitride-based solid electrolyte, a complex hydride-based solid electrolyte, and the like.
  • the polymer solid electrolyte includes, for example, a gel-based electrolyte, an intrinsic polymer electrolyte, and the like.
  • the oxide-based solid electrolyte is not limited to this, but is limited to perovskite type LLTO, garnet type LLZ, NASICON type compound, LISION type compound, LIPON type compound, ⁇ -alumina type compound and the like. Can be mentioned. Specific examples include Li 3 PO 4 , Li 0.34 La 0.51 TiO 3 , Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , Li 6 .
  • BaLa 2 Ta 2 O 12 Li 2.9 PO 3.3 N 0.46 , Li 4.3 Al 0.3 Si 0.7 O 4 , 50Li 4 SiO 4-50Li 3 BO 3 , Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 2 -P 2 O 5 -TiO 2 , Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3-0.05 Li 2 O and the like are included.
  • the sulfide-based solid electrolyte includes a solid electrolyte containing Li, A (A is at least one of P, Si, Ge, Al and B), and S, and the sulfide-based solid electrolyte is a halogen. It may further contain an element. Further, LGPS (Li-Ge-PS) type compounds, algyrodite-type compounds, amorphous compounds, Li-PS-based compounds and the like can also be mentioned. Specific examples of the sulfide-based solid electrolyte include Li 2 SP 2 S 5, Li 2 SP 2 S 3, Li 2 SP 2 S 3-P 2 S 5 , Li 2 S - SiS 2 , and Li 2 S-SiS 2.
  • LiI-Li 2 S-SiS 2 LiI-Li 2 SP 2 S 5, LiI-Li 2 SP 2 O 5, LiI-Li 3 PO 4-P 2 S 5 , LiI - Li 2 S - SiS 2 -P 2 S 5 , Li 2 S-SiS 2 -Li 4 SiO 4 , Li 2 S-SiS 2 -Li 3 PO 4 , Li 3 PS 4 -Li 4 GeS 4 , Li 3.4 P 0.6 Si 0.4 S 4 , Li 3.25 P 0.25 Ge 0.76 S 4 , Li 3.25 P 0.75 Ge 0.25 S 4 , Li 10 GeP 2 S 12 , Li 4-x Ge 1- x P x S 4 , Li 6 PS 5 Cl, Li 6 PS 5 Br, Li 6 PS 5 I and the like are included.
  • the nitride-based solid electrolyte is not limited to this, and specific examples thereof include LiN 3 .
  • the complex hydride solid electrolyte is not limited to this, and specific examples thereof include LiBH 4 .
  • the gel-based electrolyte is not limited to this, and specific examples thereof include Poly (ethylene oxide) 8 -LiClO 4 (ethylene carbonate (EC) + propylene carbonate (PC)) and Poly (ethylene oxide) 8- .
  • LiClO 4 (PC) Poly (vinylidene fluororide) -LiN (CF 3 SO 2 ) 2 (EC + PC), Poly (vinylidene fluororide-co-hexafluoropolylone) -LiPF 6 (EC + diethyl carbonate (DEC)) , Poly (ethylene glycoclylate) -LiClO 4 (PC), Poly (acrylonylene) -LiClO 4 (EC + PC), Poly (methyl methyllate) -LiClO 4 (PC) and the like.
  • the intrinsic polymer electrolyte include, but are not limited to, Poly (etherylene oxide) 8 -LiClO 4 , Poly (oxymethylene) -LiClO 4 , Poly (polyline oxide) 8 -LiClO 4 , Poly (poly). dimethyl siloxane) -LiClo 4 , Poly (vinylideene fluororide-co-hexafluoropolylone) -LiTFSI, Poly (2,2- dimethium perchlorate) -Lithium perchlorate, etc.
  • the electrode layer may contain only one type of the above solid electrolyte, or may contain two or more types.
  • the amount of the solid electrolyte is appropriately selected according to the type, the function of the electrode, the type of the battery, and the like, and is not particularly limited. It is preferably 1% by mass or more and 99.9% by mass or less with respect to the total amount of the vinylidene copolymer composition and the solid electrolyte. When the amount of the solid electrolyte is in the above range, sufficient ionic conductivity can be obtained and the battery performance tends to be good.
  • the electrode layer may contain a pigment dispersant, an adhesion auxiliary agent, a thickener, and the like, and known compounds can be used as these. These amounts are not particularly limited as long as they do not impair the object and effect of the present invention, but in one example, they are 15% by mass based on the active material, the vinylidene fluoride copolymer composition, and the total amount thereof. The following is preferable.
  • the electrode layer is a nitrogen compound such as a phosphorus compound, a sulfur compound, an organic acid, an amine compound, and an ammonium compound; an organic ester, various silane-based, titanium-based and aluminum-based coupling agents; other than the above-mentioned vinylidene fluoride copolymer.
  • Additives such as vinylidene fluoride polymer, polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene / butadiene rubber (SBR), and resins such as polyacrylonitrile (PAN); may be further contained.
  • the thickness of the electrode layer is not particularly limited, but in one example, it is preferably 1 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less.
  • the basis weight of the active material contained in the electrode layer is not particularly limited and may be any amount, but in one example, 50 to 1000 g / m 2 is preferable, and 100 to 500 g / m. 2 is more preferable.
  • the electrode layer is an electrode in which the above-mentioned vinylidene fluoride copolymer composition or polymer dispersion liquid, an active material, and if necessary, a solid electrolyte, a dispersion medium, a solvent, a conductive auxiliary agent, various additives, and the like are mixed. It can be formed by performing a step of preparing a mixture, a step of applying the electrode mixture onto a current collector, and a step of drying the mixture.
  • the electrode mixture may be prepared by mixing all the components at once, or may be prepared by mixing some components first and then the remaining components. For this reason, it is preferable to mix with a mixer equipped with a temperature control device so that the temperature of the electrode layer mixture does not rise excessively.
  • the dispersion medium and solvent in the electrode mixture may be any as long as it is possible to uniformly disperse the vinylidene fluoride copolymer composition, the active material, the solid electrolyte, the conductive auxiliary agent and the like.
  • the type of the dispersion medium to be added is not particularly limited, but it is preferably the same as the dispersion medium contained in the above-mentioned polymer dispersion liquid.
  • a solvent is added, it is preferably the same as the solvent contained in the above-mentioned polymer dispersion.
  • the total amount of the dispersion medium in the polymer dispersion and the dispersion medium added thereto is not particularly limited and may be any amount from the viewpoint of production, but in one example, the amount of the above-mentioned active material. It is preferably 10 parts by mass or more and 20000 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass.
  • the total amount of the solvent in the polymer dispersion and the solvent added thereto is not particularly limited and may be any amount from the viewpoint of production, but in one example, the amount of the above-mentioned active material is 100% by mass. It is preferably 2000 parts by mass or less with respect to the part.
  • the viscosity of the electrode mixture can prevent dripping, uneven coating of the electrode, and delay in drying after coating when the electrode mixture is applied to obtain an electrode, and the workability of electrode production and the coatability of the electrode are improved.
  • the viscosity is not particularly limited as long as it has a good viscosity. In one example, 0.1 Pa ⁇ s or more and 100 Pa ⁇ s or less are preferable.
  • the viscosity of the electrode mixture is measured by an E-type viscometer or the like.
  • the method for applying the electrode mixture is not particularly limited, and a doctor blade method, a reverse roll method, a comma bar method, a gravure method, an air knife method, a die coat method, a dip coat method, etc. can be applied.
  • the drying temperature is preferably 30 ° C. or higher and 500 ° C. or lower. Drying may be performed multiple times at different temperatures. At this time, it may be dried under atmospheric pressure, pressurization, or depressurization. Further heat treatment may be performed after drying.
  • the electrode density can be improved by performing the pressing process.
  • the press pressure is preferably 1 kPa or more and 10 GPa or less.
  • Electrolyte layer for non-aqueous electrolyte secondary battery The above-mentioned vinylidene fluoride copolymer composition or polymer dispersion can also be used for producing, for example, an electrolyte layer for non-aqueous electrolyte secondary battery.
  • the electrolyte layer for a non-aqueous electrolyte secondary battery (hereinafter, also simply referred to as “electrolyte layer”) may include, for example, only the electrolyte layer.
  • the above-mentioned polymer dispersion (vinylidene fluoride copolymer) can be used as a material for the electrolyte layer.
  • the electrolyte layer may contain at least the above-mentioned vinylidene fluoride copolymer composition and an electrolyte, and may further contain other components if necessary.
  • the electrolyte layer may be a layer for binding the electrode and the electrolyte, may be a layer for conducting various ions, or may be a layer having these functions at the same time.
  • the above-mentioned vinylidene fluoride copolymer composition may be in the form of particles, a film (including a porous film), or a gel.
  • the all-solid-state battery has, for example, a structure in which an electrolyte layer is sandwiched between a pair of electrodes (both having a current collector and an electrode layer).
  • the above-mentioned polymer dispersion can also be used to form an electrolyte layer of such an all-solid-state battery.
  • the electrolyte layer is based on an electrolyte mixture containing, for example, a vinylidene fluoride copolymer composition or a polymer dispersion, a solid electrolyte, a dispersion medium if necessary, and optionally other components. It may be a layer applied on the material and dried. At this time, the dried layer may be peeled off from the base material. Further, the layer may be a layer in which the electrolyte mixture is directly applied onto the electrodes and dried.
  • an electrolyte mixture containing, for example, a vinylidene fluoride copolymer composition or a polymer dispersion, a solid electrolyte, a dispersion medium if necessary, and optionally other components. It may be a layer applied on the material and dried. At this time, the dried layer may be peeled off from the base material. Further, the layer may be a layer in which the electrolyte mixture is directly applied onto the electrodes and dried.
  • the same compounds as those described in the above description of the electrode layer of the electrode can be used.
  • the amount of the solid electrolyte with respect to the total amount of the electrolyte layer is appropriately selected according to the type, the function of the electrolyte layer, the type of the battery, etc., and is not particularly limited. It is preferably 10% by mass or more and 99.9% by mass or less.
  • the electrolyte layer may contain components other than the above-mentioned vinylidene fluoride copolymer and the above-mentioned solid electrolyte, and examples thereof include pigment dispersants, adhesion aids, thickeners, fillers and various additives. Etc. are included.
  • pigment dispersant, the adhesive aid, and the thickener known compounds can be used, and they may be the same as the additives contained in the electrode layer. Further, these amounts are not particularly limited as long as they do not impair the object and effect of the present invention, but in one example, they are preferably 0.1% by mass or more and 90% by mass or less with respect to the total amount of the electrolyte layer.
  • the filler contained in the electrolyte layer may be an inorganic filler or an organic filler.
  • inorganic fillers include silicon dioxide (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), titanium dioxide (TIO 2 ), calcium oxide (CaO), strontium oxide (SrO), barium oxide (BaO), magnesium oxide (BaO).
  • Oxides such as MgO), zinc oxide (ZnO), barium titanate (BaTIO 3 ); magnesium hydroxide (Mg (OH) 2 ), calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ), zinc hydroxide (Zn (OH) 2 ) Hydroxides such as aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ) and aluminum hydroxide (AlO (OH)); carbonates such as calcium carbonate (CaCO 3 ); sulfates such as barium sulfate; nitrides Includes; clay minerals; and boehmite and the like.
  • the filler may contain only one kind, or may contain two or more kinds of fillers. Further, these amounts are not particularly limited as long as they do not impair the object and effect of the present invention, but in one example, they are preferably 0.1% by mass or more and 90% by mass or less with respect to the total amount of the electrolyte layer.
  • the thickness of the electrolyte layer is appropriately selected according to the function of the electrolyte layer and is not particularly limited, but in one example, it is preferably 1 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less.
  • the amount of the vinylidene fluoride copolymer composition with respect to the total amount of the electrolyte layer is appropriately selected according to the type, the function of the electrolyte layer, the type of the battery, etc., and is not particularly limited, but in one example, it is 0. .1% by mass or more and 10% by mass or less is preferable.
  • the method for forming the electrolyte layer is not particularly limited, and as described above, the electrolyte mixture can be applied and dried to form the electrolyte layer.
  • the method of applying the electrolyte mixture and the method of drying are the same as the method of forming the electrode layer.
  • the electrolyte mixture the above-mentioned polymer dispersion may be mixed with the solid electrolyte as it is, or a dispersion medium or a solvent may be further added if necessary.
  • the dispersion medium used for forming the electrolyte layer is not particularly limited, but is preferably the same as the dispersion medium contained in the above-mentioned polymer dispersion liquid.
  • Non-aqueous electrolyte secondary battery As described above, the above-mentioned vinylidene fluoride copolymer composition or polymer dispersion can be used for electrodes of various non-aqueous electrolyte secondary batteries including all-solid-state batteries and for the electrolyte layer. However, it may be used to form other layers of non-aqueous electrolyte secondary batteries.
  • Emulsion 1 280 parts by mass of ion-exchanged water was placed in an autoclave, and degassing was performed by nitrogen bubbling for 30 minutes. Next, 0.2 parts by mass of disodium hydrogen phosphate and 1.0 part by mass of perfluorooctanoic acid ammonium salt (PFOA) were charged and pressurized to 4.5 MPa to perform nitrogen substitution three times. Then, 0.1 part by mass of ethyl acetate, 11 parts by mass of vinylidene fluoride (VDF), and 24 parts by mass of hexafluoropropylene (HFP) were added to the autoclave. The temperature was raised to 80 ° C. with stirring.
  • PFOA perfluorooctanoic acid ammonium salt
  • the solid content concentration (concentration of vinylidene fluoride copolymer) of the emulsion 1 was 21.0% by mass. Further, the untreated vinylidene fluoride copolymer was taken out by freeze-drying, and the endothermic peak endpoint of the vinylidene fluoride copolymer observed at 185 ° C. or lower was measured at 132 ° C. based on the method described later. ..
  • the emulsion was freeze-dried to obtain a powdery vinylidene fluoride copolymer.
  • a mold measuring 5 cm in length ⁇ 5 cm in width ⁇ 150 ⁇ m in thickness and about 1 g of powdered vinylidene fluoride copolymer were sandwiched between two aluminum foils sprayed with a release agent and pressed at 200 ° C. The film was prepared. Then, the measurement was performed according to ASTM D3418 using a differential scanning calorimeter (“DSC-1” manufactured by METTLER) to obtain a heat flow of the vinylidene fluoride copolymer.
  • DSC-1 differential scanning calorimeter
  • the baseline is set so as to overlap the linear heat flow in the temperature range on the high temperature side of the peak top of the highest temperature. I drew it in a straight line.
  • the temperature range is on the high temperature side of the peak top of the highest temperature, and the temperature is lower than the minimum temperature of the temperature at which the heat flow and the baseline overlap. In this temperature range, a tangent line was drawn on the heat flow, and the intersection of the tangent line and the baseline was defined as the end set of the vinylidene fluoride copolymer.
  • Emulsion 2 Emulsion except that the amount of VDF collectively added to the autoclave was changed from 11 parts by mass to 15 parts by mass and the amount of HFP was changed from 24 parts by mass to 20 parts by mass before the start of polymerization.
  • Polymerization was carried out in the same manner as in the preparation of No. 1 to obtain an emulsion 2 in which the untreated vinylidene fluoride copolymer was dispersed in water.
  • the solid content concentration (concentration of vinylidene fluoride copolymer) of the emulsion 2 was 20.8% by mass.
  • the endothermic peak of the endothermic peak of the untreated vinylidene fluoride copolymer identified at 185 ° C. or lower in the same manner as in Emulsion 1 is 134 ° C. there were.
  • Emulsion 3 Emulsion except that the amount of VDF collectively added to the autoclave was changed from 11 parts by mass to 25 parts by mass and the amount of HFP was changed from 24 parts by mass to 10 parts by mass before the start of polymerization.
  • Polymerization was carried out in the same manner as in the preparation of No. 1 to obtain an emulsion 3 in which the untreated vinylidene fluoride copolymer was dispersed in water.
  • the solid content concentration (concentration of vinylidene fluoride copolymer) of the emulsion 3 was 21.3% by mass.
  • the endothermic peak of the endothermic peak of the untreated vinylidene fluoride copolymer identified by the same method as in Emulsion 1 was 152 ° C.
  • Emulsion 1 was placed in an autoclave, and SDS was further added so that the concentration of sodium dodecyl sulfate (SDS) with respect to water in the emulsion was 1% by mass to obtain a surfactant-containing emulsion. At this time, the surface tension of the surfactant-containing emulsion at 25 ° C. was measured. The results are shown in Table 1.
  • SDS sodium dodecyl sulfate
  • the mixture was heated at 125 ° C., which is a temperature lower than that of the end set, for 1 hour. Then, while continuing stirring, the can was air-cooled at room temperature (24 ° C.) until the temperature inside the can became 40 ° C. or lower. Further, the emulsion was freeze-dried to obtain a powdery vinylidene fluoride copolymer composition. The average secondary particle size of the powdery vinylidene fluoride copolymer composition was 174 ⁇ m. At this time, the freeze-dried product was obtained by freezing the polymerized emulsion with liquid nitrogen and drying it under reduced pressure at room temperature.
  • Example 2 Heat treatment and freeze-drying were carried out in the same manner as in Example 1 except that the concentration of SDS with respect to water in Emulsion 1 was changed from 1% by mass to 0.5% by mass to obtain a powdery vinylidene fluoride copolymer composition. Obtained.
  • the powdery vinylidene fluoride copolymer composition had an average secondary particle size of 141 ⁇ m.
  • Example 3 Heat treatment and freeze-drying were carried out in the same manner as in Example 2 except that the surfactant added to Emulsion 1 was changed from SDS to Emulgen LS-110 (polyoxyalkylene alkyl ether manufactured by Kao Co., Ltd.), and fluorinated in powder form. A vinylidene copolymer composition was obtained. The average secondary particle size of the powdery vinylidene fluoride copolymer composition was 197 ⁇ m.
  • Example 4 Heat treatment and freeze-drying were carried out in the same manner as in Example 2 except that the surfactant added to Emulsion 1 was changed from SDS to PFOA (perfluorooctanoic acid) to obtain a powdery vinylidene fluoride copolymer composition. ..
  • the average secondary particle size of the powdery vinylidene fluoride copolymer composition was 163 ⁇ m.
  • Example 5 Heat treatment and freeze-drying were carried out in the same manner as in Example 2 except that the heating temperature of Emulsion 1 was changed from 125 ° C. to 95 ° C. to obtain a powdery vinylidene fluoride copolymer composition.
  • the average secondary particle size of the powdery vinylidene fluoride copolymer composition was 391 ⁇ m.
  • Example 6 Heat treatment and freeze-drying were carried out in the same manner as in Example 2 except that the heating temperature of Emulsion 1 was changed from 125 ° C. to 75 ° C. to obtain a powdery vinylidene fluoride copolymer composition.
  • the powdery vinylidene fluoride copolymer composition had an average secondary particle size of 364 ⁇ m.
  • Example 7 Heat treatment and freeze-drying were carried out in the same manner as in Example 2 except that the concentration of SDS with respect to water in Emulsion 1 was changed from 0.5% by mass to 0% by mass to obtain a powdery vinylidene fluoride copolymer composition. Obtained. The average secondary particle size of the powdery vinylidene fluoride copolymer composition was 173 ⁇ m.
  • Example 8 Heat treatment and freeze-drying were carried out in the same manner as in Example 6 except that the concentration of SDS with respect to water in Emulsion 1 was changed from 0.5% by mass to 0% by mass to obtain a powdery vinylidene fluoride copolymer composition. Obtained.
  • the powdery vinylidene fluoride copolymer composition had an average secondary particle size of 424 ⁇ m.
  • Example 9 The same as in Example 2 except that the emulsion to be put into the autoclave was changed from emulsion 1 to emulsion 2, and the heating temperature of the emulsion (surfactant-containing emulsion) after adding the surfactant was changed from 125 ° C to 130 ° C. Heat treatment and freeze-drying were carried out to obtain a powdery vinylidene fluoride copolymer composition.
  • the average secondary particle size of the powdery vinylidene fluoride copolymer composition was 52 ⁇ m.
  • Emulsion 1 was placed in an autoclave, and PFOA was further added so that the concentration of PFOA with respect to water in the emulsion was 0.5% by mass. Then, PFOA was dissolved in the emulsion by stirring at room temperature (24 ° C.) at 500 rpm. The emulsion was freeze-dried to obtain a powdery vinylidene fluoride copolymer composition. The average secondary particle size of the powdery vinylidene fluoride copolymer composition was 160 ⁇ m.
  • Emulsion 1 was placed in an autoclave, SDS was further added so that the concentration of SDS with respect to water in the emulsion was 1% by mass, and the SDS was dissolved in the emulsion by stirring at room temperature (24 ° C.) at 500 rpm. The emulsion was freeze-dried to obtain a powdery vinylidene fluoride copolymer composition. The average secondary particle size of the powdery vinylidene fluoride copolymer composition was 148 ⁇ m.
  • Example 12 Dissolution and freeze-drying were carried out in the same manner as in Example 11 except that the concentration of SDS with respect to water in the emulsion was changed from 1% by mass to 0.5% by mass to obtain a powdery vinylidene fluoride copolymer composition. rice field. The average secondary particle size of the powdery vinylidene fluoride copolymer composition was 126 ⁇ m.
  • Example 13 Dissolution and freeze-drying were carried out in the same manner as in Example 10 except that the concentration of PFOA with respect to water in the emulsion was changed from 0.5% by mass to 1% by mass to obtain a powdery vinylidene fluoride copolymer composition. rice field.
  • the powdery vinylidene fluoride copolymer composition had an average secondary particle size of 219 ⁇ m.
  • Example 14 A powdery vinylidene fluoride copolymer composition was dissolved and freeze-dried in the same manner as in Example 10 except that the concentration of PFOA with respect to water in the emulsion was changed from 0.5% by mass to 0.1% by mass. Got The average secondary particle size of the powdery vinylidene fluoride copolymer composition was 178 ⁇ m.
  • Emulsion 1 is placed in an autoclave, and acetamine 86 (stearylamine acetate manufactured by Kao Co., Ltd.) is added so that the concentration of acetamine 86 in the water in the emulsion is 0.05% by mass, and the temperature is 500 rpm at room temperature (24 ° C.). Acetamine 86 was dissolved in the emulsion by stirring. The emulsion was freeze-dried to obtain a powdery vinylidene fluoride copolymer composition. The average secondary particle size of the powdery vinylidene fluoride copolymer composition was 821 ⁇ m.
  • Emulsion 1 was freeze-dried to obtain a powdery vinylidene fluoride copolymer composition.
  • the average secondary particle size of the powdery vinylidene fluoride copolymer composition was 215 ⁇ m.
  • Example 2 The powdery vinylidene fluoride copolymer composition obtained in Example 11 was heat-treated at 125 ° C. for 1 hour to obtain a powdery vinylidene fluoride copolymer composition. Since the vinylidene fluoride copolymer composition aggregates violently, the average secondary particle size cannot be measured.
  • Comparative Example 3 The powdery vinylidene fluoride copolymer composition obtained in Comparative Example 1 was heat-treated at 125 ° C. for 1 hour to obtain a powdery vinylidene fluoride copolymer composition. Since the vinylidene fluoride copolymer composition aggregates violently, the average secondary particle size cannot be measured.
  • Example 4 Dissolution and freeze-drying were carried out in the same manner as in Example 10 except that the surfactant to be added to the emulsion was changed from PFOA to Emargen LS-110 to obtain a powdery vinylidene fluoride copolymer composition.
  • the powdery vinylidene fluoride copolymer composition had an average secondary particle size of 127 ⁇ m.
  • ⁇ Comparative Example 5> The emulsion to be put into the autoclave was changed from emulsion 1 to emulsion 3, and heat treatment and freeze-drying were performed in the same manner as in Example 2 except that the heating temperature of the emulsion was changed from 125 ° C to 150 ° C. A polymer composition was obtained. The average secondary particle size of the powdery vinylidene fluoride copolymer composition was 39 ⁇ m.
  • the average secondary particle size of vinylidene fluoride copolymer composition is laser diffraction / scattering for powdery vinylidene fluoride copolymer composition.
  • the measurement was performed on a volume basis by the method, and the cumulative average diameter (D50) of the particle size distribution was calculated. Specifically, using Microtrac MT3300EXII manufactured by Microtrac Bell, about 0.5 mg of the powdery vinylidene fluoride copolymer composition was dispersed in water by stirring to prepare a sample for measurement.
  • the measurement medium is water, the medium refractive index is 1.333, the particle shape is non-spherical, the particle refractive index is 1.42, the measurement time is 30 seconds, and the average value of D50 when measured 5 times in the transmission mode is 2 on average. The next particle size was used.
  • the melting point of vinylidene fluoride copolymer composition was measured in the form of a film produced by the following method. First, a mold having a length of 5 cm, a width of 5 cm, and a thickness of 150 ⁇ m and about 1 g of a powdery vinylidene fluoride copolymer composition are sandwiched between two aluminum foils sprayed with a release agent, and pressed at 200 ° C. And got a press film. Then, the melting point was measured according to ASTM D3418 using a differential scanning calorimeter (“DSC-1” manufactured by METTLER).
  • DSC-1 differential scanning calorimeter
  • a temperature-modulated differential scanning calorimeter (Q-100, manufactured by TA Instruments) was used. It was measured. Specifically, about 5 mg of the vinylidene fluoride copolymer composition powdered by freeze-drying was packed in an aluminum pan to prepare a sample for measurement. The measurement conditions were an average temperature rise rate of 5 ° C./min, a modulation period of 40 seconds, and a modulation amplitude of ⁇ 0.531 ° C. so as to be heat-only conditions.
  • the obtained rebirthing heat flow had a downwardly convex endothermic peak.
  • a baseline was drawn linearly so as to overlap the linear heat flow on the high temperature side of the end set.
  • the point where the distance is far is defined as the peak top of the endothermic peak, and the temperature of the peak top is specified.
  • the number of minimum values of the endothermic peaks convex under the rebirthing heat flow was defined as the number of peak tops of the endothermic peaks.
  • the region surrounded by the baseline and the reversing heat flow was defined as the melting enthalpy amount ( ⁇ Hm).
  • the surface tension of an emulsion (when a surfactant is added to an emulsion, the emulsion after the surfactant is added to the emulsion) is measured by a surface tension meter (Sigma701 / 700, KSV instruments) using the Wilhelmy method. (Manufactured by the company). A platinum plate was used for the measurement, and the average value when the surface tension at 25 ° C. was measured three times was taken as the value of the surface tension.
  • the turbidity of the dispersion liquid in which the vinylidene fluoride copolymer composition was dispersed in butyl butyrate was measured by the following method. First, 2 g of a powdered vinylidene fluoride copolymer composition is added to 18 g of butyl butyrate, and the mixture is stirred on a stirrer at 25 ° C. for 30 minutes to obtain a butyl butyrate dispersion of the vinylidene fluoride copolymer composition. The content of the vinylidene compound copolymer composition was 10% by mass).
  • the turbidity of the dispersion liquid after allowing the sample to stand for 20 hours and then re-stirring was measured by NDH2000 (based on JIS K 7136) manufactured by Nippon Denshoku Kogyo.
  • NDH2000 based on JIS K 7136
  • the sample was placed in a quartz cell.
  • the turbidity of the sample was calculated with the turbidity of butyl butyrate as 0%.
  • the melting point of the vinylidene fluoride copolymer composition is 140 ° C. or lower, and the vinylidene fluoride copolymer composition has a melting enthalpy amount ( ⁇ Hm) of 2 mJ / g in the reversing heat flow.
  • ⁇ Hm melting enthalpy amount
  • the content of the upper vinylidene fluoride copolymer composition after standing for 20 hours in the dispersion dispersed in butyl butyrate (content of the vinylidene fluoride copolymer composition is 10% by mass) is 4.0% by mass. When it was 10% by mass or less, the dispersibility of the vinylidene fluoride copolymer composition was good (Examples 1 to 15).
  • the fluorinated vinylidene copolymer weight of the upper part of the dispersion liquid in which the vinylidene fluoride copolymer composition is dispersed in butyl butyrate (content of the vinylidene fluoride copolymer composition: 10% by mass) is allowed to stand for 20 hours.
  • content of the coalesced composition was 4.0% by mass or more and more than 10% by mass, the dispersibility was low in all cases (Comparative Examples 1 to 8).
  • fluoride having desired physical properties is obtained by adding a certain amount of a surfactant to an emulsion of vinylidene fluoride copolymer (copolymer dispersion) or by heating the emulsion.
  • a vinylidene copolymer composition was obtained (Examples 1 to 15).
  • the surfactant was not added to the emulsion of the vinylidene fluoride copolymer and the emulsion was not heated, the vinylidene fluoride copolymer composition settled in butyl butyrate. It was easy (Comparative Example 1).
  • the vinylidene fluoride copolymer composition of the present invention is easy to disperse in a dispersion medium having a low relative permittivity, and further, it is difficult to settle even if the dispersion liquid is stored for a long time. Therefore, it is very useful for producing an electrode layer and an electrolyte layer for a non-aqueous electrolyte secondary battery.

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Abstract

分散媒に対する分散性が長期間に亘って安定な、フッ化ビニリデン共重合体組成物を提供することを課題とする。上記課題を解決するフッ化ビニリデン共重合体組成物は、フッ化ビニリデン共重合体を含む。フッ化ビニリデン共重合体組成物の融点は140℃以下であり、フッ化ビニリデン共重合体組成物のリバーシングヒートフローは、融解エンタルピー量が2J/g以上である吸熱ピークを有し、吸熱ピークのうち最も大きい吸熱ピークを示す温度と、フッ化ビニリデン共重合体組成物の融点との差の絶対値は10℃以下である。酪酸ブチルとフッ化ビニリデン共重合体組成物とを含む分散液(フッ化ビニリデンの含有率10質量%)を20時間静置したとき、静置後の分散液の上部20体積%におけるフッ化ビニリデン共重合体組成物の含有率が4.0質量%以上10質量%以下である。

Description

フッ化ビニリデン共重合体組成物およびその製造方法、ポリマー分散液、非水電解質二次電池用電極、非水電解質二次電池用電解質層、ならびに非水電解質二次電池
 本発明は、フッ化ビニリデン共重合体組成物およびその製造方法、ポリマー分散液、非水電解質二次電池用電極、非水電解質二次電池用電解質層、ならびに非水電解質二次電池に関する。
 従来、非水電解質二次電池の各層のバインダーとして、フッ化ビニリデンを含むフッ化ビニリデン重合体が広く用いられている。特に、フッ化ビニリデンおよび含フッ素アルキルビニル化合物の共重合体(以下、「フッ化ビニリデン共重合体」とも称する)は、集電体と電極活物質等とを結着するためのバインダーとして広く知られている。
 ここで、特許文献1にはフッ化ビニリデン共重合体を非水電解質二次電池の一種である全固体電池の電極層や電解質層のバインダーに使用した例が記載されている。この場合、当該フッ化ビニリデン共重合体を、電極活物質や固体電解質、溶媒もしくは分散媒等と混合し、上記層を形成することが一般的である。また、特許文献2では、固体電解質からのリチウムの溶出を抑制したりするために、誘電率が小さい溶媒を使用している。
 しかしながら、フッ化ビニリデン共重合体は絶縁体であるため、上記混合物において、イオン伝導パスが切断され、全固体電池の性能が十分に得られないことがあった。特許文献3には、固体電解質層にバインダーを混入させるとイオン伝導性が低下する旨が記載されている。
 そこで、フッ化ビニリデン共重合体を溶解させずに分散させて、電極層や電解質層を形成する技術が検討されている。例えば、特許文献4や特許文献5では、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体を酪酸ブチル等に分散させたスラリーが記載されている。
 さらに、特許文献6には、分散媒に粒子状のバインダーポリマーを均一に分散させると、固体電解質を局部的あるいは全面的に被覆することなく固着させることができる、と記載されている。そして、このようなバインダー分散液を使用すると、固体電解質粒子間、固体電解質粒子と集電体間等の界面抵抗の上昇を抑えられること、バインダー分散液と固体電解質粒子と混合して塗布できるようになること、等が示されている。
特許第6257698号公報 国際公開第2012/063827号 特開2008-103284号公報 特開2016-025025号公報 特開2016-025027号公報 特開2015-159067号公報
 前述の特許文献3に記載されているように、フッ化ビニリデン共重合体は絶縁体であるため、電極層や電解質層のバインダーとした際、イオン伝導性を低下させることがあった。そこで、特許文献4~6のように、フッ化ビニリデン共重合体を溶解させずに分散させて、電極層や固体電解質層を形成することが検討されている。
 そして、全固体電池の性能をさらに高めるために、電極層や電解質層を形成するためのポリマー分散液に、バインダー(フッ化ビニリデン共重合体)をより均一に分散させる方法が模索されている。ここで、電極層や電解質層を形成するためのポリマー分散液中では、フッ化ビニリデン共重合体が長期間に亘って沈降し難いことが好ましい。そこで、本発明は、比誘電率の低い分散媒に対する分散性が長期間に亘って安定な、フッ化ビニリデン共重合体組成物の提供や、その製造方法の提供を目的とする。また、当該フッ化ビニリデン共重合体組成物を含むポリマー分散液や非水電解質二次電池用電極、非水電解質二次電池用電解質層、非水電解質二次電池等の提供も目的とする。
 本発明は、以下のフッ化ビニリデン共重合体組成物を提供する。
 すなわち、本発明は、フッ化ビニリデン共重合体を含むフッ化ビニリデン共重合体組成物であって、前記フッ化ビニリデン共重合体は、フッ化ビニリデン由来の構成単位と、含フッ素アルキルビニル化合物由来の構成単位とを含み、前記フッ化ビニリデン共重合体組成物の融点が140℃以下であり、前記フッ化ビニリデン共重合体組成物は、前記フッ化ビニリデン共重合体組成物のリバーシングヒートフローを温度変調示差走査熱量計で測定したとき、融解エンタルピー量(ΔHm)が2J/g以上である吸熱ピークを有し、前記吸熱ピークのうち、最も大きい吸熱ピークのピークトップ温度と、前記フッ化ビニリデン共重合体組成物の前記融点との差の絶対値が10℃以下であり、酪酸ブチルと前記フッ化ビニリデン共重合体組成物とを含み、かつ前記フッ化ビニリデン共重合体組成物の含有率が10質量%である分散液を、25℃で30分間攪拌し、20時間静置した後の、前記分散液の上部20体積%における前記フッ化ビニリデン共重合体組成物の含有率が、4.0質量%以上10質量%以下である、フッ化ビニリデン共重合体組成物を提供する。
 また、本発明は、上記フッ化ビニリデン共重合体組成物と、比誘電率が15以下である分散媒と、を含む、ポリマー分散液も提供する。
 本発明は、上記のフッ化ビニリデン共重合体組成物を含む、非水電解質二次電池用電極も提供する。さらに、上記のフッ化ビニリデン共重合体組成物を含む、非水電解質二次電池用電解質層を提供する。また、上記のフッ化ビニリデン共重合体組成物を含む、非水電解質二次電池も提供する。
 本発明は、以下のフッ化ビニリデン共重合体組成物の製造方法も提供する。
 フッ化ビニリデン由来の構成単位と、含フッ素アルキルビニル化合物由来の構成単位とを含むフッ化ビニリデン共重合体を含有するフッ化ビニリデン共重合体組成物の製造方法であって、水性媒体中に未処理フッ化ビニリデン共重合体が分散したエマルションを準備する工程と、前記エマルションに界面活性剤を添加して攪拌し、25℃における表面張力が40mN/m以下の界面活性剤含有エマルションを得る工程と、を含み前記フッ化ビニリデン共重合体組成物の融点が140℃以下である、フッ化ビニリデン共重合体組成物の製造方法を提供する。
 また、フッ化ビニリデン由来の構成単位と、含フッ素アルキルビニル化合物由来の構成単位とを含むフッ化ビニリデン共重合体を含有するフッ化ビニリデン共重合体組成物の製造方法であって、水性媒体中に未処理フッ化ビニリデン共重合体が分散したエマルションを準備する工程と、前記未処理フッ化ビニリデン共重合体のヒートフローを示差走査熱量計で測定したときに、185℃以下にみられる吸熱ピークのうち最も高温のピークのエンドセットより低い温度、かつ、40℃以上の温度で前記エマルションを加熱する工程と、を含み、前記フッ化ビニリデン共重合体組成物の融点が140℃以下である、フッ化ビニリデン共重合体組成物の製造方法も提供する。
 本発明のフッ化ビニリデン共重合体組成物は、比誘電率の低い分散媒に対する分散性が非常に優れる。したがって、当該フッ化ビニリデン共重合体組成物によれば、フッ化ビニリデン共重合体組成物を均一に含む電極層や電解質層の形成が可能である。
図1は、フッ化ビニリデン共重合体の吸熱ピークのエンドセットを特定する方法を説明するためのグラフである。
 1.フッ化ビニリデン共重合体組成物
 本発明のフッ化ビニリデン共重合体組成物は、所定の物性を有するフッ化ビニリデン共重合体を含む組成物である。フッ化ビニリデン共重合体組成物は、フッ化ビニリデン共重合体のみで構成されていてもよく、フッ化ビニリデン共重合体と例えば界面活性剤等の他の成分を含んでいてもよい。
 本発明のフッ化ビニリデン共重合体組成物は、融点が140℃以下であればよく、通常、25℃で固体状である。なお、本明細書において、組成物が25℃で固体状であるとは、組成物の主な構成成分が25℃で固体状であることを意味し、本発明の目的および効果を損なわない範囲において、液体状の成分を一部に含んでいてもよい。
 前述のように、非水電解質二次電池の電極層や電解質層を形成する際、フッ化ビニリデン共重合体は、分散媒(比誘電率の低い分散媒)に分散されることが好ましく、長期間に亘ってその分散性が維持されることが好ましい。本発明者らの鋭意検討によれば、フッ化ビニリデン共重合体組成物が特定の物性を有する場合に、比誘電率の低い分散媒に分散しやすいこと、さらにフッ化ビニリデン共重合体組成物分散液を静置したときの分散安定性が非常に高いこと、が明らかとなった。
 具体的には、フッ化ビニリデン共重合体組成物の融点が140℃以下であり、かつフッ化ビニリデン共重合体組成物が、当該フッ化ビニリデン共重合体組成物のリバーシングヒートフローを温度変調示差走査熱量計で測定したときに、融解エンタルピー量(ΔHm)が2J/g以上である吸熱ピークを有し、最も大きい吸熱ピークのピークトップ温度と、フッ化ビニリデン共重合体組成物の融点との差の絶対値が10℃以下である場合に、比誘電率が15以下である分散媒中でフッ化ビニリデン共重合体組成物の分散性が良好になることが明らかとなった。
 フッ化ビニリデン共重合体組成物の融点が140℃以下であることは、フッ化ビニリデン共重合体が、一定以上の含フッ素アルキルビニル化合物由来の構成単位を含んでいることを意味する。そして、フッ化ビニリデン共重合体組成物が、含フッ素アルキルビニル化合物由来の構成単位を含むと、比誘電率が低い分散媒との親和性が良好になりやすいと考えられる。
 また、フッ化ビニリデン由来の構成単位と含フッ素アルキルビニル化合物由来の構成単位とがある一定の組成比を有するフッ化ビニリデン共重合体を含むフッ化ビニリデン共重合体組成物において、そのリバーシングヒートフローにおける最も大きい吸熱ピークのピークトップ温度は、フッ化ビニリデン共重合体組成物中のフッ化ビニリデン共重合体の結晶性領域の状態に応じて変化する。フッ化ビニリデン共重合体の結晶性領域の状態は、熱履歴(温度、時間)やモノマーの反応速度など重合条件や設備により変化するため、当該ピークトップ温度は製造履歴が反映された値となる。一方、当該フッ化ビニリデン共重合体組成物において、後述の方法によって測定する融点は、製造時に形成される結晶性領域の状態の影響を受けにくい。そして、比誘電率が低い分散媒との親和性を損なうことなく、フッ化ビニリデン共重合体が適度に結晶化している場合に、当該ピークトップ温度と、フッ化ビニリデン共重合体組成物の融点との差の絶対値が10℃以下となる。つまり、上記絶対値が10℃以下である場合には、フッ化ビニリデン共重合体組成物が、比誘電率の低い溶媒に分散しやすいといえる。
 また本発明では、酪酸ブチルと前記フッ化ビニリデン共重合体組成物とを含み、かつ前記フッ化ビニリデン共重合体組成物の含有率が10質量%である分散液を調製したとき、当該分散液を25℃で30分攪拌し、20時間静置した後の、分散液の上部20体積%におけるフッ化ビニリデン共重合体組成物の含有率が、4.0質量%以上10質量%以下である。上記分散液中のフッ化ビニリデン共重合体組成物の含有率が、上記範囲となると、フッ化ビニリデン共重合体組成物が比誘電率の低い分散媒中で沈降し難くなり、長期間にわたって、分散性が良好に維持される。
 以下、フッ化ビニリデン共重合体組成物中の成分や、その物性、製造方法等について、詳しく説明する。
 ・フッ化ビニリデン共重合体
 本発明のフッ化ビニリデン共重合体組成物が含むフッ化ビニリデン共重合体は、フッ化ビニリデン由来の構造単位、および含フッ素アルキルビニル化合物由来の構成単位を含む。フッ化ビニリデン共重合体中のフッ化ビニリデン由来の構成単位の量は、フッ化ビニリデン共重合体の構成単位100質量%に対して、30質量%以上85質量%以下が好ましく、40質量%以上80質量%以下がより好ましい。フッ化ビニリデン由来の構造単位の質量分率が上述の範囲内であると、フッ化ビニリデン共重合体組成物の融点が所望の範囲に収まりやすくなる。上記フッ化ビニリデン由来の構造単位の質量分率は、フッ化ビニリデン共重合体を19F-NMRで分析することにより特定することができる。
 一方、含フッ素アルキルビニル化合物は、1つのビニル基と、アルキル基のうち1つ以上の水素がフッ素に置換されたアルキル基と、を有する化合物、または1つのビニル基を有し、かつ当該ビニル基にフッ素が結合している化合物(ただし、フッ化ビニリデンは除く)であればよく、その例には、フッ化ビニル、トリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、ヘキサフルオロエチレン、フルオロアルキルビニルエーテル、およびパーフルオロメチルビニルエーテル等が含まれる。これらの中でも、比誘電率が低い分散媒との親和性が良好になりやすいとの観点で、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレンが好ましく、特にヘキサフルオロプロピレンが好ましい。フッ化ビニリデン共重合体中には、含フッ素アルキルビニル化合物由来の構造単位が1種のみ含まれていてもよく、2種以上含まれていてもよい。
 フッ化ビニリデン共重合体中の含フッ素アルキルビニル化合物由来の構成単位の量は、後述のフッ化ビニリデン共重合体組成物の融点を140℃以下にすることが可能であれば特に制限されない。含フッ素アルキルビニル化合物の種類にもよるが、含フッ素アルキルビニル化合物由来の構成単位の量は、フッ化ビニリデン共重合体の構成単位100質量%に対して、15質量%以上70質量%以下が好ましく、20質量%以上60質量%以下がより好ましい。フッ化ビニリデン共重合体中の含フッ素アルキルビニル化合物の量が上記範囲であると、フッ化ビニリデン共重合体組成物の融点が所望の範囲に収まりやすくなる。上記含フッ素アルキルビニル化合物由来の構造単位の質量分率は、フッ化ビニリデン共重合体を19F-NMRで分析することにより特定できる。
 また、フッ化ビニリデン共重合体は、本発明の目的および効果を損なわない範囲で、フッ化ビニリデンや、含フッ素アルキルビニル化合物と共重合可能な他の単量体由来の構成単位を一部に含んでいてもよい。
 フッ化ビニリデン等と共重合可能な他の単量体の例には、1つのビニル基と、架橋性基と、を有する、架橋性アルキルビニル化合物が含まれる。架橋性基の例には、ビニル基も含まれる。すなわち、架橋性アルキルビニル化合物は、2つ以上のビニル基を有する化合物等であってもよい。また、当該架橋性アルキルビニル化合物は、フッ素原子を含んでいてもよい。当該架橋性アルキルビニル化合物の例には、パーフルオロジビニルエーテルおよびパーフルオロアルキレンジビニルエーテル等が含まれる。なお、パーフルオロアルキレンジビニルエーテルの例には、すべての水素原子がフッ素原子で置換された2つのビニルエーテル基が、炭素数1以上6以下の直鎖状または分岐鎖状の2価のパーフルオロアルキレン基で結合された構造を有する化合物が含まれる。
 また、他の単量体の例には、不飽和二塩基酸または不飽和二塩基酸モノエステルも含まれる。不飽和二塩基酸は、不飽和ジカルボン酸またはその誘導体であり、その例には、2つのカルボキシル基が、炭素数1以上6以下の直鎖状または分岐鎖状の不飽和アルキレン基で結合された化合物が含まれる。上記不飽和二塩基酸のより具体的な例には、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、およびシトラコン酸等が含まれる。一方、不飽和二塩基酸モノエステルは、上記不飽和二塩基酸に由来するモノエステル化合物である。上記不飽和二塩基酸モノエステルの例には、マレイン酸モノメチルエステル、マレイン酸モノエチルエステル、シトラコン酸モノメチルエステル、およびシトラコン酸モノエチルエステル等が含まれる。
 また、他の単量体の例には、ビニル基および極性基を含有する化合物(以下、「極性基含有化合物」ともいう。)も含まれる。当該極性基含有化合物の例には、(メタ)アクリル酸、2-カルボキシエチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリロイルオキシエチルコハク酸、(メタ)アクリロイロキシプロピルコハク酸、およびグリシジル(メタ)アクリレート等が含まれる。
 フッ化ビニリデン共重合体中の上記架橋性アルキルビニル化合物、不飽和二塩基酸、不飽和二塩基酸モノエステル、または極性基含有化合物に由来する構造単位の質量分率は、本発明の目的および効果を損なわない範囲で、任意に設定することができる。例えば、不飽和二塩基酸、不飽和二塩基酸モノエステル、または極性基含有化合物に由来する構造単位の導入量は、フッ化ビニリデン共重合体をFT-IR分析することにより特定することができる。
 ここで、フッ化ビニリデン共重合体の重量平均分子量は、10万~1000万が好ましく、20万~500万がより好ましく、30万~200万がさらに好ましい。フッ化ビニリデン共重合体の重量平均分子量が当該範囲であると、フッ化ビニリデン共重合体組成物の分散媒に対する分散性が良好になりやすい。また、フッ化ビニリデン共重合体組成物を電極層や全固体電池の電解質層のバインダーとしたとき、活物質や固体電解質を結着しやすくなる。なお、上記重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって測定される、ポリスチレン換算値である。
 ・界面活性剤
 上述のように、フッ化ビニリデン共重合体組成物は、フッ化ビニリデン共重合体だけでなく、界面活性剤をさらに含んでいてもよい。
 ここで、フッ化ビニリデン共重合体組成物が含む界面活性剤は、アニオン性の基またはカチオン性の基を有するイオン性の界面活性剤であってもよく、非イオン性の界面活性剤であってもよい。また、界面活性剤はフッ素を含まない非フッ素化界面活性剤であってもよく、フッ素を含むフッ素化界面活性剤(過フッ素化界面活性剤および部分フッ素化界面活性剤等)であってもよい。
 使用できるアニオン性の界面活性剤は特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。アニオン性界面活性剤の親水基は、カルボン酸塩、硫酸塩、スルホン酸塩、リン酸塩等を含むことが好ましく、さらにエステル結合、酸アミド結合、エーテル結合を含んでいてよい。また、疎水基は、アルキル鎖、アルキルエーテル鎖、パーフルオロアルキル鎖、パーフルオロアルキルエーテル鎖、フルオロカーボン鎖またはフルオロポリエーテル鎖を含むことが好ましく、これらは直鎖構造であっても分岐構造を有していてもよい。
 使用できるカチオン性の界面活性剤は特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。カチオン性界面活性剤の親水基は、脂肪族第4級アンモニウム塩、脂肪族アミン塩、環式第4級アンモニウム塩、アミン酢酸塩、を含むことが好ましい。また、疎水基は、アルキル鎖、アルキルエーテル鎖、パーフルオロアルキル鎖、パーフルオロアルキルエーテル鎖、フルオロカーボン鎖またはフルオロポリエーテル鎖を含むことが好ましく、これらは直鎖構造であっても分岐構造を有していてもよい。
 さらに、使用できる非イオン性界面活性剤は特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。非イオン性界面活性剤の親水基は、ヒドロキシ基、エーテル結合、酸アミド結合、エステル結合等を分子内に有することが好ましい。また、疎水基は、アルキル鎖、アルキルエーテル鎖、パーフルオロアルキル鎖、パーフルオロアルキルエーテル鎖、フルオロカーボン鎖またはフルオロポリエーテル鎖を含むことが好ましく、これらは直鎖構造であっても分岐構造を有していてもよい。
 界面活性剤としては、後述するフッ化ビニリデン共重合体組成物の製造方法において準備するエマルション中の水性媒体に溶解または混和するものが好ましい。
 フッ化ビニリデン共重合体組成物が含む界面活性剤の量は、フッ化ビニリデン共重合体と界面活性剤との合計量に対して、0.01質量%以上20質量%以下が好ましく、0.02質量%以上15質量%以下がより好ましい。界面活性剤の量が過度に多くなると、得られるフッ化ビニリデン共重合体組成物を電極層や電解質層のバインダーとして使用したときに、フッ化ビニリデン共重合体組成物と活物質や電解質等との接着性が低下することがあるが、20質量%以下であれば、接着性が低下し難い。一方で、界面活性剤の量が、フッ化ビニリデン共重合体組成物の総量に対して0.01質量%以上であると、フッ化ビニリデン共重合体組成物を分散媒に分散させたときの分散安定性が高まる。
 <フッ化ビニリデン共重合体組成物の物性>
 本発明のフッ化ビニリデン共重合体組成物は、上述のように、その融点が140℃以下であればよいが、135℃以下が好ましく、130℃以下がより好ましい。フッ化ビニリデン共重合体組成物の融点は、上述のフッ化ビニリデン共重合体中の含フッ素アルキルビニル化合物由来の構成単位の量等によって調整可能である。また、本明細書において、フッ化ビニリデン共重合体組成物の融点は、以下の方法で測定する。まず、粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物を200℃でプレスし、厚み150μmのフィルム状に成形する。示差走査熱量計を用い、ASTM D3418に準拠して、プレスしたフィルム状のフッ化ビニリデン共重合体組成物の融点を測定する。当該方法によって測定されるフッ化ビニリデン共重合体組成物の融点は、フッ化ビニリデン共重合体組成物を一度溶融した後に測定される値である。したがって、後述のフッ化ビニリデン共重合体の重合反応過程における製造履歴およびフッ化ビニリデン共重合体組成物の製造方法の影響を受けにくい。
 一方、本発明のフッ化ビニリデン共重合体組成物は、当該フッ化ビニリデン共重合体組成物のリバーシングヒートフローを温度変調示差走査熱量計で測定したとき、融解エンタルピー量(ΔHm)が2J/g以上である吸熱ピークを有する。なお、フッ化ビニリデン重合体の標準融解エンタルピー量(ΔHm)の文献値(M Neidhofer:Polymer volume45,Issue5,2004,1679-1688に記載の値)は104.5J/gであることから、フッ化ビニリデン共重合体の融解エンタルピー量(ΔHm)の上限を104.5J/gとする。ここで、フッ化ビニリデン共重合体組成物の融解エンタルピー量(ΔHm)や、吸熱ピークのピークトップの数や、ピークトップ温度は、フッ化ビニリデン共重合体組成物(特にフッ化ビニリデン共重合体)の結晶性領域の状態、すなわち、後述の製造方法に応じて変化する。例えば、吸熱ピークのピークトップが1つになるフッ化ビニリデン共重合体を含むエマルションに、任意で界面活性剤を添加し、所定の温度で加熱を行うと、フッ化ビニリデン共重合体の吸熱ピークのピークトップが2つ以上になる。これは、エマルションを加熱することでフッ化ビニリデン共重合体の結晶構造が変化し、加熱前のフッ化ビニリデン共重合体に由来する融解ピークとは異なるピークとして現れるためである。なお、本明細書において、融解エンタルピー量(ΔHm)が2J/g以上である吸熱ピークとは、0℃以上の温度において観察されるピークであり、吸熱ピークに、0℃未満の温度域で観察されるピークは含めない。
 ここで、フッ化ビニリデン共重合体組成物のリバーシングヒートフローは、温度変調示差走査熱量計によって特定する。具体的には、フッ化ビニリデン共重合体組成物を含むエマルションを凍結乾燥することで得た粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物を測定用サンプルとする。そして、ヒートオンリー条件となるように、平均昇温速度5℃/分、モジュレイション周期40秒、モジュレイション振幅±0.531℃で加熱し、下に凸の吸熱ピークを有するリバーシングヒートフローを得る。得られたリバーシングヒートフローにおいて、エンドセットより高温側の直線状のヒートフローと重なるようにベースラインを直線状に引く。そして、リバーシングヒートフローの下に凸な吸熱ピークのうち、当該ベースラインからリバーシングヒートフローに向けて、垂直に線を引いたとき、ベースラインからリバーシングヒートフローまでの距離が最も遠い点を最も大きい吸熱ピークのピークトップとし、当該ピークトップとなる温度を特定する。ここで、リバーシングヒートフローの下に凸な吸熱ピークにおける極小値の数を吸熱ピークのピークトップの数とする。一方で、当該ベースラインとリバーシングヒートフローとに囲まれた領域を融解エンタルピー量(ΔHm)とする。
 また、本発明のフッ化ビニリデン共重合体組成物は、上記融解エンタルピー量(ΔHm)が2J/g以上のフッ化ビニリデン共重合体の吸熱ピークのうち、最も大きい吸熱ピークのピークトップ温度と、前記フッ化ビニリデン共重合体組成物の融点との差の絶対値が10℃以下である。ここで、「最も大きい吸熱ピークのピークトップ温度」とは、上記融解エンタルピー量(ΔHm)が2J/g以上の吸熱ピークにおいて、前述の方法により引いたベースラインから、リバーシングヒートフローに向けて垂直に線を引いたとき、ベースラインからリバーシングヒートフローまでの距離が最大となるときの温度(リバーシングヒートフロー上の点)のことである。当該絶対値は、9.5℃以下がより好ましく、9℃以下がさらに好ましい。上記絶対値が当該範囲であると、上述のように、比誘電率の低い分散媒に対する親和性と分散性とを兼ね備えたフッ化ビニリデン共重合体組成物となる。なお、上記絶対値が10℃を超えると、フッ化ビニリデン共重合体組成物の結晶性が高まりすぎたりして、分散性が低下する傾向にある。当該絶対値は、後述のフッ化ビニリデン共重合体組成物の製造方法によって、調整できる。例えば、フッ化ビニリデン共重合体を固体状(粉体状)にしてから、加熱を行ったりすると、上記絶対値が10℃を超えやすくなる。
 また、本発明のフッ化ビニリデン共重合体組成物は、酪酸ブチルと前記フッ化ビニリデン共重合体組成物とを含み、かつ前記フッ化ビニリデン共重合体組成物の含有率が10質量%である分散液を調製したとき、20時間静置後の分散液の上部20体積%におけるフッ化ビニリデン共重合体組成物の含有率が、4.0質量%以上10質量%以下となる。上部20体積%におけるフッ化ビニリデン共重合体組成物の含有率は、7.0質量%以上10質量%以下がより好ましい。フッ化ビニリデン共重合体組成物が、酪酸ブチルに対してこのような分散安定性を有すると、電極層や電解質層等を形成するためのポリマー分散液等において、フッ化ビニリデン共重合体組成物が沈降し難く、所望の性能を有する電極層や電解質層が得られやすくなる。なお、静置後の分散液中のフッ化ビニリデン共重合体組成物の含有率は、後述のフッ化ビニリデン共重合体組成物の製造方法によって調整できる。例えば、フッ化ビニリデン共重合体と混合する界面活性剤の量や種類、エマルションの加熱の有無等によって調整できる。
 ここで、上記静置後のフッ化ビニリデン共重合体組成物の含有率の測定は、以下のように行う。フッ化ビニリデン共重合体組成物を酪酸ブチルに添加した分散液(フッ化ビニリデン共重合体組成物の含有率10質量%)を調製する。当該分散液20mLを20mLメスシリンダーに入れ、パラフィルムで蓋をして20時間静置する。その後、メスシリンダーの上澄みから4mLを採取し、135℃、1時間乾燥させ、これをデシケータ内で1時間放冷する。そして、乾燥前後の重量を測定することで、分散液の上部20体積%におけるフッ化ビニリデン共重合体組成物の含有率を算出する。
 また、上記分散液の濁度は、5%以上が好ましい。上記分散液の濁度が5%未満である場合、フッ化ビニリデン共重合体組成物が分散媒に溶解しており、5%以上である場合には、フッ化ビニリデン共重合体組成物の少なくとも一部が分散媒に溶解せずに分散している。当該濁度は、フッ化ビニリデン共重合体組成物を調製する際に使用する界面活性剤の種類や加熱の有無等によって調整できる。上記分散液の濁度は、以下の方法で測定される。フッ化ビニリデン共重合体組成物の酪酸ブチル分散液(フッ化ビニリデン共重合体組成物の含有率10質量%)を調製し、20時間静置した後、攪拌する。攪拌直後の当該分散液の濁度をJIS K 7136に準拠して測定する。
 なお、本発明のフッ化ビニリデン共重合体組成物の形状は特に制限されないが、通常、粒子状(粉体状)であることが好ましい。また、当該フッ化ビニリデン共重合体組成物の平均二次粒子径は特に制限されないが、1μm以上5000μm以下が好ましく、2μm以上3000μm以下がより好ましい。フッ化ビニリデン共重合体組成物の平均二次粒子径が当該範囲であると、フッ化ビニリデン共重合体の取り扱いが容易になりやすい。当該平均二次粒子径は、レーザー回折・散乱法にて体積基準で測定される粒度分布の累積平均径(D50)である。
 <フッ化ビニリデン共重合体組成物の製造方法>
 上述の物性を満たすフッ化ビニリデン共重合体組成物は、例えば以下の3つの方法で製造できる。ただし、上述のフッ化ビニリデン共重合体組成物の製造方法は、以下の3つの方法に限定されない。
 ・第1の方法
 フッ化ビニリデン共重合体組成物の製造方法の第1の方法では、水性媒体中に未処理フッ化ビニリデン共重合体が分散したエマルションを準備する工程(以下、「エマルション準備工程」とも称する)と、当該エマルションにイオン性界面活性剤を添加して攪拌し、25℃における表面張力が40mN/m以下の界面活性剤含有エマルションを得る工程(以下、「界面活性剤添加工程」とも称する)と、を行う。
 また、界面活性剤添加工程後に、界面活性剤含有エマルションを乾燥させて、フッ化ビニリデン共重合体を取り出す工程(以下、「乾燥工程」とも称する)を行うことで、上述のフッ化ビニリデン共重合体組成物を固体状で得られる。なお、本方法では、固体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物を得た後、フッ化ビニリデン共重合体組成物の融点以上の温度での加熱は行わないものとする。以下、各工程について説明する。
 (エマルション準備工程)
 エマルション準備工程では、水性媒体中に未処理フッ化ビニリデン共重合体が分散したエマルションを準備する。なお、当該エマルションは市販品であってもよい。本明細書において、未処理フッ化ビニリデン共重合体とは、一般的な方法によって調製されたフッ化ビニリデンと含フッ素アルキルビニル化合物との共重合体を指し、フッ化ビニリデン共重合体の重合後、残存モノマーや残存開始剤の分解を目的とする以外の加熱処理や界面活性剤との混合等が行われていないものをいう。当該未処理フッ化ビニリデン共重合体は、上述のフッ化ビニリデン共重合体と実質的に同様の組成を有する。ただし、水性媒体中に未処理フッ化ビニリデン共重合体が分散したエマルションに後述の界面活性剤添加工程等を行うことによって、当該未処理フッ化ビニリデン共重合体の比誘電率が15以下である分散媒に対する分散性が変化する。
 本工程において、水性媒体中に未処理フッ化ビニリデン共重合体が分散したエマルションは、懸濁重合法、乳化重合法、溶液重合法もしくはマイクロサスペンション重合法等によって作製してもよい。また、水性媒体中に未処理フッ化ビニリデン共重合体が分散したエマルションの市販品を用いてもよい。中でも、乳化重合法によって水中に未処理フッ化ビニリデン共重合体が分散したエマルションを得る方法が好ましい。
 具体的な乳化重合方法としては、フッ化ビニリデンと、含フッ素アルキルビニル化合物と、必要に応じて他の単量体と、水性媒体と、乳化剤と、をオートクレーブ内で混合する。そして、当該混合液に水性媒体に可溶な重合開始剤を添加し、フッ化ビニリデンと含フッ素アルキルビニル化合物と、必要に応じて他の単量体とを重合させる。
 重合時のオートクレーブ内の圧力は0~20MPaとすることが好ましく、0.5~15MPaとすることがより好ましく、1~10MPaとすることがさらに好ましい。重合を行う際の圧力を上記範囲に調整することで、製造上安定して未処理フッ化ビニリデン共重合体が得られる。
 乳化重合に用いる水性媒体は、上記フッ化ビニリデンと含フッ素アルキルビニル化合物が難溶な液体であれば特に制限されず、主成分が水である液体であれば、水以外に水と混和する溶媒を含んでいてもよい。水性媒体は、水であることが好ましい。
 一方、乳化剤は、ミセルを水性媒体中に形成可能であり、かつ、合成される未処理フッ化ビニリデン共重合体を水性媒体中に安定に分散させることができるものであれば特に制限されず、例えば公知の界面活性剤とすることができる。乳化剤としては、非イオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、両性界面活性剤のいずれでもよく、これらを組み合わせて使用してもよい。乳化剤の例には、ポリフッ化ビニリデンの重合に従来から使用されている過フッ素化界面活性剤、部分フッ素化界面活性剤および非フッ素化界面活性剤等が含まれる。これらの界面活性剤のうち、パーフルオロアルキルスルホン酸およびその塩、パーフルオロアルキルカルボン酸およびその塩、ならびに、フルオロカーボン鎖またはフルオロポリエーテル鎖を有するフッ素化界面活性が好ましい。乳化剤としては、上記のうちから選択される1種単独又は2種以上を使用することができる。乳化剤の添加量は、重合に用いられる全単量体の総量を100質量部とすると、0.0001~22質量部であることが好ましい。
 重合開始剤は、水性媒体に溶解可能であり、かつ単量体を重合可能な化合物であれば特に制限されない。重合開始剤の例には、公知の水溶性過酸化物、水溶性アゾ系化合物およびレドックス系開始剤等が含まれる。水溶性過酸化物の例には、過硫酸アンモニウムおよび過硫酸カリウム等が含まれる。水溶性アゾ系化合物の例には、2,2’-アゾビス-イソブチロニトリル(AIBN)および2,2’-アゾビス-2-メチルブチロニトリル(AMBN)等が含まれる。レドックス系開始剤の例には、アスコルビン酸-過酸化水素等が含まれる。これらの中でも水溶性過酸化物が、反応性等の観点で好ましい。これらの重合開始剤は、1種単独又は2種以上を組み合わせて用いることができる。重合開始剤の添加量は、重合に用いられる全単量体の総量を100質量部とすると、0.01~5質量部であることが好ましい。
 一方で、上記乳化重合法は、ソープフリー乳化重合法、ミニエマルション重合法、シード乳化重合法等であってもよい。ソープフリー乳化重合法とは、上記のような通常の乳化剤を用いることなく乳化重合する方法である。また、ソープフリー乳化重合法では、上記乳化剤として、分子中に重合性の二重結合を有する反応性乳化剤を用いることもできる。反応性乳化剤は、重合の初期には系中にミセルを形成するが、重合が進行するにつれ、単量体として重合反応に使用されて消費される。そのため、最終的に得られる反応系中には、遊離した状態ではほとんど存在しない。したがって、反応性乳化剤が、得られる未処理フッ化ビニリデン共重合体の粒子表面にブリードアウトし難いという利点がある。
 反応性乳化剤の例には、ポリオキシアルキレンアルケニルエーテル、アルキルアリルスルホコハク酸ナトリウム、メタクリロイルオキシポリオキシプロピレン硫酸エステルナトリウムおよびアルコキシポリエチレングリコールメタクリレート等が含まれる。
 また、ミニエマルション重合法とは、超音波発振器等を用いて強いせん断力をかけて、フッ化ビニリデンや含フッ素アルキルビニル化合物等の単量体の油滴をサブミクロンサイズまで微細化し、重合を行なう方法である。このとき、微細化された単量体の油滴を安定化させるために、公知のハイドロホーブを混合液に添加する。ミニエマルション重合法では、理想的には、各モノマー油滴でのみ重合反応が生じ、各油滴がそれぞれ未処理フッ化ビニリデン共重合体(微粒子)となる。そのため、得られる未処理フッ化ビニリデン共重合体の粒径および粒径分布等を制御しやすい。
 シード乳化重合とは、上記のような重合方法で得られた微粒子を他の単量体からなる重合体で被覆する重合である。微粒子のエマルションに、さらに単量体と、必要に応じて、水性媒体、界面活性剤、重合開始剤等を添加し、重合させる。
 ここで、上記いずれの乳化重合法においても、得られる未処理フッ化ビニリデン共重合体の重合度を調節するために、連鎖移動剤を用いてもよい。連鎖移動剤の例には、酢酸エチル、酢酸メチル、炭酸ジエチル、アセトン、エタノール、n-プロパノール、アセトアルデヒド、プロピルアルデヒド、プロピオン酸エチル、および四塩化炭素等が含まれる。
 また、必要に応じてpH調整剤を用いてもよい。pH調整剤としては、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウムおよびリン酸二水素カリウム等の緩衝能を有する電解質物質、ならびに水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化バリウム、水酸化カルシウム、アンモニア等の塩基性物質が挙げられる。
 また、必要に応じて沈降防止剤、分散安定剤、腐食防止剤、防カビ剤、湿潤剤等の他の任意成分を用いてもよい。これらの任意成分の添加量は、重合に用いられる全単量体の総量を100質量部に対して、5ppm以上10質量部以下が好ましく、10ppm以上7質量部以下がより好ましい。
 未処理フッ化ビニリデン共重合体の重合において、重合温度は、重合開始剤の種類等によって、適宜選択すればよいが、例えば、0~120℃、好ましくは20~110℃、より好ましくは40~100℃に設定すればよい。重合時間は、特に制限されないが、生産性等を考慮すると、1~24時間であることが好ましい。
 本発明に係る製造方法によれば、水性媒体が水である場合、水中に未処理フッ化ビニリデン共重合体粒子が均一に分散されたエマルションが得られる。市販品のエマルションおよびこのようにして得られたエマルションは、そのまま使用してもよく水性媒体で任意の濃度に薄めて使用してもよい。当該エマルションを塩析、凍結粉砕、スプレードライ、及びフリーズドライ等から選ばれる少なくとも1種の方法で粉体化した後、所望の水性媒体に物理的または化学的に再分散させてから、後述の界面活性剤添加工程を行ってもよい。またこのとき、他の任意成分(ただし、界面活性剤は除く)を任意のタイミングで混合してもよいし、未処理のエマルションから、透析膜又はイオン交換樹脂等によって不純物を除去してもよい。さらに、未処理フッ化ビニリデン共重合体は、凍結粉砕や分級等によって微粉化処理してから、水性媒体と混合し、後述の界面活性剤添加工程を行ってもよい。未処理フッ化ビニリデン共重合体の水性媒体への分散方法は特に制限されず、公知の分散方法を適用することができる。
 ここで、エマルション中の未処理フッ化ビニリデン共重合体の含有量は、5質量%以上70質量%以下が好ましく、10質量%以上60質量%以下がより好ましい。上述の方法で調製あるいは購入したエマルションをそのまま使用するか、あるいは水性媒体で薄めて使用してもよい。未処理フッ化ビニリデン共重合体の含有量が5質量%以上であると、効率よくフッ化ビニリデン共重合体組成物を調製できる。一方、70質量%以下であると、エマルションの分散性が安定しやすくなる。
 エマルション中の未処理フッ化ビニリデン共重合体の動的光散乱法で決定される平均一次粒子径は5μm以下が好ましく、3μm以下がより好ましく、1μm以下がさらに好ましい。一方、上記平均一次粒子径は、0.01μm以上が好ましく、0.05μm以上がより好ましく、0.1μm以上がさらに好ましい。エマルション中の未処理フッ化ビニリデン共重合体の平均一次粒子径は、動的光散乱法の正則化解析によって算出される。例えば、BECKMAN COULTER社製 DelsaMaxCOREを使用して、JIS Z8828に準拠して、測定媒体を水、測定温度を25℃として測定できる。また、正則化解析によって得られる最も大きいピークを平均一次粒子径とする。
 (界面活性剤添加工程)
 界面活性剤添加工程では、上述のエマルション準備工程で準備したエマルションに、イオン性界面活性剤を添加して攪拌し、25℃における表面張力が40mN/m以下の界面活性剤含有エマルションを得る。本工程で添加するイオン性界面活性剤は、添加後のエマルション(界面活性剤含有エマルション)の表面張力を40mN/m以下とすることが可能であれば特に制限されない。ここで、イオン性界面活性剤添加後のエマルション(界面活性剤含有エマルション)の25℃における表面張力は、5mN/m以上40mN/m以下が好ましく、10mN/m以上40mN/m以下がより好ましい。
 界面活性剤含有エマルションの上記表面張力はWilhelmy法を用いて表面張力計(Sigma701/700、KSV instruments社製)によって測定される。測定には白金プレートを使用し、25℃における表面張力を3回測定したときの平均値を表面張力の値とする。
 本工程で添加するイオン性界面活性剤としては、エマルションに含まれる水性媒体に溶解または混和するものが選択されアニオン性界面活性剤、およびカチオン性界面活性剤のいずれであってもよく、アニオン性界面活性剤が特に好ましい。これらを1種類のみ添加してもよく、これらを組み合わせて2種以上添加してもよい。イオン性の界面活性剤を添加することで、上述のエマルションに含まれる未処理フッ化ビニリデン共重合体の表面に吸着することができ、比誘電率が15以下である分散媒への分散性が向上する。
 使用できるアニオン性界面活性剤およびカチオン性界面活性剤は、上述のフッ化ビニリデン共重合体組成物が含む界面活性剤に例示したものと同様である。
 イオン性界面活性剤の添加量は、界面活性剤含有エマルションの表面張力に応じて適宜選択されるが、通常、エマルション中の未処理フッ化ビニリデン共重合体の総量に対して0.01質量部以上20質量部以下が好ましく、0.02質量部以上15質量部以下がより好ましい。イオン性界面活性剤の量が過度に多くなると、得られるフッ化ビニリデン共重合体組成物を電極層や電解質層のバインダーとして使用したときに、フッ化ビニリデン共重合体組成物と活物質や電解質等との接着性が低下することがある。そこで、未処理フッ化ビニリデン共重合体の総量100質量部に対して20質量部以下が好ましい。一方で、イオン性界面活性剤の量が、未処理フッ化ビニリデン共重合体の総量に対して0.01質量部以上であると、フッ化ビニリデン共重合体組成物を分散媒に分散させたときの分散安定性が高まる。なお、本工程で添加した界面活性剤のうち、余剰の成分については、必要に応じて、透析膜、イオン交換樹脂等によって除去してもよい。
 (乾燥工程)
 乾燥工程では、上記界面活性剤含有エマルションから水性媒体を除去する。水性媒体の除去方法は特に制限されないが、界面活性剤含有エマルション中のフッ化ビニリデン共重合体組成物の物性等に影響を及ぼさない温度で乾燥させることが好ましい。乾燥工程は、大気圧下で行ってもよく、減圧下で行ってもよい。当該乾燥によって、上述の固体状(粉体状)のフッ化ビニリデン共重合体組成物が得られる。また、水性媒体を除去するための装置は特に制限されず、棚段式乾燥器、コニカルドライヤー、流動層乾燥器、気流乾燥器、噴霧乾燥器、凍結乾燥機等を用いることができる。
 ・第2の方法
 フッ化ビニリデン共重合体組成物の製造方法の第2の方法では、水性媒体中に未処理フッ化ビニリデン共重合体が分散したエマルションを準備する工程(以下、「エマルション準備工程」とも称する)と、当該未処理フッ化ビニリデン共重合体のヒートフローを示差走査熱量計で測定したときに、185℃以下に見られる当該未処理フッ化ビニリデン共重合体の吸熱ピークのうち最も高温のピークのエンドセットより低い温度で前記エマルションを加熱する工程(以下、「加熱工程」とも称する)と、を少なくとも行う。なお、上記エマルション加熱工程後、エマルションを乾燥させて、フッ化ビニリデン共重合体を取り出す工程(以下、「乾燥工程」とも称する)を行うことで、上述の固体状(粉体状)のフッ化ビニリデン共重合体組成物が得られる。なお、本方法においても、固体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物を得た後、フッ化ビニリデン共重合体組成物の融点以上の温度での加熱は行わないものとする。以下、各工程について説明する。
 (エマルション準備工程)
 エマルション準備工程では、水性媒体中に未処理フッ化ビニリデン共重合体が分散したエマルションを準備する。当該エマルション準備工程は、上述の第1の方法のエマルション準備工程と同様とすることができる。上述のように、市販のエマルションを使用してもよい。
 (加熱工程)
 加熱工程では、エマルション準備工程後に、エマルションを加熱する。上述のエマルション準備工程で重合を行う場合、重合の後、そのまま連続して加熱工程を実施してもよく、重合と加熱工程を分けて実施してもよい。重合で得たエマルションを加熱する場合、重合の後、かつ、加熱工程の前に、少なくとも、未反応のフッ化ビニリデンおよび含フッ素アルキルビニル化合物を系外にパージし、除去することが好ましい。当該作業を行うことで、加熱工程中にフッ化ビニリデン共重合体を形成するための重合反応が再度開始することがない。また未処理フッ化ビニリデン共重合体の結晶性領域の状態を加熱工程で調整しやすくなる。
 エマルションを加熱する温度は、以下のように定める。まず、上述の未処理フッ化ビニリデン共重合体の一部を粉体化した後フィルム状にする。当該フィルム状の未処理フッ化ビニリデン共重合体のヒートフローを、示差走査熱量計を用い、ASTM D3418に準拠した方法で測定する。そして、185℃以下に見られるフッ化ビニリデン共重合体の吸熱ピークのうち、最も高温のピークのエンドセットより低い温度を加熱温度とする。加熱工程を行うことで、比誘電率が15以下である分散媒への分散性が向上する。
 エマルションを加熱する温度の決定方法は、より具体的には以下の通りである。まず、エマルションを凍結乾燥し、未処理フッ化ビニリデン共重合体を粉体状にする。そして、剥離剤を噴霧した2枚のアルミ箔の間に、縦5cm×横5cm×厚み150μmの鋳型と、粉体状の未処理フッ化ビニリデン共重合体約1gとを挟み、200℃でプレスし、フィルム状にする。そして、示差走査熱量計(METTLER社製「DSC-1」)を用いてASTM D3418に準拠した方法で、フィルム状の未処理フッ化ビニリデン共重合体のヒートフローを得る。そして、当該ヒートフローにおいて185℃以下にみられる未処理フッ化ビニリデン共重合体の吸熱ピークのうち最も高温のピークのエンドセットを特定し、当該エンドセットより低い温度を、エマルションを加熱する温度、とする。
 なお当該エンドセットは以下のように特定する。吸熱ピークの高温側(例えば185℃超)における直線状のヒートフローと重なるようにベースラインを直線状に引く。当該ヒートフローの185℃以下にみられるフッ化ビニリデン共重合体の吸熱ピークのうち、最も高温のピークトップより高温側の温度域で、かつ、ヒートフローとベースラインとが重なる最低温度より低温側の温度域において、図1に示すように、ヒートフローに接線を引く。そして当該接線と前記ベースラインとの交点を、フッ化ビニリデン共重合体のエンドセットとする。
 エマルションを加熱する温度は、エマルション中の未処理フッ化ビニリデン共重合体の結晶構造を適度に変化させるとの観点で、40℃以上であることが好ましく、60℃以上であることがより好ましく、80℃以上であることがさらに好ましい。
 185℃以下にみられるフッ化ビニリデン共重合体の吸熱ピークのうち最も高温のピークのエンドセットよりも低い温度で加熱すると、エマルション中のフッ化ビニリデン共重合体の結晶構造が適度に変化し、上述の物性を満たすフッ化ビニリデン共重合体組成物が得られやすくなる。一方で、当該エンドセットよりも高い温度で加熱すると、エマルション中のフッ化ビニリデン共重合体の結晶構造が著しく変化し、エマルションの分散安定性が低下し、フッ化ビニリデン共重合体組成物を粉体状で取り出すことが困難となる。
 エマルション準備工程で重合を行う場合、重合の後そのまま連続して加熱工程を実施することができる。この場合、重合の後、かつ、加熱工程の前に、少なくとも、未反応のフッ化ビニリデンおよび含フッ素アルキルビニル化合物を系外にパージし、除去した後に、上述の温度で加熱することが好ましい。
 エマルション準備工程で重合を行う場合、重合と加熱工程を分けて実施することもできる。この場合、加熱工程の前に、重合温度より低い温度まで冷却してから、加熱を行うことが好ましい。具体的には、重合温度より5℃以上低い温度まで冷却することが好ましい。またこのときの冷却方法は特に制限されない。当該温度まで冷却することによって、加熱効果(未処理フッ化ビニリデン共重合体の結晶性領域の状態の変化)が得られやすくなり、所望の物性を有するフッ化ビニリデン共重合体組成物が得られやすくなる。
 一方、上述のエマルション準備工程で重合を行わない場合、例えば市販のエマルションを用いる場合等には、そのまま上記温度に加熱すればよい。
 なお、本明細書において、加熱温度で加熱するとは、上記加熱温度において、一定時間エマルションを保持することをいう。加熱時間は、加熱工程によってエマルションに残存する開始剤の除去を目的としていないため、上記未処理フッ化ビニリデン共重合体の結晶性領域の状態が変化する範囲であれば特に制限されないが、一例として、10秒以上24時間以下が好ましく、20秒以上12時間以内が好ましく、30秒以上6時間以下がより好ましい。上記加熱温度で上記時間保持することで、未処理フッ化ビニリデン共重合体の重合過程で形成された結晶性領域の状態が変化しやすくなり、所望の物性を有するフッ化ビニリデン共重合体組成物が得られやすくなる。
 加熱方法は特に制限されず、上記エマルションを攪拌せずに行ってもよく、攪拌しながら行ってもよいが、上記エマルションの分散安定性の観点から攪拌しながら行うことが好ましい。加熱装置も特に制限されない。上述のエマルションを、オートクレーブ等を用いて加圧下、飽和蒸気圧下あるいは大気圧下で加熱してもよい。
 (乾燥工程)
 乾燥工程では、上記エマルションから水性媒体を除去する。水性媒体の除去方法は特に制限されないが、エマルション中のフッ化ビニリデン共重合体組成物の物性等に影響を及ぼさない温度で乾燥させることが好ましい。乾燥工程は、大気圧下で行ってもよく、減圧下で行ってもよい。当該乾燥によって、上述の固体状(粉体状)のフッ化ビニリデン共重合体組成物が得られる。乾燥方法は、第1の方法における乾燥工程と同様とすることができる。
 ・第3の方法
 フッ化ビニリデン共重合体組成物の製造方法の第3の方法では、前記第2の方法におけるエマルション準備工程後、加熱工程前にエマルションに界面活性剤を添加(以下、界面活性剤を添加したエマルションを「界面活性剤含有エマルション」とも称する)する工程(以下、「界面活性剤添加工程」とも称する)、を少なくとも行う。つまり、エマルション準備工程、界面活性剤添加工程、および加熱工程の順に行う。なお、上記加熱工程後、エマルションを乾燥させて、フッ化ビニリデン共重合体を取り出す工程(以下、「乾燥工程」とも称する)を行うことで、上述の固体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物が得られる。なお、本方法においても、固体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物を得た後、フッ化ビニリデン共重合体組成物の融点以上の温度での加熱は行わないものとする。以下、各工程について説明する。
 (エマルション準備工程)
 エマルション準備工程では、水性媒体中に未処理フッ化ビニリデン共重合体が分散したエマルションを準備する。当該エマルション準備工程は、上述の第1の方法のエマルション準備工程と同様とすることができる。
 (界面活性剤添加工程)
 界面活性剤添加工程では、上述のエマルション準備工程で準備したエマルションに界面活性剤を添加し、界面活性剤含有エマルションを調製する。また、エマルション準備工程で重合を行う場合、界面活性剤の添加前、または添加後、もしくは添加中にエマルション(もしくは界面活性剤含有エマルション)の冷却を行ってもよい。
 上述のエマルション準備工程で重合を行う場合、エマルションもしくは界面活性剤添加後の界面活性剤含有エマルションをエマルション準備工程における重合温度より低い温度まで冷却することが好ましい。具体的には、重合温度より5℃以上低い温度まで冷却することが好ましい。またこのときの冷却方法は特に制限されない。冷却することによって、加熱工程を行うことの効果(未処理フッ化ビニリデン共重合体の結晶性領域の状態の変化)が得られやすくなり、所望の物性を有するフッ化ビニリデン共重合体組成物が得られやすくなる。
 本工程で、エマルションに界面活性剤を添加すると、加熱工程においてエマルションの安定性が向上するため好ましい。当該界面活性剤添加工程によって加熱工程におけるエマルションが安定であればよいため、当該界面活性剤添加工程では、添加後のエマルション(界面活性剤含有エマルション)の表面張力や添加量が制限されないこと以外は上述の第1の方法の界面活性剤添加工程と同様とすることができる。
 界面活性剤添加工程では、上述のエマルション準備工程で調製したエマルションに、界面活性剤を添加して攪拌する。このとき添加後のエマルション(界面活性剤含有エマルション)の表面張力は特に制限されないが、25℃における表面張力が40mN/m以下であることが好ましく、35mN/m以下であることがより好ましい。
 本工程で添加する界面活性剤としては、上述のエマルションに含まれる水性媒体に溶解または混和するものであれば特に制限されず、例えば上述の第1の方法で添加する界面活性剤に加えて、非イオン性界面活性剤も使用することが出来る。使用できる非イオン性界面活性剤は、上述のフッ化ビニリデン共重合体組成物が含む界面活性剤と同様である。
 本工程では、界面活性剤を1種のみ添加してもよく、2種以上添加してもよい。なお、本工程で添加した界面活性剤のうち、余剰の成分については、必要に応じて、透析、イオン交換樹脂等によって除去してもよい。
 (加熱工程)
 加熱工程では、上述の界面活性剤添加工程で得られた界面活性剤含有エマルションを加熱する。当該加熱工程は、上述の第2の方法の加熱工程と同様とすることができる。
 また、加熱処理後、界面活性剤含有エマルション中に含まれる余剰の界面活性剤を透析、イオン交換樹脂等によって除去してもよい。例えば透析は、セルロース製の透析膜に加熱処理後の界面活性剤含有エマルションを注入し、透析膜と共に純水で満たされた水槽に浸し、一定時間ごとに水槽の純水を交換することによって行うことができる。
 (乾燥工程)
 乾燥工程では、上記界面活性剤含有エマルションから水性媒体を除去する。乾燥方法は、第1の方法における乾燥工程と同様とすることができる。
 2.ポリマー分散液
 上述のフッ化ビニリデン共重合体組成物は、上述のフッ化ビニリデン共重合体組成物と、分散媒と、を混合したポリマー分散液の形態で、後述の電極層を形成するための電極合剤あるいは電解質層を形成するための電解質合剤に用いることができる。
 特に、上述のように、フッ化ビニリデン共重合体組成物は、比誘電率が低い分散媒に対する分散性が非常に良好であり、長期間に亘って、安定な状態を維持できる。使用可能な分散媒としては、乾燥によって除去できる媒体で、比誘電率が15以下の分散媒であることが好ましい。
 ここで、比誘電率が15以下である分散媒は特に限定されないが、例えば、無極性溶媒および低極性溶媒が含まれる。具体的には、炭化水素化合物、エーテル結合を有するエーテル化合物、ケトン基を有するケトン化合物、エステル結合を有するエステル化合物等が挙げられる。脱水処理が容易であるという観点から、エステル化合物が好ましい。
 炭化水素化合物は炭素原子、水素原子で構成されている化合物であればよく、鎖状構造であっても分岐構造であっても環状構造であってもよい。炭素数は特に制限されず、二重結合、三重結合等の多重結合や、芳香族性の構造を有してもよい。具体例としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ドデカン、ヘキセン、ヘプテン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、トルエン、キシレン、メシチレン、テトラリン、等が挙げられる。
 エーテル化合物の具体例としては、アルキレングリコールアルキルエーテル(エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル等)、ジアルキルエーテル(ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル等)、環状エーテル(テトラヒドロフラン、ジオキサン(1,2-、1,3-及び1,4-の各異性体を含む)、モルホリン等)等が挙げられる。
 ケトン化合物の具体例としては、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン、ジイソプロピルケトン、シクロヘキサノン、ホロン、アセトフェノン、イソホロン等が挙げられる。
 エステル化合物の具体例としては、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸イソペンチル、酢酸ベンジル、酪酸エチル、酪酸プロピル、酪酸ブチル、酪酸イソペンチル、プロピオン酸エチル、ペンタン酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、エチレングリコールモノアルキルエーテルアセタート等が挙げられる。
 脱水処理が容易であるという観点から、酪酸ブチルが好ましい。
 また、当該ポリマー分散液における分散媒の量は、ポリマー分散液の用途や、フッ化ビニリデン共重合体組成物の種類等に応じて適宜選択されるが、ポリマー分散液100質量%に対して、50質量%以上99.9質量%以下が好ましく、75質量%以上99.9質量%以下がより好ましい。分散媒の量が上記範囲であると、ポリマー分散液中でのフッ化ビニリデン共重合体組成物の分散性が良好になりやすい。
 また、当該ポリマー分散液は分散媒とフッ化ビニリデン共重合体組成物の他に溶媒を含んでいてもよい。溶媒の種類は、乾燥によって除去できる媒体であることが好ましく、無極性溶媒および低極性溶媒以外に極性溶媒およびイオン液体も含まれる。
 溶媒の例には、ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン等のアミド化合物;メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、2-エチル-1-ヘキサノール、1-ノナノール、ラウリルアルコール、トリプロピレングリコール等のアルコール;o-トルイジン、m-トルイジン、p-トルイジン等のアミン化合物;1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド;γ-ブチロラクトン、δ-ブチロラクトン等のラクトン;ジメチルスルホキシド、スルホラン等のスルホキシド・スルホン化合物;エチルメチルイミダゾリウム塩、ブチルメチルイミダゾリウム塩等のイオン性液体等が挙げられる。
 当該ポリマー分散液における溶媒の量は、ポリマー分散液中でのフッ化ビニリデン共重合体組成物の分散性が維持される量であれば特に限定されないが、一例において、10質量%以下が好ましい。
 3.非水電解質二次電池用電極
 上述のポリマー分散液は、各種非水電解質二次電池等の電極の電極層の形成に使用できる。非水電解質二次電池の電極は、例えば、集電体と、当該集電体上に配置された電極層とを含む。このとき、電極層の形成に、上述のポリマー分散液を用いることができる。なお、当該電極は、正極用であってもよく、負極用であってもよい。
 (1)集電体
 負極および正極用の集電体は、電気を取り出すための端子である。集電体の材質としては、特に限定されるものではなく、アルミニウム、銅、鉄、ステンレス鋼、鋼、ニッケル、チタン等の金属箔あるいは金属網等を用いることができる。また、他の媒体の表面に上記金属箔あるいは金属網等を施したものであってもよい。
 (2)電極層
 電極層は、上述のフッ化ビニリデン共重合体組成物もしくはポリマー分散液と、活物質と、必要に応じて分散媒と、を混合して、電極合剤を調製し、当該電極合剤を集電体上に塗布し、乾燥させた層とすることができる。電極層は、上記集電体の一方の面のみに形成されていてもよく、両方の面に配置されていてもよい。電極合剤中の分散媒は、上述のポリマー分散液で説明したものと同様である。
 電極層中の成分は、非水電解質二次電池の種類に応じて適宜選択される。例えば上述のフッ化ビニリデン共重合体組成物と、活物質とを含む層とすることができる。また、全固体電池用の電極の電極層では、上述のフッ化ビニリデン共重合体組成物と、活物質と、固体電解質とを含む層とすることが好ましい。また、電極層は、必要に応じてこれら以外の成分を含んでいてもよい。他の成分の例には、導電助剤、顔料分散剤、接着補助剤、増粘剤等の各種添加剤等が含まれる。
 電極層の総量に対する、フッ化ビニリデン共重合体組成物の量は、0.1質量%以上50質量%以下が好ましく、0.2質量%以上40質量%以下がより好ましく、0.3質量%以上30質量%以下がさらに好ましい。フッ化ビニリデン共重合体組成物の量が当該範囲であると、電極層中の活物質、固体電解質や他の成分と集電体との接着性が良好になりやすい。
 電極層が含む活物質は、特に限定されるものではなく、例えば、従来公知の負極用の活物質(負極活物質)または正極用の活物質(正極活物質)を用いることができる。
 上記負極活物質の例には、人工黒鉛、天然黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、活性炭、又はフェノール樹脂およびピッチ等を焼成炭化したもの等の炭素材料;Cu、Li、Mg、B、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Cd、Ag、Zn、Hf、ZrおよびY等の金属・合金材料;ならびにGeO、GeO、SnO、SnO、PbO、PbO等の金属酸化物等が含まれる。また、これら活物質表面にコーティングを施したものも含まれる。なお、負極活物質は、市販品であってもよい。
 一方、正極活物質の例には、リチウムを含むリチウム系正極活物質が含まれる。リチウム系正極活物質の例には、LiCoO、LiNiCo1-x(0<x≦1)等の一般式LiMY(Mは、Co、Ni、Fe、Mn、Cr、およびV等の遷移金属のうち1種または2種以上、Yは、OおよびS等のカルコゲン元素)で表わされる複合金属カルコゲン化合物;LiMn等のスピネル構造をとる複合金属酸化物;およびLiFePO等のオリビン型リチウム化合物;等が含まれる。また、これら活物質表面にコーティングを施したものも含まれる。なお、正極活物質は、市販品であってもよい。
 電極層が含む活物質の量は、その種類、電極の機能、電池の種類等に応じて適宜選択され、特に制限されるものではないが、一例において、活物質、フッ化ビニリデン共重合体組成物、および導電助剤の合計量に対して、50質量%以上99.9質量%以下が好ましい。活物質の量が当該範囲であると、例えば十分な充放電容量が得られ、電池性能が良好になりやすい。
 また、導電助剤は、活物質同士、または活物質と集電体との間の導電性をより高めることができる化合物であれば特に制限されない。また電極層に他の成分として固体電解質を含む場合、上述に加えて、活物質と固体電解質との間、固体電解質と集電体との間、または固体電解質同士の間の導電性をより高めることができる化合物であれば特に制限されない。導電助剤の例には、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンブラック、黒鉛粉末、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、およびカーボンファイバー等が含まれる。
 電極層が含む導電助剤の量は、その種類、電極の機能、電池の種類等に応じて適宜選択され、特に制限されるものではないが、その種類や電池の種類に応じて任意に設定できる。導電性の向上および導電助剤の分散性をともに高める観点から、一例において、活物質、フッ化ビニリデン共重合体組成物、および導電助剤の合計量に対して、0.1質量%15質量%以下が好ましく、0.1質量%以上7質量%以下がより好ましく、0.1質量%以上5質量%以下がさらに好ましい。
 また、電極合材層が含む固体電解質は、イオン伝導性を有する固形状の化合物であれば特に制限されず、従来公知の無機固体電解質および高分子固体電解質を用いることができる。無機固体電解質としては、例えば、酸化物系固体電解質、硫化物系固体電解質、窒化物系固体電解質、錯体水素化物固体電解質等が含まれる。また、高分子固体電解質としては、例えば、ゲル系電解質や真性ポリマー電解質等が含まれる。
 酸化物系固体電解質としては、これに限定されるものではないが、ペロブスカイト型のLLTO、ガーネット型のLLZ、NASICON型の化合物、LISICON型の化合物、LIPON型の化合物、β-アルミナ型の化合物等が挙げられる。具体例には、LiPO、Li0.34La0.51TiO、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO、LiLaZr12、LiBaLaTa12、Li2.9PO3.30.46、Li4.3Al0.3Si0.7、50LiSiO-50LiBO、LiO-Al-SiO-P-TiO、Li1.5Al0.5Ge1.5(PO-0.05LiO等が含まれる。
 硫化物系固体電解質としては、Li、A(AはP、Si、Ge、Al及びBのうちの少なくとも一つ)、およびSを含有する固体電解質が含まれ、当該硫化物系固体電解質はハロゲン元素をさらに含有していてもよい。また、LGPS(Li-Ge-P-S)型の化合物、アルジロダイト型の化合物、非晶質系の化合物、Li-P-S系の化合物等も挙げられる。硫化物系固体電解質の具体例には、LiS-P、LiS-P、LiS-P-P、LiS-SiS、LiI-LiS-SiS、LiI-LiS-P、LiI-LiS-P、LiI-LiPO-P、LiI-LiS-SiS-P、LiS-SiS-LiSiO、LiS-SiS-LiPO、LiPS-LiGeS、Li3.40.6Si0.4、Li3.250.25Ge0.76、Li3.250.75Ge0.25、Li10GeP12、Li4-xGe1-x、LiPSCl、LiPSBr、LiPSI等が含まれる。
 窒化物系固体電解質としては、これに限定されるものではないが、具体的にはLiN等が挙げられる。
 錯体水素化物固体電解質としては、これに限定されるものではないが、具体的にはLiBH等が挙げられる。
 ゲル系電解質としては、これに限定されるものではないが、具体例にはPoly(ethylene oxide)-LiClO(エチレンカーボネート(EC)+プロピレンカーボネート(PC))、Poly(ethylene oxide)-LiClO(PC)、Poly(vinylidene fluoride)-LiN(CFSO(EC+PC)、Poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)-LiPF(EC+ジエチルカーボネート(DEC)+ジメチルカーボネート(DMC))、Poly(ethylene glycol acrylate)-LiClO(PC)、Poly(acrylonitrile)-LiClO(EC+PC)、Poly(methyl methacrylate)-LiClO(PC)等が含まれる。
 真性ポリマー電解質としては、これに限定されるものではないが、具体例にはPoly(ethylene oxide)-LiClO、Poly(oxymethylene)-LiClO、Poly(propylene oxide)-LiClO、Poly(dimethyl siloxane)-LiClO、Poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)-LiTFSI、Poly(2,2-dimethoxypropylene carbonate)-LiFSI、Poly[(2-methoxy)ethylglycidyl ether]-LiClO等が含まれる。
 電極層は、上記固体電解質を一種のみ含んでいてもよく、二種以上含んでいてもよい。
 電極層が固体電解質を含む場合、固体電解質の量は、その種類、電極の機能、電池の種類等に応じて適宜選択され、特に制限されるものではないが、一例において、活物質、フッ化ビニリデン共重合体組成物、および固体電解質の合計量に対して、1質量%以上99.9質量%以下が好ましい。固体電解質の量が当該範囲であると、十分なイオン伝導性が得られ、電池性能が良好になりやすい。
 電極層は、上述のように、顔料分散剤、接着補助剤、増粘剤等を含んでいてもよく、これらとして、公知の化合物を用いることができる。これらの量は、本発明の目的および効果を損なわない範囲であれば特に制限されないが、一例において、活物質、フッ化ビニリデン共重合体組成物、およびこれらの合計量に対して、15質量%以下が好ましい。
 電極層は、リン化合物、硫黄化合物、有機酸、アミン化合物、およびアンモニウム化合物等の窒素化合物;有機エステル、各種シラン系、チタン系およびアルミニウム系のカップリング剤;上述のフッ化ビニリデン共重合体以外のフッ化ビニリデン重合体、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、およびポリアクリロニトリル(PAN)等の樹脂;等の添加剤をさらに含んでいてもよい。これらは、本発明の目的および効果を損なわない範囲であれば特に制限されないが、一例において、活物質、フッ化ビニリデン共重合体組成物、および添加剤の合計量に対して、15質量%以下が好ましい。
 ここで、電極層の厚みは特に限定されるものではないが、一例において、1μm以上1000μm以下が好ましい。また、電極層に含まれる活物質の目付量は、特に限定されるものではなく、任意の目付量とすることができるが、一例において、50~1000g/mが好ましく、100~500g/mがより好ましい。
 (電極層の形成方法)
 上記電極層は、上述のフッ化ビニリデン共重合体組成物もしくはポリマー分散液と、活物質と、必要に応じて固体電解質、分散媒、溶媒、導電助剤や各種添加剤等とを混合した電極合剤を調製する工程と、当該電極合剤を集電体上に塗布する工程と、これを乾燥させる工程と、を行うことで形成できる。
 上記電極合剤は、全ての成分を一度に混合して調製してもよく、一部の成分を先に混合し、後から残りの成分を混合して調製してもよい。このことき、電極層用合剤の温度が過度に上昇しないように、温調装置を備えた混合機によって混合することが好ましい。
 また、上記電極合剤中の分散媒および溶媒は、フッ化ビニリデン共重合体組成物と、活物質や固体電解質、導電助剤等とを均一に分散させることが可能であればよい。添加する分散媒の種類は特に限定されないが、上述のポリマー分散液が含む分散媒と同様であることが好ましい。また、溶媒を添加する場合は、上述のポリマー分散液が含む溶媒と同様であることが好ましい。ポリマー分散液中の分散媒およびこれに加える分散媒の合計量は、特に限定されるものではなく、製造上の観点から任意の量とすることができるが、一例において、上述の活物質の量100質量部に対して10質量部以上20000質量部以下が好ましい。ポリマー分散液中の溶媒およびこれに加える溶媒の合計量は、特に限定されるものではなく、製造上の観点から任意の量とすることができるが、一例において、上述の活物質の量100質量部に対して2000質量部以下が好ましい。
 電極合剤の粘度は、電極合剤を塗工して電極を得るときの液だれ・電極の塗工ムラ・塗工後の乾燥遅延を防止でき、電極作製の作業性や電極の塗布性が良好な粘度であれば特に限定されない。一例において、0.1Pa・s以上100Pa・s以下が好ましい。電極合剤の粘度は、E型粘度計等によって測定される。
 また、電極合剤の塗布方法は、特に限定されず、ドクターブレード法、リバースロール法、コンマバー法、グラビヤ法、エアーナイフ法、ダイコート法およびディップコート法等を適用することができる。
 また、電極合剤の塗布後、任意の温度で加熱し、溶媒(分散媒)を乾燥させる。乾燥温度は、一例において、30℃以上500℃以下が好ましい。乾燥は、異なる温度で複数回行ってもよい。このとき、大気圧下、加圧下、減圧下で乾燥してもよい。乾燥後にさらに熱処理を行ってもよい。
 上記電極合剤の塗布および乾燥後、さらにプレス処理を行ってもよい。プレス処理を行うことにより、電極密度を向上させることができる。プレス圧力は、一例において、1kPa以上10GPa以下が好ましい。
 4.非水電解質二次電池用電解質層
 上述のフッ化ビニリデン共重合体組成物もしくはポリマー分散液は、例えば非水電解質二次電池用電解質層の製造にも使用できる。非水電解質二次電池用電解質層(以下、単に「電解質層」とも称する)は、例えば、電解質層のみを含んでいてもよい。上述のポリマー分散液(フッ化ビニリデン共重合体)は、当該電解質層の材料として用いることができる。
 電解質層は、上述の少なくともフッ化ビニリデン共重合体組成物と電解質を含んでいればよく、必要に応じて他の成分をさらに含んでいてもよい。電解質層は、電極と電解質とを結着するための層であってもよく、各種イオンを伝導させるための層であってもよく、これらの機能を同時に担う層であってもよい。当該電解質層内で、上述のフッ化ビニリデン共重合体組成物は、粒子状であってもよく、膜状(多孔質膜を含む)であってもよく、ゲル状であってもよい。
 全固体電池は、例えば、一対の電極(いずれも集電体および電極層を有する)間に電解質層が挟み込まれた構造を有する。上述のポリマー分散液は、このような全固体電池の電解質層の形成にも使用できる。
 電解質層は、例えばフッ化ビニリデン共重合体組成物もしくはポリマー分散液と、固体電解質と、必要に応じて分散媒と、任意で他の成分と、を含む電解質合剤を調製し、これを基材上に塗布し、乾燥させた層であってもよい。このとき、乾燥させた層を基材から剥がした層であってもよい。また、上記電極上に、直接上記電解質合剤を塗布し、乾燥させた層であってもよい。
 なお、電解質層が含む固体電解質は、上述の電極の電極層についての説明中に記載したものと同様の化合物を使用できる。電解質層の総量に対する、固体電解質の量は、その種類、電解質層の機能、電池の種類等に応じて適宜選択され、特に制限されるものではないが、一例において、電解質層の総量に対して10質量%以上99.9質量%以下が好ましい。
 さらに、電解質層は上述のフッ化ビニリデン共重合体および上述の固体電解質以外の成分を含んでいてもよく、その例には、顔料分散剤、接着補助剤、増粘剤、フィラーや各種添加剤などが含まれる。なお、顔料分散剤、接着補助剤、増粘剤は公知の化合物を用いることができ、電極層が含む添加剤と同じであってもよい。また、これらの量は、本発明の目的および効果を損なわない範囲であれば特に制限されないが、一例において、電解質層の総量に対して0.1質量%以上90質量%以下が好ましい。
 電解質層が含むフィラーは無機フィラーであってもよく、有機フィラーであってもよい。無機フィラーの例には、二酸化ケイ素(SiO)、アルミナ(Al)、二酸化チタン(TiO)、酸化カルシウム(CaO)、酸化ストロンチウム(SrO)、酸化バリウム(BaO)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化亜鉛(ZnO)、チタン酸バリウム(BaTiO)等の酸化物;水酸化マグネシウム(Mg(OH))、水酸化カルシウム(Ca(OH))、水酸化亜鉛(Zn(OH))水酸化アルミニウム(Al(OH))、水酸化酸化アルミニウム(AlO(OH))等の水酸化物;炭酸カルシウム(CaCO)等の炭酸塩;硫酸バリウム等の硫酸塩;窒化物;粘土鉱物;およびベーマイト等が含まれる。フィラーは一種のみ含んでいてもよく、二種以上含んでいてもよい。また、これらの量は、本発明の目的および効果を損なわない範囲であれば特に制限されないが、一例において、電解質層の総量に対して0.1質量%以上90質量%以下が好ましい。
 電解質層の厚みは、電解質層の機能に応じて適宜選択され、特に限定されるものではないが、一例において、1μm以上1000μm以下が好ましい。
 電解質層の総量に対する、フッ化ビニリデン共重合体組成物の量は、その種類、電解質層の機能、電池の種類等に応じて適宜選択され、特に制限されるものではないが、一例において、0.1質量%以上10質量%以下が好ましい。
 なお、電解質層の形成方法は特に制限されず、上述のように、電解質合剤を塗布し、乾燥させて形成できる。電解質合剤の塗布方法や乾燥方法は、電極層の形成方法と同様である。また、電解質合剤として、固体電解質に上述のポリマー分散液をそのまま混合してもよく、必要に応じてさらに分散媒や溶媒を添加してもよい。電解質層の形成に用いる分散媒は特に限定されないが、上述のポリマー分散液が含む分散媒と同様であることが好ましい。
 5.非水電解質二次電池
 上述のフッ化ビニリデン共重合体組成物もしくはポリマー分散液は、上述のように、全固体電池を含む各種非水電解質二次電池等の電極や、電解質層に使用可能であるが、非水電解質二次電池の他の層の形成に使用してもよい。
 以下において、実施例を参照して本発明をより詳細に説明する。これらの実施例によって、本発明の範囲は限定して解釈されない。
 <エマルションの調製>
 (1)エマルション1の調製
 オートクレーブにイオン交換水280質量部を入れ、30分間の窒素バブリングによって脱気を行った。次に、リン酸水素二ナトリウム0.2質量部、およびパーフルオロオクタン酸アンモニウム塩(PFOA)1.0質量部を仕込み、4.5MPaまで加圧して窒素置換を3回行った。その後、酢酸エチル0.1質量部、フッ化ビニリデン(VDF)11質量部、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)24質量部を上記オートクレーブ中に添加した。撹拌しながら80℃まで昇温させた。そして、5質量%過硫酸アンモニウム(APS)水溶液を、APS量が0.06質量部となるように添加し、重合を開始させた。缶内圧力が2.5MPaで維持されるように重合開始直後にVDF65質量部を連続的に添加した。添加終了後、1.5MPaまで圧力が降下したところで重合を完了とし、40℃以下に冷却した後、残留モノマーをオートクレーブからパージして除去し、未処理フッ化ビニリデン共重合体が水に分散されたエマルション1を得た。当該エマルション1の固形分濃度(フッ化ビニリデン共重合体の濃度)は21.0質量%であった。また、凍結乾燥によって未処理フッ化ビニリデン共重合体を取り出し、後述の方法に基づき当該フッ化ビニリデン共重合体の185℃以下にみられる吸熱ピークのエンドセットを測定したところ、132℃であった。
 (エンドセットの特定方法)
 まず、エマルションを凍結乾燥し、粉体状のフッ化ビニリデン共重合体を得た。次に、剥離剤を噴霧した2枚のアルミ箔の間に、縦5cm×横5cm×厚み150μmの鋳型と、粉体状のフッ化ビニリデン共重合体約1gとを挟み、200℃でプレスしてフィルムを作製した。そして、示差走査熱量計(METTLER社製「DSC-1」)を用いてASTM D3418に準拠して測定し、フッ化ビニリデン共重合体のヒートフローを得た。得られたヒートフローにおいて、185℃以下にみられるフッ化ビニリデン共重合体の吸熱ピークのうち、最も高温のピークトップよりも高温側の温度域で直線状のヒートフローと重なるようにベースラインを直線状に引いた。そして、185℃以下にみられるフッ化ビニリデン共重合体の吸熱ピークのうち、最も高温のピークトップより高温側の温度域で、かつ、ヒートフローとベースラインとが重なる温度の最小温度より低温側の温度域において、ヒートフローに接線を引き、その接線とベースラインとの交点を、フッ化ビニリデン共重合体のエンドセットとした。
 (2)エマルション2の調製
 重合開始前に、オートクレーブ中に一括添加するVDFの量を11質量部から15質量部に変更し、HFPの量を24質量部から20質量部に変更した以外はエマルション1の調製と同様に重合し、未処理フッ化ビニリデン共重合体が水に分散されたエマルション2を得た。当該エマルション2の固形分濃度(フッ化ビニリデン共重合体の濃度)は20.8質量%であった。また、エマルション1と同様の方法で特定した当該未処理フッ化ビニリデン共重合体の185℃以下にみられるフッ化ビニリデン共重合体の吸熱ピークのうち最も高温のピークのエンドセットは、134℃であった。
 (3)エマルション3の調製
 重合開始前に、オートクレーブ中に一括添加するVDFの量を11質量部から25質量部に変更し、HFPの量を24質量部から10質量部に変更した以外はエマルション1の調製と同様に重合し、未処理フッ化ビニリデン共重合体が水に分散されたエマルション3を得た。当該エマルション3の固形分濃度(フッ化ビニリデン共重合体の濃度)は21.3質量%であった。またエマルション1と同様の方法で特定した未処理フッ化ビニリデン共重合体の吸熱ピークのうち最も高温のピークのエンドセットは、152℃であった。
 <実施例1>
 オートクレーブにエマルション1を入れ、さらにエマルション中の水に対するドデシル硫酸ナトリウム(SDS)の濃度が1質量%となるようにSDSを入れて界面活性剤含有エマルションを得た。このとき、界面活性剤含有エマルションの25℃における表面張力を測定した。結果を表1に示す。
 そして、500rpmで攪拌しながら上記エンドセットより低い温度である125℃で、1時間加熱した。その後、攪拌を継続したまま缶内温度が40℃以下になるまで室温(24℃)下で空冷した。また、当該エマルションを凍結乾燥し、粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物を得た。当該粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物の平均二次粒子径は174μmであった。このとき凍結乾燥品は、重合後のエマルションを液体窒素で凍結させ室温下で減圧乾燥させることで得た。
 <実施例2>
 エマルション1中の水に対するSDSの濃度を1質量%から0.5質量%に変更した以外は実施例1と同様に熱処理および凍結乾燥を行い、粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物を得た。当該粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物の平均二次粒子径は141μmであった。
 <実施例3>
 エマルション1に添加する界面活性剤をSDSからエマルゲンLS-110(花王社製、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル)に変更した以外は実施例2と同様に熱処理および凍結乾燥を行い、粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物を得た。当該粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物の平均二次粒子径は197μmであった。
 <実施例4>
 エマルション1に添加する界面活性剤をSDSからPFOA(ペルフルオロオクタン酸)に変更した以外は実施例2と同様に熱処理および凍結乾燥を行い、粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物を得た。当該粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物の平均二次粒子径は163μmであった。
 <実施例5>
 エマルション1の加熱温度を125℃から95℃に変更した以外は実施例2と同様に熱処理および凍結乾燥を行い、粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物を得た。当該粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物の平均二次粒子径は391μmであった。
 <実施例6>
 エマルション1の加熱温度を125℃から75℃に変更した以外は実施例2と同様に熱処理および凍結乾燥を行い、粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物を得た。当該粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物の平均二次粒子径は364μmであった。
 <実施例7>
 エマルション1中の水に対するSDSの濃度を0.5質量%から0質量%に変更した以外は実施例2と同様に熱処理および凍結乾燥を行い、粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物を得た。当該粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物の平均二次粒子径は173μmであった。
 <実施例8>
 エマルション1中の水に対するSDSの濃度を0.5質量%から0質量%に変更した以外は実施例6と同様に熱処理および凍結乾燥を行い、粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物を得た。当該粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物の平均二次粒子径は424μmであった。
 <実施例9>
 オートクレーブに入れるエマルションをエマルション1からエマルション2に変更し、界面活性剤を添加した後のエマルション(界面活性剤含有エマルション)の加熱温度を125℃から130℃に変更した以外は実施例2と同様に熱処理および凍結乾燥を行い、粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物を得た。当該粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物の平均二次粒子径は52μmであった。
 <実施例10>
 オートクレーブにエマルション1を入れ、さらにエマルション中の水に対するPFOAの濃度が0.5質量%となるようにPFOAを入れた。そして、室温(24℃)下、500rpmで攪拌することでエマルションにPFOAを溶解させた。当該エマルションを凍結乾燥し、粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物を得た。当該粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物の平均二次粒子径は160μmであった。
 <実施例11>
 オートクレーブにエマルション1を入れ、さらにエマルション中の水に対するSDSの濃度が1質量%となるようにSDSを入れ、室温(24℃)下、500rpmで攪拌することでエマルションにSDSを溶解させた。当該エマルションを凍結乾燥し、粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物を得た。当該粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物の平均二次粒子径は148μmであった。
 <実施例12>
 エマルション中の水に対するSDSの濃度を1質量%から0.5質量%に変更した以外は実施例11と同様に溶解および凍結乾燥を行い、粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物を得た。当該粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物の平均二次粒子径は126μmであった。
 <実施例13>
 エマルション中の水に対するPFOAの濃度を0.5質量%から1質量%に変更した以外は実施例10と同様に溶解および凍結乾燥を行い、粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物を得た。当該粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物の平均二次粒子径は219μmであった。
 <実施例14>
 エマルション中の水に対するPFOAの濃度を0.5質量%から0.1質量%に変更した以外は実施例10と同様に溶解および凍結乾燥を行い、粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物を得た。当該粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物の平均二次粒子径は178μmであった。
 <実施例15>
 オートクレーブにエマルション1を入れ、さらにエマルション中の水に対するアセタミン86の濃度が0.05質量%となるようにアセタミン86(花王社製、ステアリルアミンアセテート)を入れ、室温(24℃)下、500rpmで攪拌することでエマルションにアセタミン86を溶解させた。当該エマルションを凍結乾燥し、粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物を得た。当該粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物の平均二次粒子径は821μmであった。
 <比較例1>
 エマルション1を凍結乾燥し、粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物を得た。当該粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物の平均二次粒子径は215μmであった。
 <比較例2>
 実施例11で得られた粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物を125℃、1時間熱処理することで、粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物を得た。当該フッ化ビニリデン共重合体組成物は凝集が激しいため、平均二次粒子径は測定不可であった。
 <比較例3>
 比較例1で得られた粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物を125℃、1時間熱処理することで、粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物を得た。当該フッ化ビニリデン共重合体組成物は凝集が激しいため、平均二次粒子径は測定不可であった。
 <比較例4>
 エマルションに入れる界面活性剤をPFOAからエマルゲンLS-110に変更した以外は実施例10と同様に溶解および凍結乾燥を行い、粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物を得た。当該粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物の平均二次粒子径は127μmであった。
 <比較例5>
 オートクレーブに入れるエマルションをエマルション1からエマルション3に変更し、エマルションの加熱温度を125℃から150℃に変更した以外は実施例2と同様に熱処理および凍結乾燥を行い、粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物を得た。当該粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物の平均二次粒子径は39μmであった。
 <比較例6>
 比較例1で得られた粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物に、凍結乾燥前のエマルション中の水に対して、1質量%となる量のドデシル硫酸ナトリウム(SDS)を入れ、粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物を得た。当該粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物の平均二次粒子径は215μmであった。
 <比較例7>
 エマルション1の加熱温度を125℃から180℃に変更した以外は実施例2と同様に熱処理を行った。当該加熱工程によって、分散安定性のあるエマルションとして回収できなかったため、粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物を得られなかった。
 <比較例8>
 エマルション1の加熱温度を125℃から180℃に変更した以外は実施例7と同様に熱処理を行った。当該加熱工程によって分散安定性のあるエマルションとして回収できなかったため、粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物を得られなかった。
 <各種物性の測定方法>
 上記フッ化ビニリデン共重合体組成物や、エマルション等の物性は、それぞれ、以下のように測定した。
 ・各エマルションの固形分濃度測定
 得られたエマルション約5gをアルミ製のカップに入れ、80℃で3時間乾燥させた。そして、乾燥前後の重量を測定することで、エマルション中のフッ化ビニリデン共重合体の濃度(固形分濃度)を算出した。
 ・フッ化ビニリデン共重合体組成物の平均二次粒子径測定
 フッ化ビニリデン共重合体組成物の平均二次粒子径は、粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物について、レーザー回折・散乱法にて体積基準で測定し、その粒度分布の累積平均径(D50)を算出した。具体的には、マイクロトラック・ベル社製 Microtrac MT3300EXIIを使用し、粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物約0.5mgを撹拌によって水中に分散させ、測定用試料とした。測定媒体は水とし、媒体屈折率は1.333、粒子形状は非球形、粒子屈折率は1.42、測定時間30秒とし、透過モードで5回測定した時のD50の平均値を平均二次粒子径とした。
 ・フッ化ビニリデン共重合体組成物の融点測定
 フッ化ビニリデン共重合体組成物の融点は、以下の方法で作製されるフィルムの形態で測定した。まず、剥離剤を噴霧した2枚のアルミ箔の間に、縦5cm×横5cm×厚み150μmの鋳型と、粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物約1gとを挟み、200℃でプレスし、プレスフィルムを得た。そして、示差走査熱量計(METTLER社製「DSC-1」)を用いてASTM D3418に準拠して融点を測定した。
 ・温度変調示差走査熱量測定
 フッ化ビニリデン共重合体組成物のリバーシングヒートフロー(RHF)のピークトップおよび融解エンタルピーは、温度変調示差走査熱量計(Q-100、TAインスツルメンツ社製)を用いて測定した。具体的には、凍結乾燥により粉体化したフッ化ビニリデン共重合体組成物約5mgをアルミニウムパンに詰め、測定用サンプルとした。測定条件はヒートオンリー条件となるように、平均昇温速度5℃/min、モジュレイション周期40秒、モジュレイション振幅±0.531℃とした。得られたリバーシングヒートフローは下に凸の吸熱ピークを有していた。得られたリバーシングヒートフローにおいて、エンドセットより高温側の直線状のヒートフローと重なるようにベースラインを直線状に引いた。そして、リバーシングヒートフローの下に凸な吸熱ピークのうち、当該ベースラインからリバーシングヒートフローに向けて、垂直に線を引いたとき、リバーシングヒートフロー上であって、当該ベースラインから最も距離が遠い点を吸熱ピークのピークトップとし、当該ピークトップの温度を特定した。また、リバーシングヒートフローの下に凸な吸熱ピークの極小値の数を吸熱ピークのピークトップの数とした。一方で、当該ベースラインとリバーシングヒートフローとに囲まれた領域を融解エンタルピー量(ΔHm)とした。
 ・エマルションの表面張力測定
 エマルション(エマルションに界面活性剤を添加する場合は、エマルションに界面活性剤を添加した後のエマルション)の表面張力はWilhelmy法を用いて表面張力計(Sigma701/700、KSV instruments社製)によって測定した。測定には白金プレートを使用し、25℃における表面張力を3回測定したときの平均値を表面張力の値とした。
 ・フッ化ビニリデン共重合体組成物の酪酸ブチル分散液の上澄みのフッ化ビニリデン共重合体組成物の含有率測定
 まず、粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物2gを18gの酪酸ブチルに添加し、25℃のスターラー上で30分撹拌し、フッ化ビニリデン共重合体組成物の酪酸ブチル分散液(フッ化ビニリデン共重合体組成物の含有率10質量%)を調製した。当該分散液20mLを20mLメスシリンダーに入れ、パラフィルムで蓋をして20時間静置した。メスシリンダーの上澄みから4mLをピペットで採取し、アルミカップに入れ、135℃、1時間乾燥させ、これをデシケータ内で1時間放冷した。そして、乾燥前後の重量を測定することで、フッ化ビニリデン共重合体組成物の酪酸ブチル分散液の上澄みのフッ化ビニリデン共重合体組成物の含有率を特定した。
 ・濁度
 フッ化ビニリデン共重合体組成物を酪酸ブチルに分散させた分散液の濁度は、以下の方法で測定した。まず、粉体状のフッ化ビニリデン共重合体組成物2gを18gの酪酸ブチルに添加し、25℃のスターラー上で30分撹拌し、フッ化ビニリデン共重合体組成物の酪酸ブチル分散液(フッ化ビニリデン共重合体組成物の含有率10質量%)を調製した。そして、当該サンプルを20時間静置した後再攪拌した当該分散液の濁度を、日本電色工業製のNDH2000(JIS K 7136に準拠)で測定した。なお、サンプルは石英セルに入れた。また、酪酸ブチルの濁度を0%とし、サンプルの濁度を算出した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 上記表2に示すように、フッ化ビニリデン共重合体組成物の融点が140℃以下であり、フッ化ビニリデン共重合体組成物が、リバーシングヒートフローにおいて融解エンタルピー量(ΔHm)が2mJ/g吸熱ピークを有し、かつ最大吸熱ピーク温度(最も大きい吸熱ピークのピークトップ温度)と、組成物の融点との差の絶対値が10℃以下であり、かつフッ化ビニリデン共重合体組成物を酪酸ブチルに分散させた分散液(フッ化ビニリデン共重合体組成物の含有率10質量%)の20時間静置後の上部のフッ化ビニリデン共重合体組成物の含有率が4.0質量%以上10質量%以下である場合には、フッ化ビニリデン共重合体組成物の分散性が良好となった(実施例1~15)。
 これに対し、フッ化ビニリデン共重合体組成物の融点が140℃を超える場合には、酪酸ブチル中で非常に沈降しやすかった(比較例5)。さらに、フッ化ビニリデン共重合体組成物のリバーシングヒートフローにおける融解エンタルピー量(ΔHm)が2mJ/gの最大吸熱ピーク温度(最も大きい吸熱ピークのピークトップ温度)と、組成物の融点との差の絶対値が10℃を超える場合には、凝集が激しかった(比較例2および3)。さらに、フッ化ビニリデン共重合体組成物を酪酸ブチルに分散させた分散液(フッ化ビニリデン共重合体組成物の含有量:10質量%)の20時間静置後の上部のフッ化ビニリデン共重合体組成物の含有量が4.0質量%以上10質量%を超える場合には、いずれも分散性が低かった(比較例1~8)。
 また、表1に示すように、フッ化ビニリデン共重合体のエマルション(共重合体分散液)に界面活性剤を一定量添加する、もしくは当該エマルションを加熱することによって、所望の物性を有するフッ化ビニリデン共重合体組成物が得られた(実施例1~15)。これに対し、フッ化ビニリデン共重合体のエマルションに界面活性剤を添加せず、さらには当該エマルションを加熱しなかった場合には、当該フッ化ビニリデン共重合体組成物が酪酸ブチル中で沈降しやすかった(比較例1)。
 さらに、エマルションに対する界面活性剤の添加の有無にかかわらず、フッ化ビニリデン共重合体組成物を粉体状にしてから加熱を行った場合、フッ化ビニリデン共重合体組成物が酪酸ブチル中で沈降しやすかった(比較例2および3)。
 さらに、イオン系でない界面活性剤(非イオン系界面活性剤)をエマルションに添加し、エマルションの加熱を行わなかった場合にも、フッ化ビニリデン共重合体組成物が酪酸ブチル中で沈降しやすかった(比較例4)。
 さらに、フッ化ビニリデン共重合体組成物を粉体状にしてから界面活性剤を添加した場合、フッ化ビニリデン共重合体組成物が酪酸ブチル中で沈降しやすかった(比較例6)。
 さらに、フッ化ビニリデン共重合体組成物の融点が140℃を超えると、エマルションに界面活性剤を添加したり、界面活性剤含有エマルションを加熱したりしても、所望の物性を有するフッ化ビニリデン共重合体組成物が得られなかった(比較例5)。
 また、フッ化ビニリデン共重合体のエマルションを、当該エマルション中のフッ化ビニリデン共重合体のヒートフローを示唆走査熱量計で測定したときに185℃以下にみられるフッ化ビニリデン共重合体の吸熱ピークのうち最も高温のピークのエンドセットより高い温度で加熱すると、エマルションに界面活性剤を添加してもしていなくても、所望の物性を有するフッ化ビニリデン共重合体組成物が得られなかった(比較例7、8)。
 本出願は、2020年11月30日出願の特願2020-198148号に基づく優先権を主張する。当該出願明細書に記載された内容は、すべて本願明細書に援用される。
 本発明のフッ化ビニリデン共重合体組成物は、比誘電率の低い分散媒に分散しやすく、さらに当該分散液を長時間保管しても沈降し難い。したがって、非水電解質二次電池用の電極層や電解質層の作製等に非常に有用である。

Claims (13)

  1.  フッ化ビニリデン共重合体を含むフッ化ビニリデン共重合体組成物であって、
     前記フッ化ビニリデン共重合体は、フッ化ビニリデン由来の構成単位と、含フッ素アルキルビニル化合物由来の構成単位とを含み、
     前記フッ化ビニリデン共重合体組成物の融点が140℃以下であり、
     前記フッ化ビニリデン共重合体組成物は、前記フッ化ビニリデン共重合体組成物のリバーシングヒートフローを温度変調示差走査熱量計で測定したとき、融解エンタルピー量(ΔHm)が2J/g以上である吸熱ピークを有し、
     前記吸熱ピークのうち最も大きい吸熱ピークのピークトップ温度と、前記フッ化ビニリデン共重合体組成物の前記融点との差の絶対値が10℃以下であり、
     酪酸ブチルと前記フッ化ビニリデン共重合体組成物とを含み、かつ前記フッ化ビニリデン共重合体組成物の含有率が10質量%である分散液を、25℃で30分間攪拌し、20時間静置した後の、前記分散液の上部20体積%における前記フッ化ビニリデン共重合体組成物の含有率が、4.0質量%以上10質量%以下である、
     フッ化ビニリデン共重合体組成物。
  2.  前記フッ化ビニリデン共重合体組成物は、前記リバーシングヒートフローを測定したとき、融解エンタルピー量(ΔHm)が2J/g以上で、かつ、ピークトップを2つ以上有する吸熱ピークを有し、
     前記分散液を25℃で30分攪拌し、20時間静置した後の前記分散液の上部20体積%における前記フッ化ビニリデン共重合体組成物の含有率が7.0質量%以上10質量%以下である、
     請求項1に記載のフッ化ビニリデン共重合体組成物。
  3.  前記含フッ素アルキルビニル化合物が、ヘキサフルオロプロピレンである、
     請求項1または2に記載のフッ化ビニリデン共重合体組成物。
  4.  前記フッ化ビニリデン共重合体の構成単位100質量%に対して、前記ヘキサフルオロプロピレン由来の構成単位を15質量%以上70質量%以下含む、
     請求項3に記載のフッ化ビニリデン共重合体組成物。
  5.  界面活性剤をさらに含む、
     請求項1~4のいずれか一項に記載のフッ化ビニリデン共重合体組成物。
  6.  前記界面活性剤が、アニオン性界面活性剤を含む、
     請求項5に記載のフッ化ビニリデン共重合体組成物。
  7.  請求項1~6のいずれか一項に記載のフッ化ビニリデン共重合体組成物と、
     比誘電率が15以下である分散媒と、
     を含む、ポリマー分散液。
  8.  請求項1~6のいずれか一項に記載のフッ化ビニリデン共重合体組成物を含む、
     非水電解質二次電池用電極。
  9.  請求項1~6のいずれか一項に記載のフッ化ビニリデン共重合体組成物を含む、
     非水電解質二次電池用電解質層。
  10.  請求項1~6のいずれか一項に記載のフッ化ビニリデン共重合体組成物を含む、
     非水電解質二次電池。
  11.  フッ化ビニリデン由来の構成単位と、含フッ素アルキルビニル化合物由来の構成単位とを含むフッ化ビニリデン共重合体を含有するフッ化ビニリデン共重合体組成物の製造方法であって、
     水性媒体中に未処理フッ化ビニリデン共重合体が分散したエマルションを準備する工程と、
     前記エマルションにイオン性界面活性剤を添加して攪拌し、25℃における表面張力が40mN/m以下の界面活性剤含有エマルションを得る工程と、を含み、
     前記フッ化ビニリデン共重合体組成物の融点が140℃以下である、
     フッ化ビニリデン共重合体組成物の製造方法。
  12.  フッ化ビニリデン由来の構成単位と、含フッ素アルキルビニル化合物由来の構成単位とを含むフッ化ビニリデン共重合体を含有するフッ化ビニリデン共重合体組成物の製造方法であって、
     水性媒体中に未処理フッ化ビニリデン共重合体が分散したエマルションを準備する工程と、
     前記未処理フッ化ビニリデン共重合体のヒートフローを示差走査熱量計で測定したときに、185℃以下にみられる吸熱ピークのうち最も高温のピークのエンドセットより低い温度、かつ、40℃以上の温度で前記エマルションを加熱する工程と、を含み、
     前記フッ化ビニリデン共重合体組成物の融点が140℃以下である、
     フッ化ビニリデン共重合体組成物の製造方法。
  13.  前記エマルションを準備する工程後、かつ前記エマルションを加熱する工程前において、
     前記エマルションに界面活性剤を添加する工程をさらに含む、
     請求項12に記載のフッ化ビニリデン共重合体組成物の製造方法。
PCT/JP2021/043133 2020-11-30 2021-11-25 フッ化ビニリデン共重合体組成物およびその製造方法、ポリマー分散液、非水電解質二次電池用電極、非水電解質二次電池用電解質層、ならびに非水電解質二次電池 WO2022114044A1 (ja)

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