WO2023248698A1 - 全固体二次電池用バインダー組成物、全固体二次電池用スラリー組成物、全固体二次電池用機能層、及び全固体二次電池 - Google Patents

全固体二次電池用バインダー組成物、全固体二次電池用スラリー組成物、全固体二次電池用機能層、及び全固体二次電池 Download PDF

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祐作 松尾
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日本ゼオン株式会社
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F8/00Chemical modification by after-treatment
    • C08F8/04Reduction, e.g. hydrogenation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
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    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0561Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of inorganic materials only
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    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
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    • H01M4/139Processes of manufacture
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    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers

Definitions

  • the present invention relates to a binder composition for an all-solid-state secondary battery, a slurry composition for an all-solid-state secondary battery, a functional layer for an all-solid-state secondary battery, and an all-solid-state secondary battery.
  • secondary batteries such as lithium-ion batteries have been used in a variety of applications, including small household power storage devices, electric motorcycles, electric vehicles, and hybrid electric vehicles, in addition to mobile terminals such as personal digital assistants and portable electronic devices.
  • demand is increasing.
  • an all-solid-state secondary battery usually has a solid electrolyte layer as an electrolyte layer between a positive electrode and a negative electrode.
  • a binder is usually used when producing an all-solid-state secondary battery.
  • the binder is contained, for example, in the solid electrolyte layer or in the electrode composite layer of an electrode formed by providing an electrode composite layer on a current collector (hereinafter, the solid electrolyte layer and the electrode composite layer are collectively referred to as "all-solid binary").
  • all-solid binary the solid electrolyte layer and the electrode composite layer are collectively referred to as "all-solid binary").
  • functional layer for secondary batteries functional particles such as solid electrolyte particles and electrode active material particles are bound together, and these functional particles are desorbed from battery materials such as solid electrolyte layers and electrodes. Used to prevent separation.
  • Patent Document 1 describes a positive electrode having a positive electrode active material layer (positive electrode composite material layer), a negative electrode having a negative electrode active material layer (negative electrode composite material layer), and an interlayer between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer.
  • An all-solid-state secondary battery is described that has a solid electrolyte layer located therein, and this positive electrode active material layer, negative electrode active material layer, or solid electrolyte layer is composed of functional particles, a predetermined polymer serving as a binder, and an organic solvent. It is described that the slurry composition is formed using a slurry composition containing the following.
  • Patent Document 2 discloses that a slurry in which an active material, a conductive material, a sulfide-based solid electrolyte, a predetermined binder, and a solvent are mixed is applied to a base material to form a cathode of an all-solid-state lithium ion battery. This is described, and an all-solid-state lithium ion battery including this cathode is also described.
  • These slurry compositions in Patent Document 1 and Patent Document 2 use a nitrile polymer as a binder, and xylene, cyclopentyl methyl ether (CPME), etc. as a solvent.
  • CPME cyclopentyl methyl ether
  • Patent No. 5768815 Special Publication No. 2020-525992
  • the all-solid-state secondary battery functional layer has excellent adhesion to the battery material (e.g., current collector) that is in contact with the all-solid-state secondary battery functional layer.
  • the conventional binder compositions have room for further improvement in terms of providing excellent adhesiveness to the functional layer for an all-solid-state secondary battery.
  • all-solid-state secondary batteries have low internal resistance
  • conventional binder compositions still have room for further improvement in terms of reducing the internal resistance of all-solid-state secondary batteries.
  • the present invention provides a binder composition for an all-solid-state secondary battery that can reduce the internal resistance of the all-solid-state secondary battery while imparting excellent adhesiveness to a functional layer for an all-solid-state secondary battery.
  • the purpose is to Further, the present invention provides a slurry composition for an all-solid-state secondary battery that can provide excellent adhesiveness to a functional layer for an all-solid-state secondary battery while reducing the internal resistance of the all-solid-state secondary battery.
  • Another object of the present invention is to provide an all-solid-state secondary battery in which battery materials are firmly bonded to each other while internal resistance is reduced.
  • the present inventor conducted extensive studies with the aim of solving the above problems.
  • the present inventor has proposed a binder composition for an all-solid-state secondary battery containing a predetermined copolymer and a predetermined solvent, the solvent being adjusted so that the concentration of the copolymer is 8% by mass. It has been discovered that the above problem can be solved by using a binder composition for an all-solid-state secondary battery, in which the haze of the resulting copolymer solution is within a predetermined range when the copolymer is dissolved in Completed.
  • a binder composition for a solid secondary battery wherein the solvent contains an ester solvent having 6 or more carbon atoms, and the content ratio of the nitrile group-containing monomer unit in the copolymer is the same as that of the copolymer.
  • the total repeating units in the copolymer are 100% by mass, it is 10% by mass or more and 22% by mass or less, and the tetrahydrofuran insoluble fraction of the copolymer is 0.5% by mass or more and 3% by mass or less, and the An all-solid-state secondary battery, wherein when the copolymer is dissolved in the solvent so that the copolymer concentration is 8% by mass, the resulting copolymer solution has a haze of 30% or more and 80% or less.
  • It is a binder composition for The binder composition for an all-solid-state secondary battery described above can provide excellent adhesiveness to the functional layer for an all-solid-state secondary battery while reducing the internal resistance of the all-solid-state secondary battery.
  • the "monomer unit" of a (co)polymer means "a repeating unit derived from the monomer and contained in a polymer obtained using the monomer.”
  • the content ratio of various repeating units (monomer units and structural units) in the copolymer can be measured using a nuclear magnetic resonance (NMR) method such as 1 H-NMR.
  • NMR nuclear magnetic resonance
  • the tetrahydrofuran insoluble fraction can be measured according to the method described in the Examples of this specification.
  • the haze of a copolymer solution can be measured according to the method described in the Examples of this specification.
  • the iodine value of the copolymer is preferably 0.5 mg/100 mg or more and 30 mg/100 mg or less.
  • the iodine value of the copolymer is equal to or higher than the lower limit, deterioration in cycle characteristics of the all-solid-state secondary battery can be effectively suppressed.
  • the iodine value of the copolymer is below the above upper limit, the cycle characteristics of the all-solid-state secondary battery can be further improved.
  • the iodine value of a copolymer can be measured according to the method described in the Examples of this specification.
  • the copolymer further contains an alkylene structural unit, and the alkylene structural unit is 1,3-butadiene hydride.
  • the nitrile group-containing monomer unit is preferably an acrylonitrile unit. If the copolymer contains the above-mentioned monomer units, more excellent adhesiveness can be imparted to the functional layer for an all-solid-state secondary battery. Moreover, if the copolymer contains the above-mentioned monomer unit, the dispersibility of the functional particles in the slurry composition for all-solid-state secondary batteries prepared using the binder composition for all-solid-state secondary batteries can be further improved. .
  • the copolymer is a (meth)acrylic acid ester monomer having an alkyl group having 4 or more and 9 or less carbon atoms. It is preferable to contain a mer unit. If the copolymer contains a (meth)acrylic acid ester monomer unit having an alkyl group having 4 to 9 carbon atoms, the internal resistance of the all-solid-state secondary battery can be further reduced.
  • the content ratio of the (meth)acrylic acid ester monomer unit having the alkyl group having 4 or more and 9 or less carbon atoms in the copolymer. is preferably 25% by mass or more and 45% by mass or less, when the total repeating units in the copolymer are 100% by mass.
  • the content ratio of the (meth)acrylic acid ester monomer unit having an alkyl group having 4 to 9 carbon atoms in the copolymer is the lower limit above, when the total repeating units in the copolymer are 100% by mass.
  • the content of the (meth)acrylic acid ester monomer unit having an alkyl group having 4 to 9 carbon atoms in the copolymer is 100% by mass of all repeating units in the copolymer, If it is below the above upper limit, the internal resistance of the all-solid-state secondary battery can be further reduced. Moreover, the cycle characteristics of the all-solid-state secondary battery can be further improved.
  • the copolymer preferably has a hydrophilic group. If the copolymer has a hydrophilic group, more excellent adhesiveness can be imparted to the functional layer for an all-solid-state secondary battery.
  • the present invention aims to advantageously solve the above-mentioned problems, and [7] the present invention provides functional particles and an all-solid-state secondary battery according to any one of [1] to [6].
  • This is a slurry composition for an all-solid-state secondary battery, which includes a binder composition for an all-solid-state secondary battery.
  • the slurry composition for an all-solid-state secondary battery described above can provide excellent adhesiveness to the functional layer for an all-solid-state secondary battery while reducing the internal resistance of the all-solid-state secondary battery.
  • the functional particles are preferably particles of at least one of solid electrolyte particles and electrode active material particles. If the functional particles are particles of at least one of solid electrolyte particles and electrode active material particles, the function as a solid electrolyte layer and/or an electrode composite material layer can be imparted to the functional layer for an all-solid-state secondary battery.
  • the present invention aims to advantageously solve the above-mentioned problems, and [9] the present invention uses the slurry composition for all-solid-state secondary batteries according to [7] or [8] above.
  • This is the formed functional layer for an all-solid-state secondary battery.
  • the above functional layer for an all-solid-state secondary battery can exhibit excellent adhesiveness while reducing the internal resistance of the all-solid-state secondary battery.
  • the present invention also provides an all-solid-state secondary battery comprising the functional layer for an all-solid-state secondary battery according to [9] above. It is.
  • the all-solid-state secondary battery described above can be an all-solid-state secondary battery in which battery materials are firmly bonded to each other while internal resistance is reduced.
  • a binder composition for an all-solid-state secondary battery that is capable of imparting excellent adhesiveness to a functional layer for an all-solid-state secondary battery while reducing the internal resistance of the all-solid-state secondary battery.
  • a slurry composition for an all-solid-state secondary battery that can provide excellent adhesiveness to a functional layer for an all-solid-state secondary battery while reducing the internal resistance of the all-solid-state secondary battery.
  • the binder composition for all-solid-state secondary batteries of the present invention is the slurry composition for all-solid-state secondary batteries of the present invention (hereinafter simply referred to as "binder composition"). It can be used to prepare a slurry composition (sometimes referred to as a slurry composition). Furthermore, the slurry composition of the present invention can be used to form functional layers for all-solid-state secondary batteries (hereinafter sometimes simply referred to as "functional layers”) such as solid electrolyte layers and electrode mixture layers. .
  • the all-solid-state secondary battery of the present invention includes the functional layer of the present invention formed using the slurry composition of the present invention.
  • the binder composition for an all-solid-state secondary battery of the present invention includes a predetermined copolymer and a predetermined solvent.
  • the solvent contains an ester solvent having 6 or more carbon atoms.
  • the copolymer contains a nitrile group-containing monomer unit.
  • the content of the nitrile group-containing monomer unit in the copolymer is 10% by mass or more and 22% by mass or less, when the total repeating units in the copolymer is 100% by mass, and
  • the tetrahydrofuran insoluble fraction (hereinafter sometimes referred to as "THF insoluble fraction”) of the polymer is 0.5% by mass or more and 3% by mass or less.
  • the binder composition of the present invention may optionally further contain other components in addition to the above-mentioned predetermined copolymer and predetermined solvent.
  • Other components include surfactants, dispersants, anti-aging agents, and the like.
  • the binder composition described above can provide excellent adhesiveness to the functional layer while reducing the internal resistance of the all-solid-state secondary battery. Further, the binder composition described above can improve the cycle characteristics of an all-solid-state secondary battery.
  • the copolymer is a component that can prevent functional particles contained in the functional layer from detaching from the functional layer.
  • the copolymer has the above-described predetermined composition and properties, it is preferable that the copolymer has a hydrophilic group since it can impart superior adhesiveness to the functional layer.
  • the hydrophilic group include carboxyl group, sulfonic acid group, phosphoric acid group, and hydroxyl group. Among these, carboxyl groups and hydroxyl groups are preferred, and hydroxyl groups are more preferred, since they can impart even more excellent adhesiveness to the functional layer.
  • the copolymer may have only one type of these hydrophilic groups, or may have two or more types of these hydrophilic groups.
  • the method for introducing a hydrophilic group into a copolymer is not particularly limited, and the copolymer is prepared using a monomer composition containing a hydrophilic group-containing monomer, which will be described later.
  • a copolymer containing the unit may be obtained, or a copolymer having the above-mentioned hydrophilic group may be obtained by modifying a copolymer having a predetermined composition (e.g., terminal modification). , the former is preferred.
  • the copolymer contains a nitrile group-containing monomer unit, and optionally has a conjugated diene monomer unit, an alkylene structural unit, a hydrophilic group-containing monomer unit, and an alkyl group having 4 or more and 9 or less carbon atoms.
  • a (meth)acrylic acid ester monomer unit and an aromatic vinyl monomer unit a (meth)acrylic acid ester monomer unit and an aromatic vinyl monomer unit.
  • (meth)acrylic means acrylic and/or methacryl.
  • the nitrile group-containing monomer unit is a repeating unit derived from a nitrile group-containing monomer.
  • Examples of the nitrile group-containing monomer that can form the nitrile group-containing monomer unit include ⁇ , ⁇ -ethylenically unsaturated nitrile monomers.
  • the ⁇ , ⁇ -ethylenically unsaturated nitrile monomer is not particularly limited as long as it is an ⁇ , ⁇ -ethylenically unsaturated compound having a nitrile group, but examples include acrylonitrile; ⁇ -chloroacrylonitrile, ⁇ -bromo Examples include ⁇ -halogenoacrylonitrile such as acrylonitrile; ⁇ -alkylacrylonitrile such as methacrylonitrile and ⁇ -ethyl acrylonitrile; and the like.
  • acrylonitrile and methacrylonitrile are preferred, and acrylonitrile is more preferred, since they can impart superior adhesiveness to the functional layer. These can be used alone or in combination of two or more.
  • the content of the nitrile group-containing monomer unit in the copolymer is 10% by mass or more and 22% by mass or less, when all repeating units in the copolymer are 100% by mass. It is.
  • the content of the nitrile group-containing monomer unit in the copolymer is preferably 12% by mass or more, and preferably 14% by mass or more, when the total repeating units in the copolymer is 100% by mass. It is more preferable that it is, it is preferable that it is 20.5 mass % or less, and it is more preferable that it is 19 mass % or less.
  • the adhesive ability of the copolymer itself is and can impart excellent adhesion to the functional layer.
  • the content of the nitrile group-containing monomer unit in the copolymer is 22% by mass or less when the total repeating units in the copolymer is 100% by mass, excellent adhesion can be achieved in the functional layer.
  • the reason for this is that the solubility of the copolymer in the solvent is improved and a slurry composition in which functional particles etc.
  • Conjugated diene monomer units are repeating units derived from conjugated diene monomers.
  • Examples of the conjugated diene monomer that can form a conjugated diene monomer unit include conjugated diene compounds such as 1,3-butadiene, isoprene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, and 1,3-pentadiene. can be mentioned. Among them, 1,3-butadiene is preferred. These can be used alone or in combination of two or more.
  • the content of conjugated diene monomer units in the copolymer is preferably 10% by mass or less, and 5% by mass or less, when the total repeating units in the copolymer is 100% by mass. is more preferable.
  • the content of conjugated diene monomer units in the copolymer is, for example, 0.5% by mass or more, and even 1% by mass or more, when the total repeating units in the copolymer is 100% by mass. good.
  • alkylene structural unit is a repeating unit composed only of an alkylene structure represented by the general formula: -C n H 2n - [where n is an integer of 2 or more].
  • n is an integer of 2 or more.
  • the alkylene structural unit may be linear or branched, but from the viewpoint of further improving the dispersibility of the functional particles in the slurry composition, the alkylene structural unit is linear, that is, linear alkylene Preferably, it is a structural unit. Further, the number of carbon atoms in the alkylene structural unit is preferably 4 or more (that is, n in the above-mentioned general formula -C n H 2n - is an integer of 4 or more).
  • the method of introducing the alkylene structural unit into the copolymer is not particularly limited, but for example, the following method (1) or (2):
  • a copolymer is prepared from the monomer composition containing the above-mentioned conjugated diene monomer, and the copolymer is hydrogenated (hydrogenated) to transform the conjugated diene monomer unit into an alkylene structure.
  • Method for converting into units (2) Method for preparing a copolymer from a monomer composition containing a 1-olefin monomer.
  • method (1) is preferred because the copolymer can be easily produced.
  • conjugated diene monomer examples include conjugated diene compounds such as 1,3-butadiene, isoprene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, and 1,3-pentadiene. Can be mentioned. Among them, 1,3-butadiene is preferred. These can be used alone or in combination of two or more.
  • the alkylene structural unit is preferably a structural unit (conjugated diene hydride unit) obtained by hydrogenating (hydrogenating) a conjugated diene monomer unit.
  • alkylene structural units can further improve the dispersibility of functional particles in a slurry composition prepared using a binder composition
  • structural units obtained by hydrogenating 1,3-butadiene units (1,3- butadiene hydride unit) is more preferable.
  • the hydrogenation can be carried out using a known method as described below.
  • examples of the 1-olefin monomer that can be used in the method (2) above include 1-butene and 1-hexene. These conjugated diene monomers and 1-olefin monomers can be used alone or in combination of two or more.
  • the alkylene structural unit is introduced into the copolymer through the method (1) above, if the conjugated diene monomer unit is not completely hydrogenated, the conjugated diene monomer unit is not completely hydrogenated in the copolymer. Units may remain.
  • the total content of alkylene structural units and conjugated diene monomer units in the copolymer is 100% by mass of all repeating units (total of structural units and monomer units) in the copolymer. It is preferably 30% by mass or more, more preferably 40% by mass or more, preferably 70% by mass or less, more preferably 60% by mass or less, and more preferably 50% by mass or less. More preferred. If the total content of alkylene structural units and conjugated diene monomer units in the copolymer is within the above range when the total repeating units in the copolymer is 100% by mass, the binder composition can be used. The dispersibility of the functional particles in the slurry composition prepared can be further improved.
  • the content of alkylene structural units in the copolymer is 100% by mass when all repeating units (the sum of structural units and monomer units) in the copolymer are 100% by mass. It is preferably 30% by mass or more, more preferably 40% by mass or more, preferably 70% by mass or less, more preferably 60% by mass or less, and more preferably 50% by mass or less. More preferred.
  • the function in the slurry composition prepared using the binder composition is improved.
  • the dispersibility of the particles can be further improved.
  • the hydrophilic group-containing monomer unit is a repeating unit derived from a hydrophilic group-containing monomer.
  • the copolymer contains a hydrophilic group-containing monomer unit, superior adhesiveness can be imparted to the functional layer.
  • the hydrophilic group-containing monomer that can form the hydrophilic group-containing monomer unit include a monomer having a carboxylic acid group, a monomer having a sulfonic acid group, and a monomer having a phosphoric acid group. , a monomer having a hydroxyl group, and the like. These can be used alone or in combination of two or more.
  • Examples of the monomer having a carboxylic acid group include monocarboxylic acids and derivatives thereof, dicarboxylic acids and acid anhydrides thereof, and derivatives thereof.
  • Examples of monocarboxylic acids include acrylic acid, methacrylic acid, and crotonic acid.
  • Examples of monocarboxylic acid derivatives include 2-ethyl acrylic acid, isocrotonic acid, ⁇ -acetoxyacrylic acid, ⁇ -trans-aryloxyacrylic acid, ⁇ -chloro- ⁇ -E-methoxyacrylic acid, ⁇ -diaminoacrylic acid, etc.
  • Examples of dicarboxylic acids include maleic acid, fumaric acid, and itaconic acid.
  • dicarboxylic acid derivatives include methylmaleic acid, dimethylmaleic acid, phenylmaleic acid, chloromaleic acid, dichloromaleic acid, fluoromaleic acid, methylallyl maleate, diphenyl maleate, nonyl maleate, decyl maleate, and dodecyl maleate. , octadecyl maleate, fluoroalkyl maleate, and other maleic acid esters.
  • dicarboxylic acid anhydrides include maleic anhydride, acrylic anhydride, methylmaleic anhydride, dimethylmaleic anhydride, and the like.
  • an acid anhydride that generates a carboxyl group by hydrolysis can also be used.
  • monocarboxylic acids are preferred, and methacrylic acid is more preferred.
  • Examples of monomers having a sulfonic acid group include vinylsulfonic acid, methylvinylsulfonic acid, (meth)allylsulfonic acid, styrenesulfonic acid, ethyl (meth)acrylate-2-sulfonate, and 2-acrylamide-2-methyl.
  • Examples include propanesulfonic acid, 3-allyloxy-2-hydroxypropanesulfonic acid, and the like.
  • (meth)allyl means allyl and/or methallyl.
  • Monomers having a phosphoric acid group include 2-(meth)acryloyloxyethyl phosphate, methyl-2-(meth)acryloyloxyethyl phosphate, ethyl-(meth)acryloyloxyethyl phosphate, and vinylphosphonic acid. , dimethyl vinylphosphonate, and the like.
  • (meth)acryloyl means acryloyl and/or methacryloyl.
  • Examples of monomers having a hydroxyl group include ethylenically unsaturated alcohols such as (meth)allyl alcohol, 3-buten-1-ol, and 5-hexen-1-ol; 2-hydroxyethyl acrylate, and 2-hydroxyethyl acrylate; -Hydroxypropyl, 1,4-cyclohexanedimethanol monoacrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, 2-hydroxypropyl methacrylate, di-2-hydroxyethyl maleate, di-4-hydroxybutyl maleate, itaconic acid
  • hydrophilic group-containing monomer a monomer having a carboxylic acid group (carboxylic acid group-containing monomer It is preferable to use a monomer having a hydroxyl group) and/or a hydroxyl group (a hydroxyl group-containing monomer unit), and it is more preferable to use a hydroxyl group-containing monomer unit.
  • the content ratio of the hydrophilic group-containing monomer unit in the copolymer is preferably 1% by mass or more, and 1.5% by mass when the total repeating units in the copolymer is 100% by mass. It is more preferably at least 2% by mass, even more preferably at least 10% by mass, more preferably at most 8% by mass, even more preferably at most 6% by mass. . If the content of the hydrophilic group-containing monomer unit in the copolymer is greater than or equal to the lower limit above, when the total repeating units in the copolymer are 100% by mass, the adhesive ability of the copolymer itself is It is possible to further improve the adhesion of the functional layer.
  • the content of the hydrophilic group-containing monomer unit in the copolymer is below the above upper limit when the total repeating units in the copolymer is 100% by mass, excellent adhesion can be achieved in the functional layer.
  • the reason for this is that the solubility of the copolymer in the solvent is further improved, and a slurry composition in which functional particles and the like are better dispersed can be obtained. This is presumed to be due to the fact that when used, a functional layer in which functional particles and the like are better dispersed is formed.
  • the functional particles and the like can be better dispersed in the functional layer, the internal resistance of the all-solid-state secondary battery can be further reduced, and the cycle characteristics of the all-solid-state secondary battery can be further improved.
  • the (meth)acrylic ester monomer unit having an alkyl group having 4 or more and 9 or less carbon atoms is a repeating unit derived from a (meth)acrylic ester monomer having 4 to 9 carbon atoms. Since the copolymer contains a (meth)acrylic acid ester monomer unit having an alkyl group having 4 to 9 carbon atoms, the dispersibility of functional particles in a slurry composition prepared using a binder composition is improved. As a result, the internal resistance of the all-solid-state secondary battery can be further reduced.
  • having an alkyl group having 4 to 9 carbon atoms means that an alkyl group having 4 to 9 carbon atoms is bonded to the non-carbonyl oxygen atom of the (meth)acrylate monomer. It means that.
  • the alkyl group having 4 or more and 9 or less carbon atoms may be linear, branched, or cyclic, but is preferably linear because a copolymer can be easily prepared.
  • the (meth)acrylic acid ester monomer unit having an alkyl group having 4 or more and 9 or less carbon atoms does not include the above-mentioned hydrophilic group-containing monomer unit.
  • a unit in which a hydroxyl group is bonded to an alkyl group having 4 or more and 9 or less carbon atoms is not included in the (meth)acrylate monomer unit having an alkyl group having 4 or more and 9 or less carbon atoms.
  • the alkyl group preferably has 8 or less carbon atoms, more preferably 6 or less carbon atoms. If the number of carbon atoms in the alkyl group is below the above upper limit, a copolymer can be easily prepared.
  • C4-C9 (meth)acrylic acid ester monomer (hereinafter sometimes referred to as "C4-C9 (meth)acrylic acid ester monomer") unit having an alkyl group having 4 to 9 carbon atoms is formed.
  • C4-C9 (meth)acrylic acid ester monomers include n-butyl acrylate, t-butyl acrylate, isobutyl acrylate, n-pentyl acrylate, isopentyl acrylate, hexyl acrylate, heptyl acrylate, octyl acrylate, 2- Acrylic acid alkyl esters such as ethylhexyl acrylate and nonyl acrylate; n-butyl methacrylate, t-butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, n-pentyl methacrylate, isopentyl methacrylate, hexyl methacrylate, hept
  • the content ratio of C4-C9 (meth)acrylic acid ester monomer units in the copolymer is preferably 25% by mass or more when the total repeating units in the copolymer is 100% by mass, It is more preferably 27.5% by mass or more, even more preferably 30% by mass or more, preferably 45% by mass or less, more preferably 42.5% by mass or less, and 40% by mass. It is more preferable that it is the following.
  • the binder composition If the content ratio of C4-C9 (meth)acrylic acid ester monomer units in the copolymer is equal to or higher than the above lower limit when the total repeating units in the copolymer is 100% by mass, the binder composition
  • the dispersibility of functional particles in a slurry composition prepared using the present invention can be further improved, and as a result, the internal resistance of an all-solid-state secondary battery can be further reduced.
  • Aromatic vinyl monomer units are repeating units derived from aromatic vinyl monomers. Examples of the aromatic vinyl monomer that can form the aromatic vinyl monomer unit include styrene, ⁇ -methylstyrene, vinyltoluene, divinylbenzene, and the like. These can be used alone or in combination of two or more.
  • the content ratio of aromatic vinyl monomer units in the copolymer is preferably 1% by mass or more, and preferably 5% by mass or more, when the total repeating units in the copolymer is 100% by mass.
  • the content is more preferably 8% by mass or more, even more preferably 30% by mass or less, more preferably 20% by mass or less, and even more preferably 12% by mass or less.
  • the copolymer contains the above-mentioned nitrile group-containing monomer units, conjugated diene monomer units, alkylene structural units, hydrophilic group-containing monomer units, and C4-C9 (meth)acrylic acid ester monomers as repeating units. may contain monomer units other than aromatic vinyl monomer units (hereinafter sometimes referred to as "other monomer units").
  • Other monomer units include, for example, (meth)acrylic acid ester monomer units having an alkyl group other than an alkyl group having 4 to 9 carbon atoms, that is, a (meth)acrylic acid ester monomer unit having an alkyl group having 3 or less carbon atoms. ) acrylic ester monomer units, (meth)acrylic ester monomer units having an alkyl group having 10 or more carbon atoms, and the like.
  • (meth)acrylate monomers that can form a (meth)acrylate monomer unit having an alkyl group having 3 or less carbon atoms include methyl acrylate, ethyl acrylate, n-propyl acrylate, and isopropyl acrylate.
  • (meth)acrylate monomers that can form a (meth)acrylate monomer unit having an alkyl group having 10 or more carbon atoms include decyl acrylate, lauryl acrylate, n-tetradecyl acrylate, and stearyl. Examples include acrylate, decyl methacrylate, lauryl methacrylate, n-tetradecyl methacrylate, and stearyl methacrylate.
  • the content ratio of other monomer units in the copolymer is preferably 5% by mass or less, and 4% by mass or less, when the total repeating units in the copolymer is 100% by mass. It is more preferably 3% by mass or less, even more preferably 2% by mass or less, even more preferably 1% by mass or less, and particularly preferably 0% by mass. That is, it is particularly preferable that the copolymer does not contain any other monomer units.
  • the method for preparing the above-mentioned copolymer is not particularly limited, and for example, any method such as solution polymerization, suspension polymerization, bulk polymerization, emulsion polymerization, etc. can be used. Among these, it is preferable to use the emulsion polymerization method. Further, as the polymerization method, addition polymerization such as ionic polymerization, radical polymerization, living radical polymerization, etc. can be used. Furthermore, known polymerization initiators can be used as the polymerization initiator.
  • polymerization initiator examples include inorganic peroxides such as potassium persulfate, sodium persulfate, ammonium persulfate, potassium perphosphate, and hydrogen peroxide; t-butyl peroxide, cumene hydroperoxide, p- Menthane hydroperoxide, di-t-butyl peroxide, t-butylcumyl peroxide, acetyl peroxide, isobutyryl peroxide, octanoyl peroxide, dibenzoyl peroxide, 3,5,5-trimethylhexanoyl peroxide , organic peroxides such as t-butylperoxyisobutyrate; azo compounds such as azobisisobutyronitrile, azobis-2,4-dimethylvaleronitrile, azobiscyclohexanecarbonitrile, methyl azobisisobutyrate, etc. . These polymerization initiators can be used alone or in combination
  • a peroxide when using a peroxide as a polymerization initiator, it can also be used as a redox polymerization initiator in combination with a reducing agent such as sodium bisulfite or ferrous sulfate.
  • a reducing agent such as sodium bisulfite or ferrous sulfate.
  • the copolymer when using the method (1) above, that is, when using a method of converting a conjugated diene monomer unit into an alkylene structural unit by hydrogenation (hydrogenation), the copolymer ( That is, as a polymerization method for the pre-hydrogenated copolymer), it is preferable to use radical polymerization using a redox polymerization initiator containing an iron-based compound.
  • a molecular weight modifier having a sulfur-containing group such as a mercapto group.
  • the compound having a mercapto group as a molecular weight regulator include octylmercaptan, 2,2,4,6,6-pentamethyl-4-heptanethiol, and 2,4,4,6,6-pentamethyl-2- Number of carbon atoms in heptanethiol, 2,3,4,6,6-pentamethyl-2-heptanethiol, 2,3,4,6,6-pentamethyl-3-heptanethiol, t-dodecylmercaptan, n-dodecylmercaptan, etc.
  • the polymerization temperature is preferably 7°C or higher, more preferably 8°C or higher, even more preferably 9°C or higher, preferably 18°C or lower, and more preferably 15°C or lower.
  • the temperature is preferably 12°C or lower, and more preferably 12°C or lower. If the polymerization temperature is within the above range, the THF-insoluble fraction and weight average molecular weight of the copolymer can be easily adjusted.
  • a coagulant such as aluminum sulfate is added to the obtained aqueous dispersion of the pre-hydrogenated copolymer to coagulate it. It is preferable to collect the pre-hydrogenated copolymer and to hydrogenate the recovered material (or the filtrate if recovered by filtration) (optionally after carrying out a "metathesis reaction" to be described later). At this time, the recovered material (filtrate, etc.) may be washed with water or the like before hydrogenation. Note that an anti-aging agent such as alkylated phenol may be added before adding the coagulant to the aqueous dispersion.
  • the pre-hydrogenated copolymer can be hydrogenated using a known hydrogenation method such as an oil layer hydrogenation method or an aqueous layer hydrogenation method.
  • a known hydrogenation method such as an oil layer hydrogenation method or an aqueous layer hydrogenation method.
  • any known selective hydrogenation catalyst can be used without limitation, and palladium-based catalysts and rhodium-based catalysts can be used. Two or more of these may be used in combination.
  • the amount of the hydrogenation catalyst to be used may be determined as appropriate, but it is preferably 50 mass ppm or more, and 200 mass ppm or more in terms of the amount of metal in the hydrogenation catalyst relative to the amount of the pre-hydrogenated copolymer to be hydrogenated.
  • the amount of hydrogenation catalyst used is within the above range, the iodine value of the copolymer can be easily adjusted.
  • the pre-hydrogenated copolymer may be hydrogenated using the method described in, for example, Japanese Patent No. 4509792. Specifically, hydrogenation of the pre-hydrogenated copolymer may be performed after carrying out a metathesis reaction of the copolymer in the presence of a catalyst and a co-olefin.
  • a catalyst and a co-olefin a known ruthenium-based catalyst can be used as a catalyst for the metathesis reaction.
  • a catalyst for metathesis reaction bis(tricyclohexylphosphine)benzylideneruthenium dichloride, 1,3-bis(2,4,6-trimethylphenyl)-2-(imidazolidinylidene)(dichlorophenylmethylene)(tricyclo It is preferred to use Grubbs catalysts such as xylphosphine)ruthenium.
  • Grubbs catalysts such as xylphosphine)ruthenium.
  • the coolefin olefins having 2 to 16 carbon atoms such as ethylene, isobutane, and 1-hexane can be used.
  • a known homogeneous hydrogenation catalyst such as a Wilkinson catalyst ((PPh 3 ) 3 RhCl) can be used.
  • the THF-insoluble fraction of the copolymer is 0.5% by mass or more and 3% by mass or less.
  • the THF-insoluble fraction of the copolymer is preferably 0.75% by mass or more, more preferably 1.0% by mass or more, preferably 2.5% by mass or less, and 2% by mass or more. More preferably, it is .0% by mass or less.
  • the copolymer itself has appropriate strength, and as a result, excellent adhesiveness can be imparted to the functional layer.
  • the THF-insoluble fraction of the copolymer is 3% by mass or less, the flexibility of the functional layer improves, and the adhesion between the functional layer and the layer adjacent to this functional layer improves, resulting in , the internal resistance of all-solid-state secondary batteries can be reduced. Furthermore, since the adhesion between the functional layer and the layer adjacent to the functional layer can be improved, the cycle characteristics of the all-solid-state secondary battery can be improved.
  • the THF-insoluble fraction of the copolymer is adjusted by the composition of the copolymer (content ratio of various repeating units) and weight average molecular weight, as well as the conditions of the copolymer preparation method (e.g., polymerization temperature). be able to.
  • the iodine value of the copolymer is preferably 0.5 mg/100 mg or more, more preferably 1.0 mg/100 mg or more, even more preferably 2.0 mg/100 mg or more, and 30 mg/100 mg or less. It is preferable that it is, it is more preferable that it is 15 mg/100 mg or less, and it is still more preferable that it is 10 mg/100 mg or less.
  • the iodine value of the copolymer in order to make the iodine value of the copolymer less than the above lower limit, it is necessary to use a large amount of catalyst for hydrogenation, but when such a large amount of catalyst is used, impurities that mix in the binder composition (residual metal, etc.) increases, and as a result, the cycle characteristics of the all-solid-state secondary battery may deteriorate. Therefore, if the iodine value of the copolymer is equal to or higher than the above-mentioned lower limit, deterioration in cycle characteristics of the all-solid-state secondary battery can be effectively suppressed.
  • the iodine value of the copolymer is below the above upper limit, the occurrence of side reactions between the copolymer and the functional particles is suppressed, and as a result, the cycle characteristics of the all-solid-state secondary battery can be further improved.
  • the iodine value of the copolymer can be adjusted by, for example, the amount of hydrogenation catalyst used when hydrogenating the copolymer.
  • the weight average molecular weight of the copolymer is preferably 5,000 or more, more preferably 10,000 or more, even more preferably 30,000 or more, and even more preferably 40,000 or more. more preferably 3,000,000 or less, more preferably 2,000,000 or less, even more preferably 1,000,000 or less, and even more preferably 80,000 or less. More preferably, it is 60,000 or less.
  • the weight average molecular weight is at least the above lower limit, superior adhesiveness can be imparted to the functional layer. Moreover, the cycle characteristics of the all-solid-state secondary battery can be further improved.
  • weight average molecular weight of the copolymer is below the above upper limit, superior adhesiveness can be imparted to the functional layer.
  • the reason for this is that the solubility of the copolymer in the solvent is further improved, and a slurry composition in which functional particles and the like are better dispersed can be obtained. This is presumed to be due to the fact that when used, a functional layer in which functional particles and the like are better dispersed is formed.
  • the functional particles and the like can be better dispersed in the functional layer, the internal resistance of the all-solid-state secondary battery can be further reduced, and the cycle characteristics of the all-solid-state secondary battery can be further improved.
  • "weight average molecular weight" can be measured using the method described in Examples.
  • the molecular weight distribution of the copolymer is preferably 1.5 or more, more preferably 1.8 or more, even more preferably 2.0 or more, and preferably 6.0 or less, It is more preferably 5.0 or less, and even more preferably 4.0 or less. If the molecular weight distribution of the copolymer is within the above range, superior adhesiveness can be imparted to the functional layer. The reason for this is that the solubility of the copolymer in the solvent is further improved, and a slurry composition in which functional particles and the like are better dispersed can be obtained. This is presumed to be due to the fact that when used, a functional layer in which functional particles and the like are better dispersed is formed.
  • molecular weight distribution can be determined by calculating the ratio of weight average molecular weight to number average molecular weight (weight average molecular weight/number average molecular weight). Further, the "number average molecular weight” can be measured as a standard polystyrene equivalent value using gel permeation chromatography.
  • the weight average molecular weight and number average molecular weight of the copolymer depend on, for example, the composition of the copolymer (the content of various repeating units), the molecular weight regulator added during polymerization, and the conditions of the copolymer preparation method ( For example, it can be controlled by the blending amount (polymerization temperature).
  • the content ratio of the copolymer in the binder composition is preferably 1% by mass or more, and 5% by mass or more, when the total of all components (including the solvent) in the binder composition is 100% by mass. It is more preferably 8% by mass or more, even more preferably 30% by mass or less, more preferably 20% by mass or less, and even more preferably 15% by mass or less.
  • the solvent used in the binder composition of the present invention contains an ester solvent having 6 or more carbon atoms, and optionally, other solvents that are compatible with the ester solvent having 6 or more carbon atoms (hereinafter sometimes referred to as "other solvents"). ).
  • other solvents include ester solvents having 5 or less carbon atoms, ketone solvents, and alcohol solvents.
  • the ester solvent having 6 or more carbon atoms means an ester having a total number of carbon atoms of 6 or more excluding the carbon atoms of the carbonyl group. That is, the number of carbon atoms in the organic group bonded to the carbon atom of the carbonyl group (hereinafter sometimes referred to as "organic group A”) and the organic group bonded to the non-carbonyl oxygen atom (hereinafter referred to as "organic group A"). This means that the total number of carbon atoms in the organic group B (sometimes referred to as "organic group B") is 6 or more.
  • isobutyl isobutyrate is an ester solvent having 7 carbon atoms because the organic group A has 3 carbon atoms and the organic group B has 4 carbon atoms.
  • the organic group A and/or the organic group B are preferably unsubstituted hydrocarbon groups, and more preferably are alkyl groups.
  • the number of carbon atoms in the ester solvent is not particularly limited as long as the haze of the copolymer solution is within a predetermined range, but is, for example, 12 or less, and may be 10 or less.
  • ester solvent having 6 or more carbon atoms examples include ethyl butyrate, butyl butyrate, isobutyl isobutyrate, pentyl acetate, isopentyl acetate, ethyl caproate, octyl acetate, pentyl valerate, and the like.
  • butyl butyrate, isobutyl isobutyrate, and octyl acetate are preferred, and butyl butyrate and isobutyl isobutyrate are more preferred.
  • the content of the ester solvent in the solvent is preferably 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, even more preferably 90% by mass or more, and even more preferably 95% by mass or more. It is even more preferable, even more preferably 99% by mass or more, and particularly preferably 100%. That is, it is particularly preferable that the solvent does not contain any other solvent.
  • the haze of the resulting copolymer solution is 30% or more and 80% or less.
  • the haze of the copolymer solution is preferably 40% or more, more preferably 50% or more, preferably 75% or less, and more preferably 70% or less. If the haze of the copolymer solution is 30% or more, excellent adhesiveness can be imparted to the functional layer while reducing the internal resistance of the all-solid-state secondary battery. Although the reason for this is not certain, it is presumed to be as follows.
  • the haze of the copolymer solution is less than 30%, it may mean that most of the copolymer is dissolved in the solvent, but a binder composition containing such a copolymer and a solvent
  • a binder composition containing such a copolymer and a solvent When using , most of the surface of the functional particles is covered with the copolymer, and in the formed functional layer, the functional particles come into indirect contact with each other via the copolymer, and as a result, The internal resistance of the all-solid-state secondary battery may increase.
  • the surface of the functional particles is appropriately covered with the copolymer, and the formed functional layer is It is presumed that the area where the functional particles come into direct contact with each other increases, and as a result, the internal resistance of the all-solid-state secondary battery is reduced.
  • the functional layer there is a good balance between the areas where the functional particles indirectly contact each other via the copolymer and the areas where the functional particles directly contact each other, resulting in an excellent functional layer. It is presumed that the adhesive properties are maintained.
  • the haze of the copolymer solution is 80% or less, excellent adhesiveness can be imparted to the functional layer.
  • the reason for this is that the solubility of the copolymer in the solvent is improved and a slurry composition in which functional particles etc. are well dispersed can be obtained, and when such a slurry composition is used to form a functional layer, This is presumed to be due to the formation of a functional layer in which functional particles and the like are well dispersed.
  • the functional particles and the like can be well dispersed in the functional layer, the internal resistance of the all-solid-state secondary battery can be reduced, and the cycle characteristics of the all-solid-state secondary battery can be improved.
  • the haze of the above copolymer solution can be adjusted by the composition of the copolymer (the content ratio of various repeating units), the type of solvent, the weight average molecular weight, and the conditions of the copolymer preparation method. can.
  • the copolymer and the solvent contain a nitrile group-containing monomer unit and a conjugated diene monomer unit. , containing an alkylene structural unit and a C4-C9 (meth)acrylic acid ester monomer unit, and the content of the nitrile group-containing monomer unit was 100% by mass of all repeating units in the copolymer.
  • a copolymer (hereinafter sometimes referred to as "copolymer A") that is 10% by mass or more and 22% by mass or less, and any of butyl butyrate, isobutyl isobutyrate, and octyl acetate.
  • a combination with a solvent is particularly preferred.
  • the copolymer and solvent are a combination of copolymer A and solvent A, in addition to easily satisfying the above-mentioned predetermined haze, the internal resistance of the all-solid-state secondary battery can be reduced. Particularly excellent adhesiveness can be imparted to the functional layer for an all-solid-state secondary battery while particularly reducing the amount of water.
  • the binder composition can be prepared by dissolving or dispersing the above-mentioned copolymer in a solvent containing an ester solvent having 6 or more carbon atoms. Specifically, the above-mentioned copolymer and solvent are mixed using a mixer such as a ball mill, sand mill, bead mill, pigment dispersion machine, crusher, ultrasonic dispersion machine, homogenizer, planetary mixer, filmix, etc. By doing so, a binder composition can be prepared.
  • a mixer such as a ball mill, sand mill, bead mill, pigment dispersion machine, crusher, ultrasonic dispersion machine, homogenizer, planetary mixer, filmix, etc.
  • a binder composition can be prepared.
  • the copolymer is prepared as a dispersion liquid containing only another solvent, it is preferable to obtain the binder composition of the present invention by performing solvent exchange.
  • the solvent exchange can be performed by a known method.
  • the slurry composition for an all-solid-state secondary battery of the present invention includes functional particles and the binder composition of the present invention, and optionally further includes a conductive material and other additives. That is, the slurry composition of the present invention includes at least functional particles, the above-mentioned copolymer, and a solvent containing an ester solvent having 6 or more carbon atoms.
  • the solvent contained in the slurry composition may be entirely derived from the binder composition, or may be newly added to the slurry composition separately from the solvent derived from the binder composition.
  • the binder composition of the present invention can provide excellent adhesion to the functional layer while reducing the internal resistance of all-solid-state secondary batteries. Excellent adhesiveness can be imparted to the functional layer while reducing internal resistance.
  • Functional particles are particles that can impart a predetermined function to a layer formed using a slurry composition.
  • the functional particles are preferably particles of at least one of solid electrolyte particles and electrode active material particles. If the functional particles are particles of at least one of solid electrolyte particles and electrode active material particles, the functional layer can be given a function as a solid electrolyte layer and/or an electrode composite material layer.
  • the slurry composition that can be used to form the solid electrolyte layer (hereinafter sometimes referred to as "slurry composition for solid electrolyte layer”) contains solid electrolyte particles, but usually contains electrode active material particles. and preferably does not contain conductive materials.
  • a slurry composition that can be used to form an electrode composite layer includes electrode active material particles (positive electrode active material particles, negative electrode active material particles, particles), and optionally further includes solid electrolyte particles and a conductive material. More specifically, a slurry composition that can be used to form a positive electrode composite layer (hereinafter sometimes referred to as “slurry composition for positive electrode composite layer”) contains positive electrode active material particles, and contains negative electrode composite material particles. Slurry compositions that can be used to form layers (hereinafter sometimes referred to as “slurry compositions for negative electrode composite layer”) include negative electrode active material particles, and these slurry compositions optionally include solid electrolyte particles. , further including a conductive material.
  • Solid electrolyte particles are usually particulate because they have undergone a pulverization process, but they are not perfectly spherical but irregular in shape.
  • the size of a fine particle is measured by a method such as irradiating the particle with a laser beam and measuring the scattered light, but the particle diameter in this case is a value assuming that the shape of a single particle is spherical.
  • the proportion of particles with corresponding particle diameters can be expressed as a particle size distribution.
  • the solid electrolyte particles forming the solid electrolyte layer are measured using this method and are often expressed as an average particle diameter.
  • the average particle diameter of the solid electrolyte particles is preferably 0.3 ⁇ m or more and 5.0 ⁇ m or less from the viewpoint of ion conduction resistance in the functional layer.
  • the average particle diameter of the solid electrolyte particles is the volume average particle diameter, and is the particle diameter (D50) at which the cumulative volume calculated from the small diameter side is 50% in the particle size distribution (volume basis) measured by laser diffraction method. Insert.
  • the solid electrolyte particles are not particularly limited as long as they have lithium ion conductivity, but may be crystalline inorganic lithium ion conductors or amorphous inorganic lithium ion conductors. It is preferable to include.
  • Examples of crystalline inorganic lithium ion conductors include Li 3 N, LISICON (Li 14 Zn(GeO 4 ) 4 ), perovskite Li 0.5 La 0.5 TiO 3 , and LIPON (Li 3+y PO 4-x N x ), Thio-LISICON (Li 3.25 Ge 0.25 P 0.75 S 4 ), and the like.
  • the amorphous inorganic lithium ion conductor examples include those containing S (sulfur atoms) and having ionic conductivity (sulfide solid electrolyte materials).
  • the sulfide solid electrolyte material used is Li 2 S and Group 13 to Group 13 lithium secondary batteries.
  • Examples include those using a raw material composition containing a sulfide of a Group 15 element.
  • An example of a method for synthesizing a sulfide solid electrolyte material using such a raw material composition is an amorphization method.
  • the amorphization method include a mechanical milling method and a melt quenching method, and among them, a mechanical milling method is preferred. This is because the mechanical milling method allows processing at room temperature and simplifies the manufacturing process.
  • Examples of the elements of Groups 13 to 15 include Al, Si, Ge, P, As, and Sb. Further, specific examples of sulfides of elements of Groups 13 to 15 include Al 2 S 3 , SiS 2 , GeS 2 , P 2 S 3 , P 2 S 5 , As 2 S 3 , and Sb 2 Examples include S3 . Among these, it is preferable to use Group 14 or Group 15 sulfides.
  • a sulfide solid electrolyte material using a raw material composition containing Li 2 S and a sulfide of an element of Group 13 to Group 15 is a Li 2 S-P 2 S 5 material, a Li 2 S -SiS 2 material, Li 2 S--GeS 2 material or Li 2 S--Al 2 S 3 material is preferred, and Li 2 SP 2 S 5 material is more preferred. This is because these materials have excellent Li ion conductivity.
  • the sulfide solid electrolyte material has crosslinked sulfur. This is because having crosslinked sulfur increases ionic conductivity. Note that "having crosslinked sulfur" can also be determined by considering, for example, the measurement results by Raman spectroscopy, the raw material composition ratio, the measurement results by NMR, etc.
  • the mole fraction of Li 2 S in the Li 2 S-P 2 S 5 material or the Li 2 S-Al 2 S 3 material is determined from the viewpoint of more reliably obtaining a sulfide solid electrolyte material having crosslinked sulfur, for example. It is preferably within the range of 50% or more and 74% or less, particularly within the range of 60% or more and 74% or less.
  • the sulfide solid electrolyte material may be a sulfide glass, or may be a crystallized sulfide glass obtained by heat-treating the sulfide glass.
  • Sulfide glass can be obtained, for example, by the amorphization method described above. Crystallized sulfide glass can be obtained, for example, by heat treating sulfide glass.
  • the sulfide solid electrolyte material is a crystallized sulfide glass represented by Li 7 P 3 S 11 .
  • Li 7 P 3 S 11 can be synthesized by mixing Li 2 S and P 2 S 5 at a molar ratio of 70:30 and amorphizing the mixture with a ball mill to synthesize sulfide glass.
  • Li 7 P 3 S 11 can be synthesized by heat-treating the obtained sulfide glass at a temperature of 150° C. or more and 360° C. or less.
  • oxide solid electrolyte material examples include Li 3 N, LISICON (Li 14 Zn(GeO 4 ) 4 ), perovskite type (e.g. Li 0.5 La 0.5 TiO 3 ), and garnet type (e.g. Li 7 La 3 ).
  • Zr 2 O 12 LIPON (Li 3 +yPO 4 -xNx), Thio-LISICON (Li 3.25 Ge 0.25 P 0.75 S 4 ), and the like.
  • Electrode active material particles generally include positive electrode active material particles and negative electrode active material particles.
  • the positive electrode active material particles can be used in a slurry composition for a positive electrode composite layer
  • the negative electrode active material particles can be used in a slurry composition for a negative electrode composite layer.
  • the positive electrode active material particles are particles made of a positive electrode active material.
  • the positive electrode active material is a compound that can insert and release lithium ions.
  • Positive electrode active materials are broadly classified into those made of inorganic compounds and those made of organic compounds.
  • the inorganic compound examples include transition metal oxides, composite oxides of lithium and transition metals, transition metal sulfides, and the like.
  • transition metal Fe, Co, Ni, Mn, etc.
  • Specific examples of inorganic compounds include lithium-containing composite metal oxides such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , LiFePO 4 , and LiFeVO 4 ;
  • Metal sulfides; transition metal oxides such as Cu 2 V 2 O 3 , amorphous V 2 OP 2 O 5 , MoO 3 , V 2 O 5 , V 6 O 13 and the like can be mentioned. These compounds may be partially substituted with elements.
  • the organic compound examples include polyaniline, polypyrrole, polyacene, disulfide compounds, polysulfide compounds, N-fluoropyridinium salts, and the like.
  • the positive electrode active material may be a mixture of the above-mentioned inorganic compounds and organic compounds.
  • the average particle diameter of the positive electrode active material particles is determined from the viewpoint of improving battery characteristics such as load characteristics and cycle characteristics, and also from the viewpoint of obtaining an all-solid electrolyte secondary battery with a large charge/discharge capacity, and handling of the slurry composition. From the viewpoint of ease of handling when producing a positive electrode, the thickness is usually 0.1 ⁇ m or less and 50 ⁇ m or less, preferably 1 ⁇ m or less and 20 ⁇ m or less.
  • the average particle diameter can be determined by measuring particle size distribution by laser diffraction.
  • the negative electrode active material particles are particles made of a negative electrode active material.
  • the negative electrode active material include carbon allotropes such as graphite and coke.
  • the negative electrode active material made of the carbon allotrope can also be used in the form of a mixture or a coating with metals, metal salts, oxides, etc.
  • oxides and sulfates of silicon, tin, zinc, manganese, iron, nickel, etc. metallic lithium, lithium alloys such as Li-Al, Li-Bi-Cd, Li-Sn-Cd, Lithium transition metal nitride, silicon, etc. can be used.
  • metal foils or metal plates can be used as they are as electrodes, but particles may also be used.
  • the average particle diameter of the negative electrode active material particles is generally 1 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less, preferably 15 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less, from the viewpoint of improving battery characteristics such as initial efficiency, load characteristics, and cycle characteristics.
  • the conductive material is usually a component that can be blended to promote electrical contact between functional particles in the electrode composite material layer.
  • conductive materials include conductive carbon materials such as carbon nanotubes, carbon black (e.g., acetylene black, Ketjen black (registered trademark), furnace black, etc.), graphite, carbon fibers other than carbon nanotubes, and carbon flakes; Fibers, foils, etc. can be used. These can be used alone or in combination of two or more.
  • additives that may be included in the slurry composition include reinforcing materials and the like.
  • the reinforcing material various inorganic and organic spherical, plate-like, rod-like, or fibrous fillers can be used.
  • the solid content concentration of the slurry composition for all-solid-state secondary batteries is preferably 30% by mass or more, more preferably 40% by mass or more, preferably 80% by mass or less, and 70% by mass or less. It is more preferable that If the solid content concentration of the slurry composition for an all-solid-state secondary battery is within the above range, it is possible to effectively suppress the functional particles from falling off from the functional layer without inhibiting the battery reaction.
  • the solid content concentration of the slurry composition for solid electrolyte layer is preferably 30% by mass or more, more preferably 40% by mass or more, preferably 80% by mass or less, and 70% by mass or less. It is more preferable that the amount is 60% by mass or less. If the solid content concentration of the slurry composition for a solid electrolyte layer is within the above range, falling off of solid electrolyte particles from the solid electrolyte layer can be effectively suppressed without inhibiting the battery reaction.
  • the solid content concentration of the slurry composition for the positive electrode composite layer is preferably 30% by mass or more, more preferably 40% by mass or more, even more preferably 50% by mass or more, and 80% by mass or less.
  • the content is preferably 70% by mass or less, and more preferably 70% by mass or less. If the solid content concentration of the slurry composition for the positive electrode composite layer is within the above range, falling of the positive electrode active material particles and solid electrolyte particles from the positive electrode composite layer can be effectively suppressed without inhibiting the battery reaction. .
  • the solid content concentration of the slurry composition for the negative electrode composite layer is preferably 30% by mass or more, more preferably 40% by mass or more, even more preferably 50% by mass or more, and 80% by mass or less.
  • the content is preferably 70% by mass or less, and more preferably 70% by mass or less. If the solid content concentration of the slurry composition for the negative electrode composite layer is within the above range, falling of the negative electrode active material particles and solid electrolyte particles from the negative electrode composite layer can be effectively suppressed without inhibiting the battery reaction. .
  • the content of the copolymer in the slurry composition for all-solid-state secondary batteries is 0.1 part by mass or more, when the total solid content in the slurry composition for all-solid-state secondary batteries is 100 parts by mass.
  • the amount is preferably 0.3 parts by mass or more, more preferably 0.5 parts by mass or more, preferably 10 parts by mass or less, and more preferably 5 parts by mass or less.
  • the amount is preferably 2 parts by mass or less, and more preferably 2 parts by mass or less.
  • the content of the copolymer in the slurry composition for an all-solid-state secondary battery is within the above range, when the total solid content in the slurry composition for an all-solid-state secondary battery is 100 parts by mass, Falling of functional particles from the functional layer can be effectively suppressed without inhibiting battery reactions.
  • the content of the copolymer in the slurry composition for solid electrolyte layer is preferably 0.1 part by mass or more when the total solid content in the slurry composition for solid electrolyte layer is 100 parts by mass. , more preferably 0.3 parts by mass or more, still more preferably 0.5 parts by mass or more, preferably 10 parts by mass or less, more preferably 3 parts by mass or less, 1. More preferably, it is 5 parts by mass or less. If the content of the copolymer in the slurry composition for solid electrolyte layer is within the above range when the total solid content in the slurry composition for solid electrolyte layer is 100 parts by mass, the battery reaction will be inhibited. The falling off of solid electrolyte particles from the solid electrolyte layer can be effectively suppressed.
  • the content of the copolymer in the slurry composition for the positive electrode composite layer should be 0.1 parts by mass or more, when the total solid content in the slurry composition for the positive electrode composite layer is 100 parts by mass. is preferable, more preferably 0.3 parts by mass or more, even more preferably 0.5 parts by mass or more, preferably 10 parts by mass or less, more preferably 3 parts by mass or less, More preferably, it is 1.5 parts by mass or less. If the content of the copolymer in the slurry composition for the positive electrode composite layer is within the above range when the total solid content in the slurry composition for the positive electrode composite layer is 100 parts by mass, the battery reaction will be suppressed. Falling of the positive electrode active material particles and solid electrolyte particles from the positive electrode composite material layer can be effectively suppressed without inhibiting the positive electrode composite material layer.
  • the content of the copolymer in the slurry composition for the negative electrode composite layer should be 0.1 part by mass or more, when the total solid content in the slurry composition for the negative electrode composite layer is 100 parts by mass. is preferably 0.5 parts by mass or more, more preferably 1 part by mass or more, preferably 10 parts by mass or less, more preferably 5 parts by mass or less, 2 parts by mass or less. It is more preferable that the amount is less than 100%. If the content of the copolymer in the slurry composition for the negative electrode composite layer is within the above range when the total solid content in the slurry composition for the negative electrode composite layer is 100 parts by mass, the battery reaction will be suppressed. The falling of the negative electrode active material particles and solid electrolyte particles from the negative electrode composite material layer can be effectively suppressed without inhibiting the negative electrode composite material layer.
  • the content of all functional particles in the slurry composition for an all-solid-state secondary battery is 80 parts by mass or more when the total solid content in the slurry composition for an all-solid-state secondary battery is 100 parts by mass.
  • the content is preferably 90 parts by mass or more, still more preferably 95 parts by mass or more, preferably 99.5 parts by mass or less, and more preferably 99 parts by mass or less.
  • the content of solid electrolyte particles in the slurry composition for solid electrolyte layer is preferably 80 parts by mass or more, when the total solid content in the slurry composition for solid electrolyte layer is 100 parts by mass, and 95 parts by mass or more. It is more preferably at least 97 parts by mass, even more preferably at least 99.5 parts by mass, and more preferably at most 99 parts by mass.
  • the content of the positive electrode active material particles and solid electrolyte particles in the positive electrode composite layer slurry composition is 80 parts by mass or more when the total solid content in the positive electrode composite layer slurry composition is 100 parts by mass. It is preferably 90 parts by mass or more, still more preferably 95 parts by mass or more, preferably 99.5 parts by mass or less, and more preferably 98 parts by mass or less.
  • the mass ratio of the positive electrode active material particles is within the above range, the mass ratio of the positive electrode active material particles is too small, resulting in a decrease in the mass of the positive electrode active material particles in the battery, leading to a decrease in the capacity of the battery. This phenomenon can be suppressed.
  • the content of the negative electrode active material particles and solid electrolyte particles in the negative electrode composite layer slurry composition is 80 parts by mass or more when the total solid content in the negative electrode composite layer slurry composition is 100 parts by mass. It is preferably 90 parts by mass or more, still more preferably 95 parts by mass or more, preferably 99.5 parts by mass or less, and more preferably 98 parts by mass or less.
  • the content of the conductive material in the slurry composition for all-solid-state secondary batteries is 0.5 parts by mass or more when the total solid content in the slurry composition for all-solid-state secondary batteries is 100 parts by mass. It is preferably 1 part by mass or more, more preferably 1.5 parts by mass or more, preferably 10 parts by mass or less, more preferably 5 parts by mass or less, 2 parts by mass or less. More preferably, the amount is .5 parts by mass or less.
  • the slurry composition described above can be prepared by dissolving or dispersing each of the above components in a solvent containing an ester solvent having 6 or more carbon atoms.
  • a solvent containing an ester solvent having 6 or more carbon atoms For example, functional particles and optionally an additional solvent containing an ester solvent having 6 or more carbon atoms, a conductive material, other additives, etc. may be added to the binder composition described above, and the above-mentioned known It is preferable to prepare a slurry composition by mixing according to the method described above.
  • the functional layer for an all-solid-state secondary battery of the present invention is a layer formed using the slurry composition for a secondary battery of the present invention. That is, the functional layer for an all-solid-state secondary battery contains at least a copolymer and functional particles.
  • the components contained in the functional layer are those contained in the slurry composition (solid content), and the preferred abundance ratio of each component in the slurry composition is It is the same as the suitable abundance ratio of each solid content).
  • the slurry composition of the present invention can provide excellent adhesion to the functional layer while reducing the internal resistance of the all-solid-state secondary battery. It can exhibit excellent adhesive properties while reducing the internal resistance of the secondary battery.
  • the solid electrolyte layer contains a copolymer and solid electrolyte particles, but usually does not contain electrode active material particles, and preferably does not contain a conductive material.
  • the positive electrode composite material layer includes a copolymer and positive electrode active material particles, and optionally further includes solid electrolyte particles and a conductive material.
  • the negative electrode composite material layer includes a copolymer and negative electrode active material particles, and optionally further includes solid electrolyte particles and a conductive material.
  • the thickness of the functional layer is not particularly limited, but is preferably 20 ⁇ m or more, more preferably 40 ⁇ m or more, even more preferably 70 ⁇ m or more, and preferably 200 ⁇ m or less. It is more preferably 150 ⁇ m or less, and even more preferably 100 ⁇ m or less.
  • the thickness of the solid electrolyte layer is not particularly limited, but is preferably 20 ⁇ m or more, more preferably 40 ⁇ m or more, and preferably 70 ⁇ m or more. More preferably, the thickness is 200 ⁇ m or less.
  • the thickness of the positive electrode composite layer is not particularly limited, but is preferably 20 ⁇ m or more, more preferably 40 ⁇ m or more, and 200 ⁇ m or less. It is preferably 100 ⁇ m or less, and more preferably 100 ⁇ m or less.
  • the thickness of the negative electrode composite layer is not particularly limited, but is preferably 20 ⁇ m or more, more preferably 40 ⁇ m or more, and 70 ⁇ m or more. It is more preferably 200 ⁇ m or less, and more preferably 150 ⁇ m or less.
  • the functional layer can be formed, for example, on a substrate using the slurry composition of the present invention.
  • the base material include current collectors, electrodes, and the like.
  • the method of forming the functional layer on the base material using the slurry composition is not particularly limited, and for example, (A) A method in which a slurry composition is applied to the surface of a base material and then dried. (B) A method in which a slurry composition is applied onto a release base material and dried to form a functional layer, and the resulting functional layer is Examples include a method of transferring onto a base material.
  • the mold release base material is not particularly limited, and known mold release base materials such as imide film can be used.
  • the method for applying the slurry composition to the base material or release base material includes methods such as the doctor blade method, reverse roll method, direct roll method, gravure method, extrusion method, and brush coating method. Can be mentioned.
  • the method for drying the slurry composition on the base material or on the release base material is not particularly limited and any known method can be used, such as drying with warm air, hot air, low humidity air, vacuum drying, infrared rays or electron beams.
  • drying methods using irradiation such as Drying conditions are not particularly limited, but the drying temperature is preferably 50 to 150°C, and the drying time is preferably 1 to 90 minutes.
  • the all-solid-state secondary battery of the present invention includes the functional layer for an all-solid-state secondary battery of the present invention.
  • the all-solid-state secondary battery of the present invention includes a positive electrode having a positive electrode composite material layer on a current collector, a negative electrode having a negative electrode composite material layer on the current collector, and a positive electrode composite material layer and a negative electrode composite material layer. and a solid electrolyte layer located between the positive electrode composite material layer, the negative electrode composite material layer, and the solid electrolyte layer, and preferably all of the layers are functional layers of the present invention.
  • the all-solid-state secondary battery described above can be an all-solid-state secondary battery in which battery materials are firmly bonded to each other while internal resistance is reduced.
  • Solid electrolyte layer Since the composition of the solid electrolyte layer was explained in the section of "Functional layer for all-solid-state secondary battery", the description is omitted here. Note that when the slurry composition of the present invention is used to form the positive electrode composite material layer and/or the negative electrode composite material layer, a known solid electrolyte layer may be used as the solid electrolyte layer.
  • the current collector is not particularly limited as long as it has electrical conductivity and is electrochemically durable, but from the viewpoint of heat resistance, for example, iron, copper, aluminum, nickel, stainless steel. Metal materials such as , titanium, tantalum, gold, and platinum are preferred. Among these, aluminum is particularly preferred for the positive electrode, and copper is particularly preferred for the negative electrode.
  • the shape of the current collector is not particularly limited, but a sheet-like one with a thickness of about 0.001 to 0.5 mm is preferable. In order to increase the adhesive strength with the above-mentioned positive/negative electrode composite material layer, it is preferable that the current collector is subjected to roughening treatment in advance before use.
  • Examples of the surface roughening method include mechanical polishing, electrolytic polishing, and chemical polishing.
  • mechanical polishing method coated abrasive paper to which abrasive particles are fixed, a grindstone, an emery buff, a wire brush equipped with a steel wire, etc. are used.
  • the thickness of the functional layer in an all-solid-state secondary battery is not particularly limited, but is preferably 16 ⁇ m or more, more preferably 32 ⁇ m or more, even more preferably 56 ⁇ m or more, and 160 ⁇ m or less. It is preferable that it is, it is more preferable that it is 120 micrometers or less, and it is still more preferable that it is 80 micrometers or less.
  • the thickness of the solid electrolyte layer in an all-solid-state secondary battery is not particularly limited, but is preferably 16 ⁇ m or more, more preferably 32 ⁇ m or more, even more preferably 56 ⁇ m or more, and 160 ⁇ m or more. It is preferable that it is below.
  • the thickness of the positive electrode material layer in an all-solid-state secondary battery is not particularly limited, but is preferably 16 ⁇ m or more, more preferably 32 ⁇ m or more, preferably 160 ⁇ m or less, and 80 ⁇ m or more. It is more preferable that it is below.
  • the thickness of the negative electrode mixture layer in the all-solid-state secondary battery is not particularly limited, but is preferably 16 ⁇ m or more, more preferably 32 ⁇ m or more, even more preferably 56 ⁇ m or more, It is preferably 160 ⁇ m or less, more preferably 120 ⁇ m or less.
  • An all-solid-state battery can be manufactured by producing a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte layer by any method and in any order, without being particularly limited.
  • all-solid-state batteries can be manufactured using, for example, the following methods (a) to (d): (a) A method of producing a laminate consisting of a positive electrode composite material layer, a solid electrolyte layer, and a negative electrode composite material layer in the laminated order, and then bonding current collectors to both sides of this laminate (b) A positive electrode prepared individually, A method of bonding a negative electrode and a solid electrolyte layer (c) A method of forming a solid electrolyte layer on one electrode to produce an electrode with a solid electrolyte layer, and then bonding the other electrode (d) One current collector It can be manufactured by a method in which a laminate consisting of a positive electrode composite material layer, a solid electrolyte layer, and a negative
  • press treatment may be performed in the production of the laminate, the production of the electrode with a solid electrolyte layer, and the bonding of each layer and the current collector.
  • the pressure during press treatment is preferably 100 MPa or more, more preferably 200 MPa or more, even more preferably 300 MPa or more, preferably 700 MPa or less, and more preferably 600 MPa or less. , more preferably 500 MPa or less.
  • the all-solid-state secondary battery element obtained as described above is placed in a battery container as it is, or is rolled, folded, etc., and sealed to obtain an all-solid-state secondary battery.
  • an expanded metal, a fuse, an overcurrent prevention element such as a PTC element, a lead plate, etc. can be placed in the battery container to prevent pressure increase inside the battery and overcharging and discharging.
  • the shape of the battery may be coin-shaped, button-shaped, sheet-shaped, cylindrical, square, flat, or the like.
  • the copolymer is a hydrogenated copolymer obtained by hydrogenating a copolymer containing conjugated diene monomer units, unhydrogenated
  • the total content ratio of conjugated diene monomer units and alkylene structural units as hydrogenated conjugated diene monomer units is the conjugated diene monomer proportion to the total monomers used for polymerization of the copolymer. It matches the ratio (preparation ratio).
  • various measurements and evaluations were performed using the following methods.
  • the weight average molecular weight (Mw) of the copolymer was measured by gel permeation chromatography (GPC) using a LiBr-DMF solution with a concentration of 10 mM under the following measurement conditions. Further, the number average molecular weight (Mn) of the copolymer was also measured in the same manner, and the molecular weight distribution (Mw/Mn) was calculated.
  • THF insoluble fraction (%) W1/W0 ⁇ 100
  • a haze meter (product name "NDH7000SP", manufactured by Nippon Denshoku Kogyo Co., Ltd., a device compliant with JIS K 7136:2000) was used to prepare a copolymer solution in a glass cell for liquid measurement under 25 ° C. After a standard calibration was performed by adding a solvent, the copolymer solution obtained above with a concentration of 8% by mass was placed in a glass cell, and the haze of this copolymer solution was measured.
  • ⁇ Adhesiveness of positive electrode composite layer> The positive electrodes obtained in the Examples and Comparative Examples were cut into a rectangle with a width of 1.0 cm and a length of 10 cm to prepare test pieces. After pasting cellophane tape (specified in JIS Z1522) on the surface of the positive electrode composite layer side of this test piece, when the cellophane tape was peeled off from one end of the test piece in a 180° direction at a speed of 50 mm/min. The stress was measured. The measurement was carried out three times in total, and the average value was determined and used as the peel strength (N/m), which was evaluated according to the following criteria. The higher the peel strength, the better the adhesiveness of the positive electrode composite material layer and the more firmly it adheres to the current collector.
  • A+ Peel strength is 3 N/m or more A: Peel strength is 2 N/m or more and less than 3 N/m B: Peel strength is 1.5 N/m or more and less than 2 N/m C: Peel strength is 1.5 N/m or more and 1 N/m Less than m D: Peel strength is less than 1 N/m
  • ⁇ Adhesiveness of negative electrode composite layer> The negative electrodes obtained in the Examples and Comparative Examples were cut into a rectangle with a width of 1.0 cm and a length of 10 cm to prepare test pieces. After pasting cellophane tape (specified in JIS Z1522) on the negative electrode composite layer side surface of this test piece, when the cellophane tape was peeled off from one end of the test piece in a 180° direction at a speed of 50 mm/min. The stress was measured. The measurement was carried out three times in total, and the average value was determined and used as the peel strength (N/m), which was evaluated according to the following criteria.
  • Peel strength is 5 N/m or more
  • Example 1 ⁇ Preparation of copolymer solution (binder composition)>
  • 200 parts of ion-exchanged water, 2.5 parts of sodium dodecyl diphenyl ether sulfonate as an emulsifier, 18 parts of acrylonitrile (a nitrile group-containing monomer), and 1,3-butadiene (a conjugated diene monomer) were added as a monomer composition.
  • composition and 0.2 part of t-dodecylmercaptan as a molecular weight regulator were added.
  • 0.06 part of cumene hydroperoxide and 0.025 part of ferrous sulfate as a redox polymerization initiator containing an iron-based compound were added thereto, and emulsion polymerization of the monomer composition was started at 10°C. Ta.
  • the polymerization conversion rate reached 80%, 0.2 parts of hydroxylamine sulfate per 100 parts of the monomer composition was added to stop the polymerization.
  • a copolymer latex (an aqueous dispersion of particulate copolymer before hydrogenation) was obtained. Then, 0.6 parts of a 10% aqueous solution of aluminum sulfate (coagulant) was added to 100 parts of the solid content of the copolymer in the aqueous dispersion with stirring, and the copolymer in the aqueous dispersion was dissolved. Solidified.
  • pre-hydrogenated copolymer was dissolved in acetone to a concentration of 10% to obtain an acetone solution of the object to be hydrogenated (pre-hydrogenated copolymer). This solution was placed in an autoclave, and 500 mass ppm of palladium-silica catalyst was added to this solution based on 100% of the hydrogenation target.
  • the contents (solution) of the autoclave were heated to 50° C. while pressurized to 3 MPa with hydrogen gas. This temperature was maintained for 6 hours to carry out a hydrogenation reaction of the pre-hydrogenated copolymer to obtain a hydrogenated reaction product.
  • the palladium-silica catalyst was filtered off to obtain the desired copolymer (acetone solution).
  • an appropriate amount of isobutyl isobutyrate was added to an acetone solution of the obtained copolymer to obtain a mixture.
  • ⁇ Preparation of slurry composition for positive electrode composite layer> Sulfide glass (Li 2 S/P 2 ) consisting of 72 parts of lithium cobalt oxide (number average particle diameter: 11.5 ⁇ m) as positive electrode active material particles and 5 Li 2 S and P 2 S as inorganic solid electrolyte particles. 24.9 parts of S 5 70 mol%/30 mol%, number average particle diameter: 0.9 ⁇ m), 2.5 parts of acetylene black as a conductive material, and 0.6 parts of the binder composition obtained as described above. (equivalent to the solid content), and further, isobutyl isobutyrate was added as a solvent to adjust the solid content concentration to 80%, and then mixed for 60 minutes using a planetary mixer. Thereafter, isobutyl isobutyrate was further added to adjust the solid content concentration to 60%, and the mixture was mixed for 10 minutes to prepare a slurry composition for a positive electrode composite layer.
  • ⁇ Preparation of slurry composition for negative electrode composite layer> Sulfide glass (Li 2 S / P 2 S 5 70 mol) consisting of 65 parts of graphite (number average particle diameter: 20 ⁇ m) as negative electrode active material particles and Li 2 S and P 2 S 5 as inorganic solid electrolyte particles %/30 mol%, number average particle diameter: 0.9 ⁇ m), 1.5 parts of acetylene black as a conductive material, and 1.5 parts of the binder composition obtained as described above (solid content equivalent). ) and further added isobutyl isobutyrate as a solvent to adjust the solid content concentration to 65%, and then mixed for 60 minutes with a planetary mixer. Thereafter, isobutyl isobutyrate was further added to adjust the solid content concentration to 60%, and then mixed using a planetary mixer to prepare a slurry composition for a negative electrode composite material layer.
  • the slurry composition for a solid electrolyte layer was applied to an imide film (thickness: 25 ⁇ m) and dried (temperature: 120° C., 60 minutes) to form a solid electrolyte layer with a thickness of 150 ⁇ m.
  • the solid electrolyte layer and the positive electrode on the imide film are bonded together so that the solid electrolyte layer and the positive electrode composite layer are in contact with each other, and a press treatment is performed so that a pressure of 400 MPa (press pressure) is applied, and the solid electrolyte layer is removed from the imide film.
  • a press pressure press pressure
  • the above-mentioned positive electrode with a solid electrolyte layer and negative electrode are bonded together so that the solid electrolyte layer of the positive electrode with a solid electrolyte layer and the negative electrode composite layer of the negative electrode are in contact with each other, and the solid electrolyte layer of the positive electrode with a solid electrolyte layer is applied with a pressure of 400 MPa (press Pressing was performed so as to apply pressure) to obtain an all-solid-state secondary battery (layering order: aluminum foil/positive electrode composite layer/solid electrolyte layer/negative electrode composite layer/copper foil).
  • the thickness of the solid electrolyte layer of the all-solid-state secondary battery after pressing was 120 ⁇ m. This all-solid-state secondary battery was evaluated for IV resistance and cycle characteristics. The results are shown in Table 1.
  • Example 2 In the preparation of the copolymer solution (binder composition), as the monomer composition, 18 parts of acrylonitrile (nitrile group-containing monomer), 44 parts of 1,3-butadiene (conjugated diene monomer), n-butyl Except that a composition containing 35 parts of acrylate (C4-C9 (meth)acrylic acid ester monomer) and 3 parts of 2-hydroxyethyl methacrylate (hydrophilic group-containing monomer) was used. Various operations, measurements, and evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
  • Example 3 In the preparation of the copolymer solution (binder composition), as the monomer composition, 15 parts of acrylonitrile (nitrile group-containing monomer), 40 parts of 1,3-butadiene (conjugated diene monomer), n-butyl 30 parts of acrylate (C4-C9 (meth)acrylic acid ester monomer), 5 parts of 1,4-cyclohexanedimethanol monoacrylate (hydrophilic group-containing monomer), and 10 parts of styrene (aromatic vinyl monomer)
  • acrylonitrile nitrile group-containing monomer
  • n-butyl 30 parts of acrylate (C4-C9 (meth)acrylic acid ester monomer) 5 parts of 1,4-cyclohexanedimethanol monoacrylate (hydrophilic group-containing monomer)
  • styrene aromatic vinyl monomer
  • Example 4 In the preparation of the copolymer solution (binder composition), the preparation of the slurry composition for the positive electrode composite layer, the preparation of the slurry composition for the negative electrode composite layer, and the preparation of the slurry composition for the solid electrolyte layer, isobutyl isobutyrate is Various operations, measurements, and evaluations were performed in the same manner as in Example 1, except that butyl butyrate was used instead. The results are shown in Table 1.
  • Example 5 In preparing the copolymer solution (binder composition), as the monomer composition, 13 parts of acrylonitrile (nitrile group-containing monomer), 47 parts of 1,3-butadiene (conjugated diene monomer), n-butyl Except that a composition containing 35 parts of acrylate (C4-C9 (meth)acrylic acid ester monomer) and 5 parts of 1,4-cyclohexanedimethanol monoacrylate (hydrophilic group-containing monomer) was used. Various operations, measurements, and evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
  • Example 6 In preparing the copolymer solution (binder composition), as the monomer composition, 21 parts of acrylonitrile (nitrile group-containing monomer), 39 parts of 1,3-butadiene (conjugated diene monomer), n-butyl Except that a composition containing 35 parts of acrylate (C4-C9 (meth)acrylic acid ester monomer) and 5 parts of 1,4-cyclohexanedimethanol monoacrylate (hydrophilic group-containing monomer) was used. Various operations, measurements, and evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
  • Example 7 In preparing the copolymer solution (binder composition), various operations, measurements, and evaluations were performed in the same manner as in Example 1, except that the polymerization temperature of emulsion polymerization was changed from 10°C to 8°C. The results are shown in Table 1.
  • Example 8 In preparing the copolymer solution (binder composition), various operations, measurements, and evaluations were performed in the same manner as in Example 1, except that the polymerization temperature of emulsion polymerization was changed from 10°C to 15°C. The results are shown in Table 1.
  • Example 9 In the preparation of the copolymer solution (binder composition), the preparation of the slurry composition for the positive electrode composite layer, the preparation of the slurry composition for the negative electrode composite layer, and the preparation of the slurry composition for the solid electrolyte layer, isobutyl isobutyrate is Various operations, measurements, and evaluations were performed in the same manner as in Example 1, except that octyl acetate was used instead. The results are shown in Table 1.
  • Example 10 In preparing the copolymer solution (binder composition), as the monomer composition, 18 parts of acrylonitrile (nitrile group-containing monomer), 32 parts of 1,3-butadiene (conjugated diene monomer), n-butyl Except that a composition containing 45 parts of acrylate (C4-C9 (meth)acrylic acid ester monomer) and 5 parts of 1,4-cyclohexanedimethanol monoacrylate (hydrophilic group-containing monomer) was used. Various operations, measurements, and evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
  • Example 11 In preparing the copolymer solution (binder composition), as the monomer composition, 18 parts of acrylonitrile (nitrile group-containing monomer), 52 parts of 1,3-butadiene (conjugated diene monomer), n-butyl Except that a composition containing 25 parts of acrylate (C4-C9 (meth)acrylic acid ester monomer) and 5 parts of 1,4-cyclohexanedimethanol monoacrylate (hydrophilic group-containing monomer) was used. Various operations, measurements, and evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
  • Example 12 In the preparation of the copolymer solution (binder composition), various operations, measurements and evaluations were carried out in the same manner as in Example 1, except that the amount of palladium-silica catalyst used was changed from 500 mass ppm to 200 mass ppm. went. The results are shown in Table 1.
  • Example 13 In preparing the copolymer solution (binder composition), various operations, measurements and evaluations were carried out in the same manner as in Example 1, except that the amount of palladium-silica catalyst used was changed from 500 mass ppm to 2000 mass ppm. went. The results are shown in Table 1.
  • Example 14 In the preparation of the copolymer solution (binder composition), 17 parts of acrylonitrile (nitrile group-containing monomer), 48 parts of 1,3-butadiene (conjugated diene monomer), and n- Various operations, measurements, and evaluations were performed in the same manner as in Example 1, except that a composition containing 35 parts of butyl acrylate (C4-C9 (meth)acrylic acid ester monomer) was used. The results are shown in Table 1.
  • Example 15 In the preparation of the copolymer solution (binder composition), as the monomer composition, 15 parts of acrylonitrile (nitrile group-containing monomer), 49 parts of 1,3-butadiene (conjugated diene monomer), n-butyl 30 parts of acrylate (C4-C9 (meth)acrylic acid ester monomer), 4 parts of 1,4-cyclohexanedimethanol monoacrylate (hydrophilic group-containing monomer), and methacrylic acid (hydrophilic group-containing monomer) )
  • acrylate C4-C9 (meth)acrylic acid ester monomer
  • 4 parts of 1,4-cyclohexanedimethanol monoacrylate hydrophilic group-containing monomer
  • methacrylic acid hydrophilic group-containing monomer
  • C4-C9 (meth)acrylic acid ester monomer unit refers to a (meth)acrylic acid ester monomer unit having an alkyl group having 4 to 9 carbon atoms
  • AN represents an acrylonitrile unit
  • BD represents a 1,3-butadiene unit
  • H-BD represents a 1,3-butadiene hydride unit
  • BA represents n-butyl acrylate unit
  • CHDMMA indicates a 1,4-cyclohexanedimethanol monoacrylate unit
  • HEMA indicates 2-hydroxyethyl methacrylate unit
  • MAA indicates a methacrylic acid unit
  • St represents a styrene unit
  • CPME refers to cyclopentyl methyl ether.
  • a binder composition for an all-solid-state secondary battery that is capable of imparting excellent adhesiveness to a functional layer for an all-solid-state secondary battery while reducing the internal resistance of the all-solid-state secondary battery.
  • a slurry composition for an all-solid-state secondary battery that can provide excellent adhesiveness to a functional layer for an all-solid-state secondary battery while reducing the internal resistance of the all-solid-state secondary battery.

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Abstract

本発明は、全固体二次電池の内部抵抗を低減しつつ、全固体二次電池用機能層に優れた接着性を付与することが可能な全固体二次電池用バインダー組成物を提供することを目的とする。本発明は、ニトリル基含有単量体単位を含有する共重合体と、溶媒とを含む、全固体二次電池用バインダー組成物であって、前記溶媒が、炭素数6以上のエステル溶媒を含有し、前記共重合体中における前記ニトリル基含有単量体単位の含有割合が、前記共重合体中の全繰り返し単位を100質量%とした場合に、10質量%以上22質量%以下であり、前記共重合体のテトラヒドロフラン不溶分率が、0.5質量%以上3質量%以下であり、前記共重合体の濃度が8質量%となるように前記溶媒に前記共重合体を溶解した場合に、得られる共重合体溶液のヘイズが、30%以上80%以下である、全固体二次電池用バインダー組成物である。

Description

全固体二次電池用バインダー組成物、全固体二次電池用スラリー組成物、全固体二次電池用機能層、及び全固体二次電池
 本発明は、全固体二次電池用バインダー組成物、全固体二次電池用スラリー組成物、全固体二次電池用機能層、及び全固体二次電池に関する。
 近年、リチウムイオン電池等の二次電池は、携帯情報端末や携帯電子機器等の携帯端末に加えて、家庭用小型電力貯蔵装置、電動二輪車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車等、様々な用途での需要が増加している。
 このような用途の広がりに伴い、二次電池の更なる安全性の向上が要求されている。二次電池の安全性を確保するためには、例えば、電解質を有機溶媒に溶解させてなる有機電解液の液漏れを防止する方法が有効である。一方で、可燃性の有機電解液に代えて固体電解質層を備え、全ての部材が固体で構成される二次電池(全固体二次電池)を作製する技術も従来から検討されている。
 具体的に、全固体二次電池は、通常、正極及び負極の間に、電解質層として固体電解質層を有する。ここで、全固体二次電池の作製に際しては、通常、バインダーが使用される。バインダーは、例えば、固体電解質層中や、集電体上に電極合材層を設けてなる電極の当該電極合材層中(以下、固体電解質層及び電極合材層を合わせて「全固体二次電池用機能層」と称する場合がある。)において、固体電解質粒子、電極活物質粒子等の機能性粒子を結着し、それらの機能性粒子が固体電解質層や電極等の電池材料から脱離するのを防ぐ目的で使用される。
 例えば、特許文献1には、正極活物質層(正極合材層)を有する正極と、負極活物質層(負極合材層)を有する負極と、正極活物質層及び負極活物質層の層間に位置する固体電解質層とを有する全固体二次電池が記載されており、この正極活物質層、負極活物質層又は固体電解質層を、機能性粒子、バインダーとなる所定の重合体、及び有機溶媒を含むスラリー組成物を用いて形成することが記載されている。
 また、特許文献2には、活物質、導電性材料、硫化物系固体電解質、所定のバインダー、及び溶媒が混合されたスラリーを基材に塗布して、全固体リチウムイオン電池のカソードを形成することが記載されており、また、このカソードを備える全固体リチウムイオン電池も記載されている。
 特許文献1及び特許文献2におけるこれらのスラリー組成物は、バインダーとしてニトリル系重合体を使用し、溶媒としてキシレンやシクロペンチルメチルエーテル(CPME)等を使用している。
特許第5768815号公報 特表2020-525992号公報
 ここで、全固体二次電池において、全固体二次電池用機能層は、全固体二次電池用機能層と接する電池材料(例えば、集電体)との接着性に優れていることが望ましいところ、従来のバインダー組成物は、全固体二次電池用機能層に優れた接着性を付与するという点において更なる改善の余地があった。
 また、全固体二次電池は内部抵抗が低いものが望ましいところ、従来のバインダー組成物は、全固体二次電池の内部抵抗を低減するという点においても更なる改善の余地があった。
 そこで、本発明は、全固体二次電池の内部抵抗を低減しつつ、全固体二次電池用機能層に優れた接着性を付与することが可能な全固体二次電池用バインダー組成物を提供することを目的とする。
 また、本発明は、全固体二次電池の内部抵抗を低減しつつ、全固体二次電池用機能層に優れた接着性を付与することが可能な全固体二次電池用スラリー組成物を提供することを目的とする。
 また、本発明は、全固体二次電池の内部抵抗を低減しつつ、優れた接着性を発揮し得る全固体二次電池用機能層を提供することを目的とする。
 また、本発明は、内部抵抗が低減されつつ、電池材料同士が強固に接着された全固体二次電池を提供することを目的とする。
 本発明者は、上記課題を解決することを目的として鋭意検討を行った。そして、本発明者は、所定の共重合体と、所定の溶媒とを含む、全固体二次電池用バインダー組成物であって、該共重合体の濃度が8質量%となるように該溶媒に該共重合体を溶解した場合に、得られる共重合体溶液のヘイズが所定の範囲である、全固体二次電池用バインダー組成物を用いれば、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
 即ち、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、[1]本発明は、ニトリル基含有単量体単位を含有する共重合体と、溶媒とを含む、全固体二次電池用バインダー組成物であって、前記溶媒が、炭素数6以上のエステル溶媒を含有し、前記共重合体中の前記ニトリル基含有単量体単位の含有割合が、前記共重合体中の全繰り返し単位を100質量%とした場合に、10質量%以上22質量%以下であり、前記共重合体のテトラヒドロフラン不溶分率が、0.5質量%以上3質量%以下であり、前記共重合体の濃度が8質量%となるように前記溶媒に前記共重合体を溶解した場合に、得られる共重合体溶液のヘイズが、30%以上80%以下である、全固体二次電池用バインダー組成物である。
 上記全固体二次電池用バインダー組成物であれば、全固体二次電池の内部抵抗を低減しつつ、全固体二次電池用機能層に優れた接着性を付与できる。
 本明細書において、(共)重合体の「単量体単位」とは、「その単量体を用いて得た重合体中に含まれる、当該単量体由来の繰り返し単位」を意味する。
 本明細書において、共重合体中の各種の繰り返し単位(単量体単位及び構造単位)の含有割合は、H-NMR等の核磁気共鳴(NMR)法を用いて測定できる。
 本明細書において、テトラヒドロフラン不溶分率は、本明細書の実施例に記載の方法に従って測定できる。
 本明細書において、共重合体溶液のヘイズは、本明細書の実施例に記載の方法に従って測定できる。
 [2]上記[1]の全固体二次電池用バインダー組成物において、前記共重合体のヨウ素価は、0.5mg/100mg以上30mg/100mg以下であることが好ましい。
 上記共重合体のヨウ素価が上記下限以上であれば、全固体二次電池のサイクル特性の低下を効果的に抑制できる。
 一方、共重合体のヨウ素価が上記上限以下であれば、全固体二次電池のサイクル特性をより向上できる。
 本明細書において、共重合体のヨウ素価は、本明細書の実施例に記載の方法に従って測定できる。
 [3]上記[1]又は[2]の全固体二次電池用バインダー組成物において、前記共重合体は、アルキレン構造単位を更に含有し、前記アルキレン構造単位は、1,3-ブタジエン水素化物単位であり、前記ニトリル基含有単量体単位は、アクリロニトリル単位であることが好ましい。
 共重合体が上記単量体単位を含有すれば、全固体二次電池用機能層により優れた接着性を付与できる。また、共重合体が上記単量体単位を含有すれば、全固体二次電池用バインダー組成物を用いて調製した全固体二次電池用スラリー組成物における機能性粒子の分散性をより向上できる。
 [4]上記[1]~[3]の何れかの全固体二次電池用バインダー組成物において、前記共重合体は、炭素数4以上9以下のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を含有することが好ましい。
 共重合体が、炭素数4以上9以下のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を含有すれば、全固体二次電池の内部抵抗をより低減できる。
 [5]上記[4]の全固体二次電池用バインダー組成物において、前記共重合体中の前記炭素数4以上9以下のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の含有割合は、前記共重合体中の全繰り返し単位を100質量%とした場合に、25質量%以上45質量%以下であることが好ましい。
 共重合体中における炭素数4以上9以下のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の含有割合が、共重合体中の全繰り返し単位を100質量%とした場合に、上記下限以上であれば、全固体二次電池の内部抵抗を更に低減できる。
 一方、共重合体中における炭素数4以上9以下のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の含有割合が、共重合体中の全繰り返し単位を100質量%とした場合に、上記上限以下であれば、全固体二次電池の内部抵抗を更に低減できる。また、全固体二次電池のサイクル特性を更に向上できる。
 [6]上記[1]~[5]の何れかの全固体二次電池用バインダー組成物において、前記共重合体は、親水性基を有することが好ましい。
 共重合体が親水性基を有すれば、全固体二次電池用機能層により優れた接着性を付与できる。
 また、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、[7]本発明は、機能性粒子と、[1]~[6]の何れかの全固体二次電池用バインダー組成物とを含む、全固体二次電池用スラリー組成物である。
 上記全固体二次電池用スラリー組成物であれば、全固体二次電池の内部抵抗を低減しつつ、全固体二次電池用機能層に優れた接着性を付与できる。
 [8]上記[7]の固体二次電池用スラリー組成物において、前記機能性粒子は、固体電解質粒子及び電極活物質粒子の少なくとも何れか一方の粒子であることが好ましい。
 機能性粒子が、固体電解質粒子及び電極活物質粒子の少なくとも何れか一方の粒子であれば、全固体二次電池用機能層に固体電解質層及び/又は電極合材層としての機能を付与できる。
 また、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、[9]本発明は、上記[7]又は[8]の全固体二次電池用スラリー組成物を用いて形成された、全固体二次電池用機能層である。
 上記全固体二次電池用機能層であれば、全固体二次電池の内部抵抗を低減しつつ、優れた接着性を発揮し得る。
 また、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、[10]本発明は、上記[9]の全固体二次電池用機能層を備える、全固体二次電池である。
 上記全固体二次電池であれば、内部抵抗が低減されつつ、電池材料同士が強固に接着された全固体二次電池とすることができる。
 本発明によれば、全固体二次電池の内部抵抗を低減しつつ、全固体二次電池用機能層に優れた接着性を付与することが可能な全固体二次電池用バインダー組成物を提供できる。
 また、本発明によれば、全固体二次電池の内部抵抗を低減しつつ、全固体二次電池用機能層に優れた接着性を付与することが可能な全固体二次電池用スラリー組成物を提供できる。
 また、本発明によれば、全固体二次電池の内部抵抗を低減しつつ、優れた接着性を発揮し得る全固体二次電池用機能層を提供できる。
 また、本発明によれば、内部抵抗が低減されつつ、電池材料同士が強固に接着された全固体二次電池を提供できる。
 以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
 ここで、本発明の全固体二次電池用バインダー組成物(以下、単に「バインダー組成物」と称する場合がある。)は、本発明の全固体二次電池用スラリー組成物(以下、単に「スラリー組成物」と称する場合がある。)の調製に用いることができる。また、本発明のスラリー組成物は、固体電解質層や電極合材層等の全固体二次電池用機能層(以下、単に「機能層」と称する場合がある。)の形成に用いることができる。そして、本発明の全固体二次電池は、本発明のスラリー組成物を用いて形成された本発明の機能層を備える。
(全固体二次電池用バインダー組成物)
 本発明の全固体二次電池用バインダー組成物は、所定の共重合体と、所定の溶媒とを含む。ここで、該溶媒は、炭素数6以上のエステル溶媒を含有する。また、該共重合体は、ニトリル基含有単量体単位を含有する。さらに、該共重合体中のニトリル基含有単量体単位の含有割合は、共重合体中の全繰り返し単位を100質量%とした場合に、10質量%以上22質量%以下であり、該共重合体のテトラヒドロフラン不溶分率(以下、「THF不溶分率」と称する場合がある。)は、0.5質量%以上3質量%以下である。そして、該共重合体及び該溶媒は、該共重合体の濃度が8質量%となるように該溶媒に該共重合体を溶解した場合に、得られる共重合体溶液のヘイズは、30%以上80%以下を満たすものである。なお、本発明のバインダー組成物は、上記した所定の共重合体及び所定の溶媒の他に、任意で、その他の成分を更に含有していてもよい。その他の成分としては、界面活性剤、分散剤、老化防止剤等が挙げられる。
 上記バインダー組成物であれば、全固体二次電池の内部抵抗を低減しつつ、機能層に優れた接着性を付与できる。また、上記バインダー組成物であれば、全固体二次電池のサイクル特性を向上できる。
<共重合体>
 共重合体は、機能層に含まれる機能性粒子が機能層から脱離しないようにし得る成分である。
 ここで、共重合体は、上記した所定の組成及び特性を有するものであるが、機能層により優れた接着性を付与できることから、親水性基を有するものであることが好ましい。親水性基としては、例えば、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基、水酸基等が挙げられる。これらの中でも、機能層に更に優れた接着性を付与できることから、カルボキシル基及び水酸基が好ましく、水酸基がより好ましい。共重合体は、これらの親水性基を1種類のみ有していてもよく、2種類以上有していてもよい。
 共重合体に親水性基を導入する方法は特に限定されず、後述する親水性基含有単量体を含む単量体組成物を用いて共重合体を調製し、親水性基含有単量体単位を含有する共重合体を得てもよいし、所定の組成を有する共重合体を変性(例えば、末端変性)することにより、上述した親水性基を有する共重合体を得てもよいが、前者が好ましい。
<<共重合体の組成>>
 共重合体は、ニトリル基含有単量体単位を含有し、任意で、共役ジエン単量体単位、アルキレン構造単位、親水性基含有単量体単位、炭素数4以上9以下のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル単量体単位、及び芳香族ビニル単量体単位を含有する。
 なお、本明細書において「(メタ)アクリル」とは、アクリル及び/又はメタクリルを意味する。
[ニトリル基含有単量体単位]
 ニトリル基含有単量体単位は、ニトリル基含有単量体由来の繰り返し単位である。
 ニトリル基含有単量体単位を形成し得るニトリル基含有単量体としては、α,β-エチレン性不飽和ニトリル単量体が挙げられる。そして、α,β-エチレン性不飽和ニトリル単量体としては、ニトリル基を有するα,β-エチレン性不飽和化合物であれば特に限定されないが、例えば、アクリロニトリル;α-クロロアクリロニトリル、α-ブロモアクリロニトリル等のα-ハロゲノアクリロニトリル;メタクリロニトリル、α-エチルアクリロニトリル等のα-アルキルアクリロニトリル;等が挙げられる。これらの中でも、ニトリル基含有単量体としては、機能層により優れた接着性を付与できることから、アクリロニトリル及びメタクリロニトリルが好ましく、アクリロニトリルがより好ましい。これらは1種単独で、又は、2種以上を組み合わせて用いることができる。
 本発明のバインダー組成物において、共重合体中におけるニトリル基含有単量体単位の含有割合は、共重合体中の全繰り返し単位を100質量%とした場合に、10質量%以上22質量%以下である。そして、共重合体中におけるニトリル基含有単量体単位の含有割合は、共重合体中の全繰り返し単位を100質量%とした場合に、12質量%以上であることが好ましく、14質量%以上であることがより好ましく、20.5質量%以下であることが好ましく、19質量%以下であることがより好ましい。
 共重合体中におけるニトリル基含有単量体単位の含有割合が、共重合体中の全繰り返し単位を100質量%とした場合に、10質量%以上であれば、共重合体自体の接着能が向上し、機能層に優れた接着性を付与できる。
 一方、共重合体中におけるニトリル基含有単量体単位の含有割合が、共重合体中の全繰り返し単位を100質量%とした場合に、22質量%以下であれば、機能層に優れた接着性を付与できる。この理由は、共重合体の溶媒への溶解性が向上して、機能性粒子等が良好に分散したスラリー組成物が得られ得るところ、このようなスラリー組成物を機能層の形成に用いると、機能性粒子等が良好に分散した機能層が形成されるためであると推察される。また、機能性粒子等が機能層中に良好に分散し得るため、全固体二次電池の内部抵抗を低減でき、更に、全固体二次電池のサイクル特性を向上できる。
[共役ジエン単量体単位]
 共役ジエン単量体単位は、共役ジエン単量体由来の繰り返し単位である。
 共役ジエン単量体単位を形成し得る共役ジエン単量体としては、例えば、1,3-ブタジエン、イソプレン、2,3-ジメチル-1,3-ブタジエン、1,3-ペンタジエン等の共役ジエン化合物が挙げられる。中でも、1,3-ブタジエンが好ましい。これらは1種単独で、又は、2種以上を組み合わせて用いることができる。
 共重合体中における共役ジエン単量体単位の含有割合は、共重合体中の全繰り返し単位を100質量%とした場合に、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。
 一方、共重合体中における共役ジエン単量体単位の含有割合は、共重合体中の全繰り返し単位を100質量%とした場合に、例えば0.5質量%以上であり、1質量%以上でもよい。
[アルキレン構造単位]
 アルキレン構造単位は、一般式:-C2n-[但し、nは2以上の整数]で表わされるアルキレン構造のみで構成される繰り返し単位である。共重合体がアルキレン構造単位を含有することにより、バインダー組成物を用いて調製したスラリー組成物における機能性粒子の分散性を向上できる。
 アルキレン構造単位は、直鎖状であっても分岐状であってもよいが、スラリー組成物における機能性粒子の分散性を更に向上させる観点から、アルキレン構造単位は直鎖状、すなわち直鎖アルキレン構造単位であることが好ましい。また、アルキレン構造単位の炭素数は4以上である(即ち、上述した一般式-C2n-のnが4以上の整数である)ことが好ましい。
 共重合体へのアルキレン構造単位の導入方法は、特に限定はされないが、例えば以下の(1)又は(2)の方法:
(1)上述した共役ジエン単量体を含む単量体組成物から共重合体を調製し、当該共重合体に水素化(水素添加)を行うことで、共役ジエン単量体単位をアルキレン構造単位に変換する方法
(2)1-オレフィン単量体を含む単量体組成物から共重合体を調製する方法
が挙げられる。これらの中でも、共重合体を容易に製造できることから、(1)の方法が好ましい。
 上記(1)の方法に用い得る共役ジエン単量体としては、例えば、1,3-ブタジエン、イソプレン、2,3-ジメチル-1,3-ブタジエン、1,3-ペンタジエン等の共役ジエン化合物が挙げられる。中でも、1,3-ブタジエンが好ましい。これらは1種単独で、又は、2種以上を組み合わせて用いることができる。ここで、アルキレン構造単位は共役ジエン単量体単位を水素化(水素添加)して得られる構造単位(共役ジエン水素化物単位)であることが好ましい。また、アルキレン構造単位は、バインダー組成物を用いて調製したスラリー組成物における機能性粒子の分散性をより向上できることから、1,3-ブタジエン単位を水素化して得られる構造単位(1,3-ブタジエン水素化物単位)であることがより好ましい。そして、水素化は、後述するような公知の方法を用いて行なうことができる。
 他方、上記(2)の方法に用い得る1-オレフィン単量体としては、例えば、1-ブテン、1-ヘキセン等が挙げられる。
 これらの共役ジエン単量体や1-オレフィン単量体は、1種単独で、又は、2種以上を組み合わせて用いることができる。
 上記(1)の方法を経て共重合体にアルキレン構造単位を導入した場合に、共役ジエン単量体単位が完全に水素化がなされなかった場合には、共重合体中に共役ジエン単量体単位が残留し得る。
 共重合体中におけるアルキレン構造単位及び共役ジエン単量体単位の合計含有割合は、共重合体中の全繰り返し単位(構造単位と単量体単位との合計)を100質量%とした場合に、30質量%以上であることが好ましく、40質量%以上であることがより好ましく、70質量%以下であることが好ましく、60質量%以下であることがより好ましく、50質量%以下であることが更に好ましい。
 共重合体中におけるアルキレン構造単位及び共役ジエン単量体単位の合計含有割合が、共重合体中の全繰り返し単位を100質量%とした場合に、上記範囲内であれば、バインダー組成物を用いて調製したスラリー組成物における機能性粒子の分散性を更に向上させることができる。
 なお、共重合体が共役ジエン単量体単位を含まない場合、例えば、上記(1)の方法において共役ジエン単量体単位が完全に水素化された場合、又は、上記(2)の方法により共重合体を製造した場合、共重合体中におけるアルキレン構造単位の含有割合は、共重合体中の全繰り返し単位(構造単位と単量体単位との合計)を100質量%とした場合に、30質量%以上であることが好ましく、40質量%以上であることがより好ましく、70質量%以下であることが好ましく、60質量%以下であることがより好ましく、50質量%以下であることが更に好ましい。
 共重合体中におけるアルキレン構造単位の含有割合が、共重合体中の全繰り返し単位を100質量%とした場合に、上記範囲内であれば、バインダー組成物を用いて調製したスラリー組成物における機能性粒子の分散性を更に向上させることができる。
[親水性基含有単量体単位]
 親水性基含有単量体単位は、親水性基含有単量体由来の繰り返し単位である。共重合体が親水性基含有単量体単位を含有することにより、機能層により優れた接着性を付与できる。
 親水性基含有単量体単位を形成し得る親水性基含有単量体としては、例えば、カルボン酸基を有する単量体、スルホン酸基を有する単量体、リン酸基を有する単量体、水酸基を有する単量体等が挙げられる。これらは1種単独で、又は、2種以上を組み合わせて用いることができる。
 カルボン酸基を有する単量体としては、モノカルボン酸及びその誘導体や、ジカルボン酸及びその酸無水物並びにそれらの誘導体等が挙げられる。
 モノカルボン酸としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸等が挙げられる。
 モノカルボン酸誘導体としては、2-エチルアクリル酸、イソクロトン酸、α-アセトキシアクリル酸、β-trans-アリールオキシアクリル酸、α-クロロ-β-E-メトキシアクリル酸、β-ジアミノアクリル酸等が挙げられる。
 ジカルボン酸としては、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等が挙げられる。
 ジカルボン酸誘導体としては、メチルマレイン酸、ジメチルマレイン酸、フェニルマレイン酸、クロロマレイン酸、ジクロロマレイン酸、フルオロマレイン酸や、マレイン酸メチルアリル、マレイン酸ジフェニル、マレイン酸ノニル、マレイン酸デシル、マレイン酸ドデシル、マレイン酸オクタデシル、マレイン酸フルオロアルキル等のマレイン酸エステルが挙げられる。
 ジカルボン酸の酸無水物としては、無水マレイン酸、アクリル酸無水物、メチル無水マレイン酸、ジメチル無水マレイン酸等が挙げられる。
 また、カルボン酸基を有する単量体としては、加水分解によりカルボキシル基を生成する酸無水物も使用できる。
 その他、マレイン酸モノエチル、マレイン酸ジエチル、マレイン酸モノブチル、マレイン酸ジブチル、フマル酸モノエチル、フマル酸ジエチル、フマル酸モノブチル、フマル酸ジブチル、フマル酸モノシクロヘキシル、フマル酸ジシクロヘキシル、イタコン酸モノエチル、イタコン酸ジエチル、イタコン酸モノブチル、イタコン酸ジブチル等のα,β-エチレン性不飽和多価カルボン酸のモノエステル及びジエステルも挙げられる。
 上記したものの中でも、モノカルボン酸が好ましく、メタクリル酸がより好ましい。
 スルホン酸基を有する単量体としては、ビニルスルホン酸、メチルビニルスルホン酸、(メタ)アリルスルホン酸、スチレンスルホン酸、(メタ)アクリル酸-2-スルホン酸エチル、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸、3-アリロキシ-2-ヒドロキシプロパンスルホン酸等が挙げられる。
 なお、本明細書において「(メタ)アリル」とは、アリル及び/又はメタリルを意味する。
 リン酸基を有する単量体としては、リン酸-2-(メタ)アクリロイルオキシエチル、リン酸メチル-2-(メタ)アクリロイルオキシエチル、リン酸エチル-(メタ)アクリロイルオキシエチル、ビニルホスホン酸、ビニルホスホン酸ジメチル等が挙げられる。
 なお、本明細書において「(メタ)アクリロイル」とは、アクリロイル及び/又はメタクリロイルを意味する。
 水酸基を有する単量体としては、(メタ)アリルアルコール、3-ブテン-1-オール、5-ヘキセン-1-オール等のエチレン性不飽和アルコール;アクリル酸-2-ヒドロキシエチル、アクリル酸-2-ヒドロキシプロピル、1,4-シクロヘキサンジメタノールモノアクリレート、メタクリル酸-2-ヒドロキシエチル、メタクリル酸-2-ヒドロキシプロピル、マレイン酸ジ-2-ヒドロキシエチル、マレイン酸ジ-4-ヒドロキシブチル、イタコン酸ジ-2-ヒドロキシプロピル等のエチレン性不飽和カルボン酸のアルカノールエステル類;一般式:CH=CR-COO-(C2nO)-H(式中、mは2~9の整数、nは2~4の整数、Rは水素又はメチル基を表す)で表される、ポリアルキレングリコールと(メタ)アクリル酸とのエステル類;2-ヒドロキシエチル-2’-(メタ)アクリロイルオキシフタレート、2-ヒドロキシエチル-2’-(メタ)アクリロイルオキシサクシネート等のジカルボン酸のジヒドロキシエステルのモノ(メタ)アクリル酸エステル類;2-ヒドロキシエチルビニルエーテル、2-ヒドロキシプロピルビニルエーテル等のビニルエーテル類;(メタ)アリル-2-ヒドロキシエチルエーテル、(メタ)アリル-2-ヒドロキシプロピルエーテル、(メタ)アリル-3-ヒドロキシプロピルエーテル、(メタ)アリル-2-ヒドロキシブチルエーテル、(メタ)アリル-3-ヒドロキシブチルエーテル、(メタ)アリル-4-ヒドロキシブチルエーテル、(メタ)アリル-6-ヒドロキシヘキシルエーテル等のアルキレングリコールのモノ(メタ)アリルエーテル類;ジエチレングリコールモノ(メタ)アリルエーテル、ジプロピレングリコールモノ(メタ)アリルエーテル等のポリオキシアルキレングリコールモノ(メタ)アリルエーテル類;グリセリンモノ(メタ)アリルエーテル、(メタ)アリル-2-クロロ-3-ヒドロキシプロピルエーテル、(メタ)アリル-2-ヒドロキシ-3-クロロプロピルエーテル等の、(ポリ)アルキレングリコールのハロゲン及びヒドロキシ置換体のモノ(メタ)アリルエーテル;オイゲノール、イソオイゲノール等の多価フェノールのモノ(メタ)アリルエーテル及びそのハロゲン置換体;(メタ)アリル-2-ヒドロキシエチルチオエーテル、(メタ)アリル-2-ヒドロキシプロピルチオエーテル等のアルキレングリコールの(メタ)アリルチオエーテル類;等が挙げられる。
 上記したものの中でも、エチレン性不飽和カルボン酸のアルカノールエステル類が好ましく、1,4-シクロヘキサンジメタノールモノアクリレート及びメタクリル酸-2-ヒドロキシエチルがより好ましい。
 バインダー組成物を用いて調製したスラリー組成物における機能性粒子の分散性を更に向上させる観点から、親水性基含有単量体としては、カルボン酸基を有する単量体(カルボン酸基含有単量体)及び/又は水酸基を有する単量体(水酸基含有単量体単位)を用いることが好ましく、水酸基含有単量体単位を用いることがより好ましい。
 共重合体中における親水性基含有単量体単位の含有割合は、共重合体中の全繰り返し単位を100質量%とした場合に、1質量%以上であることが好ましく、1.5質量%以上であることがより好ましく、2質量%以上であることが更に好ましく、10質量%以下であることが好ましく、8質量%以下であることがより好ましく、6質量%以下であることが更に好ましい。
 共重合体中における親水性基含有単量体単位の含有割合が、共重合体中の全繰り返し単位を100質量%とした場合に、上記下限以上であれば、共重合体自体の接着能がより向上し、機能層により優れた接着性を付与できる。
 一方、共重合体中における親水性基含有単量体単位の含有割合が、共重合体中の全繰り返し単位を100質量%とした場合に、上記上限以下であれば、機能層により優れた接着性を付与できる。この理由は、共重合体の溶媒への溶解性がより向上して、機能性粒子等がより良好に分散したスラリー組成物が得られ得るところ、このようなスラリー組成物を機能層の形成に用いると、機能性粒子等がより良好に分散した機能層が形成されるためであると推察される。また、機能性粒子等が機能層中により良好に分散し得るため、全固体二次電池の内部抵抗をより低減でき、更に、全固体二次電池のサイクル特性をより向上できる。
[炭素数4以上9以下のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル単量体単位]
 炭素数4以上9以下のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル単量体単位は、炭素数4以上9以下の(メタ)アクリル酸エステル単量体由来の繰り返し単位である。共重合体が、炭素数4以上9以下のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を含有することにより、バインダー組成物を用いて調製したスラリー組成物における機能性粒子の分散性をより向上でき、その結果、全固体二次電池の内部抵抗をより低減できる。
 ここで、「炭素数4以上9以下のアルキル基を有する」とは、(メタ)アクリル酸エステル単量体の非カルボニル性酸素原子に、炭素数4以上9以下のアルキル基が結合していることを意味する。炭素数4以上9以下のアルキル基は、直鎖状、分岐状及び環状のいずれでもよいが、共重合体を容易に調製できることから、直鎖状であることが好ましい。
 なお、炭素数4以上9以下のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル単量体単位には、上述した親水性基含有単量体単位は含まれない。即ち、例えば、炭素数4以上9以下のアルキル基に水酸基が結合しているものは、炭素数4以上9以下のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル単量体単位には含まれない。
 炭素数4以上9以下のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル単量体単位において、アルキル基の炭素数は、8以下であることが好ましく、6以下であることがより好ましい。
 アルキル基の炭素数が上記上限以下であれば、共重合体を容易に調製できる。
 ここで、炭素数4以上9以下のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル単量体(以下、「C4-C9(メタ)アクリル酸エステル単量体」と称する場合がある。)単位を形成し得るC4-C9(メタ)アクリル酸エステル単量体としては、n-ブチルアクリレート、t-ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、n-ペンチルアクリレート、イソペンチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、ヘプチルアクリレート、オクチルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、ノニルアクリレート等のアクリル酸アルキルエステル;n-ブチルメタクリレート、t-ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、n-ペンチルメタクリレート、イソペンチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、ヘプチルメタクリレート、オクチルメタクリレート、2-エチルヘキシルメタクリレート、ノニルメタクリレート等のメタクリル酸アルキルエステル;等が挙げられる。中でも、n-ブチルアクリレートが好ましい。
 これらは1種単独で、又は、2種以上を組み合わせて用いることができる。
 共重合体中におけるC4-C9(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の含有割合は、共重合体中の全繰り返し単位を100質量%とした場合に、25質量%以上であることが好ましく、27.5質量%以上であることがより好ましく、30質量%以上であることが更に好ましく、45質量%以下であることが好ましく、42.5質量%以下であることがより好ましく、40質量%以下であることが更に好ましい。
 共重合体中におけるC4-C9(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の含有割合が、共重合体中の全繰り返し単位を100質量%とした場合に、上記下限以上であれば、バインダー組成物を用いて調製したスラリー組成物における機能性粒子の分散性を更に向上でき、その結果、全固体二次電池の内部抵抗を更に低減できる。
 一方、共重合体中におけるC4-C9(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の含有割合が、共重合体中の全繰り返し単位を100質量%とした場合に、上記上限以下であれば、機能層の柔軟性が更に向上し、機能層と、この機能層と隣接する層と間の密着性が更に向上し、その結果、全固体二次電池の内部抵抗を更に低減できる。また、機能層と、この機能層と隣接する層と間の密着性が更に向上し得るため、全固体二次電池のサイクル特性を更に向上できる。
[芳香族ビニル単量体単位]
 芳香族ビニル単量体単位は、芳香族ビニル単量体由来の繰り返し単位である。
 芳香族ビニル単量体単位を形成し得る芳香族ビニル単量体としては、スチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエン、ジビニルベンゼン等が挙げられる。これらは1種類を単独で、又は、2種類以上を組み合わせて用いることができる。
 共重合体中における芳香族ビニル単量体単位の含有割合は、共重合体中の全繰り返し単位を100質量%とした場合に、1質量%以上であることが好ましく、5質量%以上であることがより好ましく、8質量%以上であることが更に好ましく、30質量%以下であることが好ましく、20質量%以下であることがより好ましく、12質量%以下であることが更に好ましい。
[その他の単量体単位]
 共重合体は、繰り返し単位として、上述したニトリル基含有単量体単位、共役ジエン単量体単位、アルキレン構造単位、親水性基含有単量体単位、C4-C9(メタ)アクリル酸エステル単量体単位、及び芳香族ビニル単量体単位以外の単量体単位(以下、「その他の単量体単位」と称する場合がある。)を含有していてもよい。
 その他の単量体単位としては、例えば、炭素数4以上9以下のアルキル基以外のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル単量体単位、即ち、炭素数3以下のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル単量体単位や、炭素数10以上のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル単量体単位等が挙げられる。
 炭素数3以下のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を形成し得る(メタ)アクリル酸エステル単量体としては、例えば、メチルアクリレート、エチルアクリレート、n-プロピルアクリレート、イソプロピルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n-プロピルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート等が挙げられる。
 炭素数10以上のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を形成し得る(メタ)アクリル酸エステル単量体としては、例えば、デシルアクリレート、ラウリルアクリレート、n-テトラデシルアクリレート、ステアリルアクリレート、デシルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、n-テトラデシルメタクリレート、ステアリルメタクリレート等が挙げられる。
 共重合体中におけるその他の単量体単位の含有割合は、共重合体中の全繰り返し単位を100質量%とした場合に、5質量%以下であることが好ましく、4質量%以下であることがより好ましく、3質量%以下であることが更に好ましく、2質量%以下であることが一層好ましく、1質量%以下であることがより一層好ましく、0質量%であることが特に好ましい。即ち、共重合体は、その他の単量体単位を含有しないことが特に好ましい。
<<共重合体の調製方法>>
 上述した共重合体の調製方法は特に限定はされず、例えば、溶液重合法、懸濁重合法、塊状重合法、乳化重合法等のいずれの方法も用いることができる。これらの中でも、乳化重合法を用いることが好ましい。また、重合方法としては、イオン重合、ラジカル重合、リビングラジカル重合等の付加重合を用いることができる。また、重合開始剤としては、既知の重合開始剤を用いることができる。
 ここで、重合開始剤としては、例えば、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム、過リン酸カリウム、過酸化水素等の無機過酸化物;t-ブチルパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、p-メンタンハイドロパーオキサイド、ジ-t-ブチルパーオキサイド、t-ブチルクミルパーオキサイド、アセチルパーオキサイド、イソブチリルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、ジベンゾイルパーオキサイド、3,5,5-トリメチルヘキサノイルパーオキサイド、t-ブチルパーオキシイソブチレート等の有機過酸化物;アゾビスイソブチロニトリル、アゾビス-2,4-ジメチルバレロニトリル、アゾビスシクロヘキサンカルボニトリル、アゾビスイソ酪酸メチル等のアゾ化合物等が挙げられる。これらの重合開始剤は、1種単独で、又は、2種類以上を組み合わせて使用することができる。重合開始剤としては、無機又は有機の過酸化物が好ましい。
 重合開始剤として過酸化物を用いる場合には、重亜硫酸ナトリウムや硫酸第一鉄等の還元剤と組み合わせて、レドックス重合開始剤として使用することもできる。
 ここで、上記(1)の方法を用いる場合、即ち、水素化(水素添加)によって共役ジエン単量体単位をアルキレン構造単位に変換する方法を用いる場合には、水素化前の共重合体(即ち、水添前共重合体)の重合方法としては、鉄系化合物を含むレドックス重合開始剤を使用したラジカル重合を用いることが好ましい。
 重合にあたり、メルカプト基等の硫黄含有基を有する分子量調整剤を用いることが好ましい。分子量調整剤としての、メルカプト基を有する化合物としては、例えば、オクチルメルカプタン、2,2,4,6,6-ペンタメチル-4-ヘプタンチオール、2,4,4,6,6-ペンタメチル-2-ヘプタンチオール、2,3,4,6,6-ペンタメチル-2-ヘプタンチオール、2,3,4,6,6-ペンタメチル-3-ヘプタンチオール、t-ドデシルメルカプタン、n-ドデシルメルカプタン等の炭素数8~12のメルカプト基を有する化合物;2,2,4,6,6-ペンタメチル-4-オクタンチオール、2,2,4,6,6,8,8-ヘプタメチル-4-ノナンチオール、ビス(2-メルカプトエチル)スルフィド、3-メルカプトプロピオン酸メチル、1-ブタンチオール等のメルカプト基を有する化合物が挙げられる。中でも、炭素数8~12のメルカプト基を有する化合物が好ましく、t-ドデシルメルカプタンがより好ましい。
 重合温度は、7℃以上であることが好ましく、8℃以上であることがより好ましく、9℃以上であることが更に好ましく、18℃以下であることが好ましく、15℃以下であることがより好ましく、12℃以下であることが更に好ましい。
 重合温度が上記範囲内であれば、共重合体のTHF不溶分率や重量平均分子量を容易に調整できる。
 ここで、例えば乳化重合を行った後に、上記(1)の方法を用いる場合、得られた水添前共重合体の水分散液に対して硫酸アルミニウム等の凝固剤を添加して凝固させ、水添前共重合体を回収し、回収したもの(濾過により回収した場合には濾物)に対して(任意に、後述する「複分解反応」を実施した後に)水素化を行うことが好ましい。この時、水素化を行う前に、回収物(濾物等)を水等で洗浄してもよい。なお、水分散液に対して凝固剤を添加する前に、アルキル化フェノール等の老化防止剤を添加してもよい。
 水添前共重合体の水素化は、油層水素化法又は水層水素化法等の既知の水素化方法を用いて行うことができる。また、水素化に用いる触媒としては、公知の選択的水素化触媒であれば限定なく使用でき、パラジウム系触媒やロジウム系触媒を用いることができる。これらは2種以上併用してもよい。
 水素化触媒の使用量は、適宜定めればよいが、水素化する水添前共重合体の量に対して、水素化触媒の金属量換算で、50質量ppm以上であることが好ましく、200質量ppm以上であることがより好ましく、300質量ppm以上であることが更に好ましく、4000質量ppm以下であることが好ましく、2000質量ppm以下であることがより好ましく、1000質量ppm以下であることが更に好ましい。
 水素化触媒の使用量が上記範囲内であれば、共重合体のヨウ素価を容易に調整できる。
 また、水添前共重合体の水素化は、例えば特許第4509792号に記載の方法を用いて行ってもよい。具体的には、水添前共重合体の水素化は、触媒及びコ(co-)オレフィンの存在下において共重合体の複分解反応を実施した後に行ってもよい。
 ここで、複分解反応の触媒としては、既知のルテニウム系触媒を用いることができる。中でも、複分解反応の触媒としては、二塩化ビス(トリシクロヘキシルホスフィン)ベンジリデンルテニウム、1,3-ビス(2,4,6-トリメチルフェニル)-2-(イミダゾリジニリデン)(ジクロロフェニルメチレン)(トリシクロへキシルホスフィン)ルテニウム等のGrubbs触媒を用いることが好ましい。また、コオレフィンとしては、エチレン、イソブタン、1-ヘキサン等の炭素数2~16のオレフィンを用いることができる。また、複分解反応後に水素化を行う際の水素化触媒としては、例えばWilkinson触媒((PPhRhCl)等の既知の均質水素化触媒を用いることができる。
<<共重合体の性状>>
[THF不溶分率]
 本発明のバインダー組成物において、共重合体のTHF不溶分率は、0.5質量%以上3質量%以下である。そして、共重合体のTHF不溶分率は、0.75質量%以上であることが好ましく、1.0質量%以上であることがより好ましく、2.5質量%以下であることが好ましく、2.0質量%以下であることがより好ましい。
 共重合体のTHF不溶分率が0.5質量%以上であれば、共重合体自体が適度な強度となり、その結果、機能層に優れた接着性を付与できる。
 一方、共重合体のTHF不溶分率が3質量%以下であれば、機能層の柔軟性が向上し、機能層と、この機能層と隣接する層と間の密着性が向上し、その結果、全固体二次電池の内部抵抗を低減できる。また、機能層と、この機能層と隣接する層と間の密着性が向上し得るため、全固体二次電池のサイクル特性を向上できる。
 なお、共重合体のTHF不溶分率は、共重合体の組成(各種の繰り返し単位の含有割合)及び重量平均分子量、並びに共重合体の調製方法の条件(例えば、重合温度)等によって調整することができる。
[ヨウ素価]
 共重合体のヨウ素価は、0.5mg/100mg以上であることが好ましく、1.0mg/100mg以上であることがより好ましく、2.0mg/100mg以上であることが更に好ましく、30mg/100mg以下であることが好ましく、15mg/100mg以下であることがより好ましく、10mg/100mg以下であることが更に好ましい。
 ここで、共重合体のヨウ素価が上記下限未満とするためには、水素化に多量の触媒を使用する必要があるところ、このように多量の触媒を使用すると、バインダー組成物に混入する不純物(残留金属等)が多くなり、その結果、全固体二次電池のサイクル特性が低下する恐れがある。従って、共重合体のヨウ素価が上記下限以上であれば、全固体二次電池のサイクル特性の低下を効果的に抑制できる。
 一方、共重合体のヨウ素価が上記上限以下であれば、共重合体と機能性粒子との副反応の発生が抑制され、その結果、全固体二次電池のサイクル特性をより向上できる。
 なお、共重合体のヨウ素価は、例えば、共重合体を水素化する際に用いる水素化触媒の量等によって調整することができる。
[重量平均分子量(Mw)]
 共重合体の重量平均分子量は、5,000以上であることが好ましく、10,000以上であることがより好ましく、30,000以上であることが更に好ましく、40,000以上であることが更により好ましく、3,000,000以下であることが好ましく、2,000,000以下であることがより好ましく、1,000,000以下であることが更に好ましく、80,000以下であることが更により好ましく、60,000以下であることがより一層好ましい。
 重量平均分子量が上記下限以上であれば、機能層により優れた接着性を付与できる。また、全固体二次電池のサイクル特性をより向上できる。
 一方、共重合体の重量平均分子量が上記上限以下であれば、機能層により優れた接着性を付与できる。この理由は、共重合体の溶媒への溶解性がより向上して、機能性粒子等がより良好に分散したスラリー組成物が得られ得るところ、このようなスラリー組成物を機能層の形成に用いると、機能性粒子等がより良好に分散した機能層が形成されるためであると推察される。また、機能性粒子等が機能層中により良好に分散し得るため、全固体二次電池の内部抵抗をより低減でき、更に、全固体二次電池のサイクル特性をより向上できる。
 本明細書において、「重量平均分子量」は、実施例に記載の方法を用いて測定できる。
[分子量分布]
 共重合体の分子量分布は、1.5以上であることが好ましく、1.8以上であることがより好ましく、2.0以上であることが更に好ましく、6.0以下であることが好ましく、5.0以下であることがより好ましく、4.0以下であることが更に好ましい。
 共重合体の分子量分布が上記範囲内であれば、機能層により優れた接着性を付与できる。この理由は、共重合体の溶媒への溶解性がより向上して、機能性粒子等がより良好に分散したスラリー組成物が得られ得るところ、このようなスラリー組成物を機能層の形成に用いると、機能性粒子等がより良好に分散した機能層が形成されるためであると推察される。また、機能性粒子等が機能層中により良好に分散し得るため、全固体二次電池の内部抵抗をより低減でき、更に、全固体二次電池のサイクル特性をより向上できる。
 本明細書において、「分子量分布」は、数平均分子量に対する重量平均分子量の比(重量平均分子量/数平均分子量)を算出して求めることができる。また、「数平均分子量」は、ゲル浸透クロマトグラフィーを使用し、標準ポリスチレン換算値として測定できる。
 なお、共重合体の重量平均分子量及び数平均分子量は、例えば、共重合体の組成(各種の繰り返し単位の含有割合)、重合時に配合する分子量調整剤、及び共重合体の調製方法の条件(例えば、重合温度)の配合量によって制御することができる。
<<共重合体の含有割合>>
 バインダー組成物中における共重合体の含有割合は、バインダー組成物中の全成分(溶媒を含む)の合計を100質量%とした場合に、1質量%以上であることが好ましく、5質量%以上であることがより好ましく、8質量%以上であることが更に好ましく、30質量%以下であることが好ましく、20質量%以下であることがより好ましく、15質量%以下であることが更に好ましい。
<溶媒>
 本発明バインダー組成物に用いる溶媒は、炭素数6以上のエステル溶媒を含有し、任意で、炭素数6以上のエステル溶媒と相溶する他の溶媒(以下、「その他の溶媒」と称する場合がある。)を更に含有する。その他の溶媒としては、例えば、炭素数5以下のエステル溶媒、ケトン溶媒、アルコール溶媒等が挙げられる。
 炭素数6以上のエステル溶媒を含有する溶媒を用いれば、共重合体溶液のヘイズを良好に保つことができる。また、炭素数6以上のエステル溶媒を含有する溶媒を用いれば、溶媒と機能性粒子との副反応の発生が抑制され、その結果、全固体二次電池のサイクル特性を向上できる。
 ここで、炭素数6以上のエステル溶媒とは、該エステルの、カルボニル基の炭素原子を除いた炭素数の合計が6個以上のものを意味する。即ち、カルボニル基の炭素原子に結合している有機基(以下、「有機基A」と称する場合がある。)の炭素数と、非カルボニル性酸素原子に結合している有機基(以下、「有機基B」と称する場合がある。)の炭素数との合計が6個以上であることを意味する。例えば、イソ酪酸イソブチルは、有機基Aの炭素数が3であり、有機基Bの炭素数が4であるため、炭素数7のエステル溶媒である。有機基A及び/又は有機基Bは、置換基を有さない炭化水素基であることが好ましく、アルキル基であることがより好ましい。
 なお、上記エステル溶媒の炭素数は、共重合体溶液のヘイズが所定の範囲であれば特に限定されないが、例えば12以下であり、10以下でもよい。
 炭素数6以上のエステル溶媒としては、例えば、酪酸エチル、酪酸ブチル、イソ酪酸イソブチル、酢酸ペンチル、酢酸イソペンチル、カプロン酸エチル、酢酸オクチル、吉草酸ペンチル等が挙げられる。中でも、酪酸ブチル、イソ酪酸イソブチル及び酢酸オクチルが好ましく、酪酸ブチル及びイソ酪酸イソブチルがより好ましい。
 溶媒中におけるエステル溶媒の含有割合は、70質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることが更に好ましく、95質量%以上であることが更により好ましく、99質量%以上であることがより一層好ましく、100%であることが特に好ましい。即ち、該溶媒は、その他の溶媒を含有しないことが特に好ましい。
<ヘイズ>
 本発明のバインダー組成物において、共重合体の濃度が8質量%となるように溶媒に共重合体を溶解した場合に、得られる共重合体溶液のヘイズは、30%以上80%以下である。そして、共重合体溶液のヘイズは、40%以上であることが好ましく、50%以上であることがより好ましく、75%以下であることが好ましく、70%以下であることがより好ましい。
 共重合体溶液のヘイズが30%以上であれば、全固体二次電池の内部抵抗を低減しつつ、機能層に優れた接着性を付与できる。この理由は定かではないが、次の通りであると推察される。まず、共重合体溶液のヘイズが30%未満であるということは、共重合体の殆どが溶媒に溶解していることを意味し得るところ、このような共重合体及び溶媒を含むバインダー組成物を用いると、機能性粒子の表面の大部分が共重合体で覆われ、形成された機能層中では機能性粒子同士が共重合体を介して間接的に接触することになり、その結果、全固体二次電池の内部抵抗が上昇し得る。その一方で、本発明のバインダー組成物のように、共重合体溶液のヘイズが30%以上であれば、機能性粒子の表面が共重合体で適度に覆われ、形成された機能層中では機能性粒子同士が直接接触する部分が増加し、その結果、全固体二次電池の内部抵抗が低減されると推察される。また、機能層中では、機能性粒子同士が共重合体を介して間接的に接触する部分と、機能性粒子同士が直接接触する部分とのバランスが良好になり、その結果、機能層の優れた接着性が維持されると推察される。
 一方、共重合体溶液のヘイズが80%以下であれば、機能層に優れた接着性を付与できる。この理由は、共重合体の溶媒への溶解性が向上して、機能性粒子等が良好に分散したスラリー組成物が得られ得るところ、このようなスラリー組成物を機能層の形成に用いると、機能性粒子等が良好に分散した機能層が形成されるためであると推察される。また、機能性粒子等が機能層中に良好に分散し得るため、全固体二次電池の内部抵抗を低減でき、更に、全固体二次電池のサイクル特性を向上できる。
 なお、上記共重合体溶液のヘイズは、共重合体の組成(各種の繰り返し単位の含有割合)、溶媒の種類、及び重量平均分子量、並びに共重合体の調製方法の条件等によって調整することができる。
 そして、本発明のバインダー組成物は、上記した所定のヘイズを容易に満たすことが可能であることから、共重合体及び溶媒が、ニトリル基含有単量体単位と、共役ジエン単量体単位と、アルキレン構造単位と、C4-C9(メタ)アクリル酸エステル単量体単位とを含有し、ニトリル基含有単量体単位の含有割合が、共重合体中の全繰り返し単位を100質量%とした場合に、10質量%以上22質量%以下である、共重合体(以下、「共重合体A」と称する場合がある。)と、酪酸ブチル、イソ酪酸イソブチル、及び酢酸オクチルの何れかからなる溶媒(以下、「溶媒A」と称する場合がある。)と、の組み合わせであることが特に好ましい。
 更に、共重合体及び溶媒が、共重合体Aと溶媒Aとの組み合わせであれば、上記した所定のヘイズを容易に満たすことが可能であることに加えて、全固体二次電池の内部抵抗を特に低減しつつ、全固体二次電池用機能層に特に優れた接着性を付与できる。
<全固体二次電池用バインダー組成物の調製方法>
 バインダー組成物は、上述した共重合体を、炭素数6以上のエステル溶媒を含有する溶媒中に溶解又は分散させることにより調製することができる。具体的には、ボールミル、サンドミル、ビーズミル、顔料分散機、らい潰機、超音波分散機、ホモジナイザー、プラネタリーミキサー、フィルミックス等の混合機を用いて上述した共重合体と溶媒とを混合することにより、バインダー組成物を調製することができる。
 なお、共重合体が、その他の溶媒のみの分散液の状態として調製された場合には、溶媒交換を行うことにより本発明のバインダー組成物を得ることが好ましい。ここで、溶媒交換は、公知の方法により行うことができる。
(全固体二次電池用スラリー組成物)
 本発明の全固体二次電池用スラリー組成物は、機能性粒子と、本発明のバインダー組成物とを含み、任意で、導電材、その他の添加剤を更に含む。即ち、本発明のスラリー組成物は、機能性粒子と、上述した共重合体と、炭素数6以上のエステル溶媒を含有する溶媒を少なくとも含む。なお、スラリー組成物に含まれる溶媒は、全てがバインダー組成物由来のものでも、バインダー組成物由来の溶媒とは別に新たにスラリー組成物に加えられたものでもよい。
 本発明のバインダー組成物は、全固体二次電池の内部抵抗を低減しつつ、機能層に優れた接着性を付与できるため、このバインダー組成物を含むスラリー組成物も、全固体二次電池の内部抵抗を低減しつつ、機能層に優れた接着性を付与できる。
<機能性粒子>
 機能性粒子は、スラリー組成物を用いて形成される層に所定の機能を付与し得る粒子である。ここで、機能性粒子は、固体電解質粒子及び電極活物質粒子の少なくとも何れか一方の粒子であることが好ましい。機能性粒子が、固体電解質粒子及び電極活物質粒子の少なくとも何れか一方の粒子であれば、機能層に固体電解質層及び/又は電極合材層としての機能を付与できる。
 ここで、固体電解質層の形成に用いられ得るスラリー組成物(以下、「固体電解質層用スラリー組成物」と称する場合がある。)は、固体電解質粒子を含むが、通常は電極活物質粒子を含まず、好ましくは導電材を含まない。
 また、電極合材層の形成に用いられ得るスラリー組成物(以下、「電極合材層用スラリー組成物」と称する場合がある。)は、電極活物質粒子(正極活物質粒子,負極活物質粒子)を含み、任意で、固体電解質粒子、導電材を更に含む。より具体的には、正極合材層の形成に用いられ得るスラリー組成物(以下、「正極合材層用スラリー組成物」と称する場合がある。)は正極活物質粒子を含み、負極合材層の形成に用いられ得るスラリー組成物(以下、「負極合材層用スラリー組成物と称する場合がある。」は負極活物質粒子を含み、これらのスラリー組成物は、任意で、固体電解質粒子、導電材を更に含む。
<<固体電解質粒子>>
 固体電解質粒子は、通常、粉砕工程を経たものを用いるため粒子状であるが、完全な球形ではなく不定形である。一般に微粒子の大きさは、レーザー光を粒子に照射し散乱光を測定する方法等により測定されるが、この場合の粒子径は1個の粒子としては形状を球形と仮定した値である。複数の粒子をまとめて測定した場合、相当する粒子径の粒子の存在割合を粒度分布としてあらわすことができる。固体電解質層を形成する固体電解質粒子は、この方法で測定した値で、平均粒子径として示されることが多い。
 固体電解質粒子の平均粒子径は、機能層中のイオン伝導抵抗の観点から、好ましくは0.3μm以上5.0μm以下である。なお、固体電解質粒子の平均粒子径は、体積平均粒子径であって、レーザー回折法で測定された粒度分布(体積基準)において小径側から計算した累積体積が50%となる粒子径(D50)を差す。
 固体電解質粒子は、全固体リチウム二次電池の場合、リチウムイオンの伝導性を有していれば特に限定されないが、結晶性の無機リチウムイオン伝導体、又は非晶性の無機リチウムイオン伝導体を含むことが好ましい。
 結晶性の無機リチウムイオン伝導体としては、LiN、LISICON(Li14Zn(GeO)、ペロブスカイト型Li0.5La0.5TiO、LIPON(Li3+yPO4-x)、Thio-LISICON(Li3.25Ge0.250.75)等が挙げられる。
 非晶性の無機リチウムイオン伝導体としては、S(硫黄原子)を含有し、かつ、イオン伝導性を有するもの(硫化物固体電解質材料)が挙げられる。ここで、本発明のスラリー組成物を用いて得られる全固体二次電池が、全固体リチウム二次電池である場合、用いられる硫化物固体電解質材料として、LiSと、第13族~第15族の元素の硫化物とを含有する原料組成物を用いてなるものを挙げることができる。このような原料組成物を用いて硫化物固体電解質材料を合成する方法としては、例えば非晶質化法を挙げることができる。非晶質化法としては、例えば、メカニカルミリング法及び溶融急冷法を挙げることができ、中でもメカニカルミリング法が好ましい。メカニカルミリング法によれば、常温での処理が可能になり、製造工程の簡略化を図ることができるからである。
 上記第13族~第15族の元素としては、例えばAl、Si、Ge、P、As、Sb等を挙げることができる。また、第13族~第15族の元素の硫化物としては、具体的には、Al、SiS、GeS、P、P、As、Sb等を挙げることができる。中でも、第14族又は第15族の硫化物を用いることが好ましい。特に、LiSと、第13族~第15族の元素の硫化物とを含有する原料組成物を用いてなる硫化物固体電解質材料は、LiS-P材料、LiS-SiS材料、LiS-GeS材料又はLiS-Al材料であることが好ましく、LiS-P材料であることがより好ましい。これらは、Liイオン伝導性が優れているからである。
 また、硫化物固体電解質材料は、架橋硫黄を有することが好ましい。架橋硫黄を有することで、イオン伝導性が高くなるからである。なお、「架橋硫黄を有する」ことは、例えば、ラマン分光スペクトルによる測定結果、原料組成比、NMRによる測定結果等を考慮することでも判断することができる。
 LiS-P材料又はLiS-Al材料におけるLiSのモル分率は、より確実に架橋硫黄を有する硫化物固体電解質材料を得ることができる観点から、例えば50%以上74%以下の範囲内、中でも60%以上74%以下の範囲内であることが好ましい。
 また、硫化物固体電解質材料は、硫化物ガラスであってもよく、その硫化物ガラスを熱処理して得られる結晶化硫化物ガラスであってもよい。硫化物ガラスは、例えば、上述した非晶質化法により得ることができる。結晶化硫化物ガラスは、例えば、硫化物ガラスを熱処理することにより得ることができる。
 特に、硫化物固体電解質材料が、Li11で表される結晶化硫化物ガラスであることが好ましい。Liイオン伝導性が特に優れているからである。Li11を合成する方法としては、例えば、LiS及びPを、モル比70:30で混合し、ボールミルで非晶質化することで、硫化物ガラスを合成し、得られた硫化物ガラスを150℃以上360℃以下で熱処理することにより、Li11を合成することができる。
 また、非晶性の無機リチウムイオン伝導体としては、O(酸素原子)を含有し、かつ、イオン伝導性を有するもの(酸化物固体電解質材料)を用いることもできる。酸化物固体電解質材料としては、LiN、LISICON(Li14Zn(GeO)、ペロブスカイト型(例:Li0.5La0.5TiO)、ガーネット型(例:LiLaZr12)、LIPON(Li+yPO-xNx)、Thio-LISICON(Li3.25Ge0.250.75)等が挙げられる。
<<電極活物質粒子>>
 電極活物質粒子としては、一般的に、正極活物質粒子及び負極活物質粒子が挙げられる。ここで、正極活物質粒子は正極合材層用スラリー組成物に用いられ得るものであり、負極活物質粒子は負極合材層用スラリー組成物に用いられ得るものである。
[正極活物質粒子]
 正極活物質粒子は、正極活物質からなる粒子である。正極活物質は、全固体リチウム二次電池の場合、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な化合物である。正極活物質は、無機化合物からなるものと有機化合物からなるものとに大別される。
 無機化合物としては、遷移金属酸化物、リチウムと遷移金属との複合酸化物、遷移金属硫化物等が挙げられる。上記の遷移金属としては、Fe、Co、Ni、Mn等が使用される。無機化合物の具体例としては、LiCoO、LiNiO、LiMnO、LiMn、LiFePO、LiFeVO等のリチウム含有複合金属酸化物;TiS、TiS、非晶質MoS等の遷移金属硫化物;Cu、非晶質VO-P、MoO、V、V13等の遷移金属酸化物が挙げられる。これらの化合物は、部分的に元素置換したものであってもよい。
 有機化合物としては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセン、ジスルフィド系化合物、ポリスルフィド系化合物、N-フルオロピリジニウム塩等が挙げられる。正極活物質は、上記の無機化合物と有機化合物の混合物であってもよい。
 正極活物質粒子の平均粒子径は、負荷特性、サイクル特性等の電池特性の向上の観点、また、充放電容量が大きい全固体電解質二次電池を得ることができ、かつスラリー組成物の取扱い、及び正極を製造する際の取扱いが容易である観点から、通常0.1μm以下50μm以下、好ましくは1μm以下20μm以下である。平均粒子径は、レーザー回折で粒度分布を測定することにより求めることができる。
[負極活物質粒子]
 負極活物質粒子は、負極活物質からなる粒子である。負極活物質としては、グラファイトやコークス等の炭素の同素体が挙げられる。該炭素の同素体からなる負極活物質は、金属、金属塩、酸化物等との混合体や被覆体の形態で利用することも出来る。また、負極活物質としては、ケイ素、錫、亜鉛、マンガン、鉄、ニッケル等の酸化物や硫酸塩、金属リチウム、Li-Al、Li-Bi-Cd、Li-Sn-Cd等のリチウム合金、リチウム遷移金属窒化物、シリコン等を使用できる。金属材料の場合は金属箔又は金属板をそのまま電極として用いることができるが、粒子状でもよい。
 負極活物質粒子の平均粒子径は、初期効率、負荷特性、サイクル特性等の電池特性の向上の観点から、通常1μm以上50μm以下、好ましくは15μm以上30μm以下である。
<導電材>
 導電材は、通常、電極合材層における機能性粒子同士の電気的接触を促進するために配合され得る成分である。導電材としては、カーボンナノチューブ、カーボンブラック(例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック(登録商標)、ファーネスブラック等)、グラファイト、カーボンナノチューブ以外の炭素繊維、カーボンフレーク等の導電性炭素材料;各種金属のファイバー、箔等を用いることができる。
 これらは1種単独で、又は、2種以上を組み合わせて用いることができる。
<その他の添加剤>
 スラリー組成物に含まれ得るその他の添加剤としては、補強材等が挙げられる。
 補強材としては、各種の無機及び有機の球状、板状、棒状又は繊維状のフィラーが使用できる。
<スラリー組成物の固形分濃度>
 全固体二次電池用スラリー組成物の固形分濃度は、30質量%以上であることが好ましく、40質量%以上であることがより好ましく、80質量%以下であることが好ましく、70質量%以下であることがより好ましい。
 全固体二次電池用スラリー組成物の固形分濃度が上記範囲内であれば、電池反応を阻害せずに、機能層からの機能性粒子の脱落を効果的に抑制できる。
 固体電解質層用スラリー組成物の固形分濃度は、30質量%以上であることが好ましく、40質量%以上であることがより好ましく、80質量%以下であることが好ましく、70質量%以下であることがより好ましく、60質量%以下であることが更に好ましい。
 固体電解質層用スラリー組成物の固形分濃度が上記範囲内であれば、電池反応を阻害せずに、固体電解質層からの固体電解質粒子の脱落を効果的に抑制できる。
 正極合材層用スラリー組成物の固形分濃度は、30質量%以上であることが好ましく、40質量%以上であることがより好ましく、50質量%以上であることが更に好ましく、80質量%以下であることが好ましく、70質量%以下であることがより好ましい。
 正極合材層用スラリー組成物の固形分濃度が上記範囲内であれば、電池反応を阻害せずに、正極合材層からの正極活物質粒子及び固体電解質粒子の脱落を効果的に抑制できる。
 負極合材層用スラリー組成物の固形分濃度は、30質量%以上であることが好ましく、40質量%以上であることがより好ましく、50質量%以上であることが更に好ましく、80質量%以下であることが好ましく、70質量%以下であることがより好ましい。
 負極合材層用スラリー組成物の固形分濃度が上記範囲内であれば、電池反応を阻害せずに、負極合材層からの負極活物質粒子及び固体電解質粒子の脱落を効果的に抑制できる。
<各成分の含有量及び質量比率>
 全固体二次電池用スラリー組成物中における共重合体の含有量は、全固体二次電池用スラリー組成物中の固形分の合計を100質量部とした場合に、0.1質量部以上であることが好ましく、0.3質量部以上であることがより好ましく、0.5質量部以上であることが更に好ましく、10質量部以下であることが好ましく、5質量部以下であることがより好ましく、2質量部以下であることが更に好ましい。
 全固体二次電池用スラリー組成物中における共重合体の含有量が、全固体二次電池用スラリー組成物中の固形分の合計を100質量部とした場合に、上記範囲内であれば、電池反応を阻害せずに、機能層からの機能性粒子の脱落を効果的に抑制できる。
 固体電解質層用スラリー組成物中における共重合体の含有量は、固体電解質層用スラリー組成物中の固形分の合計を100質量部とした場合に、0.1質量部以上であることが好ましく、0.3質量部以上であることがより好ましく、0.5質量部以上であることが更に好ましく、10質量部以下であることが好ましく、3質量部以下であることがより好ましく、1.5質量部以下であることが更に好ましい。
 固体電解質層用スラリー組成物中における共重合体の含有量が、固体電解質層用スラリー組成物中の固形分の合計を100質量部とした場合に、上記範囲内であれば、電池反応を阻害せずに、固体電解質層からの固体電解質粒子の脱落を効果的に抑制できる。
 正極合材層用スラリー組成物中における共重合体の含有量は、正極合材層用スラリー組成物中の固形分の合計を100質量部とした場合に、0.1質量部以上であることが好ましく、0.3質量部以上であることがより好ましく、0.5質量部以上であることが更に好ましく、10質量部以下であることが好ましく、3質量部以下であることがより好ましく、1.5質量部以下であることが更に好ましい。
 正極合材層用スラリー組成物中における共重合体の含有量が、正極合材層用スラリー組成物中の固形分の合計を100質量部とした場合に、上記範囲内であれば、電池反応を阻害せずに、正極合材層からの正極活物質粒子及び固体電解質粒子の脱落を効果的に抑制できる。
 負極合材層用スラリー組成物中における共重合体の含有量は、負極合材層用スラリー組成物中の固形分の合計を100質量部とした場合に、0.1質量部以上であることが好ましく、0.5質量部以上であることがより好ましく、1質量部以上であることが更に好ましく、10質量部以下であることが好ましく、5質量部以下であることがより好ましく、2質量部以下であることが更に好ましい。
 負極合材層用スラリー組成物中における共重合体の含有量が、負極合材層用スラリー組成物中の固形分の合計を100質量部とした場合に、上記範囲内であれば、電池反応を阻害せずに、負極合材層からの負極活物質粒子及び固体電解質粒子の脱落を効果的に抑制できる。
 全固体二次電池用スラリー組成物中における全て機能性粒子の含有量は、全固体二次電池用スラリー組成物中の固形分の合計を100質量部とした場合に、80質量部以上であることが好ましく、90質量部以上であることがより好ましく、95質量部以上であることが更に好ましく、99.5質量部以下であることが好ましく、99質量部以下であることがより好ましい。
 固体電解質層用スラリー組成物中における固体電解質粒子の含有量は、固体電解質層用スラリー組成物中の固形分の合計を100質量部とした場合に、80質量部以上であることが好ましく、95質量部以上であることがより好ましく、97質量部以上であることが更に好ましく、99.5質量部以下であることが好ましく、99質量部以下であることがより好ましい。
 正極合材層スラリー組成物中における正極活物質粒子及び固体電解質粒子の含有量は、正極合材層スラリー組成物中の固形分の合計を100質量部とした場合に、80質量部以上であることが好ましく、90質量部以上であることがより好ましく、95質量部以上であることが更に好ましく、99.5質量部以下であることが好ましく、98質量部以下であることがより好ましい。
 正極活物質粒子と固体電解質粒子との質量比率は、好ましくは正極活物質粒子:固体電解質粒子=90:10~50:50、より好ましくは正極活物質粒子:固体電解質粒子=60:40~80:20である。
 正極活物質粒子の質量比率が上記範囲内であると、正極活物質粒子の質量比率が少なすぎるために、電池内の正極活物質粒子の質量が低減する結果、電池としての容量低下につながる、という現象を抑えることができる。また、固体電解質粒子の質量比率が少なすぎるために、導電性が十分に得られず正極活物質粒子を有効に利用することができない結果、電池としての容量低下につながる、という現象を抑えることができる。
 負極合材層スラリー組成物中における負極活物質粒子及び固体電解質粒子の含有量は、負極合材層スラリー組成物中の固形分の合計を100質量部とした場合に、80質量部以上であることが好ましく、90質量部以上であることがより好ましく、95質量部以上であることが更に好ましく、99.5質量部以下であることが好ましく、98質量部以下であることがより好ましい。
 負極活物質粒子と固体電解質粒子との質量比率は、好ましくは負極活物質粒子:固体電解質粒子=90:10~50:50、より好ましくは負極活物質粒子:固体電解質粒子=60:40~80:20である。
 負極活物質粒子の質量比率が上記範囲内であると、負極活物質粒子の質量比率が少なすぎるために、電池内の負極活物質粒子の質量が低減し、電池としての容量低下につながる、という現象を抑えることができる。また、固体電解質粒子の質量比率が少なすぎるために、十分な導電性が得られず負極活物質粒子を有効に利用できない結果、電池としての容量低下につながる、という現象を抑えることができる。
 全固体二次電池用スラリー組成物中における導電材の含有量は、全固体二次電池用スラリー組成物中の固形分の合計を100質量部とした場合に、0.5質量部以上であることが好ましく、1質量部以上であることがより好ましく、1.5質量部以上であることが更に好ましく、10質量部以下であることが好ましく、5質量部以下であることがより好ましく、2.5質量部以下であることが更に好ましい。
<全固体二次電池用スラリー組成物の調製方法>
 上述したスラリー組成物は、上記各成分を、炭素数6以上のエステル溶媒を含有する溶媒中に溶解又は分散させることにより調製することができる。例えば、上述したバインダー組成物に対して、機能性粒子、並びに、任意で、追加の炭素数6以上のエステル溶媒を含有する溶媒、導電材、その他の添加剤等を添加して、上述した既知の方法により混合し、スラリー組成物を調製することが好ましい。
(全固体二次電池用機能層)
 本発明の全固体二次電池用機能層は、本発明の二次電池用スラリー組成物を用いて形成された層である。即ち、全固体二次電池用機能層には、共重合体と、機能性粒子とが少なくとも含まれている。なお、機能層中に含まれている各成分は、上記スラリー組成物中に含まれていたもの(固形分)であり、それら各成分の好適な存在比は、スラリー組成物中の各成分(各固形分)の好適な存在比と同じである。
 本発明のスラリー組成物は、全固体二次電池の内部抵抗を低減しつつ、機能層に優れた接着性を付与できるため、このスラリー組成物を用いて形成された機能層は、全固体二次電池の内部抵抗を低減しつつ、優れた接着性を発揮し得る。
 ここで、機能層が固体電解質層である場合、固体電解質層は、共重合体と、固体電解質粒子とを含むが、通常は電極活物質粒子を含まず、好ましくは導電材を含まない。
 また、機能層が正極合材層である場合、正極合材層は、共重合体と、正極活物質粒子とを含み、任意で、固体電解質粒子、導電材を更に含む。
 更に、機能層が負極合材層である場合、負極合材層は、共重合体と、負極活物質粒子とを含み、任意で、固体電解質粒子、導電材を更に含む。
 機能層の厚さは、特に限定されるものではないが、20μm以上であることが好ましく、40μm以上であることがより好ましく、70μm以上であることが更に好ましく、200μm以下であることが好ましく、150μm以下であることがより好ましく、100μm以下であることが更に好ましい。
 機能層が固体電解質層である場合、固体電解質層の厚さは、特に限定されるものではないが、20μm以上であることが好ましく、40μm以上であることがより好ましく、70μm以上であることが更に好ましく、200μm以下であることが好ましい。
 機能層が正極合材層である場合、正極合材層の厚さは、特に限定されるものではないが、20μm以上であることが好ましく、40μm以上であることがより好ましく、200μm以下であることが好ましく、100μm以下であることがより好ましい。
 機能層が負極合材層である場合、負極合材層の厚さは、特に限定されるものではないが、20μm以上であることが好ましく、40μm以上であることがより好ましく、70μm以上であることが更に好ましく、200μm以下であることが好ましく、150μm以下であることがより好ましい。
<全固体二次電池用機能層の形成方法>
 機能層は、本発明のスラリー組成物を用いて、例えば、基材上に形成することができる。ここで、基材としては、例えば、集電体、電極等が挙げられる。
 ここで、スラリー組成物を用いて基材上に機能層を形成する方法としては、特に限定されず、例えば、
(A)スラリー組成物を基材の表面に塗布し、次いで乾燥する方法
(B)スラリー組成物を離型基材上に塗布し、乾燥して機能層を形成し、得られた機能層を基材上に転写する方法
が挙げられる。
 ここで、離型基材としては、特に限定されず、イミドフィルム等の既知の離型基材を用いることができる。
 スラリー組成物を基材又は剥離基材に塗布する方法としては、特に制限は無く、例えば、ドクターブレード法、リバースロール法、ダイレクトロール法、グラビア法、エクストルージョン法、ハケ塗り法等の方法が挙げられる。
 基材上又は剥離基材上のスラリー組成物を乾燥する方法としては、特に限定されず公知の方法を用いることができ、例えば温風、熱風、低湿風による乾燥、真空乾燥、赤外線や電子線等の照射による乾燥法が挙げられる。乾燥条件は特に限定されないが、乾燥温度は好ましくは50~150℃で、乾燥時間は好ましくは1~90分である。
(全固体二次電池)
 本発明の全固体二次電池は、本発明の全固体二次電池用機能層を備える。具体的に、本発明の全固体二次電池は、集電体上に正極合材層を有する正極と、集電体上に負極合材層を有する負極と、正極合材層と負極合材層との間に位置する固体電解質層とを備え、正極合材層、負極合材層及び固体電解質層の少なくとも何れか一層、好ましくは全ての層が本発明の機能層である。
 上記全固体二次電池であれば、内部抵抗が低減されつつ、電池材料同士が強固に接着された全固体二次電池とすることができる。
<固体電解質層>
 固体電解質層の組成については「全固体二次電池用機能層」の項で説明したため、ここでは記載を省略する。なお、正極合材層及び/又は負極合材層の形成に、本発明のスラリー組成物を用いた場合には、固体電解質層としては公知の固体電解質層を用いてもよい。
<正極合材層>
 正極合材層の組成については「全固体二次電池用機能層」の項で説明したため、ここでは記載を省略する。なお、固体電解質層及び/又は負極合材層の形成に、本発明のスラリー組成物を用いた場合には、正極合材層としては公知の正極合材層を用いてもよい。
<負極合材層>
 負極合材層の組成については「全固体二次電池用機能層」の項で説明したため、ここでは記載を省略する。なお、固体電解質層及び/又は正極合材層の形成に、本発明のスラリー組成物を用いた場合には、負極合材層としては公知の負極合材層を用いてもよい。
<集電体>
 集電体は、電気導電性を有し、且つ、電気化学的に耐久性のある材料であれば特に制限されないが、耐熱性を有する観点から、例えば、鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼、チタン、タンタル、金、白金等の金属材料が好ましい。中でも、正極用としてはアルミニウムが特に好ましく、負極用としては銅が特に好ましい。集電体の形状は特に制限されないが、厚さ0.001~0.5mm程度のシート状のものが好ましい。集電体は、上述した正・負極合材層との接着強度を高めるため、予め粗面化処理して使用するのが好ましい。粗面化方法としては、機械的研磨法、電解研磨法、化学研磨法等が挙げられる。機械的研磨法においては、研磨剤粒子を固着した研磨布紙、砥石、エメリバフ、鋼線等を備えたワイヤーブラシ等が使用される。
<各層の厚さ>
 全固体二次電池における機能層の厚さは、特に限定されるものではないが、16μm以上であることが好ましく、32μm以上であることがより好ましく、56μm以上であることが更に好ましく、160μm以下であることが好ましく、120μm以下であることがより好ましく、80μm以下であることが更に好ましい。
 全固体二次電池における固体電解質層の厚さは、特に限定されるものではないが、16μm以上であることが好ましく、32μm以上であることがより好ましく、56μm以上であることが更に好ましく、160μm以下であることが好ましい。
 全固体二次電池における正極合材層の厚さは、特に限定されるものではないが、16μm以上であることが好ましく、32μm以上であることがより好ましく、160μm以下であることが好ましく、80μm以下であることがより好ましい。
 全固体二次電池における負極合材層の厚さは、特に限定されるものではないが、16μm以上であることが好ましく、32μm以上であることがより好ましく、56μm以上であることが更に好ましく、160μm以下であることが好ましく、120μm以下であることがより好ましい。
<全固体二次電池の製造方法>
 全固体電池は、特に限定されることなく、正極、負極及び固体電解質層を任意の方法及び順番で作製して製造することができる。
 具体的には、全固体電池は、例えば、以下(a)~(d)の方法:
(a)正極合材層、固体電解質層及び負極合材層の積層順よりなる積層体を作製し、次いでこの積層体の両面に集電体を貼り合わせる方法
(b)個別に作製した正極、負極及び固体電解質層を貼り合わせる方法
(c)一方の電極の上で固体電解質層を形成して、固体電解質層付き電極を作製し、次いで他方の電極を貼り合わせる方法
(d)一方の集電体上に正極合材層、固体電解質層及び負極合材層の積層順よりなる積層体を作製し、次いで他方の集電体を貼り合わせる方法
により製造することができる。
 なお、(a)~(d)の方法において、積層体の作製、固体電解質層付き電極の作製、及び各層と集電体との貼り合わせでは、プレス処理を行ってもよい。プレス処理の際の圧力は、100MPa以上であることが好ましく、200MPa以上であることがより好ましく、300MPa以上であることが更に好ましく、700MPa以下であることが好ましく、600MPa以下であることがより好ましく、500MPa以下であることが更に好ましい。
 そして、以上のようにして得られた全固体二次電池の素子を、電池形状に応じてそのままの状態又は巻く、折る等して電池容器に入れ、封口して全固体二次電池が得られる。また、必要に応じてエキスパンドメタルや、ヒューズ、PTC素子等の過電流防止素子、リード板等を電池容器に入れ、電池内部の圧力上昇、過充放電の防止をする事もできる。電池の形状は、コイン型、ボタン型、シート型、円筒型、角形、扁平型等何れであってもよい。
 以下、本発明について実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、以下の説明において、量を表す「%」及び「部」は、特に断らない限り、質量基準である。
 また、複数種類の単量体を共重合して製造される共重合体において、ある単量体を重合して形成される単量体単位の該共重合体における割合は、別に断らない限り、通常は、その共重合体の重合に用いる全単量体に占める当該ある単量体の比率(仕込み比)と一致する。また、共重合体が、共役ジエン単量体単位を含有する共重合物を水素添加(水添)してなる水添共重合体である場合に、水添共重合体における、未水添の共役ジエン単量体単位と、水素添加された共役ジエン単量体単位としてのアルキレン構造単位との合計含有割合は、共重合物の重合に用いた全単量体に占める、共役ジエン単量体の比率(仕込み比)と一致する。
 実施例及び比較例において、下記の方法で、各種の測定及び評価を行った。
<共重合体の組成>
 実施例及び比較例で得られた、共重合体溶液(バインダー組成物)100gを、メタノール1Lで凝固させた後、温度60℃で12時間真空乾燥した。得られた乾燥共重合体を1H-NMRで分析した。得られた分析値に基づいて、共重合体に含まれる各単量体単位及び構造単位の含有割合(質量%)を算出した。
<共重合体の重量平均分子量及び分子量分布>
 共重合体の重量平均分子量(Mw)を、濃度10mMのLiBr-DMF溶液を使用し、下記の測定条件でゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)より測定した。また、共重合体の数平均分子量(Mn)も同様の方法で測定し、分子量分布(Mw/Mn)を算出した。
・分離カラム:Shodex KD-806M(昭和電工株式会社製)
・検出器:示差屈折計検出器 RID-10A(株式会社島津製作所製)
・溶離液の流速:0.3mL/分
・カラム温度:40℃
・標準ポリマー:TSK 標準ポリスチレン(東ソー株式会社製)
<共重合体のTHF不溶分率>
 実施例及び比較例で得られた、共重合体溶液(バインダー組成物)を、湿度50%、23℃~25℃の環境下で乾燥させて、厚み3±0.3mmのフィルムを作製した。次いで、作製したフィルムを5mm角に裁断してフィルム片を用意した。これらのフィルム片約1gを精秤し、精秤されたフィルム片の重量をW0とした。そして、精秤したフィルム片を、バインダー組成物のTHF(温度25℃)100gに24時間浸漬した。24時間浸漬後、THFからフィルム片を引き揚げ、引き揚げたフィルム片を105℃で3時間真空乾燥して、その重量(不溶分の重量)W1を精秤した。そして、下記式に従って、THF不溶分率(%)を算出した。
 THF不溶分率(%)=W1/W0×100
<共重合体のヨウ素価>
 実施例及び比較例で得られた共重合体溶液(バインダー組成物)100gを、メタノール1Lで凝固させた後、温度60℃で12時間真空乾燥した。そして、得られた乾燥共重合体のヨウ素価を、JIS K6235(2006)に従って測定した。
<共重合体溶液(バインダー組成物)のヘイズ>
 実施例及び比較例で得られた、共重合体溶液(バインダー組成物)に対して、共重合体溶液の調製で用いた溶媒(バインダー組成物の溶媒)を更に添加して、共重合体の濃度が8質量%となるように調整した。なお、共重合体溶液における共重合体の濃度が8質量%未満の場合には、溶媒を蒸発させる等して共重合体の濃度を調整する。また、共重合体を調製する際の溶媒が、バインダー組成物の溶媒と異なる場合には溶媒交換等を行う。
 ヘイズメーター(製品名「NDH7000SP」、日本電色工業社製、JIS K 7136:2000に準拠した装置)を用い、25℃条件下で、液体測定用ガラスセルに共重合体溶液の調製で用いた溶媒を入れて標準校正をしたのち、ガラスセルに、上記で得られた濃度8質量%の共重合体溶液を入れて、この共重合体溶液のヘイズを測定した。
<正極合材層の接着性>
 実施例及び比較例で得られた正極を幅1.0cm×長さ10cmの矩形に切り出し、試験片とした。この試験片の正極合材層側表面にセロハンテープ(JIS Z1522に規定されるもの)を貼り付けた後、試験片の一端からセロハンテープを50mm/分の速度で180°方向に引き剥がしたときの応力を測定した。測定を計3回行い、その平均値を求めてこれをピール強度(N/m)とし、下記の基準で評価した。ピール強度が大きいほど、正極合材層が接着性に優れ、集電体と強固に接着していることを示す。
 A+:ピール強度が3N/m以上
 A:ピール強度が2N/m以上3N/m未満
 B:ピール強度が1.5N/m以上2N/m未満
 C:ピール強度が1.5N/m以上1N/m未満
 D:ピール強度が1N/m未満
<負極合材層の接着性>
 実施例及び比較例で得られた負極を幅1.0cm×長さ10cmの矩形に切り出し、試験片とした。この試験片の負極合材層側表面にセロハンテープ(JIS Z1522に規定されるもの)を貼り付けた後、試験片の一端からセロハンテープを50mm/分の速度で180°方向に引き剥がしたときの応力を測定した。測定を計3回行い、その平均値を求めてこれをピール強度(N/m)とし、下記の基準で評価した。ピール強度が大きいほど、負極合材層が接着性に優れ、集電体と強固に接着していることを示す。
 A+:ピール強度が5N/m以上
 A:ピール強度が4N/m以上5N/m未満
 B:ピール強度が3N/m以上4N/m未満
 C:ピール強度が2N/m以上3N/m未満
 D:ピール強度が2N/m未満
<全固体二次電池のIV抵抗>
 実施例及び比較例で得られた全固体二次電池を、25℃雰囲気下、1C(Cは定格容量(mA)/1h(時間)で表される数値)でSOC(State Of Charge:充電深度)50%まで充電した。次いで、SOCの50%を中心として0.1C、0.2C、0.5C、1C、2Cで30秒間充電と30秒間放電とをそれぞれ行い、放電側における10秒後の電池電圧を電流値に対してプロットし、その傾きをIV抵抗(Ω)(放電時IV抵抗)として求めた。得られたIV抵抗の値(Ω)について、以下の基準で評価した。IV抵抗の値が小さいほど、全固体二次電池の内部抵抗が少ないことを示す。
 A:IV抵抗が80Ω以下
 B:IV抵抗が80Ω超90Ω以下
 C:IV抵抗が90Ω超100Ω以下
 D:IV抵抗が100Ω超
<全固体二次電池のサイクル特性>
 実施例及び比較例で得られた全固体二次電池を、25℃で0.2Cで3Vから4.2Vまで充電し、次いで0.2Cで4.2Vから3Vまで放電する充放電を、50サイクル繰り返し行った。1サイクル目の0.2C放電容量に対する50サイクル目の0.2C放電容量の割合を百分率で算出した値を容量維持率とし、以下の基準で評価した。容量維持率の値が大きいほど、放電容量減が少なく、全固体二次電池がサイクル特性に優れることを意味する。
 A:容量維持率が90%以上
 B:容量維持率が80%以上90%未満
 C:容量維持率が70%以上80%未満
 D:容量維持率が70%未満
(実施例1)
<共重合体溶液(バインダー組成物)の調製>
 反応器に、イオン交換水200部、乳化剤としてドデシルジフェニルエーテルスルホン酸ナトリウム2.5部、単量体組成物として、アクリロニトリル(ニトリル基含有単量体)18部、1,3-ブタジエン(共役ジエン単量体)42部、n-ブチルアクリレート(C4-C9(メタ)アクリル酸エステル単量体)35部、及び1,4-シクロヘキサンジメタノールモノアクリレート(親水性基含有単量体)5部を含む組成物、並びに分子量調整剤としてt-ドデシルメルカプタン0.2部を加えた。次いで、ここに、鉄系化合物を含むレドックス重合開始剤としてのクメンハイドロパーオキサイド0.06部及び硫酸第一鉄0.025部を加え、10℃で単量体組成物の乳化重合を開始させた。重合転化率が80%になった時点で、単量体組成物100部あたり0.2部のヒドロキシルアミン硫酸塩を添加して重合を停止させた。
 重合停止後、得られた生成物を加温し、減圧下、80℃で水蒸気蒸留を行って未反応単量体を除去した後、残存液に老化防止剤としてアルキル化フェノールを2部添加し、共重合体ラテックス(粒子状の水添前共重合体の水分散液)を得た。
 そして得られた水分散液中の共重合体固形分100部に対して、0.6部の硫酸アルミニウム(凝固剤)の10%水溶液を撹拌しながら加え、水分散液中の共重合体を凝固させた。その後、これを濾別し、得られた濾物に対して50倍量のイオン交換水で通水して濾物を水洗し、水添前共重合体を得た。
 次いで、水素化方法として、油層水素化法を採用し、上記水添前共重合体を水素化した。具体的には、まず、水添前共重合体の濃度が10%となるようにアセトンに溶解し、水素化対象物(水添前共重合体)のアセトン溶液を得た。この溶液をオートクレーブに入れ、この溶液に、水素化対象物100%に対して、500質量ppmのパラジウム・シリカ触媒を加えた。その後、水素ガスで3MPaまで加圧した状態でオートクレーブの内容物(溶液)を50℃に加温した。この温度を6時間保ち、水添前共重合体の水素添加反応を行い、水素添加反応物を得た。水素添加反応終了後、パラジウム・シリカ触媒を濾別し、目的とする共重合体(アセトン溶液)を得た。
 次いで、得られた共重合体のアセトン溶液に、イソ酪酸イソブチルを適量添加して混合物を得た。その後、80℃にて減圧蒸留を実施して混合物からアセトン及び過剰量のイソ酪酸イソブチルを除去して、アセトンからイソ酪酸イソブチルへ溶媒交換を行い、共重合体溶液として、固形分濃度が10%の共重合体のイソ酪酸イソブチル溶液(バインダー組成物)を得た。得られた共重合体溶液(バインダー組成物)を用いて、共重合体の組成、共重合体の重量平均分子量及び分子量分布、共重合体のTHF不溶分率、共重合体のヨウ素価、並びに共重合体溶液のヘイズを測定した。結果を表1に示す。
<正極合材層用スラリー組成物の調製>
 正極活物質粒子としてのコバルト酸リチウム(個数平均粒子径:11.5μm)72部と、無機固体電解質粒子としてのLiSとPとからなる硫化物ガラス(LiS/P=70mol%/30mol%、個数平均粒子径:0.9μm)24.9部と、導電材としてのアセチレンブラック2.5部と、上述のようにして得られたバインダー組成物0.6部(固形分相当量)とを混合し、さらに溶媒としてイソ酪酸イソブチルを加えて固形分濃度80%に調整した後にプラネタリーミキサーで60分間混合した。その後、さらにイソ酪酸イソブチルを加えて固形分濃度60%に調整した後に10分間混合して正極合材層用スラリー組成物を調製した。
<負極合材層用スラリー組成物の調製>
 負極活物質粒子としてのグラファイト(個数平均粒子径:20μm)65部と、無機固体電解質粒子としてのLiSとPとからなる硫化物ガラス(LiS/P=70mol%/30mol%、個数平均粒子径:0.9μm)32部と、導電材としてのアセチレンブラック1.5部と、上述のようにして得られたバインダー組成物1.5部(固形分相当量)とを混合し、さらに溶媒としてイソ酪酸イソブチルを加えて固形分濃度65%に調整した後にプラネタリーミキサーで60分間混合した。その後、さらにイソ酪酸イソブチルを加えて固形分濃度60%に調整した後にプラネタリーミキサーで混合して負極合材層用スラリー組成物を調製した。
<固体電解質層用スラリー組成物の調製>
 アルゴンガス雰囲気下のグローブボックス(水分濃度:0.6ppm、酸素濃度:1.8ppm)で、無機固体電解質粒子としてのLiSとPとからなる硫化物ガラス(LiS/P=70mol%/30mol%、個数平均粒子径:0.9μm)99.0部と、上述のようにして得られたバインダー組成物1.0部(固形分相当量)とを混合し、さらに、溶媒としてのイソ酪酸イソブチルを加えて、固形分濃度60%に調整した後にプラネタリーミキサーで60分間混合した。その後、さらにイソ酪酸イソブチルを加えて固形分濃度50%に調整した後にプラネタリーミキサーで混合して、固体電解質層用スラリー組成物を調製した。
<正極の作製>
 集電体(アルミ箔、厚さ:20μm)表面に上記正極合材層用スラリー組成物を塗布し、乾燥(温度120℃、60分間)させて厚さが75μmの正極合材層を形成し、正極を得た。得られた正極を用いて、正極合材層の接着性を評価した。結果を表1に示す。
<負極の作製>
 集電体(銅箔、厚さ:15μm)表面に上記負極合材層用スラリー組成物を塗布し、乾燥(温度120℃、60分間)させて厚さが90μmの負極合材層を形成し、負極を得た。得られた負極を用いて、負極合材層の接着性を評価した。結果を表1に示す。
<全固体二次電池の製造>
 イミドフィルム(厚さ:25μm)に、上記固体電解質層用スラリー組成物を塗布し、乾燥(温度120℃、60分間)させて厚さが150μmの固体電解質層を形成した。イミドフィルム上の固体電解質層と正極を、固体電解質層と正極合材層とが接するように貼り合わせ、400MPaの圧力(プレス圧)が加わるようにプレス処理を行い、固体電解質層をイミドフィルムから正極合材層上に転写することで、固体電解質層付き正極を得た。
 上記固体電解質層付き正極と負極とを、固体電解質層付き正極の固体電解質層と負極の負極合材層とが接するように貼り合わせ、固体電解質層付き正極の固体電解質層に400MPaの圧力(プレス圧)が加わるようにしてプレス処理を行い、全固体二次電池(積層順:アルミ箔/正極合材層/固体電解質層/負極合材層/銅箔)を得た。プレス後の全固体二次電池の固体電解質層の厚さは、120μmであった。この全固体二次電池について、IV抵抗及びサイクル特性を評価した。結果を表1に示す。
(実施例2)
 共重合体溶液(バインダー組成物)の調製において、単量体組成物として、アクリロニトリル(ニトリル基含有単量体)18部、1,3-ブタジエン(共役ジエン単量体)44部、n-ブチルアクリレート(C4-C9(メタ)アクリル酸エステル単量体)35部、及びメタアクリル酸-2-ヒドロキシエチル(親水性基含有単量体)3部を含む組成物を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、各種操作、測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例3)
 共重合体溶液(バインダー組成物)の調製において、単量体組成物として、アクリロニトリル(ニトリル基含有単量体)15部、1,3-ブタジエン(共役ジエン単量体)40部、n-ブチルアクリレート(C4-C9(メタ)アクリル酸エステル単量体)30部、1,4-シクロヘキサンジメタノールモノアクリレート(親水性基含有単量体)5部、及びスチレン(芳香族ビニル単量体)10部を含む組成物を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、各種操作、測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例4)
 共重合体溶液(バインダー組成物)の調製、正極合材層用スラリー組成物の調製、負極合材層用スラリー組成物の調製、及び固体電解質層用スラリー組成物の調製において、イソ酪酸イソブチルに替えて酪酸ブチルを用いたこと以外は、実施例1と同様にして、各種操作、測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例5)
 共重合体溶液(バインダー組成物)の調製において、単量体組成物として、アクリロニトリル(ニトリル基含有単量体)13部、1,3-ブタジエン(共役ジエン単量体)47部、n-ブチルアクリレート(C4-C9(メタ)アクリル酸エステル単量体)35部、及び1,4-シクロヘキサンジメタノールモノアクリレート(親水性基含有単量体)5部を含む組成物を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、各種操作、測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例6)
 共重合体溶液(バインダー組成物)の調製において、単量体組成物として、アクリロニトリル(ニトリル基含有単量体)21部、1,3-ブタジエン(共役ジエン単量体)39部、n-ブチルアクリレート(C4-C9(メタ)アクリル酸エステル単量体)35部、及び1,4-シクロヘキサンジメタノールモノアクリレート(親水性基含有単量体)5部を含む組成物を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、各種操作、測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例7)
 共重合体溶液(バインダー組成物)の調製において、乳化重合の重合温度を10℃から8℃に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、各種操作、測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例8)
 共重合体溶液(バインダー組成物)の調製において、乳化重合の重合温度を10℃から15℃に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、各種操作、測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例9)
 共重合体溶液(バインダー組成物)の調製、正極合材層用スラリー組成物の調製、負極合材層用スラリー組成物の調製、及び固体電解質層用スラリー組成物の調製において、イソ酪酸イソブチルに替えて酢酸オクチルを用いたこと以外は、実施例1と同様にして、各種操作、測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例10)
 共重合体溶液(バインダー組成物)の調製において、単量体組成物として、アクリロニトリル(ニトリル基含有単量体)18部、1,3-ブタジエン(共役ジエン単量体)32部、n-ブチルアクリレート(C4-C9(メタ)アクリル酸エステル単量体)45部、及び1,4-シクロヘキサンジメタノールモノアクリレート(親水性基含有単量体)5部を含む組成物を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、各種操作、測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例11)
 共重合体溶液(バインダー組成物)の調製において、単量体組成物として、アクリロニトリル(ニトリル基含有単量体)18部、1,3-ブタジエン(共役ジエン単量体)52部、n-ブチルアクリレート(C4-C9(メタ)アクリル酸エステル単量体)25部、及び1,4-シクロヘキサンジメタノールモノアクリレート(親水性基含有単量体)5部を含む組成物を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、各種操作、測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例12)
 共重合体溶液(バインダー組成物)の調製において、パラジウム・シリカ触媒の使用量を500質量ppmから200質量ppmに変更したこと以外は、実施例1と同様にして、各種操作、測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例13)
 共重合体溶液(バインダー組成物)の調製において、パラジウム・シリカ触媒の使用量を500質量ppmから2000質量ppmに変更したこと以外は、実施例1と同様にして、各種操作、測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例14)
 共重合体溶液(バインダー組成物)の調製において、単量体組成物として、アクリロニトリル(ニトリル基含有単量体)17部、1,3-ブタジエン(共役ジエン単量体)48部、及びn-ブチルアクリレート(C4-C9(メタ)アクリル酸エステル単量体)35部を含む組成物を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、各種操作、測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例15)
 共重合体溶液(バインダー組成物)の調製において、単量体組成物として、アクリロニトリル(ニトリル基含有単量体)15部、1,3-ブタジエン(共役ジエン単量体)49部、n-ブチルアクリレート(C4-C9(メタ)アクリル酸エステル単量体)30部、1,4-シクロヘキサンジメタノールモノアクリレート(親水性基含有単量体)4部、及びメタクリル酸(親水性基含有単量体)2部を含む組成物を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、各種操作、測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
(比較例1)
 共重合体溶液(バインダー組成物)の調製において、単量体組成物として、アクリロニトリル(ニトリル基含有単量体)8部、1,3-ブタジエン(共役ジエン単量体)52部、n-ブチルアクリレート(C4-C9(メタ)アクリル酸エステル単量体)35部、及び1,4-シクロヘキサンジメタノールモノアクリレート(親水性基含有単量体)5部を含む組成物を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、各種操作、測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
(比較例2)
 共重合体溶液(バインダー組成物)の調製において、単量体組成物として、アクリロニトリル(ニトリル基含有単量体)28部、1,3-ブタジエン(共役ジエン単量体)32部、n-ブチルアクリレート(C4-C9(メタ)アクリル酸エステル単量体)35部、及び1,4-シクロヘキサンジメタノールモノアクリレート(親水性基含有単量体)5部を含む組成物を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、各種操作、測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
(比較例3)
 共重合体溶液(バインダー組成物)の調製において、乳化重合の重合温度を10℃から6℃に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、各種操作、測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
(比較例4)
 共重合体溶液(バインダー組成物)の調製において、乳化重合の重合温度を10℃から20℃に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、各種操作、測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
(比較例5)
 共重合体溶液(バインダー組成物)の調製、正極合材層用スラリー組成物の調製、負極合材層用スラリー組成物の調製、及び固体電解質層用スラリー組成物の調製において、イソ酪酸イソブチルに替えてキシレンを用いたこと以外は、実施例1と同様にして、各種操作、測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
(比較例6)
 共重合体溶液(バインダー組成物)の調製、正極合材層用スラリー組成物の調製、負極合材層用スラリー組成物の調製、及び固体電解質層用スラリー組成物の調製において、イソ酪酸イソブチルに替えてシクロペンチルメチルエーテルを用いたこと以外は、実施例1と同様にして、各種操作、測定及び評価を行った。結果を表1に示す。
 なお、表1中、
「C4-C9(メタ)アクリル酸エステル単量体単位」は、炭素数4以上9以下のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を示し、
「AN」は、アクリロニトリル単位を示し、
「BD」は、1,3-ブタジエン単位を示し、
「H-BD」は、1,3-ブタジエン水素化物単位を示し、
「BA」は、n-ブチルアクリレート単位を示し、
「CHDMMA」は、1,4-シクロヘキサンジメタノールモノアクリレート単位を示し、
「HEMA」は、メタアクリル酸-2-ヒドロキシエチル単位を示し、
「MAA」は、メタクリル酸単位を示し、
「St」は、スチレン単位を示し、
「CPME」は、シクロペンチルメチルエーテルを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1からも明らかなように、実施例1~15は、全固体二次電池の内部抵抗が低減されていると共に、全固体二次電池用機能層が優れた接着性を有していることが分かる。
 本発明によれば、全固体二次電池の内部抵抗を低減しつつ、全固体二次電池用機能層に優れた接着性を付与することが可能な全固体二次電池用バインダー組成物を提供できる。
 また、本発明によれば、全固体二次電池の内部抵抗を低減しつつ、全固体二次電池用機能層に優れた接着性を付与することが可能な全固体二次電池用スラリー組成物を提供できる。
 また、本発明によれば、全固体二次電池の内部抵抗を低減しつつ、優れた接着性を発揮し得る全固体二次電池用機能層を提供できる。
 また、本発明によれば、内部抵抗が低減されつつ、電池材料同士が強固に接着された全固体二次電池を提供できる。

Claims (10)

  1.  ニトリル基含有単量体単位を含有する共重合体と、溶媒とを含む、全固体二次電池用バインダー組成物であって、
     前記溶媒が、炭素数6以上のエステル溶媒を含有し、
     前記共重合体中の前記ニトリル基含有単量体単位の含有割合が、前記共重合体中の全繰り返し単位を100質量%とした場合に、10質量%以上22質量%以下であり、
     前記共重合体のテトラヒドロフラン不溶分率が、0.5質量%以上3質量%以下であり、
     前記共重合体の濃度が8質量%となるように前記溶媒に前記共重合体を溶解した場合に、得られる共重合体溶液のヘイズが、30%以上80%以下である、全固体二次電池用バインダー組成物。
  2.  前記共重合体のヨウ素価が、0.5mg/100mg以上30mg/100mg以下である、請求項1に記載の全固体二次電池用バインダー組成物。
  3.  前記共重合体が、アルキレン構造単位を更に含有し、
     前記のアルキレン構造単位が、1,3-ブタジエン水素化物単位であり、
     前記ニトリル基含有単量体単位が、アクリロニトリル単位である、請求項1又は2に記載の全固体二次電池用バインダー組成物。
  4.  前記共重合体が、炭素数4以上9以下のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を含有する、請求項1~3の何れかに記載の全固体二次電池用バインダー組成物。
  5.  前記共重合体中の前記炭素数4以上9以下のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の含有割合が、前記共重合体中の全繰り返し単位を100質量%とした場合に、25質量%以上45質量%以下である、請求項4に記載の全固体二次電池用バインダー組成物。
  6.  前記共重合体が、親水性基を有する、請求項1~5の何れかに記載の全固体二次電池用バインダー組成物。
  7.  機能性粒子と、請求項1~6の何れかに記載の全固体二次電池用バインダー組成物とを含む、全固体二次電池用スラリー組成物。
  8.  前記機能性粒子が、固体電解質粒子及び電極活物質粒子の少なくとも何れか一方の粒子である、請求項7に記載の全固体二次電池用スラリー組成物。
  9.  請求項7又は8に記載の全固体二次電池用スラリー組成物を用いて形成された、全固体二次電池用機能層。
  10.  請求項9に記載の全固体二次電池用機能層を備える、全固体二次電池。
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