WO2024135572A1 - 非水系二次電池電極スラリー、非水系二次電池電極、及び非水系二次電池 - Google Patents

非水系二次電池電極スラリー、非水系二次電池電極、及び非水系二次電池 Download PDF

Info

Publication number
WO2024135572A1
WO2024135572A1 PCT/JP2023/045123 JP2023045123W WO2024135572A1 WO 2024135572 A1 WO2024135572 A1 WO 2024135572A1 JP 2023045123 W JP2023045123 W JP 2023045123W WO 2024135572 A1 WO2024135572 A1 WO 2024135572A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
mass
structural unit
less
secondary battery
binder polymer
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/045123
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
勇汰 川原
亮介 池端
Original Assignee
株式会社レゾナック
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社レゾナック filed Critical 株式会社レゾナック
Publication of WO2024135572A1 publication Critical patent/WO2024135572A1/ja

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139Processes of manufacture
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • 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 non-aqueous secondary battery electrode slurry, a non-aqueous secondary battery electrode, and a non-aqueous secondary battery.
  • a nonaqueous secondary battery for example, has a configuration including a positive electrode with a metal oxide or the like as an active material, a negative electrode with a carbon material such as graphite as an active material, and an electrolyte.
  • a nonaqueous secondary battery is a secondary battery in which ions move between the positive and negative electrodes to charge and discharge the battery.
  • Non-aqueous secondary batteries are used as power sources for notebook computers, mobile phones, power tools, electronic and communication devices, etc., due to their small size and light weight. Recently, they have also been used in electric and hybrid vehicles, due to their application to environmentally friendly vehicles. In this context, there is a strong demand for non-aqueous secondary batteries with higher output, higher capacity, and longer life.
  • an electrode active material layer is formed on a metal current collector.
  • metal foils such as aluminum and copper are used as current collectors.
  • the electrode active material layer contains an electrode active material, a binder, and, if necessary, a conductive assistant.
  • the electrode active material is a material that can insert and remove ions that become charge carriers.
  • the binder has the role of binding active materials together and between the active material and the current collector.
  • a slurry in which an electrode binder and an electrode active material are dissolved or dispersed in water is applied to the surface of a current collector and then dried to form an electrode active material layer on the current collector.
  • Patent Document 1 describes a slurry for lithium ion secondary battery electrodes obtained by using a binder for lithium ion secondary battery electrodes, an electrode active material, and carboxymethyl cellulose. It also describes that the binder for lithium ion secondary battery electrodes is obtained by emulsion polymerization of an ethylenically unsaturated monomer containing styrene, an ethylenically unsaturated carboxylic acid ester, an ethylenically unsaturated carboxylic acid, and an internal crosslinking agent.
  • Patent Document 2 also describes a secondary battery electrode having an electrode layer containing at least one polymer selected from the group consisting of styrene-butadiene copolymers and copolymers obtained from (meth)acrylic acid esters and vinyl monomers having an acid component, and a specific nonionic surfactant.
  • the electrode slurry is required to be capable of forming an electrode active material layer with high peel strength against the current collector.
  • the electrode slurry is required to reduce the resistance of the electrodes produced using it, i.e., to be able to produce batteries with low internal resistance using the electrode slurry.
  • the viscosity of the electrode slurry affects the thickness of the electrode active material layer and the surface condition of the electrode active material layer. In order to stabilize these qualities, it is possible to suppress the viscosity change with respect to the shear rate in the electrode slurry.
  • the electrode slurry in order to improve the dispersibility of the components in the electrode slurry and to give the electrode slurry a viscosity suitable for coating, components such as thickeners are often added to the electrode slurry. This makes the electrode slurry more likely to behave as a non-Newtonian fluid. In other words, the electrode slurry tends to have a large change in viscosity with respect to shear rate.
  • the present disclosure therefore aims to provide an electrode slurry that can form an electrode active material layer with high peel strength against a current collector, can produce a battery with low internal resistance, and has small fluctuations in viscosity with respect to changes in shear rate.
  • the present disclosure also aims to provide a nonaqueous secondary battery electrode having an electrode active material layer with high peel strength against a current collector, and a nonaqueous secondary battery with low internal resistance.
  • a1 aromatic ethylenically unsaturated compound
  • a1 aromatic ethylenically unsaturated compound having one independent ethylenically unsaturated bond
  • the cellulose derivative (B) has a degree of etherification of 0.50 or more and 1.0 or less and a weight
  • the cellulose derivative (B) includes at least one selected from the group consisting of carboxymethyl cellulose and salts thereof.
  • a non-aqueous secondary battery electrode comprising a current collector and an electrode active material layer formed on the current collector, the electrode active material layer containing a binder polymer (A), a cellulose derivative (B), and an electrode active material (C), the binder polymer (A) having a first structural unit derived from an aromatic ethylenically unsaturated compound (a1), which is a nonionic aromatic compound having one independent ethylenically unsaturated bond, and the cellulose derivative (B) having a degree of etherification of 0.50 or more and 1.2 or less and a weight average molecular weight of 100,000 or more and 700,000 or less.
  • a non-aqueous secondary battery comprising the non-aqueous secondary battery electrode according to [13].
  • the present disclosure it is possible to form an electrode active material layer that has high peel strength against the current collector, to manufacture a battery with low internal resistance, and to provide an electrode slurry that exhibits small changes in viscosity with respect to changes in shear rate.
  • the present disclosure can provide a non-aqueous secondary battery electrode having an electrode active material layer that has high peel strength against the current collector, and a non-aqueous secondary battery with low internal resistance.
  • 1 is a graph showing the relationship between shear rate and viscosity of electrode slurries according to an example and a comparative example of the present disclosure.
  • 13 is a graph showing the relationship between shear rate and viscosity of electrode slurries according to another example and another comparative example of the present disclosure.
  • nonaqueous secondary battery electrode slurry a nonaqueous secondary battery electrode, and a nonaqueous secondary battery are described as embodiments of the present disclosure. Note that the present disclosure is not limited to the embodiments described below. In the following embodiments, the components (including element steps, etc.) are not essential unless otherwise specified. The same applies to numerical values and their ranges, and do not limit the present disclosure.
  • (Meth)acrylic is a general term for acrylic and methacrylic
  • (meth)acrylate is a general term for acrylate and methacrylate.
  • ethylenically unsaturated bond refers to an ethylenically unsaturated bond that is radically polymerizable.
  • a structural unit derived from a compound having an ethylenically unsaturated bond is one in which the chemical structure of the part other than the ethylenically unsaturated bond of the compound is the same as the chemical structure of the part of the polymer other than the part corresponding to the ethylenically unsaturated bond of the structural unit.
  • a structural unit derived from styrene has the structure -CH2CH ( C6H5 (phenyl group))- in a polymer.
  • the structural unit is called based on the structure of the polymer.
  • this structural unit is considered to be a structural unit derived from acrylic acid.
  • Multiple independent ethylenically unsaturated bonds refers to multiple ethylenically unsaturated bonds that do not form a conjugated diene with each other. In other words, when two double bonds form one conjugated diene structure, the one conjugated diene structure contains one ethylenically unsaturated bond.
  • Non-volatile content refers to the components remaining after weighing 1 g of the mixture into an aluminum dish with a diameter of 5 cm and drying it for 1 hour at 105°C with air circulating in a dryer at 1 atmosphere (1013 hPa).
  • the mixture may be in the form of a solution, dispersion, slurry, etc., but is not limited to these.
  • Non-volatile content concentration refers to the mass ratio (mass %) of the non-volatile content after drying under the above conditions to the mass (1 g) of the composition before drying.
  • each component may contain multiple types of corresponding compounds.
  • the content or amount of each component means the total content or amount of the multiple substances present in the composition, unless otherwise specified.
  • the term "layer" includes cases where the layer is formed over the entire area when the area in which the layer exists is observed, as well as cases where the layer is formed over only a portion of the area.
  • Non-aqueous secondary battery electrode slurry contains a binder polymer (A), a cellulose derivative (B), an electrode active material (C), and a liquid medium (D), in which the binder polymer (A) has a first structural unit derived from an aromatic ethylenically unsaturated compound (a1), which is a nonionic aromatic compound having one independent ethylenically unsaturated bond, and the cellulose derivative (B) has a degree of etherification of 0.50 or more and 1.2 or less and a weight average molecular weight of 100,000 or more and 700,000 or less, and the cellulose derivative (B) is dissolved in the liquid medium (D).
  • a1 aromatic ethylenically unsaturated compound
  • a1 aromatic ethylenically unsaturated compound having one independent ethylenically unsaturated bond
  • the cellulose derivative (B) has a degree of etherification of 0.50 or more and 1.2 or less and a weight average molecular weight of 100,000
  • the non-aqueous secondary battery electrode slurry may contain other components such as a conductive assistant in addition to these components.
  • the non-aqueous secondary battery electrode slurry may be referred to as an electrode slurry.
  • the electrode slurry is preferably used for producing an electrode of a lithium ion secondary battery, and more preferably used for producing a negative electrode of a lithium ion secondary battery.
  • Binder polymer (A) The binder polymer (A) has a first structural unit derived from the aromatic ethylenically unsaturated compound (a1).
  • the binder polymer (A) may be a copolymer having other structural units.
  • the other structural units preferably include a second structural unit derived from a nonionic (meth)acrylic acid ester (a2), a third structural unit derived from an anionic unsaturated compound (a3), a fourth structural unit derived from a conjugated diene compound (a4), a fifth structural unit derived from an internal crosslinking agent (a5), and a sixth structural unit derived from a surfactant having an ethylenic unsaturated bond (a6) (hereinafter sometimes referred to as "polymerizable surfactant (a6)").
  • the binder polymer (A) may have structural units other than the above structural units.
  • binder polymer (A) has a first structural unit, a second structural unit, a third structural unit, a fifth structural unit, and a sixth structural unit. Another form of the binder polymer (A) has a first structural unit, a second structural unit, a third structural unit, a fourth structural unit, a fifth structural unit, and a sixth structural unit. Another form of the binder polymer (A) has a first structural unit, a second structural unit, and a fourth structural unit. Another form of the binder polymer (A) has a first structural unit, a second structural unit, and a third structural unit. Another form of the binder polymer (A) has a first structural unit and a second structural unit. Another form of the binder polymer (A) has a first structural unit, a second structural unit, and a fourth structural unit. Note that the binder polymer (A) is not limited to the configurations listed here.
  • (a1) to (a6) are distinguished from each other in terms of whether or not they have a surface activity function.
  • Surfactants are compounds that can form micelles in water (have a critical micelle concentration).
  • Aromatic ethylenically unsaturated compound (a1) is a nonionic aromatic compound having one independent ethylenically unsaturated bond.
  • the aromatic ethylenically unsaturated compound (a1) preferably has an aryl group, more preferably has a phenyl group, but is not limited thereto.
  • the ethylenically unsaturated bond preferably forms a vinyl group, but is not limited thereto.
  • the aromatic ethylenically unsaturated compound (a1) may contain one type of compound alone, or may contain two or more types of compounds.
  • aromatic ethylenically unsaturated compound (a1) examples include styrene, t-butylstyrene, p-methylstyrene, and benzyl (meth)acrylate.
  • the aromatic ethylenically unsaturated compound (a1) preferably contains an aromatic vinyl compound, more preferably contains at least one compound selected from the group consisting of styrene and styrene derivatives, and even more preferably contains styrene.
  • Nonionic (meth)acrylic acid ester (a2) is a nonionic aliphatic compound having one (meth)acryloyl group.
  • the nonionic (meth)acrylic acid ester (a2) does not have any ethylenically unsaturated bond other than the (meth)acryloyl group.
  • the nonionic (meth)acrylic acid ester (a2) may contain one type of compound alone, or may contain two or more types of compounds.
  • the nonionic (meth)acrylic acid ester (a2) preferably contains an alkyl (meth)acrylate.
  • alkyl (meth)acrylate include methyl (meth)acrylate, ethyl (meth)acrylate, n-propyl (meth)acrylate, isopropyl (meth)acrylate, n-butyl (meth)acrylate, tert-butyl (meth)acrylate, cyclohexyl (meth)acrylate, 2-ethylhexyl (meth)acrylate, isobornyl (meth)acrylate, lauryl (meth)acrylate, and stearyl (meth)acrylate.
  • the nonionic (meth)acrylic acid ester (a2) may have a structure other than an alkyl group.
  • the nonionic (meth)acrylic acid ester (a2) having a structure other than an alkyl group preferably has at least one selected from the group consisting of a hydroxy group and a cyano group, and more preferably has a hydroxy group.
  • Examples of the nonionic (meth)acrylic acid ester (a2) having a hydroxy group include, but are not limited to, hydroxymethyl (meth)acrylate and hydroxyethyl (meth)acrylate.
  • the anionic unsaturated compound (a3) is a compound having an anionic functional group and one independent ethylenically unsaturated bond.
  • the anionic functional group include a carboxy group, a sulfo group, and a phosphate group.
  • the anionic functional group may form a salt.
  • the anionic unsaturated compound (a3) preferably contains a compound having at least one selected from the group consisting of a carboxy group, a sulfo group, and salts thereof, and more preferably contains a compound having a carboxy group.
  • the anionic unsaturated compound (a3) is preferably composed of an aliphatic compound, but may also contain an aromatic compound.
  • the anionic unsaturated compound (a3) may contain one type of compound alone, or may contain two or more types of compounds.
  • the anionic unsaturated compound (a3) may contain two or more types of compounds containing different anionic functional groups.
  • the anionic unsaturated compound (a3) may have one anionic functional group, or may have two or more anionic functional groups in one molecule.
  • the anionic unsaturated compound (a3) may contain a compound having one or more types of anionic functional groups.
  • the binder polymer (A) preferably contains at least one selected from the group consisting of a 31st structural unit derived from a first anionic unsaturated compound (a31) having an anionic functional group that does not form a salt, and a 32nd structural unit derived from a second anionic unsaturated compound (a32) in which all of the anionic functional groups form a salt, and more preferably contains at least the 31st structural unit.
  • the first anionic unsaturated compound (a31) examples include unsaturated monocarboxylic acids such as (meth)acrylic acid and crotonic acid; unsaturated dicarboxylic acids such as maleic acid, fumaric acid and itaconic acid; half esters of unsaturated dicarboxylic acids; and parastyrenesulfonic acid.
  • the first anionic unsaturated compound (a31) preferably contains at least one selected from the group consisting of (meth)acrylic acid and itaconic acid, and more preferably contains (meth)acrylic acid.
  • the second anionic unsaturated compound (a32) may be a compound in which all anionic functional groups in the first anionic unsaturated compound (a31) exemplified above form salts.
  • the salt is not particularly limited, but is preferably at least one selected from the group consisting of alkali metal salts and ammonium salts, more preferably at least one selected from the group consisting of sodium salts, lithium salts, and ammonium salts, even more preferably sodium salts or ammonium salts, and particularly preferably sodium salts.
  • the conjugated diene compound (a4) is a nonionic aliphatic compound having one conjugated diene structure.
  • the conjugated diene compound (a4) does not have an ethylenically unsaturated bond other than the conjugated diene structure.
  • the conjugated diene compound (a4) may contain one type of compound alone, or may contain two or more types of compounds.
  • the conjugated diene compound (a4) preferably contains a compound having 10 or less carbon atoms, more preferably a compound having 5 or less carbon atoms.
  • the conjugated diene compound (a4) preferably contains a hydrocarbon.
  • Conjugated diene compounds (a4) include, but are not limited to, 1,3-butadiene, isoprene, 1,3-pentadiene, 1,3-hexadiene, 1,3-heptadiene, 2,3-dimethylbutadiene, 2-chloro-1,3-butadiene, 3-methyl-1,3-pentadiene, isoprene (2-methyl-1,3-butadiene), etc. It is preferable that the conjugated diene compound (a4) contains 1,3-butadiene.
  • the internal crosslinking agent (a5) has a plurality of independent ethylenically unsaturated bonds.
  • the internal crosslinking agent (a5) may contain one type of compound alone, or may contain two or more types of compounds.
  • the ethylenically unsaturated bond contained in the internal crosslinking agent (a5) preferably forms a vinyl group or a (meth)acryloyl group bonded to an aryl group, but is not limited thereto. More preferably, the internal crosslinking agent (a5) contains a vinyl group bonded to an aryl group.
  • the number of ethylenically unsaturated bonds contained in the internal crosslinking agent (a5) is preferably 2 to 4, more preferably 2 to 3, and even more preferably 2.
  • the internal crosslinking agent (a5) may contain one type of ethylenically unsaturated bond in one molecule, or may contain two or more types.
  • the internal crosslinking agent (a5) is preferably a nonionic compound.
  • Examples of the internal cross-linking agent (a5) include, but are not limited to, divinylbenzene, ethylene glycol di(meth)acrylate, 1,6-hexanediol di(meth)acrylate, 2-hydroxy-3-acryloyloxypropyl methacrylate, etc.
  • the polymerizable surfactant (a6) is a compound having one independent ethylenically unsaturated bond and functioning as a surfactant.
  • the polymerizable surfactant (a6) is not particularly limited, but is preferably an anionic surfactant, and more preferably contains at least one selected from the group consisting of sulfonate and sulfate ester salt.
  • the polymerizable surfactant (a6) may contain one type of compound alone, or may contain two or more types of compounds.
  • the polymerizable surfactant (a6) preferably contains at least one of the compounds represented by the following chemical formulas (1) to (4), and more preferably contains a compound represented by the following chemical formula (2).
  • R 1 is preferably an alkyl group, and p is preferably an integer of 10 to 40.
  • R 1 more preferably has 10 to 40 carbon atoms, and R 1 is even more preferably a linear unsubstituted alkyl group having 10 to 40 carbon atoms.
  • R2 is preferably an alkyl group, and q is preferably an integer of 10 to 12.
  • R2 more preferably has 10 to 40 carbon atoms, and R2 is even more preferably a linear unsubstituted alkyl group having 10 to 40 carbon atoms.
  • R3 is preferably an alkyl group, and M1 is preferably NH4 or Na. R3 more preferably has 10 to 40 carbon atoms, and R3 is even more preferably a linear unsubstituted alkyl group having 10 to 40 carbon atoms.
  • R4 is preferably an alkyl group, and M2 is preferably NH4 or Na. R4 more preferably has 10 to 40 carbon atoms, and R4 is even more preferably a linear unsubstituted alkyl group having 10 to 40 carbon atoms.
  • the content of the first structural unit in the binder polymer (A) is preferably 25% by mass or more, more preferably 35% by mass or more, and even more preferably 40% by mass or more.
  • the content of the first structural unit in the binder polymer (A) is preferably 65% by mass or less, more preferably 55% by mass or less, and even more preferably 50% by mass or less.
  • the content of the second structural unit in the binder polymer (A) is preferably 25% by mass or more, more preferably 35% by mass or more, and even more preferably 40% by mass or more.
  • the binder polymer (A) contains a fourth structural unit the content of the second structural unit is not necessarily preferably in this range.
  • the content of the second structural unit in the binder polymer (A) is preferably 70% by mass or less, more preferably 60% by mass or less, and even more preferably 50% by mass or less.
  • the binder polymer (A) contains a fourth structural unit the content of the second structural unit is not necessarily preferably in this range.
  • the binder polymer (A) contains the second structural unit
  • the content of the first structural unit in the binder polymer (A) is 25% by mass or more and 65% by mass or less
  • the content of the second structural unit is 25% by mass or more and 70% by mass or less.
  • the content of the second structural unit having a hydroxy group in the binder polymer (A) is preferably 0.50% by mass or more, more preferably 1.0% by mass or more, and even more preferably 1.5% by mass or more.
  • the content of the second structural unit having a hydroxy group in the binder polymer (A) is preferably 5.0% by mass or less, more preferably 3.5% by mass or less, and even more preferably 2.5% by mass or less.
  • the content of the third structural unit in the binder polymer (A) is preferably 0.30% by mass or more, more preferably 0.80% by mass or more, and even more preferably 1.30% by mass or more.
  • the content of the third structural unit in the binder polymer (A) is preferably 15% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, and even more preferably 8.0% by mass or less.
  • the binder polymer (A) contains the second structural unit and the third structural unit
  • the content of the first structural unit in the binder polymer (A) is 25% by mass or more and 65% by mass or less
  • the content of the second structural unit is 25% by mass or more and 70% by mass or less
  • the content of the third structural unit is 0.30% by mass or more and 15% by mass or less.
  • the content of the 31st structural unit in the binder polymer (A) is preferably 0.20% by mass or more, more preferably 0.50% by mass or more, and even more preferably 0.70% by mass or more.
  • the content of the 31st structural unit in the binder polymer (A) is preferably 10% by mass or less, more preferably 8.0% by mass or less, and even more preferably 6.5% by mass or less.
  • the content of the 32nd structural unit in the binder polymer (A) is preferably 0.10% by mass or more, more preferably 0.30% by mass or more, and even more preferably 0.50% by mass or more.
  • the content of the 32nd structural unit in the binder polymer (A) is preferably 3.0% by mass or less, more preferably 2.0% by mass or less, and even more preferably 1.0% by mass or less.
  • the content of the fourth structural unit in the binder polymer (A) is preferably 15% by mass or more, more preferably 25% by mass or more, and even more preferably 30% by mass or more.
  • the content of the fourth structural unit in the binder polymer (A) is preferably 55% by mass or less, more preferably 45% by mass or less, and even more preferably 35% by mass or less.
  • the total content of the second structural unit and the fourth structural unit in the binder polymer (A) is preferably 25% by mass or more, more preferably 35% by mass or more, and even more preferably 45% by mass or more.
  • the total content of the second structural unit and the fourth structural unit in the binder polymer (A) is preferably 70% by mass or less, more preferably 63% by mass or less, and even more preferably 58% by mass or less.
  • the binder polymer (A) contains the second structural unit and the fourth structural unit
  • the content of the first structural unit in the binder polymer (A) is 25% by mass or more and 65% by mass or less
  • the content of the fourth structural unit is 15% by mass or more and 55% by mass or less
  • the total content of the second structural unit and the fourth structural unit is 25% by mass or more and 70% by mass or less.
  • the content of the fifth structural unit in the binder polymer (A) is preferably 0.010% by mass or more, more preferably 0.030% by mass or more, and even more preferably 0.040% by mass or more.
  • the content of the fifth structural unit in the binder polymer (A) is preferably 1.0 mass% or less, more preferably 0.50 mass% or less, and even more preferably 0.10 mass% or less.
  • the content of the sixth structural unit in the binder polymer (A) is preferably 0.10% by mass or more, more preferably 0.20% by mass or more, and even more preferably 0.30% by mass or more.
  • the content of the sixth structural unit in the binder polymer (A) is preferably 5.0% by mass or less, more preferably 3.0% by mass or less, and even more preferably 2.0% by mass or less.
  • the binder polymer (A) contains the second structural unit, the fifth structural unit and the sixth structural unit
  • the content of the first structural unit is 25% by mass or more and 65% by mass or less
  • the content of the second structural unit is 25% by mass or more and 70% by mass or less
  • the content of the third structural unit is 0.30% by mass or more and 15% by mass or less
  • the content of the fifth structural unit is 0.010% by mass or more and 1.0% by mass or less
  • the content of the sixth structural unit is 0.10% by mass or more and 5.0% by mass or less.
  • the glass transition point Tg of the binder polymer (A) is the peak top temperature of a DDSC chart obtained as the temperature derivative of DSC when DSC measurement (differential scanning calorimetry) is performed using an EXSTAR DSC/SS7020 manufactured by Hitachi High-Tech Science Corporation at a heating rate of 10° C./min under a nitrogen gas atmosphere.
  • the glass transition point Tg of the binder polymer (A) is preferably -30°C or higher, more preferably -20°C or higher, and even more preferably -10°C or higher. This is because the cycle characteristics of a nonaqueous secondary battery produced using the binder polymer (A) are improved.
  • the glass transition point Tg of the binder polymer (A) is preferably 100°C or lower, more preferably 50°C or lower, and even more preferably 30°C or lower. This is because the adhesion of the electrode active material layer containing the binder polymer (A) to the current collector foil is improved.
  • the cellulose derivative (B) has a structure in which at least a part of the hydrogen atoms of the hydroxyl groups contained in cellulose are substituted, and this makes it easier to disperse the electrode active material (C) in the electrode slurry.
  • the electrode slurry of the present disclosure at least a part of the cellulose derivative (B) is dissolved in the liquid medium (D) described below. It is preferable that the cellulose derivative (B) contained in the electrode slurry of the present disclosure is entirely dissolved in the liquid medium (D), but it is not necessary that a part of the cellulose derivative (B) is not dissolved.
  • Examples of the cellulose derivative (B) include carboxymethyl cellulose (CMC), hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, and salts of CMC.
  • the cellulose derivative (B) may contain one type of compound alone, or may contain two or more types of compounds.
  • the cellulose derivative (B) preferably contains at least one selected from the group consisting of CMC and salts of CMC, and more preferably contains a salt of CMC.
  • Examples of the salt of CMC include alkali metal salts of CMC and ammonium salts of CMC, and an alkali metal salt of CMC is preferred. As the alkali metal, Na, K, or Li is preferred, and Na is more preferred.
  • the degree of etherification of the cellulose derivative (B) is 0.50 or more, preferably 0.55 or more, and more preferably 0.60 or more. This is to improve the dispersibility of the electrode active material (C) in the electrode slurry.
  • the degree of etherification of the cellulose derivative (B) is 1.2 or less, preferably 1.0 or less, and more preferably 0.80 or less. This is to reduce the resistance of the electrode formed using the electrode slurry. Also, this is to improve the peel strength of the electrode active material layer formed using the electrode slurry against the current collector.
  • the degree of etherification of the cellulose derivative (B) is the number of etherified moieties per structural unit of the three hydroxyl groups contained in one structural unit of cellulose.
  • the degree of etherification is a value measured by 13 C NMR as described in Non-Patent Document 1.
  • one or both of the etherified substituent and the hydroxyl group may be converted to other substituents as necessary.
  • the cellulose derivative (B) is CMC or a salt thereof, the carboxyl group or a salt thereof in the etherified moiety is methyl esterified, and the hydroxyl group is propionylated, and then the measurement is performed by 13 C NMR.
  • the weight average molecular weight of the cellulose derivative (B) is 100,000 or more, preferably 200,000 or more, and more preferably 300,000 or more. This is to improve the viscosity of the electrode slurry and obtain good coatability.
  • the weight average molecular weight of the cellulose derivative (B) is 700,000 or less, preferably 500,000 or less, and more preferably 400,000 or less. This is to suppress an increase in the viscosity of the electrode slurry when the shear rate is low.
  • the weight average molecular weight of the cellulose derivative (B) is a pullulan equivalent value measured by GPC. The specific measurement method is described later in the Examples.
  • the electrode active material (C) is a material capable of intercalating/deintercalating ions that serve as charge carriers, such as lithium ions.
  • the charge carrier ions are preferably alkali metal ions, and lithium ions, sodium ions, and potassium ions are more preferred, and lithium ions are even more preferred.
  • the electrode active material i.e., the negative electrode active material
  • the electrode active material preferably contains at least one of a carbon material, a material containing silicon, and a material containing titanium.
  • carbon materials used as electrode active materials include cokes such as petroleum coke, pitch coke, and coal coke, carbonized organic polymers, and graphites such as artificial graphite and natural graphite.
  • materials containing silicon include silicon alone and silicon compounds such as silicon oxide.
  • materials containing titanium include lithium titanate. These materials may be used alone or in combination of two or more types, or in a composite of two or more types.
  • the negative electrode active material preferably contains at least one selected from the group consisting of carbon materials and silicon-containing materials, more preferably contains a carbon material, even more preferably contains graphite, and particularly preferably contains artificial graphite. This is because the binder polymer (A) has a significant effect of improving the binding between the electrode active materials and between the electrode active material and the current collector.
  • the electrode active material i.e., the positive electrode active material
  • the positive electrode active material is a material having a more noble standard electrode potential than the negative electrode active material.
  • the positive electrode active material include lithium composite oxides containing nickel, such as Ni-Co-Mn-based lithium composite oxides, Ni-Mn-Al-based lithium composite oxides, and Ni-Co-Al-based lithium composite oxides, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), spinel-type lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ), olivine-type lithium iron phosphate, and chalcogen compounds such as TiS 2 , MnO 2 , MoO 3 , and V 2 O 5.
  • these materials may be used alone or in combination of two or more.
  • the liquid medium (D) is a medium that maintains a liquid state at 1 atmosphere (1013 hPa) in the range of 15° C. to 30° C. and has a boiling point of 250° C. or less at 1 atmosphere.
  • the liquid medium (D) can dissolve at least a part of the amount of cellulose derivative (B) contained in the electrode slurry described later. This is to increase the viscosity of the electrode slurry to a level that improves the coatability.
  • the liquid medium (D) is preferably water, a hydrophilic solvent, or a combination thereof.
  • hydrophilic solvents include methanol, ethanol, isopropyl alcohol, and N-methylpyrrolidone.
  • the liquid medium (D) more preferably contains water, and even more preferably contains 95% by mass or more of water.
  • the content of the binder polymer (A) relative to 100 parts by mass of the electrode active material (C) is preferably 0.50 parts by mass or more, more preferably 1.0 part by mass or more, and even more preferably 1.5 parts by mass or more, in order to sufficiently bind the electrode active materials (C) to each other and between the electrode active material (C) and the current collector.
  • the content of the binder polymer (A) per 100 parts by mass of the electrode active material (C) is preferably 6.0 parts by mass or less, more preferably 4.0 parts by mass or less, and even more preferably 3.0 parts by mass or less. This is to increase the content of the electrode active material (C) in the electrode active material layer produced using the electrode slurry, thereby improving the capacity of the electrode.
  • the content of the cellulose derivative (B) per 100 parts by mass of the electrode active material (C) is preferably 0.50 parts by mass or more, more preferably 1.0 parts by mass or more, and even more preferably 1.5 parts by mass or more. This is to make it easier to disperse the electrode active material (C) in the electrode slurry.
  • the content of the cellulose derivative (B) per 100 parts by mass of the electrode active material (C) is preferably 6.0 parts by mass or less, more preferably 4.0 parts by mass or less, and even more preferably 3.0 parts by mass or less. This is to prevent the viscosity of the electrode slurry from increasing more than necessary. Also, this is to increase the content of the electrode active material (C) in the electrode active material layer produced using the electrode slurry, thereby improving the capacity of the electrode.
  • the content of the liquid medium (D) per 100 parts by mass of the electrode active material (C) is preferably 50 parts by mass or more, more preferably 75 parts by mass or more, and even more preferably 100 parts by mass or more. This is to facilitate dispersion of the electrode active material (C) in the electrode slurry and to improve the coatability of the electrode slurry.
  • the content of the liquid medium (D) per 100 parts by mass of the electrode active material (C) is preferably 300 parts by mass or less, more preferably 200 parts by mass or less, and even more preferably 150 parts by mass or less. This is to increase the viscosity of the electrode slurry to a level that improves the coatability and to shorten the drying time after coating of the electrode slurry.
  • the content of the binder polymer (A) relative to 100 parts by mass of the electrode active material (C) is 0.50 parts by mass or more and 6.0 parts by mass or less
  • the content of the cellulose derivative (B) relative to 100 parts by mass of the electrode active material (C) is 0.50 parts by mass or more and 6.0 parts by mass or less
  • the content of the liquid medium (D) relative to 100 parts by mass of the electrode active material (C) is 50 parts by mass or more and 300 parts by mass or less.
  • Non-volatile content of electrode slurry The non-volatile content of the electrode slurry is preferably 30% by mass or more, more preferably 40% by mass or more, and even more preferably 50% by mass or more. This is because the concentration of the active ingredient in the electrode slurry is high, and a sufficient amount of electrode active material layer can be formed with a small amount of electrode slurry. In addition, this is because the viscosity of the electrode slurry is increased to a level that improves the coatability, and the drying time after coating of the electrode slurry is shortened.
  • the non-volatile content of the electrode slurry is preferably 80% by mass or less, more preferably 70% by mass or less, and even more preferably 60% by mass or less. This is to facilitate dispersion of the electrode active material (C) in the electrode slurry and to improve the coatability of the electrode slurry.
  • the binder polymer (A) is obtained by polymerizing a compound having an ethylenically unsaturated bond as a monomer (a).
  • the monomer (a) includes an aromatic ethylenically unsaturated compound (a1), and other ethylenically unsaturated compounds are also copolymerized as necessary. Examples of other ethylenically unsaturated compounds include, but are not limited to, the above-mentioned compounds (a2) to (a6).
  • the polymerization method may be, for example, emulsion polymerization of the monomer (a) in an aqueous medium.
  • Other components used in the synthesis of the binder polymer (A) by emulsion polymerization include, but are not limited to, non-polymerizable surfactants, basic substances, radical polymerization initiators, etc., and chain transfer agents may also be used. Below, these components necessary for the synthesis of the binder polymer (A) or that may be used as needed, and the emulsion polymerization method will be explained, but as the monomer (a) has been described above, its explanation will be omitted below.
  • the aqueous medium used in the emulsion polymerization is water, a hydrophilic solvent, or a mixture thereof.
  • the hydrophilic solvent include methanol, ethanol, isopropyl alcohol, and N-methylpyrrolidone.
  • the aqueous medium is preferably water. However, as long as the polymerization stability is not impaired, the aqueous medium may be water to which a hydrophilic solvent has been added.
  • a non-polymerizable surfactant can improve the dispersion stability of at least one of the dispersion liquid (emulsion) during and after the polymerization.
  • a surfactant it is preferable to use an anionic surfactant or a nonionic surfactant.
  • anionic surfactants include alkylbenzene sulfonates, alkyl sulfates, polyoxyethylene alkyl ether sulfates, and fatty acid salts.
  • nonionic surfactants include polyoxyethylene alkyl ethers, polyoxyethylene alkyl phenyl ethers, polyoxyethylene polycyclic phenyl ethers, polyoxyalkylene alkyl ethers, sorbitan fatty acid esters, and polyoxyethylene sorbitan fatty acid esters.
  • Surfactants may be used alone or in combination of two or more.
  • the pH of the dispersion liquid may be adjusted as appropriate depending on the electrode specifications, the conditions for slurry preparation described below, etc.
  • the pH of the dispersion liquid is not limited, but is preferably 1.5 or more at 23°C, more preferably 5.0 or more, and even more preferably 6.0 or more.
  • the pH of the dispersion liquid is not limited, but is preferably 10 or less, and more preferably 9.0 or less. This is to prevent the electrode active material (C) from settling in the electrode slurry when the electrode active material is added.
  • Basic substances include ammonia, triethylamine, sodium hydroxide, lithium hydroxide, etc. These basic substances may be used alone or in combination of two or more.
  • the radical polymerization initiator used in the emulsion polymerization is not particularly limited, and examples thereof include persulfates such as ammonium persulfate and potassium persulfate, hydrogen peroxide, azo compounds, and organic peroxides such as t-butyl hydroperoxide, t-butyl peroxybenzoate, and cumene hydroperoxide. Among these, persulfates and organic peroxides are preferred.
  • Redox polymerization may be carried out in the emulsion polymerization by using the radical polymerization initiator in combination with a reducing agent such as sodium bisulfite, Rongalite, or ascorbic acid.
  • the amount of radical polymerization initiator added is preferably 0.10 parts by mass or more, and more preferably 0.20 parts by mass or more, per 100 parts by mass of monomer (a). This is because it is possible to increase the polymerization conversion rate of monomer (a).
  • the amount of radical polymerization initiator added is preferably 3.0 parts by mass or less, and more preferably 2.0 parts by mass or less, per 100 parts by mass of monomer (a). This is because it is possible to increase the molecular weight of the binder polymer (A) and to decrease the swelling rate of the electrode active material layer prepared using the electrode slurry in the electrolyte.
  • Emulsion polymerization method for example, there is a method in which emulsion polymerization is carried out while continuously supplying each component to be used in the emulsion polymerization.
  • the temperature of the emulsion polymerization is not particularly limited, but is preferably, for example, 30° C. or higher.
  • the temperature of the emulsion polymerization is not particularly limited, but is preferably 90° C. or less, and more preferably 85° C. or less. It is more preferable that the temperature is 80° C. or less, and further more preferable that the emulsion polymerization is carried out with stirring.
  • the monomer (a) and the radical polymerization initiator are continuously fed into the reaction vessel. This is because the radical polymerization initiator becomes more uniformly present in the reaction liquid.
  • the dispersion of the binder polymer (A) obtained by the above process may be mixed with the cellulose derivative (B), the electrode active material (C), and, if necessary, the liquid medium (D) (the aqueous medium used in the above polymerization may be used as the liquid medium (D) as it is), and, if necessary, other components, but this is not limited thereto.
  • the order of the components to be added is not particularly limited and may be appropriately determined.
  • the mixing method may be a method using a mixing device such as a stirring type, a rotating type, or a shaking type.
  • the ratio ( ⁇ 100 / ⁇ 0.10 ) of the viscosity " ⁇ 100 " at a shear rate of 100 s -1 to the viscosity ⁇ 0.10 at a shear rate of 0.10 s -1 is preferably 0.30 or more, more preferably 0.40 or more, and even more preferably 0.50 or more. Moreover, the ratio ( ⁇ 100 / ⁇ 0.10 ) is preferably 0.90 or less, more preferably 0.80 or less, and even more preferably 0.70 or less.
  • the viscosity of the electrode slurry when the shear rate is changed is measured using a viscosity/viscoelasticity measuring device (e.g., RS6000 manufactured by HAAKE) and a cone plate at a measurement temperature of 25° C., while increasing the shear rate from 0.010 s ⁇ 1 to 1000 s ⁇ 1 at a rate of 27% per minute.
  • the cone plate used has a diameter of 35 mm and an angle of 2°.
  • Non-aqueous secondary battery electrode (hereinafter sometimes referred to as "electrode") of the present disclosure includes a current collector and an electrode active material layer formed on the current collector.
  • the shape of the electrode is as follows: Examples of the electrode active material layer include, but are not limited to, a laminate and a wound body.
  • the area on the current collector where the electrode active material layer is formed is not particularly limited, and the electrode active material layer may be formed on the entire surface of the current collector.
  • the electrode active material layer may be formed on both sides of the current collector. , may be formed on only one side.
  • the current collector is preferably a metal sheet having a thickness of 0.001 mm to 0.5 mm, and examples of the metal include iron, copper, aluminum, nickel, stainless steel, etc.
  • the current collector is preferably a copper foil.
  • the electrode active material layer according to the present disclosure includes a binder polymer (A), a cellulose derivative (B) and an electrode active material (C).
  • A binder polymer
  • B cellulose derivative
  • C electrode active material
  • the components listed here are as described above.
  • the electrode active material layer is As other components, a conductive assistant and the like may be contained.
  • the electrode can be produced, for example, by applying an electrode slurry onto a current collector, drying it to form an electrode active material layer, and then cutting it to an appropriate size.
  • the method for applying the electrode slurry onto the current collector is not particularly limited, but examples include the reverse roll method, direct roll method, doctor blade method, knife method, extrusion method, curtain method, gravure method, bar method, dip method, and squeeze method.
  • examples include the reverse roll method, direct roll method, doctor blade method, knife method, extrusion method, curtain method, gravure method, bar method, dip method, and squeeze method.
  • the electrode slurry may be applied to only one side of the current collector, or may be applied to both sides. When the electrode slurry is applied to both sides of the current collector, it may be applied to each side sequentially, or both sides may be applied at once.
  • the electrode slurry may be applied to the current collector continuously or intermittently.
  • the amount of the electrode slurry applied can be appropriately determined according to the design capacity of the battery, the composition of the electrode slurry, and the like.
  • the amount of the electrode slurry applied is preferably 15 mg/ cm2 or less (amount applied per side when applied to both sides), depending on the properties of the electrode slurry. This is because the occurrence of cracks on the electrode surface can be suppressed during the drying process of the electrode slurry.
  • the electrode active material layer is formed on the current collector by drying the electrode slurry applied to the current collector.
  • the method for drying the electrode slurry is not particularly limited, but for example, hot air, reduced pressure or vacuum environment, (far) infrared rays, and low temperature air can be used alone or in combination.
  • the drying temperature and drying time of the electrode slurry can be appropriately adjusted depending on the concentration of non-volatile matter in the electrode slurry, the amount applied to the current collector, etc.
  • the drying temperature is preferably 40°C or higher and 350°C or lower, and from the viewpoint of productivity, more preferably 60°C or higher and 100°C or lower.
  • the drying time is preferably 1 minute or higher and 30 minutes or lower.
  • the electrode sheet in which the electrode active material layer is formed on the current collector may be cut to a size and shape appropriate for an electrode.
  • There are no particular limitations on the method for cutting the electrode sheet but slitting, laser cutting, wire cutting, cutter, Thomson cutter, etc. can be used.
  • the electrode sheet Before or after cutting the electrode sheet, the electrode sheet may be pressed as necessary.
  • the electrode active material is more firmly bound to the current collector by pressing, and the electrode is further thinned, which enables the non-aqueous battery to be miniaturized.
  • the pressing method a general method can be used, and it is particularly preferable to use a die pressing method or a roll pressing method.
  • the pressing pressure is not particularly limited, but is preferably 0.5 t/cm 2 or more and 5 t/cm 2 or less.
  • the linear pressure is not particularly limited, but is preferably 0.5 t/cm 2 or more and 5 t/cm 2 or less. This is to suppress the decrease in the insertion and desorption capacity of charge carriers such as lithium ions into the electrode active material while obtaining the above-mentioned effects by pressing.
  • the peel strength of the negative electrode active material layer to the current collector is preferably 15 mN/mm or more, more preferably 18 mN/mm or more, and even more preferably 20 mN/mm or more.
  • the peel strength of the negative electrode active material layer to the current collector is measured by the method described in the Examples.
  • the resistance of the negative electrode active material layer is preferably 350 m ⁇ cm 2 or less, more preferably 300 m ⁇ cm 2 or less, even more preferably 255 m ⁇ cm 2 or less, and is preferably 235 m ⁇ cm 2 or less.
  • the interface resistance between the negative electrode active material layer and the current collector is preferably 100 m ⁇ cm 2 or less, more preferably 88 m ⁇ cm 2 or less, and even more preferably 73 m ⁇ cm 2 or less.
  • the lower the interface resistance between the negative electrode active material layer and the current collector, the more preferable, and the lower limit is not particularly limited, but may be 30 m ⁇ cm 2 or more.
  • the resistance of the negative electrode active material layer and the interface resistance between the negative electrode active material layer and the current collector are measured using an electrode resistance measuring device (for example, electrode resistance measuring system XF057 manufactured by Hioki E.E. Corporation).
  • Non-aqueous secondary battery of the present disclosure includes the nonaqueous secondary battery electrode of the present disclosure.
  • a lithium ion secondary battery will be described, but the configuration of the battery is not limited to that described here.
  • the nonaqueous secondary battery of the present disclosure includes a positive electrode and The negative electrode, the electrolyte, and optionally components such as a separator are housed in an exterior body, and the above-described electrodes are used for one or both of the positive electrode and the negative electrode.
  • at least one of the positive electrode and the negative electrode contains the binder polymer (A), but it is preferable that at least the negative electrode contains the binder polymer (A).
  • Electrolyte As the electrolyte, a non-aqueous liquid having ion conductivity is used. Examples of the electrolyte include a solution in which an electrolyte is dissolved in an organic solvent, an ionic liquid, etc., and the former is preferred because it is possible to obtain a non-aqueous battery having low manufacturing costs and low internal resistance.
  • an alkali metal salt can be used, and can be appropriately selected according to the type of electrode active material, etc.
  • the electrolyte include LiClO4 , LiBF6 , LiPF6 , LiCF3SO3 , LiCF3CO2 , LiAsF6 , LiSbF6, LiB10Cl10 , LiAlCl4 , LiCl , LiBr, LiB( C2H5 ) 4 , CF3SO3Li , CH3SO3Li , LiCF3SO3 , LiC4F9SO3 , Li( CF3SO2 ) 2N , and aliphatic lithium carboxylate.
  • Other alkali metal salts can also be used as the electrolyte.
  • the organic solvent for dissolving the electrolyte is not particularly limited, but examples thereof include carbonate ester compounds such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC), methyl ethyl carbonate (MEC), dimethyl carbonate (DMC), fluoroethylene carbonate (FEC), and vinylene carbonate (VC); nitrile compounds such as acetonitrile; and carboxylic acid esters such as ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, and propyl propionate.
  • These organic solvents may be used alone or in combination of two or more. Among them, it is preferable to use a combination of linear carbonate solvents as the organic solvent.
  • linear carbonate solvents include diethyl carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate.
  • Exterior body may be a laminate of aluminum foil and a resin film, but is not limited thereto.
  • the shape of the battery may be, but is not limited to, a coin type, a button type, a sheet type, a cylindrical type, a rectangular type, a flat type, or the like.
  • a negative electrode slurry for a lithium ion battery is prepared as an example of an electrode slurry.
  • the water used in the following examples and comparative examples is ion-exchanged water unless otherwise specified.
  • Synthesis Example 1 A monomer emulsion was prepared by mixing and emulsifying the type and amount of monomer (a) shown in Synthesis Example 1 in Table 1 with 200 parts by mass of water.
  • AQUALON KH10 used as the polymerizable surfactant (a6) is polyoxyethylene-1-(allyloxymethyl) alkyl ether sulfate ester ammonium salt manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd., and is a compound represented by the above formula (2).
  • the binder composition of Synthesis Example 1 was obtained as an emulsion containing the binder polymer (A1).
  • Synthesis Example 2 Monomer (a) of the type and amount shown in Synthesis Example 2 in Table 1 was mixed with 200 parts by mass of water and emulsified to prepare a monomer emulsion.
  • Negative electrode slurry 2-1 Preparation of negative electrode slurry
  • the binder polymer (A), the cellulose derivative (B), and the electrode active material (C) (negative electrode active material) of the types shown in Table 2 were used and mixed with water as the liquid medium (D) in the amounts shown in Table 2 to prepare negative electrode slurries.
  • the amount of water added in this step was adjusted so that the total amount, including the water and the like contained in the emulsion, was the amount shown in Table 2.
  • binder polymer (A) For the binder polymer (A), the binder polymer (A1) synthesized in Synthesis Example 1 and the binder polymer (A2) synthesized in Synthesis Example 2 were used.
  • CMC-Na carboxymethylcellulose sodium salt
  • CMC1130 Daicel Corporation, degree of etherification 0.70, weight average molecular weight 300,000
  • CMC1240 Daicel Corporation, degree of etherification 0.90, weight average molecular weight 380,000
  • CMC2200 Daicel Corporation, degree of etherification 0.90, weight average molecular weight 1,000,000
  • CMC1380 Daicel Corporation, degree of etherification 1.3, weight average molecular weight 1,110,000
  • the degree of etherification of CMC-Na is a value measured by the method described in Non-Patent Document 1, and the sample used for the measurement is obtained by the method described below.
  • the obtained PMCMC was subjected to 13 C NMR measurement under the following conditions.
  • Solvent Dimethylsulfoxide-d6 Solution temperature: 100°C Measurement device: JEOL JNM-EX400 (100 MHz) Probe: 5 mm diameter C-H dual probe Measurement mode: Quantitative mode Measurement method: non-NOE gated decoupling technique Repetition time (pulse repetition time): 30 seconds Number of times accumulated: 2000
  • This ratio I1 / I2 is the number of unsubstituted hydroxyl groups per structural unit in the cellulose derivative. Therefore, (3- I1 / I2 ) is the number of substituted (ether bond) hydroxyl groups per structural unit, and this value is the degree of etherification.
  • the weight average molecular weight of CMC-Na is a pullulan equivalent value measured by GPC, and the measurement was performed using the following equipment and conditions.
  • GPC device GPC-101 (manufactured by Resonac Co., Ltd.)
  • Solvent 0.1M NaNO3 aqueous solution
  • Sample column Shodex Column Ohpak SB-806 HQ (8.0mm ID x 300mm)
  • Reference column Shodex Column Ohpak SB-800 RL (8.0 mm I.D.
  • Viscosity of negative electrode slurry The viscosity of the slurry was measured at a measurement temperature of 25° C. using a HAAKE RS6000 viscosity/viscoelasticity measuring device and a cone plate.
  • the cone plate had a diameter of 35 mm and an angle of 2°, and the viscosity was measured while increasing the shear rate from 0.010 s ⁇ 1 to 1000 s ⁇ 1 at a rate of 27% per minute (i.e., the shear rate is an exponential function of time).
  • FIG. 1 shows the relationship between shear rate and viscosity for the electrode slurries of Example 1 and Comparative Example 1.
  • FIG. 2 shows the relationship between shear rate and viscosity for the electrode slurries of Example 3 and Comparative Example 3. It can be seen that the electrode slurry of Example 1 has a more stable viscosity even when the shear rate changes than the electrode slurry of Comparative Example 1. It can also be seen that the electrode slurry of Example 3 has a more stable viscosity even when the shear rate changes than the electrode slurry of Comparative Example 3.
  • Table 2 shows the viscosities " ⁇ 0.10 " and " ⁇ 100 " at shear rates of 0.10 s -1 and 100 s -1 , respectively, of the electrode slurries prepared in each of the Examples and Comparative Examples.
  • the negative electrode slurry applied to the negative electrode current collector was dried at 90°C for 10 minutes and pressed with a roll press (manufactured by Thank Metals, press load 8t, roll width 7cm) to obtain a negative electrode sheet with a negative electrode active material layer formed on the current collector.
  • the obtained negative electrode sheet was cut into a size of 52mm x 42mm, and a conductive tab was attached to create a negative electrode.
  • the negative electrode active material layer was peeled off from one end of the test piece by 20 mm in the length direction, the test piece on the copper foil side was folded back 180°, and this part (the copper foil side of the part of the test piece from which the negative electrode active material layer was peeled off) was held by the upper chuck of the tester. In addition, one end of the SUS plate from which the negative electrode active material layer was peeled off was held by the lower chuck. In this state, the copper foil was peeled off from the test piece at a speed of 100 ⁇ 10 mm/min, and a graph of peel length (mm) - peel force (mN) was obtained.
  • the average peel force (mN) at peel lengths of 10 mm to 45 mm was calculated, and the value obtained by dividing the average peel force by the width of the test piece, 25 mm, was taken as the peel strength (mN/mm) of the negative electrode active material layer.
  • the peel strength (mN/mm) of the negative electrode active material layer was taken as the peel strength (mN/mm) of the negative electrode active material layer.
  • a positive electrode slurry was prepared by mixing 94 parts by mass of LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2 as a positive electrode active material, 3 parts by mass of acetylene black as a conductive assistant, and 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder, and adding 50 parts by mass of N-methylpyrrolidone and further mixing.
  • the positive electrode slurry was applied to both sides of a 15 ⁇ m thick aluminum foil (positive electrode current collector) by the direct roll method.
  • the amount of positive electrode slurry applied to the positive electrode current collector was adjusted so that the thickness after the roll press process described below would be 125 ⁇ m per side.
  • the positive electrode slurry applied to the positive electrode current collector was dried at 120°C for 5 minutes and pressed with a roll press (manufactured by Thank Metals, press load 5t, roll width 7cm) to obtain a positive electrode sheet with a positive electrode active material layer formed on the current collector.
  • the obtained positive electrode sheet was cut into a size of 50mm x 40mm, and a conductive tab was attached to create a positive electrode.
  • a separator made of polyethylene, 25 ⁇ m
  • the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer were placed in an aluminum laminate exterior body (battery pack) so that they faced each other.
  • the electrolyte was injected into this exterior body, vacuum impregnation was performed, and the battery was packed with a vacuum heat sealer to prepare a lithium ion secondary battery for evaluation.
  • EC ethylene carbonate
  • EMC ethyl methyl carbonate
  • DEC diethyl carbonate
  • the time integral of the current in steps (i) and (ii) is the charge capacity
  • the time integral of the current in step (iv) is the discharge capacity.
  • the discharge capacity at the first cycle and the discharge capacity at the 500th cycle were measured.
  • the cycle capacity retention rate of the battery at high temperature was calculated as 100 x (discharge capacity at the 500th cycle) / (discharge capacity at the first cycle) [%].
  • the cycle capacity retention rates (500 cycles) of the batteries in each Example and Comparative Example are shown in Table 2.
  • the electrode slurries according to Examples 1 to 4 all contain a binder polymer (A), a cellulose derivative (B), an electrode active material (C), and a liquid medium (D).
  • the binder polymer (A) in the electrode slurries of Examples 1 to 4 has a first structural unit derived from an aromatic ethylenically unsaturated compound (a1), which is a nonionic aromatic compound having one independent ethylenically unsaturated bond.
  • the cellulose derivative (B) in the electrode slurries of Examples 1 to 4 has a degree of etherification of 0.50 or more and 1.0 or less, and a weight average molecular weight of 100,000 or more and 700,000 or less. Furthermore, all of the cellulose derivatives (B) are dissolved in the liquid medium (D).
  • the electrode slurries according to Examples 1 to 4 have a small viscosity variation ⁇ 100 / ⁇ 0.10 due to a change in shear rate.
  • the electrodes produced using the electrode slurries according to Examples 1 to 4 have an electrode active material layer formed thereon that has high peel strength from the current collector. Furthermore, the electrodes produced using the electrode slurries according to Examples 1 to 4 have low interfacial resistance between the electrode active material and the current collector, and low electrical resistance within the negative electrode active material layer, and a battery including such an electrode has a low internal resistance.
  • Comparative Examples 1 to 4 in which the molecular weight of the cellulose derivative (B) is high, the viscosity increases significantly when the shear rate is low.
  • the electrodes produced using the electrode slurries of Comparative Examples 1 to 4 have low peel strength of the electrode active material layer from the current collector. Furthermore, the electrodes produced using the electrode slurries of Comparative Examples 1 to 4 have high interfacial resistance between the electrode active material and the current collector, and high electrical resistance within the negative electrode active material layer, and batteries equipped with these electrodes have high internal resistance.
  • the binder polymer (A) has a first structural unit derived from an aromatic ethylenically unsaturated compound (a1), which is a nonionic aromatic compound having one independent ethylenically unsaturated bond
  • the cellulose derivative (B) has a degree of etherification of 0.50 to 1.2 and a weight average molecular weight of 100,000 to 700,000
  • the cellulose derivative (B) is dissolved in the liquid medium (D)
  • exhibits small fluctuations in viscosity with respect to changes in shear rate is capable of forming an electrode active material layer that has high peel strength against a current collector, and is capable of producing a battery with low internal resistance.
  • the batteries equipped with electrodes made using the electrode slurries of Examples 1 to 4 had a superior cycle capacity retention rate (500 cycles) compared to the batteries equipped with electrodes made using the electrode slurries of Comparative Examples 1 to 4.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

バインダー重合体(A)と、セルロース誘導体(B)と、電極活物質(C)と、液状媒体(D)と、を含有する非水系二次電池電極スラリーにおいて、バインダー重合体(A)は、1個の独立したエチレン性不飽和結合を有するノニオン性の芳香族化合物である芳香族エチレン性不飽和化合物(a1)に由来する第1構造単位を有し、セルロース誘導体(B)は、エーテル化度0.50以上1.0以下、かつ重量平均分子量100,000以上700,000以下であり、セルロース誘導体(B)の少なくとも一部は、液状媒体(D)に溶解している。

Description

非水系二次電池電極スラリー、非水系二次電池電極、及び非水系二次電池
 本発明は、非水系二次電池電極スラリー、非水系二次電池電極、及び非水系二次電池に関する。
 非水系二次電池は、例えば、金属酸化物等を活物質とした正極と、黒鉛等の炭素材料を活物質とした負極と、電解液と、を含む構成を有する。非水系二次電池は、イオンが正極と負極との間を移動することにより電池の充放電が行われる二次電池である。
 非水系二次電池としてリチウムイオン二次電池が代表例として挙げられる。非水系二次電池は、小型化、軽量化等の面からノート型パソコン、携帯電話、電動工具、電子・通信機器等の電源として使用されている。また、最近では環境に配慮した車両への適用の観点から電気自動車及びハイブリッド自動車用にも使用されている。その中で、非水系二次電池の高出力化、高容量化、長寿命化等が強く求められてきている。
 非水系二次電池の電極としては、金属の集電体上に電極活物質層が形成されている構成が広く用いられている。集電体としては、例えば、アルミニウム、銅等の金属箔などが用いられる。電極活物質層は、電極活物質と、バインダーと、必要に応じて、導電助剤等とが含まれる。電極活物質は、電荷キャリアとなるイオンの挿入及び脱離が可能な物質である。バインダーは、活物質同士を結着させる役割、及び活物質と集電体とを結着させる役割がある。
 非水系二次電池の電極の作製工程においては、例えば、電極バインダー及び電極活物質を水に溶解又は分散させたスラリー(電極スラリー)を集電体表面に塗工し、乾燥させることで集電体上に電極活物質層を形成させる。
 例えば、特許文献1には、リチウムイオン二次電池電極用バインダーと電極活物質とカルボキシメチルセルロースとを用いて得られるリチウムイオン二次電池電極用スラリーが記載されている。また、リチウムイオン二次電池電極用バインダーは、スチレンとエチレン性不飽和カルボン酸エステルとエチレン性不飽和カルボン酸と内部架橋剤とを含有するエチレン性不飽和単量体を乳化重合して得られることが記載されている。
 また、特許文献2には、スチレンブタジエン共重合体並びに(メタ)アクリル酸エステル及び酸成分を有するビニル単量体から得られる共重合体からなる群より選ばれる少なくとも一種のポリマー、及び特定の非イオン系界面活性剤を含有する電極層を備えた二次電池電極が記載されている。
特開2011-243464号公報 特開2014-239070号公報
Y.Tezuka and Y.Tshuchiya, Carbohydr.Res.291, 99-108(1996)
 電極スラリーには、集電体に対して剥離強度が高い電極活物質層の形成が可能であることが求められる。また、電極スラリーには、それを用いて製造される電極の低抵抗化、すなわち、電極スラリーにより内部抵抗の低い電池が製造可能であることが求められる。
 さらに、電極スラリーを集電体に塗布する工程において、電極スラリーの粘度が、電極活物質層の厚さ、及び電極活物質層の表面の状態に影響を与える。これらの品質を安定させるためには、電極スラリーにおいて、ずり速度に対する粘度変化を抑えることが考えられる。
 一方で、電極スラリー中の成分の分散性を向上させるため、及び電極スラリーを塗工に適した粘度にするため、電極スラリーには増粘剤等の成分が添加されることが多い。そのため、電極スラリーは非ニュートン流体として挙動しやすくなる。すなわち、電極スラリーは、ずり速度に対する粘度変化が大きくなる傾向にある。
 そこで本開示は、集電体に対して剥離強度が高い電極活物質層の形成が可能で、内部抵抗の低い電池が製造可能であり、ずり速度の変化に対して粘度の変動が小さい電極スラリーを提供することを目的とする。また、本開示は、集電体に対して剥離強度が高い電極活物質層を有する非水系二次電池電極、及び内部抵抗の低い非水系二次電池を提供することを目的とする。
 本開示は、以下の実施形態を含む。
[1]バインダー重合体(A)と、セルロース誘導体(B)と、電極活物質(C)と、液状媒体(D)と、を含有する非水系二次電池電極スラリーであって、前記バインダー重合体(A)は、1個の独立したエチレン性不飽和結合を有するノニオン性の芳香族化合物である芳香族エチレン性不飽和化合物(a1)に由来する第1構造単位を有し、前記セルロース誘導体(B)は、エーテル化度0.50以上1.0以下、かつ重量平均分子量100,000以上700,000以下であり、前記セルロース誘導体(B)の少なくとも一部は、前記液状媒体(D)に溶解している非水系二次電池電極スラリー。
[2]前記バインダー重合体(A)中の、前記第1構造単位の含有率は25質量%以上65質量%以下である[1]に記載の非水系二次電池電極スラリー。
[3]前記セルロース誘導体(B)は、カルボキシメチルセルロース及びその塩からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む[1]に記載の非水系二次電池電極スラリー。
[4]前記バインダー重合体(A)は、ノニオン性(メタ)アクリル酸エステル(a2)に由来する第2構造単位をさらに有し、前記ノニオン性(メタ)アクリル酸エステル(a2)は、1個の (メタ)アクリロイル基を有するノニオン性の脂肪族化合物であり、(メタ)アクリロイル基以外のエチレン性不飽和結合を有さない[1]に記載の非水系二次電池電極スラリー。
[5]前記バインダー重合体(A)中の、前記第1構造単位の含有率は25質量%以上65質量%以下であり、前記第2構造単位の含有率は25質量%以上70質量%以下である[4]に記載の非水系二次電池電極スラリー。
[6]前記バインダー重合体(A)は、アニオン性不飽和化合物(a3)に由来する第3構造単位をさらに有し、前記アニオン性不飽和化合物(a3)は、アニオン性官能基、及び1個の独立したエチレン性不飽和結合を有する[4]に記載の非水系二次電池電極スラリー。
[7]前記バインダー重合体(A)中の、前記第1構造単位の含有率は25質量%以上65質量%以下であり、前記第2構造単位の含有率は25質量%以上70質量%以下であり、前記第3構造単位の含有率は0.30質量%以上15質量%以下である[6]に記載の非水系二次電池電極スラリー。
[8]前記バインダー重合体(A)は、内部架橋剤(a5)に由来する第5構造単位、及びエチレン性不飽和結合を有する界面活性剤(a6)に由来する第6構造単位をさらに有し、前記内部架橋剤(a5)は、独立した複数のエチレン性不飽和結合を有し、前記エチレン性不飽和結合を有する界面活性剤(a6)は、1個の独立したエチレン性不飽和結合を有し、界面活性剤として機能する化合物である[6]に記載の非水系二次電池電極スラリー。
[9]前記バインダー重合体(A)中の、前記第1構造単位の含有率は25質量%以上65質量%以下であり、前記第2構造単位の含有率は25質量%以上70質量%以下であり、前記第3構造単位の含有率は0.30質量%以上15質量%以下であり、前記第5構造単位の含有率は0.010質量%以上1.0質量%以下であり、前記第6構造単位の含有率は0.10質量%以上5.0質量%以下である[8]に記載の非水系二次電池電極スラリー。
[10]前記バインダー重合体(A)は、共役ジエン化合物(a4)に由来する第4構造単位をさらに有し、前記共役ジエン化合物(a4)は、1個の共役ジエン構造を有するノニオン性の脂肪族化合物であって、かつ共役ジエン構造以外でエチレン性不飽和結合を有さない[4]、[6]、又は[8]に記載の非水系二次電池電極スラリー。
[11]バインダー重合体(A)中の、前記第1構造単位の含有率は25質量%以上65質量%以下であり、前記第4構造単位の含有率は15質量%以上55質量%以下であり、前記第2構造単位及び前記第4構造単位の合計含有率は25質量%以上70質量%以下である[10]に記載の非水系二次電池電極スラリー。
[12]前記電極活物質(C)100質量部に対する前記バインダー重合体(A)の含有量は0.50質量部以上6.0質量部以下であり、前記電極活物質(C)100質量部に対する前記セルロース誘導体(B)の含有量は0.50質量部以上6.0質量部以下であり、前記電極活物質(C)100質量部に対する前記液状媒体(D)の含有量は50質量部以上300質量部以下である[1]に記載の非水系二次電池電極スラリー。
[13]集電体と、集電体上に形成された電極活物質層と、を備える非水系二次電池電極であって、前記電極活物質層は、バインダー重合体(A)と、セルロース誘導体(B)と、電極活物質(C)と、を含有し、前記バインダー重合体(A)は、1個の独立したエチレン性不飽和結合を有するノニオン性の芳香族化合物である芳香族エチレン性不飽和化合物(a1)に由来する第1構造単位を有し、前記セルロース誘導体(B)は、エーテル化度0.50以上1.2以下、かつ重量平均分子量100,000以上700,000以下である非水系二次電池電極。
[14][13]に記載の非水系二次電池電極を備える非水系二次電池。
 本開示によれば、集電体に対して剥離強度が高い電極活物質層の形成が可能で、内部抵抗の低い電池が製造可能であり、ずり速度の変化に対して粘度の変動が小さい電極スラリーを提供することができる。また、本開示は、集電体に対して剥離強度が高い電極活物質層を有する非水系二次電池電極、及び内部抵抗の低い非水系二次電池を提供することができる。
本開示の一実施例及び一比較例にかかる電極スラリーの、ずり速度と粘度との関係を示すグラフである。 本開示の他の一実施例及び他の一比較例にかかる電極スラリーの、ずり速度と粘度との関係を示すグラフである。
 以下、本開示の実施形態として、非水系二次電池電極スラリー、非水系二次電池電極、及び非水系二次電池について説明する。なお、本開示は、以下に説明される実施形態に限定されない。以下の実施形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本開示を制限するものではない。
 「(メタ)アクリル」とは、アクリル及びメタクリルの総称であり、「(メタ)アクリレート」とは、アクリレート及びメタクリレートの総称である。
 「エチレン性不飽和結合」とは、特に断りがない限り、ラジカル重合性を有するエチレン性不飽和結合を指す。
 エチレン性不飽和結合を有する化合物の重合体において、あるエチレン性不飽和結合を有する化合物に由来する構造単位とは、その化合物のエチレン性不飽和結合以外の部分の化学構造と、重合体におけるその構造単位のエチレン性不飽和結合に対応する部分以外の部分の化学構造とが同じであるとする。例えば、スチレン由来の構造単位は、重合体において-CHCH(C(フェニル基))-の構造を有している。
 なお、イオン性官能基を有する構造単位においては、重合工程後にイオン交換が行われている場合であっても、重合体の構造に基づいてその構造単位を呼ぶ。例えば、アクリル酸ナトリウムを重合後にイオン交換により、対応する構造単位を-CHCH(COOH)-とした場合、この構造単位はアクリル酸由来の構造単位とする。
 「独立した複数のエチレン性不飽和結合」とは、互いに共役ジエンを形成しない複数のエチレン性不飽和結合をいう。すなわち、2個の二重結合が1個の共役ジエン構造を形成する場合、1個の共役ジエン構造に含まれるエチレン性不飽和結合は1個である。
 「不揮発分」とは、直径5cmのアルミ皿に混合物を1g秤量し、1気圧(1013hPa)で、乾燥器内で空気を循環させながら105℃で1時間乾燥させ、後に残った成分である。混合物の形態は、溶液、分散液、スラリー等が挙げられるが、これらに限られない。「不揮発分濃度」とは、乾燥前の組成物の質量(1g)に対する、上記条件下で乾燥後の不揮発分の質量割合(質量%)である。
 本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、合成例に示されている値に置き換えてもよい。
 本開示において各成分は該当する化合物を複数種含んでいてもよい。組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、各成分の含有率又は含有量は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計の含有率又は含有量を意味する。
 本開示において「層」との語には、当該層が存在する領域を観察したときに、当該領域の全体に形成されている場合に加え、当該領域の一部にのみ形成されている場合も含まれる。
<1.非水系二次電池電極スラリー>
 本開示の非水系二次電池電極スラリーは、バインダー重合体(A)と、セルロース誘導体(B)と、電極活物質(C)と、液状媒体(D)と、を含有し、バインダー重合体(A)は、1個の独立したエチレン性不飽和結合を有するノニオン性の芳香族化合物である芳香族エチレン性不飽和化合物(a1)に由来する第1構造単位を有し、セルロース誘導体(B)は、エーテル化度0.50以上1.2以下、かつ重量平均分子量100,000以上700,000以下であり、セルロース誘導体(B)は、液状媒体(D)に溶解している。
 以下、バインダー重合体(A)、セルロース誘導体(B)、電極活物質(C)、及び液状媒体(D)の成分について説明する。非水系二次電池電極スラリーは、これらの成分の他に導電助剤等のその他の成分を含んでもよい。
 なお、以下、非水系二次電池電極スラリーを電極スラリーと称することもある。電極スラリーは、リチウムイオン二次電池の電極の製造のために用いられることが好ましく、リチウムイオン二次電池の負極の製造のために用いられることがより好ましい。
〔1-1.バインダー重合体(A)〕
 バインダー重合体(A)は、芳香族エチレン性不飽和化合物(a1)に由来する第1構造単位を有する。バインダー重合体(A)は、その他の構造単位を有する共重合体であってもよい。
 その他の構造単位として、好ましくは、ノニオン性(メタ)アクリル酸エステル(a2)に由来する第2構造単位、アニオン性不飽和化合物(a3)に由来する第3構造単位、共役ジエン化合物(a4)に由来する第4構造単位、内部架橋剤(a5)に由来する第5構造単位、及びエチレン性不飽和結合を有する界面活性剤(a6)(以下、「重合性界面活性剤(a6)」とすることもある)に由来する第6構造単位等が挙げられる。さらに、バインダー重合体(A)は、上記の構造単位以外の構造単位を有してもよい。
 バインダー重合体(A)の一つの形態としては、第1構造単位、第2構造単位、第3構造単位、第5構造単位、及び第6構造単位を有する。バインダー重合体(A)の他の一つの形態としては、第1構造単位、第2構造単位、第3構造単位、第4構造単位、第5構造単位、及び第6構造単位を有する。バインダー重合体(A)の他の一つの形態としては、第1構造単位、第2構造単位、第3構造単位、及び第4構造単位を有する。バインダー重合体(A)の他の一つの形態としては、第1構造単位、第2構造単位、及び第3構造単位を有する。バインダー重合体(A)の他の一つの形態としては、第1構造単位及び第2構造単位を有する。バインダー重合体(A)の他の一つの形態としては、第1構造単位、第2構造単位、及び第4構造単位を有する。なお、バインダー重合体(A)は、ここで挙げた構成に限定されない。
 ここで挙げた(a1)~(a6)の詳細について以下に説明する。なお、(a1)~(a5)と、重合性界面活性剤(a6)とは、界面活性の機能の有無の点で区別される。
界面活性剤とは、水中でミセルを形成可能な(臨界ミセル濃度を有する)化合物である。
[1-1-1.芳香族エチレン性不飽和化合物(a1)]
 本開示において、芳香族エチレン性不飽和化合物(a1)は、1個の独立したエチレン性不飽和結合を有するノニオン性の芳香族化合物である。芳香族エチレン性不飽和化合物(a1)は、アリール基を有することが好ましく、フェニル基を有することがより好ましいが、これに限られない。エチレン性不飽和結合はビニル基を形成していることが好ましいがこれに限られない。芳香族エチレン性不飽和化合物(a1)は、1種類単独の化合物が含まれていてもよく、2種類以上の化合物が含まれていてもよい。
 芳香族エチレン性不飽和化合物(a1)としては、スチレン、t-ブチルスチレン、p-メチルスチレン、ベンジル(メタ)アクリレート等が挙げられる。芳香族エチレン性不飽和化合物(a1)は、芳香族ビニル化合物を含むことが好ましく、スチレン及びスチレン誘導体からなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物を含むことがより好ましく、スチレンを含むことがさらに好ましい。
[1-1-2.ノニオン性(メタ)アクリル酸エステル(a2)]
 ノニオン性(メタ)アクリル酸エステル(a2)は、1個の(メタ)アクリロイル基を有するノニオン性の脂肪族化合物である。ノニオン性(メタ)アクリル酸エステル(a2)は、(メタ)アクリロイル基以外のエチレン性不飽和結合を有さない。ノニオン性(メタ)アクリル酸エステル(a2)は、1種類単独の化合物含まれていてもよく、2種類以上の化合物が含まれていてもよい。
 ノニオン性(メタ)アクリル酸エステル(a2)は、(メタ)アクリル酸アルキルエステルが含まれることが好ましい。(メタ)アクリル酸アルキルエステルとしては、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n-プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸n-ブチル、(メタ)アクリル酸tert-ブチル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸2-エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸ステアリル等が挙げられる。
 ノニオン性(メタ)アクリル酸エステル(a2)は、アルキル基以外の構造を有してもよい。アルキル基以外の構造を有するノニオン性(メタ)アクリル酸エステル(a2)は、ヒドロキシ基及びシアノ基からなる群より選ばれる少なくとも一種を有することが好ましく、ヒドロキシ基を有することがより好ましい。ヒドロキシ基を有するノニオン性(メタ)アクリル酸エステル(a2)としては、(メタ)アクリル酸ヒドロキシメチル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチル等が挙げられるがこれらに限られない。
[1-1-3.アニオン性不飽和化合物(a3)]
 アニオン性不飽和化合物(a3)は、アニオン性官能基、及び1個の独立したエチレン性不飽和結合を有する化合物である。アニオン性官能基としては、例えば、カルボキシ基、スルホ基、及びリン酸基等が挙げられる。アニオン性官能基は塩を形成していてもよい。アニオン性不飽和化合物(a3)は、カルボキシ基、スルホ基、及びこれらの塩からなる群より選ばれる少なくとも一種を有する化合物を含むことが好ましく、カルボキシ基を有する化合物を含むことがより好ましい。また、アニオン性不飽和化合物(a3)は、脂肪族化合物からなることが好ましいが、芳香族化合物を含んでもよい。
 アニオン性不飽和化合物(a3)は、1種類単独の化合物を含んでもよく、2種類以上の化合物を含んでもよい。アニオン性不飽和化合物(a3)は、異なるアニオン性官能基を含む2種類以上の化合物を含んでいてもよい。アニオン性不飽和化合物(a3)は、1分子中に、1個のアニオン性官能基を有してもよく、2個以上のアニオン性官能基を有してもよい。アニオン性不飽和化合物(a3)は、1種類又は2種類以上のアニオン性官能基を複数有する化合物を含んでもよい。
 バインダー重合体(A)は、塩を形成していないアニオン性官能基を有する第1アニオン性不飽和化合物(a31)に由来する第31構造単位、及び全てのアニオン性官能基が塩を形成している第2アニオン性不飽和化合物(a32)に由来する第32構造単位からなる群より選ばれる少なくとも一種を含むことが好ましく、少なくとも第31構造単位を含むことがより好ましい。
 第1アニオン性不飽和化合物(a31)としては、(メタ)アクリル酸、クロトン酸等の不飽和モノカルボン酸;マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等の不飽和ジカルボン酸;不飽和ジカルボン酸のハーフエステル;パラスチレンスルホン酸等が挙げられる。これらの中でも、第1アニオン性不飽和化合物(a31)は、(メタ)アクリル酸及びイタコン酸からなる群より選ばれる少なくとも1つを含むことが好ましく、(メタ)アクリル酸を含むことがより好ましい。
 第2アニオン性不飽和化合物(a32)としては、上に例示した第1アニオン性不飽和化合物(a31)において全てのアニオン性官能基が塩を形成している化合物が挙げられる。塩としては、特に限定されないが、アルカリ金属塩及びアンモニウム塩からなる群より選ばれる少なくとも一種であることが好ましく、ナトリウム塩、リチウム塩、及びアンモニウム塩からなる群より選ばれる少なくとも一種であることがより好ましく、ナトリウム塩又はアンモニウム塩であることがさらに好ましく、ナトリウム塩であることが特に好ましい。
[1-1-4.共役ジエン化合物(a4)]
 共役ジエン化合物(a4)は、1個の共役ジエン構造を有するノニオン性の脂肪族化合物である。共役ジエン化合物(a4)は、共役ジエン構造以外でエチレン性不飽和結合を有さない。共役ジエン化合物(a4)は、1種類単独の化合物を含んでもよく、2種類以上の化合物を含んでもよい。共役ジエン化合物(a4)は、炭素数10個以下の化合物を含むことが好ましく、炭素数5個以下の化合物を含むことがより好ましい。共役ジエン化合物(a4)は、炭化水素を含むことが好ましい。
 共役ジエン化合物(a4)としては、1,3-ブタジエン、イソプレン、1,3-ペンタジエン、1,3-ヘキサジエン、1,3-ヘプタジエン、2,3-ジメチルブタジエン、2-クロロ-1,3-ブタジエン、3-メチル-1,3-ペンタジエン、イソプレン(2-メチル-1,3-ブタジエン)等が挙げられるが、これらに限られない。共役ジエン化合物(a4)は、1,3-ブタジエンを含むことが好ましい。
[1-1-5.内部架橋剤(a5)]
 内部架橋剤(a5)は、独立した複数のエチレン性不飽和結合を有する。内部架橋剤(a5)は、1種類単独の化合物を含んでもよく、2種類以上の化合物を含んでもよい。内部架橋剤(a5)に含まれるエチレン性不飽和結合は、アリール基に結合したビニル基、又は(メタ)アクリロイル基を形成していることが好ましいがこれらに限られない。内部架橋剤(a5)は、アリール基に結合したビニル基を含むことがより好ましい。内部架橋剤(a5)に含まれるエチレン性不飽和結合の数は、2~4個であることが好ましく、2~3個であることがより好ましく、2個であることがさらに好ましい。
 内部架橋剤(a5)の1分子中に含まれるエチレン性不飽和結合の形態は、1種類単独で含まれていてもよく、2種類以上を含んでもよい。また、内部架橋剤(a5)は、ノニオン性化合物であることが好ましい。
 内部架橋剤(a5)としては、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシ-3-アクリロイルオキシプロピルメタクリレート等が挙げられるが、これらに限られない。
[1-1-6.重合性界面活性剤(a6)]
 重合性界面活性剤(a6)は、1個の独立したエチレン性不飽和結合を有し、界面活性剤として機能する化合物である。重合性界面活性剤(a6)は、特に限定されないが、アニオン性界面活性剤であることが好ましく、スルホン酸塩及び硫酸エステル塩からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むことがより好ましい。重合性界面活性剤(a6)は、1種類単独の化合物を含んでもよく、2種類以上の化合物を含んでもよい。重合性界面活性剤(a6)としては、下記の化学式(1)~(4)で表される化合物の少なくともいずれかが含まれることが好ましく、下記の化学式(2)で表される化合物を含むことがより好ましい。
 式(1)中、Rはアルキル基であることが好ましく、pは10~40の整数であることが好ましい。Rの炭素数は10~40であることがより好ましく、Rは炭素数10~40の直鎖無置換アルキル基であることがさらに好ましい。
 式(2)中、Rはアルキル基であることが好ましく、qは10~12の整数であることが好ましい。Rの炭素数は10~40であることがより好ましく、Rは炭素数10~40の直鎖無置換アルキル基であることがさらに好ましい。
 式(3)中、Rはアルキル基であることが好ましく、MはNH又はNaであることが好ましい。Rの炭素数は10~40であることがより好ましく、Rは炭素数10~40の直鎖無置換アルキル基であることがさらに好ましい。
 式(4)中、Rはアルキル基であることが好ましく、MはNH又はNaであることが好ましい。Rの炭素数は10~40であることがより好ましく、Rは炭素数10~40の直鎖無置換アルキル基であることがさらに好ましい。
[1-1-7.バインダー重合体(A)の構成]
 バインダー重合体(A)中の第1構造単位の含有率は25質量%以上であることが好ましく、35質量%以上であることがより好ましく、40質量%以上であることがさらに好ましい。
 バインダー重合体(A)中の第1構造単位の含有率は65質量%以下であることが好ましく、55質量%以下であることがより好ましく、50質量%以下であることがさらに好ましい。
 バインダー重合体(A)が第2構造単位を含む場合、バインダー重合体(A)中の第2構造単位の含有率は25質量%以上であることが好ましく、35質量%以上であることがより好ましく、40質量%以上であることがさらに好ましい。ただし、バインダー重合体(A)が第4構造単位を含む場合、第2構造単位の含有率は、この範囲が好ましいとは限らない。
 バインダー重合体(A)が第2構造単位を含む場合、バインダー重合体(A)中の第2構造単位の含有率は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%以下であることがさらに好ましい。ただし、バインダー重合体(A)が第4構造単位を含む場合、第2構造単位の含有率は、この範囲が好ましいとは限らない。
 バインダー重合体(A)が第2構造単位を含む場合、バインダー重合体(A)中の、第1構造単位の含有率が25質量%以上65質量%以下であって、第2構造単位の含有率が25質量%以上70質量%以下であることが好ましい。
 バインダー重合体(A)がヒドロキシ基を有する第2構造単位を含む場合、バインダー重合体(A)中のヒドロキシ基を有する第2構造単位の含有率は0.50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、1.5質量%以上であることがさらに好ましい。
 バインダー重合体(A)がヒドロキシ基を有する第2構造単位を含む場合、バインダー重合体(A)中のヒドロキシ基を有する第2構造単位の含有率は5.0質量%以下であることが好ましく、3.5質量%以下であることがより好ましく、2.5質量%以下であることがさらに好ましい。
 バインダー重合体(A)が第3構造単位を含む場合、バインダー重合体(A)中の第3構造単位の含有率は0.30質量%以上であることが好ましく、0.80質量%以上であることがより好ましく、1.30質量%以上であることがさらに好ましい。
 バインダー重合体(A)が第3構造単位を含む場合、バインダー重合体(A)中の第3構造単位の含有率は15質量%以下であることが好ましく、10質量%以下であることがより好ましく、8.0質量%以下であることがさらに好ましい。
 バインダー重合体(A)が第2構造単位及び第3構造単位を含む場合、バインダー重合体(A)中の、第1構造単位の含有率が25質量%以上65質量%以下であって、第2構造単位の含有率が25質量%以上70質量%以下であって、第3構造単位の含有率が0.30質量%以上15質量%以下であることが好ましい。
 バインダー重合体(A)が第31構造単位を含む場合、バインダー重合体(A)中の第31構造単位の含有率は0.20質量%以上であることが好ましく、0.50質量%以上であることがより好ましく、0.70質量%以上であることがさらに好ましい。
 バインダー重合体(A)が第31構造単位を含む場合、バインダー重合体(A)中の第31構造単位の含有率は10質量%以下であることが好ましく、8.0質量%以下であることがより好ましく、6.5質量%以下であることがさらに好ましい。
 バインダー重合体(A)が第32構造単位を含む場合、バインダー重合体(A)中の第32構造単位の含有率は0.10質量%以上であることが好ましく、0.30質量%以上であることがより好ましく、0.50質量%以上であることがさらに好ましい。
 バインダー重合体(A)が第32構造単位を含む場合、バインダー重合体(A)中の第32構造単位の含有率は3.0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く、1.0質量%以下であることがさらに好ましい。
 バインダー重合体(A)が第4構造単位を含む場合、バインダー重合体(A)中の第4構造単位の含有率は15質量%以上であることが好ましく、25質量%以上であることがより好ましく、30質量%以上であることがさらに好ましい。
 バインダー重合体(A)が第4構造単位を含む場合、バインダー重合体(A)中の第4構造単位の含有率は55質量%以下であることが好ましく、45質量%以下であることがより好ましく、35質量%以下であることがさらに好ましい。
 バインダー重合体(A)が、第2構造単位及び第4構造単位を含む場合、バインダー重合体(A)中の第2構造単位及び第4構造単位の合計含有率は25質量%以上であることが好ましく、35質量%以上であることがより好ましく、45質量%以上であることがさらに好ましい。
 バインダー重合体(A)が、第2構造単位及び第4構造単位を含む場合、バインダー重合体(A)中の第2構造単位及び第4構造単位の合計含有率は70質量%以下であることが好ましく、63質量%以下であることがより好ましく、58質量%以下であることがさらに好ましい。
 バインダー重合体(A)が、第2構造単位及び第4構造単位を含む場合、バインダー重合体(A)中の、第1構造単位の含有率が25質量%以上65質量%以下であって、第4構造単位の含有率が15質量%以上55質量%以下であって、第2構造単位及び前記第4構造単位の合計含有率が25質量%以上70質量%以下であることが好ましい。
 バインダー重合体(A)が第5構造単位を含む場合、バインダー重合体(A)中の第5構造単位の含有率は0.010質量%以上であることが好ましく、0.030質量%以上であることがより好ましく、0.040質量%以上であることがさらに好ましい。
 バインダー重合体(A)が第5構造単位を含む場合、バインダー重合体(A)中の第5構造単位の含有率は1.0質量%以下であることが好ましく、0.50質量%以下であることがより好ましく、0.10質量%以下であることがさらに好ましい。
 バインダー重合体(A)が第6構造単位を含む場合、バインダー重合体(A)中の第6構造単位の含有率は0.10質量%以上であることが好ましく、0.20質量%以上であることがより好ましく、0.30質量%以上であることがさらに好ましい。
 バインダー重合体(A)が第6構造単位を含む場合、バインダー重合体(A)中の第6構造単位の含有率は5.0質量%以下であることが好ましく、3.0質量%以下であることがより好ましく、2.0質量%以下であることがさらに好ましい。
 バインダー重合体(A)が、第2構造単位、第5構造単位及び第6構造単位を含む場合、第1構造単位の含有率が25質量%以上65質量%以下であって、第2構造単位の含有率が25質量%以上70質量%以下であって、第3構造単位の含有率が0.30質量%以上15質量%以下であって、第5構造単位の含有率が0.010質量%以上1.0質量%以下であって、前記第6構造単位の含有率は0.10質量%以上5.0質量%以下であることが好ましい。
[1-1-8.バインダー重合体(A)のガラス転移点]
 バインダー重合体(A)のガラス転移点Tgは、株式会社日立ハイテクサイエンス製 EXSTAR DSC/SS7020を用いて昇温速度10℃/分、窒素ガス雰囲気下でDSC測定(示差走査熱量測定)を行い、DSCの温度微分として得られるDDSCチャートのピークトップ温度である。
 バインダー重合体(A)のガラス転移点Tgは、-30℃以上であることが好ましく、-20℃以上であることがより好ましく、-10℃以上であることがさらに好ましい。バインダー重合体(A)を用いて作製した非水系二次電池のサイクル特性が向上するためである。
 バインダー重合体(A)のガラス転移点Tgは、100℃以下であることが好ましく、50℃以下であることがより好ましく、30℃以下であることがさらに好ましい。バインダー重合体(A)を含む電極活物質層の集電箔に対する密着性が向上するためである。
〔1-2.セルロース誘導体(B)〕
 セルロース誘導体(B)は、セルロースに含まれるヒドロキシ基の水素原子の少なくとも一部が置換された構造を有し、電極スラリー中で電極活物質(C)を分散させやすくする。本開示の電極スラリーにおいて、セルロース誘導体(B)の少なくとも一部は、後述する液状媒体(D)に溶解している。本開示の電極スラリーに含まれるセルロース誘導体(B)は、全てが液状媒体(D)に溶解していることが好ましいが、一部が溶解していなくてもよい。
 セルロース誘導体(B)としては、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、CMCの塩等が挙げられる。セルロース誘導体(B)は、1種類単独の化合物を含んでもよく、2種類以上の化合物を含んでもよい。セルロース誘導体(B)は、CMC及びCMCの塩からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましく、CMCの塩を含むことがより好ましい。CMCの塩としては、CMCのアルカリ金属塩、CMCのアンモニウム塩等が挙げられるが、CMCのアルカリ金属塩であることが好ましい。アルカリ金属としては、Na、K又はLiが好ましく、Naがより好ましい。
 セルロース誘導体(B)のエーテル化度は、0.50以上であり、0.55以上であることが好ましく、0.60以上であることがより好ましい。電極スラリー中の電極活物質(C)の分散性を向上させるためである。
 セルロース誘導体(B)のエーテル化度は、1.2以下であり、1.0以下であることが好ましく、0.80以下であることがより好ましい。電極スラリーを用いて形成される電極の抵抗を低下させるためである。また、電極スラリーを用いて形成される電極活物質層の集電体に対する剥離強度を向上させるためである。
 ここで、セルロース誘導体(B)のエーテル化度とは、セルロースの1構造単位に含まれる3つのヒドロキシ基のうち、1構造単位当たりのエーテル化された部分の数である。エーテル化度は、非特許文献1に記載されている、13C NMRによって測定される値である。この際、シグナルの積分値を求めやすくするため、必要に応じてエーテル化された置換基及びヒドロキシ基の一方又は両方を他の置換基に変換してもよい。セルロース誘導体(B)が、CMC又はその塩の場合、エーテル化された部分のカルボキシ基又はその塩をメチルエステル化し、ヒドロキシ基をプロピオニル化した上で、13C NMRによる測定を行う。
 セルロース誘導体(B)の重量平均分子量は、100,000以上であり、200,000以上であることが好ましく、300,000以上であることがより好ましい。電極スラリーの粘度を向上させて、良好な塗工性を得るためである。
 セルロース誘導体(B)の重量平均分子量は、700,000以下であり、500,000以下であることが好ましく、400,000以下であることがより好ましい。ずり速度が低い場合における電極スラリーの粘度の上昇を抑制するためである。
 なお、セルロース誘導体(B)の重量平均分子量は、GPCにより測定されたプルラン換算値である。具体的な測定方法は、実施例にて後述するとおりである。
〔1-3.電極活物質(C)〕
 電極活物質(C)は、リチウムイオン等の電荷キャリアとなるイオンを挿入(Intercaration)/脱離(Deintercalation)可能な材料である。電荷キャリアとなるイオンはアルカリ金属イオンであることが好ましく、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオンであることがより好ましく、リチウムイオンであることがさらに好ましい。
 電極が負極である場合、電極活物質、すなわち負極活物質は、炭素材料、ケイ素を含む材料、チタンを含む材料のうち少なくともいずれかを含むことが好ましい。電極活物質として用いられる炭素材料としては、石油コークス、ピッチコークス、石炭コークス等のコークス、有機高分子の炭素化物、人造黒鉛、天然黒鉛などの黒鉛が挙げられる。ケイ素を含む材料としては、ケイ素単体、酸化ケイ素等のケイ素化合物が挙げられる。チタンを含む材料としては、チタン酸リチウム等が挙げられる。これらの材料は、1種類単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよく、2種類以上を複合化して用いてもよい。
 負極活物質は、炭素材料及びケイ素を含む材料からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むことがより好ましく、炭素材料を含むことがさらに好ましく、黒鉛を含むことがさらに好ましく、人造黒鉛を含むことが特に好ましい。電極活物質間、及び電極活物質と集電体との間の結着性を、バインダー重合体(A)によって向上させる効果が大きくなるためである。
 電極が正極である場合、電極活物質、すなわち正極活物質は、負極活物質よりも標準電極電位が貴な物質を用いる。正極活物質としては、Ni-Co-Mn系のリチウム複合酸化物、Ni-Mn-Al系のリチウム複合酸化物、Ni-Co-Al系のリチウム複合酸化物等のニッケルを含むリチウム複合酸化物、コバルト酸リチウム(LiCoO)、スピネル型マンガン酸リチウム(LiMn)、オリビン型燐酸鉄リチウム、TiS、MnO、MoO、V等のカルコゲン化合物などが挙げられる。正極活物質として、これらの物質は1種類単独で用いてもよく、あるいは2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
〔1-4.液状媒体(D)〕
 液状媒体(D)は、1気圧(1013hPa)下、15℃以上30℃以下の範囲において、液体の状態を保ち、かつ1気圧での沸点が250℃以下の媒体である。液状媒体(D)は、後述する電極スラリーとして含まれる量のセルロース誘導体(B)の少なくとも一部を溶解させることができる。電極スラリーの粘度を、塗工性が良好になる程度に高めるためである。
 液状媒体(D)は、水、親水性の溶媒、又はこれらの組み合わせであることが好ましい。親水性の溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、N-メチルピロリドン等が挙げられる。液状媒体(D)は、水を含むことがより好ましく、水を95質量%以上含むことがさらに好ましい。
〔1-5.電極スラリー中の各成分の含有率〕
 電極スラリーにおいて、電極活物質(C)100質量部に対するバインダー重合体(A)の含有量は、0.50質量部以上であることが好ましく、1.0質量部以上であることがより好ましく、1.5質量部以上であることがさらに好ましい。電極活物質(C)どうし、及び電極活物質(C)と集電体とを十分に結着させるためである。
 電極スラリーにおいて、電極活物質(C)100質量部に対するバインダー重合体(A)の含有量は、6.0質量部以下であることが好ましく、4.0質量部以下であることがより好ましく、3.0質量部以下であることがさらに好ましい。電極スラリーを用いて作製される電極活物質層において、電極活物質(C)の含有率を高め、電極の容量を向上させるためである。
 電極スラリーにおいて、電極活物質(C)100質量部に対するセルロース誘導体(B)の含有量は、0.50質量部以上であることが好ましく、1.0質量部以上であることがより好ましく、1.5質量部以上であることがさらに好ましい。電極スラリー中で電極活物質(C)を分散させやすくするためである。
 電極スラリーにおいて、電極活物質(C)100質量部に対するセルロース誘導体(B)の含有量は、6.0質量部以下であることが好ましく、4.0質量部以下であることがより好ましく、3.0質量部以下であることがさらに好ましい。電極スラリーの粘度の必要以上の上昇を抑制するためである。また、電極スラリーを用いて作製される電極活物質層において、電極活物質(C)の含有率を高め、電極の容量を向上させるためである。
 電極スラリーにおいて、電極活物質(C)100質量部に対する液状媒体(D)の含有量は、50質量部以上であることが好ましく、75質量部以上であることがより好ましく、100質量部以上であることがさらに好ましい。電極スラリー中で電極活物質(C)を分散させやすくするため、及び電極スラリーの塗工性が向上するためである。
 電極スラリーにおいて、電極活物質(C)100質量部に対する液状媒体(D)の含有量は、300質量部以下であることが好ましく、200質量部以下であることがより好ましく、150質量部以下であることがさらに好ましい。電極スラリーの粘度を、塗工性が良好になる程度に高める、及び電極スラリーの塗工後の乾燥時間を短くするためである。
 電極スラリーにおいて、電極活物質(C)100質量部に対するバインダー重合体(A)の含有量は0.50質量部以上6.0質量部以下であって、電極活物質(C)100質量部に対するセルロース誘導体(B)の含有量は0.50質量部以上6.0質量部以下であって、電極活物質(C)100質量部に対する液状媒体(D)の含有量は50質量部以上300質量部以下であることが好ましい。
〔1-6.電極スラリーの不揮発分濃度〕
 電極スラリーの不揮発分濃度は、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%以上であることがさらに好ましい。電極スラリー中の有効成分の濃度が高くなり、少ない電極スラリーの量で、十分な量の電極活物質層を形成できるためである。また、電極スラリーの粘度を、塗工性が良好になる程度に高める、及び電極スラリーの塗工後の乾燥時間を短くするためである。
 電極スラリーの不揮発分濃度は、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%以下であることがさらに好ましい。電極スラリー中で電極活物質(C)を分散させやすくするため、及び電極スラリーの塗工性が向上するためである。
<2.非水系二次電池電極スラリーの製造方法>
 以下、本開示の電極スラリーの製造方法の一例について説明するが、電極スラリーの製造方法は、この例に限られない。
〔2-1.バインダー重合体(A)の合成〕
 バインダー重合体(A)は、エチレン性不飽和結合を有する化合物を単量体(a)として重合することで得られる。単量体(a)としては、芳香族エチレン性不飽和化合物(a1)が含まれ、必要に応じてその他のエチレン性不飽和化合物も共重合する。その他のエチレン性不飽和化合物については、例えば、上記の化合物(a2)~(a6)等が挙げられるがこれらに限られない。
 重合方法としては、例えば、水性媒体中での単量体(a)の乳化重合が挙げられる。乳化重合によるバインダー重合体(A)の合成において用いられるその他の成分としては、例えば、重合性を有さない界面活性剤、塩基性物質、ラジカル重合開始剤等が挙げられるがこれらに限られず、連鎖移動剤等を用いてもよい。以下、バインダー重合体(A)の合成のために必要な、あるいは必要に応じて用いてもよいこれらの成分、及び乳化重合法について説明するが、単量体(a)については、上述した通りのため、以下においては説明を省略する。
[2-1-1.水性媒体]
 乳化重合に用いられる水性媒体は、水、親水性の溶媒、又はこれらの混合物である。親水性の溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、及びN-メチルピロリドン等が挙げられる。重合安定性の観点から、水性媒体は水であることが好ましい。なお、重合安定性を損なわない限り、水性媒体として、水に親水性の溶媒を添加したものを用いてもよい。
[2-1-2.界面活性剤]
 単量体(a)の乳化重合において、重合性を有さない界面活性剤は、重合中及び重合後の分散液(エマルジョン)の少なくとも一方の分散安定性を向上させることができる。このような界面活性剤として、アニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤を用いることが好ましい。
 アニオン性界面活性剤としては、例えば、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、脂肪酸塩が挙げられる。
 ノニオン性界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレン多環フェニルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ソルビタン脂肪酸エステル、及びポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルが挙げられる。
 界面活性剤は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
[2-1-3.塩基性物質]
 塩基性物質を加えることで、単量体(a)に含まれる酸性成分を中和し、pHを調整することができる。pHを調整することで、乳化重合中及び乳化重合後の分散液の少なくとも一方の機械的安定性及び化学的安定性を向上させることができる。
 分散液のpHは、電極の仕様、後述するスラリー作製の条件等によって適宜調整すればよい。分散液のpHは、限定はされないが、23℃において1.5以上であることが好ましく、5.0以上であることがより好ましく、6.0以上であることがさらに好ましい。分散液のpHは、限定はされないが、10以下であることが好ましく、9.0以下であることがより好ましい。電極活物質を加えた際に電極スラリー中で電極活物質(C)が沈降することを抑制するためである。
 塩基性物質としては、アンモニア、トリエチルアミン、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム等が挙げられる。これらの塩基性物質は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
[2-1-4.ラジカル重合開始剤]
 乳化重合の際に用いられるラジカル重合開始剤としては、特に限定されないが、例えば、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム等の過硫酸塩;過酸化水素;アゾ化合物;t-ブチルハイドロパーオキサイド、t-ブチルパーオキシベンゾエート、及びクメンハイドロパーオキサイド等の有機過酸化物が挙げられる。中でも、過硫酸塩及び有機過酸化物が好ましい。乳化重合の際にラジカル重合開始剤と、重亜硫酸ナトリウム、ロンガリット、アスコルビン酸等の還元剤とを併用して、レドックス重合してもよい。
 ラジカル重合開始剤の添加量は、単量体(a)100質量部に対して0.10質量部以上であることが好ましく、0.20質量部以上であることがより好ましい。単量体(a)の重合の転化率を高くすることができるためである。ラジカル重合開始剤の添加量は、単量体(a)100質量部に対して3.0質量部以下であることが好ましく、2.0質量部以下であることがより好ましい。バインダー重合体(A)の分子量を高くすることができ、電極スラリーを用いて作製された電極活物質層の電解液に対する膨潤率を下げることができるためである。
[2-1-5.乳化重合法]
 乳化重合法としては、例えば、乳化重合に使用する各成分を連続供給しながら乳化重合する方法が挙げられる。乳化重合の温度は、特に限定はされないが、例えば、30℃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、55℃以上であることがさらに好ましい。乳化重合の温度は、特に限定はされないが、例えば、90℃以下であることが好ましく、85℃以下であることがより好ましく、80℃以下であることがさらに好ましい。乳化重合は攪拌しながら行うことが好ましい。また、単量体(a)及びラジカル重合開始剤は反応容器内に連続供給することが好ましい。反応液中でラジカル重合開始剤がより均等に存在するようになるためである。
〔2-2.各成分の混合(電極スラリーの製造)〕
 上記の工程によって得られたバインダー重合体(A)の分散液(以下、バインダー組成物と呼ぶことがある)に、セルロース誘導体(B)と、電極活物質(C)と、必要に応じて液状媒体(D)(上記の重合に用いた水性媒体をそのまま液状媒体(D)としてもよい)と、必要に応じてその他の成分とを混合する方法が挙げられるがこれに限られない。添加する成分の順序は、特に限定されず、適宜決めればよい。混合方法としては、攪拌式、回転式、振とう式等の混合装置を使用する方法が挙げられる。
〔2-3.電極スラリーの粘度〕
 本開示の電極スラリーは、ずり速度0.10s-1での粘度η0.10に対するずり速度100s-1での粘度「η100」の比(η100/η0.10)は、0.30以上であることが好ましく、0.40以上であることがより好ましく、0.50以上であることがさらに好ましい。また、比(η100/η0.10)は、0.90以下であることが好ましく、0.80以下であることがより好ましく、0.70以下であることがさらに好ましい。
 電極スラリーのずり速度を変えたときの粘度は、粘度・粘弾性測定装置(例えば、HAAKE社製、RS6000)、及びコーンプレートを用いて、測定温度25℃で、0.010s-1から1000s-1まで1分間につき27%でずり速度を増加させながら測定する。コーンプレートは直径35mm及び角度2°のものを使用する。
<3.非水系二次電池電極>
 本開示の非水系二次電池電極(以下、「電極」とすることもある)は、集電体と、集電体上に形成される電極活物質層と、を備える。電極の形状としては、例えば、積層体及び捲回体が挙げられるが、特に限定されない。また、集電体上への電極活物質層の形成範囲は特に限定されず、集電体の全面に形成されていてもよく、集電体の一部の面に形成されていてもよい。集電体が板、箔等の形状である場合、電極活物質層は、集電体の両面に形成されていてもよく、片面のみに形成されていてもよい。
〔3-1.集電体〕
 集電体は、厚さ0.001mm以上0.5mm以下の金属シートであることが好ましく、金属としては、鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、ステンレス等が挙げられる。非水系二次電池電極が、リチウムイオン二次電池の負極である場合、集電体は、銅箔であることが好ましい。
〔3-2.電極活物質層〕
 本開示にかかる電極活物質層は、バインダー重合体(A)、セルロース誘導体(B)及び電極活物質(C)を含む。ここで挙げた成分については上述したとおりである。電極活物質層は、その他の成分として導電助剤等を含んでもよい。
〔3-3.電極の製造方法〕
 電極の製造方法としては、例えば、電極スラリーを集電体上に塗布し、乾燥させて電極活物質層を形成させた後、適当な大きさに切断することにより製造できる。
 電極スラリーを集電体上に塗布する方法としては、特に限定されないが、例えば、リバースロール法、ダイレクトロール法、ドクターブレード法、ナイフ法、エクストルージョン法、カーテン法、グラビア法、バー法、ディップ法、及びスクイーズ法が挙げられる。これらの中でも、電極スラリーの粘性等の諸物性及び乾燥性を考慮すると、ドクターブレード法、ナイフ法、又はエクストルージョン法を用いることが好ましい。表面が滑らかで、厚さのばらつきが小さな電極活物質層を得ることができるためである。
 電極スラリーは、集電体の片面にのみ塗布してもよいし、両面に塗布してもよい。電極スラリーを集電体の両面に塗布する場合は、片面ずつ逐次塗布してもよいし、両面を一括して塗布してもよい。また、電極スラリーは、集電体へ連続的に塗布してもよいし、間欠的に塗布してもよい。電極スラリーの塗布量は、電池の設計容量、電極スラリーの組成等に応じて適宜決定できる。電極スラリーの塗布量は、電極スラリーの性質にもよるが、15mg/cm以下(両面に塗布する場合、片面あたりの塗布量)であることが好ましい。電極スラリーの乾燥工程において電極表面の亀裂の発生を抑制できるためである。
 集電体上に塗布された電極スラリーを乾燥することにより、集電体上に電極活物質層が形成される。電極スラリーの乾燥方法は、特に限定されないが、例えば、熱風、減圧あるいは真空環境、(遠)赤外線、低温風を単独又は組み合わせて用いることができる。電極スラリーの乾燥温度及び乾燥時間は、電極スラリー中の不揮発分濃度、集電体への塗布量等によって適宜調整することができる。乾燥温度は、40℃以上350℃以下であることが好ましく、生産性の観点から、60℃以上100℃以下であることがより好ましい。乾燥時間は1分以上30分以下であることが好ましい。
 集電体上に電極活物質層が形成された電極シートは、電極として適当な大きさ及び形状にするために切断されてもよい。電極シートの切断方法は特に限定されないが、スリット、レーザー、ワイヤーカット、カッター、トムソン等を用いることができる。
 電極シートを切断する前又は後に、必要に応じて電極シートをプレスしてもよい。プレスによって電極活物質を集電体により強固に結着させ、さらに電極を薄くすることによる非水系電池の小型化が可能になる。プレスの方法としては、一般的な方法を用いることができ、特に金型プレス法又はロールプレス法を用いることが好ましい。金型プレス法の場合、プレス圧は、特に限定されないが、0.5t/cm以上5t/cm以下とすることが好ましい。ロールプレス法の場合、線圧は、特に限定されないが、0.5t/cm以上5t/cm以下とすることが好ましい。プレスによる上記効果を得つつ、電極活物質へのリチウムイオン等の電荷キャリアの挿入及び脱離容量の低下を抑制するためである。
〔3-4.電極の剥離強度〕
 負極活物質層の集電体に対する剥離強度は、15mN/mm以上であることが好ましく、18mN/mm以上であることがより好ましく、20mN/mm以上であることがさらに好ましい。
 負極活物質層の集電体に対する剥離強度は高いほど好ましく、上限値は特に制限されないが、25mN/mm以下であってもよい。
 負極活物質層の集電体に対する剥離強度は、実施例に記載の方法によって測定される。
〔3-5.電極抵抗〕
 負極活物質層の抵抗は、350mΩ・cm以下であることが好ましく、300mΩ・cm以下であることがより好ましく、255mΩ・cm以下であることがさらに好ましく、235mΩ・cm以下であることがさらに好ましい。負極活物質層の抵抗は低いほど好ましく、下限値は特に制限されないが、150mΩ・cm以上であってもよい。
 負極活物質層と集電体との間の界面抵抗は、100mΩ・cm以下であることが好ましく、88mΩ・cm以下であることがより好ましく、73mΩ・cm以下であることがさらに好ましい。負極活物質層と集電体との間の界面抵抗は低いほど好ましく、下限値は特に制限されないが、30mΩ・cm以上であってもよい。
 負極活物質層の抵抗及び負極活物質層と集電体との間の界面抵抗は、電極抵抗測定機(例えば、日置電機株式会社製、電極抵抗測定システムXF057)を用いて測定される。
<4.非水系二次電池>
 本開示の非水系二次電池は、本開示の非水系二次電池電極を備える。
 本開示の非水系二次電池の好ましい一例として、リチウムイオン二次電池について説明するが、電池の構成はここで説明したものに限られない。本開示の非水系二次電池は、正極と、負極と、電解液と、必要に応じてセパレータ等の部品と、が外装体に収容されたものであり、正極及び負極のうちの一方又は両方に上で述べた電極を用いる。本開示の非水系二次電池において、正極及び負極の少なくとも一方が、バインダー重合体(A)を含むが、少なくとも負極がバインダー重合体(A)を含むことが好ましい。
〔4-1.電解液〕
 電解液としては、イオン伝導性を有する非水系の液体を使用する。電解液としては、電解質が有機溶媒に溶解している溶液、イオン液体等が挙げられるが、前者が好ましい。製造コストが低く、内部抵抗の低い非水系電池が得られるためである。
 電解質としては、アルカリ金属塩を用いることができ、電極活物質の種類等に応じ適宜選択できる。電解質としては、LiClO、LiBF、LiPF、LiCFSO、LiCFCO、LiAsF、LiSbF、LiB10Cl10、LiAlCl、LiCl、LiBr、LiB(C、CFSOLi、CHSOLi、LiCFSO、LiCSO、Li(CFSON、脂肪族カルボン酸リチウム等が挙げられる。また、電解質として、その他のアルカリ金属塩を用いることもできる。
 電解質を溶解する有機溶媒としては、特に限定されないが、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジエチルカーボネート(DEC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、ビニレンカーボネート(VC)等の炭酸エステル化合物;アセトニトリル等のニトリル化合物;及び酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル等のカルボン酸エステルが挙げられる。これらの有機溶媒は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。中でも、有機溶媒としては、直鎖カーボネート系溶媒を組合せたものを用いることが好ましい。直鎖カーボネート系溶媒としては、炭酸ジエチル、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル等が挙げられる。
〔4-2.外装体〕
 外装体としては、アルミニウム箔と樹脂フィルムとのラミネート材等を適宜使用できるが、これに限られない。電池の形状は、コイン型、ボタン型、シート型、円筒型、角型、扁平型等が挙げられ、特に限定されない。
 以下、実施例により本実施形態をより具体的に説明するが、本実施形態は以下に説明する実施例に限定されない。以下の実施例においては、電極スラリーの例として、リチウムイオン電池の負極スラリーを作製している。なお、以下の実施例及び比較例で用いられる水は、特に断りがなければ、イオン交換水である。
<1.バインダー重合体(A)>
〔1-1.合成例1〕
 表1の合成例1に示す種類及び量の単量体(a)と、水200質量部とを混合し、乳化させ、単量体乳化液を作製した。重合性界面活性剤(a6)として用いられているアクアロンKH10は、第一工業製薬株式会社製のポリオキシエチレン-1-(アリルオキシメチル)アルキルエーテル硫酸エステルアンモニウム塩であり、上記の式(2)で表される化合物である。
 次いで、表1の合成例1に示す種類及び量の重合開始剤を、それぞれ水50質量部に溶解し、重合開始剤水溶液を作製した。
 冷却管、温度計、攪拌機、滴下ロートを有するセパラブルフラスコに、水150質量部を入れて、75℃に昇温した。このセパラブルフラスコに、上記単量体乳化液と、重合開始剤水溶液とを、それぞれ3時間かけて75℃で攪拌しながら連続供給し、乳化重合を行い、エマルジョンを得た。得られたエマルジョンを室温(25℃)まで冷却した。冷却後のエマルジョンに、25質量%のアンモニア水17質量部(表1中の塩基性物質:アンモニア4.25質量部、水12.75質量部)及び水130質量部を添加した。なお、重合開始剤として用いられたロンガリットSFSは住友精化株式会社製である。
 この工程によりバインダー重合体(A1)を含むエマルジョンとして、合成例1のバインダー組成物を得た。
〔1-2.合成例2〕
 表1の合成例2に示す種類及び量の単量体(a)を、水200質量部と混合し、乳化させ、単量体乳化液を作製した。
 次いで、表1の合成例2に示す種類及び量のラジカル重合開始剤を、水50質量部に溶解し、重合開始剤水溶液を作製した。
 攪拌機付き5MPa耐圧容器に、水200質量部を入れて、容器内圧力1.0MPaで60℃に昇温した。この耐圧容器に、上記単量体乳化液と、上記ラジカル重合開始剤が溶解した水溶液とを、それぞれ一括で投入し、60℃で8時間攪拌することにより、乳化重合を行い、エマルジョンを得た。得られたエマルジョンを室温(25℃)まで冷却した。冷却後のエマルジョンに、25質量%のアンモニア水5.3質量部(表1中の塩基性物質:アンモニア1.325質量部、水3.975質量部)及び水130質量部を添加した。
 この工程によりバインダー重合体(A2)を含むエマルジョンとして、合成例2のバインダー重合体を含む分散粒子と水性媒体とを含むエマルジョンを得た。
〔1-3.不揮発分濃度の測定〕
 合成例1及び合成例2で得られたエマルジョンを各々、直径5cmのアルミ皿に1g秤量し、1気圧(1013hPa)で、乾燥器内で空気を循環させながら105℃で1時間乾燥させ、後に残った成分の質量を測定し、不揮発分濃度(質量%)を求めた。合成例1及び合成例2で得られたエマルジョンの不揮発分濃度の測定値を表1に示した。
〔1-4.ガラス転移点の測定〕
 合成例1及び合成例2で得られたエマルジョンを各々、1気圧(1013hPa)で、乾燥器内で空気を循環させながら105℃で1時間乾燥させ、後に残った成分を取り出してサンプルパンに詰め、DSC測定を行った。DSC測定は、株式会社日立ハイテクサイエンス製 EXSTAR DSC/SS7020を用いて昇温速度10℃/分、窒素ガス雰囲気下で行われた。それぞれの合成例について、DSCの温度微分として得られるDDSCチャートのピークトップ温度をバインダー重合体(A1)又はバインダー重合体(A2)のガラス転移点(℃)とした。バインダー重合体(A1)及びバインダー重合体(A2)のガラス転移点の測定値を表1に示した。
<2.負極スラリー>
〔2-1.負極スラリーの作製〕
 各実施例及び各比較例において、バインダー重合体(A)、セルロース誘導体(B)、及び電極活物質(C)(負極活物質)について表2に示される種類を用いて、表2に示される量となるように、液状媒体(D)としての水とともに混合し、負極スラリーを作製した。なお、この工程において添加される水の量については、上記エマルジョンに含まれる水等と合計して表2に示される量となるように調整した。
 バインダー重合体(A)については、合成例1で合成されたバインダー重合体(A1)、及び合成例2で合成されたバインダー重合体(A2)が用いられた。

 
 セルロース誘導体(B)としては、下記のカルボキシメチルセルロースナトリウム塩(CMC-Na)が用いられた。
 CMC1130:株式会社ダイセル製、エーテル化度0.70、重量平均分子量300,000
 CMC1240:株式会社ダイセル製、エーテル化度0.90、重量平均分子量380,000
 CMC2200:株式会社ダイセル製、エーテル化度0.90、重量平均分子量1,000,000
 CMC1380:株式会社ダイセル製、エーテル化度1.3、重量平均分子量1,110,000
 CMC-Naのエーテル化度は、非特許文献1に記載の方法によって測定された値で、測定に用いられるサンプルは以下に述べる方法で得られる。
 CMC-Na5.0g、MeSO(ジメチルスルホキシド)100mL、及び硫酸ジメチル20.0mLを300mL丸底フラスコに入れて、この混合物を45℃で24時間加熱する。その後、混合物を、0.1vol%のHClを含むメタノールに注いで反応生成物を分離し、生成物を真空乾燥する。この工程によりメチルエステル化されたCMC(MCMC)が得られる。
 100mL丸底フラスコ中で、得られたMCMC1.0g、無水プロピオン酸5.0mL、ピリジン50mL、及び4-(ジメチルアミノ)ピリジン0.20gを、6質量%のLiClを含むジメチルアセトアミド50mLに溶解する。この混合物を100℃で6時間加熱する。その後、混合物を2Lの水に注ぎ生成物を分離し、生成物を真空乾燥する。この工程によりプロピオニル化されたMCMC(PMCMC)が得られる。
 得られたPMCMCに対して、以下の条件で13C NMR測定を行った。
 溶媒:ジメチルスルホキシド-d6
 溶液温度:100℃
 測定装置:日本電子株式会社(JEOL)製 JNM-EX400(100MHz)
 プローブ:5mm径のC-Hデュアルプローブ
 測定モード:Quantitative-mode
 測定手法:non-NOE gated decoupling technique
 繰り返し時間(pulse repetition time):30秒
 積算回数:2000回
 13C NMR測定で得られたデータから、175.7ppm、176.2ppm、及び176.7ppmに現れるプロピオニル基のC=Oに対応するピークの積算値(3つのピークの合計値)Iと、103.0ppm及び104.5ppmに現れるピークの積算値(2つのピークの合計値)Iとの比の値I/Iを求める。この比の値I/Iは、セルロース誘導体における、1つの構造単位あたりの未置換のヒドロキシ基の数である。したがって、(3-I/I)が、1つの構造単位あたりの置換された(エーテル結合になった)ヒドロキシ基の数となり、この値がエーテル化度である。
 CMC-Naの重量平均分子量は、GPCにより測定されたプルラン換算値であり、測定は以下の装置及び条件により行われた。
 GPC装置: GPC‐101(株式会社レゾナック製)
 溶媒:0.1M NaNO水溶液
 サンプルカラム:Shodex Column Ohpak SB-806 HQ(8.0mmI.D. x 300mm) ×2
 リファレンスカラム:Shodex Column Ohpak SB-800 RL(8.0mmI.D. x 300mm) ×2
 カラム温度:40℃
 サンプル濃度:0.1質量%
 検出器:RI-71S(株式会社島津製作所製)
 流量:1ml/min
 分子量スタンダード:プルラン(P‐5、P-10、P‐20、P-50、P‐100、P-200、P-400、P-800、P-1300、P-2500(株式会社レゾナック製))
 電極活物質(C)としては、いずれの実施例及び比較例においても人造黒鉛(G49、江西紫宸科技有限公司製)が用いられた。
〔2-2.負極スラリーの各種測定〕
[2-2-1.負極スラリーの不揮発分濃度〕
 各実施例及び各比較例で得られた負極スラリーを各々、直径5cmのアルミ皿に混合物を1g秤量し、1気圧(1013hPa)で、乾燥器内で空気を循環させながら130℃で1時間乾燥させ、後に残った成分の質量を測定し、不揮発分濃度(質量%)を求めた。各実施例及び各比較例において作製された電極スラリーの不揮発分濃度を表2に示した。
[2-2-2.負極スラリーの粘度]
 HAAKE社製粘度・粘弾性測定装置RS6000、及びコーンプレートを用いて、測定温度は25℃としてスラリーの粘度を測定した。コーンプレートは直径35mm及び角度2°であり、0.010s-1から1000s-1まで1分間につき27%でずり速度を増加させながら粘度を測定した(すなわち、ずり速度は時間の指数関数となる)。
 測定結果の一例として、図1に、実施例1及び比較例1にかかる電極スラリーの、ずり速度と粘度との関係を示す。また、図2に、実施例3及び比較例3にかかる電極スラリーの、ずり速度と粘度との関係を示す。実施例1の電極スラリーが比較例1の電極スラリーよりもずり速度が変化しても粘度が安定していることがわかる。また、実施例3の電極スラリーが比較例3の電極スラリーよりもずり速度が変化しても粘度が安定していることがわかる。
 各実施例及び各比較例において作製された電極スラリーの、ずり速度0.10s-1及び100s-1のそれぞれにおける粘度「η0.10」及び「η100」を表2に示した。
<3.負極>
〔3-1.負極の作製〕
 厚さ10μmの銅箔(負極集電体)の両面に、負極スラリーを、ダイレクトロール法により塗布した。負極集電体への負極スラリーの塗布量は、後述するロールプレス処理後の厚さが片面当たり170μmになるように調整した。
 負極集電体上に塗布された負極スラリーを、90℃で10分乾燥させ、ロールプレス機(サンクメタル社製、プレス荷重8t、ロール幅7cm)でプレスし、集電体上に負極活物質層が形成された負極シートを得た。得られた負極シートを52mm×42mmに切り出し、導電タブをつけて負極を作製した。
〔3-2.負極の各種測定〕
[3-2-1.負極活物質層の剥離強度の測定]
 負極活物質層の集電体に対する剥離強度を以下のように測定した。上記の負極作製工程におけるプレス後の負極シートを25mm×100mmのサイズにカットし、試験片とした。試験片上の負極活物質層と、幅50mm、長さ200mmSUS板とを両面テープ(NITTOTAPE(登録商標) No.5、日東電工(株)製)を用いて、試験片の中心とSUS板の中心とが一致するように貼り合わせた。なお、両面テープは試験片の全範囲をカバーするように貼り合わせた。
 試験片とSUS板とを貼り合わせた状態で10分放置した後、負極活物質層を、試験片の一端から長さ方向に20mm剥がし、銅箔側の試験片を180°折り返し、この部分(負極活物質層を剥がした試験片の部分の銅箔側)を試験機の上側のチャックで掴んだ。さらに、負極活物質層を剥がされた方のSUS板の一端を下側チャックで掴んだ。その状態で、試験片から銅箔を100±10mm/minの速度で引き剥がし、剥離長さ(mm)-剥離力(mN)のグラフを得た。得られたグラフにおいて剥離長さ10mm~45mmにおける剥離力の平均値(mN)を算出し、剥離力の平均値を試験片の幅25mmで割った数値を負極活物質層の剥離強度(mN/mm)とした。なお、いずれの実施例及び比較例においても、試験中、両面テープとSUS板の間での剥離、及び両面テープと負極活物質層との間での界面剥離は起こらなかった。
[3-2-2.抵抗の測定]
 日置電機株式会社製の電極抵抗測定システムXF057を用いて、負極活物質層の抵抗(mΩ・cm)及び負極活物質層と集電体との間の界面抵抗(mΩ・cm)を測定した。
<4.リチウムイオン二次電池>
〔4-1.電池の作製〕
 各実施例及び各比較例にかかる負極を用いて、リチウムイオン二次電池を作製した。なお、以下の説明において、負極の作製については上で述べたとおりである。
 正極活物質としてLiNi0.6Mn0.2Co0.2を94質量部、導電助剤としてアセチレンブラックを3質量部、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン3質量部を混合したものに、N-メチルピロリドンを50質量部加えてさらに混合して正極スラリーを作製した。
 厚さ15μmのアルミニウム箔(正極集電体)の両面に、正極スラリーを、ダイレクトロール法により塗布した。正極集電体への正極スラリーの塗布量は、後述するロールプレス処理後の厚さが片面当たり125μmになるように調整した。
 正極集電体上に塗布された正極スラリーを、120℃で5分乾燥し、ロールプレス機(サンクメタル社製、プレス荷重5t、ロール幅7cm)でプレスし、集電体上に正極活物質層が形成された正極シートを得た。得られた正極シートを50mm×40mmに切り出し、導電タブをつけて正極を作製した。
 正極と負極との間にポリオレフィン系の多孔性フィルムからなるセパレータ(ポリエチレン製、25μm)を介在させて、正極活物質層と負極活物質層とが互いに対向するようにアルミラミネート外装体(電池パック)の中に収納した。この外装体中に電解液を注液し真空含浸を行い、真空ヒートシーラーでパッキングし、評価用のリチウムイオン二次電池を作製した。電解液は、エチレンカーボネート(EC)/エチルメチルカーボネート(EMC)/ジエチルカーボネート(DEC)=30/50/20(体積比)の混合溶媒にLiPFを1.0mol/Lで溶解させた溶液99質量部に、ビニレンカーボネート1質量部を混合して作製した。
〔4-2.電池のサイクル容量維持率の測定〕
 各実施例及び各比較例にかかる電池の、高温下でのサイクル容量維持率は、45℃の条件下、以下の工程(i)~(iv)の順で繰り返し行った。ここで、(i)~(iv)の一連の操作1回分を1サイクルとする。
(i)電圧4.2Vになるまで、電流1Cで充電する(定電流(CC)充電)。
(ii)電圧4.2Vで、電流0.05Cになるまで充電する(定電圧(CV)充電)。
(iii)15分静置する。
(iv)電圧2.75Vになるまで電流1Cで放電する(定電流(CC)放電)。
 工程(i)及び(ii)における、電流の時間積分値を充電容量、工程(iv)における、電流の時間積分値を放電容量とする。1サイクル目の放電容量、及び500サイクル目の放電容量を測定した。100×(500サイクル目の放電容量)/(1サイクル目の放電容量)[%]を電池の高温下でのサイクル容量維持率として算出した。各実施例及び各比較例にかかる電池のサイクル容量維持率(500サイクル)を表2に示した。
<5.評価結果>
 実施例1~4にかかる電極スラリーはいずれも、バインダー重合体(A)と、セルロース誘導体(B)と、電極活物質(C)と、液状媒体(D)と、を含有する。実施例1~4の電極スラリーにおけるバインダー重合体(A)は、1個の独立したエチレン性不飽和結合を有するノニオン性の芳香族化合物である芳香族エチレン性不飽和化合物(a1)に由来する第1構造単位を有する。実施例1~4の電極スラリーにおけるセルロース誘導体(B)は、エーテル化度0.50以上1.0以下、かつ重量平均分子量100,000以上700,000以下である。さらに、すべてのセルロース誘導体(B)は、液状媒体(D)に溶解している。
 実施例1~4にかかる電極スラリーは、ずり速度の変化による粘度の変動η100/ η0.10が小さい。実施例1~4にかかる電極スラリーを用いて作製された電極は、集電体に対して剥離強度が高い電極活物質層が形成されている。また、実施例1~4にかかる電極スラリーを用いて作製された電極は、電極活物質と集電体との間の界面抵抗、及び負極活物質層内の電気抵抗が低く、この電極備える電池は内部抵抗が低くなる。
 セルロース誘導体(B)の分子量が高い比較例1~4はいずれも、ずり速度が低いと粘度が著しく上昇する。比較例1~4にかかる電極スラリーを用いて作製された電極は、集電体に対する電極活物質層の剥離強度が低い。また、比較例1~4にかかる電極スラリーを用いて作製された電極は、電極活物質と集電体との間の界面抵抗、及び負極活物質層内の電気抵抗が高く、この電極備える電池は内部抵抗が高くなる。
 以上のことより、バインダー重合体(A)と、セルロース誘導体(B)と、電極活物質(C)と、液状媒体(D)と、を含有し、バインダー重合体(A)は、1個の独立したエチレン性不飽和結合を有するノニオン性の芳香族化合物である芳香族エチレン性不飽和化合物(a1)に由来する第1構造単位を有し、セルロース誘導体(B)は、エーテル化度0.50以上1.2以下、かつ重量平均分子量100,000以上700,000以下であり、セルロース誘導体(B)は、液状媒体(D)に溶解している非水系二次電池電極スラリーは、ずり速度の変化に対して粘度の変動が小さく、集電体に対して剥離強度が高い電極活物質層の形成が可能で、内部抵抗の低い電池を製造可能であることがわかる。
 また、実施例1~4にかかる電極スラリーを用いて作製された電極を備える電池は、比較例1~4にかかる電極スラリーを用いて作製された電極を備える電池に比べて、サイクル容量維持率(500サイクル)に優れていた。
 日本国特許出願2022-202794号の開示は、その全体が参照により本開示に取り込まれる。
 本開示における全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本開示中に参照により取り込まれる。

Claims (14)

  1.  バインダー重合体(A)と、セルロース誘導体(B)と、電極活物質(C)と、液状媒体(D)と、を含有する非水系二次電池電極スラリーであって、
     前記バインダー重合体(A)は、1個の独立したエチレン性不飽和結合を有するノニオン性の芳香族化合物である芳香族エチレン性不飽和化合物(a1)に由来する第1構造単位を有し、
     前記セルロース誘導体(B)は、エーテル化度0.50以上1.2以下、かつ重量平均分子量100,000以上700,000以下であり、
     前記セルロース誘導体(B)の少なくとも一部は、前記液状媒体(D)に溶解している非水系二次電池電極スラリー。
  2.  前記バインダー重合体(A)中の、前記第1構造単位の含有率は25質量%以上65質量%以下である請求項1に記載の非水系二次電池電極スラリー。
  3.  前記セルロース誘導体(B)は、カルボキシメチルセルロース及びその塩からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む請求項1に記載の非水系二次電池電極スラリー。
  4.  前記バインダー重合体(A)は、ノニオン性(メタ)アクリル酸エステル(a2)に由来する第2構造単位をさらに有し、前記ノニオン性(メタ)アクリル酸エステル(a2)は、1個の (メタ)アクリロイル基を有するノニオン性の脂肪族化合物であり、(メタ)アクリロイル基以外のエチレン性不飽和結合を有さない請求項1に記載の非水系二次電池電極スラリー。
  5.  前記バインダー重合体(A)中の、前記第1構造単位の含有率は25質量%以上65質量%以下であり、前記第2構造単位の含有率は25質量%以上70質量%以下である請求項4に記載の非水系二次電池電極スラリー。
  6.  前記バインダー重合体(A)は、アニオン性不飽和化合物(a3)に由来する第3構造単位をさらに有し、前記アニオン性不飽和化合物(a3)は、アニオン性官能基、及び1個の独立したエチレン性不飽和結合を有する請求項4に記載の非水系二次電池電極スラリー。
  7.  前記バインダー重合体(A)中の、前記第1構造単位の含有率は25質量%以上65質量%以下であり、前記第2構造単位の含有率は25質量%以上70質量%以下であり、前記第3構造単位の含有率は0.30質量%以上15質量%以下である請求項6に記載の非水系二次電池電極スラリー。
  8.  前記バインダー重合体(A)は、内部架橋剤(a5)に由来する第5構造単位、及びエチレン性不飽和結合を有する界面活性剤(a6)に由来する第6構造単位をさらに有し、
     前記内部架橋剤(a5)は、独立した複数のエチレン性不飽和結合を有し、
     前記エチレン性不飽和結合を有する界面活性剤(a6)は、1個の独立したエチレン性不飽和結合を有し、界面活性剤として機能する化合物である請求項6に記載の非水系二次電池電極スラリー。
  9.  前記バインダー重合体(A)中の、前記第1構造単位の含有率は25質量%以上65質量%以下であり、前記第2構造単位の含有率は25質量%以上70質量%以下であり、前記第3構造単位の含有率は0.30質量%以上15質量%以下であり、前記第5構造単位の含有率は0.010質量%以上1.0質量%以下であり、前記第6構造単位の含有率は0.10質量%以上5.0質量%以下である請求項8に記載の非水系二次電池電極スラリー。
  10.  前記バインダー重合体(A)は、共役ジエン化合物(a4)に由来する第4構造単位をさらに有し、前記共役ジエン化合物(a4)は、1個の共役ジエン構造を有するノニオン性の脂肪族化合物であって、かつ共役ジエン構造以外でエチレン性不飽和結合を有さない請求項4、6,又は8に記載の非水系二次電池電極スラリー。
  11.  バインダー重合体(A)中の、前記第1構造単位の含有率は25質量%以上65質量%以下であり、前記第4構造単位の含有率は15質量%以上55質量%以下であり、前記第2構造単位及び前記第4構造単位の合計含有率は25質量%以上70質量%以下である請求項10に記載の非水系二次電池電極スラリー。
  12.  前記電極活物質(C)100質量部に対する前記バインダー重合体(A)の含有量は0.50質量部以上6.0質量部以下であり、前記電極活物質(C)100質量部に対する前記セルロース誘導体(B)の含有量は0.50質量部以上6.0質量部以下であり、前記電極活物質(C)100質量部に対する前記液状媒体(D)の含有量は50質量部以上300質量部以下である請求項1に記載の非水系二次電池電極スラリー。
  13.  集電体と、集電体上に形成された電極活物質層と、を備える非水系二次電池電極であって、
     前記電極活物質層は、バインダー重合体(A)と、セルロース誘導体(B)と、電極活物質(C)と、を含有し、
     前記バインダー重合体(A)は、1個の独立したエチレン性不飽和結合を有するノニオン性の芳香族化合物である芳香族エチレン性不飽和化合物(a1)に由来する第1構造単位を有し、
     前記セルロース誘導体(B)は、エーテル化度0.50以上1.2以下、かつ重量平均分子量100,000以上700,000以下である非水系二次電池電極。
  14.  請求項13に記載の非水系二次電池電極を備える非水系二次電池。
PCT/JP2023/045123 2022-12-20 2023-12-15 非水系二次電池電極スラリー、非水系二次電池電極、及び非水系二次電池 WO2024135572A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022202794 2022-12-20
JP2022-202794 2022-12-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024135572A1 true WO2024135572A1 (ja) 2024-06-27

Family

ID=91588899

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2023/045123 WO2024135572A1 (ja) 2022-12-20 2023-12-15 非水系二次電池電極スラリー、非水系二次電池電極、及び非水系二次電池

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2024135572A1 (ja)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005005113A (ja) * 2003-06-11 2005-01-06 Toshiba Corp 非水電解質二次電池
JP2013045524A (ja) * 2011-08-22 2013-03-04 Panasonic Corp リチウムイオン二次電池用負極活物質、リチウムイオン二次電池用負極およびリチウムイオン二次電池
JP6151281B2 (ja) * 2013-01-25 2017-06-21 帝人株式会社 非水電解質二次電池用の超極細繊維状炭素、超極細繊維状炭素集合体、複合体、及び電極活物質層
JP2022095970A (ja) * 2016-01-13 2022-06-28 昭和電工株式会社 二次電池電極用水系バインダー組成物、二次電池電極用スラリー、バインダー、二次電池電極、および二次電池

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005005113A (ja) * 2003-06-11 2005-01-06 Toshiba Corp 非水電解質二次電池
JP2013045524A (ja) * 2011-08-22 2013-03-04 Panasonic Corp リチウムイオン二次電池用負極活物質、リチウムイオン二次電池用負極およびリチウムイオン二次電池
JP6151281B2 (ja) * 2013-01-25 2017-06-21 帝人株式会社 非水電解質二次電池用の超極細繊維状炭素、超極細繊維状炭素集合体、複合体、及び電極活物質層
JP2022095970A (ja) * 2016-01-13 2022-06-28 昭和電工株式会社 二次電池電極用水系バインダー組成物、二次電池電極用スラリー、バインダー、二次電池電極、および二次電池

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5701519B2 (ja) リチウムイオン二次電池電極用バインダー、これら電極用バインダーを用いて得られるスラリー、これらスラリーを用いて得られる電極およびこれら電極を用いて得られるリチウムイオン二次電池
WO2024045471A1 (zh) 核壳结构聚合物、制备方法和用途、正极浆料、二次电池、电池模块、电池包和用电装置
TW201251182A (en) Slurries obtained using binder for cell electrodes, electrodes obtained using slurries, and lithium-ion secondary cell obtained using electrodes
WO2015146649A1 (ja) リチウムイオン二次電池の正極用スラリー、このスラリーを用いて得られる正極及びその製造方法、この正極を用いてなるリチウムイオン二次電池及びその製造方法
CN107710470B (zh) 锂离子二次电池的负极用粘合剂、负极用浆料组合物及负极以及锂离子二次电池
JP2018006333A (ja) リチウムイオン電池正極用バインダー水溶液、リチウムイオン電池正極用粉体状バインダー、リチウムイオン電池正極用スラリー、リチウムイオン電池用正極、リチウムイオン電池
WO2014115802A1 (ja) リチウム二次電池電極用バインダーの製造方法及びリチウム二次電池電極用バインダー
WO2015146648A1 (ja) リチウムイオン二次電池の正極用スラリー、このスラリーを用いて得られる正極及びその製造方法、並びにこの正極を用いてなるリチウムイオン二次電池及びその製造方法
TWI825125B (zh) 非水系電池電極用黏合劑用共聚物,及非水系電池電極製造用漿料
JP7272272B2 (ja) 非水系電池電極用スラリーの製造方法
WO2015115201A1 (ja) 電気化学素子用電極及び電気化学素子
WO2022097683A1 (ja) 共重合体、非水系二次電池電極用バインダー、及び非水系二次電池電極用スラリー
WO2021246364A1 (ja) 非水系二次電池電極用バインダー及び非水系二次電池電極用スラリー
TWI637551B (zh) 能量裝置電極用黏結樹脂材料、能量裝置電極及能量裝置
WO2024135572A1 (ja) 非水系二次電池電極スラリー、非水系二次電池電極、及び非水系二次電池
JPWO2019044720A1 (ja) 電気化学素子機能層用組成物、電気化学素子用機能層および電気化学素子
WO2021131813A1 (ja) 電極バインダー用共重合体、電極バインダー樹脂組成物、及び非水系二次電池電極
JP6145638B2 (ja) 二次電池用水溶性結着性組成物、二次電池電極用合剤、二次電池用電極、リチウムイオン二次電池
WO2024135838A1 (ja) 非水系二次電池用バインダー組成物、非水系二次電池電極用スラリー、非水系二次電池電極、及び非水系二次電池
WO2024062954A1 (ja) 複合粒子、非水系二次電池用バインダー組成物および非水系二次電池電極
WO2024135437A1 (ja) 非水系二次電池用バインダー組成物および非水系二次電池電極
WO2024135454A1 (ja) 複合粒子、非水系二次電池用バインダー組成物および非水系二次電池電極
KR102306499B1 (ko) 비수계 이차 전지 전극, 전극 슬러리 및 비수계 이차 전지
WO2024034574A1 (ja) 非水系二次電池用バインダー重合体、非水系二次電池用バインダー組成物および非水系二次電池電極
WO2023127311A1 (ja) 非水系二次電池用バインダー重合体、非水系二次電池用バインダー組成物および非水系二次電池電極

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23906934

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1