WO2016080144A1 - リチウムイオン二次電池電極用バインダー組成物 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a binder composition for lithium ion secondary battery electrodes.
  • Lithium ion secondary batteries are used in portable terminals such as mobile phones and notebook personal computers because of their relatively high energy density.
  • a lithium ion secondary battery used as a power source for these portable terminals is a small lithium ion secondary battery.
  • large lithium ion secondary batteries are used for power sources for electric vehicles. Lithium ion secondary batteries are being used as described above, but at the same time, higher performance is required such as higher capacity, higher potential, and higher durability.
  • the electrode active material is usually mixed with a liquid composition in which a polymer serving as a binder is dispersed or dissolved in a solvent to obtain a slurry composition, and this slurry composition is applied to a current collector. And dried.
  • a slurry composition in which a polymer serving as a binder is dispersed or dissolved in a solvent to obtain a slurry composition, and this slurry composition is applied to a current collector. And dried.
  • the binder see, for example, Patent Document 1
  • the present invention was devised in view of the above problems, and provides a binder composition for a lithium ion secondary battery electrode capable of reducing charge / discharge performance in a state where the battery is abnormally heated or under an abnormally high temperature.
  • the purpose is to do.
  • a lithium ion secondary battery having excellent abnormal temperature response characteristics can be realized by using predetermined composite polymer particles as a binder. Completed.
  • a binder composition for a lithium ion secondary battery electrode comprising composite polymer particles obtained by polymerizing a monomer solution containing a polymer in an aqueous medium; (2)
  • the polymer is a polymer prepared by a solution polymerization method, and the monomer solution is a solution in which the polymer is dissolved in a monomer, and the composite polymer particle includes the monomer solution in an aqueous medium.
  • the binder composition for a lithium ion secondary battery electrode according to (1) which is obtained by suspension polymerization or emulsion polymerization.
  • the polymer is a polymer prepared by a solution polymerization method, and the monomer solution is obtained by dissolving 5 to 100 parts by weight of the polymer with respect to 100 parts by weight of the monomer.
  • the polymer produced by the solution polymerization method is an olefin-based polymer (2) or the binder composition for a lithium ion secondary battery electrode according to (3), (5) The binder composition for a lithium ion secondary battery electrode according to any one of (2) to (4), wherein the polymer produced by the solution polymerization method is a block copolymer. (6) The binder composition for a lithium ion secondary battery electrode according to any one of (2) to (5), wherein the polymer produced by the solution polymerization method is a polymer having a melting point in the range of 50 ° C to 150 ° C.
  • a binder composition is provided.
  • the charge / discharge performance can be lowered in a state where the battery is abnormally heated or under an abnormally high temperature.
  • the lithium ion secondary battery electrode binder composition of the present invention includes composite polymer particles obtained by polymerizing a monomer solution containing a polymer in an aqueous medium.
  • the composite polymer particles are obtained by polymerizing a monomer solution containing a polymer in an aqueous medium.
  • the temperature-sensitive polymer As the polymer contained in the monomer solution used for the production of the composite polymer particles, a temperature-sensitive polymer whose characteristics change in a specific temperature range is used.
  • the temperature-sensitive polymer preferably has a volume change inflection point or an elastic modulus inflection point in the range of 50 ° C. to 150 ° C.
  • a polymer having a melting point of 50 ° C. to 150 ° C. or a polymer having a large or variable linear expansion coefficient in the range of 50 ° C. to 150 ° C. is preferable.
  • the solution polymerization method is a method of polymerizing one kind or plural kinds of monomer mixtures in an organic solvent.
  • a polymer having the above-described characteristics it is preferable to dissolve a polymer having the above-described characteristics in a monomer. Therefore, a polymer that is soluble in a monomer that can be emulsion-polymerized or suspension-polymerized in water is preferable.
  • an olefin polymer can be preferably used, and a polymer in which a carbon-carbon double bond in a main chain of a copolymer of an aromatic vinyl compound and a conjugated diene compound is hydrogenated is more preferable.
  • the hydrogenation rate of the double bond in the main chain is 50% or more, preferably 80% or more, more preferably 90% or more.
  • aromatic vinyl compound examples include styrene compounds such as styrene, ⁇ -methylstyrene, ⁇ -methylstyrene, pt-butylstyrene, and chlorostyrene.
  • an aromatic vinyl compound may be used individually by 1 type, and may be used combining two or more types by arbitrary ratios.
  • the polymer obtained by copolymerizing styrene as a main component with other monomers is a polymer obtained by copolymerizing styrene as a main component with other monomers, and the ratio of the aromatic vinyl compound in the polymer is preferably 5% by weight or more, more preferably 10% by weight or more, particularly Preferably it is 20 weight% or more.
  • conjugated diene compound examples include 1,3-butadiene, isoprene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 1,3-pentadiene, piperylene and the like. Of these, 1,3-butadiene, isoprene and 2,3-dimethyl-1,3-butadiene are preferred, and 1,3-butadiene is particularly preferred.
  • a conjugated diene compound may be used individually by 1 type, and may be used combining two or more types by arbitrary ratios.
  • the proportion of the conjugated diene compound in the polymer is preferably 10% by weight or more, more preferably 20% by weight or more, particularly preferably 30% by weight or more, preferably 90% by weight or less, more preferably 80% by weight or less, The amount is particularly preferably 60% by weight or less.
  • a copolymer of an aromatic vinyl compound and a conjugated diene compound can be used.
  • the weight ratio of the aromatic vinyl compound to the conjugated diene compound is preferably 42/58 or more, more preferably 49/51 or more, particularly preferably 55/45 or more, preferably Is 87/13 or less, more preferably 80/20 or less, and particularly preferably 70/30 or less.
  • the polymer of the conjugated diene compound either a random copolymer or a block copolymer can be used, but a block copolymer is preferable.
  • the coupling mode of the block copolymer of the conjugated diene compound is appropriately selected according to the purpose of use, such as a 2-block copolymer, a 3-block copolymer, a 4-block copolymer, and a 5-block copolymer.
  • block copolymer examples include styrene-isobutylene-styrene block copolymer (SIBS), styrene-ethylene-butylene-styrene block copolymer (SEBS), and styrene-ethylene-propylene-styrene block copolymer.
  • SIBS styrene-isobutylene-styrene block copolymer
  • SEBS styrene-ethylene-butylene-styrene block copolymer
  • SEBS styrene-ethylene-propylene-styrene block copolymer
  • SEBS styrene-ethylene-butylene-styrene block copolymer
  • styrene Although it does not restrict
  • styrene, p-methylstyrene, ⁇ -methylstyrene and the like can be preferably used as the monomer, and styrene is more preferable. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the composite polymer particles can be obtained by polymerizing a monomer solution containing the aforementioned polymer in an aqueous medium. Preferably, it is obtained by polymerizing a monomer solution in which a polymer is dissolved in a monomer in an aqueous medium. Since the monomer in the monomer solution is polymerized by the polymerization, composite polymer particles are obtained in a state of being dispersed in the aqueous medium.
  • the polymerization method is not limited as long as desired composite polymer particles can be obtained. Usually, polymerization is performed by an emulsion polymerization method or a suspension polymerization method.
  • the emulsion polymerization method is usually performed by a conventional method.
  • the method is described in “Experimental Chemistry Course” Vol. 28, (Publisher: Maruzen Co., Ltd., edited by The Chemical Society of Japan). That is, water, an additive such as a dispersant, an emulsifier, and a crosslinking agent, a polymerization initiator, and a monomer solution are added to a sealed container equipped with a stirrer and a heating device so as to have a predetermined composition, and the composition in the container Is stirred to emulsify the monomer or the like in water, and the temperature is increased while stirring to initiate polymerization. Or after emulsifying the said composition, it is the method of putting into a sealed container and starting reaction similarly.
  • suspension polymerization method is a method in which polymerization is carried out by suspending in an aqueous medium in the presence of a dispersant dissolved in the aqueous medium.
  • the aqueous medium is a medium containing water, and specific examples include water, ketones, alcohols, glycols, glycol ethers, ethers, and mixtures thereof.
  • the monomer solution used in the polymerization preferably contains 5 to 100 parts by weight of the polymer with respect to 100 parts by weight of the monomer.
  • any surfactant can be used as long as desired composite polymer particles can be obtained.
  • sodium dodecylbenzenesulfonate, sodium lauryl sulfate, sodium dodecyldiphenyl ether disulfonate examples thereof include sodium dialkyl ester succinate.
  • a reactive emulsifier having an unsaturated bond may be used.
  • sodium dodecyl diphenyl ether disulfonate is preferable from the viewpoint of versatility during production and less foaming.
  • surfactant may be used individually by 1 type and may be used combining two or more types by arbitrary ratios.
  • the amount of the surfactant is arbitrary as long as desired composite polymer particles can be obtained, and is preferably 0.5 parts by weight or more, more preferably 1 part by weight or more, preferably 100 parts by weight or more, preferably It is 10 parts by weight or less, more preferably 5 parts by weight or less.
  • a polymerization initiator is usually used for the polymerization reaction. Any polymerization initiator can be used as long as desired composite polymer particles are obtained. Examples thereof include sodium persulfate (NaPS), ammonium persulfate (APS), and potassium persulfate (KPS). . Of these, sodium persulfate and ammonium persulfate are preferable, and ammonium persulfate is more preferable. By using ammonium persulfate or sodium persulfate as a polymerization initiator, it is possible to suppress a decrease in cycle characteristics of the obtained lithium ion secondary battery.
  • NaPS sodium persulfate
  • APS ammonium persulfate
  • KPS potassium persulfate
  • ammonium persulfate is more preferable.
  • the polymerization system may contain a molecular weight adjusting agent or a chain transfer agent.
  • molecular weight modifiers or chain transfer agents include alkyl mercaptans such as n-hexyl mercaptan, n-octyl mercaptan, t-octyl mercaptan, n-dodecyl mercaptan, t-dodecyl mercaptan, n-stearyl mercaptan; dimethylxanthogen disulfide Xanthogen compounds such as diisopropylxanthogen disulfide; terpinolene; thiuram compounds such as tetramethylthiuram disulfide, tetraethylthiuram disulfide, tetramethylthiuram monosulfide; 2,6-di-t-butyl-4-methylphenol, styrenated phenol Phenolic compounds such as n-hex
  • alkyl mercaptans are preferable and t-dodecyl mercaptan is more preferable from the viewpoint of suppressing side reactions.
  • these may be used individually by 1 type and may be used combining two or more types by arbitrary ratios.
  • the number average particle diameter of the composite polymer particles is preferably 50 nm or more, more preferably 70 nm or more, and preferably 500 nm or less, more preferably 400 nm or less, from the viewpoint of improving the strength and flexibility of the electrode.
  • composite polymer particles having a core-shell structure If the composite polymer particles obtained by polymerizing the monomer solution containing the polymer with an aqueous medium do not have a binding property with the electrode active material alone, or the binding property is insufficient, the purpose is to provide the binding property As above, a shell part containing a polymer having binding properties may be formed on the surface of the composite polymer particle.
  • the shell portion may be completely covered so as to wrap the core portion, or the shell portion may be partially covered with the core portion.
  • polymer that can be used for the shell part examples include acrylic polymers and conjugated diene polymers.
  • the acrylic polymer is a polymer including a monomer unit obtained by polymerizing a (meth) acrylic acid ester compound.
  • examples of the polymer include a homopolymer of a (meth) acrylic acid ester compound and a copolymer with a monomer copolymerizable therewith.
  • the binding property of the composite polymer particles can be enhanced.
  • “(meth) acryl” means acryl or methacryl.
  • Examples of (meth) acrylic acid ester compounds include methyl acrylate, ethyl acrylate, n-propyl acrylate, isopropyl acrylate, n-butyl acrylate, t-butyl acrylate, pentyl acrylate, hexyl acrylate, heptyl acrylate, octyl acrylate, and nonyl acrylate.
  • Alkyl acrylate esters such as decyl acrylate, lauryl acrylate, n-tetradecyl acrylate, stearyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, 2-methoxyethyl acrylate, 2-ethoxyethyl acrylate; 2- (perfluorobutyl) ethyl acrylate, 2 -2- (perfluoroalkyl) ethyl acrylate such as (perfluoropentyl) ethyl acrylate; Tyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-propyl methacrylate, isopropyl methacrylate, n-butyl methacrylate, t-butyl methacrylate, pentyl methacrylate, hexyl methacrylate, heptyl methacrylate, octyl methacrylate, nonyl methacrylate, decy
  • methyl acrylate, ethyl acrylate, n-propyl acrylate, isopropyl acrylate, n-butyl acrylate, t-butyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl Preferably, it contains at least one selected from the group consisting of methacrylate, n-propyl methacrylate, isopropyl methacrylate, n-butyl methacrylate, and t-butyl methacrylate.
  • Methyl acrylate, ethyl acrylate, n-butyl acrylate, t-butyl acrylate At least one selected from the group consisting of methyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-butyl methacrylate, and t-butyl methacrylate.
  • a (meth) acrylic acid ester compound may be used individually by 1 type, and may be used combining two or more types by arbitrary ratios.
  • the proportion of the (meth) acrylic acid ester compound contained in the polymer constituting the shell part is preferably 40% by weight or more, more preferably 50% by weight or more, particularly preferably 60% by weight or more, and preferably It is 95 weight% or less, More preferably, it is 90 weight% or less, Most preferably, it is 85 weight% or less.
  • Examples of the monomer copolymerizable with the (meth) acrylic acid ester compound include a polyfunctional vinyl compound and a monomer having a hydrophilic group.
  • a polyfunctional vinyl compound refers to a compound having two or more vinyl groups per molecule.
  • a crosslinked structure or a branched structure is formed by copolymerizing a polyfunctional vinyl compound with the aforementioned (meth) acrylic acid ester compound. Due to such a crosslinked structure or branched structure, the resulting composite polymer particles are excellent in toughness and strength. Thereby, it is possible to improve the binding property of the composite polymer particles.
  • polyfunctional vinyl compound examples include divinylbenzene, diethylene glycol di (meth) acrylate, polyethylene glycol di (meth) acrylate, polypropylene glycol di (meth) acrylate, neopentyl glycol di (meth) acrylate, and 1,6-hexanediol.
  • a bifunctional vinyl compound having two vinyl groups per molecule such as di (meth) acrylate and diallyl phthalate; trimethylolpropane tri (meth) acrylate, pentaerythritol tri (meth) acrylate, aliphatic tri (meth) acrylate, Trifunctional vinyl compounds having 3 vinyl groups per molecule such as trivinylcyclohexane; pentaerythritol tetra (meth) acrylate, ditrimethylolpropane tetra (meth) acrylate Tetrafunctional vinyl compounds having four vinyl groups per molecule, such as aliphatic tetra (meth) acrylate; vinyl per molecule such as dipentaerythritol penta (meth) acrylate, dipentaerythritol hexa (meth) acrylate A pentafunctional vinyl compound having 5 groups; a (meth) acrylate having a polyester skeleton, a urethane ske
  • the proportion of the polyfunctional vinyl compound in the (meth) acrylic acid ester compound is preferably 0.001 part by weight or more, more preferably 0.01 part by weight or more, and particularly preferably 0.05 part by weight with respect to 100 parts by weight of the monomer. Part or more, preferably 7 parts by weight or less, more preferably 5 parts by weight or less, and particularly preferably 3 parts by weight or less.
  • Examples of the monomer having a hydrophilic group include a carboxy group (—COOH group), a hydroxyl group (—OH group), a sulfonic acid group (—SO 3 H group), a —PO 3 H 2 group as the hydrophilic group. , —PO (OH) (OR) group (R represents a hydrocarbon group), a monomer having a lower polyoxyalkylene group, and the like.
  • Examples of the monomer having a carboxy group as a hydrophilic group include monocarboxylic acid and derivatives thereof; dicarboxylic acid and derivatives thereof, and acid anhydrides and derivatives thereof.
  • Examples of the monocarboxylic acid include acrylic acid, methacrylic acid, and crotonic acid.
  • Examples of monocarboxylic acid derivatives include 2-ethylacrylic acid, isocrotonic acid, ⁇ -acetoxyacrylic acid, ⁇ -trans-aryloxyacrylic acid, ⁇ -chloro- ⁇ -E-methoxyacrylic acid, ⁇ -diaminoacrylic acid Etc.
  • Examples of the dicarboxylic acid include maleic acid, fumaric acid, itaconic acid and the like.
  • Examples of the acid anhydride of dicarboxylic acid include maleic anhydride, acrylic anhydride, methyl maleic anhydride, dimethyl maleic anhydride and the like.
  • Examples of dicarboxylic acid derivatives include halogenated maleic acids such as chloromaleic acid, dichloromaleic acid, and fluoromaleic acid; methylmaleic acid, dimethylmaleic acid, phenylmaleic acid, methylallyl maleate, diphenylmaleate, nonylmaleate, And maleate esters such as decyl maleate, dodecyl maleate, octadecyl maleate and fluoroalkyl maleate.
  • Mono (meth) allyl ether of polyhydric phenol and its halogen-substituted product (meth) ary of alkylene glycol such as (meth) allyl-2-hydroxyethyl thioether, (meth) allyl-2-hydroxypropyl thioether Thioethers; and the like.
  • Examples of the monomer having a sulfonic acid group as a hydrophilic group include vinyl sulfonic acid, methyl vinyl sulfonic acid, (meth) allyl sulfonic acid, styrene sulfonic acid, ethyl (meth) acrylic acid-2-sulfonate, -Acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, 3-allyloxy-2-hydroxypropanesulfonic acid and the like.
  • Examples of the monomer having a —PO 3 H 2 group or —PO (OH) (OR) group (R represents a hydrocarbon group) as a hydrophilic group include, for example, 2- (meth) acryloyloxyphosphate Examples thereof include ethyl, phosphoric acid methyl-2- (meth) acryloyloxyethyl phosphate, and ethyl phosphate- (meth) acryloyloxyethyl.
  • Examples of the monomer having a lower polyoxyalkylene group as a hydrophilic group include poly (alkylene oxide) such as poly (ethylene oxide).
  • the proportion of the monomer having a hydrophilic group in the shell part is preferably 2% by weight or more, more preferably 3% by weight or more, particularly preferably 5% by weight or more, preferably 20% by weight or less, more preferably It is 15% by weight or less, particularly preferably 10% by weight or less.
  • (Other monomers) Furthermore, as a monomer copolymerizable with the (meth) acrylic acid ester compound, in addition to the above-mentioned polyfunctional vinyl compound and monomer having a hydrophilic group, for example, styrene, vinyl toluene, t-butyl styrene, Styrene monomers such as vinyl benzoic acid, methyl vinyl benzoate, vinyl naphthalene, hydroxymethyl styrene, ⁇ -methyl styrene and divinyl benzene; amide monomers such as acrylamide and methacrylamide; acrylonitrile, methacrylonitrile, etc.
  • ⁇ , ⁇ -unsaturated nitrile compounds olefins such as ethylene and propylene; diene monomers such as butadiene and isoprene; monomers containing halogen atoms such as vinyl chloride and vinylidene chloride; vinyl acetate, vinyl propionate, butyric acid Vinyl esters such as vinyl and vinyl benzoate; methyl vinyl ester Vinyl ethers such as tellurium, ethyl vinyl ether and butyl vinyl ether; vinyl ketones such as methyl vinyl ketone, ethyl vinyl ketone, butyl vinyl ketone, hexyl vinyl ketone and isopropenyl vinyl ketone; complex such as N-vinyl pyrrolidone, vinyl pyridine and vinyl imidazole Ring-containing vinyl compounds; and the like may be used. Moreover, these may be used individually by 1 type and may be used combining two or more types by arbitrary ratios.
  • composite polymer particles having a core-shell structure When composite polymer particles having a core-shell structure in which a shell portion containing a binding polymer is formed on the surface of the composite polymer particles are used as the composite polymer particles, a mixture of two or more types of monomers is used in stages. It can be obtained by polymerizing into the following. Production methods of such composite polymer particles are disclosed in Polymer Latex (New Polymer Library 26) (Polymer Press, First Edition) P38-45 and Japanese Patent No. 4473967.
  • the composite polymer particle having a core-shell structure is obtained by first polymerizing a monomer that gives the first-stage polymer to obtain a composite polymer particle (seed particle) that becomes a core part, and this composite part that becomes the core part In the presence of polymer particles (seed particles), it is produced by polymerizing a monomer that gives a second-stage polymer having binding properties.
  • a monomer that gives a polymer having a binding property for the shell portion is added to polymerize the core-shell structure. It may be formed, or seed particles formed in another reactor are used as a core part, and a monomer for forming a shell part is polymerized in another reactor to form a core-shell structure. Also good.
  • the composite polymer particles used as seed particles can be obtained by polymerizing a monomer solution containing a polymer (preferably a solution polymerized polymer) with an aqueous medium.
  • the composite polymer particles used as seed particles are It can be manufactured as described in the section of “Manufacturing method”.
  • the binder composition of the present invention contains a solvent in addition to the composite polymer particles described above.
  • the binder composition contains a solvent in addition to the composite polymer particles described above.
  • the composite polymer particles are dispersed in a solvent, and the binder composition is a fluid composition.
  • the solvent used for the binder composition the same solvent as the aqueous medium used in the production of the composite polymer particles can be usually used. Among these, it is preferable to use water.
  • a solvent may be used individually by 1 type and may be used combining two or more types by arbitrary ratios.
  • the amount of the solvent in the binder composition is such that the solid content concentration of the binder composition is usually 15% by weight or more, from the viewpoint of good workability when producing a slurry composition for forming the electrode active material layer,
  • the amount is preferably 20% by weight or more, more preferably 30% by weight or more, and usually 70% by weight or less, preferably 65% by weight or less, more preferably 60% by weight or less.
  • the solid content of the binder composition refers to a component that remains without being evaporated when the binder composition is dried to remove the liquid.
  • the binder composition of the present invention can be used for a lithium ion secondary battery electrode.
  • a lithium ion secondary battery electrode is obtained by forming an electrode active material layer on a current collector, and the electrode active material layer is made of an electrode active material, a binder composition of the present invention, and a thickening agent used as necessary. Agent and conductive material.
  • the content of the binder composition in the electrode active material layer is 0.1 to 20 parts by weight, preferably 0.2 to 15 parts by weight, and more preferably 0.3 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the electrode active material layer. ⁇ 10 parts by weight.
  • the electrode active material layer is formed by applying and drying a slurry composition containing an electrode active material, a binder composition of the present invention, a thickener used as necessary, a conductive material, and the like on a current collector. .
  • the method for applying the slurry composition on the current collector is not particularly limited. Examples thereof include a doctor blade method, a dip method, a reverse roll method, a direct roll method, a gravure method, an extrusion method, a comma direct coating, a slide die coating, and a brush coating method.
  • Examples of the drying method include drying with warm air, hot air, low-humidity air, vacuum drying, and drying by irradiation with (far) infrared rays or electron beams.
  • the drying time is usually 1 to 60 minutes, and the drying temperature is usually 40 to 180 ° C.
  • the electrode active material layer may be formed by repeating application and drying of the slurry composition a plurality of times.
  • the slurry composition can be obtained by mixing an electrode active material, a binder, a thickener and a conductive material used as necessary, and a solvent such as water.
  • the mixing method for preparing the slurry composition is not particularly limited, and examples thereof include a method using a mixing apparatus such as a stirring type, a shaking type, and a rotary type.
  • a method using a dispersion kneader such as a homogenizer, a ball mill, a sand mill, a roll mill, a planetary mixer, and a planetary kneader can be used.
  • the material of the current collector is, for example, metal, carbon, conductive polymer, etc., and metal is preferably used.
  • As the current collector metal aluminum, platinum, nickel, tantalum, titanium, stainless steel, copper, other alloys and the like are usually used. Among these, it is preferable to use copper, aluminum, or an aluminum alloy in terms of conductivity and voltage resistance.
  • the thickness of the current collector is preferably 5 to 100 ⁇ m, more preferably 8 to 70 ⁇ m, and still more preferably 10 to 50 ⁇ m.
  • Electrode active material examples of the electrode active material (positive electrode active material) when the lithium ion secondary battery electrode is a positive electrode include metal oxides capable of reversibly doping and dedoping lithium ions. Examples of the metal oxide include lithium cobaltate, lithium nickelate, lithium manganate, and lithium iron phosphate. In addition, the positive electrode active material illustrated above may be used independently according to a use, and may be used in mixture of multiple types.
  • the negative electrode active material as a counter electrode of the positive electrode of the lithium ion secondary battery, for example, low crystalline carbon (non-graphitizable carbon, non-graphitizable carbon, pyrolytic carbon, etc.) Crystalline carbon), graphite (natural graphite, artificial graphite), alloy materials such as tin and silicon, oxides such as silicon oxide, tin oxide, and lithium titanate.
  • the negative electrode active material illustrated above may be used independently according to a use suitably, and multiple types may be mixed and used for it.
  • the shape of the electrode active material of the lithium ion secondary battery electrode is preferably a granulated particle.
  • a higher-density electrode can be formed during electrode molding.
  • the volume average particle diameter of the electrode active material of the lithium ion secondary battery electrode is usually 0.1 to 100 ⁇ m, preferably 0.5 to 50 ⁇ m, more preferably 0.8 to 30 ⁇ m for both the positive electrode and the negative electrode.
  • the electrode active material layer may contain a conductive material as necessary.
  • the conductive material is not particularly limited as long as it is a conductive material, but a conductive particulate material is preferable.
  • conductive carbon black such as furnace black, acetylene black, and ketjen black
  • natural graphite such as artificial graphite
  • carbon fibers such as polyacrylonitrile-based carbon fiber, pitch-based carbon fiber, and vapor grown carbon fiber.
  • the average particle diameter when the conductive material is a particulate material is not particularly limited, but is preferably smaller than the average particle diameter of the electrode active material, from the viewpoint of expressing sufficient conductivity with a smaller amount of use,
  • the thickness is preferably 0.001 to 10 ⁇ m, more preferably 0.05 to 5 ⁇ m, and still more preferably 0.1 to 1 ⁇ m.
  • the electrode active material layer may contain a thickener as necessary.
  • thickeners include cellulosic polymers such as carboxymethylcellulose, methylcellulose, hydroxypropylcellulose, and ammonium salts and alkali metal salts thereof; (modified) poly (meth) acrylic acid and ammonium salts and alkali metal salts thereof; ) Polyvinyl alcohols such as polyvinyl alcohol, copolymers of acrylic acid or acrylate and vinyl alcohol, maleic anhydride or copolymers of maleic acid or fumaric acid and vinyl alcohol; polyethylene glycol, polyethylene oxide, polyvinyl pyrrolidone, modified Examples thereof include polyacrylic acid, oxidized starch, phosphoric acid starch, casein, various modified starches, acrylonitrile-butadiene copolymer hydride, and the like. Among these, it is preferable to use carboxymethylcellulose, ammonium salt of carboxymethylcellulose, and alkali metal salt.
  • the content of the thickener in the electrode active material layer is preferably within a range that does not affect the battery characteristics, and is preferably 0.1 to 5 parts by weight, more preferably 0.2 parts per 100 parts by weight of the electrode active material layer. -4 parts by weight, more preferably 0.3-3 parts by weight.
  • a lithium ion secondary battery can be produced using a lithium ion secondary battery electrode containing the binder composition of the present invention.
  • a lithium ion secondary battery uses a lithium ion secondary battery electrode on which an electrode active material layer containing the binder composition of the present invention is formed as at least one of a positive electrode and a negative electrode, and further includes a separator and an electrolytic solution.
  • a polyolefin resin such as polyethylene or polypropylene
  • a microporous film or a nonwoven fabric containing an aromatic polyamide resin a porous resin coat containing an inorganic ceramic powder, or the like
  • a porous resin coat containing an inorganic ceramic powder, or the like can be used.
  • the thickness of the separator is preferably 0.5 to 40 ⁇ m, more preferably from the viewpoint of reducing resistance due to the separator in the lithium ion secondary battery and excellent workability when manufacturing the lithium ion secondary battery.
  • the thickness is 1 to 30 ⁇ m, more preferably 1 to 25 ⁇ m.
  • the electrolytic solution is not particularly limited.
  • a solution obtained by dissolving a lithium salt as a supporting electrolyte in a non-aqueous solvent can be used.
  • the lithium salt include LiPF 6 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , LiClO 4 , CF 3 SO 3 Li, C 4 F 9 SO 3 Li, CF 3 COOLi, (CF 3 CO) 2 NLi , (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, (C 2 F 5 SO 2 ) NLi, and other lithium salts.
  • LiPF 6 , LiClO 4 , and CF 3 SO 3 Li that are easily soluble in a solvent and exhibit a high degree of dissociation are preferably used. These can be used alone or in admixture of two or more.
  • the amount of the supporting electrolyte is usually 1% by weight or more, preferably 5% by weight or more, and usually 30% by weight or less, preferably 20% by weight or less with respect to the electrolytic solution. If the amount of the supporting electrolyte is too small or too large, the ionic conductivity is lowered, and the charging characteristics and discharging characteristics of the battery are degraded.
  • the solvent used in the electrolytic solution is not particularly limited as long as it can dissolve the supporting electrolyte.
  • Alkyl carbonates such as carbonate (BC) and methyl ethyl carbonate (MEC); esters such as ⁇ -butyrolactone and methyl formate; ethers such as 1,2-dimethoxyethane; tetrahydrofuran; sulfolane and dimethyl sulfoxide Sulfur-containing compounds are used.
  • dimethyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate are preferable because high ion conductivity is easily obtained and the use temperature range is wide. These can be used alone or in admixture of two or more. Moreover, it is also possible to use an electrolyte containing an additive.
  • the additive is preferably a carbonate compound such as vinylene carbonate (VC).
  • electrolytic solutions include gel polymer electrolytes in which a polymer electrolyte such as polyethylene oxide or polyacrylonitrile is impregnated with an electrolytic solution, lithium sulfide, LiI, Li 3 N, Li 2 SP—P 2 S 5 glass ceramic, etc.
  • An inorganic solid electrolyte can be mentioned.
  • a lithium ion secondary battery is obtained by stacking a negative electrode and a positive electrode through a separator, winding this according to the shape of the battery, folding it into a battery container, pouring the electrolyte into the battery container and sealing it. It is done. Further, if necessary, an expanded metal, an overcurrent prevention element such as a fuse or a PTC element, a lead plate and the like can be inserted to prevent an increase in pressure inside the battery and overcharge / discharge.
  • the shape of the battery may be any of a laminated cell type, a coin type, a button type, a sheet type, a cylindrical type, a square type, a flat type, and the like.
  • the charge / discharge performance can be reduced under abnormal heat generation or abnormally high temperature.
  • the electrodes produced in the examples and comparative examples were cut into rectangles having a length of 100 mm and a width of 10 mm to obtain test pieces.
  • a cellophane tape was attached to the surface of the electrode active material layer with the surface of the electrode active material layer facing down.
  • a cellophane tape defined in JIS Z1522 was used.
  • the cellophane tape was fixed to a horizontal test stand with the adhesive surface facing upward. Then, the stress when one end of the current collector was pulled vertically upward at a pulling speed of 50 mm / min and peeled was measured. This measurement was performed 3 times, the average value of the measured stress was calculated
  • the obtained peel peel strength was determined according to the following criteria. The higher the peel peel strength, the greater the binding force of the electrode active material layer to the current collector, that is, the better the binding property.
  • the electrodes produced in the examples and comparative examples were cut into 50 mm ⁇ 40 mm. This was sandwiched between 0.2 mm thick SUS plates, put in a thermostatic bath with a load of 200 g, and 10 at a predetermined temperature (50 ° C., 60 ° C., 70 ° C., 80 ° C., 90 ° C. and 100 ° C.). After holding for a minute, the resistance value was measured. Table 1 shows resistance values at various temperatures when the measured value at 80 ° C. is taken as 100. Those whose resistance value rises above 90 ° C. are excellent in abnormal temperature response characteristics.
  • Example 1 Manufacture of binder composition
  • a monomer solution in which 20 parts of SEBS (made by Asahi Kasei Chemicals, Tuftec “H1041” (having an inflection point of elastic modulus near 80 ° C.)) is dissolved in 80 parts of styrene, an emulsifier 4 parts of sodium lauryl sulfate as a solvent, 150 parts of ion-exchanged water as a solvent and 0.5 part of ammonium persulfate as a polymerization initiator, after sufficiently stirring, warm to 80 ° C. to start the first stage polymerization did.
  • SEBS made by Asahi Kasei Chemicals, Tuftec “H1041” (having an inflection point of elastic modulus near 80 ° C.)
  • n-butyl acrylate hereinafter sometimes referred to as “BA”
  • a polymerization initiator 1 part of a polymerization initiator
  • the mixture was cooled and the reaction was stopped to obtain a mixture containing composite polymer particles.
  • a 5% aqueous sodium hydroxide solution was added to this mixture to adjust the pH to 7 to obtain a binder composition containing desired composite polymer particles.
  • the slurry composition was applied on a copper foil having a thickness of 20 ⁇ m as a current collector by a comma coater.
  • the amount of the slurry composition applied at this time was such that the solid content of the slurry composition per unit area on the surface of the copper foil was 11 mg / cm 2 to 12 mg / cm 2 .
  • the applied slurry composition was dried to form an electrode active material layer on the surface of the copper foil. This drying was performed by conveying the copper foil in an oven at 60 ° C. at a speed of 0.5 m / min for 2 minutes.
  • Example 2 Manufacture of binder composition
  • a monomer solution in which 25 parts of SEBS (manufactured by Kraton Polymer Japan Co., Ltd., Kraton G1657MS (large linear expansion coefficient in the range of 50 ° C. to 150 ° C.)) is dissolved in 80 parts of styrene, an emulsifier 4 parts of sodium lauryl sulfate as a solvent, 150 parts of ion-exchanged water as a solvent and 0.5 part of ammonium persulfate as a polymerization initiator, after sufficiently stirring, warm to 80 ° C. to start the first stage polymerization did.
  • SEBS manufactured by Kraton Polymer Japan Co., Ltd., Kraton G1657MS (large linear expansion coefficient in the range of 50 ° C. to 150 ° C.)
  • Example 3 Manufacture of binder composition
  • a monomer solution in which 30 parts of SEBS (manufactured by Asahi Kasei Chemicals Corporation, Tuftec “H1041”) is dissolved in 70 parts of styrene, 4 parts of sodium lauryl sulfate as an emulsifier, and 150 parts of ion-exchanged water as a solvent
  • 0.5 part of ammonium persulfate was added as a polymerization initiator, and after sufficient stirring, the mixture was heated to 80 ° C. to initiate the first stage polymerization.
  • binding properties and resistance values of electrodes prepared using a binder composition for lithium ion secondary battery electrodes containing composite polymer particles obtained by polymerizing a monomer solution containing a polymer in an aqueous medium was good.

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Abstract

本発明は、リチウムイオン二次電池電極用バインダー組成物に関する。近年、リチウムイオン二次電池として、電池が異常発熱した状態あるいは異常な高温下では、当該電池の充放電性能を低下させることができる といった、異常時での対応特性に優れるものが求められている。本発明は、ポリマーを含むモノマー溶液を、水系媒体中で重合して得られる複合ポリマー粒子 を電極用バインダーとして用いることにより、上記課題の解決を図ったものである。

Description

リチウムイオン二次電池電極用バインダー組成物
 本発明は、リチウムイオン二次電池電極用バインダー組成物に関するものである。
 小型で軽量であり、エネルギー密度が高く、さらに繰り返し充放電が可能な特性を活かして、リチウムイオン二次電池などの電気化学素子は、その需要を急速に拡大している。リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が比較的大きいことから、携帯電話やノート型パーソナルコンピュータなどの携帯端末で利用されている。これら携帯端末の電源として用いられているリチウムイオン二次電池は、小型のリチウムイオン二次電池である。一方、電気自動車用電源などには大型のリチウムイオン二次電池が用いられる。リチウムイオン二次電池は上記の様に用途が展開しているが、同時に高容量化、高電位化、高耐久性化などの、高性能化が要求されている。
 リチウムイオン二次電池の高性能化のために、電極、電解液およびその他の電池部材の改良が検討されている。このうち、電極は、通常、溶媒にバインダーとなる重合体を分散または溶解させた液状の組成物に電極活物質を混合してスラリー組成物を得て、このスラリー組成物を集電体に塗布し、乾燥して製造される。このような方法で製造される電極において、バインダーを工夫することにより二次電池の高性能化を実現することが、試みられてきた(例えば、特許文献1参照)。
特開2012-14920号公報
 しかしながら、リチウムイオン二次電池の性能に対する要求は、最近では益々高度になっており、サイクル特性及び放電レート特性といった電池本来の特性以外に、異常時での対応の改善が特に求められている。
 本発明は上記の課題に鑑みて創案されたもので、電池が異常発熱した状態あるいは、異常な高温下では、充放電性能を低下させることができるリチウムイオン二次電池電極用バインダー組成物を提供することを目的とする。
 本発明者は前記の課題を解決するべく鋭意検討した結果、所定の複合ポリマー粒子をバインダーとして用いることにより、異常温度対応特性に優れるリチウムイオン二次電池を実現しうることを見出し、本発明を完成させた。
 即ち、本発明によれば、
(1) ポリマーを含むモノマー溶液を、水系媒体中で重合してなる複合ポリマー粒子を含むリチウムイオン二次電池電極用バインダー組成物、
(2) 前記ポリマーは、溶液重合法で作製されたポリマーであり、前記モノマー溶液は、前記ポリマーをモノマーに溶解させた溶液であって、前記複合ポリマー粒子は、前記モノマー溶液を、水系媒体中で懸濁重合または乳化重合してなる(1)記載のリチウムイオン二次電池電極用バインダー組成物、
(3) 前記ポリマーは、溶液重合法で作製されたポリマーであって、前記モノマー溶液は、モノマー100重量部に対して前記ポリマーを5重量部~100重量部溶解させてなり、前記複合ポリマー粒子は、前記モノマー溶液を、水系媒体中で懸濁重合または乳化重合してなる(1)または(2)記載のリチウムイオン二次電池電極用バインダー組成物、
(4) 前記溶液重合法で作製されたポリマーは、オレフィン系ポリマーである(2)または(3)記載のリチウムイオン二次電池電極用バインダー組成物、
(5) 前記溶液重合法で作製されたポリマーは、ブロック共重合ポリマーである(2)~(4)の何れかに記載のリチウムイオン二次電池電極用バインダー組成物、
(6) 前記溶液重合法で作製されたポリマーは、50℃~150℃の範囲に融点を持つポリマーである(2)~(5)の何れかに記載のリチウムイオン二次電池電極用バインダー組成物、
(7) 前記複合ポリマー粒子は、表面に結着性を有する重合体を含むシェル部が更に形成されたコアシェル構造を有する(1)~(6)の何れかに記載のリチウムイオン二次電池電極用バインダー組成物
が提供される。
 本発明のリチウムイオン二次電池電極用バインダー組成物によれば、電池が異常発熱した状態あるいは、異常な高温下では、充放電性能を低下させることができる。
 以下、本発明のリチウムイオン二次電池電極用バインダー組成物について説明する。本発明のリチウムイオン二次電池電極用バインダー組成物(以下、「バインダー組成物」ということがある。)は、ポリマーを含むモノマー溶液を、水系媒体中で重合してなる複合ポリマー粒子を含む。
 (複合ポリマー粒子)
 複合ポリマー粒子は、ポリマーを含むモノマー溶液を、水系媒体中で重合して得られる。
 (ポリマー)
 複合ポリマー粒子の製造に用いる、前記モノマー溶液に含まれるポリマーとしては、特定の温度範囲で特性が変化する感温性ポリマーを用いる。感温性ポリマーは、50℃~150℃の範囲に温度による体積の変化の変曲点または弾性率の変曲点を持つものであることが好ましい。具体的には、融点が50℃~150℃のポリマー、または、50℃~150℃の範囲で線膨張係数が大きい、ないし、変化するポリマーであることが好ましい。特に溶液重合法で重合されるポリマー(以下、「溶液重合ポリマー」ということがある。)を用いることが好ましい。ここで、溶液重合法とは、有機溶媒中で1種類あるいは複数種類のモノマー混合物を重合する方法である。
 本発明では、上述の特性を持つポリマーをモノマーに溶解させることが好ましい。そのため、水中で乳化重合あるいは懸濁重合可能なモノマーに溶解可能なポリマーであることが好ましい。
 このようなポリマーとしては、好ましくはオレフィン系ポリマーを用いることができ、より好ましくは芳香族ビニル化合物と共役ジエン化合物との共重合体の主鎖中の炭素-炭素二重結合を水素添加したポリマーを用いることができる。主鎖中の二重結合の水素添加率は、50%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上である。
 芳香族ビニル化合物としては、例えば、スチレン、α-メチルスチレン、β-メチルスチレン、p-t-ブチルスチレン、クロロスチレン等のスチレン系化合物が挙げられる。また、芳香族ビニル化合物は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 より具体的には、スチレンを主成分として他のモノマーを共重合させたポリマーであり、ポリマー中の芳香族ビニル化合物の割合は、好ましくは5重量%以上、より好ましくは10重量%以上、特に好ましくは20重量%以上である。
 共役ジエン化合物としては、例えば、1,3-ブタジエン、イソプレン、2,3-ジメチル-1,3-ブタジエン、1,3-ペンタジエン、ピペリレンなどが挙げられる。中でも1,3-ブタジエン、イソプレン及び2,3-ジメチル-1,3-ブタジエンが好ましく、1,3-ブタジエンが特に好ましい。また、共役ジエン化合物は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 ポリマー中の共役ジエン化合物の割合は、好ましくは10重量%以上、より好ましくは20重量%以上、特に好ましくは30重量%以上であり、好ましくは90重量%以下、より好ましくは80重量%以下、特に好ましくは60重量%以下である。
 また、芳香族ビニル化合物と共役ジエン化合物との共重合体を用いることもできる。芳香族ビニル化合物と共役ジエン化合物との重量比(芳香族ビニル化合物/共役ジエン化合物)は、好ましくは42/58以上、より好ましくは49/51以上、特に好ましくは55/45以上であり、好ましくは87/13以下、より好ましくは80/20以下、特に好ましくは70/30以下である。
 また、共役ジエン化合物の重合体としては、ランダム共重合ポリマー及びブロック共重合ポリマーのいずれをも用いることができるが、ブロック共重合ポリマーが好ましい。共役ジエン化合物のブロック共重合ポリマーの結合様式は、2ブロック共重合体、3ブロック共重合体、4ブロック共重合体、及び5ブロック共重合体等、使用目的に応じて適宜選択される。
 このようなブロック共重合ポリマーの具体例としては、スチレン-イソブチレン-スチレンブロック共重合ポリマー(SIBS)、スチレン-エチレン-ブチレン-スチレンブロック共重合ポリマー(SEBS)、スチレン-エチレン-プロピレン-スチレンブロック共重合ポリマー(SEPS)などが挙げられる。これらのなかでも、スチレン-エチレン-ブチレン-スチレンブロック共重合ポリマー(SEBS)が好ましく用いられる。なお、ブロック共重合ポリマーの製造方法としては、特に限定されず、公知の方法により製造すれば良い。
 (モノマー)
 本発明のモノマー溶液に用いるモノマーとしては、特に制限されないが、上記ポリマーの種類に応じて適宜選択することができる。本発明においては、モノマーとして、スチレン、p-メチルスチレン、α-メチルスチレン等を好ましく用いることができ、スチレンを用いることがより好ましい。これらは単独で用いてもよいし、2種類以上を併用して用いてもよい。
 (複合ポリマー粒子の製造方法)
 複合ポリマー粒子は、前述のポリマーを含むモノマー溶液を水系媒体中で重合することにより得られる。好ましくはポリマーをモノマーに溶解させたモノマー溶液を水系媒体中で重合することにより得られる。重合により、モノマー溶液中のモノマーが重合するので、水系媒体中に分散した状態で複合ポリマー粒子が得られる。
 重合方法は所望の複合ポリマー粒子が得られる限り制限は無いが、通常は、乳化重合法、または懸濁重合法により重合を行う。
 乳化重合法は、通常は常法により行う。例えば、「実験化学講座」第28巻、(発行元:丸善(株)、日本化学会編)に記載された方法で行う。すなわち、攪拌機および加熱装置付きの密閉容器に水と、分散剤、乳化剤、架橋剤などの添加剤と、重合開始剤と、モノマー溶液とを所定の組成になるように加え、容器中の組成物を攪拌して単量体等を水に乳化させ、攪拌しながら温度を上昇させて重合を開始する方法である。あるいは、上記組成物を乳化させた後に密閉容器に入れ、同様に反応を開始させる方法である。
 また、懸濁重合法は、水系媒体に溶解した分散剤の存在下に、水系媒体に懸濁させて重合を行う方法である。
 ここで、水系媒体とは、水を含む媒体であり、具体的には、水、ケトン類、アルコール類、グリコール類、グリコールエーテル類、エーテル類及びこれらの混合物を挙げることができる。
 また、重合の際に用いるモノマー溶液は、モノマー100重量部に対してポリマーを5重量部~100重量部含むことが好ましい。
 乳化重合または懸濁重合法に用いる界面活性剤は、所望の複合ポリマー粒子が得られる限り任意のものを用いることができ、例えば、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム、コハク酸ジアルキルエステルスルホン酸ナトリウムなどが挙げられる。また、例えば、不飽和結合を有する反応性乳化剤を用いてもよい。中でもドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムは、製造時における汎用性に富み、泡立ちが少ない観点で好ましい。また、界面活性剤は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 界面活性剤の量は、所望の複合ポリマー粒子が得られる限り任意であり、モノマー溶液100重量部に対して、好ましくは0.5重量部以上、より好ましくは1重量部以上であり、好ましくは10重量部以下、より好ましくは5重量部以下である。
 また、重合反応に際しては、通常、重合開始剤を用いる。この重合開始剤としては、所望の複合ポリマー粒子が得られる限り任意のものを用いることができ、例えば、過硫酸ナトリウム(NaPS)、過硫酸アンモニウム(APS)、過硫酸カリウム(KPS)等が挙げられる。中でも過硫酸ナトリウム及び過硫酸アンモニウムが好ましく、過硫酸アンモニウムがより好ましい。重合開始剤として過硫酸アンモニウム又は過硫酸ナトリウムを用いることで、得られるリチウムイオン二次電池のサイクル特性の低下を抑制することができる。
 また、重合させる際に、その重合系には、分子量調整剤又は連鎖移動剤が含まれていてもよい。分子量調整剤又は連鎖移動剤としては、例えば、n-ヘキシルメルカプタン、n-オクチルメルカプタン、t-オクチルメルカプタン、n-ドデシルメルカプタン、t-ドデシルメルカプタン、n-ステアリルメルカプタン等のアルキルメルカプタン;ジメチルキサントゲンジサルファイド、ジイソプロピルキサントゲンジサルファイド等のキサントゲン化合物;ターピノレン;テトラメチルチウラムジスルフィド、テトラエチルチウラムジスルフィド、テトラメチルチウラムモノスルフィド等のチウラム系化合物;2,6-ジ-t-ブチル-4-メチルフェノール、スチレン化フェノール等のフェノール系化合物;アリルアルコール等のアリル化合物;ジクロロメタン、ジブロモメタン、四臭化炭素等のハロゲン化炭化水素化合物;チオグリコール酸、チオリンゴ酸、2-エチルヘキシルチオグリコレート、ジフェニルエチレン、α-メチルスチレンダイマー;などが挙げられる。中でも、副反応抑制という観点から、アルキルメルカプタンが好ましく、t-ドデシルメルカプタンがより好ましい。また、これらは、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 (複合ポリマー粒子の物性)
 複合ポリマー粒子の個数平均粒子径は、電極の強度及び柔軟性が良好となる観点から、好ましくは50nm以上、より好ましくは70nm以上であり、好ましくは500nm以下、より好ましくは400nm以下である。
 (コアシェル構造を有する複合ポリマー粒子)
 ポリマーを含むモノマー溶液を水系媒体で重合して得られる複合ポリマー粒子が単独で電極活物質との結着性を持たない、または結着性が不足している場合は、結着性付与を目的として、複合ポリマー粒子の表面に結着性を有する重合体を含むシェル部を形成してもよい。
 即ち、この場合にはポリマー(好ましくは溶液重合ポリマー)を含むモノマー溶液を水系媒体で重合して得られる複合ポリマー粒子をコア部、結着性を有する重合体をシェル部として有するコアシェル構造の複合ポリマー粒子が得られる。
 ここで、コアシェル構造としては、シェル部はコア部を包むように完全被覆したものであってもよいし、シェル部がコア部を部分被覆したものであってもよい。
 シェル部に用いることができる重合体としては、アクリル系重合体、共役ジエン系重合体等が挙げられる。
 (アクリル系重合体)
 アクリル系重合体は、(メタ)アクリル酸エステル化合物を重合してなる単量体単位を含む重合体である。重合体としては、(メタ)アクリル酸エステル化合物の単独重合体、これと共重合可能な単量体との共重合体が挙げられる。(メタ)アクリル酸エステル化合物の重合体を用いることにより、複合ポリマー粒子の結着性を高めることができる。なお、本発明において、「(メタ)アクリル」とは、アクリル又はメタクリルのことを意味する。
 (メタ)アクリル酸エステル化合物としては、例えば、メチルアクリレート、エチルアクリレート、n-プロピルアクリレート、イソプロピルアクリレート、n-ブチルアクリレート、t-ブチルアクリレート、ペンチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、ヘプチルアクリレート、オクチルアクリレート、ノニルアクリレート、デシルアクリレート、ラウリルアクリレート、n-テトラデシルアクリレート、ステアリルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、2-メトキシエチルアクリレート、2-エトキシエチルアクリレート等のアクリル酸アルキルエステル;2-(パーフルオロブチル)エチルアクリレート、2-(パーフルオロペンチル)エチルアクリレート等の2-(パーフルオロアルキル)エチルアクリレート;メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n-プロピルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、n-ブチルメタクリレート、t-ブチルメタクリレート、ペンチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、へプチルメタクリレート、オクチルメタクリレート、ノニルメタクリレート、デシルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、トリデシルメタクリレート、n-テトラデシルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、2-エチルヘキシルメタクリレート等のメタクリル酸アルキルエステル;2-(パーフルオロブチル)エチルメタクリレート、2-(パーフルオロペンチル)エチルメタクリレート、2-(パーフルオロアルキル)エチルメタクリレート等のメタクリル酸-2-(パーフルオロアルキル)エチル;ベンジルアクリレート;ベンジルメタクリレート;などが挙げられる。中でも複合ポリマー粒子の収率、リチウムイオン二次電池の諸物性に優れるという観点から、メチルアクリレート、エチルアクリレート、n-プロピルアクリレート、イソプロピルアクリレート、n-ブチルアクリレート、t-ブチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n-プロピルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、n-ブチルメタクリレート、t-ブチルメタクリレートからなる群より選ばれた少なくとも1種類を含むことが好ましく、メチルアクリレート、エチルアクリレート、n-ブチルアクリレート、t-ブチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n-ブチルメタクリレート、t-ブチルメタクリレートからなる群より選ばれた少なくとも1種類を含むことが特に好ましい。また、(メタ)アクリル酸エステル化合物は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 シェル部を構成する重合体に含まれる(メタ)アクリル酸エステル化合物の割合は、好ましくは40重量%以上、より好ましくは50重量%以上、特に好ましくは60重量%以上であり、また、好ましくは95重量%以下、より好ましくは90重量%以下、特に好ましくは85重量%以下である。(メタ)アクリル酸エステル化合物の割合を前記範囲の下限値以上にすることにより、複合ポリマー粒子と活物質や集電体との結着性をより向上することができる。また、上限値以下にすることにより、安定性に優れたバインダー組成物を得ることができる。
 ((メタ)アクリル酸エステル化合物と共重合可能な単量体)
 (メタ)アクリル酸エステル化合物と共重合可能な単量体としては、多官能ビニル化合物、親水性基を有する単量体などが挙げられる。
 (多官能ビニル化合物)
 多官能ビニル化合物は、1分子当たり2個以上のビニル基を有する化合物を指す。前述の(メタ)アクリル酸エステル化合物に多官能ビニル化合物を共重合させることにより架橋構造又は枝分かれ構造が形成される。このような架橋構造又は枝分かれ構造により、得られる複合ポリマー粒子は靱性と強度に優れる。これにより、複合ポリマー粒子の結着性を高めることが可能である。
 多官能ビニル化合物としては、例えば、ジビニルベンゼン、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(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、ジアリルフタレート等の、1分子当たりビニル基を2個有する2官能ビニル化合物;トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、脂肪族トリ(メタ)アクリレート、トリビニルシクロヘキサン等の、1分子当たりビニル基を3個有する3官能ビニル化合物;ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、脂肪族テトラ(メタ)アクリレート等の、1分子当たりビニル基を4個有する4官能ビニル化合物;ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等の、1分子当たりビニル基を5個有する5官能ビニル化合物;ポリエステル骨格、ウレタン骨格又はフォスファゼン骨格を有し、且つ、1分子当たり2個以上のビニル基を有する(メタ)アクリレート;などが挙げられる。また、多官能ビニル化合物は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 (メタ)アクリル酸エステル化合物における多官能ビニル化合物の割合は、モノマー100重量部に対して、好ましくは0.001重量部以上、より好ましくは0.01重量部以上、特に好ましくは0.05重量部以上であり、好ましくは7重量部以下、より好ましくは5重量部以下、特に好ましくは3重量部以下である。多官能ビニル化合物の割合を前記範囲の下限値以上にすることにより、電極活物質層と集電体との結着性を高めることができる。
 (親水性基を有する単量体)
 親水性基を有する単量体としては、親水性基として、例えば、カルボキシ基(-COOH基)、水酸基(-OH基)、スルホン酸基(-SO3H基)、-PO32基、-PO(OH)(OR)基(Rは炭化水素基を表す)、低級ポリオキシアルキレン基等を有する単量体が挙げられる。
 親水性基としてカルボキシ基を有する単量体としては、例えば、モノカルボン酸及びその誘導体;ジカルボン酸及びその誘導体、並びにこれらの酸無水物及びこれらの誘導体;等が挙げられる。モノカルボン酸としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸などが挙げられる。モノカルボン酸誘導体としては、例えば、2-エチルアクリル酸、イソクロトン酸、α―アセトキシアクリル酸、β-trans-アリールオキシアクリル酸、α-クロロ-β-E-メトキシアクリル酸、β-ジアミノアクリル酸などが挙げられる。ジカルボン酸としては、例えば、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸などが挙げられる。ジカルボン酸の酸無水物としては、例えば、無水マレイン酸、アクリル酸無水物、メチル無水マレイン酸、ジメチル無水マレイン酸などが挙げられる。ジカルボン酸誘導体としては、例えば、クロロマレイン酸、ジクロロマレイン酸、フルオロマレイン酸等のハロゲン化マレイン酸;メチルマレイン酸、ジメチルマレイン酸、フェニルマレイン酸、マレイン酸メチルアリル、マレイン酸ジフェニル、マレイン酸ノニル、マレイン酸デシル、マレイン酸ドデシル、マレイン酸オクタデシル、マレイン酸フルオロアルキル等のマレイン酸エステル;などが挙げられる。
 親水性基として水酸基を有する単量体としては、例えば、(メタ)アリルアルコール、3-ブテン-1-オール、5-ヘキセン-1-オール等のエチレン性不飽和アルコール;アクリル酸-2-ヒドロキシエチル、アクリル酸-2-ヒドロキシプロピル、メタクリル酸-2-ヒドロキシエチル、メタクリル酸-2-ヒドロキシプロピル、マレイン酸-ジ-2-ヒドロキシエチル、マレイン酸ジ-4-ヒドロキシブチル、イタコン酸ジ-2-ヒドロキシプロピル等の、エチレン性不飽和カルボン酸のアルカノールエステル類;式CH2=CR1-COO-(Cn2nO)m-H(mは2~9の整数を表し、nは2~4の整数を表し、R1は水素又はメチル基を表す。)で表される、ポリアルキレングリコールと(メタ)アクリル酸とのエステル類;2-ヒドロキシエチル-2'-(メタ)アクリロイルオキシフタレート、2-ヒドロキシエチル-2'-(メタ)アクリロイルオキシサクシネート等の、ジカルボン酸のジヒドロキシエステルのモノ(メタ)アクリル酸エステル類;2-ヒドロキシエチルビニルエーテル、2-ヒドロキシプロピルビニルエーテル等のビニルエーテル類;(メタ)アリル-2-ヒドロキシエチルエーテル、(メタ)アリル-2-ヒドロキシプロピルエーテル、(メタ)アリル-3-ヒドロキシプロピルエーテル、(メタ)アリル-2-ヒドロキシブチルエーテル、(メタ)アリル-3-ヒドロキシブチルエーテル、(メタ)アリル-4-ヒドロキシブチルエーテル、(メタ)アリル-6-ヒドロキシヘキシルエーテル等のアルキレングリコールのモノ(メタ)アリルエーテル類;ジエチレングリコールモノ(メタ)アリルエーテル、ジプロピレングリコールモノ(メタ)アリルエーテル等のポリオキシアルキレングリコール(メタ)モノアリルエーテル類;グリセリンモノ(メタ)アリルエーテル、(メタ)アリル-2-クロロ-3-ヒドロキシプロピルエーテル、(メタ)アリル-2-ヒドロキシ-3-クロロプロピルエーテル等の、(ポリ)アルキレングリコールのハロゲン及びヒドロキシ置換体のモノ(メタ)アリルエーテル;オイゲノール、イソオイゲノール等の多価フェノールのモノ(メタ)アリルエーテル及びそのハロゲン置換体;(メタ)アリル-2-ヒドロキシエチルチオエーテル、(メタ)アリル-2-ヒドロキシプロピルチオエーテル等のアルキレングリコールの(メタ)アリルチオエーテル類;などが挙げられる。
 親水性基としてスルホン酸基を有する単量体としては、例えば、ビニルスルホン酸、メチルビニルスルホン酸、(メタ)アリルスルホン酸、スチレンスルホン酸、(メタ)アクリル酸-2-スルホン酸エチル、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸、3-アリロキシ-2-ヒドロキシプロパンスルホン酸などが挙げられる。
 親水性基として-PO32基又は-PO(OH)(OR)基(Rは炭化水素基を表す。)を有する単量体としては、例えば、リン酸-2-(メタ)アクリロイルオキシエチル、リン酸メチル-2-(メタ)アクリロイルオキシエチル、リン酸エチル-(メタ)アクリロイルオキシエチルなどが挙げられる。
 親水性基として低級ポリオキシアルキレン基を有する単量体としては、例えば、ポリ(エチレンオキシド)等のポリ(アルキレンオキシド)が挙げられる。
 シェル部における親水性基を有する単量体の割合は、好ましくは2重量%以上、より好ましくは3重量%以上、特に好ましくは5重量%以上であり、好ましくは20重量%以下、より好ましくは15重量%以下、特に好ましくは10重量%以下である。親水性基を有する単量体の割合を前記範囲の下限値以上にすることにより、複合ポリマー粒子と活物質や集電体との結着性をより向上させることができる。また、リチウムイオン伝導性に優れたバインダー組成物を得ることができる。また、上限値以下にすることにより、複合ポリマー粒子の重合時の粒子安定性を優れたものにできる。
 (その他の単量体)
 さらに、(メタ)アクリル酸エステル化合物と共重合可能な単量体として、上述の多官能ビニル化合物、親水性基を有する単量体の他に、例えば、スチレン、ビニルトルエン、t-ブチルスチレン、ビニル安息香酸、ビニル安息香酸メチル、ビニルナフタレン、ヒドロキシメチルスチレン、α-メチルスチレン、ジビニルベンゼン等のスチレン系単量体;アクリルアミド、メタクリルアミド等のアミド系単量体;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のα,β-不飽和ニトリル化合物;エチレン、プロピレン等のオレフィン類;ブタジエン、イソプレン等のジエン系単量体;塩化ビニル、塩化ビニリデン等のハロゲン原子含有単量体;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、安息香酸ビニル等のビニルエステル類;メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル等のビニルエーテル類;メチルビニルケトン、エチルビニルケトン、ブチルビニルケトン、ヘキシルビニルケトン、イソプロペニルビニルケトン等のビニルケトン類;N-ビニルピロリドン、ビニルピリジン、ビニルイミダゾール等の複素環含有ビニル化合物;などを用いてもよい。また、これらは、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 (コアシェル構造を有する複合ポリマー粒子の製造)
 複合ポリマー粒子として、複合ポリマー粒子の表面に結着性を有する重合体を含むシェル部が形成されたコアシェル構造を有する複合ポリマー粒子を用いる場合には、二種以上の単量体混合物を段階的に重合することにより得られる。このような複合ポリマー粒子の製造方法としては、高分子ラテックス(新高分子文庫26)(高分子刊行会、第一版)P38~45や特許第4473967号などに開示されている。
 具体的には、コアシェル構造を有する複合ポリマー粒子は、第一段目の重合体を与える単量体をまず重合しコア部となる複合ポリマー粒子(シード粒子)を得、このコア部となる複合ポリマー粒子(シード粒子)の存在下に、第二段目となる結着性を有する重合体を与える単量体を重合することにより製造される。この場合、同一反応器において、コア部となる複合ポリマー粒子(シード粒子)を重合した後に、シェル部用の結着性を有する重合体を与える単量体を添加して重合し、コアシェル構造を形成してもよいし、別の反応器にて形成したシード粒子をコア部に用いて、他の反応器にてシェル部を形成するための単量体を重合し、コアシェル構造を形成してもよい。
 なお、シード粒子として用いる複合ポリマー粒子は、ポリマー(好ましくは溶液重合ポリマー)を含むモノマー溶液を水系媒体で重合して得ることができ、このシード粒子として用いる複合ポリマー粒子は、(複合ポリマー粒子の製造方法)の項で説明したように製造することができる。
 (バインダー組成物)
 本発明のバインダー組成物は、上述した複合ポリマー粒子に加えて、溶媒を含む。通常、バインダー組成物において、複合ポリマー粒子は溶媒中で分散し、バインダー組成物は流体状の組成物となっている。バインダー組成物に用いられる溶媒としては、通常、複合ポリマー粒子の製造の際に用いた水系媒体と同様のものを用いうる。中でも、水を用いることが好ましい。また、溶媒は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 バインダー組成物において溶媒の量は、電極活物質層を形成するためのスラリー組成物を製造する際の作業性が良好である観点から、バインダー組成物の固形分濃度が、通常15重量%以上、好ましくは20重量%以上、より好ましくは30重量%以上、また、通常70重量%以下、好ましくは65重量%以下、より好ましくは60重量%以下となる量である。ここでバインダー組成物の固形分とは、バインダー組成物を乾燥させて液体を除去した場合に、蒸発せずに残る成分のことをいう。
 (リチウムイオン二次電池電極)
 本発明のバインダー組成物は、リチウムイオン二次電池電極に用いることができる。リチウムイオン二次電池電極は、集電体上に電極活物質層を形成することにより得られ、電極活物質層は、電極活物質、本発明のバインダー組成物、必要に応じて用いられる増粘剤及び導電材等を含む。また、電極活物質層におけるバインダー組成物の含有量は、電極活物質層100重量部に対して、0.1~20重量部、好ましくは0.2~15重量部、より好ましくは0.3~10重量部である。
 電極活物質層は、集電体上に電極活物質、本発明のバインダー組成物、必要に応じて用いられる増粘剤及び導電材等を含むスラリー組成物を塗布、乾燥することにより形成される。
 集電体上にスラリー組成物を塗布する方法は特に限定されない。例えば、ドクターブレード法、ディップ法、リバースロール法、ダイレクトロール法、グラビア法、エクストルージョン法、コンマダイレクトコート、スライドダイコート、およびハケ塗り法などの方法が挙げられる。乾燥方法としては例えば、温風、熱風、低湿風による乾燥、真空乾燥、(遠)赤外線や電子線などの照射による乾燥法が挙げられる。乾燥時間は通常1~60分であり、乾燥温度は通常40~180℃である。スラリー組成物の塗布、乾燥を複数回繰り返すことにより電極活物質層を形成してもよい。
 ここで、スラリー組成物は、電極活物質、バインダー、必要に応じ用いられる増粘剤及び導電材、さらに水などの溶媒等を混合することにより得ることができる。
 スラリー組成物を調製する際の混合方法は特に限定はされないが、例えば、撹拌式、振とう式、および回転式などの混合装置を使用した方法が挙げられる。また、ホモジナイザー、ボールミル、サンドミル、ロールミル、プラネタリーミキサーおよび遊星式混練機などの分散混練装置を使用した方法が挙げられる。
 (集電体)
 集電体の材料は、例えば、金属、炭素、導電性高分子などであり、好適には金属が用いられる。集電体用金属としては、通常、アルミニウム、白金、ニッケル、タンタル、チタン、ステンレス鋼、銅、その他の合金等が使用される。これらの中で導電性、耐電圧性の面から銅、アルミニウムまたはアルミニウム合金を使用するのが好ましい。
 集電体の厚みは、好ましくは5~100μm、より好ましくは8~70μm、さらに好ましくは10~50μmである。
 (電極活物質)
 リチウムイオン二次電池電極が正極である場合の電極活物質(正極活物質)としては、リチウムイオンを可逆的にドープ・脱ドープ可能な金属酸化物が挙げられる。かかる金属酸化物としては、例えば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、燐酸鉄リチウム等を挙げることができる。なお、上記にて例示した正極活物質は適宜用途に応じて単独で使用してもよく、複数種混合して使用してもよい。
 また、リチウムイオン二次電池の正極の対極としての負極の活物質(負極活物質)としては、たとえば、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素、熱分解炭素などの低結晶性炭素(非晶質炭素)、グラファイト(天然黒鉛、人造黒鉛)、錫やケイ素等の合金系材料、ケイ素酸化物、錫酸化物、チタン酸リチウム等の酸化物等が挙げられる。なお、上記にて例示した負極活物質は適宜用途に応じて単独で使用してもよく、複数種混合して使用してもよい。
 リチウムイオン二次電池電極の電極活物質の形状は、粒状に整粒されたものが好ましい。粒子の形状が粒状であると、電極成形時により高密度な電極が形成できる。
 リチウムイオン二次電池電極の電極活物質の体積平均粒子径は、正極、負極ともに通常0.1~100μm、好ましくは0.5~50μm、より好ましくは0.8~30μmである。
 (導電材)
 電極活物質層は、必要に応じて導電材を含有していてもよい。導電材としては、導電性を有する材料であれば特に限定されないが、導電性を有する粒子状の材料が好ましく、たとえば、ファーネスブラック、アセチレンブラック、及びケッチェンブラック等の導電性カーボンブラック;天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛;ポリアクリロニトリル系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、気相法炭素繊維等の炭素繊維;が挙げられる。導電材が粒子状の材料である場合の平均粒子径は、特に限定されないが、電極活物質の平均粒子径よりも小さいものが好ましく、より少ない使用量で十分な導電性を発現させる観点から、好ましくは0.001~10μm、より好ましくは0.05~5μm、さらに好ましくは0.1~1μmである。
 (増粘剤)
 電極活物質層は、必要に応じて増粘剤を含んでもよい。増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース系ポリマーおよびこれらのアンモニウム塩並びにアルカリ金属塩;(変性)ポリ(メタ)アクリル酸およびこれらのアンモニウム塩並びにアルカリ金属塩;(変性)ポリビニルアルコール、アクリル酸又はアクリル酸塩とビニルアルコールの共重合体、無水マレイン酸又はマレイン酸もしくはフマル酸とビニルアルコールの共重合体などのポリビニルアルコール類;ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、ポリビニルピロリドン、変性ポリアクリル酸、酸化スターチ、リン酸スターチ、カゼイン、各種変性デンプン、アクリロニトリル-ブタジエン共重合体水素化物などが挙げられる。これらのなかでも、カルボキシメチルセルロース及びカルボキシメチルセルロースのアンモニウム塩並びにアルカリ金属塩を用いることが好ましい。なお、本発明において、「(変性)ポリ」は「未変性ポリ」又は「変性ポリ」を意味する。
 電極活物質層中の増粘剤の含有量は、電池特性に影響のない範囲が好ましく、電極活物質層100重量部に対して好ましくは0.1~5重量部、より好ましくは0.2~4重量部、さらに好ましくは0.3~3重量部である。
 (リチウムイオン二次電池)
 本発明のバインダー組成物を含むリチウムイオン二次電池電極を用いて、リチウムイオン二次電池を製造することができる。たとえばリチウムイオン二次電池は、本発明のバインダー組成物を含む電極活物質層が形成されたリチウムイオン二次電池電極を正極および負極の少なくとも一方に用い、さらにセパレーターおよび電解液を備える。
 セパレーターとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂や、芳香族ポリアミド樹脂を含んでなる微孔膜または不織布、無機セラミック粉末を含む多孔質の樹脂コート、などを用いることができる。
 セパレーターの厚さは、リチウムイオン二次電池内でのセパレーターによる抵抗が小さくなり、またリチウムイオン二次電池を製造する時の作業性に優れる観点から、好ましくは0.5~40μm、より好ましくは1~30μm、さらに好ましくは1~25μmである。
 (電解液)
 電解液は、特に限定されないが、例えば、非水系の溶媒に支持電解質としてリチウム塩を溶解したものが使用できる。リチウム塩としては、例えば、LiPF6、LiAsF6、LiBF4、LiSbF6、LiAlCl4、LiClO4、CF3SO3Li、C49SO3Li、CF3COOLi、(CF3CO)2NLi、(CF3SO22NLi、(C25SO2)NLiなどのリチウム塩が挙げられる。特に溶媒に溶けやすく高い解離度を示すLiPF6、LiClO4、CF3SO3Liは好適に用いられる。これらは、単独、または2種以上を混合して用いることができる。支持電解質の量は、電解液に対して、通常1重量%以上、好ましくは5重量%以上、また通常は30重量%以下、好ましくは20重量%以下である。支持電解質の量が少なすぎても多すぎてもイオン導電度は低下し電池の充電特性、放電特性が低下する。
 電解液に使用する溶媒としては、支持電解質を溶解させるものであれば特に限定されないが、通常、ジメチルカーボネート(DMC)、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、およびメチルエチルカーボネート(MEC)などのアルキルカーボネート類;γ-ブチロラクトン、ギ酸メチルなどのエステル類、1,2-ジメトキシエタン、およびテトラヒドロフランなどのエーテル類;スルホラン、およびジメチルスルホキシドなどの含硫黄化合物類;が用いられる。特に高いイオン伝導性が得易く、使用温度範囲が広いため、ジメチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネートが好ましい。これらは、単独、または2種以上を混合して用いることができる。また、電解液には添加剤を含有させて用いることも可能である。また、添加剤としてはビニレンカーボネート(VC)などのカーボネート系の化合物が好ましい。
 上記以外の電解液としては、ポリエチレンオキシド、ポリアクリロニトリルなどのポリマー電解質に電解液を含浸したゲル状ポリマー電解質や、硫化リチウム、LiI、Li3N、Li2S-P25ガラスセラミックなどの無機固体電解質を挙げることができる。
 リチウムイオン二次電池は、負極と正極とをセパレーターを介して重ね合わせ、これを電池形状に応じて巻く、折るなどして電池容器に入れ、電池容器に電解液を注入して封口して得られる。さらに必要に応じてエキスパンドメタルや、ヒューズ、PTC素子などの過電流防止素子、リード板などを入れ、電池内部の圧力上昇、過充放電の防止をすることもできる。電池の形状は、ラミネートセル型、コイン型、ボタン型、シート型、円筒型、角形、扁平型などいずれであってもよい。
 本発明のバインダー組成物を用いたリチウムイオン二次電池においては、電池が異常発熱した状態あるいは、異常な高温下では、充放電性能を低下させることができる。
 以下、実施例を示して本発明について具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨及び均等の範囲を逸脱しない範囲において任意に変更して実施できる。なお、以下の説明において量を表す「%」及び「部」は、特に断らない限り、重量基準である。また、以下に説明する操作は、特に断らない限り、常温及び常圧の条件において行った。
 実施例及び比較例において、結着性特性及び抵抗値の温度依存性の評価はそれぞれ以下のように行った。
 (結着性特性)
 実施例及び比較例で作製した電極を長さ100mm、幅10mmの長方形に切り出して試験片とした。電極活物質層の表面を下にして、電極活物質層の表面にセロハンテープを貼り付けた。この際、セロハンテープとしてはJIS Z1522に規定されるものを用いた。また、セロハンテープは水平な試験台に粘着面を上にして固定しておいた。その後、集電体の一端を鉛直上方に引張り速度50mm/分で引っ張って剥がしたときの応力を測定した。この測定を3回行い、測定された応力の平均値を求めて、当該平均値を剥離ピール強度とした。
 求めた剥離ピール強度は、以下の基準により判定した。剥離ピール強度が大きいほど、電極活物質層の集電体への結着力が大きいこと、すなわち結着性特性が良好であることを示す。
A:4N/m以上
B:3N/m以上4N/m未満
C:2N/m以上3N/m未満
D:2N/m未満
 (抵抗値の温度依存性)
 実施例および比較例で作製した電極を、50mm×40mmに切り出した。これを0.2mm厚のSUS板に挟み、200gの荷重をかけた状態で、恒温槽に入れ、所定の温度(50℃、60℃、70℃、80℃、90℃及び100℃)で10分間保持したのち抵抗値を測定した。80℃の測定値を100としたときの各温度での抵抗値を表1に示した。90℃以上で抵抗値が上昇するものが、異常温度対応特性に優れる。
 [実施例1]
 (バインダー組成物の製造)
 攪拌機付き5MPa耐圧容器に、スチレン80部にSEBS(旭化成ケミカルズ社製、タフテック「H1041」(80℃付近に弾性率の変曲点を持つ))20部をあらかじめ溶解させたモノマー溶液100部、乳化剤としてラウリル硫酸ナトリウム4部、溶媒としてイオン交換水150部、及び重合開始剤として過硫酸アンモニウム0.5部を入れ、十分に攪拌した後、80℃に加温して第一段目の重合を開始した。
 重合転化率が96%になった時点で、n-ブチルアクリレート(以下、「BA」ということがある。)50部と重合開始剤1部をプロップ添加し、第二段目の重合を行った。合計の重合転化率が98%になった時点で冷却し、反応を停止して、複合ポリマー粒子を含む混合物を得た。この混合物に、5%水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pH7に調整し、所望の複合ポリマー粒子を含むバインダー組成物を得た。
 (スラリー組成物の製造)
 プラネタリーミキサーに、炭素で形成された負極活物質として天然黒鉛99部、前記バインダー組成物を固形分相当で1部、増粘剤として高分子量タイプのカルボキシメチルセルロース(日本製紙ケミカル社製「MAC800LC」)の1%水溶液(25℃においてB型粘度計で測定した粘度7800mPa・s)を固形分相当で1部入れ、さらに、全固形分濃度が52%となるようにイオン交換水を加えて混合し、スラリー組成物を調製した。
 (電極の製造)
 前記スラリー組成物をコンマコーターで、集電体である厚さ20μmの銅箔の上に塗布した。この際のスラリー組成物の塗付量は、銅箔の表面の単位面積当たりのスラリー組成物の固形分量が11mg/cm2~12mg/cm2となるようにした。その後、塗布されたスラリー組成物を乾燥させて、銅箔の表面に電極活物質層を形成した。この乾燥は、銅箔を0.5m/分の速度で60℃のオーブン内を2分間かけて搬送することにより行った。
 その後、120℃にて2分間加熱処理して負極原反を得た。この原反をロールプレス機にて、負極における負極活物質層の密度が1.50g/cm3~1.60g/cm3となるようプレスを行い、負極とした。この負極から一部を切り出し、負極の抵抗値及び結着性特性を測定した。
 [実施例2]
 (バインダー組成物の製造)
 攪拌機付き5MPa耐圧容器に、スチレン80部にSEBS(クレイトンポリマージャパン社製、クレイトンG1657MS(50℃~150℃の範囲で線膨張係数が大きい))25部をあらかじめ溶解させたモノマー溶液105部、乳化剤としてラウリル硫酸ナトリウム4部、溶媒としてイオン交換水150部、及び重合開始剤として過硫酸アンモニウム0.5部を入れ、十分に攪拌した後、80℃に加温して第一段目の重合を開始した。
 重合転化率が96%になった時点で、n-ブチルアクリレート30部、メチルアクリレート(以下、「MA」ということがある。)5部と重合開始剤1部をプロップ添加し、第二段目の重合を行った。合計の重合転化率が98%になった時点で冷却し、反応を停止して、複合ポリマー粒子を含む混合物を得た。この混合物に、5%水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pH7に調整し、所望の複合ポリマー粒子を含むバインダー組成物を得た。
 このようにして得られたバインダー組成物を用いた以外は、実施例1と同様にスラリー組成物の製造及び電極の製造を行った。
 [実施例3]
 (バインダー組成物の製造)
 攪拌機付き5MPa耐圧容器に、スチレン70部にSEBS(旭化成ケミカルズ社製、タフテック「H1041」)30部をあらかじめ溶解させたモノマー溶液100部、乳化剤としてラウリル硫酸ナトリウム4部、溶媒としてイオン交換水150部、及び重合開始剤として過硫酸アンモニウム0.5部を入れ、十分に攪拌した後、80℃に加温して第一段目の重合を開始した。
 重合転化率が96%になった時点で、n-ブチルアクリレート100部、メチルアクリレート2部と重合開始剤1部をプロップ添加し、第二段目の重合を行った。合計の重合転化率が98%になった時点で冷却し、反応を停止して、複合ポリマー粒子を含む混合物を得た。この混合物に、5%水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pH7に調整し、所望の複合ポリマー粒子を含むバインダー組成物を得た。
 このようにして得られたバインダー組成物を用いた以外は、実施例1と同様にスラリー組成物の製造及び電極の製造を行った。
 [比較例1]
 (バインダー組成物の製造)
 攪拌機付き5MPa耐圧容器に、スチレン100部、乳化剤としてラウリル硫酸ナトリウム4部、溶媒としてイオン交換水150部、及び重合開始剤として過硫酸アンモニウム0.5部を入れ、十分に攪拌した後、80℃に加温して第一段目の重合を開始した。
 重合転化率が96%になった時点で、n-ブチルアクリレート50部と重合開始剤1部をプロップ添加し、第二段目の重合を行った。合計の重合転化率が98%になった時点で冷却し、反応を停止して、複合ポリマー粒子を含む混合物を得た。この混合物に、5%水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pH7に調整し、所望の複合ポリマー粒子を含むバインダー組成物を得た。
 このようにして得られたバインダー組成物を用いた以外は、実施例1と同様にスラリー組成物の製造及び電極の製造を行った。
 [比較例2]
 (バインダー組成物の製造)
 攪拌機付き5MPa耐圧容器に、スチレン50部、乳化剤としてラウリル硫酸ナトリウム4部、溶媒としてイオン交換水150部、及び重合開始剤として過硫酸アンモニウム0.5部を入れ、十分に攪拌した後、80℃に加温して第一段目の重合を開始した。
 重合転化率が96%になった時点で、n-ブチルアクリレート100部と重合開始剤1部をプロップ添加し、第二段目の重合を行った。合計の重合転化率が98%になった時点で冷却し、反応を停止して、複合ポリマー粒子を含む混合物を得た。この混合物に、5%水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pH7に調整し、所望の複合ポリマー粒子を含むバインダー組成物を得た。
 このようにして得られたバインダー組成物を用いた以外は、実施例1と同様にスラリー組成物の製造及び電極の製造を行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1に示すようにポリマーを含むモノマー溶液を、水系媒体中で重合してなる複合ポリマー粒子を含むリチウムイオン二次電池電極用バインダー組成物を用いて作製した電極の結着性特性及び抵抗値は良好であった。

Claims (7)

  1.  ポリマーを含むモノマー溶液を、水系媒体中で重合してなる複合ポリマー粒子を含むリチウムイオン二次電池電極用バインダー組成物。
  2.  前記ポリマーは、溶液重合法で作製されたポリマーであり、
     前記モノマー溶液は、前記ポリマーをモノマーに溶解させた溶液であって、
     前記複合ポリマー粒子は、前記モノマー溶液を、水系媒体中で懸濁重合または乳化重合してなる請求項1記載のリチウムイオン二次電池電極用バインダー組成物。
  3.  前記ポリマーは、溶液重合法で作製されたポリマーであって、
     前記モノマー溶液は、モノマー100重量部に対して前記ポリマーを5重量部~100重量部溶解させてなり、
     前記複合ポリマー粒子は、前記モノマー溶液を、水系媒体中で懸濁重合または乳化重合してなる請求項1または2記載のリチウムイオン二次電池電極用バインダー組成物。
  4.  前記溶液重合法で作製されたポリマーは、オレフィン系ポリマーである請求項2または3記載のリチウムイオン二次電池電極用バインダー組成物。
  5.  前記溶液重合法で作製されたポリマーは、ブロック共重合ポリマーである請求項2~4の何れか一項に記載のリチウムイオン二次電池電極用バインダー組成物。
  6.  前記溶液重合法で作製されたポリマーは、50℃~150℃の範囲に融点を持つポリマーである請求項2~5の何れか一項に記載のリチウムイオン二次電池電極用バインダー組成物。
  7.  前記複合ポリマー粒子は、表面に結着性を有する重合体を含むシェル部が更に形成されたコアシェル構造を有する請求項1~6の何れか一項に記載のリチウムイオン二次電池電極用バインダー組成物。
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