WO2021172229A1 - 非水系二次電池電極用バインダー組成物、非水系二次電池電極用スラリー組成物、非水系二次電池用電極、及び非水系二次電池 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a binder composition for a non-aqueous secondary battery electrode, a slurry composition for a non-aqueous secondary battery electrode, a non-aqueous secondary battery electrode, and a non-aqueous secondary battery.
- Non-aqueous secondary batteries such as lithium-ion secondary batteries (hereinafter, may be simply abbreviated as "secondary batteries") are small and lightweight, have high energy density, and can be repeatedly charged and discharged. Yes, it is used for a wide range of purposes. Therefore, in recent years, improvement of battery members such as electrodes has been studied for the purpose of further improving the performance of non-aqueous secondary batteries.
- the electrode for a secondary battery such as a lithium ion secondary battery usually includes a current collector and an electrode mixture layer formed on the current collector. Then, for the electrode mixture layer, for example, a slurry composition obtained by dispersing an electrode active material and a binder composition containing a binder in a dispersion medium (solvent) is applied onto a current collector and dried. Is formed by.
- a slurry composition obtained by dispersing an electrode active material and a binder composition containing a binder in a dispersion medium (solvent) is applied onto a current collector and dried. Is formed by.
- a particulate polymer composed of a copolymer having an aromatic vinyl block region and a region containing an aliphatic conjugated diene monomer unit has been conventionally used.
- the copolymer contains a particulate polymer A and a particulate polymer B, and the particulate polymer A has a region containing an aromatic vinyl block region and an aliphatic conjugated diene monomer unit.
- a binder composition for a non-aqueous secondary battery electrode which is a coalescence and the particulate polymer B is a random copolymer containing an aliphatic conjugated diene monomer unit and an aromatic vinyl monomer unit.
- a particulate polymer composed of a polymer having a region containing an aromatic vinyl block region and an aliphatic conjugated diene monomer unit and water are contained, and the amount of surface acid of the particulate polymer is contained.
- a binder composition for a non-aqueous secondary battery in which is within a predetermined range.
- a binder composition for a non-aqueous secondary battery electrode containing a hindered phenol-based antioxidant is disclosed.
- the electrode provided with the electrode mixture layer is dried while being heated at a high temperature of, for example, 100 ° C. for the purpose of sufficiently removing water before being used for assembling a secondary battery (hereinafter, “heat drying”). It may be called).
- heat drying a high temperature of, for example, 100 ° C. for the purpose of sufficiently removing water before being used for assembling a secondary battery.
- the electrode produced by using the binder composition of the above-mentioned prior art has room for further improvement in the peel strength after heat drying. Further, in the manufacturing process of the secondary battery, the formed electrode may be cut into a desired size.
- the battery member is required to be resistant to powder dropping, that is, to have high powder removal resistance.
- the present invention provides a binder composition for a non-aqueous secondary battery electrode capable of forming an electrode for a non-aqueous secondary battery having high powder removal resistance and excellent peel strength after heating and drying.
- the purpose also provides a slurry composition for a non-aqueous secondary battery electrode capable of forming an electrode for a non-aqueous secondary battery having high powder removal resistance and excellent peel strength after heating and drying.
- the purpose is.
- Another object of the present invention is to provide an electrode for a non-aqueous secondary battery having high powder removal resistance and excellent peel strength after heating and drying.
- Another object of the present invention is to provide a non-aqueous secondary battery including the electrode for the non-aqueous secondary battery.
- the present inventor conducted a diligent study for the purpose of solving the above problems.
- the present inventor is a particulate polymer having a trunk portion composed of a block copolymer containing an aromatic vinyl monomer unit and an aliphatic conjugated diene monomer unit and a graft portion, and the trunk portion. Particles in which the weight average molecular weight of the aromatic vinyl block region constituting the block copolymer, the weight average molecular weight of the block copolymer itself, and the ratio of the graft portion to the block copolymer are within predetermined ranges, respectively.
- the present invention aims to advantageously solve the above problems, and the binder composition for a non-aqueous secondary battery electrode of the present invention contains a particulate polymer and is a non-aqueous secondary battery electrode.
- a binder composition for use wherein the particulate polymer has a trunk portion and a graft portion made of a block copolymer containing an aromatic vinyl monomer unit and an aliphatic conjugated diene monomer unit.
- the block copolymer contains an aromatic vinyl block region composed of the aromatic vinyl monomer unit, the weight average molecular weight of the aromatic vinyl block region is 15,000 or more, and the weight average of the block copolymer.
- the proportion of the graft portion is 1.0% by mass or more. It is characterized in that it is 10.0% by mass or less.
- the polymer when the polymer "contains a block region composed of monomer units", it means that there is a portion in the polymer in which only the monomer units are connected in a row. Furthermore, the "weight average molecular weight of the block region" or the “weight average molecular weight of the polymer” can be measured by the method described in the examples of the present specification. Then, the proportion of the graft portion can be measured by the method described in the examples of the present specification.
- the value of the storage elastic modulus of the particulate polymer at 100 ° C. is G'(100)
- the value of the storage elastic modulus at 200 ° C. is G.
- the value obtained by the formula: ⁇ G'(100) -G'(200) ⁇ / G'(200) is preferably 15.0 or less. If the particulate polymer satisfies the above-mentioned predetermined attribute values, the powder drop resistance of the obtained electrode for a non-aqueous secondary battery and the peel strength after heating and drying can be further enhanced.
- the value of the storage elastic modulus of the particulate polymer at each temperature can be measured by the method described in the examples of the present specification.
- the ratio of the aromatic vinyl monomer unit in the particulate polymer is 100, which is the amount of all repeating units constituting the particulate polymer.
- it is set to mass%, it is preferably 20.0% by mass or more and 50.0% by mass or less.
- the ratio of the aromatic vinyl monomer unit in the particulate polymer is within the above-mentioned predetermined range, the powder removal resistance of the obtained electrode for a non-aqueous secondary battery and the peel strength after heating and drying are further enhanced. Can be enhanced.
- the ratio of the monomer unit in the polymer can be measured by 1 1 H-NMR.
- the graft portion of the particulate polymer contains a carboxylic acid group-containing monomer unit. If the graft portion of the particulate polymer contains a carboxylic acid group-containing monomer unit, the stability of the slurry composition prepared by using the binder composition can be enhanced.
- the present invention also aims to advantageously solve the above problems, and the slurry composition for a non-aqueous secondary battery electrode of the present invention comprises an electrode active material and any of the above-mentioned non-aqueous secondary batteries. It is characterized by containing a binder composition for a secondary battery electrode. As described above, the slurry composition containing the electrode active material and any of the above-mentioned binder compositions has high powder drop resistance and excellent peel strength after heating and drying, and is an electrode for a non-aqueous secondary battery. Can be formed.
- the present invention aims to advantageously solve the above problems, and the electrode for a non-aqueous secondary battery of the present invention includes an electrode mixture layer formed by using the above-mentioned slurry composition. It is characterized by that.
- the electrode provided with the electrode mixture layer formed by using the above-mentioned slurry composition has high powder drop resistance and excellent peel strength after heat drying.
- the present invention is intended to solve the above problems advantageously, and the non-aqueous secondary battery of the present invention is characterized by including the above-mentioned electrode for the non-aqueous secondary battery. Since the non-aqueous secondary battery of the present invention has the above-mentioned electrode for the non-aqueous secondary battery which has high powder removal resistance and excellent peel strength after heating and drying, it has excellent battery characteristics and high performance. be.
- a binder composition for a non-aqueous secondary battery electrode capable of forming an electrode for a non-aqueous secondary battery having high powder removal resistance and excellent peel strength after heating and drying.
- a slurry composition for a non-aqueous secondary battery electrode capable of forming an electrode for a non-aqueous secondary battery having high powder removal resistance and excellent peel strength after heating and drying can be obtained.
- a non-aqueous secondary battery provided with the electrode for the non-aqueous secondary battery it is possible to provide a non-aqueous secondary battery provided with the electrode for the non-aqueous secondary battery.
- the binder composition for a non-aqueous secondary battery electrode of the present invention is used for the production of a non-aqueous secondary battery, and for example, the preparation of the slurry composition for a non-aqueous secondary battery electrode of the present invention. Can be used for.
- the slurry composition for a non-aqueous secondary battery electrode of the present invention can be used for forming an electrode of a non-aqueous secondary battery, and is particularly preferably used when forming a negative electrode of a non-aqueous secondary battery. be able to.
- the electrode for a non-aqueous secondary battery of the present invention is formed from the slurry composition for a non-aqueous secondary battery electrode of the present invention.
- the non-aqueous secondary battery of the present invention includes the electrode for the non-aqueous secondary battery of the present invention.
- the binder composition of the present invention contains a particulate polymer and optionally further contains other components that can be incorporated into the electrodes of the secondary battery. Further, the binder composition for a non-aqueous secondary battery electrode of the present invention can further contain a solvent such as water.
- the binder composition of the present invention comprises a trunk portion composed of a block copolymer containing an aromatic vinyl monomer unit and an aliphatic conjugated diene monomer unit, and a particulate polymer having a graft portion. It is characterized by.
- the weight average molecular weight of the aromatic vinyl block region contained in the block copolymer is 15,000 or more, and the weight average molecular weight of the block copolymer is 150,000 or more and 500 or more. It is characterized in that the ratio of the graft portion to 100% by mass of the block copolymer is 1.0% by mass or more and 10.0% by mass or less.
- the electrode formed by using the slurry composition containing such a particulate polymer is excellent in peel strength and powder drop resistance even after heat drying.
- heat drying also includes heat drying performed in a vacuum state (under reduced pressure) (hereinafter, may be referred to as “heat vacuum drying”).
- the electrode formed by using the binder composition of the present invention is also excellent in peel strength after vacuum drying while being heated at a high temperature of, for example, 100 ° C. (that is, peel strength after heating vacuum drying). ..
- the particulate polymer is a component that functions as a binder, and in the electrode mixture layer formed by using the slurry composition containing the binder composition, components such as the electrode active material are desorbed from the electrode mixture layer. It is held so that it does not exist, and the electrode and the separator can be adhered to each other through the electrode mixture layer.
- the particulate polymer is a water-insoluble particle.
- water-insoluble means that when 0.5 g of the polymer is dissolved in 100 g of water at a temperature of 25 ° C., the insoluble content is 90% by mass or more.
- the particulate polymer has a trunk portion composed of a block copolymer containing an aromatic vinyl monomer unit and an aliphatic conjugated diene monomer unit, and a graft portion. More specifically, the particulate polymer has a block region composed of aromatic vinyl monomer units (hereinafter, may be abbreviated as "aromatic vinyl block region”) and an aliphatic conjugated diene monomer. Graft common weight having a structure in which a graft portion is bonded to a trunk portion made of a block copolymer having a block region consisting of a unit (hereinafter, may be abbreviated as "aromatic conjugated diene block region"). It is a coalescence.
- the aromatic vinyl block region comprises only the aromatic vinyl monomer unit.
- the aliphatic conjugated diene block region is preferably composed of only the aliphatic conjugated diene monomer unit, but may contain an alkylene structural unit in addition to the aliphatic conjugated diene monomer unit.
- the block copolymer that is the trunk portion may have other repeating units other than the aromatic vinyl monomer unit, the aliphatic conjugated diene monomer unit, and the alkylene structural unit.
- the aromatic vinyl block region and the aliphatic conjugated diene block region are present adjacent to each other.
- the copolymer which is a trunk portion may have one or more aromatic vinyl block regions.
- the block copolymer that is the trunk portion may have one or more aliphatic conjugated diene block regions.
- the block copolymer which is a trunk portion may have other regions other than the aromatic vinyl block region and the aliphatic conjugated diene block region.
- a binder composition is used because the particulate polymer having a trunk portion composed of a block copolymer having an aromatic vinyl block region and an aliphatic conjugated diene block region has both rigidity and flexibility. It is possible to impart high powder removal resistance and excellent peel strength after heating and drying to the electrode formed in the above.
- the aromatic vinyl block region is essentially a region containing only an aromatic vinyl monomer unit as a repeating unit.
- one aromatic vinyl block region may be composed of only one kind of aromatic vinyl monomer unit, or may be composed of a plurality of kinds of aromatic vinyl monomer units. It is preferably composed of only one type of aromatic vinyl monomer unit.
- one aromatic vinyl block region may include a coupling portion (that is, the aromatic vinyl monomer unit constituting one aromatic vinyl block region is interposed with a coupling portion. It may be connected).
- the block copolymer as the trunk portion has a plurality of aromatic vinyl block regions, the types and proportions of the aromatic vinyl monomer units constituting the plurality of aromatic vinyl block regions are the same but different. It may be, but it is preferable that they are the same.
- Examples of the aromatic vinyl monomer capable of forming the aromatic vinyl monomer unit constituting the aromatic vinyl block region of the block copolymer which is the trunk portion include styrene, styrene sulfonic acid and a salt thereof, and ⁇ -. Examples thereof include methyl styrene, pt-butyl styrene, butoxy styrene, vinyl toluene, chloro styrene, and vinyl naphthalene. Of these, styrene is preferable. These can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types, but it is preferable to use 1 type alone. Of these, styrene is preferable.
- the ratio of the aromatic vinyl monomer unit in the particulate polymer is the amount of all the repeating units constituting the particulate polymer (the total of the repeating units of the stem portion and the graft portion of the particulate polymer). When it is 100% by mass, it is preferably 20.0% by mass or more, more preferably 25.0% by mass or more, and preferably 50.0% by mass or less, 40.0% by mass. It is more preferably less than or equal to 35.0% by mass or less.
- the proportion of the aromatic vinyl monomer unit in the particulate polymer is usually the same as the proportion of the aromatic vinyl block region in the particulate polymer.
- the ratio of the aromatic vinyl monomer unit to the particulate polymer is within the above-mentioned predetermined range, the rigidity of the electrode mixture layer formed by using the binder composition is appropriately improved, and the electrode The peel strength after heat drying can be further increased.
- the weight average molecular weight of the aromatic vinyl block region is preferably 15,000 or more, more preferably 25,000 or more, further preferably 27,000 or more, and 60,000 or less. Is preferable, and more preferably 40,000 or less.
- the weight average molecular weight of the aromatic vinyl block region is at least the above lower limit value, the peel strength of the electrode formed by using the binder composition after heat drying can be further increased.
- the weight average molecular weight of the aromatic vinyl block region is not more than the above upper limit value, the rigidity of the electrode mixture layer formed by using the binder composition is appropriately improved, and the electrode is peeled after heating and drying. The strength can be further increased.
- the aliphatic conjugated diene block region is essentially a region containing an aliphatic conjugated diene monomer unit as a repeating unit.
- one aliphatic conjugated diene block region may be composed of one or more kinds of aliphatic conjugated diene monomer units.
- one aliphatic conjugated diene block region may contain a coupling site (that is, the aliphatic conjugated diene monomer unit constituting one aliphatic conjugated diene block region is a coupling site. May be intervened and connected).
- the block copolymer as the trunk portion has a plurality of aliphatic conjugated diene block regions
- the types and proportions of the aliphatic conjugated diene monomer units constituting the plurality of aliphatic conjugated diene block regions are the same. But it may be different.
- 1,3-butadiene, isoprene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 1 , 3-Pentadiene and other conjugated diene compounds having 4 or more carbon atoms can be mentioned. These can be used alone or in combination of two or more. Among these, 1,3-butadiene and isoprene are preferable, and 1,3-butadiene is particularly preferable, from the viewpoint of further increasing the peel strength of the electrode after heating and drying.
- the aliphatic conjugated diene monomer unit constituting the aliphatic conjugated diene block region of the block copolymer which is the trunk portion may be crosslinked. That is, the aliphatic conjugated diene monomer unit constituting the aliphatic conjugated diene block region may contain a structural unit formed by cross-linking the aliphatic conjugated diene. If the aliphatic conjugated diene block region contains a structural unit formed by cross-linking an aliphatic conjugated diene, the electrolyte injection property of the electrode formed by using the binder composition can be enhanced.
- the structural unit formed by cross-linking the aliphatic conjugated diene monomer unit can be introduced by cross-linking the block copolymer which is a trunk portion.
- the cross-linking can be carried out without particular limitation using a radical initiator such as a redox initiator formed by combining an oxidizing agent and a reducing agent.
- the oxidizing agent include diisopropylbenzene hydroperoxide, cumene hydroperoxide, t-butyl hydroperoxide, 1,1,3,3-tetramethylbutyl hydroperoxide, and di-t-butyl peroxide.
- Organic peroxides such as isobutylyl peroxide and benzoyl peroxide can be used.
- a compound containing a metal ion in a reduced state such as ferrous sulfate and ferrous naphthenate; a sulfonic acid compound such as sodium methanesulfonate; an amine compound such as dimethylaniline; and the like are used. be able to.
- These organic peroxides and reducing agents may be used alone or in combination of two or more.
- the cross-linking reaction may proceed in the presence of the cross-linking ligand.
- the cross-linking ligand is not particularly limited, and for example, 3-mercapto-1,2-propanediol or the like can be used.
- cross-linking is performed in the presence of a cross-linking agent such as a polyvinyl compound such as divinylbenzene; a polyallyl compound such as diallyl phthalate, triallyl trimellitate or diethylene glycol bisallyl carbonate; various glycols such as ethylene glycol diacrylate; good.
- a cross-linking agent such as a polyvinyl compound such as divinylbenzene; a polyallyl compound such as diallyl phthalate, triallyl trimellitate or diethylene glycol bisallyl carbonate; various glycols such as ethylene glycol diacrylate; good.
- cross-linking can also be performed by irradiating with active energy rays such as ⁇ rays.
- the ratio of the aliphatic conjugated diene monomer unit in the particulate polymer is the amount of all repeating units in the particulate polymer (the total of the repeating units of the stem portion and the graft portion of the particulate polymer). When it is 100% by mass, it is preferably 50.0% by mass or more, more preferably 55.0% by mass or more, further preferably 60.0% by mass or more, and 80.0% by mass. % Or less, more preferably 75.0% by mass or less.
- the "aliphatic conjugated diene monomer unit" described above also includes a structural unit formed by cross-linking an aliphatic conjugated diene.
- the aliphatic conjugated diene block region may also contain an alkylene structural unit.
- the alkylene structural unit is a repeating unit composed of only an alkylene structure represented by the general formula: -C n H 2n- [where n is an integer of 2 or more].
- the alkylene structural unit may be linear or branched, but the alkylene structural unit is preferably linear, that is, a linear alkylene structural unit.
- the alkylene structural unit preferably has 4 or more carbon atoms (that is, n in the above general formula is an integer of 4 or more).
- the method of introducing the alkylene structural unit into the aliphatic conjugated diene block region is not particularly limited.
- a method of converting an aliphatic conjugated diene monomer unit contained in an aliphatic conjugated diene block region into an alkylene structural unit by hydrogenating a polymer containing an aliphatic conjugated diene block region can be mentioned.
- the weight average molecular weight of the block copolymer that is the trunk portion needs to be 150,000 or more, preferably 180,000 or more, 500,000 or less, and 400,000 or less. It is preferably 300,000 or less, more preferably 250,000 or less.
- the weight average molecular weight of the block copolymer, which is the trunk portion is within the above range, the powder removal resistance of the obtained electrode and the peel strength after heat drying can be enhanced.
- the weight average molecular weight of the block copolymer and the weight average molecular weight of the aromatic vinyl block region as described above satisfy the following relationship. 0.140 ⁇ (Weight average molecular weight of aromatic vinyl block region / Weight average molecular weight of block copolymer) ⁇ 0.220 Further, it is more preferable that the value of (weight average molecular weight of the aromatic vinyl block region / weight average molecular weight of the block copolymer) is 0.200 or less. If the weight average molecular weight of the block copolymer and the weight average molecular weight of the aromatic vinyl block region satisfy the above relationship, the obtained non-aqueous secondary battery electrode has powder drop resistance and heat drying. Later peel strength can be further increased.
- the particulate polymer has a graft moiety that binds to a stem moiety composed of a block copolymer containing an aromatic vinyl monomer unit and an aliphatic conjugated diene monomer unit. More specifically, the particulate polymer is a graft portion of the trunk portion composed of the above-mentioned aromatic vinyl block region and block copolymer having an aliphatic conjugated diene block region with respect to the aliphatic conjugated diene block region. It has a structure in which the polymer to be used is bonded.
- the repeating unit contained in the graft portion of the particulate polymer includes an acidic group-containing monomer unit, a (meth) acrylic acid ester monomer unit, and a nitrile group-containing single amount such as an acrylonitrile unit and a methacrylonitrile unit. Examples include body units.
- Examples of the acidic group-containing monomer capable of forming an acidic group-containing monomer unit include a monomer having an acidic group, for example, a monomer having a carboxylic acid group, a monomer having a sulfonic acid group, and Examples thereof include monomers having a phosphoric acid group.
- Examples of the monomer having a carboxylic acid group include monocarboxylic acid and its derivative, dicarboxylic acid and its acid anhydride, and their derivatives.
- Examples of monocarboxylic acids include acrylic acid, methacrylic acid, and crotonic acid.
- Examples of the monocarboxylic acid derivative include 2-ethylacrylic acid, isocrotonic acid, ⁇ -acetoxyacrylic acid, ⁇ -trans-aryloxyacrylic acid, ⁇ -chloro- ⁇ -E-methoxyacrylic acid and the like.
- Examples of the dicarboxylic acid include maleic acid, fumaric acid, itaconic acid and the like.
- Dicarboxylic acid derivatives include methyl maleic acid, dimethyl maleic acid, phenyl maleic acid, chloromaleic acid, dichloromaleic acid, fluoromaleic acid, nonyl maleate, decyl maleate, dodecyl maleate, octadecyl maleate, fluoromaleate.
- Examples thereof include maleic acid monoesters such as alkyl.
- Examples of the acid anhydride of the dicarboxylic acid include maleic anhydride, acrylic anhydride, methyl maleic anhydride, dimethyl maleic anhydride and the like.
- an acid anhydride that produces a carboxylic acid group by hydrolysis can also be used.
- Examples of the monomer having a sulfonic acid group include vinyl sulfonic acid, methyl vinyl sulfonic acid, (meth) allyl sulfonic acid, ethyl (meth) acrylate-2-sulfonate, and 2-acrylamide-2-methyl.
- Examples thereof include propanesulfonic acid and 3-allyloxy-2-hydroxypropanesulfonic acid.
- examples of the monomer having a phosphate group include -2- (meth) acryloyloxyethyl phosphate, methyl-2- (meth) acryloyloxyethyl phosphate, and ethyl phosphate- (meth) acryloyloxyethyl. And so on.
- “(meth) allyl” means allyl and / or metalyl
- “(meth) acryloyl” means acryloyl and / or methacryloyl.
- Examples of the (meth) acrylic acid ester monomer capable of forming the (meth) acrylic acid ester monomer unit include methyl acrylate, ethyl acrylate, n-propyl acrylate, isopropyl acrylate, n-butyl acrylate, and t-butyl.
- Alkyl acrylates such as acrylates, isobutyl acrylates, n-pentyl acrylates, isopentyl acrylates, hexyl acrylates, heptyl acrylates, octyl acrylates, 2-ethylhexyl acrylates, nonyl acrylates, decyl acrylates, lauryl acrylates, n-tetradecyl acrylates and stearyl acrylates.
- Esters methyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-propyl methacrylate, isopropyl methacrylate, n-butyl methacrylate, t-butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, n-pentyl methacrylate, isopentyl methacrylate, hexyl methacrylate, heptyl methacrylate, octyl methacrylate, 2-ethylhexyl
- methacrylic acid alkyl esters such as methacrylate, nonyl methacrylate, decyl methacrylate, lauryl methacrylate, n-tetradecyl methacrylate, and stearyl methacrylate.
- the monomer used for forming the repeating unit contained in the graft portion of the particulate polymer contains an acidic group. It is preferable to use a monomer, more preferably a carboxylic acid group-containing monomer, further preferably methacrylic acid, itaconic acid, and acrylic acid, and particularly preferably methacrylic acid.
- the method of introducing the graft portion into the block copolymer, which is the trunk portion is not particularly limited.
- a block that is a trunk portion can be obtained. It is possible to obtain a graft copolymer having a structure in which the polymer of the graft portion is bonded to the aliphatic conjugated diene monomer unit of the copolymer.
- the ratio of the monomer units constituting the graft portion in the particulate polymer is 100% by mass when the amount of all repeating units constituting the trunk portion composed of the block copolymer of the particulate polymer is 100% by mass. It needs to be 1% by mass or more, preferably 1.5% by mass or more, preferably 10% by mass or less, and preferably 5.0% by mass or less.
- the ratio of the monomer units constituting the graft portion is within the above range, the powder removal resistance of the electrode formed by using the binder composition and the peel strength after heat drying can be enhanced.
- the ratio of the monomer units constituting the graft portion is at least the above lower limit value, the stability of the slurry composition containing the binder composition can be enhanced.
- the volume average particle size of the particulate polymer is preferably 0.10 ⁇ m or more, more preferably 0.18 ⁇ m or more, further preferably 0.25 ⁇ m or more, and 2.00 ⁇ m or less. Is more preferable, and it is more preferably 1.20 ⁇ m or less, and further preferably 0.80 ⁇ m or less.
- the volume average particle diameter of the particulate polymer is set to the above upper limit value or less, the specific surface area of the particulate polymer is increased, and the adhesive ability that can be exhibited by the particulate polymer is enhanced, and as a result, It is possible to further enhance the powder drop resistance of the electrode formed by using the binder composition and the peel strength after heating and drying.
- ⁇ Storage elastic modulus of particulate polymer >> In the particulate polymer, it is preferable that the values of the storage elastic moduli measured at 100 ° C. and 200 ° C. satisfy the following relationship. ⁇ G'(100) -G'(200) ⁇ / G'(200) ⁇ 15.0 (Here, G'(100) is the value of the storage elastic modulus of the particulate polymer at 100 ° C., and G'(200) is the value of the storage elastic modulus at 200 ° C.).
- the value of ⁇ G'(100) -G'(200) ⁇ / G'(200) is preferably 1.0 or more, more preferably 1.6 or more, and 10.0 or less. Is more preferable, and 8.0 or less is further preferable. If the storage elastic modulus values of the particulate polymer measured at 100 ° C. and 200 ° C. satisfy the above relationship, the obtained non-aqueous secondary battery electrode has powder drop resistance and heating. The peel strength after drying can be further increased.
- the storage elastic modulus of the particulate polymer can be controlled by appropriately designing the composition and structure of the particulate polymer. More specifically, in the particulate polymer, the weight average molecular weight of the aromatic vinyl block region should be appropriately lengthened, the weight average molecular weight of the block copolymer should be within an appropriate range, and the block copolymer weight. By controlling the ratio of the graft portion to the entire coalescence within an appropriate range, the value of the storage elastic modulus of the particulate polymer can be controlled within a suitable range.
- the value of G'(200), which is the value of the storage elastic modulus of the particulate polymer at 200 ° C. is preferably 0.1 MPa or more, more preferably 0.2 MPa or more. It is more preferably 0 MPa or less.
- the value of G'(100), which is the value of the storage elastic modulus of the particulate polymer at 100 ° C. is preferably 0.4 MPa or more, more preferably 0.8 MPa or more, 1 It is more preferably 0.0 MPa or less. If the value of the storage elastic modulus satisfies the above range, the powder removal resistance of the obtained electrode for a non-aqueous secondary battery and the peel strength after heating and drying can be further enhanced.
- the above-mentioned particulate polymer is obtained by block-polymerizing a monomer such as the above-mentioned aromatic vinyl monomer and aliphatic conjugated diene monomer in an organic solvent to form a block copolymer which is a trunk portion.
- a step of obtaining a solution block copolymer solution preparation step
- a step of adding water to the obtained block copolymer solution and emulsifying it to granulate the block copolymer emulsification step
- a step of performing graft polymerization on the blocked block copolymer to obtain an aqueous dispersion of a particulate polymer in which the graft portion is bonded to the block copolymer which is the trunk portion (graft step).
- the grafting step may be performed before the emulsification step. That is, the particulate polymer is subjected to graft polymerization on the block copolymer contained in the obtained block copolymer solution after the block copolymer solution preparation step, and the block which is the trunk portion.
- a step of obtaining a solution of a polymer in which a graft portion is bonded to a copolymer (graft step) is performed, and then water is added to the solution of the polymer and emulsified to obtain particles of a predetermined polymer. It may be prepared by carrying out a step (emulsification step) of converting and obtaining an aqueous dispersion of the particulate polymer.
- the preparation of the particulate polymer may include other steps other than the block copolymer solution preparation step, the emulsification step, and the graft step described above.
- the method of block copolymerization in the block copolymer solution preparation step is not particularly limited.
- a second monomer component different from the first monomer component is added to a solution obtained by polymerizing the first monomer component to carry out polymerization, and if necessary, the monomer component is added.
- a block copolymer can be prepared by further repeating the addition and the polymerization.
- the organic solvent used as the reaction solvent is not particularly limited, and can be appropriately selected depending on the type of monomer and the like.
- the block copolymer obtained by block copolymerization as described above is subjected to a coupling reaction using a coupling agent prior to the emulsification step described later.
- the coupling reaction is carried out, for example, the ends of the diblock structures contained in the block copolymer can be bonded with a coupling agent to be converted into a triblock structure (that is, the diblock structure). The amount of can be reduced).
- the coupling agent that can be used in the above coupling reaction is not particularly limited, and for example, a bifunctional coupling agent, a trifunctional coupling agent, a tetrafunctional coupling agent, and a pentafunctional or higher functional coupling agent are used.
- a bifunctional coupling agent include bifunctional halogenated silanes such as dichlorosilane, monomethyldichlorosilane and dichlorodimethylsilane; bifunctional halogenated alkanes such as dichloroethane, dibromoethane, methylene chloride and dibromomethane; dichlorotin.
- the trifunctional coupling agent include trifunctional alkane halides such as trichloroethane and trichloropropane; trifunctional halogenated silanes such as methyltrichlorosilane and ethyltrichlorosilane; methyltrimethoxysilane and phenyltrimethoxysilane.
- Trifunctional alkoxysilanes such as phenyltriethoxysilane; can be mentioned.
- the tetrafunctional coupling agent include tetrafunctional halogenated alkanes such as carbon tetrachloride, carbon tetrabromide and tetrachloroethane; tetrafunctional halogenated silanes such as tetrachlorosilane and tetrabromosilane; tetramethoxysilane, Examples thereof include tetrafunctional alkoxysilanes such as tetraethoxysilane; tetrafunctional tin halides such as tetrachlorotin and tetrabromotin;
- the pentafunctional or higher functional coupling agent include 1,1,1,2,2-pentachloroethane, perchloroethane, pentachlorobenzene, perchlorobenzene, octabromodiphenyl ether,
- dichlorodimethylsilane is preferable as the coupling agent.
- the coupling site derived from the coupling agent is introduced into the polymer chain (for example, the triblock structure) constituting the block copolymer.
- the solution of the block copolymer obtained after the above-mentioned block polymerization and the optional coupling reaction may be directly subjected to the emulsification step described later, but if necessary, the above-mentioned block copolymer is described above. It can also be subjected to an emulsification step after hydrogenation.
- the emulsification method in the emulsification step is not particularly limited, and for example, a method of inversion emulsification of a premixture of the block copolymer solution obtained in the block copolymer solution preparation step described above and an aqueous solution of an emulsifier may be used. preferable.
- phase inversion emulsification for example, known emulsifiers and emulsification dispersers can be used.
- the emulsification disperser is not particularly limited, and for example, the product name "homogenizer” (manufactured by IKA), the product name “Polytron” (manufactured by Kinematica), and the product name "TK autohomo mixer”.
- Batch type emulsification disperser (manufactured by Special Machinery Co., Ltd.); Product name "TK Pipeline Homo Mixer” (manufactured by Special Machinery Co., Ltd.), Product name “Coloid Mill” (manufactured by Shinko Pantech), Product name “Slasher” (manufactured by Nippon Coke Industries Co., Ltd.), product name “Trigonal Wet Emulsifier” (manufactured by Mitsui Miike Kakoki Co., Ltd.), product name “Cavitron” (manufactured by Eurotech Co., Ltd.), product name “Milder” (manufactured by Pacific Kiko Co., Ltd.) , Product name “Fine Flow Mill” (manufactured by Pacific Kiko Co., Ltd.), etc.
- Continuous emulsification disperser Product name "Microfluidizer” (manufactured by Mizuho Kogyo Co., Ltd.)
- High-pressure emulsification / disperser such as name “APV Gaulin” (manufactured by Gaulin), "LAB1000” (manufactured by SPXFLOW);
- a vibrating emulsification disperser such as “Vibro Mixer” (manufactured by Cooling Industry Co., Ltd.); an ultrasonic emulsification disperser such as "Ultrasonic Homogenizer” (manufactured by Branson Co., Ltd.) can be used.
- the conditions for the emulsification operation by the emulsification disperser are not particularly limited, and may be appropriately selected so as to obtain a desired dispersion state. Then, if necessary, the organic solvent can be removed from the emulsion obtained after the phase inversion emulsification by a known method to obtain an aqueous dispersion of the block copolymer particles.
- the method of graft polymerization in the graft step is not particularly limited, but for example, in the presence of a monomer to be graft-polymerized, a radical initiator such as a redox initiator is used to simultaneously proceed with graft polymerization and cross-linking of the block copolymer.
- a radical initiator such as a redox initiator
- the method of causing is preferable.
- the radical initiator the redox initiator described above as a radical initiator that can be used to introduce a structural unit formed by cross-linking an aliphatic conjugated diene monomer unit in the section “Structure and Composition”. Can be used.
- the reaction conditions can be adjusted according to the composition of the block copolymer, the desired amount of surface acid, and the like.
- an aqueous dispersion of a particulate polymer having a trunk portion composed of a block copolymer containing an aromatic vinyl monomer unit and an aliphatic conjugated diene monomer unit and a graft portion is obtained.
- the graft step is performed after the emulsification step, that is, when the graft polymerization is performed on the particleized block copolymer, the simple introduction is carried out by the graft polymerization of the acidic group-containing monomer unit or the like.
- the metric units are more abundant on the surface side than the central portion of the particulate polymer, and are unevenly distributed on the surface layer portion.
- the preparation of the particulate polymer may include other steps other than the block copolymer solution preparation step, the emulsification step, and the graft step described above. Then, in the preparation of the particulate polymer, as another step, a purification step of purifying the aqueous dispersion of the particulate polymer may be included.
- the binder composition of the present invention may further contain a solvent such as water.
- a solvent such as water.
- examples of the solvent include water, an aqueous solution containing water, and a mixed solution of water and a small amount of organic solvent.
- the solvent is preferably water.
- the binder composition of the present invention may contain components other than the above components (other components).
- the binder composition may contain known particulate binders (eg, styrene-butadiene random copolymers, acrylic polymers, etc.) other than the particulate polymers described above.
- the binder composition may contain known additives. Examples of such known additives include antioxidants, antioxidants, antifoaming agents, dispersants and the like.
- the antioxidant is not particularly limited, and for example, a reaction product of p-cresol, cyclopentadiene, and isobutylene can be used, and the antioxidant is not particularly limited, for example, for example.
- the binder composition of the present invention can be prepared by mixing the particulate polymer and other components arbitrarily used in the presence of a solvent such as water without particular limitation.
- a solvent such as water
- the binder composition is prepared using the dispersion liquid of the particulate polymer, the liquid component contained in the dispersion liquid may be used as it is as the solvent of the binder composition.
- the slurry composition of the present invention is a composition used for forming an electrode mixture layer of an electrode, contains the above-mentioned binder composition, and further contains an electrode active material. That is, the slurry composition of the present invention contains the above-mentioned particulate polymer, the electrode active material, and the above-mentioned solvent, and optionally further contains other components. Then, if the slurry composition of the present invention is used, powder drop resistance and powder drop resistance. It is possible to form an electrode having excellent peel strength after heat drying. Then, by using an electrode having excellent powder removal resistance and peel strength after heating and drying for the secondary battery, the secondary battery can exhibit excellent battery characteristics.
- the binder composition of the present invention containing the above-mentioned particulate polymer is used.
- the blending amount of the binder composition in the slurry composition is not particularly limited.
- the blending amount of the binder composition can be 0.5 parts by mass or more and 15 parts by mass or less in terms of solid content per 100 parts by mass of the electrode active material.
- the electrode active material is not particularly limited, and a known electrode active material used in a secondary battery can be used.
- the electrode active material that can be used in the electrode mixture layer of the lithium ion secondary battery as an example of the secondary battery is not particularly limited, and the following electrode active material may be used. can.
- Examples of the positive electrode active material to be blended in the positive electrode mixture layer of the positive electrode of the lithium ion secondary battery include a compound containing a transition metal, for example, a transition metal oxide, a transition metal sulfide, and a composite of lithium and a transition metal.
- a metal oxide or the like can be used.
- Examples of the transition metal include Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, and Mo.
- the positive electrode active material is not particularly limited, and is limited to lithium-containing cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), lithium-containing nickel oxide (LiNiO 2 ), and Co-.
- the above-mentioned positive electrode active material may be used alone or in combination of two or more.
- Examples of the negative electrode active material blended in the negative electrode mixture layer of the negative electrode of the lithium ion secondary battery include a carbon-based negative electrode active material, a metal-based negative electrode active material, and a negative electrode active material combining these.
- the carbon-based negative electrode active material refers to an active material having carbon as a main skeleton to which lithium can be inserted (also referred to as “dope”).
- Specific examples of the carbon-based negative electrode active material include coke, mesocarbon microbeads (MCMB), mesophase pitch-based carbon fiber, thermally decomposed vapor-grown carbon fiber, phenolic resin calcined product, and graphite-nitrile-based carbon fiber.
- the metal-based negative electrode active material is an active material containing a metal, and usually contains an element into which lithium can be inserted in the structure, and the theoretical electric capacity per unit mass when lithium is inserted is 500 mAh /.
- the metal-based active material for example, a lithium metal or a simple substance metal capable of forming a lithium alloy (for example, Ag, Al, Ba, Bi, Cu, Ga, Ge, In, Ni, P, Pb, Sb, Si) , Sn, Sr, Zn, Ti, etc.) and their oxides, sulfides, nitrides, silicides, carbides, phosphates and the like. Further, oxides such as lithium titanate can be mentioned.
- the above-mentioned negative electrode active material may be used alone or in combination of two or more.
- the other components that can be blended in the slurry composition include, without particular limitation, the same as those of the conductive material and other components that can be blended in the binder composition of the present invention.
- the other components one type may be used alone, or two or more types may be used in combination at an arbitrary ratio.
- the method for preparing the slurry composition is not particularly limited.
- the binder composition, the electrode active material, and other components used as needed can be mixed in the presence of an aqueous medium to prepare a slurry composition.
- the solvent such as water used in the preparation of the slurry composition includes those contained in the binder composition.
- the mixing method is not particularly limited, but mixing can be performed using a stirrer or a disperser that can be usually used.
- the electrode for a non-aqueous secondary battery of the present invention includes an electrode mixture layer formed by using the above-mentioned slurry composition for a non-aqueous secondary battery electrode. Therefore, the electrode mixture layer is made of a dried product of the above-mentioned slurry composition, and usually contains an electrode active material and a component derived from a particulate polymer, and optionally contains other components.
- Each component contained in the electrode mixture layer was contained in the above-mentioned slurry composition for a non-aqueous secondary battery electrode, and a suitable abundance ratio of each component is the slurry composition. It is the same as the preferable abundance ratio of each component in.
- the particulate polymer exists in the particle shape in the slurry composition, but may be in the particle shape in the electrode mixture layer formed by using the slurry composition, or any other shape. It may be. Since the electrode for a non-aqueous secondary battery of the present invention forms an electrode mixture layer using the above-mentioned slurry composition for a non-aqueous secondary battery electrode, it has resistance to powder removal and after heat drying. Excellent peel strength. Further, the electrode for a non-aqueous secondary battery of the present invention is also excellent in peel strength after heating and vacuum drying. Then, by using an electrode having excellent powder removal resistance and peel strength after heating and drying for the secondary battery, the secondary battery can exhibit excellent battery characteristics.
- the electrode mixture layer of the electrode for a non-aqueous secondary battery of the present invention can be formed by, for example, the following method. 1) A method in which the slurry composition of the present invention is applied to the surface of a current collector and then dried; 2) A method of immersing a current collector in the slurry composition of the present invention and then drying it; and 3) Applying the slurry composition of the present invention on a release substrate and drying it to produce an electrode mixture layer. Then, the method of transferring the obtained electrode mixture layer to the surface of the current collector.
- the method 1) is particularly preferable because it is easy to control the layer thickness of the electrode mixture layer.
- the method 1) is described in detail in a step of applying the slurry composition onto the current collector (coating step) and a step of drying the slurry composition coated on the current collector and performing electrodes on the current collector. Includes a step of forming a mixture layer (drying step).
- the method for applying the slurry composition onto the current collector is not particularly limited, and a known method can be used. Specifically, as the coating method, a doctor blade method, a dip method, a reverse roll method, a direct roll method, a gravure method, an extrusion method, a brush coating method and the like can be used. At this time, the slurry composition may be applied to only one side of the current collector, or may be applied to both sides. The thickness of the slurry film on the current collector after application and before drying can be appropriately set according to the thickness of the electrode mixture layer obtained by drying.
- the current collector to which the slurry composition is applied a material having electrical conductivity and electrochemical durability is used.
- a current collector for example, a current collector made of iron, copper, aluminum, nickel, stainless steel, titanium, tantalum, gold, platinum or the like can be used.
- one kind of the said material may be used alone, or two or more kinds may be used in combination at an arbitrary ratio.
- the method for drying the slurry composition on the current collector is not particularly limited, and a known method can be used, for example, a drying method using warm air, hot air, low humidity air, a vacuum drying method, infrared rays, an electron beam, or the like. A drying method by irradiation can be used.
- the electrode mixture layer may be pressure-treated by using a mold press or a roll press.
- the pressurizing treatment By the pressurizing treatment, the adhesion between the electrode mixture layer and the current collector can be improved, and the obtained electrode mixture layer can be further increased in density.
- the density of the electrode mixture layer after the pressure treatment described above can be appropriately adjusted within a range in which the desired effect of the present invention can be obtained.
- the electrode mixture layer contains a curable polymer, it is preferable to cure the polymer after the electrode mixture layer is formed.
- the non-aqueous secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, and a separator, and the above-mentioned electrode for a non-aqueous secondary battery is used as at least one of the positive electrode and the negative electrode.
- the non-aqueous secondary battery of the present invention is manufactured by using the above-mentioned electrode for a non-aqueous secondary battery having excellent powder removal resistance and peel strength after heating and drying as at least one of a positive electrode and a negative electrode. It can exhibit excellent battery characteristics.
- the secondary battery is a lithium ion secondary battery will be described as an example, but the present invention is not limited to the following example.
- the electrode other than the above-described electrode for the non-aqueous secondary battery of the present invention which can be used in the non-aqueous secondary battery of the present invention, is not particularly limited and is used in the manufacture of the secondary battery.
- Known electrodes can be used.
- the electrode other than the electrode for the non-aqueous secondary battery of the present invention described above it is possible to use an electrode formed by forming an electrode mixture layer on the current collector using a known manufacturing method. can.
- an organic electrolytic solution in which a supporting electrolyte is dissolved in an organic solvent is usually used.
- a lithium salt is used as the supporting electrolyte of the lithium ion secondary battery.
- lithium salts 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 the like.
- LiPF 6 , LiClO 4 , and CF 3 SO 3 Li are preferable because they are easily soluble in a solvent and show a high degree of dissociation.
- One type of electrolyte may be used alone, or two or more types may be used in combination at an arbitrary ratio. Normally, the more the supporting electrolyte with a higher degree of dissociation is used, the higher the lithium ion conductivity tends to be. Therefore, the lithium ion conductivity can be adjusted depending on the type of the supporting electrolyte.
- the organic solvent used in the electrolytic solution is not particularly limited as long as it can dissolve the supporting electrolyte, and for example, dimethyl carbonate (DMC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), propylene carbonate (PC), and the like.
- DMC dimethyl carbonate
- EC ethylene carbonate
- DEC diethyl carbonate
- PC propylene carbonate
- Carbonates such as butylene carbonate (BC), ethylmethyl carbonate (EMC), vinylene carbonate (VC); esters such as ⁇ -butyrolactone and methyl formate; ethers such as 1,2-dimethoxyethane and tetrahydrofuran; sulfolane, dimethyl Sulfur-containing compounds such as sulfoxide; and the like are preferably used. Further, a mixed solution of these solvents may be used.
- the dielectric constant is high and the stable potential region is wide.
- the lower the viscosity of the solvent used the higher the lithium ion conductivity tends to be. Therefore, the lithium ion conductivity can be adjusted depending on the type of solvent.
- the concentration of the electrolyte in the electrolytic solution can be adjusted as appropriate. Further, a known additive can be added to the electrolytic solution.
- the separator is not particularly limited, and for example, those described in JP2012-204303A can be used. Among these, the film thickness of the entire separator can be reduced, and as a result, the ratio of the electrode active material in the secondary battery can be increased and the capacity per volume can be increased.
- a microporous film made of a resin polyethylene, polypropylene, polybutene, polyvinyl chloride is preferable.
- a positive electrode and a negative electrode are overlapped with each other via a separator, and the positive electrode and the negative electrode are placed in a battery container by winding or folding the battery according to the shape of the battery as necessary. It can be manufactured by injecting an electrolytic solution into the battery and sealing the battery.
- the above-mentioned electrode for a non-aqueous secondary battery is used as at least one of a positive electrode and a negative electrode, preferably as a negative electrode.
- the above-mentioned electrode for a non-aqueous secondary battery is dried (heat-dried) while being heated at a high temperature of, for example, 100 ° C. for the purpose of sufficiently removing water before being used for manufacturing a secondary battery. May be good.
- the electrodes for non-aqueous secondary batteries may be vacuum dried (heated vacuum dried) while being heated at a high temperature of, for example, 100 ° C. for the purpose of further removing water before being used in the manufacture of secondary batteries. good.
- the non-aqueous secondary battery of the present invention in order to prevent the internal pressure rise, overcharge / discharge, etc.
- an overcurrent prevention element such as a fuse or a PTC element may be used.
- Expanded metal, lead plate, etc. may be provided.
- the shape of the secondary battery may be, for example, a coin type, a button type, a sheet type, a cylindrical type, a square type, a flat type, or the like.
- ⁇ Ratio of each monomer unit> The binder compositions produced in each Example and Comparative Example were coagulated with methanol, and the obtained coagulated product was vacuum dried at a temperature of 100 ° C. for 5 hours to prepare a measurement sample. Next, the intensity of the peak derived from each monomer unit contained in the measurement sample was calculated by 1 1 H-NMR. Then, the ratio of each monomer unit contained in the particulate polymer was calculated based on the ratio of the peak intensity derived from each monomer unit to the total peak intensity.
- the molecular weight of the aromatic vinyl block region was calculated from the weight average molecular weight of the diblock copolymer contained in the particulate polymer and the ratio of the aromatic vinyl monomer unit in the above-mentioned binder composition.
- the weight average molecular weight of the copolymer contained in the particulate polymer was measured as a polystyrene-equivalent molecular weight using high performance liquid chromatography (apparatus: manufactured by Tosoh Corporation, model number "HLC8220"). As the measurement sample, the particulate polymers produced in each Example and Comparative Example were used.
- the particulate polymers produced in each Example and Comparative Example were coagulated with methanol, and the obtained coagulated product was vacuum dried at a temperature of 100 ° C. for 5 hours.
- the tetrahydrofuran-soluble component of this dried product was used as a sample for high performance liquid chromatography measurement.
- a column manufactured by Showa Denko KK, model number "Shodex KF-404HQ", column temperature: 40 ° C., carrier: flow velocity 0.35 mL / min tetrahydrofuran
- a differential refractometer as a detector and An ultraviolet detector was used.
- the molecular weight calibration was carried out at 12 points of standard polystyrene (manufactured by Polymer Laboratory, standard molecular weight: 500 to 3000000). Then, the weight average molecular weight of the diblock structure was determined based on the peak derived from the diblock structure in the chart obtained by the high performance liquid chromatography. In the obtained chart, two very sharp peaks having a dispersity as close to 1 as possible were detected, and the molecular weights of the two detected peaks on the high molecular weight side were on the low molecular weight side. It was about twice the molecular weight.
- the peak component is taken out, mass spectrometry, infrared spectroscopic analysis, etc. are combined to qualitate the peak component, and further analyzed by 1 1 H-NMR to obtain the composition ratio of the peak component. Can also be analyzed.
- the three inflection points and the X coordinates at the end of hydrochloric acid addition were set to P1, P2, P3, and P4, respectively, in ascending order of value.
- the X coordinate is an approximate straight line by the least squares method for the data in the four categories of zero to coordinate P1, coordinate P1 to coordinate P2, coordinate P2 to coordinate P3, and coordinate P3 to coordinate P4.
- L1, L2, L3 and L4 were determined.
- the X coordinate of the intersection of the approximate straight line L1 and the approximate straight line L2 is A1
- the X coordinate of the intersection of the approximate straight line L2 and the approximate straight line L3 is A2
- the X coordinate of the intersection of the approximate straight line L3 and the approximate straight line L4 is A3.
- ⁇ Slurry composition stability> In Examples and Comparative Examples, when preparing the slurry composition, the solution before adding the binder composition was separated, and a B-type viscometer (manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd., product name "TV-25") was used. Measurement temperature 25 ° C., measurement rotor No. 4. Viscosity M0 (mPa ⁇ s) was measured under the condition of rotor rotation speed of 60 rpm. Further, the slurry composition obtained by adding the binder composition is separated and placed in a container having a diameter of 5.5 cm and a height of 8.0 cm, and placed in a container of TK Homo Disper (manufactured by Primix Corporation, Disper diameter: 40 mm).
- TK Homo Disper manufactured by Primix Corporation, Disper diameter: 40 mm.
- the viscosity M1 (mPa ⁇ s) of the slurry composition after stirring was measured in the same manner as the viscosity M0 of the solution before adding the binder composition.
- the viscosity change rate ⁇ M was calculated and evaluated according to the following criteria. The smaller the viscosity change rate ⁇ M, the higher the viscosity stability of the slurry composition, indicating that the slurry composition is excellent in stability.
- Viscosity change rate ⁇ M is less than 10%
- B Viscosity change rate ⁇ M is 10% or more and less than 20%
- C Viscosity change rate ⁇ M is 20% or more and less than 50%
- D Viscosity change rate ⁇ M is 50% or more
- ⁇ Powder removal resistance> The negative electrodes prepared in Examples and Comparative Examples were cut into squares of 10 cm ⁇ 10 cm and used as samples. The mass (Y0) of the sample was measured. Then, five places of the sample were punched with a circular punching machine having a diameter of 16 mm. Air brush both the punched circular sample and the sample with circular holes, measure the total mass (Y1) of these, and measure the powder drop ratio (the ratio of the mass after punching to the mass before punching). ) was calculated based on the following formula. The larger this value is, the less cracking and peeling of the end portion of the negative electrode is.
- Powder drop ratio (Y1 / Y0) x 100 (%) A: 99.98% or more B: 99.97% or more and less than 99.98% C: 99.96% or more and less than 99.97% D: less than 99.96%
- the polymerization conversion rate of styrene was 100%. Subsequently, 70.0 kg of 1,3-butadiene as an aliphatic conjugated diene monomer was continuously added to the pressure resistant reactor while controlling the temperature so as to maintain 50 to 60 ° C. for 1 hour. After completing the addition of 1,3-butadiene, the polymerization reaction was continued for another hour. The polymerization conversion rate of 1,3-butadiene was 100%. Next, 460.3 mmol of dichlorodimethylsilane as a coupling agent was added to the pressure resistant reactor and the coupling reaction was carried out for 2 hours to form a styrene-butadiene coupling block copolymer.
- the obtained mixed solution was gradually added dropwise to warm water at 85 to 95 ° C. to volatilize the solvent, and a precipitate was obtained. Then, this precipitate was crushed and dried with hot air at 85 ° C. to recover the dried product containing the block copolymer. Then, the recovered dried product was dissolved in cyclohexane to prepare a cyclohexane solution of the block copolymer having a block copolymer concentration of 10.0%.
- Emulsification process >> Sodium alkylbenzene sulfonate was dissolved in ion-exchanged water to prepare a 0.3% aqueous solution.
- aqueous dispersion (block copolymer latex) containing the particleized block copolymer.
- Graft polymerization and cross-linking process Distilled water was added to 100 parts (equivalent to solid content) of the particleized block copolymer latex to dilute the obtained block copolymer latex so that the amount of water was 800 parts.
- the diluted block copolymer latex was put into a polymerization reaction vessel equipped with a stirrer substituted with nitrogen, and the temperature was heated to 30 ° C. while stirring.
- the block copolymer was crosslinked and methacrylic acid was graft-polymerized on the particleized block copolymer to obtain an aqueous dispersion of the particulate polymer.
- the polymerization conversion rate was 99%.
- Preparation of binder composition >> A 5% aqueous sodium hydroxide solution was added to the aqueous dispersion of the particulate polymer obtained according to the above to adjust the pH to 8.0, and the anti-aging agent dispersion, which is a reaction product of p-cresol, cyclopentadiene, and isobutylene, was blocked. 0.5 part was added to 100 parts (equivalent to solid content) of the copolymer.
- slurry composition for negative electrode of non-aqueous secondary battery 97 parts of natural graphite (theoretical capacity: 360 mAh / g) as a negative electrode active material and 1 part (equivalent to solid content) of carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener were put into a planetary mixer. Further, it was diluted with ion-exchanged water so that the solid content concentration became 60%, and then kneaded at a rotation speed of 45 rpm for 60 minutes. Then, 1.5 parts of the binder composition for the negative electrode obtained above was added in an amount equivalent to the solid content, and kneaded at a rotation speed of 40 rpm for 40 minutes.
- CMC carboxymethyl cellulose
- the slurry composition for the negative electrode was applied to the surface of an electrolytic copper foil having a thickness of 15 ⁇ m, which is a current collector, with a comma coater so that the coating amount was 11 ⁇ 0.5 mg / cm 2. Then, the copper foil coated with the slurry composition for the negative electrode is conveyed at a speed of 400 mm / min in an oven at a temperature of 120 ° C. for 2 minutes and further in an oven at a temperature of 130 ° C. for 2 minutes to obtain copper. The slurry composition on the foil was dried to obtain a negative electrode raw fabric in which a negative electrode mixture layer was formed on the current collector. Then, the negative electrode mixture layer side of the prepared negative electrode raw material was roll-pressed in an environment of a temperature of 25 ⁇ 3 ° C. to obtain a negative electrode having a density of the negative electrode mixture layer of 1.60 g / cm 3.
- NMP N-methyl-2-pyrrolidone
- the obtained slurry composition for a positive electrode was applied with a comma coater on an aluminum foil having a thickness of 20 ⁇ m, which is a current collector, so that the coating amount was 20 ⁇ 0.5 mg / cm 2 . Further, the slurry composition on the aluminum foil is dried and collected by transporting the slurry composition on the aluminum foil at a speed of 200 mm / min in an oven having a temperature of 120 ° C. for 2 minutes and further in an oven having a temperature of 130 ° C. for 2 minutes. A positive electrode original fabric having a positive electrode mixture layer formed on it was obtained. Then, the positive electrode mixture layer side of the produced positive electrode raw material was roll-pressed in an environment of a temperature of 25 ⁇ 3 ° C. to obtain a positive electrode having a positive electrode mixture layer density of 3.20 g / cm 3.
- EC ethylene carbonate
- DEC diethyl carbonate
- Example 2 Except that the amount of methacrylic acid added during graft polymerization was adjusted when preparing the particulate polymer so that the ratio of the graft portion to 100% by mass of the block copolymer was the value shown in Table 1. Various operations, measurements, and evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
- Example 4 When preparing the particulate polymer, the amount of TMEDA added to 16.4 mmol, the amount of n-butyllithium added to 545.5 mmol, the amount of dichlorodimethylsilane added to 46.4 mmol, and the amount of methanol added were adjusted. Various operations, measurements, and evaluations were carried out in the same manner as in Example 1 except that the values were changed to 1090.9 mmol. The results are shown in Table 1.
- Example 5 When preparing the particulate polymer, the amount of TMEDA added to 36.0 mmol, the amount of n-butyllithium added to 1200.0 mmol, the amount of dichlorodimethylsilane added to 540.0 mmol, and the amount of methanol added. Various operations, measurements, and evaluations were carried out in the same manner as in Example 1 except that the amount was changed to 2400.0 mmol and isoprene was used instead of 1,3-butadiene as the aliphatic conjugated diene monomer. went. The results are shown in Table 1.
- 1,3-butadiene as an aliphatic conjugated diene monomer was continuously added to the pressure resistant reactor while controlling the temperature so as to maintain 50 to 60 ° C. for 1 hour. After completing the addition of 1,3-butadiene, the polymerization reaction was continued for another hour. The polymerization conversion rate of 1,3-butadiene was 100%. Next, 695.7 mmol of dichlorodimethylsilane as a coupling agent was added to the pressure resistant reactor and the coupling reaction was carried out for 2 hours to form a styrene-butadiene coupling block copolymer.
- the weight average molecular weight of the aromatic vinyl block region is 15,000 or more
- the weight average molecular weight of the block copolymer is 150,000 or more and 500,000 or less
- 100% by mass of the block copolymer When the binder compositions of Examples 1 to 5 containing the particulate polymer, which have a ratio of the graft portion to 1.0% by mass or more and 10.0% by mass or less, are used, they have high powder removal resistance and are heated. It can be seen that it was possible to form an electrode for a non-aqueous secondary battery having excellent peel strength after drying.
- Comparative Example 1 in which a particulate polymer having a weight average molecular weight of less than 15,000 in the aromatic vinyl block region was used instead of the particulate polymer, the block copolymer had a weight average molecular weight of 150,000.
- Comparative Examples 2 to 3 using the particulate polymer less than 1.0% by mass
- Comparative Examples 4 to 5 using the particulate polymer in which the ratio of the graft portion to 100% by mass of the block copolymer is less than 1.0% by mass. It can be seen that it was not possible to form an electrode for a non-aqueous secondary battery having high powder removal resistance and excellent peel strength after heating and drying.
- a binder composition for a non-aqueous secondary battery electrode capable of forming an electrode for a non-aqueous secondary battery having high powder removal resistance and excellent peel strength after heating and drying.
- a slurry composition for a non-aqueous secondary battery electrode capable of forming an electrode for a non-aqueous secondary battery having high powder removal resistance and excellent peel strength after heating and drying can be obtained.
- a non-aqueous secondary battery provided with the electrode for the non-aqueous secondary battery it is possible to provide a non-aqueous secondary battery provided with the electrode for the non-aqueous secondary battery.
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Abstract
Description
また、二次電池の製造プロセスにおいては、形成した電極を所望のサイズに切断することがある。この際、電極に含まれるバインダーの接着性が不十分であれば、電極を構成する粒子状物質が電極から脱落する(以下、「粉落ち」ともいう)虞があり、電池の作動環境下において電池性能の低下を引き起こす虞がある。したがって、電池部材には、粉落ちしにくいこと、すなわち、高い耐粉落ち性が必要とされている。
また、本発明は、耐粉落ち性が高く、且つ、加熱乾燥後のピール強度に優れた非水系二次電池用電極を形成可能である、非水系二次電池電極用スラリー組成物を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、耐粉落ち性が高く、且つ、加熱乾燥後のピール強度に優れた非水系二次電池用電極を提供することを目的とする。
また、本発明は、当該非水系二次電池用電極を備える非水系二次電池を提供することを目的とする。
なお、重合体の「単量体単位」とは、「その単量体を用いて得た重合体中に含まれる、当該単量体由来の繰り返し単位」を意味する。また、重合体における「重量平均分子量」は、本明細書の実施例に記載の方法により測定することができる。また、重合体が「単量体単位からなるブロック領域を含む」とは、その重合体中に、その単量体単位のみが連なって結合した部分が存在することを意味する。さらにまた、「ブロック領域の重量平均分子量」又は「重合体の重量平均分子量」は、本明細書の実施例に記載の方法により測定することができる。そして、グラフト部分の割合は、本明細書の実施例に記載の方法により測定することができる。
なお、粒子状重合体の各温度における貯蔵弾性率の値は、本明細書の実施例に記載の方法により測定することができる。
なお、重合体中における単量体単位の割合は、1H-NMRにより測定することができる。
また、本発明によれば、耐粉落ち性が高く、且つ、加熱乾燥後のピール強度に優れた非水系二次電池用電極を形成可能である、非水系二次電池電極用スラリー組成物を提供することができる。
さらに、本発明によれば、耐粉落ち性が高く、且つ、加熱乾燥後のピール強度に優れた非水系二次電池用電極を提供することができる。
また、本発明によれば、当該非水系二次電池用電極を備える非水系二次電池を提供することができる。
ここで、本発明の非水系二次電池電極用バインダー組成物は、非水系二次電池の製造用途に用いられるものであり、例えば、本発明の非水系二次電池電極用スラリー組成物の調製に用いることができる。そして、本発明の非水系二次電池電極用スラリー組成物は、非水系二次電池の電極の形成に用いることができ、中でも、非水系二次電池の負極を形成する際に特に好適に用いることができる。また、本発明の非水系二次電池用電極は、本発明の非水系二次電池電極用スラリー組成物から形成される。そして、本発明の非水系二次電池は、本発明の非水系二次電池用電極を備える。
本発明のバインダー組成物は、粒子状重合体を含み、任意に、二次電池の電極に配合され得るその他の成分を更に含有する。また、本発明の非水系二次電池電極用バインダー組成物は、水などの溶媒を更に含有することができる。そして、本発明のバインダー組成物は、芳香族ビニル単量体単位及び脂肪族共役ジエン単量体単位を含むブロック共重合体からなる幹部分と、グラフト部分とを有する粒子状重合体を含むことを特徴とする。より詳細には、粒子状重合体において、ブロック共重合体に含有される芳香族ビニルブロック領域の重量平均分子量が15,000以上であり、ブロック共重合体の重量平均分子量が150,000以上500,000以下であり、且つ、ブロック共重合体100質量%に対するグラフト部分の割合が1.0質量%以上10.0質量%以下である、ことを特徴とする。
粒子状重合体は、結着材として機能する成分であり、バインダー組成物を含むスラリー組成物を使用して形成した電極合材層において、電極活物質などの成分が電極合材層から脱離しないように保持すると共に、電極合材層を介した電極とセパレータとの接着を可能にする。ここで、粒子状重合体は、非水溶性の粒子である。なお、本発明において、粒子が「非水溶性」であるとは、温度25℃において重合体0.5gを100gの水に溶解した際に、不溶分が90質量%以上となることをいう。
粒子状重合体は、芳香族ビニル単量体単位及び脂肪族共役ジエン単量体単位を含むブロック共重合体からなる幹部分と、グラフト部分とを有している。より具体的には、粒子状重合体は、芳香族ビニル単量体単位からなるブロック領域(以下、「芳香族ビニルブロック領域」と略記する場合がある。)と、脂肪族共役ジエン単量体単位からなるブロック領域(以下、「脂肪族共役ジエンブロック領域」と略記する場合がある。)とを有するブロック共重合体からなる幹部分に対して、グラフト部分が結合した構造を有するグラフト共重合体である。ここで、芳香族ビニルブロック領域は、芳香族ビニル単量体単位のみからなる。脂肪族共役ジエンブロック領域は、脂肪族共役ジエン単量体単位のみからなることが好ましいが、脂肪族共役ジエン単量体単位以外に、アルキレン構造単位を含んでいてもよい。
なお、幹部分であるブロック共重合体は、芳香族ビニル単量体単位、脂肪族共役ジエン単量体単位及びアルキレン構造単位以外のその他の繰り返し単位を有していてもよい。
そして、芳香族ビニルブロック領域と、脂肪族共役ジエンブロック領域とを有するブロック共重合体からなる幹部分を有する粒子状重合体は、剛直性及び柔軟性の双方を併せ持つため、バインダー組成物を用いて形成された電極に、高い耐粉落ち性と、加熱乾燥後の優れたピール強度とを付与することができる。
芳香族ビニルブロック領域は、上述したように、本質的に、繰り返し単位として芳香族ビニル単量体単位のみを含む領域である。
ここで、1つの芳香族ビニルブロック領域は、1種の芳香族ビニル単量体単位のみで構成されていてもよいし、複数種の芳香族ビニル単量体単位で構成されていてもよいが、1種の芳香族ビニル単量体単位のみで構成されていることが好ましい。
また、1つの芳香族ビニルブロック領域には、カップリング部位が含まれていてもよい(すなわち、1つの芳香族ビニルブロック領域を構成する芳香族ビニル単量体単位は、カップリング部位が介在して連なっていてもよい)。
そして、幹部分であるブロック共重合体が複数の芳香族ビニルブロック領域を有する場合、それら複数の芳香族ビニルブロック領域を構成する芳香族ビニル単量体単位の種類及び割合は、同一でも異なっていてもよいが、同一であることが好ましい。
脂肪族共役ジエンブロック領域は、上述したように、本質的に、繰り返し単位として、脂肪族共役ジエン単量体単位を含む領域である。
ここで、1つの脂肪族共役ジエンブロック領域は、1種又は複数種の脂肪族共役ジエン単量体単位で構成され得る。
また、1つの脂肪族共役ジエンブロック領域には、カップリング部位が含まれていてもよい(すなわち、1つの脂肪族共役ジエンブロック領域を構成する脂肪族共役ジエン単量体単位は、カップリング部位が介在して連なっていてもよい)。
そして、幹部分であるブロック共重合体が複数の脂肪族共役ジエンブロック領域を有する場合、それら複数の脂肪族共役ジエンブロック領域を構成する脂肪族共役ジエン単量体単位の種類及び割合は、同一でも異なっていてもよい。
ここで、架橋は、特に限定されることなく、例えば酸化剤と還元剤とを組み合わせてなるレドックス開始剤などのラジカル開始剤を用いて行うことができる。そして、酸化剤としては、例えば、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、t-ブチルハイドロパーオキサイド、1,1,3,3-テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド、ジ-t-ブチルパーオキサイド、イソブチリルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイドなどの有機過酸化物を用いることができる。また、還元剤としては、硫酸第一鉄、ナフテン酸第一銅等の還元状態にある金属イオンを含有する化合物;メタンスルホン酸ナトリウム等のスルホン酸化合物;ジメチルアニリン等のアミン化合物;などを用いることができる。これらの有機過酸化物及び還元剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。さらに、任意で、架橋配位子の存在下で、架橋反応を進行させてもよい。架橋配位子としては特に限定されることなく、例えば、3-メルカプト-1,2-プロパンジオール等を用いることができる。
なお、架橋は、ジビニルベンゼン等のポリビニル化合物;ジアリルフタレート、トリアリルトリメリテート、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート等のポリアリル化合物;エチレングリコールジアクリレート等の各種グリコール;などの架橋剤の存在下で行ってもよい。また、架橋は、γ線などの活性エネルギー線の照射を用いて行うこともできる。
ここで、アルキレン構造単位は、直鎖状であっても分岐状であってもよいが、アルキレン構造単位は直鎖状、すなわち直鎖アルキレン構造単位であることが好ましい。また、アルキレン構造単位の炭素数は4以上である(即ち、上記一般式のnが4以上の整数である)ことが好ましい。
幹部分であるブロック共重合体の重量平均分子量は、150,000以上である必要があり、180,000以上であることが好ましく、500,000以下である必要があり、400,000以下であることが好ましく、300,000以下であることがより好ましく、250,000以下であることがさらに好ましい。幹部分であるブロック共重合体の重量平均分子量が上記範囲内であれば、得られる電極の耐粉落ち性及び加熱乾燥後のピール強度を高めることができる。
0.140≦(芳香族ビニルブロック領域の重量平均分子量/ブロック共重合体の重量平均分子量)≦0.220
さらに、(芳香族ビニルブロック領域の重量平均分子量/ブロック共重合体の重量平均分子量)の値が、0.200以下であることがより好ましい。
ブロック共重合体の重量平均分子量と、芳香族ビニルブロック領域の重量平均分子量とが、上記の関係を満たしていれば、得られる非水系二次電池用電極の耐粉落ち性、及び、加熱乾燥後のピール強度を一層高めることができる。
粒子状重合体は、芳香族ビニル単量体単位及び脂肪族共役ジエン単量体単位を含むブロック共重合体からなる幹部分に対して結合するグラフト部分を有している。より具体的には、粒子状重合体は、上述した芳香族ビニルブロック領域及び脂肪族共役ジエンブロック領域を有するブロック共重合体からなる幹部分の、脂肪族共役ジエンブロック領域に対して、グラフト部分となる重合体が結合した構造を有している。
粒子状重合体のグラフト部分に含まれる繰り返し単位としては、酸性基含有単量体単位、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位、並びに、アクリロニトリル単位及びメタクリロニトリル単位等のニトリル基含有単量体単位などが挙げられる。
そして、カルボン酸基を有する単量体としては、モノカルボン酸及びその誘導体や、ジカルボン酸及びその酸無水物並びにそれらの誘導体などが挙げられる。
モノカルボン酸としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸などが挙げられる。
モノカルボン酸誘導体としては、2-エチルアクリル酸、イソクロトン酸、α-アセトキシアクリル酸、β-trans-アリールオキシアクリル酸、α-クロロ-β-E-メトキシアクリル酸等が挙げられる。
ジカルボン酸としては、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等が挙げられる。
ジカルボン酸誘導体としては、メチルマレイン酸、ジメチルマレイン酸、フェニルマレイン酸、クロロマレイン酸、ジクロロマレイン酸、フルオロマレイン酸や、マレイン酸ノニル、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モノエステルが挙げられる。
ジカルボン酸の酸無水物としては、無水マレイン酸、アクリル酸無水物、メチル無水マレイン酸、ジメチル無水マレイン酸等が挙げられる。
なお、カルボン酸基を有する単量体としては、加水分解によりカルボン酸基を生成する酸無水物も使用できる。
また、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、(メタ)アクリル酸-2-スルホン酸エチル、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸、3-アリロキシ-2-ヒドロキシプロパンスルホン酸等が挙げられる。
さらに、リン酸基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等が挙げられる。
なお、本発明において、「(メタ)アリル」とは、アリル及び/又はメタリルを意味し、「(メタ)アクリロイル」とは、アクリロイル及び/又はメタクリロイルを意味する。
粒子状重合体の体積平均粒子径は、0.10μm以上であることが好ましく、0.18μm以上であることがより好ましく、0.25μm以上であることが更に好ましく、2.00μm以下であることが好ましく、1.20μm以下であることがより好ましく、0.80μm以下であることが更に好ましい。粒子状重合体の体積平均粒子径を上記下限値以上とすることで、バインダー組成物を含むスラリー組成物を用いて形成された電極の電解液注液性を高めることができる。また、粒子状重合体の体積平均粒子径を上記上限値以下とすることで、粒子状重合体の比表面積が大きくなり、粒子状重合体により奏され得る接着能を高めて、結果的に、バインダー組成物を用いて形成された電極の耐粉落ち性、及び、加熱乾燥後のピール強度を更に高めることができる。
粒子状重合体は、100℃及び200℃で測定したそれぞれの貯蔵弾性率の値が、下記の関係を満たすことが好ましい。
{G’(100)-G’(200)}/G’(200)≦15.0
(ここで、G’(100)は粒子状重合体の100℃における貯蔵弾性率の値であり、G’(200)は200℃における貯蔵弾性率の値である。)
上述した粒子状重合体は、例えば、有機溶媒中で上述した芳香族ビニル単量体及び脂肪族共役ジエン単量体などの単量体をブロック重合して、幹部分であるブロック共重合体の溶液を得る工程(ブロック共重合体溶液調製工程)と、得られたブロック共重合体の溶液に水を添加して乳化することでブロック共重合体を粒子化する工程(乳化工程)と、粒子化したブロック共重合体に対してグラフト重合を行って、幹部分であるブロック共重合体に対してグラフト部分が結合してなる粒子状重合体の水分散液を得る工程(グラフト工程)と、を経て調製することができる。
なお、粒子状重合体の調製において、グラフト工程は、乳化工程の前に行ってもよい。即ち、粒子状重合体は、ブロック共重合体溶液調製工程の後に、得られたブロック共重合体の溶液に含まれているブロック共重合体に対してグラフト重合を行って、幹部分であるブロック共重合体に対してグラフト部分が結合してなる重合体の溶液を得る工程(グラフト工程)を行い、その後、当該重合体の溶液に水を添加して乳化することで所定の重合体を粒子化して粒子状重合体の水分散液を得る工程(乳化工程)を行うことにより、調製してもよい。
また、粒子状重合体の調製には、上述したブロック共重合体溶液調製工程、乳化工程、グラフト工程以外のその他の工程が含まれていてもよい。
ブロック共重合体溶液調製工程におけるブロック共重合の方法は、特に限定されない。例えば、第一の単量体成分を重合させた溶液に、第一の単量体成分とは異なる第二の単量体成分を加えて重合を行い、必要に応じて、単量体成分の添加と重合とを更に繰り返すことより、ブロック共重合体を調製することができる。なお、反応溶媒として使用される有機溶媒も特に限定されず、単量体の種類等に応じて適宜選択することができる。
ここで、上記のようにブロック共重合して得られたブロック共重合体を、後述する乳化工程に先んじて、カップリング剤を用いたカップリング反応に供することが好ましい。カップリング反応を行えば、例えば、ブロック共重合体中に含まれるジブロック構造体同士の末端をカップリング剤により結合させて、トリブロック構造体に変換することができる(すなわち、ジブロック構造体の量を低減することができる)。
2官能のカップリング剤としては、例えば、ジクロロシラン、モノメチルジクロロシラン、ジクロロジメチルシラン等の2官能性ハロゲン化シラン;ジクロロエタン、ジブロモエタン、メチレンクロライド、ジブロモメタン等の2官能性ハロゲン化アルカン;ジクロロスズ、モノメチルジクロロスズ、ジメチルジクロロスズ、モノエチルジクロロスズ、ジエチルジクロロスズ、モノブチルジクロロスズ、ジブチルジクロロスズ等の2官能性ハロゲン化スズ;が挙げられる。
3官能のカップリング剤としては、例えば、トリクロロエタン、トリクロロプロパンなどの3官能性ハロゲン化アルカン;メチルトリクロロシラン、エチルトリクロロシランなどの3官能性ハロゲン化シラン;メチルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシランなどの3官能性アルコキシシラン;が挙げられる。
4官能のカップリング剤としては、例えば、四塩化炭素、四臭化炭素、テトラクロロエタンなどの4官能性ハロゲン化アルカン;テトラクロロシラン、テトラブロモシランなどの4官能性ハロゲン化シラン;テトラメトキシシラン、テトラエトキシシランなどの4官能性アルコキシシラン;テトラクロロスズ、テトラブロモスズなどの4官能性ハロゲン化スズ;が挙げられる。
5官能以上のカップリング剤としては、例えば、1,1,1,2,2-ペンタクロロエタン、パークロロエタン、ペンタクロロベンゼン、パークロロベンゼン、オクタブロモジフェニルエーテル、デカブロモジフェニルエーテルなどが挙げられる。
これらは1種を単独で、又は、2種以上を組み合わせて用いることができる。
乳化工程における乳化の方法は、特に限定されないが、例えば、上述したブロック共重合体溶液調製工程で得られたブロック共重合体の溶液と、乳化剤の水溶液との予備混合物を転相乳化する方法が好ましい。ここで、転相乳化には、例えば既知の乳化剤及び乳化分散機を用いることができる。具体的には、乳化分散機としては、特に限定されることなく、例えば、商品名「ホモジナイザー」(IKA社製)、商品名「ポリトロン」(キネマティカ社製)、商品名「TKオートホモミキサー」(特殊機化工業社製)等のバッチ式乳化分散機;商品名「TKパイプラインホモミキサー」(特殊機化工業社製)、商品名「コロイドミル」(神鋼パンテック社製)、商品名「スラッシャー」(日本コークス工業社製)、商品名「トリゴナル湿式微粉砕機」(三井三池化工機社製)、商品名「キャビトロン」(ユーロテック社製)、商品名「マイルダー」(太平洋機工社製)、商品名「ファインフローミル」(太平洋機工社製)等の連続式乳化分散機;商品名「マイクロフルイダイザー」(みずほ工業社製)、商品名「ナノマイザー」(ナノマイザー社製)、商品名「APVガウリン」(ガウリン社製)、「LAB1000」(SPXFLOW社製)等の高圧乳化分散機;商品名「膜乳化機」(冷化工業社製)等の膜乳化分散機;商品名「バイブロミキサー」(冷化工業社製)等の振動式乳化分散機;商品名「超音波ホモジナイザー」(ブランソン社製)等の超音波乳化分散機;などを用いることができる。なお、乳化分散機による乳化操作の条件(例えば、処理温度、処理時間など)は、特に限定されず、所望の分散状態になるように適宜選定すればよい。
そして、転相乳化後に得られる乳化液から、必要に応じて、既知の方法により有機溶媒を除去する等して、粒子化したブロック共重合体の水分散液を得ることができる。
グラフト工程におけるグラフト重合の方法は、特に限定されないが、例えば、グラフト重合させる単量体の存在下において、レドックス開始剤などのラジカル開始剤を用いてブロック共重合体のグラフト重合及び架橋を同時に進行させる方法が好ましい。なお、ラジカル開始剤としては、「構造及び組成」の項にて、脂肪族共役ジエン単量体単位を架橋してなる構造単位を導入するために使用し得るラジカル開始剤として上述したレドックス開始剤を用いることができる。
ここで、反応条件は、ブロック共重合体の組成、並びに、所望の表面酸量の大きさ等に応じて調整することができる。
そして、グラフト工程では、芳香族ビニル単量体単位及び脂肪族共役ジエン単量体単位を含むブロック共重合体からなる幹部分と、グラフト部分とを有する粒子状重合体の水分散液を得ることができる。なお、乳化工程の後にグラフト工程を行った場合、即ち、粒子化したブロック共重合体に対してグラフト重合を行った場合には、酸性基含有単量体単位などのグラフト重合により導入された単量体単位は、粒子状重合体の中心部よりも表面側に多く存在し、表層部に偏在することとなる。
粒子状重合体の調製には、上述したブロック共重合体溶液調製工程、乳化工程、及びグラフト工程以外のその他の工程が含まれていてもよい。
そして、粒子状重合体の調製において、その他の工程として、粒子状重合体の水分散液を精製する精製工程が含まれていてもよい。
本発明のバインダー組成物は、水等の溶媒を更に含有し得る。ここで、溶媒としては、水、水を含む水溶液、及び水と少量の有機溶媒との混合溶液が挙げられる。中でも、溶媒は水であることが好ましい。
本発明のバインダー組成物は、上記成分以外の成分(その他の成分)を含有することができる。例えば、バインダー組成物は、上述した粒子状重合体以外の、既知の粒子状結着材(例えば、スチレンブタジエンランダム共重合体、及びアクリル重合体など)を含んでいてもよい。
さらに、バインダー組成物は、既知の添加剤を含んでいてもよい。このような既知の添加剤としては、例えば、老化防止剤、酸化防止剤、消泡剤、分散剤等が挙げられる。そして、老化防止剤としては、特に限定されることなく、例えば、p-クレゾール、シクロペンタジエン、及びイソブチレンの反応物を用いることができ、酸化防止剤としては、特に限定されることなく、例えば、4-[[4,6-ビス(オクチルチオ)-1,3,5-トリアジン-2-イル]アミノ]-2,6-ジ-tert-ブチルフェノール等のヒンダードフェノール系酸化防止剤;3,9-ビス(オクタデシルオキシ)-2,4,8,10-テトラオキサ-3,9-ジホスファスピロ[5.5]ウンデカン等のホスファイト系酸化防止剤;などを用いることができる。
なお、その他の成分は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
そして、本発明のバインダー組成物は、特に限定されることなく、粒子状重合体と、任意に用いられるその他の成分とを水等の溶媒の存在下で混合して調製することができる。なお、粒子状重合体の分散液を用いてバインダー組成物を調製する場合には、分散液が含有している液分をそのままバインダー組成物の溶媒として利用してもよい。
本発明のスラリー組成物は、電極の電極合材層の形成用途に用いられる組成物であり、上述したバインダー組成物を含み、電極活物質を更に含有する。即ち、本発明のスラリー組成物は、上述した粒子状重合体、電極活物質、並びに、上述した溶媒を含有し、任意に、その他の成分を更に含有する。そして、本発明のスラリー組成物を用いれば、耐粉落ち性、及び。加熱乾燥後のピール強度に優れた電極を形成可能である。そして、耐粉落ち性、及び、加熱乾燥後のピール強度に優れた電極を二次電池に使用することで、当該二次電池に優れた電池特性を発揮させることができる。
バインダー組成物としては、上述した粒子状重合体を含む本発明のバインダー組成物を用いる。
なお、スラリー組成物中のバインダー組成物の配合量は、特に限定されない。例えば、バインダー組成物の配合量は、電極活物質100質量部当たり、固形分換算で、0.5質量部以上15質量部以下となる量とすることができる。
そして、電極活物質としては、特に限定されることなく、二次電池に用いられる既知の電極活物質を使用することができる。具体的には、例えば、二次電池の一例としてのリチウムイオン二次電池の電極合材層において使用し得る電極活物質としては、特に限定されることなく、以下の電極活物質を用いることができる。
リチウムイオン二次電池の正極の正極合材層に配合される正極活物質としては、例えば、遷移金属を含有する化合物、例えば、遷移金属酸化物、遷移金属硫化物、リチウムと遷移金属との複合金属酸化物などを用いることができる。なお、遷移金属としては、例えば、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo等が挙げられる。
具体的には、正極活物質としては、特に限定されることなく、リチウム含有コバルト酸化物(LiCoO2)、マンガン酸リチウム(LiMn2O4)、リチウム含有ニッケル酸化物(LiNiO2)、Co-Ni-Mnのリチウム含有複合酸化物、Ni-Mn-Alのリチウム含有複合酸化物、Ni-Co-Alのリチウム含有複合酸化物、オリビン型リン酸鉄リチウム(LiFePO4)、オリビン型リン酸マンガンリチウム(LiMnPO4)、Li1+xMn2-xO4(0<X<2)で表されるリチウム過剰のスピネル化合物、Li[Ni0.17Li0.2Co0.07Mn0.56]O2、LiNi0.5Mn1.5O4等が挙げられる。
なお、上述した正極活物質は、1種類を単独で使用してもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
リチウムイオン二次電池の負極の負極合材層に配合される負極活物質としては、例えば、炭素系負極活物質、金属系負極活物質、及び、これらを組み合わせた負極活物質などが挙げられる。
ここで、炭素系負極活物質とは、リチウムを挿入(「ドープ」ともいう。)可能な、炭素を主骨格とする活物質をいう。そして、炭素系負極活物質としては、具体的には、コークス、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、メソフェーズピッチ系炭素繊維、熱分解気相成長炭素繊維、フェノール樹脂焼成体、ポリアクリロニトリル系炭素繊維、擬等方性炭素、フルフリルアルコール樹脂焼成体(PFA)及びハードカーボンなどの炭素質材料、並びに、天然黒鉛(グラファイト)及び人造黒鉛などの黒鉛質材料が挙げられる。
また、金属系負極活物質とは、金属を含む活物質であり、通常は、リチウムの挿入が可能な元素を構造に含み、リチウムが挿入された場合の単位質量当たりの理論電気容量が500mAh/g以上である活物質をいう。そして、金属系活物質としては、例えば、リチウム金属、リチウム合金を形成し得る単体金属(例えば、Ag、Al、Ba、Bi、Cu、Ga、Ge、In、Ni、P、Pb、Sb、Si、Sn、Sr、Zn、Tiなど)及びそれらの酸化物、硫化物、窒化物、ケイ化物、炭化物、燐化物などが挙げられる。さらに、チタン酸リチウムなどの酸化物を挙げることができる。
なお、上述した負極活物質は、1種類を単独で使用してもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
スラリー組成物に配合し得るその他の成分としては、特に限定することなく、導電材や、本発明のバインダー組成物に配合し得るその他の成分と同様のものが挙げられる。なお、その他の成分は、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。
スラリー組成物の調製方法は、特に限定はされない。
例えば、バインダー組成物と、電極活物質と、必要に応じて用いられるその他の成分とを、水系媒体の存在下で混合してスラリー組成物を調製することができる。
なお、スラリー組成物の調製の際に用いる水などの溶媒には、バインダー組成物に含まれていたものも含まれる。また、混合方法は特に制限されないが、通常用いられ得る攪拌機や、分散機を用いて混合することができる。
本発明の非水系二次電池用電極は、上述した非水系二次電池電極用スラリー組成物を用いて形成した電極合材層を備える。したがって、電極合材層は、上述したスラリー組成物の乾燥物よりなり、通常、電極活物質と、粒子状重合体に由来する成分とを含有し、任意に、その他の成分を含有する。なお、電極合材層中に含まれている各成分は、上記非水系二次電池電極用スラリー組成物中に含まれていたものであり、それら各成分の好適な存在比は、スラリー組成物中の各成分の好適な存在比と同じである。また、粒子状重合体は、スラリー組成物中では粒子形状で存在するが、スラリー組成物を用いて形成された電極合材層中では、粒子形状であってもよいし、その他の任意の形状であってもよい。
そして、本発明の非水系二次電池用電極は、上述した非水系二次電池電極用スラリー組成物を使用して電極合材層を形成しているので、耐粉落ち性及び加熱乾燥後のピール強度に優れている。さらに、本発明の非水系二次電池用電極は、加熱真空乾燥後のピール強度にも優れている。そして、耐粉落ち性及び加熱乾燥後のピール強度に優れた電極を二次電池に使用することで、当該二次電池に優れた電池特性を発揮させることができる。
ここで、本発明の非水系二次電池用電極の電極合材層は、例えば、以下の方法を用いて形成することができる。
1)本発明のスラリー組成物を集電体の表面に塗布し、次いで乾燥する方法;
2)本発明のスラリー組成物に集電体を浸漬後、これを乾燥する方法;及び
3)本発明のスラリー組成物を離型基材上に塗布し、乾燥して電極合材層を製造し、得られた電極合材層を集電体の表面に転写する方法。
これらの中でも、前記1)の方法が、電極合材層の層厚制御をしやすいことから特に好ましい。前記1)の方法は、詳細には、スラリー組成物を集電体上に塗布する工程(塗布工程)と、集電体上に塗布されたスラリー組成物を乾燥させて集電体上に電極合材層を形成する工程(乾燥工程)を含む。
上記スラリー組成物を集電体上に塗布する方法としては、特に限定されず公知の方法を用いることができる。具体的には、塗布方法としては、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、ハケ塗り法などを用いることができる。この際、スラリー組成物を集電体の片面だけに塗布してもよいし、両面に塗布してもよい。塗布後乾燥前の集電体上のスラリー膜の厚みは、乾燥して得られる電極合材層の厚みに応じて適宜に設定しうる。
集電体上のスラリー組成物を乾燥する方法としては、特に限定されず公知の方法を用いることができ、例えば温風、熱風、低湿風による乾燥法、真空乾燥法、赤外線や電子線などの照射による乾燥法を用いることができる。このように集電体上のスラリー組成物を乾燥することで、集電体上に電極合材層を形成し、集電体と電極合材層とを備える非水系二次電池用電極を得ることができる。
本発明の非水系二次電池は、正極と、負極と、電解液と、セパレータとを備えており、上述した非水系二次電池用電極を正極及び負極の少なくとも一方として用いる。そして、本発明の非水系二次電池は、上述した耐粉落ち性及び加熱乾燥後のピール強度に優れた非水系二次電池用電極を正極及び負極の少なくとも一方として用いて製造されるため、優れた電池特性を発揮し得る。
なお、以下では、一例として二次電池がリチウムイオン二次電池である場合について説明するが、本発明は下記の一例に限定されるものではない。
ここで、本発明の非水系二次電池で使用し得る、上述した本発明の非水系二次電池用電極以外の電極としては、特に限定されることなく、二次電池の製造に用いられている既知の電極を用いることができる。具体的には、上述した本発明の非水系二次電池用電極以外の電極としては、既知の製造方法を用いて集電体上に電極合材層を形成してなる電極などを用いることができる。
電解液としては、通常、有機溶媒に支持電解質を溶解した有機電解液が用いられる。リチウムイオン二次電池の支持電解質としては、例えば、リチウム塩が用いられる。リチウム塩としては、例えば、LiPF6、LiAsF6、LiBF4、LiSbF6、LiAlCl4、LiClO4、CF3SO3Li、C4F9SO3Li、CF3COOLi、(CF3CO)2NLi、(CF3SO2)2NLi、(C2F5SO2)NLiなどが挙げられる。なかでも、溶媒に溶けやすく高い解離度を示すので、LiPF6、LiClO4、CF3SO3Liが好ましい。なお、電解質は1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。通常は、解離度の高い支持電解質を用いるほどリチウムイオン伝導度が高くなる傾向があるので、支持電解質の種類によりリチウムイオン伝導度を調節することができる。
なお、電解液中の電解質の濃度は適宜調整することができる。また、電解液には、既知の添加剤を添加することができる。
セパレータとしては、特に限定されることなく、例えば特開2012-204303号公報に記載のものを用いることができる。これらの中でも、セパレータ全体の膜厚を薄くすることができ、これにより、二次電池内の電極活物質の比率を高くして体積あたりの容量を高くすることができるという点より、ポリオレフィン系(ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリ塩化ビニル)の樹脂からなる微多孔膜が好ましい。
そして、実施例及び比較例において、各種の属性の測定及び評価は、以下の方法に従って測定した。
各実施例及び比較例で製造したバインダー組成物をメタノールで凝固させた後、得られた凝固物を温度100℃で5時間真空乾燥させて、測定試料とした。次いで、1H-NMRにより、測定試料が含有する各単量体単位に由来するピークの強度を算出した。そして、全ピーク強度に対する各単量体単位に由来するピーク強度の割合に基づいて、粒子状重合体に含まれる、当該各単量体単位の割合をそれぞれ算出した。
芳香族ビニルブロック領域の分子量は、粒子状重合体中に含まれるジブロック共重合体の重量平均分子量と、上述したバインダー組成物中の芳香族ビニル単量体単位の割合より算出した。粒子状重合体に含まれる共重合体の重量平均分子量は、高速液体クロマトグラフィー(装置:東ソー社製、型番「HLC8220」)を用いて、ポリスチレン換算分子量として測定した。なお、測定試料としては、各実施例及び比較例で製造した粒子状重合体を用いた。各実施例及び比較例で製造した粒子状重合体をメタノールで凝固させた後、得られた凝固物を温度100℃で5時間真空乾燥させた。この乾燥物のテトラヒドロフラン可溶分を高速液体クロマトグラフィー測定試料とした。測定には3本連結したカラム(昭和電工社製、型番「Shodex KF-404HQ」、カラム温度:40℃、キャリア:流速0.35mL/分のテトラヒドロフラン)、及び、検出器としての示差屈折計及び紫外検出器を用いた。分子量の較正は、標準ポリスチレン(ポリマーラボラトリー社製、標準分子量:500~3000000)の12点で実施した。そして、上記高速液体クロマトグラフィーにより得られたチャート中のジブロック構造体に由来するピークに基づいて、当該ジブロック構造体の重量平均分子量を求めた。なお、得られたチャートにおいては、分散度が限りなく1に近い、非常にシャープなピークが2本検出され、且つ、その検出された2つピークの高分子量側の分子量が、低分子量側の分子量の約2倍となっていた。このことから、用いた測定試料中には、ジブロック構造体(スチレン-ブタジエン)、トリブロック構造体(スチレン-ブタジエン-カップリング部位-ブタジエン-スチレン)が含有されていたことが確認された。
さらに、下記式:
〔芳香族ビニルブロック領域の重量平均分子量〕=〔ジブロック構造体の重量平均分子量〕×〔粒子状重合体中の芳香族ビニル単量体単位の割合(%)〕÷100
を用いて、芳香族ビニルブロック領域の重量平均分子量を算出した。上記式における、「粒子状重合体中の芳香族ビニル単量体単位の割合(%)」は、<各単量体単位の割合>の項目にて説明した方法に従って得た値を用いた。
なお、必要に応じて、ピークの成分を取り出して、質量分析及び赤外分光分析等を組み合わせて、ピークの成分を定性し、さらに1H-NMRにより分析することで、ピークの成分の組成比を解析することもできる。
実施例、比較例で得られたバインダー組成物をイオン交換水にて希釈し、固形分濃度を3%に調整した。その後、調整したサンプルを3%水酸化ナトリウム水溶液でpH12.0に調整した。pHを調整したサンプルを100mLビーカーに、固形分換算で1.5g分取し、花王社製エマルゲン120を0.2%に希釈した水溶液3g及び東レ・ダウコーニング社製SM5512を1%に希釈した水溶液1gを添加した。スターラーで均一に攪拌しながら0.1N塩酸水溶液を0.5mL/30秒の速度で添加し、30秒毎の電気電導度を測定した。
得られた電気伝導度データを、電気伝導度を縦軸(Y座標軸)、添加した塩酸の累計量を横軸(X座標軸)としたグラフ上にプロットした。これにより、図1のように3つの変曲点を有する塩酸量-電気伝導度曲線が得られた。3つの変曲点及び塩酸添加終了時のX座標を、値が小さい方から順にそれぞれP1、P2、P3及びP4とした。X座標が、零から座標P1まで、座標P1から座標P2まで、及び、座標P2から座標P3まで、座標P3から座標P4まで、の4つの区分内のデータについて、それぞれ、最小二乗法により近似直線L1、L2、L3及びL4を求めた。近似直線L1と近似直線L2との交点のX座標をA1、近似直線L2と近似直線L3との交点のX座標をA2、近似直線L3と近似直線L4との交点のX座標をA3とした。
そして、電導度滴定法による粒子状重合体の表面酸量(バインダー組成物の固形分1g当たりの酸量)を、下記の式(a)から、塩酸換算した値(mmol/g)として求めた。
(a) 粒子状重合体の表面酸量=(A2-A1)/1.5g
そして、上記式に従って得られた値と、上記した1H-NMRの測定結果等とに基づいて、幹部分であるブロック共重合体を構成する全繰り返し単位を100質量%とした場合における、グラフト部分の割合(質量%)を換算した。結果を表1に示す。
実施例、比較例にて得られたバインダー組成物をシャーレにキャストし、室温(25℃)にて乾燥させることによってバインダーフィルムを得た。このバインダーフィルムを室温で12時間真空乾燥させ、測定試料とした。測定は粘弾性測定装置(アルファテクノロジー社製、「Production RPA」)、周波数:1Hz、ひずみ:10%、30度から200度まで段階的に昇温しながら測定した。
上記の測定により、粒子状重合体の100℃における貯蔵弾性率の値:G’(100)、及び、粒子状重合体の200℃における貯蔵弾性率の値:G’(200)をそれぞれ測定し、{G’(100)-G’(200)}/G’(200)の値を算出した。結果を表1に示す。
実施例、比較例において、スラリー組成物の調製時に、バインダー組成物を添加する前の溶液を分取し、B型粘度計(東機産業社製、製品名「TV-25」)を用い、測定温度25℃、測定ローターNo.4、ローター回転数60rpmの条件下で粘度M0(mPa・s)を測定した。
また、バインダー組成物を添加して得たスラリー組成物を分取し、直径5.5cm、高さ8.0cmの容器に入れて、TKホモディスパー(プライミクス(株)製、ディスパー直径:40mm)を使用して回転数3000rpmで10分間撹拌した。そして、撹拌後のスラリー組成物の粘度M1(mPa・s)を、バインダー組成物を添加する前の溶液の粘度M0と同様にして測定した。
そして、粘度変化率ΔM(={(M1-M0)/M0}×100%)を算出し、以下の基準に従って評価した。粘度変化率ΔMが小さいほど、スラリー組成物の粘度安定性が高く、スラリー組成物が安定性に優れることを示す。
A:粘度変化率ΔMが10%未満
B:粘度変化率ΔMが10%以上20%未満
C:粘度変化率ΔMが20%以上50%未満
D:粘度変化率ΔMが50%以上
実施例、比較例で作製した負極を長さ100mm、幅10mmの長方形に切り出して試験片とした。この試験片を角形真空定温乾燥機(ヤマト科学社製、型式DP23)内に入れて、100℃で10時間加熱しながら真空乾燥を行った。加熱真空乾燥後の試験片を、負極合材層の表面を下にして、負極合材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に規定されるセロハンテープを用いた。また、セロハンテープは試験台に固定しておいた。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、その平均値を求めて、当該平均値を電極の加熱真空乾燥後のピール強度とし、下記の基準に従って評価を行った。
A:25N/m以上
B:20N/m以上25N/m未満
C:15N/m以上20N/m未満
D:15N/m未満
実施例及び比較例で作製した負極を、10cm×10cmの正方形に切り出して試料とした。試料の質量(Y0)を測定した。その後、φ16mmの円形打ち抜き機で試料の5か所を打ち抜いた。打ち抜かれた円形の試料及び円形の孔が開いた試料の両方にエアーブラシをかけ、これらの合計の質量(Y1)を測定し、粉落ち比(打ち抜き前の質量に対する、打ち抜き後の質量の比)を以下の式に基づいて求めた。この値が大きいほど、負極の端部の割れ、はがれが少ないことを示す。
粉落ち比=(Y1/Y0)×100 (%)
A:99.98%以上
B:99.97%以上99.98%未満
C:99.96%以上99.97%未満
D:99.96%未満
<粒子状重合体の調製>
<<ブロック共重合体のシクロヘキサン溶液の調製工程>>
耐圧反応器に、シクロヘキサン233.3kg、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン(以下、「TMEDA」と称する。)31.03mmol、及び芳香族ビニル単量体としてのスチレン30.0kgを添加した。そして、これらを40℃で撹拌しているところに、重合開始剤としてのn-ブチルリチウム1034.5mmolを添加し、50℃に昇温しながら1時間重合した。スチレンの重合転化率は100%であった。引き続き、50~60℃を保つように温度制御しながら、耐圧反応器に、脂肪族共役ジエン単量体としての1,3-ブタジエン70.0kgを1時間にわたり連続的に添加した。1,3-ブタジエンの添加を完了した後、重合反応をさらに1時間継続した。1,3-ブタジエンの重合転化率は100%であった。
次いで、耐圧反応器に、カップリング剤としてのジクロロジメチルシラン460.3mmolを添加して2時間カップリング反応を行い、スチレン-ブタジエンカップリングブロック共重合体を形成させた。その後、活性末端を失活させるべく、反応液にメタノール2069.0mmolを添加してよく混合した。この反応液100部(重合体成分を30.0部含有)に、ヒンダードフェノール系酸化防止剤としての4-[[4,6-ビス(オクチルチオ)-1,3,5-トリアジン-2-イル]アミノ]-2,6-ジ-tert-ブチルフェノール0.05部、ホスファイト系酸化防止剤としての3,9-ビス(オクタデシルオキシ)-2,4,8,10-テトラオキサ-3,9-ジホスファスピロ[5.5]ウンデカン0.09部を加えて混合した。得られた混合溶液を、85~95℃の温水中に少しずつ滴下することで溶媒を揮発させて、析出物を得た。そして、この析出物を粉砕し、85℃で熱風乾燥することにより、ブロック共重合体を含む乾燥物を回収した。
そして、回収した乾燥物をシクロヘキサンに溶解し、ブロック共重合体の濃度が10.0%であるブロック共重合体のシクロヘキサン溶液を調製した。
<<乳化工程>>
アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムをイオン交換水に溶解し、0.3%の水溶液を調製した。
そして、得られたブロック共重合体溶液1000gと得られた水溶液1000gとをタンク内に投入し撹拌させることで予備混合を行って予備混合物を得た。続いて、タンク内から、予備混合物を、定量ポンプを用いて高圧乳化分散機「LAB1000」(SPXFLOW社製)へ移送し、循環することにより(パス回数:5回)、予備混合物を転相乳化した乳化液を得た。
次に、得られた乳化液中のシクロヘキサンをロータリーエバポレータにて減圧留去した。
最後に、上層部分を100メッシュの金網で濾過し、粒子化したブロック共重合体を含有する水分散液(ブロック共重合体ラテックス)を得た。
<<グラフト重合及び架橋工程>>
得られたブロック共重合体ラテックスに、粒子化したブロック共重合体100部(固形分相当量)に対して、水が800部になるように蒸留水を添加して希釈した。この希釈したブロック共重合体ラテックスを、窒素置換された撹拌機付き重合反応容器に投入し、撹拌しながら温度を30℃にまで加温した。また、別の容器を用い、酸性基含有単量体としてのメタクリル酸10部と蒸留水90部とを混合してメタクリル酸希釈液を調製した。このメタクリル酸希釈液を、30℃にまで加温した重合反応容器内に30分間かけて添加することにより、ブロック共重合体100部に対して10部のメタクリル酸が添加された。その後、架橋配位子としての3-メルカプト-1,2-プロパンジオールを、ブロック共重合体100部(固形分相当量)に対して1.0部添加した。
更に、別の容器を用い、蒸留水7部及び還元剤としての硫酸第一鉄(中部キレスト社製、商品名「フロストFe」)0.01部を含む溶液を調製した。得られた溶液を重合反応容器内に添加した後、酸化剤としての1,1,3,3-テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド(日本油脂社製、商品名「パーオクタH」)0.5部を添加し、30℃で1時間反応させた後、更に70℃で2時間反応させた。これにより、ブロック共重合体の架橋を行うと共に、粒子化したブロック共重合体に対してメタクリル酸をグラフト重合させて、粒子状重合体の水分散液を得た。なお、重合転化率は99%であった。
<<バインダー組成物の調製>>
上記に従って得られた粒子状重合体の水分散液に5%水酸化ナトリウム水溶液を加え、pH8.0に調整し、p-クレゾール、シクロペンタジエン、イソブチレンの反応物である老化防止剤ディスパージョンをブロック共重合体100部(固形分相当量)に対して0.5部添加した。
プラネタリーミキサーに、負極活物質としての天然黒鉛(理論容量:360mAh/g)97部と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)1部(固形分相当量)とを投入した。さらに、イオン交換水にて固形分濃度が60%となるように希釈し、その後、回転速度45rpmで60分間混練した。その後、上述で得られた負極用バインダー組成物を固形分相当量で1.5部投入し、回転速度40rpmで40分混練した。そして、粘度(B型粘度計を使用。温度:25℃、ローター回転数:60rpm)が3000±500mPa・sとなるようにイオン交換水を加えることにより、負極用スラリー組成物を調製した。
上記負極用スラリー組成物を、コンマコーターで、集電体である厚さ15μmの電解銅箔の表面に、塗付量が11±0.5mg/cm2となるように塗布した。その後、負極用スラリー組成物が塗布された銅箔を、400mm/分の速度で、温度120℃のオーブン内を2分間、さらに温度130℃のオーブン内を2分間かけて搬送することにより、銅箔上のスラリー組成物を乾燥させ、集電体上に負極合材層が形成された負極原反を得た。
その後、作製した負極原反の負極合材層側を温度25±3℃の環境下でロールプレスし、負極合材層の密度が1.60g/cm3の負極を得た。
プラネタリーミキサーに、正極活物質としてのCo-Ni-Mnのリチウム複合酸化物系の活物質NMC532(LiNi5/10Co2/10Mn3/10O2)97部と、導電材としてのアセチレンブラック(電気化学工業社製、製品名「HS-100」)1部と、結着材としてのポリフッ化ビニリデン(クレハ社製、製品名「#7208」)2部(固形分相当量)を添加し、混合した。さらに、有機溶媒としてのN-メチル-2-ピロリドン(NMP)を徐々に加えて、温度25±3℃、回転数25rpmにて攪拌混合して、粘度(B型粘度計を用い、温度:25±3℃、ローター:M4、ローター回転数:60rpmにて測定)が3600mPa・sである正極用スラリー組成物を得た。
得られた正極用スラリー組成物を、コンマコーターで、集電体である厚さ20μmのアルミ箔の上に、塗布量が20±0.5mg/cm2となるように塗布した。さらに、200mm/分の速度で、温度120℃のオーブン内を2分間、さらに温度130℃のオーブン内を2分間かけて搬送することにより、アルミニウム箔上のスラリー組成物を乾燥させ、集電体上に正極合材層が形成された正極原反を得た。
その後、作製した正極原反の正極合材層側を温度25±3℃の環境下でロールプレスし、正極合材層密度が3.20g/cm3の正極を得た。
セパレータ基材よりなるセパレータとして、単層のポリプロピレン製セパレータ(セルガード社製、製品名「セルガード2500」)を準備した。
上記の負極及び正極、セパレータを用いて、単層ラミネートセル(初期設計放電容量30mAh相当)を作製し、アルミ包材内に配置して、60℃、10時間の条件にて真空乾燥をおこなった。その後、電解液として濃度1.0MのLiPF6溶液(溶媒:エチレンカーボネート(EC)/ジエチルカーボネート(DEC)=5/5(体積比)の混合溶媒、添加剤:ビニレンカーボネート2体積%(溶媒比)を含有)を充填した。さらに、アルミ包材の開口を密封するために、温度150℃のヒートシールをしてアルミ包材を閉口し、リチウムイオン二次電池を製造した。
粒子状重合体を調製する際に、グラフト重合時に添加するメタクリル酸の量を調節して、ブロック共重合体100質量%に対するグラフト部分の割合が表1に示す値となるようにした以外は、実施例1と同様にして、各種操作、測定、及び評価を行った。結果を表1に示す。
粒子状重合体を調製する際に、TMEDAの添加量を16.4mmolに、n-ブチルリチウムの添加量を545.5mmolに、ジクロロジメチルシランの添加量を46.4mmolに、メタノールの添加量を1090.9mmolに、それぞれ変更した以外は、実施例1と同様にして、各種操作、測定、及び評価を行った。結果を表1に示す。
粒子状重合体を調製する際に、TMEDAの添加量を36.0mmolに、n-ブチルリチウムの添加量を1200.0mmolに、ジクロロジメチルシランの添加量を540.0mmolに、メタノールの添加量を2400.0mmolにそれぞれ変更し、且つ、脂肪族共役ジエン単量体として、1,3-ブタジエンに代えてイソプレンを用いた以外は、実施例1と同様にして、各種操作、測定、及び評価を行った。結果を表1に示す。
耐圧反応器に、シクロヘキサン233.3kg、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン(以下、「TMEDA」と称する。)60.0mmol、及び芳香族ビニル単量体としてのスチレン14.0kgを添加した。そして、これらを40℃で撹拌しているところに、重合開始剤としてのn-ブチルリチウム2000.0mmolを添加し、50℃に昇温しながら1時間重合した。スチレンの重合転化率は100%であった。引き続き、50~60℃を保つように温度制御しながら、耐圧反応器に、脂肪族共役ジエン単量体としての1,3-ブタジエン86.0kgを1時間にわたり連続的に添加した。1,3-ブタジエンの添加を完了した後、重合反応をさらに1時間継続した。1,3-ブタジエンの重合転化率は100%であった。次いで、耐圧反応器に、カップリング剤としてのジクロロジメチルシラン820.0mmolを添加して2時間カップリング反応を行い、スチレン-ブタジエンカップリングブロック共重合体を形成させた。その後、活性末端を失活させるべく、反応液にメタノール4000.0mmolを添加してよく混合した。
以降の工程は、実施例1と同様にして、各種操作、測定、及び評価を行った。結果を表1に示す。
耐圧反応器に、シクロヘキサン233.3kg、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン(以下、「TMEDA」と称する。)52.2mmol、及び芳香族ビニル単量体としてのスチレン40.0kgを添加した。そして、これらを40℃で撹拌しているところに、重合開始剤としてのn-ブチルリチウム1739.1mmolを添加し、50℃に昇温しながら1時間重合した。スチレンの重合転化率は100%であった。引き続き、50~60℃を保つように温度制御しながら、耐圧反応器に、脂肪族共役ジエン単量体としての1,3-ブタジエン60.0kgを1時間にわたり連続的に添加した。1,3-ブタジエンの添加を完了した後、重合反応をさらに1時間継続した。1,3-ブタジエンの重合転化率は100%であった。 次いで、耐圧反応器に、カップリング剤としてのジクロロジメチルシラン695.7mmolを添加して2時間カップリング反応を行い、スチレン-ブタジエンカップリングブロック共重合体を形成させた。その後、活性末端を失活させるべく、反応液にメタノール3478.3mmolを添加してよく混合した。
以降の工程は、実施例1と同様にして、各種操作、測定、及び評価を行った。結果を表1に示す。
耐圧反応器に、シクロヘキサン233.3kg、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン(以下、「TMEDA」と称する。)46.9mmol、及び芳香族ビニル単量体としてのスチレン25.0kgを添加した。そして、これらを40℃で撹拌しているところに、重合開始剤としてのn-ブチルリチウム1562.5mmolを添加し、50℃に昇温しながら1時間重合した。スチレンの重合転化率は100%であった。引き続き、50~60℃を保つように温度制御しながら、耐圧反応器に、脂肪族共役ジエン単量体としてのイソプレン75.0kgを1時間にわたり連続的に添加した。イソプレンの添加を完了した後、重合反応をさらに1時間継続した。イソプレンの重合転化率は100%であった。 次いで、耐圧反応器に、カップリング剤としてのジクロロジメチルシラン585.9mmolを添加して2時間カップリング反応を行い、スチレン-イソプレンカップリングブロック共重合体を形成させた。その後、活性末端を失活させるべく、反応液にメタノール3125.0mmolを添加してよく混合した。
以降の工程は、実施例1と同様にして、各種操作、測定、及び評価を行った。結果を表1に示す。
粒子状重合体を調製する際に、グラフト重合時に添加するメタクリル酸の量を調節して、ブロック共重合体100質量%に対するグラフト部分の割合が表1に示す値となるようにした以外は、実施例1と同様にして、各種操作、測定、及び評価を行った。結果を表1に示す。
「ST」はスチレン単位を示し、
「BD」は、1,3-ブタジエン単位を示し、
「IP」はイソプレン単位を示し、
「MAA」はメタクリル酸単位を示す。
一方、上記粒子状重合体に代えて、芳香族ビニルブロック領域の重量平均分子量が15,000未満である粒子状重合体を用いた比較例1、ブロック共重合体の重量平均分子量が150,000未満である粒子状重合体を用いた比較例2~3、ブロック共重合体100質量%に対するグラフト部分の割合が1.0質量%未満である粒子状重合体を用いた比較例4~5では、耐粉落ち性が高く、且つ、加熱乾燥後のピール強度に優れた非水系二次電池用電極を形成できなかったことが分かる。
また、本発明によれば、耐粉落ち性が高く、且つ、加熱乾燥後のピール強度に優れた非水系二次電池用電極を形成可能である、非水系二次電池電極用スラリー組成物を提供することができる。
さらに、本発明によれば、耐粉落ち性が高く、且つ、加熱乾燥後のピール強度に優れた非水系二次電池用電極を提供することができる。
また、本発明によれば、当該非水系二次電池用電極を備える非水系二次電池を提供することができる。
Claims (7)
- 粒子状重合体を含む、非水系二次電池電極用バインダー組成物であって、
前記粒子状重合体が、芳香族ビニル単量体単位及び脂肪族共役ジエン単量体単位を含むブロック共重合体からなる幹部分と、グラフト部分とを有し、
前記ブロック共重合体が前記芳香族ビニル単量体単位からなる芳香族ビニルブロック領域を含み、
前記芳香族ビニルブロック領域の重量平均分子量が15,000以上であり、
前記ブロック共重合体の重量平均分子量が150,000以上500,000以下であり、且つ、
前記ブロック共重合体を構成する全繰り返し単位の量を100質量%とした場合に、前記グラフト部分の割合が1.0質量%以上10.0質量%以下である、
非水系二次電池電極用バインダー組成物。 - 前記粒子状重合体の100℃における貯蔵弾性率の値をG’(100)とし、200℃における貯蔵弾性率の値をG’(200)として、式:{G’(100)-G’(200)}/G’(200)により得られる値が15.0以下である、
請求項1に記載の非水系二次電池電極用バインダー組成物。 - 前記粒子状重合体中の前記芳香族ビニル単量体単位の割合は、前記粒子状重合体を構成する全繰り返し単位の量を100質量%とした場合に、20.0質量%以上50.0質量%以下である、
請求項1又は2に記載の非水系二次電池電極用バインダー組成物。 - 前記粒子状重合体が有する前記グラフト部分が、カルボン酸基含有単量体単位を含む、請求項1~3のいずれかに記載の非水系二次電池電極用バインダー組成物。
- 電極活物質と、請求項1~4のいずれかに記載の非水系二次電池電極用バインダー組成物とを含む、非水系二次電池電極用スラリー組成物。
- 請求項5に記載の非水系二次電池電極用スラリー組成物を用いて形成した電極合材層を備える、非水系二次電池用電極。
- 請求項6に記載の非水系二次電池用電極を備える、非水系二次電池。
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