JP2019197695A - Composition for electric power storage device, slurry for electrode for electric power storage device, electrode for electric power storage device, and electric power storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄電デバイス用組成物、該組成物と活物質とを含有する蓄電デバイス電極用スラリー、該スラリーを集電体に塗布及び乾燥させて形成された蓄電デバイス電極、並びに該電極を備えた蓄電デバイスに関する。 The present invention includes a power storage device composition, a power storage device electrode slurry containing the composition and an active material, a power storage device electrode formed by applying and drying the slurry on a current collector, and the electrode. The present invention relates to a storage device.
近年、電子機器の駆動用電源として、高電圧かつ高エネルギー密度を有する蓄電デバイスが要求されている。このような蓄電デバイスとしては、リチウムイオン電池やリチウムイオンキャパシタなどが期待されている。 In recent years, a power storage device having a high voltage and a high energy density has been required as a power source for driving electronic devices. As such an electricity storage device, a lithium ion battery, a lithium ion capacitor, and the like are expected.
このような蓄電デバイスに使用される電極は、通常、活物質と、バインダーとして機能する重合体とを含有する組成物(電極用スラリー)を集電体の表面へ塗布及び乾燥させることにより製造される。バインダーとして使用される重合体に要求される特性としては、活物質同士の結合能力及び活物質と集電体との密着能力、電極を巻き取る工程における耐擦性、その後の裁断などによっても、塗布・乾燥された組成物塗膜(以下、「活物質層」ともいう。)から活物質の微粉などが脱落しない粉落ち耐性などを挙げることができる。 An electrode used for such an electricity storage device is usually produced by applying and drying a composition (electrode slurry) containing an active material and a polymer functioning as a binder on the surface of a current collector. The The properties required for the polymer used as the binder include the ability to bond between active materials and the adhesion between the active material and the current collector, the abrasion resistance in the process of winding the electrode, and subsequent cutting, etc. An example is powder resistance that prevents fine powders of the active material from falling off from the applied and dried composition coating (hereinafter also referred to as “active material layer”).
なお、上記の活物質同士の結合能力及び活物質と集電体との密着能力、並びに粉落ち耐性については、性能の良否がほぼ比例関係にあることが経験上明らかになっている。従って本明細書では、以下、これらを包括して「密着性」という用語を用いて表す場合がある。 In addition, it has been empirically clarified that the quality of the active materials is substantially proportional to the ability to bond the active materials to each other, the ability to adhere the active material to the current collector, and the powder-off resistance. Therefore, in the present specification, hereinafter, the term “adhesiveness” may be used in a comprehensive manner.
ところで最近になって、蓄電デバイスの高出力化及び高エネルギー密度化の要求を達成する観点から、リチウム吸蔵量の大きい材料を活物質として利用する検討が進められている。例えば、特許文献1に開示されているようにリチウムの理論吸蔵量が最大で約4,200mAh/gであるケイ素材料を活物質として活用する手法が有望視されている。 Recently, studies have been made to use a material having a large lithium storage amount as an active material from the viewpoint of achieving the demand for higher output and higher energy density of power storage devices. For example, as disclosed in Patent Document 1, a method of utilizing a silicon material having a maximum lithium storage capacity of about 4,200 mAh / g as an active material is promising.
しかしながら、このようなリチウム吸蔵量の大きい材料を利用した活物質は、リチウムの吸蔵・放出により大きな体積変化を伴う。このため、従来使用されている電極用バインダーを、このようなリチウム吸蔵量の大きい材料に適用すると、密着性を維持することができずに活物質が剥離するなどし、充放電に伴って顕著な容量低下が発生する。 However, an active material using such a material having a large amount of lithium storage is accompanied by a large volume change due to the storage and release of lithium. For this reason, when the conventionally used binder for electrodes is applied to such a material having a large lithium storage amount, the adhesive cannot be maintained, and the active material is peeled off. Capacity drop occurs.
電極用バインダーの密着性を改良するための技術としては、粒子状のバインダー粒子の表面酸量を制御する技術(特許文献2及び3参照)や、エポキシ基やヒドロキシル基を有するバインダーを用いて上記特性を向上させる技術(特許文献4及び5参照)などが提案されている。また、ポリイミドの剛直な分子構造で活物質を束縛し、活物質の体積変化を押さえ込もうとする技術(特許文献6参照)が提案されている。 As a technique for improving the adhesiveness of the binder for an electrode, the above-mentioned technique using a technique for controlling the surface acid amount of particulate binder particles (see Patent Documents 2 and 3) or a binder having an epoxy group or a hydroxyl group is used. Techniques for improving characteristics (see Patent Documents 4 and 5) have been proposed. In addition, there has been proposed a technique (see Patent Document 6) that constrains the active material with a rigid molecular structure of polyimide and suppresses the volume change of the active material.
その一方で、安全性の高い正極活物質として、オリビン構造を有するリチウム含有リン酸化合物(オリビン型リチウム含有リン酸化合物)が注目されている。オリビン型リチウム含有リン酸化合物は、リンと酸素とが共有結合しているため熱的安定性が高く、高温下でも酸素を放出しない。 On the other hand, lithium-containing phosphate compounds having an olivine structure (olivine-type lithium-containing phosphate compounds) have attracted attention as positively active positive electrode active materials. The olivine-type lithium-containing phosphate compound has high thermal stability because phosphorus and oxygen are covalently bonded, and does not release oxygen even at high temperatures.
しかしながら、オリビン型リチウム含有リン酸化合物は、Liイオンの吸蔵・放出電圧が3.4V付近であるため、出力電圧が低い。その欠点を補うために、電極バインダーや電解液等の周辺材料の特性を改良する試みがなされている(特許文献7〜9参照)。 However, the olivine-type lithium-containing phosphate compound has a low output voltage because the Li ion storage / release voltage is around 3.4V. In order to compensate for the drawbacks, attempts have been made to improve the characteristics of peripheral materials such as electrode binders and electrolytes (see Patent Documents 7 to 9).
しかしながら、上記特許文献1〜6に開示されているような電極用バインダーは、リチウム吸蔵量が大きく、しかもリチウムの吸蔵・放出に伴う体積変化が大きいケイ素材料に代表される新たな活物質を実用化するにあたり密着性が十分とは言えなかった。このような電極用バインダーを使用すると、充放電を繰り返すことにより活物質が脱落するなどして電極が劣化するため、実用化に必要な耐久性が十分に得られないという課題があった。 However, electrode binders such as those disclosed in Patent Documents 1 to 6 have a large amount of lithium occlusion and practical use of a new active material typified by a silicon material that has a large volume change due to insertion and extraction of lithium. However, the adhesion was not sufficient. When such an electrode binder is used, the active material falls off due to repeated charge and discharge, and the electrode deteriorates, so that there is a problem that the durability required for practical use cannot be obtained sufficiently.
また、上記特許文献7〜9に開示されているような電極バインダーや電解液等の周辺材料の特性を改良する技術では、オリビン型リチウム含有リン酸化合物を正極活物質とする正極を備えた蓄電デバイスの充放電耐久特性を十分に向上させることは困難であった。 Further, in the technology for improving the characteristics of the peripheral materials such as the electrode binder and the electrolytic solution as disclosed in the above Patent Documents 7 to 9, the electricity storage provided with the positive electrode using the olivine type lithium-containing phosphate compound as the positive electrode active material It has been difficult to sufficiently improve the charge / discharge durability characteristics of the device.
そこで、本発明に係る幾つかの態様は、密着性に優れると共に、良好な充放電耐久特性を示す蓄電デバイス電極を製造可能な蓄電デバイス用組成物を提供する。また、本発明に係る幾つかの態様は、該組成物を含有する蓄電デバイス電極用スラリーを提供する。また、本発明に係る幾つかの態様は、密着性に優れると共に、良好な充放電耐久特性を示す蓄電デバイス電極を提供する。さらに、本発明に係る幾つかの態様は、充放電耐久特性に優れる蓄電デバイスを提供する。 Therefore, some embodiments according to the present invention provide a composition for an electricity storage device that can produce an electricity storage device electrode that has excellent adhesion and exhibits good charge / discharge durability characteristics. In addition, some embodiments according to the present invention provide a slurry for an electricity storage device electrode containing the composition. In addition, some embodiments according to the present invention provide an electricity storage device electrode that exhibits excellent adhesion and exhibits good charge / discharge durability characteristics. Furthermore, some embodiments according to the present invention provide an electricity storage device having excellent charge / discharge durability characteristics.
本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下のいずれかの態様として実現することができる。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as any of the following aspects.
本発明に係る蓄電デバイス用組成物の一態様は、
重合体(A)と、重合体(B)と、液状媒体(C)と、を含有し、
前記重合体(A)中に含まれる繰り返し単位の合計を100質量部としたときに、前記重合体(A)が水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位を50質量部以上含有し、
前記重合体(B)中に含まれる繰り返し単位の合計を100質量部としたときに、前記重合体(B)が水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位を0質量部以上50質量部未満含有する。
One aspect of the composition for an electricity storage device according to the present invention is:
Containing a polymer (A), a polymer (B), and a liquid medium (C),
When the total of repeating units contained in the polymer (A) is 100 parts by mass, the polymer (A) contains 50 parts by mass or more of repeating units derived from an unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group. ,
When the total of repeating units contained in the polymer (B) is 100 parts by mass, the polymer (B) contains 0 to 50 parts by mass of repeating units derived from an unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group. Contains less than part.
前記蓄電デバイス用組成物の一態様において、
前記重合体(A)について、JIS K7121に準拠して示差走査熱量測定(DSC)を行ったときに、−20℃〜80℃の温度範囲において吸熱ピークが観測されることができる。
In one aspect of the composition for an electricity storage device,
When the polymer (A) is subjected to differential scanning calorimetry (DSC) in accordance with JIS K7121, an endothermic peak can be observed in the temperature range of −20 ° C. to 80 ° C.
前記蓄電デバイス用組成物のいずれかの態様において、
前記重合体(A)の、25℃、1気圧における水に対する溶解度が、水100gに対して1g以上であることができる。
In any embodiment of the composition for an electricity storage device,
The solubility of the polymer (A) in water at 25 ° C. and 1 atm can be 1 g or more with respect to 100 g of water.
前記蓄電デバイス用組成物のいずれかの態様において、
前記水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルが、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート及びグリセリンモノ(メタ)アクリレートからなる群より選ばれる少なくとも1種であることができる。
In any embodiment of the composition for an electricity storage device,
The unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group may be at least one selected from the group consisting of hydroxyethyl (meth) acrylate and glycerin mono (meth) acrylate.
前記蓄電デバイス用組成物のいずれかの態様において、
前記重合体(A)が、さらに(メタ)アクリルアミドに由来する繰り返し単位を1〜40質量部含有することができる。
In any embodiment of the composition for an electricity storage device,
The polymer (A) may further contain 1 to 40 parts by mass of a repeating unit derived from (meth) acrylamide.
前記蓄電デバイス用組成物のいずれかの態様において、
前記重合体(B)が、さらに不飽和カルボン酸エステル(前記水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルを除く)に由来する繰り返し単位を50〜100質量部含有することができる。
In any embodiment of the composition for an electricity storage device,
The polymer (B) may further contain 50 to 100 parts by mass of a repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid ester (excluding the unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group).
前記蓄電デバイス用組成物のいずれかの態様において、
前記重合体(B)が、共役ジエン化合物に由来する繰り返し単位20〜70質量部と、不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位0.5〜30質量部と、をさらに含有することができる。
In any embodiment of the composition for an electricity storage device,
The polymer (B) may further contain 20 to 70 parts by mass of a repeating unit derived from a conjugated diene compound and 0.5 to 30 parts by mass of a repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid.
前記蓄電デバイス用組成物のいずれかの態様において、
前記重合体(B)が、さらに(メタ)アクリルアミド化合物に由来する繰り返し単位を1〜30質量部含有することができる。
In any embodiment of the composition for an electricity storage device,
The polymer (B) may further contain 1 to 30 parts by mass of a repeating unit derived from a (meth) acrylamide compound.
前記蓄電デバイス用組成物のいずれかの態様において、
前記重合体(A)の含有量をMa質量部、前記重合体(B)の含有量をMb質量部としたときに、Mb/Maの値が0.5〜5.0であることができる。
In any embodiment of the composition for an electricity storage device,
When the content of the polymer (A) is Ma parts by mass and the content of the polymer (B) is Mb parts by mass, the value of Mb / Ma can be 0.5 to 5.0. .
前記蓄電デバイス用組成物のいずれかの態様において、
前記重合体(B)が粒子であって、その数平均粒子径が50nm以上1000nm以下であることができる。
In any embodiment of the composition for an electricity storage device,
The said polymer (B) is particle | grains, Comprising: The number average particle diameter can be 50 nm or more and 1000 nm or less.
前記蓄電デバイス用組成物のいずれかの態様において、
前記液状媒体(C)が水であることができる。
In any embodiment of the composition for an electricity storage device,
The liquid medium (C) can be water.
本発明に係る蓄電デバイス電極用スラリーの一態様は、
前記いずれかの態様の蓄電デバイス用組成物と、活物質と、を含有する。
One aspect of the slurry for the electricity storage device electrode according to the present invention is:
The power storage device composition according to any one of the above aspects and an active material are contained.
前記蓄電デバイス電極用スラリーの一態様において、
前記活物質としてケイ素材料を含有することができる。
In one embodiment of the slurry for the electricity storage device electrode,
A silicon material can be contained as the active material.
前記蓄電デバイス電極用スラリーの一態様において、
前記活物質として、オリビン型リチウム含有リン酸化合物、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、三元系ニッケルコバルトマンガン酸リチウムからなる群より選ばれる少なくとも1種を含有することができる。
In one embodiment of the slurry for the electricity storage device electrode,
The active material may contain at least one selected from the group consisting of an olivine-type lithium-containing phosphate compound, lithium cobaltate, lithium nickelate, lithium manganate, and ternary nickel cobalt lithium manganate.
本発明に係る蓄電デバイス電極の一態様は、
集電体と、前記集電体の表面上に前記いずれかの態様の蓄電デバイス電極用スラリーが塗布及び乾燥されて形成された活物質層と、を備える。
One aspect of the electricity storage device electrode according to the present invention is:
A current collector, and an active material layer formed by applying and drying the slurry for an electricity storage device electrode according to any one of the above aspects on the surface of the current collector.
本発明に係る蓄電デバイスの一態様は、
前記態様の蓄電デバイス電極を備える。
One aspect of the electricity storage device according to the present invention is:
The electrical storage device electrode of the said aspect is provided.
本発明に係る蓄電デバイス用組成物によれば、密着性に優れているため、良好な充放電耐久特性を示す蓄電デバイス電極を製造することができる。本発明に係る蓄電デバイス用組成物は、蓄電デバイス電極が活物質としてリチウム吸蔵量の大きい材料、例えばグラファイトのような炭素材料やケイ素材料を含有する場合に特に上記の効果を発揮する。また、本発明に係る蓄電デバイス用組成物は、蓄電デバイス電極が活物質としてオリビン型リチウム含有リン酸化合物を含有する場合にも特に上記の効果を発揮する。 According to the composition for an electricity storage device according to the present invention, since the adhesiveness is excellent, an electricity storage device electrode exhibiting good charge / discharge durability characteristics can be produced. The composition for an electricity storage device according to the present invention exhibits the above-described effect particularly when the electricity storage device electrode contains a material having a large lithium storage amount as an active material, for example, a carbon material such as graphite or a silicon material. In addition, the composition for an electricity storage device according to the present invention exhibits the above-described effect even when the electricity storage device electrode contains an olivine type lithium-containing phosphate compound as an active material.
以下、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は、下記に記載された実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形例も含むものとして理解されるべきである。なお、本明細書における「(メタ)アクリル酸〜」とは、「アクリル酸〜」及び「メタクリル酸〜」の双方を包括する概念である。また、「〜(メタ)アクリレート」とは、「〜アクリレート」及び「〜メタクリレート」の双方を包括する概念である。 Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail. It should be understood that the present invention is not limited only to the embodiments described below, and includes various modifications that are implemented within a scope that does not change the gist of the present invention. In this specification, “(meth) acrylic acid” is a concept encompassing both “acrylic acid” and “methacrylic acid”. Further, “˜ (meth) acrylate” is a concept encompassing both “˜acrylate” and “˜methacrylate”.
本明細書において、「〜」を用いて記載された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味である。 In the present specification, a numerical range described using “to” means that numerical values described before and after “to” are included as a lower limit value and an upper limit value.
1.蓄電デバイス用組成物
本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物は、重合体(A)と、重合体(B)と、液状媒体(C)とを含有する。本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物は、活物質同士の結合能力及び活物質と集電体との密着能力並びに粉落ち耐性を向上させた蓄電デバイス電極(活物質層)を作製するための材料として使用することもできるし、充放電に伴って発生するデンドライトに起因する短絡を抑制するための保護膜を形成するための材料として使用することもできる。以下、本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物に含まれる各成分について詳細に説明する。
1. Composition for an electricity storage device The composition for an electricity storage device according to this embodiment contains a polymer (A), a polymer (B), and a liquid medium (C). The composition for an electricity storage device according to this embodiment is for producing an electricity storage device electrode (active material layer) with improved binding ability between active materials, adhesion ability between an active material and a current collector, and powder fall resistance. It can also be used as a material, and can also be used as a material for forming a protective film for suppressing a short circuit caused by dendrites generated in association with charge and discharge. Hereafter, each component contained in the composition for electrical storage devices which concerns on this embodiment is demonstrated in detail.
1.1.重合体(A)
本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物に含まれる重合体(A)は、液状媒体(C)中に分散されたラテックス状であってもよいし、液状媒体(C)中に溶解された状態であってもよいが、液状媒体(C)中に溶解された状態であることが好ましい。重合体(A)が液状媒体(C)中に溶解した状態であると、活物質と混合して作製される蓄電デバイス電極用スラリー(以下、単に「スラリー」ともいう。)の安定性が良好となり、またスラリーの集電体への塗布性が良好となるため好ましい。
1.1. Polymer (A)
The polymer (A) contained in the composition for an electricity storage device according to the present embodiment may be in a latex form dispersed in the liquid medium (C), or may be dissolved in the liquid medium (C). Although it may be, it is preferable that it is the state melt | dissolved in the liquid medium (C). When the polymer (A) is in a state dissolved in the liquid medium (C), the stability of the slurry for an electricity storage device electrode (hereinafter, also simply referred to as “slurry”) produced by mixing with the active material is good. In addition, the coating property of the slurry to the current collector is favorable, which is preferable.
重合体(A)は、水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位(a1)(以下、「繰り返し単位(a1)」ともいう。)を、重合体(A)中の繰り返し単位の合計を100質量部とした場合に50質量部以上含有する。また、重合体(A)は、繰り返し単位(a1)の他に、それと共重合可能な他の単量体に由来する繰り返し単位を含有してもよい。他の単量体としては、例えば、(メタ)アクリルアミド、不飽和カルボン酸、不飽和カルボン酸エステル(水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルを除く)、α,β−不飽和ニトリル化合物、カチオン性単量体、共役ジエン化合物、芳香族ビニル化合物等が挙げられる。 In the polymer (A), the repeating unit (a1) derived from the unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group (hereinafter also referred to as “repeating unit (a1)”) is the total of the repeating units in the polymer (A). Is contained in an amount of 50 parts by mass or more. In addition to the repeating unit (a1), the polymer (A) may contain a repeating unit derived from another monomer copolymerizable therewith. Other monomers include, for example, (meth) acrylamide, unsaturated carboxylic acid, unsaturated carboxylic acid ester (excluding unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group), α, β-unsaturated nitrile compound, cationic monomer Examples thereof include a monomer, a conjugated diene compound, and an aromatic vinyl compound.
以下、重合体(A)を構成する繰り返し単位、重合体(A)の特性、重合体(A)の合成方法の順に説明する。 Hereinafter, the repeating unit constituting the polymer (A), the characteristics of the polymer (A), and the synthesis method of the polymer (A) will be described in this order.
1.1.1.重合体(A)を構成する繰り返し単位
<水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位>
重合体(A)は、水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位を、重合体(A)中の繰り返し単位の合計を100質量部とした場合に50質量部以上含有するが、好ましくは51質量部以上であり、より好ましくは55質量部以上であり、特に好ましくは60〜100質量部である。重合体(A)が水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位を前記範囲で含有することにより、活物質やフィラーの分散性が良好となり、均一な活物質層または保護膜の作製が可能となるため構造欠陥がなくなり、良好な充放電特性を示す。さらに水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位を前記範囲で含有することにより、活物質の表面が重合体(A)によってコーティングされて、充放電時の活物質の膨張を抑制できるため、良好な充放電耐久特性を示すようになる。
1.1.1. Repeating unit constituting polymer (A) <Repeating unit derived from unsaturated carboxylic acid ester having hydroxyl group>
The polymer (A) contains 50 parts by mass or more of repeating units derived from an unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group, where the total number of repeating units in the polymer (A) is 100 parts by mass. Is 51 parts by mass or more, more preferably 55 parts by mass or more, and particularly preferably 60 to 100 parts by mass. When the polymer (A) contains a repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group within the above range, the dispersibility of the active material and filler becomes good, and a uniform active material layer or protective film can be produced. As a result, structural defects are eliminated and good charge / discharge characteristics are exhibited. Furthermore, by containing the repeating unit derived from the unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group within the above range, the surface of the active material is coated with the polymer (A), and the expansion of the active material during charging / discharging can be suppressed. Good charge / discharge durability characteristics are exhibited.
水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルとしては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、5−ヒドロキシペンチル(メタ)アクリレート、6−ヒドロキシヘキシル(メタ)アクリレート、グリセリンモノ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート等が挙げられる。これらの中でも、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、グリセリンモノメタクリレートが好ましい。なお、これらの単量体は、1種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。 Examples of the unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group include 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, 3-hydroxypropyl (meth) acrylate, 4-hydroxybutyl (meth) acrylate, 5 -Hydroxypentyl (meth) acrylate, 6-hydroxyhexyl (meth) acrylate, glycerol mono (meth) acrylate, glycerol di (meth) acrylate and the like. Among these, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate and glycerin monomethacrylate are preferable. In addition, these monomers may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.
<(メタ)アクリルアミドに由来する繰り返し単位>
重合体(A)は、さらに(メタ)アクリルアミドに由来する繰り返し単位を含有することが好ましい。重合体(A)が(メタ)アクリルアミドに由来する繰り返し単位を含有する場合、(メタ)アクリルアミドに由来する繰り返し単位の含有割合の下限としては、重合体(A)中の繰り返し単位の合計を100質量部とした場合に、好ましくは1質量部であり、より好ましくは3質量部であり、特に好ましくは5質量部である。(メタ)アクリルアミドに由来する繰り返し単位の含有割合の上限としては、好ましくは40質量部であり、より好ましくは35質量部である。(メタ)アクリルアミドに由来する繰り返し単位の含有割合が前記範囲内にあると、得られる重合体(A)のガラス転移温度(Tg)が好適となる。その結果、グラファイトのような炭素材料やケイ素材料を含有する活物質同士の結合能力を高めることができる。また、得られる活物質層は、柔軟性や集電体に対する密着能力がより良好なものとなる。重合体(A)のTgが好適となるため、得られる活物質層の柔軟性が適度となり、集電体と活物質層との密着能力が良好となる。
<Repeating unit derived from (meth) acrylamide>
The polymer (A) preferably further contains a repeating unit derived from (meth) acrylamide. When the polymer (A) contains a repeating unit derived from (meth) acrylamide, the lower limit of the content ratio of the repeating unit derived from (meth) acrylamide is 100 as the total of repeating units in the polymer (A). When it is set as a mass part, Preferably it is 1 mass part, More preferably, it is 3 mass parts, Most preferably, it is 5 mass parts. As an upper limit of the content rate of the repeating unit derived from (meth) acrylamide, Preferably it is 40 mass parts, More preferably, it is 35 mass parts. When the content ratio of the repeating unit derived from (meth) acrylamide is within the above range, the glass transition temperature (Tg) of the resulting polymer (A) is suitable. As a result, it is possible to enhance the binding ability between active materials containing a carbon material such as graphite or a silicon material. Further, the obtained active material layer has better flexibility and adhesion ability to the current collector. Since Tg of a polymer (A) becomes suitable, the softness | flexibility of the active material layer obtained becomes moderate, and the adhesiveness of an electrical power collector and an active material layer becomes favorable.
(メタ)アクリルアミドとしては、例えば、アクリルアミド、メタクリルアミド、N−イソプロピルアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N,N−ジメチルメタクリルアミド、N,N−ジエチルアクリルアミド、N,N−ジエチルメタクリルアミド、N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、N,N−ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、マレイン酸アミド、アクリルアミドt−ブチルスルホン酸等が挙げられる。これらの(メタ)アクリルアミドは、1種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。 Examples of (meth) acrylamide include acrylamide, methacrylamide, N-isopropylacrylamide, N, N-dimethylacrylamide, N, N-dimethylmethacrylamide, N, N-diethylacrylamide, N, N-diethylmethacrylamide, N , N-dimethylaminopropyl acrylamide, N, N-dimethylaminopropyl methacrylamide, N-methylol methacrylamide, N-methylol acrylamide, diacetone acrylamide, maleic amide, acrylamide t-butyl sulfonic acid and the like. These (meth) acrylamides may be used alone or in combination of two or more.
<その他の繰り返し単位>
重合体(A)は上記の繰り返し単位の他に、これらと共重合可能な他の単量体に由来する繰り返し単位を含有してもよい。このような単量体としては、不飽和カルボン酸、不飽和カルボン酸エステル(上記水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルを除く)、α,β−不飽和ニトリル化合物、共役ジエン化合物、芳香族ビニル化合物、カチオン性単量体等が挙げられる。
<Other repeating units>
The polymer (A) may contain, in addition to the above repeating units, repeating units derived from other monomers copolymerizable therewith. Examples of such monomers include unsaturated carboxylic acids, unsaturated carboxylic acid esters (excluding the above unsaturated carboxylic acid esters having a hydroxyl group), α, β-unsaturated nitrile compounds, conjugated diene compounds, and aromatic vinyl compounds. And cationic monomers.
不飽和カルボン酸の具体例としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等のモノまたはジカルボン酸を挙げることができ、これらから選択される1種以上であることができる。 Specific examples of the unsaturated carboxylic acid include mono- or dicarboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, and one or more selected from these. Can be.
不飽和カルボン酸エステル(上記水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルを除く)としては、(メタ)アクリレートが好ましい。(メタ)アクリレートの具体例としては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−プロピル(メタ)アクリレート、i−プロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、i−ブチル(メタ)アクリレート、n−アミル(メタ)アクリレート、i−アミル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、ノニル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、アリル(メタ)アクリレート、エチレンジ(メタ)アクリレートなどを挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上であることができる。 As unsaturated carboxylic acid ester (except the unsaturated carboxylic acid ester which has the said hydroxyl group), (meth) acrylate is preferable. Specific examples of (meth) acrylate include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-propyl (meth) acrylate, i-propyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, i-butyl ( (Meth) acrylate, n-amyl (meth) acrylate, i-amyl (meth) acrylate, hexyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, octyl (meth) acrylate, nonyl (meth) Acrylate, decyl (meth) acrylate, ethylene glycol di (meth) acrylate, propylene glycol di (meth) acrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate, pentaerythritol tetra (meth) acrylate, di Pentaerythritol hexa (meth) acrylate, allyl (meth) acrylate, and the like can be illustrated ethylene di (meth) acrylate, can be at least one selected from among these.
α,β−不飽和ニトリル化合物の具体例としては、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、α−クロルアクリロニトリル、α−エチルアクリロニトリル、シアン化ビニリデン等を挙げることができ、これらから選択される1種以上であることができる。これらのうち、アクリロニトリル及びメタクリロニトリルから選択される1種以上であることが好ましく、アクリロニトリルであることが特に好ましい。 Specific examples of the α, β-unsaturated nitrile compound include acrylonitrile, methacrylonitrile, α-chloroacrylonitrile, α-ethylacrylonitrile, vinylidene cyanide, and the like. be able to. Of these, at least one selected from acrylonitrile and methacrylonitrile is preferable, and acrylonitrile is particularly preferable.
共役ジエン化合物の具体例としては、1,3−ブタジエン、2−メチル−1,3−ブタジエン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、2−クロル−1,3−ブタジエン、置換直鎖共役ペンタジエン類、置換及び側鎖共役ヘキサジエン類などを挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上であることができる。これらの中でも、1,3−ブタジエンであることが特に好ましい。 Specific examples of the conjugated diene compound include 1,3-butadiene, 2-methyl-1,3-butadiene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 2-chloro-1,3-butadiene, and substituted linear chains. Examples thereof include conjugated pentadienes, substituted and side chain conjugated hexadienes, and can be one or more selected from these. Among these, 1,3-butadiene is particularly preferable.
芳香族ビニル化合物の具体例としては、スチレン、α−メチルスチレン、p−メチルスチレン、ビニルトルエン、クロルスチレン、ジビニルベンゼンなどを挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上であることができる。これらの中でも、スチレンであることが特に好ましい。 Specific examples of the aromatic vinyl compound include styrene, α-methylstyrene, p-methylstyrene, vinyltoluene, chlorostyrene, divinylbenzene, and the like. Can do. Among these, styrene is particularly preferable.
カチオン性単量体としては、第二級アミン(塩)、第三級アミン(塩)及び第四級アンモニウム塩よりなる群から選択される少なくとも1種の単量体であることが好ましい。これらカチオン性単量体の具体例としては、(メタ)アクリル酸2−(ジメチルアミノ)エチル、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート塩化メチル4級塩、(メタ)アクリル酸2−(ジエチルアミノ)エチル、(メタ)アクリル酸3−(ジメチルアミノ)プロピル、(メタ)アクリル酸3−(ジエチルアミノ)プロピル、(メタ)アクリル酸4−(ジメチルアミノ)フェニル、(メタ)アクリル酸2−[(3,5−ジメチルピラゾリル)カルボニルアミノ]エチル、(メタ)アクリル酸2−(0−[1’−メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ)エチル、(メタ)アクリル酸2−(1−アジリジニル)エチル、
メタクロイルコリンクロリド、イソシアヌル酸トリス(2−アクリロイルオキシエチル)、2−ビニルピリジン、キナルジンレッド、1,2−ジ(2−ピリジル)エチレン、4’−ヒドラジノ−2−スチルバゾール二塩酸塩水和物、4−(4−ジメチルアミノスチリル)キノリン、1−ビニルイミダゾール、ジアリルアミン、ジアリルアミン塩酸塩、トリアリルアミン、ジアリルジメチルアンモニウムクロリド、ジクロルミド、N−アリルベンジルアミン、N−アリルアニリン、2,4−ジアミノ−6−ジアリルアミノ−1,3,5−トリアジン、N−trans−シンナミル−N−メチル−(1−ナフチルメチル)アミン塩酸塩、trans−N−(6,6−ジメチル−2−ヘプテン−4−イニル)−N−メチル−1−ナフチルメチルアミン塩酸塩等が挙げられる。これらの単量体は、1種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。
The cationic monomer is preferably at least one monomer selected from the group consisting of secondary amines (salts), tertiary amines (salts), and quaternary ammonium salts. Specific examples of these cationic monomers include (meth) acrylic acid 2- (dimethylamino) ethyl, dimethylaminoethyl (meth) acrylate methyl chloride quaternary salt, (meth) acrylic acid 2- (diethylamino) ethyl, (Meth) acrylic acid 3- (dimethylamino) propyl, (meth) acrylic acid 3- (diethylamino) propyl, (meth) acrylic acid 4- (dimethylamino) phenyl, (meth) acrylic acid 2-[(3,5 -Dimethylpyrazolyl) carbonylamino] ethyl, 2- (0- [1'-methylpropylideneamino] carboxyamino) ethyl (meth) acrylate, 2- (1-aziridinyl) ethyl (meth) acrylate,
Methacryloylcholine chloride, isocyanuric acid tris (2-acryloyloxyethyl), 2-vinylpyridine, quinaldine red, 1,2-di (2-pyridyl) ethylene, 4'-hydrazino-2-stilbazole dihydrochloride hydrate 4- (4-dimethylaminostyryl) quinoline, 1-vinylimidazole, diallylamine, diallylamine hydrochloride, triallylamine, diallyldimethylammonium chloride, dichlormide, N-allylbenzylamine, N-allylaniline, 2,4-diamino- 6-diallylamino-1,3,5-triazine, N-trans-cinnamyl-N-methyl- (1-naphthylmethyl) amine hydrochloride, trans-N- (6,6-dimethyl-2-heptene-4- Inyl) -N-methyl-1-naphthylmethylamine Examples include hydrochloride. These monomers may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.
1.1.2.重合体(A)の特性
<水に対する溶解度>
重合体(A)は、水溶性重合体であることが好ましい。重合体(A)が水溶性重合体であると、活物質の表面が重合体(A)によってコーティングされやすくなる。その結果、充放電時の活物質の膨張を抑制できるため、良好な充放電耐久特性を示す蓄電デバイスが得られやすい。なお、本発明における「水溶性重合体」とは、25℃、1気圧における水に対する溶解度が、水100gに対し1g以上である重合体のことをいう。
1.1.2. Characteristics of polymer (A) <Solubility in water>
The polymer (A) is preferably a water-soluble polymer. When the polymer (A) is a water-soluble polymer, the surface of the active material is easily coated with the polymer (A). As a result, since the expansion of the active material during charging / discharging can be suppressed, it is easy to obtain an electricity storage device that exhibits good charge / discharge durability characteristics. The “water-soluble polymer” in the present invention refers to a polymer having a solubility in water of 1 g or more with respect to 100 g of water at 25 ° C. and 1 atm.
<吸熱特性>
重合体(A)は、JIS K7121に準拠して示差走査熱量測定(DSC)を行ったときに、−20℃〜80℃の温度範囲における吸熱ピークが観測されることが好ましい。このような重合体(A)は、ガラス転移温度(Tg)が低いために、グラファイトのような炭素材料やケイ素材料を含有する活物質同士の結合能力を高めることができ、また得られる活物質層の柔軟性が適度となり、集電体と活物質層との密着能力が良好となる。
<Endothermic characteristics>
When the polymer (A) is subjected to differential scanning calorimetry (DSC) according to JIS K7121, it is preferable that an endothermic peak in a temperature range of −20 ° C. to 80 ° C. is observed. Since such a polymer (A) has a low glass transition temperature (Tg), it is possible to increase the bonding ability between active materials containing carbon materials such as graphite and silicon materials, and the active materials obtained The flexibility of the layer becomes appropriate, and the adhesion ability between the current collector and the active material layer becomes good.
<重量平均分子量(Mw)>
重合体(A)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法によるポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)が1,000以上であることが好ましく、10,000以上であることがより好ましく、100,000以上であることが特に好ましい。重合体(A)の重量平均分子量(Mw)が前記範囲であると、密着性が良好となり、充放電特性に優れた蓄電デバイスが得られやすい。
<Weight average molecular weight (Mw)>
The polymer (A) preferably has a polystyrene equivalent weight average molecular weight (Mw) by a gel permeation chromatography (GPC) method of 1,000 or more, more preferably 10,000 or more, It is especially preferable that it is 000 or more. When the weight average molecular weight (Mw) of the polymer (A) is in the above range, the adhesion becomes good, and an electricity storage device excellent in charge / discharge characteristics is easily obtained.
1.1.3.重合体(A)の合成方法
重合体(A)の合成方法は、特に制限されないが、水を主成分とした溶媒中で公知の連鎖移動剤、重合開始剤などの存在下で行う重合が好ましい。特に好ましい重合形態は水溶液重合である。重合体(A)の合成時に用いる連鎖移動剤は、水溶性連鎖移動剤が好ましく、例えば、次亜リン酸塩類、亜リン酸類、チオール類、第2級アルコール類、アミン類等が挙げられる。特に、メルカプト酢酸、2−メルカプトこはく酸、3−メルカプトプロピオン酸、3−メルカプト−1,2−プロパンジオールなどのチオール類が好ましい。これらの水溶性連鎖移動剤は、単独で用いても、2種以上を併用しても良い。連鎖移動剤の使用量は、重合させる単量体の全質量100質量部に対して、5.0質量部以下であることが好ましい。
1.1.3. Method for synthesizing polymer (A) The method for synthesizing polymer (A) is not particularly limited, but polymerization performed in the presence of a known chain transfer agent, polymerization initiator, etc. in a solvent containing water as a main component is preferable. . A particularly preferred polymerization form is aqueous solution polymerization. The chain transfer agent used in the synthesis of the polymer (A) is preferably a water-soluble chain transfer agent, and examples thereof include hypophosphites, phosphorous acids, thiols, secondary alcohols, amines and the like. In particular, thiols such as mercaptoacetic acid, 2-mercaptosuccinic acid, 3-mercaptopropionic acid, and 3-mercapto-1,2-propanediol are preferred. These water-soluble chain transfer agents may be used alone or in combination of two or more. The amount of the chain transfer agent used is preferably 5.0 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the total mass of monomers to be polymerized.
重合体(A)の合成時に用いる重合開始剤は、水溶性ラジカル開始剤が好ましく、過硫酸リチウム、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩や4,4’−アゾビス(4−シアノ吉草酸)等の水溶性アゾ系開始剤が特に好ましい。重合開始剤の使用量は、重合させる単量体の全質量100質量部に対して、0.1〜5.0質量部であることが好ましい。 The polymerization initiator used in the synthesis of the polymer (A) is preferably a water-soluble radical initiator, and is a persulfate such as lithium persulfate, potassium persulfate, sodium persulfate, ammonium persulfate, or 4,4′-azobis (4 Water-soluble azo initiators such as -cyanovaleric acid) are particularly preferred. It is preferable that the usage-amount of a polymerization initiator is 0.1-5.0 mass parts with respect to 100 mass parts of total mass of the monomer to superpose | polymerize.
重合体(A)合成時の重合温度は特に制限されないが、製造時間や単量体の共重合体への転化率(反応率)などを考慮に入れると30〜95℃の範囲で合成することが好ましく、50〜85℃がより好ましい。また、重合時には製造安定性を向上する目的でpH調整剤や金属イオン封止剤であるEDTAもしくはその塩などを使用することも可能である。 The polymerization temperature during the synthesis of the polymer (A) is not particularly limited, but it should be synthesized in the range of 30 to 95 ° C. in consideration of the production time and the conversion rate (reaction rate) of the monomer to the copolymer. Is preferable, and 50-85 degreeC is more preferable. Further, at the time of polymerization, it is also possible to use a pH adjuster, EDTA which is a metal ion sealing agent or a salt thereof for the purpose of improving production stability.
また、重合前もしくは重合後に、アンモニアや有機アミン、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム等の一般的な中和剤でpH調整を行ってもよく、その場合にはpHを5〜11の範囲に調整することが好ましい。金属イオン封止剤であるEDTAもしくはその塩などを使用することも可能である。 Further, before or after the polymerization, the pH may be adjusted with a general neutralizing agent such as ammonia, organic amine, potassium hydroxide, sodium hydroxide, or lithium hydroxide. It is preferable to adjust to the range. It is also possible to use EDTA which is a metal ion sealing agent or a salt thereof.
1.2.重合体(B)
本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物に含まれる重合体(B)は、液状媒体(C)中に分散されたラテックス状であってもよいし、液状媒体(C)中に溶解された状態であってもよいが、液状媒体(C)中に重合体(B)の粒子が分散されたラテックス状であることが好ましい。重合体(B)が液状媒体(C)中に分散されたラテックス状であると、活物質と混合して作製されるスラリーの安定性が良好となり、またスラリーの集電体への塗布性が良好となるため好ましい。
1.2. Polymer (B)
The polymer (B) contained in the composition for an electricity storage device according to the present embodiment may be in a latex form dispersed in the liquid medium (C), or may be dissolved in the liquid medium (C). However, it is preferably a latex in which the particles of the polymer (B) are dispersed in the liquid medium (C). When the polymer (B) is in the form of a latex dispersed in the liquid medium (C), the stability of the slurry prepared by mixing with the active material is improved, and the applicability of the slurry to the current collector is improved. Since it becomes favorable, it is preferable.
重合体(B)は、水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位(a1)を、重合体(B)中の繰り返し単位の合計を100質量部とした場合に0質量部以上50質量部未満含有する。また、重合体(B)は、他の単量体に由来する繰り返し単位を含有してもよい。他の単量体としては、例えば、不飽和カルボン酸エステル(水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルを除く)、共役ジエン化合物、不飽和カルボン酸、(メタ)アクリルアミド、芳香族ビニル化合物、α,β−不飽和ニトリル化合物、その他の単量体等が挙げられる。 The polymer (B) has a repeating unit (a1) derived from an unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group, and when the total number of repeating units in the polymer (B) is 100 parts by mass, it is 0 to 50 parts by mass. Contains less than part. Moreover, a polymer (B) may contain the repeating unit derived from another monomer. Examples of other monomers include unsaturated carboxylic acid esters (excluding unsaturated carboxylic acid esters having a hydroxyl group), conjugated diene compounds, unsaturated carboxylic acids, (meth) acrylamides, aromatic vinyl compounds, α, β -An unsaturated nitrile compound, other monomers, etc. are mentioned.
以下、重合体(B)を構成する繰り返し単位、重合体(B)の特性、重合体(B)の合成方法の順に説明する。 Hereinafter, the repeating unit constituting the polymer (B), the characteristics of the polymer (B), and the synthesis method of the polymer (B) will be described in this order.
1.2.1.重合体(B)を構成する繰り返し単位
<水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位>
重合体(B)は、水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位を、重合体(B)中の繰り返し単位の合計を100質量部とした場合に、0質量部以上50質量部未満含有する。水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位の含有割合の下限としては、好ましくは1質量部であり、より好ましくは3質量部である。水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位の含有割合の上限としては、好ましくは50質量部であり、より好ましくは40質量部であり、特に好ましくは30質量部である。重合体(B)が水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位を前記範囲で含有することにより、後述するスラリーを作製する際に、活物質を凝集させることなく、活物質が良好に分散されたスラリーを作製することができる。これにより、スラリーを塗布・乾燥して作製された活物質層中に重合体(B)が均一に近い分布となるので、結着欠陥が非常に少ない蓄電デバイス電極を作製することができる。すなわち、活物質同士の結合能力及び活物質層と集電体との密着能力を飛躍的に向上できる。なお、水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルの例示については、重合体(A)と同様である。
1.2.1. Repeating unit constituting polymer (B) <Repeating unit derived from unsaturated carboxylic acid ester having hydroxyl group>
When the polymer (B) is a repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group and the total number of repeating units in the polymer (B) is 100 parts by mass, it is 0 to 50 parts by mass. contains. As a minimum of the content rate of the repeating unit originating in the unsaturated carboxylic acid ester which has a hydroxyl group, Preferably it is 1 mass part, More preferably, it is 3 mass parts. The upper limit of the content ratio of the repeating unit derived from the unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group is preferably 50 parts by mass, more preferably 40 parts by mass, and particularly preferably 30 parts by mass. When the polymer (B) contains a repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group in the above range, the active material is excellent without agglomerating the active material when a slurry described later is prepared. A dispersed slurry can be made. As a result, the polymer (B) has a nearly uniform distribution in the active material layer produced by applying and drying the slurry, so that an electricity storage device electrode with very few binding defects can be produced. That is, the ability to bond active materials and the ability to adhere the active material layer and the current collector can be dramatically improved. In addition, about the illustration of unsaturated carboxylic acid ester which has a hydroxyl group, it is the same as that of a polymer (A).
<不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位>
重合体(B)が不飽和カルボン酸エステル(上記水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルを除く)に由来する繰り返し単位を有する場合には、電解液との親和性が良好となり、蓄電デバイス中で重合体(B)が電気抵抗成分となることによる内部抵抗の上昇を抑制
すると共に、電解液を過大に吸収することによる密着性の低下を防ぐことができる。
<Repeating unit derived from unsaturated carboxylic acid ester>
When the polymer (B) has a repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid ester (excluding the above unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group), the affinity with the electrolytic solution is good, and the polymer (B) is heavy in the electricity storage device. While suppressing an increase in internal resistance due to the combined (B) becoming an electrical resistance component, it is possible to prevent a decrease in adhesion due to excessive absorption of the electrolytic solution.
不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位の含有割合は、重合体(B)中の繰り返し単位の合計を100質量部とした場合に、下限としては、0質量部であることが好ましく、1質量部であることがより好ましい。上限としては、50質量部であることが好ましく、45質量部であることがより好ましく、40質量部であることが特に好ましい。不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位の含有割合が前記範囲内にあると、得られる重合体(B)は電解液との親和性がより良好となり、蓄電デバイス中で重合体(B)が電気抵抗成分となることによる内部抵抗の上昇を抑制すると共に、電解液を過大に吸収することによる密着性の低下を防ぐことができる。なお、不飽和カルボン酸エステルの例示については、重合体(A)と同様である。 The content ratio of the repeating unit derived from the unsaturated carboxylic acid ester is preferably 0 part by mass as the lower limit when the total number of repeating units in the polymer (B) is 100 parts by mass. More preferably, it is a part. As an upper limit, it is preferable that it is 50 mass parts, It is more preferable that it is 45 mass parts, It is especially preferable that it is 40 mass parts. When the content ratio of the repeating unit derived from the unsaturated carboxylic acid ester is within the above range, the obtained polymer (B) has better affinity with the electrolytic solution, and the polymer (B) is contained in the electricity storage device. While suppressing an increase in internal resistance due to the electrical resistance component, it is possible to prevent a decrease in adhesion due to excessive absorption of the electrolyte. In addition, about illustration of unsaturated carboxylic acid ester, it is the same as that of a polymer (A).
<共役ジエン化合物に由来する繰り返し単位>
重合体(B)が共役ジエン化合物に由来する繰り返し単位を有する場合には、粘弾性及び強度に優れた重合体を製造することが容易となる。すなわち、重合体(B)が共役ジエン化合物に由来する繰り返し単位を有すると、得られる重合体に強い結着力を付与することができる。共役ジエン化合物に由来するゴム弾性が重合体に付与されるため、グラファイトのような炭素材料やケイ素材料を含有する活物質の体積収縮や体積膨張等の変化に追従することが可能となる。これにより、さらに密着性を向上させて、さらには長期に亘り充放電耐久特性を向上できると考えられる。
<Repeating unit derived from conjugated diene compound>
When the polymer (B) has a repeating unit derived from a conjugated diene compound, it becomes easy to produce a polymer excellent in viscoelasticity and strength. That is, when the polymer (B) has a repeating unit derived from a conjugated diene compound, a strong binding force can be imparted to the resulting polymer. Since rubber elasticity derived from the conjugated diene compound is imparted to the polymer, it is possible to follow changes such as volume shrinkage and volume expansion of an active material containing a carbon material such as graphite or a silicon material. Thereby, it is considered that the adhesion can be further improved and the charge / discharge durability characteristics can be further improved over a long period of time.
共役ジエン化合物に由来する繰り返し単位の含有割合は、重合体(B)中の繰り返し単位の合計を100質量部とした場合に、下限としては、20質量部であることが好ましく、25質量部であることがより好ましく、30質量部であることが特に好ましい。上限としては、70質量部であることが好ましく、65質量部であることがより好ましく、60質量部であることが特に好ましい。共役ジエン化合物に由来する繰り返し単位の含有割合が前記範囲にあると、粘弾性及び強度に優れた重合体を容易に製造することができる。なお、共役ジエン化合物の例示については、重合体(A)と同様である。 The content ratio of the repeating unit derived from the conjugated diene compound is preferably 20 parts by mass as a lower limit when the total number of repeating units in the polymer (B) is 100 parts by mass, and 25 parts by mass. More preferably, it is 30 parts by mass. As an upper limit, it is preferable that it is 70 mass parts, It is more preferable that it is 65 mass parts, It is especially preferable that it is 60 mass parts. When the content ratio of the repeating unit derived from the conjugated diene compound is in the above range, a polymer excellent in viscoelasticity and strength can be easily produced. In addition, about the illustration of a conjugated diene compound, it is the same as that of a polymer (A).
<不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位>
重合体(B)が不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位を有する場合には、重合体(B)の密着性を向上させることができる。不飽和カルボン酸の具体例としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等のモノまたはジカルボン酸を挙げることができ、これらから選択される1種以上であることができる。なお、重合体(B)は、上記例示した不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位を二種類以上有することが好ましく、アクリル酸、メタクリル酸等のモノカルボン酸の1種以上と、フマル酸、イタコン酸等のジカルボン酸の1種以上と、を併用することがより好ましい。モノカルボン酸はケイ素材料を含有する活物質同士の結合能力を向上させる効果を高めることができ、ジカルボン酸は活物質層と集電体との密着能力を向上させる効果を高めることができる。そのため、モノカルボン酸とジカルボン酸とを併用することで、重合体(B)の密着性を飛躍的に高めることができる。
<Repeating unit derived from unsaturated carboxylic acid>
When the polymer (B) has a repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid, the adhesion of the polymer (B) can be improved. Specific examples of the unsaturated carboxylic acid include mono- or dicarboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, and one or more selected from these. Can do. The polymer (B) preferably has two or more types of repeating units derived from the unsaturated carboxylic acids exemplified above, one or more of monocarboxylic acids such as acrylic acid and methacrylic acid, fumaric acid, and itacone. More preferably, one or more dicarboxylic acids such as acids are used in combination. The monocarboxylic acid can enhance the effect of improving the binding ability between the active materials containing the silicon material, and the dicarboxylic acid can enhance the effect of improving the adhesion ability between the active material layer and the current collector. Therefore, the adhesiveness of a polymer (B) can be improved greatly by using together monocarboxylic acid and dicarboxylic acid.
不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位の含有割合は、重合体(B)中の繰り返し単位の合計を100質量部とした場合に、下限としては、0.5質量部であることが好ましく、1質量部であることがより好ましい。上限としては、30質量部であることが好ましく、28質量部であることがより好ましく、25質量部であることが特に好ましい。不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位の含有割合が前記範囲にあると、重合体(B)は、ケイ素材料を含有する活物質などの極性官能基を表面に有する活物質同士の結着能力、及び/又は活物質層と集電体との密着能力が良好となる。また、スラリー調製時において、活物質の分散安定性が良好となるため、凝集物が生じにくく、経時的なスラリー粘度の上
昇を抑えることができる。
The content ratio of the repeating unit derived from the unsaturated carboxylic acid is preferably 0.5 parts by mass as a lower limit when the total number of repeating units in the polymer (B) is 100 parts by mass. More preferably, it is part by mass. As an upper limit, it is preferable that it is 30 mass parts, It is more preferable that it is 28 mass parts, It is especially preferable that it is 25 mass parts. When the content ratio of the repeating unit derived from the unsaturated carboxylic acid is in the above range, the polymer (B) has a binding ability between active materials having polar functional groups such as an active material containing a silicon material on the surface, And / or the adhesion | attachment capability of an active material layer and an electrical power collector becomes favorable. In addition, when the slurry is prepared, the dispersion stability of the active material is improved, so that agglomerates are hardly generated, and an increase in the slurry viscosity over time can be suppressed.
<(メタ)アクリルアミドに由来する繰り返し単位>
重合体(B)は、(メタ)アクリルアミドに由来する繰り返し単位を有してもよい。重合体(B)が(メタ)アクリルアミドに由来する繰り返し単位を有する場合、(メタ)アクリルアミドに由来する繰り返し単位の含有割合は、重合体(B)中の繰り返し単位の合計を100質量部とした場合に、下限としては、0質量部であることが好ましく、1質量部であることがより好ましい。上限としては、30質量部であることが好ましく、25質量部であることがより好ましく、20質量部であることが特に好ましい。(メタ)アクリルアミドに由来する繰り返し単位の含有割合が前記範囲にあると、重合体(B)は、ケイ素材料を含有する活物質などの極性官能基を表面に有する活物質同士の結着能力、及び活物質層と集電体との密着能力の両方が良好となる。また、スラリー調製時において、活物質の分散安定性が良好となるため、凝集物が生じにくく、経時的なスラリー粘度の上昇も抑えることができる。これにより、活物質層を均質に形成することが可能となり、活物質層に均一に電位が印加されるなどして活物質層の劣化進行を抑制することができる。
<Repeating unit derived from (meth) acrylamide>
The polymer (B) may have a repeating unit derived from (meth) acrylamide. When the polymer (B) has a repeating unit derived from (meth) acrylamide, the content ratio of the repeating unit derived from (meth) acrylamide is 100 parts by mass of the total repeating units in the polymer (B). In this case, the lower limit is preferably 0 part by mass, and more preferably 1 part by mass. As an upper limit, it is preferable that it is 30 mass parts, It is more preferable that it is 25 mass parts, It is especially preferable that it is 20 mass parts. When the content ratio of the repeating unit derived from (meth) acrylamide is in the above range, the polymer (B) has a binding ability between active materials having a polar functional group such as an active material containing a silicon material on the surface, In addition, both the adhesion capability between the active material layer and the current collector are improved. Moreover, since the dispersion stability of the active material is improved during slurry preparation, aggregates are hardly generated, and an increase in slurry viscosity over time can be suppressed. Accordingly, the active material layer can be formed uniformly, and the progress of deterioration of the active material layer can be suppressed by applying a potential uniformly to the active material layer.
<芳香族ビニル化合物に由来する繰り返し単位>
重合体(B)が芳香族ビニル化合物に由来する繰り返し単位を有する場合には、重合体(B)のガラス転移温度(Tg)が好適となるため、得られる活物質層の柔軟性が適度となり、集電体と活物質層との密着能力が良好となる。
<Repeating unit derived from aromatic vinyl compound>
When the polymer (B) has a repeating unit derived from an aromatic vinyl compound, since the glass transition temperature (Tg) of the polymer (B) is suitable, the flexibility of the obtained active material layer becomes appropriate. The adhesion ability between the current collector and the active material layer becomes good.
芳香族ビニル化合物に由来する繰り返し単位の含有割合は、重合体(B)中の繰り返し単位の合計を100質量部とした場合に、下限としては、10質量部であることが好ましく、15質量部であることがより好ましく、20質量部であることが特に好ましい。上限としては、60質量部であることが好ましく、55質量部であることがより好ましく、50質量部であることが特に好ましい。芳香族ビニル化合物に由来する繰り返し単位の含有割合が前記範囲にあると、得られる重合体のTgが好適となりやすい。その結果、グラファイトのような炭素材料やケイ素材料を含有する活物質同士の結合能力を高めることができる。また、得られる活物質層は、柔軟性や集電体に対する密着能力がより良好なものとなる。なお、芳香族ビニル化合物の例示については、重合体(A)と同様である。 The content ratio of the repeating unit derived from the aromatic vinyl compound is preferably 10 parts by mass as a lower limit when the total number of repeating units in the polymer (B) is 100 parts by mass, and 15 parts by mass. It is more preferable that it is, and it is especially preferable that it is 20 mass parts. As an upper limit, it is preferable that it is 60 mass parts, It is more preferable that it is 55 mass parts, It is especially preferable that it is 50 mass parts. When the content ratio of the repeating unit derived from the aromatic vinyl compound is in the above range, the Tg of the obtained polymer tends to be suitable. As a result, it is possible to enhance the binding ability between active materials containing a carbon material such as graphite or a silicon material. Further, the obtained active material layer has better flexibility and adhesion ability to the current collector. In addition, about the illustration of an aromatic vinyl compound, it is the same as that of a polymer (A).
<α,β−不飽和ニトリル化合物に由来する繰り返し単位>
重合体(B)がα,β−不飽和ニトリル化合物に由来する繰り返し単位を有する場合には、重合体(B)は後述する電解液によって適度に膨潤することができる。すなわち、ニトリル基の存在によって重合体鎖からなる網目構造に電解液が浸入し、網目間隔が広がるため、溶媒和したリチウムイオンがこの網目構造をすり抜けて移動し易くなる。その結果、リチウムイオンの拡散性が向上すると考えられる。これにより、電極抵抗を低減させることができるので、電極のより良好な充放電特性が実現される。
<Repeating unit derived from α, β-unsaturated nitrile compound>
When the polymer (B) has a repeating unit derived from an α, β-unsaturated nitrile compound, the polymer (B) can be appropriately swollen by the electrolytic solution described later. That is, the presence of the nitrile group causes the electrolyte solution to enter the network structure composed of polymer chains, and the network interval is widened, so that solvated lithium ions can easily move through the network structure. As a result, it is considered that the diffusibility of lithium ions is improved. Thereby, since electrode resistance can be reduced, the more favorable charge / discharge characteristic of an electrode is implement | achieved.
α,β−不飽和ニトリル化合物に由来する繰り返し単位の含有割合は、重合体(B)中の繰り返し単位の合計を100質量部とした場合に、下限としては、0質量部であることが好ましく、2質量部であることがより好ましく、5質量部であることが特に好ましい。上限としては、50質量部であることが好ましく、45質量部であることがより好ましく、40質量部であることが特に好ましい。α,β−不飽和ニトリル化合物に由来する繰り返し単位の含有割合が前記範囲にあると、使用する電解液との親和性により優れ、密着性及び強度にもより優れ、かつ機械的特性と電気的特性とのバランスにより優れた蓄電デバイス用組成物を製造することができる。なお、α,β−不飽和ニトリル化合物の例示については、重合体(A)と同様である。 The content ratio of the repeating units derived from the α, β-unsaturated nitrile compound is preferably 0 parts by mass as a lower limit when the total number of repeating units in the polymer (B) is 100 parts by mass. The amount is more preferably 2 parts by mass, and particularly preferably 5 parts by mass. As an upper limit, it is preferable that it is 50 mass parts, It is more preferable that it is 45 mass parts, It is especially preferable that it is 40 mass parts. When the content ratio of the repeating unit derived from the α, β-unsaturated nitrile compound is in the above range, the affinity with the electrolyte used is superior, the adhesion and strength are superior, and the mechanical properties and electrical properties are excellent. The composition for electrical storage devices excellent in balance with characteristics can be produced. In addition, about the illustration of an (alpha), (beta)-unsaturated nitrile compound, it is the same as that of a polymer (A).
<その他の繰り返し単位>
本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物に含まれる重合体(B)は、上記繰り返し単位以外に、これらと共重合可能な単量体に由来する繰り返し単位を含有することができる。
<Other repeating units>
The polymer (B) contained in the composition for an electricity storage device according to this embodiment can contain a repeating unit derived from a monomer copolymerizable therewith in addition to the above repeating unit.
このような単量体の具体例としては、フッ化ビニリデン、四フッ化エチレン、六フッ化プロピレン、1,1,2,2−テトラフルオロ−1,2−ビス[(トリフルオロビニル)オキシ]エタン等のエチレン性不飽和結合を有する含フッ素化合物;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のカルボン酸ビニルエステル;エチレン性不飽和ジカルボン酸の酸無水物;アミノエチルアクリルアミド、ジメチルアミノメチルメタクリルアミド、メチルアミノプロピルメタクリルアミド等のエチレン性不飽和カルボン酸のアミノアルキルアミド等を挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上であることができる。 Specific examples of such a monomer include vinylidene fluoride, tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, 1,1,2,2-tetrafluoro-1,2-bis [(trifluorovinyl) oxy]. Fluorine-containing compounds having an ethylenically unsaturated bond such as ethane; carboxylic acid vinyl esters such as vinyl acetate and vinyl propionate; acid anhydrides of ethylenically unsaturated dicarboxylic acids; aminoethylacrylamide, dimethylaminomethylmethacrylamide, methylamino Examples thereof include aminoalkylamides of ethylenically unsaturated carboxylic acids such as propylmethacrylamide, and can be one or more selected from these.
<重合体(B)の好ましい態様>
重合体(B)としては、より密着性に優れたバインダー組成物を得る観点から、以下のいずれかの態様であることが好ましい。
<Preferred embodiment of polymer (B)>
The polymer (B) is preferably any one of the following embodiments from the viewpoint of obtaining a binder composition having better adhesion.
(第1の態様)
重合体(B)中の繰り返し単位の合計を100質量部としたときに、水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位を0質量部以上50質量部未満と、不飽和カルボン酸エステル(水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルを除く)に由来する繰り返し単位を50〜100質量部と、を含有する重合体(B−1)。
重合体(B−1)は、さらに不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位を0.5〜5質量部含有することが好ましい。また、重合体(B−1)は、さらに(メタ)アクリルアミドに由来する繰り返し単位を1〜30質量部含有してもよい。重合体(B−1)は、これらの繰り返し単位を有する重合体と含フッ素系重合体とを組み合わせた複合粒子としてもよい。
(First aspect)
When the total number of repeating units in the polymer (B) is 100 parts by mass, the repeating unit derived from the unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group is 0 to 50 parts by mass, and the unsaturated carboxylic acid ester ( A polymer (B-1) containing 50 to 100 parts by mass of a repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group).
The polymer (B-1) preferably further contains 0.5 to 5 parts by mass of a repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid. Further, the polymer (B-1) may further contain 1 to 30 parts by mass of a repeating unit derived from (meth) acrylamide. The polymer (B-1) may be composite particles obtained by combining a polymer having these repeating units and a fluorine-containing polymer.
(第2の態様)
重合体(B)中の繰り返し単位の合計を100質量部としたときに、水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位を0質量部以上50質量部未満と、共役ジエン化合物に由来する繰り返し単位を20〜70質量部と、不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位を0.5〜30質量部と、を含有する重合体(B−2)。
重合体(B−2)は、さらに芳香族ビニル化合物に由来する繰り返し単位を1〜50質量部含有することが好ましい。また、重合体(B−2)は、さらに(メタ)アクリルアミドに由来する繰り返し単位を1〜30質量部含有してもよい。
(Second aspect)
When the total number of repeating units in the polymer (B) is 100 parts by mass, 0 to 50 parts by mass of the repeating unit derived from the unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group is derived from the conjugated diene compound. A polymer (B-2) containing 20 to 70 parts by mass of a repeating unit and 0.5 to 30 parts by mass of a repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid.
It is preferable that a polymer (B-2) contains 1-50 mass parts of repeating units derived from an aromatic vinyl compound further. The polymer (B-2) may further contain 1 to 30 parts by mass of a repeating unit derived from (meth) acrylamide.
1.2.2.重合体(B)の特性
<水に対する溶解度>
重合体(B)は、水不溶性重合体であることが好ましい。重合体(B)が水不溶性重合体であることにより、重合体(B)のバインダーとしての機能(すなわち、活物質同士の結合能力、及び、活物質層と集電体との密着能力)が発揮されやすくなるため好ましい。なお、本発明における「水不溶性重合体」とは、25℃、1気圧における水に対する溶解度が、水100gに対し1g未満である重合体のことをいう。
1.2.2. Characteristics of polymer (B) <Solubility in water>
The polymer (B) is preferably a water-insoluble polymer. Since the polymer (B) is a water-insoluble polymer, the function of the polymer (B) as a binder (that is, the binding ability between the active materials and the adhesion ability between the active material layer and the current collector). This is preferable because it is easily exhibited. The “water-insoluble polymer” in the present invention refers to a polymer having a solubility in water at 25 ° C. and 1 atm of less than 1 g with respect to 100 g of water.
<テトラヒドロフラン(THF)不溶分>
重合体(B)のTHF不溶分は、75質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることがより好ましい。このTHF不溶分は、蓄電デバイスにおいて使用される電解液に対する不溶分量とほぼ比例することが経験的に確認されている。このため、THF不溶分が前記範囲である重合体(B)を用いることにより、長期間にわたって充放電を繰り返した場合でも電解液への重合体(B)の溶出を抑制できるため好ましい。
<Tetrahydrofuran (THF) insoluble matter>
The THF-insoluble content of the polymer (B) is preferably 75% by mass or more, and more preferably 80% by mass or more. It has been empirically confirmed that this THF insoluble matter is approximately proportional to the amount of insoluble matter with respect to the electrolyte used in the electricity storage device. For this reason, it is preferable to use the polymer (B) having a THF-insoluble content within the above-mentioned range because elution of the polymer (B) into the electrolytic solution can be suppressed even when charging and discharging are repeated for a long period of time.
重合体(B)のTHF不溶分は、重合体(B)1gをテトラヒドロフラン(THF)400mL中に浸漬して50℃で3時間振とうし、その後、THF相を300メッシュの金網で濾過して不溶分を分離した後、溶解分のTHFを蒸発除去して得た残存物の質量(Y(g))を測定した値から、下記式(1)によって算出することができる。
THF不溶分(%)=((1−Y)/1)×100 ・・・・・(1)
The THF-insoluble content of the polymer (B) was obtained by immersing 1 g of the polymer (B) in 400 mL of tetrahydrofuran (THF) and shaking at 50 ° C. for 3 hours, and then filtering the THF phase through a 300-mesh wire mesh. From the value obtained by measuring the mass (Y (g)) of the residue obtained by evaporating and removing the dissolved THF after evaporating the insoluble matter, it can be calculated by the following formula (1).
THF insoluble matter (%) = ((1-Y) / 1) × 100 (1)
<吸熱特性>
重合体(B)は、JIS K7121に準拠する示差走査熱量測定(DSC)によって測定したときに、−40℃〜30℃の温度範囲において吸熱ピークを1つのみ有するものであることが好ましい。この吸熱ピークの温度(すなわちガラス転移温度(Tg))は、−30℃〜25℃の範囲にあることがより好ましく、−25℃〜20℃の範囲にあることがより好ましい。DSC分析における重合体(B)の吸熱ピークが1つのみであり、かつ該ピーク温度が上記範囲にある場合、該重合体(B)は良好な密着性を示すとともに、活物質層に対してより良好な柔軟性と粘着性とを付与することができ好ましい。
<Endothermic characteristics>
The polymer (B) preferably has only one endothermic peak in the temperature range of −40 ° C. to 30 ° C. when measured by differential scanning calorimetry (DSC) according to JIS K7121. The temperature of the endothermic peak (that is, the glass transition temperature (Tg)) is more preferably in the range of −30 ° C. to 25 ° C., and more preferably in the range of −25 ° C. to 20 ° C. When the polymer (B) has only one endothermic peak in the DSC analysis and the peak temperature is in the above range, the polymer (B) exhibits good adhesion and is active against the active material layer. Better flexibility and tackiness can be imparted, which is preferable.
<数平均粒子径>
重合体(B)が液状媒体(C)中に粒子として分散されたラテックス状である場合、重合体(B)の数平均粒子径は、50〜1,000nmの範囲にあることが好ましく、90〜750nmの範囲にあることがより好ましい。重合体(B)の数平均粒子径が前記範囲にあると、活物質の表面に重合体(B)が吸着しやすくなるので、活物質の移動に伴って重合体(B)も追従して移動することができる。その結果、両者の粒子のうちのいずれかのみが単独でマイグレーションすることを抑制できるので、電気的特性の劣化を低減することができる。
<Number average particle diameter>
When the polymer (B) is in the form of a latex dispersed as particles in the liquid medium (C), the number average particle diameter of the polymer (B) is preferably in the range of 50 to 1,000 nm, 90 More preferably, it is in the range of ˜750 nm. When the number average particle diameter of the polymer (B) is in the above range, the polymer (B) is easily adsorbed on the surface of the active material, so that the polymer (B) follows the movement of the active material. Can move. As a result, it is possible to suppress only one of the both particles from migrating alone, so that deterioration of electrical characteristics can be reduced.
なお、重合体(B)の数平均粒子径とは、光散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置を用いて粒度分布を測定し、小さい粒子から粒子を累積したときの粒子数の累積度数が50%となる粒子径(D50)の値である。このような粒度分布測定装置としては、例えばコールターLS230、LS100、LS13 320(以上、Beckman Coulter.Inc製)や、FPAR−1000(大塚電子株式会社製)などを挙げることができる。 The number average particle size of the polymer (B) is the cumulative frequency of the number of particles when the particle size distribution is measured using a particle size distribution measuring apparatus based on the light scattering method and the particles are accumulated from small particles. Is the value of the particle diameter (D50) at which 50%. Examples of such a particle size distribution measuring apparatus include Coulter LS230, LS100, LS13320 (above, manufactured by Beckman Coulter. Inc), FPAR-1000 (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.), and the like.
<重量平均分子量(Mw)>
重合体(B)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法によるポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)が10,000以上であることが好ましく、100,000以上であることがより好ましく、500,000以上であることが特に好ましい。重合体(A)の重量平均分子量(Mw)が前記範囲であると、密着性が良好となり、充放電特性に優れた蓄電デバイスが得られやすい。
<Weight average molecular weight (Mw)>
The polymer (B) preferably has a polystyrene-equivalent weight average molecular weight (Mw) by a gel permeation chromatography (GPC) method of 10,000 or more, more preferably 100,000 or more, It is especially preferable that it is 000 or more. When the weight average molecular weight (Mw) of the polymer (A) is in the above range, the adhesion becomes good, and an electricity storage device excellent in charge / discharge characteristics is easily obtained.
1.2.3.重合体(B)の製造方法
重合体(B)の合成方法については、特に限定されないが、例えば公知の乳化剤(界面活性剤)、連鎖移動剤、重合開始剤などの存在下で行う乳化重合法によることができる。公知の乳化剤、連鎖移動剤、重合開始剤としては、特許第599399号公報等に記載されている化合物を挙げることができる。
1.2.3. Method for producing polymer (B) The method for synthesizing the polymer (B) is not particularly limited. For example, the emulsion polymerization method is carried out in the presence of a known emulsifier (surfactant), chain transfer agent, polymerization initiator and the like. Can be. Known emulsifiers, chain transfer agents, and polymerization initiators include compounds described in Japanese Patent No. 599399.
重合体(B)を合成するための乳化重合法は、一段重合により行われてもよく、二段以上の多段重合により行われてもよい。 The emulsion polymerization method for synthesizing the polymer (B) may be performed by one-stage polymerization or may be performed by two-stage or more multi-stage polymerization.
重合体(B)の合成が一段重合により行われる場合、上記の単量体の混合物を、適当な乳化剤、連鎖移動剤、重合開始剤などの存在下で、好ましくは40〜80℃において、好ましくは4〜18時間の乳化重合によることができる。 When the synthesis of the polymer (B) is carried out by single-stage polymerization, the mixture of the above monomers is preferably present at 40 to 80 ° C. in the presence of a suitable emulsifier, chain transfer agent, polymerization initiator and the like. Can be by emulsion polymerization for 4-18 hours.
重合体(B)の合成が二段重合により行われる場合、各段階の重合は、以下のように設定することが好ましい。 When the synthesis of the polymer (B) is performed by two-stage polymerization, the polymerization at each stage is preferably set as follows.
一段目重合に使用する単量体の使用割合は、単量体の全質量(一段目重合に使用する単量体の質量と二段目重合に使用する単量体の質量との合計)に対して、40〜95質量%の範囲とすることが好ましく、45〜90質量%の範囲とすることが好ましい。一段目重合をこのような量の単量体で行うことにより、分散安定性に優れ、凝集物が生じ難い重合体(B)の粒子を得ることができると共に、蓄電デバイス用組成物の経時的な粘度上昇も抑制されることとなり好ましい。 The proportion of the monomer used for the first stage polymerization is the total mass of the monomer (the sum of the mass of the monomer used for the first stage polymerization and the mass of the monomer used for the second stage polymerization). On the other hand, it is preferable to set it as the range of 40-95 mass%, and it is preferable to set it as the range of 45-90 mass%. By performing the first-stage polymerization with such an amount of monomer, it is possible to obtain particles of the polymer (B) which are excellent in dispersion stability and hardly generate aggregates, and over time of the composition for an electricity storage device. It is preferable because a significant increase in viscosity is suppressed.
一段目重合に使用する単量体の種類及びその使用割合と、二段目重合に使用する単量体の種類及びその使用割合とは、同じであってもよく、異なっていてもよい。しかしながら、単量体として、α,β−不飽和ニトリル化合物のようなジエン系単量体との反応性の高い単量体を使用する場合、急激に重合反応が進むために反応熱が一度に発生し、重合の温度制御が困難となる場合がある。このため、重合の温度制御をより安定化させるために、これらの単量体のうち、好ましくは10〜60質量%、より好ましくは15〜50質量%を二段目重合に供することが好ましい。 The type of monomer used in the first stage polymerization and its use ratio and the type of monomer used in the second stage polymerization and its use ratio may be the same or different. However, when a monomer having a high reactivity with a diene monomer such as an α, β-unsaturated nitrile compound is used as the monomer, the polymerization reaction proceeds rapidly, so that the reaction heat is increased at a time. May occur, making it difficult to control the polymerization temperature. For this reason, in order to further stabilize the temperature control of the polymerization, it is preferable to use 10 to 60% by mass, more preferably 15 to 50% by mass of these monomers for the second-stage polymerization.
また、二段目重合に使用する単量体には、不飽和カルボン酸、(メタ)アクリルアミド、水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルを含有する単量体混合物を使用することが好ましい。この二段目重合に使用する単量体混合物中の不飽和カルボン酸、(メタ)アクリルアミド、水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルの含有割合は、好ましくは50質量%以上、より好ましくは75質量%以上、特に好ましくは100質量%である。 Moreover, it is preferable to use the monomer mixture containing unsaturated carboxylic acid ester which has unsaturated carboxylic acid, (meth) acrylamide, and a hydroxyl group for the monomer used for 2nd-stage polymerization. The content of unsaturated carboxylic acid, (meth) acrylamide, and unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group in the monomer mixture used in the second-stage polymerization is preferably 50% by mass or more, more preferably 75% by mass. As described above, the content is particularly preferably 100% by mass.
各段階の重合条件は、得られる重合体の分散性の観点から、以下のようにすることが好ましい。
・一段目重合;好ましくは40〜80℃の温度;好ましくは2〜24時間の重合時間;好ましくは50質量%以上、より好ましくは60質量%以上の重合転化率。
・二段目重合;好ましくは40〜80℃の温度;好ましくは2〜6時間の重合時間。
The polymerization conditions at each stage are preferably as follows from the viewpoint of the dispersibility of the resulting polymer.
First stage polymerization; preferably a temperature of 40 to 80 ° C .; preferably a polymerization time of 2 to 24 hours; preferably a polymerization conversion rate of 50% by mass or more, more preferably 60% by mass or more.
-Second stage polymerization; preferably at a temperature of 40-80 ° C; preferably a polymerization time of 2-6 hours.
乳化重合における全固形分濃度を50質量%以下とすることにより、得られる重合体の分散安定性が良好な状態で重合反応を進行させることができる。この全固形分濃度は、好ましくは45質量%以下であり、より好ましくは40質量%以下である。 By setting the total solid content concentration in the emulsion polymerization to 50% by mass or less, the polymerization reaction can be allowed to proceed with good dispersion stability of the obtained polymer. This total solid content concentration is preferably 45% by mass or less, more preferably 40% by mass or less.
重合体(B)の合成が、一段重合により行われる場合であっても、もしくは二段重合法により行われる場合であっても、乳化重合終了後には重合混合物に中和剤を添加することにより、pHを3〜6程度、好ましくは3.5〜5.5、より好ましくは4〜5に調整することが好ましい。ここで使用する中和剤としては、特に限定されるものではないが、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの金属水酸化物;アンモニアなどを挙げることができる。上記のpH範囲に設定することにより、重合体(B)の安定性が良好となる。中和処理を行った後に、重合混合物を濃縮することにより、重合体(B)の良好な安定性を維持しながら固形分濃度を高くすることができる。 Whether the synthesis of the polymer (B) is performed by one-stage polymerization or by the two-stage polymerization method, a neutralizing agent is added to the polymerization mixture after the emulsion polymerization is completed. The pH is preferably adjusted to about 3 to 6, preferably 3.5 to 5.5, more preferably 4 to 5. Although it does not specifically limit as a neutralizing agent used here, For example, metal hydroxides, such as sodium hydroxide and potassium hydroxide; Ammonia etc. can be mentioned. By setting the pH within the above range, the stability of the polymer (B) is improved. After carrying out the neutralization treatment, the concentration of the solid mixture can be increased while maintaining good stability of the polymer (B) by concentrating the polymerization mixture.
(B)重合体が含フッ素系重合体粒子である場合、その具体的態様としては、(1)フッ素原子を有する単量体に由来する繰り返し単位を有する重合体粒子を一段重合で合成して得られる共重合体粒子、(2)フッ素原子を有する単量体に由来する繰り返し単位を有する重合体Xと不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位を有する重合体Yとを有する複合粒子、の二態様が挙げられる。これらのうち、耐酸化性に優れる観点から、複合粒子であることが好ましく、該複合粒子がポリマーアロイ粒子であることがより好ましい。この
ような複合粒子の製造方法としては、例えば特開2014−081996号公報等に記載されている方法が挙げられる。
(B) When the polymer is a fluorine-containing polymer particle, as a specific aspect thereof, (1) polymer particles having a repeating unit derived from a monomer having a fluorine atom are synthesized by one-stage polymerization. Copolymer particles obtained; (2) composite particles having a polymer X having a repeating unit derived from a monomer having a fluorine atom and a polymer Y having a repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid; An embodiment is mentioned. Among these, from the viewpoint of excellent oxidation resistance, composite particles are preferable, and the composite particles are more preferably polymer alloy particles. As a method for producing such composite particles, for example, a method described in JP-A-2014-081996 and the like can be mentioned.
1.3.液状媒体(C)
本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物は、液状媒体(C)を含有する。液状媒体(C)としては、水を含有する水系媒体であることが好ましく、水であることがより好ましい。上記水系媒体には、水以外の非水系媒体を含有させることができる。この非水系媒体としては、例えばアミド化合物、炭化水素、アルコール、ケトン、エステル、アミン化合物、ラクトン、スルホキシド、スルホン化合物などを挙げることができ、これらの中から選択される1種以上を使用することができる。本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物は、液状媒体(C)として水系媒体を使用することにより、環境に対して悪影響を及ぼす程度が低くなり、取扱作業者に対する安全性も高くなる。
1.3. Liquid medium (C)
The composition for an electricity storage device according to this embodiment contains a liquid medium (C). The liquid medium (C) is preferably an aqueous medium containing water, and more preferably water. The aqueous medium can contain a non-aqueous medium other than water. Examples of the non-aqueous medium include amide compounds, hydrocarbons, alcohols, ketones, esters, amine compounds, lactones, sulfoxides, sulfone compounds, and the like. Use one or more selected from these. Can do. By using an aqueous medium as the liquid medium (C), the composition for an electricity storage device according to the present embodiment has a low degree of adverse effects on the environment and is also safer for handling workers.
水系媒体中に含まれる非水系媒体の含有割合は、水系媒体100質量部中、10質量部以下であることが好ましく、5質量部以下であることがより好ましく、実質的に含有しないことが特に好ましい。ここで、「実質的に含有しない」とは、液状媒体として非水系媒体を意図的に添加しないという程度の意味であり、蓄電デバイス用組成物を作製する際に不可避的に混入する非水系媒体を含んでいてもよい。 The content ratio of the non-aqueous medium contained in the aqueous medium is preferably 10 parts by mass or less, more preferably 5 parts by mass or less, particularly not substantially contained in 100 parts by mass of the aqueous medium. preferable. Here, “substantially does not contain” means that a non-aqueous medium is not intentionally added as a liquid medium, and is inevitably mixed when a composition for an electricity storage device is produced. May be included.
1.4.その他の添加剤
本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物は、必要に応じて上述した成分以外の添加剤を含有することができる。このような添加剤としては、例えば重合体(A)及び重合体(B)以外の重合体、防腐剤、増粘剤等が挙げられる。防腐剤としては、例えば特許第599399号公報等に記載されている化合物が挙げられる。
1.4. Other additive The composition for electrical storage devices which concerns on this embodiment can contain additives other than the component mentioned above as needed. Examples of such additives include polymers other than the polymer (A) and the polymer (B), preservatives, thickeners and the like. Examples of the preservative include compounds described in Japanese Patent No. 599399.
本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物は、増粘剤を含有することにより、その塗布性や得られる蓄電デバイスの充放電特性等をさらに向上できる場合がある。 When the composition for an electricity storage device according to the present embodiment contains a thickener, the applicability, the charge / discharge characteristics of the obtained electricity storage device, and the like may be further improved.
このような増粘剤としては、例えばカルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース化合物;上記セルロース化合物のアンモニウム塩又はアルカリ金属塩;ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体などのポリビニルアルコール系(共)重合体;(メタ)アクリル酸、マレイン酸及びフマル酸などの不飽和カルボン酸とビニルエステルとの共重合体の鹸化物などの水溶性ポリマーなどが挙げられる。これらの中でも特に好ましい増粘剤としては、カルボキシメチルセルロースのアルカリ金属塩、ポリ(メタ)アクリル酸のアルカリ金属塩などである。 Examples of such a thickener include cellulose compounds such as carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, and hydroxypropyl cellulose; ammonium salts or alkali metal salts of the above cellulose compounds; polyvinyl alcohol, modified polyvinyl alcohol, and ethylene-vinyl alcohol copolymers. Examples include polyvinyl alcohol-based (co) polymers; water-soluble polymers such as saponified products of copolymers of unsaturated carboxylic acids such as (meth) acrylic acid, maleic acid and fumaric acid and vinyl esters. Among these, particularly preferred thickeners include alkali metal salts of carboxymethyl cellulose and alkali metal salts of poly (meth) acrylic acid.
これら増粘剤の市販品としては、例えばCMC1120、CMC1150、CMC2200、CMC2280、CMC2450(以上、株式会社ダイセル製)等のカルボキシメチルセルロースのアルカリ金属塩を挙げることができる。 Examples of commercially available thickeners include alkali metal salts of carboxymethylcellulose such as CMC1120, CMC1150, CMC2200, CMC2280, and CMC2450 (manufactured by Daicel Corporation).
本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物が増粘剤を含有する場合、増粘剤の含有割合は、蓄電デバイス用組成物の全固形分量100質量部に対して、5質量部以下であることが好ましく、0.1〜3質量部であることがより好ましい。 When the composition for electrical storage devices according to the present embodiment contains a thickener, the content of the thickener is 5 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the total solid content of the composition for electrical storage devices. Is preferable, and it is more preferable that it is 0.1-3 mass parts.
1.5.蓄電デバイス用組成物の物性
<重合体(A)と重合体(B)の含有割合>
本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物は、前記重合体(A)の含有量をMa質量部、前記重合体(B)の含有量をMb質量部としたときに、Mb/Maの値が0.5〜5.0であることが好ましく、0.6〜4.5であることがより好ましく、0.7〜4.0であ
ることが特に好ましい。蓄電デバイス用組成物中の重合体(A)と重合体(B)との配合バランスが前記範囲にあると、重合体(A)の活物質の表面をコーティングして活物質の膨張を抑制する効果と、重合体(B)の活物質と集電体との密着能力及び活物質同士の結合能力との相乗効果によって、密着性に優れるだけでなく、非常に良好な充放電耐久特性を示す蓄電デバイス電極が得られる。
1.5. Physical properties of power storage device composition <content ratio of polymer (A) and polymer (B)>
In the composition for an electricity storage device according to this embodiment, when the content of the polymer (A) is Ma parts by mass and the content of the polymer (B) is Mb parts by mass, the value of Mb / Ma is It is preferably 0.5 to 5.0, more preferably 0.6 to 4.5, and particularly preferably 0.7 to 4.0. When the blending balance of the polymer (A) and the polymer (B) in the composition for an electricity storage device is within the above range, the surface of the active material of the polymer (A) is coated to suppress the expansion of the active material. Due to the synergistic effect of the effect and the adhesion ability between the active material and the current collector of the polymer (B) and the binding ability between the active materials, not only excellent adhesion but also very good charge / discharge durability characteristics are exhibited. An electricity storage device electrode is obtained.
<pH>
本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物のpHは、3〜8であることが好ましく、3.5〜8であることがより好ましく、3.5〜7.8であることが特に好ましい。pHが前記範囲内にあれば、スラリーを塗布する際にレベリング性不足や液ダレ等の問題の発生を抑制することができ、良好な電気的特性と密着性とを両立させた蓄電デバイス電極を製造することが容易となる。
<PH>
The pH of the composition for an electricity storage device according to this embodiment is preferably 3 to 8, more preferably 3.5 to 8, and particularly preferably 3.5 to 7.8. When the pH is within the above range, it is possible to suppress the occurrence of problems such as insufficient leveling and liquid dripping when applying the slurry, and an electric storage device electrode having both good electrical characteristics and adhesion can be obtained. It is easy to manufacture.
本明細書における「pH」とは、以下のようにして測定される物性をいう。25℃で、pH標準液として中性リン酸塩標準液及びほう酸塩標準液で校正したガラス電極を用いたpH計で、JIS Z8802:2011に準拠して測定した値である。このようなpH計としては、例えば東亜ディーケーケー株式会社製「HM−7J」や株式会社堀場製作所製「D−51」等が挙げられる。 “PH” in the present specification refers to physical properties measured as follows. It is a value measured according to JIS Z8802: 2011 with a pH meter using a glass electrode calibrated with a neutral phosphate standard solution and a borate standard solution as a pH standard solution at 25 ° C. Examples of such a pH meter include “HM-7J” manufactured by Toa DKK Corporation and “D-51” manufactured by Horiba, Ltd.
pHが前記範囲である蓄電デバイス用組成物を用いて作製されたスラリーでは、pHが低いことにより活物質表面を、充放電特性を劣化させない程度に腐食し、大気中に暴露されて汚染が付着した活物質表面をクリーニングすることができる。その結果、得られる活物質層において活物質と電解液との間でリチウムイオンの吸蔵と放出の障害を抑制することができ、良好な充放電特性を発現させることが可能となると考えられる。 In slurries made using a power storage device composition with a pH in the above range, the surface of the active material is corroded to such an extent that the charge / discharge characteristics are not deteriorated due to low pH, and contamination is caused by exposure to the atmosphere. The surface of the active material can be cleaned. As a result, it is considered that obstruction of occlusion and release of lithium ions can be suppressed between the active material and the electrolytic solution in the obtained active material layer, and good charge / discharge characteristics can be expressed.
なお、蓄電デバイス用組成物のpHは、重合体(A)を構成する単量体組成に影響を受けることを否定しないが、単量体組成のみで定まるものではないことを付言しておく。すなわち、一般的に同じ単量体組成であっても重合条件等で蓄電デバイス用組成物のpHが変化することが知られており、本願実施例ではその一例を示しているに過ぎない。 In addition, it is not denied that the pH of the composition for an electricity storage device is affected by the monomer composition constituting the polymer (A), but it is added that it is not determined only by the monomer composition. That is, it is generally known that the pH of the composition for an electricity storage device changes depending on polymerization conditions or the like even if the monomer composition is the same, and the examples of the present application show only one example.
例えば、同じ単量体組成であっても、重合反応液に最初から不飽和カルボン酸を全て仕込み、その後他の単量体を順次添加して加える場合と、不飽和カルボン酸以外の単量体を重合反応液へ仕込み、最後に不飽和カルボン酸を添加する場合とでは、得られる重合体の表面に露出する不飽和カルボン酸に由来するカルボキシル基の量は異なる。このように重合方法で単量体を加える順番を変更するだけでも、蓄電デバイス用組成物のpHは大きく異なると考えられる。 For example, even when the monomer composition is the same, when all of the unsaturated carboxylic acid is initially charged in the polymerization reaction solution and then other monomers are added in succession, a monomer other than the unsaturated carboxylic acid is added. Is added to the polymerization reaction solution, and finally the unsaturated carboxylic acid is added, the amount of the carboxyl group derived from the unsaturated carboxylic acid exposed on the surface of the resulting polymer is different. Thus, it is considered that the pH of the composition for an electricity storage device varies greatly only by changing the order in which the monomers are added by the polymerization method.
2.蓄電デバイス用スラリー
本実施形態に係る蓄電デバイス用スラリーは、上述の蓄電デバイス用組成物を含有するものである。本実施形態に係る蓄電デバイス用組成物は、上述したように、充放電に伴って発生するデンドライトに起因する短絡を抑制するための保護膜を形成するための材料として使用することもできるし、活物質同士の結合能力及び活物質と集電体との密着能力並びに粉落ち耐性を向上させた蓄電デバイス電極(活物質層)を作製するための材料として使用することもできる。そのため、保護膜を形成するための蓄電デバイス用スラリー(以下、「保護膜形成用スラリー」ともいう。)と、蓄電デバイス電極の活物質層を形成するための蓄電デバイス用スラリー(以下、「蓄電デバイス電極用スラリー」ともいう。)とに分けて説明する。
2. Power Storage Device Slurry The power storage device slurry according to the present embodiment contains the above-described power storage device composition. As described above, the composition for an electricity storage device according to the present embodiment can be used as a material for forming a protective film for suppressing a short circuit caused by dendrite that occurs in association with charge and discharge, It can also be used as a material for producing an electricity storage device electrode (active material layer) with improved bonding ability between active materials, adhesion ability between an active material and a current collector, and powder fall resistance. Therefore, a slurry for an electricity storage device for forming a protective film (hereinafter also referred to as “slurry for forming a protective film”) and a slurry for an electricity storage device for forming an active material layer of the electricity storage device electrode (hereinafter referred to as “electric storage device”). It is also referred to as “device electrode slurry”.
2.1.保護膜形成用スラリー
本明細書における「保護膜形成用スラリー」とは、これを電極またはセパレータの表面
もしくはその両方に塗布した後、乾燥させて、電極またはセパレータの表面もしくはその両方に保護膜を形成するために用いられる分散液のことをいう。本実施形態に係る保護膜形成用スラリーは、上述した蓄電デバイス用組成物のみから構成されていてもよく、無機フィラーをさらに含有してもよい。以下、本実施形態に係る保護膜形成用スラリーに含まれる各成分について詳細に説明する。なお、蓄電デバイス用組成物については、上述した通りであるので説明を省略する。
2.1. Protective film forming slurry In this specification, “slurry for forming a protective film” is applied to the surface of the electrode and / or separator and then dried to form a protective film on the surface of the electrode and / or separator. Refers to the dispersion used to form. The slurry for forming a protective film according to this embodiment may be composed only of the above-described composition for an electricity storage device, and may further contain an inorganic filler. Hereinafter, each component contained in the slurry for forming a protective film according to this embodiment will be described in detail. In addition, about the composition for electrical storage devices, since it is as above-mentioned, description is abbreviate | omitted.
2.1.1.無機フィラー
本実施形態に係る保護膜形成用スラリーは、無機フィラーを含有することにより、形成される保護膜のタフネスを向上させることができる。無機フィラーとしては、シリカ、酸化チタン(チタニア)、酸化アルミニウム(アルミナ)、酸化ジルコニウム(ジルコニア)、及び酸化マグネシウム(マグネシア)よりなる群から選択される少なくとも1種の粒子を用いることが好ましい。これらの中でも、保護膜のタフネスをより向上させる観点から、酸化チタン及び酸化アルミニウムが好ましい。また、酸化チタンとしてはルチル型の酸化チタンがより好ましい。
2.1.1. Inorganic filler The slurry for protective film formation concerning this embodiment can improve the toughness of the protective film formed by containing an inorganic filler. As the inorganic filler, it is preferable to use at least one type of particles selected from the group consisting of silica, titanium oxide (titania), aluminum oxide (alumina), zirconium oxide (zirconia), and magnesium oxide (magnesia). Among these, titanium oxide and aluminum oxide are preferable from the viewpoint of further improving the toughness of the protective film. Further, as the titanium oxide, rutile type titanium oxide is more preferable.
無機フィラーの平均粒子径は、1μm以下であることが好ましく、0.1〜0.8μmの範囲内であることがより好ましい。なお、無機フィラーの平均粒子径は、多孔質膜であるセパレータの平均孔径よりも大きいことが好ましい。これにより、セパレータへのダメージを軽減し、無機フィラーがセパレータの微多孔に詰まることを防ぐことができる。 The average particle diameter of the inorganic filler is preferably 1 μm or less, and more preferably in the range of 0.1 to 0.8 μm. In addition, it is preferable that the average particle diameter of an inorganic filler is larger than the average hole diameter of the separator which is a porous film. Thereby, damage to a separator can be reduced and it can prevent that an inorganic filler is clogged with the microporous of a separator.
本実施形態に係る保護膜形成用スラリーは、無機フィラー100質量部に対して、上述の蓄電デバイス用組成物が、固形分換算で0.1〜20質量部含有されていることが好ましく、1〜10質量部含有されていることがより好ましい。蓄電デバイス用組成物の含有割合が前記範囲であることにより、形成される保護膜のタフネスとリチウムイオンの透過性とのバランスが良好となり、その結果、得られる蓄電デバイスの抵抗上昇率をより低くすることができる。 The slurry for forming a protective film according to this embodiment preferably contains 0.1 to 20 parts by mass of the above-described composition for an electricity storage device in terms of solid content with respect to 100 parts by mass of the inorganic filler. It is more preferable that 10 to 10 parts by mass is contained. When the content ratio of the composition for the electricity storage device is in the above range, the balance between the toughness of the protective film to be formed and the lithium ion permeability is improved, and as a result, the resistance increase rate of the obtained electricity storage device is further reduced. can do.
2.1.2.液状媒体
本実施形態に係る保護膜形成用スラリーは、上述の蓄電デバイス用組成物の「1.3.液状媒体(C)」に記載されている材料を必要に応じて用いることができる。液状媒体の添加量は、塗工方法等に応じて最適なスラリーの粘度が得られるように、必要に応じて調整することができる。
2.1.2. Liquid Medium For the protective film-forming slurry according to the present embodiment, materials described in “1.3. Liquid Medium (C)” of the above-described composition for an electricity storage device can be used as necessary. The addition amount of the liquid medium can be adjusted as necessary so that the optimum viscosity of the slurry can be obtained according to the coating method and the like.
2.1.3.その他の成分
本実施形態に係る保護膜形成用スラリーは、上述の蓄電デバイス用組成物の「1.4.その他の添加剤」に記載されている材料を必要に応じて適量用いることができる。
2.1.3. Other Components In the slurry for forming a protective film according to the present embodiment, an appropriate amount of the materials described in “1.4. Other Additives” of the above-described composition for an electricity storage device can be used as necessary.
2.2.蓄電デバイス電極用スラリー
本明細書における「蓄電デバイス電極用スラリー」とは、これを集電体の表面に塗布した後、乾燥させて、集電体表面上に活物質層を形成するために用いられる分散液のことをいう。本実施形態に係る蓄電デバイス電極用スラリーは、上述の蓄電デバイス用組成物と、活物質とを含有する。以下、本実施形態に係る蓄電デバイス電極用スラリーに含まれる成分について説明する。なお、蓄電デバイス用組成物については、上述した通りであるので説明を省略する。
2.2. “Slurry for electricity storage device electrode” in the present specification is used to form an active material layer on the surface of the current collector after being applied to the surface of the current collector and then dried. Refers to a dispersion. The slurry for an electricity storage device electrode according to this embodiment contains the above-described composition for an electricity storage device and an active material. Hereinafter, the components contained in the slurry for an electricity storage device electrode according to this embodiment will be described. In addition, about the composition for electrical storage devices, since it is as above-mentioned, description is abbreviate | omitted.
2.2.1.活物質
本実施形態に係る蓄電デバイス電極用スラリーに使用される活物質としては、例えば炭素材料、ケイ素材料、リチウム原子を含む酸化物、鉛化合物、錫化合物、砒素化合物、アンチモン化合物、アルミニウム化合物などが挙げられる。
2.2.1. Active Material Examples of the active material used in the power storage device electrode slurry according to the present embodiment include carbon materials, silicon materials, oxides containing lithium atoms, lead compounds, tin compounds, arsenic compounds, antimony compounds, aluminum compounds, and the like. Is mentioned.
上記炭素材料としては、例えばアモルファスカーボン、グラファイト、天然黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、ピッチ系炭素繊維などが挙げられる。 Examples of the carbon material include amorphous carbon, graphite, natural graphite, mesocarbon microbeads (MCMB), and pitch-based carbon fibers.
上記ケイ素材料としては、例えばケイ素単体、ケイ素酸化物、ケイ素合金などを挙げることができるほか、例えばSiC、SiOxCy(0<x≦3、0<y≦5)、Si3N4、Si2N2O、SiOx(0<x≦2)で表記されるSi酸化物複合体(例えば特開2004−185810号公報や特開2005−259697号公報に記載されている材料など)、及び特開2004−185810号公報に記載されたケイ素材料を使用することができる。上記ケイ素酸化物としては、組成式SiOx(0<x<2、好ましくは0.1≦x≦1)で表されるケイ素酸化物が好ましい。上記ケイ素合金としては、ケイ素と、チタン、ジルコニウム、ニッケル、銅、鉄及びモリブデンよりなる群から選ばれる少なくとも1種の遷移金属との合金が好ましい。これらの遷移金属のケイ素合金は、高い電子伝導度を有し、かつ高い強度を有することから好ましく用いられる。また、活物質がこれらの遷移金属を含むことにより、活物質の表面に存在する遷移金属が酸化されて表面に水酸基を有する酸化物となるから、バインダーとの結着力がより良好になる点でも好ましい。ケイ素合金としては、ケイ素−ニッケル合金またはケイ素−チタン合金を使用することがより好ましく、ケイ素−チタン合金を使用することが特に好ましい。ケイ素合金におけるケイ素の含有割合は、該合金中の金属元素の全部に対して10モル%以上とすることが好ましく、20〜70モル%とすることがより好ましい。なお、ケイ素材料は、単結晶、多結晶及び非晶質のいずれであってもよい。 Examples of the silicon material include silicon simple substance, silicon oxide, and silicon alloy. For example, SiC, SiO x C y (0 <x ≦ 3, 0 <y ≦ 5), Si 3 N 4 , Si oxide complex represented by Si 2 N 2 O, SiO x (0 <x ≦ 2) (for example, materials described in JP-A Nos. 2004-185810 and 2005-259697), And the silicon material described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2004-185810 can be used. The silicon oxide is preferably a silicon oxide represented by the composition formula SiO x (0 <x <2, preferably 0.1 ≦ x ≦ 1). The silicon alloy is preferably an alloy of silicon and at least one transition metal selected from the group consisting of titanium, zirconium, nickel, copper, iron and molybdenum. These transition metal silicon alloys are preferably used because they have high electronic conductivity and high strength. Moreover, since the transition metal existing on the surface of the active material is oxidized and becomes an oxide having a hydroxyl group on the surface when the active material contains these transition metals, the binding force with the binder is also improved. preferable. As the silicon alloy, it is more preferable to use a silicon-nickel alloy or a silicon-titanium alloy, and it is particularly preferable to use a silicon-titanium alloy. The silicon content in the silicon alloy is preferably 10 mol% or more, and more preferably 20 to 70 mol%, based on all the metal elements in the alloy. Note that the silicon material may be single crystal, polycrystalline, or amorphous.
上記リチウム原子を含む酸化物としては、例えば、下記一般式(2)で表され、かつオリビン型結晶構造を有するリチウム原子含有酸化物(オリビン型リチウム含有リン酸化合物)から選択される1種以上が挙げられる。 Examples of the oxide containing a lithium atom include one or more selected from a lithium atom-containing oxide (olivine-type lithium-containing phosphate compound) represented by the following general formula (2) and having an olivine-type crystal structure: Is mentioned.
Li1−xMx(AO4) ・・・・・(2)
(式(2)中、Mは、Mg、Ti、V、Nb、Ta、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Ga、Ge及びSnよりなる群から選択される少なくとも1種の金属のイオンであり、Aは、Si、S、P及びVよりなる群から選択される少なくとも1種であり、xは0<x<1の関係を満たす数である。)
なお、前記一般式(2)におけるxの値は、M及びAの価数に応じて、前記一般式(2)全体の価数が0価となるように選択される。
Li 1-x M x (AO 4 ) (2)
(In Formula (2), M is at least 1 selected from the group consisting of Mg, Ti, V, Nb, Ta, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Al, Ga, Ge, and Sn) (A) is at least one selected from the group consisting of Si, S, P, and V, and x is a number that satisfies the relationship 0 <x <1.
The value of x in the general formula (2) is selected according to the valences of M and A so that the overall valence of the general formula (2) becomes zero.
オリビン型リチウム含有リン酸化合物としては、例えばコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、三元系ニッケルコバルトマンガン酸リチウム、LiFePO4、LiCoPO4、LiMnPO4、Li0.90Ti0.05Nb0.05Fe0.30Co0.30Mn0.30PO4などが挙げられる。これらのうち、特にLiFePO4(リン酸鉄リチウム)は、原料となる鉄化合物の入手が容易であるとともに安価であるため好ましい。 Examples of the olivine-type lithium-containing phosphate compound include lithium cobaltate, lithium nickelate, lithium manganate, ternary nickel cobalt lithium manganate, LiFePO 4 , LiCoPO 4 , LiMnPO 4 , Li 0.90 Ti 0.05 Nb. 0.05 Fe 0.30 Co 0.30 Mn 0.30 PO 4 and the like. Among these, LiFePO 4 (lithium iron phosphate) is particularly preferable because it is easy to obtain an iron compound as a raw material and is inexpensive.
オリビン型リチウム含有リン酸化合物の平均粒子径は、1〜30μmの範囲にあることが好ましく、1〜25μmの範囲にあることがより好ましく、1〜20μmの範囲にあることが特に好ましい。 The average particle size of the olivine-type lithium-containing phosphate compound is preferably in the range of 1 to 30 μm, more preferably in the range of 1 to 25 μm, and particularly preferably in the range of 1 to 20 μm.
また、活物質層中には、以下に例示する活物質を含んでもよい。例えばポリアセン等の導電性高分子;AXBYOZ(但し、Aはアルカリ金属または遷移金属、Bはコバルト、ニッケル、アルミニウム、スズ、マンガン等の遷移金属から選択される少なくとも1種、Oは酸素原子を表し、X、Y及びZはそれぞれ1.10>X>0.05、4.00>Y>0.85、5.00>Z>1.5の範囲の数である。)で表される複合金属酸化物や、そ
の他の金属酸化物等が挙げられる。
Further, the active material exemplified below may be included in the active material layer. For example, conductive polymer such as polyacene; A X B Y O Z (where A is an alkali metal or transition metal, B is at least one selected from transition metals such as cobalt, nickel, aluminum, tin, manganese, O Represents an oxygen atom, and X, Y, and Z are numbers in the range of 1.10>X> 0.05, 4.00>Y> 0.85, and 5.00>Z> 1.5, respectively. And composite metal oxides represented by the above and other metal oxides.
本実施形態に係る蓄電デバイス電極用スラリーは、正極及び負極のいずれの蓄電デバイス電極を作製する際にも使用することができ、正極及び負極の両方に使用することが好ましい。 The slurry for an electricity storage device electrode according to this embodiment can be used when producing either an anode or an anode electricity storage device electrode, and is preferably used for both the positive electrode and the negative electrode.
正極を作製する場合には、上記例示した活物質の中でもリチウム原子を含む酸化物を使用することが好ましく、オリビン型リチウム含有リン酸化合物がより好ましく、リン酸鉄リチウム(LiFePO4)が特に好ましい。リン酸鉄リチウムは、原料となる鉄化合物の入手が容易であるとともに安価であるため特に好ましい。 When producing a positive electrode, it is preferable to use the oxide containing a lithium atom among the active materials illustrated above, an olivine type lithium-containing phosphate compound is more preferable, and lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) is particularly preferable. . Lithium iron phosphate is particularly preferable because it is easy to obtain an iron compound as a raw material and is inexpensive.
ところで、正極活物質としてリン酸鉄リチウムを使用する場合、充放電特性が十分ではなく密着性が劣るという課題があった。リン酸鉄リチウムは、微細な一次粒径を有し、その二次凝集体であることが知られており、充放電を繰り返す際に活物質層中で凝集が崩壊し活物質同士の乖離を引き起こし、集電体からの剥離や、活物質層内部の導電ネットワークが寸断されやすいことが要因の一つであると考えられる。 By the way, when using lithium iron phosphate as a positive electrode active material, there existed a subject that charge / discharge characteristic was not enough and adhesiveness was inferior. Lithium iron phosphate has a fine primary particle size and is known to be a secondary aggregate thereof. Aggregation collapses in the active material layer when charging and discharging are repeated, and the active materials are separated from each other. It is considered that one of the factors is that peeling from the current collector and the conductive network inside the active material layer are easily broken.
しかしながら、本実施形態に係る蓄電デバイス電極用スラリーを用いて作製された蓄電デバイス電極では、リン酸鉄リチウムを使用した場合でも上述のような問題が発生することなく、良好な電気的特性を示すことができる。この理由としては、重合体(A)がリン酸鉄リチウムを強固に結着させることができると同時に、充放電中においてもリン酸鉄リチウムを強固に結着させた状態を維持することができるからであると考えられる。 However, in the electricity storage device electrode produced using the electricity storage device electrode slurry according to the present embodiment, even when lithium iron phosphate is used, the above-described problems do not occur, and excellent electrical characteristics are exhibited. be able to. The reason for this is that the polymer (A) can firmly bind lithium iron phosphate, and at the same time can maintain the state in which lithium iron phosphate is firmly bound even during charge and discharge. It is thought that it is from.
一方、負極を作製する場合には、上記例示した活物質の中でもケイ素材料を含有するものであることが好ましい。ケイ素材料は単位重量当たりのリチウムの吸蔵量がその他の活物質と比較して大きいことから、負極活物質としてのケイ素材料を含有することにより、得られる蓄電デバイスの蓄電容量を高めることができ、その結果、蓄電デバイスの出力及びエネルギー密度を高くすることができる。 On the other hand, when producing a negative electrode, it is preferable that the active material illustrated above contains a silicon material. Since the silicon material has a large amount of lithium occlusion per unit weight compared to other active materials, by containing the silicon material as the negative electrode active material, it is possible to increase the storage capacity of the resulting electricity storage device, As a result, the output and energy density of the electricity storage device can be increased.
また、負極活物質としては、ケイ素材料と炭素材料との混合物であることがより好ましい。炭素材料は充放電に伴う体積変化が小さいから、負極活物質としてケイ素材料と炭素材料との混合物を使用することにより、ケイ素材料の体積変化の影響を緩和することができ、活物質層と集電体との密着能力をより向上させることができる。かかる混合物としては、ケイ素材料の表面に炭素材料の被膜が形成された炭素被膜ケイ素材料を用いることもできる。炭素被膜ケイ素材料を用いることで、ケイ素材料の充放電に伴う体積変化の影響を表面に存在する炭素材料によって効果的に緩和することができるようになるため、活物質層と集電体との密着能力を向上させることが容易となる。 The negative electrode active material is more preferably a mixture of a silicon material and a carbon material. Since the volume change due to charging and discharging is small, the use of a mixture of a silicon material and a carbon material as the negative electrode active material can alleviate the influence of the volume change of the silicon material. The adhesion ability with the electric body can be further improved. As such a mixture, a carbon-coated silicon material in which a carbon material film is formed on the surface of the silicon material can also be used. By using a carbon-coated silicon material, the effect of volume change associated with charging / discharging of the silicon material can be effectively mitigated by the carbon material existing on the surface, so that the active material layer and the current collector It becomes easy to improve the adhesion ability.
シリコン(Si)を活物質として使用する場合、シリコンは5原子あたり最大22個のリチウムを吸蔵することができる(5Si+22Li→Li22Si5)。この結果、シリコン理論容量は4200mAh/gにも達する。しかしながら、シリコンはリチウムを吸蔵する際に大きな体積変化を生じる。具体的には、炭素材料はリチウムを吸蔵することにより最大1.2倍程度に体積膨張するのに対して、ケイ素材料はリチウムを吸蔵することにより最大4.4倍程度に体積膨張する。このため、ケイ素材料は膨張と収縮の繰り返しによって微粉化、集電体からの剥離や、活物質同士の乖離を引き起こし、活物質層内部の導電ネットワークが寸断されやすいという性質がある。これにより、短時間でサイクル特性が極端に劣化してしまうのである。 When silicon (Si) is used as an active material, silicon can occlude up to 22 lithium atoms per 5 atoms (5Si + 22Li → Li 22 Si 5 ). As a result, the theoretical silicon capacity reaches 4200 mAh / g. However, silicon causes a large volume change when occludes lithium. Specifically, the carbon material expands in volume up to about 1.2 times by occluding lithium, whereas the silicon material expands in volume up to about 4.4 times by occluding lithium. For this reason, the silicon material has the property that it is pulverized by repeated expansion and contraction, delamination from the current collector, and separation of the active materials, and the conductive network inside the active material layer is easily broken. As a result, the cycle characteristics are extremely deteriorated in a short time.
しかしながら、本実施形態に係る蓄電デバイス電極用スラリーを用いて作製された蓄電デバイス電極では、ケイ素材料を使用した場合でも上述のような問題が発生することなく
、良好な電気的特性を示すことができる。この理由としては、重合体(A)がケイ素材料を強固に結着させることができると同時に、リチウムを吸蔵することによりケイ素材料が体積膨張しても重合体(A)が伸び縮みしてケイ素材料を強固に結着させた状態を維持することができるからであると考えられる。
However, the electricity storage device electrode manufactured using the electricity storage device electrode slurry according to this embodiment may exhibit good electrical characteristics without causing the above-described problems even when a silicon material is used. it can. The reason for this is that the polymer (A) can firmly bind the silicon material, and at the same time, the polymer (A) expands and contracts even when the silicon material expands volume by occluding lithium. This is probably because the state in which the material is firmly bound can be maintained.
活物質100質量部中に占めるケイ素材料の含有割合は、1質量部以上とすることが好ましく、1〜50質量部とすることがより好ましく、5〜45質量部とすることがさらに好ましく、10〜40質量部とすることが特に好ましい。活物質100質量部中に占めるケイ素材料の含有割合が前記範囲内であると、蓄電デバイスの出力及びエネルギー密度の向上と充放電耐久特性とのバランスに優れた蓄電デバイスが得られる。 The content ratio of the silicon material in 100 parts by mass of the active material is preferably 1 part by mass or more, more preferably 1 to 50 parts by mass, further preferably 5 to 45 parts by mass. It is especially preferable to set it as -40 mass parts. When the content ratio of the silicon material in 100 parts by mass of the active material is within the above range, an electricity storage device having an excellent balance between the output and energy density of the electricity storage device and charge / discharge durability characteristics can be obtained.
活物質としてケイ素材料と炭素材料とを併用する場合、ケイ素材料の使用量は、活物質の全質量を100質量部としたときに4〜40質量部であることが好ましく、5〜35質量部であることがより好ましく、5〜30質量部であることが特に好ましい。ケイ素材料の使用量が前記範囲内であると、リチウムの吸蔵に伴うケイ素材料の体積膨張に対する炭素材料の体積膨張が小さいため、これらの活物質を含有する活物質層の充放電に伴う体積変化を低減させることができ、集電体と活物質層との密着性をより向上させることができる。 When a silicon material and a carbon material are used in combination as the active material, the amount of the silicon material used is preferably 4 to 40 parts by mass when the total mass of the active material is 100 parts by mass, and 5 to 35 parts by mass. It is more preferable that it is 5-30 mass parts. Since the volume expansion of the carbon material relative to the volume expansion of the silicon material due to occlusion of lithium is small when the amount of silicon material used is within the above range, the volume change due to charge / discharge of the active material layer containing these active materials And the adhesion between the current collector and the active material layer can be further improved.
活物質の形状としては、粒状であることが好ましい。活物質の平均粒子径としては、0.1〜100μmであることが好ましく、1〜20μmであることがより好ましい。 The shape of the active material is preferably granular. The average particle diameter of the active material is preferably 0.1 to 100 μm, and more preferably 1 to 20 μm.
ここで、活物質の平均粒子径とは、レーザー回折法を測定原理とする粒度分布測定装置を用いて粒度分布を測定し、その粒度分布から算出される体積平均粒子径である。このようなレーザー回折式粒度分布測定装置としては、例えばHORIBA LA−300シリーズ、HORIBA LA−920シリーズ(以上、株式会社堀場製作所製)などを挙げることができる。この粒度分布測定装置は、活物質の一次粒子だけを評価対象とするものではなく、一次粒子が凝集して形成された二次粒子をも評価対象とする。従って、この粒度分布測定装置によって得られた平均粒子径は、蓄電デバイス電極用スラリー中に含まれる活物質の分散状態の指標とすることができる。なお、活物質の平均粒子径は、スラリーを遠心分離して活物質を沈降させた後、その上澄み液を除去し、沈降した活物質を上記の方法により測定することによっても測定することができる。 Here, the average particle diameter of the active material is a volume average particle diameter calculated from a particle size distribution measured by using a particle size distribution measuring apparatus based on a laser diffraction method. Examples of such a laser diffraction particle size distribution measuring apparatus include HORIBA LA-300 series, HORIBA LA-920 series (manufactured by Horiba, Ltd.) and the like. This particle size distribution measuring apparatus does not only evaluate primary particles of the active material, but also evaluates secondary particles formed by aggregation of the primary particles. Therefore, the average particle diameter obtained by the particle size distribution measuring apparatus can be used as an index of the dispersion state of the active material contained in the slurry for the electricity storage device electrode. The average particle diameter of the active material can also be measured by centrifuging the slurry to settle the active material, removing the supernatant, and measuring the precipitated active material by the above method. .
活物質の使用割合は、活物質100質量部に対する重合体(A)及び重合体(B)の合計の含有割合が、0.1〜25質量部となるような割合で使用することが好ましく、0.5〜15質量部となるような割合で使用することがより好ましい。このような使用割合とすることにより、密着性により優れ、しかも電極抵抗が小さく充放電特性により優れた電極を製造することができる。 The use ratio of the active material is preferably such that the total content of the polymer (A) and the polymer (B) with respect to 100 parts by mass of the active material is 0.1 to 25 parts by mass, It is more preferable to use at a ratio of 0.5 to 15 parts by mass. By setting it as such a usage rate, it is possible to produce an electrode that is excellent in adhesiveness and has low electrode resistance and excellent charge / discharge characteristics.
2.2.2.その他の添加剤
本実施形態に係る蓄電デバイス電極用スラリーには、上述した成分以外に、必要に応じてその他の成分を添加してもよい。このような成分としては、例えば導電付与剤、増粘剤、液状媒体(ただし、蓄電デバイス用組成物からの持ち込み分を除く。)、pH調整剤、腐食防止剤などが挙げられる。
2.2.2. Other Additives In addition to the components described above, other components may be added to the power storage device electrode slurry according to the present embodiment as necessary. Examples of such components include a conductivity-imparting agent, a thickener, a liquid medium (however, excluding a part brought in from the composition for an electricity storage device), a pH adjuster, a corrosion inhibitor, and the like.
<導電付与剤>
導電付与剤の具体例としては、リチウムイオン二次電池においてはカーボンなどを挙げることができる。カーボンとしては、活性炭、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、黒鉛、炭素繊維、フラーレンなどを挙げることができる。これらの中でも、アセチレンブラック、ファーネスブラックを好ましく使用することができる。
導電付与剤の使用割合は、活物質100質量部に対して、20質量部以下であることが好ましく、1〜15質量部であることがより好ましく、2〜10質量部であることが特に好ましい。
<Conductivity imparting agent>
Specific examples of the conductivity-imparting agent include carbon in a lithium ion secondary battery. Examples of carbon include activated carbon, acetylene black, ketjen black, furnace black, graphite, carbon fiber, and fullerene. Among these, acetylene black and furnace black can be preferably used.
The use ratio of the conductivity-imparting agent is preferably 20 parts by mass or less, more preferably 1 to 15 parts by mass, and particularly preferably 2 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the active material. .
<増粘剤>
蓄電デバイス電極用スラリーの塗工性を改善する観点から、増粘剤を添加してもよい。増粘剤の具体例としては、「1.4.その他の添加剤」に記されている化合物を例示することができる。増粘剤の使用割合は、活物質100質量部に対して、0.1〜10質量部であることが好ましく、0.5〜5質量部であることがより好ましい。
<Thickener>
From the viewpoint of improving the coatability of the slurry for the electricity storage device electrode, a thickener may be added. Specific examples of the thickener include the compounds described in “1.4. Other Additives”. The use ratio of the thickener is preferably 0.1 to 10 parts by mass, and more preferably 0.5 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the active material.
<液状媒体>
本実施形態に係る蓄電デバイス電極用スラリーは、上述の蓄電デバイス用組成物を含有するから、蓄電デバイス用組成物に含まれていた液状媒体(C)を含有することとなる。本実施形態に係る蓄電デバイス電極用スラリーには、蓄電デバイス用組成物から持ち込まれた液状媒体(C)に加えて、必要に応じてさらに液状媒体(C)以外の液状媒体を添加してもよい。
<Liquid medium>
Since the slurry for an electricity storage device electrode according to this embodiment contains the above-mentioned composition for an electricity storage device, it contains the liquid medium (C) contained in the composition for an electricity storage device. In addition to the liquid medium (C) brought from the composition for an electricity storage device, a slurry other than the liquid medium (C) may be added to the slurry for the electricity storage device electrode according to the present embodiment as necessary. Good.
本実施形態に係る蓄電デバイス電極用スラリーに追加で添加し得る液状媒体は、蓄電デバイス用組成物に含まれていた液状媒体(C)と同種であってもよく、異なっていてもよいが、蓄電デバイス用組成物における液状媒体(C)について説明した液状媒体の中から選択して使用されることが好ましい。 The liquid medium that can be added to the electricity storage device electrode slurry according to the present embodiment may be the same as or different from the liquid medium (C) contained in the electricity storage device composition, The liquid medium (C) in the composition for an electricity storage device is preferably selected from the liquid medium described above.
本実施形態に係る蓄電デバイス電極用スラリーにおける液状媒体(蓄電デバイス用組成物からの持ち込み分を含む。)の使用割合は、スラリー中の固形分濃度(スラリー中の液状媒体以外の成分の合計質量がスラリーの全質量に占める割合をいう。以下同じ。)が、30〜70質量%となる割合とすることが好ましく、40〜60質量%となる割合とすることがより好ましい。 The use ratio of the liquid medium (including the carry-in from the composition for the electricity storage device) in the slurry for the electricity storage device electrode according to this embodiment is the solid content concentration in the slurry (the total mass of components other than the liquid medium in the slurry). Is the ratio of 30 to 70% by mass, and more preferably 40 to 60% by mass.
<pH調整剤・腐食防止剤>
本実施形態に係る蓄電デバイス電極用スラリーは、活物質の種類に応じて集電体の腐食を抑制することを目的として、pH調整剤または腐食防止剤を含有することができる。
<PH adjusters and corrosion inhibitors>
The slurry for an electricity storage device electrode according to the present embodiment can contain a pH adjusting agent or a corrosion inhibitor for the purpose of suppressing the corrosion of the current collector according to the type of the active material.
pH調整剤としては、例えば、塩酸、リン酸、硫酸、酢酸、ギ酸、リン酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、ギ酸アンモニウム、塩化アンモニウムなどを挙げることでき、これらの中でも硫酸及び硫酸アンモニウムが好ましい。 Examples of the pH adjuster include hydrochloric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, acetic acid, formic acid, ammonium phosphate, ammonium sulfate, ammonium acetate, ammonium formate, and ammonium chloride. Among these, sulfuric acid and ammonium sulfate are preferable.
腐食防止剤としては、メタバナジン酸アンモニウム、メタバナジン酸ナトリウム、メタバナジン酸カリウム、メタタングステン酸アンモニウム、メタタングステン酸ナトリウム、メタタングステン酸カリウム、パラタングステン酸アンモニウム、パラタングステン酸ナトリウム、パラタングステン酸カリウム、モリブデン酸アンモニウム、モリブデン酸ナトリウム、モリブデン酸カリウムなどが挙げられ、これらの中でもパラタングステン酸アンモニウム、メタバナジン酸アンモニウム、メタバナジン酸ナトリウム、メタバナジン酸カリウム、モリブデン酸アンモニウムが好ましい。 Corrosion inhibitors include ammonium metavanadate, sodium metavanadate, potassium metavanadate, ammonium metatungstate, sodium metatungstate, potassium metatungstate, ammonium paratungstate, sodium paratungstate, potassium paratungstate, and molybdic acid. Ammonium, sodium molybdate, potassium molybdate and the like can be mentioned, among which ammonium paratungstate, ammonium metavanadate, sodium metavanadate, potassium metavanadate and ammonium molybdate are preferable.
2.2.3.蓄電デバイス電極用スラリーの調製方法
本実施形態に係る蓄電デバイス電極用スラリーは、上述の蓄電デバイス用組成物と活物質とを含有するものである限り、どのような方法によって製造されたものであってもよいが、例えば特許第599399号公報等に記載されている方法により製造することができる。
2.2.3. Method for Preparing Power Storage Device Electrode Slurry The power storage device electrode slurry according to the present embodiment was manufactured by any method as long as it contains the power storage device composition and the active material described above. However, it can be produced by a method described in, for example, Japanese Patent No. 599399.
3.蓄電デバイス電極
本実施形態に係る蓄電デバイス電極は、集電体と、前記集電体の表面上に上述の蓄電デバイス電極用スラリーが塗布及び乾燥されて形成された活物質層と、を備えるものである。かかる蓄電デバイス電極は、金属箔などの集電体の表面に、上述の蓄電デバイス電極用スラリーを塗布して塗膜を形成し、次いで該塗膜を乾燥して活物質層を形成することにより製造することができる。このようにして製造された蓄電デバイス電極は、集電体上に、上述の重合体(A)、重合体(B)及び活物質、さらに必要に応じて添加した任意成分を含有する活物質層が結着されてなるものであるから、密着性に優れると共に、良好な充放電耐久特性を示す。
3. An electricity storage device electrode according to this embodiment includes a current collector and an active material layer formed by applying and drying the above-mentioned slurry for an electricity storage device electrode on the surface of the current collector. It is. Such an electricity storage device electrode is formed by applying the above-mentioned slurry for an electricity storage device electrode on the surface of a current collector such as a metal foil to form a coating film, and then drying the coating film to form an active material layer. Can be manufactured. The electricity storage device electrode thus produced is an active material layer containing the above-described polymer (A), polymer (B), and active material on the current collector, and optional components added as necessary. Since it is formed by binding, it exhibits excellent adhesion and excellent charge / discharge durability characteristics.
集電体としては、導電性材料からなるものであれば特に制限されないが、例えば特許第599399号公報等の記載されている集電体が挙げられる。 The current collector is not particularly limited as long as it is made of a conductive material, and examples thereof include current collectors described in Japanese Patent No. 599399.
蓄電デバイス電極用スラリーの集電体への塗布方法についても特に制限はなく、例えば特許第599399号公報等の記載されている方法により塗布することができる。 There is no restriction | limiting in particular also about the application | coating method to the electrical power collector of the slurry for electrical storage device electrodes, For example, it can apply | coat by the method described in patent 599399 grade | etc.,.
本実施形態に係る蓄電デバイス電極において、活物質としてケイ素材料を用いる場合、活物質層100質量部中のシリコン元素の含有割合が2〜30質量部であることが好ましく、2〜20質量部であることがより好ましく、3〜10質量部であることが特に好ましい。活物質層中のシリコン元素の含有量が前記範囲内であると、それを用いて作製される蓄電デバイスの蓄電容量が向上することに加え、シリコン元素の分布が均一な活物質層が得られる。 In the electricity storage device electrode according to the present embodiment, when a silicon material is used as the active material, the content ratio of silicon element in 100 parts by mass of the active material layer is preferably 2 to 30 parts by mass, and 2 to 20 parts by mass. More preferably, it is 3 to 10 parts by mass. When the content of the silicon element in the active material layer is within the above range, an active material layer having a uniform silicon element distribution can be obtained in addition to improving the storage capacity of an electricity storage device manufactured using the active element layer. .
本発明において活物質層中のシリコン元素の含有量は、以下の手順により測定することができる。すなわち、
(1)蛍光X線分析装置(スペクトリス社製、製品名「パナリティカルMagixPRO」)にて、あらかじめ準備しておいたシリコン元素の含有量既知のサンプルを複数点測定し、検量線を作成する。
(2)蓄電デバイス電極から活物質層の全体(深さ方向の一部のみを採取しないようにする)をスパチュラなどで3g掻き取り、全体が均一になるように乳鉢などで混合した後に直径3cmの円盤状のプレートにプレスする。活物質層単独では成形できない場合は、元素組成既知の凝着剤を適宜使用してもよい。このような凝着剤としては、例えばスチレン・マレイン酸樹脂、ホウ酸粉末、セルロース粉などを使用できる。また、シリコン含有量が高く検量線のリニアリティが確保できない場合も、上記凝着剤を用いてサンプルを希釈して測定することができる。なお、上記凝着剤を使用する際は、マトリックス効果による検量線のズレを回避するため、検量線作成サンプルも同様に凝着剤を使用することが好ましい。
(3)得られたプレートを蛍光X線分析装置にセットして分析し、上記検量線からシリコン元素含有量を算出する。上記凝着剤を使用した場合は、凝着剤の重量を差し引いた上でシリコン元素含有量を算出する。
In the present invention, the content of silicon element in the active material layer can be measured by the following procedure. That is,
(1) Using a fluorescent X-ray analyzer (product name “Panalytic MagixPRO” manufactured by Spectris Co., Ltd.), a plurality of samples prepared in advance with a known silicon element content are measured, and a calibration curve is created.
(2) 3 g of the entire active material layer (not to collect only a part in the depth direction) is scraped from the power storage device electrode with a spatula or the like, and mixed with a mortar or the like so that the whole becomes uniform. Press into a disk-shaped plate. If the active material layer alone cannot be formed, an adhesive having a known elemental composition may be used as appropriate. As such an adhesive, for example, styrene / maleic acid resin, boric acid powder, cellulose powder and the like can be used. Further, even when the silicon content is high and the linearity of the calibration curve cannot be ensured, the sample can be diluted and measured using the adhesive. In addition, when using the said adhesive agent, in order to avoid the shift | offset | difference of the calibration curve by a matrix effect, it is preferable to similarly use an adhesive agent also for the calibration curve preparation sample.
(3) The obtained plate is set in a fluorescent X-ray analyzer and analyzed, and the silicon element content is calculated from the calibration curve. When the above adhesive is used, the silicon element content is calculated after subtracting the weight of the adhesive.
4.蓄電デバイス
本実施形態に係る蓄電デバイスは、上述の蓄電デバイス電極を備え、さらに電解液を含有し、セパレータなどの部品を用いて、常法に従って製造することができる。具体的な製造方法としては、例えば、負極と正極とをセパレータを介して重ね合わせ、これを電池形状に応じて巻く、折るなどして電池容器に収納し、該電池容器に電解液を注入して封口する方法などを挙げることができる。電池の形状は、コイン型、円筒型、角形、ラミネート型など、適宜の形状であることができる。
4). Power Storage Device The power storage device according to the present embodiment includes the above-described power storage device electrode, further contains an electrolytic solution, and can be manufactured according to a conventional method using components such as a separator. As a specific manufacturing method, for example, a negative electrode and a positive electrode are overlapped via a separator, and this is wound or folded according to the shape of the battery, and stored in a battery container, and an electrolytic solution is injected into the battery container. Can be mentioned. The shape of the battery can be an appropriate shape such as a coin shape, a cylindrical shape, a square shape, or a laminate shape.
電解液は、液状でもゲル状でもよく、活物質の種類に応じて、蓄電デバイスに用いられ
る公知の電解液の中から電池としての機能を効果的に発現するものを選択すればよい。電解液は、電解質を適当な溶媒に溶解した溶液であることができる。
The electrolyte solution may be liquid or gel, and an electrolyte that effectively expresses the function as a battery may be selected from the known electrolytes used for the electricity storage device according to the type of the active material. The electrolytic solution can be a solution in which an electrolyte is dissolved in a suitable solvent.
上記電解質としては、リチウムイオン二次電池では、従来から公知のリチウム塩のいずれも使用することができ、その具体例としては、例えばLiClO4、LiBF4、LiPF6、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiB10Cl10、LiAlCl4、LiCl、LiBr、LiB(C2H5)4、LiCF3SO3、LiCH3SO3、LiC4F9SO3、Li(CF3SO2)2N、低級脂肪酸カルボン酸リチウムなどを例示することができる。ニッケル水素二次電池では、例えば従来公知の濃度が5モル/リットル以上の水酸化カリウム水溶液を使用することができる。 As the electrolyte, any conventionally known lithium salt can be used in the lithium ion secondary battery, and specific examples thereof include, for example, LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6. , LiSbF 6 , LiB 10 Cl 10 , LiAlCl 4 , LiCl, LiBr, LiB (C 2 H 5 ) 4 , LiCF 3 SO 3 , LiCH 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, lower fatty acid lithium carboxylate and the like can be exemplified. In a nickel metal hydride secondary battery, for example, an aqueous potassium hydroxide solution having a conventionally known concentration of 5 mol / liter or more can be used.
上記電解質を溶解するための溶媒は、特に制限されるものではないが、その具体例として、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどのカーボネート化合物;γ−ブチルラクトンなどのラクトン化合物;トリメトキシメタン、1,2−ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、2−エトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフランなどのエーテル化合物;ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド化合物などを挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上を使用することができる。電解液中の電解質の濃度としては、好ましくは0.5〜3.0モル/Lであり、より好ましくは0.7〜2.0モル/Lである。 The solvent for dissolving the electrolyte is not particularly limited. Specific examples thereof include carbonate compounds such as propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, and diethyl carbonate; Lactone compounds such as butyl lactone; ether compounds such as trimethoxymethane, 1,2-dimethoxyethane, diethyl ether, 2-ethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran; sulfoxide compounds such as dimethyl sulfoxide, etc. One or more selected from these can be used. The concentration of the electrolyte in the electrolytic solution is preferably 0.5 to 3.0 mol / L, more preferably 0.7 to 2.0 mol / L.
5.実施例
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例、比較例中の「部」及び「%」は、特に断らない限り質量基準である。
5. EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples, but the present invention is not limited to these examples. “Part” and “%” in Examples and Comparative Examples are based on mass unless otherwise specified.
5.1.重合体の合成
(1)重合体(A1)〜(A−26)の合成
以下に示すような重合により、重合体(A1)を得た。容量7Lのセパラブルフラスコの内部を十分に窒素置換した後、水310質量部を仕込み、内温80℃に昇温し、次いで過硫酸ナトリウム0.5質量部を投入した。次いで、水50質量部、アクリル酸2−ヒドロキシエチル100質量部の混合液を1時間かけて滴下し、80℃±3℃で2時間反応を行い、さらに90℃±3℃で4時間反応を行った。その後、冷却し、2.5%水酸化ナトリウム水溶液でpH7に調整することにより、重合体(A1)を20wt%含有する組成物を得た。このようにして得られた重合体(A1)を20wt%含有する組成物を蓄電デバイス用組成物A1とした。
5.1. Synthesis of Polymer (1) Synthesis of Polymers (A1) to (A-26) Polymer (A1) was obtained by polymerization as shown below. The interior of the 7 L separable flask was sufficiently purged with nitrogen, charged with 310 parts by mass of water, heated to an internal temperature of 80 ° C., and then charged with 0.5 parts by mass of sodium persulfate. Next, a mixed solution of 50 parts by mass of water and 100 parts by mass of 2-hydroxyethyl acrylate is dropped over 1 hour, reacted at 80 ° C. ± 3 ° C. for 2 hours, and further reacted at 90 ° C. ± 3 ° C. for 4 hours. went. Then, it cooled and adjusted to pH 7 with 2.5% sodium hydroxide aqueous solution, and the composition containing 20 wt% of polymers (A1) was obtained. The composition containing 20 wt% of the polymer (A1) thus obtained was designated as a power storage device composition A1.
使用した単量体の種類及び含有割合を表1〜表2に記載のように変更した以外は、上記重合体(A1)の合成例と同様にして重合体(A2)〜(A26)を合成し、蓄電デバイス用組成物A2〜A26を得た。 The polymers (A2) to (A26) were synthesized in the same manner as in the synthesis example of the polymer (A1) except that the types and content ratios of the monomers used were changed as shown in Tables 1 and 2. And composition A2-A26 for electrical storage devices was obtained.
表1〜表2における各成分の略称はそれぞれ以下の化合物を表す。
<水酸基を有する不飽和カルボン酸エステル>
・HEA:アクリル酸2−ヒドロキシエチル
・HEMA:メタクリル酸2−ヒドロキシエチル
<(メタ)アクリルアミド>
・AAM:アクリルアミド
・MAAM:メタクリルアミド
<その他の単量体>
・MMA:メタクリル酸メチル
・BA:アクリル酸n−ブチル
・EA:アクリル酸エチル
Abbreviations of each component in Tables 1 and 2 represent the following compounds, respectively.
<Unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group>
-HEA: 2-hydroxyethyl acrylate-HEMA: 2-hydroxyethyl methacrylate <(meth) acrylamide>
AAM: acrylamide MAMA: methacrylamide <other monomers>
MMA: methyl methacrylate BA: n-butyl acrylate EA: ethyl acrylate
(2)重合体(B1)〜(B13)の合成
以下に示すような二段重合により、重合体(B1)の粒子を含有する組成物を得た。一段目の重合では、反応器に水211質量部と、1,3−ブタジエン33質量部、スチレン42質量部、メタクリル酸2質量部及びアクリル酸2質量部からなる単量体混合物79質量部と、連鎖移動剤としてt−ドデシルメルカプタン0.1質量部と、乳化剤としてアルキルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム1質量部と、重合開始剤として過硫酸カリウム0.2質量部とを仕込み、攪拌しながら60℃で18時間重合し、重合転化率96%で反応を終了した。続いて、二段目の重合では、この反応器に水189質量部と、メタクリル酸21質量部と、重合開始剤として過硫酸カリウム0.05質量部と、炭酸ナトリウム0.1質量部とを添加して80℃にて2時間重合反応を継続した後、反応を終了させた。このときの重合転化率は98%であった。得られた重合体(B1)のラテックス(重合体(B1)の粒子分散液)から未反応単量体を除去し、濃縮後10%水酸化ナトリウム水溶液及び水を添加して、重合体(B1)の粒子分散液の固形分濃度及びpHを調整し、重合体(B1)の粒子を20%含有するpH4.4の蓄電デバイス用組成物B1を得た。
(2) Synthesis of polymers (B1) to (B13) A composition containing particles of the polymer (B1) was obtained by two-stage polymerization as shown below. In the first stage polymerization, 211 parts by weight of water, 79 parts by weight of a monomer mixture consisting of 33 parts by weight of 1,3-butadiene, 42 parts by weight of styrene, 2 parts by weight of methacrylic acid and 2 parts by weight of acrylic acid are added to the reactor. , 0.1 part by mass of t-dodecyl mercaptan as a chain transfer agent, 1 part by mass of sodium alkyldiphenyl ether disulfonate as an emulsifier, and 0.2 part by mass of potassium persulfate as a polymerization initiator were stirred at 60 ° C. Polymerization was carried out for 18 hours, and the reaction was terminated at a polymerization conversion of 96%. Subsequently, in the second stage polymerization, 189 parts by mass of water, 21 parts by mass of methacrylic acid, 0.05 parts by mass of potassium persulfate as a polymerization initiator, and 0.1 parts by mass of sodium carbonate were added to this reactor. After the addition and the polymerization reaction was continued at 80 ° C. for 2 hours, the reaction was terminated. The polymerization conversion rate at this time was 98%. Unreacted monomers are removed from the resulting latex of the polymer (B1) (particle dispersion of polymer (B1)), and after concentration, a 10% aqueous sodium hydroxide solution and water are added, and the polymer (B1 The solid content concentration and pH of the particle dispersion of () were adjusted to obtain a pH 4.4 power storage device composition B1 containing 20% of the polymer (B1) particles.
使用した単量体の種類、含有割合及び合成方法等を表3〜表4に記載のように変更した以外は、上記重合体(B1)の合成例と同様にして重合体(B2)〜(B13)を合成し、蓄電デバイス用組成物B2〜B13を得た。なお、重合体(B5)〜(B8)及び(B10)〜(B13)については、二段目の重合を行わずに一段重合で合成した。 Polymers (B2) to (B) are used in the same manner as in the synthesis example of the polymer (B1) except that the types, content ratios and synthesis methods used are changed as shown in Tables 3 to 4. B13) was synthesized to obtain power storage device compositions B2 to B13. The polymers (B5) to (B8) and (B10) to (B13) were synthesized by one-stage polymerization without performing the second-stage polymerization.
(3)重合体(B14)〜(B18)の合成
電磁式撹拌機を備えた内容積6Lのオートクレーブの内部を十分に窒素置換した後、脱酸素した純水2.5L及び乳化剤としてパーフルオロデカン酸アンモニウム25gを仕込み、350rpmで撹拌しながら60℃まで昇温した。次いで、単量体であるフッ化ビニリデン(VdDF)70%及び六フッ化プロピレン(HFP)30%からなる混合ガスを、内圧が20kg/cm2に達するまで仕込んだ。重合開始剤としてジイソプロピルパーオキシジカーボネートを20%含有するフロン113溶液25gを窒素ガスを使用して圧入し、重合を開始した。重合中は内圧が20kg/cm2に維持されるようVdDF60%及びHFP40%からなる混合ガスを逐次圧入して、圧力を20kg/cm2に維持した。また、重合が進行するに従って重合速度が低下するため、3時間経過後に、先と同じ重合開始剤溶液の同量を窒素ガスを使用して圧入し、さらに3時間反応を継続した。その後、反応液を冷却すると同時に撹拌を停止し、未反応の単量体を放出した後に反応を停止することにより、フッ素系重合体の粒子を40%含有する水分散体を得た。得られたフッ素系重合体につき、19F−NMRにより分析した結果、各単量体の質量組成比はVdDF/HFP=21/4であった。
(3) Synthesis of polymers (B14) to (B18) The inside of an autoclave having an internal volume of 6 L equipped with an electromagnetic stirrer was sufficiently purged with nitrogen, and then deoxygenated 2.5 L of pure water and perfluorodecane as an emulsifier 25 g of ammonium acid was charged, and the temperature was raised to 60 ° C. while stirring at 350 rpm. Next, a mixed gas composed of 70% of vinylidene fluoride (VdDF) and 30% of propylene hexafluoride (HFP) as monomers was charged until the internal pressure reached 20 kg / cm 2 . 25 g of Freon 113 solution containing 20% of diisopropyl peroxydicarbonate as a polymerization initiator was injected using nitrogen gas to initiate polymerization. During the polymerization, a mixed gas composed of 60% VdDF and 40% HFP was sequentially injected so that the internal pressure was maintained at 20 kg / cm 2 to maintain the pressure at 20 kg / cm 2 . Further, since the polymerization rate decreased as the polymerization progressed, the same amount of the same polymerization initiator solution as that described above was injected using nitrogen gas after 3 hours, and the reaction was continued for 3 hours. Thereafter, the reaction liquid was cooled and the stirring was stopped at the same time. After the unreacted monomer was released, the reaction was stopped to obtain an aqueous dispersion containing 40% of fluoropolymer particles. The obtained fluoropolymer was analyzed by 19 F-NMR. As a result, the mass composition ratio of each monomer was VdDF / HFP = 21/4.
容量7Lのセパラブルフラスコの内部を十分に窒素置換した後、上記の工程で得られたフッ素系重合体の粒子を含有する水分散体をフッ素系重合体換算で25質量部、乳化剤「アデカリアソープSR1025」(商品名、株式会社ADEKA製)0.5質量部、メタ
クリル酸シクロヘキシル(CHMA)22.5質量部、アクリル酸エチル(EA)48質量部、メタクリル酸アリル(AMA)0.5質量部、メタクリルアミド(AAM)2質量部及びアクリル酸(AA)2質量部並びに水130質量部を順次仕込み、70℃で3時間攪拌し、フッ素系重合体に単量体を吸収させた。次いで油溶性重合開始剤であるアゾビスイソブチロニトリル0.5質量部を含有するテトラヒドロフラン溶液20mLを添加し、75℃に昇温して3時間反応を行い、さらに85℃で2時間反応を行った。その後、冷却した後に反応を停止し、2.5N水酸化ナトリウム水溶液でpH6.8に調整することにより、重合体(B14)を40%含有する蓄電デバイス用組成物B14を得た。
After the inside of the 7-L separable flask was sufficiently purged with nitrogen, 25 parts by mass of an aqueous dispersion containing the fluoropolymer particles obtained in the above-mentioned step was converted into a fluoropolymer, and the emulsifier “Adekalia” Soap SR1025 "(trade name, manufactured by ADEKA Corporation) 0.5 parts by mass, cyclohexyl methacrylate (CHMA) 22.5 parts by mass, ethyl acrylate (EA) 48 parts by mass, allyl methacrylate (AMA) 0.5 parts by mass Part, 2 parts by weight of methacrylamide (AAM), 2 parts by weight of acrylic acid (AA) and 130 parts by weight of water were sequentially added and stirred at 70 ° C. for 3 hours to allow the fluoropolymer to absorb the monomer. Next, 20 mL of a tetrahydrofuran solution containing 0.5 part by mass of azobisisobutyronitrile, which is an oil-soluble polymerization initiator, is added, heated to 75 ° C. and reacted for 3 hours, and further reacted at 85 ° C. for 2 hours. went. Then, after cooling, the reaction was stopped, and the pH was adjusted to 6.8 with a 2.5N aqueous sodium hydroxide solution to obtain a power storage device composition B14 containing 40% of the polymer (B14).
使用した単量体の種類及び含有割合を表4に記載のように変更した以外は、上記重合体(B14)の合成例と同様にして重合体(B15)〜(B18)を合成し、蓄電デバイス用組成物B15〜B18を得た。 The polymers (B15) to (B18) were synthesized in the same manner as in the synthesis example of the polymer (B14) except that the types and content ratios of the monomers used were changed as shown in Table 4. Device compositions B15 to B18 were obtained.
表3〜表4における各成分の略称はそれぞれ以下の化合物を表す。
<フッ素原子を有する単量体>
・VdDF:フッ化ビニリデン
・HFP:六フッ化プロピレン
・TFE:四フッ化エチレン
・2VE:1,1,2,2−テトラフルオロ−1,2−ビス[(トリフルオロビニル)オキシ]エタン
<不飽和カルボン酸>
・AA:アクリル酸
・TA:イタコン酸
・MAA:メタクリル酸
<(メタ)アクリルアミド>
・AAM:アクリルアミド
・MAAM:メタクリルアミド
<共役ジエン化合物>
・BD:1,3−ブタジエン
<芳香族ビニル化合物>
・ST:スチレン
<水酸基を有する不飽和カルボン酸エステル>
・HEA:アクリル酸2−ヒドロキシエチル
・HEMA:メタクリル酸2−ヒドロキシエチル
<不飽和カルボン酸エステル>
・MMA:メタクリル酸メチル
・CHMA:メタクリル酸シクロヘキシル
・2EHA:アクリル酸2−エチルヘキシル
・EA:アクリル酸エチル
・BA:アクリル酸n−ブチル
・AMA:アクリル酸メチル
<α,β−不飽和ニトリル化合物>
・AN:アクリロニトリル
Abbreviations of each component in Tables 3 to 4 represent the following compounds, respectively.
<Monomer having a fluorine atom>
VdDF: vinylidene fluoride HFP: propylene hexafluoride TFE: ethylene tetrafluoride 2VE: 1,1,2,2-tetrafluoro-1,2-bis [(trifluorovinyl) oxy] ethane <not Saturated carboxylic acid>
-AA: Acrylic acid-TA: Itaconic acid-MAA: Methacrylic acid <(Meth) acrylamide>
AAM: acrylamide MAMA: methacrylamide <conjugated diene compound>
BD: 1,3-butadiene <aromatic vinyl compound>
ST: Styrene <Unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group>
-HEA: 2-hydroxyethyl acrylate-HEMA: 2-hydroxyethyl methacrylate <unsaturated carboxylic acid ester>
MMA: methyl methacrylate CHMA: cyclohexyl methacrylate 2EHA: 2-ethylhexyl acrylate EA: ethyl acrylate BA: n-butyl acrylate AMA: methyl acrylate <α, β-unsaturated nitrile compound>
・ AN: Acrylonitrile
(4)物性評価
<水に対する溶解度>
25℃、1気圧において、上記で得られた重合体(A1)〜(A26)のそれぞれ1gが水100gに溶解するか否かを目視にて観測した。その結果を表1及び表2に併せて示す。完全に溶解している場合を「○」、溶け残りが存在している場合を「×」と表中に表記した。
(4) Physical property evaluation <Solubility in water>
Whether or not 1 g of each of the polymers (A1) to (A26) obtained above was dissolved in 100 g of water was visually observed at 25 ° C. and 1 atm. The results are also shown in Table 1 and Table 2. The case where it was completely dissolved was indicated in the table as “◯”, and the case where there was an undissolved portion was indicated as “x”.
<数平均粒子径の測定>
動的光散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置(大塚電子株式会社製、型式「FPAR−1000」)を用いて、上記で得られた重合体(B1)〜(B18)の粒度分布を測定し、その粒度分布から数平均粒子径を求めた。測定条件は以下の通りである。測定結果を表3及び表4に併せて示す。
(測定条件)
・分散媒:水
・測定温度:25℃
・希釈倍数:0.1wt%
・散乱角度:160°
・光源レーザー波長:632.8nm
<Measurement of number average particle size>
Using a particle size distribution measuring apparatus (model “FPAR-1000” manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.) having a dynamic light scattering method as a measurement principle, the particle size distribution of the polymers (B1) to (B18) obtained above is determined. The number average particle size was determined from the particle size distribution. The measurement conditions are as follows. The measurement results are also shown in Tables 3 and 4.
(Measurement condition)
-Dispersion medium: water-Measurement temperature: 25 ° C
・ Dilution factor: 0.1 wt%
-Scattering angle: 160 °
-Light source laser wavelength: 632.8 nm
<pHの測定>
上記で得られた蓄電デバイス用組成物B1〜B18について、pHメーター(株式会社堀場製作所製)を用いて25℃におけるpHを測定した。測定結果を表1〜表4に併せて示す。
<Measurement of pH>
About the electrical storage device composition B1-B18 obtained above, pH at 25 degreeC was measured using the pH meter (Horiba Ltd. make). The measurement results are also shown in Tables 1 to 4.
<吸熱特性>
上記で得られた蓄電デバイス用組成物A1〜A26及びB1〜B18について、JIS
K7121に準拠する示差走査熱量計(NETZSCH社製、DSC204F1 Phoenix)を用いて測定したところ、重合体の吸熱ピークがそれぞれ1つ観測された。吸熱ピークが観測された温度はガラス転移温度(Tg)とみなすことができる。各重合体のガラス転移温度(Tg)を表1〜表4に併せて示す。
<Endothermic characteristics>
About composition A1-A26 and B1-B18 for electrical storage devices obtained above, JIS
When measured using a differential scanning calorimeter (made by NETZSCH, DSC204F1 Phoenix) based on K7121, one endothermic peak of the polymer was observed. The temperature at which the endothermic peak is observed can be regarded as the glass transition temperature (Tg). Tables 1 to 4 show the glass transition temperature (Tg) of each polymer.
5.2.実施例1
5.2.1.蓄電デバイス用組成物の調製
上記で得られた蓄電デバイス用組成物A1と蓄電デバイス用組成物B5とを、重合体(A1)1.5質量部、重合体(B5)2.0質量部に相当する量だけそれぞれ加え、60rpmで1時間撹拌することにより、実施例1で使用する蓄電デバイス用組成物を得た。
5.2. Example 1
5.2.1. Preparation of composition for electricity storage device The composition A1 for electricity storage device and the composition B5 for electricity storage device obtained above were combined into 1.5 parts by mass of the polymer (A1) and 2.0 parts by mass of the polymer (B5). Only the corresponding amount was added, and the mixture was stirred at 60 rpm for 1 hour to obtain the composition for an electricity storage device used in Example 1.
5.2.2.蓄電デバイス電極用スラリーの調製及び評価
(1)ケイ素材料(活物質)の合成
粉砕した二酸化ケイ素粉末(平均粒子径10μm)と炭素粉末(平均粒子径35μm)との混合物を、温度を1100〜1600℃の範囲に調整した電気炉中で、窒素気流下(0.5NL/分)、10時間の加熱処理を行い、組成式SiOx(x=0.5〜1.1)で表される酸化ケイ素の粉末(平均粒子径8μm)を得た。この酸化ケイ素の粉末300gをバッチ式加熱炉内に仕込み、真空ポンプにより絶対圧100Paの減圧を維持しながら、300℃/hの昇温速度にて室温(25℃)から1100℃まで昇温した。次いで、加熱炉内の圧力を2000Paに維持しつつ、メタンガスを0.5NL/分の流速にて導入しながら、1100℃、5時間の加熱処理(黒鉛被膜処理)を行った。黒鉛被膜処理終了後、50℃/hの降温速度で室温まで冷却することにより、黒鉛被膜酸化ケイ素の粉末約330gを得た。この黒鉛被膜酸化ケイ素は、酸化ケイ素の表面が黒鉛で被覆された導電性の粉末(活物質)であり、その平均粒子径は10.5μmであり、得られた黒鉛被膜酸化ケイ素の全体を100質量%とした場合の黒鉛被膜の割合は2質量%であった。
5.2.2. Preparation and Evaluation of Storage Device Electrode Slurry (1) Synthesis of Silicon Material (Active Material) A mixture of pulverized silicon dioxide powder (average particle size 10 μm) and carbon powder (average particle size 35 μm) was heated to 1100-1600. Oxidation represented by the composition formula SiO x (x = 0.5 to 1.1) by performing heat treatment for 10 hours in a nitrogen stream (0.5 NL / min) in an electric furnace adjusted to a range of ° C. A silicon powder (average particle size 8 μm) was obtained. 300 g of this silicon oxide powder was charged into a batch-type heating furnace, and the temperature was raised from room temperature (25 ° C.) to 1100 ° C. at a temperature raising rate of 300 ° C./h while maintaining a reduced pressure of 100 Pa absolute pressure with a vacuum pump. . Next, heat treatment (graphite coating treatment) was performed at 1100 ° C. for 5 hours while introducing methane gas at a flow rate of 0.5 NL / min while maintaining the pressure in the heating furnace at 2000 Pa. After the completion of the graphite coating treatment, the powder was cooled to room temperature at a temperature decrease rate of 50 ° C./h to obtain about 330 g of graphite-coated silicon oxide powder. This graphite-coated silicon oxide is a conductive powder (active material) in which the surface of silicon oxide is coated with graphite, and its average particle diameter is 10.5 μm. The ratio of the graphite film in the case of mass% was 2 mass%.
(2)蓄電デバイス電極用スラリーの調製
二軸型プラネタリーミキサー(プライミクス株式会社製、商品名「TKハイビスミックス 2P−03」)に増粘剤(商品名「CMC2200」、株式会社ダイセル製)を1質量部(固形分換算値、濃度2質量%の水溶液として添加)、負極活物質として結晶性の高いグラファイトである人造黒鉛(日立化成工業株式会社製、商品名「MAG」)94質量部(固形分換算値)、上記で得られた黒鉛被覆膜酸化ケイ素の粉末を6質量部(固形分換算値)、及び水68質量部を投入し、60rpmで1時間攪拌を行った。その後、上記で得られた蓄電デバイス用組成物を、活物質100質量部に対して重合体(A1)が1.5質量部及び重合体(B5)が2質量部となるように加え、さらに1時間攪拌しペーストを得た。得られたペーストに水を投入し、固形分濃度を50質量%に調整した後、攪拌脱泡機(株式会社シンキー製、商品名「泡とり練太郎」)を使用して、200rpmで2分間、1800rpmで5分間、さらに減圧下(約2.5×104Pa)において1800rpmで1.5分間攪拌混合することにより、負極活物質中にSiを5質量%含有する蓄電デバイス電極用スラリー(C/Si(5%))を調製した。
(2) Preparation of slurry for electricity storage device electrode A thickener (trade name “CMC2200”, manufactured by Daicel Corporation) is added to a biaxial planetary mixer (product name “TK Hibismix 2P-03” manufactured by PRIMIX Corporation). 1 part by mass (added as an aqueous solution having a solid content conversion value and a concentration of 2% by mass), 94 parts by mass of artificial graphite (trade name “MAG”, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) which is highly crystalline graphite as the negative electrode active material ( Solid content equivalent value), 6 parts by mass (solid content equivalent value) of the graphite-coated film silicon oxide powder obtained above, and 68 parts by mass of water were added and stirred at 60 rpm for 1 hour. Thereafter, the power storage device composition obtained above was added so that the polymer (A1) was 1.5 parts by mass and the polymer (B5) was 2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the active material. Stir for 1 hour to obtain a paste. Water is added to the obtained paste, and the solid content concentration is adjusted to 50% by mass. Then, using a stirring defoaming machine (trade name “Netaro Awatori” manufactured by Shinky Co., Ltd.) for 2 minutes at 200 rpm. By stirring and mixing at 1800 rpm for 5 minutes and further under reduced pressure (about 2.5 × 10 4 Pa) at 1800 rpm for 1.5 minutes, a slurry for an electricity storage device electrode containing 5% by mass of Si in the negative electrode active material ( C / Si (5%)) was prepared.
また、人造黒鉛と黒鉛被覆膜酸化ケイ素の粉末の使用量を調整した以外は蓄電デバイス電極用スラリー(C/Si(5%))と同様にして、負極活物質中にSiを含有しない蓄電デバイス電極用スラリー(C)と、負極活物質中にSiを10質量%含有する蓄電デバ
イス電極用スラリー(C/Si(10%))と、負極活物質中にSiを20質量%含有する蓄電デバイス電極用スラリー(C/Si(20%))とをそれぞれ調製した。
In addition, a power storage device that does not contain Si in the negative electrode active material in the same manner as the slurry for power storage device electrodes (C / Si (5%)), except that the amount of artificial graphite and graphite coating film silicon oxide powder was adjusted. Device electrode slurry (C), power storage device electrode slurry (C / Si (10%)) containing 10% by mass of Si in the negative electrode active material, and power storage containing 20% by mass of Si in the negative electrode active material A device electrode slurry (C / Si (20%)) was prepared.
5.2.3.蓄電デバイスの製造及び評価
(1)蓄電デバイス電極(負極)の製造
厚み20μmの銅箔よりなる集電体の表面に、上記で得られた蓄電デバイス電極用スラリー(C/Si(5%))を、乾燥後の膜厚が80μmとなるようにドクターブレード法によって均一に塗布し、60℃で10分乾燥し、次いで120℃で10分間乾燥処理した。その後、活物質層の密度が1.5g/cm3となるようにロールプレス機によりプレス加工することにより、蓄電デバイス電極(負極)を得た。
5.2.3. Production and evaluation of electricity storage device (1) Production of electricity storage device electrode (negative electrode) On the surface of a current collector made of copper foil having a thickness of 20 μm, the slurry for electricity storage device electrode obtained above (C / Si (5%)) Was applied uniformly by a doctor blade method so that the film thickness after drying was 80 μm, dried at 60 ° C. for 10 minutes, and then dried at 120 ° C. for 10 minutes. Then, the electrical storage device electrode (negative electrode) was obtained by pressing with a roll-press machine so that the density of an active material layer may be 1.5 g / cm < 3 >.
また、塗布する蓄電デバイス電極用スラリーの種類を、上記で得た負極活物質中にSiを含有しない蓄電デバイス電極用スラリー(C)、蓄電デバイス電極用スラリー(C/Si(10%))または蓄電デバイス電極用スラリー(C/Si(20%))に変更した以外は、上記の蓄電デバイス電極の製造方法と同様にして、それぞれの活物質を活物質層に含有する蓄電デバイス電極(負極)を得た。 In addition, the type of the slurry for the electricity storage device electrode to be applied is a slurry for the electricity storage device electrode (C), the slurry for the electricity storage device electrode (C / Si (10%)) that does not contain Si in the negative electrode active material obtained above, or An electricity storage device electrode (negative electrode) containing each active material in the active material layer in the same manner as in the method for producing an electricity storage device electrode, except that the slurry was changed to an electricity storage device electrode slurry (C / Si (20%)). Got.
(2)対極(正極)の製造
二軸型プラネタリーミキサー(プライミクス株式会社製、商品名「TKハイビスミックス 2P−03」)に、電気化学デバイス電極用バインダー(株式会社クレハ製、商品名「KFポリマー#1120」、以下「PVDF」と略す。)4.0質量部(固形分換算値)、導電助剤(電気化学工業株式会社製、商品名「デンカブラック50%プレス品」)3.0質量部、正極活物質として平均粒子径5μmのLiCoO2(ハヤシ化成株式会社製)100質量部(固形分換算値)及びN−メチルピロリドン(NMP)36質量部を投入し、60rpmで2時間攪拌を行った。得られたペーストにNMPを追加し、固形分濃度を65質量%に調整した後、攪拌脱泡機(株式会社シンキー製、商品名「泡とり練太郎」)を使用して、200rpmで2分間、1,800rpmで5分間、さらに減圧下(約2.5×104Pa)において1,800rpmで1.5分間攪拌混合することにより、正極用スラリーを調製した。アルミニウム箔よりなる集電体の表面に、この正極用スラリーを、溶媒除去後の膜厚が80μmとなるようにドクターブレード法によって均一に塗布し、120℃で20分間加熱して溶媒を除去した。その後、活物質層の密度が3.0g/cm3となるようにロールプレス機によりプレス加工することにより、対極(正極)を得た。
(2) Manufacture of counter electrode (positive electrode) A biaxial planetary mixer (product name “TK Hibismix 2P-03” manufactured by PRIMIX Corporation) and an electrochemical device electrode binder (product name “KF” manufactured by Kureha Co., Ltd.) "Polymer # 1120", hereinafter abbreviated as "PVDF") 4.0 parts by weight (in terms of solid content), conductive aid (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd., trade name "Denka Black 50% Press") parts by, LiCoO 2 (Hayashi Kasei Co., Ltd.) having an average particle diameter of 5μm as a positive electrode active material 100 parts by mass (in terms of solid content) and N- methylpyrrolidone (NMP) 36 parts by weight were charged, stirred for 2 hours at 60rpm Went. After adding NMP to the obtained paste and adjusting the solid content concentration to 65% by mass, the mixture was stirred at 200 rpm for 2 minutes at 200 rpm using a defoaming machine (product name “Netaro Awatori”). The positive electrode slurry was prepared by stirring and mixing at 1,800 rpm for 5 minutes and further under reduced pressure (about 2.5 × 10 4 Pa) at 1,800 rpm for 1.5 minutes. The positive electrode slurry was uniformly applied to the surface of the current collector made of aluminum foil by a doctor blade method so that the film thickness after solvent removal was 80 μm, and the solvent was removed by heating at 120 ° C. for 20 minutes. . Then, the counter electrode (positive electrode) was obtained by pressing with a roll press so that the density of an active material layer might be 3.0 g / cm < 3 >.
(3)リチウムイオン電池セルの組立て
露点が−80℃以下となるようAr置換されたグローブボックス内で、上記で製造した負極を直径15.95mmに打ち抜き成型したものを、2極式コインセル(宝泉株式会社製、商品名「HSフラットセル」)上に載置した。次いで、直径24mmに打ち抜いたポリプロピレン製多孔膜からなるセパレータ(セルガード株式会社製、商品名「セルガード#2400」)を載置し、さらに空気が入らないように電解液を500μL注入した後、上記で製造した正極を直径16.16mmに打ち抜き成型したものを載置し、前記2極式コインセルの外装ボディーをネジで閉めて封止することにより、リチウムイオン電池セル(蓄電デバイス)を組み立てた。ここで使用した電解液は、エチレンカーボネート/エチルメチルカーボネート=1/1(質量比)の溶媒に、LiPF6を1モル/Lの濃度で溶解した溶液である。
(3) Assembly of lithium ion battery cell In a glove box substituted with Ar so that the dew point is −80 ° C. or lower, the negative electrode produced above was punched and molded to a diameter of 15.95 mm. It was mounted on a product name “HS flat cell” manufactured by Izumi Co., Ltd.). Next, a separator made of a polypropylene porous membrane punched to a diameter of 24 mm (product name “Celguard # 2400” manufactured by Celgard Co., Ltd.) was placed, and after injecting 500 μL of electrolyte so that air did not enter, The manufactured positive electrode was punched and molded to a diameter of 16.16 mm, and the outer body of the bipolar coin cell was sealed with a screw to assemble a lithium ion battery cell (storage device). The electrolytic solution used here is a solution obtained by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1 mol / L in a solvent of ethylene carbonate / ethyl methyl carbonate = 1/1 (mass ratio).
(4)充放電サイクル特性の評価
上記で製造した蓄電デバイスにつき、25℃に調温された恒温槽にて、定電流(1.0C)にて充電を開始し、電圧が4.2Vになった時点で引き続き定電圧(4.2V)にて充電を続行し、電流値が0.01Cとなった時点を充電完了(カットオフ)とした。その
後、定電流(1.0C)にて放電を開始し、電圧が3.0Vになった時点を放電完了(カットオフ)とし、1サイクル目の放電容量を算出した。このようにして100回充放電を繰り返し、100サイクル目の放電容量を算出した。このようにして測定した100サイクル目の放電容量を、1サイクル目の放電容量で割った値を100サイクル容量保持率(%)とした。全ての活物質に対して100サイクル目の容量保持率が80%以上である場合、充放電サイクルで起こる電極の劣化が抑制されており良好と判断できる。
(4) Evaluation of charge / discharge cycle characteristics About the electricity storage device manufactured above, charging was started at a constant current (1.0 C) in a thermostatic chamber adjusted to 25 ° C., and the voltage became 4.2V. Then, charging was continued at a constant voltage (4.2 V), and charging was completed (cut off) when the current value reached 0.01C. Thereafter, discharging was started at a constant current (1.0 C), and when the voltage reached 3.0 V, discharging was completed (cutoff), and the discharge capacity at the first cycle was calculated. Thus, charging / discharging was repeated 100 times, and the discharge capacity at the 100th cycle was calculated. A value obtained by dividing the discharge capacity at the 100th cycle thus measured by the discharge capacity at the 1st cycle was defined as a 100 cycle capacity retention rate (%). When the capacity retention ratio at the 100th cycle is 80% or more with respect to all the active materials, it can be determined that the deterioration of the electrode that occurs in the charge / discharge cycle is suppressed.
(5)電極膨張率の評価
上記で製造した蓄電デバイス電極(負極)の膜厚を測定し、サイクル試験前の負極膜厚(X0)とした。次いで、上記で製造した蓄電デバイスにつき、25℃に調温された恒温槽にて、定電流(1.0C)にて充電を開始し、電圧が4.2Vになった時点で引き続き定電圧(4.2V)にて充電を続行し、電流値が0.01Cとなった時点を充電完了(カットオフ)とした。その後、定電流(1.0C)にて放電を開始し、電圧が3.0Vになった時点を放電完了(カットオフ)とし、1サイクル目とした。このようにして10回充放電を繰り返した後に蓄電デバイスを解体して、負極電極を取り出した。取り出した負極電極をジメチルカーボネートで洗浄し12時間室温で乾燥し膜厚を測定し、サイクル試験前の負極膜厚(X1)とした。電極膨張率は下記の式で定義する値とした。
電極膨張率(%)=(X1/X0)×100
電極膨張率が、負極活物質中にSiを含有しない蓄電デバイス電極用スラリー(C)を用いた電極の場合は105%以下、負極活物質中にSiを20質量%含有する蓄電デバイス電極用スラリー(C/Si(20%))を用いた電極の場合は130%以下の場合、充放電サイクルで起こる電極の膨張が抑制されており良好と判断できる。
(5) Evaluation of electrode expansion coefficient The film thickness of the electricity storage device electrode (negative electrode) produced above was measured and used as the negative electrode film thickness (X0) before the cycle test. Next, charging of the electricity storage device manufactured above was started at a constant current (1.0 C) in a thermostatic chamber adjusted to 25 ° C., and when the voltage reached 4.2 V, the constant voltage ( Charging was continued at 4.2 V), and charging was completed (cut-off) when the current value reached 0.01C. Thereafter, discharge was started at a constant current (1.0 C), and the time when the voltage reached 3.0 V was defined as discharge completion (cutoff), and the first cycle. Thus, after repeating charging / discharging 10 times, the electrical storage device was disassembled and the negative electrode was taken out. The taken-out negative electrode was washed with dimethyl carbonate, dried at room temperature for 12 hours, and the film thickness was measured to obtain the negative electrode film thickness (X1) before the cycle test. The electrode expansion coefficient was a value defined by the following formula.
Electrode expansion rate (%) = (X1 / X0) × 100
The electrode expansion coefficient is 105% or less in the case of an electrode using the slurry (C) for an electricity storage device electrode not containing Si in the negative electrode active material, and the slurry for the electricity storage device electrode containing 20% by mass of Si in the negative electrode active material In the case of an electrode using (C / Si (20%)), if it is 130% or less, the expansion of the electrode occurring in the charge / discharge cycle is suppressed, and it can be determined that it is good.
5.3.実施例2〜21及び比較例1〜13
上記実施例1の「5.2.1.蓄電デバイス用組成物の調製」において、重合体(A)及び重合体(B)が表5又は表6に記載の含有割合となるように変更した以外は、実施例1と同様にして蓄電デバイス用組成物を得た。さらに、このようにして調製した蓄電デバイス用組成物を用いた以外は実施例1と同様にして、蓄電デバイス電極用スラリーをそれぞれ調製し、蓄電デバイス電極及び蓄電デバイスをそれぞれ作製し、上記実施例1と同様に評価した。
5.3. Examples 2 to 21 and Comparative Examples 1 to 13
In “5.2.1. Preparation of composition for electricity storage device” in Example 1 above, the polymer (A) and the polymer (B) were changed so as to have the content ratios shown in Table 5 or Table 6. Except for the above, an electricity storage device composition was obtained in the same manner as in Example 1. Further, a slurry for an electricity storage device electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that the composition for an electricity storage device thus prepared was used, and an electricity storage device electrode and an electricity storage device were produced, respectively. Evaluation was performed in the same manner as in 1.
5.4.評価結果
下表5及び下表6に、実施例1〜21及び比較例1〜13で使用した蓄電デバイス用組成物の組成及び各評価結果をまとめた。
5.4. Evaluation results Tables 5 and 6 below summarize the compositions of the electricity storage device compositions used in Examples 1 to 21 and Comparative Examples 1 to 13 and the evaluation results.
5.5.実施例22
5.5.1.蓄電デバイス用組成物の調製
上記で得られた蓄電デバイス用組成物A1と蓄電デバイス用組成物B14とを、重合体(A1)1.0質量部、重合体(B14)2.0質量部に相当する量だけそれぞれ加え、60rpmで1時間撹拌することにより、実施例22で使用する蓄電デバイス用組成物を得た。
5.5. Example 22
5.5.1. Preparation of composition for electricity storage device The composition A1 for electricity storage device and the composition B14 for electricity storage device obtained above were combined into 1.0 part by mass of the polymer (A1) and 2.0 parts by mass of the polymer (B14). Each of the corresponding amounts was added and stirred at 60 rpm for 1 hour to obtain a composition for an electricity storage device used in Example 22.
5.5.2.蓄電デバイスの製造及び評価
(1)正極用スラリーの調製及び蓄電デバイス正極の作製
二軸型プラネタリーミキサー(プライミクス株式会社製、商品名「TKハイビスミックス 2P−03」)に、増粘剤(商品名「CMC2200」、株式会社ダイセル製)1質量部(固形分換算)、さらに粒子径(D50値)が10μmの市販のニッケル・マンガン・コバルト酸リチウム(ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)の比率1:1:1)活物質粒子100質量部、アセチレンブラック3質量部、硫酸アンモニウム1質量部及び水1質量部を投入し、90rpmで1時間攪拌を行った。その後、上記で得られた蓄電デバイス用組成物を、活物質100質量部に対して重合体(A1)が1.0質量部及び重合体(B14)が2.0質量部となるように加え、さらに1時間攪拌しペーストを得た。得られたペーストに水を加えて固形分濃度を65%に調整した後、攪拌脱泡機(株式会社シンキー製、商品名「あわとり練太郎」)を使用して、200rpmで2分間、1,800rpmで5分間、さらに真空下(約5.0×103Pa)において1,800rpmで1.5分間攪拌混合することにより、正極用スラリーを調製した。
5.5.2. Production and evaluation of electricity storage device (1) Preparation of positive electrode slurry and production of electricity storage device positive electrode A biaxial planetary mixer (product name “TK Hibismix 2P-03” manufactured by PRIMIX Corporation) and a thickener (product) Name “CMC2200” (manufactured by Daicel Co., Ltd.) 1 part by mass (in terms of solid content), and a commercially available nickel / manganese / lithium cobaltate (nickel (Ni), cobalt (Co), manganese) having a particle size (D50 value) of 10 μm (Mn) ratio 1: 1: 1) 100 parts by mass of active material particles, 3 parts by mass of acetylene black, 1 part by mass of ammonium sulfate and 1 part by mass of water were added and stirred at 90 rpm for 1 hour. Thereafter, the composition for an electricity storage device obtained above was added so that the polymer (A1) was 1.0 part by mass and the polymer (B14) was 2.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the active material. The mixture was further stirred for 1 hour to obtain a paste. After adding water to the obtained paste to adjust the solid content concentration to 65%, using a stirring defoamer (trade name “Awatori Nertaro” manufactured by Shinky Co., Ltd.) for 2 minutes at 200 rpm for 1 minute. The slurry for positive electrode was prepared by stirring and mixing at 800 rpm for 5 minutes and further under vacuum (about 5.0 × 10 3 Pa) at 1,800 rpm for 1.5 minutes.
アルミニウム箔よりなる集電体の表面に、この正極用スラリーを、溶媒除去後の膜厚が80μmとなるようにドクターブレード法によって均一に塗布し、120℃で20分間加熱して溶媒を除去した。その後、活物質層の密度が3.0g/cm3となるようにロールプレス機によりプレス加工することにより、正極を得た。 The positive electrode slurry was uniformly applied to the surface of the current collector made of aluminum foil by a doctor blade method so that the film thickness after solvent removal was 80 μm, and the solvent was removed by heating at 120 ° C. for 20 minutes. . Then, the positive electrode was obtained by pressing with a roll press so that the density of an active material layer might be set to 3.0 g / cm < 3 >.
(2)対極(負極)の製造
実施例1で作製した負極のうち、負極活物質中にSiを10質量%含有する蓄電デバイス電極用スラリー(C/Si(10%))を使用して作製したものを用いた。
(2) Production of Counter Electrode (Negative Electrode) Of the negative electrode produced in Example 1, produced using a slurry for an electricity storage device electrode (C / Si (10%)) containing 10% by mass of Si in the negative electrode active material. What was done was used.
(3)リチウムイオン電池セルの組立て
上記で作製した蓄電デバイス電極を用いた以外は実施例1と同様にして蓄電デバイスを作製し、実施例1と同様に評価した。
(3) Assembly of lithium ion battery cell An electricity storage device was produced in the same manner as in Example 1 except that the electricity storage device electrode produced above was used, and evaluated in the same manner as in Example 1.
(4)極板のクラック率の評価
上記で得られた正極板を、幅2cm×長さ10cmに切り出し、幅方向に直径2mmの丸棒に沿って正極板を折り曲げ回数100回にて繰り返し折り曲げ試験を行った。丸棒に沿った部分のクラックの大きさを目視により観察して計測し、クラック率を測定した。クラック率は、下記式(3)によって定義した。
クラック率(%)=(クラックの入った長さ(mm)÷極板全体の長さ(mm))×100 ・・・・(3)
クラック率は四捨六入することにより5%刻みで評価し、差を明確にしやすくした。ここで、柔軟性や密着性に優れた電極板はクラック率が低い。クラック率は0%であることが望ましいが、正極板と負極板とをセパレータを介して渦巻き状に捲回して極板群を製造する場合には、クラック率が20%までなら許容される。しかし、クラック率が20%より大きくなると、極板が切れ易くなり極板群の製造が不可能となり、極板群の生産性が低下する。このことから、クラック率が20%までのものを良好と判断した。
(4) Evaluation of crack rate of electrode plate The positive electrode plate obtained above was cut into a width of 2 cm and a length of 10 cm, and the positive electrode plate was repeatedly bent along a round bar with a diameter of 2 mm in the width direction at 100 times. A test was conducted. The crack size was measured by visually observing and measuring the size of the crack along the round bar. The crack rate was defined by the following formula (3).
Crack rate (%) = (Length with crack (mm) ÷ Total length of electrode plate (mm)) × 100 (3)
The crack rate was evaluated in 5% increments by rounding off to make it easier to clarify the difference. Here, the electrode plate excellent in flexibility and adhesion has a low crack rate. The crack rate is preferably 0%. However, when the electrode plate group is manufactured by winding the positive electrode plate and the negative electrode plate in a spiral shape through a separator, the crack rate is allowed to be up to 20%. However, when the crack rate is greater than 20%, the electrode plates are easily cut, making it impossible to manufacture the electrode plate group, and the productivity of the electrode plate group is lowered. From this, it was judged that the crack rate was up to 20%.
(5)充放電サイクル特性の評価
上記で作製した蓄電デバイスにつき、実施例1と同様にして、100サイクル容量保持
率(%)を算出した。加えて、500サイクルまで充放電を繰り返し、500サイクルでの容量保持率(%)を算出した。100サイクル時の容量保持率と500サイクル時の容量保持率の差が16%以下である場合、充放電を繰り返した際の劣化が抑制されており良好と判断することができる。
(5) Evaluation of charge / discharge cycle characteristics For the electricity storage device prepared above, 100 cycle capacity retention (%) was calculated in the same manner as in Example 1. In addition, charge and discharge were repeated up to 500 cycles, and the capacity retention rate (%) at 500 cycles was calculated. When the difference between the capacity retention rate at 100 cycles and the capacity retention rate at 500 cycles is 16% or less, it is possible to judge that the deterioration when charging and discharging are repeated is good.
5.6.実施例23〜29及び実施例33〜36
上記実施例22の「5.5.1.蓄電デバイス用組成物の調製」において、重合体(A)及び重合体(B)が表7に記載の含有割合となるように変更した以外は、実施例22と同様にして蓄電デバイス用組成物を得た。さらに、上記で調製した蓄電デバイス用組成物を用いた以外は上記実施例22と同様にして、蓄電デバイス電極用スラリーをそれぞれ調製し、蓄電デバイス電極及び蓄電デバイスをそれぞれ作製し、上記実施例22と同様に評価した。
5.6. Examples 23-29 and Examples 33-36
Except that the polymer (A) and the polymer (B) were changed so as to have the contents shown in Table 7 in “5.5.1. Preparation of composition for electricity storage device” in Example 22 above, A composition for an electricity storage device was obtained in the same manner as in Example 22. Furthermore, a slurry for an electricity storage device electrode was prepared in the same manner as in Example 22 except that the composition for an electricity storage device prepared above was used, and an electricity storage device electrode and an electricity storage device were produced, respectively. And evaluated in the same manner.
5.7.実施例30
5.7.1.蓄電デバイス用組成物の調製
上記で得られた蓄電デバイス用組成物A11と蓄電デバイス用組成物B18とを、重合体(A11)5.0質量部、重合体(B18)4.0質量部に相当する量だけそれぞれ加え、60rpmで1時間撹拌することにより、実施例30で使用する蓄電デバイス用組成物を得た。
5.7. Example 30
5.7.1. Preparation of composition for electricity storage device The composition A11 for electricity storage device and the composition B18 for electricity storage device obtained above were mixed in 5.0 parts by mass of the polymer (A11) and 4.0 parts by mass of the polymer (B18). Each of the corresponding amounts was added and stirred at 60 rpm for 1 hour to obtain a composition for an electricity storage device used in Example 30.
5.7.2.正極用スラリーの調製及び蓄電デバイス正極の作製
二軸型プラネタリーミキサー(プライミクス株式会社製、商品名「TKハイビスミックス 2P−03」)に、増粘剤(商品名「CMC1120」、株式会社ダイセル製)1質量部(固形分換算)、宝泉株式会社製のリン酸鉄リチウム(LiFePO4)100質量部、アセチレンブラック5質量部、及び水68質量部を投入し、60rpmで1時間攪拌を行った。前記リン酸鉄リチウムは、めのう乳鉢で粉砕し、ふるいを用いて分級することで、平均粒子径(D50値)を10μmとしたものである。また、前記リン酸鉄リチウムは、正極活物質の一例である。その後、上記で得られた蓄電デバイス用組成物を、活物質100質量部に対して重合体(A11)が5.0質量部及び重合体(B18)が4.0質量部となるように加え、さらに1時間攪拌しペーストを得た。
5.7.2. Preparation of slurry for positive electrode and preparation of power storage device positive electrode A biaxial planetary mixer (product name “TK Hibismix 2P-03” manufactured by PRIMIX Co., Ltd.) and a thickener (product name “CMC1120” manufactured by Daicel Corporation) ) 1 part by mass (in terms of solid content), 100 parts by mass of lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) manufactured by Hosen Co., Ltd., 5 parts by mass of acetylene black, and 68 parts by mass of water were added and stirred at 60 rpm for 1 hour. It was. The lithium iron phosphate is pulverized in an agate mortar and classified using a sieve to have an average particle diameter (D50 value) of 10 μm. The lithium iron phosphate is an example of a positive electrode active material. Thereafter, the composition for an electricity storage device obtained above was added so that the polymer (A11) was 5.0 parts by mass and the polymer (B18) was 4.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the active material. The mixture was further stirred for 1 hour to obtain a paste.
得られたペーストに水を加えて固形分濃度を50%に調整した後、攪拌脱泡機(株式会社シンキー製、商品名「あわとり練太郎」)を使用して、200rpmで2分間、1,800rpmで5分間、さらに真空下(約5.0×103Pa)において1,800rpmで1.5分間攪拌混合することにより、正極用スラリーを調製した。アルミニウム箔よりなる集電体の表面に、この正極用スラリーを、溶媒除去後の膜厚が80μmとなるようにドクターブレード法によって均一に塗布し、120℃で20分間加熱して溶媒を除去した。その後、活物質層の密度が2.0g/cm3となるようにロールプレス機によりプレス加工することにより、正極を得た。 Water was added to the obtained paste to adjust the solid content concentration to 50%, and then the mixture was stirred at 200 rpm for 2 minutes using a stirring defoamer (trade name “Awatori Nertaro” manufactured by Shinky Co., Ltd.). The slurry for positive electrode was prepared by stirring and mixing at 800 rpm for 5 minutes and further under vacuum (about 5.0 × 10 3 Pa) at 1,800 rpm for 1.5 minutes. The positive electrode slurry was uniformly applied to the surface of the current collector made of aluminum foil by a doctor blade method so that the film thickness after solvent removal was 80 μm, and the solvent was removed by heating at 120 ° C. for 20 minutes. . Then, the positive electrode was obtained by pressing with a roll press so that the density of an active material layer might be 2.0 g / cm < 3 >.
その後、上記実施例22と同様にして負極、蓄電デバイスを製造し、上記実施例22と同様に評価した。 Thereafter, a negative electrode and an electricity storage device were produced in the same manner as in Example 22, and evaluated in the same manner as in Example 22.
5.8.実施例31〜32及び比較例14
上記実施例30の「5.7.1.蓄電デバイス用組成物の調製」において、重合体(A)及び重合体(B)が表7に記載の含有割合となるように変更した以外は、上記実施例30と同様にして蓄電デバイス用組成物を得た。さらに、上記で調製した蓄電デバイス用組成物を用いた以外は上記実施例30と同様にして、蓄電デバイス電極用スラリーをそれぞれ調製し、蓄電デバイス電極及び蓄電デバイスをそれぞれ作製し、上記実施例30と同様に評価した。
5.8. Examples 31-32 and Comparative Example 14
Except that the polymer (A) and the polymer (B) were changed so as to have the contents shown in Table 7 in “5.7.1. Preparation of composition for electricity storage device” in Example 30 above, A composition for an electricity storage device was obtained in the same manner as in Example 30. Further, a slurry for an electricity storage device electrode was prepared in the same manner as in Example 30 except that the composition for an electricity storage device prepared above was used, and an electricity storage device electrode and an electricity storage device were produced, respectively. And evaluated in the same manner.
5.9.評価結果
下表7に、実施例22〜36及び比較例14で使用した蓄電デバイス用組成物の組成及び各評価結果をまとめた。
5.9. Evaluation Results Table 7 below summarizes the compositions of the electricity storage device compositions used in Examples 22 to 36 and Comparative Example 14 and the evaluation results.
表7における各成分の略称はそれぞれ以下の化合物を表す。
<活物質>
・NMC(111):ニッケル・マンガン・コバルト酸リチウム(ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)の比率1:1:1)活物質粒子
・NMC(532):ニッケル・マンガン・コバルト酸リチウム(ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)の比率5:3:2)活物質粒子
・NMC(622):ニッケル・マンガン・コバルト酸リチウム(ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)の比率6:2:2)活物質粒子
・LCO:コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ハヤシ化成株式会社製
・LFP:リン酸鉄リチウム(LiFePO4)、宝泉株式会社製
<導電助剤>
・AB:アセチレンブラック
Abbreviations of each component in Table 7 represent the following compounds, respectively.
<Active material>
NMC (111): nickel, manganese, lithium cobaltate (ratio of nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn) 1: 1: 1) active material particles NMC (532): nickel, manganese, cobalt Lithium oxide (nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn) ratio 5: 3: 2) active material particles NMC (622): nickel manganese manganese lithium cobaltate (nickel (Ni), cobalt (Co ), Manganese (Mn) ratio 6: 2: 2) active material particles • LCO: lithium cobaltate (LiCoO 2 ), manufactured by Hayashi Kasei Co., Ltd. • LFP: lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), manufactured by Hosen Co., Ltd. <Conductive aid>
・ AB: Acetylene black
第5表から明らかなように、実施例1〜21に示した本願発明に係る蓄電デバイス用組成物を用いて作製された負極を備える蓄電デバイスは、いずれの活物質を使用した場合でも100サイクル後の容量保持率に優れており、電極膨張率を低く抑えることができた。一方、第6表から明らかなように、比較例1〜13では、活物質中のケイ素材料の含有割合が増加するにつれて、100サイクル後の容量保持率も低下する傾向が見られ、電極膨張率を低く抑えることができなかった。 As is apparent from Table 5, the electricity storage device including the negative electrode produced using the composition for electricity storage device according to the present invention shown in Examples 1 to 21 is 100 cycles regardless of which active material is used. The subsequent capacity retention was excellent, and the electrode expansion coefficient could be kept low. On the other hand, as is apparent from Table 6, in Comparative Examples 1 to 13, the capacity retention after 100 cycles tends to decrease as the content ratio of the silicon material in the active material increases, and the electrode expansion coefficient is observed. Could not be kept low.
第7表から明らかなように、実施例22〜36に示した本願発明に係る蓄電デバイス用組成物を用いて作製された正極を備える蓄電デバイスは、クラック率を低く抑えることができ、充放電を繰り返した際の劣化が抑制されていることがわかった。一方、比較例14では、クラック率を低く抑えることができず、充放電を繰り返すことにより早期に劣化することがわかった。 As is clear from Table 7, the electricity storage device including the positive electrode produced using the composition for electricity storage device according to the present invention shown in Examples 22 to 36 can suppress the crack rate to a low level, and is charged / discharged. It was found that the deterioration when the process was repeated was suppressed. On the other hand, in Comparative Example 14, it was found that the crack rate could not be kept low, and deteriorated early by repeated charge and discharge.
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成)を包含する。また本発明は、上記の実施形態で説明した構成の本質的でない部分を他の構成に置き換えた構成を包含する。さらに本発明は、上記の実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成をも包含する。さらに本発明は、上記の実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成をも包含する。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. The present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same objects and effects). The present invention also includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the above embodiment is replaced with another configuration. Furthermore, the present invention includes a configuration that achieves the same effects as the configuration described in the above embodiment or a configuration that can achieve the same object. Furthermore, the present invention includes a configuration obtained by adding a known technique to the configuration described in the above embodiment.
Claims (16)
前記重合体(A)中に含まれる繰り返し単位の合計を100質量部としたときに、前記重合体(A)が水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位を50質量部以上含有し、
前記重合体(B)中に含まれる繰り返し単位の合計を100質量部としたときに、前記重合体(B)が水酸基を有する不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位を0質量部以上50質量部未満含有する、蓄電デバイス用組成物。 Containing a polymer (A), a polymer (B), and a liquid medium (C),
When the total of repeating units contained in the polymer (A) is 100 parts by mass, the polymer (A) contains 50 parts by mass or more of repeating units derived from an unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group. ,
When the total of repeating units contained in the polymer (B) is 100 parts by mass, the polymer (B) contains 0 to 50 parts by mass of repeating units derived from an unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxyl group. The composition for electrical storage devices containing less than 1 part.
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