JP2023176321A - Method for manufacturing nonaqueous secondary battery electrode slurry and method for manufacturing nonaqueous secondary battery electrode - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非水系二次電池用電極スラリーの製造方法、及び非水系二次電池電極の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an electrode slurry for a non-aqueous secondary battery, and a method for manufacturing an electrode for a non-aqueous secondary battery.
非水系電解質を用いる二次電池(非水系二次電池)は高電圧化、小型化、軽量化の面において水系電解質を用いる二次電池よりも優れている。そのため、非水系二次電池は、ノート型パソコン、携帯電話、電動工具、電子・通信機器の電源として広く使用されている。また、最近では環境車両適用の観点から電気自動車やハイブリッド自動車用にも非水系電池が使用されているが、高出力化、高容量化、長寿命化等が強く求められてきている。非水系二次電池としてリチウムイオン二次電池が代表例として挙げられる。 Secondary batteries using non-aqueous electrolytes (non-aqueous secondary batteries) are superior to secondary batteries using aqueous electrolytes in terms of higher voltage, smaller size, and lighter weight. Therefore, non-aqueous secondary batteries are widely used as power sources for notebook computers, mobile phones, power tools, and electronic and communication equipment. Furthermore, recently, non-aqueous batteries have been used for electric vehicles and hybrid vehicles from the viewpoint of application to environmentally friendly vehicles, but there is a strong demand for higher output, higher capacity, longer life, etc. A typical example of a non-aqueous secondary battery is a lithium ion secondary battery.
非水系二次電池は、金属酸化物などを活物質とした正極と、黒鉛等の炭素材料を活物質とした負極と、カーボネート類または難燃性のイオン液体を中心した非水系電解液溶剤とを備える。非水系二次電池は、イオンが正極と負極との間を移動することにより電池の充放電が行われる二次電池である。詳細には、正極は、金属酸化物とバインダーから成るスラリーをアルミニウム箔などの正極集電体表面に塗布し、乾燥させた後に、適当な大きさに切断することにより得られる。負極は、炭素材料とバインダーから成るスラリーを銅箔などの負極集電体表面に塗布し、乾燥させた後に、適当な大きさに切断することにより得られる。バインダーは、正極及び負極において活物質同士及び活物質と集電体を結着させ、集電体からの活物質の剥離を防止させる役割がある。 Non-aqueous secondary batteries have a positive electrode made of a metal oxide or other active material, a negative electrode made of a carbon material such as graphite, and a non-aqueous electrolyte solvent mainly made of carbonates or flame-retardant ionic liquids. Equipped with A non-aqueous secondary battery is a secondary battery in which ions move between a positive electrode and a negative electrode to charge and discharge the battery. Specifically, the positive electrode is obtained by applying a slurry consisting of a metal oxide and a binder to the surface of a positive electrode current collector such as an aluminum foil, drying it, and then cutting the slurry into an appropriate size. The negative electrode is obtained by applying a slurry made of a carbon material and a binder to the surface of a negative electrode current collector such as copper foil, drying the slurry, and cutting the slurry into an appropriate size. The binder serves to bind the active materials to each other and to the current collector in the positive electrode and the negative electrode, and to prevent the active material from peeling off from the current collector.
バインダーとしては、有機溶剤系のN-メチル-2-ピロリドン(NMP)を溶剤としたポリフッ化ビニリデン(PVDF)系バインダーがよく知られている。しかしながら、このバインダーは活物質同士及び活物質と集電体との結着性が低く、実際に使用するには多量のバインダーを必要とする。そのため、非水系二次電池の容量が低下する欠点がある。また、バインダーに高価な有機溶剤であるNMPを使用しているため、製造コストを抑えることが困難であった。 As a binder, a polyvinylidene fluoride (PVDF) binder using an organic solvent N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent is well known. However, this binder has low binding properties between the active materials and between the active materials and the current collector, and requires a large amount of binder for actual use. Therefore, there is a drawback that the capacity of the non-aqueous secondary battery is reduced. Furthermore, since NMP, which is an expensive organic solvent, is used as a binder, it has been difficult to reduce manufacturing costs.
これらの問題を解決する方法として、水分散系バインダーの開発が進められている。水分散系バインダーとして、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)を増粘剤とし、(メタ)アクリル酸エステル系またはスチレン-ブタジエンゴム(SBR)系の水分散体を併用することが知られている。 As a method to solve these problems, development of water-dispersed binders is underway. As a water-dispersed binder, it is known to use, for example, carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener and a (meth)acrylic acid ester-based or styrene-butadiene rubber (SBR)-based water dispersion.
例えば、特許文献1では、電極スラリー作製時に第1バインダーを添加し混合・混練したのちに第2バインダーを添加してスラリーを作製・製造する場合、電極スラリーの物性を改善して、パターンコーティング時にドラッグライン(DRAG LINE)の発生を抑制することができると開示されている。 For example, in Patent Document 1, when a first binder is added, mixed and kneaded when preparing an electrode slurry, and then a second binder is added to prepare and manufacture the slurry, the physical properties of the electrode slurry are improved and the electrode slurry is mixed and kneaded. It is disclosed that the occurrence of drag lines can be suppressed.
しかしながら、特許文献1には、記載の電極スラリー製造方法で得られたスラリーを用いて作製した活物質層の剥離強度及び最終的に作製した非水系二次電池の放電容量維持率について開示がない。本発明では、特許文献1と異なる技術思想に基づいて、電極スラリー製造方法で得られたスラリーを用いて作製した活物質層の剥離強度及び最終的に作製した非水系二次電池の放電容量維持率に着目し、さらに広範囲で剥離強度と放電容量維持率を向上させる製造方法を提供することを目的とする。 However, Patent Document 1 does not disclose the peel strength of the active material layer produced using the slurry obtained by the described electrode slurry production method and the discharge capacity retention rate of the finally produced non-aqueous secondary battery. . In the present invention, based on a technical idea different from Patent Document 1, the peel strength of the active material layer produced using the slurry obtained by the electrode slurry production method and the discharge capacity of the finally produced non-aqueous secondary battery are maintained. The purpose of the present invention is to provide a manufacturing method that improves peel strength and discharge capacity retention rate over a wider range.
そこで、本発明は、集電体上に形成された電極活物質層の剥離強度を向上しつつ、非水系二次電池の充放電サイクル後の放電容量維持率を大きく向上できる非水系二次電池電極スラリーの製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、集電体上に形成された電極活物質層の剥離強度が高く、充放電サイクル後の放電容量維持率が高い非水系二次電池電極を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、集電体上に形成された電極活物質層の剥離強度が高く、充放電サイクル後の放電容量維持率が高い電極を備えた非水系二次電池を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention provides a non-aqueous secondary battery that can greatly improve the discharge capacity retention rate after charge/discharge cycles of the non-aqueous secondary battery while improving the peel strength of the electrode active material layer formed on the current collector. The present invention aims to provide a method for producing electrode slurry.
Another object of the present invention is to provide a non-aqueous secondary battery electrode in which an electrode active material layer formed on a current collector has high peel strength and a high discharge capacity retention rate after charge/discharge cycles.
Furthermore, it is an object of the present invention to provide a non-aqueous secondary battery equipped with an electrode having a high peel strength of an electrode active material layer formed on a current collector and a high discharge capacity retention rate after charge/discharge cycles. shall be.
本発明は以下の態様を含む。
〔1〕 電極活物質と、第1バインダーと、第2バインダーと、分散媒と、を含む非水系二次電池用電極スラリーの製造方法であって、
前記電極活物質と、前記第1バインダーと、前記分散媒と、を含む第1混合物を混練して、第1電極スラリーを調製する第1工程と、
少なくとも、前記第1工程で調製した前記第1電極スラリーと、前記第2バインダーと、を含む第2混合物を混練して、第2電極スラリーを調製する第2工程と、
を備え、
前記非水系二次電池用電極スラリーの全固形分において、前記第1バインダーの含有量Xは、0.5質量%以上であり、
前記非水系二次電池用電極スラリーの全固形分において、前記第2バインダーの含有量Yは、0.2質量%以上であり、
前記第1バインダーの含有量X及び前記第2バインダーの含有量Yは、下記式(I)に示す条件を満たす、非水系二次電池用電極スラリーの製造方法。
0.067≦X/Y≦4.0 (I)
〔2〕 前記第1バインダーの含有量X及び前記第2バインダーの含有量Yは、下記式(II)に示す条件を満たす、〔1〕に記載の非水系二次電池用電極スラリーの製造方法。
1.0質量%≦X+Y (II)
〔3〕 前記第1バインダーの含有量X及び前記第2バインダーの含有量Yの比X/Yは、下記式(III)に示す条件を満たす、請求項1または2に記載の非水系二次電池用電極スラリーの製造方法。
X/Y≦1.5 (III)
〔4〕 前記第1バインダー及び前記第2バインダーの少なくともいずれかは、共重合体(P)を含み、
前記共重合体(P)は、以下の一般式(1)で表される単量体(A)に由来する構造単位、及び
以下の一般式(2)で表される単量体(B)に由来する構造単位を含む、〔1〕~〔3〕のいずれかに記載の非水系二次電池用電極スラリーの製造方法。
〔5〕 前記共重合体(P)における、前記単量体(A)に由来する構造単位の含有率は、0.5mol%以上20mol%以下である、〔4〕に記載の非水系二次電池用電極スラリーの製造方法。
〔6〕 前記共重合体(P)における、前記単量体(B)に由来する構造単位の含有率は、50mol%以上98mol%以下である、〔4〕又は〔5〕に記載の非水系二次電池用電極スラリーの製造方法。
〔7〕 前記第1バインダー及び前記第2バインダーの両方が、前記共重合体(P)を含む、〔4〕~〔6〕の何れかに記載の非水系二次電池用電極スラリーの製造方法。
〔8〕 前記電極活物質が、炭素材料と、シリコン化合物と、を含む〔1〕~〔7〕の何れかに記載の非水系二次電池用電極スラリーの製造方法。
〔9〕 前記シリコン化合物の含有量は、前記電極活物質100質量%に対して、5質量%以上60質量%以下である、〔8〕に記載の非水系二次電池用電極スラリーの製造方法。
〔10〕 前記第1混合物は、更に導電助剤を含む、〔1〕~〔9〕の何れかに記載の非水系二次電池用電極スラリーの製造方法。
〔11〕 集電体と、前記集電体の少なくとも一方面に設けられた電極活物質層、とを備える非水系二次電池電極を製造する方法であって、
〔1〕~〔10〕の何れかに記載の製造方法により得られた非水系二次電池用電極スラリーを、前記集電体に塗布し、乾燥して前記電極活物質層を得る工程を含む、非水系二次電池電極の製造方法。
The present invention includes the following aspects.
[1] A method for producing an electrode slurry for a non-aqueous secondary battery comprising an electrode active material, a first binder, a second binder, and a dispersion medium, comprising:
A first step of preparing a first electrode slurry by kneading a first mixture containing the electrode active material, the first binder, and the dispersion medium;
a second step of preparing a second electrode slurry by kneading a second mixture containing at least the first electrode slurry prepared in the first step and the second binder;
Equipped with
In the total solid content of the electrode slurry for non-aqueous secondary batteries, the content X of the first binder is 0.5% by mass or more,
In the total solid content of the electrode slurry for non-aqueous secondary batteries, the content Y of the second binder is 0.2% by mass or more,
A method for producing an electrode slurry for a non-aqueous secondary battery, wherein the content X of the first binder and the content Y of the second binder satisfy the conditions shown in the following formula (I).
0.067≦X/Y≦4.0 (I)
[2] The method for producing an electrode slurry for a non-aqueous secondary battery according to [1], wherein the content X of the first binder and the content Y of the second binder satisfy the conditions shown in the following formula (II). .
1.0 mass%≦X+Y (II)
[3] The non-aqueous secondary according to claim 1 or 2, wherein the ratio X/Y of the content X of the first binder and the content Y of the second binder satisfies the condition shown in the following formula (III). A method for producing electrode slurry for batteries.
X/Y≦1.5 (III)
[4] At least one of the first binder and the second binder contains a copolymer (P),
The copolymer (P) has a structural unit derived from a monomer (A) represented by the following general formula (1), and a monomer (B) represented by the following general formula (2). The method for producing an electrode slurry for a non-aqueous secondary battery according to any one of [1] to [3], which contains a structural unit derived from.
[5] The non-aqueous secondary according to [4], wherein the content of structural units derived from the monomer (A) in the copolymer (P) is 0.5 mol% or more and 20 mol% or less. A method for producing electrode slurry for batteries.
[6] The non-aqueous system according to [4] or [5], wherein the content of structural units derived from the monomer (B) in the copolymer (P) is 50 mol% or more and 98 mol% or less. A method for producing electrode slurry for secondary batteries.
[7] The method for producing an electrode slurry for a non-aqueous secondary battery according to any one of [4] to [6], wherein both the first binder and the second binder contain the copolymer (P). .
[8] The method for producing an electrode slurry for a non-aqueous secondary battery according to any one of [1] to [7], wherein the electrode active material contains a carbon material and a silicon compound.
[9] The method for producing an electrode slurry for a non-aqueous secondary battery according to [8], wherein the content of the silicon compound is 5% by mass or more and 60% by mass or less with respect to 100% by mass of the electrode active material. .
[10] The method for producing an electrode slurry for a non-aqueous secondary battery according to any one of [1] to [9], wherein the first mixture further contains a conductive additive.
[11] A method for manufacturing a non-aqueous secondary battery electrode comprising a current collector and an electrode active material layer provided on at least one surface of the current collector,
A step of applying an electrode slurry for a non-aqueous secondary battery obtained by the manufacturing method according to any one of [1] to [10] to the current collector and drying it to obtain the electrode active material layer. , a method for manufacturing a non-aqueous secondary battery electrode.
本発明によれば、集電体上に形成された電極活物質層の剥離強度を向上しつつ、充放電サイクル後の放電容量維持率を大きく向上できる非水系二次電池電極スラリーの製造方法を提供することができる。
また、本発明は、集電体上に形成された電極活物質層の剥離強度が高く、充放電サイクル後の放電容量維持率が高い非水系二次電池電極を提供することができる。
さらに、本発明は、集電体上に形成された電極活物質層の剥離強度が高く、充放電サイクル後の放電容量維持率が高い電極を備えた非水系二次電池を提供することができる。
According to the present invention, there is provided a method for producing a nonaqueous secondary battery electrode slurry that can greatly improve the discharge capacity retention rate after charge/discharge cycles while improving the peel strength of the electrode active material layer formed on the current collector. can be provided.
Further, the present invention can provide a nonaqueous secondary battery electrode in which the electrode active material layer formed on the current collector has high peel strength and a high discharge capacity retention rate after charge/discharge cycles.
Further, the present invention can provide a non-aqueous secondary battery including an electrode having a high peel strength of an electrode active material layer formed on a current collector and a high discharge capacity retention rate after charge/discharge cycles. .
(非水系二次電池用電極スラリーの製造方法)
本発明の一実施形態の、非水系二次電池用電極スラリーの製造方法(「本実施形態の、非水系二次電池用電極スラリーの製造方法」あるいは、「本実施形態の電極スラリーの製造方法」ということもある。)は、電極活物質と、第1バインダーと、第2バインダーと、分散媒と、を含む非水系二次電池用電極スラリーを製造する方法である。本実施形態の電極スラリーの製造方法は、以下の第1工程と第2工程を備える。
第1工程:前記電極活物質と、前記第1バインダーと、前記分散媒と、を含む第1混合物を混練して、第1電極スラリーを調製する工程。
第2工程:少なくとも、前記第1工程で調製した前記第1電極スラリーと、前記第2バインダーと、を含む第2混合物を混練して、第2電極スラリーを調製する工程。
前記非水系二次電池用電極スラリーの全固形分において、前記第1バインダーの含有量Xは、0.5質量%以上である。前記非水系二次電池用電極スラリーの全固形分において、前記第2バインダーの含有量Yは、0.2質量%以上である。前記第1バインダーの含有量X及び前記第2バインダーの含有量Yは、下記式(I)に示す条件を満たす。
(Method for producing electrode slurry for non-aqueous secondary batteries)
A method for manufacturing an electrode slurry for a non-aqueous secondary battery according to an embodiment of the present invention (“a method for manufacturing an electrode slurry for a non-aqueous secondary battery according to the present embodiment”) or “a method for manufacturing an electrode slurry according to the present embodiment” ) is a method for producing an electrode slurry for a non-aqueous secondary battery containing an electrode active material, a first binder, a second binder, and a dispersion medium. The method for manufacturing an electrode slurry of this embodiment includes the following first step and second step.
First step: A step of preparing a first electrode slurry by kneading a first mixture containing the electrode active material, the first binder, and the dispersion medium.
Second step: A step of preparing a second electrode slurry by kneading a second mixture containing at least the first electrode slurry prepared in the first step and the second binder.
In the total solid content of the electrode slurry for non-aqueous secondary batteries, the content X of the first binder is 0.5% by mass or more. In the total solid content of the electrode slurry for nonaqueous secondary batteries, the content Y of the second binder is 0.2% by mass or more. The content X of the first binder and the content Y of the second binder satisfy the conditions shown in the following formula (I).
0.067≦X/Y≦4.0 (I) 0.067≦X/Y≦4.0 (I)
上記製造方法によって得られた電極スラリーを用いて電極を作製することで、電極活物質層の剥離強度が向上しつつ、電極を用いた非水系二次電池では充放電サイクル後の放電容量維持率が向上する。
このような効果を奏する理由については定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。すなわち、本実施形態の製造方法を用いることで、第1バインダーは活物質近傍に配置され、第2バインダーはスラリー中に遍在することが推測される。この作用により、バインダーを一括で添加した際には電極活物質層中でバインダーは活物質近傍に多く配置される一方、分添した際にはバインダーは活物質近傍だけでなく電極活物質層中にまんべんなく配置されると考えられる。したがって電極活物質層の強度が増加することで、上記効果を奏すると考える。
By manufacturing an electrode using the electrode slurry obtained by the above manufacturing method, the peel strength of the electrode active material layer is improved, and the discharge capacity retention rate after charge/discharge cycles of a non-aqueous secondary battery using the electrode is improved. will improve.
Although the reason for such an effect is not clear, the present inventors speculate as follows. That is, it is presumed that by using the manufacturing method of this embodiment, the first binder is disposed near the active material, and the second binder is omnipresent in the slurry. Due to this effect, when the binder is added all at once, a large amount of the binder is placed near the active material in the electrode active material layer, whereas when it is added in portions, the binder is not only near the active material but also inside the electrode active material layer. It is thought that they are evenly distributed. Therefore, it is believed that the above effects are achieved by increasing the strength of the electrode active material layer.
前記第1バインダーの含有量X及び前記第2バインダーの含有量Yは、下記式(II)に示す条件を満たすことが好ましい。
1.0質量%≦X+Y (II)
It is preferable that the content X of the first binder and the content Y of the second binder satisfy the conditions shown in the following formula (II).
1.0 mass%≦X+Y (II)
前記第1バインダーの含有量X及び前記第2バインダーの含有量Yは、下記式(III)に示す条件を満たすことが、作製された電極活物質層の剥離強度の向上及び充放電サイクル後の放電容量維持率の向上の観点からより好ましい。
X/Y≦1.5 (III)
The content X of the first binder and the content Y of the second binder satisfy the conditions shown in the following formula (III) to improve the peel strength of the prepared electrode active material layer and to improve the peel strength after charge/discharge cycles. This is more preferable from the viewpoint of improving the discharge capacity retention rate.
X/Y≦1.5 (III)
[第1工程]
本実施形態にかかる第1工程は、前記第1混合物の各成分を先に混合してから、第1混合物を混練する工程であっても良く、前記第1混合物の各成分を添加・混合しながら、混練する工程であってもよい。
本実施形態にかかる第1工程は、第1混合物を調製する工程と、第1電極スラリーを調製する工程とを含むことが好ましい。
[First step]
The first step according to the present embodiment may be a step of first mixing each component of the first mixture and then kneading the first mixture, or adding and mixing each component of the first mixture. However, it may also be a kneading process.
The first step according to this embodiment preferably includes a step of preparing a first mixture and a step of preparing a first electrode slurry.
<第1混合物を調製する工程>
本実施形態にかかる第1混合物を調製する工程では、第1混合物に含まれる上記各成分を適宜混合することで第1混合物を調製する。必要に応じて導電助剤を添加してもよい。
混合の方法は限定されないが、例えば、攪拌式、回転式、または振とう式などの混合装置を使用した方法が挙げられる。第1混合物を調製する工程における混合装置として、下記第1電極スラリーを調製する工程で混練に用いる装置を用いてもよい。
<Step of preparing the first mixture>
In the step of preparing the first mixture according to the present embodiment, the first mixture is prepared by appropriately mixing the above-mentioned components contained in the first mixture. A conductive additive may be added if necessary.
The mixing method is not limited, but examples include methods using a mixing device such as a stirring type, a rotating type, or a shaking type. As the mixing device in the step of preparing the first mixture, the device used for kneading in the step of preparing the first electrode slurry described below may be used.
第1混合物の固形分濃度は、適宜調製することができる。混練時における電極活物質や導電助剤といった粉体の分散を効果的に行う観点で、第1混合物における固形分濃度を50質量%以上95質量%以下にすることが好ましく、55質量%以上90質量%以下にすることがより好ましく、60質量%以上88質量%以下にすることがさらに好ましい。 The solid content concentration of the first mixture can be adjusted as appropriate. From the viewpoint of effectively dispersing powders such as electrode active materials and conductive additives during kneading, the solid content concentration in the first mixture is preferably 50% by mass or more and 95% by mass or less, and 55% by mass or more and 90% by mass or less. It is more preferable to make the content less than or equal to 60% by mass and less than 88% by mass.
<第1電極スラリーを調製する工程>
本実施形態にかかる第1電極スラリーを調製する工程では、上記で得られた第1混合物を自転公転式撹拌機やプラネタリーミキサー等の装置を用いて混練する。
混練する際には、混練時に十分な外力を加えることができるといった観点から、自転公転式撹拌機を用いることが好ましい。
混練条件は、電極活物質の分散性を確保する観点で、2000回転/分で2分間混練が好ましく、2000回転/分で3分間混練がより好ましく、2000回転/分で4分間混練がさらに好ましい。
<Step of preparing first electrode slurry>
In the step of preparing the first electrode slurry according to the present embodiment, the first mixture obtained above is kneaded using a device such as a rotation-revolution type stirrer or a planetary mixer.
When kneading, it is preferable to use a rotation-revolution type stirrer from the viewpoint of being able to apply sufficient external force during kneading.
From the viewpoint of ensuring the dispersibility of the electrode active material, the kneading conditions are preferably kneading at 2000 revolutions/min for 2 minutes, more preferably kneading at 2000 revolutions/min for 3 minutes, and even more preferably kneading at 2000 revolutions/min for 4 minutes. .
混練する際には、第1混合物を一度混練し、その後、固形分濃度を変化させて第1電極スラリーを得てもよい。この場合、第1混合物と第1電極スラリーの組成は異なることになる。
例えば自転公転式撹拌機を用いた際には、65質量%以上95質量%以下の固形分濃度に調製した第1混合物を、1000~3000回転/分で2~10分間混練を行ったのちに、分散媒を加え55質量%以上90質量%以下の固形分濃度に調製し1000~3000回転/分で2~10分間混練して第1電極スラリーとすることが好ましい。
When kneading, the first mixture may be kneaded once and then the solid content concentration may be changed to obtain the first electrode slurry. In this case, the compositions of the first mixture and the first electrode slurry will be different.
For example, when using a rotation-revolution type stirrer, the first mixture prepared to have a solid content concentration of 65% by mass or more and 95% by mass or less is kneaded at 1000 to 3000 rpm for 2 to 10 minutes. Preferably, a dispersion medium is added to adjust the solid content concentration to 55% by mass or more and 90% by mass or less, and the mixture is kneaded at 1000 to 3000 rpm for 2 to 10 minutes to obtain the first electrode slurry.
具体例としては、自転公転式撹拌機を用いた際には、80質量%以上95質量%以下の固形分濃度に調製した第1混合物を、2000回転/分で4分間混練を行ったのちに、分散媒を加え65質量%以上80質量%以下の固形分濃度に調製し2000回転/分で2分間混練することが好ましい。
別の具体例としては、プラネタリーミキサーを用いた際には、70質量%以上80質量%以下の固形分濃度に調整した第1混合物を、20回転/分で4分間混練を行ったのちに、分散媒を加え60質量%以上70質量%以下の固形分濃度に調整し60回転/分で2時間混練することが好ましい。
As a specific example, when using a rotation-revolution type stirrer, the first mixture prepared to have a solid content concentration of 80% by mass or more and 95% by mass or less is kneaded at 2000 rpm for 4 minutes, and then Preferably, a dispersion medium is added to adjust the solid content concentration to 65% by mass or more and 80% by mass or less, and the mixture is kneaded at 2000 revolutions/minute for 2 minutes.
As another specific example, when using a planetary mixer, the first mixture adjusted to a solid content concentration of 70% by mass or more and 80% by mass or less is kneaded at 20 revolutions/minute for 4 minutes, and then Preferably, a dispersion medium is added to adjust the solid content concentration to 60% by mass or more and 70% by mass or less, and the mixture is kneaded at 60 revolutions/minute for 2 hours.
第1電極スラリーの固形分濃度は、適宜調製することができる。混練時における電極活物質や導電助剤といった粉体の分散を効果的に行う観点で、第1混合物における固形分濃度を50質量%以上85質量%以下にすることが好ましく、55質量%以上80質量%以下にすることがより好ましく、60質量%以上75質量%以下にすることがさらに好ましい。 The solid content concentration of the first electrode slurry can be adjusted as appropriate. From the viewpoint of effectively dispersing powders such as electrode active materials and conductive additives during kneading, the solid content concentration in the first mixture is preferably 50% by mass or more and 85% by mass or less, and 55% by mass or more and 80% by mass or less. It is more preferable that the content be 60% by mass or more and 75% by mass or less.
[第2工程]
本実施形態にかかる第2工程は、前記第2混合物の各成分を先に混合してから、第2混合物を混練する工程であってもよく、前記第1工程で調製した前記第1電極スラリーに、少なくとも前記第2バインダーを添加しながら、その混合物を混練する工程であってもよい。
本実施形態にかかる第2工程は、第2混合物を調製する工程と、第2電極スラリーを調製する工程とを含むことが好ましい。
[Second process]
The second step according to the present embodiment may be a step of first mixing each component of the second mixture and then kneading the second mixture, and the first electrode slurry prepared in the first step The step may also be a step of kneading the mixture while adding at least the second binder.
The second step according to this embodiment preferably includes a step of preparing a second mixture and a step of preparing a second electrode slurry.
<第2混合物を調製する工程>
本実施形態にかかる第2混合物を調製する工程において、前記第2バインダーのほかに必要に応じてさらに分散媒を追加してもよい。また第2混合物を調製する工程において、さらに電極活物質を添加してもよいが、電極活物質は添加しないことが好ましい。すなわち、本実施形態にかかる第2工程においては、電極活物質は添加しないことが好ましい。
混合の方法は問わないが、例えば、攪拌式、回転式、または振とう式などの混合装置を使用した方法が挙げられる。第2混合物を調製する混合装置として、下記第2電極スラリーを調製する工程で混練に用いる装置を用いてもよい。
第2混合物の固形分濃度は、適宜調整することができる。塗工性確保の観点で、第2混合物における固形分濃度を30質量%以上70質量%以下にすることが好ましく、35質量%以上65質量%以下にすることがより好ましく、40質量%以上60質量%以下にすることがさらに好ましい。第2混合物での固形分が上記範囲にあることによって、塗工時のスラリー粘度が好適になり塗工後のタレやハジキを抑えることができる。加えて乾燥時の加熱時間を抑えることができ工程上の優位性をもたせることができるからである。
<Step of preparing the second mixture>
In the step of preparing the second mixture according to the present embodiment, a dispersion medium may be added in addition to the second binder as necessary. Further, in the step of preparing the second mixture, an electrode active material may be further added, but it is preferable that no electrode active material is added. That is, in the second step according to this embodiment, it is preferable that no electrode active material be added.
Although the mixing method is not limited, examples include a method using a mixing device such as a stirring type, a rotating type, or a shaking type. As the mixing device for preparing the second mixture, the device used for kneading in the step of preparing the second electrode slurry described below may be used.
The solid content concentration of the second mixture can be adjusted as appropriate. From the viewpoint of ensuring coating properties, the solid content concentration in the second mixture is preferably 30% by mass or more and 70% by mass or less, more preferably 35% by mass or more and 65% by mass or less, and 40% by mass or more and 60% by mass or less. It is more preferable to make it less than % by mass. When the solid content of the second mixture is within the above range, the viscosity of the slurry during coating becomes suitable, and sagging and repelling after coating can be suppressed. In addition, the heating time during drying can be suppressed, providing process advantages.
<第2電極スラリーを調製する工程>
本実施形態にかかる第2電極スラリーを調製する工程において、上記で得られた第2混合物を自転公転式撹拌機やプラネタリーミキサー等の装置を用いて混練する。
例えば自転公転式撹拌機を用いた際には、分散媒を用いて30質量%以上80質量%以下の固形分濃度に調整し、300~800回転/分で7~15分間混練することが好ましい。
具体例としては、例えば自転公転式撹拌機を用いた際には、分散媒を用いて30質量%以上70質量%以下の固形分濃度に調整し、500回転/分で10分間混練することが好ましい。
別の具体例としては、プラネタリーミキサーを用いた際には、分散媒を用いて30質量%以上65質量%以下の固形分濃度に調整し30回転/分で1時間混練することが好ましい。
<Step of preparing second electrode slurry>
In the step of preparing the second electrode slurry according to the present embodiment, the second mixture obtained above is kneaded using a device such as a rotation-revolution type stirrer or a planetary mixer.
For example, when using a rotation-revolution type stirrer, it is preferable to adjust the solid content concentration to 30% by mass or more and 80% by mass or less using a dispersion medium, and knead for 7 to 15 minutes at 300 to 800 revolutions/minute. .
As a specific example, when using a rotation-revolution type stirrer, for example, it is possible to adjust the solid content concentration to 30% by mass or more and 70% by mass or less using a dispersion medium, and knead at 500 revolutions / minute for 10 minutes. preferable.
As another specific example, when a planetary mixer is used, it is preferable to adjust the solid content concentration to 30% by mass or more and 65% by mass or less using a dispersion medium, and knead at 30 revolutions/minute for 1 hour.
製造された第2電極スラリー、つまり本実施形態における電極スラリーの固形分濃度は特に限定されないが、30質量%以上70質量%以下であることが好ましく、35質量%以上65質量%以下であることがより好ましく、40質量%以上60質量%以下であることがさらに好ましい。塗工後のタレやハジキを抑えることができ、なおかつ乾燥時の加熱時間を抑えることができる点で好適であるためである。また、第1工程での固形分濃度が第2工程の固形分濃度より高いとより効果的に混練を行うことができる。 The solid content concentration of the manufactured second electrode slurry, that is, the electrode slurry in this embodiment, is not particularly limited, but is preferably 30% by mass or more and 70% by mass or less, and 35% by mass or more and 65% by mass or less. is more preferable, and even more preferably 40% by mass or more and 60% by mass or less. This is because it is suitable because it can suppress sagging and repellency after coating and can also suppress heating time during drying. Further, if the solid content concentration in the first step is higher than the solid content concentration in the second step, kneading can be performed more effectively.
(非水系二次電池用電極スラリー)
本実施形態の、水系二次電池用電極スラリーの製造方法にかかる水系二次電池用電極スラリー(「本実施形態にかかる電極スラリー」ともいうことがある)は、電極活物質と、第1バインダーと、第2バインダーと、分散媒と、を含む。本実施形態にかかる電極スラリーは、さらに、導電助剤、または添加剤を含んでもよい。
(Electrode slurry for non-aqueous secondary batteries)
The electrode slurry for an aqueous secondary battery according to the method for producing an electrode slurry for an aqueous secondary battery according to the present embodiment (also referred to as "the electrode slurry according to the present embodiment") contains an electrode active material and a first binder. , a second binder, and a dispersion medium. The electrode slurry according to this embodiment may further contain a conductive additive or an additive.
[第1バインダー及び第2バインダー]
本実施形態にかかる第1バインダー及び第2バインダーは、後述の非水系二次電池電極用バインダーであることが好ましい。
本実施形態にかかる第1バインダー及び第2バインダーは、同じ種類でも、異なる種類でもよい。スラリー作製における工程の簡略化の観点から、本実施形態にかかる第1バインダー及び第2バインダーは、同じ種類であることが好ましい。「同じ種類」とは、バインダーに含まれている樹脂の種類が同じ意味である。例えば、前記樹脂が同じ単量体の重合体若しくは共重合体である場合、同じ種類の樹脂である。スラリー作製における工程の簡略化の観点から、本実施形態にかかる第1バインダー及び第2バインダーは、同じバインダーであることがより好ましい。
電極スラリーの製造においては、第1バインダー及び、第2バインダーは異なっていてもよい。
第1バインダー及び第2バインダーの少なくともいずれかは、上述した共重合体(P)が好ましく、第1バインダー及び第2バインダーの両方が共重合体(P)を含むことがより好ましく、第1バインダー及び第2バインダーが共重合体(P)のみからなることがより好ましい。
[First binder and second binder]
The first binder and the second binder according to this embodiment are preferably binders for non-aqueous secondary battery electrodes, which will be described later.
The first binder and the second binder according to this embodiment may be the same type or different types. From the viewpoint of simplifying the process in slurry production, the first binder and the second binder according to this embodiment are preferably of the same type. "The same type" means that the types of resins contained in the binders are the same. For example, when the resins are polymers or copolymers of the same monomer, they are the same type of resin. From the viewpoint of simplifying the process in producing the slurry, it is more preferable that the first binder and the second binder according to this embodiment are the same binder.
In manufacturing the electrode slurry, the first binder and the second binder may be different.
At least one of the first binder and the second binder is preferably the above-mentioned copolymer (P), more preferably both the first binder and the second binder contain the copolymer (P), and the first binder It is more preferable that the second binder consists only of the copolymer (P).
<電極スラリー中の第1バインダー及び第2バインダーの含有量>
以下、電極スラリー中の第1バインダー及び第2バインダーの含有量に関する説明において、非水系二次電池用電極スラリーの全固形分における含有率、すなわち、質量%を用いる。
なお、本実施形態において、非水系二次電池用電極スラリーの全固形分とは、該電極スラリーを直径5cmのアルミ皿に1g秤量し、大気圧下の乾燥器内で空気を循環させながら、110℃で5時間乾燥させた後に残る成分のことを意味する。
電極スラリー中の全固形分に対する第1バインダーの含有量Xは0.5質量%以上であり、0.7質量%以上であることが好ましく、1.0質量%以上であることがより好ましい。第1工程において第1バインダーが電極活物質を分散させ、均一なスラリーを得ることが可能になるからである。電極スラリー中の全固形分に対する第1バインダーの含有量Xは7.0質量%以下であることが好ましく、6.0質量%以下であることがより好ましく、5.0質量%以下であることがさらに好ましい。
電極スラリー中の全固形分に対する第2バインダーの含有量Yは0.2質量%以上であり、0.5質量%以上であることが好ましく、1.0質量%以上であることがより好ましい。第2工程において電極活物質近傍に配置されない第2バインダーが存在することで電極合材層の強度を向上させるからである。電極スラリー中の全固形分に対する第2バインダーの含有量Yは7.0質量%以下であることが好ましく、6.0質量%以下であることがより好ましく、5.0質量%以下であることがさらに好ましい。
<Content of first binder and second binder in electrode slurry>
Hereinafter, in the description regarding the content of the first binder and the second binder in the electrode slurry, the content in the total solid content of the electrode slurry for a non-aqueous secondary battery, that is, mass % will be used.
In the present embodiment, the total solid content of the electrode slurry for non-aqueous secondary batteries is defined as 1 g of the electrode slurry is weighed in an aluminum dish with a diameter of 5 cm, and while air is circulated in a dryer under atmospheric pressure. It refers to the components remaining after drying at 110°C for 5 hours.
The content X of the first binder based on the total solid content in the electrode slurry is 0.5% by mass or more, preferably 0.7% by mass or more, and more preferably 1.0% by mass or more. This is because the first binder disperses the electrode active material in the first step, making it possible to obtain a uniform slurry. The content X of the first binder relative to the total solid content in the electrode slurry is preferably 7.0% by mass or less, more preferably 6.0% by mass or less, and 5.0% by mass or less. is even more preferable.
The content Y of the second binder based on the total solid content in the electrode slurry is 0.2% by mass or more, preferably 0.5% by mass or more, and more preferably 1.0% by mass or more. This is because the presence of the second binder that is not placed near the electrode active material in the second step improves the strength of the electrode composite layer. The content Y of the second binder relative to the total solid content in the electrode slurry is preferably 7.0% by mass or less, more preferably 6.0% by mass or less, and 5.0% by mass or less. is even more preferable.
第1バインダーの含有量Xと第2バインダーの含有量Yの比X/Yは0.067以上であり、0.1以上であることが好ましく、0.3以上であることがより好ましく、0.5以上であることがさらに好ましい。第1工程で電極活物質の混練が効果的に行われ電極の性能が向上するからである。
第1バインダーの含有量Xと第2バインダーの含有量Yの比X/Yは4.0以下であり、3.5以下であることが好ましく、3.0以下であることがより好ましく、2.0以下であることがさらに好ましく、1.5以下であることが特に好ましく、1.2以下であることが最も好ましい。電極活物質近傍に配置されない第2バインダーが好適量存在することで電極合材層の強度を向上させるからである。すなわち、電極活物質層の剥離強度を向上しつつ、電極を用いた非水系二次電池では充放電サイクル後の放電容量維持率を向上しやすい。
The ratio X/Y of the content X of the first binder and the content Y of the second binder is 0.067 or more, preferably 0.1 or more, more preferably 0.3 or more, and 0. More preferably, it is .5 or more. This is because the electrode active material is effectively kneaded in the first step, improving the performance of the electrode.
The ratio X/Y of the content X of the first binder and the content Y of the second binder is 4.0 or less, preferably 3.5 or less, more preferably 3.0 or less, and 2 It is more preferably .0 or less, particularly preferably 1.5 or less, and most preferably 1.2 or less. This is because the presence of a suitable amount of the second binder that is not disposed near the electrode active material improves the strength of the electrode composite material layer. That is, while improving the peel strength of the electrode active material layer, it is easy to improve the discharge capacity retention rate after charge/discharge cycles in a nonaqueous secondary battery using the electrode.
また、バインダー総含有量(X+Y)は、0.7質量%以上であり、1.2質量%以上であることが好ましく、1.5質量%以上であることがより好ましく、2.0質量%以上であることが更に好ましい。電極中のバインダー含有量が前記範囲であることによって、電極活物質間、及び電極活物質と集電体との結着性を確保することができ、なおかつ、電極活物質層の充放電容量を大きくすることができ、電池としたときの内部抵抗も低くすることができるためである。
バインダー総含有量(X+Y)は14質量%以下であることが好ましく、12質量%以下であることがより好ましく、10質量%以下であることがさらに好ましい。また、バインダー総含有量は、8.0質量%以下であってもよく、6.0質量%以下であってもよい。電極中のバインダー含有量が前記範囲であることによって、電極中の非活性物質が抑えられ電気抵抗の増加や容量の低下を抑えることができるからである。
Further, the total binder content (X+Y) is 0.7% by mass or more, preferably 1.2% by mass or more, more preferably 1.5% by mass or more, and 2.0% by mass. It is more preferable that it is above. By setting the binder content in the electrode within the above range, it is possible to ensure binding between the electrode active materials and between the electrode active material and the current collector, and to maintain the charge/discharge capacity of the electrode active material layer. This is because it can be made larger and the internal resistance when used as a battery can be lowered.
The total binder content (X+Y) is preferably 14% by mass or less, more preferably 12% by mass or less, and even more preferably 10% by mass or less. Further, the total binder content may be 8.0% by mass or less, or 6.0% by mass or less. This is because when the binder content in the electrode is within the above range, inactive substances in the electrode can be suppressed, and an increase in electrical resistance and a decrease in capacity can be suppressed.
〔非水系二次電池電極用バインダー〕
本実施形態にかかる非水系二次電池電極用バインダー(または、非水系二次電池電極バインダー。以下、「電極バインダー」とすることがある)は、以下に説明する共重合体(P)を含むことが好ましい。電極バインダーは、その他の成分を含んでもよく、例えば、共重合体(P)以外の重合体、界面活性剤等を含んでもよい。
[Binder for non-aqueous secondary battery electrodes]
The nonaqueous secondary battery electrode binder (or nonaqueous secondary battery electrode binder, hereinafter sometimes referred to as "electrode binder") according to the present embodiment contains a copolymer (P) described below. It is preferable. The electrode binder may contain other components, such as a polymer other than the copolymer (P), a surfactant, and the like.
ここで電極バインダーは、後述する電池の製造工程における加熱を伴う工程において揮発せずに残る成分である。より具体的には、電極バインダーを直径5cmのアルミ皿に1g秤量し、大気圧下の乾燥器内で空気を循環させながら、110℃で5時間乾燥させた後に残る成分である。電極バインダーの不揮発分には、例えば共重合体(P)等が含まれる。 Here, the electrode binder is a component that remains without being volatilized in a process involving heating in the battery manufacturing process described below. More specifically, it is the component that remains after weighing 1 g of the electrode binder into an aluminum dish with a diameter of 5 cm and drying it at 110° C. for 5 hours while circulating air in a dryer under atmospheric pressure. The nonvolatile content of the electrode binder includes, for example, a copolymer (P).
電極バインダー中の共重合体(P)の含有率は、80質量%以上であることが好ましく、90質量%以上であることがより好ましく、95質量%以上であることがさらに好ましく、98質量%以上であることがさらに好ましい。共重合体(P)による本発明の目的とする効果への寄与を大きくするためである。 The content of the copolymer (P) in the electrode binder is preferably 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, even more preferably 95% by mass or more, and 98% by mass. It is more preferable that it is above. This is to increase the contribution of the copolymer (P) to the desired effects of the present invention.
共重合体(P)は、後述する式(1)で表す単量体(A)に由来する構造単位及び、式(2)で表す単量体(B)に由来する構造単位を含む。また、共重合体(P)は、後述する単量体(C)に由来する構造単位、単量体(D)に由来する構造単位を含んでもよい。 The copolymer (P) includes a structural unit derived from a monomer (A) represented by the formula (1) described below and a structural unit derived from the monomer (B) represented by the formula (2). Further, the copolymer (P) may include a structural unit derived from a monomer (C) and a structural unit derived from a monomer (D), which will be described later.
以下、共重合体(P)の製造に好適に用いられる単量体として、単量体(A)~(D)を挙げるが、単量体としてはこれらに限定されるわけではなく、その他の単量体も用いることができる。 Monomers (A) to (D) are listed below as monomers suitably used in the production of copolymer (P), but the monomers are not limited to these, and other monomers may also be used. Monomers can also be used.
<単量体(A)>
本実施形態にかかる単量体(A)は、以下の式(1)で表される化合物である。単量体(A)は、式(1)で表される複数の種類の化合物を含んでいてもよい。
<Monomer (A)>
The monomer (A) according to this embodiment is a compound represented by the following formula (1). Monomer (A) may contain multiple types of compounds represented by formula (1).
一般式(1)中、R1、R2はそれぞれ独立に水素原子または炭素数1以上3以下のアルキル基であることが好ましく、R1、R2はそれぞれ独立に水素原子またはメチル基であることがより好ましい。 In general formula (1), R 1 and R 2 are preferably each independently a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom or a methyl group. It is more preferable.
単量体(A)としては、具体的には、以下に示す化合物(括弧内に記載のR1、R2は、それぞれ式(1)中のR1、R2に対応する。)が挙げられる。N-ビニルホルムアミド(R1:水素原子、R2:水素原子))、N-ビニルアセトアミド(R1:水素原子、R2:メチル基)などが挙げられる。これらの中でも、単量体(A)としては、共重合体(P)を含む電極バインダーを含む非水系二次電池電極用スラリーにおいて、電極活物質、導電助剤等の固形分の分散性が良好となるため、N-ビニルアセトアミドが好ましい。 Specific examples of the monomer (A) include the compounds shown below (R 1 and R 2 in parentheses correspond to R 1 and R 2 in formula (1), respectively). It will be done. N-vinylformamide (R 1 : hydrogen atom, R 2 : hydrogen atom)), N-vinylacetamide (R 1 : hydrogen atom, R 2 : methyl group), and the like. Among these, the monomer (A) is used to improve the dispersibility of the solid content of the electrode active material, conductive agent, etc. in the slurry for non-aqueous secondary battery electrodes containing the electrode binder containing the copolymer (P). N-vinylacetamide is preferred because it provides good performance.
<単量体(B)>
本実施形態にかかる単量体(B)は、以下の一般式(2)で表される化合物である。単量体(B)は、一般式(2)で表される複数の種類の化合物を含んでいてもよい。
<Monomer (B)>
The monomer (B) according to this embodiment is a compound represented by the following general formula (2). Monomer (B) may contain multiple types of compounds represented by general formula (2).
(一般式(2)において、R3は水素原子またはメチル基を表し、Zは水素原子、アルカリ金属及びNH4からなる群から選ばれる少なくとも1種を表す。) (In general formula (2), R 3 represents a hydrogen atom or a methyl group, and Z represents at least one selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkali metal, and NH 4. )
一般式(2)中、R3は水素原子であることが好ましい。Zは水素原子、アルカリ金属またはNH4であり、アルカリ金属またはNH4であることが好ましい。Zがアルカリ金属である場合におけるアルカリ金属としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウムなどが挙げられる。Zに対応する好ましい1価のカチオンを具体的に示すと、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、アンモニウムイオンが挙げられる。
本実施形態にかかる単量体(B)は、具体的には、以下に示す化合物(括弧内に記載のR3、Zは、それぞれ式(2)中のR3、Zに対応する。)が挙げられる。
アクリル酸(R3:水素原子、Z:水素原子)、メタクリル酸(R3:メチル基、Z:水素原子)、及びそれらの塩(式(2)中のZがアルカリ金属またはNH4である化合物)である。
これらの中でも単量体(B)として、(メタ)アクリル酸ナトリウム、(メタ)アクリル酸リチウム、(メタ)アクリル酸カリウム、(メタ)アクリル酸アンモニウムから選ばれる少なくとも1種を含むことがより好ましい。充放電サイクル後の放電容量維持率が、より高い非水系二次電池が得られる非水系二次電池電極の材料となるためである。
単量体(B)として、(メタ)アクリル酸ナトリウムを含むことがさらに好ましく、アクリル酸ナトリウムを含むことが特に好ましい。充放電サイクル後の放電容量維持率が、より一層高い非水系二次電池が得られる非水系二次電池電極の材料となるためである。
(メタ)アクリル酸塩は、例えば、(メタ)アクリル酸を水酸化物、及びアンモニア水等で中和して得られるが、中でも入手容易性の点から、水酸化ナトリウムで中和することが好ましい。
In general formula (2), R 3 is preferably a hydrogen atom. Z is a hydrogen atom, an alkali metal or NH4 , preferably an alkali metal or NH4 . Examples of the alkali metal when Z is an alkali metal include lithium, sodium, potassium, and the like. Specific examples of preferable monovalent cations corresponding to Z include lithium ions, sodium ions, potassium ions, and ammonium ions.
Specifically, the monomer (B) according to the present embodiment is a compound shown below (R 3 and Z in parentheses correspond to R 3 and Z in formula (2), respectively.) can be mentioned.
Acrylic acid (R 3 : hydrogen atom, Z: hydrogen atom), methacrylic acid (R 3 : methyl group, Z: hydrogen atom), and salts thereof (Z in formula (2) is an alkali metal or NH 4 compound).
Among these, it is more preferable that the monomer (B) contains at least one selected from sodium (meth)acrylate, lithium (meth)acrylate, potassium (meth)acrylate, and ammonium (meth)acrylate. . This is because it serves as a material for a non-aqueous secondary battery electrode that provides a non-aqueous secondary battery with a higher discharge capacity retention rate after charge/discharge cycles.
As the monomer (B), it is more preferable that sodium (meth)acrylate is included, and it is particularly preferable that sodium acrylate is included. This is because it serves as a material for a non-aqueous secondary battery electrode that can provide a non-aqueous secondary battery with an even higher discharge capacity retention rate after charge/discharge cycles.
(Meth)acrylates can be obtained, for example, by neutralizing (meth)acrylic acid with hydroxide, aqueous ammonia, etc., but from the viewpoint of easy availability, neutralization with sodium hydroxide is preferable. preferable.
pH調整のため、単量体(B)は、(メタ)アクリル酸塩を60質量%以上含むことが好ましく、80質量%以上含むことがより好ましく、95質量%以上含むことがさらに好ましい。 For pH adjustment, monomer (B) preferably contains (meth)acrylate in an amount of 60% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, and even more preferably 95% by mass or more.
ここで、単量体(B)として(メタ)アクリル酸を用いて、重合後に中和剤を用いて中和した場合、(メタ)アクリル酸由来の構造単位は、中和剤に含まれるカチオンの当量(カチオンの価数×カチオンのモル数、以下同様)だけ塩を形成したものとして考える。中和剤に含まれるカチオンの当量が、重合に用いた(メタ)アクリル酸のモル数より多い場合、(メタ)アクリル酸は全て塩を形成していると考える。一方、中和剤に含まれるカチオンの当量が、重合に用いた(メタ)アクリル酸のモル数より少ない場合、カチオンは全て(メタ)アクリル酸と塩を形成していると考える。なお、中和剤に含まれるカチオンが2価以上である場合、1つのカチオンにその価数と同数の(メタ)アクリル酸由来の構造単位に結合したものとして考える。 Here, when (meth)acrylic acid is used as the monomer (B) and neutralized using a neutralizing agent after polymerization, the structural unit derived from (meth)acrylic acid is a cation contained in the neutralizing agent. It is assumed that the equivalent amount of salt (valence of cation x number of moles of cation, same hereinafter) is formed. When the equivalent weight of cations contained in the neutralizing agent is greater than the number of moles of (meth)acrylic acid used in polymerization, all (meth)acrylic acid is considered to form a salt. On the other hand, if the equivalent weight of cations contained in the neutralizing agent is less than the number of moles of (meth)acrylic acid used in the polymerization, it is considered that all the cations form a salt with (meth)acrylic acid. In addition, when the cation contained in the neutralizing agent has a valence of two or more, it is considered that one cation is bonded to the same number of (meth)acrylic acid-derived structural units as the valence.
<単量体(C)>
単量体(C)は、以下の一般式(3)で表される化合物である。単量体(C)は、一般式(3)で表される複数の種類の化合物を含んでもよい。
<Monomer (C)>
Monomer (C) is a compound represented by the following general formula (3). Monomer (C) may include multiple types of compounds represented by general formula (3).
一般式(3)中、R7、R4、R6は各々独立に水素原子または炭素数1以上3以下のアルキル基であることが好ましく、R7、R4、R6は各々独立に水素原子またはメチル基であることがより好ましい。R6はメチル基であることが更に好ましい。 In general formula (3), R 7 , R 4 , and R 6 are each independently a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and R 7 , R 4 , and R 6 are each independently hydrogen. More preferably, it is an atom or a methyl group. More preferably, R 6 is a methyl group.
一般式(3)中、nは1以上の整数、mは0以上の整数であり、n+m≧20である。共重合体(P)を電極活物質のためのバインダーとして電極を作製した場合、電極の可撓性が向上し、クラックの発生を抑制されるためである。この観点から、n+m≧30であることが好ましく、n+m≧40であることがより好ましい。また、n+m≦500であることが好ましく、n+m≦200であることがより好ましく、n+m≦150であることがさらに好ましい。バインダーの結着力がより高くなるためである。 In general formula (3), n is an integer of 1 or more, m is an integer of 0 or more, and n+m≧20. This is because when an electrode is produced using the copolymer (P) as a binder for the electrode active material, the flexibility of the electrode is improved and the occurrence of cracks is suppressed. From this viewpoint, it is preferable that n+m≧30, and more preferably that n+m≧40. Moreover, it is preferable that n+m≦500, it is more preferable that n+m≦200, and it is even more preferable that n+m≦150. This is because the binding force of the binder becomes higher.
なお、一般式(3)では、R4を含む構造単位n個及びR5を含む構造単位m個が含まれるということを限定しているが、これらの構造単位の配列について限定はしていない。すなわち、m≧1の場合、一般式(3)では、それぞれの構造単位が全てまたは一部が連続したブロック構造を有していてもよく、2つの構造単位が交互に配列した構造等の周期的な規則性をもって配列した構造でもよく、2つの構造単位がランダムに配列した構造でもよい。一般式(3)の共重合体の好ましい形態としては、周期的な規則性をもって配列した構造、またはランダムに配列した構造である。一般式(3)を形成する分子鎖内での各構造単位の分布の偏りを抑制するためである。一般式(3)の共重合体のより好ましい形態としては、ランダムに配列した構造である。特殊な触媒を用いずにラジカル重合開始剤により重合可能であり、製造コストを低減できるためである。 Although the general formula (3) is limited to n structural units containing R 4 and m structural units containing R 5 , there is no limitation on the arrangement of these structural units. . That is, in the case of m≧1, in general formula (3), each structural unit may have a continuous block structure in whole or in part, and a periodic structure such as a structure in which two structural units are arranged alternately. It may be a structure in which two structural units are arranged with regularity, or a structure in which two structural units are arranged randomly. A preferred form of the copolymer of general formula (3) is a structure arranged with periodic regularity or a structure arranged randomly. This is to suppress the bias in the distribution of each structural unit within the molecular chain forming the general formula (3). A more preferred form of the copolymer of general formula (3) is a randomly arranged structure. This is because polymerization can be performed using a radical polymerization initiator without using a special catalyst, and manufacturing costs can be reduced.
一般式(3)において、R7、R4、R5、R6、n、mの組み合わせとして好ましい例としては、以下の表1の例が挙げられる。 In general formula (3), preferred examples of combinations of R 7 , R 4 , R 5 , R 6 , n, and m include the examples shown in Table 1 below.
一般式(3)においてm=0であることがより好ましい。m=0の単量体(D)の例として、ポリエチレングリコールのモノ(メタ)アクリレートが挙げられ、より具体的には、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート(例えば、表1の単量体d1、d2)等を挙げることができる。メトキシポリエチレングリコールメタクリレートの一例としては、EVONIK INDUSTRIES製のVISIOMER(登録商標)MPEG2005 MA Wが挙げられる。この製品においてはR7=CH3、R4=H、R6=CH3、n=45、m=0である。メトキシポリエチレングリコールメタクリレートの他の例としては、EVONIK INDUSTRIES製のVISIOMER(登録商標)MPEG5005 MA Wが挙げられる。この製品においては、R7=CH3、R4=H、R6=CH3、n=113、m=0である。 More preferably, m=0 in general formula (3). Examples of the monomer (D) with m=0 include mono(meth)acrylate of polyethylene glycol, more specifically, methoxypolyethylene glycol (meth)acrylate (for example, monomer d1 in Table 1, d2) etc. An example of methoxypolyethylene glycol methacrylate is VISIOMER® MPEG2005 MA W manufactured by EVONIK INDUSTRIES. In this product, R 7 =CH 3 , R 4 =H, R 6 =CH 3 , n=45, and m=0. Other examples of methoxypolyethylene glycol methacrylate include VISIOMER® MPEG5005 MA W from EVONIK INDUSTRIES. In this product, R 7 =CH 3 , R 4 =H, R 6 =CH 3 , n=113, m=0.
m=0の単量体(C)の別の例として、ポリプロピレングリコールのモノ(メタ)アクリレートが挙げられ、より具体的には、メトキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート(例えば、表1の単量体d3、d4)等を挙げることができる。 Other examples of monomers (C) with m=0 include mono(meth)acrylates of polypropylene glycol, more specifically methoxypolypropylene glycol (meth)acrylates (e.g. monomers of Table 1). d3, d4), etc.
<単量体(D)>
単量体(D)は、芳香族アルコールのエチレン性不飽和カルボン酸エステル化合物である。単量体(D)は、1種類の化合物のみを含んでもよく、2種類以上の化合物を含んでもよい。単量体(D)は、芳香族アルコールの(メタ)アクリル酸エステル(芳香族アルコールの(メタ)アクリレート)を含むことが好ましく、芳香族アルコールの(メタ)アクリル酸エステル(芳香族アルコールの(メタ)アクリレート)からなることがより好ましい。
<Monomer (D)>
Monomer (D) is an ethylenically unsaturated carboxylic acid ester compound of aromatic alcohol. The monomer (D) may contain only one type of compound, or may contain two or more types of compounds. Monomer (D) preferably contains (meth)acrylate of aromatic alcohol ((meth)acrylate of aromatic alcohol), and (meth)acrylate of aromatic alcohol ((meth)acrylate of aromatic alcohol). meth)acrylate).
芳香族アルコールの(メタ)アクリル酸エステル(芳香族アルコールの(メタ)アクリレート)としては、例えば、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸フェノキシエチル、フェノキシエチレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、エトキシ化-o-フェニルフェノール(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシ-3-フェノキシプロピル(メタ)アクリレート等が挙げられる。単量体(D)は、これらの化合物のうち、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸フェノキシエチルの少なくともいずれかを含むことがより好ましく、(メタ)アクリル酸ベンジルを含むことがさらに好ましい。 Examples of (meth)acrylic esters of aromatic alcohols ((meth)acrylates of aromatic alcohols) include benzyl (meth)acrylate, phenoxyethyl (meth)acrylate, phenoxyethylene glycol (meth)acrylate, and phenoxydiethylene glycol. (meth)acrylate, phenoxypolyethylene glycol (meth)acrylate, ethoxylated-o-phenylphenol (meth)acrylate, 2-hydroxy-3-phenoxypropyl (meth)acrylate, and the like. Among these compounds, monomer (D) more preferably contains at least one of benzyl (meth)acrylate and phenoxyethyl (meth)acrylate, and further preferably contains benzyl (meth)acrylate. preferable.
共重合体(P)の製造に好適に用いられる単量体として、上記単量体(A)~(D)を挙げるが、単量体としてはこれらに限定されるわけではなく、その他の単量体も用いることができる。その他の単量体としては、例えば、アクリルアミド、アクリロニトリル、ブチルアクリレート等が挙げられる。 The monomers (A) to (D) mentioned above are listed as monomers suitably used in the production of the copolymer (P), but the monomers are not limited to these, and other monomers may also be used. mer can also be used. Examples of other monomers include acrylamide, acrylonitrile, butyl acrylate, and the like.
<共重合体(P)における構造単位の含有率>
以下、共重合体(P)における各構造単位の含有率について説明する。ここで、単量体(B)として(メタ)アクリル酸を単量体として用いて、重合後に中和剤を用いて中和した場合、(メタ)アクリル酸由来の構造単位は、中和剤に含まれるカチオンの当量(カチオンの価数×カチオンのモル数、以下同様)だけ塩を形成したものとして考える。詳細は<単量体(B)>の項にて説明した通りである。
<Content of structural units in copolymer (P)>
The content of each structural unit in the copolymer (P) will be explained below. Here, when (meth)acrylic acid is used as the monomer (B) and neutralized using a neutralizing agent after polymerization, the structural unit derived from (meth)acrylic acid is It is assumed that a salt is formed by the equivalent amount of cations contained in (valent number of cation x number of moles of cation, the same applies hereinafter). The details are as explained in the section <Monomer (B)>.
本実施形態における、共重合体(P)における各単量体に由来する構造単位の含有量は、共重合体(P)の製造のために添加する各単量体の配合量を用いることで、算出することができる。以下、共重合体(P)における各単量体に由来する構造単位の含有量について、共重合体における構造単位の由来となる単量体の合計100モル%として換算したときの各単量体の含有率、すなわちmol%の値を用いて説明する。なお、共重合体(P)の重合に連鎖移動剤等の単量体以外の化合物を用いた場合、その化合物由来の構造単位も共重合体の構造と考える。 In this embodiment, the content of structural units derived from each monomer in the copolymer (P) can be determined by using the blending amount of each monomer added for producing the copolymer (P). , can be calculated. Below, the content of structural units derived from each monomer in the copolymer (P) is calculated as 100 mol% in total of the monomers from which the structural units in the copolymer are derived. The content will be explained using the value of mol%. In addition, when a compound other than a monomer, such as a chain transfer agent, is used in the polymerization of the copolymer (P), the structural unit derived from the compound is also considered to be the structure of the copolymer.
本実施形態にかかる単量体(A)に由来する構造単位(a)の含有率は、共重合体(P)において0.5mol%以上であることが好ましく、1mol%以上であることがより好ましく、3mol%以上であることがさらに好ましく、5mol%以上であることが特に好ましい。後述する電極スラリー作製時の電極活物質、導電助剤等の分散性に優れ、塗工性良好な電極スラリーを作製することができるためである。単量体(A)に由来する構造単位(a)の含有率は、7mol%以上であってもよい。
本実施形態にかかる単量体(A)に由来する構造単位の含有率は、共重合体(P)において20mol%以下であることが好ましく、15mol%以下であることがより好ましく、13mol%以下であることがさらに好ましい。後述する電極のクラックの発生が抑制され、電極の生産性が向上するためである。単量体(A)に由来する構造単位の含有率は10mol%以下であってもよい。
The content of the structural unit (a) derived from the monomer (A) according to the present embodiment is preferably 0.5 mol% or more, more preferably 1 mol% or more in the copolymer (P). It is preferably at least 3 mol%, more preferably at least 5 mol%, particularly preferably at least 5 mol%. This is because an electrode slurry having excellent dispersibility of an electrode active material, a conductive additive, etc. during the production of an electrode slurry, which will be described later, and good coating properties can be produced. The content of the structural unit (a) derived from the monomer (A) may be 7 mol% or more.
The content of structural units derived from the monomer (A) according to the present embodiment is preferably 20 mol% or less, more preferably 15 mol% or less, and 13 mol% or less in the copolymer (P). It is more preferable that This is because the occurrence of cracks in the electrode, which will be described later, is suppressed and the productivity of the electrode is improved. The content of structural units derived from monomer (A) may be 10 mol% or less.
本実施形態にかかる単量体(B)に由来する構造単位の含有率((メタ)アクリル酸と(メタ)アクリル酸塩との合計量)は、共重合体(P)において50mol%以上であることが好ましく、70mol%以上であることがより好ましく、80mol%以上であることがさらに好ましい。集電体に対する剥離強度の高い電極活物質層を得ることができるためである。
本実施形態にかかる単量体(B)に由来する構造単位の含有率((メタ)アクリル酸と(メタ)アクリル酸塩との合計量)は、共重合体(P)において98mol%以下であることが好ましく、95mol%以下であることがより好ましく、92mol%以下であることがさらに好ましい。後述する電極スラリー作製時の電極活物質、導電助剤等の固形分の分散性がより向上するためである。
The content of structural units derived from the monomer (B) according to this embodiment (total amount of (meth)acrylic acid and (meth)acrylate) is 50 mol% or more in the copolymer (P). It is preferably at least 70 mol%, more preferably at least 80 mol%. This is because an electrode active material layer having high peel strength against the current collector can be obtained.
The content of structural units derived from the monomer (B) according to the present embodiment (total amount of (meth)acrylic acid and (meth)acrylate) is 98 mol% or less in the copolymer (P). It is preferably at most 95 mol%, more preferably at most 92 mol%. This is because the dispersibility of solid contents such as an electrode active material and a conductive aid during preparation of an electrode slurry, which will be described later, is further improved.
本実施形態にかかる単量体(C)に由来する構造単位の含有率は、共重合体(P)において0.05mol%以上であることが好ましく、0.1mol%以上であることがより好ましく、0.15mol%以上であることがさらに好ましい。単量体(C)に由来する構造単位の含有率は、0.25mol%以上であってもよい。
本実施形態にかかる単量体(C)に由来する構造単位の含有率は、共重合体(P)において5mol%以下であることが好ましく、3mol%以下であることがより好ましく、1mol%以下であることがさらに好ましい。後述する電極の、クラック発生を抑制するため、電極活物質層の剥離強度を向上させるため、及び電極活物質層の膨れを抑制するためである。また、後述する非水系二次電池において、サイクル特性(放電容量維持率)を向上させるためである。
The content of structural units derived from the monomer (C) according to this embodiment is preferably 0.05 mol% or more, more preferably 0.1 mol% or more in the copolymer (P). , more preferably 0.15 mol% or more. The content of the structural unit derived from the monomer (C) may be 0.25 mol% or more.
The content of structural units derived from the monomer (C) according to this embodiment is preferably 5 mol% or less, more preferably 3 mol% or less, and 1 mol% or less in the copolymer (P). It is more preferable that This is to suppress the generation of cracks in the electrode, which will be described later, to improve the peel strength of the electrode active material layer, and to suppress swelling of the electrode active material layer. This is also to improve cycle characteristics (discharge capacity retention rate) in non-aqueous secondary batteries to be described later.
本実施形態にかかる単量体(D)に由来する構造単位の含有率は、共重合体(P)において1mol%以上であることが好ましく、2mol%以上であることがより好ましく、2.5mol%以上であることがさらに好ましい。後述する電極のクラックの発生が抑制され、電極の生産性が向上するためである。
本実施形態にかかる単量体(D)に由来する構造単位の含有率は、共重合体(P)において20mol%以下であることが好ましく、15mol%以下であることがより好ましく、10mol%以下であることがさらに好ましい。後述する電極において、電極活物質層の剥離強度を向上させるため、及び電極活物質層の膨れを抑制するためである。また、後述する非水系二次電池において、サイクル特性(放電容量維持率)を向上させるためである。
The content of structural units derived from the monomer (D) according to this embodiment is preferably 1 mol% or more, more preferably 2 mol% or more, and 2.5 mol% or more in the copolymer (P). % or more is more preferable. This is because the occurrence of cracks in the electrode, which will be described later, is suppressed and the productivity of the electrode is improved.
The content of structural units derived from the monomer (D) according to the present embodiment is preferably 20 mol% or less, more preferably 15 mol% or less, and 10 mol% or less in the copolymer (P). It is more preferable that This is to improve the peel strength of the electrode active material layer and to suppress swelling of the electrode active material layer in the electrode described below. This is also to improve cycle characteristics (discharge capacity retention rate) in non-aqueous secondary batteries to be described later.
<共重合体(P)の製造方法>
共重合体(P)の合成は、水性媒体中におけるラジカル重合で行うことが好ましい。重合法としては、例えば、重合に使用する単量体を全て一括して仕込んで重合する方法、重合に使用する単量体を連続供給しながら重合する方法等が適用できる。共重合体(P)の合成に用いる全単量体中の各単量体の含有率は、共重合体(P)中のその単量体対応する構造単位の含有率である。例えば、共重合体(P)の合成に用いる全単量体中の単量体(A)の含有率は、合成しようとする共重合体(P)中の構造単位(a)の含有率である。ただし、単量体(B)として(メタ)アクリル酸を用いて、重合後に中和剤を用いて中和した場合、(メタ)アクリル酸由来の構造単位は、中和剤に含まれるカチオンの当量(カチオンの価数×カチオンのモル数、以下同様)だけ塩を形成したものとして考える。中和剤に含まれるカチオンの当量が、重合に用いた(メタ)アクリル酸のモル数より多い場合、(メタ)アクリル酸は全て塩を形成していると考える。一方、中和剤に含まれるカチオンの当量が、重合に用いた(メタ)アクリル酸のモル数より少ない場合、カチオンは全て(メタ)アクリル酸と塩を形成していると考える(すなわち、(メタ)アクリル酸は中和剤に含まれるカチオンの量だけ塩を形成している)。ラジカル重合は、30~90℃の温度で行うことが好ましい。なお、共重合体(P)の重合方法の具体的な例は、後述の実施例において詳しく説明する。
<Method for producing copolymer (P)>
The copolymer (P) is preferably synthesized by radical polymerization in an aqueous medium. As the polymerization method, for example, a method in which all the monomers used in the polymerization are charged at once and polymerized, a method in which the monomers used in the polymerization are continuously supplied and polymerized, etc. can be applied. The content of each monomer in all the monomers used in the synthesis of the copolymer (P) is the content of structural units corresponding to that monomer in the copolymer (P). For example, the content of monomer (A) in all monomers used in the synthesis of copolymer (P) is the content of structural unit (a) in copolymer (P) to be synthesized. be. However, when (meth)acrylic acid is used as the monomer (B) and neutralized using a neutralizing agent after polymerization, the structural unit derived from (meth)acrylic acid is the cation contained in the neutralizing agent. It is assumed that the equivalent amount (valence of cation x number of moles of cation, hereinafter the same) forms a salt. When the equivalent weight of cations contained in the neutralizing agent is greater than the number of moles of (meth)acrylic acid used in polymerization, all (meth)acrylic acid is considered to form a salt. On the other hand, if the equivalent weight of cations contained in the neutralizing agent is less than the number of moles of (meth)acrylic acid used in the polymerization, it is considered that all the cations form salts with (meth)acrylic acid (i.e., ( meth)acrylic acid forms a salt corresponding to the amount of cations contained in the neutralizing agent). Radical polymerization is preferably carried out at a temperature of 30 to 90°C. In addition, a specific example of the polymerization method of the copolymer (P) will be explained in detail in the Examples below.
ラジカル重合開始剤としては、例えば、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過酸化水素、t-ブチルハイドロパーオキサイド、アゾ化合物等が挙げられるが、これに限られない。アゾ化合物としては、例えば、2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオンアミジン)2塩酸塩が挙げられる。重合を水中で行う場合は、水溶性の重合開始剤を用いることが好ましい。また、必要に応じて、重合の際にラジカル重合開始剤と、還元剤とを併用して、レドックス重合してもよい。還元剤としては、重亜硫酸ナトリウム、ロンガリット、アスコルビン酸等が挙げられる。 Examples of the radical polymerization initiator include, but are not limited to, ammonium persulfate, potassium persulfate, hydrogen peroxide, t-butyl hydroperoxide, and an azo compound. Examples of the azo compound include 2,2'-azobis(2-methylpropionamidine) dihydrochloride. When polymerization is carried out in water, it is preferable to use a water-soluble polymerization initiator. Further, if necessary, a radical polymerization initiator and a reducing agent may be used together during the polymerization to carry out redox polymerization. Examples of the reducing agent include sodium bisulfite, Rongalit, ascorbic acid, and the like.
〔非水系二次電池電極バインダーの製造方法〕
非水系二次電池電極バインダーの製造方法は、共重合体(P)の製造方法と同じであってもよく、さらに工程を加えてもよい。共重合体(P)の製造方法は上記の通りである。さらに加えられる工程は、例えば、精製工程、添加剤の混合工程等が挙げられる。
[Method for producing non-aqueous secondary battery electrode binder]
The method for producing the non-aqueous secondary battery electrode binder may be the same as the method for producing the copolymer (P), or may include additional steps. The method for producing the copolymer (P) is as described above. Examples of additional steps include a purification step, an additive mixing step, and the like.
[電極活物質]
本実施形態の非水系二次電池電極バインダーが適用される非水系二次電池は、特に限定されない。非水系二次電池がリチウムイオン二次電池である場合、電極活物質として、例えば、以下に示す負極活物質を用いることができる。負極活物質は、1種のみであってもよいし、2種以上用いてもよい。
負極活物質の例として、導電性ポリマー、炭素材料、チタン酸リチウム、シリコン化合物等が挙げられる。これらの負極活物質の中でも、体積当たりのエネルギー密度が大きいリチウムイオン二次電池が得られるため、炭素材料、チタン酸リチウム、シリコン化合物から選ばれるいずれか1種または2種以上を用いることが好ましい。
導電性ポリマーとして、ポリアセチレン、ポリピロール等が挙げられる。
炭素材料としては、石油コークス、ピッチコークス、石炭コークス等のコークス;人造黒鉛、天然黒鉛等の黒鉛などが挙げられる。人造黒鉛としては、例えば、SCMG(登録商標)-XRs(昭和電工株式会社製)が挙げられる。これらの中でも、容量の観点から黒鉛が好ましい。
シリコン化合物としては、シリコン(Si)、シリコン酸化物等が挙げられる。シリコン酸化物としては具体的には、SiOx(0.1≦x≦2.0)等が挙げられる。
これらの中でも、容量とサイクル特性を両立する観点から、SiOx(0.1≦x≦2.0)が好ましい。
[Electrode active material]
The non-aqueous secondary battery to which the non-aqueous secondary battery electrode binder of this embodiment is applied is not particularly limited. When the nonaqueous secondary battery is a lithium ion secondary battery, the negative electrode active material shown below can be used as the electrode active material, for example. Only one type of negative electrode active material may be used, or two or more types may be used.
Examples of negative electrode active materials include conductive polymers, carbon materials, lithium titanate, silicon compounds, and the like. Among these negative electrode active materials, it is preferable to use one or more selected from carbon materials, lithium titanate, and silicon compounds because a lithium ion secondary battery with a high energy density per volume can be obtained. .
Examples of the conductive polymer include polyacetylene and polypyrrole.
Examples of the carbon material include coke such as petroleum coke, pitch coke, and coal coke; graphite such as artificial graphite and natural graphite. Examples of the artificial graphite include SCMG (registered trademark)-XRs (manufactured by Showa Denko K.K.). Among these, graphite is preferred from the viewpoint of capacity.
Examples of silicon compounds include silicon (Si) and silicon oxide. Specific examples of the silicon oxide include SiO x (0.1≦x≦2.0).
Among these, SiOx (0.1≦x≦2.0) is preferable from the viewpoint of achieving both capacity and cycle characteristics.
また、負極活物質は、炭素材料及びシリコン化合物を含むことが好ましい。本実施形態の非水系二次電池用電極スラリーを用いて形成される非水系二次電池電極において、剥離強度を向上させる効果がより顕著となるためである。特に、体積当たりのエネルギー密度が大きく、充放電サイクル後の放電容量維持率が高いリチウムイオン二次電池が得られるため、負極活物質は、シリコン化合物と、黒鉛とを含むことが好ましく、シリコン化合物としてSiOx(0.1≦x≦2.0)と、黒鉛とを含むことがより好ましい。 Moreover, it is preferable that the negative electrode active material contains a carbon material and a silicon compound. This is because the effect of improving peel strength becomes more remarkable in the non-aqueous secondary battery electrode formed using the non-aqueous secondary battery electrode slurry of this embodiment. In particular, since a lithium ion secondary battery with a high energy density per volume and a high discharge capacity retention rate after charge/discharge cycles can be obtained, the negative electrode active material preferably contains a silicon compound and graphite. More preferably, SiO x (0.1≦x≦2.0) and graphite are included.
前記シリコン化合物の含有量は、前記電極活物質100質量%に対して、5質量%以上含むことが好ましく、10質量%以上含むことがより好ましく、15質量%以上含むことがさらに好ましい。高容量の電極が得られるためである。
なお、電極スラリーに含まれる負極活物質がシリコン化合物を5質量%以上含む場合、電極スラリーを集電体上に塗布し、乾燥させることにより、シリコン化合物を5質量%以上含む負極活物質を含む負極活物質層が得られる。
また、負極活物質中のシリコン化合物は、負前記電極活物質100質量%に対して、60質量%以下であることが好ましく、30質量%以下であることがより好ましく、25質量%以下であることがさらに好ましい。負極活物質中のシリコン化合物が60質量%以下であると、高容量化を実現しつつ、より一層、充放電サイクル後の放電容量維持率が高いリチウムイオン二次電池が得られる場合があるためである。
シリコン化合物の含有量は、前記電極活物質100質量%に対して、5質量%以上60質量%以下である負極活物質層は、本実施形態の非水系二次電池用電極スラリーを用いて形成した場合、電極活物質層の剥離強度を向上しつつ、電極を用いた非水系二次電池では充放電サイクル後の放電容量維持率を向上する効果を得やすい。
The content of the silicon compound is preferably 5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, and even more preferably 15% by mass or more, based on 100% by mass of the electrode active material. This is because an electrode with high capacity can be obtained.
In addition, when the negative electrode active material contained in the electrode slurry contains 5% by mass or more of a silicon compound, by applying the electrode slurry on a current collector and drying it, the negative electrode active material containing 5% by mass or more of a silicon compound can be prepared. A negative electrode active material layer is obtained.
Further, the silicon compound in the negative electrode active material is preferably 60% by mass or less, more preferably 30% by mass or less, and 25% by mass or less based on 100% by mass of the negative electrode active material. It is even more preferable. If the silicon compound in the negative electrode active material is 60% by mass or less, a lithium ion secondary battery may be obtained that achieves high capacity and even higher discharge capacity retention rate after charge/discharge cycles. It is.
The content of the silicon compound is 5% by mass or more and 60% by mass or less based on 100% by mass of the electrode active material.The negative electrode active material layer is formed using the electrode slurry for non-aqueous secondary batteries of this embodiment. In this case, it is easy to obtain the effect of improving the peel strength of the electrode active material layer and improving the discharge capacity retention rate after charge/discharge cycles in a non-aqueous secondary battery using the electrode.
リチウムイオン二次電池の正極活物質の例として、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケルを含むリチウム複合酸化物、スピネル型マンガン酸リチウム(LiMn2O4)、オリビン型燐酸鉄リチウム、TiS2、MnO2、MoO3、V2O5等のカルコゲン化合物が挙げられる。正極活物質は、これらの化合物のいずれかを単独で含んでもよく、あるいは複数種を含んでもよい。また、その他のアルカリ金属の酸化物も使用することができる。ニッケルを含むリチウム複合酸化物として、Ni-Co-Mn系のリチウム複合酸化物、Ni-Mn-Al系のリチウム複合酸化物、Ni-Co-Al系のリチウム複合酸化物などが挙げられる。正極活物質の具体例として、LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2やLiNi3/5Mn1/5Co1/5など挙げられる。 Examples of positive electrode active materials for lithium ion secondary batteries include lithium cobalt oxide (LiCoO2), lithium composite oxide containing nickel, spinel-type lithium manganate (LiMn2O4), olivine-type lithium iron phosphate, TiS2, MnO2, MoO3, V2O5. Examples include chalcogen compounds such as. The positive electrode active material may contain any one of these compounds alone or may contain a plurality of kinds. In addition, oxides of other alkali metals can also be used. Examples of nickel-containing lithium composite oxides include Ni-Co-Mn-based lithium composite oxides, Ni-Mn-Al-based lithium composite oxides, and Ni-Co-Al-based lithium composite oxides. Specific examples of the positive electrode active material include LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 and LiNi3/5Mn1/5Co1/5.
[分散媒]
電極スラリー中の分散媒については、特に限定はされないが、環境適性や作業環境の面から水性媒体が好ましい。水性媒体の一例としては、水が挙げられる。電極スラリーの水性媒体は、親水性の溶媒を含んでもよい。親水性の溶媒としては、メタノール、エタノール及びN-メチルピロリドン等が挙げられる。負極スラリーの場合は、分散媒として水を含むことが好ましい。正極スラリーの場合は、分散媒として、N-メチルピロリドンを含むことが好ましい。
水性媒体中の水の含有率は80質量%以上であることが好ましく、90質量%以上であることがより好ましく、95質量%以上であることがさらに好ましい。電極スラリーの水性媒体の組成は、電極バインダー組成物に含まれる水性媒体と同じでもよく、異なっていてもよい。
[Dispersion medium]
The dispersion medium in the electrode slurry is not particularly limited, but an aqueous medium is preferable from the viewpoint of environmental suitability and working environment. An example of an aqueous medium is water. The aqueous medium of the electrode slurry may include a hydrophilic solvent. Examples of hydrophilic solvents include methanol, ethanol, and N-methylpyrrolidone. In the case of a negative electrode slurry, it is preferable that water is included as a dispersion medium. In the case of a positive electrode slurry, it is preferable to include N-methylpyrrolidone as a dispersion medium.
The content of water in the aqueous medium is preferably 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, and even more preferably 95% by mass or more. The composition of the aqueous medium of the electrode slurry may be the same as or different from the aqueous medium contained in the electrode binder composition.
[導電助剤]
電極スラリーは、導電助剤として、カーボンブラック、気相法炭素繊維等を含んでもよい。気相法炭素繊維の具体例としては、VGCF(登録商標)-H(昭和電工(株))が挙げられる。
[Conductivity aid]
The electrode slurry may contain carbon black, vapor grown carbon fiber, etc. as a conductive aid. A specific example of the vapor grown carbon fiber is VGCF (registered trademark)-H (Showa Denko KK).
[添加剤]
電極スラリーには上記以外の成分として、発明の効果を奏する範囲で適宜添加剤を使用することができる。
[Additive]
In addition to the above components, additives may be used in the electrode slurry as long as the effects of the invention are achieved.
(非水系二次電池電極の製造方法)
本実施形態の、非水系二次電池電極の製造方法は、集電体と、前記集電体の少なくとも一方面に設けられた電極活物質層、とを備える非水系二次電池電極を製造する方法である。前述の本実施形態の、非水系二次電池用電極スラリーの製造方法により得られた非水系二次電池用電極スラリーを、前記集電体に塗布し、乾燥して前記電極活物質層を得る工程を含む。
(Method for manufacturing non-aqueous secondary battery electrode)
The method for manufacturing a non-aqueous secondary battery electrode of the present embodiment includes manufacturing a non-aqueous secondary battery electrode including a current collector and an electrode active material layer provided on at least one surface of the current collector. It's a method. The electrode slurry for a non-aqueous secondary battery obtained by the method for producing an electrode slurry for a non-aqueous secondary battery of the present embodiment described above is applied to the current collector and dried to obtain the electrode active material layer. Including process.
<非水系二次電池電極>
本実施形態の非水系二次電池電極(「本実施形態の電極」ともいうことがある)は、集電体と、集電体の表面に形成された電極活物質層とを有する。電極活物質層は、電極活物質、及び本実施形態の電極バインダーを含む。電極の形状としては、例えば、積層体や捲回体が挙げられるが、特に限定されない。集電体は、厚さ0.001~0.5mmの金属シートであることが好ましく、金属としては、鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、ステンレス等が挙げられ、非水系二次電池がリチウムイオン二次電池の場合、正極としてはアルミニウム、負極としては銅が好ましいが、特に限定されない。
<Nonaqueous secondary battery electrode>
The non-aqueous secondary battery electrode of this embodiment (also referred to as "the electrode of this embodiment") includes a current collector and an electrode active material layer formed on the surface of the current collector. The electrode active material layer contains an electrode active material and the electrode binder of this embodiment. The shape of the electrode includes, for example, a laminate or a wound body, but is not particularly limited. The current collector is preferably a metal sheet with a thickness of 0.001 to 0.5 mm. Examples of the metal include iron, copper, aluminum, nickel, and stainless steel. In the case of a secondary battery, aluminum is preferable for the positive electrode and copper is preferable for the negative electrode, but these are not particularly limited.
本実施形態の電極は、例えば、電極スラリーを集電体上に塗布し、乾燥させることにより製造できるが、この方法に限られない。 The electrode of this embodiment can be manufactured, for example, by applying an electrode slurry onto a current collector and drying it, but the method is not limited to this method.
電極スラリーを集電体上に塗布する方法としては、例えば、リバースロール法、ダイレクトロール法、ドクターブレード法、ナイフ法、エクストルージョン法、カーテン法、グラビア法、バー法、ディップ法およびスクイーズ法等が挙げられる。これらの中でも、ドクターブレード法、ナイフ法、またはエクストルージョン法が好ましく、ドクターブレードを用いて塗布することがより好ましい。電極スラリーの粘性等の諸物性及び乾燥性に対して好適であり、良好な表面状態の塗布膜を得られるためである。 Examples of methods for applying the electrode slurry onto the current collector include reverse roll method, direct roll method, doctor blade method, knife method, extrusion method, curtain method, gravure method, bar method, dip method, and squeeze method. can be mentioned. Among these, a doctor blade method, a knife method, or an extrusion method is preferred, and application using a doctor blade is more preferred. This is because it is suitable for various physical properties such as viscosity and drying properties of the electrode slurry, and it is possible to obtain a coating film with a good surface condition.
電極スラリーは、集電体の片面にのみ塗布してもよいし、両面に塗布してもよい。電極スラリーを集電体の両面に塗布する場合は、片面ずつ塗布してもよく、両面同時に塗布してもよい。また、電極スラリーは、集電体の表面に連続して塗布してもよいし、間欠的に塗布してもよい。電極スラリーの塗布量、塗布範囲は、電池の大きさなどに応じて、適宜決定できる。乾燥後の電極活物質層の目付量は、4~25mg/cm2であることが好ましく、6~16mg/cm2であることがより好ましい。 The electrode slurry may be applied only to one side of the current collector, or may be applied to both sides. When applying the electrode slurry to both sides of the current collector, it may be applied to one side at a time, or both sides may be applied at the same time. Further, the electrode slurry may be applied continuously to the surface of the current collector, or may be applied intermittently. The amount and range of application of the electrode slurry can be determined as appropriate depending on the size of the battery and the like. The basis weight of the electrode active material layer after drying is preferably 4 to 25 mg/cm 2 , more preferably 6 to 16 mg/cm 2 .
集電体に塗布された電極スラリーを乾燥することにより電極シートが得られる。乾燥方法は、特に限定されないが、例えば、熱風、真空、(遠)赤外線、電子線、マイクロ波および低温風を単独あるいは組み合わせて用いることができる。乾燥温度は、40℃以上180℃以下であることが好ましく、乾燥時間は、1分以上30分以下であることが好ましい。 An electrode sheet is obtained by drying the electrode slurry applied to the current collector. The drying method is not particularly limited, and for example, hot air, vacuum, (far) infrared rays, electron beams, microwaves, and low-temperature air can be used alone or in combination. The drying temperature is preferably 40°C or more and 180°C or less, and the drying time is preferably 1 minute or more and 30 minutes or less.
電極シートはそのまま電極として用いてもよいが、電極として適当な大きさや形状にするために切断してもよい。電極シートの切断方法は特に限定されないが、例えば、スリット、レーザー、ワイヤーカット、カッター、トムソン等を用いることができる。 The electrode sheet may be used as an electrode as it is, or may be cut into a size and shape suitable for use as an electrode. The method for cutting the electrode sheet is not particularly limited, and for example, a slit, a laser, a wire cut, a cutter, a Thomson, etc. can be used.
電極シートを切断する前または後に、必要に応じてそれをプレスしてもよい。それによって電極活物質を電極により強固に結着させ、さらに電極を薄くすることによる非水系電池のコンパクト化が可能になる。プレスの方法としては、一般的な方法を用いることができ、特に金型プレス法またはロールプレス法を用いることが好ましい。プレス圧は、特に限定されないが、プレスによる電極活物質へのリチウムイオン等のドープ/脱ドープに影響を及ぼさない範囲である0.5~5t/cm2とすることが好ましい。 Before or after cutting the electrode sheet, it may be pressed if desired. This allows the electrode active material to be more firmly bound to the electrode, and by making the electrode thinner, it is possible to make the non-aqueous battery more compact. As the pressing method, a general method can be used, and it is particularly preferable to use a mold pressing method or a roll pressing method. The pressing pressure is not particularly limited, but it is preferably 0.5 to 5 t/cm 2 , which is within a range that does not affect the doping/undoping of lithium ions, etc. into the electrode active material by pressing.
<非水系二次電池>
本実施形態にかかる非水系二次電池(「本実施形態にかかる電池」ということがある)の好ましい一例として、リチウムイオン二次電池について説明するが、電池の構成は以下に説明する構成に限られない。ここで説明する例にかかるリチウムイオン二次電池は、正極、負極、電解液、及び必要に応じてセパレータ等の部品が外装体に収容されている。
<Nonaqueous secondary battery>
A lithium ion secondary battery will be described as a preferable example of the non-aqueous secondary battery according to the present embodiment (sometimes referred to as "the battery according to the present embodiment"), but the configuration of the battery is limited to the configuration described below. I can't. In the lithium ion secondary battery according to the example described here, components such as a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, and, if necessary, a separator are housed in an exterior body.
「電解液」
電解液としては、イオン伝導性を有する非水系の液体を使用する。電解液としては、電解質を有機溶媒に溶解させた溶液、イオン液体等が挙げられるが、製造コストが低く、内部抵抗の低い電池が得られるため、前者が好ましい。
"Electrolyte"
As the electrolyte, a non-aqueous liquid having ionic conductivity is used. Examples of the electrolytic solution include a solution in which an electrolyte is dissolved in an organic solvent, an ionic liquid, and the like, but the former is preferable because it has low manufacturing cost and can provide a battery with low internal resistance.
電解質としては、アルカリ金属塩を用いることができ、電極活物質の種類等に応じ適宜選択できる。電解質としては、例えば、LiClO4、LiBF6、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiB10Cl10、LiAlCl4、LiCl、LiBr、LiB(C2H5)4、CF3SO3Li、CH3SO3Li、LiCF3SO3、LiC4F9SO3、Li(CF3SO2)2N、脂肪族カルボン酸リチウム等が挙げられる。また、電解質として、その他のアルカリ金属塩を用いることもできる。 As the electrolyte, an alkali metal salt can be used, and can be appropriately selected depending on the type of electrode active material. Examples of the electrolyte include LiClO 4 , LiBF 6 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiB 10 Cl 10 , LiAlCl 4 , LiCl, LiBr, LiB(C 2 H 5 ) 4 , CF 3 SO 3 Li, CH 3 SO 3 Li, LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , Li(CF 3 SO 2 ) 2 N, lithium aliphatic carboxylate, and the like. Moreover, other alkali metal salts can also be used as the electrolyte.
電解質を溶解する有機溶媒としては、特に限定されないが、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジエチルカーボネート(DEC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、ビニレンカーボネート(VC)等の炭酸エステル化合物、アセトニトリル等のニトリル化合物、酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピルなどのカルボン酸エステルが挙げられる。これらの有機溶媒は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 The organic solvent for dissolving the electrolyte is not particularly limited, but includes, for example, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC), methyl ethyl carbonate (MEC), dimethyl carbonate (DMC), and fluoroethylene carbonate. (FEC), carbonate ester compounds such as vinylene carbonate (VC), nitrile compounds such as acetonitrile, and carboxylic acid esters such as ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, and propyl propionate. These organic solvents may be used alone or in combination of two or more.
「外装体」
外装体としては、金属やアルミラミネート材などを適宜使用できる。電池の形状は、コイン型、ボタン型、シート型、円筒型、角型、扁平型等、いずれの形状であってもよい。
"Exterior body"
As the exterior body, metal, aluminum laminate, or the like can be used as appropriate. The shape of the battery may be any shape, such as a coin shape, a button shape, a sheet shape, a cylindrical shape, a square shape, or a flat shape.
以下に、リチウムイオン二次電池の電極バインダー、負極スラリー、負極、リチウムイオン二次電池についての実施例および比較例を示して本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明はこれらに実施例によって限定されるものではない。 EXAMPLES Below, the present invention will be explained in further detail by showing Examples and Comparative Examples of electrode binders, negative electrode slurries, negative electrodes, and lithium ion secondary batteries for lithium ion secondary batteries. Note that the present invention is not limited to these examples.
(調製例1~3)
<電極バインダー(共重合体(P))の作製>
調製例1~3で用いた単量体の構成を表2に示した。単量体の構成以外は調製例1~3における電極バインダーの製造方法は同様である。単量体及び試薬の詳細は以下の通りである。単量体が溶液として用いられる場合、表中の単量体の使用量は、溶媒を含まないその単量体自体の量を示す。
(Preparation examples 1 to 3)
<Preparation of electrode binder (copolymer (P))>
Table 2 shows the composition of the monomers used in Preparation Examples 1 to 3. The manufacturing method of the electrode binder in Preparation Examples 1 to 3 is the same except for the composition of the monomer. Details of monomers and reagents are as follows. When a monomer is used as a solution, the amount of monomer used in the table indicates the amount of the monomer itself without solvent.
単量体(A):N-ビニルアセトアミド(NVA)(昭和電工(株)製)
単量体(B):アクリル酸ナトリウム(AaNa)(28.5質量%水溶液)
単量体(C):メトキシポリエチレングリコールメタクリレート(EVONIK INDUSTRIES製;VISIOMER(登録商標)MPEG2005 MA W)(式(2)中のR7=CH3、R4=H、R6=CH3、n=45、m=0、m+n=45)の50.0質量%水溶液
単量体(D):アクリル酸ベンジル
重合開始剤:2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオンアミジン)2塩酸塩(和光純薬工業社製;V-50)及び過硫酸アンモニウム(和光純薬工業社製)
Monomer (A): N-vinylacetamide (NVA) (manufactured by Showa Denko K.K.)
Monomer (B): Sodium acrylate (AaNa) (28.5% by mass aqueous solution)
Monomer (C): Methoxypolyethylene glycol methacrylate (manufactured by EVONIK INDUSTRIES; VISIOMER (registered trademark) MPEG2005 MA W) (R 7 = CH 3 , R 4 = H, R 6 = CH 3 , n in formula (2) = 45, m = 0, m + n = 45) Monomer (D): benzyl acrylate Polymerization initiator: 2,2'-azobis(2-methylpropionamidine) dihydrochloride (sum V-50) and ammonium persulfate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
冷却管、温度計、攪拌機が組みつけられたセパラブルフラスコに、表2に示される組成の単量体を合計で100質量部と、重合開始剤として2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオンアミジン)2塩酸塩を0.2質量部と、過硫酸アンモニウムを0.05質量部と、水693質量部とを30℃で仕込んだ。これを、窒素気流下にて80℃に昇温し、4時間重合を行った。調製例1~3の電極バインダーとして、それぞれ共重合体P1~P3を得た。共重合体を反応溶液から単離せず、それぞれ共重合体P1~P3の水溶液をそのまま、下記の実施例で用いた。 A total of 100 parts by mass of monomers having the composition shown in Table 2 and 2,2'-azobis(2-methylpropion) as a polymerization initiator were placed in a separable flask equipped with a cooling tube, a thermometer, and a stirrer. 0.2 parts by mass of (amidine) dihydrochloride, 0.05 parts by mass of ammonium persulfate, and 693 parts by mass of water were charged at 30°C. This was heated to 80° C. under a nitrogen stream and polymerized for 4 hours. Copolymers P1 to P3 were obtained as electrode binders for Preparation Examples 1 to 3, respectively. The copolymers were not isolated from the reaction solution, and the aqueous solutions of copolymers P1 to P3 were used as they were in the following examples.
(実施例1~8、比較例1~8)
<負極スラリーの作製>
「第1工程」
本実施形態の電極スラリーに関する一例である負極スラリーについて以下に説明する。負極活物質として炭素材料、すなわち黒鉛としてSCMG(登録商標)-XRs(昭和電工(株)製)を76.8質量部と、シリコン化合物として一酸化ケイ素(SiO)(Sigma-Aldrich製)を19.2質量部と、導電助剤としてVGCF(登録商標)-H(昭和電工(株))を1質量部と、表3に示す各実施例と比較例のバインダー(調製例で得た共重合体P1~P3)と、及び水を15質量部と、を混合し第1混合物を得た。
第1工程におけるバインダー添加量は、表3に示す通り非水系二次電池用電極スラリーの全固形分において、X質量%となるように調整した。なお、調製例1~3の共重合体P1~P3の水溶液をそのまま用いて、固形分の共重合体P1~P3を表3に示すバインダー添加量になるように添加した。下記第2工程も同様である。調製例1~3の共重合体P1~P3の水溶液に含まれている水は、上記15質量部の水に含まれている。
その後、攪拌式混合装置(自転公転撹拌機)を用いて2000回転/分で4分間混練しさらに水を30質量部加え、攪拌式混合装置(自転公転撹拌機)を用いて2000回転/分で2分間混練し第1電極スラリーを得た。
(Examples 1 to 8, Comparative Examples 1 to 8)
<Preparation of negative electrode slurry>
"First step"
A negative electrode slurry, which is an example of the electrode slurry of this embodiment, will be described below. As a negative electrode active material, 76.8 parts by mass of carbon material, that is, SCMG (registered trademark)-XRs (manufactured by Showa Denko K.K.) as graphite, and 19 parts by mass of silicon monoxide (SiO) (manufactured by Sigma-Aldrich) as a silicon compound. .2 parts by mass, 1 part by mass of VGCF (registered trademark)-H (Showa Denko K.K.) as a conductive aid, and the binder of each example and comparative example shown in Table 3 (copolymer obtained in the preparation example). Combined materials P1 to P3) and 15 parts by mass of water were mixed to obtain a first mixture.
As shown in Table 3, the amount of binder added in the first step was adjusted to be X% by mass based on the total solid content of the electrode slurry for non-aqueous secondary batteries. Note that the aqueous solutions of copolymers P1 to P3 of Preparation Examples 1 to 3 were used as they were, and the solid content of copolymers P1 to P3 was added so that the amount of binder added was as shown in Table 3. The same applies to the second step below. The water contained in the aqueous solutions of copolymers P1 to P3 in Preparation Examples 1 to 3 is contained in the above 15 parts by mass of water.
Thereafter, the mixture was kneaded for 4 minutes at 2,000 revolutions/minute using a stirring type mixer (rotation/revolution mixer), 30 parts by mass of water was added, and the mixture was kneaded at 2,000 revolutions/minute using a stirring type mixer (rotation/revolution mixer). The mixture was kneaded for 2 minutes to obtain a first electrode slurry.
「第2工程」
得られた第1電極スラリーに、第1工程と同じバインダーを表3に示す第2工程のバインダーと、及び水を55質量部加え混合し第2混合物を得た。
第2工程におけるバインダーの添加量は、非水系二次電池用電極スラリーの全固形分において、Y質量%となるように調整した。
上記混合装置で、得られた第2混合物を攪拌式混合装置(自転公転撹拌ミキサー)を用いて500回転/分で10分間混練し、各実施例及び比較例の電極スラリーとして、第2電極スラリーを得た。
なお、比較例において、第2工程のバインダー添加量が0質量部である場合、すなわちY=0質量%である場合は、第1電極スラリーに対して水を55質量部のみ加え同様の条件で混練した。
各実施例及び比較例において、電極スラリー固形分中、バインダー添加量Xとバインダー添加量Yの総添加量(X+Y、質量%)及び両者の比(X/Y)は、表3に示す。
"Second process"
To the obtained first electrode slurry, the same binder as in the first step, the binder in the second step shown in Table 3, and 55 parts by mass of water were added and mixed to obtain a second mixture.
The amount of binder added in the second step was adjusted to be Y% by mass based on the total solid content of the electrode slurry for non-aqueous secondary batteries.
In the above mixing device, the obtained second mixture was kneaded for 10 minutes at 500 revolutions/minute using a stirring type mixing device (rotation/revolution stirring mixer), and the second electrode slurry was mixed as the electrode slurry of each example and comparative example. I got it.
In addition, in the comparative example, when the amount of binder added in the second step is 0 parts by mass, that is, when Y = 0% by mass, only 55 parts by mass of water was added to the first electrode slurry and the same conditions were used. Kneaded.
In each Example and Comparative Example, the total addition amount (X+Y, mass %) of binder addition amount X and binder addition amount Y in the electrode slurry solid content and the ratio of both (X/Y) are shown in Table 3.
<負極及び電池の作製>
<負極の作製>
各実施例及び比較例で調製した電極スラリー、すなわち負極スラリーを、厚さ10μmの銅箔(集電体)の片面に、乾燥後の目付量が8mg/cm2となるようにドクターブレードを用いて塗布した。負極スラリーが塗布された銅箔を、60℃で10分乾燥後、さらに100℃で5分乾燥して負極活物質層が形成された負極シートを作製した。この負極シートを、金型プレスを用いてプレス圧1t/cm2でプレスした。プレスされた負極シートを22mm×22mmに切り出し、導電タブを取り付けて負極を作製した。
<Preparation of negative electrode and battery>
<Preparation of negative electrode>
The electrode slurry prepared in each example and comparative example, that is, the negative electrode slurry, was applied to one side of a 10 μm thick copper foil (current collector) using a doctor blade so that the drying weight was 8 mg/ cm2 . It was applied. The copper foil coated with the negative electrode slurry was dried at 60° C. for 10 minutes and then further dried at 100° C. for 5 minutes to produce a negative electrode sheet on which a negative electrode active material layer was formed. This negative electrode sheet was pressed using a mold press at a pressing pressure of 1 t/cm 2 . The pressed negative electrode sheet was cut out into a size of 22 mm x 22 mm, and a conductive tab was attached thereto to produce a negative electrode.
<正極の作製>
LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2を90質量部、アセチレンブラックを5質量部、及びポリフッ化ビニリデン5質量部を混合し、その後、N-メチルピロリドン100質量部を混合して正極スラリーを調製した(固形分中のLiNi1/3Mn1/3Co1/3O2の割合は0.90)。
<Preparation of positive electrode>
90 parts by mass of LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 , 5 parts by mass of acetylene black, and 5 parts by mass of polyvinylidene fluoride were mixed, and then 100 parts by mass of N-methylpyrrolidone was mixed. A positive electrode slurry was prepared (the ratio of LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 in the solid content was 0.90).
調製した正極スラリーを、ドクターブレード法により厚さ20μmのアルミニウム箔(集電体)の片面に、乾燥後の目付量が22.5mg/cm2(22.5×10-3g/cm2)となるようにドクターブレードを用いて塗布した。正極スラリーが塗布されたアルミニウム箔を、120℃で5分乾燥後、ロールプレスによりプレスして、厚さ100μmの正極活物質層が形成された正極シートを作製した。得られた正極シートを20mm×20mm(2.0cm×2.0cm)に切り出し、導電タブを取り付けて正極を作製した。 The prepared positive electrode slurry was applied to one side of a 20 μm thick aluminum foil (current collector) using a doctor blade method so that the drying weight was 22.5 mg/cm 2 (22.5×10 −3 g/cm 2 ). It was applied using a doctor blade. The aluminum foil coated with the positive electrode slurry was dried at 120° C. for 5 minutes and then pressed using a roll press to produce a positive electrode sheet on which a positive electrode active material layer with a thickness of 100 μm was formed. The obtained positive electrode sheet was cut out to a size of 20 mm x 20 mm (2.0 cm x 2.0 cm), and a conductive tab was attached to produce a positive electrode.
作製した正極の理論容量は、正極スラリーの乾燥後の目付量(22.5×10-3g/cm2)×正極スラリーの塗布面積(2.0cm×2.0cm)×LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2の正極活物質としての容量(160mAh/g)×固形分中のLiNi1/3Mn1/3Co1/3O2の割合(0.90)で求められ、算出される値は、13mAhである。 The theoretical capacity of the prepared positive electrode is calculated as follows: drying weight of positive electrode slurry (22.5 x 10 -3 g/cm 2 ) x coating area of positive electrode slurry (2.0 cm x 2.0 cm) x LiNi 1/3 Mn It is determined by the capacity of 1/3 Co 1/3 O 2 as a positive electrode active material (160 mAh/g) x the ratio of LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 in solid content (0.90). , the calculated value is 13mAh.
<電解液の調製>
エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とフルオロエチレンカーボネート(FEC)とを体積比30:60:10で混合した混合溶媒を調整した。この混合溶媒に、LiPF6を1.0mol/Lの濃度になるように溶解し、ビニレンカーボネート(VC)を1.0質量%の濃度になるように溶解して、電解液を調製した。
<Preparation of electrolyte>
A mixed solvent was prepared by mixing ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and fluoroethylene carbonate (FEC) at a volume ratio of 30:60:10. In this mixed solvent, LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1.0 mol/L, and vinylene carbonate (VC) was dissolved at a concentration of 1.0% by mass to prepare an electrolytic solution.
<電池の組み立て>
ポリオレフィン多孔性フィルムからなるセパレータを介して、正極と負極とを、それぞれの活物質層が互いに対向するように配して、アルミラミネート外装体(電池パック)の中に収納した。この外装体の中に電解液を注入し、真空ヒートシーラーでパッキングし、ラミネート型電池を得た。
<Battery assembly>
A positive electrode and a negative electrode were arranged with a separator made of a porous polyolefin film interposed therebetween so that their respective active material layers faced each other, and housed in an aluminum laminate exterior body (battery pack). An electrolytic solution was injected into this exterior body, and it was packed with a vacuum heat sealer to obtain a laminate type battery.
<負極及び電池の評価>
各実施例及び比較例の負極及び電池の評価をした。評価方法は以下の通りで、評価結果は表3に示した通りである。
<Evaluation of negative electrode and battery>
The negative electrodes and batteries of each Example and Comparative Example were evaluated. The evaluation method was as follows, and the evaluation results are shown in Table 3.
<負極活物質層の剥離強度>
23℃において、負極シート上に形成された負極活物質層と、SUS板とを両面テープ(NITTOTAPE(登録商標) No5、日東電工(株)製)を用いて貼り合わせて剥離強度評価用サンプルを作製した。このサンプルを用いて、負極シートから負極活物質層を、剥離幅25mm、剥離速度100mm/minで180°剥離して得られた剥離力の値を剥離幅25mmで割った数値を剥離強度とした。
<Peel strength of negative electrode active material layer>
At 23°C, the negative electrode active material layer formed on the negative electrode sheet and the SUS plate were bonded together using double-sided tape (NITTOTAPE (registered trademark) No. 5, manufactured by Nitto Denko Corporation) to prepare a sample for peel strength evaluation. Created. Using this sample, the negative electrode active material layer was peeled 180° from the negative electrode sheet at a peeling width of 25 mm and a peeling speed of 100 mm/min, and the value of the peeling force obtained was divided by the peeling width of 25 mm, and the peel strength was determined. .
<電池の放電容量維持率(100サイクル)>
電池の放電容量維持率の測定(電池の充放電サイクル試験)は、25℃の条件下、以下の手順で行った。まず、電圧4.2Vになるまで1Cの電流で充電し(CC充電)、次に、電流0.05Cになるまで4.2Vの電圧で充電した(CV充電)。30分放置後、電圧2.75Vになるまで1Cの電流で放電した(CC放電)。CC充電、CV充電、及びCC放電の一連の操作を1サイクルとする。nサイクル目のCC充電及びCV充電における電流の時間積分値の和をnサイクル目の充電容量(mAh)、nサイクル目のCC放電における電流の時間積分値をnサイクル目の放電容量(mAh)とする。電池のnサイクル目の放電容量維持率は、1サイクル目の放電容量に対するnサイクル目の放電容量の割合(%)である。本実施例及び比較例では、100サイクル目の放電容量維持率を評価した。
<Battery discharge capacity maintenance rate (100 cycles)>
Measurement of the discharge capacity retention rate of the battery (charge/discharge cycle test of the battery) was performed under the condition of 25° C. according to the following procedure. First, it was charged with a current of 1C until the voltage reached 4.2V (CC charging), and then it was charged with a voltage of 4.2V until the current reached 0.05C (CV charging). After leaving it for 30 minutes, it was discharged with a current of 1C until the voltage reached 2.75V (CC discharge). A series of operations of CC charging, CV charging, and CC discharging is defined as one cycle. The sum of the time-integrated values of the current in the n-th cycle of CC charging and CV charging is the n-th cycle charge capacity (mAh), and the time-integrated value of the current in the n-th cycle of CC discharge is the n-th cycle discharge capacity (mAh). shall be. The n-th cycle discharge capacity retention rate of the battery is the ratio (%) of the n-th cycle discharge capacity to the first cycle discharge capacity. In the present example and comparative example, the discharge capacity retention rate at the 100th cycle was evaluated.
<評価結果>
表3からわかるように、本実施形態に係る非水系二次電池用電極スラリーの製造方法を用いた実施例1から8では、比較例1から8と比べ、任意のバインダー総量、バインダー共重合体に用いられる単量体組成において剥離強度と放電容量維持率が向上した。
比較例1、比較例2、比較例5、比較例7及び比較例8では、第1工程のみでバインダーを添加し第2工程でバインダーを加えない処方を用いた。比較例3では、式(I)に示す条件を満たさない処方を用いた。比較例4ではXが過小であり条件を満たさない処方を用いた。比較例6ではXが過小であり、かつ式(I)に示す条件を満たさない処方を用いた。
実施例2~8は、実施例1と比べて、剥離強度と放電容量維持率が向上した。実施例1では第1工程のバインダー添加量Xが第2工程バインダー添加量Yより多い。実施例1と比較して、より効果を奏した実施例2、4、6、7、8は、添加量Xと添加量Yとが同じであり、実施例3と5では、添加量Xが添加量Yより少ない。
<Evaluation results>
As can be seen from Table 3, in Examples 1 to 8 using the method for producing an electrode slurry for a non-aqueous secondary battery according to the present embodiment, compared with Comparative Examples 1 to 8, the total amount of binder and binder copolymer The peel strength and discharge capacity retention rate were improved in the monomer composition used for this purpose.
In Comparative Example 1, Comparative Example 2, Comparative Example 5, Comparative Example 7, and Comparative Example 8, a formulation was used in which a binder was added only in the first step and no binder was added in the second step. In Comparative Example 3, a formulation that did not satisfy the conditions shown in formula (I) was used. In Comparative Example 4, X was too small and a prescription that did not satisfy the conditions was used. In Comparative Example 6, a prescription in which X was too small and did not satisfy the conditions shown in formula (I) was used.
In Examples 2 to 8, peel strength and discharge capacity retention rate were improved compared to Example 1. In Example 1, the amount X of binder added in the first step is greater than the amount Y of binder added in the second step. In Examples 2, 4, 6, 7, and 8, which were more effective than Example 1, the addition amount X and the addition amount Y were the same, and in Examples 3 and 5, the addition amount X was The amount added is less than Y.
Claims (12)
前記電極活物質と、前記第1バインダーと、前記分散媒と、を含む第1混合物を混練して、第1電極スラリーを調製する第1工程と、
少なくとも、前記第1工程で調製した前記第1電極スラリーと、前記第2バインダーと、を含む第2混合物を混練して、第2電極スラリーを調製する第2工程と、
を備え、
前記非水系二次電池用電極スラリーの全固形分において、前記第1バインダーの含有量Xは、0.5質量%以上であり、
前記非水系二次電池用電極スラリーの全固形分において、前記第2バインダーの含有量Yは、0.2質量%以上であり、
前記第1バインダーの含有量X及び前記第2バインダーの含有量Yは、下記式(I)に示す条件を満たす、非水系二次電池用電極スラリーの製造方法。
0.067≦X/Y≦4.0 (I) A method for producing an electrode slurry for a non-aqueous secondary battery comprising an electrode active material, a first binder, a second binder, and a dispersion medium, the method comprising:
A first step of preparing a first electrode slurry by kneading a first mixture containing the electrode active material, the first binder, and the dispersion medium;
a second step of preparing a second electrode slurry by kneading a second mixture containing at least the first electrode slurry prepared in the first step and the second binder;
Equipped with
In the total solid content of the electrode slurry for non-aqueous secondary batteries, the content X of the first binder is 0.5% by mass or more,
In the total solid content of the electrode slurry for non-aqueous secondary batteries, the content Y of the second binder is 0.2% by mass or more,
A method for producing an electrode slurry for a non-aqueous secondary battery, wherein the content X of the first binder and the content Y of the second binder satisfy the conditions shown in the following formula (I).
0.067≦X/Y≦4.0 (I)
1.0質量%≦X+Y (II) The method for producing an electrode slurry for a non-aqueous secondary battery according to claim 1, wherein the content X of the first binder and the content Y of the second binder satisfy the conditions shown in the following formula (II).
1.0 mass%≦X+Y (II)
X/Y≦1.5 (III) The electrode for a non-aqueous secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the ratio X/Y of the content X of the first binder and the content Y of the second binder satisfies the condition shown in the following formula (III). Slurry manufacturing method.
X/Y≦1.5 (III)
前記共重合体(P)は、以下の一般式(1)で表される単量体(A)に由来する構造単位、及び
以下の一般式(2)で表される単量体(B)に由来する構造単位を含む、請求項1または2に記載の非水系二次電池用電極スラリーの製造方法。
The copolymer (P) has a structural unit derived from a monomer (A) represented by the following general formula (1), and a monomer (B) represented by the following general formula (2). The method for producing an electrode slurry for a non-aqueous secondary battery according to claim 1 or 2, comprising a structural unit derived from.
前記共重合体(P)における、前記単量体(B)に由来する構造単位の含有率は、50mol%以上98mol%以下である、請求項4に記載の非水系二次電池用電極スラリーの製造方法。 The content of structural units derived from the monomer (A) in the copolymer (P) is 0.5 mol% or more and 20 mol% or less,
The electrode slurry for a non-aqueous secondary battery according to claim 4, wherein the content of structural units derived from the monomer (B) in the copolymer (P) is 50 mol% or more and 98 mol% or less. Production method.
請求項1または2に記載の製造方法により得られた非水系二次電池用電極スラリーを、前記集電体に塗布し、乾燥して前記電極活物質層を得る工程を含む、非水系二次電池電極の製造方法。
A method for manufacturing a non-aqueous secondary battery electrode comprising a current collector and an electrode active material layer provided on at least one surface of the current collector, the method comprising:
A non-aqueous secondary battery comprising the step of applying an electrode slurry for a non-aqueous secondary battery obtained by the manufacturing method according to claim 1 or 2 to the current collector and drying it to obtain the electrode active material layer. Method for manufacturing battery electrodes.
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