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JPWO2019202985A1 - Binder for secondary battery electrode and its use - Google Patents

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JPWO2019202985A1 JP2020514066A JP2020514066A JPWO2019202985A1 JP WO2019202985 A1 JPWO2019202985 A1 JP WO2019202985A1 JP 2020514066 A JP2020514066 A JP 2020514066A JP 2020514066 A JP2020514066 A JP 2020514066A JP WO2019202985 A1 JPWO2019202985 A1 JP WO2019202985A1
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Abstract

本発明は、優れた結着性と良好なスラリー安定性を付与し得る二次電池用水系バインダー、当該バインダーを用いて得られる二次電池電極合剤層用組成物及び二次電池電極を提供する。
カルボキシル基含有重合体又はその塩を含有する二次電池電極用バインダーであって、前記カルボキシル基含有重合体は、その全構造単位に対し、エチレン性不飽和カルボン酸単量体に由来する構造単位を50質量%以上99.9質量%以下、及びニトリル基含有エチレン性不飽和単量体に由来する構造単位を0.1質量%以上4.9質量%以下含むようにする。
The present invention provides an aqueous binder for a secondary battery capable of imparting excellent binding properties and good slurry stability, a composition for a mixture layer of a secondary battery electrode obtained by using the binder, and a secondary battery electrode. To do.
A binder for a secondary battery electrode containing a carboxyl group-containing polymer or a salt thereof, wherein the carboxyl group-containing polymer is a structural unit derived from an ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer with respect to all structural units thereof. Is contained in an amount of 50% by mass or more and 99.9% by mass or less, and 0.1% by mass or more and 4.9% by mass or less of structural units derived from the nitrile group-containing ethylenically unsaturated monomer.

Description

本発明は二次電池電極用バインダー及びその利用に関する。 The present invention relates to a binder for a secondary battery electrode and its use.

二次電池として、ニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池、電気二重層キャパシタ等の様々な蓄電デバイスが実用化されている。これらの二次電池に使用される電極は、活物質及びバインダー等を含む電極合剤層を形成するための組成物を集電体上に塗布・乾燥等することにより作製される。例えばリチウムイオン二次電池では、負極合剤層組成物に用いられるバインダーとして、スチレンブタジエンゴム(SBR)ラテックス及びカルボキシメチルセルロース(CMC)を含む水系のバインダーが使用されている。また、分散性及び結着性に優れるバインダーとして、アクリル酸系重合体水溶液又は水分散液を含むバインダーが知られている。一方、正極合剤層に用いられるバインダーとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)のN−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶液が広く使用されている。 As the secondary battery, various power storage devices such as a nickel hydrogen secondary battery, a lithium ion secondary battery, and an electric double layer capacitor have been put into practical use. The electrodes used in these secondary batteries are produced by applying, drying, or the like on a current collector a composition for forming an electrode mixture layer containing an active material, a binder, and the like. For example, in a lithium ion secondary battery, an aqueous binder containing styrene-butadiene rubber (SBR) latex and carboxymethyl cellulose (CMC) is used as the binder used in the negative electrode mixture layer composition. Further, as a binder having excellent dispersibility and binding property, a binder containing an aqueous acrylic acid polymer solution or an aqueous dispersion is known. On the other hand, as a binder used for the positive electrode mixture layer, an N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) solution of polyvinylidene fluoride (PVDF) is widely used.

一方、各種二次電池の用途が拡大するにつれて、エネルギー密度、信頼性及び耐久性向上への要求が強まる傾向にある。例えば、リチウムイオン二次電池の電気容量を高める目的で、負極用活物質としてシリコン系の活物質を用いる仕様が増えてきている。しかしながら、シリコン系活物質は充放電時の体積変化が大きいことが知られており、繰り返し使用するにつれて電極合剤層の剥離又は脱落等が生じ、その結果、電池の容量が低下し、サイクル特性(耐久性)が悪化するという問題があった。このような不具合を抑制するためには、一般的にはバインダーの結着性を高めることが有効であり、耐久性を改善する目的で、バインダーの結着性向上に関する検討が行われている。 On the other hand, as the applications of various secondary batteries expand, the demand for improving energy density, reliability and durability tends to increase. For example, for the purpose of increasing the electric capacity of a lithium ion secondary battery, specifications for using a silicon-based active material as a negative electrode active material are increasing. However, it is known that the volume of a silicon-based active material changes significantly during charging and discharging, and the electrode mixture layer peels off or falls off as it is used repeatedly, resulting in a decrease in battery capacity and cycle characteristics. There was a problem that (durability) deteriorated. In order to suppress such a defect, it is generally effective to improve the binder's binding property, and for the purpose of improving the durability, studies on improving the binder's binding property have been conducted.

良好な結着性を有し、耐久性への効果を奏するバインダーとして、ニトリル系単量体を共重合したアクリル酸系重合体が提案されている。
特許文献1では、アクリル酸またはアクリル酸誘導体の塩と、アクリロニトリルまたはアクリロニトリル誘導体との共重合体と、を含むリチウムイオン二次電池負極用スラリーが開示されている。特許文献2には、アクリル酸由来のモノマー単位と、(メタ)アクリロニトリルとを構成成分とし、特定の架橋剤により架橋されたポリマーからなるリチウム電池用結着剤が記載されている。特許文献3には、不飽和酸のリチウム塩と、不飽和酸と、α,β−不飽和ニトリルとを特定割合で含む単量体組成物を重合してなる重合体、および分散媒を含有するリチウムイオン二次電池電極用バインダー組成物が開示されている。
An acrylic acid-based polymer copolymerized with a nitrile-based monomer has been proposed as a binder having good binding properties and exerting an effect on durability.
Patent Document 1 discloses a slurry for a negative electrode of a lithium ion secondary battery containing a salt of acrylic acid or an acrylic acid derivative and a copolymer of acrylonitrile or an acrylonitrile derivative. Patent Document 2 describes a binder for a lithium battery, which comprises a monomer unit derived from acrylic acid and (meth) acrylonitrile as constituent components and is composed of a polymer crosslinked by a specific crosslinking agent. Patent Document 3 contains a polymer obtained by polymerizing a lithium salt of an unsaturated acid, an unsaturated acid, and a monomer composition containing α, β-unsaturated nitrile in a specific ratio, and a dispersion medium. A binder composition for a lithium ion secondary battery electrode is disclosed.

特開2015−115109号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-115109 国際公開第2015/163302号International Publication No. 2015/163302 国際公開第2015/151518号International Publication No. 2015/151518

特許文献1〜3に開示されるバインダーは、いずれも良好な結着性を付与し得るものである。一方で、本発明者らの検討によれば、ニトリル系単量体を共重合した共重合体によるバインダーを使用した場合、電極活物質を含む電極スラリーの長期安定性が不十分となることがあり、場合によっては、スラリーに一部沈降が生じるといった不具合がみられることが分かった。 All of the binders disclosed in Patent Documents 1 to 3 can impart good binding properties. On the other hand, according to the studies by the present inventors, when a binder made of a copolymer obtained by copolymerizing a nitrile-based monomer is used, the long-term stability of the electrode slurry containing the electrode active material may be insufficient. In some cases, it was found that the slurry had a problem such as partial sedimentation.

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであり、優れた結着性と良好なスラリー安定性を付与し得る二次電池電極用水系バインダー、及び当該バインダーに用いられる重合体又はその塩の製造方法を提供する。また、本開示は、上記バインダーを用いて得られる二次電池電極合剤層用組成物及び二次電池電極も提供する。 The present disclosure has been made in view of such circumstances, and is an aqueous binder for a secondary battery electrode capable of imparting excellent binding properties and good slurry stability, and a polymer used for the binder or a polymer thereof. A method for producing a salt is provided. The present disclosure also provides a composition for a secondary battery electrode mixture layer and a secondary battery electrode obtained by using the above binder.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、エチレン性不飽和カルボン酸単量体を主成分とし、ニトリル基含有エチレン性不飽和単量体を少量共重合した重合体又はその塩を含有するバインダーを用いた場合に、電極合剤層スラリーの安定性と結着性の双方に優れるという知見を得た。本開示によれば、こうした知見に基づき以下の手段が提供される。 As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventors have obtained a polymer obtained by copolymerizing an ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer as a main component and a small amount of a nitrile group-containing ethylenically unsaturated monomer as a main component. It was found that when a binder containing the salt was used, both the stability and the binding property of the electrode mixture layer slurry were excellent. According to the present disclosure, the following means are provided based on such findings.

本発明は以下の通りである。
〔1〕カルボキシル基含有重合体又はその塩を含有する二次電池電極用バインダーであって、
前記カルボキシル基含有重合体は、その全構造単位に対し、エチレン性不飽和カルボン酸単量体に由来する構造単位を50質量%以上99.9質量%以下、及びニトリル基含有エチレン性不飽和単量体に由来する構造単位を0.1質量%以上4.9質量%以下含む、二次電池電極用バインダー。
〔2〕前記カルボキシル基含有重合体は、中和度が70モル%以上である〔1〕に記載の二次電池電極用バインダー。
〔3〕前記カルボキシル基含有重合体は、架橋構造を有する架橋重合体である〔1〕又は〔2〕に記載の二次電池電極用バインダー。
〔4〕二次電池電極用バインダーに用いられるカルボキシル基含有重合体又はその塩の製造方法であって、
エチレン性不飽和カルボン酸単量体を50質量%以上99.9質量%以下、及びニトリル基含有エチレン性不飽和単量体を0.1質量%以上4.9質量%以下含む単量体成分を沈殿重合法により重合する重合工程を備える、方法。
〔5〕〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載のバインダー、活物質及び水を含む二次電池電極合剤層用組成物。
〔6〕負極活物質として炭素系材料またはケイ素系材料を含む〔5〕に記載の二次電池電極合剤層用組成物。
〔7〕集電体表面に、〔5〕又は〔6〕に記載の二次電池電極合剤層用組成物から形成される合剤層を備えた二次電池電極。
The present invention is as follows.
[1] A binder for a secondary battery electrode containing a carboxyl group-containing polymer or a salt thereof.
The carboxyl group-containing polymer contains 50% by mass or more and 99.9% by mass or less of structural units derived from an ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer with respect to all the structural units, and a nitrile group-containing ethylenically unsaturated monomer. A binder for a secondary battery electrode containing 0.1% by mass or more and 4.9% by mass or less of a structural unit derived from a polymer.
[2] The binder for a secondary battery electrode according to [1], wherein the carboxyl group-containing polymer has a degree of neutralization of 70 mol% or more.
[3] The binder for a secondary battery electrode according to [1] or [2], wherein the carboxyl group-containing polymer is a crosslinked polymer having a crosslinked structure.
[4] A method for producing a carboxyl group-containing polymer or a salt thereof used in a binder for a secondary battery electrode.
Monomer component containing 50% by mass or more and 99.9% by mass or less of an ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer and 0.1% by mass or more and 4.9% by mass or less of an ethylenically unsaturated monomer containing a nitrile group. A method comprising a polymerization step of polymerizing by a precipitation polymerization method.
[5] A composition for a secondary battery electrode mixture layer containing the binder, active material and water according to any one of [1] to [3].
[6] The composition for a secondary battery electrode mixture layer according to [5], which contains a carbon-based material or a silicon-based material as a negative electrode active material.
[7] A secondary battery electrode provided with a mixture layer formed from the composition for the secondary battery electrode mixture layer according to [5] or [6] on the surface of a current collector.

本発明の二次電池電極用バインダーは、電極活物質等に対して優れた結着性を示す。また、上記バインダーは、集電体とも良好な接着性を発揮することができる。このため、上記バインダーを含む電極合剤層及びこれを備えた電極は、結着性に優れるとともにその一体性を維持することができる。このため、充放電に伴う活物質の体積変化、及び形状変化による電極合剤層の劣化が抑制され、耐久性(サイクル特性)の高い二次電池を得ることが可能となる。さらに、本発明の二次電池電極用バインダーを含む合剤層スラリーは、優れた安定性を有するため、長期間保管後もスラリー粘度の変化が抑制又は低減されるものであり、均一性に優れた電極合剤層を安定的に得ることができる。 The binder for a secondary battery electrode of the present invention exhibits excellent binding properties to an electrode active material or the like. In addition, the binder can exhibit good adhesiveness to the current collector. Therefore, the electrode mixture layer containing the binder and the electrode provided with the binder are excellent in binding property and can maintain their integrity. Therefore, deterioration of the electrode mixture layer due to volume change and shape change of the active material due to charge / discharge is suppressed, and a secondary battery having high durability (cycle characteristics) can be obtained. Further, since the mixture layer slurry containing the binder for the secondary battery electrode of the present invention has excellent stability, the change in slurry viscosity is suppressed or reduced even after long-term storage, and the uniformity is excellent. The electrode mixture layer can be stably obtained.

本発明の二次電池電極用バインダーは、カルボキシル基含有重合体又はその塩を含有するものであり、活物質及び水と混合することにより電極合剤層組成物とすることができる。上記の組成物は、集電体への塗工が可能なスラリー状態であってもよいし、湿粉状態として調製し、集電体表面へのプレス加工に対応できるようにしてもよい。銅箔又はアルミニウム箔等の集電体表面に上記組成物から形成される合剤層を形成することにより、本発明の二次電池電極が得られる。 The binder for a secondary battery electrode of the present invention contains a carboxyl group-containing polymer or a salt thereof, and can be mixed with an active material and water to form an electrode mixture layer composition. The above composition may be in a slurry state that can be applied to the current collector, or may be prepared in a wet powder state so that it can be pressed on the surface of the current collector. The secondary battery electrode of the present invention can be obtained by forming a mixture layer formed from the above composition on the surface of a current collector such as a copper foil or an aluminum foil.

以下に、本発明の二次電池電極用バインダー、当該バインダーを用いて得られる二次電池電極合剤層用組成物及び二次電池電極の各々について詳細に説明する。
尚、本明細書において、「(メタ)アクリル」とは、アクリル及び/又はメタクリルを意味し、「(メタ)アクリレート」とは、アクリレート及び/又はメタクリレートを意味する。また、「(メタ)アクリロイル基」とは、アクリロイル基及び/又はメタクリロイル基を意味する。
Hereinafter, each of the binder for the secondary battery electrode of the present invention, the composition for the mixture layer of the secondary battery electrode obtained by using the binder, and the secondary battery electrode will be described in detail.
In the present specification, "(meth) acrylic" means acrylic and / or methacrylic, and "(meth) acrylate" means acrylate and / or methacrylate. Further, the “(meth) acryloyl group” means an acryloyl group and / or a methacryloyl group.

<バインダー>
本発明のバインダーは、カルボキシル基含有重合体又はその塩を含む。当該カルボキシル基含有重合体は、エチレン性不飽和カルボン酸及びニトリル基含有エチレン性不飽和単量体に由来する構造単位を有する。
<Binder>
The binder of the present invention contains a carboxyl group-containing polymer or a salt thereof. The carboxyl group-containing polymer has a structural unit derived from an ethylenically unsaturated carboxylic acid and a nitrile group-containing ethylenically unsaturated monomer.

<カルボキシル基含有重合体の構造単位>
<エチレン性不飽和カルボン酸単量体に由来する構造単位>
カルボキシル基含有重合体(以下、「本重合体」ともいう)は、エチレン性不飽和カルボン酸単量体に由来する構造単位(以下、「(a)成分」ともいう)を有することができる。本重合体が、係る構造単位を有することによりカルボキシル基を有する場合、集電体への接着性が向上するとともに、リチウムイオンの脱溶媒和効果及びイオン伝導性に優れるため、抵抗が小さく、ハイレート特性に優れた電極が得られる。また、水膨潤性が付与されるため、合剤層組成物中における活物質等の分散安定性を高めることができる。
上記(a)成分は、例えば、エチレン性不飽和カルボン酸単量体を含む単量体を重合することにより重合体に導入することができる。その他にも、(メタ)アクリル酸エステル単量体を(共)重合した後、加水分解することによっても得られる。また、(メタ)アクリルアミド及び(メタ)アクリロニトリル等を重合した後、強アルカリで処理してもよいし、水酸基を有する重合体に酸無水物を反応させる方法であってもよい。
<Structural unit of carboxyl group-containing polymer>
<Structural unit derived from ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer>
The carboxyl group-containing polymer (hereinafter, also referred to as “the present polymer”) can have a structural unit (hereinafter, also referred to as “component (a)”) derived from the ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer. When the present polymer has a carboxyl group by having such a structural unit, the adhesiveness to the current collector is improved, and the lithium ion desolvation effect and the ionic conductivity are excellent, so that the resistance is small and the high rate is obtained. An electrode having excellent characteristics can be obtained. Further, since water swelling property is imparted, the dispersion stability of the active material or the like in the mixture layer composition can be enhanced.
The component (a) can be introduced into a polymer, for example, by polymerizing a monomer containing an ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer. Alternatively, it can also be obtained by (co) polymerizing a (meth) acrylic acid ester monomer and then hydrolyzing it. Further, after polymerizing (meth) acrylamide, (meth) acrylonitrile or the like, it may be treated with a strong alkali, or it may be a method of reacting an acid anhydride with a polymer having a hydroxyl group.

エチレン性不飽和カルボン酸単量体としては、(メタ)アクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸;(メタ)アクリルアミドヘキサン酸及び(メタ)アクリルアミドドデカン酸等の(メタ)アクリルアミドアルキルカルボン酸;コハク酸モノヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ω−カルボキシ−カプロラクトンモノ(メタ)アクリレート、β−カルボキシエチル(メタ)アクリレート等のカルボキシル基を有するエチレン性不飽和単量体またはそれらの(部分)アルカリ中和物が挙げられ、これらの内の1種を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。上記の中でも、重合速度が大きいために一次鎖長の長い重合体が得られ、バインダーの結着力が良好となる点で重合性官能基としてアクリロイル基を有する化合物が好ましく、特に好ましくはアクリル酸である。エチレン性不飽和カルボン酸単量体としてアクリル酸を用いた場合、カルボキシル基含有量の高い重合体を得ることができる。 Examples of the ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer include (meth) acrylic acid, itaconic acid, crotonic acid, maleic acid, and fumaric acid; and (meth) acrylamide alkyl such as (meth) acrylamide hexane acid and (meth) acrylamide dodecanoic acid. Carboxylic acid; ethylenically unsaturated monomers having carboxyl groups such as monohydroxyethyl succinate (meth) acrylate, ω-carboxy-caprolactone mono (meth) acrylate, β-carboxyethyl (meth) acrylate, or (partial) thereof. ) Alkaline neutralized products may be mentioned, and one of these may be used alone, or two or more thereof may be used in combination. Among the above, a compound having an acryloyl group as a polymerizable functional group is preferable, and acrylic acid is particularly preferable, in that a polymer having a long primary chain length can be obtained due to a high polymerization rate and the binder has a good binding force. is there. When acrylic acid is used as the ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer, a polymer having a high carboxyl group content can be obtained.

本重合体における(a)成分の含有量は、特に限定するものではないが、例えば、本重合体の全構造単位に対して10質量%以上、99.9質量%以下含むことができる。かかる範囲で(a)成分を含有することで、集電体に対する優れた接着性を容易に確保することができる。下限は、例えば20質量%以上であり、また例えば30質量%以上であり、また例えば40質量%以上である。下限が50質量%以上の場合、電極合剤層用組成物の分散安定性が良好となり、より高い結着力が得られるため好ましく、60質量%以上であってもよく、70質量%以上であってもよく、80質量%以上であってもよい。また、上限は、例えば、99.5質量%以下であり、また例えば99質量%以下であり、また例えば98質量%以下であり、また例えば95質量%以下であり、また例えば90質量%以下であり、また例えば80質量%以下である。範囲としては、こうした下限及び上限を適宜組み合わせた範囲とすることができるが、例えば、10質量%以上、99.9質量%以下であり、また例えば50質量%以上、99.9質量%以下であり、また例えば50質量%以上、99質量%以下であり、また例えば50質量%以上、98質量%以下であり、また例えば50質量%以上、95質量%以下などとすることができる。 The content of the component (a) in the present polymer is not particularly limited, but may be, for example, 10% by mass or more and 99.9% by mass or less with respect to all the structural units of the present polymer. By containing the component (a) in such a range, excellent adhesiveness to the current collector can be easily ensured. The lower limit is, for example, 20% by mass or more, for example, 30% by mass or more, and for example, 40% by mass or more. When the lower limit is 50% by mass or more, the dispersion stability of the composition for the electrode mixture layer becomes good and a higher binding force can be obtained, which is preferable. It may be 60% by mass or more, and may be 70% by mass or more. It may be 80% by mass or more. Further, the upper limit is, for example, 99.5% by mass or less, for example 99% by mass or less, for example 98% by mass or less, for example 95% by mass or less, and for example 90% by mass or less. Yes, and for example, 80% by mass or less. The range may be a range in which such a lower limit and an upper limit are appropriately combined, and is, for example, 10% by mass or more and 99.9% by mass or less, and for example, 50% by mass or more and 99.9% by mass or less. Yes, for example, 50% by mass or more and 99% by mass or less, for example, 50% by mass or more and 98% by mass or less, and for example, 50% by mass or more and 95% by mass or less.

<ニトリル基含有エチレン性不飽和単量体に由来する構造単位>
本重合体は、(a)成分以外に、ニトリル基含有エチレン性不飽和単量体に由来する構造単位(以下、「(b)成分」ともいう)を有することができる。(b)成分は、電極材料と強い相互作用を奏することができ、活物質に対して良好な結着性を発揮することができる。これにより、堅固で一体性の良好な電極合剤層を得ることができる。(b)成分は、例えば、ニトリル基含有エチレン性不飽和単量体を重合することにより本重合体に導入することができる。
<Structural unit derived from nitrile group-containing ethylenically unsaturated monomer>
In addition to the component (a), the present polymer may have a structural unit derived from a nitrile group-containing ethylenically unsaturated monomer (hereinafter, also referred to as “component (b)”). The component (b) can exert a strong interaction with the electrode material and can exhibit good binding property to the active material. As a result, a solid and well-integrated electrode mixture layer can be obtained. The component (b) can be introduced into the present polymer, for example, by polymerizing a nitrile group-containing ethylenically unsaturated monomer.

ニトリル基含有エチレン性不飽和単量体としては、例えば、(メタ)アクロリニトリル;(メタ)アクリル酸シアノメチル、(メタ)アクリル酸シアノエチル等の(メタ)アクリル酸シアノアルキルエステル化合物;4−シアノスチレン、4−シアノ−α−メチルスチレン等のシアノ基含有不飽和芳香族化合物;シアン化ビニリデン等が挙げられ、これらの内の1種を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。上記の中でも、ニトリル基含有量が多い点でアクリロニトリルが好ましい。 Examples of the nitrile group-containing ethylenically unsaturated monomer include (meth) achlorinitrile; (meth) cyanomethyl acrylate, (meth) cyanoethyl acrylate and other (meth) acrylate cyanoalkyl ester compounds; 4-cyanostyrene. , 4-Cyano-α-methylstyrene and other unsaturated aromatic compounds containing cyano groups; vinylidene cyanide and the like, and one of these may be used alone or in combination of two or more. You may use it. Among the above, acrylonitrile is preferable because it has a high nitrile group content.

本重合体における(b)成分の含有量は、本重合体の全構造単位に対して4.9質量%以下である。(b)成分の含有量が4.9質量%を超えると、合剤層組成物(スラリー)中における本重合体の分散安定性が不十分となり、スラリーの安定性及び結着性が低下する虞がある。上限は、4.5質量%以下でもよく、4.0質量%以下でもよく、3.0質量%以下でもよい。また、下限は、特に限定するものではないが、例えば、本重合体の全構造単位に対して0.1質量%以上含むことができる。本重合体が(b)成分を0.1質量%含有する場合、結着性に優れた電極合剤層を得ることができる。下限は、好ましくは0.2質量%以上であり、より好ましくは0.3質量%以上であり、さらに好ましくは0.5質量%以上である。範囲としては、こうした下限及び上限を適宜組み合わせた範囲とすることができるが、例えば、0.1質量%以上、4.9質量%以下であり、また例えば0.1質量%以上、4.5質量%以下であり、また例えば0.2質量%以上、4.0質量%以下などとすることができる。 The content of the component (b) in the present polymer is 4.9% by mass or less with respect to the total structural units of the present polymer. If the content of the component (b) exceeds 4.9% by mass, the dispersion stability of the present polymer in the mixture layer composition (slurry) becomes insufficient, and the stability and binding property of the slurry deteriorate. There is a risk. The upper limit may be 4.5% by mass or less, 4.0% by mass or less, or 3.0% by mass or less. The lower limit is not particularly limited, but may include, for example, 0.1% by mass or more with respect to all the structural units of the present polymer. When the present polymer contains 0.1% by mass of the component (b), an electrode mixture layer having excellent binding properties can be obtained. The lower limit is preferably 0.2% by mass or more, more preferably 0.3% by mass or more, and further preferably 0.5% by mass or more. The range may be a range in which such a lower limit and an upper limit are appropriately combined, and is, for example, 0.1% by mass or more and 4.9% by mass or less, and for example, 0.1% by mass or more and 4.5. It may be 0% by mass or less, and may be, for example, 0.2% by mass or more and 4.0% by mass or less.

<その他の構造単位>
本重合体は、(a)成分及び(b)成分以外に、これらと共重合可能な他のエチレン性不飽和単量体に由来する構造単位(以下、「(c)成分」ともいう。)を含むことができる。(c)成分としては、例えば、スルホン酸基及びリン酸基等のカルボキシル基以外のアニオン性基を有するエチレン性不飽和単量体化合物、または(b)成分以外の非イオン性のエチレン性不飽和単量体等に由来する構造単位が挙げられる。これらの構造単位は、スルホン酸基及びリン酸基等のカルボキシル基以外のアニオン性基を有するエチレン性不飽和単量体化合物、または(b)成分以外の非イオン性のエチレン性不飽和単量体を含む単量体を共重合することにより導入することができる。これらの内でも、(c)成分としては、耐屈曲性良好な電極が得られる観点から非イオン性のエチレン性不飽和単量体に由来する構造単位が好ましく、バインダーの結着性が優れる点で(メタ)アクリルアミド及びその誘導体等が好ましい。また、(c)成分として水中への溶解性が1g/100ml以下の疎水性のエチレン性不飽和単量体に由来する構造単位を導入した場合、電極材料と強い相互作用を奏することができ、活物質に対して良好な結着性を発揮することができる。これにより、堅固で一体性の良好な電極合剤層を得ることができるため好ましい。特に脂環構造含有エチレン性不飽和単量体に由来する構造単位が好ましい。
<Other structural units>
This polymer is a structural unit derived from other ethylenically unsaturated monomers copolymerizable with the component (a) and the component (b) (hereinafter, also referred to as “component (c)”). Can be included. As the component (c), for example, an ethylenically unsaturated monomer compound having an anionic group other than the carboxyl group such as a sulfonic acid group and a phosphoric acid group, or a nonionic ethylenically non-component other than the component (b). Examples thereof include structural units derived from saturated monomers and the like. These structural units are an ethylenically unsaturated monomer compound having an anionic group other than a carboxyl group such as a sulfonic acid group and a phosphoric acid group, or a nonionic ethylenically unsaturated monomer other than the component (b). It can be introduced by copolymerizing a monomer containing a body. Among these, as the component (c), a structural unit derived from a nonionic ethylenically unsaturated monomer is preferable from the viewpoint of obtaining an electrode having good bending resistance, and the binder has excellent binding properties. (Meta) acrylamide and its derivatives are preferable. Further, when a structural unit derived from a hydrophobic ethylenically unsaturated monomer having a solubility in water of 1 g / 100 ml or less is introduced as the component (c), a strong interaction with the electrode material can be achieved. It can exhibit good binding properties to active materials. This is preferable because a solid and well-integrated electrode mixture layer can be obtained. In particular, a structural unit derived from an alicyclic structure-containing ethylenically unsaturated monomer is preferable.

(c)成分の割合は、本重合体の全構造単位に対し、0質量%以上、49.9質量%以下とすることができる。(c)成分の割合は、1質量%以上、40質量%以下であってもよく、2質量%以上、40質量%以下であってもよく、2質量%以上、30質量%以下であってもよく、5質量%以上、30質量%以下であってもよい。また、本重合体の全構造単位に対して(c)成分を1質量%以上含む場合、電解液への親和性が向上するため、リチウムイオン電導性が向上する効果も期待できる。 The ratio of the component (c) can be 0% by mass or more and 49.9% by mass or less with respect to the total structural units of the present polymer. The ratio of the component (c) may be 1% by mass or more and 40% by mass or less, 2% by mass or more and 40% by mass or less, and 2% by mass or more and 30% by mass or less. It may be 5% by mass or more and 30% by mass or less. Further, when the component (c) is contained in an amount of 1% by mass or more with respect to all the structural units of the present polymer, the affinity for the electrolytic solution is improved, so that the effect of improving the lithium ion conductivity can be expected.

(メタ)アクリルアミド誘導体としては、例えば、イソプロピル(メタ)アクリルアミド、t−ブチル(メタ)アクリルアミド等のN−アルキル(メタ)アクリルアミド化合物;N−n−ブトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N−イソブトキシメチル(メタ)アクリルアミド等のN−アルコキシアルキル(メタ)アクリルアミド化合物;ジメチル(メタ)アクリルアミド、ジエチル(メタ)アクリルアミド等のN,N−ジアルキル(メタ)アクリルアミド化合物が挙げられ、これらの内の1種を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。 Examples of the (meth) acrylamide derivative include N-alkyl (meth) acrylamide compounds such as isopropyl (meth) acrylamide and t-butyl (meth) acrylamide; Nn-butoxymethyl (meth) acrylamide and N-isobutoxymethyl. N-alkoxyalkyl (meth) acrylamide compounds such as (meth) acrylamide; N, N-dialkyl (meth) acrylamide compounds such as dimethyl (meth) acrylamide and diethyl (meth) acrylamide include one of them. It may be used alone or in combination of two or more.

脂環構造含有エチレン性不飽和単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸シクロペンチル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸メチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸t−ブチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸シクロデシル及び(メタ)アクリル酸シクロドデシル等の脂肪族置換基を有していてもよい(メタ)アクリル酸シクロアルキルエステル;(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸アダマンチル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンテニル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンテニルオキシエチル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンタニル、並びに、シクロヘキサンジメタノールモノ(メタ)アクリレート及びシクロデカンジメタノールモノ(メタ)アクリレート等のシクロアルキルポリアルコールモノ(メタ)アクリレート等が挙げられ、これらの内の1種を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。上記の中でも、重合速度が大きいために一次鎖長の長い重合体が得られ、バインダーの結着力が良好となる点で重合性官能基としてアクリロイル基を有する化合物が好ましい。 Examples of the alicyclic structure-containing ethylenically unsaturated monomer include cyclopentyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, methylcyclohexyl (meth) acrylate, t-butylcyclohexyl (meth) acrylate, and (meth). ) Cyclodecyl acrylate and cyclododecyl (meth) acrylate and other aliphatic substituents may have (meth) cycloalkyl acrylate; isobornyl (meth) acrylate, adamantyl (meth) acrylate, (meth). ) Dicyclopentenyl acrylate, dicyclopentenyloxyethyl (meth) acrylate, dicyclopentanyl (meth) acrylate, and cyclohexanedimethanol mono (meth) acrylate and cyclodecanedimethanol mono (meth) acrylate, etc. Cycloalkyl polyalcohol mono (meth) acrylate and the like can be mentioned, and one of these may be used alone, or two or more thereof may be used in combination. Among the above, a compound having an acryloyl group as a polymerizable functional group is preferable in that a polymer having a long primary chain length can be obtained because the polymerization rate is high and the binding force of the binder is good.

その他の非イオン性のエチレン性不飽和単量体としては、例えば(メタ)アクリル酸エステルを用いてもよい。(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル及び(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル等の(メタ)アクリル酸アルキルエステル化合物;
(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸フェニルメチル、(メタ)アクリル酸フェニルエチル等の芳香族(メタ)アクリル酸エステル化合物;
(メタ)アクリル酸2−メトキシエチル、(メタ)アクリル酸エトキシエチル等の(メタ)アクリル酸アルコキシアルキルエステル化合物;
(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシプロピル及び(メタ)アクリル酸ヒドロキシブチル等の(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル化合物等が挙げられ、これらの内の1種を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。活物質との密着性及びサイクル特性の観点からは、芳香族(メタ)アクリル酸エステル化合物を好ましく用いることができる。
As the other nonionic ethylenically unsaturated monomer, for example, (meth) acrylic acid ester may be used. Examples of the (meth) acrylic acid ester include (meth) methyl acrylate, ethyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, isobutyl (meth) acrylate, and 2-ethylhexyl (meth) acrylate. Meta) Acrylic acid alkyl ester compound;
Aromatic (meth) acrylic acid ester compounds such as (meth) phenyl acrylate, (meth) phenylmethyl acrylate, and (meth) phenylethyl acrylate;
(Meta) acrylic acid alkoxyalkyl ester compounds such as 2-methoxyethyl (meth) acrylate and ethoxyethyl (meth) acrylate;
Examples thereof include (meth) hydroxyalkyl ester compounds such as hydroxyethyl (meth) acrylate, hydroxypropyl (meth) acrylate and hydroxybutyl (meth) acrylate, and one of them is used alone. It may be used in combination of 2 or more types. From the viewpoint of adhesion to the active material and cycle characteristics, an aromatic (meth) acrylic acid ester compound can be preferably used.

リチウムイオン伝導性及びハイレート特性がより向上する観点から、(メタ)アクリル酸2−メトキシエチル及び(メタ)アクリル酸エトキシエチルなどの(メタ)アクリル酸アルコキシアルキルエステル等、エーテル結合を有する化合物が好ましく、(メタ)アクリル酸2−メトキシエチルがより好ましい。 From the viewpoint of further improving lithium ion conductivity and high-rate characteristics, compounds having an ether bond such as (meth) acrylic acid alkoxyalkyl ester such as 2-methoxyethyl (meth) acrylate and ethoxyethyl (meth) acrylate are preferable. , 2-Methoxyethyl (meth) acrylate is more preferred.

非イオン性のエチレン性不飽和単量体の中でも、重合速度が速いために一次鎖長の長い重合体が得られ、バインダーの結着力が良好となる点でアクリロイル基を有する化合物が好ましい。また、非イオン性のエチレン性不飽和単量体としては、得られる電極の耐屈曲性が良好となる点でホモポリマーのガラス転移温度(Tg)が0℃以下の化合物が好ましい。 Among the nonionic ethylenically unsaturated monomers, a compound having an acryloyl group is preferable in that a polymer having a long primary chain length can be obtained due to its high polymerization rate and the binder has a good binding force. Further, as the nonionic ethylenically unsaturated monomer, a compound having a homopolymer glass transition temperature (Tg) of 0 ° C. or lower is preferable in terms of improving the bending resistance of the obtained electrode.

本重合体は塩であってもよい。塩の種類としては特に限定しないが、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属塩;カルシウム塩及びバリウム塩等のアルカリ土類金属塩;マグネシウム塩、アルミニウム塩等のその他の金属塩;アンモニウム塩及び有機アミン塩等が挙げられる。これらの中でも電池特性への悪影響が生じにくい点からアルカリ金属塩及びマグネシウム塩が好ましく、アルカリ金属塩がより好ましい。 The present polymer may be a salt. The type of salt is not particularly limited, but alkali metal salts such as lithium, sodium and potassium; alkaline earth metal salts such as calcium salt and barium salt; other metal salts such as magnesium salt and aluminum salt; ammonium salt and organic. Examples include amine salts. Among these, alkali metal salts and magnesium salts are preferable, and alkali metal salts are more preferable, from the viewpoint that adverse effects on battery characteristics are unlikely to occur.

本重合体は、架橋構造を有する架橋重合体であってもよい。架橋重合体における架橋方法は特に制限されるものではなく、例えば以下の方法による態様が例示される。
1)架橋性単量体の共重合
2)ラジカル重合時のポリマー鎖への連鎖移動を利用
3)反応性官能基を有する重合体を合成後、必要に応じて架橋剤を添加して後架橋
本重合体が架橋構造を有することにより、当該重合体又はその塩を含むバインダーは、優れた結着力を有することができる。上記の内でも、操作が簡便であり、架橋の程度を制御し易い点から架橋性単量体の共重合による方法が好ましい。
The present polymer may be a crosslinked polymer having a crosslinked structure. The cross-linking method in the cross-linked polymer is not particularly limited, and examples thereof include the following methods.
1) Copolymerization of crosslinkable monomers 2) Utilizing chain transfer to polymer chains during radical polymerization 3) After synthesizing a polymer having a reactive functional group, post-crosslinking is performed by adding a crosslinking agent as necessary. Since the present polymer has a crosslinked structure, the binder containing the polymer or a salt thereof can have an excellent binding force. Among the above, the method by copolymerizing the crosslinkable monomer is preferable from the viewpoint that the operation is simple and the degree of crosslinking can be easily controlled.

<架橋性単量体>
架橋性単量体としては、2個以上の重合性不飽和基を有する多官能重合性単量体、及び加水分解性シリル基等の自己架橋可能な架橋性官能基を有する単量体等が挙げられる。
<Crosslinkable monomer>
Examples of the crosslinkable monomer include a polyfunctional polymerizable monomer having two or more polymerizable unsaturated groups, a monomer having a self-crosslinkable crosslinkable functional group such as a hydrolyzable silyl group, and the like. Can be mentioned.

上記多官能重合性単量体は、(メタ)アクリロイル基、アルケニル基等の重合性官能基を分子内に2つ以上有する化合物であり、多官能(メタ)アクリレート化合物、多官能アルケニル化合物、(メタ)アクリロイル基及びアルケニル基の両方を有する化合物等が挙げられる。これらの化合物は、1種のみを単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの内でも、均一な架橋構造を得やすい点で多官能アルケニル化合物が好ましく、分子内に複数のアリルエーテル基を有する多官能アリルエーテル化合物が特に好ましい。 The polyfunctional polymerizable monomer is a compound having two or more polymerizable functional groups such as a (meth) acryloyl group and an alkenyl group in the molecule, and is a polyfunctional (meth) acrylate compound, a polyfunctional alkenyl compound, ( Meta) Examples thereof include compounds having both an acryloyl group and an alkenyl group. These compounds may be used alone or in combination of two or more. Among these, a polyfunctional alkenyl compound is preferable because a uniform crosslinked structure can be easily obtained, and a polyfunctional allyl ether compound having a plurality of allyl ether groups in the molecule is particularly preferable.

多官能(メタ)アクリレート化合物としては、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート等の2価アルコールのジ(メタ)アクリレート類;トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンエチレンオキサイド変性体のトリ(メタ)アクリレート、グリセリントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート等の3価以上の多価アルコールのトリ(メタ)アクリレート、テトラ(メタ)アクリレート等のポリ(メタ)アクリレート;メチレンビスアクリルアミド、ヒドロキシエチレンビスアクリルアミド等のビスアミド類等を挙げることができる。 Examples of the polyfunctional (meth) acrylate compound include ethylene glycol di (meth) acrylate, propylene glycol di (meth) acrylate, 1,6-hexanediol di (meth) acrylate, polyethylene glycol di (meth) acrylate, and polypropylene glycol di (meth) acrylate. Di (meth) acrylates of dihydric alcohols such as meta) acrylate; trimethylol propantri (meth) acrylate, tri (meth) acrylate of trimethyl propanethylene oxide modified product, glycerin tri (meth) acrylate, pentaerythritol tri (meth) Tri (meth) acrylates of trivalent or higher polyhydric alcohols such as meta) acrylates and pentaerythritol tetra (meth) acrylates, poly (meth) acrylates such as tetra (meth) acrylates; Bisamides and the like can be mentioned.

多官能アルケニル化合物としては、トリメチロールプロパンジアリルエーテル、トリメチロールプロパントリアリルエーテル、ペンタエリスリトールジアリルエーテル、ペンタエリスリトールトリアリルエーテル、テトラアリルオキシエタン、ポリアリルサッカロース等の多官能アリルエーテル化合物;ジアリルフタレート等の多官能アリル化合物;ジビニルベンゼン等の多官能ビニル化合物等を挙げることができる。 Examples of the polyfunctional alkenyl compound include polyfunctional allyl ether compounds such as trimethylolpropanediallyl ether, trimethylolpropanetriallyl ether, pentaerythritol diallyl ether, pentaerythritol triallyl ether, tetraallyloxyethane, and polyallyl saccharose; diallyl phthalate and the like. Polyfunctional allyl compound; Polyfunctional vinyl compounds such as divinylbenzene and the like can be mentioned.

(メタ)アクリロイル基及びアルケニル基の両方を有する化合物としては、(メタ)アクリル酸アリル、(メタ)アクリル酸イソプロペニル、(メタ)アクリル酸ブテニル、(メタ)アクリル酸ペンテニル、(メタ)アクリル酸2−(2−ビニロキシエトキシ)エチル等を挙げることができる。 Compounds having both (meth) acryloyl group and alkenyl group include allyl (meth) acrylate, isopropenyl (meth) acrylate, butenyl (meth) acrylate, pentenyl (meth) acrylate, and (meth) acrylate. 2- (2-Vinyloxyethoxy) ethyl and the like can be mentioned.

上記自己架橋可能な架橋性官能基を有する単量体の具体的な例としては、加水分解性シリル基含有ビニル単量体、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、N−メトキシアルキル(メタ)アクリレート等が挙げられる。これらの化合物は、1種単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。 Specific examples of the monomer having a self-crosslinkable crosslinkable functional group include a hydrolyzable silyl group-containing vinyl monomer, N-methylol (meth) acrylamide, N-methoxyalkyl (meth) acrylate and the like. Can be mentioned. These compounds can be used alone or in combination of two or more.

加水分解性シリル基含有ビニル単量体としては、加水分解性シリル基を少なくとも1個有するビニル単量体であれば、特に限定されない。例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルメチルジメトキシシラン、ビニルジメチルメトキシシラン等のビニルシラン類;アクリル酸トリメトキシシリルプロピル、アクリル酸トリエトキシシリルプロピル、アクリル酸メチルジメトキシシリルプロピル等のシリル基含有アクリル酸エステル類;メタクリル酸トリメトキシシリルプロピル、メタクリル酸トリエトキシシリルプロピル、メタクリル酸メチルジメトキシシリルプロピル、メタクリル酸ジメチルメトキシシリルプロピル等のシリル基含有メタクリル酸エステル類;トリメトキシシリルプロピルビニルエーテル等のシリル基含有ビニルエーテル類;トリメトキシシリルウンデカン酸ビニル等のシリル基含有ビニルエステル類等を挙げることができる。 The hydrolyzable silyl group-containing vinyl monomer is not particularly limited as long as it is a vinyl monomer having at least one hydrolyzable silyl group. For example, vinyl silanes such as vinyl trimethoxysilane, vinyl triethoxysilane, vinyl methyl dimethoxysilane, vinyl dimethyl methoxysilane; silyl groups such as trimethoxysilylpropyl acrylate, triethoxysilylpropyl acrylate, methyldimethoxysilylpropyl acrylate and the like. Containing acrylic acid esters; silyl group-containing methacrylate esters such as trimethoxysilylpropyl methacrylate, triethoxysilylpropyl methacrylate, methyldimethoxysilylpropyl methacrylate, dimethylmethoxysilylpropyl methacrylate; trimethoxysilylpropyl vinyl ether and the like. Cyril group-containing vinyl ethers; silyl group-containing vinyl esters such as trimethoxysilyl undecanoate vinyl and the like can be mentioned.

本重合体が架橋性単量体により架橋されたものである場合、上記架橋性単量体の使用量は、架橋性単量体以外の単量体(非架橋性単量体)の総量100質量部に対して好ましくは0.1質量部以上2.0質量部以下であり、より好ましくは0.3質量部以上1.5質量部以下であり、さらに好ましくは0.5質量部以上1.5質量部以下である。架橋性単量体の使用量が0.1質量部以上であれば結着性及び合剤層スラリーの安定性がより良好となる点で好ましい。2.0質量部以下であれば、重合体の安定性が高くなる傾向がある。
同様に、上記架橋性単量体の使用量は、架橋性単量体以外の単量体(非架橋性単量体)の総量に対して0.02〜0.7モル%であることが好ましく、0.03〜0.4モル%であることがより好ましい。
When the present polymer is crosslinked with a crosslinkable monomer, the amount of the crosslinkable monomer used is 100, which is the total amount of monomers other than the crosslinkable monomer (non-crosslinkable monomer). It is preferably 0.1 parts by mass or more and 2.0 parts by mass or less, more preferably 0.3 parts by mass or more and 1.5 parts by mass or less, and further preferably 0.5 parts by mass or more and 1 part by mass. It is 5.5 parts by mass or less. When the amount of the crosslinkable monomer used is 0.1 parts by mass or more, it is preferable in that the binding property and the stability of the mixture layer slurry are improved. If it is 2.0 parts by mass or less, the stability of the polymer tends to be high.
Similarly, the amount of the crosslinkable monomer used may be 0.02 to 0.7 mol% with respect to the total amount of the monomers other than the crosslinkable monomer (non-crosslinkable monomer). It is preferably 0.03 to 0.4 mol%, more preferably 0.03 to 0.4 mol%.

<架橋重合体の粒子径>
本重合体が架橋重合体である場合、合剤層組成物において、当該架橋重合体が大粒径の塊(二次凝集体)として存在することなく、適度な粒径を有する水膨潤粒子として良好に分散していることが、当該架橋重合体を含むバインダーが良好な結着性能を発揮し得るため好ましい。
<Particle size of crosslinked polymer>
When the present polymer is a crosslinked polymer, in the mixture layer composition, the crosslinked polymer does not exist as a mass (secondary agglomerate) having a large particle size, but as water-swelling particles having an appropriate particle size. Good dispersion is preferable because the binder containing the crosslinked polymer can exhibit good binding performance.

上記架橋重合体又はその塩は、該架橋重合体が有するカルボキシル基に基づく中和度が80〜100モル%であるものを水中に分散させた際の粒子径(水膨潤粒子径)が、体積基準メジアン径で0.1μm以上、10.0μm以下の範囲にあることが好ましい。上記粒子径のより好ましい範囲は0.1μm以上、8.0μm以下であり、さらに好ましい範囲は0.1μm以上、7.0μm以下であり、一層好ましい範囲は0.2μm以上、5.0μm以下であり、より一層好ましい範囲は0.5μm以上、3.0μm以下である。粒子径が0.1μm以上、10.0μm以下の範囲であれば、合剤層組成物中において好適な大きさで均一に存在するため、合剤層組成物の安定性が高く、優れた結着性を発揮することが可能となる。粒子径が10.0μmを超えると、上記の通り結着性が不十分となる虞がある。また、平滑性な塗面が得られにくい点で、塗工性が不十分となる虞がある。一方、粒子径が0.1μm未満の場合には、安定製造性の観点において懸念される。 The crosslinked polymer or a salt thereof has a volume of a particle size (water-swelling particle size) when a crosslinked polymer having a degree of neutralization based on a carboxyl group of 80 to 100 mol% is dispersed in water. The reference median diameter is preferably in the range of 0.1 μm or more and 10.0 μm or less. The more preferable range of the particle size is 0.1 μm or more and 8.0 μm or less, the more preferable range is 0.1 μm or more and 7.0 μm or less, and the more preferable range is 0.2 μm or more and 5.0 μm or less. Yes, and even more preferable ranges are 0.5 μm or more and 3.0 μm or less. When the particle size is in the range of 0.1 μm or more and 10.0 μm or less, the mixture layer composition has a suitable size and is uniformly present in the mixture layer composition. Therefore, the stability of the mixture layer composition is high and excellent results are obtained. It is possible to demonstrate the wearability. If the particle size exceeds 10.0 μm, the binding property may be insufficient as described above. In addition, there is a risk that the coatability will be insufficient because it is difficult to obtain a smooth coated surface. On the other hand, when the particle size is less than 0.1 μm, there is concern from the viewpoint of stable manufacturability.

架橋重合体が未中和若しくは中和度80モル%未満の場合は、アルカリ金属水酸化物等により中和度80〜100モル%に中和し、水中に分散させた際の粒子径を測定すればよい。一般に、架橋重合体又はその塩は、粉末または溶液(分散液)の状態では一次粒子が会合、凝集した塊状粒子として存在する場合が多い。上記の水分散させた際の粒子径が上記範囲である場合、当該架橋重合体又はその塩は極めて優れた分散性を有するものであり、中和度80〜100モル%に中和して水分散することにより塊状粒子が解れ、ほぼ一次粒子の分散体、若しくは2次凝集体であっても、その粒子径が0.1〜10.0μmの範囲内にある、安定な分散状態を形成するものである。 If the crosslinked polymer is unneutralized or has a neutralization degree of less than 80 mol%, neutralize it to a neutralization degree of 80 to 100 mol% with an alkali metal hydroxide or the like, and measure the particle size when dispersed in water. do it. In general, the crosslinked polymer or a salt thereof often exists as agglomerated particles in which primary particles are associated and aggregated in the state of powder or solution (dispersion liquid). When the particle size when dispersed in water is in the above range, the crosslinked polymer or a salt thereof has extremely excellent dispersibility, and is neutralized to a degree of neutralization of 80 to 100 mol% to be water. By dispersing, the agglomerated particles are disintegrated, and even if it is a dispersion of almost primary particles or a secondary agglomerate, a stable dispersed state in which the particle diameter is within the range of 0.1 to 10.0 μm is formed. It is a thing.

水膨潤粒子径の体積基準メジアン径を個数基準メジアン径で除した値である粒子径分布は、結着性及び塗工性の観点から好ましくは10以下であり、より好ましくは5.0以下であり、さらに好ましくは3.0以下であり、一層好ましくは1.5以下である。上記粒子径分布の下限値は、通常は1.0である。 The particle size distribution, which is the value obtained by dividing the volume-based median diameter of the water-swelled particle size by the number-based median diameter, is preferably 10 or less, more preferably 5.0 or less, from the viewpoint of bondability and coatability. Yes, more preferably 3.0 or less, still more preferably 1.5 or less. The lower limit of the particle size distribution is usually 1.0.

また、架橋重合体又はその塩の乾燥時における粒子径(乾燥粒子径)は、体積基準メジアン径で0.03μm以上、3μm以下の範囲にあることが好ましい。上記粒子径のより好ましい範囲は0.1μm以上、1μm以下であり、さらに好ましい範囲は0.3μm以上、0.8μm以下である。 The particle size (dry particle size) of the crosslinked polymer or a salt thereof at the time of drying is preferably in the range of 0.03 μm or more and 3 μm or less in terms of volume-based median diameter. A more preferable range of the particle size is 0.1 μm or more and 1 μm or less, and a more preferable range is 0.3 μm or more and 0.8 μm or less.

本重合体又はその塩は、合剤層組成物中において、中和度が20モル%以上となるように、エチレン性不飽和カルボン酸単量体由来のカルボキシル基等の酸基が中和され、塩の態様として用いることが好ましい。上記中和度は、より好ましくは50モル%であり、さらに好ましくは60モル%以上であり、一層好ましくは70モル%以上であり、より一層好ましくは80モル%以上であり、特に好ましくは85モル%以上である。中和度の上限値は100モル%であり、98モル%であってもよく95モル%であってもよい。中和度の範囲は、上記下限値及び上限値を適宜組合せることができ、例えば、50モル%以上100モル%以下であってもよく、70モル%以上100モル%以下であってもよく、80モル%以上100モル%以下であってもよい。中和度が20モル%以上の場合、水膨潤性が良好となり分散安定化効果が得やすいという点で好ましい。本明細書では、上記中和度は、カルボキシル基等の酸基を有する単量体及び中和に用いる中和剤の仕込み値から計算により算出することができる。なお、中和度は架橋重合体又はその塩を、減圧条件下、80℃で3時間乾燥処理後の粉末をIR測定し、カルボン酸のC=O基由来のピークとカルボン酸塩のC=O基由来のピークの強度比より確認することができる。 In this polymer or a salt thereof, acid groups such as a carboxyl group derived from an ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer are neutralized so that the degree of neutralization is 20 mol% or more in the mixture layer composition. , It is preferable to use it as an embodiment of salt. The degree of neutralization is more preferably 50 mol%, further preferably 60 mol% or more, further preferably 70 mol% or more, still more preferably 80 mol% or more, and particularly preferably 85. More than mol%. The upper limit of the degree of neutralization is 100 mol%, and may be 98 mol% or 95 mol%. The range of the degree of neutralization may be appropriately combined with the above lower limit value and upper limit value, and may be, for example, 50 mol% or more and 100 mol% or less, or 70 mol% or more and 100 mol% or less. , 80 mol% or more and 100 mol% or less. When the degree of neutralization is 20 mol% or more, the water swelling property is good and the dispersion stabilizing effect is easily obtained, which is preferable. In the present specification, the degree of neutralization can be calculated by calculation from the charged values of a monomer having an acid group such as a carboxyl group and a neutralizing agent used for neutralization. The degree of neutralization was determined by measuring the IR of the crosslinked polymer or a salt thereof after drying the crosslinked polymer or a salt thereof at 80 ° C. for 3 hours under reduced pressure. It can be confirmed from the intensity ratio of the peak derived from the O group.

<本重合体又はその塩の製造方法>
本重合体は、溶液重合、沈殿重合、懸濁重合、乳化重合等の公知の重合方法を使用することが可能であるが、生産性の点で沈殿重合及び懸濁重合(逆相懸濁重合)が好ましい。結着性等に関してより良好な性能が得られる点で、沈殿重合、懸濁重合、乳化重合等の不均一系の重合法が好ましく、中でも沈殿重合法がより好ましい。
沈殿重合は、原料である不飽和単量体を溶解するが、生成する重合体を実質溶解しない溶媒中で重合反応を行うことにより重合体を製造する方法である。重合の進行とともにポリマー粒子は凝集及び成長により大きくなり、数十nm〜数百nmの一次粒子が数μm〜数十μmに二次凝集したポリマー粒子の分散液が得られる。ポリマーの粒子サイズを制御するために分散安定剤を使用することもできる。
尚、分散安定剤や重合溶剤等を選定することにより上記二次凝集を抑制することもできる。一般に、二次凝集を抑制した沈殿重合は、分散重合とも呼ばれる。
<Method for producing this polymer or its salt>
Known polymerization methods such as solution polymerization, precipitation polymerization, suspension polymerization, and emulsion polymerization can be used for this polymer, but precipitation polymerization and suspension polymerization (reverse phase suspension polymerization) can be used in terms of productivity. ) Is preferable. Non-uniform polymerization methods such as precipitation polymerization, suspension polymerization, and emulsion polymerization are preferable, and the precipitation polymerization method is more preferable, because better performance can be obtained in terms of binding property and the like.
Precipitation polymerization is a method for producing a polymer by carrying out a polymerization reaction in a solvent that dissolves an unsaturated monomer as a raw material but does not substantially dissolve the polymer to be produced. As the polymerization progresses, the polymer particles become larger due to aggregation and growth, and a dispersion of polymer particles in which primary particles of several tens of nm to several hundreds nm are secondarily aggregated to several μm to several tens of μm can be obtained. Dispersion stabilizers can also be used to control the particle size of the polymer.
The secondary aggregation can also be suppressed by selecting a dispersion stabilizer, a polymerization solvent, or the like. In general, precipitation polymerization in which secondary aggregation is suppressed is also called dispersion polymerization.

沈殿重合の場合、重合溶媒は、使用する単量体の種類等を考慮して水及び各種有機溶剤等から選択される溶媒を使用することができる。より一次鎖長の長い重合体を得るためには、連鎖移動定数の小さい溶媒を使用することが好ましい。 In the case of precipitation polymerization, a solvent selected from water, various organic solvents and the like can be used as the polymerization solvent in consideration of the type of monomer used and the like. In order to obtain a polymer having a longer primary chain length, it is preferable to use a solvent having a small chain transfer constant.

具体的な重合溶媒としては、メタノール、t−ブチルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン、アセトニトリル及びテトラヒドロフラン等の水溶性溶剤の他、ベンゼン、酢酸エチル、ジクロロエタン、n−ヘキサン、シクロヘキサン及びn−ヘプタン等が挙げられ、これらの1種を単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。又は、これらと水との混合溶媒として用いてもよい。本発明において水溶性溶剤とは、20℃における水への溶解度が10g/100mlより大きいものを指す。
上記の内、粗大粒子の生成や反応器への付着が小さく重合安定性が良好であること、析出した重合体微粒子が二次凝集しにくい(若しくは二次凝集が生じても水媒体中で解れやすい)こと、連鎖移動定数が小さく重合度(一次鎖長)の大きい重合体が得られること、及び後述する工程中和の際に操作が容易であること等の点で、メチルエチルケトン及びアセトニトリルが好ましい。
Specific examples of the polymerization solvent include water-soluble solvents such as methanol, t-butyl alcohol, acetone, methyl ethyl ketone, acetonitrile and tetrahydrofuran, as well as benzene, ethyl acetate, dichloroethane, n-hexane, cyclohexane and n-heptane. , One of these can be used alone or in combination of two or more. Alternatively, it may be used as a mixed solvent of these and water. In the present invention, the water-soluble solvent refers to a solvent having a solubility in water at 20 ° C. of more than 10 g / 100 ml.
Of the above, the formation of coarse particles and adhesion to the reactor are small and the polymerization stability is good, and the precipitated polymer fine particles are difficult to secondary agglomerate (or even if secondary agglomeration occurs, they dissolve in the aqueous medium. Methyl ethyl ketone and acetonitrile are preferable because they are easy to use), a polymer having a small chain transfer constant and a large degree of polymerization (primary chain length) can be obtained, and the operation is easy during the step neutralization described later. ..

また、同じく工程中和において中和反応を安定かつ速やかに進行させるため、重合溶媒中に高極性溶媒を少量加えておくことが好ましい。係る高極性溶媒としては、好ましくは水及びメタノールが挙げられる。高極性溶媒の使用量は、媒体の全質量に基づいて好ましくは0.05〜20.0質量%であり、より好ましくは0.1〜10.0質量%、さらに好ましくは0.1〜5.0質量%であり、一層好ましくは0.1〜1.0質量%である。高極性溶媒の割合が0.05質量%以上であれば、上記中和反応への効果が認められ、20.0質量%以下であれば重合反応への悪影響も見られない。また、アクリル酸等の親水性の高いエチレン性不飽和カルボン酸単量体の重合では、高極性溶媒を加えた場合には重合速度が向上し、一次鎖長の長い重合体を得やすくなる。高極性溶媒の中でも特に水は上記重合速度を向上させる効果が大きく好ましい。 Similarly, in order to allow the neutralization reaction to proceed stably and rapidly in the step neutralization, it is preferable to add a small amount of a highly polar solvent to the polymerization solvent. Such highly polar solvents preferably include water and methanol. The amount of the highly polar solvent used is preferably 0.05 to 20.0% by mass, more preferably 0.1 to 10.0% by mass, still more preferably 0.1 to 5 based on the total mass of the medium. It is 0.0% by mass, more preferably 0.1 to 1.0% by mass. When the proportion of the highly polar solvent is 0.05% by mass or more, the effect on the neutralization reaction is recognized, and when it is 20.0% by mass or less, no adverse effect on the polymerization reaction is observed. Further, in the polymerization of a highly hydrophilic ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer such as acrylic acid, the polymerization rate is improved when a highly polar solvent is added, and it becomes easy to obtain a polymer having a long primary chain length. Among the highly polar solvents, water is particularly preferable because it has a large effect of improving the polymerization rate.

本重合体又はその塩の製造においては、エチレン性不飽和カルボン酸単量体を含む単量体成分及びニトリル基含有エチレン性不飽和単量体を重合する重合工程を備えることが好ましい。例えば、(a)成分の由来となるエチレン性不飽和カルボン酸単量体を50質量%以上99.9質量%以下、(b)成分の由来となるニトリル基含有エチレン性不飽和単量体を0.1質量%以上4.9質量%以下、及び(c)成分の由来となる他のエチレン性不飽和単量体を0質量%以上49.9質量%以下含む単量体成分を重合する重合工程を備えることが好ましい。
上記重合工程により、本重合体には、エチレン性不飽和カルボン酸単量体に由来する構造単位(a成分)が50質量%以上99.9質量%以下導入され、ニトリル基含有エチレン性不飽和単量体に由来する構造単位(b成分)が0.1質量%以上4.9質量%以下導入される。エチレン性不飽和カルボン酸単量体の使用量は、また例えば、50質量%以上、99質量%以下であり、また例えば、50質量%以上、98質量%以下であり、また例えば、50質量%以上、95質量%以下である。ニトリル基含有エチレン性不飽和単量体の使用量は、また例えば、0.1質量%以上、4.5質量%以下であり、また例えば、0.2質量%以上、4.0質量%以下である。
In the production of the present polymer or a salt thereof, it is preferable to include a polymerization step of polymerizing a monomer component containing an ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer and a nitrile group-containing ethylenically unsaturated monomer. For example, the ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer from which the component (a) is derived is 50% by mass or more and 99.9% by mass or less, and the nitrile group-containing ethylenically unsaturated monomer from which the component (b) is derived is used. Polymerize a monomer component containing 0.1% by mass or more and 4.9% by mass or less, and 0% by mass or more and 49.9% by mass or less of another ethylenically unsaturated monomer from which the component (c) is derived. It is preferable to include a polymerization step.
Through the above polymerization step, 50% by mass or more and 99.9% by mass or less of the structural unit (component a) derived from the ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer is introduced into the present polymer, and the nitrile group-containing ethylenically unsaturated material is introduced. A structural unit (component b) derived from the monomer is introduced in an amount of 0.1% by mass or more and 4.9% by mass or less. The amount of the ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer used is, for example, 50% by mass or more and 99% by mass or less, and for example, 50% by mass or more and 98% by mass or less, and for example, 50% by mass. As mentioned above, it is 95% by mass or less. The amount of the nitrile group-containing ethylenically unsaturated monomer used is, for example, 0.1% by mass or more and 4.5% by mass or less, and for example, 0.2% by mass or more and 4.0% by mass or less. Is.

上記他のエチレン性不飽和単量体としては、例えば、スルホン酸基及びリン酸基等のカルボキシル基以外のアニオン性基を有するエチレン性不飽和単量体化合物、並びに、(b)成分以外の非イオン性のエチレン性不飽和単量体等が挙げられる。具体的な化合物としては、上述した(c)成分を導入可能な単量体化合物が挙げられる。上記他のエチレン性不飽和単量体は、単量体成分の全量に対して0質量%以上、49.9質量%以下含んでもよく、1質量%以上、40質量%以下であってもよく、2質量%以上、40質量%以下であってもよく、2質量%以上、30質量%以下であってもよく、5質量%以上、30質量%以下であってもよい。また、同様に上記架橋性単量体を使用してもよい。 Examples of the other ethylenically unsaturated monomer include an ethylenically unsaturated monomer compound having an anionic group other than a carboxyl group such as a sulfonic acid group and a phosphoric acid group, and a component other than the component (b). Examples thereof include nonionic ethylenically unsaturated monomers. Specific examples of the compound include a monomeric compound into which the above-mentioned component (c) can be introduced. The other ethylenically unsaturated monomer may contain 0% by mass or more and 49.9% by mass or less with respect to the total amount of the monomer components, and may contain 1% by mass or more and 40% by mass or less. It may be 2% by mass or more and 40% by mass or less, 2% by mass or more and 30% by mass or less, or 5% by mass or more and 30% by mass or less. Further, the above-mentioned crosslinkable monomer may be used in the same manner.

重合時の単量体濃度については、より一次鎖長の長い重合体を得る観点から高い方が好ましい。ただし、単量体濃度が高すぎると、重合体粒子の凝集が進行し易い他、重合熱の制御が困難となり重合反応が暴走する虞がある。このため、例えば沈殿重合法の場合、重合開始時の単量体濃度は、2〜40質量%程度の範囲が一般的であり、好ましくは5〜40質量%の範囲である。
なお、本明細書において「単量体濃度」とは、重合を開始する時点における反応液中の単量体濃度を示す。
The monomer concentration at the time of polymerization is preferably high from the viewpoint of obtaining a polymer having a longer primary chain length. However, if the monomer concentration is too high, the agglutination of the polymer particles tends to proceed, and it becomes difficult to control the heat of polymerization, which may cause the polymerization reaction to run away. Therefore, for example, in the case of the precipitation polymerization method, the monomer concentration at the start of polymerization is generally in the range of about 2 to 40% by mass, preferably in the range of 5 to 40% by mass.
In the present specification, the “monomer concentration” indicates the monomer concentration in the reaction solution at the time when the polymerization is started.

本重合体は、塩基化合物の存在下に重合反応を行うことにより製造してもよい。塩基化合物存在下において重合反応を行うことにより、高い単量体濃度条件下であっても、重合反応を安定に実施することができる。単量体濃度は、13.0質量%以上であってもよく、好ましくは15.0質量%以上であり、より好ましくは17.0質量%以上であり、更に好ましくは19.0質量%以上であり、一層好ましくは20.0質量%以上である。単量体濃度はなお好ましくは22.0質量%以上であり、より一層好ましくは25.0質量%以上である。一般に、重合時の単量体濃度を高くするほど高分子量化が可能であり、本重合体が架橋重合体である場合には、一次鎖長の長い重合体を製造することができる。
なお、本明細書において「単量体濃度」とは、重合を開始する時点における反応液中の単量体濃度を示す。
The present polymer may be produced by carrying out a polymerization reaction in the presence of a basic compound. By carrying out the polymerization reaction in the presence of a basic compound, the polymerization reaction can be stably carried out even under high monomer concentration conditions. The monomer concentration may be 13.0% by mass or more, preferably 15.0% by mass or more, more preferably 17.0% by mass or more, and further preferably 19.0% by mass or more. It is more preferably 20.0% by mass or more. The monomer concentration is still preferably 22.0% by mass or more, and even more preferably 25.0% by mass or more. In general, the higher the monomer concentration during polymerization, the higher the molecular weight, and when the present polymer is a crosslinked polymer, a polymer having a long primary chain length can be produced.
In the present specification, the “monomer concentration” indicates the monomer concentration in the reaction solution at the time when the polymerization is started.

単量体濃度の上限値は、使用する単量体及び溶媒の種類、並びに、重合方法及び各種重合条件等により異なるが、重合反応熱の除熱が可能であれば、沈殿重合では上記の通り概ね40%程度、懸濁重合では概ね50%程度、乳化重合では概ね70%程度である。 The upper limit of the monomer concentration differs depending on the type of monomer and solvent used, the polymerization method, various polymerization conditions, etc., but if the heat of the polymerization reaction can be removed, the precipitation polymerization is as described above. It is about 40%, about 50% for suspension polymerization, and about 70% for emulsion polymerization.

上記塩基化合物は、いわゆるアルカリ性化合物であり、無機塩基化合物及び有機塩基化合物の何れを用いてもよい。塩基化合物存在下において重合反応を行うことにより、例えば13.0質量%を超えるような高い単量体濃度条件下であっても、重合反応を安定に実施することができる。また、このような高い単量体濃度で重合して得られた重合体は、分子量が高いため(一次鎖長が長いため)結着性にも優れる。
無機塩基化合物としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等のアルカリ土類金属水酸化物等が挙げられ、これらの内の1種又は2種以上を用いることができる。
有機塩基化合物としては、アンモニア及び有機アミン化合物が挙げられ、これらの内の1種又は2種以上を用いることができる。中でも、重合安定性及び得られる重合体又はその塩を含むバインダーの結着性の観点から、有機アミン化合物が好ましい。
The above-mentioned base compound is a so-called alkaline compound, and either an inorganic base compound or an organic base compound may be used. By carrying out the polymerization reaction in the presence of a basic compound, the polymerization reaction can be stably carried out even under high monomer concentration conditions such as exceeding 13.0% by mass. Further, the polymer obtained by polymerizing at such a high monomer concentration has a high molecular weight (because the primary chain length is long), and therefore has excellent binding properties.
Examples of the inorganic base compound include alkali metal hydroxides such as lithium hydroxide, sodium hydroxide and potassium hydroxide, and alkaline earth metal hydroxides such as calcium hydroxide and magnesium hydroxide. One kind or two or more kinds can be used.
Examples of the organic base compound include ammonia and organic amine compounds, and one or more of these can be used. Of these, an organic amine compound is preferable from the viewpoint of polymerization stability and binding property of a binder containing the obtained polymer or a salt thereof.

有機アミン化合物としては、例えば、モノメチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、モノエチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、モノブチルアミン、ジブチルアミン、トリブチルアミン、モノヘキシルアミン、ジヘキシルアミン、トリヘキシルアミン、トリオクチルアミン及びトリドデシルアミン等のN−アルキル置換アミン;モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、プロパノールアミン、ジメチルエタノールアミン及びN,N−ジメチルエタノールアミン等の(アルキル)アルカノールアミン;ピリジン、ピペリジン、ピペラジン、1,8−ビス(ジメチルアミノ)ナフタレン、モルホリン及びジアザビシクロウンデセン(DBU)等の環状アミン;ジエチレントリアミン、N、N−ジメチルベンジルアミンが挙げられ、これらの内の1種又は2種以上を用いることができる。
これらの内でも、長鎖アルキル基を有する疎水性アミンを用いた場合、より大きな静電反発及び立体反発が得られることから、単量体濃度の高い場合であっても重合安定性を確保しやすい点で好ましい。具体的には、有機アミン化合物に存在する窒素原子数に対する炭素原子数の比で表される値(C/N)が高い程、立体反発効果による重合安定化効果が高い。上記C/Nの値は、好ましくは3以上であり、より好ましくは5以上であり、さらに好ましくは10以上であり、一層好ましくは20以上である。
Examples of the organic amine compound include monomethylamine, dimethylamine, trimethylamine, monoethylamine, diethylamine, triethylamine, monobutylamine, dibutylamine, tributylamine, monohexylamine, dihexylamine, trihexylamine, trioctylamine and tridodecylamine. N-alkyl substituted amines such as: monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, propanolamine, dimethylethanolamine and (alkyl) alkanolamines such as N, N-dimethylethanolamine; pyridine, piperidine, piperazine, 1,8-. Cyclic amines such as bis (dimethylamino) naphthalene, morpholin and diazabicycloundecene (DBU); diethylenetriamine, N, N-dimethylbenzylamine, and one or more of these can be used. ..
Among these, when a hydrophobic amine having a long-chain alkyl group is used, larger electrostatic repulsion and steric repulsion can be obtained, so that polymerization stability is ensured even when the monomer concentration is high. It is preferable because it is easy. Specifically, the higher the value (C / N) represented by the ratio of the number of carbon atoms to the number of nitrogen atoms present in the organic amine compound, the higher the polymerization stabilizing effect due to the steric repulsion effect. The C / N value is preferably 3 or more, more preferably 5 or more, still more preferably 10 or more, and even more preferably 20 or more.

塩基化合物の使用量は、上記エチレン性不飽和カルボン酸単量体に対し、0.001モル%以上4.0モル%以下の範囲とすることが好ましい。塩基化合物の使用量がこの範囲であれば、重合反応を円滑に行うことができる。使用量は、0.05モル%以上4.0モル%以下であってもよく、0.1モル%以上4.0モル%以下であってもよく、0.1モル%以上3.0モル%以下であってもよく、0.1モル%以上2.0モル%以下であってもよい。
尚、本明細書では、塩基化合物の使用量は、エチレン性不飽和カルボン酸単量体に対して用いた塩基化合物のモル濃度を表したものであり、中和度を意味するものではない。すなわち、用いる塩基化合物の価数は考慮しない。
The amount of the base compound used is preferably in the range of 0.001 mol% or more and 4.0 mol% or less with respect to the ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer. When the amount of the basic compound used is within this range, the polymerization reaction can be smoothly carried out. The amount used may be 0.05 mol% or more and 4.0 mol% or less, 0.1 mol% or more and 4.0 mol% or less, and 0.1 mol% or more and 3.0 mol. It may be 0.1 mol% or more and 2.0 mol% or less.
In this specification, the amount of the base compound used represents the molar concentration of the base compound used with respect to the ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer, and does not mean the degree of neutralization. That is, the valence of the base compound used is not considered.

重合開始剤は、アゾ系化合物、有機過酸化物、無機過酸化物等の公知の重合開始剤を用いることができるが、特に限定されるものではない。熱開始、還元剤を併用したレドックス開始、UV開始等、公知の方法で適切なラジカル発生量となるように使用条件を調整することができる。一次鎖長の長い架橋重合体を得るためには、製造時間が許容される範囲内で、ラジカル発生量がより少なくなるように条件を設定することが好ましい。 As the polymerization initiator, known polymerization initiators such as azo compounds, organic peroxides, and inorganic peroxides can be used, but the polymerization initiator is not particularly limited. The conditions of use can be adjusted by known methods such as heat initiation, redox initiation with a reducing agent, and UV initiation so that the amount of radicals generated is appropriate. In order to obtain a crosslinked polymer having a long primary chain length, it is preferable to set the conditions so that the amount of radicals generated is smaller within the allowable range of the production time.

上記アゾ系化合物としては、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(N−ブチル−2−メチルプロピオンアミド)、2−(tert−ブチルアゾ)−2−シアノプロパン、2,2’−アゾビス(2,4,4−トリメチルペンタン)、2,2’−アゾビス(2−メチルプロパン)等が挙げられ、これらの内の1種又は2種以上を用いることができる。 Examples of the azo compound include 2,2'-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2'-azobis (N-butyl-2-methylpropionamide), and 2- (tert-butylazo) -2. -Cyanopropane, 2,2'-azobis (2,4,4-trimethylpentane), 2,2'-azobis (2-methylpropane) and the like, and one or more of these are used. be able to.

上記有機過酸化物としては、2,2−ビス(4,4−ジ−t−ブチルパーオキシシクロヘキシル)プロパン(日油社製、商品名「パーテトラA」)、1,1−ジ(t−ヘキシルパーオキシ)シクロヘキサン(同「パーヘキサHC」)、1,1−ジ(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン(同「パーヘキサC」)、n−ブチル−4,4−ジ(t−ブチルパーオキシ)バレレート(同「パーヘキサV」)、2,2−ジ(t−ブチルパーオキシ)ブタン(同「パーヘキサ22」)、t−ブチルハイドロパーオキサイド(同「パーブチルH」)、クメンハイドロパーオキサイド(日油社製、商品名「パークミルH」)、1,1,3,3−テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド(同「パーオクタH」)、t−ブチルクミルパーオキサイド(同「パーブチルC」)、ジ−t−ブチルパーオキサイド(同「パーブチルD」)、ジ−t−ヘキシルパーオキサイド(同「パーヘキシルD」)、ジ(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキサイド(同「パーロイル355」)、ジラウロイルパーオキサイド(同「パーロイルL」)、ビス(4−t−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート(同「パーロイルTCP」)、ジ−2−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート(同「パーロイルOPP」)、ジ−sec−ブチルパーオキシジカーボネート(同「パーロイルSBP」)、クミルパーオキシネオデカノエート(同「パークミルND」)、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシネオデカノエート(同「パーオクタND」)、t−ヘキシルパーオキシネオデカノエート(同「パーヘキシルND」)、t−ブチルパーオキシネオデカノエート(同「パーブチルND」)、t−ブチルパーオキシネオヘプタノエート(同「パーブチルNHP」)、t−ヘキシルパーオキシピバレート(同「パーヘキシルPV」)、t−ブチルパーオキシピバレート(同「パーブチルPV」)、2,5−ジメチル−2,5−ジ(2−エチルヘキサノイル)ヘキサン(同「パーヘキサ250」)、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート(同「パーオクタO」)、t−ヘキシルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート(同「パーヘキシルO」)、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート(同「パーブチルO」)、t−ブチルパーオキシラウレート(同「パーブチルL」)、t−ブチルパーオキシ−3,5,5−トリメチルヘキサノエート(同「パーブチル355」)、t−ヘキシルパーオキシイソプロピルモノカーボネート(同「パーヘキシルI」)、t−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート(同「パーブチルI」)、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート(同「パーブチルE」)、t−ブチルパーオキシアセテート(同「パーブチルA」)、t−ヘキシルパーオキシベンゾエート(同「パーヘキシルZ」)及びt−ブチルパーオキシベンゾエート(同「パーブチルZ」)等が挙げられ、これらの内の1種又は2種以上を用いることができる。 Examples of the organic peroxide include 2,2-bis (4,5-di-t-butylperoxycyclohexyl) propane (manufactured by Nichiyu Co., Ltd., trade name "Pertetra A") and 1,1-di (t-). Hexylperoxy) cyclohexane (same as "perhexa HC"), 1,1-di (t-butylperoxy) cyclohexane (same as "perhexa C"), n-butyl-4,4-di (t-butylperoxy) Valerate (“Perhexa V”), 2,2-di (t-Butyl Peroxy) Butan (“Perhexa 22”), t-Butyl Hydroperoxide (“Per Butyl H”), Kumen Hydroperoxide (Japan) Made by Yuyu Co., Ltd., trade name "Park Mill H"), 1,1,3,3-tetramethylbutylhydroperoxide ("Perocta H"), t-butylcumyl peroxide ("Perbutyl C"), di- t-Butyl peroxide (“Perbutyl D”), di-t-hexyl peroxide (“Perhexyl D”), di (3,5,5-trimethylhexanoyl) peroxide (“Perloyl355”), Dilauroyl peroxide (“Parloyl L”), Bis (4-t-butylcyclohexyl) peroxydicarbonate (“Parloyl TCP”), Di-2-ethylhexyl peroxydicarbonate (“Parloyl OPP”), Di-sec-Butylperoxydicarbonate (“Parloyl SBP”), Cumylperoxyneodecanoate (“Parkmill ND”), 1,1,3,3-Tetramethylbutylperoxyneodecanoate (1,1,3,3-tetramethylbutylperoxyneodecanoate) The same "Perocta ND"), t-hexyl peroxyneodecanoate (the same "Perhexyl ND"), t-butylperoxyneodecanoate (the same "Perbutyl ND"), t-butylperoxyneoheptanoate (Same as "Perbutyl NHP"), t-hexyl peroxypivalate (same as "Perhexyl PV"), t-butyl peroxypivalate (same as "Perbutyl PV"), 2,5-dimethyl-2,5-di (same as "Perbutyl PV") 2-Ethylhexanoyl) hexane (“Perhexa 250”), 1,1,3,3-tetramethylbutylperoxy-2-ethylhexanoate (“Perocta O”), t-hexylperoxy-2 -Ethylhexanoate (“Perhexyl O”), t-Butylperoxy-2-ethylhexanoate (“Perbutyl O”), t-Butyl peroxylaurate (“Perbutyl L”), t- Butyl Luperoxy-3,5,5-trimethylhexanoate (“Perbutyl 355”), t-hexyl peroxyisopropyl monocarbonate (“Perhexyl I”), t-butyl peroxyisopropyl monocarbonate (“Perbutyl I”) ), T-Butylperoxy-2-ethylhexyl monocarbonate (“Perbutyl E”), t-butylperoxyacetate (“Perbutyl A”), t-hexyl peroxybenzoate (“Perhexyl Z”) and t. -Butyl peroxybenzoate (the same "perbutyl Z") and the like can be mentioned, and one or more of these can be used.

上記無機過酸化物としては、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム等が挙げられる。
また、レドックス開始の場合、亜硫酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、ナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレート、アスコルビン酸、亜硫酸ガス(SO)、硫酸第一鉄等を還元剤として用いることができる。
Examples of the inorganic peroxide include potassium persulfate, sodium persulfate, ammonium persulfate and the like.
When redox is started, sodium sulfite, sodium thiosulfate, sodium formaldehyde sulfoxylate, ascorbic acid, sulfurous acid gas (SO 2 ), ferrous sulfate and the like can be used as the reducing agent.

重合開始剤の好ましい使用量は、用いる単量体成分の総量を100質量部としたときに、例えば、0.001〜2質量部であり、また例えば、0.005〜1質量部であり、また例えば、0.01〜0.1質量部である。重合開始剤の使用量が0.001質量部以上であれば重合反応を安定的に行うことができ、2質量部以下であれば一次鎖長の長い重合体を得やすい。 The preferable amount of the polymerization initiator used is, for example, 0.001 to 2 parts by mass and, for example, 0.005 to 1 part by mass, when the total amount of the monomer components used is 100 parts by mass. Further, for example, it is 0.01 to 0.1 parts by mass. When the amount of the polymerization initiator used is 0.001 part by mass or more, the polymerization reaction can be stably carried out, and when it is 2 parts by mass or less, a polymer having a long primary chain length can be easily obtained.

重合温度は、使用する単量体の種類及び濃度等の条件にもよるが、0〜100℃が好ましく、20〜80℃がより好ましい。重合温度は一定であってもよいし、重合反応の期間において変化するものであってもよい。また、重合時間は1分間〜20時間が好ましく、1時間〜10時間がより好ましい。 The polymerization temperature is preferably 0 to 100 ° C., more preferably 20 to 80 ° C., although it depends on conditions such as the type and concentration of the monomer used. The polymerization temperature may be constant or may change during the polymerization reaction. The polymerization time is preferably 1 minute to 20 hours, more preferably 1 hour to 10 hours.

重合工程を経て得られた本重合体分散液は、乾燥工程において減圧及び/又は加熱処理等を行い溶媒留去することにより、目的とする本重合体を粉末状態で得ることができる。この際、上記乾燥工程の前に、未反応単量体(及びその塩)、開始剤由来の不純物等を除去する目的で、重合工程に引き続き、遠心分離及び濾過等の固液分離工程、水、メタノール又は重合溶媒と同一の溶媒等を用いた洗浄工程を備えることが好ましい。上記洗浄工程を備えた場合、本重合体が二次凝集した場合であっても使用時に解れやすく、さらに残存する未反応単量体が除去されることにより結着性や電池特性の点でも良好な性能を示す。 The present polymer dispersion obtained through the polymerization step can be obtained in a powder state by subjecting the polymer dispersion to a reduced pressure and / or heat treatment in the drying step and distilling off the solvent. At this time, prior to the drying step, for the purpose of removing unreacted monomers (and salts thereof), impurities derived from the initiator, etc., following the polymerization step, a solid-liquid separation step such as centrifugation and filtration, and water. , It is preferable to provide a cleaning step using the same solvent as methanol or a polymerization solvent. When the above cleaning step is provided, even when the present polymer is secondarily agglutinated, it is easily unraveled at the time of use, and the remaining unreacted monomer is removed, which is good in terms of binding property and battery characteristics. Shows excellent performance.

本製造方法では、重合工程により得られた重合体分散液にアルカリ化合物を添加して重合体を中和(以下、「工程中和」ともいう)した後、乾燥工程で溶媒を除去してもよい。また、上記工程中和の処理を行わずに本重合体の粉末を得た後、電極合剤層スラリーを調製する際にアルカリ化合物を添加して、重合体を中和(以下、「後中和」ともいう)してもよい。上記の内、工程中和の方が、二次凝集体が解れやすい傾向にあり好ましい。 In this production method, even if an alkaline compound is added to the polymer dispersion obtained in the polymerization step to neutralize the polymer (hereinafter, also referred to as “step neutralization”), and then the solvent is removed in the drying step. Good. Further, after obtaining the powder of the present polymer without performing the above-mentioned step neutralization treatment, an alkaline compound is added when preparing the electrode mixture layer slurry to neutralize the polymer (hereinafter, "after-internal"). It may also be called "sum"). Of the above, process neutralization is preferable because the secondary aggregates tend to be easily disintegrated.

<二次電池電極合剤層用組成物>
本発明の二次電池電極合剤層用組成物は、本重合体又はその塩を含有するバインダー、活物質及び水を含む。
本発明の電極合剤層組成物における本重合体又はその塩の使用量は、活物質の全量に対して、例えば、0.1質量%以上20質量%以下である。上記使用量は、また例えば、0.2質量%以上10質量%以下であり、また例えば0.3質量%以上8質量%以下であり、また例えば0.4質量%以上5質量%以下である。本重合体及びその塩の使用量が0.1質量%未満の場合、十分な結着性が得られないことがある。また、活物質等の分散安定性が不十分となり、形成される合剤層の均一性が低下する場合がある。一方、架本重合体及びその塩の使用量が20質量%を超える場合、電極合剤層組成物が高粘度となり集電体への塗工性が低下することがある。その結果、得られた合剤層にブツや凹凸が生じて電極特性に悪影響を及ぼす虞がある。
<Composition for secondary battery electrode mixture layer>
The composition for the secondary battery electrode mixture layer of the present invention contains a binder, an active material and water containing the present polymer or a salt thereof.
The amount of the present polymer or a salt thereof used in the electrode mixture layer composition of the present invention is, for example, 0.1% by mass or more and 20% by mass or less with respect to the total amount of the active material. The amount used is, for example, 0.2% by mass or more and 10% by mass or less, for example, 0.3% by mass or more and 8% by mass or less, and for example, 0.4% by mass or more and 5% by mass or less. .. If the amount of the polymer and its salt used is less than 0.1% by mass, sufficient binding properties may not be obtained. In addition, the dispersion stability of the active material or the like may become insufficient, and the uniformity of the formed mixture layer may decrease. On the other hand, when the amount of the frame polymer and its salt used exceeds 20% by mass, the electrode mixture layer composition may have a high viscosity and the coatability to the current collector may be lowered. As a result, the obtained mixture layer may have lumps or irregularities, which may adversely affect the electrode characteristics.

本重合体及びその塩の使用量が上記範囲内であれば、分散安定性に優れた組成物が得られるとともに、集電体への密着性が極めて高い合剤層を得ることができ、結果として電池の耐久性が向上する。さらに、本橋重合体及びその塩は、活物質に対して少量(例えば5質量%以下)でも十分高い結着性を示し、かつ、カルボキシアニオンを有することから、界面抵抗が小さく、ハイレート特性に優れた電極が得られる。 When the amount of the present polymer and its salt used is within the above range, a composition having excellent dispersion stability can be obtained, and a mixture layer having extremely high adhesion to the current collector can be obtained. As a result, the durability of the battery is improved. Furthermore, the Motohashi polymer and its salt show sufficiently high binding properties to the active material even in a small amount (for example, 5% by mass or less) and have a carboxy anion, so that the interfacial resistance is small and the high rate characteristics are excellent. The electrode is obtained.

上記活物質の内、正極活物質としては遷移金属酸化物のリチウム塩を用いることができ、例えば、層状岩塩型及びスピネル型のリチウム含有金属酸化物を使用することができる。層状岩塩型の正極活物質の具体的な化合物としては、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、並びに、三元系と呼ばれるNCM{Li(Ni,Co,Mn)、x+y+z=1}及びNCA{Li(Ni1−a−bCoAlb)}等が挙げられる。また、スピネル型の正極活物質としてはマンガン酸リチウム等が挙げられる。酸化物以外にもリン酸塩、ケイ酸塩及び硫黄等が使用され、リン酸塩としては、オリビン型のリン酸鉄リチウム等が挙げられる。正極活物質としては、上記のうちの1種を単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて混合物又は複合物として使用してもよい。Among the above active materials, a lithium salt of a transition metal oxide can be used as the positive electrode active material, and for example, layered rock salt type and spinel type lithium-containing metal oxides can be used. Specific compounds of the layered rock salt type positive electrode active material include lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, and NCM {Li (Ni x , Co y , Mn z ), x + y + z = 1} and NCA, which are called ternary systems. {Li (Ni 1-ab Co a Al b )} and the like can be mentioned. Moreover, as a spinel type positive electrode active material, lithium manganate and the like can be mentioned. In addition to oxides, phosphates, silicates, sulfur and the like are used, and examples of phosphates include olivine-type lithium iron phosphate and the like. As the positive electrode active material, one of the above may be used alone, or two or more thereof may be combined and used as a mixture or a composite.

尚、層状岩塩型のリチウム含有金属酸化物を含む正極活物質を水に分散させた場合、活物質表面のリチウムイオンと水中の水素イオンとが交換されることにより、分散液がアルカリ性を示す。このため、一般的な正極用集電体材料であるアルミ箔(Al)等が腐食される虞がある。このような場合には、バインダーとして未中和又は部分中和された本重合体を用いることにより、活物質から溶出するアルカリ分を中和することが好ましい。また、未中和又は部分中和された本重合体の使用量は、本重合体の中和されていないカルボキシル基量が活物質から溶出するアルカリ量に対して当量以上となるように用いることが好ましい。 When a positive electrode active material containing a layered rock salt type lithium-containing metal oxide is dispersed in water, the dispersion liquid becomes alkaline by exchanging lithium ions on the surface of the active material and hydrogen ions in water. Therefore, there is a risk that aluminum foil (Al) or the like, which is a general current collector material for positive electrodes, will be corroded. In such a case, it is preferable to neutralize the alkali content eluted from the active material by using the present polymer which has not been neutralized or partially neutralized as the binder. The amount of the unneutralized or partially neutralized present polymer used should be equal to or greater than the amount of alkali eluted from the active material so that the amount of unneutralized carboxyl groups in the present polymer is equal to or greater than the amount of alkali eluted from the active material. Is preferable.

正極活物質はいずれも電気伝導性が低いため、導電助剤を添加して使用されるのが一般的である。導電助剤としては、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンファイバー、黒鉛微粉、炭素繊維等の炭素系材料が挙げられ、これらの内、優れた導電性を得やすい点からカーボンブラック、カーボンナノチューブ及びカーボンファイバー、が好ましい。また、カーボンブラックとしては、ケッチェンブラック及びアセチレンブラックが好ましい。導電助剤は、上記の1種を単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。導電助剤の使用量は、導電性とエネルギー密度を両立するという観点から活物質の全量に対して、例えば、0.2〜20質量%とすることができ、また例えば、0.2〜10質量%とすることができる。また正極活物質は導電性を有する炭素系材料で表面コーティングしたものを使用してもよい。 Since all positive electrode active materials have low electrical conductivity, they are generally used by adding a conductive auxiliary agent. Examples of the conductive auxiliary agent include carbon-based materials such as carbon black, carbon nanotubes, carbon fibers, graphite fine powder, and carbon fibers. Among these, carbon black, carbon nanotubes, and carbon fibers are easy to obtain excellent conductivity. , Are preferred. Further, as the carbon black, Ketjen black and acetylene black are preferable. As the conductive auxiliary agent, one of the above types may be used alone, or two or more types may be used in combination. The amount of the conductive auxiliary agent used can be, for example, 0.2 to 20% by mass, and for example, 0.2 to 10% by mass, based on the total amount of the active material from the viewpoint of achieving both conductivity and energy density. It can be mass%. Further, as the positive electrode active material, a material whose surface is coated with a conductive carbon-based material may be used.

一方、負極活物質としては、例えば炭素系材料、リチウム金属、リチウム合金及び金属酸化物等が挙げられ、これらの内の1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。これらの内でも、天然黒鉛、人造黒鉛、ハードカーボン及びソフトカーボン等の炭素系材料からなる活物質(以下、「炭素系活物質」ともいう)が好ましく、天然黒鉛及び人造黒鉛等の黒鉛、並びにハードカーボンがより好ましい。また、黒鉛の場合、電池性能の面から球形化黒鉛が好適に用いられ、その粒子サイズの好ましい範囲は、例えば、1〜20μmであり、また例えば、5〜15μmである。また、エネルギー密度を高くするために、ケイ素やスズなどのリチウムを吸蔵できる金属又は金属酸化物等を負極活物質として使用することもできる。その中でも、ケイ素は黒鉛に比べて高容量であり、ケイ素、ケイ素合金及び一酸化ケイ素(SiO)等のケイ素酸化物のようなケイ素系材料からなる活物質(以下、「ケイ素系活物質」ともいう)を用いることができる。しかし、上記ケイ素系活物質は高容量である反面充放電に伴う体積変化が大きい。このため、上記炭素系活物質と併用するのが好ましい。この場合、ケイ素系活物質の配合量が多いと電極材料の崩壊を招き、サイクル特性(耐久性)が大きく低下する場合がある。このような観点から、ケイ素系活物質を併用する場合、その使用量は炭素系活物質に対して、例えば、60質量%以下であり、また例えば、30質量%以下である。 On the other hand, examples of the negative electrode active material include carbon-based materials, lithium metals, lithium alloys, metal oxides, and the like, and one or a combination of two or more of these can be used. Among these, active materials made of carbon-based materials such as natural graphite, artificial graphite, hard carbon and soft carbon (hereinafter, also referred to as "carbon-based active material") are preferable, graphite such as natural graphite and artificial graphite, and graphite. Hard carbon is more preferred. Further, in the case of graphite, spherical graphite is preferably used from the viewpoint of battery performance, and the preferable range of the particle size thereof is, for example, 1 to 20 μm, and for example, 5 to 15 μm. Further, in order to increase the energy density, a metal or a metal oxide capable of occluding lithium such as silicon or tin can be used as the negative electrode active material. Among them, silicon has a higher capacity than graphite, and is an active material made of a silicon-based material such as silicon, a silicon alloy, and a silicon oxide such as silicon monoxide (SiO) (hereinafter, also referred to as "silicon-based active material"). ) Can be used. However, while the silicon-based active material has a high capacity, the volume change due to charging and discharging is large. Therefore, it is preferable to use it in combination with the above carbon-based active material. In this case, if the amount of the silicon-based active material is large, the electrode material may be disintegrated and the cycle characteristics (durability) may be significantly deteriorated. From such a viewpoint, when a silicon-based active material is used in combination, the amount used is, for example, 60% by mass or less, and for example, 30% by mass or less, based on the carbon-based active material.

本重合体を含むバインダーは、当該重合体がエチレン性不飽和カルボン酸単量体に由来する構造単位((a)成分)を有する。ここで、(a)成分はケイ素系活物質に対する親和性が高く、良好な結着性を示す。このため、本発明のバインダーはケイ素系活物質を含む高容量タイプの活物質を用いた場合にも優れた結着性を示すことから、得られる電極の耐久性向上に対しても有効であるものと考えられる。 The binder containing the present polymer has a structural unit (component (a)) in which the polymer is derived from an ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer. Here, the component (a) has a high affinity for a silicon-based active material and exhibits good binding properties. Therefore, since the binder of the present invention exhibits excellent binding properties even when a high-capacity type active material containing a silicon-based active material is used, it is also effective for improving the durability of the obtained electrode. It is considered to be.

また、本重合体は、ニトリル基含有エチレン性不飽和単量体に由来する構造単位((b)成分)を有する。(b)成分は、電極材料と強い相互作用を奏することができ、活物質に対して良好な結着性を発揮することができる。このため、本発明のバインダーによれば、堅固で一体性の良好な電極合剤層を得ることができる。 In addition, the present polymer has a structural unit (component (b)) derived from a nitrile group-containing ethylenically unsaturated monomer. The component (b) can exert a strong interaction with the electrode material and can exhibit good binding property to the active material. Therefore, according to the binder of the present invention, it is possible to obtain a solid and well-integrated electrode mixture layer.

炭素系活物質は、それ自身が良好な電気伝導性を有するため、必ずしも導電助剤を添加する必要はない。抵抗をより低減する等の目的で導電助剤を添加する場合、エネルギー密度の観点からその使用量は活物質の総量に対して、例えば、10質量%以下であり、また例えば、5重量%以下である。 Since the carbon-based active material itself has good electrical conductivity, it is not always necessary to add a conductive additive. When a conductive additive is added for the purpose of further reducing resistance, the amount used is, for example, 10% by mass or less, and for example, 5% by weight or less, based on the total amount of active material from the viewpoint of energy density. Is.

二次電池電極合剤層用組成物がスラリー状態の場合、活物質の使用量は、組成物全量に対して、例えば、10〜75質量%の範囲であり、また例えば、30〜65質量%の範囲である。活物質の使用量が10質量%以上であればバインダー等のマイグレーションが抑えられるとともに、媒体の乾燥コストの面でも有利となる。一方、75質量%以下であれば組成物の流動性及び塗工性を確保することができ、均一な合剤層を形成することができる。 When the composition for the secondary battery electrode mixture layer is in a slurry state, the amount of the active material used is, for example, in the range of 10 to 75% by mass, and for example, 30 to 65% by mass, based on the total amount of the composition. Is the range of. If the amount of the active material used is 10% by mass or more, migration of the binder or the like can be suppressed, and the drying cost of the medium is also advantageous. On the other hand, if it is 75% by mass or less, the fluidity and coatability of the composition can be ensured, and a uniform mixture layer can be formed.

また、湿粉状態で電極合剤層用組成物を調製する場合、活物質の使用量は、組成物全量に対して、例えば、60〜97質量%の範囲であり、また例えば、70〜90質量%の範囲である。また、エネルギー密度の観点から、バインダーや導電助剤等の活物質以外の不揮発成分は、必要な結着性や導電性が担保される範囲内で出来る限り少ない方がよい。 When preparing a composition for an electrode mixture layer in a wet powder state, the amount of the active material used is, for example, in the range of 60 to 97% by mass, and for example, 70 to 90, based on the total amount of the composition. It is in the range of mass%. Further, from the viewpoint of energy density, it is preferable that the amount of non-volatile components other than the active material such as the binder and the conductive auxiliary agent is as small as possible within the range in which the necessary binding property and conductivity are guaranteed.

二次電池電極合剤層用組成物は、媒体として水を使用する。また、組成物の性状及び乾燥性等を調整する目的で、メタノール及びエタノール等の低級アルコール類、エチレンカーボネート等のカーボネート類、アセトン等のケトン類、テトラヒドロフラン、N−メチルピロリドン等の水溶性有機溶剤との混合溶媒としてもよい。混合媒体中の水の割合は、例えば、50質量%以上であり、また例えば、70質量%以上である。 The composition for the secondary battery electrode mixture layer uses water as a medium. Further, for the purpose of adjusting the properties and dryness of the composition, lower alcohols such as methanol and ethanol, carbonates such as ethylene carbonate, ketones such as acetone, and water-soluble organic solvents such as tetrahydrofuran and N-methylpyrrolidone. It may be used as a mixed solvent with. The proportion of water in the mixing medium is, for example, 50% by mass or more, and for example, 70% by mass or more.

電極合剤層用組成物を塗工可能なスラリー状態とする場合、組成物全体に占める水を含む媒体の含有量は、スラリーの塗工性、および乾燥に必要なエネルギーコスト、生産性の観点から、例えば、25〜90質量%の範囲とすることができ、また例えば、35〜70質量%とすることができる。また、プレス可能な湿粉状態とする場合、上記媒体の含有量はプレス後の合剤層の均一性の観点から、例えば、3〜40質量%の範囲とすることができ、また例えば、10〜30質量%の範囲とすることができる。 When the composition for the electrode mixture layer is put into a coatingable slurry state, the content of the medium containing water in the entire composition is from the viewpoint of the coating property of the slurry, the energy cost required for drying, and the productivity. Therefore, it can be, for example, in the range of 25 to 90% by mass, and can be, for example, 35 to 70% by mass. Further, in the case of a pressable wet powder state, the content of the medium can be, for example, in the range of 3 to 40% by mass from the viewpoint of the uniformity of the mixture layer after pressing, and for example, 10 It can be in the range of ~ 30% by mass.

本発明のバインダーは、本重合体又はその塩のみからなるものであってもよいが、これ以外にもスチレン/ブタジエン系ラテックス(SBR)、アクリル系ラテックス及びポリフッ化ビニリデン系ラテックス等の他のバインダー成分を併用してもよい。他のバインダー成分を併用する場合、その使用量は、活物質に対して、例えば、0.1〜5質量%以下とすることができ、また例えば、0.1〜2質量%以下とすることができ、また例えば、0.1〜1質量%以下とすることができる。他のバインダー成分の使用量が5質量%を超えると抵抗が増大し、ハイレート特性が不十分なものとなる場合がある。上記の中でも、結着性及び耐屈曲性のバランスに優れる点で、スチレン/ブタジエン系ラテックスが好ましい。 The binder of the present invention may consist only of the present polymer or a salt thereof, but other binders such as styrene / butadiene latex (SBR), acrylic latex and polyvinylidene fluoride latex. Ingredients may be used together. When other binder components are used in combination, the amount used may be, for example, 0.1 to 5% by mass or less, and for example, 0.1 to 2% by mass or less, based on the active material. And, for example, it can be 0.1 to 1% by mass or less. If the amount of the other binder component used exceeds 5% by mass, the resistance increases and the high rate characteristics may become insufficient. Among the above, styrene / butadiene latex is preferable because it has an excellent balance between binding property and bending resistance.

上記スチレン/ブタジエン系ラテックスとは、スチレン等の芳香族ビニル単量体に由来する構造単位及び1,3−ブタジエン等の脂肪族共役ジエン系単量体に由来する構造単位を有する共重合体の水系分散体を示す。上記芳香族ビニル単量体としては、スチレンの他にα−メチルスチレン、ビニルトルエン、ジビニルベンゼン等が挙げられ、これらの内の1種又は2種以上を用いることができる。上記共重合体中における上記芳香族ビニル単量体に由来する構造単位は、主に結着性の観点から、例えば、20〜60質量%の範囲とすることができ、また例えば、30〜50質量%の範囲とすることができる。 The styrene / butadiene latex is a copolymer having a structural unit derived from an aromatic vinyl monomer such as styrene and a structural unit derived from an aliphatic conjugated diene monomer such as 1,3-butadiene. Shows an aqueous dispersion. Examples of the aromatic vinyl monomer include α-methylstyrene, vinyltoluene, divinylbenzene and the like in addition to styrene, and one or more of these can be used. The structural unit derived from the aromatic vinyl monomer in the copolymer can be in the range of, for example, 20 to 60% by mass, and for example, 30 to 50, mainly from the viewpoint of binding property. It can be in the range of% by mass.

上記脂肪族共役ジエン系単量体としては、1,3−ブタジエンの他に2−メチル−1,3−ブタジエン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、2−クロロ−1,3−ブタジエン等が挙げられ、これらの内の1種又は2種以上を用いることができる。上記共重合体中における上記脂肪族共役ジエン系単量体に由来する構造単位は、バインダーの結着性及び得られる電極の柔軟性が良好なものとなる点で、例えば、30〜70質量%の範囲とすることができ、また例えば、40〜60質量%の範囲とすることができる。 As the above-mentioned aliphatic conjugated diene-based monomer, in addition to 1,3-butadiene, 2-methyl-1,3-butadiene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 2-chloro-1,3- Butadiene and the like can be mentioned, and one or more of these can be used. The structural unit derived from the aliphatic conjugated diene-based monomer in the copolymer is, for example, 30 to 70% by mass in that the binding property of the binder and the flexibility of the obtained electrode are good. It can be in the range of 40 to 60% by mass, for example.

スチレン/ブタジエン系ラテックスは、上記の単量体以外にも、結着性等の性能をさらに向上させるために、その他の単量体として(メタ)アクリロニトリル等のニトリル基含有単量体、(メタ)アクリル酸、イタンコン酸、マレイン酸等のカルボキシル基含有単量体を共重合単量体として用いてもよい。
上記共重合体中における上記その他の単量体に由来する構造単位は、例えば、0〜30質量%の範囲とすることができ、また例えば、0〜20質量%の範囲とすることができる。
In addition to the above-mentioned monomers, styrene / butadiene-based monomers include nitrile group-containing monomers such as (meth) acrylonitrile and (meth) as other monomers in order to further improve performance such as binding properties. ) A carboxyl group-containing monomer such as acrylic acid, itanconic acid, and maleic acid may be used as the copolymerization monomer.
The structural unit derived from the other monomer in the copolymer can be, for example, in the range of 0 to 30% by mass, and can be, for example, in the range of 0 to 20% by mass.

本発明の二次電池電極合剤層用組成物は、上記の活物質、水及びバインダーを必須の構成成分とするものであり、公知の手段を用いて各成分を混合することにより得られる。各成分の混合方法は特段制限されるものではなく、公知の方法を採用することができるが、活物質、導電助剤及びバインダーであるカルボキシル基含有重合体粒子等の粉末成分をドライブレンドした後、水等の分散媒と混合し、分散混練する方法が好ましい。電極合剤層用組成物をスラリー状態で得る場合、分散不良や凝集のないスラリーに仕上げることが好ましい。混合手段としては、プラネタリーミキサー、薄膜旋回式ミキサー及び自公転式ミキサー等の公知のミキサーを使用することができるが、短時間で良好な分散状態が得られる点で薄膜旋回式ミキサーを使用して行うことが好ましい。また、薄膜旋回式ミキサーを用いる場合は、予めディスパー等の攪拌機で予備分散を行うことが好ましい。また、上記スラリーの粘度は、60rpmにおけるB型粘度として、例えば、500〜100,000mPa・sの範囲とすることができ、また例えば、1,000〜50,000mPa・sの範囲とすることができる。 The composition for a secondary battery electrode mixture layer of the present invention contains the above-mentioned active material, water and a binder as essential constituents, and can be obtained by mixing the respective components using known means. The mixing method of each component is not particularly limited, and a known method can be adopted, but after dry blending the powder components such as the active material, the conductive additive, and the carboxyl group-containing polymer particles which are binders. , A method of mixing with a dispersion medium such as water and dispersing and kneading is preferable. When the composition for the electrode mixture layer is obtained in a slurry state, it is preferable to finish the composition in a slurry without poor dispersion or aggregation. As the mixing means, a known mixer such as a planetary mixer, a thin film swirl mixer, or a self-revolving mixer can be used, but a thin film swirl mixer is used because a good dispersion state can be obtained in a short time. It is preferable to do this. When using a thin film swirl mixer, it is preferable to pre-disperse in advance with a stirrer such as a disper. The viscosity of the slurry can be, for example, in the range of 500 to 100,000 mPa · s, or in the range of 1,000 to 50,000 mPa · s, for example, as the B-type viscosity at 60 rpm. it can.

一方、電極合剤層用組成物を湿粉状態で得る場合、ヘンシェルミキサー、ブレンダ―、プラネタリーミキサー及び2軸混練機等を用いて、濃度ムラのない均一な状態まで混練することが好ましい。 On the other hand, when the composition for the electrode mixture layer is obtained in a wet powder state, it is preferable to knead the composition to a uniform state without uneven concentration by using a Henschel mixer, a blender, a planetary mixer, a twin-screw kneader or the like.

<二次電池用電極>
本発明の二次電池用電極は、銅又はアルミニウム等の集電体表面に上記電極合剤層用組成物から形成される合剤層を備えてなるものである。合剤層は、集電体の表面に本発明の電極合剤層用組成物を塗工した後、水等の媒体を乾燥除去することにより形成される。合剤層組成物を塗工する方法は特に限定されず、ドクターブレード法、ディップ法、ロールコート法、コンマコート法、カーテンコート法、グラビアコート法及びエクストルージョン法などの公知の方法を採用することができる。また、上記乾燥は、温風吹付け、減圧、(遠)赤外線、マイクロ波照射等の公知の方法により行うことができる。
通常、乾燥後に得られた合剤層には、金型プレス及びロールプレス等による圧縮処理が施される。圧縮することにより活物質及びバインダーを密着させ、合剤層の強度及び集電体への密着性を向上させることができる。圧縮により合剤層の厚みを、例えば、圧縮前の30〜80%程度に調整することができ、圧縮後の合剤層の厚みは4〜200μm程度が一般的である。
<Electrodes for secondary batteries>
The electrode for a secondary battery of the present invention is provided with a mixture layer formed from the above-mentioned electrode mixture layer composition on the surface of a current collector such as copper or aluminum. The mixture layer is formed by applying the composition for an electrode mixture layer of the present invention to the surface of a current collector and then drying and removing a medium such as water. The method for applying the mixture layer composition is not particularly limited, and known methods such as a doctor blade method, a dip method, a roll coating method, a comma coating method, a curtain coating method, a gravure coating method and an extrusion method are adopted. be able to. Further, the drying can be performed by a known method such as blowing warm air, reducing the pressure, (far) infrared rays, and irradiating microwaves.
Usually, the mixture layer obtained after drying is subjected to a compression treatment by a mold press, a roll press or the like. By compressing, the active material and the binder can be brought into close contact with each other, and the strength of the mixture layer and the adhesion to the current collector can be improved. The thickness of the mixture layer can be adjusted to, for example, about 30 to 80% before compression by compression, and the thickness of the mixture layer after compression is generally about 4 to 200 μm.

本発明の二次電池用電極にセパレータ及び電解液を備えることにより、二次電池を作製することができる。電解液は液状であってもよく、ゲル状であってもよい。
セパレータは電池の正極及び負極間に配され、両極の接触による短絡の防止や電解液を保持してイオン導電性を確保する役割を担う。セパレータにはフィルム状の絶縁性微多孔膜であって、良好なイオン透過性及び機械的強度を有するものが好ましい。具体的な素材としては、ポリエチレン及びポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリテトラフルオロエチレン等を使用することができる。
A secondary battery can be manufactured by providing the electrode for the secondary battery of the present invention with a separator and an electrolytic solution. The electrolytic solution may be in the form of a liquid or a gel.
The separator is arranged between the positive electrode and the negative electrode of the battery, and plays a role of preventing a short circuit due to contact between the two electrodes and holding an electrolytic solution to ensure ionic conductivity. The separator is preferably a film-like insulating microporous membrane having good ion permeability and mechanical strength. As a specific material, polyolefins such as polyethylene and polypropylene, polytetrafluoroethylene and the like can be used.

電解液は、活物質の種類に応じて一般的に使用される公知のものを用いることができる。リチウムイオン二次電池では、具体的な溶媒として、プロピレンカーボネート及びエチレンカーボネート等の高誘電率で電解質の溶解能力の高い環状カーボネート、並びに、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート及びジエチルカーボネート等の粘性の低い鎖状カーボネート等が挙げられ、これらを単独で又は混合溶媒として使用することができる。電解液は、これらの溶媒にLiPF、LiSbF、LiBF、LiClO、LiAlO等のリチウム塩を溶解して使用される。ニッケル水素二次電池では、電解液として水酸化カリウム水溶液を使用することができる。二次電池は、セパレータで仕切られた正極板及び負極板を渦巻き状又は積層構造にしてケース等に収納することにより得られる。As the electrolytic solution, a known one that is generally used depending on the type of active material can be used. In the lithium ion secondary battery, specific solvents include cyclic carbonates having a high dielectric constant and high solubility of electrolytes such as propylene carbonate and ethylene carbonate, and low-viscosity chains such as ethylmethyl carbonate, dimethyl carbonate and diethyl carbonate. Examples thereof include form carbonates, which can be used alone or as a mixed solvent. The electrolytic solution is used by dissolving lithium salts such as LiPF 6 , LiSbF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , and LiAlO 4 in these solvents. In the nickel-metal hydride secondary battery, an aqueous potassium hydroxide solution can be used as the electrolytic solution. The secondary battery is obtained by forming a positive electrode plate and a negative electrode plate partitioned by a separator into a spiral or laminated structure and storing them in a case or the like.

以上説明したように、本明細書に開示される二次電池電極用バインダーは、合剤層において電極材料との優れた結着性と集電体との優れた接着性とを示すこのため、上記バインダーを使用して得られた電極を備えた二次電池は、良好な一体性を確保でき、充放電を繰り返しても良好な耐久性(サイクル特性)を示すと予想され、車載用二次電池等に好適である。 As described above, the binder for the secondary battery electrode disclosed in the present specification exhibits excellent adhesion to the electrode material and excellent adhesion to the current collector in the mixture layer. A secondary battery equipped with an electrode obtained by using the above binder is expected to ensure good integrity and exhibit good durability (cycle characteristics) even after repeated charging and discharging, and is expected to exhibit good durability (cycle characteristics) for automobiles. Suitable for batteries and the like.

以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。尚、本発明は、これらの実施例により限定されるものではない。尚、以下において「部」及び「%」は、特に断らない限り質量部及び質量%を意味する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described based on Examples. The present invention is not limited to these examples. In the following, "parts" and "%" mean parts by mass and% by mass unless otherwise specified.

≪本重合体塩の製造≫
(製造例1:カルボキシル基含有重合体塩R−1の製造)
重合には、攪拌翼、温度計、還流冷却器及び窒素導入管を備えた反応器を用いた。
反応器内にアセトニトリル567部、イオン交換水2.20部、アクリル酸(以下、「AA」という)99.8部、アクリロニトリル(以下、「AN」という)0.2部、トリメチロールプロパンジアリルエーテル(ダイソー社製、商品名「ネオアリルT−20」)0.90部及び上記AAに対して1.0モル%に相当するトリエチルアミンを仕込んだ。反応器内を十分に窒素置換した後、加温して内温を55℃まで昇温した。内温が55℃で安定したことを確認した後、重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)(和光純薬工業社製、商品名「V−65」)0.040部を添加したところ、反応液に白濁が認められたため、この点を重合開始点とした。単量体濃度は15.0%と算出された。外温(水バス温度)を調整して内温を55℃に維持しながら重合反応を継続し、重合開始点から6時間経過した時点で内温を65℃まで昇温した。内温を65℃で維持し、重合開始点から12時間経過した時点で反応液の冷却を開始し、内温が25℃まで低下した後、水酸化リチウム・一水和物(以下、「LiOH・HO」という)の粉末52.4部を添加した。添加後室温下12時間撹拌を継続して、カルボキシル基含有重合体塩R−1(Li塩、中和度90モル%)の粒子が媒体に分散したスラリー状の重合反応液を得た。
≪Manufacturing of this polymer salt≫
(Production Example 1: Production of Carboxylic Acid Group-Containing Polymer Salt R-1)
A reactor equipped with a stirring blade, a thermometer, a reflux condenser and a nitrogen introduction tube was used for the polymerization.
In the reactor, 567 parts of acetonitrile, 2.20 parts of ion-exchanged water, 99.8 parts of acrylic acid (hereinafter referred to as "AA"), 0.2 part of acrylonitrile (hereinafter referred to as "AN"), trimethylolpropane diallyl ether. (Manufactured by Daiso Co., Ltd., trade name "Neoallyl T-20") 0.90 parts and 1.0 mol% of triethylamine with respect to the above AA were charged. After sufficiently replacing the inside of the reactor with nitrogen, the inside temperature was raised to 55 ° C. by heating. After confirming that the internal temperature was stable at 55 ° C., 2,2'-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., trade name "V-65") 0 as a polymerization initiator. When .040 parts were added, white turbidity was observed in the reaction solution, and this point was set as the polymerization initiation point. The monomer concentration was calculated to be 15.0%. The polymerization reaction was continued while maintaining the internal temperature at 55 ° C. by adjusting the external temperature (water bath temperature), and the internal temperature was raised to 65 ° C. when 6 hours had passed from the polymerization initiation point. The internal temperature was maintained at 65 ° C., cooling of the reaction solution was started 12 hours after the polymerization initiation point, and after the internal temperature dropped to 25 ° C., lithium hydroxide monohydrate (hereinafter, “LiOH”). - 52.4 parts powder of H 2 O "hereinafter) was added. After the addition, stirring was continued at room temperature for 12 hours to obtain a slurry-like polymerization reaction solution in which particles of the carboxyl group-containing polymer salt R-1 (Li salt, neutralization degree 90 mol%) were dispersed in a medium.

得られた重合反応液を遠心分離して重合体粒子を沈降させた後、上澄みを除去した。その後、重合反応液と同重量のアセトニトリルに沈降物を再分散させた後、遠心分離により重合体粒子を沈降させて上澄みを除去する洗浄操作を2回繰り返した。沈降物を回収し、減圧条件下、80℃で3時間乾燥処理を行い、揮発分を除去することにより、カルボキシル基含有重合体塩R−1の粉末を得た。カルボキシル基含有重合体塩R−1は吸湿性を有するため、水蒸気バリア性を有する容器に密封保管した。なお、カルボキシル基含有重合体塩R−1の粉末をIR測定し、カルボン酸のC=O基由来のピークとカルボン酸LiのC=O由来のピークの強度比より中和度を求めたところ、仕込みからの計算値に等しく90モル%であった。 The obtained polymerization reaction solution was centrifuged to settle the polymer particles, and then the supernatant was removed. Then, after redispersing the precipitate in acetonitrile having the same weight as the polymerization reaction solution, the washing operation of precipitating the polymer particles by centrifugation to remove the supernatant was repeated twice. The precipitate was recovered and dried under reduced pressure at 80 ° C. for 3 hours to remove volatile components to obtain a powder of the carboxyl group-containing polymer salt R-1. Since the carboxyl group-containing polymer salt R-1 has hygroscopicity, it was stored in a container having a water vapor barrier property. The powder of the carboxyl group-containing polymer salt R-1 was measured by IR, and the degree of neutralization was determined from the intensity ratio of the peak derived from the C = O group of the carboxylic acid and the peak derived from the C = O of the carboxylic acid Li. , 90 mol% equal to the calculated value from the preparation.

(製造例2〜16:カルボキシル基含有重合体塩R−2〜R−16の製造)
単量体、架橋性単量体、重合溶媒、重合開始剤及び中和剤(工程中和)の仕込み量を表1及び表2に記載の通りとした以外は製造例1と同様の操作を行い、カルボキシル基含有重合体塩R−2〜R−16を含む重合反応液を得た。
次いで、各重合反応液について製造例1と同様の操作を行い、粉末状のカルボキシル基含有重合体塩R−2〜R−16を得た。各カルボキシル基含有重合体塩は、水蒸気バリア性を有する容器に密封保管した。
尚、製造例10では、LiOH・HOの粉末の代わりにNaOHを用いることにより、カルボキシル基含有重合体Na塩(中和度90モル%)を得た。
(Production Examples 2 to 16: Production of Carboxylic Group-Containing Polymer Salts R-2 to R-16)
The same operation as in Production Example 1 was performed except that the amounts of the monomer, the crosslinkable monomer, the polymerization solvent, the polymerization initiator and the neutralizing agent (process neutralization) were as shown in Tables 1 and 2. This was carried out to obtain a polymerization reaction solution containing the carboxyl group-containing polymer salts R-2 to R-16.
Next, the same operations as in Production Example 1 were carried out for each polymerization reaction solution to obtain powdery carboxyl group-containing polymer salts R-2 to R-16. Each carboxyl group-containing polymer salt was sealed and stored in a container having a water vapor barrier property.
In the Production Example 10, by using NaOH instead of powder LiOH · H 2 O, to give a carboxyl group-containing polymer Na salt (degree of neutralization 90 mol%).

Figure 2019202985
Figure 2019202985

Figure 2019202985
Figure 2019202985

表1及び表2において用いた化合物の詳細を以下に示す。
AA:アクリル酸
AN:アクリロニトリル
MAN:メタクリロニトリル
ACNE:アクリル酸シアノエチル
DMAA:ジメチルアクリルアミド
T−20:トリメチロールプロパンジアリルエーテル(ダイソー社製、商品名「ネオアリルT−20」)
P−30:ペンタエリスリトールトリアリルエーテル(ダイソー社製、商品名「ネオアリルP−30」)
AcN:アセトニトリル
MEK:メチルエチルケトン
V−65:2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)(和光純薬工業社製)
Details of the compounds used in Tables 1 and 2 are shown below.
AA: Acrylic acid AN: Acrylonitrile MAN: Methacrylonitrile ACNE: Cyanoethyl acrylate DMAA: Dimethylacrylamide T-20: Trimethylolpropane diallyl ether (manufactured by Daiso, trade name "Neoallyl T-20")
P-30: Pentaerythritol triallyl ether (manufactured by Daiso, trade name "Neoallyl P-30")
AcN: Acetonitrile MEK: Methyl ethyl ketone V-65: 2,2'-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)

(電極の評価)
活物質として、負極用活物質である黒鉛、又はケイ素粒子及び黒鉛を用い、カルボキシル基含有重合体塩をバインダーとして用いた合剤層用組成物について、その安定性及び形成された合剤層/集電体間の剥離強度(すなわちバインダーの結着性)を測定した。黒鉛としては天然黒鉛(日本黒鉛社製、商品名「CGB−10」)、ケイ素粒子としては(Sigma−Aldrich、Siナノパウダー、粒子径<100nm)を使用した。
(Evaluation of electrodes)
As the active material, graphite, which is an active material for negative electrodes, or silicon particles and graphite are used, and a composition for a mixture layer using a carboxyl group-containing polymer salt as a binder is stable and formed. The peeling strength between the current collectors (that is, the binding property of the binder) was measured. Natural graphite (manufactured by Nippon Graphite Co., Ltd., trade name "CGB-10") was used as the graphite, and (Sigma-Aldrich, Si nanopowder, particle size <100 nm) was used as the silicon particles.

実施例1
天然黒鉛100部に粉末状のカルボキシル基含有重合体Li塩R−1を3.2部秤量し、予めよく混合した後、イオン交換水160部を加えてディスパーで予備分散を行った後、薄膜旋回式ミキサー(プライミクス社製、FM−56−30)を用いて周速度20m/秒の条件で本分散を15秒間行うことにより、スラリー状の負極合剤層用組成物を得た。スラリー濃度(固形分)は、39.2%と算出された。
Example 1
3.2 parts of powdered carboxyl group-containing polymer Li salt R-1 is weighed in 100 parts of natural graphite, mixed well in advance, 160 parts of ion-exchanged water is added, predispersed with a disperser, and then a thin film is formed. This dispersion was carried out for 15 seconds under the condition of a peripheral speed of 20 m / sec using a swirling mixer (FM-56-30 manufactured by Primix Corporation) to obtain a slurry-like composition for a negative electrode mixture layer. The slurry concentration (solid content) was calculated to be 39.2%.

<電極スラリーの粘度安定性>
上記で得られた負極合剤層用組成物(スラリー)の作製直後、及び25℃で4週間静置した後の粘度を測定した。スラリーの粘度は、アントンパール社製レオメーター(Physica MCR301)を用いて粘度を測定した(プレート:CP25−5、 せん断速度:60s−1)。また、室温静置4週間後の電池電極用組成物については、スパチュラにて泡が入らない程度の速さで、スラリー粘度が目視により一定になるまで十分に撹拌してから測定した。以下の式より粘度変化率を算出するとともに、以下の基準に従って粘度安定性を判定した。結果を表3に示す。

粘度変化率(%)=(4週間静置後のスラリー粘度)/(作製直後のスラリー粘度)×100
(判定基準)
A:粘度変化率110%未満
B:粘度変化率110%以上、130%未満
C:粘度変化率130%以上
<Viscosity stability of electrode slurry>
The viscosity of the composition (slurry) for the negative electrode mixture layer obtained above was measured immediately after preparation and after standing at 25 ° C. for 4 weeks. The viscosity of the slurry was measured using a rheometer (Physica MCR301) manufactured by Anton Pearl Co., Ltd. (plate: CP25-5, shear rate: 60s -1 ). The composition for the battery electrode after 4 weeks of standing at room temperature was measured with a spatula at a speed such that bubbles did not enter, after sufficiently stirring until the slurry viscosity was visually constant. The viscosity change rate was calculated from the following formula, and the viscosity stability was determined according to the following criteria. The results are shown in Table 3.

Viscosity change rate (%) = (slurry viscosity after standing for 4 weeks) / (slurry viscosity immediately after production) x 100
(Criteria)
A: Viscosity change rate less than 110% B: Viscosity change rate 110% or more, less than 130% C: Viscosity change rate 130% or more

<90°剥離強度(結着性)>
可変式アプリケーターを用いて、厚さ20μmの銅箔(日本製箔社製)上に上記合剤層用組成物を塗布し、通風乾燥機内で100℃×15分間の乾燥を行うことにより合剤層を形成した。その後、合剤層の厚みが50±5μm、充填密度が1.70±0.20g/cmになるよう圧延し、負極電極を作製した。
<90 ° peel strength (bonding property)>
Using a variable applicator, apply the composition for the mixture layer on a copper foil (manufactured by Nippon Foil Co., Ltd.) with a thickness of 20 μm, and dry it in a ventilation dryer for 100 ° C for 15 minutes to mix the mixture. A layer was formed. Then, the mixture layer was rolled so that the thickness was 50 ± 5 μm and the packing density was 1.70 ± 0.20 g / cm 3 , and a negative electrode was prepared.

上記で得られた負極電極を25mm幅の短冊状に裁断した後、水平面に固定された両面テープに上記試料の合剤層面を貼付け、剥離試験用試料を作成した。試験用試料を60℃、1晩減圧条件下で乾燥させた後、引張速度50mm/分における90°剥離(測定温度23℃)を行い、合剤層と銅箔間の剥離強度を測定した。剥離強度は15.2N/mと高く、良好であった。 The negative electrode obtained above was cut into strips having a width of 25 mm, and then the mixture layer surface of the sample was attached to a double-sided tape fixed on a horizontal surface to prepare a sample for a peeling test. After the test sample was dried under reduced pressure at 60 ° C. overnight, 90 ° peeling (measurement temperature 23 ° C.) was performed at a tensile speed of 50 mm / min, and the peeling strength between the mixture layer and the copper foil was measured. The peel strength was as high as 15.2 N / m, which was good.

実施例2〜15、及び比較例1〜4
活物質及びバインダーとして使用するカルボキシル基含有重合体塩を表3及び表4の通り用いた以外は実施例1と同様の操作を行うことにより合剤層組成物を調製した。なお、実施例5,6及び比較例2では、天然黒鉛及びケイ素粒子を、遊星ボールミル(FRITSCH社製、P−5)を用いて400rpmで1時間撹拌し、得られた混合物に粉末状のカルボキシル基含有重合体Li塩R−4又はR−14を3.2部秤量し、予めよく混合した後、実施例1と同様の操作を行うことにより合剤層組成物を調製した。各合剤層組成物について粘度安定性及び90°剥離強度を評価した。結果を表3及び表4に示す。
Examples 2 to 15 and Comparative Examples 1 to 4
A mixture layer composition was prepared by carrying out the same operation as in Example 1 except that the carboxyl group-containing polymer salt used as the active material and the binder was used as shown in Tables 3 and 4. In Examples 5 and 6 and Comparative Example 2, natural graphite and silicon particles were stirred at 400 rpm for 1 hour using a planetary ball mill (manufactured by FRITSCH, P-5), and a powdery carboxyl was added to the obtained mixture. 3.2 parts of the group-containing polymer Li salt R-4 or R-14 was weighed, mixed well in advance, and then the same operation as in Example 1 was carried out to prepare a mixture layer composition. Viscosity stability and 90 ° peel strength were evaluated for each mixture layer composition. The results are shown in Tables 3 and 4.

Figure 2019202985
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各実施例は、本発明に属する二次電池電極用バインダーを含む電極合剤層組成物及びこれを用いて電極を作製したものである。各合剤層組成物(スラリー)の粘度安定性は良好であり、得られた電極の合剤層と集電体との剥離強度はいずれも高い値が得られており、優れた結着性を示すものであった。
シアノ基含有エチレン性不飽和単量体の使用量に着目すると、共重合量が増加するにつれて高い剥離強度を示す結果が得られた(実施例1〜4、7)。
In each example, an electrode mixture layer composition containing a binder for a secondary battery electrode belonging to the present invention and an electrode prepared using the same. The viscosity stability of each mixture layer composition (slurry) is good, and the peel strength between the mixture layer of the obtained electrode and the current collector is high, and the binding property is excellent. Was shown.
Focusing on the amount of the cyano group-containing ethylenically unsaturated monomer used, the results showed higher peel strength as the amount of copolymerization increased (Examples 1 to 4 and 7).

一方、シアノ基含有エチレン性不飽和単量体を使用していない重合体塩による比較例1及び2、並びに、エチレン性不飽和カルボン酸単量体に由来する構造単位が少ない重合体塩による比較例4の剥離強度は、実施例に比較すると低い値が示された。また、比較例3は、シアノ基含有エチレン性不飽和単量体の使用量が本発明で規定する範囲を超えた重合体塩を用いたものであるが、スラリー粘度の安定性が大きく低下する結果が得られた。 On the other hand, Comparative Examples 1 and 2 using polymer salts that do not use cyano group-containing ethylenically unsaturated monomers, and comparisons using polymer salts derived from ethylenically unsaturated carboxylic acid monomers and having few structural units. The peel strength of Example 4 was lower than that of Examples. Further, Comparative Example 3 uses a polymer salt in which the amount of the cyano group-containing ethylenically unsaturated monomer used exceeds the range specified in the present invention, but the stability of the slurry viscosity is greatly reduced. Results were obtained.

本発明の二次電池電極用バインダーは、合剤層において優れた結着性を示すこのため、上記バインダーを使用して得られた電極を備えた二次電池は、良好な耐久性(サイクル特性)を示すと予想され、車載用二次電池への適用が期待される。また、シリコンを含む活物質の使用にも有用であり、電池の高容量化への寄与が期待される。
本発明の二次電池電極用バインダーは、特に非水電解質二次電池電極に好適に用いることができ、中でも、エネルギー密度が高い非水電解質リチウムイオン二次電池に有用である。
The binder for a secondary battery electrode of the present invention exhibits excellent binding properties in the mixture layer. Therefore, a secondary battery provided with an electrode obtained by using the above binder has good durability (cycle characteristics). ), And is expected to be applied to in-vehicle secondary batteries. It is also useful for the use of active materials containing silicon, and is expected to contribute to increasing the capacity of batteries.
The binder for a secondary battery electrode of the present invention can be particularly preferably used for a non-aqueous electrolyte secondary battery electrode, and is particularly useful for a non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery having a high energy density.

Claims (7)

カルボキシル基含有重合体又はその塩を含有する二次電池電極用バインダーであって、
前記カルボキシル基含有重合体は、その全構造単位に対し、エチレン性不飽和カルボン酸単量体に由来する構造単位を50質量%以上99.9質量%以下、及びニトリル基含有エチレン性不飽和単量体に由来する構造単位を0.1質量%以上4.9質量%以下含む、二次電池電極用バインダー。
A binder for a secondary battery electrode containing a carboxyl group-containing polymer or a salt thereof.
The carboxyl group-containing polymer contains 50% by mass or more and 99.9% by mass or less of structural units derived from an ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer with respect to all the structural units, and a nitrile group-containing ethylenically unsaturated monomer. A binder for a secondary battery electrode containing 0.1% by mass or more and 4.9% by mass or less of a structural unit derived from a polymer.
前記カルボキシル基含有重合体は、中和度が70モル%以上である請求項1に記載の二次電池電極用バインダー。 The binder for a secondary battery electrode according to claim 1, wherein the carboxyl group-containing polymer has a neutralization degree of 70 mol% or more. 前記カルボキシル基含有重合体は、架橋構造を有する架橋重合体である請求項1又は2に記載の二次電池電極用バインダー。 The binder for a secondary battery electrode according to claim 1 or 2, wherein the carboxyl group-containing polymer is a crosslinked polymer having a crosslinked structure. 二次電池電極用バインダーに用いられるカルボキシル基含有重合体又はその塩の製造方法であって、
エチレン性不飽和カルボン酸単量体を50質量%以上99.9質量%以下、及びニトリル基含有エチレン性不飽和単量体を0.1質量%以上4.9質量%以下含む単量体成分を沈殿重合法により重合する重合工程を備える、方法。
A method for producing a carboxyl group-containing polymer or a salt thereof used in a binder for a secondary battery electrode.
Monomer component containing 50% by mass or more and 99.9% by mass or less of an ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer and 0.1% by mass or more and 4.9% by mass or less of an ethylenically unsaturated monomer containing a nitrile group. A method comprising a polymerization step of polymerizing by a precipitation polymerization method.
請求項1〜3のいずれか1項に記載のバインダー、活物質及び水を含む二次電池電極合剤層用組成物。 A composition for a secondary battery electrode mixture layer containing the binder, active material, and water according to any one of claims 1 to 3. 負極活物質として炭素系材料またはケイ素系材料を含む請求項5に記載の二次電池電極合剤層用組成物。 The composition for a secondary battery electrode mixture layer according to claim 5, which comprises a carbon-based material or a silicon-based material as the negative electrode active material. 集電体表面に、請求項5又は6に記載の二次電池電極合剤層用組成物から形成される合剤層を備えた二次電池電極。 A secondary battery electrode comprising a mixture layer formed from the composition for the secondary battery electrode mixture layer according to claim 5 or 6 on the surface of a current collector.
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