非水系二次电池用粘结剂组合物、非水系二次电池功能层用浆料组合物、非水系二次电池用功能层以及非水系二次电池的制作方法

文档序号:18745331发布日期:2019-09-21 02:16阅读:233来源:国知局

本发明涉及非水系二次电池用粘结剂组合物、非水系二次电池功能层用浆料组合物、非水系二次电池用功能层以及非水系二次电池。



背景技术:

锂离子二次电池等非水系二次电池(以下有时仅简写为“二次电池”。)具有小型、轻质、且能量密度高、进而能够反复充放电的特点,因此被用于广泛的用途。而且,非水系二次电池一般具有电极(正极和负极)、以及隔离正极与负极而防止正极与负极间短路的间隔件等电池构件。

在此,作为二次电池的电池构件,使用具有如下功能层的构件,该功能层包含粘结材料、进而任意地包含为了使电池构件发挥期望的功能而配合的粒子(以下称为“功能性粒子”。)。

具体地,作为二次电池的间隔件,使用在间隔件基材上具有包含粘结材料的粘接层和/或包含粘结材料和作为功能性粒子的非导电性粒子的多孔膜层的间隔件。此外,作为二次电池的电极,使用在集流体上具有包含粘结材料和作为功能性粒子的电极活性物质粒子的电极复合材料层的电极、或使用在集流体上具有电极复合材料层的电极基材上进一步具有上述的粘接层和/或多孔膜层的电极。

而且,为了实现二次电池性能的进一步提高,一直以来尝试着对包含粘结材料的粘结剂组合物进行改进。例如,专利文献1中提出了一种技术,通过使用规定的粘结剂组合物,从而使电极复合材料层与集流体的粘接性提高。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2016-009544号公报。



技术实现要素:

发明要解决的问题

但是,在上述现有技术中,难以充分保证电极复合材料层的粘接性,并且,不能够使二次电池发挥优异的倍率特性。因此,在上述现有技术中,在赋予电极复合材料层等功能层优异的粘接性并且使二次电池的倍率特性提高的方面上,还有改善的余地。

因此,本发明的目的在于提供一种粘结性优异并且能够形成能使非水系二次电池的倍率特性提高的功能层的非水系二次电池用粘结剂组合物。

此外,本发明的目的在于提供一种具有优异的粘接性且能够形成能使非水系二次电池的倍率特性提高的功能层的非水系二次电池功能层用浆料组合物。

而且,本发明的目的还在于提供一种具有优异的粘接性且能使非水系二次电池的倍率特性提高的非水系二次电池用功能层。

进而,本发明的目的还在于提供一种倍率特性优异的非水系二次电池。

用于解决问题的方案

本发明人为了解决上述问题而进行了深入研究,然后本发明人发现,以规定的量比包含粘结材料及三聚氰胺化合物的粘结剂组合物的粘结性优异,如果使用该粘结剂组合物形成功能层,则能够提高得到的功能层的粘接性,并且能够使具有功能层的二次电池发挥优异的倍率特性,以至完成了本发明。

即,本发明以有利地解决上述问题为目的,本发明的非水系二次电池用粘结剂组合物的特征在于,包含粘结材料及三聚氰胺化合物,上述三聚氰胺化合物的含量相对于100质量份的上述粘结材料为0.5质量份以上且85质量份以下。像这样包含粘结材料及相对于该粘结材料为规定量的三聚氰胺化合物的粘结剂组合物的粘结性优异,因此,如果使用该粘结剂组合物,则能够得到粘接性优异的功能层。而且,如果使用具有该功能层的电池构件,则能够使二次电池发挥优异的倍率特性。

在此,在本发明的非水系二次电池用粘结剂组合物中,优选上述粘结材料为具有选自羧酸基、羟基、氨基、环氧基、唑啉基、磺酸基、腈基及酰胺基中的至少一种官能团的聚合物。如果使用具有上述的任一官能团的聚合物作为粘结材料,则能够进一步提高粘结剂组合物的粘结性,并且能够使功能层的粘接性及二次电池的倍率特性进一步提高。

此外,本发明以有利地解决上述问题为目的,本发明的非水系二次电池功能层用浆料组合物的特征在于,包含上述的任一非水系二次电池用粘结剂组合物。如果由上述的任一浆料组合物形成功能层,则能够提高功能层的粘接性。而且,如果使用具有该功能层的电池构件,则能够使二次电池发挥优异的倍率特性。

在此,本发明的非水系二次电池功能层用浆料组合物能够进一步包含电极活性物质粒子。在上述的浆料组合物包含电极活性物质粒子的情况下,如果使用该浆料组合物,则能够形成粘接性优异、能够使二次电池发挥优异的倍率特性的电极复合材料层。

此外,本发明以有利地解决上述问题为目的,本发明的非水系二次电池用功能层的特征在于,是使用上述的任一非水系二次电池功能层用浆料组合物而形成的。由上述的任一浆料组合物形成的功能层的粘接性优异。而且,如果使用具有该功能层的电池构件,则能够使二次电池发挥优异的倍率特性。

此外,本发明以有利地解决上述问题为目的,本发明的非水系二次电池的特征在于,具有上述的非水系二次电池用功能层。包含具有上述的功能层的电池构件的二次电池的倍率特性等电池特性优异。

需要说明的是,在本说明书中,将包含粘结材料及电极活性物质粒子的功能层称作“电极复合材料层”,将包含粘结材料及非导电性粒子的功能层称作“多孔膜层”,将包含粘结材料但不包含电极活性物质粒子和非导电性粒子中的任一个的功能层称作“粘接层”。

发明效果

根据本发明,能够提供粘结性优异、并且能够形成能使非水系二次电池的倍率特性提高的功能层的非水系二次电池用粘结剂组合物。

此外,根据本发明,能够提供具有优异的粘接性且能够形成能使非水系二次电池的倍率特性提高的功能层的非水系二次电池功能层用浆料组合物。

而且,根据本发明,能够提供具有优异的粘接性且能使非水系二次电池的倍率特性提高的非水系二次电池用功能层。

进而,根据本发明,能够提供倍率特性优异的非水系二次电池。

具体实施方式

以下,对本发明的实施方式进行详细说明。

在此,本发明的非水系二次电池用粘结剂组合物用于非水系二次电池的制造用途,例如,能够用于本发明的非水系二次电池功能层用浆料组合物的制备。而且,本发明的非水系二次电池功能层用浆料组合物能够用于形成在非水系二次电池内承担着电子的传递、或增强、抑或是粘接等功能的任意的功能层(例如电极复合材料层、多孔膜层、粘接层)。进而,本发明的非水系二次电池用功能层是由本发明的非水系二次电池功能层用浆料组合物而形成的。而且,本发明的非水系二次电池具备具有本发明的非水系二次电池用功能层的电池构件。

(非水系二次电池用粘结剂组合物)

本发明的粘结剂组合物是粘结材料及三聚氰胺化合物在溶剂中溶解及/或分散而成的组合物。另外,本发明的粘结剂组合物可以含有除粘结材料、三聚氰胺化合物及溶剂以外的其它成分。在此,本发明的粘结剂组合物的特征在于,相对于100质量份的粘结材料含有0.5质量份以上且85质量份以下的三聚氰胺化合物。

而且,本发明的粘结剂组合物推断是由于三聚氰胺化合物与粘结材料以氢键等相互作用,因此,通过相对于100质量份的粘结材料包含0.5质量份以上的三聚氰胺化合物,从而显示出优异的粘结性。而且,如果使用本发明的粘结剂组合物,则能够使得到的功能层发挥优异的粘接性而提高二次电池的电池特性。此外,本发明的粘结剂组合物由于三聚氰胺化合物的含量相对于100质量份的粘结材料为85质量份以下,因此保证了固体成分中粘结材料所占的比例,由此充分保持了功能层的粘接性,并且也不会由于三聚氰胺化合物量过多而导致功能层的导电性过度下降,不会使二次电池的倍率特性受损。此外,推测来自于三聚氰胺化合物的作为润滑剂的性质,如果使用本发明的粘结剂组合物而形成作为功能层的电极复合材料层,则能够通过加压处理而容易地使电极复合材料层高密度化(即电极复合材料层的压制性提高)。因此,如果使用本发明的粘结剂组合物,则能够赋予功能层优异的粘接性,并且能够制作倍率特性等电池特性优异的二次电池。

<粘结材料>

粘结材料是在粘结剂组合物中显现粘结性的成分,在使用包含粘结剂组合物的浆料组合物在基材上形成的功能层中,能够保持功能性粒子等组分不从功能层脱离,并且能够经由功能层而使电池构件彼此粘接。

[粘结材料的种类]

在此,作为粘结材料,只要是能够在二次电池内使用的粘结材料即可,没有特别限定。例如,作为粘结材料,能够使用将包含可显现粘结性的单体的单体组合物进行聚合而得到的聚合物(合成高分子,例如进行加成聚合而得到的加成聚合物)。作为这样的聚合物,可举出:脂肪族共轭二烯/芳香族乙烯基系共聚物(主要包含脂肪族共轭二烯单体单元和芳香族乙烯基单体单元的聚合物)、丙烯酸系聚合物(主要包含(甲基)丙烯酸酯单体单元的聚合物)、氟系聚合物(主要包含含氟单体单元的聚合物)、丙烯酸/丙烯酰胺系共聚物(主要包含(甲基)丙烯酸单元及(甲基)丙烯酰胺单元的聚合物)、丙烯腈系聚合物(主要包含(甲基)丙烯腈单元的聚合物)等。这些能够单独使用1种,也能够将2种以上以任意的比率组合使用。而且,在这些中,优选脂肪族共轭二烯/芳香族乙烯基系共聚物、丙烯酸/丙烯酰胺系共聚物、丙烯腈系聚合物。

其中,关于能够形成脂肪族共轭二烯/芳香族乙烯基系共聚物中的脂肪族共轭二烯单体单元的脂肪族共轭二烯单体、能够形成脂肪族共轭二烯/芳香族乙烯基系共聚物中的芳香族乙烯基单体单元的芳香族乙烯基单体、能够形成丙烯酸系聚合物中的(甲基)丙烯酸酯单体单元的(甲基)丙烯酸酯单体、能够形成氟系聚合物中的含氟单体单元的含氟单体,能够使用已知的它们。

另外,在本发明中,“包含单体单元”意为“使用该单体所得的聚合物中包含来自该单体的重复单元”。

此外,在本发明中,“主要包含”1种或多种单体单元意为“在将聚合物所含有的全部单体单元的量设为100质量%的情况下,该1种单体单元的含有比例或该多种单体单元的含有比例的合计超过50质量%”。

而且,在本发明中,(甲基)丙烯酸意为丙烯酸和/或甲基丙烯酸,(甲基)丙烯酰意为丙烯酰或甲基丙烯酰。

[粘结材料的官能团]

在此,作为粘结材料所使用的聚合物优选包含官能团。从使功能层的粘接性及二次电池的倍率特性进一步提高的观点出发,作为粘结材料所包含的官能团,优选羧酸基、羟基、氨基、环氧基、唑啉基、磺酸基、腈基和酰胺基(以下,有时将这些官能团统称为“特定官能团”。),更优选羧酸基、羟基、氨基、腈基、酰胺基。这些能够单独使用1种,也能够将2种以上以任意的比率组合使用。

另外,作为具有2种以上官能团的聚合物,没有特别限定,可举出例如:具有羧酸基及羟基的聚合物;具有羧酸基及酰胺基的聚合物;具有羧酸基、腈基及氨基的聚合物;具有羧酸基、环氧基、羟基及腈基的聚合物。

向聚合物导入特定官能团的方法,没有特别限定,可以使用含有上述的特定官能团的单体(含特定官能团单体)而制备聚合物,从而获得包含含特定官能团单体单元的聚合物,也可以通过将任意的聚合物进行末端改性,从而获得在末端具有上述的特定官能团的聚合物,但是优选前者。即,作为粘结材料所使用的聚合物,优选包含含羧酸基单体单元、含羟基单体单元、含氨基单体单元、含环氧基单体单元、含唑啉基单体单元、含磺酸基单体单元、含腈基单体单元及含酰胺基单体单元中的至少一个作为含特定官能团单体单元,更优选包含含羧酸基单体单元、含羟基单体单元、含氨基单体单元、含腈基单体单元及含酰胺基单体单元中的至少一个作为含特定官能团单体单元。

另外,作为包含两种以上的含特定官能团单体单元的聚合物,可举出例如:包含含羧酸基单体单元和含羟基单体单元的聚合物;包含含羧酸基单体单元和含酰胺基单体单元的聚合物;包含含羧酸基单体单元、含腈基单体单元及含氨基单体单元的聚合物;包含含羧酸基单体单元、含环氧基单体单元、含羟基单体单元及含腈基单体单元的聚合物。

其中,作为能够形成含羧酸基单体单元的含羧酸基单体,可举出单羧酸及其衍生物、二羧酸及其酸酐以及它们的衍生物等。

作为单羧酸,可举出丙烯酸、甲基丙烯酸、巴豆酸等。

作为单羧酸衍生物,可举出2-乙基丙烯酸、异巴豆酸、α-乙酰氧基丙烯酸、β-反式-芳氧基丙烯酸、α-氯-β-E-甲氧基丙烯酸等。

作为二羧酸,可举出马来酸,富马酸、衣康酸等。

作为二羧酸衍生物,可举出甲基马来酸、二甲基马来酸、苯基马来酸、氯马来酸、二氯马来酸、氟马来酸、马来酸壬酯、马来酸癸酯、马来酸十二烷基酯、马来酸十八烷基酯、马来酸氟烷基酯等马来酸单酯。

作为二羧酸的酸酐,可举出马来酸酐、丙烯酸酐、甲基马来酸酐、二甲基马来酸酐等。

此外,作为含羧酸基单体,也能够使用通过水解而生成羧基的酸酐。其中,作为含羧酸基单体,优选丙烯酸及甲基丙烯酸。另外,含羧酸基单体能够单独使用1种,也能够将2种以上以任意的比率组合使用。

作为能够形成含羟基单体单元的含羟基单体,可举出:(甲基)烯丙醇、3-丁烯-1-醇、5-己烯-1-醇等烯属不饱和醇;丙烯酸-2-羟基乙酯、丙烯酸-2-羟基丙酯、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯、甲基丙烯酸-2-羟基丙酯、马来酸二-2-羟基乙酯、马来酸二-4-羟基丁酯、衣康酸二-2-羟基丙酯等烯属不饱和羧酸的烷醇酯类;通式:CH2=CRa-COO-(CqH2qO)p-H(式中,p为2~9的整数,q为2~4的整数,Ra表示氢原子或甲基)所表示的聚亚烷基二醇与(甲基)丙烯酸的酯类;2-羟基乙基-2'-(甲基)丙烯酰氧基邻苯二甲酸酯、2-羟基乙基-2'-(甲基)丙烯酰氧基琥珀酸酯等二羧酸的二羟基酯的单(甲基)丙烯酸酯类;2-羟基乙基乙烯基醚、2-羟基丙基乙烯基醚等乙烯基醚类;(甲基)烯丙基-2-羟基乙基醚、(甲基)烯丙基-2-羟基丙基醚、(甲基)烯丙基-3-羟基丙基醚、(甲基)烯丙基-2-羟基丁基醚、(甲基)烯丙基-3-羟基丁基醚、(甲基)烯丙基-4-羟基丁基醚、(甲基)烯丙基-6-羟基己基醚等亚烷基二醇的单(甲基)烯丙基醚类;二乙二醇单(甲基)烯丙基醚、二丙二醇单(甲基)烯丙基醚等聚氧亚烷基二醇单(甲基)烯丙基醚类;甘油单(甲基)烯丙基醚、(甲基)烯丙基-2-氯-3-羟基丙基醚、(甲基)烯丙基-2-羟基-3-氯丙基醚等(聚)亚烷基二醇的卤素和羟基取代物的单(甲基)烯丙基醚;丁香酚、异丁香酚等多酚的单(甲基)烯丙基醚及其卤素取代物;(甲基)烯丙基-2-羟基乙基硫醚、(甲基)烯丙基-2-羟基丙基硫醚等亚烷基二醇的(甲基)烯丙基硫醚类;N-羟基甲基丙烯酰胺(N-羟甲基丙烯酰胺)、N-羟基甲基甲基丙烯酰胺、N-羟基乙基丙烯酰胺、N-羟基乙基甲基丙烯酰胺等具有羟基的酰胺类等。另外,含羟基单体能够单独使用1种,也能够将2种以上以任意的比率组合使用。

另外,在本发明中,“(甲基)烯丙基”意为烯丙基及/或甲基烯丙基,“(甲基)丙烯酰基”意为丙烯酰基及/或甲基丙烯酰基。

作为能够形成含氨基单体单元的含氨基单体,可举出二甲基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯、二乙基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯、氨基乙基乙烯基醚、二甲基氨基乙基乙烯基醚等。另外,含氨基单体能够单独使用1种,也能够将2种以上以任意的比率组合使用。

另外,在本发明中,“(甲基)丙烯酸酯”意为丙烯酸酯及/或甲基丙烯酸酯。

作为能够形成含环氧基单体单元的含环氧基单体,可举出含有碳-碳双键及环氧基的单体。

作为含有碳-碳双键及环氧基的单体,可举出例如:乙烯基缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚、丁烯基缩水甘油醚、邻烯丙基苯基缩水甘油醚等不饱和缩水甘油醚;丁二烯单环氧化物、氯丁二烯单环氧化物、4,5-环氧-2-戊烯、3,4-环氧-1-乙烯基环己烯、1,2-环氧-5,9-环十二碳二烯等二烯或多烯的单环氧化物;3,4-环氧-1-丁烯、1,2-环氧-5-己烯、1,2-环氧-9-癸烯等烯基环氧化物;丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、巴豆酸缩水甘油酯、缩水甘油基-4-庚烯酸酯、山梨酸缩水甘油酯、葡萄糖酸缩水甘油酯、缩水甘油基-4-甲基-3-戊烯酸酯、3-环己烯羧酸的缩水甘油酯、4-甲基-3-环己烯羧酸的缩水甘油酯等不饱和羧酸的缩水甘油酯类。另外,含环氧基单体能够单独使用1种,也能够将2种以上以任意的比率组合使用。

作为能够形成含唑啉基单体单元的含唑啉基单体,可举出2-乙烯基-2-唑啉、2-乙烯基-4-甲基-2-唑啉、2-乙烯基-5-甲基-2-唑啉、2-异丙烯基-2-唑啉、2-异丙烯基-4-甲基-2-唑啉、2-异丙烯基-5-甲基-2-唑啉、2-异丙烯基-5-乙基-2-唑啉等。另外,含唑啉基单体能够单独使用1种,也能够将2种以上以任意的比率组合使用。

作为能够形成含磺酸基单体单元的含磺酸基单体,可举出乙烯基磺酸、甲基乙烯基磺酸、(甲基)烯丙基磺酸、苯乙烯磺酸、(甲基)丙烯酸-2-磺酸乙酯、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、3-烯丙氧基-2-羟基丙磺酸等。另外,含磺酸基单体能够单独使用1种,也能够将2种以上以任意的比率组合使用。

作为能够形成含腈基单体单元的含腈基单体,可举出α,β-烯属不饱和腈单体。具体地,作为α,β-烯属不饱和腈单体,只要是具有腈基的α,β-烯属不饱和化合物即可,没有特别限制,可举出例如:丙烯腈;α-氯丙烯腈、α-溴丙烯腈等α-卤代丙烯腈;甲基丙烯腈、α-乙基丙烯腈等α-烷基丙烯腈等。另外,含腈基单体能够单独使用1种,也能够将2种以上以任意的比率组合使用。

作为能够形成含酰胺基单体单元的含酰胺基单体,可举出丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺等。另外,含酰胺基单体能够单独使用1种,也能够将2种以上以任意的比率组合使用。

而且,例如在聚合物是脂肪族共轭二烯/芳香族乙烯基系共聚物或丙烯酸系聚合物的情况下,将聚合物所含有的全部单体单元的量设为100质量%的情况下的聚合物中的含特定官能团单体单元的含有比例优选为0.3质量%以上,更优选为0.8质量%以上,优选为20质量%以下,更优选为10质量%以下。如果聚合物中的含特定官能团单体单元的含有比例为上述的范围内,则能够使功能层的粘接性及二次电池的倍率特性进一步提高。

[粘结材料的制备方法]

作为粘结材料的聚合物的制备方法,没有特别限定。作为粘结材料的聚合物例如可将包含上述的单体的单体组合物在水系介质中进行聚合从而进行制备。其中,单体组合物中的各单体的含有比例能够根据聚合物中的期望的单体单元(重复单元)的含有比例来确定。

另外,聚合方式没有特别限定,能够使用溶液聚合法、悬浮聚合法、本体聚合法、乳液聚合法等中的任一方法。此外,作为聚合反应,能够使用离子聚合、自由基聚合、活性自由基聚合、各种缩合聚合、加成聚合等中的任一反应。而且,聚合时,能够根据需要使用已知的乳化剂、聚合引发剂。

<三聚氰胺化合物>

三聚氰胺化合物是通过将其加入到包含粘结材料的粘结剂组合物中从而使粘结剂组合物的粘结性提高的成分。此外,如果使用包含三聚氰胺化合物的粘结剂组合物制备作为功能层的电极复合材料层,则所得的电极复合材料层的压制性也能得到提升。

在此,在本发明中,作为“三聚氰胺化合物”,可举出三聚氰胺及三聚氰胺衍生物、以及它们的盐。

而且,作为三聚氰胺及三聚氰胺衍生物,可举出例如以下的式(I)所表示的化合物。

[化学式1]

式(I)中,每个A各自独立地表示羟基或-NR1R2(R1及R2各自独立地表示氢原子、烃基、或含羟基烃基。此外,在式(I)中存在多个R1的情况下,多个存在的R1能够相同也能够不同,在存在多个R2的情况下,多个存在的R2能够相同也能够不同)。

在此,R1及R2的烃基及含羟基烃基能够在碳原子与碳原子之间插入1个或2个以上氧原子(-O-)(但在2个以上氧原子插入的情况下,它们彼此不邻接)。而且,R1及R2的烃基及含羟基烃基的碳原子数没有特别限定,优选为1以上且5以下。

此外,作为三聚氰胺及三聚氰胺衍生物的盐,没有特别限定,可举出硫酸盐、氰脲酸盐等。

三聚氰胺化合物能够单独使用1种,也能够将2种以上以任意的比率组合使用。而且,在这些中,从进一步提高功能层的粘接性及二次电池的倍率特性的观点出发,优选三聚氰胺、三聚氰酸二酰胺及三聚氰酸一酰胺以及它们与氰脲酸的盐,更优选三聚氰胺、及三聚氰胺与氰脲酸的盐(三聚氰胺氰脲酸盐)。

而且,粘结剂组合物中的三聚氰胺化合物的含量相对于100质量份的粘结材料需要为0.5质量份以上且85质量份以下,优选为1质量份以上,更优选为5质量份以上,进一步优选为15质量份以上,特别优选为19质量份以上,优选为80质量份以下,更优选为50质量份以下,进一步优选为30质量份以下。当三聚氰胺化合物的含量相对于100质量份的粘结材料小于0.5质量份时,则无法保证功能层的粘接性。另一方面,当三聚氰胺化合物的含量相对于100质量份的粘结材料超过85质量份时,功能层的粘接性下降,并且功能层的导电性受损、二次电池的倍率特性下降。此外,如果三聚氰胺化合物的含量相对于100质量份的粘结材料为0.5质量份以上且85质量份以下,则能够使由包含粘结剂组合物的浆料组合物所形成的电极复合材料层的压制性提高。

<溶剂>

作为粘结剂组合物中所包含的溶剂,只要能溶解或分散上述的粘结材料及三聚氰胺化合物的溶剂即可,没有特别限定,能够使用水及有机溶剂中的任一个。作为有机溶剂,能够使用例如乙腈、N-甲基-2-吡咯烷酮、四氢呋喃、丙酮、乙酰基吡啶、环戊酮、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、甲基甲酰胺、甲基乙基酮、糠醛、乙二胺、二甲基苯(二甲苯)、甲基苯(甲苯)、环戊基甲基醚和异丙醇等。

另外,这些溶剂能够单独使用一种,也能够将多种以任意的混合比率混合使用。

<其它成分>

本发明的粘结剂组合物除了含有上述的粘结材料、三聚氰胺化合物及溶剂以外,还可以任意地含有与上述粘结材料的组成及性状不同的其它聚合物、导电材料、润湿剂、粘度调节剂、电解质添加剂等可添加至电极复合材料层、多孔膜层及粘接层等功能层中的已知添加剂。此外,从提高二次电池的安全性的观点出发,本发明的粘结剂组合物能够含有碳酸氢钠等发泡剂、磷系化合物、有机硅系化合物等阻燃剂。这些其它成分能够单独使用1种,也可以将2种以上组合使用。

另外,上述的发泡剂及阻燃剂的含有量能够各自设为例如相对于100质量份的粘结材料为30质量份以下或15质量份以下。

<粘结剂组合物的制备方法>

在此,粘结剂组合物的制备方法没有特别限定,通常将粘结材料、三聚氰胺化合物以及根据需要可使用的其它成分在溶剂中混合从而制备粘结剂组合物。混合方法没有特别限定,使用常用的搅拌器、分散器进行混合。

(非水系二次电池功能层用浆料组合物)

本发明的浆料组合物是用于形成功能层的组合物,包含上述的粘结剂组合物,进而任意地含有功能性粒子与其它成分。即,本发明的浆料组合物通常含有粘结材料、三聚氰胺化合物及溶剂、进而任意地含有功能性粒子及其它成分。而且,本发明的浆料组合物由于包含上述的粘结剂组合物,因此通过将本发明的浆料组合物在例如基材上干燥,从而能够得到粘接性优异的功能层。而且,如果使用具有该功能层的电池构件,则能够使二次电池发挥优异的电池特性尤其是发挥优异的倍率特性。

<粘结剂组合物>

作为粘结剂组合物,使用至少包含粘结材料及三聚氰胺化合物的上述的本发明的粘结剂组合物。

另外,浆料组合物中的粘结剂组合物的配合量,没有特别限定。在例如浆料组合物是电极用浆料组合物的情况下,粘结剂组合物的配合量能够设为相对于100质量份的电极活性物质粒子以固体成分换算计粘结材料的量为0.5质量份以上且15质量份以下的量。此外,在例如浆料组合物是多孔膜层用浆料组合物的情况下,粘结剂组合物的配合量能够设为相对于100质量份的非导电性粒子以固体成分换算计粘结材料的量为0.5质量份以上且30质量份以下的量。

<功能性粒子>

在此,作为用于使功能层发挥期望的功能的功能性粒子,例如在功能层是电极复合材料层的情况下可举出电极活性物质粒子,在功能层是多孔膜层的情况下可举出非导电性粒子。

[电极活性物质粒子]

而且,作为电极活性物质粒子,没有特别限定,能够举出由可用于二次电池的已知的电极活性物质形成的粒子。具体地,例如,作为在二次电池一例的锂离子二次电池的电极复合材料层中可使用的电极活性物质粒子,没有特别限定,能够使用由以下的电极活性物质形成的粒子。

-正极活性物质-

作为锂离子二次电池正极的正极复合材料层所配合的正极活性物质,能够使用例如含有过渡金属的化合物,例如过渡金属氧化物、过渡金属硫化物、锂与过渡金属的复合金属氧化物等。其中,作为过渡金属,可举出例如Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo等。

具体地,作为正极活性物质,没有特别限定,可举出含锂钴氧化物(LiCoO2)、锰酸锂(LiMn2O4)、含锂镍氧化物(LiNiO2)、Co-Ni-Mn的含锂复合氧化物、Ni-Mn-Al的含锂复合氧化物、Ni-Co-Al的含锂复合氧化物、橄榄石型磷酸铁锂(LiFePO4)、橄榄石型磷酸锰锂(LiMnPO4)、Li1+xMn2-xO4(0<X<2)所表示的锂过量的尖晶石化合物、Li[Ni0.17Li0.2Co0.07Mn0.56]O2、LiNi0.5Mn1.5O4等。

另外,上述的正极活性材料能够单独使用1种,也能够将2种以上组合使用。

-负极活性物质-

作为锂离子二次电池负极的负极复合材料层所配合的负极活性物质,可举出例如碳系负极活性物质、金属系负极活性物质、及这些组合的负极活性物质等。

在此,碳系负极活性物质是指能够插入(也称“掺杂”)锂的以碳为主要骨架的活性物质。而且,作为碳系负极活性物质,具体可举出:焦炭、中孔碳微珠(MCMB)、中间相沥青碳纤维,热解气相生长碳纤维、酚醛树脂烧结体、聚丙烯腈碳纤维、准各向同性碳、糠醇树脂烧结体(PFA)以及硬碳等碳质材料、以及天然石墨和人造石墨等石墨质材料。

此外,金属系负极活性物质为包含金属的活性物质,通常是指在结构中包含能够插入锂的元素、在插入了锂的情况下的每单位质量的理论电容量为500mAh/g以上的活性物质。而且,作为金属系活性物质,可举出例如锂金属、能够形成锂合金的单质金属(例如Ag、Al、Ba、Bi、Cu、Ga、Ge、In、Ni、P、Pb、Sb、Si、Sn、Sr、Zn、Ti等)及这些的氧化物、硫化物、氮化物、硅化物、碳化物、磷化物等。进而,还能够举出钛酸锂等氧化物。

另外,上述的负极活性物质能够单独使用1种,也能够将2种以上组合使用。

[非导电性粒子]

此外,作为配合于多孔膜层的非导电性粒子,没有特别限定,能够举出二次电池中可使用的已知的非导电性粒子。

具体地,作为非导电性粒子,能够使用无机微粒与有机微粒这二者,通常使用无机微粒。其中,作为非导电性粒子的材料,优选在二次电池的使用环境下稳定存在且电化学稳定的材料。当从该观点出发列举非导电性粒子的材料优选例时,可举出:氧化铝(矾土)、水合氧化铝(勃姆石)、氧化硅、氧化镁(镁砂)、氧化钙、氧化钛(Titania)、BaTiO3、ZrO、氧化铝/二氧化硅复合氧化物等氧化物粒子;氮化铝、氮化硼等氮化物粒子;硅、金刚石等共价键性晶体粒子;硫酸钡、氟化钙、氟化钡等难溶性离子晶体粒子;滑石、蒙脱石等粘土微粒等。此外,根据需要可以对这些粒子实施元素置换、表面处理、固溶体化等。

另外,上述的非导电性粒子能够单独使用1种,也能够将2种以上组合使用。

<其它成分>

作为可配合于浆料组合物中的其它成分,没有特别限定,可举出与可配合于本发明的粘结剂组合物中的其它成分相同的成分。另外,其它成分能够单独使用1种,也能够将2种以上以任意的比率组合使用。

<浆料组合物的制备>

浆料组合物的制备方法没有特别限定。

例如,在浆料组合物是电极用浆料组合物的情况下,能够在溶剂的存在下混合粘结剂组合物、电极活性物质粒子以及根据需要所使用的其它成分,从而制备浆料组合物。

此外,在浆料组合物是多孔膜层用浆料组合物的情况下,能够在溶剂的存在下混合粘结剂组合物、非导电性粒子以及根据需要所使用的其它成分,从而制备浆料组合物。

而且,在浆料组合物是粘接层用浆料组合物的情况下,能够将粘结剂组合物直接、或用溶剂稀释后用作浆料组合物,也能够在溶剂的存在下混合粘结剂组合物和根据需要所使用的其它成分,从而制备浆料组合物。

另外,制备浆料组合物时所用的溶剂也包含粘结剂组合物中所含的溶剂。此外,混合方法没有特别限定,使用常用的搅拌器、分散器进行混合。

<非水系二次电池用功能层>

本发明的功能层是在非水系二次电池内担负电子的传递、或增强、抑或是粘接等功能的层。作为功能层,可举出例如:经过电化学反应而进行电子传递的电极复合材料层、使耐热性和/或强度提高的多孔膜层、使粘接性提高的粘接层等。而且,本发明的功能层是由上述的本发明的浆料组合物而形成的,能够通过例如以下方式而形成,即,将上述的浆料组合物涂敷在适当的基材表面而形成涂膜后,将形成的涂膜干燥,由此形成。即,本发明的功能层由上述的浆料组合物的干燥物形成,通常至少含有粘结材料和三聚氰胺化合物。另外,由于功能层中所包含的各成分为上述浆料组合物中所包含的各成分,因此这些各成分的优选的存在比与浆料组合物中的各成分的优选的存在比相同。此外,在粘结材料是具有交联性的官能团(例如,环氧基和唑啉基等)的聚合物的情况下,该聚合物可以在浆料组合物的干燥时、或在干燥后任意实施的热处理时等进行交联(即功能层也可以包含上述的粘结材料的交联物)。

本发明的功能层由于是由包含本发明的粘结剂组合物的本发明的浆料组合物而形成的,因此具有优异的粘接性,并且还能够使具有具备本发明的功能层的电池构件的二次电池发挥优异的电池特性(倍率特性等)。

[基材]

在此,涂敷浆料组合物的基材没有限定,例如可以在脱模基材的表面形成浆料组合物的涂膜,干燥该涂膜,形成功能层,从功能层剥离脱模基材。也能够将像这样进行从脱模基材剥离的功能层作为自支撑膜用于形成二次电池的电池构件。

但是,从省略剥离功能层的工序而提高电池构件的制造效率的观点出发,作为基材,优选使用集流体、间隔件基材、或电极基材。具体地,在制备电极复合材料层时,优选将浆料组合物涂敷于作为基材的集流体上。此外,在制备多孔膜层、粘接层时,优选将浆料组合物涂敷于间隔件基材或电极基材上。

-集流体-

作为集流体,使用具有导电性且具有电化学耐久性的材料。具体地,作为集流体,可使用例如包含铁、铜、铝、镍、不锈钢、钛、钽、金、铂等的集流体。其中,作为负极中使用的集流体,特别优选铜箔。此外,作为正极中使用的集流体,特别优选铝箔。另外,上述的材料能够单独使用1种,也能够将2种以上以任意的比率组合使用。

-间隔件基材-

作为间隔件基材,没有特别限定,可举出有机间隔件基材等已知的间隔件基材。有机间隔件基材是由有机材料形成的多孔构件,当举出有机间隔件基材的例子时,可举出包含聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃树脂、芳香族聚酰胺树脂等的微多孔膜或无纺布等。从强度优异的方面出发,优选聚乙烯制的微多孔膜、无纺布。

-电极基材-

作为电极基材(正极基材及负极基材),没有特别限定,可举出在上述的集流体上形成了包含电极活性物质粒子及粘结材料的电极复合材料层的电极基材。

作为电极基材中的电极复合材料层所包含的电极活性物质粒子及粘结材料,没有特别限定,能够使用在“非水系二次电池功能层用浆料组合物”项目中所述的电极活性物质粒子及在“非水系二次电池用粘结剂组合物”项目中所述的粘结材料。另外,在电极基材中的电极复合材料层中,也可以包含三聚氰胺化合物。即,作为电极基材中的电极复合材料层,可以使用本发明的功能层。

[功能层的形成方法]

作为在上述的集流体、间隔件基材、电极基材等基材上形成功能层的方法,可举出如下方法。

1)将本发明的浆料组合物涂敷于基材的表面(在电极基材的情况下为电极复合材料层侧的表面,以下相同),接着进行干燥的方法;

2)将基材浸渍于本发明的浆料组合物中,将其进行干燥的方法;以及

3)将本发明的浆料组合物涂敷于脱模基材上,进行干燥,从而制造功能层,将得到的功能层转印至基材的表面的方法。

在这些方法中,上述1)的方法由于容易控制功能层的厚度,因此特别优选。上述1)的方法详细而言包含将浆料组合物涂敷于基材上的工序(涂敷工序)和使基材上所涂敷的浆料组合物干燥而形成功能层的工序(干燥工序)。

-涂敷工序-

而且,在涂敷工序中,作为将浆料组合物涂敷于基材上的方法,没有特别限定,可举出例如刮刀法、逆转辊法、直接辊法、凹版印刷法、挤出法、刷涂法等方法。

-干燥工序-

此外,在干燥工序中,作为将基材上的浆料组合物进行干燥的方法,没有特别限定,能够使用已知的方法。作为干燥法,可举出例如利用暖风、热风、低湿风的干燥;真空干燥;利用红外线、紫外线等的照射的干燥。为了避免所用的三聚氰胺化合物热分解、升华的问题,干燥温度优选低于200℃,更优选低于150℃。

另外,在制备作为功能层的电极复合材料层的情况下,优选在干燥工序后,使用模压或辊压等对电极复合材料层实施加压处理。作为本发明的功能层的电极复合材料层由于以规定量包含三聚氰胺化合物,因此压制性优异。因此,通过加压处理,从而能够容易地制作高密度且与集流体的粘接性优异的电极复合材料层。

(具有功能层的电池构件)

本发明的具有功能层的电池构件(间隔件及电极)只要不显著影响本发明的效果,可以具备除上述的本发明的功能层和基材以外的结构元件。作为这样的结构元件,没有特别限定,可举出不属于本发明功能层的电极复合材料层、多孔膜层、及粘接层等。

此外,电池构件可以具备多种本发明的功能层。例如电极可以在集流体上具有由本发明的电极用浆料组合物形成的电极复合材料层、且在该电极复合材料层上具有由本发明的多孔膜层用和/或粘接层用浆料组合物形成的多孔膜层和/或粘接层。此外,例如间隔件可以在间隔件基材上具有由本发明的多孔膜层用浆料组合物形成的多孔膜层、且在该多孔膜层上具有由本发明的粘接层用浆料组合物形成的粘接层。

具有本发明的功能层的电池构件能够与邻接的电池构件良好地粘接,并且还能够发挥二次电池优异的电池特性(例如倍率特性)。

(非水系二次电池)

本发明的二次电池具有上述的本发明的功能层,更具体地,本发明的非水系二次电池具有正极、负极、间隔件、以及电解液,上述的非水系二次电池用功能层包含于作为电池构件的正极、负极及间隔件中的至少一个中。而且,本发明的二次电池能够发挥优异的电池特性(例如倍率特性)。

<正极、负极以及间隔件>

本发明的二次电池所用的正极、负极以及间隔件中的至少一个是具有上述的本发明功能层的电池构件。另外,作为不具有本发明的功能层的正极、负极以及间隔件,没有特别限定,能够使用已知的正极、负极及间隔件。

<电解液>

作为电解液,通常使用支持电解质溶解于有机溶剂而成的有机电解液。作为支持电解质,在例如锂离子二次电池中使用锂盐。作为锂盐,可举出例如:LiPF6、LiAsF6、LiBF4、LiSbF6、LiAlCl4、LiClO4、CF3SO3Li、C4F9SO3Li、CF3COOLi、(CF3CO)2NLi、(CF3SO2)2NLi、(C2F5SO2)NLi等。其中,因易溶于溶剂且显示高的解离度,因此优选LiPF6、LiClO4、CF3SO3Li。另外,电解质能够单独使用1种,也能够将2种以上组合使用。通常,越使用解离度高的支持电解质,越有锂离子传导率变高的倾向,因此能够通过支持电解质的种类来调节锂离子传导率。

作为电解液中使用的有机溶剂,只要能够溶解支持电解质即可,没有特别限定,在例如锂离子二次电池中,优选使用:碳酸二甲酯(DMC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸丁烯酯(BC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸亚乙烯酯(VC)等碳酸酯类;γ-丁内酯,甲酸甲酯等酯类;1,2-二甲氧基乙烷、四氢呋喃等醚类;环丁砜、二甲基亚砜等含硫化合物类等。此外,也可使用这些溶剂的混合液。其中,因介电常数高、稳定电位区域宽,因此优选碳酸酯类。通常,有所用的溶剂的粘度越低锂离子传导率就越高的倾向,因此能够通过溶剂的种类来调节锂离子传导率。

需要说明的是,电解液中的电解质的浓度能够适当调节。此外,电解液中可以添加已知的添加剂。

<非水系二次电池的制造方法>

上述的本发明的二次电池能够通过例如将正极和负极经由间隔件进行重叠,根据需要将其进行卷绕、折叠等放入电池容器,向电池容器内注入电解液进行封口,从而来进行制造。另外,将正极、负极、间隔件中的至少一个构件设为具有本发明的功能层的电池构件。此外,电池容器中可以根据需要放入金属网、保险丝、PTC元件等防过流元件、导板等,防止电池内部压力上升、过充放电。电池的形状可以为例如硬币形、纽扣形、片形、圆柱形、方形、扁平形等中的任一形状。

实施例

以下对本发明基于实施例进行具体说明,但本发明并不局限于这些实施例。另外,在以下的说明中,表示量的“%”及“份”,如果没有特殊说明,则为质量基准。

在实施例与比较例中,功能层的粘接性、电极复合材料层的压制性、及二次电池的倍率特性根据如下方法进行评价。

<功能层的粘接性>

<<作为功能层的负极复合材料层的粘接性>>

将制作的锂离子二次电池用负极切成长100mm、宽10mm的长方形而制成试验片,将具有负极复合材料层的一面向下,将试验片的负极复合材料层表面通过透明胶带(JIS Z1522所规定的)贴在试验台(SUS制基板)上。之后沿垂直方向以50mm/分钟的拉伸速度拉伸集流体的一端将其剥离,测定剥离时的应力(N/m)(另外,透明胶带固定在试验台上)。进行3次上述同样的测试,求出其平均值作为剥离强度,按如下基准进行评价。剥离强度的值越大,表示负极复合材料层与集流体越牢固地密合,负极复合材料层的粘接性越优异。

A:剥离强度为3.0N/m以上

B:剥离强度为2.5N/m以上且小于3.0N/m

C:剥离强度为1.5N/m以上且小于2.5N/m

D:剥离强度小于1.5N/m

<<作为功能层的正极复合材料层的粘接性>>

将制作的锂离子二次电池用正极切成长100mm、宽10mm的长方形而制成试验片,将具有正极复合材料层的一面向下,将试验片的正极复合材料层表面通过透明胶带(JIS Z1522所规定的)贴在试验台(SUS制基板)上。之后沿垂直方向以50mm/分钟的拉伸速度拉伸集流体的一端将其剥离,测定剥离时的应力(N/m)(另外,透明胶带固定在试验台上)。进行3次上述同样的测试,求出其平均值作为剥离强度,按如下基准进行评价。剥离强度的值越大,表示正极复合材料层与集流体越牢固地密合,正极复合材料层的粘接性越优异。

A:剥离强度为50.0N/m以上

B:剥离强度为40.0N/m以上且小于50.0N/m

C:剥离强度为30.0N/m以上且小于40.0N/m

D:剥离强度小于30.0N/m

<<作为功能层的多孔膜层的粘接性>>

将制作的具有多孔膜层的间隔件切成长100mm、宽10mm的长方形而制成试验片,将具有多孔膜层的一面向下,将试验片的多孔膜层表面通过透明胶带(JIS Z1522所规定的)贴在试验台(SUS制基板)上。之后沿垂直方向以50mm/分钟的拉伸速度拉伸间隔件基材的一端将其剥离,测定剥离时的应力(N/m)(另外,透明胶带固定在试验台上)。进行3次上述同样的测试,求出其平均值作为剥离强度,按如下基准进行评价。剥离强度的值越大,表示多孔膜层与间隔件基材越牢固地密合,多孔膜层的粘接性越优异。

A:剥离强度为3.0N/m以上

B:剥离强度为2.5N/m以上且小于3.0N/m

C:剥离强度为1.5N/m以上且小于2.5N/m

D:剥离强度小于1.5N/m

<电极复合材料层的压制性>

<<负极复合材料层的压制性>>

将制作的负极原材料的负极复合材料层侧在温度25±3℃的环境下,以线压11t(吨)的条件进行辊压,得到负极复合材料层密度为1.70g/cm3的负极。之后,将该负极在温度25±3℃、相对湿度50±5%的环境下放置1周。之后,测定放置后的负极的负极复合材料层密度(g/cm3),按如下基准进行评价。放置后的负极复合材料层密度越高,表示负极复合材料层越不会产生回弹,负极复合材料层的压制性就越好。

A:放置后的负极复合材料层密度为1.65g/cm3以上

B:放置后的负极复合材料层密度为1.60g/cm3以上且小于1.65g/cm3

C:放置后的负极复合材料层密度为1.50g/cm3以上且小于1.60g/cm3

D:放置后的负极复合材料层密度小于1.50g/cm3

<<正极复合材料层的压制性>>

将制作的正极原材料的正极复合材料层侧在温度25±3℃的环境下,以线压14t(吨)的条件进行辊压,得到正极复合材料层密度为3.50g/cm3的正极。之后,将该正极在温度25±3℃、相对湿度50±5%的环境下放置1周。之后,测定放置后的正极的正极复合材料层密度(g/cm3),按如下基准进行评价。放置后的正极复合材料层密度越高,表示正极复合材料层越不会产生回弹,正极复合材料层的压制性就越好。

A:放置后的正极复合材料层密度为3.45g/cm3以上

B:放置后的正极复合材料层密度为3.40g/cm3以上且小于3.45g/cm3

C:放置后的正极复合材料层密度为3.35g/cm3以上且小于3.40g/cm3

D:放置后的正极复合材料层密度小于3.35g/cm3

<二次电池的倍率特性>

将制作的锂离子二次电池在注入电解液后,在温度25℃静置5小时。之后,在25℃的温度以0.2C的恒电流法充电至电池单元电压为3.65V,之后在60℃的温度进行12小时的老化处理。之后,在25℃的温度以0.2C的恒电流法放电至电池单元电压为3.00V。之后,以0.2C的恒电流进行CC-CV充电(上限电池单元电压4.35V),以0.2C的恒电流进行CC放电至电池单元电压为3.00V。重复进行3次该0.2C的充放电。

接下来,在温度25℃的环境下,电池单元电压4.20-3.00V之间,实施0.2C的恒电流充放电,将此时的放电容量定义为C0。之后,同样地以0.2C的恒电流进行CC-CV充电,在温度-10℃的环境下,以0.5C的恒电流实施放电至2.5V,将此时的放电容量定义为C1。之后,求出ΔC=(C1/C0)×100(%)所表示的容量变化率作为倍率特性,按如下基进行评价。该容量变化率ΔC的值越大,表示低温环境下在高电流下的放电容量就越高,内部阻抗越低。

A:容量变化率ΔC为65%以上

B:容量变化率ΔC为60%以上且小于65%

C:容量变化率ΔC为55%以上且小于60%

D:容量变化率ΔC小于55%

(实施例1)

<粘结材料(聚合物A)的制备>

向带有搅拌器的5MPa耐压容器中加入65份的作为芳香族乙烯基单体的苯乙烯、35份的作为脂肪族共轭二烯单体的1,3-丁二烯、2份的作为含羧酸基单体的衣康酸、1份的作为含羟基单体的丙烯酸-2-羟基乙酯、0.3份的作为分子量调节剂的叔十二烷基硫醇、5份的作为乳化剂的十二烷基苯磺酸钠、150份的作为溶剂的离子交换水、及1份的作为聚合引发剂的过硫酸钾,充分搅拌后,升温至55℃开始聚合。在单体消耗量达到95.0%的时刻进行冷却,终止反应。向这样进行所得到的包含聚合物的水分散液中加入5%氢氧化钠水溶液,调整pH至8。之后,通过加热减压蒸馏而除去未反应的单体。然后,冷却至30℃以下,由此得到包含作为粘结材料的聚合物A的水分散液。

<负极复合材料层用粘结剂组合物的制备>

对100份(以固体成分相当量计)的聚合物A的水分散液混合1.0份的作为三聚氰胺化合物的三聚氰胺氰脲酸盐,制备粘结剂组合物。

<负极复合材料层用浆料组合物的制备>

在行星搅拌机中加入48.75份的作为负极活性物质的人造石墨(理论容量:360mAh/g)、48.75份的天然石墨(理论容量:360mAh/g)、以固体成分相当量计为1份的作为增粘剂的羧甲基纤维素。进而使用离子交换水将固体成分浓度稀释至60%,之后以转速45rpm混炼60分钟。之后,投入以固体成分相当量计为1.5份的上述得到的负极复合材料层用粘结剂组合物,以转速40rpm混炼40分钟。之后加入离子交换水使粘度成为3000±500mPa·s(B型粘度计,在25℃、60rpm进行测定),制备负极复合材料层用浆料组合物。

<负极的制造>

使用缺角轮涂布机将上述负极复合材料层用浆料组合物以涂敷量成为11±0.5mg/cm2的方式涂敷在作为集流体的厚15μm的铜箔的表面。之后将涂敷有负极复合材料层用浆料组合物的铜箔以400mm/分钟的速度在80℃的烘箱内运送2分钟,再在110℃的烘箱内运送2分钟,从而使铜箔上的浆料组合物干燥,得到在集流体上形成负极复合材料层的负极原材料。使用该负极原材料,评价负极复合材料层的压制性。结果示于表1。

之后,将制作的负极原材料的负极复合材料层侧在温度25±3℃的环境下,以线压11t(吨)的条件进行辊压,得到负极复合材料层密度为1.60g/cm3的负极。之后将该负极在温度25±3℃、相对湿度50±5%的环境下放置1周。使用放置后的负极,评价负极复合材料层的粘接性,结果示于表1。

<正极的制造>

在行星搅拌机中,加入96份的作为正极活性物质的Co-Ni-Mn的锂复合氧化物系的活性物质(NMC111、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)、2份的作为导电材料的乙炔黑(电气化学工业制,商品名“HS-100”)、2份的作为粘结材料的聚偏氟乙烯(Kureha化学制,商品名“KF-1100”)、再加入作为分散介质的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP),使总固体成分浓度成为67%并进行混合,制备正极复合材料层用浆料组合物。

然后,使用缺角轮涂布机将所得的正极复合材料层用浆料组合物以涂敷量成为20±0.5mg/cm2的方式涂敷在作为集流体的厚20μm的铝箔上。

进而,以200mm/分钟的速度在温度90℃的烘箱内运送2分钟,再在温度120℃的烘箱内运送2分钟,使铝箔上的浆料组合物干燥,得到在集流体上形成了正极复合材料层的正极原材料。

之后,将制作的正极原材料的正极复合材料层侧在温度25±3℃的环境下,以线压14t(吨)的条件进行辊压,得到正极复合材料层密度为3.40g/cm3的正极。之后将该正极在温度25±3℃、相对湿度50±5%的环境下放置1周。

<间隔件的准备>

作为间隔件,使用聚丙烯制的Celgard2500。

<二次电池的制造>

使用上述负极、正极及间隔件,制备卷绕电池单元(放电容量相当于520mAh),配置于铝包装材料内。之后,向该铝包装材料内填入作为电解液的浓度为1.0M的LiPF6溶液(溶剂:碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二乙酯(DEC)=3/7(体积比)的混合溶剂,添加剂:含有碳酸亚乙烯酯2体积%(溶剂比))。然后,为了将铝包装材料的开口密封,进行温度150℃的热封来封闭铝包装材料,制造锂离子二次电池。使用该锂离子二次电池评价倍率特性,结果示于表1。

(实施例2)

在制备负极复合材料层用粘结剂组合物时,将三聚氰胺氰脲酸盐的配合量变更为25份,除此以外,与实施例1同样地进行,制造作为粘结材料的聚合物A、负极复合材料层用粘结剂组合物、负极复合材料层用浆料组合物、负极、正极、间隔件及二次电池。之后,与实施例1同样地进行评价,结果示于表1。

(实施例3)

在制备负极复合材料层用粘结剂组合物时,代替三聚氰胺氰脲酸盐,使用三聚氰酸二酰胺,除此以外,与实施例2同样地进行,制造作为粘结材料的聚合物A、负极复合材料层用粘结剂组合物、负极复合材料层用浆料组合物、负极、正极、间隔件及二次电池。之后,与实施例1同样地进行评价,结果示于表1。

(实施例4)

在制备负极复合材料层用粘结剂组合物时,代替1.0份的三聚氰胺氰脲酸盐,使用82份的三聚氰胺,除此以外,与实施例1同样地进行,制造作为粘结材料的聚合物A、负极复合材料层用粘结剂组合物、负极复合材料层用浆料组合物、负极、正极、间隔件及二次电池。之后,与实施例1同样地进行评价,结果示于表1。

(实施例5)

在制备负极复合材料层用粘结剂组合物时,代替三聚氰胺,使用三聚氰胺氰脲酸盐,除此以外,与实施例4同样地进行,制造作为粘结材料的聚合物A、负极复合材料层用粘结剂组合物、负极复合材料层用浆料组合物、负极、正极、间隔件及二次电池。之后,与实施例1同样地进行评价,结果示于表1。

(实施例6)

<粘结材料(聚合物B)的制备>

向带有胶塞的1L烧瓶内加入720g的离子交换水,加热至温度40℃,用流量100mL/分钟的氮气置换烧瓶内部。接下来,将10g的离子交换水、25份的作为含羧酸基单体的丙烯酸、以及75份的丙烯酰胺混合,使用注射器注入烧瓶内。之后用注射器将8份的作为聚合引发剂的过硫酸钾的2.5%水溶液追加到烧瓶内。接着在15分钟后,用注射器追加22份的作为聚合促进剂的四甲基乙二胺的2.0%水溶液。4小时后,向烧瓶内追加4份的作为聚合引发剂的过硫酸钾的2.5%水溶液,再追加11份的作为聚合促进剂的四甲基乙二胺的2.0%水溶液,将温度升温至60℃进行聚合反应。3小时后,使烧瓶开放于空气中,终止聚合反应,将产物在温度80℃除臭,除去残留单体。之后,使用氢氧化锂的10%水溶液将产物的pH调整至8,从而得到包含作为粘结材料的聚合物B的水分散液。

<负极复合材料层用粘结剂组合物的制备>

对100份(以固体成分相当量计)的聚合物B的水分散液混合25份的作为三聚氰胺化合物的三聚氰胺氰脲酸盐,制备粘结剂组合物。

<负极复合材料层用浆料组合物的制备>

在行星搅拌机中加入48.75份的作为负极活性物质的人造石墨(理论容量:360mAh/g)、48.75份的天然石墨(理论容量:360mAh/g)。进一步用离子交换水将固体成分浓度稀释至60%,之后以转速45rpm混炼60分钟。之后投入以固体成分相当量计为1.5份的上述得到的负极复合材料层用粘结剂组合物,以转速40rpm混炼40分钟。之后加入离子交换水使粘度成为3000±500mPa·s(B型粘度计,在25℃、60rpm进行测定),制备负极复合材料层用浆料组合物。

<负极的制造>

使用上述负极复合材料层用浆料组合物,除此以外,与实施例1同样地进行,得到负极原材料及负极。之后使用得到的负极原材料评价负极复合材料层的压制性,使用得到的负极评价负极复合材料层的粘接性。结果示于表1。

<正极、间隔件、二次电池的制造>

使用上述得到的负极,除此以外,与实施例1同样地进行,制造正极、间隔件、及二次电池。然后,使用得到的锂离子二次电池评价倍率特性,结果示于表1。

(实施例7)

<粘结材料(聚合物C)的准备>

将作为粘结材料的聚偏氟乙烯(聚合物C、Kureha化学制,商品名“KF-1100”)溶解于NMP,制备作为粘结材料的聚合物C的NMP溶液(固体成分浓度:8%)。

<负极复合材料层用粘结剂组合物的制备>

对100份(以固体成分相当量计)的聚合物C的NMP溶液混合25份的作为三聚氰胺化合物的三聚氰胺氰脲酸盐,制备粘结剂组合物。

<负极复合材料层用浆料组合物的制备>

对48.75份的作为负极活性物质的人造石墨(理论容量:360mAh/g)、48.75份的天然石墨(理论容量:360mAh/g)添加以固体成分相当量计为2.5份的上述负极复合材料层用粘结剂组合物,进一步用NMP将固体成分浓度稀释至50%,用分散器以3000rpm搅拌1小时。之后加入NMP使粘度为3000±500mPa·s(B型粘度计,在25℃、60rpm进行测定),制备负极复合材料层用浆料组合物。

<负极的制造>

使用缺角轮涂布机将上述负极复合材料层用浆料组合物以涂敷量成为11±0.5mg/cm2的方式涂敷在作为集流体的厚15μm的铜箔的表面。之后将涂敷有负极复合材料层用浆料组合物的铜箔以200mm/分钟的速度在90℃的烘箱内运送2分钟,之后再在120℃的烘箱内运送2分钟,从而使铜箔上的浆料组合物干燥,得到在集流体上形成负极复合材料层的负极原材料。使用该负极原材料,评价负极复合材料层的压制性。结果示于表1。

之后,将制作的负极原材料的负极复合材料层侧在温度25±3℃的环境下,以线压11t(吨)的条件进行辊压,得到负极复合材料层密度为1.70g/cm3的负极。之后将该负极在温度25±3℃、相对湿度50±5%的环境下放置1周。使用放置后的负极,评价负极复合材料层的粘接性,结果示于表1。

<正极、间隔件、二次电池的制造>

使用上述所得的负极,除此以外,与实施例1同样地进行,制造正极、间隔件、及二次电池。之后使用制得的锂离子二次电池评价倍率特性,结果示于表1。

(实施例8)

<粘结材料(聚合物C)的准备>

与实施例7同样地进行,制备作为粘结材料的聚合物C的NMP溶液(固体成分浓度:8%)。

<正极复合材料层用粘结剂组合物的制备>

对100份(以固体成分相当量计)的聚合物C的NMP溶液混合25份的作为三聚氰胺化合物的三聚氰胺氰脲酸盐,制备粘结剂组合物。

<正极复合材料层用浆料组合物的制备>

对于96份的作为正极活性物质的Co-Ni-Mn的锂复合氧化物系的活性物质(Cellseed(注册商标)NMC111,LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2,日本化学工业社制)添加2份的作为导电材料的乙炔黑(电气化学工业制,商品名“HS-100”)和以固体成分相当量计为2份的上述正极复合材料层用粘结剂组合物,用NMP将固体成分浓度稀释至65%,用分散器以3000rpm搅拌1小时。之后加入离子交换水使粘度为3000±500mPa·s(B型粘度计,在25℃、60rpm进行测定),由此制备正极复合材料层用浆料组合物。

<正极的制造>

使用上述得到的正极复合材料层用浆料组合物,除此以外,与实施例1同样地进行,制造正极原材料及正极。之后,使用制得的正极原材料评价正极复合材料层的压制性,使用制得的正极评价正极复合材料层的粘接性。

<负极的制造>

在行星搅拌机中加入48.75份的作为负极活性物质的人造石墨(理论容量:360mAh/g)、48.75份的天然石墨(理论容量:360mAh/g)、以固体成分相当量计为1份的作为增粘剂的羧甲基纤维素。进而加入离子交换水将固体成分浓度稀释至60%,之后以转速45rpm混炼60分钟。之后投入以固体成分相当量计为1.5份的与实施例1同样地进行而获得的聚合物A,以转速40rpm混炼40分钟。之后加入离子交换水使粘度成为3000±500mPa·s(B型粘度计,在25℃、60rpm进行测定),制备负极复合材料层用浆料组合物。

使用缺角轮涂布机将上述负极复合材料层用浆料组合物以涂敷量成为11±0.5mg/cm2的方式涂敷在作为集流体的厚15μm的铜箔的表面。之后将涂敷有负极复合材料层用浆料组合物的铜箔以400mm/分钟的速度在80℃的烘箱内运送2分钟,之后再在110℃的烘箱内运送2分钟,使铜箔上的浆料组合物干燥,得到在集流体上形成负极复合材料层的负极原材料。

之后,将制作的负极原材料的负极复合材料层侧在温度25±3℃的环境下,以线压11t(吨)的条件进行辊压,得到负极复合材料层密度为1.60g/cm3的负极。之后将该负极在温度25±3℃、相对湿度50±5%的环境下放置1周。

<间隔件、二次电池的制造>

使用上述得到的正极及负极,除此以外,与实施例1同样地进行,准备间隔件,制造二次电池。之后使用得到的锂离子二次电池评价倍率特性,结果示于表1。

(实施例9)

<粘结材料(聚合物D)的制备>

向装有机械搅拌器和冷凝器的反应器A中,在氮气氛下,加入85份的离子交换水、0.2份的直链烷基苯磺酸钠,之后边搅拌边升温至55℃,将0.3份的过硫酸钾配制成5.0%水溶液加入反应器A中。接下来向与装有机械搅拌器的上述不同的另一个容器B中,在氮气氛下,添加93.3份(96.0摩尔%)的作为含腈基单体的丙烯腈、1.9份(1.2摩尔%)的作为含羧酸基单体的甲基丙烯酸、2.3份(0.8摩尔%)的作为含氨基单体的二甲基氨基乙基甲基丙烯酸酯、及4.7份(2.0摩尔%)的作为(甲基)丙烯酸酯单体的丙烯酸正丁酯、以及0.6份的直链烷基苯磺酸钠、0.035份的叔十二烷基硫醇、0.4份的聚氧乙烯十二烷基醚及80份的离子交换水,对其进行搅拌而使其乳化,制备单体混合液。之后在该单体混合液被搅拌乳化的状态下,历经5小时以一定的速度将其加入反应器A中,使其反应直至聚合转化率达到95%,得到共聚物的水分散液。之后向得到的共聚物的水分散液中加入NMP使共聚物的固体成分浓度成为7%。之后在90℃进行减压蒸馏,除去水及过量的NMP,得到作为粘结材料的聚合物D的NMP溶液(固体成分浓度为8%)。

<正极复合材料层用粘结剂组合物的制备>

对100份(以固体成分相当量计)的聚合物D的NMP溶液混合25份的作为三聚氰胺化合物的三聚氰胺氰脲酸盐,制备粘结剂组合物。

<正极复合材料层用浆料组合物、正极、负极、间隔件、二次电池的制造>

使用上述得到的正极复合材料层用粘结剂组合物,除此以外,与实施例8同样地进行,制造正极复合材料层用浆料组合物、正极、负极、间隔件、以及二次电池。之后,与实施例8同样地进行评价,结果示于表1。

(实施例10)

在制备正极复合材料层用粘结剂组合物时,将三聚氰胺氰脲酸盐的配合量变更为19份,并且配合6.3份的作为发泡剂的碳酸氢钠,除此以外,与实施例9同样地进行,制造作为粘结材料的聚合物D、正极复合材料层用粘结剂组合物、正极复合材料层用浆料组合物、正极、负极、间隔件、以及二次电池。之后,与实施例8同样地进行评价,结果示于表1。

(实施例11)

在制备正极复合材料层用粘结剂组合物时,代替6.3份的作为发泡剂的碳酸氢钠,配合6.3份的作为阻燃剂的磷系化合物,除此以外,与实施例10同样地进行,制造作为粘结材料的聚合物D、正极复合材料层用粘结剂组合物、正极复合材料层用浆料组合物、正极、负极、间隔件、以及二次电池。之后,与实施例8同样地进行评价,结果示于表1。

(实施例12)

在制备正极复合材料层用粘结剂组合物时,代替6.3份的作为发泡剂的碳酸氢钠,配合6.3份的作为阻燃剂的有机硅系化合物,除此以外,与实施例10同样地进行,制造作为粘结材料的聚合物D、正极复合材料层用粘结剂组合物、正极复合材料层用浆料组合物、正极、负极、间隔件、以及二次电池。之后,与实施例8同样地进行评价,结果示于表1。

(实施例13)

<粘结材料(聚合物E)的制备>

向具有搅拌器的反应器内分别供给70份的离子交换水、0.15份的作为乳化剂的十二烷基硫酸钠(花王Chemical社制,产品名“Emar 2F”)、以及0.5份的过硫酸铵,将气相部分置换成氮气,升温至60℃。

另一方面,向另外容器中混合50份的离子交换水、0.5份的作为乳化剂的十二烷基苯磺酸钠、以及94份的作为(甲基)丙烯酸酯单体的丙烯酸丁酯、2份的作为含腈基单体的丙烯腈、2份的作为含羧酸基单体的甲基丙烯酸、1份的作为含羟基单体的N-羟甲基丙烯酰胺及1份的作为含环氧基单体单元的烯丙基缩水甘油醚,得到单体组合物。将该单体组合物历经4小时连续地添加到上述反应器中,进行聚合。添加过程中在60℃进行反应。添加终止后,再在70℃搅拌3小时后,终止反应,得到包含作为粘结材料的聚合物E的水分散液。

<多孔膜层用粘结剂组合物的制备>

对100份(以固体成分相当量计)的聚合物E的水分散液混合25份的作为三聚氰胺化合物的三聚氰胺氰脲酸盐,制备粘结剂组合物。

<多孔膜用浆料组合物的制备>

使用球磨机将以固体成分相当量计为100份的作为非导电性粒子的氧化铝(住友化学社制,产品名“AKP3000”)、以固体成分相当量计5份的上述多孔膜层用粘结剂组合物、1.5份的作为增粘剂的聚丙烯酰胺、以及0.8份的作为分散剂的聚丙烯酸混合,追加离子交换水使得固体成分浓度成为40%,得到多孔膜层用浆料组合物。

<间隔件的制造>

将上述得到的多孔膜层用浆料组合物以该多孔膜层用浆料组合物的涂敷厚度成为2μm的方式涂敷在作为基材的有机间隔件基材(聚丙烯制,产品名“Celgard 2500”)上,在50℃干燥10分钟,从而得到在有机间隔件基材的单面具有多孔膜层的间隔件。使用该在单面具有多孔膜层的间隔件,评价多孔膜层的粘接性。结果示于表1。此外,另外地,通过在双面进行上述涂敷及干燥的操作,从而得到在有机间隔件基材的两面具有多孔膜层的间隔件。

<负极的制造>

与实施例8同样地进行,制造负极。

<正极的制造>

与实施例1同样地进行,制造正极。

<二次电池的制造>

使用上述的负极、正极及间隔件,制作卷绕电池单元(相当于放电容量520mAh),放入铝包装材料内。将该卷绕电池单元使用加热型平压机在温度70℃、压力1.0MPa连同铝包装材料进行8秒的压制,使间隔件与电极(负极及正极)粘接。

之后,向此铝包装材料中填充作为电解液的浓度为1.0M的LiPF6溶液(溶剂:碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二乙酯(DEC)=3/7(体积比)的混合溶剂,添加剂:含有碳酸亚乙烯酯2体积%(溶剂比))。然后,为了将铝包装材料的开口密封,进行温度150℃的热封来封闭铝包装材料,制造锂离子二次电池。使用该锂离子二次电池评价倍率特性,结果示于表1。

(比较例1)

在制备负极复合材料层用粘结剂组合物时,不配合三聚氰胺氰脲酸盐,除此以外,与实施例1同样地进行,制造作为粘结材料的聚合物A、负极复合材料层用粘结剂组合物、负极复合材料层用浆料组合物、负极、正极、间隔件、及二次电池。之后与实施例1同样地进行评价,结果示于表1。

(比较例2)

在制备负极复合材料层用粘结剂组合物时,将三聚氰胺氰脲酸盐的配合量变更为400份,除此以外,与实施例6同样地进行,制造作为粘结材料的聚合物B、负极复合材料层用粘结剂组合物、负极复合材料层用浆料组合物、负极、正极、间隔件、及二次电池。之后与实施例1同样地进行评价,结果示于表1。

(比较例3)

在制备正极复合材料层用粘结剂组合物时,不配合三聚氰胺氰脲酸盐,除此以外,与实施例8同样地进行,制造作为粘结材料的聚合物C、正极复合材料层用粘结剂组合物、正极复合材料层用浆料组合物、正极、负极、间隔件、及二次电池。之后与实施例8同样地进行评价,结果示于表1。

(比较例4)

在制备正极复合材料层用粘结剂组合物时,不配合三聚氰胺氰脲酸盐,除此以外,与实施例9同样地进行,制造作为粘结材料的聚合物D、正极复合材料层用粘结剂组合物、正极复合材料层用浆料组合物、正极、负极、间隔件、及二次电池。之后与实施例8相同样地进行评价,结果示于表1。

(比较例5)

在制备多孔膜层用粘结剂组合物时,不配合三聚氰胺氰脲酸盐,除此以外,与实施例13同样地进行,制造作为粘结材料的聚合物E、多孔膜层用粘结剂组合物、多孔膜层用浆料组合物、间隔件、正极、负极、及二次电池。之后与实施例13同样地进行评价,结果示于表1。

需要说明的是,如下所示的表1中,

“SBR”表示脂肪族共轭二烯/芳香族乙烯基系共聚物(苯乙烯-丁二烯共聚物)、

“AA/AAm”表示丙烯酸/丙烯酰胺系共聚物、

“PVDF”表示氟系聚合物(聚偏氟乙烯)、

“PAN”表示丙烯腈系聚合物、

“ACR”表示丙烯酸系聚合物。

[表1]

由表1可知,在使用包含粘结材料及三聚氰胺化合物、且三聚氰胺化合物相对于粘结材料的量在特定范围内的粘结剂组合物的实施例1~13中,能够使功能层发挥优异的粘接性并且能够提高二次电池的倍率特性。此外,由表1可知,在使用包含粘结材料及三聚氰胺化合物、且三聚氰胺化合物相对于粘结材料的量在特定范围内的粘结剂组合物而制备电极复合材料层的实施例1~12中,能够得到压制性优异的电极复合材料层。

另一方面,由表1可知,在使用包含粘结材料但不包含三聚氰胺化合物的粘结剂组合物的比较例1、3~5中,不能充分确保功能层的粘接性及二次电池的倍率特性这二者。此外,由表1可知,在使用包含粘结材料但不包含三聚氰胺化合物的粘结剂组合物而制备电极复合材料层的比较例1、3、4中,电极复合材料层的压制性受损。而且,由表1可知,在使用包含粘结材料及三聚氰胺化合物、但三聚氰胺化合物相对于粘结材料的量超出特定范围的粘结剂组合物而制备电极复合材料层(功能层)的比较例2中,不能充分确保功能层的粘接性及二次电池的倍率特性,电极复合材料层的压制性也受损。

产业上的可利用性

根据本发明,能够提供粘结性优异并且能够形成能使非水系二次电池的倍率特性提高的功能层的非水系二次电池用粘结剂组合物。

此外,根据本发明,能够提供具有优异的粘接性且能够形成能使非水系二次电池的倍率特性提高的功能层的非水系二次电池功能层用浆料组合物。

而且,根据本发明,能够提供具有优异的粘接性且能使非水系二次电池的倍率特性提高的非水系二次电池用功能层。

进而,根据本发明,能够提供倍率特性优异的非水系二次电池。

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