锂离子二次电池电极用粘合剂组合物、锂离子二次电池电极用浆料组合物、锂离子二次电...的制作方法_2

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用1种,也可以以任意的比率组合使用2种以上。
[0065] 交联剂中,从含有热交联性的交联性基团的方面考虑,优选有机过氧化物、以及可 通过热而引发交联反应的交联剂。
[0066] 相对于(甲基)丙烯腈单体单元和(甲基)丙烯酸酯单体单元的总量100重量份, 丙烯酸类软质聚合物中的交联性单体单元的比例优选为〇. 01重量份以上、更优选为〇. 05 重量份以上,优选为5重量份以下、更优选为4重量份以下、特别优选为3重量份以下。
[0067] 另外,丙烯酸类软质聚合物中除了上述的(甲基)丙烯腈单体单元、(甲基)丙烯 酸酯单体单元及交联性基单体单元以外,还可以包含任意的结构单元。作为对应于这些任 意的结构单元的单体的例子,可列举:苯乙稀、氯苯乙稀、乙烯基甲苯、叔丁基苯乙稀、乙稀 基苯甲酸、乙烯基苯甲酸甲酯、乙烯基萘、氯甲基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、二乙烯基苯等苯 乙稀类单体;乙稀、丙稀等稀经类;丁二稀、异戊二稀等二稀单体;氯乙稀、偏氯乙稀等含卤 原子单体;乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯等乙烯基酯类;甲基乙烯基醚、乙基乙烯 基醚、丁基乙烯基醚等乙烯基醚类;甲基乙烯基酮、乙基乙烯基酮、丁基乙烯基酮、己基乙烯 基酮、异丙烯基乙烯基酮等乙烯基酮类;N-乙烯基吡咯烷酮、乙烯基吡啶、乙烯基咪唑等含 杂环的乙烯基化合物;丙烯酰胺、丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸等酰胺类单体;等等。另外,这些 单体可以单独使用1种,也可以以任意的比率组合使用2种以上。但从显著发挥出组合含 有如上所述的(甲基)丙烯腈单体单元及(甲基)丙烯酸酯单体单元所带来的优点的观点 出发,优选任意的结构单元的量少,特别优选不包含任意的结构单元。
[0068] 二烯类软质聚合物是包含脂肪族共辄二烯单体单元的聚合物。另外,脂肪族共辄 二烯单体单元是具有由脂肪族共辄二烯单体聚合而形成的结构的结构单元。
[0069] 作为脂肪族共辄二烯单体,可列举例如:1,3- 丁二烯、2-甲基-1,3- 丁二烯、 2, 3-二甲基-1,3-丁二烯、2-氯-1,3-丁二烯;直链中具有共辄双键的戊二烯及其取代物; 以及侧链具有共辄双键的己二烯及其取代物;等等。其中,优选1,3-丁二烯。另外,脂肪族 共辄二烯单体及脂肪族共辄二烯单体单元可以单独使用1种,也可以以任意的比率组合使 用2种以上。
[0070] 二烯类软质聚合物中,脂肪族共辄二烯单体单元的比例优选为20重量%以上、更 优选为30重量%以上,优选为70重量%以下、更优选为60重量%以下、特别优选为55重 量%以下。
[0071] 另外,二烯类软质聚合物优选包含芳香族乙烯基单体单元。芳香族乙烯基单体单 元是具有由芳香族乙烯基单体聚合而形成的结构的结构单元。
[0072] 作为芳香族乙烯基单体,可列举例如:苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯及二 乙烯基苯。其中,优选苯乙烯。二烯类软质聚合物优选为包含脂肪族共辄二烯单体单元及 芳香族乙烯基单体单元这两者的聚合物,例如优选为苯乙烯-丁二烯共聚物。另外,芳香族 乙烯基单体及芳香族乙烯基单体单元可以单独使用1种,也可以以任意的比率组合使用2 种以上。
[0073] 在制造二烯类软质聚合物时组合使用脂肪族共辄二烯单体及芳香族乙烯基单体 的情况下,在所得二烯类软质聚合物中有时会包含作为残留单体的未反应的脂肪族共辄二 烯单体及未反应的芳香族乙烯基单体。此时,二烯类软质聚合物所包含的未反应的脂肪族 共辄二稀单体的量优选为50ppm以下、更优选为IOppm以下,理想情况下为Oppm。另外,二 稀类软质聚合物所包含的未反应的芳香族乙烯基单体的量优选为1000 ppm以下、更优选为 200ppm以下,理想情况下为Oppm。
[0074] 二烯类软质聚合物中的芳香族乙烯基单体单元的比例优选为30重量%以上、更 优选为35重量%以上,优选为79. 5重量%以下、更优选为69重量%以下。
[0075] 在不显著破坏本发明的效果的范围内,二烯类软质聚合物中也可以包含上述以外 的任意的结构单元。作为对应于上述任意的结构单元的单体的例子,可列举:氰化乙烯基单 体、不饱和羧酸烷基酯单体、含有羟基烷基的不饱和单体、及不饱和羧酸酰胺单体。这些单 体可以单独使用1种,也可以以任意的比率组合使用2种以上。
[0076] 作为氰化乙烯基单体,可列举例如:丙烯腈、甲基丙烯腈、α -氯丙烯腈、及α -乙 基丙烯腈。其中,优选丙烯腈、及甲基丙烯腈。
[0077] 作为不饱和羧酸烷基酯单体,可列举例如:丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸 乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、富马酸二甲酯、富马酸二乙 酯、马来酸二甲酯、马来酸二乙酯、衣康酸二甲酯、富马酸单甲酯、富马酸单乙酯、及丙烯酸 2-乙基己酯。其中,优选甲基丙烯酸甲酯。
[0078] 作为含有羟基烷基的不饱和单体,可列举例如:丙烯酸羟基乙酯、甲基丙烯酸 β -羟基乙酯、丙烯酸羟基丙酯、甲基丙烯酸羟基丙酯、丙烯酸羟基丁酯、甲基丙烯酸羟基丁 酯、甲基丙烯酸3-氯-2-羟基丙酯、二(乙二醇)马来酸酯、二(乙二醇)衣康酸酯、马来 酸2-羟基乙酯、马来酸双(2-羟基乙基)酯、及富马酸2-羟基乙基甲酯。其中,优选丙烯 酸β-羟基乙酯。
[0079] 不饱和羧酸酰胺单体作为,可列举例如:丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯 酰胺、N-羟甲基甲基丙烯酰胺、及N,N-二甲基丙烯酰胺。其中,优选丙烯酰胺及甲基丙烯 酰胺。
[0080] 此外,二烯类软质聚合物也可以包含具有由例如乙烯、丙烯、乙酸乙烯酯、丙酸乙 烯酯、氯乙烯、偏氯乙烯等在常规的乳液聚合中使用的单体聚合而形成的结构的结构单元。
[0081] 进一步,粒子状聚合物优选包含烯属不饱和羧酸单体单元。其中,在使用二烯类软 质聚合物作为粒子状聚合物的情况下,特别优选该二烯类软质聚合物包含烯属不饱和羧酸 单体单元。所述烯属不饱和羧酸单体单元是指具有由烯属不饱和羧酸单体聚合而形成的结 构的结构单元。通过使粒子状聚合物包含烯属不饱和羧酸单体单元,通常可获得如下所述 的优点。即,由于烯属不饱和羧酸单体具有羧基(-C00H基),因此,通过使用烯属不饱和羧 酸单体,可使粒子状聚合物具有高极性。由此,可以进一步提高粒子状聚合物的粘结性。另 外,烯属不饱和羧酸单体单元的机械强度高,因此可以增强粒子状聚合物的强度,提高电极 活性物质层相对于集电体的粘结性。由此,例如可以稳定地防止电极活性物质层从集电体 的剥离,另外,可以使电极活性物质层的机械强度提高。另外,利用羧基所具有的极性,可 以提高粒子状聚合物相对于水的亲和性,因此可以使粒子状聚合物稳定地分散于水等溶剂 中,从而使粘合剂组合物及锂离子二次电池电极用浆料组合物(以下也适当称为"浆料组 合物")的稳定性提尚。进一步,利用駿基所具有的极性,可以提尚粒子状聚合物相对于极 性溶剂的亲和性,因此可以改善粒子状聚合物相对于电解液的润湿性。
[0082] 作为烯属不饱和羧酸单体,可列举例如:不饱和一元羧酸及其衍生物、不饱和二元 羧酸及其酸酐以及它们的衍生物。作为不饱和一元羧酸的例子,可列举丙烯酸、甲基丙烯 酸、及巴豆酸等。作为不饱和一元羧酸的衍生物的例子,可列举: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、及β-二氨 基丙烯酸等。作为不饱和二元羧酸的例子,可列举:马来酸、富马酸、及衣康酸等。作为不 饱和二元羧酸的酸無水物的例子,可列举:马来酸酐、丙烯酸酐、甲基马来酸酐、及二甲基马 来酸酐。作为不饱和二元羧酸的衍生物的例子,可列举:甲基马来酸、二甲基马来酸、苯基马 来酸、氯代马来酸、二氯马来酸、氟代马来酸等取代马来酸;马来酸甲基烯丙酯、马来酸二苯 酯、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、马来酸氟代烷基酯等 马来酸酯;等等。这些中,从能够使粘合剂组合物中的粒子状聚合物的稳定性的观点出发, 优选丙烯酸、甲基丙烯酸等不饱和一元羧酸、以及马来酸、富马酸、衣康酸等不饱和二元羧 酸,更优选丙烯酸、甲基丙烯酸及衣康酸,特别优选衣康酸。另外,烯属不饱和羧酸单体及烯 属不饱和羧酸单体单元可以单独使用1种,也可以以任意的比率组合使用2种以上。
[0083] 粒子状聚合物中的烯属不饱和羧酸单体单元的比例优选为0. 5重量%以上、更优 选为1重量%以上、进一步优选为1. 5重量%以上、特别优选为2重量%以上,优选为10重 量%以下、更优选为8重量%以下、进一步优选为7重量%以下、特别优选为5重量%以下。 通过使稀属不饱和羧酸单体单元的比例在上述范围的下限值以上,可以提高集电体与电极 活性物质层之间的粘结性。另外,通过为上限值以下,可以提高锂离子二次电池的循环特 性。
[0084] 另外,粒子状聚合物可以单独使用1种,也可以以任意的比率组合使用2种以上。
[0085] 构成粒子状聚合物的聚合物的重均分子量优选为10, 000以上、更优选为20, 000 以上,优选为1,〇〇〇, 〇〇〇以下、更优选为500, 000以下。通过使构成粒子状聚合物的聚合物 的重均分子量落在上述范围,容易使电极的强度及电极活性物质的分散性变得良好。这里, 构成粒子状聚合物的聚合物的重均分子量可利用凝胶渗透色谱法(GPC)、作为以四氢呋喃 为流动相的聚苯乙烯换算的值而求出。
[0086] 粒子状聚合物的玻璃化转变温度优选为_75°C以上、更优选为_55°C以上、特别优 选为-35°C以上,优选为40°C以下、更优选为30°C以下、进一步更优选为20°C以下、特别优 选为15°C以下。通过使粒子状聚合物的玻璃化转变温度落在上述范围,电极的柔软性及卷 绕性、以及电极活性物质层与集电体之间的粘结性等特性可取得高度平衡,故优选。粒子状 聚合物的玻璃化转变温度例如可通过将各种单体组合来进行调整。
[0087] 粒子状聚合物的体积平均粒径D50优选为50nm以上、更优选为70nm以上,优选为 500nm以下、更优选为400nm以下。通过使粒子状聚合物的体积平均粒径D50落在上述范 围,可使电极的强度及柔软性良好。这里,体积平均粒径是在利用激光衍射法测定的粒径分 布中从小粒径侧开始计算的累积体积达到50 %的粒径。
[0088] 粒子状聚合物的制造方法没有特殊限定,可以使用例如溶液聚合法、悬浮聚合法、 乳液聚合法等中的任意方法。其中,由于可以在水中进行聚合、可以直接以本发明的粘合剂 组合物的材料的形式使用,因此优选乳液聚合法及悬浮聚合法。另外,优选在制造粒子状聚 合物时,使其反应体系中包含分散剂。粒子状聚合物通常实质上由构成其的聚合物形成,但 也可以伴有聚合时所添加的添加剂等任意的成分。
[0089] [1. 2· 7K溶性聚合物]
[0090] 本发明的粘合剂组合物中包含水溶性聚合物。该水溶性聚合物在电极活性物质层 中存在于电极活性物质彼此之间以及电极活性物质与集电体之间,由此可起到粘结电极活 性物质及集电体的作用。另外,在包含水溶性聚合物、电极活性物质及水的浆料组合物中, 水溶性聚合物的一部分游离至水中,而另外一部分吸附于电极活性物质的表面而形成覆盖 电极活性物质的稳定的层,可起到提高电极活性物质的分散性的作用。进一步,水溶性聚合 物通常在电极活性物质层中也会形成覆盖电极活性物质的稳定的层,起到抑制电解液的分 解的作用。
[0091] 水溶性聚合物包含稀属不饱和羧酸单体单元。通过使用稀属不饱和羧酸单体单 元,可以提高水溶性聚合物的极性,由此可以使水溶性聚合物显示出水溶性。另外,通常,通 过使用烯属不饱和羧酸单体,可以提高水溶性聚合物对集电体及电极活性物质的粘结性。
[0092] 作为烯属不饱和羧酸单体,可列举例如:与在粒子状聚合物的说明项中所例示的 相同的例子。其中,优选丙烯酸、甲基丙烯酸及衣康酸,特别优选丙烯酸及甲基丙烯酸。另 外,稀属不饱和羧酸单体及稀属不饱和羧酸单体单元可以单独使用1种,也可以以任意的 比率组合使用2种以上。
[0093] 水溶性聚合物中的烯属不饱和羧酸单体单元的比例通常为20重量%以上、优选 为25重量%以上,通常为85重量%以下、优选为80重量%以下。通过使稀属不饱和羧酸 单体单元的比例在上述范围的下限值以上,可以提高水溶性聚合物相对于集电体及电极活 性物质的粘结性,因此能够提高集电体与电极活性物质层之间的粘结性。另外,通过为上限 值以下,可以使电池的循环特性良好。
[0094] 水溶性聚合物中与上述烯属不饱和羧酸单体单元组合地包含羧酸酰胺单体单元。 这里,所述羧酸酰胺单体单元是具有由羧酸酰胺单体聚合而形成的结构的结构单元。另外, 所述羧酸酰胺单体是具有与羧酸基键合的酰胺基的单体,不仅包括酰胺化合物,也包括酰 亚胺化合物。通过使水溶性聚合物包含羧酸酰胺单体单元,可以防止在锂离子二次电池中 产生气体。能够这样地抑制气体的产生的理由尚未确定,但可推测如下:包含羧酸酰胺单体 单元的水溶性聚合物捕获电解液中的卤化物离子,由此能够抑制由卤化物离子引起的气体 的产生。
[0095] 作为羧酸酰胺单体,可列举例如:(甲基)丙烯酰胺、α-氯丙烯酰胺、N,N' -亚甲 基双(甲基)丙烯酰胺、Ν,Ν' -亚乙基双(甲基)丙烯酰胺、N-羟基甲基(甲基)丙烯酰 胺、Ν-2-羟基乙基(甲基)丙烯酰胺、Ν-2-羟基丙基(甲基)丙烯酰胺、Ν-3-羟基丙基(甲 基)丙烯酰胺、巴豆酰胺、马来酸二酰胺、富马酸二酰胺、二丙酮丙烯酰胺等不饱和羧酸酰 胺化合物;N-二甲基氨基甲基(甲基)丙烯酰胺、Ν-2-氨基乙基(甲基)丙烯酰胺、Ν-2-甲 基氨基乙基(甲基)丙烯酰胺、Ν-2-乙基氨基乙基(甲基)丙烯酰胺、Ν-2-二甲基氨基乙 基(甲基)丙烯酰胺、Ν-2-二乙基氨基乙基(甲基)丙烯酰胺、Ν-3-氨基丙基(甲基)丙 烯酰胺、Ν-3-甲基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺、Ν-3-二甲基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺等 不饱和羧酸酰胺的N-氨基烷基衍生物;等等。这些中,优选(甲基)丙烯酰胺、Ν-2-二甲 基氨基乙基(甲基)丙烯酰胺、Ν-3-二甲基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺,更优选(甲基)丙 烯酰胺。另外,羧酸酰胺单体及羧酸酰胺单体单元可以单独使用1种,也可以以任意的比率 组合使用2种以上。
[0096] 水溶性聚合物中的羧酸酰胺单体单元的比例通常为0. 1重量%以上、优选为0. 2 重量%以上,通常为10重量%以下、优选为5重量%以下。通过使羧酸酰胺单体单元的比 例在上述范围的下限值以上,可以抑制在锂离子二次电池中产生气体。另外,通过为上限值 以下,可以防止水溶性聚合物在电解液溶出,因此能够稳定地发挥出在电极活性物质的表 面形成层而抑制电解液的分解的作用;捕获卤化物离子而抑制气体的产生的作用;使电极 活性物质彼此粘结的作用等基于水溶性聚合物的作用。
[0097] 水溶性聚合物中与上述烯属不饱和羧酸单体单元及羧酸酰胺单体单元组合地包 含交联性单体单元。通过在水溶性聚合物中包含交联性单体单元,可以使水溶性聚合物发 生交联,因此可以提高电极活性物质层的强度及稳定性。由此,能够稳定地发挥出在电极活 性物质的表面形成层而抑制电解液的分解的作用;捕获卤化物离子而抑制气体的产生的作 用;使电极活性物质彼此粘结的作用等基于水溶性聚合物的作用。进一步,通常可以抑制由 电解液引起的电极活性物质层的溶胀,因此能够使锂离子二次电池的低温特性良好。
[0098] 作为交联性单体,可使用能够在聚合时形成交联结构的单体。作为交联性单体的 例子,可列举与在粒子状聚合物的说明项中所例示的相同的例子。
[0099] 其中,特别是,作为交联性单体,优选N-羟甲基丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸 酯、烯丙基缩水甘油基醚、甲基丙烯酸缩水甘油酯、及乙二醇二甲基丙烯酸酯,更优选乙二 醇二甲基丙烯酸酯及甲基丙烯酸缩水甘油酯。
[0100] 另外,交联性单体及交联性单体单元可以单独使用1种,也可以以任意的比率组 合使用2种以上。
[0101] 水溶性聚合物中的交联性单体单元的比例通常为0. 1重量%以上、优选为0. 2重 量%以上,通常为2. 0重量%以下、优选为1. 5重量%以下。通过使交联性单体单元的比例 在上述范围的下限值以上,可以提高电极活性物质层与集电体之间的粘结性。另外,通过为 上限值以下,可以提高电极的耐久性。
[0102] 水溶性聚合物优选含有含氟单体单元。所述含氟单体单元是具有由含氟单体聚合 而形成的结构的结构单元。含氟单体单元通常具有高离子电导性,因此能够提高水溶性聚 合物的离子电导性而减小电极的电阻。
[0103] 作为含氟单体,可列举例
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