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_3

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如:含氟(甲基)丙烯酸酯单体、含氟芳香族二烯单体等, 其中,优选含氟(甲基)丙烯酸酯单体。
[0104] 作为含氟(甲基)丙烯酸酯单体,可列举例如:下述式(I)所示的单体。
[0107] 上述式(I)中,R1表示氢原子或甲基。
[0108] 上述式(I)中,R2表示含有氟原子的烃基。烃基的碳原子数优选为1以上,优选为 18以下。另外,R 2所含有的氟原子的个数可以为1个,也可以为2个以上。
[0109] 作为式(I)所示的含氟(甲基)丙烯酸酯单体的例子,可列举:(甲基)丙烯酸氟 代烷基酯、(甲基)丙烯酸氟代芳基酯、及(甲基)丙烯酸氟代芳烷基酯。其中,优选(甲 基)丙烯酸氟代烷基酯。作为这样的单体的具体例,可列举:(甲基)丙烯酸2, 2, 2-三氟 乙酯;(甲基)丙烯酸β-(全氟辛基)乙酯;(甲基)丙烯酸2, 2, 3, 3-四氟丙酯;(甲基) 丙烯酸2, 2, 3, 4, 4, 4-六氟丁酯;(甲基)丙烯酸3[4[1_三氟甲基-2, 2-双[双(三氟甲 基)氟甲基]乙炔氧基]苄氧基]-2-羟基丙酯;(甲基)丙烯酸1Η,1Η,9Η-全氟-1-壬酯、 (甲基)丙烯酸1Η,1Η,IlH-全氟十一烷基酯、(甲基)丙烯酸全氟辛酯、(甲基)丙烯酸全 氟乙酯、(甲基)丙烯酸三氟甲酯等(甲基)丙烯酸全氟烷基酯等。
[0110] 另外,含氟单体及含氟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。
[0111] 水溶性聚合物中的含氟单体单元的比例优选为〇. 1重量%以上、更优选为1重 量%以上,优选为30重量%以下、更优选为25重量%以下。通过使含氟单体单元的比例在 上述范围的下限值以上,可以提高锂离子二次电池的循环特性。另外,通过为上限值以下, 可以提高集电体与电极活性物质层之间的粘结性。
[0112] 水溶性聚合物也可以包含反应性表面活性剂单元。反应性表面活性剂单元是具有 由反应性表面活性剂聚合而形成的结构的结构单元。反应性表面活性剂单元构成水溶性聚 合物的一部分、且可作为表面活性剂发挥功能。
[0113] 反应性表面活性剂是具有能够与其它单体共聚的聚合性的基团、且具有表面活性 基(亲水性基团及疏水性基团)的单体。通常,反应性表面活性剂具有聚合性不饱和基团, 且该基团在聚合后也可以作为疏水性基团发挥作用。作为反应性表面活性剂所具有的聚合 性不饱和基团的例子,可列举:乙烯基、烯丙基、乙烯叉、丙烯基、异丙烯基、及异丁烯叉。该 聚合性不饱和基团的种类可以单独使用1种,也可以以任意的比率组合使用2种以上。
[0114] 反应性表面活性剂通常具有亲水性基团作为显示亲水性的部分。反应性表面活性 剂根据亲水性基团的种类而分类为:阴离子型、阳离子型、非离子型的表面活性剂。
[0115] 作为阴离子型的亲水性基团的例子,可列举:-S03M、-C00M、及-PO(OH)2。这里,M 表示氢原子或阳离子。作为阳离子的例子,可列举:锂、钠、钾等碱金属离子;钙、镁等碱土 金属离子;铵离子;单甲基胺、二甲基胺、单乙基胺、三乙胺等烷基胺的铵离子;以及单乙醇 胺、二乙醇胺、三乙醇胺等烷醇胺的铵离子;等等。
[0116] 作为阳离子型的亲水性基团的例子,可列举:-NH2HX等伯铵盐、-NHCH3HX等仲铵 盐、-N (CH3) 2HX等叔铵盐、-N+(CH3) 3X等季铵盐等。这里,X表示卤素基团。
[0117] 作为非离子型的亲水性基团的例子,可列举:-OH。
[0118] 作为优选的反应性表面活性剂的例子,可列举:下述式(II)所示的化合物。
[0121] 式(II)中,R表示2价的键合基团。作为R的例子,可列举:-Si-O-基、亚甲基及 亚苯基。
[0122] 式(II)中,R3表示亲水性基团。作为R3的例子,可列举-SO 3NH4。
[0123] 式(II)中,η表示1以上且100以下的整数。
[0124] 作为优选的反应性表面活性剂的其它例子,可列举:包含具有由氧化乙烯聚合而 形成的结构的结构单元及具有由氧化丁烯聚合而形成的结构的结构单元、并且在末端具有 含末端双键的烯基及-SO 3NHj^化合物。作为这样的反应性表面活性剂的具体例,可列举花 王株式会社制造的商品名"LATEMUL PD-104"及"LATEMUL PD-105"。
[0125] 反应性表面活性剂及反应性表面活性剂单元可以单独使用1种,也可以以任意的 比率组合使用2种以上。
[0126] 水溶性聚合物中的反应性表面活性剂单元的比例优选为0. 1重量%以上、更优选 为0. 2重量%以上、特别优选为0. 5重量%以上,另外,优选为5重量%以下、更优选为4重 量%以下、特别优选为2重量%以下。通过使反应性表面活性剂单元的比例在上述范围的 下限值以上,可以使粘合剂组合物及浆料组合物的分散性提高。另外,通过为上限值以下, 可使电极的耐久性提尚。
[0127] 水溶性聚合物中除了上述烯属不饱和羧酸单体单元、羧酸酰胺单体单元、交联性 单体单元、含氟单体单元及反应性表面活性剂单元以外,还可以包含任意的结构单元。
[0128] 例如,水溶性聚合物中可以包含(甲基)丙烯酸酯单体单元。
[0129] 作为(甲基)丙烯酸酯单体的例子,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,但在这些单体中,从柔软性和溶解性的观点出发,优选丙烯酸乙酯、丙烯酸 正丁酯、丙烯酸2-乙基己酯。另外,(甲基)丙烯酸酯单体及(甲基)丙烯酸酯单体单元 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。
[0130] 水溶性聚合物中的(甲基)丙烯酸酯单体单元的比例优选为25重量%以上、更优 选为30重量%以上、特别优选为35重量%以上,另外,优选为75重量%以下、更优选为70 重量%以下、特别优选为65重量%以下。通过使(甲基)丙烯酸酯单体单元的量在上述范 围的下限值以上,可以提高电极活性物质层对集电体的粘结性。另外,通过为上限值以下, 可以提高电极的柔软性。
[0131] 作为水溶性聚合物可具有的任意的结构单元的其它例,可列举具有由下述单体聚 合而形成的结构的结构单元。即,可列举具有由下述单体中的1种以上聚合而形成的结 构的结构单元:苯乙稀、氯苯乙稀、乙烯基甲苯、叔丁基苯乙稀、乙烯基苯甲酸、乙烯基苯甲 酸甲酯、乙烯基萘、氯甲基苯乙稀、羟甲基苯乙稀、α-甲基苯乙稀、二乙烯基苯等芳香族乙 烯基单体;丙烯腈、甲基丙烯腈等α,β-不饱和腈化合物单体;乙烯、丙烯等烯烃单体;氯 乙烯、偏氯乙烯等含卤原子单体;乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、苯甲酸乙烯酯等 乙烯基酯单体;甲基乙烯基醚、乙基乙烯基醚、丁基乙烯基醚等乙烯基醚单体;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单体;以及 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单体。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。
[0132] 水溶性聚合物的重均分子量优选为5, 000以上、更优选为10, 000以上,优选为 200, 000以下、更优选为150, 000以下。通过使水溶性聚合物的重均分子量在上述范围的下 限值以上,集电体与电极活性物质层之间的密合性。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。这里,水溶性聚合物的重均分子量可利用GPC、作为以下述溶液 为流动相的聚苯乙烯换算的值而求出,所述溶液是使0. 85g/ml的硝酸钠溶解于二甲基甲 酰胺的10体积%水溶液而成的溶液。
[0133] 粒子状聚合物和水溶性聚合物的重量比以粒子状聚合物/水溶性聚合物计,优 选为50. 0/50. 0以上、更优选为55. 0/45. 0以上、特别优选为60. 0/40. 0以上,优选为 99. 0/1. 0以下、更优选为98. 0/2. 0以下、特别优选为97. 0/3. 0以下。通过使重量比在上述 范围的下限值以上,可以提高锂离子二次电池的循环特性。另外,通过为上限值以下,可以 提高电极活性物质层与集电体之间的粘结性。
[0134] 水溶性聚合物例如可使包含上述单体的单体组合物在水性溶剂中进行聚合来制 造。此时,单体组合物中的各单体的比率通常与水溶性聚合物中的结构单元的比率相同。
[0135] 作为水性溶剂,可使用能够使水溶性聚合物分散的溶剂。通常可以从常压下的沸 点为优选80°C以上、更优选KKTC以上、且优选350°C以下、更优选300°C以下的水性溶剂中 选择。以下,列举该水性溶剂的例子。在以下的例示中,溶剂名后的括号内的数字为常压下 的沸点(单位°C ),其为小数点以后经过四舍五入或被舍去了的值。
[0136] 作为水性溶剂的例子,可列举:水(100);二丙酮醇(169)、γ-丁内酯(204)等 酮类;乙醇(78)、异丙醇(82)、正丙醇(97)等醇类;丙二醇单甲基醚(120)、甲基溶纤剂 (124)、乙基溶纤剂(136)、乙二醇叔丁基醚(152)、丁基溶纤剂(171)、3_甲氧基-3-甲 基-1-丁醇(174)、乙二醇单丙基醚(150)、二乙二醇单丁基醚(230)、三乙二醇单丁基醚 (271)、二丙二醇单甲基醚(188)等二醇醚类;以及1,3_二氧戊环(75)、1,4-二氧戊环 (101)、四氢呋喃(66)等醚类。其中,从没有可燃性、容易得到聚合物的分散体的观点考虑, 特别优选水。另外,也可以使用水作为主溶剂,在能够确保聚合物的分散状态的范围内混合 使用上述记载的水以外的水性溶剂。
[0137] 作为单体成分的聚合形态,没有特殊限定,可以使用例如溶液聚合法、悬浮聚合 法、本体聚合法、乳液聚合法等中的任意方法。其中,从容易得到高分子量体,以及聚合物能 够直接以分散于水的状态得到,因此不需要进行再分散化的处理,可以直接供于粘合剂组 合物的制造等制造效率的观点考虑,特别优选乳液聚合法。
[0138] 作为单体成分的聚合方法,可以使用例如离子聚合、自由基聚合、活性自由基聚合 等中的任意方法。在这些聚合方法中,从聚合效率优异的方面考虑,优选自由基聚合。
[0139] 乳液聚合法通常利用常规方法来进行。例如,通过"实验化学讲座"第28卷、(出 版社:丸善(株)、日本化学会编)中所记载的方法来进行。即,为如下方法:在带搅拌机及 加热装置的密闭容器中以成为给定组成的方式加入分散剂、乳化剂、交联剂等添加剂、水、 聚合引发剂及单体,搅拌容器中的组合物使单体等在水中乳化,一边搅拌一边使温度上升 而引发聚合。或者,可以是在使上述组合物乳化后加入密闭容器中、并同样地引发反应的方 法。
[0140] 作为聚合引发剂的例子,可列举:过氧化月桂酰、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化 二碳酸二(2-乙基己基)酯、过氧化新戊酸叔丁酯、过氧化3, 3, 5-三甲基己酰等有机过氧 化物;α,偶氮二异丁腈等偶氮化合物;过硫酸铵;以及过硫酸钾。聚合引发剂可以单 独使用1种,也可以以任意的比率组合使用2种以上。
[0141] 乳化剂、分散剂、聚合引发剂等添加剂是在这些聚合法中常规使用的物质,通常其 使用量也为常规使用的量。
[0142] 聚合温度及聚合时间可以根据聚合方法及聚合引发剂的种类等任意选择。通常, 聚合温度约为30°C以上,聚合时间为0. 5小时~30小时左右。
[0143] 另外,也可以将胺类等的添加剂用作聚合助剂。
[0144] 通过聚合,通常可得到包含水溶性聚合物的反应液。所得反应液通常为酸性,水溶 性聚合物多分散于水性溶剂中。对于这样的分散于水溶性溶剂中的水溶性聚合物,通常,通 过将其反应液的pH调整为例如7~13,可使其在水性溶剂中可溶。也可以从这样得到的反 应液中取出水溶性聚合物。但通常使用水作为水性介质、并使用溶解于该水中的状态的水 溶性聚合物来制造本发明的粘合剂组合物。
[0145] 作为将反应液碱化至pH7~pH13的方法,可列举例如:混合氢氧化锂水溶液、氢氧 化钠水溶液、氢氧化钾水溶液等碱金属水溶液;氢氧化钙水溶液、氢氧化镁水溶液等碱土金 属水溶液;氨水溶液等碱水溶液的方法。上述碱水溶液可以单独使用1种,也可以以任意的 比率组合使用2种以上。
[0146] [I·3·溶剂]
[0147] 本发明的粘合剂组合物通常包含溶剂。作为溶剂,通常使用水。在本发明的粘合 剂组合物中,粒子状聚合物分散于水,另外,水溶性聚合物溶解于水。
[0148] 另外,作为溶剂,也可以将水以外的溶剂与水组合使用。例如,如果将能够溶解水 溶性聚合物的液体与水组合,则水溶性聚合物吸附于电极活性物质的表面,由此,电极活性 物质的分散稳定化,故优选。
[0149] 与水组合的液体的种类优选从干燥速度、环境上的观点出发而加以选择。作为优 选例,可列举:环戊烷、环己烷等环状脂肪族烃类;甲苯、二甲苯等芳香族烃类;甲乙酮、环 己酮等酮类;乙酸乙酯、乙酸丁酯、γ-丁内酯、ε-己内酯等酯类;乙腈、丙腈等腈类;四氢 呋喃、乙二醇二乙基醚等醚类;甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、乙二醇单甲基醚等醇类;N-甲 基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺等酰胺类;等等,其中,优选N-甲基吡咯烷酮(ΝΜΡ)。这些 液体可以单独使用1种,也可以以任意的比率组合使用2种以上。
[0150] 可对溶剂的量适当调整,使其达到适于粘合剂组合物的制造、及使用了粘合剂组 合物的浆料组合物的制造的浓度及粘度。具体而言,可设定为使固体成分在粘合剂组合物 的总量中所占的浓度为优选10重量%以上、更优选15重量%以上、特别优选20重量%以 上,优选60重量%以下、更优选55重量%以下、特别优选50重量%以下的量。这里,粘合 剂组合物的固体成分是指,经过粘合剂组合物的干燥后残留的物质。
[0151] [1.4.任意的成分]
[0152] 在不显著破坏本发明的效果的范围内,本发明的粘合剂组合物可包含除上述的粒 子状聚合物、水溶性聚合物及溶剂以外的任意的成分。另外,任意的成分可以单独使用1 种,也可以以任意的比率组合使用2种以上。
[0153] [1.5.粘合剂组合物的制造方法]
[0154] 本发明的粘合剂组合物的制造方法没有限制。例如,本发明的粘合剂组合物可通 过按照任意的顺序将上述的粒子状聚合物、水溶性聚合物及溶剂混合来制造。
[0155] 在以水分散体的状态使用粒子状聚合物、或以水溶液的状态使用水溶性聚合物的 情况下,可以在这些水分散体及水溶液以外另外混合水,也可以不在这些水分散体及水溶 液以外另外混合水。通常是在这些水分散体及水溶液以外另外混合水,并进行调整、使得粘 合剂组合物的固体成分浓度落在所期望的范围。
[0156] 作为用于进行混合的设备的例子,可列举例如:球磨机、砂磨机、珠磨机、辊磨机、 颜料分散机、磨碎机、超声波分散机、均化器、均相混合机、行星式混合机等混合设备。
[0157] [2.锂离子二次电池电极用浆料组合物]
[0158] 本发明的浆料组合物包含本发明的粘合剂组合物及电极活性物质。
[0159] [2. 1.电极活性物质]
[0160] 在电极活性物质中,作为正极用的电极活性物质(以下也适当称为"正极活性物 质"),通常可使用能够进行锂离子的嵌入及脱离的物质。这样的正极活性物质大致分为由 无机化合物构成的物质和由有机化合物构成的物质。
[0161] 作为由无机化合物构成的正极活性物质,可列举例如:过渡金属氧化物、过渡金属 硫化物、锂和过渡金属的含锂复合金属氧化物等。作为上述的过渡金属,可列举例如:Ti、V、 Cr、Μη、Fe、Co、Ni、Cu、Mo 等。
[0162] 作为过渡金属氧化物,可列举例如:MnO、Mn02、V20 5、V6013、Ti02、Cu2V 203、非晶质 V20-P205、M〇03 J2O5J6O1^,其中,从循环稳定性和容量方面出发,优选Mn0、V 205、V6013、Ti02。
[0163] 作为过渡金属硫化物,可列举例如:TiS2、TiS3、非晶质M 〇S2、FeS等。
[0164] 作为含锂复合金属氧化物,可列举例如:具有层状结构的含锂复合金属氧化物、具 有尖晶石结构的含锂复合金属氧化物、具有橄榄石型结构的含锂复合金属氧化物等。
[0165] 作为具有层状结构的含锂复合金属氧化物,可列举例如:含锂的钴氧化物 (LCO = LiCoO2)、含锂的镍氧化物(LiNiO2)、Co-Ni-Mn 的锂复合氧化
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