蓄电设备用粘结剂组合物、蓄电设备用浆料、蓄电设备电极、间隔件以及蓄电设备的制造方法_3

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的作用除去这样的绝缘性的氧化铝被膜,因此能够提高充 放电特性。
[0129] 本实施方式的蓄电设备用粘结剂组合物中的化合物(B)的含有比例相对于上述 水溶性聚合物(A) 100质量份,优选为0. 01~0. 5质量份,更优选为0. 02~0. 4质量份,特 别优选为0.03~0.3质量份。如果化合物(B)的含有比例在上述范围,则不仅充分得到上 述的效果,而且还能提高蓄电设备用粘结剂组合物的储藏稳定性,因而优选。
[0130] 作为这样的化合物(B)的具体例,可举出不饱和羧酸、不饱和酰胺以及它们的盐。 以下,有时将"不饱和羧酸及其盐"记载为"不饱和羧酸(盐)",并且将"不饱和酰胺及其盐" 记载为"不饱和酰胺(盐)"。
[0131] 1. 2. 1.不饱和羧酸(盐)
[0132] 不饱和羧酸(盐)被加热容易发生脱碳酸反应,容易分解成低分子量成分。因此, 认为化合物(B)为不饱和羧酸(盐)时,在电极制作工序、间隔件制作工序中为了将涂膜干 燥而加热时,残留在涂膜中的化合物(B)除蒸发以外,还缓慢分解而从涂膜中除去,达到即 便残留也不会对蓄电设备特性造成不良影响的量。其结果,认为能够抑制化合物(B)引起 的集电体的经时腐蚀,能够抑制蓄电设备特性的劣化,能够呈现稳定的充放电特性。
[0133] 应予说明,使用非羧酸的无机酸时,由于对集电体表面腐蚀很大而不适合使用。另 外,将蓄电设备用浆料涂布在集电体的表面并使其干燥后,涂膜中也会残留无机酸而引起 经时腐蚀,形成无法呈现稳定的充放电特性的蓄电设备,因而不优选。
[0134] 使用不饱和羧酸(盐)作为化合物(B)时,优选该不饱和羧酸(盐)在至少一个 解离阶段的25°C下的酸解离常数(pKa)为5.0以上。本说明书中的"酸解离常数(pKa)" 在具有2个羧基的有机酸中以第2个羧基的pKa值为指标,在具有3个以上的羧基的有机 酸中以第3个羧基的pKa值为指标。如果该酸解离常数(pKa)为5.0以上,则以上述的添 加量容易除去可形成在集电体的表面的金属氧化物层,并能够进一步抑制在活性物质层中 的残留,因而优选。
[0135] 应予说明,酸解离常数(pKa)例如可以采用(a) The Journal of Physical Chemistry vol. 68,number6,pagel560 (1964)中记载的方法,(b)使用平沼工业株式会社 制的自动电位滴定装置(C0M-980Win等)的方法等进行测定,另外,可以利用(c)日本化学 会编的化学手册(第3修订版,昭和59年6月25日,丸善株式会社发行)中记载的酸解离 常数、(d)Compudrug公司制的pKa BASE等数据库等。
[0136] 作为这样的不饱和羧酸(盐)的具体例,例如可举出丙烯酸、甲基丙烯酸、巴豆酸、 马来酸、富马酸、衣康酸、丙二酸、柠檬酸、乙酸、以及它们的盐。其中,优选丙烯酸、甲基丙烯 酸、衣康酸、乙酸以及它们的盐。这些不饱和羧酸(盐)可以单独使用1种,也可以组合2 种以上使用。
[0137] 1. 2. 2.不饱和酰胺(盐)
[0138] 作为不饱和酰胺(盐),从提高密合性的观点考虑,优选具有聚合性不饱和基团, 更优选具有(甲基)丙烯酰胺基。作为不饱和酰胺(盐)的具体例,可举出丙烯酰胺、甲基 丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、N-羟甲基巴豆酰胺、N- 丁氧基甲基丙烯酰胺、N- 丁氧基甲 基甲基丙烯酰胺、二丙酮丙烯酰胺、二丙酮甲基丙烯酰胺、氨基丙基丙烯酰胺、氨基丙基甲 基丙烯酰胺、单甲基丙烯酰胺、单甲基甲基丙烯酰胺、单乙基丙烯酰胺、单乙基甲基丙烯酰 胺、N-(2-羟基乙基)丙烯酰胺、N-(2-羟基乙基)甲基丙烯酰胺、N-(2-羟基丙基)丙烯 酰胺、N-(2-羟基丙基)甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基甲基丙烯酰胺、 N,N-二乙基丙烯酰胺、N,N-二乙基甲基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、N-丙烯酰吗啉等。 可以是从这些中选择的1种以上。其中,优选丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰 胺、N,N-二乙基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺。这些不饱和酰胺(盐)可以单独使用1种, 也可以组合使用2种以上。
[0139] 1.3.液态介质(C)
[0140] 本实施方式的蓄电设备用粘结剂组合物含有液态介质(C)。作为液态介质(C),优 选含有水的水系介质。该水系介质可以含有水以外的非水系介质。作为该非水系介质,例 如可举出酰胺化合物、经、醇、酮、酯、胺化合物、内酯、亚砜、砜化合物等,可以使用从这些中 选择的1种以上。液态介质(C)为水系介质时,在液态介质(C)的总量100质量%中,优选 90质量%以上是水,更优选98质量%以上是水。本实施方式的蓄电设备用粘结剂组合物通 过使用水系介质作为液态介质(C),对环境产生不良影响的程度低,对操作作业者的安全性 也尚。
[0141] 水系介质中所含的非水系介质的含有比例是在水系介质100质量%中,优选为10 质量%以下,更优选为5质量%以下,特别优选实质上不含有。这里,"实质上不含有"是指 不有意添加非水系介质作为液态介质(C)的程度的意思,可以含有制备蓄电设备用粘结剂 组合物时不可避免地混入的非水系介质。
[0142] 2.蓄电设备用浆料
[0143] 如上所述,本实施方式的蓄电设备用粘结剂组合物可以大致分成制作蓄电设备电 极的用途和制作保护膜的用途这两个用途。本实施方式的蓄电设备用浆料也可以根据其用 途分成二种。以下,将用于制作蓄电设备电极的用途的蓄电设备用浆料称为"蓄电设备电极 用浆料",将用于制作保护膜的用途的蓄电设备用浆料称为"保护膜用浆料"。
[0144] 2. 1.蓄电设备电极用浆料
[0145] "蓄电设备电极用浆料"是指用于将其涂布在集电体的表面后,进行干燥而在集电 体表面上形成活性物质层的分散液。本实施方式的蓄电设备电极用浆料含有上述的蓄电设 备用粘结剂组合物和活性物质。本实施方式的蓄电设备电极用浆料可用于制作正极和负极 中任一电极的用途。以下,对本实施方式的蓄电设备电极用浆料所含的成分进行详细说明。 其中,蓄电设备用粘结剂组合物如上所述,在此省略说明。
[0146] 2. 1. 1.活性物质
[0147] 作为构成本实施方式的蓄电设备电极用浆料所含的活性物质的材料,没有特别限 制,可根据目标蓄电设备的种类适当地选择合适的材料。作为活性物质,例如可举出碳材 料、硅材料、含锂原子的氧化物、铅化合物、锡化合物、砷化合物、锑化合物、铝化合物等。
[0148] 作为上述碳材料,例如可举出无定形碳、石墨、天然石墨、中间相碳微球(MCMB)、沥 青系碳纤维等。
[0149] 作为上述硅材料,例如可举出硅单质、硅氧化物、硅合金等,除此之外,例如可使用 SiC、Si0xCy(0 <x 彡 3,0<y 彡 5)、Si3N4、Si2N20、Si0 x(0 < X 彡 2)表示的 Si 氧化物复合 体(例如日本特开2004-185810号公报、日本特开2005-259697号公报中记载的材料等), 日本特开2004-185810号公报中记载的硅材料。作为上述硅氧化物,优选由组成式Si0x(0 < X < 2,优选0. 1 < X < 1)表示的娃氧化物。作为上述娃合金,优选娃与选自钛、错、镍、 铜、铁和钼中的至少1种过渡金属的合金。这些过渡金属的硅合金具有高电子传导度,且具 有高强度,因而优选使用。另外,活性物质通过含有这些过渡金属,从而存在于活性物质的 表面的过渡金属被氧化而使表面成为具有羟基的氧化物,所以与粘结剂的粘合力更好,在 这方面也优选。作为硅合金,更优选使用硅-镍合金或者硅-钛合金,特别优选使用硅-钛 合金。硅合金中的硅的含有比例相对于该合金中的全部金属元素优选为10摩尔%以上,更 优选为20~70摩尔%。应予说明,硅材料可以为单晶、多晶以及非晶中的任一种。
[0150] 另外,使用硅材料作为活性物质时,可以并用硅材料以外的活性物质。作为这样的 活性物质,例如可例示上述的碳材料;多并苯等导电性高分子;由ΑχΒγ0ζ(其中,A表示碱金 属或过渡金属,B表示选自钴、镍、铝、锡、锰等过渡金属中的至少1种,0表示氧原子,X、Y和 Ζ分别为1. 10 > X > 0. 05、4. 00 > Υ > 0. 85、5. 00 > Ζ > 1. 5的范围的数字)表示的复合 金属氧化物、其它的金属氧化物等。其中,由于与锂的嵌入和脱嵌相伴的体积变化小,所以 优选并用碳材料。
[0151] 作为上述含有锂原子的氧化物,例如可举出钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、三元系镍钴 猛酉支裡、LiFeP04、LiCoP04、LiMnP04、LUiQ.QsNbQ.QsFeQjCoQjMnQjPC^等。
[0152] 作为活性物质的形状,优选粒状。作为活性物质的平均粒径,优选为0. 1~ 100 μ m,更优选为0· 3~20 μ m。
[0153] 用于制作蓄电设备负极的蓄电设备用浆料(以下,也称为"蓄电设备负极用浆 料")优选含有平均粒径为3 μ m~10 μ m的活性物质。通过组合使用平均粒径为3 μ m~ 10 μ m的活性物质和水溶性聚合物(A),得到拉丝性优异的浆料。由此,由于涂覆性提高,所 以能够制作具备与集电体的密合性良好的活性物质层的蓄电设备负极,具备该蓄电设备负 极的蓄电设备的输出特性和充放电耐久特性良好。活性物质的平均粒径低于3 μ m时,有活 性物质层的强度降低而容易产生裂缝的趋势。另外,由于与充放电(锂离子嵌入?脱嵌)相 伴的体积变化使活性物质进一步微粉化,所以有蓄电设备的充放电耐久特性变低的趋势。 另一方面,活性物质的平均粒径超过15 μ m时,有活性物质层变脆容易产生裂缝的趋势。另 外,由于活性物质的表面积相对变小,所以有锂离子的嵌入?脱嵌困难,蓄电设备的输出特 性降低的趋势。
[0154] 作为构成蓄电设备负极用浆料所含的活性物质的材料,没有特别限制,可以根据 目标蓄电设备的种类适当地选择合适的材料。作为这样的活性物质,可举出上述例示的活 性物质,在上述例示的材料中,优选含有碳材料和硅材料中的至少一者。
[0155] 另一方面,用于制作蓄电设备正极的蓄电设备用浆料(以下,也称为"蓄电设备正 极用浆料")优选含有平均粒径为〇. 4 μ m~7 μ m的活性物质。通过将平均粒径为0. 4 μ m~ 7μπι的活性物质与水溶性聚合物(A)组合使用,得到拉丝性优异的浆料。由此,涂覆性提 高,能够制作具备与集电体的密合性良好的活性物质层的蓄电设备正极,具备该蓄电设备 正极的蓄电设备的输出特性和充放电耐久特性良好。活性物质的平均粒径低于〇. 4 μπι时, 有活性物质层的强度降低而容易产生裂缝的趋势。另外,由于与充放电(锂离子嵌入?脱 嵌)相伴的体积变化使活性物质进一步微粉化,所以有蓄电设备的充放电耐久特性降低的 趋势。另一方面,活性物质的平均粒径超过7 μ m时,有活性物质层变脆容易产生裂缝的趋 势。另外,由于活性物质的表面积相对变小,所以有锂离子的嵌入?脱嵌困难,蓄电设备的 输出特性降低的趋势。
[0156] 作为构成蓄电设备正极用浆料所含的活性物质的材料,没有特别限制,可以根据 目标蓄电设备的种类适当地选择合适的材料。作为这样的活性物质,可举出上述例示的活 性物质,其中,从组装的电池的性能及其稳定性、组装工序的容易性、可靠性等观点考虑,优 选钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、三元系镍锰钴酸锂、LiFeP04、LiCoP04、LiMnP0 4、1^。.9。11。.。5他。.。# %;5(^〇。.;5。111。.3。?04等含有锂原子的氧化物。
[0157] 活性物质的平均粒径是使用以光散射法为测定原理的粒度分布测定装置测定 粒度分布,从小的粒子累积粒子时粒子数的累积频率达到50%的粒径(D50)的值。作为 这样的粒度分布测定装置,例如可举出CoulterLS230、LS100、LS13320(以上为Beckman Coulter. Inc制),FPAR-1000(大塚电子株式会社制)等。这里,使用2种以上的活性物质 时,活性物质的平均粒径表示混合全部的活性物质而得的混合物的平均粒径。
[0158] 活性物质的使用比例优选以相对于活性物质100质量份的粘结剂(水溶性聚合物 (A))的含有比例成为0. 1~25质量份这样的比例使用,更优选以成为0. 5~15质量份这 样的比例使用。通过成为这样的使用比例,能够制造密合性更优异且电极电阻小、充放电特 性更优异的电极。
[0159] 2.1.2.其它的添加剂
[0160] 根据需要,可以向本实施方式的蓄电设备电极用浆料中添加导电助剂、非水系介 质、增粘剂、pH调节剂、防腐剂等。
[0161] 2. 1.2.1.导电助剂
[0162] 作为导电助剂的具体例,在锂离子二次电池中使用碳等;在镍氢二次电池中,正极 使用氧化钴,负极使用镍粉末、氧化钴、氧化钛、碳等。在上述两种电池中,作为碳,可举出石 墨、活性炭、乙炔黑、炉法炭黑、石墨、碳纤维、富勒烯等。其中,可优选使用乙炔黑或者炉法 炭黑。导电助剂的使用比例相对于活性物质100质量份,优选为20质量份以下,更优选为 1~15质量份,特别优选为2~10质量份。
[0163] 2. 1. 2. 2.非水系介质
[0164] 对于本实施方式的蓄电设备电极用浆料,从改善其涂布性的观点考虑,可以含有 具有80~350°C的标准沸点的非水系介质。作为这样的非水系介质的具体例,例如可举出 N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、N,N_二甲基乙酰胺等酰胺化合物;甲苯、二甲苯、正十二 烷、四氢萘等烃;2-乙基-1-己醇、1-壬醇、月桂醇等醇;甲基乙基酮、环己酮、佛尔酮、苯乙 酮、异佛尔酮等酮;乙酸苄酯、丁酸异戊酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸丁酯等酯;邻甲苯胺、 间甲苯胺、对甲苯胺等胺化合物;γ-丁内酯、丁内酯等内酯;二甲基亚砜、环丁砜等亚 砜?砜化合物等,可使用从这些中选择的1种以上。其中,从涂布蓄电设备电极用浆料时的 作业性等观点考虑,优选使用Ν-甲基吡咯烷酮。
[0165] 2. 1.2. 3.增粘剂
[0166] 对于本实施方式的蓄电设备电极用浆料,从调整其流动性、稳定性的观点考虑,可 含有增粘剂。作为这样的增粘剂,例如可举出羧甲基纤维素、甲基纤维素、羟基丙基纤维素 等纤维素化合物;上述纤维素化合物的铵盐或者碱金属盐;聚(甲基)丙烯酸、改性聚(甲 基)丙烯酸等聚羧酸;上述聚羧酸的碱金属盐;聚乙烯醇、改性聚乙烯醇、乙烯-乙烯醇共 聚物等聚乙烯醇系(共)聚合物;(甲基)丙烯酸、马来酸以及富马酸等不饱和羧酸与乙烯 基酯的共聚物的皂化物等水溶性聚合物等。其中作为特别优选的增粘剂,有羧甲基纤维素 的碱金属盐、聚(甲基)丙烯酸的碱金属盐等。
[0167] 应予说明,在暴露于高电压的环境中使用时,由于氧化电位低,优选不含有羧甲基 纤维素及其盐。通过添加羧甲基纤维素及其盐,有时电极的柔软性降低,卷绕性受损,或者 活性物质层的密合性变得不充分。暴露于高电压的环境,例如可举出锂离子电池、锂离子电 容器、双电层电容器等的正极或正极电极表面与间隔件之间形成的保护膜等。
[0168] 本实施方式的蓄电设备电极用浆料含有增粘剂时,作为增粘剂的使用比例,相对 于蓄电设备电极用浆料的全部固体成分量,优选为20质量%以下,更优选为0. 1~15质 量%,特别优选为0.5~10质量%。
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