固体电解质组合物、使用其的电池用电极片及全固态二次电池的制作方法_2

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第2族的金 属的离子的传导性并且具有电子绝缘性的固体电解质。
[0070] 作为具体的化合物例,例如可列举LixLayTiOs〔x = 0.3~0.7,y = 0.3~0.7 KLLT)、 Li7La3Zr2〇i2化LZ)、具有LISICON化ithium S叩er ionic conductor)型结晶结构的 Li3.日Zno.2日Ge〇4、具有巧铁矿型结晶结构的Lao.日日Lio.3日Ti〇3、具有NASICON(化化ium SWer ionic conductor)型结晶结构的LiTi2P3〇i2、Liiwy(Al,Ga)x(Ti,Ge)2-xSiyP3-yOi2(其中,0 < X。,0含y。)及具有石恼石型结晶结构的Li7La3Zn0i2等。并且也可优选含有Li、P及0的憐 化合物。例如憐酸裡化i3P化)、对憐酸裡的氧的一部分用氮进行置换的LiP0N、LiP0D(D为选 自 Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Ru、Ag、Ta、W、Pt及Au等中的至少一种)等。并且,也 可优选使用LiAONU为选自51、8、66、41、(:及6曰等中的至少一种)等。
[0071] 其中,LixLayTi〇3〔x = 0.3 ~0.7,y = 0.3 ~0.7)aLT)及 Li?La3 化 2〇12(化2)具有高的 裡离子传导性,化学上稳定而易于处理,因此优选。它们可单独使用,也可组合两种W上使 用。
[0072] 作为裡离子传导性的氧化物类无机固体电解质的离子传导率优选为1 X l(T6S/cm W上,更优选为1 X l〇-5S/cmW上,尤其优选为5X l〇-5S/cmW上。
[0073] 在本发明中,其中优选使用氧化物类的无机固体电解质。概括而言氧化物类的无 机固体电解质硬度较高,因此在全固态二次电池中容易产生界面阻力的上升,通过应用本 发明,作为界面阻力上升的对策,效果更加显著。
[0074] 对于无机固体电解质的平均粒径不作特别限定,但优选为0.OlwiiW上,更优选为 0.1皿W上。作为上限,优选为100皿W下,更优选为50皿W下。另外,无机固体电解质粒子的 平均粒径的测量方法依照后述实施例一节中示出的无机粒子的平均粒径的测量方法。
[0075] 无机固体电解质(A)在固体电解质组合物中的浓度,当兼顾考虑电池性能与界面 阻力的降低/维持效果时,相对于固体成分100质量%,优选为50质量% ^上,更优选为70质 量% ^上,尤其优选为90质量% ^上。作为上限,从同样的观点考虑,优选为99.9质量% W 下,更优选为99.5质量% W下,尤其优选为99质量% W下。
[0076] 另外,在本说明书中,固体成分是指在IOCTC下进行干燥处理时不会因挥发或蒸发 而消失的成分。一般指后述的分散介质W外的成分。
[0077] 上述无机固体电解质可单独使用一种,也可组合两种W上使用。
[007引(粘合剂粒子(B))
[0079] 构成本发明中使用的粘合剂粒子的聚合物作为侧链成分嵌入有来源于数均分子 量1000 W上的大分子单体(X)的重复单元。
[0080] .主链成分
[0081] 对于形成本发明的粘合剂粒子(B)的聚合物的主链不作特别限定,可应用常规的 聚合物成分。作为构成主链成分的单体优选为具有聚合性不饱和键的单体,例如可应用各 种乙締类单体或丙締酸类单体。在本发明中,其中,优选使用丙締酸类单体。进一步优选,优 选使用选自(甲基)丙締酸单体、(甲基)丙締酸醋单体及(甲基)丙締腊中的单体。对于聚合 性基的数量不作特别限定,但优选为1~4个。
[0082] 构成本发明所设及的粘合剂粒子的聚合物,优选具有下述官能团组(b)中的至少 一种。该官能团组可包含于主链上,也可包含于后述的侧链上,但优选包含于主链上。如此, 通过主链等中包含有特定的官能团,能够期待与认为存在于固体电解质、活性物质及集电 体的表面的氨原子、氧原子及硫原子之间的相互作用变强;粘合性提高;界面阻力下降的作 用。
[0083] 官能团组(b)
[0084] 幾基、氨基、横酸基、憐酸基、径基、酸基、氯基及硫醇基
[0085] 作为含有幾基的基团可列举簇基、幾氧基及酷胺基等,优选碳原子数1~24,更优 选1~12,尤其优选1~6。
[0086] 氨基优选碳原子数0~12,更优选0~6,尤其优选0~2。
[0087] 横酸基可W是其醋或盐。当为醋时,优选碳原子数1~24,更优选1~12,尤其优选1 ~6。
[0088] 憐酸基可W是其醋或盐。当为醋时,优选碳原子数I~24,更优选I~12,尤其优选I ~6。
[0089] 另外,上述官能团既可W作为取代基存在,也可W作为连接基存在。例如,氨基可 作为2价亚氨基或3价氮原子存在。
[0090] 作为形成上述聚合物的乙締类单体,优选由下述式(b-1)表示的单体。
[0091] [化学式2]
[0093] 式中,Ri表示氨原子、径基、氯基、面素原子、烷基(优选碳原子数1~24,更优选1~ 12,尤其优选1~6)、締基(优选碳原子数2~24,更优选2~12,尤其优选2~6)、烘基(优选碳 原子数2~24,更优选2~12,尤其优选2~6)或芳基(优选碳原子数6~22,更优选6~14)。其 中优选氨原子或烷基,更优选氨原子或甲基。
[0094] R2为氨原子、烷基(优选碳原子数1~24,更优选1~12,尤其优选1~6)、締基(优选 碳原子数2~12,更优选2~6)、芳基(优选碳原子数6~22,更优选6~14)、芳烷基(优选碳原 子数7~23,更优选7~15)、氯基、簇基、径基、硫醇基、横酸基、憐酸基、麟酸基、含有氧原子 的脂肪族杂环基(优选碳原子数2~12,更优选2~6)或氨基(NRVrW按照后述的定义,优选 氨原子或碳原子数1~3的烷基)。其中,优选甲基、乙基、丙基、下基、氯基、乙締基、苯基、簇 基、硫醇基及横酸基等。
[00M] R2还可具有后述的取代基T。其中,簇基、面素原子(氣原子等)、径基及烷基等可进 行取代。
[0096] 簇基、径基、横酸基、憐酸基及麟酸基可被醋化且携带例如碳原子数1~6的烷基。
[0097] 含有氧原子的脂肪族杂环基优选含有环氧基的基团、含有氧杂环下烷基的基团及 含有四氨巧喃基的基团等。
[0098] Li为任意的连接基,可列举后述的连接基L的例子。具体而言,可列举碳原子数1~ 6(优选1~3)的亚烷基、碳原子数2~6(优选2~3)的亚締基、碳原子数6~24(优选6~10)的 亚芳基、氧原子、硫原子、亚氨基(NRW)、幾基、憐酸连接基(-O-P(OH) (0)-0-)、麟酸连接基(-P(OH)(O)-O-)或它们的组合所设及的基等。上述连接基可具有任意的取代基。连接原子数、 连接原子的数量的优选范围与后述相同。作为任意的取代基可列举取代基T,例如,可列举 烷基或面素原子等。
[0099] n为0或 1。
[0100] 作为构成上述的聚合物的丙締酸类单体,除了上述(b-1)之外,优选由下述式(b-2)~(b-6)中的任一种表示的单体。
[0101] [化学式3]
[0103] Ri、n与上述式(b-1)含义相同。
[0104] R3与R2含义相同。其中,作为其优选物质,可列举氨原子、烷基、芳基、簇基、硫醇基、 憐酸基、麟酸基、含有氧原子的脂肪族杂环基及氨基(NRWs)等。
[0105] L2为任意的连接基,优选Li的例子,更优选氧原子、碳原子数1~6(优选1~3)的亚 烷基、碳原子数2~6(优选2~3)的亚締基、幾基、亚氨基(NRW)或它们的组合所设及的基等。
[0106] 巧3连接基,优选L2的例子,更优选碳原子数1~6(优选1~3)的亚烷基。
[0107] L4与Li含义相同。
[010引 R4为氨原子、碳原子数1~6(优选1~3)的烷基、碳原子数0~6(优选0~3)的含有 径基的基团、碳原子数0~6(优选0~3)的含有簇基的基团或(甲基)丙締酷氧基。另外,R4成 为上述Li的连接基,可W W该部分构成二聚体。
[0109] m表示1~200的整数,优选为1~100的整数,更优选为1~50的整数。
[0110] 在上述式(b-1)~(b-6)中,对于有时取烷基或芳基、亚烷基或亚芳基等取代基的 基团,只要能够维持本发明的效果可具有任意的取代基。作为任意取代基,例如,可列举取 代基T,具体而言,可具有面素原子、径基、簇基、硫醇基、酷基、酷氧基、烷氧基、芳氧基、芳酷 基、芳酷氧基及氨基等任意取代基。
[0111] W下举出形成构成粘合剂粒子的聚合物主链的单体的例子,但本发明的解释不被 运些例子限定。下述式中,n表示1~1,000,000。
[0112] [化学式4]
[0113] <单体的具体例>

[0117] ?侦觀成分化分子单体(X))
[011引大分子单体的数均分子量为1,000 W上,优选为2,000 W上,尤其优选为3,000 W 上。作为上限,优选为500,000?下,更优选为100,000?下,尤其优选为30,000W下。通过构 成上述粘合剂粒子的聚合物具有持有上述范围的分子量的侧链,能够更好地均匀分散于有 机溶剂中且能够与固体电解质粒子混合后进行涂布。
[0119] 在此,就本发明的优选实施方式所设及的固体电解质组合物的作用而言,则可解 释为粘合剂聚合物中的上述侧链成分具有改善在溶剂中的分散性的作用。由此,粘合剂W 颗粒状合适地分散于溶剂中,因此粘着固体电解质时不局部或全部覆盖。其结果,认为粘合 剂粒子之间保持等间距且不切断粒子之间的电连接,因此能够抑制固体粒子之间、集电体 之间等的界面阻力的上升。而且,通过其粘合剂聚合物具有侧链,粘合剂粒子不仅附着于固 体电解质粒子上,还可期待其侧链缠绕效果。由此可谋求固体电解质相关的界面阻力的抑 制与粘着性改善的兼顾。而且,从其分散性良好的方面考虑,与水中乳液聚合等相比较可省 略有机溶剂中进行相转变的工序,并且,也可将沸点低的溶剂用作分散介质。另外,可通过 测量合成构成粘合剂粒子(B)的聚合物时嵌入的聚合性化合物(大分子单体)的分子量来进 行鉴定侧链成分(X)的分子量。
[0120] -分子量的测量-
[0121] 在本发明中,对于聚合物的分子量,若无特别说明,表示数均分子量,测量利用凝 胶渗透色谱(GPC)测量标准聚苯乙締换算的数均分子量。作为测量法,基本上采用通过下述 条件1或条件2(优选)的方法测量的值。其中,根据聚合物种类酌情选用适合的的洗提液即 可。
[0122] (条件 1)
[0123] 色谱柱:连接两根TOSOH TSKgel Super AWM-H
[0124] 流动相:IOmMLiBr/N-甲基化咯烧酬
[0125] 测量溫度:40°C
[01 %] 流动相流量:1.0 ml/min
[0127] 试样浓度:0.1质量%
[012引检测仪:RI(折射率)检测仪
[0129] (条件 2)
[0130] 色谱柱:使用连接TOSOH TSKgel S叫er 监M-H、TOSOH TSKgel Super 监4000及 TOSOH TSKgel Super监2000而成的色谱柱
[0131] 流动相:四氨巧喃
[0132] 测量溫度:40°C
[0133] 流动相流量:1 .Oml/min
[0134] 试样浓度:0.1质量%
[0135] 检测仪:RI(折射率)检测仪
[0136] 大分子单体(X)的SP值优选为IOW下,更优选为9.5W下。对于下限值并无特别要 求,但5W上为比较实际。
[0137] -SP值的定义-
[0138] 在本说明书中SP值,若无特别说明,则通过化y法求出(H.L.Hoy Journal of Painting,1970,Vol. 42,76-118)。并且,虽然省略其单位后表示SP值,但其单位为cali/2cm 另外,侧链成分(X)的SP值与形成上述侧链的原料单体的SP值几乎相同,可由此进行评 价。
[0139] SP值为显示有机溶剂中分散特性的指标。在此,将侧链成分设定为特定分子量W 上,优选设定为上述SP值W上,由此能够提高与固体电解质的粘合性且提高与溶剂的亲和 性并稳定地分散,因此优选。
[0140] 对于上述大分子单体(X)的侧链成分的主链不作特别限定,可应用常规的聚合物 成分。大分子单体(X)优选具有聚合性不饱和键,例如可具有各种乙締基或(甲基)丙締酷 基。在本发明中,其中优选具有(甲基)丙締酷基。
[0141] 另外,在本说明书中,当称作巧締酸(7夕如种'或巧締酷(7夕!;口人种'时,不 仅指丙締酷基,还泛指包含其衍生结构的基团,并作为包含在丙締酷基的a位上具有特定取 代基的结构的基团。其中,有时狭义地将a位为氨原子的情况称为丙締酸或丙締酷。有时将a 位上具有甲基的情况称为甲基丙締酸,并表示丙締酸(a位为氨原子)与甲基丙締酸(a位为 甲基)中的任一种基团而称为(甲基)丙締酸夕)夕如W等。
[0142] 上述大分子单体(X)优选包含来源于选自(甲基)丙締酸单体、(甲基)丙締酸醋单 体及(甲基)丙締腊中的单体的重复单元。并且,上述大分子单体(X)优选包含聚合性双键与 碳原子数6W上的直链控结构单元S(优选碳原子数6W上且30W下的亚烷基,更优选碳原子 数8W上且24W下的亚烷基)。如此,形成侧链的大分子单体具有直链控结构单元S,由此可 期待与溶剂的亲和性变高且分散稳定性提高的作用。
[0143] 上述大分子单体(X)优选具有由下述式(b-11)表示的部位。
[0144] [化学式6]
[0146] Rii与Ri含义相同。*为键合部。
[0147] 作为上述的大分子单体(X)优选具有由下述式(b-12a)~(b-12c)表示的部位。W 下有时将运些部位称为"特定聚合性部位"。
[014引[化学式引
[0150] Rb2与Ri含义相同。*为键合部。RW与由后述的取代基T表示的定义相同。式(b-12c)、(b-13c)及(b-14c)的苯环上可取代有任意的取代基T。
[0151 ]作为键合部*之前存在的结构部,只要满足作为大分子单体时的分子量对其不作 特别限定,但优选为由碳原子、氧原子及氨原子构成的结构部位。此时,可具有取代基T,例 如,可具有面素原子(氣原子)等。
[0152
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