CN115836413A - 全固态二次电池用粘结剂组合物的制造方法、全固态二次电池用浆料组合物的制造方法、含固态电解质层的制造方法以及全固态二次电池的制造方法 - Google Patents
全固态二次电池用粘结剂组合物的制造方法、全固态二次电池用浆料组合物的制造方法、含固态电解质层的制造方法以及全固态二次电池的制造方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明的目的在于提供一种制造全固态二次电池用粘结剂组合物的方法,上述全固态二次电池用粘结剂组合物能够形成可使全固态二次电池发挥优异的输出特性和循环特性的含固态电解质层。本发明的全固态二次电池用粘结剂组合物的制造方法的特征在于,其为包含聚合物和有机溶剂的全固态二次电池用粘结剂组合物的制造方法,上述制造方法包括:水分除去工序,使用包含第13族元素和第14族元素中的至少一者的脱水剂,得到包含上述聚合物和上述有机溶剂且水分量为200ppm以下的组合物(X);以及过渡金属除去工序,通过磁力将上述组合物(X)所含的过渡金属除去,得到上述全固态二次电池用粘结剂组合物。
Description
技术领域
本发明涉及一种全固态二次电池用粘结剂组合物的制造方法、全固态二次电池用浆料组合物的制造方法、含固态电解质层的制造方法以及全固态二次电池的制造方法。
背景技术
近年来,锂离子二次电池等二次电池除在移动信息终端、移动电子设备等移动终端以外,在家用小型电力储存装置、机动双轮车、电动汽车、混合动力电动汽车等各种用途中的需求日益增加。而且,随着用途的扩大,要求进一步提高二次电池的安全性。
因此,作为安全性高的二次电池,使用固态电解质以代替易燃性高、泄漏时的着火危险性高的有机溶剂电解质的全固态二次电池受到关注。固态电解质例如以通过粘结材料将固态电解质等成分相互粘结而成的含固态电解质层(电极复合材料层、固态电解质层)的形式被包含在全固态二次电池内。
在此,在形成含固态电解质层时,使用用包含作为粘结材料的聚合物和溶剂的粘结剂组合物制备的含固态电解质层用浆料组合物。
例如,通过从含有粘结剂组合物、固态电解质和电极活性物质的电极复合材料层用浆料组合物除去溶剂,能够形成电极复合材料层。此外,例如,通过从含有粘结剂组合物和固态电解质的固态电解质层用浆料组合物除去溶剂,能够形成固态电解质层。
在全固态二次电池中,有时含固态电解质层所含的微量的水与固态电解质反应而使全固态二次电池的性能劣化。因此,从提高全固态二次电池的性能的观点出发,要求减少构成全固态二次电池的含固态电解质层的水分量。因此,在含固态电解质层的制造中使用的粘结剂组合物中也要求减少水分量。
例如,在专利文献1中,报告了粘结剂组合物所含的水分量优选小于1000ppm。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2017/047378号。
发明内容
发明要解决的问题
然而,使用包含上述现有技术的粘结剂组合物的浆料组合物形成的含固态电解质层在使全固态二次电池发挥优异的输出特性和循环特性的方面仍有改善的余地。
因此,本发明的目的在于提供一种制造能够形成可使全固态二次电池发挥优异的输出特性和循环特性的含固态电解质层的全固态二次电池用粘结剂组合物的方法。
此外,本发明的目的在于提供一种制造能够形成可使全固态二次电池发挥优异的输出特性和循环特性的含固态电解质层的全固态二次电池用浆料组合物的方法。
进而,本发明的目的在于提供一种制造可使全固态二次电池发挥优异的输出特性和循环特性的含固态电解质层的方法。
此外,本发明的目的在于提供一种制造可发挥优异的输出特性和循环特性的全固态二次电池的方法。
用于解决问题的方案
本发明人以解决上述问题为目的进行了深入研究。然后,本发明人发现,如果使用规定的脱水剂,得到包含聚合物和有机溶剂且水分量为规定值以下的组合物,然后通过磁力将该组合物所含的过渡金属除去,则能够制造能够形成可使全固态二次电池发挥优异的输出特性和循环特性的含固态电解质层的全固态二次电池用浆料组合物,从而完成了本发明。
即,本发明的目的在于有利地解决上述问题,本发明的全固态二次电池用粘结剂组合物的制造方法的特征在于,为包含聚合物和有机溶剂的全固态二次电池用粘结剂组合物的制造方法,上述制造方法包括:水分除去工序,使用包含第13族元素和第14族元素中的至少一者的脱水剂,得到包含上述聚合物和上述有机溶剂且水分量为200ppm以下的组合物(X);以及过渡金属除去工序,通过磁力将上述组合物(X)所含的过渡金属除去,得到上述全固态二次电池用粘结剂组合物。像这样,根据包括使用规定的脱水剂而得到包含聚合物和有机溶剂且水分量为上述规定值以下的组合物的工序、以及通过磁力将该组合物所含的过渡金属除去的工序的全固态二次电池用粘结剂组合物的制造方法,能够制造能够形成可使全固态二次电池发挥优异的输出特性和循环特性的含固态电解质层的全固态二次电池用浆料组合物。
另外,在本发明中,“水分量”能够通过本说明书的实施例中记载的方法测定。
在此,本发明的全固态二次电池用粘结剂组合物的制造方法优选上述全固态二次电池用粘结剂组合物的过渡金属的含量为5ppm以下。如果使制造的粘结剂组合物的过渡金属的含量为上述规定值以下,则能够进一步提高具有使用粘结剂组合物形成的含固态电解质层的全固态二次电池的循环特性。
另外,在本发明中,“过渡金属的含量”能够通过本说明书的实施例中记载的方法测定。
而且,本发明的全固态二次电池用粘结剂组合物的制造方法优选上述脱水剂包含-О-Si-О-结构和-О-Al-О-结构中的至少一者。如果使用包含-О-Si-О-结构和-О-Al-О-结构中的至少一者的脱水剂,则能够进一步减少制造的粘结剂组合物的水分量,因此能够进一步提高具有使用粘结剂组合物形成的含固态电解质层的全固态二次电池的输出特性。
此外,本发明的全固态二次电池用粘结剂组合物的制造方法优选上述有机溶剂的SP值为5以上且9.5以下。如果使用SP值在上述规定的范围内的有机溶剂,则能够进一步减少制造的粘结剂组合物的水分量,因此能够进一步提高具有使用粘结剂组合物形成的含固态电解质层的全固态二次电池的输出特性。此外,如果使用SP值在上述规定的范围内的有机溶剂,则能够使固态电解质良好地分散于使用制造的粘结剂组合物制备的浆料组合物中。进而,如果使用SP值在上述规定的范围内的有机溶剂,则能够防止由有机溶剂导致的固态电解质的劣化,抑制全固态二次电池的输出特性降低。
另外,在本发明中,“SP值”是指溶解度参数。
而且,SP值能够使用在Hansen Solubility Parameters A User’s Handbook,2ndEd(CRCPress)中介绍的方法来计算出。
此外,有机化合物的SP值也能够由该有机化合物的分子结构推算。具体而言,其可使用能够由SMILE式计算SP值的模拟软件(例如“HSPiP”(http=//www.hansen-solubility.com))进行计算。在该模拟软件中,基于Hansen SOLU BILITY PARAMETERS AUser’s Handbook Second Edition,Charles M.Hans en中记载的理论求出SP值。
另外,本说明书中的SP值的单位为“(cal/cm3)1/2”。
在此,本发明的全固态二次电池用粘结剂组合物的制造方法优选上述聚合物包含选自氰化乙烯基单体单元、(甲基)丙烯酸酯单体单元、芳香族乙烯基单体单元、脂肪族共轭二烯单体单元以及亚烷基结构单元中的至少一种。如果使用包含上述规定的单体单元和/或结构单元的聚合物,则能够提高具有使用制造的粘结剂组合物形成的含固态电解质层的全固态二次电池的电池特性。
另外,在本发明中,“(甲基)丙烯酸”是指丙烯酸和/或甲基丙烯酸。
而且,本发明的全固态二次电池用粘结剂组合物的制造方法优选上述水分除去工序包括使用上述脱水剂从包含上述聚合物和上述有机溶剂的脱水前组合物(Y)除去水而得到上述组合物(X)的工序。在水分除去工序中,如果使用脱水剂从包含聚合物和有机溶剂的脱水前组合物(Y)除去水而制备组合物(X),则能够进一步减少制造的粘结剂组合物的水分量,因此能够进一步提高具有使用粘结剂组合物形成的含固态电解质层的全固态二次电池的输出特性。
此外,本发明的目的在于有利地解决上述问题,本发明的全固态二次电池用浆料组合物的制造方法的特征在于包括如下工序:制备包含固态电解质、以及通过上述的任一种全固态二次电池用粘结剂组合物的制造方法制造的全固态二次电池用粘结剂组合物的全固态二次电池用浆料组合物。根据本发明的全固态二次电池用浆料组合物的制造方法,能够制造能够形成可使全固态二次电池发挥优异的输出特性和循环特性的含固态电解质层的全固态二次电池用浆料组合物。
进而,本发明的目的在于有利地解决上述问题,本发明的含固态电解质层的制造方法的特征在于包括如下工序:使用通过上述的全固态二次电池用浆料组合物的制造方法制造的全固态二次电池用浆料组合物形成含固态电解质层。根据本发明的含固态电解质层的制造方法,能够制造可使全固态二次电池发挥优异的输出特性和循环特性的含固态电解质层。
而且,本发明的目的在于有利地解决上述问题,本发明的全固态二次电池的制造方法的特征在于包括如下工序:使用通过上述的含固态电解质层的制造方法制造的含固态电解质层制作全固态二次电池。根据本发明的全固态二次电池的制造方法,能够制造可发挥优异的输出特性和循环特性的全固态二次电池。
发明效果
根据本发明,能够提供制造能够形成可使全固态二次电池发挥优异的输出特性和循环特性的含固态电解质层的全固态二次电池用粘结剂组合物的方法。
此外,根据本发明,能够提供制造能够形成可使全固态二次电池发挥优异的输出特性和循环特性的含固态电解质层的全固态二次电池用浆料组合物的方法。
进而,根据本发明,能够提供制造可使全固态二次电池发挥优异的输出特性和循环特性的含固态电解质层的方法。
此外,根据本发明,能够提供制造可发挥优异的输出特性和循环特性的全固态二次电池的方法。
具体实施方式
以下,对本发明的实施方式进行详细说明。
通过本发明的全固态二次电池用粘结剂组合物的制造方法制造的全固态二次电池用粘结剂组合物(以下,有时简称为“粘结剂组合物”)能够用于制备全固态二次电池用浆料组合物(以下,有时简称为“浆料组合物”)。
而且,通过本发明的粘结剂组合物的制造方法制造的粘结剂组合物能够用于本发明的浆料组合物的制造方法。
此外,通过本发明的浆料组合物的制造方法制造的浆料组合物能够在形成在全固态锂离子二次电池等全固态二次电池中使用的电极复合材料层、固态电解质层等含固态电解质层时使用。
而且,通过本发明的浆料组合物的制造方法制造的浆料组合物能够用于本发明的含固态电解质层的制造方法。
进而,通过本发明的含固态电解质层的制造方法制造的含固态电解质层能够在制造全固态二次电池时使用。
而且,通过本发明的含固态电解质层的制造方法制造的含固态电解质层能够用于本发明的全固态二次电池的制造方法。
(全固态二次电池用粘结剂组合物的制造方法)
本发明的粘结剂组合物的制造方法为制造包含聚合物和有机溶剂的粘结剂组合物的方法。而且,本发明的粘结剂组合物的制造方法的特征在于包括如下工序:水分除去工序,使用规定的脱水剂,得到包含聚合物和有机溶剂且水分量为200ppm以下的组合物(X);以及过渡金属除去工序,通过磁力将组合物(X)所含的过渡金属除去,得到粘结剂组合物。根据本发明的粘结剂组合物的制造方法,能够制造能够形成可使全固态二次电池发挥优异的输出特性和循环特性的含固态电解质层的粘结剂组合物。
<水分除去工序>
在水分除去工序中,使用规定的脱水剂,得到包含聚合物和有机溶剂且水分量为200ppm以下的组合物(X)。在此,在粘结剂组合物的制备中使用的聚合物和有机溶剂等成分中能够混入微量的水。因此,在本发明的粘结剂组合物的制造方法中,通过实施使用规定的脱水剂来制备水分量为规定值以下的组合物(X)的水分除去工序,能够减少制造的粘结剂组合物的水分量。由此,能够使具有使用粘结剂组合物形成的含固态电解质层的全固态二次电池发挥优异的输出特性。
另外,对于在水分除去工序中使用规定的脱水剂得到包含聚合物和有机溶剂且水分量为上述规定值以下的组合物(X)所用的具体的方法在之后进行说明。
<<脱水剂>>
水分除去工序中使用的脱水剂包含第13族元素和第14族元素中的至少一者。通过使用包含第13族元素和第14族元素中的至少一者的脱水剂,能够充分减少得到的组合物(X)和粘结剂组合物的水分量。
在此,作为第13族元素,可举出硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、铊(Tl)以及鉨(Nh)。其中,从进一步减少得到的组合物(X)和粘结剂组合物的水分量的观点出发,优选第13族元素为铝。
此外,作为第14族元素,可举出碳(C)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、铅(Pb)以及鈇(Fl)。其中,从进一步减少得到的组合物(X)和粘结剂组合物的水分量的观点出发,优选第14族元素为硅(Si)。
另外,脱水剂可以为有机化合物,也可以为无机化合物。
而且,从进一步减少得到的组合物(X)和粘结剂组合物的水分量的观点出发,水分除去工序中使用的脱水剂优选具有-О-Si-О-结构和-О-Al-О-结构中的至少一者。
作为具有-О-Si-О-结构和-О-Al-О-结构中的至少一者的脱水剂,可举出例如:二氧化硅凝胶等具有-О-Si-О-结构的脱水剂;氧化铝等具有-О-Al-О-结构的脱水剂;作为结晶性的硅铝酸盐的沸石等具有-О-Si-О-结构和-О-Al-О-结构这两者的脱水剂;等。其中,从进一步减少得到的组合物(X)和粘结剂组合物的水分量的观点出发,作为脱水剂,优选使用二氧化硅凝胶和沸石。
另外,作为沸石,能够使用天然沸石和合成沸石中的任一者。而且,作为合成沸石,能够使用各种分子筛(类型:3A、4A、13X等)、Zeochem公司制“ZEOflair 110”等。
而且,上述的脱水剂可以仅单独使用一种,也可以以任意比率混合使用两种以上。
另外,水分除去工序中使用的脱水剂的形状能够在可得到本发明的期望的效果的范围内适当选择,能够为例如粉末状、珠状等形状。
<<组合物(X)>>
水分除去工序中得到的组合物(X)包含聚合物和有机溶剂,水分量为200ppm以下。
[聚合物]
作为聚合物,在由使用粘结剂组合物制备的浆料组合物而形成的含固态电解质层中,只要为可使固态电解质等成分相互粘结的成分(即,可作为粘结材料发挥功能的成分),就没有特别限制,能够使用任意的聚合物。
另外,在粘结剂组合物和后述的浆料组合物中,聚合物可以为溶解于有机溶剂的状态,也可以为成为颗粒状而分散于有机溶剂的状态。
<<组成>>
在此,聚合物优选包含例如选自氰化乙烯基单体单元、(甲基)丙烯酸酯单体单元、芳香族乙烯基单体单元、脂肪族共轭二烯单体单元以及亚烷基结构单元中的至少一种。如果聚合物包含上述规定的单体单元和/或结构单元,则能够提高具有使用粘结剂组合物形成的含固态电解质层的全固态二次电池的电池特性(例如输出特性和循环特性)。
另外,本说明书中,“包含单体单元”是指“在使用该单体得到的聚合物中包含来自单体的结构单元”。
此外,聚合物也可以包含除氰化乙烯基单体单元、(甲基)丙烯酸酯单体单元、芳香族乙烯基单体单元、脂肪族共轭二烯单体单元以及亚烷基结构单元以外的结构单元(其它结构单元)。
[氰化乙烯基单体单元]
作为能够形成氰化乙烯基单体单元的氰化乙烯基单体,可举出例如丙烯腈、甲基丙烯腈、α-氯丙烯腈以及α-乙基丙烯腈。这些可以单独使用一种,也可以组合使用两种以上。而且,在这些中,优选丙烯腈。
在此,在聚合物包含氰化乙烯基单体单元的情况下,以全部结构单元为100质量%,氰化乙烯基单体单元在聚合物所含的全部结构单元中所占的比例优选为2质量%以上,更优选为3质量%以上,进一步优选为4质量%以上,更进一步优选为10质量%以上,优选为35质量%以下,更优选为28质量%以下,进一步优选为26质量%以下,更进一步优选为15质量%以下。如果氰化乙烯基单体单元在全部结构单元中所占的比例在上述规定范围内,则能够进一步提高具有使用粘结剂组合物形成的含固态电解质层的全固态二次电池的电池特性(例如输出特性和循环特性)。
另外,在本说明书中,某结构单元(包含“单体单元”)在聚合物所含的全部结构单元中所占的比例(质量%)能够使用1H-NMR等核磁共振(NMR)法测定。
[(甲基)丙烯酸酯单体单元]
作为能够形成丙烯酸酯单体单元的(甲基)丙烯酸酯单体,能够使用不具有芳香族烃环的丙烯酸酯单体、以及具有芳香族烃环的丙烯酸酯单体中的任一者。
作为不具有芳香族烃环的(甲基)丙烯酸酯单体,可举出例如:丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸己酯、丙烯酸庚酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸壬酯、丙烯酸癸酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸正十四烷基酯、丙烯酸硬脂酯、丙烯酸-2-乙基己酯等丙烯酸烷基酯;丙烯酸-2-甲氧基乙酯、丙烯酸-2-乙氧基乙酯等丙烯酸烷氧基酯;2-(全氟丁基)乙基丙烯酸酯、2-(全氟戊基)乙基丙烯酸酯等2-(全氟烷基)乙基丙烯酸酯;甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丙酯、甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸戊酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸庚酯、甲基丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸壬酯、甲基丙烯酸癸酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸十三烷基酯、甲基丙烯酸正十四烷基酯、甲基丙烯酸硬脂酯、甲基丙烯酸-2-乙基己酯等甲基丙烯酸烷基酯;甲基丙烯酸-2-甲氧基乙酯、甲基丙烯酸-2-乙氧基乙酯等甲基丙烯酸烷氧基酯;2-(全氟丁基)乙基甲基丙烯酸酯、2-(全氟戊基)乙基甲基丙烯酸酯等2-(全氟烷基)乙基甲基丙烯酸酯。此外,(甲基)丙烯酸酯单体中也包含α,β-烯属不饱和二羧酸的二酯,可举出:衣康酸二乙酯、衣康酸二丁酯等衣康酸的低级烷基二酯等。
作为具有芳香族烃环的(甲基)丙烯酸酯单体单元所含的芳香族烃环,没有特别限定,可举出例如苯环、萘环、蒽环。在这些中,优选苯环。另外,该单体单元可以具有一种芳香族烃环,也可以具有两种以上的芳香族烃环。
而且,作为具有芳香族烃环的丙烯酸酯单体,可举出例如苯氧基乙基(甲基)丙烯酸酯、苯基(甲基)丙烯酸酯、乙氧化邻苯基苯酚(甲基)丙烯酸酯、苯氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯。
另外,在本发明中,“(甲基)丙烯酸酯”是指丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯。
上述的丙烯酸酯单体可以单独使用一种,也可以组合使用两种以上。而且,在这些中,优选丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯甲酸、丙烯酸丁酯(丙烯酸正丁酯、丙烯酸叔丁酯等)、衣康酸二丁酯。
在此,在聚合物包含(甲基)丙烯酸酯单体单元的情况下,以全部结构单元为100质量%,(甲基)丙烯酸酯单体单元在聚合物所含的全部结构单元中所占的比例优选为25质量%以上,更优选为30质量%以上,进一步优选为35质量%以上,更进一步优选为65质量%以上,优选为95质量%以下,更优选为92质量%以下,进一步优选为90质量%以下,更进一步优选为80质量%以下。如果(甲基)丙烯酸酯单体单元在全部结构单元中所占的比例在上述规定范围内,则能够进一步提高具有使用粘结剂组合物形成的含固态电解质层的全固态二次电池的电池特性(例如输出特性和循环特性)。
[芳香族乙烯基单体单元]
作为能够形成芳香族乙烯基单体单元的芳香族单体,可举出例如苯乙烯、苯乙烯磺酸及其盐、α-甲基苯乙烯、对叔丁基苯乙烯、丁氧基苯乙烯、乙烯基甲苯、氯苯乙烯以及乙烯基萘等。
上述的芳香族乙烯基单体可以单独使用一种,也可以组合使用两种以上。而且,在这些中,从提高全固态二次电池的电池特性的观点出发,优选苯乙烯。
在此,在聚合物包含芳香族乙烯基单体单元的情况下,以全部结构单元为100质量%,芳香族乙烯基单体单元在聚合物所含的全部结构单元中所占的比例优选为3质量%以上,更优选为5质量%以上,进一步优选为7质量%以上,特别优选为10质量%以上,优选为40质量%以下,更优选为35质量%以下,进一步优选为30质量%以下,更进一步优选为23质量%以下。如果芳香族乙烯基单体单元在全部结构单元中所占的比例在上述规定范围内,则能够进一步提高具有使用粘结剂组合物形成的含固态电解质层的全固态二次电池的电池特性(例如输出特性和循环特性)。
[脂肪族共轭二烯单体单元]
作为能够形成脂肪族共轭二烯单体单元的脂肪族共轭二烯单体,可举出例如1,3-丁二烯、异戊二烯、2,3-二甲基-1,3-丁二烯、1,3-戊二烯等脂肪族共轭二烯单体。这些可以单独使用一种,也可以组合使用两种以上。
而且,在上述的脂肪族共轭二烯单体中,优选1,3-丁二烯、异戊二烯,更优选1,3-丁二烯。
[亚烷基结构单元]
亚烷基结构单元为仅由以通式:-CnH2n-[其中,n为2以上的整数]表示的亚烷基结构构成的重复单元。
而且,亚烷基结构单元优选为直链状,即直链亚烷基结构单元。此外,亚烷基结构单元的碳原子数优选为4以上(即,上述通式的n优选为4以上的整数)。
另外,向聚合物导入亚烷基结构单元的方法没有特别限定,可举出例如以下的(1)或(2)的方法:
(1)通过对包含脂肪族共轭二烯单体单元的聚合物进行加氢,将脂肪族共轭二烯单体单元转换为亚烷基结构单元而得到聚合物的方法;
(2)由包含1-烯烃单体(例如乙烯、丙烯、1-丁烯、1-己烯等)的单体组合物制备聚合物的方法。
在这些中,(1)的方法容易制造聚合物,因此优选。
即,亚烷基结构单元优选为对脂肪族共轭二烯单体单元进行氢化而得到的结构单元(脂肪族共轭二烯氢化物单元)。
作为上述(1)的方法中使用的脂肪族共轭二烯单体,可举出能够形成上述的脂肪族共轭二烯单体单元的脂肪族共轭二烯单体。即,作为亚烷基结构单元的具体例,可举出对1,3-丁二烯单元进行氢化而得到的结构单元(1,3-丁二烯氢化物单元)、对异戊二烯单元进行氢化而得到的结构单元(异戊二烯氢化物单元)、对2,3-二甲基-1,3-丁二烯单元进行氢化而得到的结构单元(2,3-二甲基-1,3-丁二烯氢化物单元)、对1,3-戊二烯进行氢化而得到的结构单元(1,3-戊二烯氢化物单元)等。其中,优选1,3-丁二烯氢化物单元、异戊二烯氢化物单元,更优选1,3-丁二烯氢化物单元。
另外,这些脂肪族共轭二烯单体、1-烯烃单体能够单独使用或者组合使用两种以上。
在此,在聚合物包含脂肪族共轭二烯单体单元和/或亚烷基结构单元的情况下,以全部结构单元为100质量%,脂肪族共轭二烯单体单元和亚烷基结构单元在聚合物所含的全部结构单元中所占的比例的合计优选为5质量%以上,更优选为6质量%以上,进一步优选为7质量%以上,优选为50质量%以下,更优选为47质量%以下,进一步优选为45质量%以下。如果脂肪族共轭二烯单体单元和亚烷基结构单元在全部结构单元所占的比例的合计在上述规定范围内,则能够进一步提高具有使用粘结剂组合物形成的含固态电解质层的全固态二次电池的电池特性(例如输出特性和循环特性)。
[其它结构单元]
作为其它结构单元,没有特别限定,可举出例如交联性单体单元等。另外,聚合物可以仅包含一种其它结构单元,也可以包含两种以上的其它结构单元。
-交联性单体单元-
能够形成交联性单体单元的交联性单体为每一分子具有两个以上的能够进行聚合的结构(烯烃性双键、环氧基等)的单体。而且,作为交联性单体,可举出例如(甲基)丙烯酸烯丙酯、烯丙基缩水甘油醚、乙二醇二(甲基)丙烯酸酯。这些可以单独使用一种,也可以组合使用两种以上。
在此,在聚合物包含交联性单体单元的情况下,以全部结构单元为100质量%,交联性单体单元在聚合物所含的全部结构单元中所占的比例能够为0.1质量%以上,能够为0.5质量%以上,优选为5质量%以下,更优选为4质量%以下,进一步优选为3质量%以下。
<<制备方法>>
聚合物的制备方法没有特别限定,例如能够通过将包含能够形成上述的各种单体单元的单体的单体组合物聚合、并任意地进行加氢来制备聚合物。
在此,在本发明中,单体组合物中的各单体的含有比例能够根据聚合物中的各单体单元的含有比例来确定。
聚合方式没有特别限制,也能够使用溶液聚合法、悬浮聚合法、本体聚合法、乳液聚合法等任一种方法。在各聚合法中,能够根据需要使用已知的乳化剂、聚合引发剂。
加氢的方法没有特别限制,能够使用利用催化剂的通常的方法(例如参照国际公开第2012/165120号、国际公开第2013/080989号以及日本特开2013-8485号公报)。
[有机溶剂]
作为用于组合物(X)的有机溶剂,没有特别限定,能够使用在全固态二次电池用粘结剂组合物中能够使用的已知的有机溶剂。
而且,有机溶剂的SP值优选为5以上,更优选为6以上,进一步优选为7以上,优选为9.5以下,更优选为9以下,进一步优选为8.5以下。如果使用SP值在上述规定的范围内的有机溶剂,则利用脱水剂的水的除去变得容易,因此能够进一步减少组合物(X)和粘结剂组合物的水分量。由此,能够进一步提高具有使用粘结剂组合物形成的含固态电解质层的全固态二次电池的输出特性。此外,如果有机溶剂的SP值为上述下限值以上,则能够使固态电解质良好地分散于使用粘结剂组合物制备的浆料组合物中。另一方面,如果有机溶剂的SP值为上述上限以下,则能够防止由有机溶剂导致的固态电解质的劣化,抑制全固态二次电池的输出特性的降低。
而且,作为SP值在上述规定的范围内的有机溶剂,可举出丁酸丁酯(SP值:8.1)、二甲苯(SP值:8.3)、均三甲苯(SP值:8.5)、二异丁基酮(SP值:7.8)、癸烷(SP值:6.6)、萘烷(十氢化萘Decalin)(SP值:8.8)、甲基异丁基酮(SP值:8.4)、环戊基甲基醚(SP值:8.4)等。其中,从使用粘结剂组合物制备的浆料组合物中的固态电解质的分散性和浆料干燥性的观点出发,优选使用丁酸丁酯、二甲苯、二异丁基酮。另外,这些有机溶剂可以仅单独使用一种,也可以以任意比率混合使用两种以上。
[水分量]
水分除去工序中得到的组合物(X)是使用脱水剂制备的,因此水分量被抑制得很低。
具体而言,组合物(X)的水分量以质量基准计需要为200ppm以下,优选为150ppm以下,更优选为100ppm以下,进一步优选为70ppm以下。如果组合物(X)的水分量为200ppm以下,则能够充分减少制造的粘结剂组合物的水分量。由此,能够使具有使用粘结剂组合物形成的含固态电解质层的全固态二次电池发挥优异的输出特性。
此外,组合物(X)的水分量没有特别限定,例如以质量基准计可以为5ppm以上,也可以为7.5ppm以上,还可以为10ppm以上。
另外,组合物(X)所含的水(水分)没有特别限定,例如来自上述的聚合物和有机溶剂等组合物(X)的制备中使用的成分中混入的水。
此外,组合物(X)的水分量例如能够通过聚合物的制备方法、有机溶剂的种类、以及水分除去工序中的脱水剂的种类和用量来调节。
[过渡金属的含量]
在水分除去工序中得到的组合物(X)中包含过渡金属。
组合物(X)所含的过渡金属主要来自水分除去工序中使用的脱水剂中的杂质。另外,在组合物(X)中除可以包含来自上述脱水剂中的杂质的过渡金属以外,还可以包含例如来自在配管等中使用的不锈钢等金属材料的过渡金属。
在此,作为过渡金属,可举出例如铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、锰(Mn)、铬(Cr)、钒(V)、钛(Ti)、钪(Sc)等第一过渡金属。
另外,在本说明书中,某组合物的“过渡金属的含量”是指,上述的过渡金属中的至少一种过渡金属在该组合物中的含量。例如,某组合物的过渡金属的含量能够以该组合物中的铁(Fe)的含量的形式来测定。
而且,组合物(X)的过渡金属的含量没有特别限定,以质量基准计优选为50ppm以下,更优选为25ppm以下。如果组合物(X)的过渡金属的含量为上述上限以下,则在后述的过渡金属除去工序中应从组合物(X)除去的过渡金属的量少,因此能够容易地将制造的粘结剂组合物的过渡金属的含量抑制得很低。
另外,组合物(X)的过渡金属的含量的下限值没有特别限定,通常以质量基准计为大于5ppm。
[固体成分浓度]
组合物(X)的固体成分浓度优选为5质量%以上,更优选为6质量%以上,进一步优选为7质量%以上,优选为50质量%以下,更优选为45质量%以下,进一步优选为40质量%以下。如果组合物(X)的固体成分浓度为上述下限以上,则能够使制造的粘结剂组合物中充分地含有能够作为粘结材料发挥功能的聚合物。另一方面,如果组合物(X)的固体成分浓度为上述上限以下,则能够抑制组合物(X)的粘度过度升高,在后述的过渡金属除去工序中,能够通过磁过滤器容易地过滤组合物(X)。
另外,“固体成分浓度”能够通过本说明书的实施例中记载的方法来测定。
<<水分除去工序的具体的方法>>
在水分除去工序中,作为使用脱水剂得到包含聚合物和有机溶剂且水分量为规定值以下的组合物(X)所使用的具体的方法,可以采用下述任一种方法:(1)对包含聚合物和有机溶剂的脱水前的组合物实施利用脱水剂的处理而得到组合物(X)的方法,或者(2)对有机溶剂实施利用脱水剂的处理而得到脱水后的有机溶剂,然后使聚合物溶解或分散于脱水后的有机溶剂而得到组合物(X)的方法。
即,水分除去工序可以包括
(1)使用脱水剂从包含聚合物和有机溶剂的脱水前组合物(Y)除去水而得到组合物(X)的工序A-1,也可以包括
(2)使用脱水剂从有机溶剂除去水而得到脱水后的有机溶剂的工序B-1、以及使聚合物溶解或分散于脱水后的有机溶剂而得到组合物(X)的工序B-2。
而且,从进一步减少得到的组合物(X)和粘结剂组合物的水分量的观点出发,水分除去工序优选包括(1)使用脱水剂从包含聚合物和有机溶剂的脱水前组合物(Y)除去水而得到组合物(X)的工序A-1。
而且,在上述(1)的情况下,水分除去工序在工序A-1之前可以包括下述任一个工序作为得到脱水前组合物(Y)的工序:
(i)对包含聚合物和溶剂S的组合物(Z)进行溶剂交换而得到包含聚合物和有机溶剂的脱水前组合物(Y)的工序A-0,或者
(ii)使聚合物溶解或分散于有机溶剂而得到包含聚合物和有机溶剂的脱水前组合物(Y)的工序A-0′。
另外,上述(i)的工序A-0中的“溶剂S”是指,与粘结剂组合物、组合物(X)以及脱水前组合物(Y)所含的有机溶剂不同的溶剂。
而且,能够将通过上述的聚合物的制备方法得到的聚合物的溶液或分散液直接用作组合物(Z),因此从制造效率的观点出发,水分除去工序优选在工序A-1之前包含工序A-0。
以下,对以下水分除去工序进行说明,但本发明的粘结剂组合物的制造方法并不限定于此,上述水分除去工序包括如下工序:
对包含聚合物和溶剂S的组合物(Z)进行溶剂交换而得到包含聚合物和有机溶剂的脱水前组合物(Y)的工序A-0;以及
使用脱水剂从包含聚合物和有机溶剂的脱水前组合物(Y)除去水而得到组合物(X)的工序A-1。
[工序A-0]
在工序A-0中,对包含聚合物和溶剂的组合物(Z)进行溶剂交换,得到包含聚合物和有机溶剂的脱水前组合物(Y)。
-组合物(Z)-
工序A-0中使用的组合物(Z)包含上述的聚合物和溶剂S。
溶剂S只要为与粘结剂组合物、组合物(X)以及脱水前组合物(Y)所含的有机溶剂不同的溶剂,则没有特别限定。另外,溶剂S的SP值通常偏离上述的有机溶剂的SP值的优选的范围。即,溶剂S的SP值通常为小于5或者大于9.5。
而且,能够将通过上述的聚合物的制备得到的聚合物的溶液或分散液直接用作组合物(Z)。例如,作为组合物(Z),能够使用通过上述的聚合物的制备得到的聚合物的水溶液或水分散液,即包含聚合物和作为溶剂S的水(SP值:23.4)的组合物(Z)。
-溶剂交换-
作为将组合物(Z)所含的溶剂S与有机溶剂进行交换的溶剂交换(溶剂置换)的方法,没有特别限定,能够使用已知的方法。
例如,能够对包含聚合物和溶剂S的组合物(Z)添加有机溶剂而得到混合物,然后进行减压蒸馏,从混合物除去溶剂S和过量的有机溶剂,得到包含聚合物和有机溶剂的脱水前组合物(Y)。另外,进行减压蒸馏时的温度能够根据溶剂S和有机溶剂的种类来适当设定。
-脱水前组合物(Y)-
通过工序A-0得到的脱水前组合物(Y)包含聚合物和有机溶剂。
而且,脱水前组合物(Y)的水分量没有特别限定,以质量基准计通常为大于200ppm。此外,脱水前组合物(Y)的水分量没有特别限定,以质量基准优选为1000ppm以下,更优选为800ppm以下,进一步优选为600ppm以下。如果脱水前组合物(Y)的水分量为上述上限以下,则通过脱水剂应从脱水前组合物(Y)除去的水的量少,因此能够容易地将得到的组合物(X)和粘结剂组合物的水分量抑制得很低。
此外,脱水前组合物(Y)的固体成分浓度优选为5质量%以上,更优选为6质量%以上,进一步优选为7质量%以上,优选为50质量%以下,更优选为45质量%以下,进一步优选为40质量%以下。如果脱水前组合物(Y)的固体成分浓度为上述下限以上,则能够使制造的粘结剂组合物中充分地含有能够作为粘结材料发挥功能的聚合物。另一方面,如果脱水前组合物(Y)的固体成分浓度上述上限以下,则能够抑制脱水前组合物(Y)和上述的组合物(X)的粘度过度升高,在后述的过渡金属除去工序中,能够通过磁过滤器容易地过滤组合物(X)。
[工序A-1]
在工序A-1中,使用上述的规定的脱水剂,从包含聚合物和有机溶剂的脱水前组合物(Y)除去水,得到组合物(X)。
在此,相对于100质量份的脱水前组合物(Y),脱水剂的使用量优选为5质量份以上,更优选为7.5质量份以上,进一步优选为10质量份以上,更进一步优选为20质量份以上,优选为50质量份以下,更优选为45质量份以下,进一步优选为40质量份以下。如果脱水剂的使用量为上述下限以上,则能够从脱水前组合物(Y)良好地除去水,进一步减少得到的组合物(X)和粘结剂组合物的水分量。另一方面,如果脱水剂的使用量为上述上限以下,则能够减少来自脱水剂中的杂质的过渡金属的混入量,减少得到的组合物(X)的过渡金属的含量。由此,在过渡金属除去工序中,能够减少应从组合物(X)除去的过渡金属的量,因此能够容易地将粘结剂组合物的过渡金属的含量抑制得很低。
而且,在工序A-1中,作为使用脱水剂从脱水前组合物(Y)除去水而得到组合物(X)的方法,没有特别限定,可以使用例如对脱水前组合物(Y)投入脱水剂并静置后回收液相部分作为组合物(X)的方法,从进一步减少得到的组合物(X)和粘结剂组合物的水分量的观点出发,优选使用对脱水前组合物(Y)投入脱水剂并搅拌后回收液相部分作为组合物(X)的方法。
在此,搅拌时间优选为1小时以上,更优选为3小时以上,进一步优选为5小时以上,优选为24小时以下,更优选为7小时以下。如果搅拌时间为上述下限以上,则能够从脱水前组合物(Y)良好地除去水,进一步减少得到的组合物(X)和粘结剂组合物的水分量。另一方面,如果搅拌时间为上述上限以下,则能够提高粘结剂组合物的制造效率。
此外,搅拌时的温度能够根据有机溶剂和脱水剂的种类来适当调节。
<过渡金属除去工序>
在过渡金属除去工序中,通过磁力将组合物(X)所含的过渡金属除去,得到粘结剂组合物。通过磁力将组合物(X)所含的过渡金属除去,由此能够减少制造的粘结剂组合物的过渡金属的含量。由此,能够使具有使用粘结剂组合物形成的含固态电解质层的全固态二次电池发挥优异的循环特性。
作为通过磁力将组合物(X)所含的过渡金属除去的方法,没有特别限定,能够使用例如磁过滤器过滤组合物(X),取得得到的滤液作为粘结剂组合物。
在此,磁过滤器的磁通密度能够根据组合物(X)的过渡金属的含量来适当调节,如果磁通密度低则过渡金属的除去效率降低,因此磁通密度优选为1000高斯以上,更优选为2000高斯以上,进一步优选为5000高斯以上。如果磁过滤器的磁通密度为上述下限以上,则能够良好地除去组合物(X)所含的过渡金属,进一步减少制造的粘结剂组合物的过渡金属的含量。
此外,磁过滤器的磁通密度没有特别限定,优选为10000高斯以下。
磁过滤器的网孔的尺寸能够在可得到本发明的期望的效果的范围内适当调节。
另外,在使用上述的磁过滤器的过滤之前,为了除去混入至组合物(X)的脱水剂等,可以进行使用预过滤器的过滤。
<粘结剂组合物>
通过本发明的粘结剂组合物的制造方法制造的粘结剂组合物包含聚合物和有机溶剂。而且,通过本发明的粘结剂组合物的制造方法制造的粘结剂组合物经由上述的水分除去工序和过渡金属除去工序而制造,因此其水分量和过渡金属的含量均被抑制得很低。
<<水分量>>
具体而言,粘结剂组合物的水分量以质量基准计优选为200ppm以下,更优选为150ppm以下,进一步优选为100ppm以下,更进一步优选为70ppm以下。如果粘结剂组合物的水分量为上述上限以下,则能够进一步提高具有使用粘结剂组合物形成的含固态电解质层的全固态二次电池的输出特性。
此外,粘结剂组合物的水分量没有特别限定,例如以质量基准计可以为5ppm以上,也可以为7.5ppm以上,还可以为10ppm以上。
另外,只要没有在上述的水分除去工序之后实施添加后述的其它成分的工序等特殊情况,则粘结剂组合物的水分量通常与上述的组合物(X)的水分量一致。
<<过渡金属的含量>>
此外,粘结剂组合物的过渡金属的含量以质量基准优选为5ppm以下,更优选为2.5ppm以下,进一步优选为1ppm以下,更进一步优选为0.1ppm以下。如果粘结剂组合物的过渡金属的含量为上述上限以下,则能够进一步提高具有使用粘结剂组合物形成的含固态电解质层的全固态二次电池的循环特性。
此外,粘结剂组合物的过渡金属的含量没有特别限定,例如以质量基准计为0.0001ppm以上。
<<固体成分浓度>>
粘结剂组合物的固体成分浓度优选为5质量%以上,更优选为6质量%以上,进一步优选为7质量%以上,优选为50质量%以下,更优选为45质量%以下,进一步优选为40质量%以下。如果粘结剂组合物的固体成分浓度为上述下限以上,则能够使粘结剂组合物中充分地含有能够作为粘结材料发挥功能的聚合物。另一方面,如果粘结剂组合物的固体成分浓度为上述上限以下,则例如在上述的过渡金属除去工序中,能够抑制粘结剂组合物的粘度过度地上升,例如在上述的过渡金属除去工序中,能够容易地进行使用磁过滤器的过滤。
<<粘度>>
粘结剂组合物的粘度优选为10mPa·s以上,更优选为50mPa·s以上,进一步优选为100mPa·s以上,优选为10000mPa·s以下,更优选为5000mPa·s以下,进一步优选为3000mPa·s以下。如果粘结剂组合物的粘度在上述规定的范围内,则在上述的过渡金属除去工序中,能够容易地进行使用磁过滤器的过滤,并且使用粘结剂组合物来制造浆料组合物时的操作性变良好。
另外,粘结剂组合物的粘度能够通过本说明书的实施例中记载的方法来测定。
<<其它成分>>
粘结剂组合物可以任意地包含除聚合物和有机溶剂以外的成分(其它成分)。
作为粘结剂组合物能够任意地包含的其它成分,没有特别限定,可举出例如除上述的聚合物以外的粘结材料、分散剂、流平剂、消泡剂、导电材料以及补强材料等。另外,这些成分可以单独使用一种,也可以以任意比率组合使用两种以上。
另外,在本发明的粘结剂组合物的制造方法中,添加其它成分的时刻没有特别限定。但是,从通过脱水剂良好地除去能够混入至其它成分的微量的水的观点出发,优选例如在使用上述的脱水剂的工序A-1之前的阶段、即对工序A-0中的组合物(Z)或脱水前组合物(Y)添加其它成分。
(全固态二次电池用浆料组合物的制造方法)
本发明的浆料组合物的制造方法的特征在于包含如下工序:制备包含固态电解质和通过上述的本发明的粘结剂组合物的制造方法制造的粘结剂组合物的浆料组合物。
在此,通过本发明的浆料组合物的制造方法制造的浆料组合物至少包含固态电解质和通过上述的本发明的粘结剂组合物的制造方法制造的粘结剂组合物。即,该浆料组合物至少包含固态电解质、上述的聚合物和有机溶剂。而且,该浆料组合物任意地还包含电极活性物质、导电材料以及其它成分。
而且,通过本发明的浆料组合物的制造方法制造的浆料组合物包含通过上述的本发明的粘结剂组合物的制造方法制造的粘结剂组合物,因此水分量和过渡金属的含量均被抑制得很低。因此,如果使用该浆料组合物,则能够形成可使全固态二次电池发挥优异的输出特性和循环特性的含固态电解质层。即,根据本发明的浆料组合物的制造方法,能够制造能够形成可使全固态二次电池发挥优异的输出特性和循环特性的含固态电解质层的浆料组合物。
<固态电解质>
作为固态电解质,只要为由具有离子传导性的固体构成的颗粒,就没有特别限定,能够优选使用无机固态电解质。
作为无机固态电解质,没有特别限定,能够使用结晶性的无机离子导体、非晶性的无机离子导体或它们的混合物。而且,在例如全固态二次电池为全固态锂离子二次电池的情况下,作为无机固态电解质,通常能够使用结晶性的无机锂离子导体、非晶性的无机锂离子导体或它们的混合物。其中,从形成离子传导性优异的含固态电解质层的观点出发,无机固态电解质优选包含硫化物系无机固态电解质和氧化物系无机固态电解质中的至少一者。
另外,以下,对作为一个例子的全固态二次电池用浆料组合物为全固态锂离子二次电池用浆料组合物的情况进行说明,但本发明不限定于下述的一个例子。
而且,作为结晶性的无机锂离子导体,可举出Li3N、LISICON(Li14Zn(GeO4)4)、钙钛矿型(例如:Li0.5La0.5TiO3)、石榴石型(例如:Li7La3Zr2O12)、LIPON(Li3+yPO4-xNx)、Thio-LISICON(Li3.25Ge0.25P0.75S4)、硫银锗矿(argyrodite)型(例如:Li5.6PS4.4Cl1.8)等。
上述的结晶性的无机锂离子导体能够单独使用或者混合使用两种以上。
此外,作为非晶性的无机锂离子导体,可举出例如含有硫原子、且具有离子传导性的物质,更具体而言,可举出玻璃Li-Si-S-O、Li-P-S、以及使用含有Li2S和周期表第13族~第15族的元素的硫化物的原料组合物而成的非晶性的无机锂离子导体等。
在此,作为上述第13族~第15族的元素,可举出例如Al、Si、Ge、P、As、Sb等。此外,作为第13族~第15族的元素的硫化物,具体而言,能够举出Al2S3、SiS2、GeS2、P2S3、P2S5、As2S3、Sb2S3等。进而,作为使用原料组合物合成非晶性的无机锂离子导体的方法,能够举出例如机械研磨法、熔融骤冷法等非晶化法。而且,作为使用含有Li2S和周期表第13族~第15族的元素的硫化物的原料组合物而成的非晶性的无机锂离子导体,优选Li2S-P2S5、Li2S-SiS2、Li2S-GeS2或Li2S-Al2S3,更优选Li2S-P2S5。
上述的非晶性的无机锂离子导体能够单独使用或者混合使用两种以上。
在上述中,作为全固态锂离子二次电池用的无机固态电解质,从形成离子传导性更优异的含固态电解质层的观点出发,优选包含Li和P的非晶性的硫化物、Li7La3Zr2O12。包含Li和P的非晶性的硫化物、以及Li7La3Zr2O12的锂离子传导性高,因此通过将其用作无机固态电解质,能够降低电池的内阻,并且提高输出特性。
另外,从降低电池的内阻和提高输出特性的观点出发,包含Li和P的非晶性的硫化物更优选由Li2S和P2S5构成的硫化物玻璃,特别优选由Li2S∶P2S5的摩尔比为65∶35~85∶15的Li2S与P2S5的混合原料制造的硫化物玻璃。此外,包含Li和P的非晶性的硫化物优选通过机械化学法使Li2S∶P2S5的摩尔比为65∶35~85∶15的Li2S与P2S5的混合原料反应而得到的硫化物玻璃陶瓷。另外,从将锂离子传导率维持在高状态的观点出发,混合原料优选Li2S∶P2S5的摩尔比为68∶32~80∶20。
另外,无机固态电解质在不降低离子传导性的程度内,除上述的Li2S、P2S5以外,还可以包含选自Al2S3、B2S3以及SiS2中的至少一种硫化物作为起始原料。如果加入该硫化物,则能够使无机固态电解质中的玻璃成分稳定化。
同样,无机固态电解质除Li2S和P2S5以外,还可以包含选自Li3PO4、Li4SiO4、Li4GeO4、Li3BO3以及Li3AlO3中的至少一种原含氧酸锂(Lithium Orthooxoate)。如果包含该原含氧酸锂,则能够使无机固态电解质中的玻璃成分稳定化。
另外,上述的固态电解质能够单独使用或者混合使用两种以上。此外,上述的固态电解质的粒径没有特别限定,能够与以往使用的固态电解质相同。
<粘结剂组合物>
作为在本发明的浆料组合物的制造方法中使用的粘结剂组合物,使用通过本发明的粘结剂组合物的制造方法制造的粘结剂组合物。
另外,固态电解质与粘结剂组合物的配合量比没有特别限定。
例如,以固体成分换算量计,相对于100质量份的固态电解质,浆料组合物所含的粘结剂组合物的含量优选为0.1质量份以上,更优选为0.2质量份以上,进一步优选为0.3质量份以上,优选为10质量份以下,更优选为8质量份以下,进一步优选为5质量份以下。如果浆料组合物中的粘结剂组合物的含量为上述下限以上,则能够使粘结剂组合物中的聚合物充分发挥作为粘结材料的功能。另一方面,如果浆料组合物中的粘结剂组合物的含量为上述上限以下,则能够充分确保含固态电解质层的离子传导性,不会过度损害全固态二次电池的电池单元特性(电池特性)。
<电极活性物质>
电极活性物质为在全固态二次电池的电极中传递电子的物质。而且,在例如全固态二次电池为全固态锂离子二次电池的情况下,作为电极活性物质,通常使用能够嵌入和脱嵌锂的物质。
另外,以下,对作为一个例子的全固态二次电池用浆料组合物为全固态锂离子二次电池用浆料组合物的情况进行说明,本发明不限定于下述的一个例子。
而且,作为全固态锂离子二次电池用的正极活性物质,没有特别限定,可举出由无机化合物构成的正极活性物质和由有机化合物构成的正极活性物质。另外,正极活性物质也可以为无机化合物与有机化合物的混合物。
作为由无机化合物构成的正极活性物质,可举出例如过渡金属氧化物、锂与过渡金属的复合氧化物(含锂复合金属氧化物)、过渡金属硫化物等。作为上述的过渡金属,可使用Fe、Co、Ni、Mn等。作为用于正极活性物质的无机化合物的具体例,可举出:LiCoO2(钴酸锂)、LiNiO2、LiMnO2、LiMn2O4、LiFePO4、LiFeVO4等含锂复合金属氧化物;TiS2、TiS3、非晶质MoS2等过渡金属硫化物;Cu2V2O3、非晶质V2O-P2O5、MoO3、V2O5、V6O13等过渡金属氧化物;等。这些化合物也可以是部分地进行元素置换后而成的化合物。
上述的由无机化合物构成的正极活性物质能够单独使用或者混合使用两种以上。
作为由有机化合物构成的正极活性物质,可举出例如:聚苯胺、聚吡咯、多并苯、二硫化物系化合物、多硫化物系化合物、N-氟吡啶鎓盐等。
上述的由有机化合物构成的正极活性物质能够单独使用或者混合使用两种以上。
此外,作为全固态锂离子二次电池用的负极活性物质,可举出石墨、焦炭等碳的同素异形体。另外,由碳的同素异形体构成的负极活性物质能够以与金属、金属盐、氧化物等的混合体、包覆体的形式来利用。此外,作为负极活性物质,也能够使用:硅、锡、锌、锰、铁、镍等的氧化物或硫酸盐;金属锂;Li-Al、Li-Bi-Cd、Li-Sn-Cd等锂合金;锂过渡金属氮化物;有机硅(Silicone);等。
上述的负极活性物质能够单独使用或者混合使用两种以上。
另外,上述的电极活性物质(正极活性物质、负极活性物质)的粒径没有特别限定,能够与以往使用的电极活性物质相同。此外,浆料组合物中的上述的电极活性物质的配合量没有特别限定,能够与以往使用的电极活性物质相同。
<导电材料>
导电材料用于在使用全固态二次电池用浆料组合物(全固态二次电池电极用浆料组合物)形成的电极复合材料层中确保电极活性物质彼此的电接触。而且,作为导电材料,能够使用:碳黑(例如乙炔黑、科琴黑(注册商标)、炉法碳黑等)、单壁或多壁的碳纳米管(多壁碳纳米管中包含叠杯型)、碳纳米角、气相生长碳纤维、在对聚合物纤维进行烧成后进行粉碎而得到的研磨碳纤维、单层或多层的石墨烯、对由聚合物纤维构成的无纺布进行烧成而得到的碳无纺布片等导电性碳材料;各种金属的纤维或箔等。
这些能够单独使用一种或者组合使用两种以上。
另外,相对于100质量份的电极活性物质,全固态二次电池用浆料组合物中的导电材料的含有比例优选为0.1质量份以上,更优选为0.5质量份以上,优选为10质量份以下,更优选为7质量份以下。如果导电材料的量在上述范围内,则能够充分确保电极活性物质彼此的电接触,进一步提高全固态二次电池的输出特性和循环特性。
<其它成分>
此外,作为全固态二次电池用浆料组合物能够任意地含有的其它成分,可举出分散剂、流平剂、消泡剂以及补强材料等。进而,在例如全固态二次电池为全固态锂离子二次电池的情况下,作为其它成分,也可举出锂盐。这些其它成分只要不给电池反应带来影响,则没有特别限制。
而且,作为锂盐、分散剂、流平剂、消泡剂以及补强材料等其它成分,没有特别限定,能够使用例如日本特开2012-243476号公报所记载的其它成分。此外,它们的配合量也没有特别限定,能够为例如日本特开2012-243476号公报所记载的量。
<浆料组合物的制备>
而且,上述的全固态二次电池用浆料组合物没有特别限定,例如能够通过使用任意的混合方法将上述的成分分散或溶解于有机溶剂中而得到。另外,作为有机溶剂,能够使用例如在“全固态二次电池用粘结剂组合物的制造方法”一项所述的有机溶剂。
(含固态电解质层的制造方法)
本发明的含固态电解质层的制造方法的特征在于包括如下工序:使用通过上述的本发明的浆料组合物的制造方法制造的浆料组合物形成含固态电解质层。
在此,通过本发明的含固态电解质层的制造方法制造的含固态电解质层为含有固态电解质的层,作为含固态电解质层,可举出例如经由电化学反应进行电子的传递的电极复合材料层(正极复合材料层、负极复合材料层)、设置在彼此相向的正极复合材料层与负极复合材料层之间的固态电解质层等。
而且,通过本发明的含固态电解质层的制造方法制造的含固态电解质层是使用通过上述的本发明的浆料组合物的制造方法制造的浆料组合物而形成的,例如能够通过在将上述浆料组合物涂敷于适当的基材的表面而形成涂膜之后干燥形成的涂膜来形成。即,通过本发明的含固态电解质层的制造方法制造的含固态电解质层由上述浆料组合物的干燥物形成,通常包含固态电解质和聚合物,任意地还能够含有电极活性物质、导电材料以及其它成分中的至少一种。另外,含固态电解质层中包含的各成分包含于上述浆料组合物中,这些成分的含有比率通常与上述浆料组合物中的含有比率相等。
而且,通过本发明的含固态电解质层的制造方法制造的含固态电解质层是使用通过本发明的浆料组合物的制造方法制造的浆料组合物使用而形成的,因此水分量和过渡金属的含量均被抑制得很低。因此,通过本发明的含固态电解质层的制造方法制造的含固态电解质层能够使全固态二次电池发挥优异的输出特性和循环特性。即,根据本发明的含固态电解质层的制造方法,能够制造可使全固态二次电池发挥优异的输出特性和循环特性的含固态电解质层。
<基材>
在此,涂敷浆料组合物的基材没有限制,例如可以在脱模基材的表面形成浆料组合物的涂膜,干燥该涂膜而形成含固态电解质层,从含固态电解质层剥离脱模基材。也能够将像这样从脱模基材剥离的含固态电解质层作为自支撑膜用于形成全固态二次电池的电池构件(例如电极、固态电解质层等)。
另一方面,从省略剥离含固态电解质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,可以使用集流体或电极。例如,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。
<<脱模基材>>
作为脱模基材,没有特别限定,能够使用酰亚胺膜等已知的脱模基材。
<<集流体>>
作为集流体,能够使用具有导电性、且具有电化学耐久性的材料。具体而言,作为集流体,能够使用由例如铁、铜、铝、镍、不锈钢、钛、钽、金、铂等构成的集流体。其中,作为用于负极的集流体,特别优选铜箔。此外,作为用于正极的集流体,特别优选铝箔。另外,上述的材料可以单独使用一种,也可以以任意比率组合使用两种以上。
<<电极>>
作为电极(正极和负极),没有特别限定,可举出在上述的集流体上形成有包含电极活性物质、固态电解质以及粘结材料的电极复合材料层的电极。
作为电极中的电极复合材料层所含的电极活性物质、固态电解质以及粘结材料,没有特别限定,能够使用已知的电极活性物质、固态电解质以及粘结材料。另外,电极中的电极复合材料层也可以属于通过本发明的含固态电解质层的制造方法制造的含固态电解质层。
<含固态电解质层的形成方法>
作为使用浆料组合物形成含固态电解质层的方法,具体而言,可举出以下的方法。
1)将浆料组合物涂敷于集流体或电极的表面(在电极的情况下为电极复合材料层一侧的表面,以下相同),接着进行干燥的方法;
2)将集流体或电极浸渍于浆料组合物中,然后对其进行干燥的方法;以及
3)将浆料组合物涂敷于脱模基材上,进行干燥而制造含固态电解质层,将得到的含固态电解质层转印至电极的表面的方法。
在这些中,经过涂敷和干燥的上述1)和3)的方法容易控制含固态电解质层的层厚,因此特别优选。
<<涂敷>>
作为将浆料组合物涂敷于基材上的方法,没有特别限制,可举出例如:刮刀法、逆转辊法、直接辊法、凹印法、挤压法、刷涂法等方法。
<<干燥>>
作为对基材上的浆料组合物进行干燥的方法,没有特别限定,能够使用公知的方法。作为干燥法,可举出例如:利用暖风、热风、低湿风的干燥法;真空干燥法;利用红外线、电子束等进行照射的干燥法。
另外,在含固态电解质层为电极复合材料层的情况下,能够在干燥后使用辊压机等进行压制处理。通过进行压制处理,能够使得到的电极复合材料层更进一步高密度化。
<<转印>>
在上述3)的方法中,将含固态电解质层转印至电极等的表面的方法没有特别限定,能够使用公知的转印方法。
(电极)
而且,使用本发明的含固态电解质层的制造方法在集流体上形成电极复合材料层而成的电极具有电极复合材料层,该电极复合材料层包含固态电解质、聚合物及电极活性物质,任意地还能够含有其它成分,该电极复合材料层的水分量和过渡金属的含量被抑制得很低,因此能够使全固态二次电池发挥优异的输出特性和循环特性。
(固态电解质层)
此外,使用本发明的含固态电解质层的制造方法形成的固态电解质层包含固态电解质和聚合物,任意地还含有其它成分,该固态电解质层的水分量和过渡金属的含量被抑制得很低,因此能够使全固态二次电池发挥优异的输出特性和循环特性。
(全固态二次电池的制造方法)
本发明的全固态二次电池的制造方法的特征在于包括如下工序:使用通过上述的本发明的含固态电解质层的制造方法制造的含固态电解质层,制作全固态二次电池。
通过本发明的全固态二次电池的制造方法制造的全固态二次电池具有通过上述的本发明的含固态电解质层的制造方法制造的含固态电解质层。在此,通过本发明的全固态二次电池的制造方法制造的全固态二次电池具有例如正极、负极以及固态电解质层,正极的正极复合材料层、负极的负极复合材料层以及固态电解质层中的至少一者为通过本发明的含固态电解质层的制造方法制造的含固态电解质层。即,本发明的全固态二次电池的制造方法包含使用具有正极复合材料层的正极、具有负极复合材料层的负极以及固态电解质层制作全固态二次电池的工序,正极复合材料层、负极复合材料层以及固态电解质层中的至少一者为通过上述的本发明的含固态电解质层的制造方法制造的含固态电解质层。
而且,根据本发明的全固态二次电池的制造方法,能够制造具有通过上述的本发明的含固态电解质层的制造方法制造的含固态电解质层且可发挥优异的输出特性和循环特性的全固态二次电池。
在本发明的全固态二次电池的制造方法中,只要正极具有的正极复合材料层、负极具有的负极复合材料层以及固态电解质层的至少一者为通过上述的本发明的含固态电解质层的制造方法制造的含固态电解质层,则也可以使用具有不属于通过本发明的含固态电解质层的制造方法制造的含固态电解质层的电极复合材料层的电极和/或不属于通过本发明的含固态电解质层的制造方法制造的含固态电解质层的固态电解质层。
在此,作为具有不属于通过本发明的含固态电解质层的制造方法制造的含固态电解质层的电极复合材料层的电极,没有特别限定,能够使用任意的全固态二次电池用电极。
此外,作为不属于通过本发明的含固态电解质层的制造方法制造的含固态电解质层的固态电解质层,没有特别限定,能够使用例如日本特开2012-243476号公报、日本特开2013-143299号公报以及日本特开2016-143614号公报等所记载的固态电解质层等任意的固态电解质层。
而且,全固态二次电池能够通过例如如下方式得到:以正极的正极复合材料层与负极的负极复合材料层隔着固态电解质层相向的方式将正极和负极层叠,任意地进行加压而得到层叠体,然后根据电池形状,保持当前状态或者进行卷绕、折叠等,放入电池容器并进行封口。另外,根据需要,能够将多孔金属网、保险丝、PTC元件等防过电流元件、导板等放入电池容器,防止电池内部的压力上升、过充放电。电池的形状可以为硬币型、纽扣型、片型、圆筒型、方形、扁平型等中的任一种。
实施例
以下,基于实施例对本发明进行具体说明,但本发明并不限定于这些实施例。另外,在以下说明中,如果没有特别说明,表示量的“%”和“份”为质量基准。
而且,在实施例和比较例中,聚合物的组成、组合物(Z)、脱水前组合物(Y)和粘结剂组合物的固体成分浓度、组合物(X)和粘结剂组合物的水分量、粘结剂组合物的过渡金属(Fe)含量和粘度、以及全固态二次电池的输出特性和循环特性通过以下方法计算出、测定或评价。
<聚合物的组成>
用1L的甲醇将100g的聚合物的水分散液凝固,然后在温度60℃进行真空干燥12小时。用1H-NMR对得到的干燥聚合物进行分析。基于得到的分析值,计算出聚合物的组成(聚合物所含的各单体单元和结构单元的含有比例(质量%))。
<固体成分浓度>
按照JIS K 5601-1-2:2008,通过150℃、3小时后的加热残留成分,求出组合物(Z)、脱水前组合物(Y)以及粘结剂组合物的固体成分浓度。
<水分量>
使用卡尔费休水分测定仪(株式会社三菱化学分析科技制),通过容量法,测定组合物(X)和粘结剂组合物的水分量。另外,重复进行3次测定,将得到的值的平均值作为测定值。
<过渡金属(Fe)含量>
将1g的粘结剂组合物在550℃的电炉中加热约3小时,进行灰化。之后,在灰化的粘结剂组合物中加入约5mL的浓硫酸并使其溶解,缓慢加入约5mL的浓硝酸进行湿式分解。分解后,将酸浓缩,用超纯水定容至10mL,使用ICP-AES装置(SII纳米科技株式会社制,型号“SPS-5100”),测定粘结剂组合物中的铁离子浓度,作为过渡金属的铁(Fe)的含量。
<粘度>
使用Brookfield B型粘度计在60rpm(25℃)的条件下测定粘结剂组合物的粘度。
<全固态二次电池的输出特性>
通过0.1C的恒电流法将三电池单元的全固态二次电池充电至4.2V,然后以0.1C放电至3.0V,求出0.1C放电容量。接着,以0.1C充电至4.2V,然后以2C放电至3.0V,求出2C放电容量。将三电池单元的0.1C放电容量的平均值设为放电容量a,将三电池单元的2C放电容量的平均值设为放电容量b,求出放电容量b相对于放电容量a的比(容量比)=放电容量b/放电容量a×100(%),通过以下的基准进行评价。容量比的值越大,表示全固态二次电池输出特性越优异。
A:容量比为80%以上
B:容量比为70%以上且小于80%
C:容量比为60%以上且小于70%
D:容量比小于50%
<全固态二次电池的循环特性>
对全固态二次电池重复进行50循环的如下充放电:在25℃以0.2C从3V充电至4.2V,接着以0.2C从4.2V放电至3V。以百分率计计算出第50循环的0.2C放电容量相对于第1循环的0.2C放电容量的比例的值,将该值作为容量保持率,通过以下的基准进行评价。容量保持率的值越大,表示放电容量减少量越少,全固态二次电池的循环特性越优异。
A:容量保持率为90%以上
B:容量保持率为80%以上且小于90%
C:容量保持率为70%以上且小于80%
D:容量保持率小于70%
(实施例1)
<粘结剂组合物的制备>
<<聚合物的水分散液的制备>>
向具有搅拌机的带胶塞的1L烧瓶(反应容器)中加入90份的离子交换水、0.5份的作为乳化剂的月桂基硫酸钠,用氮气对气相部进行置换,在升温至60℃之后,将0.25份的作为聚合引发剂的过硫酸铵(APS)溶解于20.0份的离子交换水,并加入该烧瓶。
另一方面,用另一容器(乳液容器)将30份的离子交换水、0.5份的作为乳化剂的月桂基硫酸钠、以及65份的丙烯酸丁酯、23份的苯乙烯、12份的丙烯腈混合,得到单体组合物。历经3小时将该单体组合物连续地添加于上述带胶塞的1L烧瓶中,进行聚合。在添加的过程中,在60℃进行反应。在添加结束后进一步在80℃搅拌3小时,得到作为组合物(Z)的聚合物A的水分散液。使用得到的聚合物A的水分散液,按照上述的方法计算出聚合物的组成。结果示于表1中。
<<水分除去工序>>
[工序A-0:脱水前组合物(Y)的制备]
接着,向作为组合物(Z)的聚合物A的水分散液中适量添加作为有机溶剂的丁酸丁酯(SP值:8.5),得到混合物。之后,在80℃实施减压蒸馏,从混合物除去水和过量的丁酸丁酯,得到脱水前组合物(Y)(固体成分浓度:10%)。
[工序A-1:利用脱水剂的处理]
对100份的得到的脱水前组合物(Y)(固体成分浓度:10%)投入20份的作为脱水剂的合成沸石(分子筛4A,粉末状),在常温(23℃)下搅拌5小时,由此从脱水前组合物(Y)除去水,得到组合物(X)(固体成分浓度:10%)。测定得到的组合物(X)的水分量,结果为50ppm。
<<过渡金属除去工序>>
在使得到的组合物(X)通过预过滤器(网孔:10μm)之后,使用磁过滤器(TOK·Engineering株式会社制),在室温(25℃)下以磁通密度6000高斯的条件进行过滤,得到粘结剂组合物(固体成分浓度:10%)。
测定得到的粘结剂组合物的过渡金属的含量和粘度。结果示于表1中。
另外,测定得到的粘结剂组合物的水分量,结果为50ppm,确认到与上述的组合物(X)的水分量一致。
<正极复合材料层用浆料组合物的制造>
将70份的作为正极活性物质的钴酸锂(数均粒径:11.5μm)、25.5份的作为固态电解质的由Li2S和P2S5构成的硫化物玻璃(Li2S/P2S5=70mol%/30mol%,数均粒径:0.9μm)、2.5份的作为导电材料的乙炔黑与2份(以固体成分相当量计)的如上述那样得到的粘结剂组合物混合,进一步加入作为有机溶剂的丁酸丁酯,调节至固体成分浓度为80%,然后用行星式搅拌机混合60分钟。之后,进一步加入丁酸丁酯,调节至固体成分浓度为65%,然后混合10分钟,制备正极复合材料层用浆料组合物。
<负极复合材料层用浆料组合物的制备>
将60份的作为负极活性物质的石墨(数均粒径:20μm)、36.5份的作为固态电解质的由Li2S和P2S5构成的硫化物玻璃(Li2S/P2S5=70mol%/30mol%,数均粒径:0.9μm)、1.5份的作为导电材料的乙炔黑与2.5份(以固体成分相当量计)的如上述那样得到的粘结剂组合物混合,进一步加入作为有机溶剂的丁酸丁酯,调节至固体成分浓度为65%,然后用行星式搅拌机混合60分钟。之后,进一步加入丁酸丁酯,调节至固体成分浓度为60%,然后用行星式搅拌机混合,制备负极复合材料层用浆料组合物。
<固态电解质层用浆料组合物的制备>
在氩气环境下的手套箱(水分浓度0.6质量ppm,氧浓度1.8质量ppm)中,将100份的作为固态电解质颗粒的由Li2S和P2S5构成的硫化物玻璃(Li2S/P2S5=70mol%/30mol%,数均粒径:0.9μm)与2份(以固体成分相当量计)的如上述那样得到的粘结剂组合物混合,进一步加入作为有机溶剂的丁酸丁酯,调节至固体成分浓度为65质量%,然后用行星式搅拌机混合60分钟。之后,进一步加入丁酸丁酯,调节至固体成分浓度为55%,然后用行星式搅拌机混合,制备固态电解质层用浆料组合物。
<全固态二次电池的制造>
在集流体(铝箔,厚度:20μm)表面涂敷上述正极复合材料层用浆料组合物,使其干燥(温度120℃,60分钟),形成厚度为50μm的正极复合材料层(含固态电解质层),得到正极。
此外,在另一集流体(铜箔,厚度:15μm)表面涂敷上述负极复合材料层用浆料组合物,使其干燥(温度120℃,60分钟),形成厚度为60μm的负极复合材料层(含固态电解质层),得到负极。
接着,在酰亚胺膜(厚度:25μm)涂敷上述固态电解质层用浆料组合物,使其干燥(温度120℃,60分钟),形成厚度为150μm的固态电解质层(含固态电解质层)。以固态电解质层与正极复合材料层相接的方式,将酰亚胺膜上的固态电解质层与正极贴合,以施加400MPa的压力(压制压力)的方式进行压制处理,将固态电解质层从酰亚胺膜转印至正极复合材料层上,得到带固态电解质层的正极。
以带固态电解质层的正极的固态电解质层与负极的负极复合材料层相接的方式,将上述带固态电解质层的正极与负极贴合,对带固态电解质层的正极的固态电解质层以施加400MPa的压力(压制压力)的方式进行压制处理,得到全固态二次电池。压制后的全固态二次电池的固态电解质层的厚度为120μm。对该全固态二次电池评价输出特性和循环特性。结果示于表2中。
(实施例2~6)
在实施例1的粘结剂组合物的制备中,将在水分除去工序的工序A-1中使用的脱水剂的量和/或在过渡金属除去工序中使用的磁过滤器的磁通密度如表2所示那样地变更,除此以外,与实施例1同样地制造粘结剂组合物、正极复合材料层用浆料组合物、负极复合材料层用浆料组合物、固态电解质层用浆料组合物以及全固态二次电池,进行各种测定和评价。结果示于表1、2。
(实施例7)
在实施例1的粘结剂组合物的制备中,在制备聚合物的水分散液时,将单体组合物中使用的单体从65份的丙烯酸丁酯、23份的苯乙烯、12份的丙烯腈变更为65份的丙烯酸丁酯、10份的苯乙烯、15份的甲基丙烯酸甲酯、10份的丙烯腈,得到作为组合物(Z)的聚合物B的水分散液,除此以外,与实施例1同样地制造粘结剂组合物、正极复合材料层用浆料组合物、负极复合材料层用浆料组合物、固态电解质层用浆料组合物以及全固态二次电池,进行各种测定和评价。结果示于表1、2。
(实施例8)
在实施例1的粘结剂组合物的制备中,通过下述的方法,进行聚合物的水分散液的制备以及水分除去工序的工序A-0(脱水前组合物(Y)的制备),除此以外,与实施例1同样地制造粘结剂组合物、正极复合材料层用浆料组合物、负极复合材料层用浆料组合物、固态电解质层用浆料组合物以及全固态二次电池,进行各种测定和评价。结果示于表1、2。
<聚合物的水分散液的制备>
<<共聚物胶乳的制备>>
向反应器中加入2份的作为乳化剂的油酸钾、0.1份的作为稳定剂的磷酸钾、150份的水,进一步加入15份的丙烯腈、45份的1,3-丁二烯、40份的丙烯酸丁酯(BA)以及0.31份的作为分子量调节剂的叔十二烷基硫醇,在0.015份的作为活性剂的硫酸亚铁以及0.05份的作为聚合引发剂的萜烷过氧化氢的存在下,在10℃开始乳液聚合。在聚合转化率成为85%的时刻,相对于100份的单体添加0.2份的羟胺硫酸盐,使聚合终止。
在聚合终止后,进行升温,在减压下在70℃进行水蒸气蒸馏,由此回收未反应单体,然后添加2份的作为防老剂的烷基化苯酚,得到共聚物胶乳。
<<加氢>>
将400mL(全部固体成分:48g)的得到的共聚物胶乳投入带搅拌机的1升高压釜中,使氮气流通10分钟,除去共聚物胶乳中的溶解氧。之后,将50mg的作为氢化反应催化剂的乙酸钯溶解于180mL的添加有相对于Pd为4倍摩尔的硝酸的水中,将该水溶液添加于上述高压釜中。用氢气将体系内置换2次,然后在用氢气加压至3MPa的状态下,将高压釜的内容物升温至50℃,进行加氢反应6小时。
使内容物恢复至常温,使体系内成为氮气环境,然后使用蒸发器浓缩至固体成分浓度成为40%,得到作为组合物(Z)的聚合物C(氢化腈橡胶)的水分散液。使用得到的聚合物C的水分散液,按照上述的方法计算出聚合物的组成。结果示于表1中。
<水分除去工序>
<<工序A-0:脱水前组合物(Y)的制备>>
接着,在作为组合物(Z)的聚合物C的水分散液中适量添加丁酸丁酯,得到混合物。之后,在80℃实施减压蒸馏,从混合物除去水和过量的丁酸丁酯,得到脱水前组合物(Y)(固体成分浓度:10%)。
(实施例9)
在实施例1的粘结剂组合物的制备中,通过下述的方法,进行聚合物D的水分散液的制备以及水分除去工序的工序A-0(脱水前组合物(Y)的制备),除此以外,与实施例1同样地制造粘结剂组合物、正极复合材料层用浆料组合物、负极复合材料层用浆料组合物、固态电解质层用浆料组合物以及全固态二次电池,进行各种测定和评价。结果示于表1、2。
<聚合物D的水分散液的制备>
在具有搅拌机的带胶塞的1L烧瓶(反应容器)中加入90份的离子交换水、0.5份的作为乳化剂的月桂基硫酸钠,用氮气对气相部进行置换,在升温至60℃之后,将0.25份的作为聚合引发剂的过硫酸铵(APS)溶解于20.0份的离子交换水,将该水溶液加入上述烧瓶。
另一方面,用另一容器(乳液容器)将30份的离子交换水、0.5份的作为乳化剂的月桂基硫酸钠、以及89.5份的丙烯酸丁酯、10份的丙烯腈、0.5份的甲基丙烯酸烯丙酯混合,得到单体组合物。历经3小时将该单体组合物连续地添加于上述带胶塞的1L烧瓶,进行聚合。在添加的过程中,在60℃进行反应。在添加结束后,进一步在80℃搅拌3小时,得到聚合物D的水分散液。使用得到的聚合物D的水分散液,按照上述的方法计算出聚合物的组成。结果示于表1中。
<水分除去工序>
<<工序A-0:脱水前组合物(Y)的制备>>
接着,以成为聚合物A∶聚合物B=50∶50(质量比)的方式将实施例1中得到的聚合物A的水分散液与上述的聚合物D的水分散液混合,得到组合物(Z),然后在该组合物(Z)中适量添加作为有机溶剂的丁酸丁酯(SP值:8.1),得到混合物。之后,在80℃实施减压蒸馏,从混合物除去水和过量的丁酸丁酯,得到脱水前组合物(Y)(固体成分浓度:10%)。
(实施例10~12)
在实施例1的粘结剂组合物的制备中,将在水分除去工序的工序A-0(脱水前组合物(Y)的制备)中使用的有机溶剂从丁酸丁酯变更为表3所示的有机溶剂,也将分别在正极复合材料层用浆料组合物、负极复合材料层用浆料组合物以及固态电解质层用浆料组合物的制造中使用的有机溶剂从丁酸丁酯变更为表3所示的有机溶剂,除此以外,与实施例1同样地制造粘结剂组合物、正极复合材料层用浆料组合物、负极复合材料层用浆料组合物、固态电解质层用浆料组合物以及全固态二次电池,进行各种测定和评价。结果示于表1、3。
(实施例13~16)
在实施例1的粘结剂组合物的制备中,将在水分除去工序的工序A-1中使用的脱水剂从合成沸石(分子筛4A)变更为表3所示的脱水剂,除此以外,与实施例1同样地制造粘结剂组合物、正极复合材料层用浆料组合物、负极复合材料层用浆料组合物、固态电解质层用浆料组合物以及全固态二次电池,进行各种测定和评价。结果示于表1、3。
另外,在表3所示的合成沸石中,分子筛13X、分子筛3A为粉末状或珠状,Zeochem公司制“ZEOflair 110”为粉末状,表3所示的二氧化硅凝胶A型为珠状。
(比较例1)
在实施例1的粘结剂组合物的制备中,未实施水分除去工序的工序A-1(利用脱水剂的处理)和过渡金属除去工序,将脱水前组合物(Y)直接用作组合物(X)和粘结剂组合物,除此以外,与实施例1同样地制造粘结剂组合物、正极复合材料层用浆料组合物、负极复合材料层用浆料组合物、固态电解质层用浆料组合物以及全固态二次电池,进行各种测定和评价。结果示于表1、3。
(比较例2)
在实施例1的粘结剂组合物的制备中,未实施过渡金属除去工序,将组合物(X)直接用作粘结剂组合物,除此以外,与实施例1同样地制造粘结剂组合物、正极复合材料层用浆料组合物、负极复合材料层用浆料组合物、固态电解质层用浆料组合物以及全固态二次电池,进行各种测定和评价。结果示于表1、3。
(比较例3)
在实施例1的粘结剂组合物的制备中,未实施水分除去工序的工序A-1(利用脱水剂的处理),将脱水前组合物(Y)作为组合物(X)进行过渡金属除去工序,除此以外,与实施例1同样地制造粘结剂组合物、正极复合材料层用浆料组合物、负极复合材料层用浆料组合物、固态电解质层用浆料组合物以及全固态二次电池,进行各种测定和评价。结果示于表1、3。
(比较例4)
在实施例1的粘结剂组合物的制备中,将在水分除去工序的工序A-1(利用脱水剂的处理)中使用的脱水剂从合成沸石(分子筛4A)变更为氯化钙,除此以外,与实施例1同样地制造粘结剂组合物、正极复合材料层用浆料组合物、负极复合材料层用浆料组合物、固态电解质层用浆料组合物以及全固态二次电池,进行各种测定和评价。结果示于表1、3。
另外,在以下所示的表1中,
“BA”表示丙烯酸丁酯单元,
“ST”表示苯乙烯单元,
“MMA”表示甲基丙烯酸甲酯单元,
“AN”表示丙烯腈单元,
“H-BD”表示1,3-丁二烯氢化物单元,
“AMA”表示甲基丙烯酸烯丙酯单元。
此外,在以下所示的表2~3中,
“MS”表示分子筛。
[表1]
[表2]
[表3]
由表2和3可知,根据包括使用规定的脱水剂得到含有聚合物和有机溶剂且水分量为200ppm以下的组合物(X)的水分除去工序、以及通过磁力将组合物(X)所含的过渡金属除去的过渡金属除去工序的实施例1~16的全固态二次电池用粘结剂组合物的制造方法,能够制造能够形成可使全固态二次电池发挥优异的输出特性和循环特性的含固态电解质层的全固态二次电池用粘结剂组合物。
另一方面,可知,在不包括上述的水分除去工序和过渡金属除去工序中的至少一者的比较例1~3的全固态二次电池用粘结剂组合物的制造方法中,使用制造的粘结剂组合物制作的全固态二次电池的输出特性和循环特性差。
此外,可知,在水分除去工序中使用除规定的脱水剂以外的脱水剂的比较例4的全固态二次电池用粘结剂组合物的制造方法中,使用制造的粘结剂组合物制作的全固态二次电池的输出特性和循环特性差。
工业上的可利用性
根据本发明,能够提供制造能够形成可使全固态二次电池发挥优异的输出特性和循环特性的含固态电解质层的全固态二次电池用粘结剂组合物的方法。
此外,根据本发明,能够提供制造能够形成可使全固态二次电池发挥优异的输出特性和循环特性的含固态电解质层的全固态二次电池用浆料组合物的方法。
进而,根据本发明,能够提供制造可使全固态二次电池发挥优异的输出特性和循环特性的含固态电解质层的方法。
此外,根据本发明,能够提供制造可发挥优异的输出特性和循环特性的全固态二次电池的方法。
Claims (9)
1.一种全固态二次电池用粘结剂组合物的制造方法,为包含聚合物和有机溶剂的全固态二次电池用粘结剂组合物的制造方法,所述制造方法包括:
水分除去工序,使用包含第13族元素和第14族元素中的至少一者的脱水剂,得到包含所述聚合物和所述有机溶剂且水分量为200ppm以下的组合物(X);以及
过渡金属除去工序,通过磁力将所述组合物(X)所含的过渡金属除去,得到所述全固态二次电池用粘结剂组合物。
2.根据权利要求1所述的全固态二次电池用粘结剂组合物的制造方法,其中,所述全固态二次电池用粘结剂组合物的过渡金属的含量为5ppm以下。
3.根据权利要求1或2所述的全固态二次电池用粘结剂组合物的制造方法,其中,所述脱水剂包含-О-Si-О-结构和-О-Al-О-结构中的至少一者。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的全固态二次电池用粘结剂组合物的制造方法,其中,所述有机溶剂的SP值为5以上且9.5以下。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的全固态二次电池用粘结剂组合物的制造方法,其中,所述聚合物包含选自氰化乙烯基单体单元、(甲基)丙烯酸酯单体单元、芳香族乙烯基单体单元、脂肪族共轭二烯单体单元以及亚烷基结构单元中的至少一种。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的全固态二次电池粘结剂组合物的制造方法,其中,所述水分除去工序包括如下工序:使用所述脱水剂,从包含所述聚合物和所述有机溶剂的脱水前组合物(Y)除去水,得到所述组合物(X)。
7.一种全固态二次电池用浆料组合物的制造方法,包括如下工序:制备包含固态电解质、以及通过权利要求1~6中任一项所述的全固态二次电池用粘结剂组合物的制造方法制造的全固态二次电池用粘结剂组合物的全固态二次电池用浆料组合物。
8.一种含固态电解质层的制造方法,包括如下工序:使用通过权利要求7所述的全固态二次电池用浆料组合物的制造方法制造的全固态二次电池用浆料组合物形成含固态电解质层。
9.一种全固态二次电池的制造方法,包括如下工序:使用通过权利要求8所述的含固态电解质层的制造方法制造的含固态电解质层制作全固态二次电池。
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