JP6431651B1 - 非水電解質電池用バインダー組成物、並びにそれを用いた非水電解質電池用バインダー水溶液、非水電解質電池用スラリー組成物、非水電解質電池用電極、及び非水電解質電池 - Google Patents
非水電解質電池用バインダー組成物、並びにそれを用いた非水電解質電池用バインダー水溶液、非水電解質電池用スラリー組成物、非水電解質電池用電極、及び非水電解質電池 Download PDFInfo
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Abstract
Description
(A)ポリビニルアルコール、
(B)ビニルアルコールとエチレン性不飽和カルボン酸との共重合体及びその中和塩から選択される少なくとも1つ、及び
(C)アミノ酸、カルボン酸含有高分子、およびポリアミン類から選択される少なくとも1つ。
(実施例1)
<ビニルアルコールとエチレン性不飽和カルボン酸共重合体の合成>
市販のポリビニルアルコール(株式会社クラレ製、28−98s)100gに電子線(30kGy)を照射した。次に、攪拌機、還流冷却管、窒素導入管及び粒子の添加口を備えた反応器に、アクリル酸33.4g、メタノール466.6gを仕込み、窒素バブリングをしながら30分間系内を窒素置換した。ここに電子線を照射したポリビニルアルコールを100g添加し、撹拌して粒子が溶液中に分散した状態で300分間加熱還流してグラフト重合を行った。その後、ろ別して粒子を回収し、40℃で終夜真空乾燥することにより、目的の共重合体を得た。得られた共重合体のエチレン性不飽和カルボン酸変性量は7.3モル%であった。
上記で得られたビニルアルコールとアクリル酸共重合体10重量%水溶液100gに水酸化リチウムを重合体中のカルボン酸単位に対し0.5当量添加し、80℃、2時間加熱撹拌し、その後、室温まで冷却した。
昭和電工株式会社製サイズ排除高速液体クロマトグラフィー装置「GPC−101」を用い、カラム:東ソー株式会社製水系カラム「TSKgel GMPWXL」を2本直列で接続、標準試料:ポリエチレンオキシド及びポリエチレングリコール、溶媒及び移動相:0.1mol/L硝酸ナトリウム水溶液、流量:0.7L/min、温度:25℃、検出器:RI、の条件で、一部のビニルアルコールとエチレン性不飽和カルボン酸共重合体の中和塩について数平均分子量を測定した。結果はそれぞれ表1〜3に記載する。
上記で得られたビニルアルコールとエチレン性不飽和カルボン酸共重合体の中和塩の10重量%水溶液(B−1)に、市販のポリビニルアルコール(株式会社クラレ製、28−98s、けん化度:98)(A−1)を固形分として、重量比で(A−1):(B−1)=10:90となるように添加した。さらに、アミノ酸としてグリシン(和光純薬工業株式会社製)を(A−1)と(B−1)の混合物に対し、固形分として0.3重量%添加し、バインダー水溶液の調製を行った。
上記バインダー水溶液1gを熱風乾燥機にて105℃1時間乾燥して得られた固体を用い、熱分析計(ヤマト科学社製)を用いて示差走査熱量測定を行った。測定温度範囲50℃〜1000℃、昇温速度10℃/分にて測定を行った。結果を下記表1に示す。
電極用スラリー作製は、負極用活物質として人造黒鉛(FSN-1、中国杉杉製)96
重量部に対して、前記バインダー組成物の10重量%水溶液を固形分として3重量部、および導電助剤(導電付与剤)としてSuper−P(ティムカル社製)を固形分として1重量部を専用容器に投入し、スラリー固形分濃度が表1に記載の濃度となるように水を添加して、遊星攪拌器(ARE−250、シンキー株式会社製)を用いて混練し、電極塗工用スラリーを作製した。スラリー中の活物質とバインダーの組成比は固形分として、黒鉛粉末:導電助剤:バインダー組成物=96:1:3(重量比)である。
得られたスラリーの安定性を確認するため、スラリー調製直後の粒子沈降の様子を目視で確認した。評価基準としては、3時間以上沈降が生じなかったスラリーを◎、3時間〜30分で沈降が生じたスラリーを△、30分以内に沈降が生じたスラリーを×と判断した。結果を下記表1に示す。
得られた前記スラリーを、バーコーター(T101、松尾産業株式会社製)を用いて集電体の銅箔(CST8G、福田金属箔粉工業株式会社製)上に塗工し、80℃、30分、熱風乾燥機で一次乾燥後、ロールプレス(宝泉株式会社製)を用いて圧延処理を行なった。その後、電池用電極(φ14mm)として打ち抜き後、140℃で3時間減圧条件の二次乾燥によってコイン電池用電極を作製した。
得られた前記スラリーを、バーコーター(T101、松尾産業株式会社製)を用いて集電体の銅箔(CST8G、福田金属箔粉工業株式会社製)上に塗工し、80℃、30分、熱風乾燥機で一次乾燥後、ロールプレス(宝泉株式会社製)を用いて圧延処理を行なった電極(膜厚約35μm)を用いて試験を行った。
集電極である銅箔から前記剥離強度試験用電極を剥離したときの強度を測定した。当該剥離強度は、50Nのロードセル(株式会社イマダ製)を用いて180°剥離強度を測定した。上記で得られた電池用塗工電極のスラリー塗布面とステンレス板とを両面テープ(ニチバン製両面テープ)を用いて貼り合わせ、180°剥離強度(剥離幅10mm、剥離速度100mm/min)を測定した。上記結果を下記表1に示す。
上記で得られた電池用負極をアルゴンガス雰囲気下のグローブボックス(株式会社美和製作所製)に移送した。正極には金属リチウム箔(厚さ0.2mm、φ16mm)を用いた。また、セパレーターとしてポリプロフィレン系(セルガード#2400、ポリポア株式会社製)を使用して、電解液は六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)のエチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)にビニレンカーボネート(VC)を添加した混合溶媒系(1M−LiPF6、EC/EMC=3/7vol%、VC2重量%)を用いて注入し、コイン電池(2032タイプ)を作製した。
作製したコイン電池は、市販充放電試験機(TOSCAT3100、東洋システム株式会社製)を用いて充放電試験を実施した。コイン電池を25℃の恒温槽に置き、充電はリチウム電位に対して0Vになるまで活物質量に対して0.1C(約0.5mA/cm2)の定電流充電を行い、更にリチウム電位に対して0.02mAの電流まで0Vの定電圧充電を実施した。このときの容量を充電容量(mAh/g)とした。次いで、リチウム電位に対して0.1C(約0.5mA/cm2)の定電流放電を1.5Vまで行い、このときの容量を放電容量(mAh/g)とした。初期放電容量と充電容量差を不可逆容量、放電容量/充電容量の百分率を充放電効率とした。上記結果を下記表1に示す。
グリシンを(A−1)と(B−1)の混合物に対し、固形分として5重量%添加したこと以外は、実施例1と同様の方法でバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
(A−1)と(B−1)の混合物比を重量比で(A−1):(B−1)=35:65となるようにしたこと以外は、実施例2と同様の方法でバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
(A−1)と(B−1)の混合物比を重量比で(A−1):(B−1)=45:55となるようにしたこと以外は、実施例2と同様の方法でバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
実施例1で作製したビニルアルコールとアクリル酸共重合体10重量%水溶液100gに水酸化リチウムを重合体中のカルボン酸単位に対し0.2当量、水酸化ナトリウムを0.3当量添加したこと以外は、実施例2と同様の方法でバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
アミノ酸をL−グルタミン酸(和光純薬工業株式会社製)にしたこと以外は、実施例2と同様の方法でバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
アミノ酸をL−アスパラギン酸(和光純薬工業株式会社製)にしたこと以外は、実施例2と同様の方法でバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
アミノ酸をL−リシン(和光純薬工業株式会社製)にしたこと以外は、実施例2と同様の方法でバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
アクリル酸を100g、メタノールを400g添加したこと以外は実施例1と同様にして、目的の共重合体を合成した。得られた共重合体のエチレン性不飽和カルボン酸変性量は26.2モル%であった。さらに、水酸化リチウムを重合体中のカルボン酸単位に対し0.5当量添加して、前記共重合体の中和塩(B−2)の調製を行った。その後、実施例1で用いた市販のポリビニルアルコール(A−1)を固形分として、重量比で(A−1):(B−2)=7:93となるように添加した。さらに、アミノ酸としてグリシンを(A−1)と(B−2)の混合物に対し、固形分として5重量%添加しバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
市販のポリビニルアルコール(株式会社クラレ製、Elvanol 71−30)100gに電子線(30kGy)を照射した。次に、攪拌機、還流冷却管、窒素導入管及び粒子の添加口を備えた反応器に、メタクリル酸25g、メタノール475gを仕込み、窒素バブリングをしながら30分間系内を窒素置換した。ここに電子線を照射したポリビニルアルコールを100g添加し、撹拌して粒子が溶液中に分散した状態で300分間加熱還流してグラフト重合を行った。その後、ろ別して粒子を回収し、40℃で終夜真空乾燥することにより、目的の共重合体を得た。得られた共重合体のエチレン性不飽和カルボン酸変性量は7.0モル%であった。さらに、水酸化リチウムを重合体中のカルボン酸単位に対し0.5当量添加して、前記共重合体の中和塩(B−3)の調製を行った。その後、市販のポリビニルアルコール(株式会社クラレ製、Elvanol 71−30、けん化度:99)(A−2)を固形分として、重量比で(A−2):(B−3)=12:88となるように添加した。さらに、アミノ酸としてグリシンを(A−2)と(B−3)の混合物に対し、固形分として5重量%添加しバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
メタクリル酸を100g、メタノールを400g添加したこと以外は実施例10と同様にして、目的の共重合体を合成した。得られた共重合体のエチレン性不飽和カルボン酸変性量は34.0モル%であった。さらに、水酸化リチウムを重合体中のカルボン酸単位に対し0.5当量添加して、前記共重合体の中和塩(B−4)の調製を行った。その後、実施例10と同様の市販のポリビニルアルコール(A−2)を固形分として、重量比で(A−2):(B−4)=5:95となるように添加した。さらに、アミノ酸としてグリシンを(A−2)と(B−4)の混合物に対し、固形分として5重量%添加しバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
攪拌機、還流冷却管、窒素導入管、開始剤の添加口を備えた反応器に、水370g、市販のポリビニルアルコール(株式会社クラレ製、M115)100gを仕込み、撹拌下95℃で加熱して該ポリビニルアルコールを溶解した後、室温まで冷却した。該水溶液に0.5規定(N)の硫酸を添加してpHを3.0にした。ここに、撹拌下アクリル酸9.9gを添加した後、該水溶液中に窒素をバブリングしながら70℃まで加温し、さらに70℃のまま30分窒素をバブリングして窒素置換した。窒素置換後、当該水溶液に過硫酸カリウム水溶液(濃度2.5重量%)80.7gを1.5時間かけて滴下した。全量添加後、75℃に昇温してさらに1時間撹拌した後、室温まで冷却した。得られた水溶液をPETフィルム上に流涎し、80℃で30分熱風乾燥することでフィルムを作製した。当該フィルムを液体窒素で凍結した後、遠心粉砕機を用いて粉砕し、さらに40℃で終夜真空乾燥することにより、目的の共重合体を得た。得られた共重合体のエチレン性不飽和カルボン酸変性量は6.0モル%であった。さらに、水酸化リチウムを重合体中のカルボン酸単位に対し0.5当量添加して、前記共重合体の中和塩(B−5)の調製を行った。その後、実施例1と同様の市販のポリビニルアルコール(A−1)を固形分として、重量比で(A−1):(B−5)=10:90となるように添加した。さらに、アミノ酸としてグリシンを(A−1)と(B−5)の混合物に対し、固形分として5重量%添加しバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
アクリル酸を20g、過硫酸カリウム水溶液(濃度2.5重量%)150g添加したこと以外は実施例12と同様にして、目的の共重合体を合成した。得られた共重合体のエチレン性不飽和カルボン酸変性量は12.0モル%であった。さらに、水酸化リチウムを重合体中のカルボン酸単位に対し0.5当量添加して、前記共重合体の中和塩(B−6)の調製を行った。その後、実施例1で用いた市販のポリビニルアルコール(A−1)を固形分として、重量比で(A−1):(B−6)=10:90となるように添加した。さらに、アミノ酸としてグリシンを(A−1)と(B−6)の混合物に対し、固形分として5重量%添加しバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
実施例13で作製したビニルアルコールとアクリル酸共重合体10重量%水溶液100gに水酸化リチウムを重合体中のカルボン酸単位に対し0.2当量、水酸化ナトリウムを0.3当量添加したこと以外は、実施例13と同様の方法でバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
攪拌機、還流冷却管、アルゴン導入管、開始剤の添加口を備えた反応器に、酢酸ビニル640g、メタノール240.4g、アクリル酸0.88gを仕込み、窒素バブリングをしながら30分間系内を窒素置換した。これとは別に、コモノマーの逐次添加溶液(以降ディレー溶液と表記する)としてアクリル酸のメタノール溶液(濃度20重量%)を調製し、30分間アルゴンをバブリングした。反応器の昇温を開始し、内温が60℃となったところで、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル0.15gを添加し重合を開始した。重合反応の進行中は、調製したディレー溶液を系内に滴下することで、重合溶液におけるモノマー組成(酢酸ビニルとアクリル酸のモル比率)が一定となるようにした。60℃で210分重合した後、冷却して重合を停止した。続いて、30℃、減圧下でメタノールを時々添加しながら未反応のモノマーの除去を行い、アクリル酸で変性されたポリ酢酸ビニルのメタノール溶液を得た。次に、当該ポリ酢酸ビニルのメタノール溶液にメタノールを追加して濃度を25重量%に調製したポリ酢酸ビニルのメタノール溶液400gに、20.4gの水酸化ナトリウムメタノール溶液(濃度18.0重量%)、メタノール79.6gを添加して、40℃でけん化を行った。水酸化ナトリウムメタノール溶液を添加後数分でゲル化物が生成したので、これを粉砕機にて粉砕し、40℃のまま60分間放置してけん化を進行させた。得られた粉砕ゲルをメタノールで繰り返し洗浄した後、40℃で終夜真空乾燥することにより、目的の共重合体を合成した。得られた共重合体のエチレン性不飽和カルボン酸変性量は5.0モル%であった。さらに、水酸化リチウムを重合体中のカルボン酸単位に対し0.5当量添加して、前記共重合体の中和塩(B−7)の調製を行った。その後、実施例1で用いた市販のポリビニルアルコール(A−1)を固形分として、重量比で(A−1):(B−7)=10:90となるように添加した。さらに、アミノ酸としてグリシンを(A−1)と(B−7)の混合物に対し、固形分として5重量%添加しバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
グリシンを添加しなかったこと以外は、実施例1と同様にしてバインダー水溶液の調製を行いバインダー組成物として用いた。非水電解質電池用スラリーを上記実施例1と同様の方法によって作製し、スラリー安定性を確認した。さらに、実施例1と同様の方法によって電池用塗工負極を作製し、コイン電池を得て、充放電特性試験を行った。また同じく実施例1と同様の方法によって剥離強度用塗工電極を作製し、剥離強度測定を行った。結果を下記表1に示す。
グリシンを添加しなかったこと以外は、実施例9と同様にしてバインダー水溶液の調製を行いバインダー組成物として用いた。非水電解質電池用スラリーを上記実施例1と同様の方法によって作製し、スラリー安定性を確認した。さらに、実施例1と同様の方法によって電池用塗工負極を作製し、コイン電池を得て、充放電特性試験を行った。また同じく実施例1と同様の方法によって剥離強度用塗工電極を作製し、剥離強度測定を行った。結果を下記表1に示す。
グリシンを添加しなかったこと以外は、実施例10と同様にしてバインダー水溶液の調製を行いバインダー組成物として用いた。非水電解質電池用スラリーを上記実施例1と同様の方法によって作製し、スラリー安定性を確認した。さらに、実施例1と同様の方法によって電池用塗工負極を作製し、コイン電池を得て、充放電特性試験を行った。また同じく実施例1と同様の方法によって剥離強度用塗工電極を作製し、剥離強度測定を行った。結果を下記表1に示す。
グリシンを添加しなかったこと以外は、実施例11と同様にしてバインダー水溶液の調製を行いバインダー組成物として用いた。非水電解質電池用スラリーを上記実施例1と同様の方法によって作製し、スラリー安定性を確認した。さらに、実施例1と同様の方法によって電池用塗工負極を作製し、コイン電池を得て、充放電特性試験を行った。また同じく実施例1と同様の方法によって剥離強度用塗工電極を作製し、剥離強度測定を行った。結果を下記表1に示す。
グリシンを添加しなかったこと以外は、実施例12と同様にしてバインダー水溶液の調製を行いバインダー組成物として用いた。非水電解質電池用スラリーを上記実施例1と同様の方法によって作製し、スラリー安定性を確認した。さらに、実施例1と同様の方法によって電池用塗工負極を作製し、コイン電池を得て、充放電特性試験を行った。また同じく実施例1と同様の方法によって剥離強度用塗工電極を作製し、剥離強度測定を行った。結果を下記表1に示す。
グリシンを添加しなかったこと以外は、実施例13と同様にしてバインダー水溶液の調製を行いバインダー組成物として用いた。非水電解質電池用スラリーを上記実施例1と同様の方法によって作製し、スラリー安定性を確認した。さらに、実施例1と同様の方法によって電池用塗工負極を作製し、コイン電池を得て、充放電特性試験を行った。また同じく実施例1と同様の方法によって剥離強度用塗工電極を作製し、剥離強度測定を行った。結果を下記表1に示す。
グリシンを添加しなかったこと以外は、実施例15と同様にしてバインダー水溶液の調製を行いバインダー組成物として用いた。非水電解質電池用スラリーを上記実施例1と同様の方法によって作製し、スラリー安定性を確認した。さらに、実施例1と同様の方法によって電池用塗工負極を作製し、コイン電池を得て、充放電特性試験を行った。また同じく実施例1と同様の方法によって剥離強度用塗工電極を作製し、剥離強度測定を行った。結果を下記表1に示す。
グリシン、ポリビニルアルコールを添加しなかったこと以外は、実施例1と同様にしてバインダー水溶液の調製を行いバインダー組成物として用いた。非水電解質電池用スラリーを上記実施例1と同様の方法によって作製し、スラリー安定性を確認した。さらに、実施例1と同様の方法によって電池用塗工負極を作製し、コイン電池を得て、充放電特性試験を行った。また同じく実施例1と同様の方法によって剥離強度用塗工電極を作製し、剥離強度測定を行った。結果を下記表1に示す。
グリシン、ポリビニルアルコールを添加しなかったこと以外は、実施例13と同様にしてバインダー水溶液の調製を行いバインダー組成物として用いた。非水電解質電池用スラリーを上記実施例1と同様の方法によって作製し、スラリー安定性を確認した。さらに、実施例1と同様の方法によって電池用塗工負極を作製し、コイン電池を得て、充放電特性試験を行った。また同じく実施例1と同様の方法によって剥離強度用塗工電極を作製し、剥離強度測定を行った。結果を下記表1に示す。
グリシン、ポリビニルアルコールを添加しなかったこと以外は、実施例14と同様にしてバインダー水溶液の調製を行いバインダー組成物として用いた。非水電解質電池用スラリーを上記実施例1と同様の方法によって作製し、スラリー安定性を確認した。さらに、実施例1と同様の方法によって電池用塗工負極を作製し、コイン電池を得て、充放電特性試験を行った。また同じく実施例1と同様の方法によって剥離強度用塗工電極を作製し、剥離強度測定を行った。結果を下記表1に示す。
ビニルアルコールとエチレン性不飽和カルボン酸共重合体の中和塩、グリシンを添加しなかったこと以外は、実施例1と同様にしてバインダー水溶液の調製を行いバインダー組成物として用いた。非水電解質電池用スラリーを上記実施例1と同様の方法によって作製し、スラリー安定性を確認した。さらに、実施例1と同様の方法によって電池用塗工負極を作製し、コイン電池を得て、充放電特性試験を行った。また同じく実施例1と同様の方法によって剥離強度用塗工電極を作製し、剥離強度測定を行った。結果を下記表1に示す。
アミノ酸の代わりに、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース(セロゲンBSH−6、第一工業製薬株式会社製)を添加したこと以外は、実施例1と同様の方法でバインダー水溶液の調製を行いバインダー組成物として用いた。非水電解質電池用スラリーを上記実施例1と同様の方法によって作製し、スラリー安定性を確認した。さらに、実施例1と同様の方法によって電池用塗工負極を作製し、コイン電池を得て、充放電特性試験を行った。また同じく実施例1と同様の方法によって剥離強度用塗工電極を作製し、剥離強度測定を行った。結果を下記表1に示す。
本発明の(A)成分、(B)成分及び(C)成分を含む実施例1〜15では、(A)成分および(B)成分に加えて(C)成分が添加されていることで、非常に安定性に優れたスラリーを調製できることが明らかになった。
(実施例16)
カルボン酸含有高分子としてポリアクリル酸(アルドリッチ株式会社製、分子量:250,000)を(A−1)と(B−1)の混合物に対し、固形分として1重量%添加したこと以外は、実施例1と同様の方法でバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
ポリアクリル酸を(A−1)と(B−1)の混合物に対し、固形分として4重量%添加したこと以外は、実施例16と同様の方法でバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
(A−1)と(B−1)の混合物比を重量比で(A−1):(B−1)=35:65となるようにしたこと以外は、実施例17と同様の方法でバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
(A−1)と(B−1)の混合物比を重量比で(A−1):(B−1)=45:55となるようにしたこと以外は、実施例17と同様の方法でバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
実施例16で作製したビニルアルコールとアクリル酸共重合体10重量%水溶液100gに水酸化リチウムを重合体中のカルボン酸単位に対し0.2当量、水酸化ナトリウムを0.3当量添加したこと以外は、実施例17と同様の方法でバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
カルボン酸含有高分子をリチウム変性イソブテン−無水マレイン酸共重合体(中和度0.5、分子量:300,000)にしたこと以外は、実施例17と同様の方法でバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
カルボン酸含有高分子をポリ(アクリル酸−マレイン酸)(アルドリッチ株式会社製、分子量:1,300)にしたこと以外は、実施例17と同様の方法でバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
アクリル酸を100g、メタノールを400g添加したこと以外は実施例16と同様にして、目的の共重合体を合成した。得られた共重合体のエチレン性不飽和カルボン酸変性量は26.2モル%であった。さらに、水酸化リチウムを重合体中のカルボン酸単位に対し1.0当量添加して、前記共重合体の中和塩(B−8)の調製を行った。その後、実施例1で用いた市販のポリビニルアルコール(A−1)を固形分として、重量比で(A−1):(B−8)=7:93となるように添加した。さらに、カルボン酸含有高分子としてフミン酸(アルドリッチ株式会社製)を(A−1)と(B−8)の混合物に対し、固形分として0.01重量%添加しバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
カルボン酸含有高分子としてリチウム変性イソブテン−無水マレイン酸共重合体(中和度0.5、分子量:300,000)を(A−2)と(B−3)の混合物に対し、固形分として4重量%添加したこと以外は、実施例10と同様の方法でバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
カルボン酸含有高分子としてリチウム変性イソブテン−無水マレイン酸共重合体(中和度0.5、分子量:300,000)を(A−2)と(B−4)の混合物に対し、固形分として4重量%添加したこと以外は、実施例11と同様の方法でバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
カルボン酸含有高分子としてリチウム変性イソブテン−無水マレイン酸共重合体(中和度0.5、分子量:250,000)を(A−1)と(B−5)の混合物に対し、固形分として4重量%添加したこと以外は、実施例12と同様の方法でバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
カルボン酸含有高分子としてリチウム変性イソブテン−無水マレイン酸共重合体(中和度0.5、分子量:300,000)を(A−1)と(B−6)の混合物に対し、固形分として4重量%添加したこと以外は、実施例13と同様の方法でバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
実施例27で作製したビニルアルコールとアクリル酸共重合体10重量%水溶液100gに水酸化リチウムを重合体中のカルボン酸単位に対し0.2当量、水酸化ナトリウムを0.3当量添加したこと以外は、実施例27と同様の方法でバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
カルボン酸含有高分子としてリチウム変性イソブテン−無水マレイン酸共重合体(中和度0.5、分子量:300,000)を(A−1)と(B−7)の混合物に対し、固形分として4重量%添加したこと以外は、実施例15と同様の方法でバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
フミン酸を添加しなかったこと以外は、実施例23と同様にしてバインダー水溶液の調製を行いバインダー組成物として用いた。非水電解質電池用スラリーを上記実施例1と同様の方法によって作製し、スラリー安定性を確認した。さらに、実施例1と同様の方法によって電池用塗工負極を作製し、コイン電池を得て、充放電特性試験を行った。また同じく実施例1と同様の方法によって剥離強度用塗工電極を作製し、剥離強度測定を行った。結果を下記表2に示す。
本発明の(A)成分、(B)成分及び(C)成分を含む実施例16〜29では、(A)成分および(B)成分に加えて(C)成分が添加されていることで非常に安定性に優れたスラリーを調製できることが明らかになった。このような本発明に係る実施例に対し、比較例13は高い充放電効率を示したものの、一方で、実施例と比べるとスラリー安定性が十分なものではなかった。
(実施例30)
ポリアミン類としてポリアリルアミン(分子量1,600、ニットーボーメディカル株式会社製)を(A−1)と(B−1)の混合物に対し、固形分として1.0重量%添加したこと以外は、実施例1と同様の方法でバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
(A−1)と(B−1)の混合物比を重量比で(A−1):(B−1)=35:65となるようにしたこと以外は、実施例30と同様の方法でバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
(A−1)と(B−1)の混合物比を重量比で(A−1):(B−1)=45:55となるようにしたこと以外は、実施例30と同様の方法でバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
実施例1で作製したビニルアルコールとアクリル酸共重合体10重量%水溶液100gに水酸化リチウムを重合体中のカルボン酸単位に対し0.2当量、水酸化ナトリウムを0.3当量添加したこと以外は、実施例30と同様の方法でバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
ポリアミン類としてポリアリルアミン(分子量5,000、ニットーボーメディカル株式会社製)を用いたこと以外は、実施例30と同様の方法でバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
ポリアミン類としてポリジアリルアミン(分子量5,000、ニットーボーメディカル株式会社製)を用いたこと以外は、実施例30と同様の方法でバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
ポリアミン類としてポリエチレンイミン(分子量10,000、ニットーボーメディカル株式会社製)を用いたこと以外は、実施例30と同様の方法でバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
ポリアミン類としてポリアリルアミン(分子量1,600、ニットーボーメディカル株式会社製)を(A−1)と(B−2)の混合物に対し、固形分として1重量%添加した以外は、実施例9と同様の方法でバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
ポリアミン類としてポリアリルアミン(分子量1,600、ニットーボーメディカル株式会社製)を(A−2)と(B−3)の混合物に対し、固形分として1重量%添加した以外は、実施例10と同様の方法でバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
ポリアミン類としてポリアリルアミン(分子量1,600、ニットーボーメディカル株式会社製)を(A−2)と(B−4)の混合物に対し、固形分として1重量%添加した以外は、実施例11と同様の方法でバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
ポリアミン類としてポリアリルアミン(分子量1,600、ニットーボーメディカル株式会社製)を(A−1)と(B−5)の混合物に対し、固形分として1重量%添加した以外は、実施例12と同様の方法でバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
ポリアミン類としてポリエチレンイミン(分子量1,600、ニットーボーメディカル株式会社製)を用いたこと以外は、実施例40と同様の方法でバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
ポリアミン類としてポリアリルアミン(分子量1,600、ニットーボーメディカル株式会社製)を(A−1)と(B−6)の混合物に対し、固形分として1重量%添加した以外は、実施例13と同様の方法でバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
実施例42で作製したビニルアルコールとアクリル酸共重合体10重量%水溶液100gに水酸化リチウムを重合体中のカルボン酸単位に対し0.2当量、水酸化ナトリウムを0.3当量添加したこと以外は、実施例42と同様の方法でバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
ポリアミン類としてポリアリルアミン(分子量1600、ニットーボーメディカル株式会社製)を(A−1)と(B−7)の混合物に対し、固形分として1重量%添加した以外は、実施例15と同様の方法でバインダー水溶液の調製を行い、バインダー組成物として用いた。
本発明の(A)成分、(B)成分及び(C)成分を含む実施例30〜44では、(A)成分および(B)成分に加えて(C)成分が添加されていることで非常に安定性に優れたスラリーを調製できることが明らかになった。また、(B)成分を構成している中和塩の効果で、本来なら抵抗成分となる(C)成分を添加しても92%以上の高い充放電効率を実現し、比較例1〜13で示す充放電効率と遜色ないことが示された。これは(B)成分のポリマー塩が、粉末活性材料をコーティングしてイオン性導電性層を形成したために、容易にLiイオンが電池内を移動することができるようになった効果であり、(C)成分がゲル状物のような形成体をつくることなく、Liイオン輸送の妨げをしていない結果だと想定される。
Claims (11)
- (A)ポリビニルアルコール、
(B)ビニルアルコールとエチレン性不飽和カルボン酸との共重合体及びその中和塩から選択される少なくとも1つ、及び、
(C)アミノ酸、カルボン酸含有高分子、およびポリアミン類から選択される少なくとも1つ
を含むことを特徴とする、非水電解質電池用バインダー組成物。 - 前記(B)ビニルアルコールとエチレン性不飽和カルボン酸との共重合体及びその中和塩から選択される少なくとも1つが、ブロック共重合の形態で共重合している、請求項1に記載の非水電解質電池用バインダー組成物。
- 前記(B)ビニルアルコールとエチレン性不飽和カルボン酸との共重合体及びその中和塩から選択される少なくとも1つが、グラフト共重合の形態で共重合している、請求項1に記載の非水電解質電池用バインダー組成物。
- 前記(B)ビニルアルコールとエチレン性不飽和カルボン酸との共重合体及びその中和塩から選択される少なくとも1つにおける、エチレン性不飽和カルボン酸変性量が0.1〜60モル%である、請求項1〜3のいずれかに記載の非水電解質電池用バインダー組成物。
- 前記バインダー組成物中における、前記(B)成分の含有量が50.0〜99.9重量%である、請求項1〜4のいずれかに記載の非水電解質電池用バインダー組成物。
- 前記(C)成分が、カルボン酸含有高分子を含み、該カルボン酸高分子が、マレイン酸−アクリル酸の共重合体、イソブテン−マレイン酸の共重合体及びこれらの中和塩からなる群から選択される少なくとも一つである、請求項1〜5のいずれかに記載の非水電解質電池用バインダー組成物。
- 前記(C)成分が、ポリアミン類を含む、請求項1〜5のいずれかに記載の非水電解質電池用バインダー組成物。
- 請求項1〜7のいずれかに記載のバインダー組成物と水とを含有する、非水電解質電池用バインダー水溶液。
- 請求項1〜7のいずれかに記載のバインダー組成物と活物質と水とを含有する、非水電解質電池用スラリー組成物。
- 請求項1〜7のいずれかに記載のバインダー組成物と活物質とを含有する混合層を集電体に結着してなる、非水電解質電池用電極。
- 請求項10に記載の非水電解質電池用電極を有する、非水電解質電池。
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