JP7060405B2 - Binder composition, electrode mixture and non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Binder composition, electrode mixture and non-aqueous electrolyte secondary battery Download PDF

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Description

本発明は、非水電解質二次電池、特にリチウムイオン二次電池の製造に用いられるバインダー組成物、およびそれを用いた電極合剤に関する。 The present invention relates to a binder composition used for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery, particularly a lithium ion secondary battery, and an electrode mixture using the same.

近年、電子技術の発展はめざましく、小型携帯機器の高機能化が進んでいる。そのため、これらに使用される電源には小型化および軽量化、すなわち高エネルギー密度化が求められている。高いエネルギー密度を有する電池として、リチウムイオン二次電池などに代表される非水電解質二次電池が、広く使用されている。 In recent years, the development of electronic technology has been remarkable, and the functionality of small mobile devices has been increasing. Therefore, the power sources used for these are required to be smaller and lighter, that is, to have higher energy density. As a battery having a high energy density, a non-aqueous electrolyte secondary battery represented by a lithium ion secondary battery or the like is widely used.

また、非水電解質二次電池は、地球環境問題および省エネルギーの観点から、二次電池とエンジンとを組み合わせたハイブリッド自動車、および二次電池を電源にした電気自動車などにも利用されており、その用途が拡大している。 In addition, non-aqueous electrolyte secondary batteries are also used in hybrid vehicles that combine secondary batteries and engines, and electric vehicles that use secondary batteries as a power source, from the viewpoint of global environmental issues and energy saving. Applications are expanding.

非水電解質二次電池用の電極は、集電体と集電体上に形成される電極合剤層とを有する構造となっている。電極合剤層は、一般に電極活物質とバインダー組成物とを含む電極合剤が適当な溶媒中に分散されたスラリー状態で集電体上に塗布され、溶媒を揮散して形成される。バインダー(結着剤)としては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等のフッ化ビニリデン(VDF)系ポリマーが主に使用されている。 The electrode for the non-aqueous electrolyte secondary battery has a structure having a current collector and an electrode mixture layer formed on the current collector. The electrode mixture layer is generally formed by applying an electrode mixture containing an electrode active material and a binder composition on a current collector in a slurry state in which the electrode mixture is dispersed in a suitable solvent, and volatilizing the solvent. As the binder (binding agent), a vinylidene fluoride (VDF) -based polymer such as polyvinylidene fluoride (PVDF) is mainly used.

このようなVDF系ポリマーを用いたバインダー組成物を含む電極合剤として、例えば、特許文献1には、集電体上に塗布した後の厚みを制御するために、ずり速度が0から1000[s-1]の範囲における流動曲線が、特定の流動方程式に対して特定の相関係数の条件で近似されるように調製された合剤スラリーが開示されている。 As an electrode mixture containing a binder composition using such a VDF-based polymer, for example, in Patent Document 1, in order to control the thickness after application on a current collector, the shear rate is 0 to 1000 [. A mixture slurry prepared so that the flow curve in the range of s -1 ] is approximated to a specific flow equation under the condition of a specific correlation coefficient is disclosed.

特開2004-95198号公報(2004年3月25日公開)Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-95198 (published on March 25, 2004) 特開平11-195419号公報(1999年7月21日公開)Japanese Unexamined Patent Publication No. 11-195419 (published on July 21, 1999)

しかしながら、特許文献1の電極合剤は、スラリー状態での保管時に、不可逆的な増粘現象が発生し得るという問題がある。 However, the electrode mixture of Patent Document 1 has a problem that an irreversible thickening phenomenon may occur when stored in a slurry state.

この問題に対し、バインダー組成物中の結着剤として、VDFに由来する構造単位とクロロトリフルオロエチレン(CTFE)に由来する構造単位との共重合体(VDF/CTFE共重合体)を用いることにより、保管時の増粘現象を抑制することが試みられている(特許文献2)。 To solve this problem, a copolymer (VDF / CTFE copolymer) of a structural unit derived from VDF and a structural unit derived from chlorotrifluoroethylene (CTFE) is used as a binder in the binder composition. (Patent Document 2) has been attempted to suppress the thickening phenomenon during storage.

しかしながら、VDF/CTFE共重合体を用いたバインダー組成物を含む電極合剤は、他のVDF系ポリマーに比して、チキソトロピー性(せん断応力を受け続けると粘度が時間とともに低下し、静止すると粘度が上昇する性質)が高く、電極作製時における作業効率の低下、および作製される電極合剤層の厚みの不均一化等が生じる場合があり、電池性能に影響が及び得るという問題がある。 However, the electrode mixture containing the binder composition using the VDF / CTFE copolymer has thixotropic property (viscosity decreases with time when continuously subjected to shear stress, and viscosity when stationary, as compared with other VDF-based polymers. There is a problem that the work efficiency at the time of manufacturing the electrode may be lowered, and the thickness of the manufactured electrode mixture layer may be uneven, which may affect the battery performance.

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、スラリー状電極合剤の保管時における不可逆的な増粘現象を抑制すると共に、そのチキソトロピー性をも抑制するバインダー組成物を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object thereof is a binder composition that suppresses an irreversible thickening phenomenon during storage of a slurry-like electrode mixture and also suppresses its thixotropic property. Is to provide.

本発明者らは上記課題を達成するために、鋭意研究を重ねた結果、VDF/CTFE共重合体と、特定の添加剤とを組み合わせることにより、上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成させた。本発明は以下のように記載することができる。 As a result of intensive studies to achieve the above-mentioned problems, the present inventors have found that the above-mentioned problems can be solved by combining a VDF / CTFE copolymer with a specific additive, and the present invention has been made. Was completed. The present invention can be described as follows.

本発明に係るバインダー組成物は、上記課題を解決するために、電極活物質を集電体に結着させるために用いられるバインダー組成物であって、上記バインダー組成物は、フッ化ビニリデン重合体とポリマー添加剤とを含み、上記フッ化ビニリデン重合体は、フッ化ビニリデンに由来する構造単位とクロロトリフルオロエチレンに由来する構造単位とを含むフッ化ビニリデン共重合体を含み、上記ポリマー添加剤は、以下の繰り返し単位:
-[CH-CHR]-
を有するポリマー材料であるバインダー組成物である。
(上記繰り返し単位において、Rは、鎖状若しくは環状アミド基、ニトリル基、ヒドロキシ基、エステル含有基、または、炭素数1~4のアルキル基であって、当該アルキル基の水素原子の少なくとも1つが鎖状若しくは環状アミド基、ニトリル基またはヒドロキシ基で置換されている置換基を示す。)
また、本発明に係るバインダー組成物では、上記繰り返し単位において、Rは、鎖状若しくは環状アミド基、ニトリル基またはヒドロキシ基であることが好ましい。
The binder composition according to the present invention is a binder composition used for binding an electrode active material to a current collector in order to solve the above-mentioned problems, and the above-mentioned binder composition is a fluorovinylidene polymer. And the polymer additive, the vinylidene fluoride polymer comprises a vinylidene fluoride copolymer containing a structural unit derived from vinylidene fluoride and a structural unit derived from chlorotrifluoroethylene, and the polymer additive thereof. Is the following repeating unit:
-[CH 2 -CHR]-
It is a binder composition which is a polymer material having.
(In the above repeating unit, R is a chain or cyclic amide group, a nitrile group, a hydroxy group, an ester-containing group, or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and at least one of the hydrogen atoms of the alkyl group is Indicates a substituent substituted with a chain or cyclic amide group, a nitrile group or a hydroxy group.)
Further, in the binder composition according to the present invention, in the above repeating unit, R is preferably a chain or cyclic amide group, a nitrile group or a hydroxy group.

また、本発明に係るバインダー組成物では、上記ポリマー添加剤は、ポリビニルピロリドン、ポリアクリロニトリルまたはポリビニルアルコールであることが好ましい。 Further, in the binder composition according to the present invention, the polymer additive is preferably polyvinylpyrrolidone, polyacrylonitrile or polyvinyl alcohol.

また、本発明に係るバインダー組成物では、上記ポリマー添加剤は、上記フッ化ビニリデン重合体と上記ポリマー添加剤との合計を100質量%としたときに、1質量%以上かつ50質量%以下含まれていることが好ましい。 Further, in the binder composition according to the present invention, the polymer additive contains 1% by mass or more and 50% by mass or less when the total of the vinylidene fluoride polymer and the polymer additive is 100% by mass. It is preferable that this is done.

また、本発明に係るバインダー組成物では、上記フッ化ビニリデン共重合体は、カルボキシル基を有する単量体成分に由来する構造単位をさらに含むことが好ましい。 Further, in the binder composition according to the present invention, it is preferable that the vinylidene fluoride copolymer further contains a structural unit derived from a monomer component having a carboxyl group.

本発明に係る電極合剤は、上述のバインダー組成物と、溶媒と、電極活物質とを含む電極合剤である。 The electrode mixture according to the present invention is an electrode mixture containing the above-mentioned binder composition, a solvent, and an electrode active material.

本発明に係る非水電解質二次電池は、上述の電極合剤から形成された電極合剤層を備える非水電解質二次電池である。 The non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is a non-aqueous electrolyte secondary battery provided with an electrode mixture layer formed from the above-mentioned electrode mixture.

本発明は、スラリー状電極合剤の保管時における不可逆的な増粘現象を抑制すると共に、そのチキソトロピー性をも抑制するバインダー組成物を提供することができるという効果を奏する。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention has the effect of being able to provide a binder composition that suppresses an irreversible thickening phenomenon during storage of a slurry-like electrode mixture and also suppresses its thixotropy.

本実施形態における非水電解質二次電池における電極の断面図である。It is sectional drawing of the electrode in the non-aqueous electrolyte secondary battery in this embodiment. 本実施形態における非水電解質二次電池の分解斜視図である。It is an exploded perspective view of the non-aqueous electrolyte secondary battery in this embodiment.

以下、本発明の一実施形態について詳細に説明する。ここで、本明細書等における「電極」とは、特に断りのない限り、本実施形態におけるバインダー組成物を用いた電極合剤から形成される電極合剤層が集電体上に形成されている、非水電解質二次電池の電極を意味する。また、本明細書等における「電池」とは、「電極」を備えた非水電解質二次電池を意味する。また、本明細書等における「チキソトロピー性」とは、せん断応力を受け続けると粘度が時間とともに低下し、静止すると粘度が上昇する性質を意味しており、O.C.C. Lin “Thixotropic behavior of gel-like systems” J. Appl. Polym. Sci. Vol.19, 199-214, 1975において定義されるチキソトロピー係数λでもって表すことができる。チキソトロピー係数λが小さいほど、チキソトロピー性が抑制されているといえる。 Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail. Here, unless otherwise specified, the "electrode" in the present specification and the like means that an electrode mixture layer formed from an electrode mixture using the binder composition in the present embodiment is formed on a current collector. It means the electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery. Further, the “battery” in the present specification and the like means a non-aqueous electrolyte secondary battery provided with an “electrode”. In addition, "thixotropic property" in the present specification and the like means the property that the viscosity decreases with time when it is continuously subjected to shear stress and increases when it stands still, and O.C.C. Lin "Thixotropic behavior of gel-like systems". It can be expressed by the thixotropy coefficient λ defined in J. Appl. Polym. Sci. Vol.19, 199-214, 1975. It can be said that the smaller the thixotropy coefficient λ is, the more the thixotropic property is suppressed.

(バインダー組成物)
本実施形態に係るバインダー組成物は、電池が有する電極であって、集電体上に電極活物質を含む電極合剤層が形成されてなる電極において、電極活物質を集電体に結着させるために用いられるものである。
(Binder composition)
The binder composition according to the present embodiment is an electrode of a battery, in which an electrode mixture layer containing an electrode active material is formed on a current collector, and the electrode active material is bound to the current collector. It is used to make it.

バインダー組成物には、フッ化ビニリデン重合体と特定のポリマー添加剤とが含まれている。また、本実施形態に係るバインダー組成物においては、所望の効果を阻害しない限り、さらに別の重合体および添加剤を含んでいてもよい。 The binder composition contains a vinylidene fluoride polymer and a specific polymer additive. Further, the binder composition according to the present embodiment may contain still another polymer and additives as long as the desired effect is not impaired.

[フッ化ビニリデン重合体]
本発明の一態様に係るフッ化ビニリデン重合体は、フッ化ビニリデンに由来する構造単位と、クロロトリフルオロエチレンに由来する構造単位と、を含むフッ化ビニリデン共重合体(コポリマー)を含む。フッ化ビニリデン由来単位に加えて、クロロトリフルオロエチレン由来単位を含むことにより、得られる共重合体を結着剤として用いる電極合剤は、スラリー状態での保管時に、不可逆的な増粘現象を抑制し、スラリーがゲル化することを防止することができる。
[Vinylidene Fluoride Polymer]
The vinylidene fluoride polymer according to one aspect of the present invention contains a vinylidene fluoride copolymer (copolymer) containing a structural unit derived from vinylidene fluoride and a structural unit derived from chlorotrifluoroethylene. An electrode mixture using a copolymer obtained by containing a unit derived from chlorotrifluoroethylene in addition to a unit derived from vinylidene fluoride as a binder causes an irreversible thickening phenomenon when stored in a slurry state. It can be suppressed and the slurry can be prevented from gelling.

本発明の一態様に係るフッ化ビニリデン重合体は、上記フッ化ビニリデン共重合体に加えて、フッ化ビニリデン共重合体による増粘現象抑制効果を阻害しない範囲で、フッ化ビニリデン単独重合体、または、クロロトリフルオロエチレンに由来する構造単位を含まないフッ化ビニリデン共重合体を含んでいてもよい。このようなクロロトリフルオロエチレンに由来する構造単位を含まないフッ化ビニリデン共重合体としては、コハク酸モノ(アクリロキシプロピル)(APS)に由来する構造単位を含むVDF/APS共重合体、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)に由来する構造単位を含むVDF/HFP共重合体、アクリル酸(AA)に由来する構造単位を含むVDF/AA共重合体、および、VDF/HFP/APS共重合体等が挙げられる。 The vinylidene fluoride polymer according to one aspect of the present invention is, in addition to the vinylidene fluoride copolymer, a vinylidene fluoride homopolymer, as long as the effect of suppressing the thickening phenomenon by the vinylidene fluoride copolymer is not impaired. Alternatively, it may contain a vinylidene fluoride copolymer that does not contain a structural unit derived from chlorotrifluoroethylene. Examples of the vinylidene fluoride copolymer not containing the structural unit derived from chlorotrifluoroethylene include a VDF / APS copolymer containing a structural unit derived from monosuccinate (acryloxypropyl) (APS) and hexa. VDF / HFP copolymers containing structural units derived from fluoropropylene (HFP), VDF / AA copolymers containing structural units derived from acrylic acid (AA), VDF / HFP / APS copolymers, etc. Can be mentioned.

本発明の好ましい一態様としては、フッ化ビニリデン重合体は、フッ化ビニリデン共重合体である。 In a preferred embodiment of the present invention, the vinylidene fluoride polymer is a vinylidene fluoride copolymer.

本発明の一態様に係るフッ化ビニリデン共重合体は、フッ化ビニリデン由来単位を70モル%以上で含有することが好ましく、80モル%以上で含有することがより好ましく、さらには85モル%以上で含有することが特に好ましい。上限に制限はないが、99.5モル%以下とすることが好ましい。また、クロロトリフルオロエチレン由来単位は0.1~10モル%であることが好ましく、0.3~5モル%であることが更に好ましく、0.5~3モル%であることが最も好ましい。CTFE量が上記の範囲であることにより、スラリーのゲル化を防止しながらも、電解液への膨張を抑制して電池性能が低下することを避けることができる。 The vinylidene fluoride copolymer according to one aspect of the present invention preferably contains a unit derived from vinylidene fluoride in an amount of 70 mol% or more, more preferably 80 mol% or more, and further preferably 85 mol% or more. It is particularly preferable to contain in. The upper limit is not limited, but is preferably 99.5 mol% or less. The chlorotrifluoroethylene-derived unit is preferably 0.1 to 10 mol%, more preferably 0.3 to 5 mol%, and most preferably 0.5 to 3 mol%. When the amount of CTFE is in the above range, it is possible to prevent the slurry from gelling, while suppressing the expansion into the electrolytic solution and avoiding the deterioration of the battery performance.

上記2種類の構造単位に加えてさらに、共重合可能な他の単量体を含めた三元以上の共重合体としてもよい。このような単量体としては、例えば、エチレンおよびプロピレン等の炭化水素系単量体、フッ化ビニル、トリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレンおよびフルオロアルキルビニルエーテル等の含フッ素単量体、またはアリルグリシジルエーテルおよびクルトン酸グリシジルエステル等のエポキシ基含有ビニル単量体を共重合体成分として含んでいてもよい。更には、フッ化ビニリデン系重合体を溶解または膨潤する溶媒中で、アミノ基またはメルカプト基等のフッ化ビニリデン系重合体と反応性基と加水分解性基を併有するシラン系カップリング剤あるいはチタネート系カップリング剤中で処理してなる変性フッ化ビニリデン系重合体も用いられる。 In addition to the above two types of structural units, a copolymer of three or more elements including other copolymerizable monomers may be used. Examples of such a monomer include a hydrocarbon-based monomer such as ethylene and propylene, a fluorine-containing monomer such as vinyl fluoride, trifluoroethylene, tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene and fluoroalkyl vinyl ether, and the like. Alternatively, an epoxy group-containing vinyl monomer such as allyl glycidyl ether and croutonic acid glycidyl ester may be contained as a copolymer component. Furthermore, in a solvent that dissolves or swells the vinylidene fluoride polymer, a silane coupling agent or titanate having both a reactive group and a hydrolyzable group with the vinylidene fluoride polymer such as an amino group or a mercapto group. A modified vinylidene fluoride polymer treated in a system coupling agent is also used.

特に、カルボキシル基を有する単量体成分に由来する構造単位をさらに含むことにより、本発明の効果を好適に達成することができる。カルボキシル基を有する単量体成分としては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸モノメチル、アクリル酸2-カルボキシエチル、メタクリル酸(2-カルボキシエチル)、コハク酸モノ(アクリロキシエチル)、コハク酸モノ(アクリロキシプロピル)、フタル酸モノ(アクリロキシエチル)、コハク酸モノ(メタクリロキシエチル)、コハク酸モノ(メタクリロキシプロピル)、フタル酸モノ(メタクリロキシエチル)、およびトリフルオロアクリル酸等が挙げられる。これらは、一種単独で用いても、二種以上を用いてもよい。 In particular, the effect of the present invention can be suitably achieved by further containing a structural unit derived from a monomer component having a carboxyl group. Examples of the monomer component having a carboxyl group include acrylic acid, methacrylic acid, monomethyl maleate, 2-carboxyethyl acrylate, methacrylic acid (2-carboxyethyl), monosuccinic acid (acryloxyethyl), and monosuccinic acid (monosuccinic acid). Acryloxipropyl), mono (acryloxyethyl) phthalate, mono (methacryloxyethyl) succinate, mono (methacryloxypropyl) succinate, mono (methacryloxyethyl) phthalate, trifluoroacrylic acid and the like. .. These may be used alone or in combination of two or more.

フッ化ビニリデン由来単位およびクロロトリフルオロエチレン由来単位に加えて、カルボキシル基を有する単量体成分に由来する構造単位をさらに含む場合は、該カルボキシル基含有構造単位を、0.01~3モル%で含有することが好ましく、0.05~1モル%であることがより好ましく、0.08~0.5モル%であることが最も好ましい。官能基量が0.01モル%より少ないと、十分な接着性が得られないことがある。また、3モル%より多いと、フッ素樹脂本来の耐薬品性等の性質が損なわれることがある。 When a structural unit derived from a monomer component having a carboxyl group is further contained in addition to the unit derived from vinylidene fluoride and the unit derived from chlorotrifluoroethylene, the carboxyl group-containing structural unit is 0.01 to 3 mol%. It is preferably contained in, more preferably 0.05 to 1 mol%, and most preferably 0.08 to 0.5 mol%. If the amount of functional groups is less than 0.01 mol%, sufficient adhesiveness may not be obtained. On the other hand, if it is more than 3 mol%, the inherent properties such as chemical resistance of the fluororesin may be impaired.

なお、各構成単位の存在量はH NMRもしくは19F NMRによって求めることができる。 The abundance of each structural unit can be determined by 1 H NMR or 19 F NMR.

本発明の一態様に係るフッ化ビニリデン共重合体は、インヘレント粘度(樹脂4gを1リットルのN,N-ジメチルホルムアミドに溶解させた溶液の30℃における対数粘度)が、0.5~20dL/g、特に0.8~10dL/gの範囲内の値を有することが好ましい。 The fluorovinylidene copolymer according to one aspect of the present invention has an intrinsic viscosity (the logarithmic viscosity of a solution of 4 g of a resin dissolved in 1 liter of N, N-dimethylformamide at 30 ° C.) of 0.5 to 20 dL /. It is preferable to have a value in the range of g, particularly 0.8 to 10 dL / g.

本発明の一態様に係るフッ化ビニリデン共重合体を製造する方法としては、特に限定されず、懸濁重合、乳化重合および溶液重合等の従来公知の方法を挙げることができる。これらの中でも、後処理の容易さ等の点から、共重合の方法としては、水系の懸濁重合または乳化重合であることが好ましく、水系の懸濁重合であることがより好ましい。 The method for producing the vinylidene fluoride copolymer according to one aspect of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include conventionally known methods such as suspension polymerization, emulsion polymerization and solution polymerization. Among these, from the viewpoint of ease of post-treatment and the like, the method of copolymerization is preferably aqueous suspension polymerization or emulsion polymerization, and more preferably aqueous suspension polymerization.

水を分散媒とした懸濁重合における懸濁剤としては、メチルセルロース、メトキシ化メチルセルロース、プロポキシ化メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシドおよびゼラチン等を使用することができる。 As the suspension agent in suspension polymerization using water as a dispersion medium, methyl cellulose, methoxylated methyl cellulose, propoxylated methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, gelatin and the like can be used.

また、重合開始剤としては、ジイソプロピルペルオキシジカーボネート、ジノルマルプロピルペルオキシジカーボネート、ジノルマルヘプタフルオロプロピルペルオキシジカーボネート、イソブチリルペルオキサイド、ジ(クロロフルオロアシル)ペルオキサイド、ジ(ペルフルオロアシル)ペルオキサイド、t-ブチルペルオキシピバレート等が使用できる。 Examples of the polymerization initiator include diisopropylperoxydicarbonate, dinormalpropylperoxydicarbonate, dinormalalheptafluoropropylperoxydicarbonate, isobutyryl peroxide, di (chlorofluoroacyl) peroxide, and di (perfluoroacyl) peroxide. Oxide, t-butylperoxypivalate and the like can be used.

また、酢酸エチル、酢酸メチル、アセトン、エタノール、n-プロパノール、アセトアルデヒド、プロピルアルデヒド、プロピオン酸エチル、および四塩化炭素等の連鎖移動剤を添加することにより、得られる重合体の重合度を調節することも可能である。 Further, the degree of polymerization of the obtained polymer is adjusted by adding a chain transfer agent such as ethyl acetate, methyl acetate, acetone, ethanol, n-propanol, acetaldehyde, propylaldehyde, ethyl propionate, and carbon tetrachloride. It is also possible.

[ポリマー添加剤]
本発明の一態様において、バインダー組成物は、フッ化ビニリデン共重合体と共に、以下の繰り返し単位:
-[CH-CHR]-
を有するポリマー材料からなるポリマー添加剤を含有する。
[Polymer additive]
In one aspect of the invention, the binder composition, along with the vinylidene fluoride copolymer, comprises the following repeating units:
-[CH 2 -CHR]-
Contains a polymer additive comprising a polymer material comprising.

上記繰り返し単位において、Rは、鎖状若しくは環状アミド基、ニトリル基、ヒドロキシ基、エステル含有基、または、炭素数1~4のアルキル基であって、当該アルキル基の水素原子の少なくとも1つが鎖状若しくは環状アミド基、ニトリル基またはヒドロキシ基で置換されている置換基を示す。 In the above repeating unit, R is a chain or cyclic amide group, a nitrile group, a hydroxy group, an ester-containing group, or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and at least one of the hydrogen atoms of the alkyl group is a chain. Indicates a substituent substituted with a state or cyclic amide group, a nitrile group or a hydroxy group.

本願明細書において、「鎖状または環状アミド基」は、式:-CONRまたは-NRCOR(式中、RおよびRは、それぞれ同じであっても異なっていてもよく、水素原子または炭素数1~6個の低級アルキル基であるか、または、RおよびRが一緒になって、結合する窒素原子と共に単環式複素環を形成する)で表される鎖状アミド基および環状アミド基を意味する。このような鎖状または環状アミド基としては、例えば、2-ピロリドン基、アセトアミド基、N-メチルアセトアミド基等が挙げられる。ここで、2-ピロリドン基、アセトアミド基、N-メチルアセトアミド基とは、それぞれ対応する化合物中のカルボニル炭素原子又は窒素原子に結合する1個の水素原子が、結合手で置換された一価の基を表す。 As used herein, the "chain or cyclic amide group" is of the formula: -CONR 1 R 2 or -NR 1 COR 2 (wherein R 1 and R 2 may be the same or different, respectively. , A chain represented by a hydrogen atom or a lower alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or R 1 and R 2 together to form a monocyclic heterocycle with the bonding nitrogen atom). It means a state amide group and a cyclic amide group. Examples of such a chain or cyclic amide group include a 2-pyrrolidone group, an acetamide group, an N-methylacetamide group and the like. Here, the 2-pyrrolidone group, the acetamide group, and the N-methylacetamide group are monovalents in which one hydrogen atom bonded to a carbonyl carbon atom or a nitrogen atom in the corresponding compound is substituted by a bond. Represents a group.

フッ化ビニリデン共重合体と共にポリマー添加剤を含むことにより、バインダー組成物は、電極合剤としたときに、スラリーの増粘現象の抑制効果を保持しつつ、チキソトロピー性を抑制することができる。 By containing the polymer additive together with the vinylidene fluoride copolymer, the binder composition can suppress thixotropy while maintaining the effect of suppressing the thickening phenomenon of the slurry when used as an electrode mixture.

ポリマー材料は、繰り返し単位におけるRが同一であるホモポリマーであっても、Rが異なるランダムまたはブロックコポリマーであってもよい。 The polymer material may be a homopolymer having the same R in the repeating unit, or a random or block copolymer having a different R.

ポリマー材料としては、例えば、ポリビニルピロリドン、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール等が挙げられる。 Examples of the polymer material include polyvinylpyrrolidone, polyacrylonitrile, polyvinyl alcohol and the like.

なお、本願明細書において、用語「ポリビニルアルコール」は、ポリ酢酸ビニルをケン化して得られるポリビニルアルコールであって、30モル%以下の範囲でアセチル基が残存しているものを包含する。 In the specification of the present application, the term "polyvinyl alcohol" includes polyvinyl alcohol obtained by saponifying polyvinyl acetate and having an acetyl group remaining in the range of 30 mol% or less.

本発明の一態様に係るポリマー材料を製造する方法としては、特に限定されず、上述のフッ化ビニリデン共重合体と同様にして製造することができる。 The method for producing the polymer material according to one aspect of the present invention is not particularly limited, and can be produced in the same manner as the above-mentioned vinylidene fluoride copolymer.

[バインダー組成物]
本実施形態に係るバインダー組成物は、上記フッ化ビニリデン共重合体を含むフッ化ビニリデン重合体、および、ポリマー添加剤を含む。フッ化ビニリデン共重合体は単独で用いてもよく、2種類以上のフッ化ビニリデン共重合体を併用してもよい。同様に、ポリマー添加剤は単独のポリマー材料で用いてもよく、2種類以上のポリマー材料を併用してもよい。
[Binder composition]
The binder composition according to the present embodiment contains a vinylidene fluoride polymer containing the vinylidene fluoride copolymer and a polymer additive. The vinylidene fluoride copolymer may be used alone, or two or more kinds of vinylidene fluoride copolymers may be used in combination. Similarly, the polymer additive may be used as a single polymer material or in combination of two or more polymer materials.

本実施形態に係るバインダー組成物においては、所望の効果を阻害しない限り、さらに別の重合体、および各種添加剤を含んでいてもよい。 The binder composition according to the present embodiment may contain yet another polymer and various additives as long as the desired effect is not impaired.

バインダー組成物におけるフッ化ビニリデン共重合体の含有量は、2.5質量%以上であることが好ましく、5質量%以上であることがより好ましく、10質量%であることが更に好ましい。フッ化ビニリデン共重合体の含有量がこの範囲であることにより、バインダー組成物を電極合剤としたときに、保管時における不可逆的な増粘現象を抑制することができる。 The content of the vinylidene fluoride copolymer in the binder composition is preferably 2.5% by mass or more, more preferably 5% by mass or more, and further preferably 10% by mass. When the content of the vinylidene fluoride copolymer is in this range, it is possible to suppress an irreversible thickening phenomenon during storage when the binder composition is used as an electrode mixture.

また、バインダー組成物におけるポリマー添加剤の含有量は、フッ化ビニリデン重合体とポリマー添加剤との合計を100質量%としたときに、好ましくは1~50質量%であり、より好ましくは2~30質量%であり、さらに好ましくは2.5~10質量%である。ポリマー添加剤の含有量がこの範囲であることにより、バインダー組成物を電極合剤としたときに、チキソトロピー性の上昇を抑制する効果が一層高まる。 The content of the polymer additive in the binder composition is preferably 1 to 50% by mass, more preferably 2 to 50% by mass, when the total of the vinylidene fluoride polymer and the polymer additive is 100% by mass. It is 30% by mass, more preferably 2.5 to 10% by mass. When the content of the polymer additive is in this range, the effect of suppressing the increase in thixotropic property is further enhanced when the binder composition is used as an electrode mixture.

バインダー組成物は、必要に応じて、さらに慣用の添加剤を含んでいてもよい。 The binder composition may further contain a conventional additive, if necessary.

[電極合剤]
本実施形態における電極合剤は、バインダー組成物に、電極活物質と溶媒とを含ませたものである。この電極合剤を集電体上に塗布して電極合剤層を形成することにより、電極を作製することができる。電極合剤は、スラリー状であり、溶媒の量を調節することによって、所望の粘度に調整することができる。
[Electrode combination]
The electrode mixture in the present embodiment is a binder composition containing an electrode active material and a solvent. An electrode can be manufactured by applying this electrode mixture onto a current collector to form an electrode mixture layer. The electrode mixture is in the form of a slurry and can be adjusted to a desired viscosity by adjusting the amount of the solvent.

電極合剤は、塗布対象である集電体の種類等に応じて電極活物質等の種類を変更することにより、正極用の電極合剤、または負極用の電極合剤とすることができる。本実施形態における電極合剤は、正極用の電極活物質、すなわち正極活物質(正極材料)を用いた正極用の電極合剤であることが好ましい。 The electrode mixture can be an electrode mixture for a positive electrode or an electrode mixture for a negative electrode by changing the type of the electrode active material or the like according to the type of the current collector to be applied. The electrode mixture in the present embodiment is preferably an electrode active material for a positive electrode, that is, an electrode mixture for a positive electrode using a positive electrode active material (positive electrode material).

(溶媒)
本実施形態における電極合剤において用いられる溶媒としては、フッ化ビニリデン重合体およびポリマー添加剤を溶解できる溶媒であれば特に限定されるものではない。溶媒としては、例えばN-メチル-2-ピロリドン(NMP)、水、ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホアミド、ジオキサン、テトラヒドロフラン、テトラメチルウレア、トリエチルホスフェート、トリメチルホスフェート、アセトン、メチルエチルケトン、およびテトラヒドロフランなどが挙げられる。これらの溶媒は、単独で用いてもよいし、二種類以上を混合した混合溶媒として用いてもよい。電極合剤において用いられる溶媒は、中でも、N-メチル-2-ピロリドン、N,N-ジメチルホルムアミドおよびN,N-ジメチルアセトアミドなどの含窒素系有機溶媒が好ましく、N-メチル-2-ピロリドンがより好ましい。
(solvent)
The solvent used in the electrode mixture in the present embodiment is not particularly limited as long as it is a solvent capable of dissolving the vinylidene fluoride polymer and the polymer additive. Examples of the solvent include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), water, dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylsulfoxide, hexamethylphosphoamide, dioxane, tetrahydrofuran, tetramethylurea, and triethylphosphate. , Trimethyl phosphate, acetone, methyl ethyl ketone, and tetrahydrofuran. These solvents may be used alone or as a mixed solvent in which two or more kinds are mixed. The solvent used in the electrode mixture is preferably a nitrogen-containing organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylformamide and N, N-dimethylacetamide, and N-methyl-2-pyrrolidone is preferable. More preferred.

フッ化ビニリデン重合体およびポリマー添加剤の総量を100質量部とすると、溶媒の量は400~10000質量部であることが好ましく、600~8000質量部であることがより好ましい。上述した溶媒の量の範囲内では適度な溶液粘度となり、ハンドリング性に優れる。 When the total amount of the vinylidene fluoride polymer and the polymer additive is 100 parts by mass, the amount of the solvent is preferably 400 to 10000 parts by mass, more preferably 600 to 8000 parts by mass. Within the range of the amount of the solvent described above, the solution viscosity is appropriate and the handleability is excellent.

(電極活物質)
本実施形態における電極合剤において用いられる電極活物質は、上述したように、本実施形態に係る電極合剤を負極用の電極合剤とする場合には、負極用の電極活物質、すなわち負極活物質を用いればよく、本実施形態に係る電極合剤を正極用の電極合剤とする場合には、正極用の電極活物質、すなわち正極活物質を用いればよい。
(Electrode active material)
As described above, the electrode active material used in the electrode mixture in the present embodiment is the electrode active material for the negative electrode, that is, the negative electrode when the electrode mixture according to the present embodiment is used as the electrode mixture for the negative electrode. An active material may be used, and when the electrode mixture according to the present embodiment is used as an electrode mixture for a positive electrode, an electrode active material for a positive electrode, that is, a positive electrode active material may be used.

正極活物質としては、例えば、リチウムを含むリチウム系正極活物質が挙げられる。リチウム系正極活物質としては例えば、LiCoOおよびLiCoNi1-x(0≦x<1)等の一般式LiMYで表わされる複合金属カルコゲン化合物、または複合金属酸化物、LiMnなどのスピネル構造をとる複合金属酸化物およびLiFePOなどのオリビン型リチウム化合物等が挙げられる。ここでMは、Co、Ni、Fe、Mn、CrおよびV等の遷移金属もしくはAlの少なくとも一種であり、YはOおよびS等のカルコゲン元素である。 Examples of the positive electrode active material include a lithium-based positive electrode active material containing lithium. Examples of the lithium-based positive electrode active material include a composite metal chalcogen compound represented by the general formula LiMY 2 such as LiCoO 2 and LiCo x Ni 1-x O 2 (0 ≦ x <1), or a composite metal oxide, LiMn 2 O. Examples thereof include composite metal oxides having a spinel structure such as 4 , and olivine-type lithium compounds such as LiFePO 4 . Here, M is at least one of transition metals such as Co, Ni, Fe, Mn, Cr and V or Al, and Y is a chalcogen element such as O and S.

負極活物質としては、黒鉛などの炭素系材料をはじめとした従来公知の材料を用いることができる。 As the negative electrode active material, conventionally known materials such as carbon-based materials such as graphite can be used.

本実施形態において、電極活物質は、溶媒と共に、バインダー組成物に直接添加すればよい。あるいは、電極活物質をまず溶媒に添加して、撹拌混合したものをバインダー組成物に添加するようにしてもよい。あるいは、バインダー組成物と溶媒とを混合して得られるバインダー溶液に、電極活物質を添加するようにしてもよい。 In the present embodiment, the electrode active material may be added directly to the binder composition together with the solvent. Alternatively, the electrode active material may be first added to the solvent, and the mixture may be added to the binder composition by stirring. Alternatively, the electrode active material may be added to the binder solution obtained by mixing the binder composition and the solvent.

(導電助剤)
本実施形態における電極合剤は、さらに導電助剤を含んでいてもよい。導電助剤は、LiCoO等の電子伝導性の小さい活物質を使用する場合に、電極合剤層の導電性を向上する目的で添加するものである。導電助剤としては、例えば、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、黒鉛微粉末および黒鉛繊維等の炭素物物質、ならびにニッケルおよびアルミニウム等の金属微粉末または金属繊維を用いることができる。
(Conductive aid)
The electrode mixture in the present embodiment may further contain a conductive auxiliary agent. The conductive auxiliary agent is added for the purpose of improving the conductivity of the electrode mixture layer when an active material having low electron conductivity such as LiCoO 2 is used. As the conductive auxiliary agent, for example, carbon substances such as carbon black, carbon nanotubes, graphite fine powder and graphite fiber, and metal fine powder or metal fiber such as nickel and aluminum can be used.

(電極合剤の他の成分)
本実施形態における電極合剤は、上述の成分以外の他の成分を含んでいてもよい。他の成分としては、例えば、シュウ酸やコハク酸などの有機酸、分散剤等の慣用の添加剤等を挙げることができる。
(Other components of electrode mixture)
The electrode mixture in the present embodiment may contain components other than the above-mentioned components. Examples of other components include organic acids such as oxalic acid and succinic acid, and conventional additives such as dispersants.

(電極合剤の調製)
本実施形態にかかる電極合剤は、上述のバインダー組成物、溶媒および電極活物質、並びに、必要に応じて、導電助剤、および他の各種成分等を、任意の順序で混合し、スラリー化することにより得られる。
(Preparation of electrode mixture)
In the electrode mixture according to the present embodiment, the above-mentioned binder composition, solvent and electrode active material, and if necessary, a conductive auxiliary agent, various other components, and the like are mixed in an arbitrary order to form a slurry. Obtained by doing.

例えば、バインダー組成物と溶媒とを混合することによりバインダー溶液を調製し、得られたバインダー溶液に、電極活物質を、導電助剤等と共に添加し、撹拌混合して電極合剤を調製することができる。 For example, a binder solution is prepared by mixing a binder composition and a solvent, an electrode active material is added to the obtained binder solution together with a conductive auxiliary agent, and the mixture is stirred and mixed to prepare an electrode mixture. Can be done.

また、導電助剤と溶媒とを混合することにより導電助剤分散液を調製し、得られた導電助剤分散液に、バインダー組成物、および電極活物質等を添加し、撹拌混合して電極合剤を調製してもよい。 Further, a conductive auxiliary agent dispersion is prepared by mixing the conductive auxiliary agent and the solvent, a binder composition, an electrode active material, etc. are added to the obtained conductive auxiliary agent dispersion, and the electrodes are stirred and mixed. A mixture may be prepared.

また、上記バインダー溶液および上記導電助剤分散液をそれぞれ調製し、これらを電極活物質等と撹拌混合して電極合剤を調製してもよい。 Further, the binder solution and the conductive auxiliary agent dispersion may be prepared, respectively, and these may be stirred and mixed with an electrode active material or the like to prepare an electrode mixture.

[非水電解質二次電池用電極]
図1を参照して、本実施形態に係る電極に関して以下に説明する。図1は、本実施形態における電極の断面図である。図1に示すように、電極10は、集電体11、電極合剤層12aおよび12bを有しており、集電体11上に電極合剤層12aおよび12bが形成されている。電極10は、上述したように、正極用の電極合剤を用いて電極合剤層12aおよび12bが得られる場合には正極となり、負極用の電極合剤を用いて電極合剤層12aおよび12bが得られる場合には負極となる。
[Electrodes for non-aqueous electrolyte secondary batteries]
The electrodes according to the present embodiment will be described below with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view of an electrode in this embodiment. As shown in FIG. 1, the electrode 10 has a current collector 11 and an electrode mixture layer 12a and 12b, and the electrode mixture layers 12a and 12b are formed on the current collector 11. As described above, the electrode 10 becomes a positive electrode when the electrode mixture layers 12a and 12b are obtained by using the electrode mixture for the positive electrode, and the electrode mixture layers 12a and 12b are used by using the electrode mixture for the negative electrode. When is obtained, it becomes a negative electrode.

集電体11は、電極10の基材であり、電気を取り出すための端子である。集電体11の材質としては、鉄、ステンレス鋼、鋼、銅、アルミニウム、ニッケル、およびチタン等を挙げることができる。集電体11の形状は、箔または網であることが好ましい。電極10が正極である場合、集電体11としては、アルミニウム箔とすることが好ましい。集電体11の厚みは、5~100μmであることが好ましく、5~20μmがより好ましい。 The current collector 11 is a base material of the electrode 10 and is a terminal for extracting electricity. Examples of the material of the current collector 11 include iron, stainless steel, steel, copper, aluminum, nickel, and titanium. The shape of the current collector 11 is preferably foil or net. When the electrode 10 is a positive electrode, the current collector 11 is preferably made of aluminum foil. The thickness of the current collector 11 is preferably 5 to 100 μm, more preferably 5 to 20 μm.

電極合剤層12aおよび12bは、上述した電極合剤を集電体11に塗布して、乾燥させることにより得られる層である。電極合剤の塗布方法としては、当該技術分野における公知の方法を用いることができ、バーコーター、ダイコーターまたはコンマコーターなどを用いる方法を挙げることができる。電極合剤層12aおよび12bを形成させるための乾燥温度としては、50~170℃であることが好ましい。また、電極合剤層12aおよび12bの厚みは、10~1000μmであることが好ましい。なお、図1において電極10は、集電体11の両面に電極合剤層12aおよび12bが形成されているが、もちろんこれに限定されるものではなく、集電体11のいずれか一方の面にのみに、電極合剤層が形成されているものであってもよい。 The electrode mixture layers 12a and 12b are layers obtained by applying the above-mentioned electrode mixture to the current collector 11 and drying the layers. As a method for applying the electrode mixture, a method known in the art can be used, and a method using a bar coater, a die coater, a comma coater, or the like can be mentioned. The drying temperature for forming the electrode mixture layers 12a and 12b is preferably 50 to 170 ° C. The thickness of the electrode mixture layers 12a and 12b is preferably 10 to 1000 μm. In FIG. 1, the electrode 10 has electrode mixture layers 12a and 12b formed on both surfaces of the current collector 11, but the present invention is not limited to this, and one of the surfaces of the current collector 11 is of course not limited thereto. The electrode mixture layer may be formed only on the surface.

電極合剤層の厚さは、通常は20~250μmであり、好ましくは20~150μmである。また、合剤層の目付量は、通常は20~700g/mであり、好ましくは30~500g/mである。 The thickness of the electrode mixture layer is usually 20 to 250 μm, preferably 20 to 150 μm. The basis weight of the mixture layer is usually 20 to 700 g / m 2 , preferably 30 to 500 g / m 2 .

[非水電解質二次電池]
図2を参照して、本実施形態に係る電池について以下に説明する。図2は、非水電解質二次電池の分解斜視図である。電池100は、正極1、負極2、セパレータ3および金属ケーシング5を有している。具体的には、電池100は、正極1と負極2との間にセパレータ3を配置した積層体を渦巻き状に巻き回した発電素子が、金属ケーシング5中に収容されている構造を有している。ここで、正極1または負極2は、図1における電極10と同様のものである。セパレータ3としては、ポリプロピレンおよびポリエチレン等の高分子物質の多孔性膜などの公知の材料を用いることができる。
[Non-water electrolyte secondary battery]
The battery according to this embodiment will be described below with reference to FIG. FIG. 2 is an exploded perspective view of a non-aqueous electrolyte secondary battery. The battery 100 has a positive electrode 1, a negative electrode 2, a separator 3, and a metal casing 5. Specifically, the battery 100 has a structure in which a power generation element in which a laminate 3 in which a separator 3 is arranged between a positive electrode 1 and a negative electrode 2 is spirally wound is housed in a metal casing 5. There is. Here, the positive electrode 1 or the negative electrode 2 is the same as the electrode 10 in FIG. As the separator 3, a known material such as a porous membrane of a polymer substance such as polypropylene and polyethylene can be used.

なお、図2において、電池100を円筒形電池として図示しているが、本実施形態における電池100はこれに限定されるものではなく、コイン形、角形またはペーパー形電池であってもよい。 Although the battery 100 is shown as a cylindrical battery in FIG. 2, the battery 100 in the present embodiment is not limited to this, and may be a coin-shaped, square-shaped, or paper-shaped battery.

以下に実施例を示し、本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることはいうまでもない。さらに、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、それぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。また、本明細書中に記載された文献の全てが参考として援用される。 Examples are shown below, and embodiments of the present invention will be described in more detail. Of course, the present invention is not limited to the following examples, and it goes without saying that various aspects are possible for details. Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the claims, and the present invention also relates to an embodiment obtained by appropriately combining the disclosed technical means. It is included in the technical scope of the invention. In addition, all the documents described in this specification are incorporated by reference.

後述のように、本発明に係る種々のバインダー組成物を用いて電極合剤を製造し、それを用いてチキソトロピー係数およびスラリーのゲル化評価試験を行った。なお、本明細書における「インヘレント粘度」は、以下の方法により測定される値である。 As will be described later, an electrode mixture was produced using various binder compositions according to the present invention, and a thixotropy coefficient and a gelation evaluation test of a slurry were carried out using the electrode mixture. The "inherent viscosity" in the present specification is a value measured by the following method.

(インヘレント粘度ηi)
インヘレント粘度ηiを算出するために、フッ化ビニリデン共重合体80mgを20mLのN,N-ジメチルホルムアミドに溶解することによってフッ化ビニリデン共重合体溶液を作製する。当該溶液の粘度ηを、30℃の恒温槽内においてウベローデ粘度計を用いて測定する。インヘレント粘度ηiは、当該粘度ηを用いて下記式によって求められる。
(Inherent viscosity ηi)
To calculate the intrinsic viscosity ηi, 80 mg of vinylidene fluoride copolymer is dissolved in 20 mL of N, N-dimethylformamide to prepare a vinylidene fluoride copolymer solution. The viscosity η of the solution is measured using a Ubbelohde viscometer in a constant temperature bath at 30 ° C. Inherent viscosity ηi is calculated by the following formula using the viscosity η.

ηi=(1/C)・ln(η/η0)
上記式において、η0は溶媒であるN,N-ジメチルホルムアミドの粘度、Cは0.4g/dLである。
ηi = (1 / C) ・ ln (η / η0)
In the above formula, η0 is the viscosity of N, N-dimethylformamide as a solvent, and C is 0.4 g / dL.

(実施例1)
フッ化ビニリデン共重合体として、フッ化ビニリデン(VDF)およびクロロトリフルオロエチレン(CTFE)(重量比96:4)を重合し、VDF-CTFE共重合体(インヘレント粘度2.1dL/g)を使用した。また、ポリマー添加剤として、ポリビニルピロリドン(PVP K15)(数平均分子量10,000、東京化成工業(株)製P0471)を使用した。
(Example 1)
As the vinylidene fluoride copolymer, vinylidene fluoride (VDF) and chlorotrifluoroethylene (CTFE) (weight ratio 96: 4) are polymerized, and a VDF-CTFE copolymer (inherent viscosity 2.1 dL / g) is used. bottom. Further, as a polymer additive, polyvinylpyrrolidone (PVP K15) (number average molecular weight 10,000, P0471 manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was used.

上記フッ化ビニリデン共重合体とポリマー添加剤とを、総質量に対しポリマー添加剤が5質量%となるように混合して、バインダー組成物を得た。 The vinylidene fluoride copolymer and the polymer additive were mixed so that the polymer additive was 5% by mass with respect to the total mass to obtain a binder composition.

電極活物質としてリチウム-コバルト複合酸化物(LCO;LiCoO、セルシードC10N、日本化学工業(株)製、平均粒子径10μm)100質量部、導電助剤としてカーボンブラック(SP;Timcal Japan社製 SuperP(登録商標) Li、平均粒子径40nm、比表面積60m/g)2質量部、および上記バインダー組成物2質量部を、N-メチル-2-ピロリドン中に均一に分散させてスラリーとし、スラリー総質量に対する、バインダー組成物、電極活物質および導電助剤の合計固形分濃度が76質量%の電極合剤を作製した。 Lithium-cobalt composite oxide (LCO; LiCoO 2 , Cellseed C10N, manufactured by Nippon Kagaku Kogyo Co., Ltd., average particle diameter 10 μm) 100 parts by mass as an electrode active material, carbon black (SP; Thermal Japan SuperP) as a conductive auxiliary agent (Registered trademark) Li, average particle diameter 40 nm, specific surface area 60 m 2 / g) 2 parts by mass, and 2 parts by mass of the binder composition are uniformly dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to form a slurry. An electrode mixture having a total solid content concentration of 76% by mass of the binder composition, the electrode active material and the conductive auxiliary agent with respect to the total mass was prepared.

得られた電極合剤を、集電体である厚さ15μmのアルミ箔上にバーコーターで塗布し、これを恒温槽を用いて、窒素雰囲気下にて110℃で30分間乾燥を行い、電極を作製した。 The obtained electrode mixture was applied to a current collector, a 15 μm-thick aluminum foil, with a bar coater, and dried in a nitrogen atmosphere at 110 ° C. for 30 minutes using a constant temperature bath to dry the electrodes. Was produced.

(実施例2)
フッ化ビニリデン共重合体として、VDF、CTFEおよびコハク酸モノ(アクリロキシプロピル)(APS)(重量比96:4:1)を重合し、VDF-CTFE-APS共重合体(インヘレント粘度2.3dL/g)を使用した以外は、実施例1と同様にして、バインダー組成物を得た。
(Example 2)
As a vinylidene fluoride copolymer, VDF, CTFE and monosuccinate (acryloxypropyl) (APS) (weight ratio 96: 4: 1) are polymerized, and a VDF-CTFE-APS copolymer (inherent viscosity 2.3 dL) is polymerized. A binder composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that / g) was used.

上記で得られたバインダー組成物を用いて、バインダー組成物、電極活物質および導電助剤の合計固形分濃度が74質量%である以外は、実施例1と同様にして、電極合剤および電極を作製した。 Using the binder composition obtained above, the electrode mixture and the electrode are the same as in Example 1 except that the total solid content concentration of the binder composition, the electrode active material and the conductive auxiliary agent is 74% by mass. Was produced.

(実施例3)
フッ化ビニリデン共重合体として、VDF、CTFEおよびAPS(重量比96:4:1)を重合し、VDF-CTFE-APS共重合体(モル比:VDF/CTFE/APS=96/4/1、インヘレント粘度2.5dL/g)を使用し、バインダー組成物の総質量に対しポリマー添加剤が10質量%となるようにした以外は、実施例1と同様にして、バインダー組成物を得た。
(Example 3)
As a fluorovinylidene copolymer, VDF, CTFE and APS (weight ratio 96: 4: 1) are polymerized, and a VDF-CTFE-APS copolymer (molar ratio: VDF / CTFE / APS = 96/4/1), Inherent viscosity 2.5 dL / g) was used to obtain a binder composition in the same manner as in Example 1 except that the polymer additive was 10% by mass based on the total mass of the binder composition.

上記で得られたバインダー組成物を用いて、バインダー組成物、電極活物質および導電助剤の合計固形分濃度が78質量%である以外は、実施例1と同様にして、電極合剤および電極を作製した。 Using the binder composition obtained above, the electrode mixture and the electrode are the same as in Example 1 except that the total solid content concentration of the binder composition, the electrode active material and the conductive auxiliary agent is 78% by mass. Was produced.

(実施例4)
フッ化ビニリデン共重合体としてVDF、CTFEおよびマレイン酸モノメチル(MMM)(重量比98:2:0.7)を重合し、VDF-CTFE-MMM共重合体(インヘレント粘度2.3dL/g)を使用した以外は、実施例1と同様にして、バインダー組成物を得た。
(Example 4)
VDF, CTFE and monomethyl maleate (MMM) (weight ratio 98: 2: 0.7) were polymerized as the vinylidene fluoride copolymer to obtain a VDF-CTFE-MMM copolymer (inherent viscosity 2.3 dL / g). A binder composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that it was used.

上記で得られたバインダー組成物を用いて、バインダー組成物、電極活物質および導電助剤の合計固形分濃度が75質量%である以外は、実施例1と同様にして、電極合剤および電極を作製した。 Using the binder composition obtained above, the electrode mixture and the electrode are the same as in Example 1 except that the total solid content concentration of the binder composition, the electrode active material and the conductive auxiliary agent is 75% by mass. Was produced.

(実施例5)
バインダー組成物の総質量に対しポリマー添加剤が2.5質量%となるようにした以外は、実施例2と同様にして、バインダー組成物を得た。
(Example 5)
A binder composition was obtained in the same manner as in Example 2 except that the polymer additive was adjusted to 2.5% by mass with respect to the total mass of the binder composition.

上記で得られたバインダー組成物を用いて、バインダー組成物、電極活物質および導電助剤の合計固形分濃度が73質量%である以外は、実施例1と同様にして、電極合剤および電極を作製した。 Using the binder composition obtained above, the electrode mixture and the electrode are the same as in Example 1 except that the total solid content concentration of the binder composition, the electrode active material and the conductive auxiliary agent is 73% by mass. Was produced.

(実施例6)
ポリマー添加剤として、ポリビニルピロリドン(PVP K90)(数平均分子量360,000、東京化成工業(株)製、P0473)を使用した以外は、実施例1と同様にして、バインダー組成物を得た。
(Example 6)
A binder composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that polyvinylpyrrolidone (PVP K90) (number average molecular weight 360,000, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., P0473) was used as the polymer additive.

上記で得られたバインダー組成物を用いて、バインダー組成物、電極活物質および導電助剤の合計固形分濃度が75質量%である以外は、実施例1と同様にして、電極合剤および電極を作製した。 Using the binder composition obtained above, the electrode mixture and the electrode are the same as in Example 1 except that the total solid content concentration of the binder composition, the electrode active material and the conductive auxiliary agent is 75% by mass. Was produced.

(実施例7)
ポリマー添加剤として、ポリビニルアルコール(PVA)(日本合成化学(株)製、ゴーセノールGH-17)を使用した以外は、実施例1と同様にして、バインダー組成物を得た。
(Example 7)
A binder composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that polyvinyl alcohol (PVA) (Gosenol GH-17, manufactured by Nippon Synthetic Chemistry Co., Ltd.) was used as the polymer additive.

上記で得られたバインダー組成物を用いて、バインダー組成物、電極活物質および導電助剤の合計固形分濃度が75質量%である以外は、実施例1と同様にして、電極合剤および電極を作製した。 Using the binder composition obtained above, the electrode mixture and the electrode are the same as in Example 1 except that the total solid content concentration of the binder composition, the electrode active material and the conductive auxiliary agent is 75% by mass. Was produced.

(実施例8)
ポリマー添加剤として、ポリアクリルニトリル(PAN)(重量平均分子量150,000、シグマ・アルドリッチ社製、181315)を使用した以外は、実施例1と同様にして、バインダー組成物を得た。
(Example 8)
A binder composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that polyacrylic nitrile (PAN) (weight average molecular weight 150,000, manufactured by Sigma-Aldrich, 181315) was used as the polymer additive.

上記で得られたバインダー組成物を用いて、バインダー組成物、電極活物質および導電助剤の合計固形分濃度が73質量%である以外は、実施例1と同様にして、電極合剤および電極を作製した。 Using the binder composition obtained above, the electrode mixture and the electrode are the same as in Example 1 except that the total solid content concentration of the binder composition, the electrode active material and the conductive auxiliary agent is 73% by mass. Was produced.

(実施例9)
実施例1と同様にして、バインダー組成物を得た。
(Example 9)
A binder composition was obtained in the same manner as in Example 1.

電極活物質としてニッケルコバルトアルミニウム酸リチウム(NCA、平均粒径D5014.7μm)100質量部、導電助剤としてカーボンブラック(SP;Timcal Japan社製 SuperP(登録商標) Li、平均粒子径40nm、比表面積60m/g)2質量部、および上記バインダー組成物2質量部を、N-メチル-2-ピロリドン中に均一に分散させて、バインダー組成物、電極活物質および導電助剤の合計固形分濃度が79質量%の電極合剤を作製した。 100 parts by mass of lithium nickel cobalt aluminum acid (NCA, average particle size D 50 14.7 μm) as an electrode active material, carbon black (SP; SuperP® manufactured by Timcal Japan) as a conductive auxiliary agent, average particle diameter 40 nm, The specific surface area of 60 m 2 / g) 2 parts by mass and 2 parts by mass of the binder composition are uniformly dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone, and the total solid of the binder composition, the electrode active material and the conductive auxiliary agent. An electrode mixture having a particle concentration of 79% by mass was prepared.

得られた電極合剤を用いて、実施例1と同様にして、電極を作製した。 Using the obtained electrode mixture, an electrode was produced in the same manner as in Example 1.

(実施例10)
フッ化ビニリデン共重合体として、VDF、CTFEおよびAPS(重量比96:4:1)を重合し、VDF-CTFE-APS共重合体(インヘレント粘度2.3dL/g)を使用した以外は、実施例1と同様にして、バインダー組成物を得た。
(Example 10)
Performed except that VDF, CTFE and APS (weight ratio 96: 4: 1) were polymerized as the vinylidene fluoride copolymer and the VDF-CTFE-APS copolymer (inherent viscosity 2.3 dL / g) was used. A binder composition was obtained in the same manner as in Example 1.

上記で得られたバインダー組成物を用いて、バインダー組成物、電極活物質および導電助剤の合計固形分濃度が74質量%である以外は、実施例9と同様にして、電極合剤および電極を作製した。 Using the binder composition obtained above, the electrode mixture and the electrode are the same as in Example 9 except that the total solid content concentration of the binder composition, the electrode active material and the conductive auxiliary agent is 74% by mass. Was produced.

(比較例1)
実施例1で用いたフッ化ビニリデン共重合体のみからなるバインダー組成物を得た。
(Comparative Example 1)
A binder composition consisting only of the vinylidene fluoride copolymer used in Example 1 was obtained.

上記で得られたバインダー組成物を用いて、バインダー組成物、電極活物質および導電助剤の合計固形分濃度が68質量%である以外は、実施例1と同様にして、電極合剤および電極を作製した。 Using the binder composition obtained above, the electrode mixture and the electrode are the same as in Example 1 except that the total solid content concentration of the binder composition, the electrode active material and the conductive auxiliary agent is 68% by mass. Was produced.

(比較例2)
実施例2で用いたフッ化ビニリデン共重合体のみからなるバインダー組成物を得た。
(Comparative Example 2)
A binder composition consisting only of the vinylidene fluoride copolymer used in Example 2 was obtained.

上記で得られたバインダー組成物を用いて、バインダー組成物、電極活物質および導電助剤の合計固形分濃度が70質量%である以外は、実施例1と同様にして、電極合剤および電極を作製した。 Using the binder composition obtained above, the electrode mixture and the electrode are the same as in Example 1 except that the total solid content concentration of the binder composition, the electrode active material and the conductive auxiliary agent is 70% by mass. Was produced.

(比較例3)
実施例3で用いたフッ化ビニリデン共重合体のみからなるバインダー組成物を得た。
(Comparative Example 3)
A binder composition consisting only of the vinylidene fluoride copolymer used in Example 3 was obtained.

上記で得られたバインダー組成物を用いて、バインダー組成物、電極活物質および導電助剤の合計固形分濃度が72質量%である以外は、実施例1と同様にして、電極合剤および電極を作製した。 Using the binder composition obtained above, the electrode mixture and the electrode are the same as in Example 1 except that the total solid content concentration of the binder composition, the electrode active material and the conductive auxiliary agent is 72% by mass. Was produced.

(比較例4)
実施例4で用いたフッ化ビニリデン共重合体のみからなるバインダー組成物を得た。
(Comparative Example 4)
A binder composition consisting only of the vinylidene fluoride copolymer used in Example 4 was obtained.

上記で得られたバインダー組成物を用いて、バインダー組成物、電極活物質および導電助剤の合計固形分濃度が73質量%である以外は、実施例1と同様にして、電極合剤および電極を作製した。 Using the binder composition obtained above, the electrode mixture and the electrode are the same as in Example 1 except that the total solid content concentration of the binder composition, the electrode active material and the conductive auxiliary agent is 73% by mass. Was produced.

(比較例5)
ポリマー添加剤であるポリビニルピロリドン(PVP K15)の代わりに、ポリエチレングリコール(PEG)を用いた以外は、実施例1と同様にして、バインダー組成物を得た。
(Comparative Example 5)
A binder composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that polyethylene glycol (PEG) was used instead of the polymer additive polyvinylpyrrolidone (PVP K15).

上記で得られたバインダー組成物を用いて、バインダー組成物、電極活物質および導電助剤の合計固形分濃度が69質量%である以外は、実施例1と同様にして、電極合剤および電極を作製した。 Using the binder composition obtained above, the electrode mixture and the electrode are the same as in Example 1 except that the total solid content concentration of the binder composition, the electrode active material and the conductive auxiliary agent is 69% by mass. Was produced.

(比較例6)
ポリマー添加剤であるポリビニルピロリドン(PVP K15)の代わりに、ポリアクリル酸(PAA)を用いた以外は、実施例1と同様にして、バインダー組成物を得た。
(Comparative Example 6)
A binder composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that polyacrylic acid (PAA) was used instead of the polymer additive polyvinylpyrrolidone (PVP K15).

上記で得られたバインダー組成物を用いて、バインダー組成物、電極活物質および導電助剤の合計固形分濃度が68質量%である以外は、実施例1と同様にして、電極合剤および電極を作製した。 Using the binder composition obtained above, the electrode mixture and the electrode are the same as in Example 1 except that the total solid content concentration of the binder composition, the electrode active material and the conductive auxiliary agent is 68% by mass. Was produced.

(比較例7)
実施例1で用いたフッ化ビニリデン共重合体のみからなるバインダー組成物を得た。
(Comparative Example 7)
A binder composition consisting only of the vinylidene fluoride copolymer used in Example 1 was obtained.

上記で得られたバインダー組成物を用いて、バインダー組成物、電極活物質および導電助剤の合計固形分濃度が76質量%である以外は、実施例9と同様にして、電極合剤および電極を作製した。 Using the binder composition obtained above, the electrode mixture and the electrode are the same as in Example 9 except that the total solid content concentration of the binder composition, the electrode active material and the conductive auxiliary agent is 76% by mass. Was produced.

(比較例8)
実施例10で用いたフッ化ビニリデン共重合体のみからなるバインダー組成物を得た。
(Comparative Example 8)
A binder composition consisting only of the vinylidene fluoride copolymer used in Example 10 was obtained.

上記で得られたバインダー組成物を用いて、バインダー組成物、電極活物質および導電助剤の合計固形分濃度が72質量%である以外は、実施例9と同様にして、電極合剤および電極を作製した。 Using the binder composition obtained above, the electrode mixture and the electrode are the same as in Example 9 except that the total solid content concentration of the binder composition, the electrode active material and the conductive auxiliary agent is 72% by mass. Was produced.

(比較例9)
フッ化ビニリデンホモポリマー(インヘレント粘度2.1dL/g、株式会社クレハ製)のみからなるバインダー組成物を調製した。
(Comparative Example 9)
A binder composition consisting only of vinylidene fluoride homopolymer (inherent viscosity 2.1 dL / g, manufactured by Kureha Corporation) was prepared.

上記で得られたバインダー組成物を用いて、バインダー組成物、電極活物質および導電助剤の合計固形分濃度が78質量%である以外は、実施例9と同様にして、電極合剤および電極を作製した。 Using the binder composition obtained above, the electrode mixture and the electrode are the same as in Example 9 except that the total solid content concentration of the binder composition, the electrode active material and the conductive auxiliary agent is 78% by mass. Was produced.

[電極合剤スラリーのチキソトロピー係数λの測定試験]
電極スラリーを、E型粘度計(東機産業(株)、RE-80)を用いて、25℃、せん断速度2s-1で300秒間測定を行った。チキソトロピー係数λは、測定開始後の最大の粘度τ0および継時的な粘度変化が無くなった時点での粘度τ∞を用いて、下記式から求めることができる。
[Measurement test of thixotropy coefficient λ of electrode mixture slurry]
The electrode slurry was measured using an E-type viscometer (Toki Sangyo Co., Ltd., RE-80) at 25 ° C. and a shear rate of 2s -1 for 300 seconds. The thixotropy coefficient λ can be obtained from the following equation using the maximum viscosity τ0 after the start of measurement and the viscosity τ∞ at the time when the viscosity change over time disappears.

λ=(τ0-τ∞)/τ∞
[ゲル化評価試験]
作成した電極スラリーを、窒素雰囲気下、40℃のオーブンで1日間保管した。1日保管後の電極スラリーを、自転公転ミキサー(シンキー(株)製、AR-310)を用いて2000rpmで30秒間混練した後、目視で流動性を確認し、流動性が見られなかった場合をゲル化有りとした。
λ = (τ0-τ∞) / τ∞
[Gelification evaluation test]
The prepared electrode slurry was stored in an oven at 40 ° C. for 1 day under a nitrogen atmosphere. After kneading the electrode slurry after storage for 1 day at 2000 rpm for 30 seconds using a rotation / revolution mixer (manufactured by Shinky Co., Ltd., AR-310), the fluidity was visually confirmed, and no fluidity was observed. Was considered to have gelation.

結果を表1に示す。 The results are shown in Table 1.

Figure 0007060405000001
Figure 0007060405000001

表1に示すように、実施例1~10は、測定初期のせん断応力(τ0)と平衡状態のせん断応力(τ∞)との差が小さく、チキソトロピー係数λが0~0.2であり、せん断に伴う粘度変化がほとんど生じず、チキソトロピー性が良好に抑制されていた。また、電極合剤スラリーは、一定時間経過後もゲル化が生じず、アルミニウム箔上に塗布し乾燥させることにより、平滑な電極合剤層を形成した。 As shown in Table 1, in Examples 1 to 10, the difference between the shear stress (τ0) at the initial stage of measurement and the shear stress (τ∞) in the equilibrium state is small, and the thixotropy coefficient λ is 0 to 0.2. There was almost no change in viscosity due to shearing, and thixotropy was well suppressed. Further, the electrode mixture slurry did not gel even after a certain period of time, and was applied onto an aluminum foil and dried to form a smooth electrode mixture layer.

これに対し、比較例1~8は、本発明のポリマー材料からなるポリマー添加剤を含まないため、せん断に伴う粘度変化が生じ、チキソトロピー係数が高値を示した。 On the other hand, in Comparative Examples 1 to 8, since the polymer additive made of the polymer material of the present invention was not contained, the viscosity changed with shearing, and the thixotropy coefficient showed a high value.

また、比較例9は、バインダー組成物として、フッ化ビニリデンホモポリマーを用いたため、電極合剤スラリーが、時間経過に伴い増粘し、流動性を失ってゲル化した。 Further, in Comparative Example 9, since vinylidene fluoride homopolymer was used as the binder composition, the electrode mixture slurry became thickened with the passage of time, lost its fluidity, and gelled.

本発明は、非水系電解質二次電池において集電体と電極活物質との結着に用いられるバインダー組成物として利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as a binder composition used for binding a current collector and an electrode active material in a non-aqueous electrolyte secondary battery.

1 正極
2 負極
3 セパレータ
5 金属ケーシング
10 電極
11 集電体
12a 電極合剤層
12b 電極合剤層
100 電池
1 Positive electrode 2 Negative electrode 3 Separator 5 Metal casing 10 Electrode 11 Electrode collector 12a Electrode combination layer 12b Electrode combination layer 100 Battery

Claims (4)

電極活物質を集電体に結着させるために用いられるバインダー組成物であって、
上記バインダー組成物は、フッ化ビニリデン重合体とポリマー添加剤とを含み、
上記フッ化ビニリデン重合体は、85モル%以上のフッ化ビニリデンに由来する構造単位と0.1モル%以上10モル%以下のクロロトリフルオロエチレンに由来する構造単位とを含むフッ化ビニリデン共重合体を含み、
上記ポリマー添加剤は、ポリビニルピロリドン、ポリアクリロニトリルまたはポリビニルアルコールであって、
上記バインダー組成物における上記ポリマー添加剤の含有量は、上記フッ化ビニリデン重合体と上記ポリマー添加剤との合計を100質量%としたときに、2.5~10質量%であることを特徴とするバインダー組成物
A binder composition used for binding an electrode active material to a current collector.
The binder composition contains a vinylidene fluoride polymer and a polymer additive.
The vinylidene fluoride polymer contains a structural unit derived from vinylidene fluoride of 85 mol% or more and a structural unit derived from chlorotrifluoroethylene of 0.1 mol% or more and 10 mol% or less. Including coalescence
The polymer additive is polyvinylpyrrolidone, polyacrylonitrile or polyvinyl alcohol.
The content of the polymer additive in the binder composition is 2.5 to 10% by mass when the total of the vinylidene fluoride polymer and the polymer additive is 100% by mass. Binder composition .
上記フッ化ビニリデン共重合体は、カルボキシル基を有する単量体成分に由来する構造単位をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のバインダー組成物。 The binder composition according to claim 1, wherein the vinylidene fluoride copolymer further contains a structural unit derived from a monomer component having a carboxyl group. 請求項1または2に記載のバインダー組成物と、溶媒と、電極活物質とを含むことを特徴とする電極合剤。 An electrode mixture comprising the binder composition according to claim 1 or 2 , a solvent, and an electrode active material. 請求項に記載の電極合剤から形成された電極合剤層を備えていることを特徴とする非水電解質二次電池。 A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising the electrode mixture layer formed from the electrode mixture according to claim 3 .
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