WO2013018862A1 - 電気化学素子電極用複合粒子、電気化学素子電極材料、電気化学素子電極、及び電気化学素子 - Google Patents

電気化学素子電極用複合粒子、電気化学素子電極材料、電気化学素子電極、及び電気化学素子 Download PDF

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element electrode
particulate
binder
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琢也 石井
雄輝 大久保
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to composite particles for electrochemical element electrodes, electrochemical element electrode materials, electrochemical element electrodes, and electrochemical elements.
  • Electrochemical elements such as lithium ion secondary batteries that are small and lightweight, have high energy density, and can be repeatedly charged and discharged are rapidly expanding their demands by taking advantage of their characteristics.
  • Lithium ion secondary batteries are used in fields such as mobile phones, notebook personal computers, and electric vehicles because of their relatively high energy density.
  • electrochemical elements are required to be further improved in accordance with expansion and development of applications, such as lowering resistance, increasing capacity, improving mechanical properties and productivity. Under such circumstances, there has been a demand for a more productive manufacturing method for electrochemical element electrodes, and various improvements have been made regarding a manufacturing method capable of high-speed molding and a material for electrochemical element electrodes suitable for the manufacturing method. It has been broken.
  • An electrochemical element electrode is usually formed by laminating an electrode active material layer formed by binding an electrode active material and a conductive material used as necessary with a binder on a current collector. is there.
  • Patent Document 1 discloses an aqueous slurry containing electrode active material, rubber particles, and water as a dispersion medium, and spray-drying the obtained aqueous slurry.
  • a method is disclosed in which a particulate electrode material is obtained and an electrode active material layer is formed using the obtained electrode material.
  • the binder is unevenly distributed on the surface of the electrode active material layer when the solvent is dried after coating, and the internal resistance becomes high. There is.
  • the electrode used on the positive electrode side has a high oxidation-reduction potential during charging / discharging, so that the binder contained in the positive electrode is also exposed to a highly oxidizing environment. Even a binder is required to be excellent in oxidation resistance.
  • an active material containing a transition metal such as nickel has attracted attention as an active material for a positive electrode for increasing the capacity of an electrochemical element. When such an active material is used, Since the binder is exposed to a more severe oxidizing environment as compared with the conventional one, a binder excellent in oxidation resistance is desired from this viewpoint.
  • the present invention provides a composite particle for an electrochemical element electrode that can provide an electrochemical element electrode having high adhesion to a current collector, excellent moldability, low internal resistance, and excellent high-temperature cycle characteristics.
  • Another object of the present invention is to provide an electrochemical element electrode material, an electrochemical element electrode, and an electrochemical element obtained by using such composite particles for electrochemical element electrodes.
  • the present inventors have found that the composite particles containing the electrode active material and the predetermined particulate binder have high adhesion to the current collector, excellent moldability, and When the electrode is used, the inventors have found that the internal resistance is low and the high temperature cycle characteristics can be improved, and the present invention has been completed.
  • an electrode active material and a particulate binder are included, and the binder includes a nitrile group-containing monomer unit, a monomer unit having an acidic functional group, and a carbon number of 4 or more.
  • Composite particles for chemical element electrodes are provided.
  • the acidic functional group is preferably at least one selected from a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, and a phosphoric acid group.
  • the binder further contains an acrylic polymer containing a (meth) acrylic acid ester monomer unit as a main component, and the iodine value of the entire binder is 3 to 30 mg / 100 mg. It is preferable that The composite particle for an electrochemical element electrode of the present invention preferably further contains 0.05 to 3 parts by weight of an antioxidant with respect to 100 parts by weight of the binder.
  • the antioxidant is preferably an amine-based antioxidant and / or a phenol-based antioxidant.
  • an electrochemical element electrode material comprising any one of the above-described composite particles for an electrochemical element electrode.
  • an electrochemical element electrode characterized in that an active material layer formed from the above electrochemical element electrode material is laminated on a current collector.
  • the electrochemical element electrode of the present invention is preferably formed by laminating the active material layer on the current collector by pressure molding, and by laminating by roll pressure molding. More preferred.
  • a method for producing any one of the above-described composite particles for an electrochemical element electrode the step of dispersing the electrode active material and the binder in water to obtain a slurry
  • a method for producing composite particles for an electrochemical device electrode comprising spray-drying and granulating.
  • a method for producing any one of the above-mentioned composite particles for an electrochemical element electrode wherein the electrode active material, the binder and the antioxidant are dispersed in water to obtain a slurry
  • a method for producing composite particles for an electrochemical element electrode comprising spray drying the slurry and granulating the slurry.
  • the composite particle for an electrochemical element electrode that can provide an electrochemical element electrode having high adhesion to a current collector, excellent moldability, low internal resistance, and excellent high-temperature cycle characteristics,
  • an electrochemical element electrode material, an electrochemical element electrode, and an electrochemical element obtained by using such composite particles for electrochemical element electrodes can be provided.
  • the composite particle for an electrochemical element electrode of the present invention comprises an electrode active material and a particulate binder, and the binder includes a nitrile group-containing monomer unit, a monomer unit having an acidic functional group, and a carbon number. Containing 4 or more linear alkylene structure-containing monomer units, the content of the nitrile group-containing monomer units is 10 to 50% by weight, and the iodine value is 3 to 40 mg / 100 mg It is characterized by including coalescence.
  • the electrode active material used in the present invention is appropriately selected depending on the type of electrochemical element.
  • a compound containing a transition metal specifically, an oxide containing a transition metal, or a composite oxide of lithium and a transition metal is used.
  • Examples of such transition metals include cobalt, manganese, nickel, iron and the like.
  • a compound containing nickel, particularly a composite oxide containing lithium and nickel is preferable. Used for.
  • a composite oxide containing lithium and nickel is suitable because it has a higher capacity than lithium cobaltate (LiCoO 2 ) that has been conventionally used as a positive electrode active material for lithium secondary batteries.
  • the composite oxide containing lithium and nickel include those represented by the following general formula. LiNi 1-x-y Co x M y O 2 (However, 0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, x + y ⁇ 1, M is at least one element selected from B, Mn, and Al)
  • Examples of the electrode active material for the negative electrode of the lithium ion secondary battery include carbonaceous materials such as amorphous carbon, graphite, natural graphite, mesocarbon microbeads (MCMB), and pitch-based carbon fibers; and conductive materials such as polyacene. Functional polymer; Si, Sn, Sb, Al, Zn, W and the like that can be alloyed with lithium are included.
  • an allotrope of carbon is usually used as the electrode active material for the electric double layer capacitor.
  • the electrode active material for an electric double layer capacitor is preferably one having a large specific surface area that can form an interface with a larger area even with the same mass.
  • the specific surface area is 30 m 2 / g or more, preferably 500 to 5,000 m 2 / g, more preferably 1,000 to 3,000 m 2 / g.
  • Specific examples of the allotrope of carbon include activated carbon, polyacene, carbon whisker, and graphite, and these powders or fibers can be used.
  • activated carbon is preferable, and specific examples include phenol-based, rayon-based, acrylic-based, pitch-based, and coconut shell-based activated carbon.
  • the electrode active material for the lithium ion capacitor the electrode active material for the electric double layer capacitor described above as the active material for the positive electrode, and the lithium ion secondary battery described above as the active material for the negative electrode.
  • An electrode active material for the negative electrode can be used.
  • the particulate binder used in the present invention has a particle shape, a nitrile group-containing monomer unit, a monomer unit having an acidic functional group, and a linear alkylene structure-containing monomer unit having 4 or more carbon atoms
  • a copolymer having a nitrile group-containing monomer unit content of 10 to 50% by weight and an iodine value of 3 to 40 mg / 100 mg hereinafter referred to as “nitrile polymer”) .).
  • the particulate binder used in the present invention is not particularly limited as long as it has a particle shape.
  • the particulate state is maintained, that is, the particulate state on the electrode active material It is preferable that it can exist in the state which hold
  • the presence of the particle state in the composite particle for an electrochemical element electrode makes it possible to bind the electrode active materials satisfactorily without inhibiting electronic conduction. That is, the binding property between the electrode active materials can be improved without increasing the internal resistance.
  • the “state in which the particle state is maintained” does not have to be a state in which the particle shape is completely maintained, and may be in a state in which the particle shape is maintained to some extent. As a result of binding, the electrode active materials may be crushed to some extent by each other.
  • nitrile group-containing monomer forming the nitrile group-containing monomer unit constituting the nitrile polymer contained in the particulate binder used in the present invention examples include acrylonitrile; ⁇ -chloroacrylonitrile, ⁇ -bromoacrylonitrile. ⁇ -halogenoacrylonitrile such as; ⁇ -alkylacrylonitrile such as methacrylonitrile; and the like. Among these, acrylonitrile and methacrylonitrile are preferable, and acrylonitrile is more preferable.
  • the nitrile group-containing monomer may be used alone or in combination of two or more.
  • the content ratio of the nitrile group-containing monomer unit in the nitrile polymer contained in the particulate binder used in the present invention is 10 to 50% by weight, preferably 20 to 40% by weight based on the total monomer units. % By weight, more preferably 30 to 40% by weight. If the content ratio of the nitrile group-containing monomer unit is too small, the dispersibility of the electrode active material when slurried will be reduced, resulting in inferior moldability, thereby reducing the high temperature cycle characteristics when used as an electrode. Resulting in.
  • the monomer having an acidic functional group that forms the monomer unit having an acidic functional group constituting the nitrile polymer contained in the particulate binder used in the present invention is a single monomer having an acidic functional group.
  • the acidic functional group is selected from a monomer having a carboxylic acid group, a monomer having a sulfonic acid group, and a monomer having a phosphoric acid group. At least one type is preferable, at least one selected from a monomer having a carboxylic acid group and a monomer having a sulfonic acid group is preferable, and a monomer having a carboxylic acid group is more preferable.
  • the adhesiveness with respect to a collector and the binding force as a binder can be made favorable.
  • the monomer having a carboxylic acid group include monocarboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, and crotonic acid; 2-ethylacrylic acid, isocrotonic acid, ⁇ -acetoxyacrylic acid, and ⁇ -trans-aryloxyacrylic.
  • monocarboxylic acids such as acids, ⁇ -chloro- ⁇ -E-methoxyacrylic acid, ⁇ -diaminoacrylic acid
  • dicarboxylic acids such as maleic acid, fumaric acid, itaconic acid
  • maleic anhydride acrylic anhydride
  • Dicarboxylic acid anhydrides such as maleic anhydride and dimethylmaleic anhydride
  • dicarboxylic acids such as tadecyl and fluoroalkyl maleate.
  • methacrylic acid and maleic acid are preferable, and methacrylic acid is more preferable.
  • the monomer having a sulfonic acid group include sulfonic acid group-containing monomers such as vinyl sulfonic acid, styrene sulfonic acid, allyl sulfonic acid, sulfoethyl methacrylate, sulfopropyl methacrylate, and sulfobutyl methacrylate.
  • Compound containing sulfonic acid group having no functional group other than acid group Compound containing amide group and sulfonic acid group such as 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (AMPS); 3-allyloxy-2-hydroxy And compounds containing a hydroxyl group and a sulfonic acid group, such as propanesulfonic acid (HAPS).
  • AMPS 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid
  • HAPS propanesulfonic acid
  • These lithium salts, sodium salts, potassium salts, and the like can also be used. These may be used alone or in combination of two or more. Of these, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (AMPS) is preferred.
  • the monomer having a phosphoric acid group examples include: 2-acryloyloxyethyl phosphate, 2-methacryloyloxyethyl phosphate, methyl-2-acryloyloxyethyl phosphate, methyl-2-methacryloyloxy phosphate Examples thereof include ethyl, ethyl phosphate-acryloyloxyethyl phosphate, and ethyl phosphate-methacryloyloxyethyl. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, 2-methacryloyloxyethyl phosphate is preferable.
  • the content ratio of the monomer unit having an acidic functional group in the particulate binder used in the present invention is preferably 1 to 30% by weight, more preferably 1 to 20% by weight, based on the total monomer units. More preferably, it is 1 to 15% by weight, particularly preferably 1 to 6% by weight.
  • a monomer which comprises the nitrile polymer contained in the particulate binder used by this invention and forms a linear alkylene structure containing monomer unit with 4 or more carbon atoms for example, 4 or more carbon atoms
  • the conjugated diene monomer having 4 or more carbon atoms include 1,3-butadiene, isoprene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 1,3- Examples include pentadiene and chloroprene.
  • the conjugated diene monomer is included in a state having a double bond after the copolymerization. However, by hydrogenating the double bond, a linear alkylene structure is formed in the copolymer. Containing monomer units can be formed.
  • the content ratio of the linear alkylene structure-containing monomer unit having 4 or more carbon atoms in the particulate binder used in the present invention is preferably 50 to 90% by weight, more preferably based on the total monomer units. Is 50 to 80% by weight, more preferably 50 to 75% by weight, particularly preferably 50 to 65% by weight.
  • the nitrile polymer contained in the particulate binder used in the present invention may contain other monomer units in addition to the above monomer units.
  • examples of other monomer units include polymerized units derived from other vinyl monomers.
  • examples of such other vinyl monomers include two or more carbons such as ethylene glycol dimethacrylate and diethylene glycol dimethacrylate.
  • -Carboxylic acid esters having a carbon double bond halogen atom-containing monomers such as vinyl chloride and vinylidene chloride; vinyl esters such as vinyl acetate, vinyl propionate and vinyl butyrate; methyl vinyl ether, ethyl vinyl ether, butyl vinyl ether Vinyl ethers such as methyl vinyl ketone, ethyl vinyl ketone, butyl vinyl ketone, hexyl vinyl ketone, isopropenyl vinyl ketone and the like; heterocyclic ring-containing vinylation such as N-vinyl pyrrolidone, vinyl pyridine and vinyl imidazole Objects; and the like.
  • halogen atom-containing monomers such as vinyl chloride and vinylidene chloride
  • vinyl esters such as vinyl acetate, vinyl propionate and vinyl butyrate
  • Vinyl ethers such as methyl vinyl ketone
  • the nitrile polymer contained in the particulate binder used in the present invention has an iodine value of 3 to 40 mg / 100 mg, preferably 3 to 20 mg / 100 mg, more preferably 3 to 10 mg / 100 mg. If the iodine value is too high, chemical stability against a high potential is lowered, and as a result, the high-temperature cycle characteristics may be lowered. On the other hand, if the iodine value is too low, the crystallinity of the nitrile polymer is high. As a result, the moldability may be reduced.
  • the iodine value is determined according to JIS K 6235 (2006).
  • the nitrile polymer contained in the particulate binder used in the present invention has a particle shape, it is usually used in the state of a dispersion dispersed in the form of particles in water.
  • the average particle diameter (dispersed particle diameter) of the nitrile polymer is preferably 80 to 500 nm, more preferably 80 to 400 nm, and still more preferably 80 to 300 nm.
  • the average particle size of the nitrile polymer is within this range, the strength and flexibility of the obtained electrochemical element electrode are improved.
  • the glass transition temperature (Tg) of the nitrile polymer contained in the particulate binder used in the present invention is preferably ⁇ 60 to 20 ° C., more preferably ⁇ 55 to 10 ° C., particularly preferably ⁇ 50 to 0 ° C. It is. When the glass transition temperature is in the above range, the obtained electrochemical device electrode can have excellent strength and flexibility and high output characteristics.
  • the method for producing the nitrile polymer contained in the particulate binder used in the present invention is not particularly limited, but the copolymer obtained by polymerizing the above-mentioned monomers by an emulsion polymerization method using water as a dispersion medium. Can be produced by hydrogenation (hydrogenation reaction) while being dispersed in water.
  • the emulsifier used in the emulsion polymerization is not particularly limited, and any of an anionic surfactant, a nonionic surfactant, and a cationic surfactant can be used.
  • the amount of the emulsifier can be arbitrarily set, and is usually about 0.01 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the total amount of monomers used for polymerization.
  • Examples of the polymerization initiator used for the polymerization include lauroyl peroxide, diisopropyl peroxydicarbonate, di-2-ethylhexyl peroxydicarbonate, t-butyl peroxypivalate, 3,3,5-trimethylhexanoylperoxide.
  • Organic peroxides such as oxide, azo compounds such as ⁇ , ⁇ ′-azobisisobutyronitrile, ammonium persulfate, potassium persulfate and the like can be mentioned.
  • a nitrile polymer can be obtained by hydrogenating the copolymer obtained by emulsion polymerization in the state disperse
  • the particulate binder is obtained in the form of a dispersion dispersed in the form of particles in water by hydrogenation while the copolymer obtained by emulsion polymerization is dispersed in water.
  • the nitrile polymer can be allowed to exist in the state of maintaining the particle state in the composite particle for an electrochemical element electrode of the present invention.
  • the method of hydrogenation is not specifically limited, What is necessary is just to employ
  • the particulate binder used in the present invention is a (meth) acrylic acid ester monomer unit [meaning an acrylic acid ester monomer unit and / or a methacrylic acid ester monomer unit, in addition to the nitrile polymer described above. .
  • a main component hereinafter, may be simply referred to as “acrylic polymer”.
  • the particulate binder contains an acrylic polymer in addition to the nitrile polymer, the low temperature cycle characteristics and low temperature output characteristics of the obtained electrochemical device electrode can be further improved.
  • the (meth) acrylate monomer forming the (meth) acrylate monomer unit constituting the acrylic polymer contained in the particulate binder used in the present invention is methyl (meth) acrylate, Ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, isopropyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, isobutyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, (meth) acrylic acid 2 -Ethylhexyl, isopentyl (meth) acrylate, isooctyl (meth) acrylate, isobonyl (meth) acrylate, isodecyl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate, stearyl (meth) acrylate, and (meth) acrylic (Meth) acrylic acid alkyl esters such as tridecyl acid; But
  • Ether group-containing (meth) acrylic acid ester (meth) acrylic acid-2-hydroxyethyl, (meth) acrylic acid-2-hydroxypropyl, (meth) acrylic acid-2-hydroxy-3-phenoxypropyl, 2- ( Hydroxyl-containing (meth) acrylic acid esters such as (meth) acryloyloxyethyl-2-hydroxyethylphthalic acid; carboxyls such as 2- (meth) acryloyloxyethylphthalic acid and 2- (meth) acryloyloxyethylphthalic acid Acid-containing (meth) acrylic acid Steal; Fluorine group-containing (meth) acrylic acid ester such as perfluorooctylethyl (meth) acrylate; Phosphoric acid group-containing (meth) acrylic acid ester such as (meth) ethyl acrylate phosphate; Glycidyl (meth) acrylate Epoxy group-containing (meth) acrylic acid esters; amino group-containing
  • (meth) acrylic acid esters can be used alone or in combination of two or more.
  • the (meth) acrylic acid alkyl ester has the advantage that the acrylic polymer can be made less swellable with respect to the electrolytic solution, thereby improving cycle characteristics when used as an electrode.
  • Preferred are methyl acrylate, ethyl acrylate, propyl acrylate, n-butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, isopentyl acrylate, and more preferred are ethyl acrylate, n-butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate.
  • 2-ethylhexyl acrylate is particularly preferred.
  • the content ratio of the (meth) acrylate unit in the acrylic polymer contained in the particulate binder used in the present invention is preferably 40 to 99% by weight, more preferably 50 to 90% by weight, and still more preferably. 70 to 85% by weight.
  • the acrylic polymer contained in the particulate binder used in the present invention may be a copolymer of the above-described (meth) acrylic acid ester and a monomer copolymerizable therewith.
  • copolymerizable monomers include nitrile group-containing monomers and monomers having acidic functional groups.
  • the nitrile group-containing monomer the same monomers as the nitrile polymer described above can be used.
  • the content ratio of the nitrile group-containing monomer unit in the acrylic polymer is preferably 30% by weight or less, more preferably 3 to 25% by weight, and still more preferably 5 to 20% by weight.
  • the monomer having an acidic functional group the same monomer as the nitrile polymer described above can be used.
  • the content ratio of the monomer unit having an acidic functional group in the acrylic polymer is preferably 0.5 to 10% by weight, more preferably 1 to 8% by weight, and further preferably 1 to 6% by weight. .
  • the acrylic polymer may be a copolymer obtained by copolymerizing another monomer copolymerizable with each of the above-mentioned monomers.
  • the carboxylic acid ester having a carbon-carbon double bond an aromatic vinyl monomer, an amide monomer, an olefin, a diene monomer, a vinyl ketone, and a heterocyclic ring-containing vinyl compound. .
  • the acrylic polymer contained in the particulate binder used in the present invention has a particle shape, it is usually used in the state of a dispersion dispersed in the form of particles in water.
  • the average particle diameter (dispersed particle diameter) of the acrylic polymer is preferably 50 to 500 nm, more preferably 70 to 400 nm, and still more preferably 90 to 250 nm.
  • the average particle diameter of the acrylic polymer is within this range, the strength and flexibility of the obtained electrochemical element electrode are improved.
  • the production method of the acrylic polymer used in the present invention is not particularly limited, but a method of polymerizing each of the above-described monomers by an emulsion polymerization method using water as a dispersion medium is preferable.
  • an emulsifier and a polymerization initiator used for emulsion polymerization the same nitrile polymer as described above can be used.
  • the content ratio of the particulate binder in the composite particle for an electrochemical device electrode of the present invention is preferably 0.1 to 15 parts by weight, more preferably 0.5 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the electrode active material. Parts, more preferably 1 to 10 parts by weight.
  • the content ratio of the particulate binder is within the above range, when the electrode is used, the binding force between the electrode active materials and the adhesion force between the electrode active material layer and the current collector are ensured while sufficiently ensuring ionic conduction. It can be sufficient.
  • the content ratio of each monomer unit constituting the nitrile polymer is as follows: It is preferable to be in the range. That is, the content ratio of the nitrile group-containing monomer units constituting the nitrile polymer is 10 to 50% by weight, preferably 10 to 40% by weight, more preferably based on the total monomer units. It is 15 to 35% by weight, more preferably 30 to 40% by weight.
  • the content ratio of the monomer unit having an acidic functional group constituting the nitrile polymer is preferably 0.05 to 10% by weight, more preferably 0.1 to 10% by weight with respect to the total monomer units.
  • the particulate binder used in the present invention contains an acrylic polymer in addition to the nitrile polymer, the iodine value of the nitrile polymer is 3 to 40 mg / 100 mg, preferably The average particle diameter (dispersion particle diameter) of the nitrile polymer may be in the above-mentioned range. 3-15 mg / 100 mg, more preferably 3-9 mg / 100 mg.
  • the content ratio, iodine value, and average particle diameter (dispersion particle diameter) of each monomer unit constituting the nitrile polymer are preferably in the above-described ranges.
  • the content of the nitrile polymer in the particulate binder is 100% by weight of the entire particulate binder. Is preferably 10 to 90% by weight, more preferably 20 to 80% by weight, and still more preferably 30 to 70% by weight.
  • the content ratio of the nitrile polymer with respect to 100 parts by weight of the electrode active material is preferably 0.1 to 2 parts by weight, more preferably 0.2 to 1.8 parts by weight, and still more preferably 0.5 to 1.5 parts by weight. Parts by weight.
  • the content of the acrylic polymer in the particulate binder is 100 for the entire particulate binder. It is preferably 10 to 90% by weight, more preferably 20 to 80% by weight, and further preferably 30 to 70% by weight with respect to the weight%.
  • the content ratio of the acrylic polymer with respect to 100 parts by weight of the electrode active material is preferably 0.1 to 2 parts by weight, more preferably 0.2 to 1.8 parts by weight, and still more preferably 0.5 to 1.5 parts by weight. Parts by weight.
  • the particulate binder used in the present invention contains an acrylic polymer in addition to the nitrile polymer
  • the iodine value of all the binder components constituting the particulate binder Is preferably 3 to 30 mg / 100 mg, more preferably 3 to 20 mg / 100 mg, and still more preferably 3 to 10 mg / 100 mg.
  • the iodine value of the particulate binder is too high, the chemical stability against a high potential is lowered, and as a result, the high-temperature cycle characteristics may be lowered. On the other hand, if the iodine value is too low, the crystallinity of the binder As a result, the moldability becomes high, which may reduce the moldability.
  • the content ratio of the nitrile group-containing monomer unit in all the components is 5 It is preferably in the range of -35% by weight, more preferably in the range of 10-30% by weight, still more preferably in the range of 15-25% by weight.
  • the particulate binder used in the present invention may contain other polymer components other than the nitrile polymer and acrylic polymer described above.
  • the composite particle for an electrochemical element electrode of the present invention may contain an antioxidant in addition to the above components, and in particular, an acrylic polymer in addition to the nitrile polymer as the particulate binder described above.
  • an antioxidant is preferably contained.
  • it can be suitably used as a material constituting the positive electrode of the electrochemical element.
  • antioxidant used by this invention For example, a phenolic antioxidant, an amine antioxidant, a quinone antioxidant, an organic phosphorus antioxidant, a sulfur antioxidant, a phenothiazine type
  • phenolic antioxidants and amine-based antioxidants are preferable, and amine-based antioxidants are more preferable.
  • an antioxidant to the composite particle for an electrochemical element electrode, when the electrochemical element electrode is obtained, it can be effectively prevented that the binder is oxidized and deteriorated. It can be excellent in high temperature cycle characteristics and low temperature cycle characteristics.
  • phenolic antioxidant examples include 3,5-di-t-butyl-4-hydroxytoluene, dibutylhydroxytoluene, 2,2′-methylenebis (6-t-butyl-4-methylphenol), 4, 4′-butylidenebis (3-t-butyl-3-methylphenol), 4,4′-thiobis (6-t-butyl-3-methylphenol), ⁇ -tocophenol, 2,2,4-trimethyl-6 And -hydroxy-7-t-butylchroman. These may be used alone or in combination.
  • amine antioxidants include bis (4-tert-butylphenyl) amine, poly (2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline), 6-ethoxy-1,2-dihydro-2. , 2,4-trimethylquinoline, reaction product of diphenylamine and acetone, 1- (N-phenylamino) -naphthalene, diphenylamine derivatives, dialkyldiphenylamines, N, N′-diphenyl-p-phenylenediamine, mixed diallyl-p -Phenylenediamine, N-phenyl-N'-isopropyl-p-phenylenediamine, N, N'-di-2-naphthyl-p-phenylenediamine compounds, compounds represented by the following general formula (1), Examples thereof include a compound represented by the formula (3).
  • bis (4-t-butylphenyl) amine a compound represented by the following general formula (1)
  • a compound represented by the following general formula (3) are preferable, and the following general formula (1)
  • a compound represented by the following general formula (3) is more preferable, and a compound represented by the following general formula (1) is particularly preferable.
  • Y represents a chemical single bond or SO 2 —, preferably —SO 2 —.
  • R 1 and R 2 each independently represents an organic group having 1 to 30 carbon atoms which may have a substituent.
  • R 1 and R 2 are each independently an alkyl group having 2 to 20 carbon atoms which may have a substituent, or an aryl group having 6 to 30 carbon atoms which may have a substituent.
  • it has a linear or branched alkyl group having 2 to 20 carbon atoms which may have a substituent, a phenyl group which may have a substituent, or a substituent.
  • a naphthyl group which may be a linear or branched alkyl group having 2 to 8 carbon atoms which may have a substituent, or a phenyl group which may have a substituent. More preferably, a linear or branched alkyl group having 2 to 8 carbon atoms which may have a substituent is particularly preferable.
  • the organic group constituting R 1 and R 2 include ⁇ -methylbenzyl group, ⁇ , ⁇ -dimethylbenzyl group, t-butyl group, phenyl group, 4-methylphenyl group and the like. Among these, ⁇ , ⁇ -dimethylbenzyl group or 4-methylphenyl group is more preferable, and ⁇ , ⁇ -dimethylbenzyl group is more preferable. These can be independent of each other.
  • Z 1 and Z 2 are each independently a chemical single bond or SO 2 —, and Z 1 and Z 2 are preferably a chemical single bond. .
  • n and m are each independently 0 or 1, and at least one of n and m is 1. In addition, it is preferable that both n and m are 1.
  • the compound represented by the following general formula (2) is preferable among the compounds represented by the said general formula (1).
  • a 1 and A 2 each independently represents an optionally substituted aromatic group having 1 to 30 carbon atoms, and A 1 has a substituent. It is preferably an optionally substituted phenylene group having 1 to 30 carbon atoms, and A 2 is an optionally substituted phenyl group having 1 to 30 carbon atoms.
  • R ′ and R ′′ are each independently an organic group having 1 to 30 carbon atoms which may have a substituent. Examples of the organic group include —O—, —S—, and —O.
  • R ′′ ′′ is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms which may have a substituent.
  • R ′ ′′ is an optionally substituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms.
  • R 3 is preferably —C ( ⁇ O) —OR ′, and in this case, R ′ is an aromatic group having 1 to 20 carbon atoms which may have a substituent. In particular, a phenyl group which may have a substituent having 1 to 18 carbon atoms is preferable.
  • the content of the antioxidant in the composite particle for an electrochemical element electrode of the present invention is preferably 0.05 to 3 parts by weight, more preferably 0.05 to 22 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the particulate binder. 5 parts by weight, more preferably 0.2 to 2 parts by weight.
  • the composite particle for an electrochemical element electrode of the present invention may contain a conductive material, if necessary, in addition to the above components.
  • the conductive material is not particularly limited as long as it is a particulate material having conductivity.
  • conductive carbon black such as furnace black, acetylene black, and ketjen black
  • graphite such as natural graphite and artificial graphite
  • carbon fibers such as polyacrylonitrile-based carbon fibers, pitch-based carbon fibers, and vapor-grown carbon fibers.
  • the average particle diameter of the conductive material is not particularly limited, but is preferably smaller than the average particle diameter of the electrode active material, usually 0.001 to 10 ⁇ m, more preferably 0.05 to 5 ⁇ m, and still more preferably 0.01. It is in the range of ⁇ 1 ⁇ m. When the average particle diameter of the conductive material is in the above range, sufficient conductivity can be expressed with a smaller amount of use.
  • the content ratio of the conductive material in the composite particle for an electrochemical element electrode of the present invention is preferably 0.1 to 50 parts by weight, more preferably 0.5 to 15 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the electrode active material. More preferably, it is 1 to 10 parts by weight.
  • the composite particle for electrochemical element electrodes of this invention may contain the dispersing agent as needed.
  • the dispersant is a component having an action of uniformly dispersing each component in the solvent when each component constituting the composite particle for an electrochemical element electrode of the present invention is dispersed or dissolved in a solvent to form a slurry. is there.
  • dispersant examples include cellulosic polymers such as carboxymethylcellulose, methylcellulose, ethylcellulose, and hydroxypropylcellulose, and ammonium salts or alkali metal salts thereof; poly (meth) acrylates such as sodium poly (meth) acrylate; Examples include polyvinyl alcohol, modified polyvinyl alcohol, polyethylene oxide; polyvinyl pyrrolidone, polycarboxylic acid, oxidized starch, phosphate starch, casein, various modified starches, chitin, and chitosan derivatives. These dispersants can be used alone or in combination of two or more. Among these, a cellulose polymer is preferable, and carboxymethyl cellulose, an ammonium salt or an alkali metal salt thereof is particularly preferable.
  • the content of the dispersant in the composite particle for an electrochemical element electrode of the present invention is preferably 0.1 to 50 parts by weight, more preferably 0.5 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the electrode active material. More preferably, it is 0.8 to 2 parts by weight.
  • the composite particle of the present invention comprises an electrode active material, a particulate binder, and an antioxidant, a conductive material, and a dispersant that are added as necessary, each of which exists as an independent particle. Rather, at least two of these components, preferably all components, form one particle.
  • a plurality of individual particles of each component are combined to form secondary particles, and a plurality (preferably several to several tens) of electrode active materials are bound by a particulate binder. Those that are attached to form massive particles are preferred.
  • the shape and structure of the composite particle for an electrochemical element electrode are not particularly limited, but from the viewpoint of fluidity, the shape is preferably nearly spherical, and the structure is such that the particulate binder is unevenly distributed on the surface of the composite particle. A structure that uniformly disperses within the composite particles is preferable.
  • the method for producing the composite particle for electrochemical element electrode of the present invention is not particularly limited, but according to the spray drying granulation method described below, the composite particle for electrochemical element electrode of the present invention can be obtained relatively easily. This is preferable.
  • the spray drying granulation method will be described.
  • a slurry for composite particles containing an electrode active material, a particulate binder, and an antioxidant, a conductive material and a dispersant added as necessary is prepared.
  • the slurry for composite particles can be prepared by dispersing or dissolving an electrode active material, a particulate binder, and an antioxidant, a conductive material, and a dispersant added as necessary in a solvent.
  • the particulate binder nitrile polymer or acrylic polymer
  • the dispersant when the particulate binder (nitrile polymer or acrylic polymer) is dispersed in water as a dispersion medium, it can be added in a state dispersed in water.
  • the dispersant is in a state dissolved in water, it can be added in a state dissolved in water.
  • the solvent used for obtaining the composite particle slurry water is usually used, but a mixed solvent of water and an organic solvent may be used.
  • the organic solvent that can be used in this case include alkyl alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol, and propyl alcohol; alkyl ketones such as acetone and methyl ethyl ketone; ethers such as tetrahydrofuran, dioxane, and diglyme; diethylformamide, And amides such as dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone and dimethylimidazolidinone; sulfur solvents such as dimethylsulfoxide and sulfolane; and the like.
  • alcohols are preferable.
  • the amount of the solvent used when preparing the composite particle slurry is such that the solid content concentration in the composite particle slurry is preferably 1 to 50% by weight, more preferably 5 to 50% by weight, and still more preferably 10 to 30%.
  • the amount is in the range of% by weight.
  • the viscosity of the slurry for composite particles is preferably in the range of 10 to 3,000 mPa ⁇ s, more preferably 30 to 1,500 mPa ⁇ s, and still more preferably 50 to 1,000 mPa ⁇ s at room temperature.
  • the productivity of the spray drying granulation step can be increased.
  • a surfactant may be added as necessary when preparing the composite particle slurry.
  • the surfactant examples include amphoteric surfactants such as anionic, cationic, nonionic, and nonionic anions, and anionic or nonionic surfactants that are easily thermally decomposed are preferred.
  • the compounding amount of the surfactant is preferably 50 parts by weight or less, more preferably 0.1 to 10 parts by weight, and further preferably 0.5 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the electrode active material. .
  • the method or order of dispersing or dissolving the electrode active material, the particulate binder, and the antioxidant, the conductive material and the dispersant added as necessary in the solvent is not particularly limited.
  • a mixing apparatus a ball mill, a sand mill, a bead mill, a pigment disperser, a crusher, an ultrasonic disperser, a homogenizer, a homomixer, a planetary mixer, etc. can be used, for example.
  • Mixing is usually carried out in the range of room temperature to 80 ° C. for 10 minutes to several hours.
  • Spray drying is a method of spraying and drying a slurry in hot air.
  • An atomizer is used as an apparatus used for spraying slurry.
  • a rotating disk system slurry is introduced almost at the center of the disk that rotates at high speed, and the slurry is removed from the disk by the centrifugal force of the disk. In this case, the slurry is atomized.
  • the rotational speed of the disk depends on the size of the disk, but is usually 5,000 to 30,000 rpm, preferably 15,000 to 30,000 rpm.
  • a pin-type atomizer is a type of centrifugal spraying device that uses a spraying plate, and the spraying plate has a plurality of spraying rollers removably mounted on a concentric circle along its periphery between upper and lower mounting disks. It consists of The slurry for composite particles is introduced from the center of the spray disk, adheres to the spray roller by centrifugal force, moves outward on the roller surface, and finally sprays away from the roller surface.
  • the pressurization method is a method in which the composite particle slurry is pressurized and sprayed from a nozzle to be dried.
  • the temperature of the slurry for composite particles to be sprayed is usually room temperature, but may be heated to a temperature higher than room temperature.
  • the hot air temperature at the time of spray drying is usually 80 to 250 ° C., preferably 100 to 200 ° C.
  • the method of blowing hot air is not particularly limited.
  • the method in which the hot air and the spraying direction flow side by side the method in which the hot air is sprayed at the top of the drying tower and descends with the hot air, and the sprayed droplets and hot air are countercurrently flowed. Examples include a contact method, and a method in which sprayed droplets first flow in parallel with hot air, then drop by gravity and contact countercurrent.
  • a slurry for composite particles including an electrode active material, a particulate binder, and an antioxidant, a conductive material, and a dispersing agent added as necessary, as a spraying method.
  • a method of spraying a slurry containing a particulate binder and an antioxidant, a conductive material, and a dispersant added as necessary onto a flowing electrode active material can be used. From the standpoint of ease of particle size control, productivity, and reduction in particle size distribution, an optimal method may be appropriately selected according to the components of the composite particles.
  • the average particle diameter of the composite particle for electrochemical element electrode of the present invention is preferably 0.1 to 1,000 ⁇ m, more preferably 1 to 80 ⁇ m, and further preferably 10 to 70 ⁇ m.
  • the average particle size of the composite particle for an electrochemical element electrode is a volume average particle size calculated by measuring with a laser diffraction particle size distribution analyzer (for example, SALD-3100; manufactured by Shimadzu Corporation).
  • the electrochemical element electrode material of the present invention comprises the above-described composite particle for an electrochemical element electrode of the present invention.
  • the composite particle for an electrochemical element electrode of the present invention is used as an electrochemical element electrode material by including other binders or other additives alone or as necessary.
  • the content of the composite particle for an electrochemical element electrode contained in the electrochemical element electrode material is preferably 50% by weight or more, more preferably 70% by weight or more, and further preferably 90% by weight or more.
  • a particulate binder contained in the above-described composite particle for an electrochemical element electrode of the present invention can be used. Since the composite particle for an electrochemical element electrode of the present invention already contains a particulate binder as a binder, it is necessary to add another binder separately when preparing the electrochemical element electrode material. However, other binders may be added to further increase the binding force between the composite particles for electrochemical element electrodes. In addition, when the other binder is added, the addition amount of the other binder is the total with the particulate binder in the composite particle for an electrochemical element electrode, with respect to 100 parts by weight of the electrode active material, The amount is preferably 0.01 to 10 parts by weight, more preferably 0.1 to 5 parts by weight. Other additives include molding aids such as water and alcohol, and these can be added by appropriately selecting an amount that does not impair the effects of the present invention.
  • the electrochemical element electrode of the present invention is formed by laminating an active material layer made of the above-described electrochemical element electrode material of the present invention on a current collector.
  • a current collector material for example, metal, carbon, conductive polymer and the like can be used, and metal is preferably used.
  • metal copper, aluminum, platinum, nickel, tantalum, titanium, stainless steel, other alloys and the like are usually used. Among these, it is preferable to use copper, aluminum, or an aluminum alloy in terms of conductivity and voltage resistance. In addition, when high voltage resistance is required, high-purity aluminum disclosed in JP 2001-176757 A can be suitably used.
  • the current collector is in the form of a film or a sheet, and the thickness is appropriately selected according to the purpose of use, but is usually 1 to 200 ⁇ m, preferably 5 to 100 ⁇ m, more preferably 10 to 50 ⁇ m.
  • the electrochemical element electrode material as the active material may be formed into a sheet and then laminated on the current collector.
  • a method in which a chemical element electrode material is directly pressure-molded is preferred.
  • pressure molding for example, a roll-type pressure molding apparatus provided with a pair of rolls is used. While feeding a current collector with a roll, an electrochemical element electrode material is roll-type pressure molded with a supply device such as a screw feeder. By supplying to the device, roll pressure forming method for forming the active material layer on the current collector, or spraying the electrochemical element electrode material on the current collector, and using the blade etc.
  • a method of adjusting the thickness and then forming with a pressurizing apparatus, a method of filling the mold with an electrochemical element electrode material, and pressurizing the mold to form are included.
  • the roll pressure molding method is preferable.
  • the composite particles for electrochemical element electrodes of the present invention have high fluidity, the high fluidity enables molding by roll press molding, thereby improving productivity. It becomes.
  • the temperature at the time of roll pressing is preferably 0 to 200 ° C., more preferably 20 ° C. or more higher than the glass transition temperature of the particulate binder. By adjusting the temperature at the time of roll pressing to the above range, the adhesion between the active material layer and the current collector can be made sufficient.
  • the press linear pressure between the rolls during roll press molding is preferably 0.2 to 30 kN / cm, more preferably 1.5 to 15 kN / cm. By setting the linear pressure within the above range, the uniformity of the thickness of the active material can be improved.
  • the molding speed at the time of roll press molding is preferably 0.1 to 20 m / min, more preferably 4 to 10 m / min.
  • post-pressurization may be further performed as necessary in order to eliminate variations in the thickness of the formed electrochemical element electrode and increase the density of the active material layer to increase the capacity.
  • the post-pressing method is generally a press process using a roll. In the roll pressing step, two cylindrical rolls are arranged vertically in parallel with a narrow interval, each is rotated in the opposite direction, and pressure is applied by interposing an electrode therebetween. In this case, the temperature of the roll may be adjusted as necessary, such as heating or cooling.
  • the electrochemical element electrode of the present invention is obtained by using the above-described composite particle for an electrochemical element electrode of the present invention for the active material layer, the active material layer, the current collector, In addition, the internal resistance is low, the internal resistance is low, and the cycle characteristics are excellent.
  • the electrode active material layer can be formed by powder molding of the composite particle for an electrochemical element electrode of the present invention without using a dispersion medium or solvent such as water or an organic solvent. Therefore, as in the case of using a conventionally used coating method, the binder is unevenly distributed in the electrode active material layer, thereby increasing the internal resistance, and nickel as the positive electrode active material. Even when a compound containing is used, it is possible to effectively prevent the occurrence of the problem that the aluminum current collector is corroded and the moldability and battery characteristics are deteriorated.
  • the particulate binder contains an acrylic polymer in addition to the nitrile polymer, the low temperature cycle characteristics of the obtained electrochemical element electrode and It becomes possible to further improve the low-temperature output characteristics. Furthermore, in the present invention, as a particulate binder, in addition to the nitrile polymer, using an acrylic polymer, by using an antioxidant together, the oxidation resistance of the binder can be improved, Therefore, in this case, the electrochemical element electrode of the present invention uses a high-capacity electrode active material such as a composite oxide containing lithium and nickel as the positive electrode of the electrochemical element, particularly as the electrode active material. It can use suitably as a positive electrode.
  • the electrochemical device of the present invention includes the electrode for an electrochemical device of the present invention.
  • the electrochemical element include a lithium ion secondary battery, an electric double layer capacitor, and a hybrid capacitor.
  • the electrode for electrochemical device of the present invention is used as a positive electrode and / or a negative electrode, and a separator is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode as necessary, and a predetermined electrolytic solution is enclosed. Can be obtained.
  • ⁇ Moldability> The positive electrodes obtained in the examples and comparative examples were cut in the width direction (TD direction) 10 cm and the length direction (MD direction) 1 m, and the cut positive electrodes were equally distributed in the TD direction at 3 points and equally in the MD direction.
  • Voltage drop amount is less than 0.2V
  • B Voltage drop amount is 0.2V or more and less than 0.3V
  • C Voltage drop amount is 0.3V or more and less than 0.5V
  • D Voltage drop amount is 0.5V or more
  • Capacity maintenance ratio at 50 cycles is 80% or more
  • B: Capacity maintenance ratio at 50 cycles is 70% or more and less than 80%
  • C: Capacity maintenance ratio at 50 cycles is 50% or more and less than 70%
  • D: Capacity at 50 cycles Maintenance rate is 30% or more and less than 50%
  • the low temperature cycle characteristics were evaluated according to the following criteria. It is preferable that the capacity maintenance ratio at 50 cycles is higher because there is less deterioration at the 50th cycle when a cycle test at a low temperature is performed, and it can be determined that the low temperature cycle characteristics are excellent.
  • the low-temperature cycle characteristics were evaluated only for Examples 2-1 to 2-17 among the examples and comparative examples.
  • the coin-type lithium ion secondary batteries obtained in Examples 2-1 to 2-17 were allowed to stand for 24 hours in an environment at 25 ° C., and then the environment at 25 ° C.
  • operation of charge was performed at the charge rate of 4.2V and 1C.
  • a discharge operation was performed at a discharge rate of 1 C in an environment of ⁇ 10 ° C., and the voltage V 15 seconds after the start of discharge was measured.
  • the low-temperature output characteristics were evaluated only for Examples 2-1 to 2-17 among the examples and comparative examples.
  • Voltage drop ⁇ V is 100 mV or more and less than 120 mV
  • B Voltage drop ⁇ V is 120 mV or more and less than 140 mV
  • C Voltage drop ⁇ V is 140 mV or more and less than 160 mV
  • D Voltage drop ⁇ V is 160 mV or more and less than 180 mV
  • E Voltage drop ⁇ V is 180 mV or more
  • the total solid content concentration of the aqueous dispersion of the nitrile polymer obtained above was adjusted to 12% by weight, and 400 ml of the aqueous dispersion of the nitrile polymer with the adjusted solid content concentration (48 g in total solid content).
  • nitrogen gas was allowed to flow for 10 minutes to remove dissolved oxygen in the nitrile polymer, and then 75 mg of palladium acetate as a hydrogenation catalyst was added in a 4-fold mol to Pd.
  • the solution was dissolved in 180 ml of water to which nitric acid was added.
  • the content of the autoclave was heated to 50 ° C. while being pressurized with hydrogen gas up to 3 MPa, and the hydrogenation reaction (“first stage hydrogenation”) was performed for 6 hours. Reaction). At this time, the iodine value of the nitrile polymer was 35.
  • the autoclave was returned to atmospheric pressure, and 25 mg of palladium acetate was further dissolved and added as a hydrogenation catalyst in 60 ml of water added with 4-fold mol of nitric acid with respect to Pd. Then, after the inside of the system was replaced twice with hydrogen gas, the content of the autoclave was heated to 50 ° C. while being pressurized with hydrogen gas up to 3 MPa, and the hydrogenation reaction (“second stage hydrogenation”) was performed for 6 hours. Reaction).
  • the obtained particulate saturated nitrile polymer (A1) had an iodine value of 7 mg / 100 mg and an average particle size of 117 nm. Further, 100 g of an aqueous dispersion of a particulate binder was coagulated with 1 liter of methanol and vacuum-dried at 60 ° C. for 12 hours to obtain a dry polymer, and the composition of the obtained dry polymer was analyzed by NMR. However, the composition of the particulate saturated nitrile polymer (A1) was 35% acrylonitrile units, 60% butadiene units and 60% saturated butadiene units, and 5% methacrylic acid units.
  • Production Example 2 Production of particulate saturated nitrile polymer (A2)
  • the water content of the particulate saturated nitrile polymer (A2) was the same as in Production Example 1, except that the amount of acrylonitrile was changed from 35 parts to 25 parts and the amount of butadiene was changed from 60 parts to 70 parts. A dispersion was obtained.
  • the obtained particulate saturated nitrile polymer (A2) has an iodine value of 7 mg / 100 mg and an average particle size of 123 nm.
  • the composition of the particulate saturated nitrile polymer (A2) is 25% acrylonitrile units and butadiene units. And 70% of saturated butadiene units and 5% of methacrylic acid units.
  • Production Example 3 Production of particulate saturated nitrile polymer (A3)
  • the water content of the particulate saturated nitrile polymer (A3) was the same as in Production Example 1, except that the amount of acrylonitrile was changed from 35 parts to 15 parts and the amount of butadiene was changed from 60 parts to 80 parts. A dispersion was obtained.
  • the obtained particulate saturated nitrile polymer (A3) has an iodine value of 7 mg / 100 mg and an average particle size of 110 nm.
  • the composition of the particulate saturated nitrile polymer (A3) is 15% acrylonitrile units, butadiene units. And 80% of saturated butadiene units and 5% of methacrylic acid units.
  • Production Example 4 Production of particulate saturated nitrile polymer (A4)) Production Example except that the amount of palladium acetate used in the first stage hydrogenation reaction was changed from 75 mg to 90 mg and the amount of palladium acetate used in the second stage hydrogenation reaction was changed from 25 mg to 10 mg.
  • an aqueous dispersion of particulate saturated nitrile polymer (A4) was obtained.
  • the obtained particulate saturated nitrile polymer (A4) has an iodine value of 15 mg / 100 mg and an average particle size of 120 nm.
  • the composition of the particulate saturated nitrile polymer (A4) is 35% acrylonitrile units, butadiene units. And 60% of saturated butadiene units and 5% of methacrylic acid units.
  • Production of particulate saturated nitrile polymer (A6) An aqueous dispersion of particulate saturated nitrile polymer (A6) was obtained in the same manner as in Production Example 1 except that 5 parts of maleic acid was used instead of 5 parts of methacrylic acid.
  • the obtained particulate saturated nitrile polymer (A6) has an iodine value of 7 mg / 100 mg and an average particle size of 120 nm.
  • the composition of the particulate saturated nitrile polymer (A6) is 35% acrylonitrile units, butadiene units. And 60% of saturated butadiene units and 5% of maleic acid units.
  • Production of particulate saturated nitrile polymer (A7) An aqueous dispersion of the particulate saturated nitrile polymer (A7) was prepared in the same manner as in Production Example 1, except that 5 parts of acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid (AMPS) was used instead of 5 parts of methacrylic acid. Obtained.
  • the obtained particulate saturated nitrile polymer (A7) has an iodine value of 7 mg / 100 mg and an average particle size of 122 nm.
  • the composition of the particulate saturated nitrile polymer (A7) is 35% acrylonitrile units, butadiene units. And 60% saturated butadiene units and 5% acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid units.
  • Production of particulate saturated nitrile polymer (A8) An aqueous dispersion of a particulate saturated nitrile polymer (A8) was obtained in the same manner as in Production Example 1, except that 5 parts of 2-methacryloyloxyethyl phosphate was used instead of 5 parts of methacrylic acid.
  • the resulting particulate saturated nitrile polymer (A8) has an iodine value of 7 mg / 100 mg and an average particle size of 125 nm.
  • the composition of the particulate saturated nitrile polymer (A8) is 35% acrylonitrile units, butadiene units. And 60% of saturated butadiene units and 5% of 2-methacryloyloxyethyl phosphate units.
  • Production of particulate saturated nitrile polymer (A9) The water content of the particulate saturated nitrile polymer (A9) was the same as in Production Example 1, except that the amount of acrylonitrile was changed from 35 parts to 55 parts and the amount of butadiene was changed from 60 parts to 40 parts. A dispersion was obtained.
  • the obtained particulate saturated nitrile polymer (A9) has an iodine value of 7 mg / 100 mg and an average particle size of 128 nm.
  • the composition of the particulate saturated nitrile polymer (A9) is 55% acrylonitrile units, butadiene units. And 40% of saturated butadiene units and 5% of methacrylic acid units.
  • Production Example 10 Production of particulate saturated nitrile polymer (A10)
  • the water content of the particulate saturated nitrile polymer (A10) was the same as in Production Example 1, except that the amount of acrylonitrile was changed from 35 parts to 2 parts and the amount of butadiene was changed from 60 parts to 93 parts. A dispersion was obtained.
  • the obtained particulate saturated nitrile polymer (A10) has an iodine value of 7 mg / 100 mg and an average particle size of 115 nm.
  • the composition of the particulate saturated nitrile polymer (A10) is 2% acrylonitrile units and butadiene units. And 93% of saturated butadiene units and 5% of methacrylic acid units.
  • Production Example 12 Production of particulate saturated nitrile polymer (A12)
  • An aqueous dispersion of particulate saturated nitrile polymer (A12) was obtained in the same manner as in Production Example 1, except that the amount of palladium acetate used in the second stage hydrogenation reaction was changed from 25 mg to 75 mg.
  • the obtained particulate saturated nitrile polymer (A12) has an iodine value of 1 mg / 100 mg and an average particle size of 119 nm.
  • the composition of the particulate saturated nitrile polymer (A12) is 35% acrylonitrile units and butadiene units. And 60% of saturated butadiene units and 5% of methacrylic acid units.
  • Production Example 13 Production of particulate saturated nitrile polymer (A13)
  • An aqueous dispersion of particulate saturated nitrile polymer (A13) was obtained in the same manner as in Production Example 1 except that the amount of butadiene was changed from 60 parts to 65 parts and methacrylic acid was not added.
  • the obtained particulate saturated nitrile polymer (A13) has an iodine value of 7 mg / 100 mg and an average particle size of 120 nm.
  • the composition of the particulate saturated nitrile polymer (A13) is 35% acrylonitrile units, butadiene units. And 65% of saturated butadiene units.
  • the aqueous dispersion of the nitrile polymer obtained above was added to an aqueous solution of magnesium sulfate in an amount of 12 parts by weight when the amount of the nitrile polymer in the aqueous dispersion was 100 parts by weight,
  • the aqueous dispersion was solidified by stirring and then filtered while washing with water, followed by vacuum drying at 60 ° C. for 12 hours to obtain a nitrile polymer.
  • the nitrile polymer obtained above was dissolved in acetone so as to have a concentration of 12% by weight, and this was placed in an autoclave, and the amount of Pd metal was 1000 ppm by weight with respect to the amount of nitrile polymer.
  • a palladium-silica catalyst was added and a hydrogenation reaction was performed at 3.0 MPa. After completion of the hydrogenation reaction, the mixture was poured into a large amount of water to coagulate, filtered and dried to obtain a saturated nitrile polymer (A14).
  • the obtained saturated nitrile polymer (A14) was dissolved in acetone and had no particle shape.
  • the iodine value of the saturated nitrile polymer (A14) is 7 mg / 100 mg, and the composition of the saturated nitrile polymer (A14) is 35% acrylonitrile units, 60% butadiene units and 60% saturated butadiene units, and methacrylic acid units. It was 5%.
  • the obtained saturated nitrile polymer (A14) was dissolved in N-methylpyrrolidone (NMP) to obtain an N-methylpyrrolidone solution (solid content concentration 8%) of the saturated nitrile polymer (A14). .
  • Production Example 15 Production of particulate saturated nitrile polymer (A15)
  • the water content of the particulate saturated nitrile polymer (A15) was the same as in Production Example 1, except that the amount of acrylonitrile was changed from 35 parts to 20 parts and the amount of butadiene was changed from 60 parts to 75 parts. A dispersion was obtained.
  • the obtained particulate saturated nitrile polymer (A15) has an iodine value of 7 mg / 100 mg and an average particle size of 120 nm.
  • the composition of the particulate saturated nitrile polymer (A15) is 20% acrylonitrile units, butadiene units. And 75% of saturated butadiene units and 5% of methacrylic acid units.
  • Production Example 16 Production of particulate saturated nitrile polymer (A16)
  • the water content of the particulate saturated nitrile polymer (A16) was the same as in Production Example 1, except that the amount of acrylonitrile was changed from 35 parts to 30 parts and the amount of butadiene was changed from 60 parts to 65 parts. A dispersion was obtained.
  • the obtained particulate saturated nitrile polymer (A16) has an iodine value of 7 mg / 100 mg and an average particle size of 117 nm.
  • the composition of the particulate saturated nitrile polymer (A16) is 30% acrylonitrile units, butadiene units. And 65% of saturated butadiene units and 5% of methacrylic acid units.
  • Production of particulate saturated nitrile polymer (A17) An aqueous dispersion of particulate saturated nitrile polymer (A17) was obtained in the same manner as in Production Example 2, except that the amount of palladium acetate used in the second stage hydrogenation reaction was changed from 25 mg to 75 mg.
  • the obtained particulate saturated nitrile polymer (A17) has an iodine value of 4 mg / 100 mg and an average particle size of 119 nm.
  • the composition of the particulate saturated nitrile polymer (A17) is 25% acrylonitrile units and butadiene units. And 70% of saturated butadiene units and 5% of methacrylic acid units.
  • Production Example 18 Production of particulate saturated nitrile polymer (A18)) Production Example except that the amount of palladium acetate used in the first stage hydrogenation reaction was changed from 75 mg to 90 mg and the amount of palladium acetate used in the second stage hydrogenation reaction was changed from 25 mg to 10 mg.
  • an aqueous dispersion of particulate saturated nitrile polymer (A18) was obtained.
  • the obtained particulate saturated nitrile polymer (A18) has an iodine value of 9 mg / 100 mg and an average particle size of 120 nm.
  • the composition of the particulate saturated nitrile polymer (A18) is 25% acrylonitrile units and butadiene units. And 70% of saturated butadiene units and 5% of methacrylic acid units.
  • polymerization can B 83 parts of 2-ethylhexyl acrylate, 15 parts of acrylonitrile, 2 parts of methacrylic acid, terminal hydrophobic group polyvinyl alcohol as an emulsifier (trade name “MP102”, manufactured by Kuraray Co., Ltd., nonionic property) Surfactant) 10 parts and ion-exchanged water 377 parts were added and stirred to prepare an emulsion. Then, the emulsion prepared in the polymerization can B is sequentially added to the polymerization can A over about 240 minutes, and then stirred for about 30 minutes. When the monomer consumption reaches 95%, the reaction is completed by cooling.
  • the obtained particulate acrylic polymer (B1) had a glass transition temperature of ⁇ 30 ° C. and an average particle size of 150 nm, and its composition was measured by 1 H-NMR. As a result, 83% 2-ethylhexyl acrylate unit, It was 15% of acrylonitrile units and 2% of methacrylic acid units.
  • the particulate acrylic polymer (B2) was prepared in the same manner as in Production Example 20, except that the amount of 2-ethylhexyl acrylate was changed from 83 parts to 78 parts and the amount of acrylonitrile was changed from 15 parts to 20 parts. An aqueous dispersion was obtained.
  • the resulting particulate acrylic polymer (B2) has a glass transition temperature of ⁇ 20 ° C. and an average particle size of 150 nm.
  • the composition of the particulate acrylic polymer (B2) is 78% 2-ethylhexyl acrylate unit, acrylonitrile. The unit was 20% and the methacrylic acid unit was 2%.
  • Intermediate A was produced by the following method. That is, 80 g (0.42 mol) of trimellitic anhydride and 76.7 g (0.42 mol) of 4-aminodiphenylamine were added to 1 liter of acetic acid in a four-necked reactor equipped with a cooler and a thermometer in a nitrogen stream. Dissolved. This solution was reacted under reflux with heating in an oil bath for 10 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was poured into 2 liters of water to precipitate a solid. Thereafter, the precipitated solid was subjected to suction filtration.
  • an antioxidant (C2) was obtained according to the following method. That is, 10 g (0.028 mol) of the intermediate A obtained above and 5.7 g (0.033 mol) of 4-hydroxybiphenyl in a nitrogen stream in a four-necked reactor equipped with a cooler, a thermometer and a dropping funnel. ) And 400 mg (0.0033 mol) of N, N-dimethyl-4-aminopyridine were dissolved in 150 ml of N-methylpyrrolidone. To this solution, 6.4 g (0.033 mol) of 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride (WSC) was added at room temperature.
  • WSC 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride
  • reaction was performed at room temperature for 14 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was poured into water to precipitate a solid, and the precipitated solid was suction filtered. The obtained solid was redissolved in 100 ml of N-methylpyrrolidone and gradually poured into 1 liter of methanol to precipitate the solid. The precipitated solid was subjected to suction filtration, and the filtrate was washed with methanol. Further, the obtained solid was dissolved again in 100 ml of N-methylpyrrolidone and gradually added to 1 liter of methanol to precipitate the solid. The precipitated solid was subjected to suction filtration, and the filtrate was washed with methanol.
  • Example 1-1 Production of composite particle slurry for positive electrode 100 parts of LiNiO 2 as a positive electrode active material, 2 parts of acetylene black (HS-100, manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) as a conductive material, and particulate saturation obtained in Production Example 1 as a binder 2.5 parts of an aqueous dispersion of a nitrified nitrile polymer (A1) in terms of solid content, and 2 parts of a carboxymethyl cellulose aqueous solution having a degree of etherification of 0.8 as a thickener in terms of solid content, An appropriate amount of ion-exchanged water was added and mixed and dispersed by a planetary mixer to prepare a composite particle slurry for positive electrode having a solid content concentration of 20%.
  • HS-100 nitrified nitrile polymer
  • the composite particle slurry for positive electrode obtained above was sprayed using a spray dryer (made by Okawara Kako Co., Ltd.) and a rotating disk type atomizer (diameter 65 mm), and the rotational speed was 25,000 rpm. Then, spray drying granulation was performed under conditions of a hot air temperature of 150 ° C. and a particle recovery outlet temperature of 90 ° C. to obtain composite particles for a positive electrode.
  • the average volume particle diameter of the obtained composite particles was 40 ⁇ m.
  • composite particle slurry for negative electrode 100 parts of artificial graphite (average particle diameter: 24.5 ⁇ m) as negative electrode active material, aqueous dispersion of particulate saturated nitrile polymer (A1) obtained in Production Example 1 as binder 2.7 parts in terms of solid content, and 0.7 parts of carboxymethyl cellulose aqueous solution having a degree of etherification of 0.8 as a thickener are added in solid content, and an appropriate amount of ion-exchanged water is added to add planetary.
  • a composite particle slurry for negative electrode having a solid content concentration of 20% was prepared by mixing and dispersing with a mixer.
  • the composite particle slurry for negative electrode obtained above was sprayed using a spray drier (Okawara Chemical Co., Ltd.) and a rotating disk type atomizer (diameter 65 mm), rotating at 25,000 rpm. Then, spray drying granulation was performed under conditions of a hot air temperature of 150 ° C. and a particle recovery outlet temperature of 90 ° C. to obtain composite particles for a negative electrode.
  • the average volume particle diameter of the obtained composite particles was 40 ⁇ m.
  • the negative electrode composite particles obtained above were placed on a roll (rolling rough surface heat roll, manufactured by Hirano Giken Kogyo Co., Ltd.) in a roll (roll temperature 100 ° C., press linear pressure 4.0 kN / cm).
  • rate of 20 m / min, and has a negative electrode active material layer with a thickness of 80 micrometers was obtained.
  • the positive electrode obtained above was cut into a disk shape with a diameter of 13 mm, and the negative electrode obtained above was cut into a disk shape with a diameter of 14 mm. Then, on a 13 mm disk-shaped positive electrode, a separator composed of a disk-shaped polypropylene porous film having a diameter of 18 mm and a thickness of 25 ⁇ m, and a 14 mm disk-shaped negative electrode are laminated in this order, and this is a stainless steel in which a polypropylene packing is installed. It was stored in a steel coin-type outer container (diameter 20 mm, height 1.8 mm, stainless steel thickness 0.25 mm).
  • a 0.2 mm thick stainless steel cap is placed on the outer container and fixed, the battery can is sealed, and a coin-type lithium ion secondary battery (coin cell CR2032) having a diameter of 20 mm and a thickness of about 2 mm is attached.
  • Examples 1-2 to 1-8 Instead of the aqueous dispersion of the particulate saturated nitrile polymer (A1) obtained in Production Example 1, as a binder used in producing the composite particles for positive electrode and the composite particles for negative electrode, each of Production Examples 2 to 8 was used. A positive electrode, a negative electrode, and a lithium ion secondary battery were produced in the same manner as in Example 1-1 except that the obtained aqueous dispersions of particulate saturated nitrile polymers (A2) to (A8) were used. The same evaluation was made. The results are shown in Table 1.
  • Example 1--7 A composite particle slurry for positive electrode was prepared in the same manner as in Example 1-1, and the obtained composite particle slurry for positive electrode was applied on an aluminum foil as a current collector with a comma coater and heat-treated at 150 ° C. for 2 hours. Thus, an electrode raw material was obtained. And the positive electrode whose thickness of a positive electrode active material layer is 80 micrometers was produced by rolling this electrode raw material with a roll press.
  • a negative electrode composite particle slurry was prepared in the same manner as in Example 1-1, and the obtained negative electrode composite particle slurry was applied onto a copper foil as a current collector with a comma coater.
  • An electrode raw material was obtained by heat treatment at 150 ° C. for 2 hours.
  • the negative electrode whose thickness of a negative electrode active material layer is 80 micrometers was produced by rolling an electrode raw material with a roll press.
  • a lithium ion secondary battery was produced and evaluated in the same manner as in Example 1-1 except that the positive electrode and the negative electrode obtained above were used. The results are shown in Table 2.
  • Comparative Example 1-8 As a result of dissolving the particulate binder in N-methylpyrrolidone, it becomes a state having no particle shape, and when the binder is used in a state having no particle shape, the internal resistance and the high temperature cycle when used as a battery are obtained. The characteristics were also deteriorated (Comparative Example 1-8).
  • Comparative Example 1-7 corrosion was generated in the aluminum foil because the aqueous dispersion slurry containing LiNiO 2 as the positive electrode active material was directly applied to the aluminum foil as the current collector. As a result.
  • Comparative Examples 1-7 and 1-8 since the positive electrode and the negative electrode were formed by coating, there was also a problem that the binder was unevenly distributed on the surface of the electrode active material layer.
  • Example 2-1 Production of composite particle slurry for positive electrode 100 parts of LiNiO 2 as a positive electrode active material, 2 parts of acetylene black (HS-100, manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) as a conductive material, particulate saturation obtained in Production Example 2 as a binder
  • the composite particle slurry for positive electrode obtained above was sprayed using a spray dryer (made by Okawara Kako Co., Ltd.) and a rotating disk type atomizer (diameter 65 mm), and the rotational speed was 25,000 rpm. Then, spray drying granulation was performed under conditions of a hot air temperature of 150 ° C. and a particle recovery outlet temperature of 90 ° C. to obtain composite particles for a positive electrode.
  • the average volume particle diameter of the obtained composite particles was 40 ⁇ m.
  • composite particle slurry for negative electrode 100 parts of artificial graphite (average particle size: 24.5 ⁇ m) as negative electrode active material, aqueous dispersion of styrene-butadiene rubber as a binder (trade name “BM-480B”, manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) 2.7) in terms of solid content, and 0.7 part in terms of solid content of an aqueous solution of carboxymethylcellulose having a degree of etherification of 0.8 as a dispersant, and then adding an appropriate amount of ion-exchanged water.
  • a composite particle slurry for negative electrode having a solid content concentration of 20% was prepared by mixing and dispersing with a mixer.
  • the composite particle slurry for negative electrode obtained above was sprayed using a spray drier (Okawara Chemical Co., Ltd.) and a rotating disk type atomizer (diameter 65 mm), rotating at 25,000 rpm. Then, spray drying granulation was performed under conditions of a hot air temperature of 150 ° C. and a particle recovery outlet temperature of 90 ° C. to obtain composite particles for a negative electrode.
  • the average volume particle diameter of the obtained composite particles was 40 ⁇ m.
  • the negative electrode composite particles obtained above were placed on a roll (rolling rough surface heat roll, manufactured by Hirano Giken Kogyo Co., Ltd.) in a roll (roll temperature 100 ° C., press linear pressure 4.0 kN / cm).
  • rate of 20 m / min, and has a negative electrode active material layer with a thickness of 80 micrometers was obtained.
  • the positive electrode obtained above was cut into a disk shape with a diameter of 13 mm, and the negative electrode obtained above was cut into a disk shape with a diameter of 14 mm. Then, on a 13 mm disk-shaped positive electrode, a separator composed of a disk-shaped polypropylene porous film having a diameter of 18 mm and a thickness of 25 ⁇ m, and a 14 mm disk-shaped negative electrode are laminated in this order, and this is a stainless steel in which a polypropylene packing is installed. It was stored in a steel coin-type outer container (diameter 20 mm, height 1.8 mm, stainless steel thickness 0.25 mm).
  • a 0.2 mm thick stainless steel cap is placed on the outer container and fixed, the battery can is sealed, and a coin-type lithium ion secondary battery (coin cell CR2032) having a diameter of 20 mm and a thickness of about 2 mm is attached.
  • Example 2 except that LiFePO 4 (Example 2-2) and LiCoO 2 (Example 2-3) were used in place of LiNiO 2 as the positive electrode active material used in producing the positive electrode composite particles, respectively.
  • a positive electrode, a negative electrode, and a lithium ion secondary battery were produced in the same manner as in Example 1 and evaluated in the same manner. The results are shown in Table 3.
  • Example 2-4 to 2-8 Instead of the aqueous dispersion of the particulate saturated nitrile polymer (A2) obtained in Production Example 2, the particulate saturation obtained in Production Examples 15 to 19 was used as the binder used when producing the positive electrode composite particles.
  • a positive electrode, a negative electrode, and a lithium ion secondary battery were produced in the same manner as in Example 2-1, except that aqueous dispersions of the nitrified nitrile polymers (A15) to (A19) were used, and evaluated in the same manner. went. The results are shown in Table 3.
  • Examples 2-9 to 2-11 Instead of the aqueous dispersion of the particulate acrylic polymer (B1) obtained in Production Example 20, the particulate acrylic polymer obtained in each of Production Examples 21 to 23 was used as the binder used in producing the positive electrode composite particles. A positive electrode, a negative electrode, and a lithium ion secondary battery were produced and evaluated in the same manner as in Example 2-1, except that the aqueous dispersions (B2) to (B4) were used. The results are shown in Table 3.
  • Example 2-12 The amount of the aqueous dispersion of the particulate saturated nitrile polymer (A2) as a binder in the production of the positive electrode composite particles is changed from 1.25 parts to 1.75 parts (in terms of solid content).
  • Example 2-1 except that the amount of the aqueous dispersion of the particulate acrylic polymer (B1) was changed from 1.25 parts to 0.75 parts (in terms of solid content), the positive electrode, A negative electrode and a lithium ion secondary battery were manufactured and evaluated in the same manner. The results are shown in Table 3.
  • Example 2-13 The amount of the aqueous dispersion of the particulate saturated nitrile polymer (A2) as the binder in the production of the positive electrode composite particles is changed from 1.25 parts to 0.75 parts (in terms of solid content).
  • Example 2-1 except that the amount of the aqueous dispersion of the particulate acrylic polymer (B1) was changed from 1.25 parts to 1.75 parts (in terms of solid content), the positive electrode, A negative electrode and a lithium ion secondary battery were manufactured and evaluated in the same manner. The results are shown in Table 4.
  • Example 2-14 and 2-15 In the production of the positive electrode composite particles, the blending amount of the antioxidant (C1) was 0.005 part (0.2 part with respect to 100 parts of the binder) (Example 2-14), and 0. A positive electrode, a negative electrode, and a lithium ion secondary battery were manufactured in the same manner as in Example 2-1, except that the content was changed to 05 parts (2 parts with respect to 100 parts of binder) (Example 2-15). Was evaluated. The results are shown in Table 4.
  • Example 2-16 and 2-17 In place of the antioxidant (C1) obtained in Production Example 24, the antioxidant (C2) obtained in Production Example 25 (Example 2) was used as the antioxidant used when producing the positive electrode composite particles. -16) and bis (4-t-butylphenyl) amine (Example 2-17) were used to produce a positive electrode, a negative electrode, and a lithium ion secondary battery in the same manner as in Example 2-1. The same evaluation was performed. The results are shown in Table 4.

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Abstract

本発明の目的は、集電体に対する密着性が高く、成形性に優れ、かつ、内部抵抗が低く、高温サイクル特性に優れた電気化学素子電極を与えることのできる電気化学素子電極用複合粒子を提供することを目的とする。 本発明は、電極活物質、及び粒子状のバインダを含んでなり、前記バインダが、ニトリル基含有単量体単位、酸性官能基を有する単量体単位及び炭素数が4以上の直鎖アルキレン構造含有単量体単位を含有し、前記ニトリル基含有単量体単位の含有割合が10~50重量%であり、かつ、ヨウ素価が3~40mg/100mgの共重合体を含む電気化学素子電極用複合粒子に関する。

Description

電気化学素子電極用複合粒子、電気化学素子電極材料、電気化学素子電極、及び電気化学素子
 本発明は、電気化学素子電極用複合粒子、電気化学素子電極材料、電気化学素子電極、及び電気化学素子に関する。
 小型で軽量であり、エネルギー密度が高く、さらに繰り返し充放電が可能なリチウムイオン二次電池などの電気化学素子は、その特性を活かして急速に需要を拡大している。リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が比較的に大きいことから携帯電話やノート型パーソナルコンピュータ、電気自動車などの分野で利用されている。
 これら電気化学素子には、用途の拡大や発展に伴い、低抵抗化、高容量化、機械的特性や生産性の向上など、より一層の改善が求められている。このような状況において、電気化学素子電極に関してもより生産性の高い製造方法が求められており、高速成形可能な製造方法及び該製造方法に適合する電気化学素子電極用材料について様々な改善が行われている。
 電気化学素子電極は、通常、電極活物質と、必要に応じて用いられる導電材とを結バインダで結着することにより形成された電極活物質層を集電体上に積層してなるものである。このような電極活物質層を形成する方法として、特許文献1には、電極活物質、ゴム粒子及び分散媒としての水を含む水系スラリーを得て、得られた水系スラリーを噴霧乾燥することにより粒子状の電極材料を得て、得られた電極材料を用いて電極活物質層を形成する方法が開示されている。
 しかしながら、上記特許文献1に記載の技術では、得られる電極の柔軟性及び集電体と電極活物質層との間の密着性が十分でなく、そのため、内部抵抗や高温サイクル特性などの電池特性に劣るものであった。
 また、従来のように塗布法により電極活物質層を形成した場合には、塗布後の溶媒乾燥時に、バインダが電極活物質層の表面に偏在化してしまい、内部抵抗が高くなってしまうという問題がある。
 加えて、電気化学素子電極のうち、正極側に用いられる電極は、充放電中における酸化還元電位が高く、そのため、正極中に含有されるバインダも高酸化環境に曝されることとなり、このようなバインダにおいても、耐酸化性に優れていることが求められている。特に、近年、電気化学素子の高容量化へ向けて、正極用活物質として、ニッケル等の遷移金属を含有する活物質が注目を浴びており、このような活物質を用いた場合には、バインダは、従来と比較して一段と厳しい酸化環境に曝されることとなるため、このような観点からも、耐酸化性に優れたバインダが望まれている。また、正極用活物質として、ニッケル等の遷移金属を含有する活物質を用いた場合において、従来のように塗布法により正極活物質層を形成すると、アルミニウム集電体が腐食してしまい、成形性や電池特性が低下してしまうという不具合もある。
特許第4219705号公報
 本発明は、集電体に対する密着性が高く、成形性に優れ、かつ、内部抵抗が低く、高温サイクル特性に優れた電気化学素子電極を与えることのできる電気化学素子電極用複合粒子を提供することを目的とする。また、本発明は、このような電気化学素子電極用複合粒子を用いて得られる電気化学素子電極材料、電気化学素子電極、及び電気化学素子を提供することも目的とする。
 本発明者等は、上記目的を達成するために鋭意研究した結果、電極活物質、及び所定の粒子状バインダを含有する複合粒子が、集電体に対する密着性が高く、成形性に優れ、かつ、電極とした場合に、内部抵抗が低く、高温サイクル特性に優れたものとすることができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
 すなわち、本発明によれば、電極活物質、及び粒子状のバインダを含んでなり、前記バインダが、ニトリル基含有単量体単位、酸性官能基を有する単量体単位及び炭素数が4以上の直鎖アルキレン構造含有単量体単位を含有し、前記ニトリル基含有単量体単位の含有割合が10~50重量%であり、かつ、ヨウ素価が3~40mg/100mgの共重合体を含む電気化学素子電極用複合粒子が提供される。
 本発明の電気化学素子電極用複合粒子において、前記酸性官能基が、カルボン酸基、スルホン酸基及びリン酸基から選ばれる少なくとも1つであることが好ましい。
 本発明の電気化学素子電極用複合粒子において、前記バインダが、さらに(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を主成分として含むアクリル重合体を含有し、バインダ全体のヨウ素価が3~30mg/100mgであることが好ましい。
 本発明の電気化学素子電極用複合粒子において、前記バインダ100重量部に対して、酸化防止剤を0.05~3重量部をさらに含有することが好ましい。
 本発明の電気化学素子電極用複合粒子において、前記酸化防止剤が、アミン系酸化防止剤及び/又はフェノール系酸化防止剤であることが好ましい。
 本発明によれば、上記いずれかの電気化学素子電極用複合粒子を含んでなることを特徴とする電気化学素子電極材料が提供される。
 また、本発明によれば、上記の電気化学素子電極材料から形成される活物質層を集電体上に積層してなることを特徴とする電気化学素子電極が提供される。
 本発明の電気化学素子電極は、前記活物質層を前記集電体上に、加圧成形により積層してなるものであることが好ましく、ロール加圧成形により積層してなるものであることがより好ましい。
 さらに、本発明によれば、上記いずれかの電気化学素子電極用複合粒子を製造する方法であって、前記電極活物質、及び前記バインダを水に分散させてスラリーを得る工程と、前記スラリーを噴霧乾燥して造粒する工程と、を有する電気化学素子電極用複合粒子の製造方法が提供される。
 あるいは、本発明によれば、上記いずれかの電気化学素子電極用複合粒子を製造する方法であって、前記電極活物質、前記バインダ及び前記酸化防止剤を水に分散させてスラリーを得る工程と、前記スラリーを噴霧乾燥して造粒する工程と、を有する電気化学素子電極用複合粒子の製造方法が提供される。
 本発明によれば、集電体に対する密着性が高く、成形性に優れ、かつ、内部抵抗が低く、高温サイクル特性に優れた電気化学素子電極を与えることのできる電気化学素子電極用複合粒子、ならびに、このような電気化学素子電極用複合粒子を用いて得られる電気化学素子電極材料、電気化学素子電極、及び電気化学素子を提供することができる。
 本発明の電気化学素子電極用複合粒子は、電極活物質、及び粒子状のバインダを含んでなり、前記バインダが、ニトリル基含有単量体単位、酸性官能基を有する単量体単位及び炭素数が4以上の直鎖アルキレン構造含有単量体単位を含有し、前記ニトリル基含有単量体単位の含有割合が10~50重量%であり、かつ、ヨウ素価が3~40mg/100mgの共重合体を含むことを特徴とする。
(電極活物質)
 本発明で用いる電極活物質は、電気化学素子の種類によって適宜選択される。たとえば、リチウムイオン二次電池の正極用の電極活物質としては、遷移金属を含有する化合物、具体的には、遷移金属を含有する酸化物、又はリチウムと遷移金属との複合酸化物を用いることができる。このような遷移金属の例としては、コバルト、マンガン、ニッケル、鉄などを挙げることができるが、本発明においては、ニッケルを含有する化合物、特に、リチウムとニッケルとを含有する複合酸化物が好適に用いられる。特に、リチウムとニッケルを含有する複合酸化物は、従来よりリチウム系二次電池の正極活物質として用いられているコバルト酸リチウム(LiCoO)と比較して、高容量であるため、好適である。リチウムとニッケルとを含有する複合酸化物としては、たとえば、下記一般式で表されるものが挙げられる。
  LiNi1-x-yCo
 (ただし、0≦x<1、0≦y<1、x+y<1、Mは、B、Mn、及びAlから選択される少なくとも1種の元素)
 また、リチウムイオン二次電池の負極用の電極活物質としては、たとえば、アモルファスカーボン、グラファイト、天然黒鉛、メゾカーボンマイクロビーズ(MCMB)、及びピッチ系炭素繊維などの炭素質材料;ポリアセン等の導電性高分子;リチウムと合金化可能なSi、Sn、Sb、Al、Zn及びWなどが挙げられる。
 あるいは、電気二重層キャパシタ用の電極活物質としては、通常、炭素の同素体が用いられる。電気二重層キャパシタ用の電極活物質は、同じ質量でもより広い面積の界面を形成することが可能な、比表面積の大きいものが好ましい。具体的には、比表面積が30m/g以上、好ましくは500~5,000m/g、より好ましくは1,000~3,000m/gの範囲である。炭素の同素体の具体例としては、活性炭、ポリアセン、カーボンウィスカ及びグラファイト等が挙げられ、これらの粉末又は繊維を使用することができる。これらのなかでも、活性炭が好ましく、具体的には、フェノール系、レーヨン系、アクリル系、ピッチ系、又はヤシガラ系等の活性炭を挙げることができる。
 さらに、リチウムイオンキャパシタ用の電極活物質としては、正極用の活物質として、上述した電気二重層キャパシタ用の電極活物質を、また、負極用の活物質として、上述したリチウムイオン二次電池の負極用の電極活物質を、それぞれ使用することができる。
(粒子状バインダ)
 本発明で用いる粒子状バインダは、粒子形状を有し、かつ、ニトリル基含有単量体単位、酸性官能基を有する単量体単位及び炭素数が4以上の直鎖アルキレン構造含有単量体単位を含有し、ニトリル基含有単量体単位の含有割合が10~50重量%であり、かつ、ヨウ素価が3~40mg/100mgの共重合体(以下、「ニトリル重合体」と記すことがある。)を含有するものである。
 本発明で用いる粒子状バインダは、粒子形状を有するものであればよいが、本発明の電気化学素子電極用複合粒子内においても、粒子状態を保持した状態、すなわち、電極活物質上に粒子状態を保持した状態で存在できるものであることが好ましい。電気化学素子電極用複合粒子内において、粒子状態を保持した状態で存在することにより、電子伝導を阻害することなく、電極活物質同士を良好に結着することが可能となる。すなわち、内部抵抗を増大させることなく、電極活物質同士の結着性を良好なものとすることができる。なお、本発明において、“粒子状態を保持した状態”とは、完全に粒子形状を保持した状態である必要はなく、その粒子形状をある程度保持した状態であればよく、たとえば、電極活物質同士を結着した結果、これら電極活物質同士によりある程度押しつぶされたような形状となっていてもよい。
 本発明で用いる粒子状バインダに含有されるニトリル重合体を構成する、ニトリル基含有単量体単位を形成するニトリル基含有単量体としては、たとえば、アクリロニトリル;α-クロロアクリロニトリル、α-ブロモアクリロニトリルなどのα-ハロゲノアクリロニトリル;メタクリロニトリルなどのα-アルキルアクリロニトリル;などが挙げられる。これらのなかでも、アクリロニトリル及びメタクリロニトリルが好ましく、アクリロニトリルがより好ましい。ニトリル基含有単量体は、一種単独でも、複数種を併用してもよい。
 本発明で用いる粒子状バインダに含有されるニトリル重合体における、ニトリル基含有単量体単位の含有割合は、全単量体単位に対して、10~50重量%であり、好ましくは20~40重量%、より好ましくは30~40重量%である。ニトリル基含有単量体単位の含有割合が少な過ぎると、スラリー化した際における電極活物質の分散性が低下し、成形性が劣る結果となり、これにより、電極とした際に高温サイクル特性が低下してしまう。一方、多過ぎると、粒子状バインダに含有されるニトリル重合体の電解液に対する膨潤性が高くなってしまい、これにより、電極とした際に高温サイクル特性が低下してしまう。
 また、本発明で用いる粒子状バインダに含有されるニトリル重合体を構成する、酸性官能基を有する単量体単位を形成する酸性官能基を有する単量体としては、酸性官能基を有する単量体であればよく、特に限定されないが、本発明では、酸性官能基として、カルボン酸基を有する単量体、スルホン酸基を有する単量体及びリン酸基を有する単量体から選択される少なくとも1種が好ましく、カルボン酸基を有する単量体及びスルホン酸基を有する単量体から選択される少なくとも1種が好ましく、カルボン酸基を有する単量体がより好ましい。なお、酸性官能基を有する単量体単位を含有していることにより、集電体に対する密着性及びバインダとしての結着力を良好なものとすることができる。
 カルボン酸基を有する単量体の具体例としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸などのモノカルボン酸;2-エチルアクリル酸、イソクロトン酸、α-アセトキシアクリル酸、β-trans-アリールオキシアクリル酸、α-クロロ-β-E-メトキシアクリル酸、β-ジアミノアクリル酸などのモノカルボン酸の誘導体;マレイン酸、フマル酸、イタコン酸などのジカルボン酸;無水マレイン酸、アクリル酸無水物、メチル無水マレイン酸、ジメチル無水マレイン酸などのジカルボン酸の酸無水物;メチルマレイン酸、ジメチルマレイン酸、フェニルマレイン酸、クロロマレイン酸、ジクロロマレイン酸、フルオロマレイン酸、マレイン酸ジフェニル、マレイン酸ノニル、マレイン酸デシル、マレイン酸ドデシル、マレイン酸オクタデシル、マレイン酸フルオロアルキル等のジカルボン酸の誘導体;などが挙げられる。これらは、それぞれ単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、メタクリル酸及びマレイン酸が好ましく、メタクリル酸がより好ましい。
 スルホン酸基を有する単量体の具体例としては、スルホン酸基含有単量体としては、ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸、アリルスルホン酸、スルホエチルメタクリレート、スルホプロピルメタクリレート、スルホブチルメタクリレートなどのスルホン酸基以外の官能基を有さないスルホン酸基含有化合物;2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸(AMPS)などのアミド基とスルホン酸基とを含有する化合物;3-アリロキシ-2-ヒドロキシプロパンスルホン酸(HAPS)などのヒドロキシル基とスルホン酸基とを含有する化合物;などが挙げられる。また、これらのリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩などを用いることもできる。これらは、それぞれ単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。これらのなかでも、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸(AMPS)が好ましい。
 リン酸基を有する単量体の具体例としては、リン酸-2-アクリロイルオキシエチル、リン酸-2-メタクリロイルオキシエチル、リン酸メチル-2-アクリロイルオキシエチル、リン酸メチル-2-メタクリロイルオキシエチル、リン酸エチル-アクリロイルオキシエチル、リン酸エチル-メタクリロイルオキシエチルなどが挙げられる。これらは、それぞれ単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、リン酸-2-メタクリロイルオキシエチルが好ましい。
 本発明で用いる粒子状バインダにおける、酸性官能基を有する単量体単位の含有割合は、全単量体単位に対して、好ましくは1~30重量%であり、より好ましくは1~20重量%、さらに好ましくは1~15重量%、特に好ましくは1~6重量%である。酸性官能基を有する単量体単位の含有割合を上記範囲とすることにより、電極の柔軟性を有したまま集電体との接着性を向上させることができる。
 また、本発明で用いる粒子状バインダに含有されるニトリル重合体を構成する、炭素数が4以上の直鎖アルキレン構造含有単量体単位を形成する単量体としては、たとえば、炭素数4以上の共役ジエン単量体が挙げられ、炭素数4以上の共役ジエン単量体の具体例としては、1,3-ブタジエン、イソプレン、2,3-ジメチル-1,3-ブタジエン、1,3-ペンタジエン、クロロプレンなどが挙げられる。なお、共役ジエン単量体は、共重合後においては、二重結合を有する状態で含まれることとなるが、該二重結合を水素化することにより、共重合体中において、直鎖アルキレン構造含有単量体単位を形成することができる。
 本発明で用いる粒子状バインダにおける、炭素数が4以上の直鎖アルキレン構造含有単量体単位の含有割合は、全単量体単位に対して、好ましくは50~90重量%であり、より好ましくは50~80重量%、さらに好ましくは50~75重量%、特に好ましくは50~65重量%である。炭素数が4以上の直鎖アルキレン構造含有単量体単位の含有割合を上記範囲とすることにより、電極に適度な柔軟性を付与し、電極の成形性を向上させることができる。
 また、本発明で用いる粒子状バインダに含有されるニトリル重合体は、上記した各単量体単位に加えて、他の単量体単位を含有していてもよい。他の単量体単位としては、他のビニルモノマーに由来する重合単位が挙げられ、このような他のビニルモノマーとしては、例えば、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、などの2つ以上の炭素-炭素二重結合を有するカルボン酸エステル類;塩化ビニル、塩化ビニリデン等のハロゲン原子含有単量体;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル等のビニルエステル類;メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、ブチルビエルエーテル等のビニルエーテル類;メチルビニルケトン、エチルビニルケトン、ブチルビニルケトン、ヘキシルビニルケトン、イソプロペニルビニルケトン等のビニルケトン類;N-ビニルピロリドン、ビニルピリジン、ビニルイミダゾール等の複素環含有ビニル化合物;が挙げられる。
 また、本発明で用いる粒子状バインダに含有されるニトリル重合体は、ヨウ素価が、3~40mg/100mgであり、好ましくは3~20mg/100mg、より好ましくは3~10mg/100mgである。ヨウ素価が高すぎると、高電位に対する化学的安定性が低下してしまい、結果として、高温サイクル特性が低下するおそれがあり、一方、ヨウ素価が低すぎると、ニトリル重合体の結晶性が高くなってしまい、これにより成形性が低下してしまうおそれがある。なお、ヨウ素価はJIS K 6235(2006)に従って求められる。
 なお、本発明で用いる粒子状バインダに含有されるニトリル重合体は、粒子形状を有するものであるが、通常、水中に粒子状で分散した分散液の状態で使用される。水中に粒子状で分散している場合における、ニトリル重合体の平均粒径(分散粒子径)は、好ましくは80~500nm、より好ましくは80~400nm、さらに好ましくは80~300nmである。ニトリル重合体の平均粒径がこの範囲であると、得られる電気化学素子電極の強度及び柔軟性が良好となる。
 また、本発明で用いる粒子状バインダに含有されるニトリル重合体のガラス転移温度(Tg)は、好ましくは-60~20℃、より好ましくは-55~10℃、特に好ましくは-50~0℃である。ガラス転移温度が上記範囲にあることにより、得られる電気化学素子電極を、優れた強度と柔軟性を有し、高い出力特性を有するものとすることができる。
 本発明で用いる粒子状バインダに含有されるニトリル重合体の製造方法は特に限定されないが、上述した各単量体を、水を分散媒とする乳化重合法により重合し、得られた共重合体を水に分散させた状態のまま、水素化(水素添加反応)することにより製造することができる。
 乳化重合に用いる乳化剤としては、特に限定されず、アニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、及びカチオン性界面活性剤のいずれも用いることができる。乳化剤の添加量は任意に設定でき、重合に用いる単量体の総量100重量部に対して通常0.01~10重量部程度である。
 また、重合に用いる重合開始剤としては、たとえば過酸化ラウロイル、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ-2-エチルヘキシルパーオキシジカーボネート、t-ブチルパーオキシピバレート、3,3,5-トリメチルヘキサノイルパーオキサイドなどの有機過酸化物、α,α’-アゾビスイソブチロニトリルなどのアゾ化合物、又は過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウムなどが挙げられる。
 そして、本発明では、乳化重合により得られた共重合体を水に分散させた状態のまま、水素化することにより、ニトリル重合体を得ることができる。特に、本発明では、乳化重合により得られた共重合体を水に分散させた状態のまま、水素化することにより、粒子状バインダを、水中に粒子状で分散した分散液の状態で得ることができ、これにより、本発明の電気化学素子電極用複合粒子内において、ニトリル重合体を粒子状態を保持した状態で存在させることが可能となる。なお、水素化の方法は特に限定されず、公知の方法を採用すればよい。
 さらに、本発明で用いる粒子状バインダは、上述したニトリル重合体に加えて、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位〔アクリル酸エステル単量体単位及び/又はメタクリル酸エステル単量体単位の意。以下、同様。〕を主成分として含むアクリル重合体(以下、単に「アクリル重合体」と記すことがある。)を含有するものであってもよい。粒子状バインダを、ニトリル重合体に加えて、アクリル重合体をも含有するものとすることにより、得られる電気化学素子電極の低温サイクル特性及び低温出力特性をより向上させることができる。
 本発明で用いる粒子状バインダに含有されるアクリル重合体を構成する、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を形成する(メタ)アクリル酸エステル単量体としては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸n-ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸2-エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸イソペンチル、(メタ)アクリル酸イソオクチル、(メタ)アクリル酸イソボニル、(メタ)アクリル酸イソデシル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸ステアリル、及び(メタ)アクリル酸トリデシル等の(メタ)アクリル酸アルキルエステル;(メタ)アクリル酸ブトキシエチル、(メタ)アクリル酸エトキシジエチレングリコール、(メタ)アクリル酸メトキシジプロピレングリコール、(メタ)アクリル酸メトキシポリエチレングリコール、(メタ)アクリル酸フェノキシエチル、(メタ)アクリル酸テトラヒドロフルフリル等のエーテル基含有(メタ)アクリル酸エステル;(メタ)アクリル酸-2-ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸-2-ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸-2-ヒドロキシ-3-フェノキシプロピル、2-(メタ)アクリロイロキシエチル-2-ヒドロキシエチルフタル酸等の水酸基含有(メタ)アクリル酸エステル;2-(メタ)アクリロイロキシエチルフタル酸、2-(メタ)アクリロイロキシエチルフタル酸等のカルボン酸含有(メタ)アクリル酸エステル;(メタ)アクリル酸パーフロロオクチルエチル等のフッ素基含有(メタ)アクリル酸エステル;(メタ)アクリル酸リン酸エチル等のリン酸基含有(メタ)アクリル酸エステル;(メタ)アクリル酸グリシジル等のエポキシ基含有(メタ)アクリル酸エステル;(メタ)アクリル酸ジメチルアミノエチル等のアミノ基含有(メタ)アクリル酸エステル;等が挙げられる。
 これら(メタ)アクリル酸エステルは、それぞれ単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。これらのなかでも、アクリル重合体を電解液に対する膨潤性の低いものとすることができ、これにより、電極とした際におけるサイクル特性を向上させることができるという点より、(メタ)アクリル酸アルキルエステルが好ましく、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸n-ブチル、アクリル酸2-エチルヘキシル、アクリル酸イソペンチルが好ましく、アクリル酸エチル、アクリル酸n-ブチル、アクリル酸2-エチルヘキシルがより好ましく、アクリル酸2-エチルヘキシルが特に好ましい。
 本発明で用いる粒子状バインダに含有されるアクリル重合体中における(メタ)アクリル酸エステル単位の含有割合は、好ましくは40~99重量%であり、より好ましくは50~90重量%、さらに好ましくは70~85重量%である。(メタ)アクリル酸エステル単位の含有割合を上記範囲とすることにより、アクリル重合体の電解液に対する保液性を向上させることができ、これにより、電気化学素子電極とした際における高温サイクル特性及び低温サイクル特性をより優れたものとすることができる。
 また、本発明で用いる粒子状バインダに含有されるアクリル重合体は、上述した(メタ)アクリル酸エステルと、これと共重合可能な単量体との共重合体であってもよく、このような共重合可能な単量体としては、たとえば、ニトリル基含有単量体、酸性官能基を有する単量体などが挙げられる。
 ニトリル基含有単量体としては、上述したニトリル重合体と同様の単量体を用いることができる。アクリル重合体中におけるニトリル基含有単量体単位の含有割合は、好ましくは30重量%以下であり、より好ましくは3~25重量%、さらに好ましくは5~20重量%である。ニトリル基含有単量体単位の含有割合を上記範囲とすることにより、バインダとしての結着力をより高めることができ、これにより、電気化学素子電極とした際における高温サイクル特性及び低温サイクル特性をより優れたものとすることができる。
 同様に、酸性官能基を有する単量体としては、上述したニトリル重合体と同様の単量体を用いることができる。アクリル重合体中における酸性官能基を有する単量体単位の含有割合は、好ましくは0.5~10重量%であり、より好ましくは1~8重量%、さらに好ましくは1~6重量%である。酸性官能基を有する単量体単位の含有割合を上記範囲とすることにより、電極の柔軟性を保持したまま集電体との接着性をより向上させることができる。
 さらに、アクリル重合体としては、上述した各単量体と共重合可能な他の単量体を共重合したものであってもよく、このような他の単量体としては、たとえば、2つ以上の炭素-炭素二重結合を有するカルボン酸エステル類、芳香族ビニル系単量体、アミド系単量体、オレフィン類、ジエン系単量体、ビニルケトン類、複素環含有ビニル化合物などが挙げられる。
 なお、本発明で用いる粒子状バインダに含有されるアクリル重合体は、粒子形状を有するものであるが、通常、水中に粒子状で分散した分散液の状態で使用される。水中に粒子状で分散している場合における、アクリル重合体の平均粒径(分散粒子径)は、好ましくは50~500nm、より好ましくは70~400nm、さらに好ましくは90~250nmである。アクリル重合体の平均粒径がこの範囲であると、得られる電気化学素子電極の強度及び柔軟性が良好となる。
 本発明で用いるアクリル重合体の製造方法は特に限定されないが、上述した各単量体を、水を分散媒とする乳化重合法により重合する方法が好ましい。乳化重合に用いる乳化剤及び重合開始剤としては、上述したニトリル重合体と同様のものを用いることができる。
 本発明の電気化学素子電極用複合粒子中における、粒子状バインダの含有割合は、電極活物質100重量部に対して、好ましくは0.1~15重量部、より好ましくは0.5~10重量部、さらに好ましくは1~10重量部である。粒子状バインダの含有割合を上記範囲とすることで、電極とした場合に、イオン伝導を十分に確保しながら、電極活物質同士の結着力及び電極活物質層と集電体との密着力を十分なものとすることができる。
 なお、本発明で用いる粒子状バインダを、ニトリル重合体に加えて、アクリル重合体をも含有するものとする場合には、ニトリル重合体を構成する各単量体単位の含有割合は、次の範囲とすることが好ましい。
 すなわち、ニトリル重合体を構成するニトリル基含有単量体単位の含有割合は、全単量体単位に対して、10~50重量%であり、好ましくは10~40重量%であり、より好ましくは15~35重量%、さらに好ましくは30~40重量%である。また、ニトリル重合体を構成する酸性官能基を有する単量体単位の含有割合は、全単量体単位に対して、好ましくは0.05~10重量%であり、より好ましくは0.1~8重量%、さらに好ましくは1~6重量%である。なお、炭素数が4以上の直鎖アルキレン構造含有単量体単位の含有割合は、上述した範囲とすればよい。また、本発明で用いる粒子状バインダを、ニトリル重合体に加えて、アクリル重合体をも含有するものとする場合には、ニトリル重合体のヨウ素価は、3~40mg/100mgであり、好ましくは3~15mg/100mg、より好ましくは3~9mg/100mgであり、ニトリル重合体の平均粒径(分散粒子径)は、上述した範囲とすればよい。
 なお、本発明で用いる粒子状バインダとして、アクリル重合体を含有しないものを用いる場合、すなわち、ニトリル重合体のみを含有する場合や、ニトリル重合体と、アクリル重合体以外の重合体とを組み合わせて用いる場合には、ニトリル重合体を構成する各単量体単位の含有割合、ヨウ素価および平均粒径(分散粒子径)は、上述した範囲とすることが好ましい。
 本発明で用いる粒子状バインダを、ニトリル重合体に加えて、アクリル重合体をも含有するものとする場合における、粒子状バインダ中における、ニトリル重合体の含有割合は、粒子状バインダ全体100重量%に対して、好ましくは10~90重量%、より好ましくは20~80重量%、さらに好ましくは30~70重量%である。また、電極活物質100重量部に対するニトリル重合体の含有割合は、好ましくは0.1~2重量部、より好ましくは0.2~1.8重量部、さらに好ましくは0.5~1.5重量部である。ニトリル重合体の含有割合を上記範囲とすることにより、バインダとしての結着力を十分なものとすることができ、これにより、電気化学素子電極とした際における高温サイクル特性及び低温サイクル特性をより優れたものとすることができる。
 また、本発明で用いる粒子状バインダを、ニトリル重合体に加えて、アクリル重合体をも含有するものとする場合における、粒子状バインダ中における、アクリル重合体の含有割合は、粒子状バインダ全体100重量%に対して、好ましくは10~90重量%、より好ましくは20~80重量%、さらに好ましくは30~70重量%である。なお、電極活物質100重量部に対するアクリル重合体の含有割合は、好ましくは0.1~2重量部、より好ましくは0.2~1.8重量部、さらに好ましくは0.5~1.5重量部である。アクリル重合体の含有割合を上記範囲とすることにより、バインダとしての結着力を十分なものとすることができ、これにより、電気化学素子電極とした際における高温サイクル特性及び低温サイクル特性をより優れたものとすることができる。
 さらに、本発明で用いる粒子状バインダを、ニトリル重合体に加えて、アクリル重合体をも含有するものとする場合における、粒子状バインダを構成する全バインダ成分のヨウ素価(すなわち、たとえば、本発明で用いる粒子状バインダが、ニトリル重合体及びアクリル重合体のみを所定の割合で含有してなるものである場合には、ニトリル重合体とアクリル重合体とを該所定割合で混合した場合におけるヨウ素価)は、好ましくは3~30mg/100mgであり、より好ましくは3~20mg/100mg、さらに好ましくは3~10mg/100mgである。粒子状バインダのヨウ素価が高すぎると、高電位に対する化学的安定性が低下してしまい、結果として、高温サイクル特性が低下するおそれがあり、一方、ヨウ素価が低すぎると、バインダの結晶性が高くなってしまい、これにより成形性が低下してしまうおそれがある。
 また、、本発明で用いる粒子状バインダを、ニトリル重合体に加えて、アクリル重合体をも含有するものとする場合における、全成分中における、ニトリル基含有単量体単位の含有割合は、5~35重量%であることが好ましく、より好ましくは10~30重量%、さらに好ましくは15~25重量%の範囲である。ニトリル基含有単量体単位の含有割合を上記範囲とすることにより、バインダとしての機械強度が低下するのを防ぎ、密着性を良好なものとすることができる。
 なお、本発明で用いる粒子状バインダとしては、上述したニトリル重合体及びアクリル重合体以外の他の重合体成分が含有されていてもよい。
(酸化防止剤)
 本発明の電気化学素子電極用複合粒子は、上記各成分に加えて、酸化防止剤を含有していてもよく、特に、上述した粒子状バインダとして、ニトリル重合体に加えて、アクリル重合体をも含有するものを用いた場合には、得られる電気化学素子電極の低温サイクル特性及び低温出力特性を特に優れたものとすることができ、しかも、バインダの耐酸化性を向上させることができるという観点より、この場合には、酸化防止剤を含有していることが好ましい。特に、バインダの耐酸化性を向上させることにより、電気化学素子の正極を構成する材料として好適に用いることができる。
 本発明で用いる酸化防止剤としては、特に限定されないが、たとえば、フェノール系酸化防止剤、アミン系酸化防止剤、キノン系酸化防止剤、有機リン系酸化防止剤、硫黄系酸化防止剤、フェノチアジン系酸化防止剤等が挙げられる。これらのなかでも、電池のサイクル特性向上効果、電解液やリチウム塩、電極活物質の表面官能基等との反応が起こりにくいため、電極活物質の表面処理により低温リチウム受け入れ性が大幅に向上できるという点より、フェノール系酸化防止剤、アミン系酸化防止剤が好ましく、アミン系酸化防止剤がより好ましい。本発明においては、電気化学素子電極用複合粒子に酸化防止剤を添加することにより、電気化学素子電極とした際に、バインダが酸化劣化してしまうこと有効に防止することができ、これにより、高温サイクル特性及び低温サイクル特性に優れたものとすることができる。
 フェノール系酸化防止剤としては、たとえば、3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシトルエン、ジブチルヒドロキシトルエン、2,2’-メチレンビス(6-t-ブチル-4-メチルフェノール)、4,4’-ブチリデンビス(3-t-ブチル-3-メチルフェノール)、4,4’-チオビス(6-t-ブチル-3-メチルフェノール)、α-トコフェノール、2,2,4-トリメチル-6-ヒドロキシ-7-t-ブチルクロマンなどが挙げられる。これらは、一種単独でも、複数種を併用してもよい。
 アミン系酸化防止剤としては、たとえば、ビス(4-t-ブチルフェニル)アミン、ポリ(2,2,4-トリメチル-1,2-ジヒドロキノリン)、6-エトキシ-1,2-ジヒドロ-2,2,4-トリメチルキノリン、ジフェニルアミンとアセトンとの反応物、1-(N-フェニルアミノ)-ナフタレン、ジフェニルアミン誘導体、ジアルキルジフェニルアミン類、N,N’-ジフェニル-p-フェニレンジアミン、混合ジアリル-p-フェニレンジアミン、N-フェニル-N’-イソプロピル-p-フェニレンジアミン、N,N’-ジ-2-ナフチル-p-フェニレンジアミン化合物や、下記一般式(1)で表される化合物、下記一般式(3)で表される化合物などが挙げられる。これらは、一種単独でも、複数種を併用してもよい。これらのなかでも、ビス(4-t-ブチルフェニル)アミン、下記一般式(1)で表される化合物、及び下記一般式(3)で表される化合物が好ましく、下記一般式(1)で表される化合物、及び下記一般式(3)で表される化合物がより好ましく、下記一般式(1)で表される化合物が特に好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
 上記一般式(1)中、Yは化学的な単結合、又はSO-を表し、好ましくは-SO-である。
 上記一般式(1)中、R及びRはそれぞれ独立して、置換基を有していてもよい炭素数1~30の有機基を表す。R及びRとしては、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい炭素数2~20のアルキル基、又は置換基を有していてもよい炭素数6~30のアリール基であることが好ましく、置換基を有していてもよい直鎖状又は分岐状の炭素数2~20のアルキル基、もしくは置換基を有していてもよいフェニル基、又は置換基を有していてもよいナフチル基であることがより好ましく、置換基を有していてもよい直鎖状又は分岐状の炭素数2~8のアルキル基、又は置換基を有していてもよいフェニル基であることがさらに好ましく、置換基を有していてもよい直鎖状又は分岐状の炭素数2~8のアルキル基が特に好ましい。
 このようなR及びRを構成する有機基の好ましい具体例としては、α-メチルベンジル基、α,α-ジメチルベンジル基、t-ブチル基、フェニル基、又は4-メチルフェニル基などが挙げられ、これらのなかでも、α,α-ジメチルベンジル基、又は4-メチルフェニル基がより好ましく、α,α-ジメチルベンジル基がさらに好ましい。なお、これらは、それぞれ独立したものとすることができる。
 また、上記一般式(1)中、Z及びZはそれぞれ独立して、化学的な単結合又はSO-であり、Z及びZは、化学的な単結合であることが好ましい。
 さらに、上記一般式(1)中、n及びmはそれぞれ独立して、0又は1であり、かつ、n及びmの少なくとも一方は1である。なお、n及びmは、いずれも1であることが好ましい。
 また、本発明においては、上記一般式(1)で表される化合物のなかでも、下記一般式(2)で表される化合物が好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
 上記式(3)中、A及びAは、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい炭素数1~30の芳香族基を表し、Aは、置換基を有していてもよい炭素数1~30のフェニレン基であることが好ましく、また、Aは、置換基を有していてもよい炭素数1~30のフェニル基である。
 上記式(3)中、Rは、水素原子、ハロゲン原子、又は、置換基を有していていもよい炭素数1~10のアルキル基、シアノ基、ニトロ基、-O-C(=O)-R'、-C(=O)-OR'、-NR'''-C(=O)-R'、-C(=O)-NR'R''、又は-O-C(=O)-NR'R''を表す。
 なお、R'、R''は、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい炭素数1~30の有機基であり、有機基としては、-O-、-S-、-O-C(=O)-、-C(=O)-O-、-O-C(=O)-O-、-NR''''-C(=O)-、-C(=O)-NR''''-、-NR''''-、及び-C(=O)-からなる群より選ばれる少なくとも1種の連結基が介在するものであってもよい。なお、R''''は、置換基を有していてもよい炭素数1~6のアルキル基である。
 また、R'''は、置換基を有していてもよい炭素数1~6のアルキル基である。
 なお、Rとしては、-C(=O)-OR'であることが好ましく、また、この場合において、R'が、置換基を有していてもよい炭素数1~20の芳香族基、特に、炭素数1~18の置換基を有していてもよいフェニル基であることが好ましい。
 本発明の電気化学素子電極用複合粒子中における、酸化防止剤の含有割合は、粒子状バインダ100重量部に対して、好ましくは0.05~3重量部、より好ましくは0.05~22.5重量部、さらに好ましくは0.2~2重量部である。酸化防止剤の含有割合を上記範囲とすることにより、集電体との密着性の低下を防止しながら、粒子状バインダの酸化劣化を有効に防止することができ、これにより、高温サイクル特性、低温サイクル特性及び内部抵抗をより良好にすることができる。
(導電材)
 本発明の電気化学素子電極用複合粒子は、上記各成分に加えて、必要に応じて導電材を含有していてもよい。
 導電材としては、導電性を有する粒子状の材料であればよく、特に限定されないが、たとえば、ファーネスブラック、アセチレンブラック、及びケッチェンブラック等の導電性カーボンブラック;天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛;ポリアクリロニトリル系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、気相法炭素繊維等の炭素繊維;が挙げられる。導電材の平均粒子径は、特に限定されないが、電極活物質の平均粒子径よりも小さいものが好ましく、通常、0.001~10μm、より好ましくは0.05~5μm、さらに好ましくは0.01~1μmの範囲である。導電材の平均粒子径が上記範囲にあると、より少ない使用量で十分な導電性を発現させることができる。
 本発明の電気化学素子電極用複合粒子中における、導電材の含有割合は、電極活物質100重量部に対して、好ましくは0.1~50重量部、より好ましくは0.5~15重量部、さらに好ましくは1~10重量部である。導電材の含有割合を上記範囲とすることにより、得られる電気化学素子の容量を高く保ちながら、内部抵抗を十分に低減することが可能となる。
(分散剤)
 また、本発明の電気化学素子電極用複合粒子は、上記各成分に加えて、必要に応じて分散剤を含有していてもよい。分散剤とは、本発明の電気化学素子電極用複合粒子を構成する各成分を、溶媒に分散又は溶解させてスラリー化する際に、各成分を溶媒中に均一に分散させる作用を有する成分である。分散剤としては、たとえば、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース及びヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース系ポリマー、ならびにこれらのアンモニウム塩又はアルカリ金属塩;ポリ(メタ)アクリル酸ナトリウムなどのポリ(メタ)アクリル酸塩;ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド;ポリビニルピロリドン、ポリカルボン酸、酸化スターチ、リン酸スターチ、カゼイン、各種変性デンプン、キチン、キトサン誘導体などが挙げられる。これらの分散剤は、それぞれ単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。これらのなかでも、セルロース系ポリマーが好ましく、カルボキシメチルセルロース又はそのアンモニウム塩もしくはアルカリ金属塩が特に好ましい。
 本発明の電気化学素子電極用複合粒子中における、分散剤の含有割合は、電極活物質100重量部に対して、好ましくは0.1~50重量部、より好ましくは0.5~10重量部、さらに好ましくは0.8~2重量部である。分散剤の含有割合を上記範囲とすることにより、スラリー中における各成分を良好に分散させることができる。
(電気化学素子電極用複合粒子)
 本発明の複合粒子は、電極活物質、粒子状バインダ、ならびに、必要に応じて添加される酸化防止剤、導電材及び分散剤を含んでなるが、前記のそれぞれが個別に独立した粒子として存在するのではなく、これら各成分の、少なくとも2成分、好ましくは全成分で一粒子を形成するものである。
 具体的には、各成分の個々の粒子の複数個が結合して二次粒子を形成しており、複数個(好ましくは数個~数十個)の電極活物質が、粒子状バインダによって結着されて塊状の粒子を形成しているものが好ましい。
 また、電気化学素子電極用複合粒子としての形状及び構造は特に限定されないが、流動性の観点から、形状は球状に近いものが好ましく、構造は、粒子状バインダが、複合粒子の表面に偏在することなく、複合粒子内に均一に分散する構造が好ましい。
 本発明の電気化学素子電極用複合粒子の製造方法としては、特に限定されないが、以下に説明する噴霧乾燥造粒法によれば、本発明の電気化学素子電極用複合粒子を比較的容易に得ることができるため、好ましい。以下、噴霧乾燥造粒法について説明する。
 まず、電極活物質、粒子状バインダ、ならびに、必要に応じて添加される酸化防止剤、導電材及び分散剤を含有する複合粒子用スラリーを調製する。複合粒子用スラリーは、電極活物質、粒子状バインダ、ならびに、必要に応じて添加される酸化防止剤、導電材及び分散剤を、溶媒に分散又は溶解させることにより調製することができる。なお、この場合において、粒子状バインダ(ニトリル重合体や、アクリル重合体)が分散媒としての水に分散されたものである場合には、水に分散させた状態で添加することができる。また、分散剤が水に溶解した状態である場合には、水に溶解させた状態で添加することができる。
 複合粒子用スラリーを得るために用いる溶媒としては、通常、水が用いられるが、水と有機溶媒との混合溶媒を用いてもよい。この場合に用いることができる有機溶媒としては、たとえば、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール等のアルキルアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン等のアルキルケトン類;テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジグライム等のエーテル類;ジエチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドン、ジメチルイミダゾリジノン等のアミド類;ジメチルスルホキサイド、スルホラン等のイオウ系溶剤;等が挙げられる。これらのなかでも、アルコール類が好ましい。水と、水よりも沸点の低い有機溶媒とを併用することにより、噴霧乾燥時に、乾燥速度を速くすることができる。
 複合粒子用スラリーを調製する際に使用する溶媒の量は、複合粒子用スラリー中の固形分濃度が、好ましくは1~50重量%、より好ましくは5~50重量%、さらに好ましくは10~30重量%の範囲となる量である。固形分濃度を上記範囲とすることにより、粒子状バインダを均一に分散させることができるため、好適である。
 また、複合粒子用スラリーの粘度は、室温において、好ましくは10~3,000mPa・s、より好ましくは30~1,500mPa・s、さらに好ましくは50~1,000mPa・sの範囲である。複合粒子用スラリーの粘度がこの範囲にあると、噴霧乾燥造粒工程の生産性を上げることができる。
 また、本発明においては、複合粒子用スラリーを調製する際に、必要に応じて、界面活性剤を添加してもよい。
 界面活性剤としては、アニオン性、カチオン性、ノニオン性、ノニオニックアニオン等の両性の界面活性剤が挙げられるが、アニオン性又はノニオン性界面活性剤で熱分解しやすいものが好ましい。界面活性剤の配合量は、電極活物質100重量部に対して、好ましくは50重量部以下であり、より好ましくは0.1~10重量部、さらに好ましくは0.5~5重量部である。
 電極活物質、粒子状バインダ、ならびに、必要に応じて添加される酸化防止剤、導電材及び分散剤を溶媒に分散又は溶解する方法又は順番は、特に限定されない。また、混合装置としては、たとえば、ボールミル、サンドミル、ビーズミル、顔料分散機、らい潰機、超音波分散機、ホモジナイザー、ホモミキサー、プラネタリーミキサー等を用いることができる。混合は、通常、室温~80℃の範囲で、10分~数時間行う。
 次いで、得られた複合粒子用スラリーを噴霧乾燥して造粒する。噴霧乾燥は、熱風中にスラリーを噴霧して乾燥する方法である。スラリーの噴霧に用いる装置としてアトマイザーが挙げられる。アトマイザーとしては、回転円盤方式と加圧方式との二種類の装置が挙げられ、回転円盤方式は、高速回転する円盤のほぼ中央にスラリーを導入し、円盤の遠心力によってスラリーが円盤の外に放たれ、その際にスラリーを霧状にする方式である。回転円盤方式において、円盤の回転速度は円盤の大きさに依存するが、通常は5,000~30,000rpm、好ましくは15,000~30,000rpmである。円盤の回転速度が低いほど、噴霧液滴が大きくなり、得られる電気化学素子電極用複合粒子の平均粒子径が大きくなる。回転円盤方式のアトマイザーとしては、ピン型とベーン型が挙げられるが、好ましくはピン型アトマイザーである。ピン型アトマイザーは、噴霧盤を用いた遠心式の噴霧装置の一種であり、該噴霧盤が上下取付円板の間にその周縁に沿ったほぼ同心円上に着脱自在に複数の噴霧用コロを取り付けたもので構成されている。複合粒子用スラリーは噴霧盤中央から導入され、遠心力によって噴霧用コロに付着し、コロ表面を外側へと移動し、最後にコロ表面から離れ噴霧される。一方、加圧方式は、複合粒子用スラリーを加圧してノズルから霧状にして乾燥する方式である。
 噴霧される複合粒子用スラリーの温度は、通常は室温であるが、加温して室温より高い温度としてもよい。また、噴霧乾燥時の熱風温度は、通常80~250℃、好ましくは100~200℃である。噴霧乾燥法において、熱風の吹き込み方法は特に制限されず、たとえば、熱風と噴霧方向が横方向に並流する方式、乾燥塔頂部で噴霧され熱風と共に下降する方式、噴霧した滴と熱風が向流接触する方式、噴霧した滴が最初熱風と並流し次いで重力落下して向流接触する方式等が挙げられる。
 なお、噴霧方法としては、電極活物質、粒子状バインダ、ならびに、必要に応じて添加される酸化防止剤、導電材及び分散剤を含む複合粒子用スラリーを、一括して噴霧する方法以外にも、粒子状バインダ、及び必要に応じて添加される酸化防止剤、導電材及び分散剤を含有するスラリーを、流動している電極活物質に噴霧する方法も用いることができる。粒子径制御の容易性、生産性、粒子径分布が小さくできる、などの観点から、複合粒子の成分等に応じて最適な方法を適宜選択すればよい。
 このようにして得られる本発明の電気化学素子電極用複合粒子の平均粒子径は、好ましくは0.1~1,000μmであり、より好ましくは1~80μm、さらに好ましくは10~70μmである。平均粒子径を上記範囲とすることにより、電気化学素子電極用複合粒子の流動性をより高めることができる。なお、電気化学素子電極用複合粒子の平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置(たとえば、SALD-3100;島津製作所製)にて測定し、算出される体積平均粒子径である。
(電気化学素子電極材料)
 本発明の電気化学素子電極材料は、上述した本発明の電気化学素子電極用複合粒子を含んでなる。本発明の電気化学素子電極用複合粒子は、単独で又は必要に応じて他の結着剤やその他の添加剤を含有させることで、電気化学素子電極材料として用いられる。電気化学素子電極材料中に含有される電気化学素子電極用複合粒子の含有量は、好ましくは50重量%以上、より好ましくは70重量%以上、さらに好ましくは90重量%以上である。
 必要に応じて用いられる他の結着剤としては、たとえば、上述した本発明の電気化学素子電極用複合粒子に含有される粒子状バインダを用いることができる。本発明の電気化学素子電極用複合粒子は、すでに結着剤としての粒子状バインダを含有しているため、電気化学素子電極材料を調製する際に、他の結着剤を別途添加する必要はないが、電気化学素子電極用複合粒子同士の結着力をより高めるために他の結着剤を添加してもよい。また、他の結着剤を添加する場合における該他の結着剤の添加量は、電気化学素子電極用複合粒子中の粒子状バインダとの合計で、電極活物質100重量部に対して、好ましくは0.01~10重量部、より好ましくは0.1~5重量部である。また、その他の添加剤としては、水やアルコールなどの成形助剤等が挙げられ、これらは、本発明の効果を損なわない量を適宜選択して加えることができる。
(電気化学素子電極)
 本発明の電気化学素子電極は、上述した本発明の電気化学素子電極材料からなる活物質層を集電体上に積層してなる。集電体用材料としては、たとえば、金属、炭素、導電性高分子などを用いることができ、好適には金属が用いられる。金属としては、通常、銅、アルミニウム、白金、ニッケル、タンタル、チタン、ステンレス鋼、その他の合金等が使用される。これらの中で導電性、耐電圧性の面から、銅、アルミニウム又はアルミニウム合金を使用するのが好ましい。また、高い耐電圧性が要求される場合には特開2001-176757号公報等で開示される高純度のアルミニウムを好適に用いることができる。集電体は、フィルム又はシート状であり、その厚みは、使用目的に応じて適宜選択されるが、通常1~200μm、好ましくは5~100μm、より好ましくは10~50μmである。
 活物質層を集電体上に積層する際には、活物質としての電気化学素子電極材料をシート状に成形し、次いで集電体上に積層してもよいが、集電体上で電気化学素子電極材料を直接加圧成形する方法が好ましい。加圧成形としては、たとえば、一対のロールを備えたロール式加圧成形装置を用い、集電体をロールで送りながら、スクリューフィーダー等の供給装置で電気化学素子電極材料をロール式加圧成形装置に供給することで、集電体上で、活物質層を成形するロール加圧成形法や、電気化学素子電極材料を集電体上に散布し、電気化学素子電極材料をブレード等でならして厚みを調整し、次いで加圧装置で成形する方法、電気化学素子電極材料を金型に充填し、金型を加圧して成形する方法などが挙げられる。これらのなかでも、ロール加圧成形法が好ましい。特に、本発明の電気化学素子電極用複合粒子は、高い流動性を有しているため、その高い流動性により、ロール加圧成形による成形が可能であり、これにより、生産性の向上が可能となる。
 ロール加圧成形時の温度は、好ましくは0~200℃であり、粒子状バインダのガラス転移温度よりも20℃以上高い温度とすることがより好ましい。ロール加圧成形時の温度を上記範囲とすることにより、活物質層と集電体との密着性を十分なものとすることができる。また、ロール加圧成形時のロール間のプレス線圧は、好ましくは0.2~30kN/cm、より好ましくは1.5~15kN/cmである。線圧を上記範囲とすることにより、活物質の厚みの均一性を向上させることができる。また、ロール加圧成形時の成形速度は、好ましくは0.1~20m/分、より好ましくは4~10m/分である。
 また、成形した電気化学素子電極の厚みのばらつきを無くし、活物質層の密度を上げて高容量化を図るために、必要に応じてさらに後加圧を行ってもよい。後加圧の方法は、ロールによるプレス工程が一般的である。ロールプレス工程では、2本の円柱状のロールをせまい間隔で平行に上下にならべ、それぞれを反対方向に回転させて、その間に電極をかみこませることにより加圧する。この際においては、必要に応じて、ロールは加熱又は冷却等、温度調節してもよい。
 このようにして得られる本発明の電気化学素子電極は、活物質層に、上述した本発明の電気化学素子電極用複合粒子を用いて得られるものであるため、活物質層と集電体との間の密着性が高く、しかも、内部抵抗が低く、サイクル特性に優れたものである。また、本発明によれば、本発明の電気化学素子電極用複合粒子を、水や有機溶剤などの分散媒や溶媒を用いずに、粉体成形により、電極活物質層を形成することができるため、従来から用いられている塗布法を用いた場合のように、電極活物質層内において、バインダが偏在してしまい、これにより内部抵抗が高くなってしまうという不具合や、正極活物質としてニッケルを含有する化合物を用いた場合でも、アルミニウム集電体が腐食してしまい、成形性や電池特性が低下してしまうという不具合の発生を有効に防止することができる。
 また、本発明においては、粒子状バインダとして、ニトリル重合体に加えて、アクリル重合体をも含有するものとした場合には、上記特性に加えて、得られる電気化学素子電極の低温サイクル特性及び低温出力特性をより向上させることが可能となる。さらに、本発明においては、粒子状バインダとして、ニトリル重合体に加えて、アクリル重合体を含有するものを用い、酸化防止剤を併用することにより、バインダの耐酸化性を向上させることができ、そのため、この場合には、本発明の電気化学素子電極は、電気化学素子の正極、特に、電極活物質として、リチウムとニッケルとを含有する複合酸化物などの高容量な電極活物質を用いてなる正極として好適に用いることができる。
(電気化学素子)
 本発明の電気化学素子は、本発明の電気化学素子用電極を備える。電気化学素子としては、リチウムイオン二次電池、電気二重層キャパシタやハイブリッドキャパシタなどが挙げられる。
 本発明の電気化学素子は、たとえば、本発明の電気化学素子用電極を、正極及び/又は負極として用い、必要に応じて正極と負極との間にセパレータを挟み、所定の電解液を封入することにより得ることができる。
 以下に、実施例及び比較例を挙げて、本発明についてより具体的に説明する。各例中の部及び%は、特に断りのない限り、重量基準である。
 なお、各特性の定義及び評価方法は、以下のとおりである。
<ヨウ素価>
 粒子状バインダの水分散液100グラムを、メタノール1リットルで凝固した後、60℃で12時間真空乾燥し、得られた乾燥重合体のヨウ素価を、JIS K6235(2006)に従って測定した。
<ピール強度>
 実施例及び比較例で得られた正極を、正極活物質層面を上にして固定し、正極活物質層の表面にセロハンテープを貼り付けた後、試験片の一端からセロハンテープを50mm/分の速度で180°方向に引き剥がしたときの応力を測定した。そして、この測定を10回行い、その平均値を求め、これをピール強度とした。ピール強度が高いほど、正極活物質層内における密着強度、及び正極活物質層と集電体との間の密着強度が高いと判断できる。なお、ピール強度は、実施例1-1~1-8、比較例1-1~1-8は、以下の基準で評価した。
  A:ピール強度が10N/m以上
  B:ピール強度が10N/m未満、5N/m以上
  C:ピール強度が5N/m未満、1N/m以上
  D:ピール強度が1N/m未満
 また、実施例2-1~2-17では、以下の基準で評価した。
  A:ピール強度が12N/m以上
  B:ピール強度が8N/m以上、12N/m未満
  C:ピール強度が5N/m以上、8N/m未満
  D:ピール強度が5N/m未満
<成形性>
 実施例及び比較例で得られた正極を、幅方向(TD方向)10cm、長さ方向(MD方向)1mにカットし、カットした正極について、TD方向に均等に3点、及びMD方向に均等に5点の合計15点(=3点×5点)の膜厚測定を行い、膜厚の平均値A及び平均値から最も離れた値Bを求めた。そして、平均値A及び最も離れた値Bから、下記式(1)にしたがって、厚みムラを算出し、下記基準にて成形性を評価した。厚みムラが小さいほど、成形性に優れていると判断できる。
 厚みムラ(%)=(|A-B|)×100/A  …(1)
  A:厚みムラが5%未満
  B:厚みムラが5%以上10%未満
  C:厚みムラが10%以上15%未満
  D:厚みムラが15%以上
<内部抵抗>
 実施例及び比較例で得られたコイン型のリチウム二次電池について、電池作製後、24時間静置した後に、室温にて、充電レート0.1Cとした定電流法により、4.2Vまで充電を行ない、その後、-30℃環境下で、0.1Cの定電流で放電を行い、放電開始10秒後の電圧降下量(ΔV)を測定することで、内部抵抗の評価を行った。放電開始10秒後の電圧降下量の値が小さいほど、内部抵抗が小さく、高速充放電が可能であると判断できる。
  A:電圧降下量が0.2V未満
  B:電圧降下量が0.2V以上、0.3V未満
  C:電圧降下量が0.3V以上、0.5V未満
  D:電圧降下量が0.5V以上、0.7V未満
  E:電圧降下量が0.7V以上
<高温サイクル特性>
 各実施例及び比較例で得られたコイン型のリチウム二次電池について、温度60℃の条件にて、充電レート0.2Cとした定電流法により、4.3Vまで充電を行なった後、放電レート0.1Cにて、3.0Vまで放電する充放電試験を50回繰り返した。そして、5回目の充放電試験における放電容量Cap5thと、50回目の充放電試験における放電容量Cap50thとの比((Cap50th/Cap5th)×100%)である50サイクル時容量維持率を求めた。そして、得られた50サイクル時容量維持率に基づき、以下の基準にて、高温サイクル特性を評価した。なお、50サイクル時容量維持率が高いほど、高温でのサイクル試験を行った際の50サイクル目における劣化が少なく、高温サイクル特性に優れると判断できるため、好ましい。
  A:50サイクル時容量維持率が80%以上
  B:50サイクル時容量維持率が70%以上、80%未満
  C:50サイクル時容量維持率が50%以上、70%未満
  D:50サイクル時容量維持率が30%以上、50%未満
  E:50サイクル時容量維持率が30%未満
<低温サイクル特性>
 各実施例及び比較例のうち、実施例2-1~2-17で得られたコイン型のリチウム二次電池について、温度-20℃の条件にて、充電レート0.2Cとした定電流法により、4.3Vまで充電を行なった後、放電レート0.1Cにて、3.0Vまで放電する充放電試験を50回繰り返した。そして、5回目の充放電試験における放電容量Cap5thと、50回目の充放電試験における放電容量Cap50thとの比((Cap50th/Cap5th)×100%)である50サイクル時容量維持率を求めた。そして、得られた50サイクル時容量維持率に基づき、以下の基準にて、低温サイクル特性を評価した。なお、50サイクル時容量維持率が高いほど、低温でのサイクル試験を行った際の50サイクル目における劣化が少なく、低温サイクル特性に優れると判断できるため、好ましい。なお、低温サイクル特性の評価は、各実施例及び比較例のうち、実施例2-1~2-17のみについて行った。
  A:50サイクル時容量維持率が80%以上
  B:50サイクル時容量維持率が70%以上、80%未満
  C:50サイクル時容量維持率が50%以上、70%未満
  D:50サイクル時容量維持率が30%以上、50%未満
  E:50サイクル時容量維持率が30%未満
<低温出力特性>
  各実施例及び比較例のうち、実施例2-1~2-17で得られたコイン型のリチウムイオン二次電池について、25℃の環境下で24時間静置させた後に、25℃の環境下で、4.2V、1Cの充電レートにて充電の操作を行った。その後、-10℃環境下で、1Cの放電レートにて放電の操作を行い、放電開始15秒後の電圧Vを測定した。出力特性は、ΔV=4.2V-Vで示す電圧変化にて評価し、この値が小さいほど出力特性に優れることを示す。なお、低温出力特性の評価は、各実施例及び比較例のうち、実施例2-1~2-17のみについて行った。
  A:電圧降下ΔVが100mV以上、120mV未満
    B:電圧降下ΔVが120mV以上、140mV未満
    C:電圧降下ΔVが140mV以上、160mV未満
    D:電圧降下ΔVが160mV以上、180mV未満
    E:電圧降下ΔVが180mV以上
(製造例1:粒子状飽和化ニトリル重合体(A1)の製造)
 撹拌機付きのオートクレーブに、イオン交換水240部、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム2.5部、アクリロニトリル35部、メタクリル酸5部をこの順で入れ、ボトル内を窒素で置換した後、ブタジエン60部を圧入し、過硫酸アンモニウム0.25部を添加して反応温度40℃で重合反応させ、ニトリル重合体の水分散液を得た。重合転化率は85%であり、ニトリル重合体のヨウ素価は280であった。
 次いで、上記にて得られたニトリル重合体の水分散液の全固形分濃度を12重量%に調整し、固形分濃度を調整したニトリル重合体の水分散液400ミリリットル(全固形分量で48グラム)を、撹拌機付きの1リットルオートクレーブに投入し、窒素ガスを10分間流してニトリル重合体中の溶存酸素を除去した後、水素添加触媒として、酢酸パラジウム75mgを、Pdに対して4倍モルの硝酸を添加した水180mlに溶解して、添加した。そして、系内を水素ガスで2回置換した後、3MPaまで水素ガスで加圧した状態にてオートクレーブの内容物を50℃に加温し、6時間水素添加反応(「第一段階の水素添加反応」という)させた。このとき、ニトリル重合体のヨウ素価は35であった。
 次いで、オートクレーブを大気圧まで戻し、さらに水素添加触媒として、酢酸パラジウム25mgを、Pdに対して4倍モルの硝酸を添加した水60mlに溶解して、添加した。そして、系内を水素ガスで2回置換した後、3MPaまで水素ガスで加圧した状態にてオートクレーブの内容物を50℃に加温し、6時間水素添加反応(「第二段階の水素添加反応」という)させた。
 その後、内容物を常温に戻し系内を窒素雰囲気とした後、エバポレータを用いて、固形分濃度が40%となるまで濃縮することで、粒子状飽和化ニトリル重合体(A1)の水分散液を得た。なお、得られた粒子状飽和化ニトリル重合体(A1)のヨウ素価は7mg/100mg、平均粒径は117nmであった。また、粒子状バインダの水分散液100グラムをメタノール1リットルで凝固し、60℃で12時間真空乾燥することで、乾燥重合体を得て、得られた乾燥重合体の組成をNMRで分析したところ、粒子状飽和化ニトリル重合体(A1)の組成は、アクリロニトリル単位35%、ブタジエン単位及び飽和化ブタジエン単位60%、メタクリル酸単位5%であった。
(製造例2:粒子状飽和化ニトリル重合体(A2)の製造)
 アクリロニトリルの配合量を35部から25部に、ブタジエンの配合量を60部から70部に、それぞれ変更した以外は、製造例1と同様にして、粒子状飽和化ニトリル重合体(A2)の水分散液を得た。得られた粒子状飽和化ニトリル重合体(A2)のヨウ素価は7mg/100mg、平均粒径は123nmであり、粒子状飽和化ニトリル重合体(A2)の組成は、アクリロニトリル単位25%、ブタジエン単位及び飽和化ブタジエン単位70%、メタクリル酸単位5%であった。
(製造例3:粒子状飽和化ニトリル重合体(A3)の製造)
 アクリロニトリルの配合量を35部から15部に、ブタジエンの配合量を60部から80部に、それぞれ変更した以外は、製造例1と同様にして、粒子状飽和化ニトリル重合体(A3)の水分散液を得た。得られた粒子状飽和化ニトリル重合体(A3)のヨウ素価は7mg/100mg、平均粒径は110nmであり、粒子状飽和化ニトリル重合体(A3)の組成は、アクリロニトリル単位15%、ブタジエン単位及び飽和化ブタジエン単位80%、メタクリル酸単位5%であった。
(製造例4:粒子状飽和化ニトリル重合体(A4)の製造)
 第一段階の水素添加反応における、酢酸パラジウムの使用量を75mgから90mgに変更し、かつ、第二段階の水素添加反応における、酢酸パラジウムの使用量を25mgから10mgに変更した以外は、製造例1と同様にして、粒子状飽和化ニトリル重合体(A4)の水分散液を得た。得られた粒子状飽和化ニトリル重合体(A4)のヨウ素価は15mg/100mg、平均粒径は120nmであり、粒子状飽和化ニトリル重合体(A4)の組成は、アクリロニトリル単位35%、ブタジエン単位及び飽和化ブタジエン単位60%、メタクリル酸単位5%であった。
(製造例5:粒子状飽和化ニトリル重合体(A5)の製造)
 第一段階の水素添加反応における、酢酸パラジウムの使用量を75mgから10mgに変更し、かつ、第二段階の水素添加反応を行わなかった以外は、製造例1と同様にして、粒子状飽和化ニトリル重合体(A5)の水分散液を得た。得られた粒子状飽和化ニトリル重合体(A5)のヨウ素価は27mg/100mg、平均粒径は114nmであり、粒子状飽和化ニトリル重合体(A5)の組成は、アクリロニトリル単位35%、ブタジエン単位及び飽和化ブタジエン単位60%、メタクリル酸単位5%であった。
(製造例6:粒子状飽和化ニトリル重合体(A6)の製造)
 メタクリル酸5部の代わりに、マレイン酸5部を使用した以外は、製造例1と同様にして、粒子状飽和化ニトリル重合体(A6)の水分散液を得た。得られた粒子状飽和化ニトリル重合体(A6)のヨウ素価は7mg/100mg、平均粒径は120nmであり、粒子状飽和化ニトリル重合体(A6)の組成は、アクリロニトリル単位35%、ブタジエン単位及び飽和化ブタジエン単位60%、マレイン酸単位5%であった。
(製造例7:粒子状飽和化ニトリル重合体(A7)の製造)
 メタクリル酸5部の代わりに、アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸(AMPS)5部を使用した以外は、製造例1と同様にして、粒子状飽和化ニトリル重合体(A7)の水分散液を得た。得られた粒子状飽和化ニトリル重合体(A7)のヨウ素価は7mg/100mg、平均粒径は122nmであり、粒子状飽和化ニトリル重合体(A7)の組成は、アクリロニトリル単位35%、ブタジエン単位及び飽和化ブタジエン単位60%、アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸単位5%であった。
(製造例8:粒子状飽和化ニトリル重合体(A8)の製造)
 メタクリル酸5部の代わりに、リン酸-2-メタクリロイルオキシエチル5部を使用した以外は、製造例1と同様にして、粒子状飽和化ニトリル重合体(A8)の水分散液を得た。得られた粒子状飽和化ニトリル重合体(A8)のヨウ素価は7mg/100mg、平均粒径は125nmであり、粒子状飽和化ニトリル重合体(A8)の組成は、アクリロニトリル単位35%、ブタジエン単位及び飽和化ブタジエン単位60%、リン酸-2-メタクリロイルオキシエチル単位5%であった。
(製造例9:粒子状飽和化ニトリル重合体(A9)の製造)
 アクリロニトリルの配合量を35部から55部に、ブタジエンの配合量を60部から40部に、それぞれ変更した以外は、製造例1と同様にして、粒子状飽和化ニトリル重合体(A9)の水分散液を得た。得られた粒子状飽和化ニトリル重合体(A9)のヨウ素価は7mg/100mg、平均粒径は128nmであり、粒子状飽和化ニトリル重合体(A9)の組成は、アクリロニトリル単位55%、ブタジエン単位及び飽和化ブタジエン単位40%、メタクリル酸単位5%であった。
(製造例10:粒子状飽和化ニトリル重合体(A10)の製造)
 アクリロニトリルの配合量を35部から2部に、ブタジエンの配合量を60部から93部に、それぞれ変更した以外は、製造例1と同様にして、粒子状飽和化ニトリル重合体(A10)の水分散液を得た。得られた粒子状飽和化ニトリル重合体(A10)のヨウ素価は7mg/100mg、平均粒径は115nmであり、粒子状飽和化ニトリル重合体(A10)の組成は、アクリロニトリル単位2%、ブタジエン単位及び飽和化ブタジエン単位93%、メタクリル酸単位5%であった。
(製造例11:粒子状飽和化ニトリル重合体(A11)の製造)
 第一段階の水素添加反応における、酢酸パラジウムの使用量を75mgから53mgに変更し、かつ、第二段階の水素添加反応を行わなかった以外は、製造例1と同様にして、粒子状飽和化ニトリル重合体(A11)の水分散液を得た。得られた粒子状飽和化ニトリル重合体(A11)のヨウ素価は50mg/100mg、平均粒径は120nmであり、粒子状飽和化ニトリル重合体(A11)の組成は、アクリロニトリル単位35%、ブタジエン単位及び飽和化ブタジエン単位60%、メタクリル酸単位5%であった。
(製造例12:粒子状飽和化ニトリル重合体(A12)の製造)
 第二段階の水素添加反応における、酢酸パラジウムの使用量を25mgから75mgに変更した以外は、製造例1と同様にして、粒子状飽和化ニトリル重合体(A12)の水分散液を得た。得られた粒子状飽和化ニトリル重合体(A12)のヨウ素価は1mg/100mg、平均粒径は119nmであり、粒子状飽和化ニトリル重合体(A12)の組成は、アクリロニトリル単位35%、ブタジエン単位及び飽和化ブタジエン単位60%、メタクリル酸単位5%であった。
(製造例13:粒子状飽和化ニトリル重合体(A13)の製造)
 ブタジエンの配合量を60部から65部に変更し、メタクリル酸を配合しなかった以外は、製造例1と同様にして、粒子状飽和化ニトリル重合体(A13)の水分散液を得た。得られた粒子状飽和化ニトリル重合体(A13)のヨウ素価は7mg/100mg、平均粒径は120nmであり、粒子状飽和化ニトリル重合体(A13)の組成は、アクリロニトリル単位35%、ブタジエン単位及び飽和化ブタジエン単位65%であった。
(製造例14:飽和化ニトリル重合体(A14)の製造)
 撹拌機付きのオートクレーブに、イオン交換水240部、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム2.5部、アクリロニトリル35部、メタクリル酸5部をこの順で入れ、ボトル内を窒素で置換した後、ブタジエン60部を圧入し、過硫酸アンモニウム0.25部を添加して反応温度40℃で重合反応させ、ニトリル重合体の水分散液を得た。重合転化率は85%であり、ニトリル重合体のヨウ素価は280であった。
 次いで、上記にて得られたニトリル重合体の水分散液を、水分散液中のニトリル重合体の量を100重量部とした場合に、12重量部となる量の硫酸マグネシウムの水溶液に加え、撹拌して水分散体を凝固させ、次いで、水で洗浄しつつ濾別した後、60℃で12時間真空乾燥することによりニトリル重合体を得た。
 次いで、上記にて得られたニトリル重合体を、濃度12重量%となるようにアセトンに溶解し、これをオートクレーブに入れ、ニトリル重合体量に対してPd金属量が1000重量ppmとなる量のパラジウム・シリカ触媒を加え、3.0MPaで水素添加反応を行った。水素化反応終了後、大量の水中に注ぐことにより凝固させ、濾別、乾燥を行うことにより飽和化ニトリル重合体(A14)を得た。なお、得られた飽和化ニトリル重合体(A14)はアセトンに溶解しており、粒子形状を有さないものであった。また、飽和化ニトリル重合体(A14)のヨウ素価は7mg/100mgであり、飽和化ニトリル重合体(A14)の組成は、アクリロニトリル単位35%、ブタジエン単位及び飽和化ブタジエン単位60%、メタクリル酸単位5%であった。
 そして、得られた飽和化ニトリル重合体(A14)を、N-メチルピロリドン(NMP)に溶解し、飽和化ニトリル重合体(A14)のN-メチルピロリドン溶液(固形分濃度8%)を得た。
(製造例15:粒子状飽和化ニトリル重合体(A15)の製造)
 アクリロニトリルの配合量を35部から20部に、ブタジエンの配合量を60部から75部に、それぞれ変更した以外は、製造例1と同様にして、粒子状飽和化ニトリル重合体(A15)の水分散液を得た。得られた粒子状飽和化ニトリル重合体(A15)のヨウ素価は7mg/100mg、平均粒径は120nmであり、粒子状飽和化ニトリル重合体(A15)の組成は、アクリロニトリル単位20%、ブタジエン単位及び飽和化ブタジエン単位75%、メタクリル酸単位5%であった。
(製造例16:粒子状飽和化ニトリル重合体(A16)の製造)
 アクリロニトリルの配合量を35部から30部に、ブタジエンの配合量を60部から65部に、それぞれ変更した以外は、製造例1と同様にして、粒子状飽和化ニトリル重合体(A16)の水分散液を得た。得られた粒子状飽和化ニトリル重合体(A16)のヨウ素価は7mg/100mg、平均粒径は117nmであり、粒子状飽和化ニトリル重合体(A16)の組成は、アクリロニトリル単位30%、ブタジエン単位及び飽和化ブタジエン単位65%、メタクリル酸単位5%であった。
(製造例17:粒子状飽和化ニトリル重合体(A17)の製造)
 第二段階の水素添加反応における、酢酸パラジウムの使用量を25mgから75mgに変更した以外は、製造例2と同様にして、粒子状飽和化ニトリル重合体(A17)の水分散液を得た。得られた粒子状飽和化ニトリル重合体(A17)のヨウ素価は4mg/100mg、平均粒径は119nmであり、粒子状飽和化ニトリル重合体(A17)の組成は、アクリロニトリル単位25%、ブタジエン単位及び飽和化ブタジエン単位70%、メタクリル酸単位5%であった。
(製造例18:粒子状飽和化ニトリル重合体(A18)の製造)
 第一段階の水素添加反応における、酢酸パラジウムの使用量を75mgから90mgに変更し、かつ、第二段階の水素添加反応における、酢酸パラジウムの使用量を25mgから10mgに変更した以外は、製造例2と同様にして、粒子状飽和化ニトリル重合体(A18)の水分散液を得た。得られた粒子状飽和化ニトリル重合体(A18)のヨウ素価は9mg/100mg、平均粒径は120nmであり、粒子状飽和化ニトリル重合体(A18)の組成は、アクリロニトリル単位25%、ブタジエン単位及び飽和化ブタジエン単位70%、メタクリル酸単位5%であった。
(製造例19:粒子状飽和化ニトリル重合体(A19)の製造)
 メタクリル酸5部の代わりに、アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸(AMPS)酸5部を使用した以外は、製造例2と同様にして、粒子状飽和化ニトリル重合体(A19)の水分散液を得た。得られた粒子状飽和化ニトリル重合体(A19)のヨウ素価は7mg/100mg、平均粒径は119nmであり、粒子状飽和化ニトリル重合体(A19)の組成は、アクリロニトリル単位25%、ブタジエン単位及び飽和化ブタジエン単位70%、アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸単位(AMPS単位)5%であった。
(製造例20:粒子状アクリル重合体(B1)の製造)
 重合缶Aに、イオン交換水130部を加え、ここに、重合開始剤として過硫酸アンモニウム0.8部及びイオン交換水10部を加え80℃に加温した。また、これとは別の重合缶Bに、アクリル酸2-エチルヘキシル83部、アクリロニトリル15部、メタクリル酸2部、乳化剤としての末端疎水基ポリビニルアルコール(商品名「MP102」、クラレ社製、ノニオン性界面活性剤)10部、及びイオン交換水377部を加えて攪拌することで、エマルジョンを作製した。そして、重合缶B内に作製したエマルジョンを約240分かけて、重合缶Aに逐次添加した後、約30分攪拌し、モノマー消費量が95%になった時点で冷却して反応を終了することで、粒子状アクリル重合体(B1)の水分散液を得た。得られた粒子状アクリル重合体(B1)のガラス転移温度は-30℃、平均粒径は150nmであり、その組成を、H-NMRで測定したところ、アクリル酸2-エチルヘキシル単位83%、アクリロニトリル単位15%、及びメタクリル酸単位2%であった。
(製造例21:粒子状アクリル重合体(B2)の製造)
 アクリル酸2-エチルヘキシルの配合量を83部から78部に、アクリロニトリルの配合量を15部から20部に、それぞれ変更した以外は、製造例20と同様にして、粒子状アクリル重合体(B2)の水分散液を得た。得られた粒子状アクリル重合体(B2)のガラス転移温度は-20℃、平均粒径は150nmであり、粒子状アクリル重合体(B2)の組成は、アクリル酸2-エチルヘキシル単位78%、アクリロニトリル単位20%、及びメタクリル酸単位2%であった。
(製造例22:粒子状アクリル重合体(B3)の製造)
 アクリル酸2-エチルヘキシルの配合量を83部から98部に変更し、アクリロニトリルを配合しなかった以外は、製造例20と同様にして、粒子状アクリル重合体(B3)の水分散液を得た。得られた粒子状アクリル重合体(B3)のガラス転移温度は-60℃、平均粒径は160nmであり、粒子状アクリル重合体(B3)の組成は、アクリル酸2-エチルヘキシル単位98%、及びメタクリル酸単位2%であった。
(製造例23:粒子状アクリル重合体(B4)の製造)
 アクリル酸2-エチルヘキシルの配合量を83部から85部に変更し、メタクリル酸を配合しなかった以外は、製造例20と同様にして、粒子状アクリル重合体(B4)の水分散液を得た。得られた粒子状アクリル重合体(B4)のガラス転移温度は-35℃、平均粒径は152nmであり、粒子状アクリル重合体(B4)の組成は、アクリル酸2-エチルヘキシル単位85%、及びアクリロニトリル単位15%であった。
(製造例24:酸化防止剤(C1)の製造)
 以下の方法に従い、下記式(4)に示す酸化防止剤(C1)を合成した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
 すなわち、まず、温度計を備えた3つ口反応器に窒素気流中、フェノチアジン50.0g(250.92mmol)を加えて、トルエン200mlに溶解させた。次いで、この溶液にα-メチルスチレン59.31g(501.83mmol)とp-トルエンスルホン酸1水和物1.19g(6.27mmol)を加えて80℃にて1時間反応させた。その後、反応液を室温に戻して酢酸48ml、30%過酸化水素水85.34g(752.7mmol)を加えて、さらに80℃にて2時間反応させた。反応液を室温に戻した後、メタノール630mlに投入した。そして、析出した結晶をろ過し、320mlのメタノールで洗浄することで、白色結晶の酸化防止剤(C1)を85.7g、収率73%で得た。得られた酸化防止剤(C1)の構造はH-NMRで同定した。H-NMR(500MHz、DMSO-d6、TMS、δppm):1.67(s,12H),7.15-7.32(m,12H),7.43(dd,2H,J=9.0, 2.0Hz),7.68(d,2H,J=1.5Hz),10.84(s,1H)。
(製造例25:酸化防止剤(C2)の製造)
 以下の方法に従い、下記式(5)に示す酸化防止剤(C2)を合成した。なお、酸化防止剤(C2)を合成する際には、まず、下記式(6)で示される中間体Aを得て、得られた中間体Aを用いて合成した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
 まず、次の方法により、中間体Aを製造した。すなわち、冷却器、温度計を備えた4つ口反応器に窒素気流中、無水トリメリット酸80g(0.42mol)、及び4-アミノジフェニルアミン76.7g(0.42mol)を、酢酸1リットルに溶解した。この溶液をオイルバスにて10時間加熱還流下にて反応を行った。反応終了後、反応液を水2リットルに投入し、固体を析出させた。その後、析出した固体を吸引ろ過した。そして、得られたろ物を水、メタノールの順で洗浄した後、真空乾燥機で乾燥させ、黄緑色固体の中間体A 138.5gを得た(収率:92%)。得られた中間体Aの構造はH-NMRで同定した。H-NMR(500MHz、THF-d8、TMS、δppm):6.97(t、1H、J=7.0Hz)、7.24-7.28(m、4H)、7.33-7.36(m、2H)、7.40-7.42(m、2H)、7.68(s、1H)、8.11(d、1H、J=8.5Hz)、8.56-8.58(m、2H)、12.20(bs、1H)。
 次いで、得られた中間体Aを用いて、次の方法に従い、酸化防止剤(C2)を得た。すなわち、冷却器、温度計及び滴下漏斗を備えた4つ口反応器に窒素気流中、上記にて得られた中間体A 10g(0.028mol)、4-ヒドロキシビフェニル5.7g(0.033mol)及びN,N-ジメチル-4-アミノピリジン400mg(0.0033mol)をN-メチルピロリドン150mlに溶解した。この溶液に室温下にて、1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(WSC)6.4g(0.033mol)を加えた。その後、室温下にて14時間反応を行った。反応終了後、反応液を水に投入し、固体を析出させ、析出した固体を吸引ろ過した。そして、得られた固体をN-メチルピロリドン100mlに再度溶解させ、メタノール1リットルに徐々に投入し固体を析出させた。析出した固体を吸引ろ過し、ろ物をメタノールで洗浄した。さらに再度、得られた固体をN-メチルピロリドン100mlに溶解させ、メタノール1リットルに徐々に投入し固体を析出させた。析出した固体を吸引ろ過し、ろ物をメタノールで洗浄した。そして、得られたろ物を真空乾燥機で乾燥させ、黄色固体の酸化防止剤(C2)を12.1g得た(収率::85%)。得られた酸化防止剤(C2)の構造はH-NMRで同定した。H-NMR(500MHz、DMF-d7、TMS、δppm):6.92(t、1H、J=7.5Hz)、7.25(d、2H、J=7.5Hz)、7.29-7.33(m、4H)、7.41-7.44(m、3H)、7.52(t、2H、J=8.0Hz)、7.57(d、2H、J=9.0Hz)、7.77(dd、2H、J=1.0Hz、8.5Hz)、7.87(d、2H、J=11.5Hz)、8.22(d、1H、J=13.5Hz)、8.49(s、1H)、8.58-8.59(m、1H)、8.71(dd、1H、J=1.5Hz、7.5Hz)。
(実施例1-1)
 正極用複合粒子スラリーの製造
 正極活物質としてのLiNiO 100部、導電材としてのアセチレンブラック(HS-100、電気化学工業社製)2部、バインダとしての製造例1で得られた粒子状飽和化ニトリル重合体(A1)の水分散液を固形分換算で2.5部、及び増粘剤としてのエーテル化度が0.8のカルボキシメチルセルロース水溶液を固形分換算で2部を混合し、さらにイオン交換水を適量加え、プラネタリーミキサーにて混合分散して固形分濃度20%の正極用複合粒子スラリーを調製した。
 正極用複合粒子の製造
 上記にて得られた正極用複合粒子スラリーを、スプレー乾燥機(大川原化工機社製)を使用し、回転円盤方式のアトマイザ(直径65mm)を用い、回転数25,000rpm、熱風温度150℃、粒子回収出口の温度90℃の条件にて、噴霧乾燥造粒を行い、正極用複合粒子を得た。得られた複合粒子の平均体積粒子径は40μmであった。
 正極の製造
 上記にて得られた正極用複合粒子を、ロールプレス機(押し切り粗面熱ロール、ヒラノ技研工業社製)のロール(ロール温度100℃、プレス線圧4.0kN/cm)に、集電体としてのアルミニウム箔とともに供給し、成形速度20m/分で、集電体としてのアルミニウム箔上に、シート状に成形し、厚さ80μmの正極活物質層を有する正極を得た。
 負極用複合粒子スラリーの製造
 負極活物質としての人造黒鉛(平均粒子径:24.5μm)100部、バインダとしての製造例1で得られた粒子状飽和化ニトリル重合体(A1)の水分散液を固形分換算で2.7部、及び増粘剤としてのエーテル化度が0.8のカルボキシメチルセルロース水溶液を固形分換算で0.7部を混合し、さらにイオン交換水を適量加え、プラネタリーミキサーにて混合分散して固形分濃度20%の負極用複合粒子スラリーを調製した。
 負極用複合粒子の製造
 上記にて得られた負極用複合粒子スラリーを、スプレー乾燥機(大川原化工機社製)を使用し、回転円盤方式のアトマイザ(直径65mm)を用い、回転数25,000rpm、熱風温度150℃、粒子回収出口の温度90℃の条件にて、噴霧乾燥造粒を行い、負極用複合粒子を得た。得られた複合粒子の平均体積粒子径は40μmであった。
 負極の製造
 上記にて得られた負極用複合粒子を、ロールプレス機(押し切り粗面熱ロール、ヒラノ技研工業社製)のロール(ロール温度100℃、プレス線圧4.0kN/cm)に、集電体としての銅箔とともに供給し、成形速度20m/分で、集電体としての銅箔上に、シート状に成形し、厚さ80μmの負極活物質層を有する負極を得た。
 リチウムイオン二次電池の製造
  上記にて得られた正極を直径13mmの円盤状に、また、上記にて得られた負極を直径14mmの円盤状に、それぞれ切り抜いた。そして、13mmの円盤状の正極上に、径18mm、厚さ25μmの円盤状のポリプロピレン製多孔膜からなるセパレータ、14mmの円盤状の負極をこの順に積層し、これをポリプロピレン製パッキンを設置したステンレス鋼製のコイン型外装容器(直径20mm、高さ1.8mm、ステンレス鋼厚さ0.25mm)中に収納した。次いで、この容器中に電解液(溶媒:エチレンカーボネート/ジエチルカーボネート=1/2(20℃での容積比)、電解質:1MのLiPF)を空気が残らないように注入し、ポリプロピレン製パッキンを介して外装容器に厚さ0.2mmのステンレス鋼のキャップをかぶせて固定し、電池缶を封止して、直径20mm、厚さ約2mmのコイン型のリチウムイオン二次電池(コインセルCR2032)を製造した。
 そして、上記にて得られた正極を用いてピール強度及び成形性の評価を、リチウムイオン二次電池を用いて内部抵抗及び高温サイクル特性の評価を、それぞれ行った。結果を表1に示す。
(実施例1-2~1-8)
 正極用複合粒子及び負極用複合粒子を製造する際に用いるバインダとして、製造例1で得られた粒子状飽和化ニトリル重合体(A1)の水分散液の代わりに、製造例2~8でそれぞれ得られた粒子状飽和化ニトリル重合体(A2)~(A8)の水分散液を、それぞれ使用した以外は、実施例1-1と同様にして、正極、負極及びリチウムイオン二次電池を製造し、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
(比較例1-1~1-5)
 正極用複合粒子及び負極用複合粒子を製造する際に用いるバインダとして、製造例1で得られた粒子状飽和化ニトリル重合体(A1)の水分散液の代わりに、製造例9~13でそれぞれ得られた粒子状飽和化ニトリル重合体(A9)~(A13)の水分散液を、それぞれ使用した以外は、実施例1-1と同様にして、正極、負極及びリチウムイオン二次電池を製造し、同様に評価を行った。結果を表2に示す。
(比較例1-6)
 正極用複合粒子及び負極用複合粒子を製造する際に用いるバインダとして、製造例1で得られた粒子状飽和化ニトリル重合体(A1)の水分散液の代わりに、製造例14でそれぞれ得られた飽和化ニトリル重合体(A14)のN-メチルピロリドン溶液を使用した以外は、実施例1-1と同様にして、正極、負極及びリチウムイオン二次電池を製造し、同様に評価を行った。なお、飽和化ニトリル重合体(A14)のN-メチルピロリドン溶液の配合量は、固形分換算で1部とした。結果を表2に示す。
(比較例1-7)
 実施例1-1と同様にして正極用複合粒子スラリーを調製し、得られた正極用複合粒子スラリーを、コンマコーターで集電体としてのアルミニウム箔上に塗布し、150℃で2時間加熱処理して電極原反を得た。そして、この電極原反をロールプレスで圧延することで、正極活物質層の厚みが80μmの正極を作製した。
 また、上記とは別に、実施例1-1と同様にして負極用複合粒子スラリーを調製し、得られた負極用複合粒子スラリーを、コンマコーターで集電体としての銅箔上に塗布し、150℃で2時間加熱処理して電極原反を得た。そして、電極原反をロールプレスで圧延することで、負極活物質層の厚みが80μmの負極を作製した。
 そして、上記にて得られた正極及び負極を使用した以外は、実施例1-1と同様にして、リチウムイオン二次電池を製造し、同様に評価を行った。結果を表2に示す。
(比較例1-8)
 製造例1で得られた粒子状飽和化ニトリル重合体(A1)の水分散液100部に、N-メチルピロリドン320部を加えて、次いで減圧下で水を蒸発させることで、粒子状飽和化ニトリル重合体(A1)のN-メチルピロリドン溶液を得た。なお、粒子状飽和化ニトリル重合体(A1)は、N-メチルピロリドン溶液中において、粒子形状を有さないものであった。
 そして、製造例14で得られた飽和化ニトリル重合体(A14)のN-メチルピロリドン溶液の代わりに、上記にて得られた粒子状飽和化ニトリル重合体(A1)のN-メチルピロリドン溶液を用いた以外は、比較例1-7と同様にして、正極用複合粒子スラリー及び負極用複合粒子スラリーを得た。
 そして、上記にて得られた正極用複合粒子スラリー及び負極用複合粒子スラリーを用いて、比較例1-7と同様にして、正極及び負極を作製し、作製した正極及び負極を用いて、リチウムイオン二次電池を製造し、同様に評価を行った。結果を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
(実施例1-1~1-8、比較例1-1~1-8の評価)
 表1に示すように、本発明所定の粒子状バインダを用いた場合には、得られる電極はピール強度及び成形性に優れ、また、電池とした際における内部抵抗が低く、高温サイクル特性に優れるものであった(実施例1-1~1-8)。
 一方、粒子状バインダとして、アクリロニトリル単位が多過ぎるものを用いた場合には、電極とした場合に成形性が低下し、電池とした際における内部抵抗及び高温サイクル特性が低下する結果となった(比較例1-1)。
 また、粒子状バインダとして、アクリロニトリル単位が少な過ぎるものを用いた場合や、ヨウ素価が低過ぎるものを用いた場合には、電極とした場合にピール強度及び成形性が低下し、また、電池とした際における内部抵抗及び高温サイクル特性も低下する結果となった(比較例1-2,1-4)。
 さらに、粒子状バインダとして、ヨウ素価が高過ぎるものを用いた場合には、電池とした際における内部抵抗及び高温サイクル特性も低下する結果となった(比較例1-3)。
 あるいは、粒子状バインダとして、酸性官能基を有する単量体単位を含有しないものを用いた場合には、電極とした場合にピール強度が低下し、また、電池とした際における内部抵抗及び高温サイクル特性も低下する結果となった(比較例1-5)。
 さらに、バインダを製造する際における水素化反応をアセトン中で行ったため、粒子形状を有しないバインダを用いた場合や、塗布成形により電極を形成した場合には、電極とした場合にピール強度及び成形性が低下し、また、電池とした際における内部抵抗及び高温サイクル特性も低下する結果となった(比較例1-6,1-7)。
 また、粒子状バインダをN-メチルピロリドンに溶解した結果、粒子形状を有さない状態となり、バインダを粒子形状を有さない状態で用いた場合には、電池とした際における内部抵抗及び高温サイクル特性も低下する結果となった(比較例1-8)。
 なお、上記各比較例のうち、比較例1-7においては、正極活物質としてのLiNiOを含む水分散スラリーを集電体としてのアルミニウム箔に直接塗布したことにより、アルミニウム箔に腐食が発生する結果となった。また、比較例1-7,1-8においては、塗布成形により正極及び負極を形成したため、バインダが電極活物質層表面に偏在化するという不具合も認められた。
(実施例2-1)
 正極用複合粒子スラリーの製造
 正極活物質としてのLiNiO 100部、導電材としてのアセチレンブラック(HS-100、電気化学工業社製)2部、バインダとしての製造例2で得られた粒子状飽和化ニトリル重合体(A2)の水分散液を固形分換算で1.25部、同じくバインダとしての製造例20で得られた粒子状アクリル重合体(B1)の水分散液を固形分換算で1.25部、製造例24で得られた酸化防止剤(C1)0.025部(バインダ100部に対して、1部)及び分散剤としてのエーテル化度が0.8のカルボキシメチルセルロース水溶液を固形分換算で2部を混合し、さらにイオン交換水を適量加え、プラネタリーミキサーにて混合分散して固形分濃度20%の正極用複合粒子スラリーを調製した。
 正極用複合粒子の製造
 上記にて得られた正極用複合粒子スラリーを、スプレー乾燥機(大川原化工機社製)を使用し、回転円盤方式のアトマイザ(直径65mm)を用い、回転数25,000rpm、熱風温度150℃、粒子回収出口の温度90℃の条件にて、噴霧乾燥造粒を行い、正極用複合粒子を得た。得られた複合粒子の平均体積粒子径は40μmであった。
 正極の製造
 上記にて得られた正極用複合粒子を、ロールプレス機(押し切り粗面熱ロール、ヒラノ技研工業社製)のロール(ロール温度100℃、プレス線圧4.0kN/cm)に、集電体としてのアルミニウム箔とともに供給し、成形速度20m/分で、集電体としてのアルミニウム箔上に、シート状に成形し、厚さ80μmの正極活物質層を有する正極を得た。
 負極用複合粒子スラリーの製造
 負極活物質としての人造黒鉛(平均粒子径:24.5μm)100部、バインダとしてのスチレン-ブタジエンゴムの水分散液(商品名「BM-480B」、日本ゼオン社製)を固形分換算で2.7部、及び分散剤としてのエーテル化度が0.8のカルボキシメチルセルロース水溶液を固形分換算で0.7部を混合し、さらにイオン交換水を適量加え、プラネタリーミキサーにて混合分散して固形分濃度20%の負極用複合粒子スラリーを調製した。
 負極用複合粒子の製造
 上記にて得られた負極用複合粒子スラリーを、スプレー乾燥機(大川原化工機社製)を使用し、回転円盤方式のアトマイザ(直径65mm)を用い、回転数25,000rpm、熱風温度150℃、粒子回収出口の温度90℃の条件にて、噴霧乾燥造粒を行い、負極用複合粒子を得た。得られた複合粒子の平均体積粒子径は40μmであった。
 負極の製造
 上記にて得られた負極用複合粒子を、ロールプレス機(押し切り粗面熱ロール、ヒラノ技研工業社製)のロール(ロール温度100℃、プレス線圧4.0kN/cm)に、集電体としての銅箔とともに供給し、成形速度20m/分で、集電体としての銅箔上に、シート状に成形し、厚さ80μmの負極活物質層を有する負極を得た。
 リチウムイオン二次電池の製造
  上記にて得られた正極を直径13mmの円盤状に、また、上記にて得られた負極を直径14mmの円盤状に、それぞれ切り抜いた。そして、13mmの円盤状の正極上に、径18mm、厚さ25μmの円盤状のポリプロピレン製多孔膜からなるセパレータ、14mmの円盤状の負極をこの順に積層し、これをポリプロピレン製パッキンを設置したステンレス鋼製のコイン型外装容器(直径20mm、高さ1.8mm、ステンレス鋼厚さ0.25mm)中に収納した。次いで、この容器中に電解液(溶媒:エチレンカーボネート/ジエチルカーボネート=1/2(20℃での容積比)、電解質:1MのLiPF)を空気が残らないように注入し、ポリプロピレン製パッキンを介して外装容器に厚さ0.2mmのステンレス鋼のキャップをかぶせて固定し、電池缶を封止して、直径20mm、厚さ約2mmのコイン型のリチウムイオン二次電池(コインセルCR2032)を製造した。
 そして、上記にて得られた正極を用いてピール強度及び成形性の各評価を、リチウムイオン二次電池を用いて内部抵抗、高温サイクル特性、低温サイクル特性及び低温出力特性の各評価を、上述した方法にしたがって、それぞれ行った。また、上記にて正極複合粒子を製造する際に用いた粒子状バインダのヨウ素価についても、上述した方法にしたがって、測定した。結果を表3に示す。
(実施例2-2,2-3)
 正極複合粒子を製造する際に用いる正極活物質として、LiNiOの代わりに、LiFePO(実施例2-2)及びLiCoO(実施例2-3)を、それぞれ使用した以外は、実施例2-1と同様にして、正極、負極及びリチウムイオン二次電池を製造し、同様に評価を行った。結果を表3に示す。
(実施例2-4~2-8)
 正極複合粒子を製造する際に用いるバインダとして、製造例2で得られた粒子状飽和化ニトリル重合体(A2)の水分散液の代わりに、製造例15~19でそれぞれ得られた粒子状飽和化ニトリル重合体(A15)~(A19)の水分散液を、それぞれ使用した以外は、実施例2-1と同様にして、正極、負極及びリチウムイオン二次電池を製造し、同様に評価を行った。結果を表3に示す。
(実施例2-9~2-11)
 正極複合粒子を製造する際に用いるバインダとして、製造例20で得られた粒子状アクリル重合体(B1)の水分散液の代わりに、製造例21~23でそれぞれ得られた粒子状アクリル重合体(B2)~(B4)の水分散液を、それぞれ使用した以外は、実施例2-1と同様にして、正極、負極及びリチウムイオン二次電池を製造し、同様に評価を行った。結果を表3に示す。
(実施例2-12)
 正極複合粒子を製造する際における、バインダとしての粒子状飽和化ニトリル重合体(A2)の水分散液の配合量を1.25部から1.75部(固形分換算)に、同じくバインダとしての粒子状アクリル重合体(B1)の水分散液の配合量を1.25部から0.75部(固形分換算)に、それぞれ変更した以外は、実施例2-1と同様にして、正極、負極及びリチウムイオン二次電池を製造し、同様に評価を行った。結果を表3に示す。
(実施例2-13)
 正極複合粒子を製造する際における、バインダとしての粒子状飽和化ニトリル重合体(A2)の水分散液の配合量を1.25部から0.75部(固形分換算)に、同じくバインダとしての粒子状アクリル重合体(B1)の水分散液の配合量を1.25部から1.75部(固形分換算)に、それぞれ変更した以外は、実施例2-1と同様にして、正極、負極及びリチウムイオン二次電池を製造し、同様に評価を行った。結果を表4に示す。
(実施例2-14,2-15)
 正極複合粒子を製造する際における、酸化防止剤(C1)の配合量を、それぞれ、0.005部(バインダ100部に対して、0.2部)(実施例2-14)、及び0.05部(バインダ100部に対して、2部)(実施例2-15)に変更した以外は、実施例2-1と同様にして、正極、負極及びリチウムイオン二次電池を製造し、同様に評価を行った。結果を表4に示す。
(実施例2-16,2-17)
 正極複合粒子を製造する際に用いる酸化防止剤として、製造例24で得られた酸化防止剤(C1)の代わりに、それぞれ、製造例25で得られた酸化防止剤(C2)(実施例2-16)、及びビス(4-t-ブチルフェニル)アミン(実施例2-17)を使用した以外は、実施例2-1と同様にして、正極、負極及びリチウムイオン二次電池を製造し、同様に評価を行った。結果を表4に示す。 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
(実施例2-1~2-17の評価)
 表3,4に示すように、バインダとして粒子状のニトリル重合体及び粒子状のアクリル重合体を併用し、かつ、酸化防止剤を配合してなる正極複合粒子を用いた場合には、得られる正極はピール強度及び成形性に優れ、また、電池とした際における内部抵抗が低く、高温サイクル特性、低温サイクル特性及び低温出力特性に優れるものであった(実施例2-1~2-17)。

Claims (12)

  1.   電極活物質、及び粒子状のバインダを含んでなり、
      前記バインダが、ニトリル基含有単量体単位、酸性官能基を有する単量体単位及び炭素数が4以上の直鎖アルキレン構造含有単量体単位を含有し、前記ニトリル基含有単量体単位の含有割合が10~50重量%であり、かつ、ヨウ素価が3~40mg/100mgの共重合体を含む電気化学素子電極用複合粒子。
  2.   前記酸性官能基が、カルボン酸基、スルホン酸基及びリン酸基から選ばれる少なくとも1つである請求項1に記載の電気化学素子電極用複合粒子。
  3.  前記バインダが、さらに(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を主成分として含むアクリル重合体を含有し、
     バインダ全体のヨウ素価が3~30mg/100mgである請求項1又は2に記載の電気化学素子電極用複合粒子。
  4.  前記バインダ100重量部に対して、酸化防止剤を0.05~3重量部をさらに含有する、請求項3に記載の電気化学素子電極用複合粒子。
  5.  前記酸化防止剤が、アミン系酸化防止剤及び/又はフェノール系酸化防止剤である請求項4に記載の電気化学素子電極用複合粒子。
  6.   請求項1~5のいずれかに記載の電気化学素子電極用複合粒子を含んでなることを特徴とする電気化学素子電極材料。
  7.   請求項6に記載の電気化学素子電極材料から形成される活物質層を集電体上に積層してなることを特徴とする電気化学素子電極。
  8.   前記活物質層を前記集電体上に、加圧成形により積層してなることを特徴とする請求項7に記載の電気化学素子電極。
  9.   前記活物質層を前記集電体上に、ロール加圧成形により積層してなることを特徴とする請求項7に記載の電気化学素子電極。
  10.   請求項7~9のいずれかに記載の電気化学素子電極を備える電気化学素子。
  11.   請求項1~3に記載の電気化学素子電極用複合粒子を製造する方法であって、
      前記電極活物質、及び前記バインダを水に分散させてスラリーを得る工程と、前記スラリーを噴霧乾燥して造粒する工程と、を有する電気化学素子電極用複合粒子の製造方法。
  12.   請求項4又は5に記載の電気化学素子電極用複合粒子を製造する方法であって、
      前記電極活物質、前記バインダ及び前記酸化防止剤を水に分散させてスラリーを得る工程と、前記スラリーを噴霧乾燥して造粒する工程と、を有する電気化学素子電極用複合粒子の製造方法。
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