WO2013062088A1 - 導電性接着剤組成物、接着剤層付集電体および電気化学素子電極 - Google Patents

導電性接着剤組成物、接着剤層付集電体および電気化学素子電極 Download PDF

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智一 佐々木
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Definitions

  • the present invention relates to a conductive adhesive composition, and in particular, a conductive adhesive layer having a uniform and good adhesion on a current collector surface constituting an electrode of an electrochemical element such as a lithium ion secondary battery or a lithium ion capacitor. It relates to an adhesive composition suitable for forming.
  • the present invention also provides a current collector with an adhesive layer having a conductive adhesive layer formed from such an adhesive composition, and an electrode active material layer containing an electrode active material on the conductive adhesive layer of the current collector
  • the present invention relates to an electrochemical element electrode in which is formed.
  • Lithium-ion secondary batteries have a relatively high energy density, so they are used in the fields of mobile phones and notebook personal computers, and electric double layer capacitors can be charged and discharged rapidly. It is used as a small power source. Furthermore, the electric double layer capacitor is expected to be applied as a large power source for electric vehicles.
  • lithium ion capacitors that take advantage of lithium ion secondary batteries and electric double layer capacitors are attracting attention because of their high energy density and power density. With the expansion and development of applications, these electrochemical devices are required to be further improved such as lowering resistance, increasing capacity, and improving mechanical properties.
  • These electrochemical elements are provided with a positive electrode and a negative electrode, and by using an organic electrolyte, the operating voltage can be increased and the energy density can be increased.
  • an organic electrolyte there is a problem that the contact resistance between the current collector and the electrode active material layer is large, the electrode strength is small, and the internal resistance is large.
  • these electrochemical elements can increase the operating voltage and energy density by using an organic electrolytic solution, but on the other hand, since the viscosity of the electrolytic solution is high, there is a problem that the internal resistance is large. there were. Therefore, various studies have been made to solve these problems.
  • Patent Document 1 (WO2011 / 13756) includes a conductive material such as carbon black, an acrylic binder, and a conductive material including carboxymethylcellulose (hereinafter, sometimes referred to as “CMC”) as a dispersant.
  • CMC carboxymethylcellulose
  • the binder for the conductive adhesive as described above, various binder polymers such as diene polymers are used in addition to acrylic polymers, but generally water-insoluble polymers are used as binders. in use.
  • the conductive adhesive layer includes CMC used for improving the dispersibility of the conductive material and the binder.
  • CMC is contained in the aqueous coating liquid for forming the conductive adhesive layer, it is difficult for water to evaporate from the coating film (adhesive layer) even if the coating liquid is applied and then dried. Takes time. Furthermore, since moisture hardly evaporates, moisture may remain in the adhesive layer. If moisture remains in the adhesive layer, the electrolytic element is decomposed during repeated operation of the electrochemical element, and the lifetime of the electrochemical element is impaired. In addition, since CMC also has an action as a thickener, it is easy to adjust the viscosity of the coating solution, but when the amount is increased to improve dispersibility, the coating solution thickens and the coating thickness increases. It becomes difficult to make the adhesive layer thin.
  • an object of the present invention is to provide a conductive adhesive composition used for forming a conductive adhesive layer capable of sufficiently adhering a current collector and an electrode active material layer even if it is thinned.
  • the present inventor has continually studied to solve the above problems, and as a dispersant for the conductive adhesive layer provided between the current collector and the electrode active material layer, a water-soluble polymer having a specific composition is used. By using it, the conductive material and the binder are uniformly dispersed, there is little residual moisture after coating and drying, and even if the adhesive layer is thinned, the current collector and the electrode active material layer are sufficiently adhered As a result, the present invention has been completed.
  • a conductive adhesive composition comprising a conductive carbon material, a water-soluble polymer and a binder, Conductive adhesion wherein the water-soluble polymer is a copolymer comprising an ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer unit, a (meth) acrylic acid ester monomer unit, and a fluorine-containing (meth) acrylic acid ester monomer unit Agent composition.
  • a current collector with a conductive adhesive layer comprising a conductive adhesive layer comprising a water-soluble polymer containing a body unit.
  • An electrode for an electrochemical element having an electrode active material layer comprising an electrode active material and a binder.
  • An electrochemical element comprising a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, and a separator, wherein at least one of the positive electrode and the negative electrode is an electrode for an electrochemical element according to (9).
  • the composition is obtained.
  • the water-soluble polymer has affinity for both the conductive material and the binder constituting the adhesive layer, and can uniformly disperse the conductive material and the binder.
  • the coating film can be dried in a short time, and no moisture remains in the resulting coating film (adhesive layer). For this reason, even if the electrochemical device is operated repeatedly, the electrolyte does not decompose and the function of the device is maintained for a long time.
  • the adhesive layer can be thinned. Even if the layer is thinned, a conductive adhesive layer that can sufficiently adhere the current collector and the electrode active material layer can be formed. .
  • the water-soluble polymer contains an ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer unit, a (meth) acrylic acid ester monomer unit, and a fluorine-containing (meth) acrylic acid ester monomer unit.
  • the ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer unit is considered to improve the adhesion to the current collector and electrode active material layer.
  • the (meth) acrylic acid ester monomer unit mainly contributes to the improvement of the flexibility of the conductive adhesive layer.
  • alkali resistance is provided to the conductive adhesive layer by including a fluorine-containing (meth) acrylic acid ester monomer unit.
  • the slurry for electrode formation may contain an alkaline substance, and the alkaline substance may be generated by oxidation-reduction due to the operation of the electrochemical element.
  • Such an alkaline substance corrodes the current collector and impairs the performance and life of the electrochemical device.
  • the conductive adhesive layer has alkali resistance, corrosion of the current collector due to the alkaline substance is suppressed. . And by these effects, the high-temperature storage characteristic and high-temperature cycling characteristic, and low-temperature output characteristic of the electrochemical element obtained can be improved with good balance.
  • the conductive adhesive composition according to the present invention contains a conductive carbon material, a water-soluble polymer and a binder, and may contain other components as necessary. Hereinafter, each component will be described.
  • the form of the conductive carbon material used in the conductive adhesive composition according to the present invention is not particularly limited, but is generally a carbon particle. It is.
  • a carbon particle is a particle which consists only of carbon, or consists only of carbon substantially. Specific examples include graphite with high conductivity due to the presence of delocalized ⁇ -electrons (specifically, natural graphite, artificial graphite, etc.), and several layers of graphitic carbon microcrystals gathered together to form a turbulent structure.
  • Carbon black specifically, acetylene black, ketjen black, other furnace blacks, channel blacks, thermal lamp blacks, etc.
  • carbon fibers carbon whiskers, etc.
  • Graphite or carbon black is particularly preferable in that the particles can be packed at high density, the electron transfer resistance of the conductive adhesive layer can be reduced, and the internal resistance of the device can be further reduced.
  • These conductive carbon materials may be used alone or in combination of two kinds.
  • the electrical resistivity of the conductive carbon material is preferably 0.0001 to 1 ⁇ ⁇ cm, more preferably 0.0005 to 0.5 ⁇ ⁇ cm, and particularly preferably 0.001 to 0.1 ⁇ ⁇ cm.
  • the electrical resistivity is a resistance value converged with respect to the pressure measured by continuously applying pressure to the carbon particles using a powder resistance measurement system (MCP-PD51 type: manufactured by Dia Instruments).
  • the electrical resistivity ⁇ ( ⁇ ⁇ cm) R ⁇ (S / d) is calculated from R ( ⁇ ), the area S (cm 2 ) and the thickness d (cm) of the compressed carbon particle layer.
  • the volume average particle diameter of the conductive carbon material is preferably 0.01 to 20 ⁇ m, more preferably 0.05 to 15 ⁇ m, and particularly preferably 0.1 to 10 ⁇ m.
  • the volume average particle diameter of the conductive carbon material is within this range, the conductive carbon material of the conductive adhesive layer is filled with high density, so that the electron transfer resistance is further reduced and the internal resistance of the electrochemical device is further increased. Reduce.
  • the volume average particle diameter is a volume average particle diameter calculated by measuring with a laser diffraction particle size distribution analyzer (SALD-3100, manufactured by Shimadzu Corporation).
  • the water-soluble polymer is a copolymer containing an ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer unit, a (meth) acrylic acid ester monomer unit, and a fluorine-containing (meth) acrylic acid ester monomer unit.
  • This copolymer may further contain a crosslinkable monomer unit, a structural unit derived from a functional monomer such as a reactive surfactant monomer, and other copolymer units.
  • a structural unit derived from a polymerizable monomer may be contained.
  • the ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer unit is a structural unit obtained by polymerizing an ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer.
  • the ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer include ethylenically unsaturated monocarboxylic acid and derivatives thereof, ethylenically unsaturated dicarboxylic acid and acid anhydrides thereof, and derivatives thereof.
  • Examples of ethylenically unsaturated monocarboxylic acids include acrylic acid, methacrylic acid, and crotonic acid.
  • Examples of derivatives of ethylenically unsaturated monocarboxylic acids include 2-ethylacrylic acid, isocrotonic acid, ⁇ -acetoxyacrylic acid, ⁇ -trans-aryloxyacrylic acid, ⁇ -chloro- ⁇ -E-methoxyacrylic acid, And ⁇ -diaminoacrylic acid.
  • Examples of ethylenically unsaturated dicarboxylic acids include maleic acid, fumaric acid, and itaconic acid.
  • Examples of acid anhydrides of ethylenically unsaturated dicarboxylic acids include maleic anhydride, acrylic anhydride, methyl maleic anhydride, and dimethyl maleic anhydride.
  • Examples of derivatives of ethylenically unsaturated dicarboxylic acids include methylmaleic acid, dimethylmaleic acid, phenylmaleic acid, chloromaleic acid, dichloromaleic acid, fluoromaleic acid and the like methylallyl maleate; and diphenyl maleate, nonyl maleate And maleate esters such as decyl maleate, dodecyl maleate, octadecyl maleate and fluoroalkyl maleate.
  • ethylenically unsaturated monocarboxylic acids such as acrylic acid and methacrylic acid are preferable. It is because the dispersibility with respect to water of the obtained water-soluble polymer can be improved more.
  • the ratio of the ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer unit in the water-soluble polymer is preferably 20% by mass or more, more preferably 25% by mass or more, particularly preferably 30% by mass or more, and preferably 60% by mass or less. More preferably, it is 55 mass% or less, Most preferably, it is 50 mass% or less.
  • the water-soluble polymer contains the ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer unit in such a range, the water-soluble polymer comes to exhibit adhesion to the current collector and the electrode active material layer, and constitutes an electrode. It is considered that the adhesion of each layer is improved.
  • the ratio of ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer units in the water-soluble polymer is adjusted by the ratio (preparation ratio) of ethylenically unsaturated carboxylic acid monomers in all monomers used for the polymerization of the water-soluble polymer.
  • the ratio of the monomer units corresponds to the ratio of monomer (charge ratio).
  • the (meth) acrylic acid ester monomer unit is a structural unit obtained by polymerizing a (meth) acrylic acid ester monomer.
  • those containing fluorine are distinguished from (meth) acrylate monomers as fluorine-containing (meth) acrylate monomers described later.
  • (meth) acryl includes both acrylic and methacryl.
  • Examples of (meth) acrylic acid ester monomers include methyl acrylate, ethyl acrylate, n-propyl acrylate, isopropyl acrylate, n-butyl acrylate, t-butyl acrylate, pentyl acrylate, hexyl acrylate, heptyl acrylate, octyl acrylate, Acrylic acid alkyl esters such as 2-ethylhexyl acrylate, nonyl acrylate, decyl acrylate, lauryl acrylate, n-tetradecyl acrylate, stearyl acrylate; and methyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-propyl methacrylate, isopropyl methacrylate, n- Butyl methacrylate, t-butyl methacrylate, pentyl methacrylate, hexyl methacrylate Rate, heptyl
  • (Meth) acrylic acid ester monomer may be used alone or in combination of two or more at any ratio. Therefore, the water-soluble polymer may contain only one type of (meth) acrylic acid ester monomer unit, or may contain two or more types in combination at any ratio.
  • the ratio of the (meth) acrylic acid ester monomer unit is preferably 30% by mass or more, more preferably 35% by mass or more, particularly preferably 40% by mass or more, and preferably 70%. It is at most mass%, more preferably at most 65 mass%, particularly preferably at most 60 mass%.
  • the ratio of (meth) acrylic acid ester monomer units in the water-soluble polymer is adjusted by the ratio (preparation ratio) of (meth) acrylic acid ester monomers in all monomers used for the polymerization of the water-soluble polymer.
  • the ratio of the monomer units corresponds to the ratio of monomer (charge ratio).
  • Fluorine-containing (meth) acrylic acid ester monomer examples include monomers represented by the following formula (I).
  • R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group.
  • R 2 represents a hydrocarbon group containing a fluorine atom.
  • the carbon number of the hydrocarbon group is usually 1 or more and usually 18 or less.
  • the number of fluorine atoms contained in R 2 may be one or two or more.
  • fluorine-containing (meth) acrylic acid ester monomers represented by formula (I) include (meth) acrylic acid alkyl fluoride, (meth) acrylic acid fluoride aryl, and (meth) acrylic acid fluoride.
  • Aralkyl is mentioned.
  • alkyl fluoride (meth) acrylate is preferable.
  • Specific examples of such a monomer include (meth) acrylic acid-2,2,2-trifluoroethyl, (meth) acrylic acid- ⁇ - (perfluorooctyl) ethyl, (meth) acrylic acid-2.
  • One type of fluorine-containing (meth) acrylic acid ester monomer may be used alone, or two or more types may be used in combination at any ratio. Therefore, the water-soluble polymer may contain only one type of fluorine-containing (meth) acrylic acid ester monomer unit, or may contain two or more types in combination at any ratio.
  • the ratio of fluorine-containing (meth) acrylate monomer units in the water-soluble polymer is preferably 0.5% by mass or more, more preferably 1% by mass or more, particularly preferably 2% by mass or more, preferably It is 20 mass% or less, More preferably, it is 15 mass% or less, Most preferably, it is 10 mass% or less.
  • the ratio of the fluorine-containing (meth) acrylic acid ester monomer unit in the water-soluble polymer is the ratio of the fluorine-containing (meth) acrylate monomer monomer in all the monomers used for the polymerization of the water-soluble polymer (preparation)
  • the ratio of the monomer units usually matches the ratio of the monomers (feeding ratio).
  • the water-soluble polymer contains a fluorine-containing (meth) acrylic acid ester monomer unit
  • alkali resistance is imparted to the conductive adhesive layer.
  • the slurry for electrode formation may contain an alkaline substance, and the alkaline substance may be generated by oxidation-reduction due to the operation of the electrochemical element. Such an alkaline substance corrodes the current collector and impairs the life of the electrochemical device.
  • the conductive adhesive layer has alkali resistance, corrosion of the current collector due to the alkaline substance is suppressed.
  • the crosslinkable monomer water-soluble polymer may further contain a crosslinkable monomer unit in addition to the above structural units.
  • the crosslinkable monomer unit is a structural unit capable of forming a crosslinked structure during or after polymerization by heating or energy irradiation of the crosslinkable monomer.
  • a monomer having thermal crosslinkability can be usually mentioned. More specifically, a monofunctional monomer having a heat-crosslinkable crosslinkable group and one olefinic double bond per molecule, and a polyfunctional having two or more olefinic double bonds per molecule. Ionic monomers.
  • thermally crosslinkable groups contained in the monofunctional monomer include epoxy groups, N-methylolamide groups, oxetanyl groups, oxazoline groups, and combinations thereof.
  • an epoxy group is more preferable in terms of easy adjustment of crosslinking and crosslinking density.
  • crosslinkable monomer having an epoxy group as a thermally crosslinkable group and having an olefinic double bond examples include vinyl glycidyl ether, allyl glycidyl ether, butenyl glycidyl ether, o-allylphenyl glycidyl.
  • Unsaturated glycidyl ethers such as ether; butadiene monoepoxide, chloroprene monoepoxide, 4,5-epoxy-2-pentene, 3,4-epoxy-1-vinylcyclohexene, 1,2-epoxy-5,9-cyclododecadiene Monoepoxides of dienes or polyenes such as; alkenyl epoxides such as 3,4-epoxy-1-butene, 1,2-epoxy-5-hexene, 1,2-epoxy-9-decene; and glycidyl acrylate, glycidyl methacrylate Glycidyl crotonate Unsaturated carboxylic acids such as glycidyl-4-heptenoate, glycidyl sorbate, glycidyl linoleate, glycidyl-4-methyl-3-pentenoate, glycidyl ester of
  • crosslinkable monomer having an N-methylolamide group as a thermally crosslinkable group and having an olefinic double bond have a methylol group such as N-methylol (meth) acrylamide (meta ) Acrylamides.
  • crosslinkable monomer having an oxetanyl group as a thermally crosslinkable group and having an olefinic double bond examples include 3-((meth) acryloyloxymethyl) oxetane, 3-((meth) Acryloyloxymethyl) -2-trifluoromethyloxetane, 3-((meth) acryloyloxymethyl) -2-phenyloxetane, 2-((meth) acryloyloxymethyl) oxetane, and 2-((meth) acryloyloxymethyl) ) -4-Trifluoromethyloxetane.
  • crosslinkable monomer having an oxazoline group as a heat crosslinkable group and having an olefinic double bond examples include 2-vinyl-2-oxazoline, 2-vinyl-4-methyl-2- Oxazoline, 2-vinyl-5-methyl-2-oxazoline, 2-isopropenyl-2-oxazoline, 2-isopropenyl-4-methyl-2-oxazoline, 2-isopropenyl-5-methyl-2-oxazoline, and 2-isopropenyl-5-ethyl-2-oxazoline.
  • multifunctional monomers having two or more olefinic double bonds include allyl (meth) acrylate, ethylene di (meth) acrylate, diethylene glycol di (meth) acrylate, triethylene glycol di (meth) acrylate, Tetraethylene glycol di (meth) acrylate, trimethylolpropane-tri (meth) acrylate, dipropylene glycol diallyl ether, polyglycol diallyl ether, triethylene glycol divinyl ether, hydroquinone diallyl ether, tetraallyloxyethane, trimethylolpropane-diallyl Ethers, allyl or vinyl ethers of polyfunctional alcohols other than those mentioned above, triallylamine, methylene bisacrylamide, and divinylbenzene.
  • crosslinkable monomer ethylene dimethacrylate, allyl glycidyl ether, and glycidyl methacrylate can be preferably used.
  • the ratio is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.2% by mass or more, and particularly preferably 0.5% by mass or more. , Preferably 5% by mass or less, more preferably 4% by mass or less, and particularly preferably 2% by mass or less.
  • the ratio of the crosslinkable monomer unit in the water-soluble polymer can be adjusted to or less than the upper limit of the above range, the water-soluble polymer can be improved in water solubility and the dispersibility can be improved. Therefore, by setting the ratio of the crosslinkable monomer unit in the water-soluble polymer within the above range, both the swelling degree and dispersibility of the water-soluble polymer can be improved.
  • the ratio of the crosslinkable monomer unit in the water-soluble polymer can be adjusted by the ratio (charge ratio) of the crosslinkable monomer in all monomers used for the polymerization of the water-soluble polymer.
  • the ratio of the monomer units corresponds to the ratio of the monomers (feeding ratio).
  • monomer unit water-soluble polymers include structural units derived from functional monomers such as reactive surfactant monomers, and other copolymers. Constituent units derived from possible monomers may be included.
  • the reactive surfactant monomer is a monomer having a polymerizable group that can be copolymerized with other monomers and having a surfactant group (hydrophilic group and hydrophobic group).
  • the reactive surfactant unit obtained by polymerizing the reactive surfactant monomer constitutes a part of the molecule of the water-soluble polymer and is a structural unit that can function as a surfactant.
  • the reactive surfactant monomer has a polymerizable unsaturated group, and this group also acts as a hydrophobic group after polymerization.
  • the polymerizable unsaturated group that the reactive surfactant monomer has include a vinyl group, an allyl group, a vinylidene group, a propenyl group, an isopropenyl group, and an isobutylidene group.
  • the type of the polymerizable unsaturated group may be one type or two or more types.
  • the reactive surfactant monomer usually has a hydrophilic group as a portion that exhibits hydrophilicity.
  • Reactive surfactant monomers are classified into anionic, cationic and nonionic surfactants depending on the type of hydrophilic group.
  • anionic hydrophilic group examples include —SO 3 M, —COOM, and —PO (OH) 2 .
  • M represents a hydrogen atom or a cation.
  • cations include alkali metal ions such as lithium, sodium and potassium; alkaline earth metal ions such as calcium and magnesium; ammonium ions; ammonium ions of alkylamines such as monomethylamine, dimethylamine, monoethylamine and triethylamine; and Examples include ammonium ions of alkanolamines such as monoethanolamine, diethanolamine, and triethanolamine.
  • Examples of the cationic hydrophilic group include —Cl, —Br, —I, and —SO 3 ORX.
  • RX represents an alkyl group.
  • Examples of RX include methyl group, ethyl group, propyl group, and isopropyl group.
  • nonionic hydrophilic group is —OH.
  • Suitable reactive surfactant monomers include compounds represented by the following formula (II).
  • R represents a divalent linking group. Examples of R include —Si—O— group, methylene group and phenylene group.
  • R 3 represents a hydrophilic group. An example of R 3 includes —SO 3 NH 4 .
  • n is an integer of 1 or more and 100 or less.
  • Another example of a suitable reactive surfactant has a polymerized unit based on ethylene oxide and a polymerized unit based on butylene oxide, and further has an alkenyl group having a terminal double bond and —SO 3 NH 4 at the terminal.
  • a compound for example, trade name “Latemul PD-104”, manufactured by Kao Corporation).
  • a reactive surfactant monomer may be used individually by 1 type, and may be used combining two or more types by arbitrary ratios.
  • the ratio is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.2% by mass or more, and particularly preferably 0.5% by mass or more. Preferably it is 15 mass% or less, More preferably, it is 10 mass% or less, Most preferably, it is 5 mass% or less.
  • the dispersibility of the conductive adhesive composition can be improved by setting the ratio of the reactive surfactant unit in the water-soluble polymer to the lower limit value or more of the above range.
  • the durability of the conductive adhesive layer can be improved by setting the ratio of the reactive surfactant unit in the water-soluble polymer to be not more than the upper limit of the above range.
  • the water-soluble polymer may have include units obtained by polymerizing the following monomers. That is, styrene monomers such as styrene, chlorostyrene, vinyl toluene, t-butyl styrene, vinyl benzoic acid, methyl vinyl benzoate, vinyl naphthalene, chloromethyl styrene, hydroxymethyl styrene, ⁇ -methyl styrene and divinyl benzene; Amide monomers such as acrylamide and acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid; ⁇ , ⁇ -unsaturated nitrile compound monomers such as acrylonitrile and methacrylonitrile; Olefin monomers such as ethylene and propylene; Vinyl chloride , Halogen atom-containing monomers such as vinylidene chloride; vinyl ester monomers such as vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate and vinyl benzoate; vinyl styrene mono
  • the water-soluble polymer may have, a monomer containing a sulfonic acid group (—SO 3 H), a monomer containing a phosphoric acid group (—PO 3 H 2 ) Units obtained by polymerizing the like and the like are also included.
  • the sulfonic acid group-containing monomer examples include a sulfonic acid group-containing monomer having no functional group other than the sulfonic acid group or a salt thereof, a monomer containing an amide group and a sulfonic acid group, or a salt thereof And monomers containing a hydroxyl group and a sulfonic acid group, or salts thereof.
  • these may be used individually by 1 type and may be used combining two or more types by arbitrary ratios. Therefore, the water-soluble polymer may contain only one type of sulfonic acid group-containing monomer unit, or may contain two or more types in combination at any ratio.
  • the sulfonic acid group-containing monomer having no functional group other than the sulfonic acid group examples include a monomer sulfonated one of conjugated double bonds of a diene compound such as isoprene and butadiene, vinyl sulfonic acid, Examples thereof include styrene sulfonic acid, allyl sulfonic acid, sulfoethyl methacrylate, sulfopropyl methacrylate, and sulfobutyl methacrylate.
  • the salt lithium salt, sodium salt, potassium salt etc. are mentioned, for example. In addition, these may be used individually by 1 type and may be used combining two or more types by arbitrary ratios.
  • Examples of the monomer containing an amide group and a sulfonic acid group include 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (AMPS).
  • AMPS 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid
  • salt lithium salt, sodium salt, potassium salt etc. are mentioned, for example. In addition, these may be used individually by 1 type and may be used combining two or more types by arbitrary ratios.
  • Examples of the monomer containing a hydroxyl group and a sulfonic acid group include 3-allyloxy-2-hydroxypropanesulfonic acid (HAPS).
  • HAPS 3-allyloxy-2-hydroxypropanesulfonic acid
  • salt lithium salt, sodium salt, potassium salt etc. are mentioned, for example. In addition, these may be used individually by 1 type and may be used combining two or more types by arbitrary ratios.
  • sulfonic acid group-containing monomers include styrene sulfonic acid, 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid (AMPS), monomers containing amide groups and sulfonic acid groups, or salts thereof. Is preferred.
  • the ratio of the sulfonic acid group-containing monomer unit in the water-soluble polymer is preferably 0.1% by weight or more, more preferably 0.2% by weight or more, while preferably 5% by weight or less, more preferably 3% by weight or less.
  • the sulfonic acid group-containing monomer unit is contained within the range of the water-soluble polymer, the dispersibility of the slurry for electrode formation may be improved.
  • a cross-linked structure may be formed by the sulfonic acid group in the electrode active material layer, which increases the strength of the electrode active material layer, and also provides high temperature storage characteristics and low temperature output of the secondary battery. In some cases, the characteristics can be improved.
  • the phosphoric acid group that the phosphoric acid group-containing monomer may have includes a monomer having a group —OP ( ⁇ O) (— OR 4 ) —OR 5 group (R 4 and R 5 are independently , Hydrogen atom, or any organic group), or a salt thereof.
  • R 4 and R 5 are independently , Hydrogen atom, or any organic group
  • Specific examples of the organic group as R 4 and R 5 include an aliphatic group such as an octyl group, an aromatic group such as a phenyl group, and the like.
  • a phosphate group containing monomer the compound containing a phosphate group and an allyloxy group, and a phosphate group containing (meth) acrylic acid ester can be mentioned, for example.
  • Examples of the compound containing a phosphate group and an allyloxy group include 3-allyloxy-2-hydroxypropane phosphate.
  • Examples of phosphoric acid group-containing (meth) acrylic acid esters include dioctyl-2-methacryloyloxyethyl phosphate, diphenyl-2-methacryloyloxyethyl phosphate, monomethyl-2-methacryloyloxyethyl phosphate, dimethyl-2-methacryloyloxy Ethyl phosphate, monoethyl-2-methacryloyloxyethyl phosphate, diethyl-2-methacryloyloxyethyl phosphate, monoisopropyl-2-methacryloyloxyethyl phosphate, diisopropyl-2-methacryloyloxyethyl phosphate, mono n-butyl-2 -Methacryloyloxyethyl phosphate, di-n-
  • a phosphate group containing monomer may be used individually by 1 type, and may be used combining two or more types by arbitrary ratios. Therefore, the water-soluble polymer may contain only one type of phosphate group-containing monomer unit, or may contain two or more types in combination at any ratio.
  • the ratio of the phosphate group-containing monomer unit in the water-soluble polymer is preferably 0.1% by weight or more, more preferably 0.2% by weight or more, while preferably 10% by weight or less, more preferably. Is 5% by weight or less.
  • Based on phosphoric acid group-containing monomer units such as improved adhesion between the current collector and the electrode active material layer by including the phosphoric acid-containing monomer units within the range of the water-soluble polymer. When the effect can be obtained, an appropriate degree of polymerization can be obtained in the polymerization of the water-soluble polymer, and an undesirable effect such as a decrease in durability can be prevented in some cases.
  • water-soluble polymer in the present specification refers to a polymer having a 1% aqueous solution viscosity of 0.1 to 100,000 mPa ⁇ s at pH 12.
  • the solution viscosity of a water-soluble polymer at a pH of 12 when a 1% aqueous solution is prepared is preferably 0.1 to 20000 mPa ⁇ s, more preferably 1 to 10000 mPa ⁇ s, and particularly preferably 10 to 5000 mPa ⁇ s. It is in the range.
  • the pH value for adjusting the 1% aqueous solution of the water-soluble polymer is not particularly limited as long as the pH is 7.0 or higher, and the 1% aqueous solution at any pH value of pH 7.0 or higher is used. You may adjust and measure solution viscosity (1% aqueous solution viscosity).
  • the measured 1% aqueous solution viscosity of the water-soluble polymer does not change greatly at any pH value as long as the pH is 7.0 or higher. Therefore, the preferable viscosity range of the 1% aqueous solution viscosity at any pH value of pH 7.0 or more of the water-soluble polymer is the same as the above range. If the solution viscosity is too high, the adhesiveness of the conductive adhesive layer to the current collector may be reduced, and if it is too low, the flexibility of the conductive adhesive layer may be reduced.
  • the weight average molecular weight of the water-soluble polymer is usually smaller than that of the polymer to be a binder, preferably 100 or more, more preferably 500 or more, particularly preferably 1000 or more, preferably 500000 or less, more preferably 250,000 or less. Particularly preferably, it is 100,000 or less.
  • the weight average molecular weight of the water-soluble polymer can be determined by GPC as a value in terms of polystyrene using a solution obtained by dissolving 0.85 g / ml sodium nitrate in a 10% by volume aqueous solution of dimethylformamide.
  • the glass transition temperature of the water-soluble polymer is usually 0 ° C. or higher, preferably 5 ° C. or higher, and is usually 100 ° C. or lower, preferably 50 ° C. or lower.
  • the glass transition temperature of the water-soluble polymer can be adjusted by combining various monomers.
  • the binder used in the present invention is not particularly limited as long as it is a compound capable of binding conductive carbon materials to each other.
  • a suitable binder is a dispersion-type binder having a property of being dispersed in a solvent.
  • the dispersion-type binder include polymer compounds such as a fluoropolymer, a diene polymer, an acrylate polymer, a polyimide, a polyamide, and a polyurethane polymer, and a fluoropolymer, a diene polymer, or an acrylate polymer is preferable.
  • a polymer or an acrylate polymer is more preferable in that the withstand voltage can be increased and the energy density of the electrochemical element can be increased.
  • the diene polymer is a homopolymer of a conjugated diene; a copolymer of different types of conjugated dienes; a copolymer obtained by polymerizing a monomer mixture containing a conjugated diene, or a hydrogenated product thereof.
  • the ratio of the conjugated diene in the monomer mixture is usually 20% by mass or more, preferably 25% by mass or more, more preferably 30% by mass or more.
  • the diene polymer include conjugated diene homopolymers such as polybutadiene and polyisoprene; aromatic vinyl / conjugated diene copolymers such as carboxy-modified styrene / butadiene copolymer (SBR); Copolymers of styrene / butadiene / methacrylic acid copolymer and aromatic vinyl / conjugated diene / carboxylic acid group-containing monomers such as styrene / butadiene / itaconic acid copolymer; acrylonitrile / butadiene copolymer (NBR) And vinyl cyanide / conjugated diene copolymers such as hydrogenated SBR and hydrogenated NBR.
  • conjugated diene homopolymers such as polybutadiene and polyisoprene
  • aromatic vinyl / conjugated diene copolymers such as carboxy-modified styrene / butadiene copo
  • the acrylate polymer is represented by the general formula (1): CH 2 ⁇ CR 1 —COOR 2 (wherein R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group, and R 2 represents an alkyl group or a cycloalkyl group). It is a polymer containing a monomer unit derived from a compound.
  • Specific examples of the compound represented by the general formula (1) include ethyl acrylate, propyl acrylate, isopropyl acrylate, n-butyl acrylate, isobutyl acrylate, t-butyl acrylate, n-amyl acrylate, Acrylates such as isoamyl acrylate, n-hexyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, octyl acrylate, nonyl acrylate, lauryl acrylate, stearyl acrylate; ethyl methacrylate, propyl methacrylate, isopropyl methacrylate, n methacrylate -Butyl, isobutyl methacrylate, t-butyl methacrylate, n-amyl methacrylate, isoamyl methacrylate, n-hexyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate,
  • acrylate is preferable, and n-butyl acrylate and 2-ethylhexyl acrylate are particularly preferable in that the strength of the obtained electrode can be improved.
  • the ratio of the monomer unit derived from the compound represented by the general formula (1) in the acrylate polymer is usually 50% by mass or more, preferably 70% by mass or more.
  • the binder used in the present invention preferably has a polar group.
  • the polar group means a functional group capable of dissociating in water or a functional group having polarization.
  • an acid group, a nitrile group, an amide group, an amino group, a hydroxyl group, an epoxy group, etc. Is mentioned.
  • an acid group, a nitrile group, and an epoxy group are preferable, and an acid group or a nitrile group is more preferable in that the withstand voltage can be increased.
  • the binder to be used may have at least one kind of the polar group, but preferably has two or more kinds.
  • the binder has two or more types of polar groups, the binding property between the current collector and the electrode active material layer can be further improved.
  • Specific combinations in the case of having two types of polar groups include an acid group and a nitrile group, an acid group and an amide group, and an acid group and an amino group.
  • the combination in the case of having three or more types of polar groups may be a combination of three types from the exemplified polar groups.
  • the polar group in the binder is introduced into the polymer by, for example, using a monomer having a polar group or a polymerization initiator having a polar group when polymerizing the polymer constituting the binder. can do.
  • the content ratio of the polar group in the binder is the content ratio of the monomer having a polar group, preferably 0.1 to 40% by mass, more preferably 0.5 to 30% by mass, and particularly preferably 1 to 20% by mass. %.
  • Examples of the monomer containing a nitrile group as a polar group include acrylonitrile and methacrylonitrile, and acrylonitrile is preferable in that the withstand voltage can be increased.
  • Monomers containing acid groups as polar groups include monobasic acid-containing monomers such as acrylic acid and methacrylic acid, and carboxylic acids such as dibasic acid-containing monomers such as maleic acid, fumaric acid, and itaconic acid.
  • Monomer having a group a monomer having a sulfonic acid group such as styrene sulfonic acid and methallyl sulfonic acid, and the like.
  • a monomer having a carboxylic acid group is preferable, and the withstand voltage can be increased.
  • Dibasic acid-containing monomers are particularly preferred.
  • the shape of the binder is not particularly limited, but it has good binding properties with the current collector, and can be prevented from being deteriorated due to a decrease in the capacity of the created electrode or repeated charge / discharge, so it is particulate. Is preferred.
  • the particulate binder is not particularly limited as long as it is present in a state where the particle shape is maintained in the conductive adhesive composition, but is preferably one that can be present in a state where the particle shape is also retained in the conductive adhesive layer.
  • 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.
  • the particulate binder examples include those in which binder particles such as latex are dispersed in water, and powders obtained by drying such a dispersion.
  • the particulate binder here is preferably water-insoluble, that is, dispersed in a particulate form without being dissolved in an aqueous solvent.
  • the term “insoluble in water” means that at 25 ° C., when 0.5 g of the binder is added to 100 g of water and sufficiently stirred, the insoluble content becomes 90% by weight or more.
  • the glass transition temperature (Tg) of the binder is preferably 50 ° C. or lower, more preferably ⁇ 40 to 0 ° C.
  • Tg glass transition temperature
  • the glass transition temperature (Tg) of the binder is within this range, the binding property is excellent with a small amount of use, the binding property between the current collector and the electrode active material layer is excellent, the electrode strength is strong, and the flexibility is achieved. It is rich, and the electrode density can be easily increased by a pressing process during electrode formation.
  • the number average particle diameter is not particularly limited, but is usually 0.0001 to 100 ⁇ m, preferably 0.001 to 10 ⁇ m, more preferably 0.01 to 1 ⁇ m. It is. When the binder is a particulate binder and the number average particle diameter is in this range, an excellent binding force can be imparted to the conductive adhesive layer even with a small amount of use.
  • the number average particle diameter is a number average particle diameter calculated as an arithmetic average value obtained by measuring the diameter of 100 binder particles randomly selected in a transmission electron micrograph. The shape of the particles can be either spherical or irregular. These binders can be used alone or in combination of two or more.
  • the production method of the binder is not particularly limited.
  • the binder can be obtained by emulsion polymerization of a monomer mixture containing monomers constituting each copolymer.
  • the method for emulsion polymerization is not particularly limited, and a conventionally known emulsion polymerization method may be employed.
  • water, an additive such as a dispersant, an emulsifier, a crosslinking agent, a polymerization initiator, and a monomer are added to a sealed container equipped with a stirrer and a heating device so as to have a predetermined composition, and the composition in the container
  • a product is stirred to emulsify monomers and the like in water, and the temperature is increased while stirring to initiate polymerization.
  • it is the method of putting into a sealed container and starting reaction similarly.
  • Examples of the polymerization initiator used for emulsion polymerization include inorganic peroxides such as sodium persulfate, potassium persulfate, ammonium persulfate, potassium perphosphate, and hydrogen peroxide; t-butyl peroxide, cumene hydroperoxide, p-menthane hydroperoxide, di-t-butyl peroxide, t-butylcumyl peroxide, acetyl peroxide, isobutyryl peroxide, octanoyl peroxide, benzoyl peroxide, 3,5,5-trimethylhexanoyl peroxide Organic peroxides such as oxide and t-butylperoxyisobutyrate; azo compounds such as azobisisobutyronitrile, azobis-2,4-dimethylvaleronitrile, azobiscyclohexanecarbonitrile, methyl azobisisobutyrate, etc. Et That.
  • inorganic peroxides can be preferably used.
  • These polymerization initiators can be used alone or in combination of two or more.
  • the peroxide initiator can also be used as a redox polymerization initiator in combination with a reducing agent such as sodium bisulfite.
  • the amount of the polymerization initiator used is preferably 0.05 to 5 parts by mass, more preferably 0.1 to 2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of the monomer mixture used for the polymerization.
  • the amount of the polymerization initiator used is preferably 0.05 to 5 parts by mass, more preferably 0.1 to 2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of the monomer mixture used for the polymerization.
  • a chain transfer agent during emulsion polymerization in order to adjust the tetrahydrofuran-insoluble content of the copolymer obtained.
  • the chain transfer agent include alkyl mercaptans such as n-hexyl mercaptan, n-octyl mercaptan, t-octyl mercaptan, n-dodecyl mercaptan, t-dodecyl mercaptan, n-stearyl mercaptan; dimethylxanthogen disulfide, diisopropylxanthogendi Xanthogen compounds such as sulfides; thiuram compounds such as terpinolene, tetramethylthiuram disulfide, tetraethylthiuram disulfide, tetramethylthiuram monosulfide; phenols such as 2,6-di-t-butyl-4-methyl
  • alkyl mercaptans are preferable, and t-dodecyl mercaptan can be more preferably used.
  • chain transfer agents can be used alone or in combination of two or more.
  • the amount of the chain transfer agent used is preferably 0.05 to 2 parts by mass, more preferably 0.1 to 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the monomer mixture.
  • a surfactant may be used during emulsion polymerization. Unlike the reactive surfactant described above, the surfactant is non-reactive and may be any of an anionic surfactant, a nonionic surfactant, a cationic surfactant, and an amphoteric surfactant. Good.
  • anionic surfactant examples include sodium lauryl sulfate, ammonium lauryl sulfate, sodium dodecyl sulfate, ammonium dodecyl sulfate, sodium octyl sulfate, sodium decyl sulfate, sodium tetradecyl sulfate, sodium hexadecyl sulfate, sodium octadecyl sulfate and the like.
  • alkylbenzene sulfonates such as sodium dodecylbenzene sulfonate, sodium lauryl benzene sulfonate, sodium hexadecyl benzene sulfonate
  • fats such as sodium lauryl sulfonate, sodium dodecyl sulfonate, sodium tetradecyl sulfonate Group sulfonates; and the like.
  • the reactive surfactant described above also has a similar emulsifying action, only the reactive surfactant may be used, or a reactive surfactant and a non-reactive surfactant may be used in combination. Furthermore, when a reactive surfactant is not used, emulsion polymerization is stabilized by using the non-reactive surfactant.
  • the amount of the surfactant used is preferably 0.5 to 10 parts by mass, more preferably 1 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the monomer mixture.
  • seed latex refers to a dispersion of fine particles that becomes the nucleus of the reaction during emulsion polymerization.
  • the fine particles often have a particle size of 100 nm or less.
  • the fine particles are not particularly limited, and general-purpose polymers such as acrylic polymers are used. According to the seed polymerization method, copolymer particles having a relatively uniform particle diameter can be obtained.
  • the polymerization temperature for carrying out the polymerization reaction is not particularly limited, but is usually 0 to 100 ° C., preferably 40 to 80 ° C. Emulsion polymerization is performed in such a temperature range, and the polymerization reaction is stopped at a predetermined polymerization conversion rate by adding a polymerization terminator or cooling the polymerization system.
  • the polymerization conversion rate for stopping the polymerization reaction is preferably 93% by mass or more, more preferably 95% by mass or more.
  • the unreacted monomer is removed, the pH and solid content concentration are adjusted, and the binder is obtained in a form (latex) in which the particulate copolymer is dispersed in the dispersion medium. . Thereafter, if necessary, the dispersion medium may be replaced, or the dispersion medium may be evaporated to obtain a particulate copolymer in powder form.
  • a monomer mixture containing monomers constituting the water-soluble polymer is polymerized in an aqueous solvent to obtain a water-dispersed polymer and alkalized to pH 7-13.
  • a method is mentioned.
  • an aqueous solvent and a polymerization method it is the same as that of the above-mentioned binder.
  • the method for alkalinizing to pH 7 to 13 is not particularly limited, but alkaline earth solutions such as an aqueous alkali metal solution such as an aqueous lithium hydroxide solution, an aqueous sodium hydroxide solution, and an aqueous potassium hydroxide solution, an aqueous calcium hydroxide solution, and an aqueous magnesium hydroxide solution.
  • alkaline earth solutions such as an aqueous alkali metal solution such as an aqueous lithium hydroxide solution, an aqueous sodium hydroxide solution, and an aqueous potassium hydroxide solution, an aqueous calcium hydroxide solution, and an aqueous magnesium hydroxide solution.
  • alkaline earth solutions such as an aqueous alkali metal solution such as an aqueous lithium hydroxide solution, an aqueous sodium hydroxide solution, and an aqueous potassium hydroxide solution, an aqueous calcium hydroxide solution, and an aqueous magnesium hydroxide solution.
  • examples include
  • the conductive adhesive composition according to the present invention includes the above-described conductive carbon material, a water-soluble polymer, and a binder. Furthermore, the coating liquid for forming the conductive adhesive layer is a slurry-like composition in which the conductive adhesive composition is dispersed in a dispersion medium.
  • the dispersion medium water and various organic solvents can be used without particular limitation as long as the above-described components can be uniformly dispersed and the dispersion state can be stably maintained.
  • an adhesive composition without performing operations such as solvent replacement after the emulsion polymerization, and the reaction solvent used during the emulsion polymerization is used as the dispersion medium.
  • the reaction solvent used during the emulsion polymerization is used as the dispersion medium.
  • water is often used as a reaction solvent, and it is particularly preferable to use water as a dispersion medium from the viewpoint of working environment.
  • the coating liquid for the conductive adhesive composition of the present invention may contain a dispersant for dispersing the above-described components.
  • the dispersant include cellulosic polymers such as carboxymethylcellulose, methylcellulose, ethylcellulose, and hydroxypropylcellulose, and ammonium salts or alkali metal salts thereof, and poly (meth) acrylates such as sodium poly (meth) acrylate.
  • 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.
  • These dispersants can be used alone or in combination of two or more.
  • the use of a water-soluble polymer is proposed as an alternative to the above-mentioned dispersant, but general-purpose dispersions such as carboxymethyl cellulose such as DN-10L (manufactured by Daicel Finechem) are used within the range not impairing the effects of the present invention.
  • An agent may be included. If the amount of carboxymethyl cellulose is excessive, it takes time to dry the adhesive layer, and the risk of moisture remaining in the adhesive layer increases. Therefore, the amount of the dispersant as described above is preferably 5 parts by mass or less, more preferably in the range of 0.5 to 3 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the conductive carbon material. .
  • the content ratio of each component in the conductive adhesive composition according to the present invention is not particularly limited, but from the viewpoint of dispersibility and coating properties of each component, the blending amount of the water-soluble polymer is 100% of the conductive carbon material 100.
  • the content is preferably 1 to 30 parts by mass, more preferably 1.5 to 25 parts by mass, and particularly preferably 2 to 20 parts by mass with respect to parts by mass. If the amount of the water-soluble polymer is too large, the relative amount of the conductive carbon material decreases, the internal resistance increases, and the output characteristics may deteriorate. On the other hand, if the blending amount of the water-soluble polymer is too small, the alkali resistance of the adhesive layer is lowered and the current collector may be corroded.
  • the blending amount of the binder in the conductive adhesive composition is preferably 0.5 to 20 parts by weight, more preferably 1 to 15 parts by weight, and particularly preferably 2 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the conductive carbon material. Part. When the blending amount of the binder is within such a range, an adhesive layer having good conductivity can be obtained.
  • binders, thickeners, anti-aging agents, antifoaming agents, antiseptics, antibacterial agents, anti-blistering agents, pH adjusting agents and the like other than the above may be added to the conductive adhesive composition as necessary. Can do.
  • the content ratio of the dispersion medium is preferably 60 to 90% by mass, more preferably 65 to 85% by mass, and particularly preferably 68 to 85% by mass.
  • the solid content concentration of the conductive adhesive composition in the coating solution is usually 10 to 60% by mass, preferably 15 to 50% by mass, and particularly preferably 20 to 40% by mass, depending on the coating method. When the solid content concentration is in this range, the conductive adhesive layer is highly filled, and the energy density and output density of the resulting electrochemical device are increased.
  • the coating solution of the conductive adhesive composition is in the form of a slurry, and the viscosity thereof is usually 10 to 10,000 mPa ⁇ s, preferably 50 to 5,000 mPa ⁇ s, particularly preferably 100 to 100 ⁇ m depending on the coating method. 2,000 mPa ⁇ s.
  • the viscosity of the adhesive composition slurry is within this range, a uniform conductive adhesive layer can be formed on the current collector.
  • the method for producing the conductive adhesive composition is not particularly limited, and any means may be used as long as the above solid components can be uniformly dispersed.
  • any means may be used as long as the above solid components can be uniformly dispersed.
  • water-soluble polymer, binder dispersion, conductive carbon material, and optional components added as needed are mixed together, and then a dispersion medium is added as needed to adjust the solid content concentration of the dispersion. May be.
  • the conductive carbon material may be added in a state dispersed in any dispersion medium.
  • the water-soluble polymer contains an ethylenically unsaturated carboxylic acid monomer unit, it has high affinity with the conductive carbon material contained in the conductive adhesive composition, and the conductive carbon in the conductive adhesive composition.
  • the dispersibility of the material can be improved.
  • the current collector with an adhesive layer of the present invention can be obtained by applying and drying the coating liquid (composition slurry) of the above-mentioned conductive adhesive composition on a current collector for an electrochemical element.
  • the material of the current collector used in the present invention is not particularly limited as long as it is an electrically conductive and electrochemically durable material.
  • a metal, carbon, a conductive polymer, or the like is used.
  • a metal is used.
  • the current collector metal aluminum, platinum, nickel, tantalum, titanium, stainless steel, copper, 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.
  • the shape of the current collector used in the present invention is a current collector such as a metal foil or a metal edge foil; a current collector having through-holes such as an expanded metal, a punching metal, or a net (hereinafter referred to as “perforated current collector”) May be described.).
  • the ratio of through holes is preferably 10 to 80 area%, more preferably 20 to 60 area%, and particularly preferably 30 to 50 area%. .
  • the ratio of the through-hole is in this range, the diffusion resistance of the electrolytic solution is reduced, and the internal resistance of the electrochemical element is reduced.
  • the thickness of the current collector used in the present invention is preferably 5 to 100 ⁇ m, more preferably 10 to 70 ⁇ m, and particularly preferably 20 to 50 ⁇ m.
  • the method for forming the conductive adhesive layer is not particularly limited. For example, it is formed on the current collector by a doctor blade method, a dip method, a reverse roll method, a direct roll method, a gravure method, an extrusion method, a brush coating, or the like. Moreover, after forming a conductive adhesive layer on release paper, it may be transferred to a current collector.
  • Examples of the method for drying the conductive adhesive layer include drying by hot air, hot air, low-humidity air, vacuum drying, and drying by irradiation with (far) infrared rays or electron beams. Of these, a drying method using hot air and a drying method using irradiation with far infrared rays are preferable.
  • the drying temperature and the drying time are preferably a temperature and a time at which the solvent in the slurry coated on the current collector can be completely removed, and the drying temperature is usually 50 to 300 ° C., preferably 80 to 250 ° C.
  • the drying time is usually 2 hours or less, preferably 5 seconds to 30 minutes.
  • the thickness of the conductive adhesive layer is preferably 0.5 to 15 ⁇ m, more preferably 0.8 to ⁇ 10 m, and particularly preferably 1.0 to 5.0 ⁇ m.
  • the electrode active material layer and the current collector can be favorably bonded via the adhesive layer, and the electron transfer resistance can be reduced.
  • the conductive adhesive layer has a composition corresponding to the solid composition of the conductive adhesive composition, and includes a conductive carbon material, a water-soluble polymer and a binder, and other components added as desired.
  • the electrode for an electrochemical element of the present invention has an electrode active material layer on the conductive adhesive layer of the current collector with the adhesive layer.
  • the electrode active material layer includes an electrode active material and an electrode binder, and is prepared from an electrode active material layer slurry containing these components.
  • the electrode for an electrochemical element of the present invention may be used for either the positive electrode or the negative electrode, or may be used for both.
  • the electrode active material used in the present invention is a substance that transfers electrons in an electrode for an electrochemical element.
  • the electrode active material mainly includes an active material for a lithium ion secondary battery, an active material for an electric double layer capacitor, and an active material for a lithium ion capacitor.
  • Examples of the active material for a lithium ion secondary battery include a positive electrode and a negative electrode.
  • the electrode active material used for the positive electrode of the electrode for a lithium ion secondary battery is an active material capable of inserting and removing lithium ions.
  • LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , LiFePO 4 4 lithium-containing composite metal oxides such as LiFeVO 4 ; transition metal sulfides such as TiS 2 , TiS 3 , and amorphous MoS 3 ; Cu 2 V 2 O 3 , amorphous V 2 O ⁇ P 2 O 5 , Transition metal oxides such as MoO 3 , V 2 O 5 , V 6 O 13 are exemplified.
  • Further examples include conductive polymers such as polyacetylene and poly-p-phenylene. Preferred is a lithium-containing composite metal oxide.
  • the electrode active material used for the negative electrode of a lithium ion secondary battery electrode is a material that can reversibly carry electrons (lithium ions) in the negative electrode.
  • amorphous carbon, graphite, natural graphite, mesocarbon micro Examples thereof include carbonaceous materials such as beads (MCMB) and pitch-based carbon fibers; and conductive polymers such as polyacene.
  • Crystalline carbonaceous materials such as graphite, natural graphite, and mesocarbon microbeads (MCMB) are preferable.
  • the shape of the electrode active material used for the electrode for a lithium ion secondary battery is preferably a granulated particle.
  • a higher density electrode can be formed during electrode molding.
  • the volume average particle diameter of the electrode active material used for the electrode for a lithium ion secondary battery is usually 0.1 to 100 ⁇ m, preferably 1 to 50 ⁇ m, more preferably 5 to 20 ⁇ m for both the positive electrode and the negative electrode.
  • the tap density of the electrode active material used for the electrode for the lithium ion secondary battery is not particularly limited, but preferably 2 g / cm 3 or more for the positive electrode and 0.6 g / cm 3 or more for the negative electrode.
  • carbon allotrope is usually used as the electrode active material used for the electric double layer capacitor electrode.
  • the allotrope of carbon include activated carbon, polyacene, carbon whisker, and graphite, and these powders or fibers can be used.
  • a preferred electrode active material is activated carbon, and specific examples include activated carbon made from phenol resin, rayon, acrylonitrile resin, pitch, coconut shell, and the like.
  • the volume average particle diameter of the electrode active material used for the electrode for the electric double layer capacitor is usually 0.1 to 100 ⁇ m, preferably 1 to 50 ⁇ m, more preferably 5 to 20 ⁇ m.
  • the specific surface area of the electrode active material used for the electrode for the electric double layer capacitor 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. preferable. Since the density of the obtained electrode active material layer tends to decrease as the specific surface area of the electrode active material increases, an electrode active material layer having a desired density can be obtained by appropriately selecting the electrode active material.
  • Electrode active materials used for electrodes for lithium ion capacitors include positive and negative electrodes.
  • the electrode active material used for the positive electrode of the lithium ion capacitor electrode is not particularly limited as long as it can reversibly carry lithium ions and anions such as tetrafluoroborate.
  • an allotrope of carbon is usually used, and electrode active materials used in electric double layer capacitors can be widely used.
  • carbon allotropes are used in combination, two or more types of carbon allotropes having different average particle diameters or particle size distributions may be used in combination.
  • a polyacene organic semiconductor (PAS) having a polyacene skeleton structure which is a heat-treated product of an aromatic condensation polymer and has an atomic ratio of hydrogen atom / carbon atom of 0.50 to 0.05, can be suitably used.
  • PAS polyacene organic semiconductor
  • it is an electrode active material used for the electrode for electric double layer capacitors.
  • the electrode active material used for the negative electrode of the lithium ion capacitor electrode is a substance that can reversibly carry lithium ions.
  • electrode active materials used in the negative electrode of lithium ion secondary batteries can be widely used.
  • Preferred examples include crystalline carbon materials such as graphite and non-graphitizable carbon, and polyacene-based materials (PAS) described as the positive electrode active material. These carbon materials and PAS are obtained by carbonizing a phenol resin or the like, activated as necessary, and then pulverized.
  • the shape of the electrode active material used for the electrode for the lithium ion capacitor is preferably a granulated particle.
  • a higher density electrode can be formed during electrode molding.
  • the volume average particle diameter of the electrode active material used for the electrode for a lithium ion capacitor is usually 0.1 to 100 ⁇ m, preferably 1 to 50 ⁇ m, more preferably 5 to 20 ⁇ m for both the positive electrode and the negative electrode.
  • These electrode active materials can be used alone or in combination of two or more.
  • the electrode binder is not particularly limited as long as it is a compound that can bind the electrode active material and the electrode conductive material described later.
  • a suitable binder is a dispersion-type binder having a property of being dispersed in a solvent.
  • the dispersion-type binder include polymer compounds such as a fluoropolymer, a diene polymer, an acrylate polymer, a polyimide, a polyamide, and a polyurethane polymer, and a fluoropolymer, a diene polymer, or an acrylate polymer is preferable.
  • a polymer or an acrylate polymer is more preferable in that the withstand voltage can be increased and the energy density of the electrochemical element can be increased.
  • the diene polymer is a homopolymer of a conjugated diene or a copolymer obtained by polymerizing a monomer mixture containing a conjugated diene, or a hydrogenated product thereof.
  • the ratio of the conjugated diene in the monomer mixture is usually 20% by mass or more, preferably 25% by mass or more, more preferably 30% by mass or more.
  • the diene polymer include conjugated diene homopolymers such as polybutadiene and polyisoprene; aromatic vinyl / conjugated diene copolymers such as carboxy-modified styrene / butadiene copolymer (SBR); acrylonitrile -Vinyl cyanide * conjugated diene copolymers, such as a butadiene copolymer (NBR); Hydrogenated SBR, hydrogenated NBR, etc. are mentioned.
  • conjugated diene homopolymers such as polybutadiene and polyisoprene
  • aromatic vinyl / conjugated diene copolymers such as carboxy-modified styrene / butadiene copolymer (SBR); acrylonitrile -Vinyl cyanide * conjugated die
  • the acrylate polymer is represented by the general formula (1): CH 2 ⁇ CR 1 —COOR 2 (wherein R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group, and R 2 represents an alkyl group or a cycloalkyl group). It is a polymer obtained by polymerizing a monomer mixture containing a compound. Specific examples of the compound represented by the general formula include ethyl acrylate, propyl acrylate, isopropyl acrylate, n-butyl acrylate, isobutyl acrylate, t-butyl acrylate, n-amyl acrylate, and isoamyl acrylate.
  • Acrylates such as n-hexyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, hexyl acrylate, nonyl acrylate, lauryl acrylate, stearyl acrylate; ethyl methacrylate, propyl methacrylate, isopropyl methacrylate, n-butyl methacrylate, Isobutyl methacrylate, t-butyl methacrylate, n-amyl methacrylate, isoamyl methacrylate, n-hexyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, octyl methacrylate, isodecyl methacrylate, methacryl Lauryl, tridecyl methacrylate include methacrylates such as such as stearyl methacrylate.
  • acrylate is preferable, and n-butyl acrylate and 2-ethylhexyl acrylate are particularly preferable in that the strength of the obtained electrode can be improved.
  • the proportion of the monomer units derived from the acrylic ester and / or methacrylic ester in the acrylate polymer is usually 50% by mass or more, preferably 70% by mass or more.
  • a copolymerizable carboxylic acid group-containing monomer can be used in addition to the compound represented by the general formula (1).
  • Specific examples thereof include acrylic acid and methacrylic acid.
  • Examples include basic acid-containing monomers, and dibasic acid-containing monomers such as maleic acid, fumaric acid, and itaconic acid.
  • a dibasic acid-containing monomer is preferable, and itaconic acid is particularly preferable in terms of improving the binding property with the conductive adhesive layer and improving the electrode strength.
  • These monobasic acid-containing monomers and dibasic acid-containing monomers can be used alone or in combination of two or more.
  • the amount of the carboxylic acid group-containing monomer in the monomer mixture is usually 0.1 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the compound represented by the general formula (1).
  • the range is preferably 0.5 to 20 parts by mass, more preferably 1 to 10 parts by mass.
  • a copolymerizable nitrile group-containing monomer can be used for the acrylate polymer.
  • the nitrile group-containing monomer include acrylonitrile, methacrylonitrile, and the like.
  • acrylonitrile is preferable in that the binding strength with the conductive adhesive layer is increased and the electrode strength can be improved.
  • the amount of acrylonitrile in the monomer mixture at the time of copolymerization is usually 0.1 to 40 parts by mass, preferably 0.5 to 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the compound represented by the general formula (1). It is in the range of 30 parts by weight, more preferably 1-20 parts by weight. When the amount of acrylonitrile is within this range, the binding strength with the conductive adhesive layer is excellent, and the obtained electrode strength is increased.
  • the shape of the binder for the electrode is not particularly limited, but it has good binding properties with the conductive adhesive layer, and can suppress deterioration of the capacity of the prepared electrode and deterioration due to repeated charge and discharge. It is preferable that it is a shape.
  • the glass transition temperature (Tg) of the electrode binder is preferably 50 ° C. or lower, more preferably ⁇ 40 to 0 ° C. When the glass transition temperature (Tg) of the electrode binder is within this range, it is excellent in binding property with a small amount of use, strong in electrode strength, rich in flexibility, and easy to increase the electrode density by the press process at the time of electrode formation. Can be increased.
  • the number average particle diameter is not particularly limited, but is usually 0.0001 to 100 ⁇ m, preferably 0.001 to 10 ⁇ m, more preferably 0.01 to 1 ⁇ m. .
  • the number average particle diameter of the binder for an electrode is within this range, an excellent binding force can be imparted to the electrode even with a small amount of use.
  • the number average particle diameter is a number average particle diameter calculated as an arithmetic average value obtained by measuring the diameter of 100 binder particles randomly selected in a transmission electron micrograph.
  • the shape of the particles can be either spherical or irregular.
  • the amount of the electrode binder is usually in the range of 0.1 to 50 parts by weight, preferably 0.5 to 20 parts by weight, more preferably 1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the electrode active material. When the amount of the electrode binder is within this range, sufficient adhesion between the obtained electrode active material layer and the conductive adhesive layer can be secured, the capacity of the electrochemical device can be increased, and the internal resistance can be decreased. .
  • the electrode active material layer is provided on the conductive adhesive layer, but the formation method is not limited.
  • the electrode-forming composition can include an electrode active material and an electrode binder as essential components, and optionally an electrode conductive material, a dispersant, and an additive as optional components.
  • the dispersant 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 Polyvinyl alcohol, modified polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, polyvinyl pyrrolidone, polycarboxylic acid, oxidized starch, phosphate starch, casein, and various modified starches. These dispersants can be used alone or in combination of two or more. Among these, a cellulose polymer is preferable, and carboxymethyl cellulose or an ammonium salt or an alkali metal salt thereof is particularly preferable.
  • the amount of these dispersants is not particularly limited, but is usually 0.1 to 10 parts by weight, preferably 0.5 to 5 parts by weight, more preferably 0.8 parts per 100 parts by weight of the electrode active material. It is in the range of 8 to 2 parts by mass.
  • the conductive material for electrodes is made of an allotrope of particulate carbon that has conductivity and does not have pores that can form an electric double layer.
  • furnace black, acetylene black, and ketjen black examples thereof include conductive carbon material black such as (Registered trademark of Akzo Nobel Chemicals Beslo Tenfen Note Shap).
  • acetylene black and furnace black are preferable.
  • the volume average particle diameter of the electrode conductive material is preferably smaller than the volume average particle diameter of the electrode active material, and the range is usually 0.001 to 10 ⁇ m, preferably 0.05 to 5 ⁇ m, more preferably 0.01. ⁇ 1 ⁇ m.
  • the amount of the electrode conductive material in the electrode active material layer is usually 0.1 to 50 parts by mass, preferably 0.5 to 15 parts by mass, more preferably 1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the electrode active material. Range. When the amount of the electrode conductive material in the electrode active material layer is within this range, the capacity of the electrochemical element using the obtained electrode for electrochemical element can be increased and the internal resistance can be decreased.
  • the paste-like composition for electrode formation (hereinafter sometimes referred to as “slurry for electrode active material layer”) includes an essential component of the electrode active material and the electrode binder, Further, it can be produced by kneading optional components such as a conductive material for electrodes, a dispersant and an additive in water or an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone or tetrahydrofuran.
  • the solvent used for obtaining the slurry is not particularly limited, but when the above dispersant is used, a solvent capable of dissolving the dispersant is preferably used. Specifically, water is usually used, but an organic solvent may be used, or a mixed solvent of water and an organic solvent may be used.
  • organic solvent examples 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, dimethylacetamide and N-methyl- Amides such as 2-pyrrolidone and dimethylimidazolidinone; sulfur solvents such as dimethyl sulfoxide and sulfolane; and the like.
  • 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 dimethylacetamide and N-methyl- Amides
  • sulfur solvents such as dimethyl sulfoxide and sulfolane; and the like.
  • the slurry for the electrode active material layer is preferably an aqueous slurry using water as a dispersion medium from the viewpoint of easy drying of the electrode active material layer and excellent environmental load.
  • water and an organic solvent having a lower boiling point than water are used in combination, the drying rate can be increased during spray drying.
  • the dispersibility of the binder or the solubility of the dispersant varies depending on the amount or type of the organic solvent used in combination with water. Thereby, the viscosity and fluidity
  • the amount of the solvent used when preparing the slurry is such that the solid content concentration of the slurry is usually in the range of 1 to 90% by mass, preferably 5 to 85% by mass, more preferably 10 to 80% by mass. . When the solid content concentration of the slurry is within this range, it is preferable because each component is uniformly dispersed.
  • the method or procedure for dispersing or dissolving the electrode active material, the electrode binder, the electrode conductive material, the dispersant or the additive in the solvent is not particularly limited.
  • the electrode active material, the conductive material, the binder, and other dispersions in the solvent Method of adding and mixing agents and additives; Method of dissolving the dispersant in the solvent, adding and mixing the binder dispersed in the solvent, and finally adding and mixing the electrode active material and the conductive material;
  • Solvent For example, there may be mentioned a method in which an electrode active material and a conductive material are added to a binder dispersed in the mixture and mixed, and a dispersant dissolved in a solvent is added to the mixture and mixed.
  • mixing means examples include mixing equipment such as a ball mill, a sand mill, a bead mill, a pigment disperser, a crusher, an ultrasonic disperser, a homogenizer, a homomixer, and a planetary mixer. Mixing is usually carried out in the range of room temperature to 80 ° C. for 10 minutes to several hours.
  • the viscosity of the slurry is usually in the range of 10 to 100,000 mPa ⁇ s, preferably 30 to 50,000 mPa ⁇ s, more preferably 50 to 20,000 mPa ⁇ s at room temperature. When the viscosity of the slurry is within this range, productivity can be increased.
  • the method for applying the slurry onto the conductive adhesive layer is not particularly limited. Examples thereof include a doctor blade method, a dip method, a reverse roll method, a direct roll method, a gravure method, an extrusion method, and a brush coating method.
  • the coating thickness of the slurry is appropriately set according to the thickness of the target electrode active material layer.
  • drying method examples include drying with warm air, hot air, low-humidity air, vacuum drying, and drying by irradiation with (far) infrared rays or electron beams. Among these, a drying method by irradiation with far infrared rays is preferable.
  • the drying temperature and the drying time are preferably a temperature and a time at which the solvent in the slurry applied to the current collector can be completely removed.
  • the drying temperature is 100 to 300 ° C., preferably 120 to 250 ° C.
  • the drying time is usually 10 minutes to 100 hours, preferably 20 minutes to 20 hours.
  • the density of the electrode active material layer is not particularly limited, but is preferably 0.30 to 10 g / cm 3 , more preferably 0.35 to 8.0 g / cm 3 , and particularly preferably 0.40 to 6.0 g / cm 3 . 3 .
  • the thickness of the electrode active material layer is not particularly limited, but is preferably 5 to 1000 ⁇ m, more preferably 20 to 500 ⁇ m, and particularly preferably 30 to 300 ⁇ m.
  • Electrochemical element Examples of usage of the electrode for an electrochemical element include a lithium ion secondary battery, an electric double layer capacitor, a lithium ion capacitor, a sodium battery, and a magnesium battery using the electrode, and a lithium ion secondary battery is preferable. is there.
  • a lithium ion secondary battery is composed of the electrochemical element electrode, a separator, and an electrolytic solution.
  • the electrochemical element electrode of the present invention may be used for either the positive electrode or the negative electrode, or may be used for both the positive and negative electrodes.
  • a separator will not be specifically limited if it can insulate between the electrodes for electrochemical elements, and can pass a cation and an anion.
  • a porous separator having pores (a) a porous separator having pores, (b) a porous separator having a polymer coat layer formed on one or both sides, or (c) a porous resin coat layer containing inorganic ceramic powder A porous separator in which is formed.
  • Non-limiting examples of these include solids such as polypropylene, polyethylene, polyolefin, or aramid porous separators, polyvinylidene fluoride, polyethylene oxide, polyacrylonitrile, or polyvinylidene fluoride hexafluoropropylene copolymers.
  • a polymer film for a polymer electrolyte or a gel polymer electrolyte, a separator coated with a gelled polymer coating layer, or a separator coated with a porous membrane layer made of an inorganic filler or a dispersant for inorganic filler is used. be able to.
  • a separator is arrange
  • the thickness of the separator is appropriately selected depending on the purpose of use, but is usually 1 to 100 ⁇ m, preferably 10 to 80 ⁇ m, more preferably 20 to 60 ⁇ m.
  • the electrolytic solution is not particularly limited.
  • a solution obtained by dissolving a lithium salt as a supporting electrolyte in a non-aqueous solvent can be used.
  • the lithium salt include LiPF 6 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , LiClO 4 , CF 3 SO 3 Li, C 4 F 9 SO 3 Li, CF 3 COOLi, (CF 3 CO) 2 NLi , (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, (C 2 F 5 SO 2 ) NLi, and other lithium salts.
  • LiPF 6 , LiClO 4 , and CF 3 SO 3 Li that are easily soluble in a solvent and exhibit a high degree of dissociation are preferably used. These can be used alone or in admixture of two or more.
  • the amount of the supporting electrolyte is usually 1% by mass or more, preferably 5% by mass or more, and usually 30% by mass or less, preferably 20% by mass or less, with respect to the electrolytic solution. If the amount of the supporting electrolyte is too small or too large, the ionic conductivity is lowered and the battery charging and discharging characteristics are lowered.
  • the solvent used in the electrolytic solution is not particularly limited as long as it can dissolve the supporting electrolyte.
  • Alkyl carbonates such as carbonate (BC) and methyl ethyl carbonate (MEC); esters such as ⁇ -butyrolactone and methyl formate; ethers such as 1,2-dimethoxyethane; tetrahydrofuran; sulfolane and dimethyl sulfoxide Sulfur-containing compounds are used.
  • dimethyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate are preferable because high ion conductivity is easily obtained and the use temperature range is wide. These can be used alone or in admixture of two or more. Moreover, it is also possible to use an electrolyte containing an additive.
  • the additive is preferably a carbonate compound such as vinylene carbonate (VC).
  • Examples of the electrolytic solution other than the above include a gel polymer electrolyte obtained by impregnating a polymer electrolyte such as polyethylene oxide and polyacrylonitrile with an electrolytic solution, and an inorganic solid electrolyte such as lithium sulfide, LiI, and Li 3 N.
  • various general-purpose electrolytes and electrolytes can be used as the electrolyte and electrolyte of the electric double layer capacitor and the lithium ion capacitor without any particular limitation.
  • a secondary battery is obtained by stacking a negative electrode and a positive electrode through a separator, and winding and folding the negative electrode and the positive electrode in a battery container according to the shape of the battery, and then injecting an electrolyte into the battery container and sealing it. Further, if necessary, an expanded metal, an overcurrent prevention element such as a fuse or a PTC element, a lead plate and the like can be inserted to prevent an increase in pressure inside the battery and overcharge / discharge.
  • the shape of the battery may be any of a laminated cell type, a coin type, a button type, a sheet type, a cylindrical type, a square type, a flat type, and the like.
  • the positive electrode for lithium ion secondary batteries produced in Examples and Comparative Examples was cut into a rectangle having a length of 100 mm and a width of 10 mm to obtain a test piece, and cellophane tape was attached to the surface of the electrode active material layer with the electrode active material layer side down. It was. At this time, a cellophane tape defined in JIS Z1522 was used. Moreover, the cellophane tape was fixed to the test bench. Thereafter, the stress was measured when one end of the current collector was pulled off in the vertical direction at a pulling speed of 50 mm / min. This measurement was performed 3 times, the average value was calculated
  • the positive electrode active material layer slurry for the secondary battery is dried to a thickness of about 150 ⁇ m on the aluminum current collector formed with the conductive adhesive layer having a thickness of 4 ⁇ m manufactured in Examples and Comparative Examples. And then dried. Such drying was performed by conveying the aluminum current collector in an oven at 60 ° C. at a speed of 0.5 m / min for 2 minutes. Thereafter, heat treatment was performed at 120 ° C. for 2 minutes to obtain a positive electrode for a secondary battery.
  • the obtained positive electrode for a secondary battery was cut into 10 cm ⁇ 10 cm, and the number of pinholes having a diameter of 0.1 mm or more was visually measured. It shows that it is excellent in alkali resistance, so that the number of pinholes is small.
  • a lithium ion secondary battery of a laminate type cell was prepared and allowed to stand in a 25 ° C. environment for 24 hours.
  • the initial capacity C0 was measured by charging to 4.2V and discharging to 3.0V at a discharge rate of 0.1C. Further, the battery was charged to 4.2 V at a charging rate of 0.1 C in a 25 ° C. environment, and then stored for 7 days in a 60 ° C. environment. Next, the capacity C1 after high-temperature storage was measured by discharging to 3.0 V at a discharge rate of 0.1 C in a 25 ° C. environment.
  • Example 1 (Production of water-soluble polymer) In a 5 MPa pressure vessel with a stirrer, 59 parts of ethyl acrylate, 32.5 parts of methacrylic acid, 7.5 parts of 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate, 1 part of ethylene dimethacrylate (crosslinkable monomer), emulsifier After adding 1.5 parts of polyoxyalkylene alkenyl ether ammonium sulfate (Latemul PD-104, manufactured by Kao Corporation), 150 parts of ion exchange water and 0.5 part of potassium persulfate as a polymerization initiator, To initiate polymerization. When the polymerization conversion rate reached 96%, the reaction was stopped by cooling to obtain an aqueous dispersion containing a water-soluble polymer.
  • polyoxyalkylene alkenyl ether ammonium sulfate Lithylene alkenyl ether ammonium sulfate
  • the aqueous dispersion containing the water-soluble polymer was adjusted to pH 8 by adding 10% aqueous ammonia to obtain a desired water-soluble polymer aqueous solution.
  • the 1% aqueous solution viscosity at pH 12 of the water-soluble polymer was 50 mPa ⁇ s.
  • spherical graphite 80 parts of spherical graphite (manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd.) having an aspect ratio of 7 and a volume average particle diameter of 1.0 ⁇ m, and furnace black (Super-P) having a volume average particle diameter of 0.4 ⁇ m as carbon black. ; Manufactured by Timcal Co., Ltd.) as a dispersant, 10 parts of a 5.0% aqueous solution of the water-soluble polymer corresponding to the solid content, a glass transition temperature of ⁇ 40 ° C. as a binder, and a number average particle size of 0.
  • Solid 40% aqueous dispersion of 25 ⁇ m acrylate polymer (copolymer obtained by emulsion polymerization of monomer mixture containing 2-ethylhexyl acrylate 76% by mass, acrylonitrile 20% by mass, itaconic acid 4% by mass) Eight parts and ion-exchanged water were mixed so that the total solid concentration was 30%, thereby preparing a coating solution (slurry) for the conductive adhesive composition.
  • the conductive adhesive composition slurry is discharged from a die onto an aluminum current collector having a thickness of 30 ⁇ m, applied to one side of the current collector at a molding speed of 30 m / min, and dried at 120 ° C. for 5 minutes.
  • a conductive adhesive layer having a thickness of 4 ⁇ m was formed.
  • An acrylate polymer having a glass transition temperature of ⁇ 40 ° C. and a number average particle size of 0.25 ⁇ m (76% by mass of 2-ethylhexyl acrylate, 20% by mass of acrylonitrile, 4% by mass of itaconic acid) is used as a binder in the above mixture.
  • the secondary battery positive electrode active material layer slurry is applied at a speed of 3 m / min on the aluminum current collector on which the conductive adhesive layer is formed, dried at 80 ° C. for 5 minutes, and then heated at 120 ° C. for 5 minutes.
  • the positive electrode for secondary batteries of thickness 100micrometer was obtained by processing.
  • KS-6 graphite having a volume average particle diameter of 3.7 ⁇ m and a 1.5% aqueous solution of carboxymethyl cellulose ammonium (DN-800H; Daicel Chemical) as a dispersant are used.
  • the negative electrode active material layer slurry was applied on one side of a 20 ⁇ m thick copper foil with a comma coater and dried at 110 ° C. for 20 minutes to form a 90 ⁇ m thick negative electrode active material layer. This was rolled with a roll press to obtain a negative electrode for a secondary battery having a negative electrode active material layer thickness of 60 ⁇ m.
  • the obtained positive electrode for a secondary battery was cut into a 4 cm ⁇ 4 cm square and arranged so that the current collector-side surface was in contact with the aluminum packaging exterior.
  • a 5 cm ⁇ 5 cm square separator was disposed on the surface of the positive electrode active material layer.
  • As the separator a single-layer polypropylene separator (thickness 25 ⁇ m, manufactured by a dry method, porosity 55%) was used.
  • the negative electrode for secondary batteries was cut into a square of 4.2 cm ⁇ 4.2 cm, and this was arranged on the separator so that the surface on the negative electrode active material layer side faces the separator.
  • Example 2 Example 1 (Production of conductive adhesive composition) was the same as Example 1 except that only 100 parts of spherical graphite was used as the conductive carbon material. The results are shown in Table 1.
  • Example 3 Example 1 (Production of conductive adhesive composition) was the same as Example 1 except that only 100 parts of carbon black was used as the conductive carbon material. The results are shown in Table 1.
  • Example 4 In Example 1 (Production of conductive adhesive composition), instead of an acrylate polymer as a binder, a diene polymer having a glass transition temperature of ⁇ 15 ° C. and a number average particle size of 0.15 ⁇ m (styrene 58. Example 1 except that a copolymer obtained by emulsion polymerization of a monomer mixture containing 5% by mass, 1,3-butadiene 58.5% by mass, and itaconic acid 3% by mass was used. . The results are shown in Table 1.
  • Example 5 In Example 1 (Production of conductive adhesive composition), a diene polymer (acrylonitrile 18.5) having a glass transition temperature of ⁇ 36 ° C. and a number average particle size of 0.15 ⁇ m was used instead of an acrylate polymer as a binder. Example 1 except that a copolymer obtained by emulsion polymerization of a monomer mixture containing 5% by mass, 1,3-butadiene 78.5% by mass, and itaconic acid 3% by mass was used. . The results are shown in Table 1.
  • Example 6 An aqueous dispersion containing a water-soluble polymer was obtained in the same manner as in Example 1 (Production of water-soluble polymer) except that acrylic acid was used instead of methacrylic acid.
  • the 1% aqueous solution viscosity at pH 12 of the water-soluble polymer was 76 mPa ⁇ s.
  • the procedure was the same as in Example 1 except that this water-soluble polymer was used. The results are shown in Table 1.
  • Example 7 In Example 1 (Production of water-soluble polymer), the amount of ethyl acrylate used was changed to 69.5 parts, and the amount of methacrylic acid used was changed to 22 parts. An aqueous dispersion was obtained. The 1% aqueous solution viscosity at pH 12 of the water-soluble polymer was 24 mPa ⁇ s. The procedure was the same as in Example 1 except that this water-soluble polymer was used. The results are shown in Table 1.
  • Example 8 In Example 1 (Production of water-soluble polymer), the amount of ethyl acrylate used was changed to 35.5 parts, and the amount of methacrylic acid used was changed to 56 parts. An aqueous dispersion was obtained. The 1% aqueous solution viscosity at pH 12 of the water-soluble polymer was 1200 mPa ⁇ s. The procedure was the same as in Example 1 except that this water-soluble polymer was used. The results are shown in Table 1.
  • Example 9 An aqueous dispersion containing a water-soluble polymer was prepared in the same manner as in Example 1 (Production of water-soluble polymer) except that trifluoromethyl acrylate was used instead of 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate. Obtained. The 1% aqueous solution viscosity at pH 12 of the water-soluble polymer was 55 mPa ⁇ s. The procedure was the same as in Example 1 except that this water-soluble polymer was used. The results are shown in Table 1.
  • Example 10 An aqueous dispersion containing a water-soluble polymer was prepared in the same manner as in Example 1 (Production of water-soluble polymer) except that perfluorooctyl methacrylate was used instead of 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate. Obtained.
  • the 1% aqueous solution viscosity at pH 12 of the water-soluble polymer was 70 mPa ⁇ s.
  • the procedure was the same as in Example 1 except that this water-soluble polymer was used. The results are shown in Table 1.
  • Example 11 In Example 1 (Production of water-soluble polymer), except that the amount of ethyl acrylate used was changed to 55.7 parts and the amount of 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate used was changed to 0.8 parts, Similarly, an aqueous dispersion containing a water-soluble polymer was obtained. The 1% aqueous solution viscosity at pH 12 of the water-soluble polymer was 44 mPa ⁇ s. The procedure was the same as in Example 1 except that this water-soluble polymer was used. The results are shown in Table 1.
  • Example 12 In the same manner as in Example 1 (Production of water-soluble polymer), except that the amount of ethyl acrylate used was changed to 48.5 parts and the amount of 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate used was changed to 18 parts. Thus, an aqueous dispersion containing a water-soluble polymer was obtained. The 1% aqueous solution viscosity at pH 12 of the water-soluble polymer was 78 mPa ⁇ s. The procedure was the same as in Example 1 except that this water-soluble polymer was used. The results are shown in Table 1.
  • Example 13 In Example 1 (Production of water-soluble polymer), an aqueous dispersion containing a water-soluble polymer was obtained in the same manner except that allyl glycidyl ether was used instead of ethylene dimethacrylate. The 1% aqueous solution viscosity of the water-soluble polymer at pH 12 was 66 mPa ⁇ s. The procedure was the same as in Example 1 except that this water-soluble polymer was used. The results are shown in Table 1.
  • Example 14 An aqueous dispersion containing a water-soluble polymer was obtained in the same manner as in Example 1 (Production of water-soluble polymer) except that glycidyl methacrylate was used instead of ethylene dimethacrylate.
  • the 1% aqueous solution viscosity at pH 12 of the water-soluble polymer was 78 mPa ⁇ s.
  • the procedure was the same as in Example 1 except that this water-soluble polymer was used. The results are shown in Table 1.
  • Example 15 An aqueous dispersion containing a water-soluble polymer was obtained in the same manner as in Example 1 (Production of water-soluble polymer) except that ethylene dimethacrylate was not used.
  • the 1% aqueous solution viscosity at pH 12 of the water-soluble polymer was 30 mPa ⁇ s.
  • the procedure was the same as in Example 1 except that this water-soluble polymer was used. The results are shown in Table 1.
  • Example 16 A water-soluble polymer was prepared in the same manner as in Example 1 (Production of water-soluble polymer) except that the amount of ethyl acrylate used was changed to 59.8 parts and the amount of ethylene dimethacrylate was changed to 0.2 parts. An aqueous dispersion containing was obtained. The 1% aqueous solution viscosity at pH 12 of the water-soluble polymer was 32 mPa ⁇ s. The procedure was the same as in Example 1 except that this water-soluble polymer was used. The results are shown in Table 1.
  • Example 17 A water-soluble polymer was prepared in the same manner as in Example 1 (Production of water-soluble polymer) except that the amount of ethyl acrylate used was changed to 58.2 parts and the amount of ethylene dimethacrylate was changed to 1.8 parts. An aqueous dispersion containing was obtained. The viscosity of the 1% aqueous solution at pH 12 of the water-soluble polymer was 880 mPa ⁇ s. The procedure was the same as in Example 1 except that this water-soluble polymer was used. The results are shown in Table 1.
  • Example 18 Example 1 (Production of conductive adhesive composition) was the same as Example 1 except that 2 parts of the 5.0% aqueous solution of the water-soluble polymer was used corresponding to the solid content. The results are shown in Table 1.
  • Example 19 In Example 1 (Production of conductive adhesive composition), the procedure was the same as Example 1, except that 28 parts of a 5.0% aqueous solution of the water-soluble polymer was used corresponding to the solid content. The results are shown in Table 1.
  • Example 1 (Production of conductive adhesive composition) was the same as Example 1 except that 1 part of carboxymethyl cellulose (DN-10L; manufactured by Daicel Finechem) was used corresponding to the solid content. The results are shown in Table 1.
  • Example 21 Example 1 (Production of conductive adhesive composition) was the same as Example 1 except that carboxymethylcellulose (DN-10L; manufactured by Daicel Finechem) was used in an amount of 3 parts corresponding to the solid content. The results are shown in Table 1.
  • Example 1 (Production of conductive adhesive composition) was the same as Example 1 except that carboxymethylcellulose (CMC) was used instead of the water-soluble polymer as a dispersant. The results are shown in Table 1. The 1% aqueous solution viscosity of CMC was 3500 mPa ⁇ s.
  • Example 1 (Production of conductive adhesive composition) was the same as Example 1 except that sodium polyacrylate was used in place of the water-soluble polymer as a dispersant. The results are shown in Table 1. The 1% aqueous solution viscosity of sodium polyacrylate was 150 mPa ⁇ s.
  • Example 1 (Production of conductive adhesive composition) was the same as Example 1 except that 35 parts of a 5.0% aqueous solution of the water-soluble polymer was used in an amount corresponding to the solid content. The results are shown in Table 1.
  • Example 1 (Production of conductive adhesive composition) was the same as Example 1 except that 35 parts of a 5.0% aqueous solution of the water-soluble polymer was used in an amount corresponding to the solid content. The results are shown in Table 1.
  • the reaction was stopped by cooling to obtain an aqueous dispersion containing a water-soluble polymer.
  • the 1% aqueous solution viscosity at pH 12 of the water-soluble polymer was 65 mPa ⁇ s.
  • Example 1 (Production of conductive adhesive composition) was the same as Example 1 except that the above water-soluble polymer was used. The results are shown in Table 1.
  • Example 6 (Comparative Example 6)
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • Example 1 production of conductive adhesive composition
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • Example 1 was repeated except that N-methylpyrrolidone was used in place of water as a solvent for the conductive adhesive composition. The results are shown in Table 1.
  • Example 22 and Comparative Example 7 evaluated the electric double layer capacitor.
  • the evaluation method is as follows.
  • a laminate type electric double layer capacitor was produced using the electric double layer capacitor electrode produced in the examples and comparative examples, and allowed to stand in a 25 ° C. environment for 24 hours, and then at a charge rate of 1C.
  • the initial capacity C0 was measured by charging to 7V and then discharging to 0V at a discharge rate of 1C. Furthermore, by charging to 2.7 V at a charge rate of 1 C in a 25 ° C. environment, storing for 7 days in a 60 ° C. environment, and then discharging to 0 V at a charge / discharge rate of 1 C in a 25 ° C. environment.
  • the capacity C1 after high temperature storage was measured.
  • a laminate-type electric double layer capacitor was prepared using the electric double layer capacitor electrode produced in the examples and comparative examples, and allowed to stand at 25 ° C. for 24 hours, and then 2.7 V at a charge rate of 1C. Then, the initial capacity C0 was measured by discharging to 0V at a discharge rate of 1C. Furthermore, after charging to 2.7 V at a charge rate of 1 C in a 60 ° C. environment, a charge / discharge cycle of discharging to 0 V at a discharge rate of 1 C was performed 100 times (100 cycles), and the capacity C2 after 100 cycles was measured.
  • a laminate-type electric double layer capacitor was prepared using the electric double layer capacitor electrode produced in the examples and comparative examples, and was allowed to stand for 24 hours. Then, the battery was charged to 7 V, and then discharged at a discharge rate of 1 C in an environment of ⁇ 10 ° C., and the voltage V 10 seconds after the start of discharge was measured.
  • Example 22 In the same manner as in Example 1, an aluminum current collector on which a conductive adhesive was formed was obtained.
  • aqueous solution (DN-800H; manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.) corresponding to a solid content of 2.0 parts, acetylene black (denka black powder; manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) as a conductive material, and 5 parts as a binder Diene polymer having a glass transition temperature of ⁇ 40 ° C.
  • a number average particle size of 0.25 ⁇ m obtained by emulsion polymerization of a monomer mixture containing 60% by mass of styrene, 35% by mass of butadiene and 5% by mass of itaconic acid
  • a planetary mixer so that a 40% aqueous dispersion of the copolymer) is 5 parts in terms of solid content, and ion-exchanged water is 20% in total solid content.
  • the slurry for positive and negative electrode active material layers was prepared.
  • Electrode for electric double layer capacitor On the aluminum current collector on which the conductive adhesive layer is formed, the electrode active material layer slurry is applied at a speed of 3 m / min, dried at 60 ° C. for 5 minutes, and then dried at 120 ° C. for 5 minutes. A positive electrode and a negative electrode for an electric double layer capacitor having a thickness of 100 ⁇ m were obtained.
  • the obtained positive electrode for an electric double layer capacitor was cut into a 4 cm ⁇ 4 cm square and arranged so that the surface on the current collector side was in contact with the aluminum packaging exterior.
  • a 5 cm ⁇ 5 cm square separator was disposed on the surface of the positive electrode active material layer.
  • the obtained negative electrode for an electric double layer capacitor was cut into a 4.2 cm ⁇ 4.2 cm square, and this was arranged on the separator so that the surface on the negative electrode active material layer side faces the separator.
  • the separator cellulose (manufactured by Nippon Kogyo Paper Industries, TF-40) was used.
  • Example 7 (Comparative Example 7) In Example 1 (manufacture of a conductive adhesive composition) referred to in Example 22, the same procedure was followed except that carboxymethyl cellulose (CMC) was used as a dispersant instead of the water-soluble polymer. The results are shown in Table 2.
  • CMC carboxymethyl cellulose
  • Example 23 and Comparative Example 8 evaluated lithium ion capacitors.
  • the evaluation method is as follows.
  • a laminate type electric double layer capacitor was produced using the lithium ion capacitor electrode produced in the examples and comparative examples, and allowed to stand for 24 hours in an environment of 25 ° C., and then up to 3.8 V at a charge rate of 1 C.
  • the initial capacity C0 was measured by charging and discharging to 3.0V at a discharge rate of 1C.
  • the capacity C1 after high temperature storage was measured.
  • a laminate-type lithium ion capacitor was prepared using the lithium ion capacitor electrodes produced in the examples and comparative examples, and allowed to stand for 24 hours, and then charged to 3.8 V at a charge rate of 1 C in a 25 ° C. environment. did. Thereafter, a discharge operation was performed at a discharge rate of 1 C under a -10 ° C environment, and the voltage V 10 seconds after the start of discharge was measured.
  • Example 23 In the same manner as in Example 1, an aluminum current collector on which a conductive adhesive was formed was obtained.
  • an electrode active material of the positive electrode 100 parts of an activated carbon powder (CEP-21; manufactured by Nippon Oil Corporation), which is an alkali-activated activated carbon made from petroleum pitch as a raw material, and 1 of carboxymethylcellulose ammonium as a dispersant. 2.0% of 5% aqueous solution (DN-800H; manufactured by Daicel Chemical Industries) corresponding to the solid content, 5 parts of acetylene black (denka black powder; manufactured by Denki Kagaku Kogyo) as the conductive agent, and glass transition as the binder Copolymer obtained by emulsion polymerization of a diene polymer having a temperature of ⁇ 40 ° C.
  • CEP-21 activated carbon powder
  • DN-800H manufactured by Daicel Chemical Industries
  • acetylene black denka black powder
  • Denki Kagaku Kogyo glass transition as the binder Copolymer obtained by emulsion polymerization of a diene polymer having a temperature of ⁇ 40
  • KS-6 graphite
  • DN-800H carboxymethyl cellulose ammonium
  • the lithium-ion capacitor negative electrode active material layer slurry is applied at a speed of 3 m / min, dried at 80 ° C. for 5 minutes, and then at 110 ° C. for 5 minutes. This was dried to obtain a lithium ion capacitor negative electrode having a thickness of 100 ⁇ m.
  • the obtained positive electrode for a lithium ion capacitor was cut into a 4 cm ⁇ 4 cm square and arranged so that the surface on the current collector side was in contact with the aluminum packaging exterior.
  • a 5 cm ⁇ 5 cm square separator was disposed on the surface of the positive electrode active material layer.
  • the negative electrode for lithium ion capacitors was cut into a square of 4.2 cm ⁇ 4.2 cm, and this was placed on the separator so that the surface on the negative electrode active material layer side faces the separator.
  • the separator cellulose (manufactured by Nippon Kogyo Paper Industries, TF-40) was used.

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Abstract

 【課題】 集電体と電極活物質層との間に介在する導電接着剤層として、水分の残留を低減して電解液の分解を防止することができ、また薄層化が可能であり、かつ薄層化しても、集電体と電極活物質層とを十分に密着しうる導電性接着剤層の形成に用いられる導電性接着剤組成物を提供すること。 【解決手段】 本発明に係る導電性接着剤組成物は、導電性炭素材料、水溶性重合体およびバインダーを含み、 前記水溶性重合体がエチレン性不飽和カルボン酸単量体単位、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位およびフッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を含む共重合体であることを特徴としている。

Description

導電性接着剤組成物、接着剤層付集電体および電気化学素子電極
 本発明は、導電性接着剤組成物に関し、特に、リチウムイオン二次電池やリチウムイオンキャパシタなどの電気化学素子の電極を構成する集電体表面に均一で密着性のよい導電性接着剤層を形成するのに好適な接着剤組成物に関する。また、本発明は、かかる接着剤組成物により形成した導電性接着剤層を有する接着剤層付集電体および該集電体の導電性接着剤層上に電極活物質を含む電極活物質層が形成された電気化学素子電極に関する。
 小型で軽量、且つエネルギー密度が高く、さらに繰り返し充放電が可能な特性を活かして、リチウムイオン二次電池、電気二重層キャパシタおよびリチウムイオンキャパシタなどの電気化学素子の需要が急速に拡大している。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などの分野で利用され、電気二重層キャパシタは急激な充放電が可能なので、パーソナルコンピュータ等のメモリーバックアップ用小型電源として利用されている。さらに電気二重層キャパシタは、電気自動車用の大型電源としての応用が期待されている。また、リチウムイオン二次電池と電気二重層キャパシタの長所を生かしたリチウムイオンキャパシタは、エネルギー密度、出力密度ともに高いことから注目を集めている。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、機械的特性の向上など、よりいっそうの改善が求められている。
 これらの電気化学素子は、正極と負極を備え、有機系電解液を用いることで作動電圧を高め、エネルギー密度を高めることができる。しかし一方で、集電体と電極活物質層との接触抵抗が大きく、電極強度が小さく、内部抵抗が大きいという問題点があった。また、これらの電気化学素子は、有機系電解液を用いることで作動電圧を高め、エネルギー密度を高めることができるが、一方では電解液の粘度が高いために、内部抵抗が大きいという問題点があった。そこで、これらの問題を解決するために、種々の検討がなされている。
 内部抵抗を低減する目的で、電極活物質層と集電体との間に導電性接着剤層を設けることが提案されている。たとえば特許文献1(WO2011/13756)では、カーボンブラック等の導電材と、アクリル系バインダーとを含み、分散剤としてカルボキシメチルセルロース(以下、「CMC」と記載することがある。)等を含む導電性接着剤が開示されている。
 上記のような導電性接着剤のバインダーとしては、アクリル系重合体の他、ジエン系重合体などの種々の結着性重合体が用いられているが、バインダーとしては一般に非水溶性重合体が使用されている。また導電性接着剤層には、導電材やバインダーの分散性を向上するために使用されるCMCなどが含まれる。
国際公開WO2011/13756
 しかし、発明者が検討を進めた結果、以下の問題があることがわかった。導電性接着剤層を形成するための水系塗布液にCMCが含まれると、塗布液を塗工後、乾燥しても塗膜(接着剤層)から水分が蒸発し難く、接着剤層の乾燥に時間がかかる。さらに水分が蒸発し難いため、接着剤層に水分が残留することがある。接着剤層に水分が残留すると、電気化学素子を繰り返し作動する間に、電解液の分解を引き起こし、電気化学素子の寿命が損なわれる。また、CMCは増粘剤としての作用も有することから、塗布液の粘度調整が容易になるが、分散性を向上するために増量すると塗布液が増粘し、塗膜厚が増大するため、接着剤層を薄くすることが難しくなる。
 したがって、本発明は、集電体と電極活物質層との間に介在する導電接着剤層として、水分の残留を低減して電解液の分解を防止することができ、また薄層化が可能であり、かつ薄層化しても、集電体と電極活物質層とを十分に密着しうる導電性接着剤層の形成に用いられる導電性接着剤組成物を提供することを目的としている。
 本発明者は上記課題を解決すべく鋭意検討を続けたところ、集電体と電極活物質層との間に設けられる導電性接着剤層の分散剤として、特定の組成の水溶性重合体を用いることで、導電材とバインダーとが均一に分散し、かつ塗工乾燥後に水分の残留が少なく、しかも接着剤層を薄層化しても、集電体と電極活物質層とを十分に密着しうることを見出し、本発明を完成するに至った。
 すなわち、上記課題の解決を目的とした本発明の要旨は以下のとおりである。
(1)導電性炭素材料、水溶性重合体およびバインダーを含む導電性接着剤組成物であって、
 前記水溶性重合体がエチレン性不飽和カルボン酸単量体単位、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位およびフッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を含む共重合体である導電性接着剤組成物。
(2)前記導電性炭素材料が、黒鉛またはカーボンブラックである(1)の導電性接着剤組成物。
(3)前記水溶性重合体のエチレン性不飽和カルボン酸単量体が、エチレン性不飽和モノカルボン酸単量体である(1)または(2)に記載の導電性接着剤組成物。
(4)前記水溶性重合体が、さらに架橋性単量体単位を含む(1)~(3)の何れかに記載の導電性接着剤組成物。
(5)前記水溶性重合体の1%水溶液粘度が、0.1~20000mPa・sである(1)~(4)の何れかに記載の導電性接着剤組成物。
(6)前記水溶性重合体の含有割合が、導電性炭素材料100質量部に対して、1~30質量部である(1)~(5)の何れかに記載の導電性接着剤組成物。
(7)集電体上に、導電性炭素材料、バインダー、並びに、エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位およびフッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を含む水溶性重合体を含んでなる導電性接着剤層を有する、導電性接着剤層付集電体。
(8)前記集電体が、金属である(7)に記載の導電性接着剤層付集電体。
(9)上記(7)または(8)に記載の導電性接着剤層付集電体上に、
 電極活物質およびバインダーを含んでなる電極活物質層を有する電気化学素子用電極。
(10)正極、負極電極、電解液、並びにセパレータを備える電気化学素子であって、前記正極又は負極の少なくとも一方の電極が(9)に記載の電気化学素子用電極である電気化学素子。
 導電性接着剤層を形成するための塗布液に通常含まれるCMCに代えて、特定組成の水溶性重合体を使用して、導電材(導電性炭素材料)とバインダーとを含む導電性接着剤組成物を得ている。水溶性重合体は、接着剤層を構成する導電材とバインダーの双方に親和性を有し、導電材とバインダーとを均一に分散することができる。さらに、塗膜の乾燥を短時間で行え、また得られる塗膜(接着剤層)にも水分が残留することはない。このため、電気化学素子を繰り返し作動しても、電解液が分解することはなく、素子の機能が長時間維持される。さらに、塗布液の増粘が起こり難く、接着剤層を薄層化でき、また薄層化しても、集電体と電極活物質層とを十分に密着しうる導電性接着剤層を形成できる。
 さらに驚くべきことに、導電性接着剤層に上記の特定組成の水溶性重合体を配合することで、下記のような効果も奏されていると考えられる。
 すなわち、水溶性重合体には、エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位およびフッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位が含まれている。このうち、エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位により、集電体や電極活物質層との接着性が向上していると考えられる。また、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位は、主に導電性接着剤層の柔軟性の向上に寄与していると考えられる。さらに、フッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を含むことによって、導電性接着剤層には耐アルカリ性が付与される。電極形成用のスラリーにはアルカリ性物質が含まれることがあり、また電気化学素子の作動による酸化還元によりアルカリ性物質が発生することがある。このようなアルカリ性物質は、集電体を腐食し、電気化学素子の性能、寿命を損なうが、導電性接着剤層が耐アルカリ性を有することで、アルカリ性物質による集電体の腐食が抑制される。
 そして、これらの効果により、得られる電気化学素子の高温保存特性や高温サイクル特性と、低温出力特性とを、バランスよく向上させることができる。
 以下本発明について、その最良の実施形態を含めてさらに具体的に説明する。
 本発明に係る導電性接着剤組成物は、導電性炭素材料、水溶性重合体およびバインダーを含み、必要に応じその他の成分を含んでいてもよい。以下、各成分について説明する。
[導電性炭素材料]
 本発明に係る導電性接着剤組成物(以下、単に「接着剤組成物」と記載することがある)に用いる導電性炭素材料は、その形態は特に限定はされないが、一般的には炭素粒子である。炭素粒子とは、炭素のみからなるか、又は実質的に炭素のみからなる粒子である。その具体例としては、非局在化したπ電子の存在によって高い導電性を有する黒鉛(具体的には天然黒鉛、人造黒鉛など)、黒鉛質の炭素微結晶が数層集まって乱層構造を形成した球状集合体であるカーボンブラック(具体的にはアセチレンブラック、ケッチェンブラック、その他のファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラックなど)、炭素繊維やカーボンウィスカなどが挙げられ、これらの中でも、炭素粒子が高密度に充填し、導電性接着剤層の電子移動抵抗を低減でき、さらに素子の内部抵抗をより低減できる点で、黒鉛又はカーボンブラックが、特に好ましい。これらの導電性炭素材料は、単独で用いてもよいが、二種類を組み合わせて用いてもよい。
 導電性炭素材料の電気抵抗率は、好ましくは0.0001~1Ω・cmであり、より好ましくは0.0005~0.5Ω・cm、特に好ましくは0.001~0.1Ω・cmである。導電性炭素材料の電気抵抗率がこの範囲にあると、導電性接着剤層の電子移動抵抗をより低減し、電気化学素子の内部抵抗をより低減することができる。ここで、電気抵抗率は、粉体抵抗測定システム(MCP-PD51型:ダイアインスツルメンツ社製)を用いて、炭素粒子に圧力をかけ続けながら抵抗値を測定し、圧力に対して収束した抵抗値R(Ω)と、圧縮された炭素粒子層の面積S(cm)と厚みd(cm)から電気抵抗率ρ(Ω・cm)=R×(S/d)を算出する。
 導電性炭素材料の体積平均粒子径は、好ましくは0.01~20μm、より好ましくは0.05~15μm、特に好ましくは0.1~10μmである。導電性炭素材料の体積平均粒子径がこの範囲であると、導電性接着剤層の導電性炭素材料が高密度に充填するため、電子移動抵抗がより低減され、電気化学素子の内部抵抗がより低減する。ここで体積平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置(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。
[水溶性重合体]
 水溶性重合体は、エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位およびフッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を含む共重合体である。この共重合体には、さらに架橋性単量体単位が含まれていてもよく、また反応性界面活性剤単量体などの機能性を有する単量体から導かれる構成単位や、その他の共重合可能な単量体から導かれる構成単位が含まれていてもよい。
エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位
 エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位は、エチレン性不飽和カルボン酸単量体を重合して得られる構成単位である。エチレン性不飽和カルボン酸単量体の例としては、エチレン性不飽和モノカルボン酸及びその誘導体、エチレン性不飽和ジカルボン酸及びその酸無水物並びにそれらの誘導体が挙げられる。エチレン性不飽和モノカルボン酸の例としては、アクリル酸、メタクリル酸、及びクロトン酸が挙げられる。エチレン性不飽和モノカルボン酸の誘導体の例としては、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、及びβ-ジアミノアクリル酸が挙げられる。エチレン性不飽和ジカルボン酸の例としては、マレイン酸、フマル酸、及びイタコン酸が挙げられる。エチレン性不飽和ジカルボン酸の酸無水物の例としては、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、及びジメチル無水マレイン酸が挙げられる。エチレン性不飽和ジカルボン酸の誘導体の例としては、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等のマレイン酸メチルアリル;並びに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マレイン酸エステルが挙げられる。これらの中でも、アクリル酸、メタクリル酸等のエチレン性不飽和モノカルボン酸が好ましい。得られる水溶性重合体の水に対する分散性がより高めることができるからである。
 水溶性重合体におけるエチレン性不飽和カルボン酸単量体単位の比率は、好ましくは20質量%以上、より好ましくは25質量%以上、特に好ましくは30質量%以上であり、好ましくは60質量%以下、より好ましくは55質量%以下、特に好ましくは50質量%以下である。水溶性重合体がエチレン性不飽和カルボン酸単量体単位をかかる範囲で含有することで、水溶性重合体は、集電体や電極活物質層に対する密着性を示すようになり、電極を構成する各層の接着性が向上すると考えられる。水溶性重合体におけるエチレン性不飽和カルボン酸単量体単位の比率は、水溶性重合体の重合に用いる全単量体における、エチレン性不飽和カルボン酸単量体の比率(仕込み比)により調整することができ、通常は、前記単量体単位の比率は、前記単量体の比率(仕込み比)に一致する。
(メタ)アクリル酸エステル単量体単位
 (メタ)アクリル酸エステル単量体単位は、(メタ)アクリル酸エステル単量体を重合して得られる構成単位である。ただし、(メタ)アクリル酸エステル単量体の中でもフッ素を含有するものは、後述するフッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体として(メタ)アクリル酸エステル単量体とは区別する。なお、本明細書では、(メタ)アクリルはアクリルおよびメタアクリルの両者を包含する。
 (メタ)アクリル酸エステル単量体の例としては、メチルアクリレート、エチルアクリレート、n-プロピルアクリレート、イソプロピルアクリレート、n-ブチルアクリレート、t-ブチルアクリレート、ペンチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、ヘプチルアクリレート、オクチルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、ノニルアクリレート、デシルアクリレート、ラウリルアクリレート、n-テトラデシルアクリレート、ステアリルアクリレート等のアクリル酸アルキルエステル;並びにメチルメタアクリレート、エチルメタアクリレート、n-プロピルメタアクリレート、イソプロピルメタアクリレート、n-ブチルメタアクリレート、t-ブチルメタアクリレート、ペンチルメタアクリレート、ヘキシルメタアクリレート、ヘプチルメタアクリレート、オクチルメタアクリレート、2-エチルヘキシルメタアクリレート、ノニルメタアクリレート、デシルメタアクリレート、ラウリルメタアクリレート、n-テトラデシルメタアクリレート、ステアリルメタアクリレート等のメタクリル酸アルキルエステルが挙げられる。
 (メタ)アクリル酸エステル単量体は1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。したがって、水溶性重合体は、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を、1種類だけ含んでいてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて含んでいてもよい。
 水溶性重合体において、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の比率は、好ましくは30質量%以上、より好ましくは35質量%以上、特に好ましくは40質量%以上であり、また、好ましくは70質量%以下、より好ましくは65質量%以下、特に好ましくは60質量%以下である。水溶性重合体における(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の量を、上記範囲の下限値以上とすることにより導電性接着剤層の集電体への密着性を高くすることができ、上記範囲の上限値以下とすることにより導電性接着剤層の柔軟性を高めることができる。水溶性重合体における(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の比率は、水溶性重合体の重合に用いる全単量体における、(メタ)アクリル酸エステル単量体の比率(仕込み比)により調整することができ、通常は、前記単量体単位の比率は、前記単量体の比率(仕込み比)に一致する。
フッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体
 フッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体としては、例えば、下記の式(I)で表される単量体が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
 前記の式(I)において、Rは、水素原子またはメチル基を表す。 前記の式(I)において、Rは、フッ素原子を含有する炭化水素基を表す。炭化水素基の炭素数は、通常1以上であり、通常18以下である。また、Rが含有するフッ素原子の数は、1個でもよく、2個以上でもよい。
 式(I)で表されるフッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体の例としては、(メタ)アクリル酸フッ化アルキル、(メタ)アクリル酸フッ化アリール、及び(メタ)アクリル酸フッ化アラルキルが挙げられる。なかでも(メタ)アクリル酸フッ化アルキルが好ましい。このような単量体の具体例としては、(メタ)アクリル酸-2,2,2-トリフルオロエチル、(メタ)アクリル酸-β-(パーフルオロオクチル)エチル、(メタ)アクリル酸-2,2,3,3-テトラフルオロプロピル、(メタ)アクリル酸-2,2,3,4,4,4-ヘキサフルオロブチル、(メタ)アクリル酸-1H,1H,9H-パーフルオロ-1-ノニル、(メタ)アクリル酸-1H,1H,11H-パーフルオロウンデシル、(メタ)アクリル酸パーフルオロオクチル、(メタ)アクリル酸-3-[4-〔1-トリフルオロメチル-2、2-ビス〔ビス(トリフルオロメチル)フルオロメチル〕エチニルオキシ〕ベンゾオキシ] -2-ヒドロキシプロピル等の(メタ)アクリル酸パーフルオロアルキルエステルが挙げられる。
 フッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体は1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。したがって、水溶性重合体は、フッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を、1種類だけ含んでいてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて含んでいてもよい。
 水溶性重合体におけるフッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の比率は、好ましくは0.5質量%以上、より好ましくは1質量%以上、特に好ましくは2質量%以上であり、好ましくは20質量%以下、より好ましくは15質量%以下、特に好ましくは10質量%以下である。水溶性重合体におけるフッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の比率を前記範囲の下限値以上とすることにより、水溶性重合体に、電解液に対する反発力を与えることができ、膨潤度を適切な範囲内とすることができる。一方、水溶性重合体におけるフッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の比率を前記範囲の上限値以下とすることにより、水溶性重合体に、電解液に対する濡れ性を与えることができ、得られる電気化学素子の低温出力特性を向上させることができる。水溶性重合体におけるフッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の比率は、水溶性重合体の重合に用いる全単量体における、フッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体の比率(仕込み比)により調整することができ、通常は、前記単量体単位の比率は、前記単量体の比率(仕込み比)に一致する。
 さらに、水溶性重合体がフッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を含むことによって、導電性接着剤層には耐アルカリ性が付与される。電極形成用のスラリーにはアルカリ性物質が含まれることがあり、また電気化学素子の作動による酸化還元によりアルカリ性物質が発生することがある。このようなアルカリ性物質は、集電体を腐食し、電気化学素子の寿命を損なうが、導電性接着剤層が耐アルカリ性を有することで、アルカリ性物質による集電体の腐食が抑制される。
架橋性単量体
 水溶性重合体は、上記各構成単位に加え、さらに架橋性単量体単位を含んでいてもよい。架橋性単量体単位は、架橋性単量体を加熱又はエネルギー照射により、重合中又は重合後に架橋構造を形成しうる構造単位である。架橋性単量体の例としては、通常は、熱架橋性を有する単量体を挙げることができる。より具体的には、熱架橋性の架橋性基及び1分子あたり1つのオレフィン性二重結合を有する単官能性単量体、及び1分子あたり2つ以上のオレフィン性二重結合を有する多官能性単量体が挙げられる。
 単官能性単量体に含まれる熱架橋性の架橋性基の例としては、エポキシ基、N-メチロールアミド基、オキセタニル基、オキサゾリン基、及びこれらの組み合わせが挙げられる。これらの中でも、エポキシ基が、架橋及び架橋密度の調節が容易な点でより好ましい。
 熱架橋性の架橋性基としてエポキシ基を有し、且つオレフィン性二重結合を有する架橋性単量体の例としては、ビニルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、ブテニルグリシジルエーテル、o-アリルフェニルグリシジルエーテルなどの不飽和グリシジルエーテル;ブタジエンモノエポキシド、クロロプレンモノエポキシド、4,5-エポキシ-2-ペンテン、3,4-エポキシ-1-ビニルシクロヘキセン、1,2-エポキシ-5,9-シクロドデカジエンなどのジエンまたはポリエンのモノエポキシド;3,4-エポキシ-1-ブテン、1,2-エポキシ-5-ヘキセン、1,2-エポキシ-9-デセンなどのアルケニルエポキシド;並びにグリシジルアクリレート、グリシジルメタアクリレート、グリシジルクロトネート、グリシジル-4-ヘプテノエート、グリシジルソルベート、グリシジルリノレート、グリシジル-4-メチル-3-ペンテノエート、3-シクロヘキセンカルボン酸のグリシジルエステル、4-メチル-3-シクロヘキセンカルボン酸のグリシジルエステルなどの不飽和カルボン酸のグリシジルエステル類が挙げられる。
 熱架橋性の架橋性基としてN-メチロールアミド基を有し、且つオレフィン性二重結合を有する架橋性単量体の例としては、N-メチロール(メタ)アクリルアミドなどのメチロール基を有する(メタ)アクリルアミド類が挙げられる。
 熱架橋性の架橋性基としてオキセタニル基を有し、且つオレフィン性二重結合を有する架橋性単量体の例としては、3-((メタ)アクリロイルオキシメチル)オキセタン、3-((メタ)アクリロイルオキシメチル)-2-トリフロロメチルオキセタン、3-((メタ)アクリロイルオキシメチル)-2-フェニルオキセタン、2-((メタ)アクリロイルオキシメチル)オキセタン、及び2-((メタ)アクリロイルオキシメチル)-4-トリフロロメチルオキセタンが挙げられる。
 熱架橋性の架橋性基としてオキサゾリン基を有し、且つオレフィン性二重結合を有する架橋性単量体の例としては、2-ビニル-2-オキサゾリン、2-ビニル-4-メチル-2-オキサゾリン、2-ビニル-5-メチル-2-オキサゾリン、2-イソプロペニル-2-オキサゾリン、2-イソプロペニル-4-メチル-2-オキサゾリン、2-イソプロペニル-5-メチル-2-オキサゾリン、及び2-イソプロペニル-5-エチル-2-オキサゾリンが挙げられる。
 2つ以上のオレフィン性二重結合を有する多官能性単量体の例としては、アリル(メタ)アクリレート、エチレンジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパン-トリ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールジアリルエーテル、ポリグリコールジアリルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、ヒドロキノンジアリルエーテル、テトラアリルオキシエタン、トリメチロールプロパン-ジアリルエーテル、前記以外の多官能性アルコールのアリルまたはビニルエーテル、トリアリルアミン、メチレンビスアクリルアミド、及びジビニルベンゼンが挙げられる。
 架橋性単量体としては、特に、エチレンジメタアクリレート、アリルグリシジルエーテル、及びグリシジルメタアクリレートを好ましく用いることができる。
 水溶性重合体に架橋性単量体単位が含まれる場合、その比率は、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.2質量%以上、特に好ましくは0.5質量%以上であり、好ましくは5質量%以下、より好ましくは4質量%以下、特に好ましくは2質量%以下である。水溶性重合体における架橋性単量体単位の比率を前記範囲の下限値以上とすることにより、水溶性重合体の分子量を高め、膨潤度が過度に上昇することを防止しうる。一方、水溶性重合体における架橋性単量体単位の比率を前記範囲の上限値以下とすることにより、水溶性重合体の水に対する可溶性を高め、分散性を良好にすることができる。したがって、水溶性重合体における架橋性単量体単位の比率を前記範囲内とすることにより、水溶性重合体の膨潤度及び分散性の両方を良好なものとすることができる。水溶性重合体における架橋性単量体単位の比率は、水溶性重合体の重合に用いる全単量体における、架橋性単量体の比率(仕込み比)により調整することができ、通常は、前記単量体単位の比率は、前記単量体の比率(仕込み比)に一致する。
他の単量体単位
 水溶性重合体には、上記各単量体単位に加え、反応性界面活性剤単量体などの機能性を有する単量体から導かれる構成単位や、その他の共重合可能な単量体から導かれる構成単位が含まれていてもよい。
 反応性界面活性剤単量体は、他の単量体と共重合しうる重合性の基を有し、且つ、界面活性基(親水性基及び疎水性基)を有する単量体である。反応性界面活性剤単量体を重合することにより得られる反応性界面活性剤単位は、水溶性重合体の分子の一部を構成し、且つ界面活性剤として機能しうる構成単位である。
 通常、反応性界面活性剤単量体は重合性不飽和基を有し、この基が重合後に疎水性基としても作用する。反応性界面活性剤単量体が有する重合性不飽和基の例としては、ビニル基、アリル基、ビニリデン基、プロペニル基、イソプロペニル基、及びイソブチリデン基が挙げられる。かかる重合性不飽和基の種類は、1種類でもよく、2種類以上でもよい。
 また、反応性界面活性剤単量体は、親水性を発現する部分として、通常は親水性基を有する。反応性界面活性剤単量体は、親水性基の種類により、アニオン系、カチオン系、ノニオン系の界面活性剤に分類される。
 アニオン系の親水性基の例としては、-SOM、-COOM、及び-PO(OH)が挙げられる。ここでMは、水素原子又はカチオンを示す。カチオンの例としては、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属イオン;カルシウム、マグネシウム等のアルカリ土類金属イオン;アンモニウムイオン;モノメチルアミン、ジメチルアミン、モノエチルアミン、トリエチルアミン等のアルキルアミンのアンモニウムイオン;並びにモノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルカノールアミンのアンモニウムイオンが挙げられる。
 カチオン系の親水基の例としては、-Cl、-Br、-I、及び-SOORXが挙げられる。ここでRXは、アルキル基を示す。RXの例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、及びイソプロピル基が挙げられる。
 ノニオン系の親水基の例としては、-OHが挙げられる。
 好適な反応性界面活性剤単量体の例としては、下記の式(II)で表される化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
 式(II)において、Rは2価の結合基を表す。Rの例としては、-Si-O-基、メチレン基及びフェニレン基が挙げられる。式(II)において、Rは親水性基を表す。Rの例としては、-SONHが挙げられる。式(II)において、nは1以上100以下の整数である。
 好適な反応性界面活性剤の別の例としては、エチレンオキシドに基づく重合単位及びブチレンオキシドに基づく重合単位を有し、さらに末端に、末端二重結合を有するアルケニル基及び-SONHを有する化合物(例えば、商品名「ラテムルPD-104」、花王株式会社製)を挙げることができる。
反応性界面活性剤単量体は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 水溶性重合体が反応性界面活性剤単位を含む場合、その比率は、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.2質量%以上、特に好ましくは0.5質量%以上であり、好ましくは15質量%以下、より好ましくは10質量%以下、特に好ましくは5質量%以下である。水溶性重合体における反応性界面活性剤単位の比率を前記範囲の下限値以上とすることにより、導電性接着剤組成物の分散性を向上させることができる。一方、水溶性重合体における反応性界面活性剤単位の比率を前記範囲の上限値以下とすることにより、導電性接着剤層の耐久性を向上させることができる。
 水溶性重合体が有しうる任意の単位のさらなる例としては、下記の単量体を重合して得られる単位が挙げられる。即ち、スチレン、クロロスチレン、ビニルトルエン、t-ブチルスチレン、ビニル安息香酸、ビニル安息香酸メチル、ビニルナフタレン、クロロメチルスチレン、ヒドロキシメチルスチレン、α-メチルスチレン、ジビニルベンゼン等のスチレン系単量体;アクリルアミド、アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸等のアミド系単量体;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のα,β-不飽和ニトリル化合物単量体;エチレン、プロピレン等のオレフィン類単量体;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、安息香酸ビニル等のビニルエステル類単量体;メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル等のビニルエーテル類単量体;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単量体;並びに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単量体の1以上を重合して得られる単位が挙げられる。水溶性重合体におけるこれらの単位の割合は、好ましくは0質量%~10質量%、より好ましくは0質量%~5質量%である。
 また、水溶性重合体が有しうる任意の単位のさらなる例として、スルホン酸基(-SOH)を含有する単量体、リン酸基(-PO)を含有する単量体等を重合して得られる単位も挙げられる。
 スルホン酸基含有単量体の例としては、スルホン酸基以外に官能基をもたないスルホン酸基含有単量体またはその塩、アミド基とスルホン酸基とを含有する単量体またはその塩、並びに、ヒドロキシル基とスルホン酸基とを含有する単量体またはその塩などが挙げられる。なお、これらは1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。したがって、水溶性重合体は、スルホン酸基含有単量体単位を、1種類だけ含んでいてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて含んでいてもよい。
 スルホン酸基以外に官能基をもたないスルホン酸基含有単量体としては、例えば、イソプレン及びブタジエン等のジエン化合物の共役二重結合の1つをスルホン化した単量体、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が挙げられる。また、その塩としては、例えば、リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩などが挙げられる。なお、これらは、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 アミド基とスルホン酸基とを含有する単量体としては、例えば、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸(AMPS)などが挙げられる。また、その塩としては、例えば、リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩などが挙げられる。なお、これらは、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 ヒドロキシル基とスルホン酸基とを含有する単量体としては、例えば、3-アリロキシ-2-ヒドロキシプロパンスルホン酸(HAPS)などが挙げられる。また、その塩としては、例えば、リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩などが挙げられる。なお、これらは、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
 これらの中でも、スルホン酸基含有単量体としては、スチレンスルホン酸、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸(AMPS)、並びに、アミド基とスルホン酸基とを含有する単量体またはその塩が好ましい。
 水溶性重合体におけるスルホン酸基含有単量体単位の比率は、好ましくは0.1重量%以上、より好ましくは0.2重量%以上であり、一方、好ましくは5重量%以下、より好ましくは3重量%以下である。スルホン酸基含有単量体単位が、水溶性重合体にかかる範囲内で含まれることにより、電極形成用のスラリーの分散性が向上する場合がある。また、電極を製造する際に、電極活物質層でスルホン酸基により架橋構造が形成される場合があり、電極活物質層の強度を強くし、また、二次電池の高温保存特性及び低温出力特性を改善することができる場合がある。
 リン酸基含有単量体が有しうるリン酸基としては、基-O-P(=O)(-OR)-OR基を有する単量体(R及びRは、独立に、水素原子、又は任意の有機基である。)、又はこの塩を挙げることができる。R及びRとしての有機基の具体例としては、オクチル基等の脂肪族基、フェニル基等の芳香族基等が挙げられる。
 リン酸基含有単量体としては、例えば、リン酸基及びアリロキシ基を含む化合物、及びリン酸基含有(メタ)アクリル酸エステルを挙げることができる。リン酸基及びアリロキシ基を含む化合物としては、3-アリロキシ-2-ヒドロキシプロパンリン酸を挙げることができる。リン酸基含有(メタ)アクリル酸エステルとしては、ジオクチル-2-メタクリロイロキシエチルホスフェート、ジフェニル-2-メタクリロイロキシエチルホスフェート、モノメチル-2-メタクリロイロキシエチルホスフェート、ジメチル-2-メタクリロイロキシエチルホスフェート、モノエチル-2-メタクリロイロキシエチルホスフェート、ジエチル-2-メタクリロイロキシエチルホスフェート、モノイソプロピル-2-メタクリロイロキシエチルホスフェート、ジイソプロピル-2-メタクリロイロキシエチルホスフェート、モノn-ブチル-2-メタクリロイロキシエチルホスフェート、ジn-ブチル-2-メタクリロイロキシエチルホスフェート、モノブトキシエチル-2-メタクリロイロキシエチルホスフェート、ジブトキシエチル-2-メタクリロイロキシエチルホスフェート、モノ(2-エチルヘキシル)-2-メタクリロイロキシエチルホスフェート、ジ(2-エチルヘキシル)-2-メタクリロイロキシエチルホスフェートなどが挙げられる。
 なお、リン酸基含有単量体は1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。したがって、水溶性重合体は、リン酸基含有単量体単位を、1種類だけ含んでいてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて含んでいてもよい。
 水溶性重合体におけるリン酸基含有単量体単位の比率は、好ましくは0.1重量%以上、より好ましくは0.2重量%以上であり、一方好ましくは10重量%以下であり、より好ましくは5重量%以下である。リン酸含有単量体単位が、水溶性重合体にかかる範囲内で含まれることにより、集電体と電極活物質層との密着性の向上等の、リン酸基含有単量体単位に基づく効果を得ることができる場合、水溶性重合体の重合に際し適切な重合度を得ることができ、耐久性の低下等の不所望な効果の発現を防止できる場合がある。
 なお、本明細書における水溶性重合体とは、pH12において、1%水溶液粘度が0.1~100000mPa・sである重合体をいう。
 また、水溶性重合体の、pH12における、1%水溶液を調整した際の溶液粘度は、好ましくは0.1~20000mPa・s、さらに好ましくは1~10000mPa・s、特に好ましくは10~5000mPa・sの範囲にある。ここで、水溶性重合体の1%水溶液を調整する際のpH値については、pH7.0以上であれば特に限定されるものではなく、pH7.0以上のいずれのpH値における1%水溶液を調整して溶液粘度(1%水溶液粘度)を測定してもよい。測定された水溶性重合体の1%水溶液粘度は、pH7.0以上であればいずれのpH値であっても、大きく変化しない。よって、水溶性重合体の、pH7.0以上のいずれのpH値における1%水溶液粘度の好ましい粘度範囲は、前記範囲と同様となる。前記溶液粘度が高すぎると、導電性接着剤層の集電体に対する密着性が低下することがあり、また低すぎると導電性接着剤層の柔軟性が低下することがある。
 水溶性重合体の重量平均分子量は、通常はバインダーとなる重合体よりも小さく、好ましくは100以上、より好ましくは500以上、特に好ましくは1000以上であり、好ましくは500000以下、より好ましくは250000以下、特に好ましくは100000以下である。水溶性重合体の重量平均分子量は、GPCによって、ジメチルホルムアミドの10体積%水溶液に0.85g/mlの硝酸ナトリウムを溶解させた溶液を展開溶媒としたポリスチレン換算の値として求めうる。
 さらに、水溶性重合体のガラス転移温度は、通常0℃以上、好ましくは5℃以上であり、通常100℃以下、好ましくは50℃以下である。水溶性重合体のガラス転移温度は、様々な単量体を組み合わせることによって調整可能である。
[バインダー]
 本発明に用いるバインダーは、導電性炭素材料を相互に結着させることができる化合物であれば特に制限はない。好適なバインダーは、溶媒に分散する性質のある分散型バインダーである。分散型バインダーとして、例えば、フッ素重合体、ジエン重合体、アクリレート重合体、ポリイミド、ポリアミド、ポリウレタン重合体等の高分子化合物が挙げられ、フッ素重合体、ジエン重合体又はアクリレート重合体が好ましく、ジエン重合体又はアクリレート重合体が、耐電圧を高くでき、かつ電気化学素子のエネルギー密度を高くすることができる点でより好ましい。
 ジエン重合体は、共役ジエンの単独重合体;異なる種類の共役ジエン同士の共重合体;共役ジエンを含む単量体混合物を重合して得られる共重合体、またはそれらの水素添加物である。前記単量体混合物における共役ジエンの割合は通常20質量%以上、好ましくは25質量%以上、より好ましくは30質量%以上である。ジエン系重合体の具体例としては、ポリブタジエンやポリイソプレンなどの共役ジエン単独重合体;カルボキシ変性されていてもよいスチレン・ブタジエン共重合体(SBR)などの芳香族ビニル・共役ジエン共重合体;スチレン・ブタジエン・メタクリル酸共重合体や、スチレン・ブタジエン・イタコン酸共重合体などの芳香族ビニル・共役ジエン・カルボン酸基含有単量体の共重合体;アクリロニトリル・ブタジエン共重合体(NBR)などのシアン化ビニル・共役ジエン共重合体;水素化SBR、水素化NBR等が挙げられる。
 アクリレート重合体は、一般式(1):CH=CR-COOR(式中、Rは水素原子またはメチル基を、Rはアルキル基またはシクロアルキル基を表す。)で表される化合物由来の単量体単位を含む重合体である。一般式(1)で表される化合物の具体例としては、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸n-ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸t-ブチル、アクリル酸n-アミル、アクリル酸イソアミル、アクリル酸n-ヘキシル、アクリル酸2-エチルヘキシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸ノニル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸ステアリルなどのアクリレート;メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸n-ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸t-ブチル、メタクリル酸n-アミル、メタクリル酸イソアミル、メタクリル酸n-ヘキシル、メタクリル酸2-エチルヘキシル、メタクリル酸オクチル、メタクリル酸イソデシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸トリデシル、メタクリル酸ステアリルなどのメタアクリレート等が挙げられる。これらの中でも、アクリレートが好ましく、アクリル酸n-ブチルおよびアクリル酸2-エチルヘキシルが、得られる電極の強度を向上できる点で、特に好ましい。アクリレート重合体中の一般式(1)で表される化合物由来の単量体単位の割合は、通常50質量%以上、好ましくは70質量%以上である。前記一般式(1)で表される化合物由来の単量体単位の割合が前記範囲であるアクリレート重合体を用いると、耐熱性が高く、かつ得られる電気化学素子用電極の内部抵抗を小さくできる。
 本発明に用いるバインダーは、極性基を有するものが好ましい。バインダーが、極性基を有することにより、集電体及び電極活物質層との結着性をさらに高めることができる。本発明において、極性基とは、水中で解離しうる官能基や分極を有する官能基のことをいい、具体的には、酸基、ニトリル基、アミド基、アミノ基、ヒドロキシル基、エポキシ基などが挙げられる。これらの中でも、酸基、ニトリル基、エポキシ基が好ましく、耐電圧を高くできる点で、酸基又はニトリル基がより好ましい。本発明において、用いるバインダーは、前記極性基を少なくとも1種類有すればよいが、2種類以上有することが好ましい。バインダーが、極性基を2種類以上有することにより、集電体および電極活物質層との結着性をさらに高めることができる。極性基を2種類有する場合の具体的な組み合わせとしては、酸基とニトリル基、酸基とアミド基、酸基とアミノ基が挙げられる。極性基を3種類以上有する場合の組み合わせは、例示した極性基の中から3種組み合わせればよい。バインダー中の極性基は、例えば、バインダーを構成する重合体を重合する際、極性基を有する単量体を用いたり、極性基を有する重合開始剤を用いたりすることにより、重合体中に導入することができる。
 バインダー中の極性基の含有割合は、極性基を有する単量体の含有割合で、好ましくは0.1~40質量%、より好ましくは0.5~30質量%、特に好ましくは1~20質量%である。バインダー中の極性基の含有割合を前記範囲とすることにより、集電体との結着性に優れ、電極の電極強度を高くすることができる。
 ニトリル基を極性基として含む単量体としては、アクリロニトリルやメタクリロニトリルなどが挙げられ、耐電圧を高くできる点で、アクリロニトリルが好ましい。
 酸基を極性基として含む単量体としては、アクリル酸、メタクリル酸などの一塩基酸含有単量体や、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸などの二塩基酸含有単量体などのカルボン酸基を有する単量体;スチレンスルホン酸、メタリルスルホン酸などのスルホン酸基を有する単量体などが挙げられ、中でもカルボン酸基を有する単量体が好ましく、耐電圧を高くできる点で、二塩基酸含有単量体が特に好ましい。
 バインダーの形状は、特に制限はないが、集電体との結着性が良く、また、作成した電極の容量の低下や充放電の繰り返しによる劣化を抑えることができるため、粒子状であることが好ましい。粒子状バインダーは、導電性接着剤組成物中で粒子形状を保持した状態で存在するものであればよいが、導電性接着剤層においても粒子形状を保持した状態で存在できるものが好ましい。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い。粒子状のバインダーとしては、例えば、ラテックスのごときバインダーの粒子が水に分散した状態のものや、このような分散液を乾燥して得られる粉末状のものが挙げられる。ここでいう、粒子状のバインダーとしては、非水溶性である、即ち、水系溶媒中で溶解せずに粒子状で分散していることが好ましい。非水溶性であるとは、具体的には、25℃において、そのバインダー0.5gを100gの水に添加し、十分に攪拌した際に、不溶分が90重量%以上となることをいう。
 バインダーのガラス転移温度(Tg)は、好ましくは50℃以下、さらに好ましくは-40~0℃である。バインダーのガラス転移温度(Tg)がこの範囲にあると、少量の使用量で結着性に優れ、集電体と電極活物質層との結着性に優れ、電極強度が強く、柔軟性に富み、電極形成時のプレス工程により電極密度を容易に高めることができる。
 バインダーが、粒子状のバインダーである場合における、その数平均粒子径は、格別な限定はないが、通常は0.0001~100μm、好ましくは0.001~10μm、より好ましくは0.01~1μmである。バインダーが粒子状のバインダーである場合における、その数平均粒子径がこの範囲であるときは、少量の使用でも優れた結着力を、導電性接着剤層に与えることができる。ここで、数平均粒子径は、透過型電子顕微鏡写真で無作為に選んだバインダー粒子100個の径を測定し、その算術平均値として算出される個数平均粒子径である。粒子の形状は球形、異形、どちらでもかまわない。これらのバインダーは単独でまたは二種類以上を組み合わせて用いることができる。
[水溶性重合体およびバインダーの製造]
 バインダーは、その製法は特に限定はされないが、上述したように、各共重合体を構成する単量体を含む単量体混合物を、それぞれ乳化重合して得ることができる。乳化重合の方法としては、特に限定されず、従来公知の乳化重合法を採用すればよい。すなわち、攪拌機および加熱装置付きの密閉容器に水と、分散剤、乳化剤、架橋剤などの添加剤と、重合開始剤と、単量体とを所定の組成になるように加え、容器中の組成物を攪拌して単量体等を水に乳化させ、攪拌しながら温度を上昇させて重合を開始する方法である。あるいは、上記組成物を乳化させた後に密閉容器に入れ、同様に反応を開始させる方法である。
 乳化重合に使用する重合開始剤としては、たとえば、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過リン酸カリウム、過酸化水素等の無機過酸化物;t-ブチルパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、p-メンタンハイドロパーオキサイド、ジ-t-ブチルパーオキサイド、t-ブチルクミルパーオキサイド、アセチルパーオキサイド、イソブチリルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、3,5,5-トリメチルヘキサノイルパーオキサイド、t-ブチルパーオキシイソブチレート等の有機過酸化物;アゾビスイソブチロニトリル、アゾビス-2,4-ジメチルバレロニトリル、アゾビスシクロヘキサンカルボニトリル、アゾビスイソ酪酸メチル等のアゾ化合物等が挙げられる。
 これらのなかでも、無機過酸化物が好ましく使用できる。これらの重合開始剤は、それぞれ単独でまたは2種類以上を組み合わせて使用することができる。また、過酸化物開始剤は、重亜硫酸ナトリウム等の還元剤と組み合わせて、レドックス系重合開始剤として使用することもできる。
  重合開始剤の使用量は、重合に使用する単量体混合物の全量100質量部に対して、好ましくは0.05~5質量部、より好ましくは0.1~2質量部である。水溶性重合体を製造する際に、重合開始剤の使用量を上記範囲とすることで、水溶性重合体の1%水溶液粘度を所定範囲に調整することが容易になる。
 得られる共重合体のテトラヒドロフラン不溶解分量を調節するために、乳化重合時に連鎖移動剤を使用することが好ましい。連鎖移動剤としては、たとえば、n-ヘキシルメルカプタン、n-オクチルメルカプタン、t-オクチルメルカプタン、n-ドデシルメルカプタン、t-ドデシルメルカプタン、n-ステアリルメルカプタン等のアルキルメルカプタン;ジメチルキサントゲンジサルファイド、ジイソプロピルキサントゲンジサルファイド等のキサントゲン化合物;ターピノレンや、テトラメチルチウラムジスルフィド、テトラエチルチウラムジスルフィド、テトラメチルチウラムモノスルフィド等のチウラム系化合物;2,6-ジ-t-ブチル-4-メチルフェノール、スチレン化フェノール等のフェノール系化合物;アリルアルコール等のアリル化合物;ジクロルメタン、ジブロモメタン、四臭化炭素等のハロゲン化炭化水素化合物;チオグリコール酸、チオリンゴ酸、2-エチルヘキシルチオグリコレート、ジフェニルエチレン、α-メチルスチレンダイマーなどが挙げられる。
 これらのなかでも、アルキルメルカプタンが好ましく、t-ドデシルメルカプタンがより好ましく使用できる。これらの連鎖移動剤は、単独または2種以上組み合わせて使用することができる。
 連鎖移動剤の使用量は、単量体混合物100質量部に対して、好ましくは0.05~2質量部、より好ましくは0.1~1質量部である。水溶性重合体を製造する際に、連鎖移動剤の使用量を上記範囲とすることで、水溶性重合体の1%水溶液粘度を所定範囲に調整することが容易になる。
 乳化重合時に、界面活性剤を使用してもよい。界面活性剤は、前述した反応性界面活性剤とは異なり、非反応性であり、アニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤のいずれであってもよい。アニオン性界面活性剤の具体例としては、ナトリウムラウリルサルフェート、アンモニウムラウリルサルフェート、ナトリウムドデシルサルフェート、アンモニウムドデシルサルフェート、ナトリウムオクチルサルフェート、ナトリウムデシルサルフェート、ナトリウムテトラデシルサルフェート、ナトリウムヘキサデシルサルフェート、ナトリウムオクタデシルサルフェートなどの高級アルコールの硫酸エステル塩;ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ラウリルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ヘキサデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどのアルキルベンゼンスルホン酸塩;ラウリルスルホン酸ナトリウム、ドデシルスルホン酸ナトリウム、テトラデシルスルホン酸ナトリウムなどの脂肪族スルホン酸塩;などが挙げられる。
 前述した反応性界面活性剤も同様の乳化作用を有することから、反応性界面活性剤のみを使用してもよく、反応性界面活性剤と非反応性の界面活性剤を併用してもよい。さらに、反応性界面活性剤を使用しない場合には、上記の非反応性の界面活性剤を使用することで乳化重合が安定する。界面活性剤の使用量(反応性界面活性剤を含む)は、単量体混合物100質量部に対して、好ましくは0.5~10質量部、より好ましくは1~5質量部である。
 さらに乳化重合の際に、水酸化ナトリウム、アンモニアなどのpH調整剤;分散剤、キレート剤、酸素捕捉剤、ビルダー、粒子径調節のためのシードラテックスなどの各種添加剤を適宜使用することができる。特にシードラテックスを用いた乳化重合が好ましい。シードラテックスとは、乳化重合の際に反応の核となる微小粒子の分散液をいう。微小粒子は粒径が100nm以下であることが多い。微小粒子は特に限定はされず、アクリル系重合体などの汎用の重合体が用いられる。シード重合法によれば、比較的粒径の揃った共重合体粒子が得られる。
 重合反応を行う際の重合温度は、特に限定されないが、通常、0~100℃、好ましくは40~80℃とする。このような温度範囲で乳化重合し、所定の重合転化率で、重合停止剤を添加したり、重合系を冷却したりして、重合反応を停止する。重合反応を停止する重合転化率は、好ましくは93質量%以上、より好ましくは95質量%以上である。
 重合反応を停止した後、所望により、未反応単量体を除去し、pHや固形分濃度を調整して、粒子状共重合体が分散媒に分散された形態(ラテックス)でバインダーが得られる。その後、必要に応じ、分散媒を置換してもよく、また分散媒を蒸発し、粒子状共重合体を粉末形状で得てもよい。
 得られる粒子状共重合体の分散液には、公知の分散剤、増粘剤、老化防止剤、消泡剤、防腐剤、抗菌剤、ブリスター防止剤、pH調整剤などを必要に応じて添加することができる。
 水溶性重合体を製造する方法としては、水溶性重合体を構成する単量体を含む単量体混合物を、水系溶媒中で重合して水分散型ポリマーを得、pH7~13にアルカリ化する方法が挙げられる。水系溶媒や重合方法については、上述のバインダーと同様である。
 pH7~13にアルカリ化する方法としては、特に限定されないが、水酸化リチウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液などのアルカリ金属水溶液、水酸化カルシウム水溶液、水酸化マグネシウム水溶液などのアルカリ土類金属水溶液や、アンモニア水溶液などのアルカリ水溶液を添加する方法が挙げられる。
[分散媒およびその他の成分]
 本発明に係る導電性接着剤組成物は、上記した導電性炭素材料、水溶性重合体およびバインダーを含む。さらに、導電接着剤層を形成するための塗布液は、上記導電性接着剤組成物が、分散媒に分散されたスラリー状の組成物である。ここで分散媒は、上記各成分を均一に分散でき、安定的に分散状態を保ちうる限り、水、各種有機溶媒が特に制限されることなく使用できる。製造工程の簡素化の観点から、上記の乳化重合後に溶媒置換などの操作を行うことなく、直接接着剤組成物を製造することが好ましく、分散媒としては乳化重合時の反応溶媒を使用することが望ましい。乳化重合時には、水が反応溶媒として用いられることが多く、また作業環境の観点からも水を分散媒とすることが特に好ましい。
 さらに本発明の導電性接着剤組成物の塗布液には、上記各成分を分散させるための分散剤が含まれていてもよい。
 分散剤の具体例としては、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロースおよ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またはアルカリ金属塩、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1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、各種変性デンプンなどが挙げられる。これらの分散剤は、それぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用できる。本発明では、上記の分散剤に代替として水溶性重合体の使用を提案しているが、本発明の効果を損なわない範囲で、DN-10L(ダイセルファインケム社製)の如きカルボキシメチルセルロースなど汎用分散剤が含まれていてもよい。なお、カルボキシメチルセルロースの配合量が過剰であると、接着剤層の乾燥に時間がかかり、また接着剤層に水分が残留するおそれが高くなる。したがって、上記のような分散剤の使用量は、導電性炭素材料100質量部に対し、5質量部以下とすることが好ましく、0.5質量部~3質量部の範囲とすることがより好ましい。分散剤の使用量をかかる範囲とすることで、塗布液の粘度を後述する適切な範囲とすることができ、塗布液の塗工性と保存安定性とのバランスを図ることができる。
[導電性接着剤組成物]
 本発明に係る導電性接着剤組成物における各成分の含有割合は特に限定はされないが、各成分の分散性や塗工性の観点から、水溶性重合体の配合量は、導電性炭素材料100質量部に対して、好ましくは1~30質量部、さらに好ましくは1.5~25質量部、特に好ましくは2~20質量部の割合で含まれる。水溶性重合体の配合量が多すぎると、導電性炭素材料の相対量が減少し、内部抵抗が増大し、出力特性が低下することがある。一方、水溶性重合体の配合量が少なすぎると、接着剤層の耐アルカリ性が低下し、集電体が腐食されるおそれがある。
 導電性接着剤組成物におけるバインダーの配合量は、導電性炭素材料100質量部に対して、好ましくは0.5~20質量部、より好ましくは1~15質量部、特に好ましくは2~10質量部である。バインダーの配合量がかかる範囲にあると、導電性の良好な接着剤層が得られる。
 さらに、導電性接着剤組成物には、上記以外のバインダー、増粘剤、老化防止剤、消泡剤、防腐剤、抗菌剤、ブリスター防止剤、pH調整剤などを必要に応じて添加することができる。
 また、導電性接着剤組成物の塗布液においては、分散媒の含有割合は、好ましくは60~90質量%であり、さらに好ましくは65~85質量%、特に好ましくは68~85質量%である。導電性接着剤組成物の塗布液における固形分濃度は、塗布法にもよるが、通常10~60質量%、好ましくは15~50質量%、特に好ましくは20~40質量%である。固形分濃度がこの範囲にあると、導電性接着剤層が高充填化され、得られる電気化学素子のエネルギー密度と出力密度が高まる。
 導電性接着剤組成物の塗布液はスラリー状であり、その粘度は、塗布法にもよるが、通常10~10,000mPa・s、好ましくは50~5,000mPa・s、特に好ましくは100~2,000mPa・sである。接着剤組成物スラリーの粘度がこの範囲にあると、集電体上へ均一な導電性接着剤層を形成することができる。
 導電性接着剤組成物の製造方法は、特に限定はされず、上記各固形成分を均一に分散させることができればいかなる手段であってもよい。たとえば、水溶性重合体、バインダーの分散液、導電性炭素材料および必要に応じ添加される任意成分を一括して混合し、その後必要に応じ分散媒を添加し、分散液の固形分濃度を調整してもよい。また、導電性炭素材料を何等かの分散媒に分散した状態で添加してもよい。
 水溶性重合体はエチレン性不飽和カルボン酸単量体単位を含むことから、導電性接着剤組成物に含まれる導電性炭素材料との親和性が高く、導電性接着剤組成物における導電性炭素材料の分散性を向上させることができる。
[接着剤層付集電体]
 本発明の接着剤層付集電体は、上記の導電性接着剤組成物の塗布液(組成物スラリー)を電気化学素子用集電体に塗布乾燥して得られる。
 本発明に用いる集電体の材料は、電気導電性を有しかつ電気化学的に耐久性のある材料であれば特に制限されないが、例えば、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。集電体用金属としては、通常、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、銅、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、アルミニウムまたはアルミニウム合金を使用するのが好ましい。
 本発明に用いる集電体の形状は、金属箔、金属エッヂド箔などの集電体;エキスパンドメタル、パンチングメタル、網状などの貫通する孔を有する集電体(以下、「孔開き集電体」と記載することがある。)が挙げられる。
 本発明に孔開き集電体を用いる場合における貫通する孔の割合(開口率)は、好ましくは10~80面積%、より好ましくは20~60面積%、特に好ましくは30~50面積%である。貫通する孔の割合がこの範囲にあると、電解液の拡散抵抗が低減し、電気化学素子の内部抵抗が低減する。
 本発明に用いる集電体の厚さは、好ましくは5~100μmで、より好ましくは10~70μm、特に好ましくは20~50μmである。
 導電性接着剤層の形成方法は、特に制限されない。例えば、ドクターブレード法、ディップ法、リバースロール法、ダイレクトロール法、グラビア法、エクストルージョン法、ハケ塗りなどによって、集電体上に形成される。また、剥離紙上に、導電性接着剤層を形成した後に、これを集電体に転写してもよい。
 導電性接着剤層の乾燥方法としては、例えば温風、熱風、低湿風による乾燥、真空乾燥、(遠)赤外線や電子線などの照射による乾燥法が挙げられる。中でも、熱風による乾燥法、遠赤外線の照射による乾燥法が好ましい。乾燥温度と乾燥時間は、集電体上に塗布したスラリー中の溶媒を完全に除去できる温度と時間が好ましく、乾燥温度は通常50~300℃、好ましくは80~250℃である。乾燥時間は、通常2時間以下、好ましくは5秒~30分である。
 導電性接着剤層の厚みは、好ましくは0.5~15μm、より好ましくは0.8~μ10m、特に好ましくは1.0~5.0μmである。導電性接着剤層の厚みが前記範囲であることにより、接着剤層を介して電極活物質層と集電体とが良好に接着し、かつ電子移動抵抗を低減することができる。
 導電性接着剤層は、導電性接着剤組成物の固形分組成に応じた組成を有し、導電性炭素材料、水溶性重合体およびバインダー、ならびに所望により添加されるその他の成分を含む。
[電気化学素子用電極]
 本発明の電気化学素子用電極は、上記接着剤層付集電体の導電性接着剤層上に電極活物質層を有する。電極活物質層は、電極活物質および電極用バインダーを含んでなり、これら成分を含む電極活物質層用スラリーから調整される。本発明の電気化学素子用電極は、正極あるいは負極の何れに用いてもよく、また両方に用いてもよい。
[電極活物質]
 本発明に用いる電極活物質は、電気化学素子用電極内で電子の受け渡しをする物質である。電極活物質には主としてリチウムイオン二次電池用活物質、電気二重層キャパシタ用活物質やリチウムイオンキャパシタ用活物質がある。
 リチウムイオン二次電池用活物質には、正極用、負極用がある。リチウムイオン二次電池用電極の正極に用いる電極活物質は、リチウムイオンを挿入及び脱離可能な活物質であり、具体的には、LiCoO、LiNiO、LiMnO、LiMn、LiFePO、LiFeVOなどのリチウム含有複合金属酸化物;TiS、TiS、非晶質MoSなどの遷移金属硫化物;Cu、非晶質VO・P、MoO、V、V13などの遷移金属酸化物が例示される。さらに、ポリアセチレン、ポリ-p-フェニレンなどの導電性高分子が挙げられる。好ましくは、リチウム含有複合金属酸化物である。
 リチウムイオン二次電池用電極の負極に用いる電極活物質は、負極内で電子(リチウムイオン)を可逆的に担持できる物質であり、具体的には、アモルファスカーボン、グラファイト、天然黒鉛、メソ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などが挙げられる。好ましくは、グラファイト、天然黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)などの結晶性炭素質材料である。
 リチウムイオン二次電池用電極に用いる電極活物質の形状は、粒状に整粒されたものが好ましい。粒子の形状が球形であると、電極成形時により高密度な電極が形成できる。
 リチウムイオン二次電池用電極に用いる電極活物質の体積平均粒子径は、正極、負極ともに通常0.1~100μm、好ましくは1~50μm、より好ましくは5~20μmである。
 リチウムイオン二次電池用電極に用いる電極活物質のタップ密度は、特に制限されないが、正極では2g/cm以上、負極では0.6g/cm以上のものが好適に用いられる。
 電気二重層キャパシタ用電極に用いる電極活物質としては、通常、炭素の同素体が用いられる。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、これらの粉末または繊維を使用することができる。好ましい電極活物質は活性炭であり、具体的にはフェノール樹脂、レーヨン、アクリロニトリル樹脂、ピッチ、およびヤシ殻等を原料とする活性炭を挙げることができる。
 電気二重層キャパシタ用電極に用いる電極活物質の体積平均粒子径は、通常0.1~100μm、好ましくは1~50μm、更に好ましくは5~20μmである。
 電気二重層キャパシタ用電極に用いる電極活物質の比表面積は、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であることが好ましい。電極活物質の比表面積が大きいほど得られる電極活物質層の密度は小さくなる傾向があるので、電極活物質を適宜選択することで、所望の密度を有する電極活物質層を得ることができる。
 リチウムイオンキャパシタ用電極に用いる電極活物質には、正極用と負極用がある。リチウムイオンキャパシタ用電極の正極に用いる電極活物質としては、リチウムイオンと、例えばテトラフルオロボレートのようなアニオンとを可逆的に担持できるものであればよい。具体的には、通常、炭素の同素体が用いられ、電気二重層キャパシタで用いられる電極活物質が広く使用できる。炭素の同素体を組み合わせて使用する場合は、平均粒径又は粒径分布の異なる二種類以上の炭素の同素体を組み合わせて使用してもよい。また、芳香族系縮合ポリマーの熱処理物であって、水素原子/炭素原子の原子比が0.50~0.05であるポリアセン系骨格構造を有するポリアセン系有機半導体(PAS)も好適に使用できる。好ましくは、電気二重層キャパシタ用電極に用いる電極活物質である。
 リチウムイオンキャパシタ用電極の負極に用いる電極活物質は、リチウムイオンを可逆的に担持できる物質である。具体的には、リチウムイオン二次電池の負極で用いられる電極活物質が広く使用できる。好ましくは、黒鉛、難黒鉛化炭素等の結晶性炭素材料、上記正極活物質としても記載したポリアセン系物質(PAS)等を挙げることができる。これらの炭素材料及びPASは、フェノール樹脂等を炭化させ、必要に応じて賦活され、次いで粉砕したものが用いられる。
 リチウムイオンキャパシタ用電極に用いる電極活物質の形状は、粒状に整粒されたものが好ましい。粒子の形状が球形であると、電極成形時により高密度な電極が形成できる。
 リチウムイオンキャパシタ用電極に用いる電極活物質の体積平均粒子径は、正極、負極ともに通常0.1~100μm、好ましくは1~50μm、より好ましくは5~20μmである。これらの電極活物質は、それぞれ単独でまたは二種類以上を組み合わせて使用することができる。
[電極用バインダー]
 電極用バインダーは、電極活物質、後述する電極用導電材を相互に結着させることができる化合物であれば特に制限はない。好適なバインダーは、溶媒に分散する性質のある分散型バインダーである。分散型バインダーとして、例えば、フッ素重合体、ジエン重合体、アクリレート重合体、ポリイミド、ポリアミド、ポリウレタン重合体等の高分子化合物が挙げられ、フッ素重合体、ジエン重合体又はアクリレート重合体が好ましく、ジエン重合体又はアクリレート重合体が、耐電圧を高くでき、かつ電気化学素子のエネルギー密度を高くすることができる点でより好ましい。
 ジエン重合体は、共役ジエンの単独重合体もしくは共役ジエンを含む単量体混合物を重合して得られる共重合体、またはそれらの水素添加物である。
 前記単量体混合物における共役ジエンの割合は通常20質量%以上、好ましくは25質量%以上、より好ましくは30質量%以上である。ジエン重合体の具体例としては、ポリブタジエンやポリイソプレンなどの共役ジエン単独重合体;カルボキシ変性されていてもよいスチレン・ブタジエン共重合体(SBR)などの芳香族ビニル・共役ジエン共重合体;アクリロニトリル・ブタジエン共重合体(NBR)などのシアン化ビニル・共役ジエン共重合体;水素化SBR、水素化NBR等が挙げられる。
 アクリレート重合体は、一般式(1):CH=CR-COOR(式中、Rは水素原子またはメチル基を、Rはアルキル基またはシクロアルキル基を表す。)で表される化合物を含む単量体混合物を重合して得られる重合体である。一般式で表される化合物の具体例としては、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸n-ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸t-ブチル、アクリル酸n-アミル、アクリル酸イソアミル、アクリル酸n-ヘキシル、アクリル酸2-エチルヘキシル、アクリル酸ヘキシル、アクリル酸ノニル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸ステアリルなどのアクリレート;メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸n-ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸t-ブチル、メタクリル酸n-アミル、メタクリル酸イソアミル、メタクリル酸n-ヘキシル、メタクリル酸2-エチルヘキシル、メタクリル酸オクチル、メタクリル酸イソデシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸トリデシル、メタクリル酸ステアリルなどのメタアクリレート等が挙げられる。これらの中でも、アクリレートが好ましく、アクリル酸n-ブチルおよびアクリル酸2-エチルヘキシルが、得られる電極の強度を向上できる点で、特に好ましい。アクリレート重合体中のアクリル酸エステルおよび/またはメタクリル酸エステル由来の単量体単位の割合は、通常50質量%以上、好ましくは70質量%以上である。前記アクリル酸工ステルおよび/またはメタクリル酸エステル由来の単量体単位の割合が前記範囲であるアクリレート重合体を用いると、耐熱性が高く、かつ得られる電気化学素子用電極の内部抵抗を小さくできる。
 前記アクリレート重合体は、一般式(1)で表される化合物の他に、共重合可能なカルボン酸基含有単量体を用いることができ、具体例としては、アクリル酸、メタクリル酸などの一塩基酸含有単量体、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸などの二塩基酸含有単量体が挙げられる。なかでも、二塩基酸含有単量体が好ましく、導電性接着剤層との結着性を高め、電極強度を向上できる点で、イタコン酸が特に好ましい。これらの一塩基酸含有単量体、二塩基酸含有単量体は、それぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用できる。共重合の際の、前記単量体混合物におけるカルボン酸基含有単量体の量は、一般式(1)で表される化合物100質量部に対して、通常は0.1~50質量部、好ましくは0.5~20質量部、より好ましくは1~10質量部の範囲である。カルボン酸基含有単量体の量がこの範囲であると、導電性接着剤層との結着性に優れ、得られる電極強度が高まる。
 前記アクリレート重合体は、一般式(1)で表される化合物の他に、共重合可能なニトリル基含有単量体を用いることができる。ニトリル基含有単量体の具体例としては、アクリロニトリルやメタクリロニトリルなどが挙げられ、中でもアクリロニトリルが、導電性接着剤層との結着性が高まり、電極強度が向上できる点で好ましい。共重合の際の、前記単量体混合物におけるアクリロニトリルの量は、一般式(1)で表される化合物100質量部に対して、通常は0.1~40質量部、好ましくは0.5~30質量部、より好ましくは1~20質量部の範囲である。アクリロニトリルの量がこの範囲であると、導電性接着剤層との結着性に優れ、得られる電極強度が高まる。
 電極用バインダーの形状は、特に制限はないが、導電性接着剤層との結着性が良く、また、作成した電極の容量の低下や充放電の繰り返しによる劣化を抑えることができるため、粒子状であることが好ましい。
 電極用バインダーのガラス転移温度(Tg)は、好ましくは50℃以下、さらに好ましくは-40~0℃である。電極用バインダーのガラス転移温度(Tg)がこの範囲にあると、少量の使用量で結着性に優れ、電極強度が強く、柔軟性に富み、電極形成時のプレスエ程により電極密度を容易に高めることができる。
 電極用バインダーが粒子状である場合、その数平均粒子径は、格別な限定はないが、通常は0.0001~100μm、好ましくは0.001~10μm、より好ましくは0.01~1μmである。電極用バインダーの数平均粒子径がこの範囲であるときは、少量の使用でも優れた結着力を電極に与えることができる。ここで、数平均粒子径は、透過型電子顕微鏡写真で無作為に選んだバインダー粒子100個の径を測定し、その算術平均値として算出される個数平均粒子径である。粒子の形状は球形、異形、どちらでもかまわない。これらのバインダーは単独でまたは二種類以上を組み合わせて用いることができる。
 電極用バインダーの量は、電極活物質100質量部に対して、通常は0.1~50質量部、好ましくは0.5~20質量部、より好ましくは1~10質量部の範囲である。電極用バインダーの量がこの範囲にあると、得られる電極活物質層と導電性接着剤層との密着性が充分に確保でき、電気化学素子の容量を高く且つ内部抵抗を低くすることができる。
[電極活物質層]
 電極活物質層は、導電性接着剤層上に設けられるが、その形成方法は制限されない。電極形成用組成物は、電極活物質及び電極用バインダーを必須成分として、必要に応じて、任意成分として、電極用導電材、分散剤および添加剤を配合することができる。分散剤の具体例としては、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロースおよ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またはアルカリ金属塩;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、各種変性デンプンなどが挙げられる。これらの分散剤は、それぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用できる。中でも、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また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。これらの分散剤の量は、格別な限定はないが、電極活物質100質量部に対して、通常は0.1~10質量部、好ましくは0.5~5質量部、より好ましくは0.8~2質量部の範囲である。
 電極用導電材は、導電性を有し、電気二重層を形成し得る細孔を有さない、粒子状の炭素の同素体からなり、具体的には、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(アクゾノーベルケミカルズベスローテンフェンノートシャップ社の登録商標)などの導電性炭素材料ブラックが挙げられる。これらの中でも、アセチレンブラックおよびファーネスブラックが好ましい。電極用導電材の体積平均粒子径は、電極活物質の体積平均粒子径よりも小さいものが好ましく、その範囲は通常0.001~10μm、好ましくは0.05~5μm、より好ましくは0.01~1μmである。電極用導電材の体積平均粒子径がこの範囲にあると、より少ない使用量で高い導電性が得られる。これらの電極用導電材は、単独でまたは二種類以上を組み合わせて用いることができる。電極活物質層における電極用導電材の量は、電極活物質100質量部に対して、通常0.1~50質量部、好ましくは0.5~15質量部、より好ましくは1~10質量部の範囲である。電極活物質層における電極用導電材の量がこの範囲にあると、得られる電気化学素子用電極を使用した電気化学素子の容量を高く且つ内部抵抗を低くすることができる。
 電極活物質層を形成する場合、ペースト状の電極形成用組成物(以下、「電極活物質層用スラリー」と記載することがある。)は、電極活物質及び電極用バインダーの必須成分、並びに、電極用導電材、分散剤および添加剤などの任意成分を、水またはN-メチル-2-ピロリドンやテトラヒドロフランなどの有機溶媒中で混練することにより製造することができる。
 スラリーを得るために用いる溶媒は、特に限定されないが、上記の分散剤を用いる場合には、分散剤を溶解可能な溶媒が好適に用いられる。具体的には、通常水が用いられるが、有機溶媒を用いることもできるし、水と有機溶媒との混合溶媒を用いてもよい。有機溶媒としては、例えば、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。この中でも有機溶媒としては、アルコール類が好ましい。電極活物質層用スラリーは、電極活物質層の乾燥の容易さと環境への負荷に優れる点から水を分散媒とした水系スラリーが好ましい。水と、水よりも沸点の低い有機溶媒とを併用すると、噴霧乾燥時に、乾燥速度を速くすることができる。また、水と併用する有機溶媒の量または種類によって、バインダーの分散性または分散剤の溶解性が変わる。これにより、スラリーの粘度や流動性を調整することができ、生産効率を向上させることができる。
 スラリーを調製するときに使用する溶媒の量は、スラリーの固形分濃度が、通常1~90質量%、好ましくは5~85質量%、より好ましくは10~80質量%の範囲となる量である。スラリーの固形分濃度がこの範囲にあるときに、各成分が均一に分散するため好適である。
 電極活物質、電極用バインダー、電極用導電材、分散剤や添加剤を溶媒に分散または溶解する方法または手順は特に限定されず、例えば、溶媒に電極活物質、導電材、バインダーおよびその他の分散剤や添加剤を添加し混合する方法;溶媒に分散剤を溶解した後、溶媒に分散させたバインダーを添加して混合し、最後に電極活物質および導電材を添加して混合する方法;溶媒に分散させたバインダーに電極活物質および導電材を添加して混合し、この混合物に溶媒に溶解させた分散剤を添加して混合する方法等が挙げられる。混合の手段としては、例えば、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の混合機器が挙げられる。混合は、通常、室温~80℃の範囲で、10分~数時間行う。
 スラリーの粘度は、室温において、通常10~100,000mPa・s、好ましくは30~50,000mPa・s、より好ましくは50~20,000mPa・sの範囲である。スラリーの粘度がこの範囲にあると、生産性を上げることができる。
 スラリーの導電性接着剤層上への塗布方法は特に制限されない。例えば、ドクターブレード法、ディップ法、リバースロール法、ダイレクトロール法、グラビア法、エクストルージョン法、ハケ塗り法などの方法が挙げられる。スラリーの塗布厚は、目的とする電極活物質層の厚みに応じて適宜に設定される。
 乾燥方法としては例えば温風、熱風、低湿風による乾燥、真空乾燥、(遠)赤外線や電子線などの照射による乾燥法が挙げられる。中でも、遠赤外線の照射による乾燥法が好ましい。乾燥温度と乾燥時間は、集電体に塗布したスラリー中の溶媒を完全に除去できる温度と時間が好ましく、乾燥温度としては100~300℃、好ましくは120~250℃である。乾燥時間としては、通常10分~100時間、好ましくは20分~20時間である。
 電極活物質層の密度は、特に制限されないが、好ましくは0.30~10g/cm、より好ましくは0.35~8.0g/cm、特に好ましくは0.40~6.0g/cmである。また、電極活物質層の厚みは、特に制限されないが、好ましくは5~1000μm、より好ましくは20~500μm、特に好ましくは30~300μmである。
[電気化学素子]
 前記電気化学素子用電極の使用態様としては、かかる電極を用いたリチウムイオン二次電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、ナトリウム電池、マグネシウム電池などが挙げられ、リチウムイオン二次電池が好適である。たとえばリチウムイオン二次電池は、上記電気化学素子用電極、セパレータおよび電解液で構成される。これらの電気化学素子において、本発明の電気化学素子用電極は、正極あるいは負極の何れに用いられてもよく、また正負極の両方に用いられてもよい。
[セパレータ]
 セパレータは、電気化学素子用電極の間を絶縁でき、陽イオンおよび陰イオンを通過させることができるものであれば特に限定されない。具体的には、(a)気孔部を有する多孔性セパレータ、(b)片面または両面に高分子コート層が形成された多孔性セパレータ、または(c)無機セラミック粉末を含む多孔質の樹脂コート層が形成された多孔性セパレータが挙げられる。これらの非制限的な例としては、ポリプロピレン系、ポリエチレン系、ポリオレフィン系、またはアラミド系多孔性セパレータ、ポリビニリデンフルオリド、ポリエチレンオキシド、ポリアクリロニトリルまたはポリビニリデンフルオリドヘキサフルオロプロピレン共重合体などの固体高分子電解質用またはゲル状高分子電解質用の高分子フィルム、ゲル化高分子コート層がコートされたセパレータ、または無機フィラー、無機フィラー用分散剤からなる多孔膜層がコートされたセパレータなどを用いることができる。セパレータは、上記一対の電極活物質層が対向するように、電気化学素子用電極の間に配置され、電気化学素子が得られる。セパレータの厚みは、使用目的に応じて適宜選択されるが、通常は1~100μm、好ましくは10~80μm、より好ましくは20~60μmである。
[電解液]
 電解液は、特に限定されないが、例えば、非水系の溶媒に支持電解質としてリチウム塩を溶解したものが使用できる。リチウム塩としては、例えば、LiPF、LiAsF、LiBF、LiSbF、LiAlCl、LiClO、CFSOLi、CSOLi、CFCOOLi、(CFCO)NLi、(CFSONLi、(CSO)NLiなどのリチウム塩が挙げられる。特に溶媒に溶けやすく高い解離度を示すLiPF、LiClO、CFSOLiは好適に用いられる。これらは、単独、または2種以上を混合して用いることができる。支持電解質の量は、電解液に対して、通常1質量%以上、好ましくは5質量%以上、また通常は30質量%以下、好ましくは20質量%以下である。支持電解質の量が少なすぎても多すぎてもイオン導電度は低下し電池の充電特性、放電特性が低下する。
 電解液に使用する溶媒としては、支持電解質を溶解させるものであれば特に限定されないが、通常、ジメチルカーボネート(DMC)、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、およびメチルエチルカーボネート(MEC)などのアルキルカーボネート類;γ-ブチロラクトン、ギ酸メチルなどのエステル類、1,2-ジメトキシエタン、およびテトラヒドロフランなどのエーテル類;スルホラン、およびジメチルスルホキシドなどの含硫黄化合物類;が用いられる。特に高いイオン伝導性が得易く、使用温度範囲が広いため、ジメチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネートが好ましい。これらは、単独、または2種以上を混合して用いることができる。また、電解液には添加剤を含有させて用いることも可能である。また、添加剤としてはビニレンカーボネート(VC)などのカーボネート系の化合物が好ましい。
 上記以外の電解液としては、ポリエチレンオキシド、ポリアクリロニトリルなどのポリマー電解質に電解液を含浸したゲル状ポリマー電解質や、硫化リチウム、LiI、LiNなどの無機固体電解質を挙げることができる。また、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタの電解液、電解質としては、各種汎用の電解液、電解質が特に制限されることなく使用できる。
 二次電池は、負極と正極とをセパレータを介して重ね合わせ、これを電池形状に応じて巻く、折るなどして電池容器に入れ、電池容器に電解液を注入して封口して得られる。さらに必要に応じてエキスパンドメタルや、ヒューズ、PTC素子などの過電流防止素子、リード板などを入れ、電池内部の圧力上昇、過充放電の防止をすることもできる。電池の形状は、ラミネートセル型、コイン型、ボタン型、シート型、円筒型、角形、扁平型などいずれであってもよい。
 以下、実施例および比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、これらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例および比較例における部および%は、特に断りのない限り質量基準である。実施例および比較例における各特性は、下記の方法に従い測定した。
 実施例1~19および比較例1~6では、リチウムイオン二次電池に関する評価を行った。評価方法は以下のとおりである。
[密着性]
 実施例および比較例で製造したリチウムイオン二次電池用正極を長さ100mm、幅10mmの長方形に切り出して試験片とし、電極活物質層面を下にして電極活物質層表面にセロハンテープを貼り付けた。この際、セロハンテープとしては、JIS Z1522に規定されるものを用いた。また、セロハンテープは試験台に固定しておいた。その後、集電体の一端を垂直方向に引張り速度50mm/分で引っ張って剥がしたときの応力を測定した。この測定を3回行い、その平均値を求めて、当該平均値をピール強度とした。ピール強度が大きいほど導電性接着剤層と電極活物質層との結着力が大きいこと、すなわち密着強度が大きいことを示す。
[柔軟性]
 実施例および比較例で製造したリチウムイオン二次電池用正極を長さ100mm、幅10mmの長方形に切り出して試験片とし、所定の曲げ径に巻きつけ、目視でひび割れが入らない最小径を最小曲げ径とした。最小曲げ径が小さいほど、柔軟性に優れていることを示す。
[耐アルカリ性]
 実施例および比較例で製造した厚さ4μmの導電性接着剤層を形成したアルミ集電体の上に、二次電池用正極活物質層用スラリーを、乾燥後の膜厚が150μm程度になるように塗布し、乾燥させた。かかる乾燥は、アルミ集電体を0.5m/分の速度で60℃のオーブン内を2分間かけて搬送することにより行った。その後、120℃にて2分間加熱処理して二次電池用正極を得た。得られた二次電池用正極を10cm×10cmに切り出し、目視にて直径0.1mm以上のピンホールの個数を測定した。ピンホールの個数が小さいほど、耐アルカリ性に優れることを示す。
[寿命性能]
(高温保存特性)
 実施例および比較例で製造したリチウムイオン二次電池用正極を用いて、ラミネート型セルのリチウムイオン二次電池を作製し、25℃環境下、24時間静置させた後に、充電レート0.1Cにて、4.2Vまで充電し、放電レート0.1Cにて、3.0Vまで放電することにより、初期容量C0を測定した。さらに、25℃環境下、充電レート0.1Cにて、4.2Vまで充電し、その後、60℃環境下で7日間保存した。次いで、25℃環境下、放電レート0.1Cにて、3.0Vまで放電することにより、高温保存後の容量C1を測定した。高温保存特性は、ΔCs=C1/C0×100(%)で示す容量変化率ΔCsにて評価した。この容量変化率ΔCsが高いほど、高温保存特性に優れることを示す。
(高温サイクル特性)
 実施例および比較例で製造するリチウムイオン二次電池用正極を用いて、ラミネート型セルのリチウムイオン二次電池を作製し、25℃環境下、24時間静置させた後に、充電レート0.1Cにて、4.2Vまで充電し、放電レート0.1Cにて、3.0Vまで放電することにより、初期容量C0を測定した。さらに、60℃環境下で、充電レート0.1Cにて、4.2Vまで充電し、放電レート0.1Cにて、3.0Vまで放電する充放電サイクルを100回(100サイクル)行い、100サイクル後の容量C2を測定した。高温サイクル特性は、ΔCc=C2/C0×100(%)で示す容量変化率ΔCcにて評価した。この容量変化率ΔCcが高いほど高温サイクル特性に優れることを示す。
[低温出力特性]
 実施例および比較例で製造するリチウムイオン二次電池用正極を用いて、ラミネート型セルのリチウムイオン二次電池を作製し、25℃環境下、24時間静置させた後に、充電レート0.1Cにて、4.2Vまで充電し、放電レート0.1Cにて、3.0Vまで放電した。その後、25℃環境下、0.1C、5時間の充電操作を行い、このときの電圧V0を測定した。その後、-25℃環境下、放電レート0.1Cにて放電の操作を行い、放電開始10秒後の電圧V1を測定した。低温出力特性は、ΔV=V0-V1で示す電圧変化ΔVにて評価した。この電圧変化ΔVが小さいほど低温出力特性に優れることを示す。
[導電性接着剤層の水分量]
 実施例および比較例で製造する導電性接着剤層付集電体を、カールフィッシャー法(使用装置名:カールフィッシャー水分計(京都電子工業社製))により、導電性接着剤層の水分量を測定した。導電性接着剤層の水分量が小さいほど耐久性に優れることを示す。
(実施例1)
(水溶性重合体の製造)
 攪拌機付き5MPa耐圧容器に、アクリル酸エチル59部、メタアクリル酸32.5部、2,2,2-トリフルオロエチルメタクリレート7.5部、エチレンジメタクリレート(架橋性単量体)1部、乳化剤としてポリオキシアルキレンアルケニルエーテル硫酸アンモニウム(ラテムルPD-104、花王社製)1.5部、イオン交換水150部及び重合開始剤として過硫酸カリウム0.5部を入れ、十分に攪拌した後、60℃に加温して重合を開始した。重合転化率が96%になった時点で冷却し反応を停止して、水溶性重合体を含む水分散液を得た。
 上記水溶性重合体を含む水分散液に、10%アンモニア水を添加して、pH8に調整し、所望の水溶性重合体水溶液を得た。該水溶性重合体の、pH12における1%水溶液粘度は、50mPa・sであった。
(導電性接着剤組成物の製造)
 球状黒鉛として、アスペクト比が7で、体積平均粒子径が1.0μmの球状黒鉛(日本カーボン社製)を80部、カーボンブラックとして、体積平均粒子径が0.4μmのファーネスブラック(Super-P;ティムカル社製)を20部、分散剤として前記水溶性重合体の5.0%水溶液を固形分相当で10部、バインダーとして、ガラス転移温度が-40℃で、数平均粒子径が0.25μmのアクリレート重合体(アクリル酸2-エチルヘキシル76質量%、アクリロニトリル20質量%、イタコン酸4質量%を含む単量体混合物を乳化重合して得られる共重合体)の40%水分散体を固形分相当で8部及びイオン交換水を全固形分濃度が30%となるように混合し、導電性接着剤組成物の塗布液(スラリー)を調製した。
 厚さ30μmのアルミ集電体にダイより前記導電性接着剤組成物スラリーを吐出し、30m/分の成形速度で、前記集電体の片面に塗布し、120℃で5分間乾燥して、厚さ4μmの導電性接着剤層を形成した。
(二次電池正極活物質層用スラリーの製造)
 ディスパー付きのプラネタリーミキサーに、正極活物質としてNi-Mn-Coのリチウム複合酸化物(Ni:Mn:Co=8:1:1、平均粒子径:11.3μm)を100部、分散剤としてCMC(MAC350HC、日本製紙ケミカル社製)の2%水溶液を固形分相当で1部をそれぞれ加え、イオン交換水で固形分濃度60%に調整した後、25℃で60分混合した。次に、イオン交換水で固形分濃度57%に調整した後、さらに25℃で15分混合し混合液を得た。
 上記混合液に、バインダーとして、ガラス転移温度が-40℃で、数平均粒子径が0.25μmのアクリレート重合体(アクリル酸2-エチルヘキシル76質量%、アクリロニトリル20質量%、イタコン酸4質量%を含む単量体混合物を乳化重合して得られる共重合体)の40%水分散体を1部(固形分基準)、及びイオン交換水を入れ、最終固形分濃度54%となるように調整し、さらに10分間混合した。これを減圧下で脱泡処理して流動性の良い二次電池正極活物質層用スラリーを得た。
(二次電池用正極)
 前記導電性接着剤層を形成したアルミ集電体上に、前記二次電池正極活物質層用スラリーを速度3m/分で塗工し、80℃で5分乾燥後、120℃で5分間加熱処理して、厚さ100μmの二次電池用正極を得た。
(二次電池負極活物質層用スラリーの製造)
 負極の電極活物質として、体積平均粒子径が3.7μmである黒鉛(KS-6;ティムカル社製)を100部、分散剤としてカルボキシメチルセルロースアンモニウムの1.5%水溶液(DN-800H;ダイセル化学工業社製)を固形分相当で2.0部、導電剤としてアセチレンブラック(デンカブラック粉状;電気化学工業社製)を5部、バインダーとして、ガラス転移温度が-40℃、数平均粒子径が0.25μmのジエン重合体(スチレン60質量%、ブタジエン35質量%、イタコン酸5質量%を含む単量体混合物を乳化重合して得られる共重合体)の40%水分散体を固形分相当で5部、並びにイオン交換水を全固形分濃度が20%となるようにプラネタリーミキサーにより混合し、負極活物質層用スラリーを調製した。
(二次電池用負極)
 厚さ20μmの銅箔の片面上に、前記負極活物質層用スラリーを、コンマコーターで塗布し、110℃で20分間乾燥して、厚さ90μmの負極活物質層を形成した。これをロールプレスで圧延して、負極活物質層の厚さが60μmの二次電池用負極を得た。
(電池の製造)
 上記得られた二次電池用正極を、4cm×4cmの正方形に切り出し、集電体側の表面がアルミ包材外装に接するように配置した。正極活物質層の面上に、5cm×5cmの正方形のセパレータを配置した。セパレータは、単層のポリプロピレン製セパレータ(厚さ25μm、乾式法により製造、気孔率55%)を用いた。さらに、二次電池用負極を、4.2cm×4.2cmの正方形に切り出し、これをセパレータ上に、負極活物質層側の表面がセパレータに向かい合うよう配置した。さらに、電解液として1.0MLiPF(溶媒EC/EMC=3/7体積比)を用い、アルミ包材の開口を密封するために、150℃のヒートシールをしてアルミ外装を閉口し、リチウムイオン二次電池を製造した。
 得られた正極およびリチウムイオン二次電池を用いて、前記の特性を評価した。結果を表1に示す。
(実施例2)
 実施例1の(導電性接着剤組成物の製造)において、導電性炭素材料として、球状黒鉛100部のみを用いた他は、実施例1と同様とした。結果を表1に示す。
(実施例3)
 実施例1の(導電性接着剤組成物の製造)において、導電性炭素材料として、カーボンブラック100部のみを用いた他は、実施例1と同様とした。結果を表1に示す。
(実施例4)
 実施例1の(導電性接着剤組成物の製造)において、バインダーとして、アクリレート重合体に代えて、ガラス転移温度が-15℃、数平均粒子径が0.15μmのジエン重合体(スチレン58.5質量%、1,3-ブタジエン58.5質量%、イタコン酸3質量%を含む単量体混合物を乳化重合して得られる共重合体)を用いた他は、実施例1と同様とした。結果を表1に示す。
(実施例5)
 実施例1の(導電性接着剤組成物の製造)において、バインダーとして、アクリレート重合体に代えて、ガラス転移温度が-36℃、数平均粒子径が0.15μmのジエン重合体(アクリロニトリル18.5質量%、1,3-ブタジエン78.5質量%、イタコン酸3質量%を含む単量体混合物を乳化重合して得られる共重合体)を用いた他は、実施例1と同様とした。結果を表1に示す。
(実施例6)
 実施例1の(水溶性重合体の製造)において、メタアクリル酸に代えてアクリル酸を用いた他は、同様にして水溶性重合体を含む水分散液を得た。該水溶性重合体の、pH12における、1%水溶液粘度は、76mPa・sであった。この水溶性重合体を用いた他は、実施例1と同様とした。結果を表1に示す。
(実施例7)
 実施例1の(水溶性重合体の製造)において、アクリル酸エチルの使用量を69.5部、メタアクリル酸の使用量を22部に変更した他は、同様にして水溶性重合体を含む水分散液を得た。該水溶性重合体の、pH12における、1%水溶液粘度は、24mPa・sであった。この水溶性重合体を用いた他は、実施例1と同様とした。結果を表1に示す。
(実施例8)
 実施例1の(水溶性重合体の製造)において、アクリル酸エチルの使用量を35.5部、メタアクリル酸の使用量を56部に変更した他は、同様にして水溶性重合体を含む水分散液を得た。該水溶性重合体の、pH12における、1%水溶液粘度は、1200mPa・sであった。この水溶性重合体を用いた他は、実施例1と同様とした。結果を表1に示す。
(実施例9)
 実施例1の(水溶性重合体の製造)において、2,2,2-トリフルオロエチルメタクリレートに代えてトリフルオロメチルアクリレートを用いた他は、同様にして水溶性重合体を含む水分散液を得た。該水溶性重合体の、pH12における、1%水溶液粘度は、55mPa・sであった。この水溶性重合体を用いた他は、実施例1と同様とした。結果を表1に示す。
(実施例10)
 実施例1の(水溶性重合体の製造)において、2,2,2-トリフルオロエチルメタクリレートに代えてパーフルオロオクチルメタクリレートを用いた他は、同様にして水溶性重合体を含む水分散液を得た。該水溶性重合体の、pH12における、1%水溶液粘度は、70mPa・sであった。この水溶性重合体を用いた他は、実施例1と同様とした。結果を表1に示す。
(実施例11)
 実施例1の(水溶性重合体の製造)において、アクリル酸エチルの使用量を55.7部、2,2,2-トリフルオロエチルメタクリレートの使用量を0.8部に変更した他は、同様にして水溶性重合体を含む水分散液を得た。該水溶性重合体の、pH12における、1%水溶液粘度は、44mPa・sであった。この水溶性重合体を用いた他は、実施例1と同様とした。結果を表1に示す。
(実施例12)
 実施例1の(水溶性重合体の製造)において、アクリル酸エチルの使用量を48.5部、2,2,2-トリフルオロエチルメタクリレートの使用量を18部に変更した他は、同様にして水溶性重合体を含む水分散液を得た。該水溶性重合体の、pH12における、1%水溶液粘度は、78mPa・sであった。この水溶性重合体を用いた他は、実施例1と同様とした。結果を表1に示す。
(実施例13)
 実施例1の(水溶性重合体の製造)において、エチレンジメタクリレートに代えて、アリルグリシジルエーテルを用いた他は、同様にして水溶性重合体を含む水分散液を得た。該水溶性重合体の、pH12における、1%水溶液粘度は、66mPa・sであった。この水溶性重合体を用いた他は、実施例1と同様とした。結果を表1に示す。
(実施例14)
 実施例1の(水溶性重合体の製造)において、エチレンジメタクリレートに代えて、グリシジルメタアクリレートを用いた他は、同様にして水溶性重合体を含む水分散液を得た。該水溶性重合体の、pH12における、1%水溶液粘度は、78mPa・sであった。この水溶性重合体を用いた他は、実施例1と同様とした。結果を表1に示す。
(実施例15)
 実施例1の(水溶性重合体の製造)において、エチレンジメタクリレートを使用しなかった他は、同様にして水溶性重合体を含む水分散液を得た。該水溶性重合体の、pH12における、1%水溶液粘度は、30mPa・sであった。この水溶性重合体を用いた他は、実施例1と同様とした。結果を表1に示す。
(実施例16)
 実施例1の(水溶性重合体の製造)において、アクリル酸エチルの使用量を59.8部、エチレンジメタクリレートの使用量を0.2部に変更した他は、同様にして水溶性重合体を含む水分散液を得た。該水溶性重合体の、pH12における、1%水溶液粘度は、32mPa・sであった。この水溶性重合体を用いた他は、実施例1と同様とした。結果を表1に示す。
(実施例17)
 実施例1の(水溶性重合体の製造)において、アクリル酸エチルの使用量を58.2部、エチレンジメタクリレートの使用量を1.8部に変更した他は、同様にして水溶性重合体を含む水分散液を得た。該水溶性重合体の、pH12における、1%水溶液粘度は、880mPa・sであった。この水溶性重合体を用いた他は、実施例1と同様とした。結果を表1に示す。
(実施例18)
 実施例1の(導電性接着剤組成物の製造)において、前記水溶性重合体の5.0%水溶液を固形分相当で2部用いた他は、実施例1と同様とした。結果を表1に示す。
(実施例19)
 実施例1の(導電性接着剤組成物の製造)において、前記水溶性重合体の5.0%水溶液を固形分相当で28部用いた他は、実施例1と同様とした。結果を表1に示す。
(実施例20)
 実施例1の(導電性接着剤組成物の製造)において、さらにカルボキシメチルセルロース(DN-10L;ダイセルファインケム社製)を固形分相当で1部用いた他は、実施例1と同様とした。結果を表1に示す。
(実施例21)
 実施例1の(導電性接着剤組成物の製造)において、さらにカルボキシメチルセルロース(DN-10L;ダイセルファインケム社製)を固形分相当で3部用いた他は、実施例1と同様とした。結果を表1に示す。
(比較例1)
 実施例1の(導電性接着剤組成物の製造)において、分散剤として前記水溶性重合体に代えて、カルボキシメチルセルロース(CMC)を用いた他は、実施例1と同様とした。結果を表1に示す。なお、CMCの1%水溶液粘度は、3500mPa・sであった。
(比較例2)
 実施例1の(導電性接着剤組成物の製造)において、分散剤として前記水溶性重合体に代えて、ポリアクリル酸ナトリウムを用いた他は、実施例1と同様とした。結果を表1に示す。なお、ポリアクリル酸ナトリウムの1%水溶液粘度は、150mPa・sであった。
(比較例3)
(水溶性重合体の製造)
 攪拌機付き5MPa耐圧容器に、スチレン82部、メタアクリル酸18部、乳化剤としてポリオキシアルキレンアルケニルエーテル硫酸アンモニウム(ラテムルPD-104、花王社製)1.5部、イオン交換水150部及び重合開始剤として過硫酸カリウム0.5部を入れ、十分に攪拌した後、60℃に加温して重合を開始した。重合転化率が96%になった時点で冷却し反応を停止して、水溶性重合体を含む水分散液を得た。該水溶性重合体の、pH12における、1%水溶液粘度は、0.5mPa・sであった。
 実施例1の(導電性接着剤組成物の製造)において、上記水溶性重合体の5.0%水溶液を固形分相当で35部用いた他は、実施例1と同様とした。結果を表1に示す。
(比較例4)
(水溶性重合体の製造)
 攪拌機付き5MPa耐圧容器に、アクリル酸エチル35部、メタアクリル酸65部、乳化剤としてポリオキシアルキレンアルケニルエーテル硫酸アンモニウム(ラテムルPD-104、花王社製)1.5部、イオン交換水150部及び重合開始剤として過硫酸カリウム0.5部を入れ、十分に攪拌した後、60℃に加温して重合を開始した。重合転化率が96%になった時点で冷却し反応を停止して、水溶性重合体を含む水分散液を得た。該水溶性重合体の、pH12における、1%水溶液粘度は、120mPa・sであった。
 実施例1の(導電性接着剤組成物の製造)において、上記水溶性重合体の5.0%水溶液を固形分相当で35部用いた他は、実施例1と同様とした。結果を表1に示す。
(比較例5)
(水溶性重合体の製造)
 攪拌機付き5MPa耐圧容器に、アクリル酸エチル66.5部、メタアクリル酸32.5部、エチレンジメタクリレート(架橋性単量体)1部、乳化剤としてポリオキシアルキレンアルケニルエーテル硫酸アンモニウム(ラテムルPD-104、花王社製)1.5部、イオン交換水150部及び重合開始剤として過硫酸カリウム0.5部を入れ、十分に攪拌した後、60℃に加温して重合を開始した。重合転化率が96%になった時点で冷却し反応を停止して、水溶性重合体を含む水分散液を得た。該水溶性重合体の、pH12における、1%水溶液粘度は、65mPa・sであった。
 実施例1の(導電性接着剤組成物の製造)において、上記水溶性重合体を用いた他は、実施例1と同様とした。結果を表1に示す。
(比較例6)
 実施例1の(導電性接着剤組成物の製造)において、水溶性重合体およびアクリレート重合体を用いずに、ポリフッ化ビニリデン(PVDF、クレハ社製#7208)を用いたこと、および溶媒置換により導電性接着剤組成物の溶媒として水の代わりにN-メチルピロリドンを用いたこと以外は、実施例1と同様とした。結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 実施例22および比較例7では、電気二重層キャパシタに関する評価を行った。評価方法は以下のとおりである。
[寿命性能]
(高温保存特性)
 実施例および比較例で製造する電気二重層キャパシタ用電極を用いて、ラミネート型の電気二重層キャパシタを作製し、25℃環境下、24時間静置させた後に、1Cの充電レートにて2.7Vまで充電し、次いで、1Cの放電レートにて0Vまで放電することにより、初期容量C0を測定した。さらに、25℃環境下、1Cの充電レートにて2.7Vに充電し、60℃の環境下で7日間保存した後、25℃環境下、充放電レート1Cにて、0Vまで放電することにより、高温保存後の容量C1を測定した。高温保存特性は、ΔCs=C1/C0×100(%)で示す容量変化率ΔCsにて評価し、この容量変化率ΔCsが高いほど高温保存特性に優れることを示す。
(高温サイクル特性)
 実施例および比較例で製造する電気二重層キャパシタ用電極を用いて、ラミネート型の電気二重層キャパシタを作製し、25℃環境下、24時間静置させた後に、充電レート1Cにて2.7Vまで充電し、次いで、放電レート1Cにて0Vまで放電することにより、初期容量C0を測定した。さらに、60℃環境下、充電レート1Cで2.7Vまで充電した後、放電レート1Cで0Vまで放電する充放電サイクルを100回(100サイクル)行い、100サイクル後の容量C2を測定した。高温サイクル特性は、ΔCc=C2/C0×100(%)で示す容量変化率ΔCcにて評価し、この容量変化率ΔCcが高いほど高温サイクル特性に優れることを示す。
[低温出力特性]
 実施例および比較例で製造する電気二重層キャパシタ用電極を用いて、ラミネート型の電気二重層キャパシタを作製し、24時間静置させた後に、25℃環境下、1Cの充電レートにて、2.7Vまで充電し、その後、-10℃環境下、1Cの放電レートにて放電の操作を行い、放電開始10秒後の電圧Vを測定した。低温出力特性は、ΔV=2.7V-Vで示す電圧変化ΔVにて評価し、この電圧変化ΔVが小さいほど低温出力特性に優れることを示す。
(実施例22)
 実施例1と同様にして、導電性接着剤を形成したアルミ集電体を得た。
(電気二重層キャパシタ用正極・負極の製造方法)
 正極・負極の電極活物質として、石油ピッチを原料とするアルカリ賦活活性炭である体積平均粒子径が11μmの活性炭粉末(CEP-21;新日本石油社製)を100部、分散剤としてカルボキシメチルセルロースアンモニウムの1.5%水溶液(DN-800H;ダイセル化学工業社製)を固形分相当で2.0部、導電材としてアセチレンブラック(デンカブラック粉状;電気化学工業社製)を5部、バインダーとしてガラス転移温度が-40℃で、数平均粒子径が0.25μmのジエン重合体(スチレン60質量%、ブタジエン35質量%、イタコン酸5質量%を含む単量体混合物を乳化重合して得られる共重合体)の40%水分散体を固形分相当で5部、およびイオン交換水を全固形分濃度が20%となるようにプラネタリーミキサーにより混合し、正負極の電極活物質層用スラリーを調製した。
(電気二重層キャパシタ用電極)
 前記導電性接着剤層を形成したアルミ集電体上に、前記電極活物質層用スラリーを速度3m/分で塗工し、60℃で5分間乾燥し、次いで120℃で5分間乾燥し、厚み100μmの電気二重層キャパシタ用正極および負極を得た。
(電気二重層キャパシタの製造)
 上記得られた電気二重層キャパシタ用正極を、4cm×4cmの正方形に切り出し、集電体側の表面がアルミ包材外装に接するように配置した。正極活物質層の面上に、5cm×5cmの正方形のセパレータを配置した。さらに、上記得られた電気二重層キャパシタ用負極を、4.2cm×4.2cmの正方形に切り出し、これをセパレータ上に、負極活物質層側の表面がセパレータに向かい合うよう配置した。なお、セパレータは、セルロース(日本高度紙工業製、TF-40)を用いた。さらに、電解液として1.0Mテトラエチルアンモニウムフルオロボレート(溶媒PC)を用い、アルミ包材の開口を密封するために、150℃のヒートシールをしてアルミ外装を閉口し、電気二重層キャパシタを製造した。
 得られた電気二重層キャパシタを用いて、前記の特性を評価した。結果を表2に示す。
(比較例7)
 実施例22で参照する実施例1(導電性接着剤組成物の製造)において、分散剤として前記水溶性重合体に代えて、カルボキシメチルセルロース(CMC)を用いた他は、同様とした。結果を表2に示す。
 実施例23および比較例8では、リチウムイオンキャパシタに関する評価を行った。評価方法は以下のとおりである。
[耐久性]
(高温保存特性)
 実施例および比較例で製造するリチウムイオンキャパシタ用電極を用いて、ラミネート型の電気二重層キャパシタを作製し、25℃環境下、24時間静置させた後に、充電レート1Cにて3.8Vまで充電し、放電レート1Cにて3.0Vまで放電することにより、初期容量C0を測定した。さらに、25℃環境下、充電レート1Cにて3.8Vに充電し、60℃環境下で7日間保存した後、25℃環境下、放電レート1Cにて3.0Vまで放電を行うことにより、高温保存後の容量C1を測定した。高温保存特性は、ΔCs=C1/C0×100(%)で示す容量変化率ΔCsにて評価し、この容量変化率ΔCsが高いほど高温保存特性に優れることを示す。
(高温サイクル特性)
 実施例および比較例で製造するリチウムイオンキャパシタ用電極を用いて、ラミネート型の電気二重層キャパシタを作製し、25℃環境下、24時間静置させた後に、充電レート1Cにて3.8Vまで充電し、放電レート1Cにて3.0Vまで放電することにより、初期容量C0を測定した。さらに、60℃環境下、充電レート1Cにて3.8Vまで充電し、放電レート1Cにて3.0Vまで放電する充放電サイクルを100回(100サイクル)行い、100サイクル後の容量C2を測定した。高温サイクル特性は、ΔCc=C2/C0×100(%)で示す容量変化率ΔCcにて評価し、この容量変化率ΔCcが高いほど高温サイクル特性に優れることを示す。
[低温出力特性]
 実施例および比較例で製造するリチウムイオンキャパシタ用電極を用いて、ラミネート型のリチウムイオンキャパシタを作製し、24時間静置させた後に、25℃環境下、充電レート1Cにて3.8Vまで充電した。その後、-10℃環境下、放電レート1Cにて放電の操作を行い、放電開始10秒後の電圧Vを測定した。低温出力特性は、ΔV=3.8V-Vで示す電圧変化ΔVにて評価し、この電圧変化ΔVが小さいほど低温出力特性に優れることを示す。
(実施例23)
 実施例1と同様にして、導電性接着剤を形成したアルミ集電体を得た。
(リチウムイオンキャパシタ用正極の製造方法)
 正極の電極活物質として、石油ピッチを原料とするアルカリ賦活活性炭である体積平均粒子径が11μmの活性炭粉末(CEP-21;新日本石油社製)を100部、分散剤としてカルボキシメチルセルロースアンモニウムの1.5%水溶液(DN-800H;ダイセル化学工業社製)を固形分相当で2.0部、導電剤としてアセチレンブラック(デンカブラック粉状;電気化学工業社製)を5部、バインダーとしてガラス転移温度が-40℃で、数平均粒子径が0.25μmのジエン重合体(スチレン60質量%、ブタジエン35質量%、イタコン酸5質量%を含む単量体混合物を乳化重合して得られる共重合体)の40%水分散体を固形分相当で5部、およびイオン交換水を全固形分濃度が20%となるようにプラネタリーミキサーにより混合し、リチウムイオンキャパシタ正極活物質層用スラリーを調製した。
(リチウムイオンキャパシタ正極)
 前記導電性接着剤層を形成したアルミ集電体上に、前記リチウムイオンキャパシタ正極活物質層用スラリーを速度3m/分で塗工し、60℃で5分間乾燥し、次いで120℃で5分間乾燥し、厚み100μmのリチウムイオンキャパシタ用正極を得た。
(リチウムイオンキャパシタ用負極の製造方法)
 負極の電極活物質として、体積平均粒子径が3.7μmである黒鉛(KS-6;ティムカル社製)を100部、分散剤としてカルボキシメチルセルロースアンモニウムの1.5%水溶液(DN-800H;ダイセル化学工業社製)を固形分相当で2.0部、導電剤としてアセチレンブラック(デンカブラック粉状;電気化学工業社製)を5部、バインダーとして、ガラス転移温度が-40℃、数平均粒子径が0.25μmのジエン重合体(スチレン60質量%、ブタジエン35質量%、イタコン酸5質量%を含む単量体混合物を乳化重合して得られる共重合体)の40%水分散体を固形分相当で5部、並びにイオン交換水を全固形分濃度が40%となるようにプラネタリーミキサーにより混合し、リチウムイオンキャパシタ負極活物質層用スラリーを調製した。
(リチウムイオンキャパシタ負極)
 前記導電性接着剤層を形成したアルミ集電体上に、前記リチウムイオンキャパシタ負極活物質層用スラリーを速度3m/分で塗工し、80℃で5分間乾燥し、次いで110℃で5分間乾燥し、厚み100μmのリチウムイオンキャパシタ負極を得た。
(リチウムイオンキャパシタの製造)
 上記得られたリチウムイオンキャパシタ用正極を、4cm×4cmの正方形に切り出し、集電体側の表面がアルミ包材外装に接するように配置した。正極活物質層の面上に、5cm×5cmの正方形のセパレータを配置した。さらに、リチウムイオンキャパシタ用負極を、4.2cm×4.2cmの正方形に切り出し、これをセパレータ上に、負極活物質層側の表面がセパレータに向かい合うよう配置した。なお、セパレータは、セルロース(日本高度紙工業製、TF-40)を用いた。さらに、電解液として1.0MLiPF(溶媒EC/EMC=3/7体積比)を用い、アルミ包材の開口を密封するために、150℃のヒートシールをしてアルミ外装を閉口し、リチウムイオンキャパシタを製造した。
 得られたリチウムイオンキャパシタを用いて、前記の特性を評価した。結果を表2に示す。
(比較例8)
 実施例23で参照する実施例1(導電性接着剤組成物の製造)において、分散剤として前記水溶性重合体に代えて、カルボキシメチルセルロース(CMC)を用いた他は、同様とした。結果を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004

Claims (10)

  1.  導電性炭素材料、水溶性重合体およびバインダーを含む導電性接着剤組成物であって、
     前記水溶性重合体がエチレン性不飽和カルボン酸単量体単位、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位およびフッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を含む共重合体である導電性接着剤組成物。
  2.  前記導電性炭素材料が、黒鉛またはカーボンブラックである請求項1記載の導電性接着剤組成物。
  3.  前記水溶性重合体のエチレン性不飽和カルボン酸単量体単位が、エチレン性不飽和モノカルボン酸単量体単位である請求項1または2に記載の導電性接着剤組成物。
  4.  前記水溶性重合体が、さらに架橋性単量体単位を含む請求項1~3の何れかに記載の導電性接着剤組成物。
  5.  前記水溶性重合体の1%水溶液粘度が、0.1~20000mPa・sである請求項1~4の何れかに記載の導電性接着剤組成物。
  6.  前記水溶性重合体の含有割合が、導電性炭素材料100質量部に対して、1~30質量部である請求項1~5の何れかに記載の導電性接着剤組成物。
  7.  集電体上に、
     導電性炭素材料、バインダー、並びに、エチレン性不飽和カルボン酸単量体単位、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位およびフッ素含有(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を含む水溶性重合体を含んでなる導電性接着剤層を有する、導電性接着剤層付集電体。
  8.  前記集電体が、金属である請求項7に記載の導電性接着剤層付集電体。
  9.  請求項7または8に記載の導電性接着剤層付集電体上に、
     電極活物質およびバインダーを含んでなる電極活物質層を有する電気化学素子用電極。
  10.  正極、負極電極、電解液、並びにセパレータを備える電気化学素子であって、前記正極又は負極の少なくとも一方電極が請求項9に記載の電気化学素子用電極である電気化学素子。
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