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JP5697906B2 - Electrode aqueous composition for secondary battery - Google Patents
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Description

本発明は、二次電池用電極水系組成物に関する。より詳しくは、リチウムイオン電池等の二次電池の電極を形成する組成物として好適に用いることができる二次電池用電極水系組成物に関する。 The present invention relates to an electrode aqueous composition for a secondary battery. More specifically, the present invention relates to a secondary battery electrode aqueous composition that can be suitably used as a composition for forming an electrode of a secondary battery such as a lithium ion battery.

二次電池は、繰り返し充放電を行うことができる電池であり、近年の環境問題への関心の高まりを背景に、携帯電話やノートパソコン等の電子機器だけでなく、自動車や航空機等の分野においても使用がすすんでいる。このような二次電池への需要の高まりを受けて、研究も活発に行われており、特に、二次電池の中でも軽量、小型かつ高エネルギー密度のリチウムイオン電池は、各産業界から注目されており、開発が盛んに行われている。
リチウムイオン電池は、主に正極、電解質、負極及びセパレータから構成され、この中で電極は、電極組成物を集電体の上に塗布したものが用いられている。電極組成物のうち、正極の形成に用いられる正極組成物は、主に正極活物質、導電助剤、バインダー及び溶媒からなっており、バインダーとして、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、溶媒としてN−メチル−2−ピロリドン(NMP)が一般に用いられている。これは、PVDFが化学的、電気的に安定であり、NMPがPVDFを溶解する経時安定性のある溶媒であること、及び、正極活物質として一般に用いられているコバルト酸リチウムが水中では加水分解をおこすと言われており、有機溶媒を使用する必要があることが理由である。PVDFやNMPは、その化学的、電気的安定性等のために負極組成物にも用いられている。しかしながら、PVDFは溶解濃度が高くなく、一般に10%以下の濃度で用いられており、PVDFを用いると固形分濃度を上げ難い。また、NMPは、沸点が高いため、NMPを溶媒として用いると電極を形成する際に溶媒の揮発に多くのエネルギーを必要とするといった問題がある。それに加え、近年は環境問題への関心の高まりを背景に、電極組成物にも有機溶媒を使用しない水系のものが求められてきている。このような状況の下、電池用組成物や、電池用組成物に用いることができるバインダーについて、様々な研究、開発がなされている。
Secondary batteries are rechargeable batteries that can be repeatedly charged and discharged. In recent years, due to the growing interest in environmental problems, not only electronic devices such as mobile phones and laptop computers, but also automobiles and airplanes. Is also in use. In response to the growing demand for secondary batteries, research is actively conducted. In particular, lithium-ion batteries that are light, small, and high in energy density are attracting attention from various industries. Development is actively underway.
A lithium ion battery is mainly composed of a positive electrode, an electrolyte, a negative electrode, and a separator, and an electrode in which an electrode composition is applied on a current collector is used. Among the electrode compositions, the positive electrode composition used for forming the positive electrode mainly comprises a positive electrode active material, a conductive additive, a binder, and a solvent. The binder is polyvinylidene fluoride (PVDF), and the solvent is N-methyl. -2-pyrrolidone (NMP) is commonly used. This is because PVDF is chemically and electrically stable, NMP is a solvent that is stable over time in which PVDF is dissolved, and lithium cobaltate that is commonly used as a positive electrode active material is hydrolyzed in water. This is because it is necessary to use an organic solvent. PVDF and NMP are also used in negative electrode compositions because of their chemical and electrical stability. However, PVDF does not have a high dissolved concentration, and is generally used at a concentration of 10% or less. When PVDF is used, it is difficult to increase the solid content concentration. Moreover, since NMP has a high boiling point, when NMP is used as a solvent, there is a problem that a large amount of energy is required for volatilization of the solvent when an electrode is formed. In addition, in recent years, an aqueous composition that does not use an organic solvent has been demanded for the electrode composition against the background of increasing interest in environmental problems. Under such circumstances, various researches and developments have been made on battery compositions and binders that can be used in battery compositions.

非水二次電池の電極を形成する組成物として、非水溶性ポリマーと鉄含有化合物とが水に分散されてなる非水電解質二次電池正極用スラリー組成物、及び、この組成物を集電体に塗布、乾燥して非水電解質二次電池正極用電極を製造することが開示されている(例えば、特許文献1参照。)。また、非水電解液二次電池用電極を形成するための組成物として、少なくとも活物質及び結着材を含有する活物質層用塗工組成物であって、当該結着材を固形分を基準として2.5重量%以下含有し、且つ、当該結着材中にアクリル系共重合体を全結着材量を基準として20重量%以下含有する活物質層用塗工組成物、及び、この組成物の層を集電体の面上に設けてなる非水電解液二次電池用電極板が開示され、結着剤としてアクリル系共重合体とポリフッ化ビニリデン(PVDF)等の他の樹脂とを混合したものを用いることが開示されている(例えば、特許文献2参照。)。 As a composition for forming an electrode of a non-aqueous secondary battery, a slurry composition for a non-aqueous electrolyte secondary battery positive electrode in which a water-insoluble polymer and an iron-containing compound are dispersed in water, and collecting this composition It is disclosed that an electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery positive electrode is produced by applying to a body and drying (for example, see Patent Document 1). Further, as a composition for forming an electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, it is a coating composition for an active material layer containing at least an active material and a binder, and the binder has a solid content. An active material layer coating composition containing 2.5% by weight or less as a reference, and containing 20% by weight or less of an acrylic copolymer in the binder based on the total amount of the binder, and An electrode plate for a non-aqueous electrolyte secondary battery in which a layer of this composition is provided on the surface of a current collector is disclosed, and an acrylic copolymer and other polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder are disclosed. It is disclosed to use a mixture of resin (see, for example, Patent Document 2).

特開2005−63825号公報(第1−2、4、8−9頁)Japanese Patent Laying-Open No. 2005-63825 (pages 1-2, 4, 8-9) 特開2006−107767号公報(第1−2、6頁)Japanese Patent Laying-Open No. 2006-107767 (pages 1-2 and 6)

上記特許文献1では、非水溶性ポリマーとしてアクリル系ポリマー、ニトリル系ポリマー、ジエン系ポリマー等の非フッ素系ポリマーやPVDF、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素系ポリマーが記載されている。これらのうち、PVDFやPTFEは、電極活物質等のフィラーを結着させる能力が低く、また、樹脂自体の製膜性も低い。したがって、フィラーが多い場合には、塗工、乾燥しても製膜できない場合が多い。特許文献1の実施例では、非水溶性ポリマーとしてアクリル系エラストマーの水分散体、スチレン・ブタジエン(SBR)系共重合体の水分散体、アクリロニトリル・ブタジエン系共重合体の水分散体が用いられているが、これらは何れもエマルションの化学的・電気的安定性に工夫の余地がある。更に特許文献2では、結着剤としてPVDFを用いた場合に得られる塗膜が硬く、集電体への密着性が低いために電極板を裁断する際に活物質層が脱落したりする不具合を解消することを目的として、結着剤としてアクリル系共重合体と他の樹脂とを混合したものを用いることが開示され、アクリル系共重合体とPVDFとの組み合わせが好ましいと記載されている。しかしながら、アクリル系共重合体とPVDFとは極性が大きく異なるため、これらを混合しただけでは、一般的には非相溶であり、相溶化剤となる成分、又は、アクリル系共重合体にPVDFと相溶性をもつモノマーを組み込み、或いは高温で事前に溶融混合していなければ相溶性は発現できない。特許文献2では、これらのポリマーの非相溶性のために樹脂が不均一に存在すると考えられ、この樹脂を用いて電極膜を作成した場合、膜の均一性に課題が残る。また特許文献2では、樹脂をN−メチル−ピロリドン等の有機溶媒に溶解させているが、水系溶媒を用いた水分散体の場合には、ポリマーが粒子の形で存在するため、更に相溶し難くなり、均一な膜を形成することがより難しくなるという課題がある。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、フィラーへの結着性が良好で、水系でありながら均一な膜を形成することができる化学的、電気的に安定な水系組成物であって、得られる膜が基材への密着性、可撓性に優れ、二次電池用の電極を形成する組成物として好適に用いることができる二次電池用電極水系組成物を提供することを目的とするものである。
Patent Document 1 describes non-fluorine polymers such as acrylic polymers, nitrile polymers, and diene polymers, and fluorine polymers such as PVDF and polytetrafluoroethylene (PTFE) as water-insoluble polymers. Among these, PVDF and PTFE have a low ability to bind a filler such as an electrode active material, and the film forming property of the resin itself is also low. Therefore, when there are many fillers, it is often impossible to form a film even after coating and drying. In Examples of Patent Document 1, an acrylic elastomer aqueous dispersion, a styrene / butadiene (SBR) copolymer aqueous dispersion, and an acrylonitrile / butadiene copolymer aqueous dispersion are used as the water-insoluble polymer. However, all of these have room for improvement in the chemical and electrical stability of the emulsion. Furthermore, in Patent Document 2, the coating film obtained when PVDF is used as a binder is hard, and the active material layer is dropped when the electrode plate is cut because the adhesion to the current collector is low. In order to solve the problem, it is disclosed that a mixture of an acrylic copolymer and another resin is used as a binder, and that a combination of an acrylic copolymer and PVDF is preferable. . However, since the polarity of the acrylic copolymer and PVDF is greatly different, it is generally incompatible only by mixing them, and the component that becomes a compatibilizer or the PVDF is added to the acrylic copolymer. The compatibility cannot be expressed unless a monomer having compatibility with is incorporated or melted and mixed in advance at a high temperature. In Patent Document 2, it is considered that the resin is present non-uniformly due to the incompatibility of these polymers. When an electrode film is formed using this resin, a problem remains in the uniformity of the film. In Patent Document 2, the resin is dissolved in an organic solvent such as N-methyl-pyrrolidone. However, in the case of an aqueous dispersion using an aqueous solvent, since the polymer exists in the form of particles, the resin is further compatible. There is a problem that it becomes difficult to form a uniform film.
The present invention has been made in view of the above-described situation, and is a chemically and electrically stable aqueous composition that has a good binding property to a filler and can form a uniform film while being aqueous. A secondary battery electrode aqueous composition that can be suitably used as a composition for forming an electrode for a secondary battery because the obtained film is excellent in adhesion to a substrate and flexibility. It is intended.

本発明者は、フィラー間の結着性が高く、フィラーの含有量を多くしても塗膜を形成することができ、更に得られる塗膜が基材への密着性や可撓性に優れたものとなるような、電極材料として好適な水系の組成物について種々検討し、組成物が含むバインダーに着目した。そして、バインダーとして、フッ素含有重合体を(メタ)アクリル変性した構造を有する変性重合体の水分散体を用いると、フッ素含有重合体が有する化学的、電気的に安定な性質を有しつつ、フッ素含有重合体の欠点である低い結着性や得られる塗膜の密着性の低さ、塗膜の硬脆さを改善することができることを見出した。すなわち、このようなバインダーが化学的、電気的に安定であり、かつ、活物質や導電助剤等のフィラーの量を多くしても塗膜を形成することが可能な優れたフィラーの結着性を有するバインダーとなるだけでなく、得られる塗膜が基材への密着性、可撓性に優れたものとなることを見出した。更に本発明者は、フッ素含有重合体を(メタ)アクリル変性した構造を有する重合体とすると、水系の溶媒を用いた水分散体としても均一な膜を形成することができること、及び、このバインダーを用いることで、塗膜の造膜温度も低下させることができ、塗膜形成のし易さも向上することも見出し、更に、このバインダーが、SBRと異なり、正極だけでなく、負極用バインダーとしても用いることができることを見出した。これらにより、このバインダーを用いた組成物が、二次電池用の電極を形成する組成物として好適であることを見出し、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。 The present inventor has a high binding property between fillers, can form a coating film even if the filler content is increased, and the resulting coating film is excellent in adhesion to a substrate and flexibility. Various water-based compositions suitable as electrode materials were studied, and attention was focused on the binder contained in the composition. And, as a binder, using an aqueous dispersion of a modified polymer having a (meth) acryl-modified structure of a fluorine-containing polymer, while having chemically and electrically stable properties possessed by the fluorine-containing polymer, It has been found that low binding properties, low adhesion of the resulting coating film, and hard brittleness of the coating film, which are disadvantages of the fluorine-containing polymer, can be improved. That is, such a binder is chemically and electrically stable, and an excellent filler binding capable of forming a coating film even if the amount of filler such as an active material or a conductive aid is increased. It has been found that the obtained coating film is excellent in adhesion and flexibility to the base material as well as having a binder. Furthermore, the present inventor can form a uniform film even as an aqueous dispersion using an aqueous solvent, and this binder, when the fluorine-containing polymer is a polymer having a (meth) acryl-modified structure. It has also been found that the film-forming temperature of the coating film can be lowered and the ease of forming the coating film is improved by using this, and further, this binder is not only a positive electrode but also a negative electrode binder, unlike SBR. Also found that it can be used. Accordingly, the inventors have found that a composition using this binder is suitable as a composition for forming an electrode for a secondary battery, and have conceived that the above problems can be solved brilliantly, and have reached the present invention. Is.

すなわち本発明は、電極活物質、バインダー及び水を必須成分として含み、二次電池の電極を形成する電極水系組成物であって、上記バインダーは、(メタ)アクリル変性した構造を有するフッ素含有重合体の水分散体を含むことを特徴とする二次電池用電極水系組成物である。
以下に本発明を詳述する。
That is, the present invention is an electrode aqueous composition that includes an electrode active material, a binder, and water as essential components, and forms an electrode of a secondary battery, wherein the binder contains a fluorine-containing heavy polymer having a (meth) acryl-modified structure. A secondary battery electrode aqueous composition comprising a combined aqueous dispersion.
The present invention is described in detail below.

本発明の二次電池用電極水系組成物は、電極活物質、バインダー及び水を必須成分として含むものであるが、これらの必須成分をそれぞれ1種含むものであってもよく、2種以上含んでいてもよい。
また、本発明におけるバインダーは、(メタ)アクリル変性した構造を有するフッ素含有重合体の水分散体を1種含むものであってもよく、2種以上含んでいてもよい。
以下においては、(メタ)アクリル変性させる前のフッ素含有重合体をフッ素含有重合体と記載する。また、(メタ)アクリル変性した構造を有するフッ素含有重合体を(メタ)アクリル変性したフッ素含有重合体とも記載する。
The electrode aqueous composition for a secondary battery of the present invention contains an electrode active material, a binder and water as essential components, but each of these essential components may be included, or two or more thereof may be included. Also good.
Moreover, the binder in this invention may contain 1 type of the aqueous dispersion of the fluorine-containing polymer which has a (meth) acryl modified | denatured structure, and may contain 2 or more types.
Hereinafter, the fluorine-containing polymer before the (meth) acryl modification is referred to as a fluorine-containing polymer. Further, a fluorine-containing polymer having a (meth) acryl-modified structure is also referred to as a (meth) acryl-modified fluorine-containing polymer.

本発明の二次電池用電極水系組成物が含むバインダーは、(メタ)アクリル変性した構造を有するフッ素含有重合体の水分散体を含むものである。(メタ)アクリル変性した構造を有するフッ素含有重合体の水分散体とは、分散粒子の夫々の粒子中にフッ素含有重合体と(メタ)アクリル系重合体が絡み合って存在するものである。例えば、フッ素を中心とする骨格にアクリルが入り込んだ「IPN構造」のような構造を有する粒子である。したがって、フッ素含有重合体とアクリル系共重合体とを別々に製造し、その後に混合しただけのものは、本発明における(メタ)アクリル変性した構造を有するフッ素含有重合体には該当しない。 The binder contained in the aqueous electrode composition for secondary batteries of the present invention contains an aqueous dispersion of a fluorine-containing polymer having a (meth) acryl-modified structure. An aqueous dispersion of a fluorine-containing polymer having a (meth) acryl-modified structure is one in which a fluorine-containing polymer and a (meth) acrylic polymer are entangled with each other in dispersed particles. For example, particles having a structure such as an “IPN structure” in which acrylic enters a skeleton centered on fluorine. Therefore, a fluorine-containing polymer and an acrylic copolymer produced separately and then mixed are not applicable to the fluorine-containing polymer having a (meth) acryl-modified structure in the present invention.

上記(メタ)アクリル変性した構造を有するフッ素含有重合体は、フッ素含有重合体由来の構造部分と(メタ)アクリル変性した構造部分との質量比が40/60〜95/5であることが好ましい。このような比率であると、フッ素含有重合体が有する化学的、電気的な安定性と(メタ)アクリル変性したことにより得られる優れた結着性や可撓性、造膜温度を低下させる効果がバランスよく発揮されることになる。より好ましくは、フッ素含有重合体の構造部分と(メタ)アクリル変性した構造部分との質量比が50/50〜95/5であることであり、更に好ましくは、60/40〜90/10である。 The fluorine-containing polymer having the (meth) acryl-modified structure preferably has a mass ratio of 40/60 to 95/5 between the fluorine-containing polymer-derived structure portion and the (meth) acryl-modified structure portion. . With such a ratio, the chemical and electrical stability of the fluorine-containing polymer and the excellent binding properties and flexibility obtained by (meth) acrylic modification, the effect of lowering the film forming temperature Will be displayed in a well-balanced manner. More preferably, the mass ratio of the structural portion of the fluorine-containing polymer to the structural portion modified with (meth) acryl is 50/50 to 95/5, and more preferably 60/40 to 90/10. is there.

上記フッ素含有重合体は、フッ化ビニリデン系重合体であることが好ましい。フッ化ビニリデン系重合体は、結晶性を有する重合体であるが、これを(メタ)アクリル変性することで結晶性を低下させることができ、樹脂の結着性や可撓性の向上、及び、造膜温度の低下の点で大きな効果を得ることができる。したがって、フッ化ビニリデン系重合体を(メタ)アクリル変性したものを用いることで、二次電池用結着剤としてフッ素含有重合体が有する化学的、電気的な安定性と(メタ)アクリル変性したことにより得られる優れた結着性や可撓性、造膜温度を低下させる効果をより充分に発揮することができる。フッ化ビニリデン系重合体は、フッ化ビニリデンのみを原料として製造されたものであってもよく、フッ化ビニリデンと他の単量体との共重合によって得られたものであってもよいが、フッ化ビニリデンと他の単量体との共重合によって得られたものであることが好ましい。他の単量体と共重合することによりフッ化ビニリデン系重合体の結晶性を低下させ、アクリル変性をし易くすることができる。 The fluorine-containing polymer is preferably a vinylidene fluoride polymer. The vinylidene fluoride-based polymer is a polymer having crystallinity, but crystallinity can be lowered by modifying this with (meth) acryl, and the binding property and flexibility of the resin are improved. A great effect can be obtained in terms of lowering the film forming temperature. Therefore, by using a (meth) acrylic modified vinylidene fluoride polymer, the chemical and electrical stability of the fluorine-containing polymer as a binder for secondary batteries and (meth) acrylic modification Thus, the excellent binding property and flexibility obtained, and the effect of lowering the film forming temperature can be more fully exhibited. The vinylidene fluoride polymer may be produced using only vinylidene fluoride as a raw material, or may be obtained by copolymerization of vinylidene fluoride and other monomers, It is preferably obtained by copolymerization of vinylidene fluoride and another monomer. By copolymerizing with other monomers, the crystallinity of the vinylidene fluoride polymer can be lowered and acrylic modification can be facilitated.

上記フッ化ビニリデン(VDF)と共重合させる他の単量体としては、特に限定されないが、例えば、テトラフルオロエチレン(TFE)、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)、パーフルオロプロピルビニルエーテル等のパーフルオロビニルエーテル類、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。これらの中でもヘキサフルオロプロピレン(HFP)、パーフルオロアルキルビニルエーテル類が好ましい。 Other monomers to be copolymerized with the vinylidene fluoride (VDF) are not particularly limited. For example, perfluorovinyl ethers such as tetrafluoroethylene (TFE), hexafluoropropylene (HFP), and perfluoropropyl vinyl ether. And chlorotrifluoroethylene (CTFE) and the like, and one or more of these can be used. Among these, hexafluoropropylene (HFP) and perfluoroalkyl vinyl ethers are preferable.

上記フッ化ビニリデン系重合体がフッ化ビニリデンと他の単量体との共重合体である場合、フッ化ビニリデン系重合体の結晶性を低下させるという点からフッ化ビニリデン由来の構造と他の単量体由来の構造との比率が質量比で60/40〜97/3であることが好ましい。 When the above-mentioned vinylidene fluoride polymer is a copolymer of vinylidene fluoride and another monomer, the structure derived from vinylidene fluoride and other components are used in that the crystallinity of the vinylidene fluoride polymer is lowered. The ratio of the monomer-derived structure is preferably 60/40 to 97/3 by mass ratio.

上記(メタ)アクリル変性した構造部分は、後述する(メタ)アクリル系化合物の1種又は2種以上や、それらを重合して得られる重合体によって形成される。好ましくは、(メタ)アクリル変性した構造部分が(メタ)アクリル系化合物の重合体によって形成されることである。また、これらの中でも、アクリル系化合物の1種又は2種以上や、それらのアクリル系化合物の重合体によって形成されるものであることが好ましい。これらにより、得られる(メタ)アクリル系化合物の重合体がベースのフッ素含有重合体と絡みあうことによる優れた結着性や可撓性、造膜温度を低下させる効果をより充分に発揮することができる。 The (meth) acryl-modified structural part is formed of one or more (meth) acrylic compounds described later, or a polymer obtained by polymerizing them. Preferably, the (meth) acryl-modified structural part is formed by a polymer of a (meth) acrylic compound. Moreover, among these, it is preferable that it is what is formed with the polymer of 1 type, 2 or more types of an acrylic compound, and those acrylic compounds. By these, the polymer of the (meth) acrylic-type compound obtained exhibits the effect of lowering the excellent binding property, flexibility, and film-forming temperature due to entanglement with the base fluorine-containing polymer. Can do.

本発明の二次電池用電極水系組成物が含むバインダーは、(メタ)アクリル変性した構造を有するフッ素含有重合体の水分散体を含む限りその他のバインダーとしてはたらく成分を含んでいてもよい。その他のバインダーとしてはたらく成分としては、ポリ(メタ)アクリル酸塩や、不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系重合体等の水溶性樹脂、(メタ)アクリル変性していないフッ素含有重合体、SBRラテックス、カルボキシメチルセルロース等のセルロース類等を用いることができる。 The binder contained in the aqueous electrode composition for secondary batteries of the present invention may contain a component that acts as another binder as long as it contains an aqueous dispersion of a fluorine-containing polymer having a (meth) acryl-modified structure. Other components that act as binders include water-soluble resins such as poly (meth) acrylates and unsaturated polyalkylene glycol ether polymers, fluorine-containing polymers not modified with (meth) acryl, SBR latex, carboxy Celluloses such as methylcellulose can be used.

本発明のバインダーは、最低造膜温度が40℃以下であることが好ましい。造膜温度を低下させることで、塗膜の形成が容易になり、塗膜の製造性を向上させることができる。
バインダーの最低造膜温度は35℃以下であることがより好ましい。
本発明のバインダーは、(メタ)アクリル変性した構造を有するフッ素含有重合体の水分散体として、このような好ましい最低造膜温度を有するものを用いることが好ましい。
バインダーの最低造膜温度は、熱勾配試験機により測定することができる。
また、造膜時の膜が透明であることが好ましい。膜が透明であることは、フッ素含有重合体とアクリル系重合体との絡み合いにより、樹脂間が相溶しており、膜が均一であることを意味している。膜が透明であるとは、例えば、40℃で乾燥膜厚40μmの膜を形成した際に、膜を目視で見たときに濁りが確認できないことをいう。
The binder of the present invention preferably has a minimum film forming temperature of 40 ° C. or lower. By reducing the film forming temperature, the formation of the coating film is facilitated, and the productivity of the coating film can be improved.
The minimum film forming temperature of the binder is more preferably 35 ° C. or lower.
As the binder of the present invention, it is preferable to use a binder having such a preferable minimum film-forming temperature as an aqueous dispersion of a fluorine-containing polymer having a (meth) acryl-modified structure.
The minimum film forming temperature of the binder can be measured by a thermal gradient tester.
Moreover, it is preferable that the film | membrane at the time of film forming is transparent. That the film is transparent means that the resin is compatible due to the entanglement between the fluorine-containing polymer and the acrylic polymer, and the film is uniform. The film being transparent means that, for example, when a film having a dry film thickness of 40 μm is formed at 40 ° C., turbidity cannot be confirmed when the film is visually observed.

本発明のバインダーは、フッ素含有重合体の結晶化温度以上の温度で乾燥した後に結晶化温度が観測されないものであることが好ましい。(メタ)アクリル変性した構造を有するフッ素含有重合体が充分に均一化し得るものである場合、フッ素含有重合体の結晶化温度以上の温度で乾燥することで、フッ素含有重合体と(メタ)アクリル変性した構造部分とが充分に相溶して均一化し、非晶化することで結晶化温度が観測されなくなる。このような(メタ)アクリル変性した構造を有するフッ素含有重合体の水分散体を含むバインダーであると、上述した本発明の効果がより顕著に発揮されることになる。 The binder of the present invention is preferably such that the crystallization temperature is not observed after drying at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature of the fluorine-containing polymer. When the fluorine-containing polymer having a (meth) acryl-modified structure can be sufficiently homogenized, the fluorine-containing polymer and (meth) acryl are dried by drying at a temperature higher than the crystallization temperature of the fluorine-containing polymer. The crystallization temperature is no longer observed when the modified structural part is sufficiently mixed and homogenized to be amorphous. When the binder includes an aqueous dispersion of a fluorine-containing polymer having such a (meth) acryl-modified structure, the above-described effects of the present invention are more remarkably exhibited.

本発明のバインダーは、固形分の割合がバインダー全体100質量%に対して、20〜70質量%であることが好ましい。20質量%未満の場合、多くの水を含有することから、塗料配合した場合の塗料固形分の範囲を制限し易くなる。70質量%を超える場合、樹脂のハンドリング性が低下する。バインダーの固形分とは、バインダーから溶媒である水を揮発させた後に残る成分、すなわち、バインダーのうち、水を主成分とする溶媒以外の成分のことである。 It is preferable that the ratio of solid content of the binder of this invention is 20-70 mass% with respect to 100 mass% of the whole binder. When the amount is less than 20% by mass, a large amount of water is contained, so that it becomes easy to limit the range of the solid content of the paint when blended with the paint. When it exceeds 70 mass%, the handling property of resin will fall. The solid content of the binder is a component remaining after volatilizing water as a solvent from the binder, that is, a component other than the solvent containing water as a main component in the binder.

上記(メタ)アクリル変性した構造を有するフッ素含有重合体は、フッ素含有重合体を製造した後、該フッ素含有重合体の存在下で(メタ)アクリル系化合物を反応させることで製造できる。
フッ素含有重合体の水分散体は、懸濁重合や乳化重合を用いて重合体を合成する際の通常の手段により合成することができる。(メタ)アクリル変性した構造を有するフッ素含有重合体の水分散体の製造には、フッ素含有重合体の水分散体を製造した後、(メタ)アクリル系化合物を添加して、水に分散したフッ素含有重合体の粒子中に(メタ)アクリル系化合物を取り込ませ、(メタ)アクリル系化合物の重合を行う方法等を用いることができる。
また、(メタ)アクリル変性した構造を有するフッ素含有重合体は、フッ素含有重合体にアクリル系重合体を高温で混合し、均一化して相溶化させた後、得られたポリマーを分散剤等を用いて水に分散させる方法によっても得ることができる。
The fluorine-containing polymer having the (meth) acryl-modified structure can be produced by producing a fluorine-containing polymer and then reacting the (meth) acrylic compound in the presence of the fluorine-containing polymer.
The aqueous dispersion of the fluorine-containing polymer can be synthesized by a usual means for synthesizing the polymer using suspension polymerization or emulsion polymerization. For production of an aqueous dispersion of a fluorine-containing polymer having a (meth) acryl-modified structure, an aqueous dispersion of a fluorine-containing polymer was produced, and then a (meth) acrylic compound was added and dispersed in water. A method of incorporating a (meth) acrylic compound into the fluorine-containing polymer particles and polymerizing the (meth) acrylic compound can be used.
In addition, a fluorine-containing polymer having a (meth) acryl-modified structure is prepared by mixing an acrylic polymer with a fluorine-containing polymer at a high temperature, homogenizing and compatibilizing the polymer, and then adding a dispersant or the like to the obtained polymer. It can also be obtained by a method of using and dispersing in water.

上記フッ素含有重合体と反応させる(メタ)アクリル系化合物としては、(メタ)アクリル酸や(メタ)アクリル酸の塩;(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸ブチル等の(メタ)アクリル酸アルキルエステル;ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート;(メタ)アクリロニトリル、グリシジル(メタ)アクリレート、アルキレングリコール含有(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチルアクリレート等のアミノアクリレート等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。これらの中でも、(メタ)アクリル酸アルキルエステルが好ましい。 Examples of the (meth) acrylic compound to be reacted with the fluorine-containing polymer include (meth) acrylic acid and (meth) acrylic acid salts; methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, and (meth) acrylic acid. (Meth) acrylic acid alkyl esters such as propyl and butyl (meth) acrylate; hydroxyalkyl (meth) acrylates such as hydroxyethyl (meth) acrylate and hydroxybutyl (meth) acrylate; (meth) acrylonitrile and glycidyl (meth) acrylate , Alkylene glycol-containing (meth) acrylates, amino acrylates such as diethylaminoethyl acrylate, and the like, and one or more of these can be used. Among these, (meth) acrylic acid alkyl ester is preferable.

本発明の二次電池用電極水系組成物は、(メタ)アクリル変性した構造を有するフッ素含有重合体の水分散体を含むバインダーを含むことで、フッ素含有重合体が有する化学的、電気的な安定性と(メタ)アクリル変性したことにより得られる優れた結着性や可撓性、造膜温度を低下させる効果をともに発揮することができ、また、後述するように、このようなバインダーを用いることで正極、負極いずれの電極も形成することができる。
このような本発明の二次電池用電極水系組成物に用いられるバインダーであって、該バインダーは、(メタ)アクリル変性した構造を有するフッ素含有重合体の水分散体を含む二次電池用電極水系組成物用バインダーもまた、本発明の1つである。
The aqueous electrode composition for secondary batteries of the present invention includes a binder containing an aqueous dispersion of a fluorine-containing polymer having a (meth) acryl-modified structure, so that the chemical and electrical properties of the fluorine-containing polymer are included. Both stability and excellent binding properties and flexibility obtained by (meth) acryl modification can be exhibited, and the effect of lowering the film forming temperature can be exhibited. By using it, both the positive electrode and the negative electrode can be formed.
A binder for use in the aqueous electrode composition for a secondary battery according to the present invention, wherein the binder includes an aqueous dispersion of a fluorine-containing polymer having a (meth) acryl-modified structure. The binder for aqueous compositions is also one aspect of the present invention.

本発明の二次電池用電極水系組成物において、バインダーの含有量は、電極活物質100質量%に対して1〜10質量%であることが好ましい。バインダーの含有量がこの範囲にあると、電極活物質や後述する導電助剤等のフィラーを結合し、且つ電極中の活物質含有量の低下を抑えることができる。 In the aqueous electrode composition for secondary batteries of the present invention, the binder content is preferably 1 to 10% by mass with respect to 100% by mass of the electrode active material. When the content of the binder is within this range, it is possible to bind the electrode active material and a filler such as a conductive additive described later, and to suppress the decrease in the active material content in the electrode.

本発明の二次電池用電極水系組成物において用いる電極活物質は、リチウムイオンを吸蔵、放出できる電極活物質であることが好ましい。このような電極活物質を用いることで、リチウムイオン電池の電極として好適に用いることができるものとなる。
リチウムイオンを吸蔵、放出できる化合物としては、リチウム含有の金属酸化物が挙げられ、そのような金属酸化物としては、コバルト酸リチウム、リン酸鉄リチウム、リン酸マンガンリチウム、マンガン酸リチウム等が挙げられる。
The electrode active material used in the aqueous electrode composition for secondary batteries of the present invention is preferably an electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions. By using such an electrode active material, it can be suitably used as an electrode of a lithium ion battery.
Examples of the compound capable of inserting and extracting lithium ions include lithium-containing metal oxides. Examples of such metal oxides include lithium cobaltate, lithium iron phosphate, lithium manganese phosphate, and lithium manganate. It is done.

本発明の二次電池用電極水系組成物を正極を形成する材料として用いる場合、電極活物質は、オリビン構造を有する化合物を含むものであることが好ましい。
すなわち、電極活物質が、オリビン構造を有する化合物を含む正極活物質であることは、本発明の好適な実施形態の1つである。以下においては、正極を形成する材料として用いられる本発明の二次電池用電極水系組成物を本発明の正極水系組成物ともいう。
オリビン構造を有する化合物とは、下記式;
LiPO
(但し、Aは、Cr、Mn、Fe、Co、Ni及びCuからなる群より選択される1種又は2種以上であり、Dは、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zn、B、Al、Ga、In、Si、Ge、Sc、Y及び希土類元素の群から選ばれる1種又は2種以上である。x、y及びzは、0<x<2、0<y<1.5、0≦z<1.5を満たす数である。)で表される構造を有する化合物である。この化合物は、構造内の酸素原子がリンと結合することで(PO3−ポリアニオンを形成しており、酸素が結晶構造中に固定化されるために原理的に燃焼反応が起こらない。このため、この化合物を含む電極活物質は安全性に優れたものとなることから、特に中大型電源への用途に好適に用いることができるものとなる。上記A成分として好ましくは、Fe、Mn、Niであり、特に好ましくはFeである。上記D成分として好ましくは、Mg、Ca、Ti、Alである。
When the aqueous electrode composition for secondary batteries of the present invention is used as a material for forming a positive electrode, the electrode active material preferably contains a compound having an olivine structure.
That is, it is one of the preferred embodiments of the present invention that the electrode active material is a positive electrode active material containing a compound having an olivine structure. Below, the electrode aqueous composition for secondary batteries of this invention used as a material which forms a positive electrode is also called positive electrode aqueous composition of this invention.
The compound having an olivine structure is represented by the following formula:
Li x A y D z PO 4
(However, A is one or more selected from the group consisting of Cr, Mn, Fe, Co, Ni and Cu, and D is Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Zn, B, It is one or more selected from the group consisting of Al, Ga, In, Si, Ge, Sc, Y and rare earth elements, where x, y and z are 0 <x <2, 0 <y <1.5. And a number satisfying 0 ≦ z <1.5.). This compound forms a (PO 4 ) 3 -polyanion by bonding an oxygen atom in the structure to phosphorus, and in principle, no combustion reaction occurs because oxygen is immobilized in the crystal structure. For this reason, since the electrode active material containing this compound will be excellent in safety | security, it will be able to be used suitably especially for the use to a medium sized power supply. The A component is preferably Fe, Mn, or Ni, and particularly preferably Fe. The D component is preferably Mg, Ca, Ti, or Al.

上記オリビン構造を有する化合物としては、上記リチウムイオンを吸蔵、放出できる化合物のうち、リン酸鉄リチウム、リン酸マンガンリチウム等が挙げられる。また、正極活物質としては、導電性を補うためにカーボンで一部或いは全てを表面被覆しているものを用いることが好ましい。炭素の被覆量は、正極活物質100重量部に対して20重量部以下が好ましく、10重量部以下がより好ましい。
本発明の正極水系組成物においては、正極活物質全体100質量%に対して、オリビン構造を有する化合物が70質量%以上であることが好ましい。より好ましくは、90質量%以上であり、最も好ましくは、正極活物質がオリビン構造を有する化合物のみからなることである。
Examples of the compound having the olivine structure include lithium iron phosphate and lithium manganese phosphate among the compounds capable of inserting and extracting lithium ions. Further, as the positive electrode active material, it is preferable to use a material whose surface is partially or entirely covered with carbon in order to supplement conductivity. The coating amount of carbon is preferably 20 parts by weight or less, and more preferably 10 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the positive electrode active material.
In the positive electrode aqueous composition of the present invention, the compound having an olivine structure is preferably 70% by mass or more with respect to 100% by mass of the entire positive electrode active material. More preferably, it is 90% by mass or more, and most preferably, the positive electrode active material is composed of only a compound having an olivine structure.

本発明の正極水系組成物において、上記オリビン構造を有する化合物は、平均粒子径が1μm以下であることが好ましい。平均粒子径が小さくなるほど表面積が大きくなり、少量の結着剤で結着させなければならないので、結着剤の可撓性が要求される。本発明の二次電池用電極水系組成物は、バインダーとして用いるフッ素含有重合体をアクリル変性したことにより結着性と可撓性が向上するため、特に粒子径の小さな粒子に適用することは好ましい形態となる。平均粒子径が1μm以下のオリビン構造を有する化合物を含む正極活物質を用いることにより、二次電池用正極組成物を電池の正極として用いた場合の出力特性等の電気特性を優れたものとすることが可能となる。オリビン構造を有する化合物の平均粒子径は、より好ましくは、0.01〜0.8μmである。
正極活物質の平均粒子径は、動的光散乱の粒度分布計(LiFePOの場合、1.7とする)により測定することができる。
In the positive electrode aqueous composition of the present invention, the compound having the olivine structure preferably has an average particle size of 1 μm or less. The smaller the average particle size, the larger the surface area, and it is necessary to bind with a small amount of the binder, so that the flexibility of the binder is required. The aqueous electrode composition for secondary batteries of the present invention is preferably applied to particles having a small particle diameter because the binding property and flexibility are improved by the acrylic modification of the fluorine-containing polymer used as a binder. It becomes a form. By using a positive electrode active material containing a compound having an olivine structure with an average particle size of 1 μm or less, electrical characteristics such as output characteristics when a positive electrode composition for a secondary battery is used as a positive electrode of a battery are excellent. It becomes possible. The average particle size of the compound having an olivine structure is more preferably 0.01 to 0.8 μm.
The average particle diameter of the positive electrode active material can be measured by a dynamic light scattering particle size distribution meter (1.7 in the case of LiFePO 4 ).

上記正極活物質は、リン酸鉄リチウムを主成分として含む正極活物質であることが好ましい。正極活物質が含む化合物としては、上記オリビン構造を有する化合物の中でもリン酸鉄リチウムがより好ましく、正極活物質の主成分であることが好ましい。リン酸鉄リチウムは、過充電に対する安定性が高く、また、鉄、リン等の豊富な資源を用いるものであることから、安価であり、製造コストの面でも好ましい。
リン酸鉄リチウムを主成分として含むとは、正極活物質全体100質量%に対するリン酸鉄リチウムの含有量が50質量%以上であることを意味するが、80質量%以上であることが好ましく、90質量%以上であることがより好ましい。最も好ましくは、正極活物質がリン酸鉄リチウムのみからなることである。
The positive electrode active material is preferably a positive electrode active material containing lithium iron phosphate as a main component. The compound contained in the positive electrode active material is more preferably lithium iron phosphate among the compounds having the olivine structure, and is preferably the main component of the positive electrode active material. Lithium iron phosphate has high stability against overcharge and uses abundant resources such as iron and phosphorus, so it is inexpensive and preferable in terms of manufacturing cost.
The phrase “containing lithium iron phosphate as a main component” means that the content of lithium iron phosphate is 100% by mass or more with respect to 100% by mass of the whole positive electrode active material, preferably 80% by mass or more, More preferably, it is 90 mass% or more. Most preferably, the positive electrode active material consists only of lithium iron phosphate.

本発明の正極水系組成物において、導電助剤の含有量は、正極活物質100質量%に対して2〜25質量%であることが好ましい。導電助剤の含有量が2質量%より少ない場合、電極抵抗が低減できず導電助剤混合の効果がでないおそれがある。また25質量%より多いと正極に含まれる活物質量が低下するので容量を確保し難くなる。より好ましくは、正極活物質100質量%に対して5〜15質量%である。 In the positive electrode aqueous composition of the present invention, the content of the conductive assistant is preferably 2 to 25% by mass with respect to 100% by mass of the positive electrode active material. When there is less content of a conductive support agent than 2 mass%, there exists a possibility that electrode resistance cannot be reduced and the effect of mixing a conductive support agent may not be obtained. On the other hand, when the amount is more than 25% by mass, the amount of the active material contained in the positive electrode is reduced, so that it is difficult to ensure the capacity. More preferably, it is 5-15 mass% with respect to 100 mass% of positive electrode active materials.

上記導電助剤は、平均粒子径が1μm以下のものであることが好ましい。平均粒子径が1μm以下の正極活物質を用いることにより、本発明の正極水系組成物から形成される正極を電池の正極として用いた場合の出力特性等の電気特性を優れたものとすることが可能となる。平均粒子径は、より好ましくは、0.01〜0.8μmであり、更に好ましくは、0.03〜0.5μmである。
導電助剤の平均粒子径は、動的光散乱の粒度分布計(導電助剤屈折率を2.0とする)により測定することができる。
The conductive auxiliary agent preferably has an average particle size of 1 μm or less. By using a positive electrode active material having an average particle diameter of 1 μm or less, it is possible to improve electrical characteristics such as output characteristics when the positive electrode formed from the positive electrode aqueous composition of the present invention is used as a positive electrode of a battery. It becomes possible. The average particle diameter is more preferably 0.01 to 0.8 μm, and still more preferably 0.03 to 0.5 μm.
The average particle diameter of the conductive assistant can be measured by a dynamic light scattering particle size distribution meter (conducting assistant refractive index is set to 2.0).

上記導電助剤はリチウムイオン電池を高出力化するために用いられ、主に導電性カーボンが用いられる。
導電性カーボンとしては、カーボンブラック、ファイバー状カーボン、黒鉛等がある。これらの中でもケッチェンブラック、アセチレンブラック等が好ましい。
ケッチェンブラックは中空シェル構造を持ち導電性ネットワークを形成しやすい。そのため、従来のカーボンブラックに比べると半分程度の添加量で同等性能を発現するため好ましい。またアセチレンブラックは高純度のアセチレンガスを用いることで生成されるカーボンブラックの不純物が非常に少なく、表面の結晶子が発達しているため好ましい。
The conductive assistant is used to increase the output of the lithium ion battery, and conductive carbon is mainly used.
Examples of the conductive carbon include carbon black, fiber carbon, and graphite. Of these, ketjen black and acetylene black are preferred.
Ketjen Black has a hollow shell structure and easily forms a conductive network. Therefore, it is preferable because the equivalent performance is exhibited with an addition amount about half that of conventional carbon black. Further, acetylene black is preferred because carbon black produced by using a high purity acetylene gas has very few impurities and surface crystallites are developed.

本発明の正極水系組成物は、更に分散剤を用いることが好ましい。分散剤を使用する場合、分散剤としては、特に制限されず、アニオン性、ノニオン性若しくはカチオン性の界面活性剤、又は、高分子分散剤等の種々の分散剤を用いることができる。分散剤により、正極活物質及び導電助剤の微粒子化を促進し分散性を向上させることで、より安定した正極膜の電導度を達成できる。 The positive electrode aqueous composition of the present invention preferably further uses a dispersant. When a dispersant is used, the dispersant is not particularly limited, and various dispersants such as an anionic, nonionic or cationic surfactant, or a polymer dispersant can be used. A more stable conductivity of the positive electrode film can be achieved by promoting the formation of fine particles of the positive electrode active material and the conductive auxiliary agent and improving the dispersibility by the dispersant.

本発明の正極水系組成物は、分散剤を導電助剤100質量%に対して5〜20質量%含有することが好ましい。分散剤の含有量がこのような範囲であると、正極活物質と導電助剤とを充分に均一に分散させることが可能となる。より好ましくは、導電助剤100質量%に対して6〜15質量%である。 It is preferable that the positive electrode aqueous composition of this invention contains a dispersing agent 5-20 mass% with respect to 100 mass% of conductive support agents. When the content of the dispersant is in such a range, the positive electrode active material and the conductive additive can be sufficiently uniformly dispersed. More preferably, it is 6-15 mass% with respect to 100 mass% of conductive support agents.

本発明の正極水系組成物は、水を溶媒とする水系の正極組成物であるが、組成物中の水の含有量は、正極活物質100質量%に対して、50〜300質量%であることが好ましい。水の含有量がこの範囲にあることで、適当な粘度のスラリーを作製することができる。より好ましくは70〜200質量%である。 The positive electrode aqueous composition of the present invention is an aqueous positive electrode composition using water as a solvent, and the content of water in the composition is 50 to 300% by mass with respect to 100% by mass of the positive electrode active material. It is preferable. When the water content is within this range, a slurry having an appropriate viscosity can be produced. More preferably, it is 70-200 mass%.

本発明の正極水系組成物は、上述したもの以外の成分を含んでいてもよい。上述したもの以外の成分を含む場合、その含有量としては、正極水系組成物の固形分の割合が下記好ましい範囲となるような量であることが好ましい。 The positive electrode aqueous composition of the present invention may contain components other than those described above. When components other than those described above are included, the content is preferably such that the proportion of the solid content of the positive electrode aqueous composition falls within the following preferred range.

本発明の正極水系組成物は、固形分の割合が正極水系組成物全体100質量%に対して、35〜70質量%であることが好ましい。より好ましくは、40〜60質量%である。正極水系組成物の固形分とは、正極水系組成物から溶媒を揮発させた後に残る成分、すなわち、正極水系組成物のうち、溶媒以外の成分のことである。 The positive electrode aqueous composition of the present invention preferably has a solid content of 35 to 70% by mass with respect to 100% by mass of the entire positive electrode aqueous composition. More preferably, it is 40-60 mass%. The solid content of the positive electrode aqueous composition is a component remaining after the solvent is volatilized from the positive electrode aqueous composition, that is, a component other than the solvent in the positive electrode aqueous composition.

本発明の正極水系組成物が導電助剤を含む場合、正極水系組成物の固形分における正極活物質、導電助剤、バインダー、及び、これら3つの成分以外のその他の成分の含有割合は、正極活物質/導電助剤/バインダー/その他=70〜95/2〜20/2〜10/0〜5であることが好ましい。このような含有割合であると、正極水系組成物から形成される電極を電池の正極として用いた場合の出力特性等の電気特性を優れたものとすることが可能となる。より好ましくは、80〜93/3〜15/4〜10/0〜3である。なお、ここでいうその他の成分は、正極活物質、導電助剤、バインダー以外の固形分中に含まれる成分を意味し、分散剤が含まれる。 When the positive electrode aqueous composition of the present invention contains a conductive additive, the content of the positive electrode active material, conductive additive, binder, and other components other than these three components in the solid content of the positive electrode aqueous composition is positive electrode Active material / conductive aid / binder / others = 70-95 / 2-20 / 2-10 / 0-5 is preferable. With such a content ratio, it is possible to improve electrical characteristics such as output characteristics when an electrode formed from a positive electrode aqueous composition is used as a positive electrode of a battery. More preferably, they are 80-93 / 3-3-15 / 4-10 / 0-3. In addition, the other component here means the component contained in solid content other than a positive electrode active material, a conductive support agent, and a binder, and a dispersing agent is contained.

本発明の二次電池用電極水系組成物を負極を形成する材料として用いる場合、負極活物質として一般に用いられているものを使用することができる。負極活物質としては、グラファイト、天然黒鉛、人造黒鉛等の炭素系材料、ポリアセン系導電性高分子、チタン酸リチウム等の複合金属酸化物、リチウム合金等が例示される。
更に、電極活物質は、炭素材料からなる負極活物質であることは、本発明の好適な実施形態の1つである。
When using the aqueous electrode composition for secondary batteries of the present invention as a material for forming a negative electrode, those generally used as a negative electrode active material can be used. Examples of the negative electrode active material include carbon-based materials such as graphite, natural graphite, and artificial graphite, polyacene-based conductive polymers, composite metal oxides such as lithium titanate, and lithium alloys.
Furthermore, it is one of the preferred embodiments of the present invention that the electrode active material is a negative electrode active material made of a carbon material.

二次電池用の負極を形成する負極組成物は、負極活物質、バインダー、水の他、必要に応じて導電助剤、分散剤、増粘剤等を含むことができる。導電助剤、分散剤、増粘剤としては、上述した正極組成物におけるものと同様のものを用いることができる。 The negative electrode composition for forming a negative electrode for a secondary battery can contain a conductive additive, a dispersant, a thickener and the like as required in addition to the negative electrode active material, the binder, and water. As a conductive support agent, a dispersing agent, and a thickener, the thing similar to the thing in the positive electrode composition mentioned above can be used.

本発明の非水二次電池用電極水系組成物を負極を形成する材料として用いる場合、組成物の固形分における負極活物質、導電助剤、バインダー及びその他の成分の含有比率は、85〜99/0〜10/1〜10/0〜5であることが好ましい。尚、ここでいうその他の成分は、負極活物質、導電助剤、バインダー以外の成分を意味し、分散剤や増粘剤等が含まれる。 When the electrode aqueous composition for a non-aqueous secondary battery of the present invention is used as a material for forming a negative electrode, the content ratio of the negative electrode active material, conductive additive, binder and other components in the solid content of the composition is 85 to 99. It is preferably / 0 to 10/1 to 10/0 to 5. In addition, other components here mean components other than a negative electrode active material, a conductive support agent, and a binder, and a dispersing agent, a thickener, etc. are contained.

本発明の二次電池用電極水系組成物は、粘度が1〜20Pa・sであることが好ましい。二次電池用電極水系組成物の粘度がこのような範囲にあると、塗工する際の適当な流動性を確保できる。より好ましくは3〜15Pa・sであり、更に好ましくは、4〜10Pa・sである。
また、本発明の二次電池用電極水系組成物は、チクソ値が2.5〜8であることが好ましい。2.5以下の場合は塗工液が流れてハジキ易くなり、8以上の場合は塗工液の流動性が無く塗工し難い。より好ましくは3.5〜7である。
二次電池用電極水系組成物の粘度は、B型粘度計により測定することができる。
また、チクソ値は、B型粘度計により、25±1℃ 6rpmと60rpmの粘度を測定し、6rpmの粘度を60rpmの粘度で除した値として得ることができる。
The aqueous electrode composition for secondary batteries of the present invention preferably has a viscosity of 1 to 20 Pa · s. When the viscosity of the aqueous electrode composition for secondary batteries is in such a range, it is possible to ensure appropriate fluidity during coating. More preferably, it is 3-15 Pa * s, More preferably, it is 4-10 Pa * s.
Moreover, it is preferable that the electrode aqueous composition for secondary batteries of this invention has a thixo value of 2.5-8. When it is 2.5 or less, the coating liquid flows and becomes easy to repel, and when it is 8 or more, the coating liquid does not have fluidity and is difficult to apply. More preferably, it is 3.5-7.
The viscosity of the aqueous battery electrode composition can be measured with a B-type viscometer.
The thixo value can be obtained as a value obtained by measuring the viscosity of 6 rpm and 60 rpm at 25 ± 1 ° C. with a B-type viscometer and dividing the viscosity of 6 rpm by the viscosity of 60 rpm.

本発明の二次電池用電極水系組成物は、pHが6〜9であることが好ましい。pHがこのような範囲にあることでアルミ集電体の腐食を起こしにくくなり、材料の持つ電池性能を充分に発現することができる。
pH測定は、ガラス電極式水素イオン温度計F−21((株)堀場製作所)を用いて、25℃の値を測定することができる。
It is preferable that pH of the electrode aqueous composition for secondary batteries of this invention is 6-9. When the pH is in such a range, the aluminum current collector is hardly corroded, and the battery performance of the material can be sufficiently exhibited.
The pH can be measured at 25 ° C. using a glass electrode type hydrogen ion thermometer F-21 (Horiba, Ltd.).

本発明の二次電池用正極水系組成物は、正極活物質としてLiFePOを用いた場合、動的光散乱の粒子径測定装置を用いて、フィラー成分の屈折率を1.7とした場合の平均粒子径が0.1〜1μmであることが好ましい。二次電池用電極水系組成物をスラリー状態にした時の平均粒子径がこのような範囲にあると、フィラー成分が充分に微細化し、混合していることが確認できる。 When the positive electrode aqueous composition for a secondary battery of the present invention uses LiFePO 4 as the positive electrode active material, the refractive index of the filler component is 1.7 using a particle size measuring device for dynamic light scattering. It is preferable that an average particle diameter is 0.1-1 micrometer. When the average particle diameter when the electrode aqueous composition for secondary batteries is in a slurry state is in such a range, it can be confirmed that the filler component is sufficiently refined and mixed.

本発明の二次電池用電極水系組成物が、正極活物質と導電助剤とを含むものである場合、正極水系組成物の作製方法としては、正極活物質と導電助剤とが均一に分散されることになる限り特に制限されないが、溶媒である水に分散剤や水溶性樹脂を混合し、次いで導電助剤を混合して、ビーズ、ボールミル、攪拌型混合機等を用いて分散させ、そこに、水に溶解或いは分散した、正極活物質を加えて、同様に分散処理を行い、(メタ)アクリル変性した構造を有するフッ素含有重合体のエマルションを混合して二次電池用正極組成物を得ることが好ましい。このような手順で組成物を調製すると、正極活物質と導電助剤とを充分に均一に分散させやすく好ましい。
負極水系組成物も、正極活物質の代わりに負極活物質を用いる以外は、同様の方法により調製することが好ましい。
When the electrode aqueous composition for a secondary battery of the present invention includes a positive electrode active material and a conductive additive, the positive electrode active material and the conductive additive are uniformly dispersed as a method for producing the positive electrode aqueous composition. There is no particular limitation as long as it is, but a dispersant or a water-soluble resin is mixed with water as a solvent, and then a conductive additive is mixed and dispersed using beads, a ball mill, a stirring mixer, etc. Then, a positive electrode active material dissolved or dispersed in water is added, and similarly, a dispersion treatment is performed, and a fluorine-containing polymer emulsion having a (meth) acryl-modified structure is mixed to obtain a positive electrode composition for a secondary battery. It is preferable. When the composition is prepared by such a procedure, it is preferable that the positive electrode active material and the conductive additive are sufficiently uniformly dispersed.
The negative electrode aqueous composition is also preferably prepared by the same method except that the negative electrode active material is used instead of the positive electrode active material.

本発明の二次電池用電極水系組成物は、上述したように、(メタ)アクリル変性した構造を有するフッ素含有重合体の水分散体を含むバインダーを用いたものであって、これにより、電極活物質や導電助剤等のフィラーの結着性に優れ、更に、形成された塗膜が密着性や可撓性に優れたものとなる。そしてこのような電極水系組成物から形成される電極は、二次電池用の電極として充分な性能を発揮することができるものである。このように、(メタ)アクリル変性した構造を有するフッ素含有重合体は、電極を形成するために用いる材料として有用なものである。
このような本発明の二次電池用電極水系組成物を用いて形成される二次電池用電極や、(メタ)アクリル変性した構造を有するフッ素含有重合体を含む二次電池用電極もまた、本発明の1つである。
更に、このような二次電池用電極を用いて構成される二次電池もまた、本発明の1つである。
As described above, the electrode aqueous composition for a secondary battery of the present invention uses a binder containing an aqueous dispersion of a fluorine-containing polymer having a (meth) acryl-modified structure. It is excellent in the binding property of fillers such as active materials and conductive assistants, and the formed coating film is excellent in adhesion and flexibility. And the electrode formed from such an electrode aqueous composition can exhibit sufficient performance as an electrode for a secondary battery. Thus, the fluorine-containing polymer having a (meth) acryl-modified structure is useful as a material used for forming an electrode.
An electrode for a secondary battery formed using such an aqueous electrode composition for a secondary battery of the present invention, or an electrode for a secondary battery containing a fluorine-containing polymer having a (meth) acryl-modified structure, It is one of the present inventions.
Further, a secondary battery configured using such a secondary battery electrode is also one aspect of the present invention.

本発明の二次電池は、正極活物質がLiFePOの場合、初期放電容量が120mAh/g以上であることが好ましい。より好ましくは、130mAh/g以上である。また、負極活物質が黒鉛の場合、初期放電容量が250mAh/g以上であることが好ましい。より好ましくは、300mAh/g以上である。
また、本発明の二次電池は充放電を100回繰り返した100サイクル後の電気容量維持率が85%以上であることが好ましい。より好ましくは90%以上である。100サイクルの維持率を確認することで、初期の電池物性に分散剤が悪影響を及ぼしていないことが確認できる。
二次電池の電気容量は充放電評価装置により測定できる。
The secondary battery of the present invention preferably has an initial discharge capacity of 120 mAh / g or more when the positive electrode active material is LiFePO 4 . More preferably, it is 130 mAh / g or more. When the negative electrode active material is graphite, the initial discharge capacity is preferably 250 mAh / g or more. More preferably, it is 300 mAh / g or more.
In addition, the secondary battery of the present invention preferably has an electric capacity maintenance rate of 85% or more after 100 cycles of 100 cycles of charge and discharge. More preferably, it is 90% or more. By confirming the maintenance rate of 100 cycles, it can be confirmed that the dispersant does not adversely affect the initial battery physical properties.
The electric capacity of the secondary battery can be measured by a charge / discharge evaluation apparatus.

本発明の二次電池用電極水系組成物は、上述の構成よりなり、フィラーへの結着性が良好であって水系でありながら均一な膜を形成することができる化学的、電気的に安定なバインダーを含む水系組成物であって、得られる膜が基材への密着性、可撓性に優れ、更に正極、負極いずれの材料としても使用することができることから、二次電池用の電極を形成する組成物として好適に用いることができる組成物である。 The aqueous electrode composition for a secondary battery of the present invention has the above-described configuration, has a good binding property to a filler, and can form a uniform film while being aqueous, and is chemically and electrically stable. An aqueous composition containing a binder, and the resulting film has excellent adhesion to the substrate and flexibility, and can be used as either a positive electrode or negative electrode material. It is a composition which can be used suitably as a composition which forms.

以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「%」は「質量%」を意味するものとする。 The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to these examples. Note that “%” means “mass%” unless otherwise specified.

(1)バインダー用樹脂
実施例、比較例で用いたバインダーとして用いたフッ化ビニリデン(VDF)系−アクリル変性エマルションの最低造膜温度、結晶化温度は、以下のとおりである。最低造膜温度、結晶化温度は、以下のようにして測定、評価を行った。
VDF系−アクリル変性エマルション
含有比率 VDF系ポリマー/アクリル=70:30
最低造膜温度 28℃
結晶化温度 1回目:98℃ 2回目:無し
VDF系−アクリル変性エマルションは、MFT以上でワレのない透明な膜が得られた。
1.最低造膜温度(MFT)
熱勾配試験機を用いて、水分散体をガラス板上に0.2mmのアプリケータで塗工した後、乾燥し、クラックの生じた温度を最低造膜温度として測定した。
2.結晶化温度
測定サンプルは室温で水を乾燥し、ミキサーを用いてポリマーを粉化してポリマーサンプルとした。示差走査型熱量計DSC−6200(セイコー電子工業社製)を用いて、窒素雰囲気下、20℃/分で測定した。
(1) Resin for Binder The minimum film-forming temperature and crystallization temperature of vinylidene fluoride (VDF) -acrylic modified emulsion used as the binder used in Examples and Comparative Examples are as follows. The minimum film forming temperature and the crystallization temperature were measured and evaluated as follows.
VDF type-acrylic modified emulsion content ratio VDF type polymer / acrylic = 70: 30
Minimum filming temperature 28 ℃
Crystallization temperature 1st time: 98 ° C. 2nd time: none VDF-based acrylic-modified emulsion was a MFT or higher transparent film without cracks.
1. Minimum film forming temperature (MFT)
Using a thermal gradient tester, the aqueous dispersion was coated on a glass plate with a 0.2 mm applicator and then dried, and the temperature at which cracks occurred was measured as the minimum film-forming temperature.
2. For the crystallization temperature measurement sample, water was dried at room temperature, and the polymer was pulverized using a mixer to obtain a polymer sample. Using a differential scanning calorimeter DSC-6200 (manufactured by Seiko Denshi Kogyo Co., Ltd.), the measurement was performed at 20 ° C./min in a nitrogen atmosphere.

水溶性樹脂(I)の合成
実施例でバインダーとして用いた水溶性樹脂(I)は、以下のようにして合成した。
温度計、攪拌機、滴下装置、窒素導入管及び還流冷却装置を備えた反応装置に、イオン交換水41.14g、3−メチル−3−ブテン−1−オールにエチレンオキサイドを平均50モル付加した不飽和ポリアルキレングリコールエーテル系単量体(IPN50)49.37gを仕込み、攪拌下に反応装置内を窒素置換し、窒素雰囲気下で60℃に昇温した後、そこに過酸化水素2%水溶液3.86gを添加し、アクリル酸(AA)5.90g及びイオン交換水1.48gからなる水溶液を3時間かけて滴下した。
この滴下と同時に3−メルカプトプロピオン酸0.26g、L−アスコルビン酸0.10g及びイオン交換水15.91gからなる水溶液を3.5時間かけて滴下した。その後、1時間引き続いて60℃の温度を維持した後、冷却して重合を終了した。
その後、30℃で48wt%水酸化ナトリウム水溶液とイオン交換水とを用いてpH約6、固形分が40wt%になるように調整し、水溶性樹脂(I)の水溶液を得た。
得られた水溶性樹脂(I)は、IPN50/AA=85.6/14.4の共重合体であり、重量平均分子量は、36300であった。
重量平均分子量は、以下の条件により、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)により測定した。
測定機器:Waters LCM1
分子量カラム:G4000SWXL、G3000SWXL、2000SWXL(いずれも東ソー社製)を直列に接続して使用
溶離液:水10999g、アセトニトリル6001gに酢酸ナトリウム三無水物115.6を溶かしたもの
検量線用標準物質:ポリエチレングリコール
測定方法:溶離液に測定対象物の固形分が0.3質量%となるように溶解し、フィルターにてろ過したものを測定した。
Synthesis of Water-Soluble Resin (I) The water-soluble resin (I) used as a binder in the examples was synthesized as follows.
A reactor equipped with a thermometer, a stirrer, a dripping device, a nitrogen introduction tube and a reflux cooling device was charged with an average of 50 moles of ethylene oxide added to 41.14 g of ion-exchanged water and 3-methyl-3-buten-1-ol. After charging 49.37 g of a saturated polyalkylene glycol ether monomer (IPN50), the reactor was purged with nitrogen under stirring, and the temperature was raised to 60 ° C. in a nitrogen atmosphere. .86 g was added, and an aqueous solution composed of 5.90 g of acrylic acid (AA) and 1.48 g of ion-exchanged water was added dropwise over 3 hours.
Simultaneously with this dropping, an aqueous solution composed of 0.26 g of 3-mercaptopropionic acid, 0.10 g of L-ascorbic acid and 15.91 g of ion-exchanged water was dropped over 3.5 hours. Then, after maintaining the temperature of 60 degreeC continuously for 1 hour, it cooled and complete | finished superposition | polymerization.
Thereafter, a pH of about 6 and a solid content of 40 wt% were adjusted using a 48 wt% sodium hydroxide aqueous solution and ion exchange water at 30 ° C. to obtain an aqueous solution of the water-soluble resin (I).
The obtained water-soluble resin (I) was a copolymer of IPN50 / AA = 85.6 / 14.4, and the weight average molecular weight was 36300.
The weight average molecular weight was measured by GPC (gel permeation chromatography) under the following conditions.
Measuring instrument: Waters LCM1
Molecular weight column: G4000SWXL, G3000SWXL, 2000SWXL (all manufactured by Tosoh Corporation) connected in series Eluent: Water 10999 g, acetonitrile 6001 g dissolved sodium acetate dianhydride 115.6 Standard substance for calibration curve: polyethylene Glycol measurement method: A solution in which the solid content of the measurement object was dissolved in the eluent so as to be 0.3% by mass and filtered through a filter was measured.

(2)正極組成物の作成
実施例1
水を20.80g、スチレン−マレイン酸コポリマー系分散剤(濃度27%品)を1.11g、及び、アセチレンブラックHS−100(デンカ社製)を3.00g混合して分散し、更にリン酸鉄リチウム(中国輸入品)25.50g、48wt%のVDF系−アクリル変性エマルション(70:30)(アルケマ社製)2.50gを順番に加えて分散させ、濾過を行って正極組成物(1)を得た。
(2) Preparation Example 1 of Positive Electrode Composition
Disperse by mixing 20.80 g of water, 1.11 g of styrene-maleic acid copolymer dispersant (concentration 27% product) and 3.00 g of acetylene black HS-100 (manufactured by Denka), and further dispersing phosphoric acid. Iron lithium (Chinese imported product) 25.50 g, 48 wt% VDF-acrylic modified emulsion (70:30) (manufactured by Arkema) 2.50 g was added and dispersed in order, filtered and positive electrode composition (1 )

実施例2
水を20.50g、スチレン−マレイン酸コポリマー系分散剤を1.11g、水溶性樹脂(I)を2.25g、及び、アセチレンブラックHS−100を2.40g混合して分散し、更にリン酸鉄リチウム(中国輸入品)25.50g、48wt%のVDF系−アクリル変性エマルション(70:30)1.87gを順番に加えて分散させ、濾過を行って正極組成物(2)を得た。
Example 2
Disperse by mixing 20.50 g of water, 1.11 g of styrene-maleic acid copolymer dispersant, 2.25 g of water-soluble resin (I), and 2.40 g of acetylene black HS-100, and phosphoric acid. Iron lithium (Chinese imported product) 25.50 g, 48 wt% VDF-acrylic modified emulsion (70:30) 1.87 g was added and dispersed in order, and filtered to obtain a positive electrode composition (2).

比較例1
水を17.89g、スチレン−マレイン酸コポリマー系分散剤を1.11g、及び、アセチレンブラックHS−100を3.00g混合して分散し、更にリン酸鉄リチウム(中国輸入品)25.50g、SBRラテックス(固形分48wt%)2.50gを順番に加えて分散させ、濾過を行って比較正極組成物(1)を得た。
Comparative Example 1
17.89 g of water, 1.11 g of styrene-maleic acid copolymer dispersant and 3.00 g of acetylene black HS-100 are mixed and dispersed, and further, 25.50 g of lithium iron phosphate (imported in China), 2.50 g of SBR latex (solid content 48 wt%) was added and dispersed in order, followed by filtration to obtain a comparative positive electrode composition (1).

比較例2
水を3.50g、スチレン−マレイン酸コポリマー系分散剤を1.11g、及び、カルボキシメチルセルロース(ダイセル社製、CMC1380、濃度1%品)を30.00g、及び、アセチレンブラックHS−100を3.00g混合して分散し、更にリン酸鉄リチウム(中国輸入品)25.50g、SBRラテックス(固形分48wt%)1.88gを順番に加えて分散させ、濾過を行って比較正極組成物(2)を得た。
Comparative Example 2
3.50 g of water, 1.11 g of a styrene-maleic acid copolymer dispersant, 30.00 g of carboxymethyl cellulose (manufactured by Daicel, CMC 1380, 1% concentration product), and 3. 3 g of acetylene black HS-100. 00 g mixed and dispersed, and further added 25.50 g of lithium iron phosphate (China imported product) and 1.88 g of SBR latex (solid content 48 wt%) in order and dispersed, followed by filtration to produce a comparative positive electrode composition (2 )

比較例3
水を20.36g、スチレン−マレイン酸コポリマー系分散剤を1.11g、ポリアクリル酸ナトリウム(固形分35wt%)を3.43g、及び、アセチレンブラックHS−100を3.00g混合して分散し、更にリン酸鉄リチウム(中国輸入品)25.50gを加えて分散させ、濾過を行って比較正極組成物(3)を得た。
Comparative Example 3
Disperse by mixing 20.36 g of water, 1.11 g of styrene-maleic acid copolymer dispersant, 3.43 g of sodium polyacrylate (solid content 35 wt%), and 3.00 g of acetylene black HS-100. Furthermore, 25.50 g of lithium iron phosphate (imported from China) was added and dispersed, followed by filtration to obtain a comparative positive electrode composition (3).

比較例4
水を19.39g、スチレン−マレイン酸コポリマー系分散剤を1.11g、アセチレンブラックHS−100を3.00g混合して分散し、更にリン酸鉄リチウム(中国輸入品)25.50gを混合分散した。PTFEのNMP分散液(喜多村社製 PTFE粒子0.2μm 固形分40%品)3.0gに水1.5gを加えた分散液を調整し、この調整分散液を上記の活物質等を分散した分散液に混合分散し、濾過を行って比較正極組成物(4)を得た。
Comparative Example 4
19.39 g of water, 1.11 g of styrene-maleic acid copolymer dispersant and 3.00 g of acetylene black HS-100 are mixed and dispersed, and further 25.50 g of lithium iron phosphate (China imported product) is mixed and dispersed. did. A dispersion obtained by adding 1.5 g of water to 3.0 g of PTFE NMP dispersion (product of Kitamura PTFE particles 0.2 μm, solid content 40%) was prepared, and the above-described active material and the like were dispersed in this adjusted dispersion. The mixture was dispersed in the dispersion and filtered to obtain a comparative positive electrode composition (4).

(3)正極組成物の各種評価
実施例1、2で得られた正極組成物(1)、(2)、及び、比較例1〜4で得られた比較正極組成物(1)〜(4)について、各種評価を行った。評価方法は、以下とおりである。評価結果を表1に示す。表1中、配合組成においては、各成分の量及び合計量に加え、その中の固形分の量も併記した。例えば、実施例1の48wt%のVDF系−アクリル変性エマルション(70:30)の量(2.50/1.20)は、48wt%のVDF系−アクリル変性エマルション(70:30)のバインダー水溶液2.50gを加え、その中に、バインダーの固形分1.20gが含まれていることを意味する。
なお、表1中、PAA−Naは、ポリアクリル酸ナトリウムを表す。
1.固形分
アルミ皿に正極組成物0.5gを入れて、熱風乾燥機を用いて150℃で1時間乾燥した。乾燥前後の重量より、固形分の質量を計測した。
2.粘度
B型粘度計((株)東京計器製)を用いて、25±1℃、30rpmの粘度を測定した。
3.チクソ値
B型粘度計((株)東京計器製)を用いて、25±1℃、6rpmと60rpmの粘度を測定し、6rpmの粘度を60rpmの粘度で除した値を求めた。
4.pH
ガラス電極式水素イオン温度計F−21((株)堀場製作所)を用いて、25℃の値を測定した。
(3) Various evaluations of positive electrode composition Positive electrode compositions (1) and (2) obtained in Examples 1 and 2 and Comparative positive electrode compositions (1) to (4) obtained in Comparative Examples 1 to 4 ) Was evaluated. The evaluation method is as follows. The evaluation results are shown in Table 1. In Table 1, in the blending composition, in addition to the amount and total amount of each component, the amount of solid content therein is also shown. For example, the amount (2.50 / 1.20) of the 48 wt% VDF-based acrylic modified emulsion (70:30) of Example 1 is 48 wt% of the aqueous binder solution of the VDF-acrylic modified emulsion (70:30). 2.50 g is added, which means that the solid content of the binder is 1.20 g.
In Table 1, PAA-Na represents sodium polyacrylate.
1. The positive electrode composition 0.5g was put into the solid content aluminum pan, and it dried at 150 degreeC for 1 hour using the hot air dryer. The mass of the solid content was measured from the weight before and after drying.
2. A viscosity B type viscometer (manufactured by Tokyo Keiki Co., Ltd.) was used to measure the viscosity at 25 ± 1 ° C. and 30 rpm.
3. Using a thixo value B type viscometer (manufactured by Tokyo Keiki Co., Ltd.), the viscosity at 25 ± 1 ° C., 6 rpm and 60 rpm was measured, and the value obtained by dividing the viscosity at 6 rpm by the viscosity at 60 rpm was determined.
4). pH
A value of 25 ° C. was measured using a glass electrode type hydrogen ion thermometer F-21 (Horiba, Ltd.).

5.膜強度
アルミ箔の上にアプリケータを用いて正極組成物を塗工した。100℃×10分、200℃×60分で乾燥し、更に200℃×30分の熱プレスを行い、厚さ約40μmの正極膜を作製した。
正極膜を12mmのポンチで打ち抜く際に、切断面の欠けやすさや剥がれから判断した。
○・・・欠け、剥がれなし △・・・場合により切断端部に欠け、剥がれがある
×・・・打ち抜くと切断端部に必ず欠け、剥がれがある
6.充放電試験
充放電測定装置ACD−001(アスカ電子製)を用いて、コインセルを用いて電池評価を行った。
負極:Li箔
電解液:1mol%/L LiPF EC/EMC=1/1(キシダ化学製)
充放電条件:0.2C
5. The positive electrode composition was coated on the film strength aluminum foil using an applicator. The film was dried at 100 ° C. for 10 minutes and 200 ° C. for 60 minutes, and further subjected to hot pressing at 200 ° C. for 30 minutes to produce a positive electrode film having a thickness of about 40 μm.
When the positive electrode film was punched with a 12 mm punch, it was judged from the ease of chipping or peeling of the cut surface.
○ ・ ・ ・ No chipping or peeling △ ・ ・ ・ Sometimes chipping or peeling at the cut end
×: When punched, the cut edge always has chipping and peeling. Battery evaluation was performed using a coin cell by using a charge / discharge test charge / discharge measuring apparatus ACD-001 (manufactured by Asuka Electronics Co., Ltd.).
Negative electrode: Li foil electrolyte: 1 mol% / L LiPF 6 EC / EMC = 1/1 (manufactured by Kishida Chemical)
Charging / discharging conditions: 0.2C

Figure 0005697906
Figure 0005697906

(4)負極組成物の作成
実施例3
水6.28g、カルボキシメチルセルロース溶液(ダイセル社製、CMC1380、濃度1%品)30.00gに負極活物質として黒鉛であるCGB−10(日本黒鉛社製)29.40gを混合して分散し、更に48wt%のVDF系−アクリル変性エマルション(70:30)0.62gを加えて分散させ、濾過を行って負極組成物(1)を得た。
(4) Preparation Example 3 of Negative Electrode Composition
6.28 g of water, 30.00 g of a carboxymethyl cellulose solution (manufactured by Daicel, CMC1380, 1% concentration product) and 29.40 g of CGB-10 (manufactured by Nippon Graphite) as a negative electrode active material are mixed and dispersed. Further, 0.62 g of a 48 wt% VDF-acrylic modified emulsion (70:30) was added and dispersed, followed by filtration to obtain a negative electrode composition (1).

比較例5
バインダーをSBRラテックス0.63gに変更した以外は、実施例3と同様に行い、比較負極組成物(1)を得た。
Comparative Example 5
A comparative negative electrode composition (1) was obtained in the same manner as in Example 3 except that the binder was changed to 0.63 g of SBR latex.

(5)負極組成物の各種評価
実施例3で得られた負極組成物(1)、及び、比較例5で得られた比較負極組成物(1)について、負極膜物性(剥離強度)、及び、電気特性の評価を行った。評価方法は、以下のとおりである。
7.負極膜物性(剥離強度)
銅箔上に負極組成物(1)及び比較負極組成物(1)を塗工し負極膜を得た。
膜を1cm幅とし、負極組成物側に両面テープを貼り付けた。
動的粘弾性装置RSA III(ティ・エイ・インスツルメント製)を用いて、銅箔及び両面テープ側(剥離基材付き)を保持して引張モード(速度5cm/min)を用いて剥離強度を測定した。
8.充放電試験
充放電測定装置ACD−001(アスカ電子製)を用いて、コインセルを用いて電池評価を行った。
正極:実施例及び比較例記載の正極組成物及び負極組成物
負極:Li箔
電解液:1mol%/L LiPF EC/EMC=1/1(キシダ化学製)
充放電条件:0.2C
(5) Various evaluations of negative electrode composition About the negative electrode composition (1) obtained in Example 3 and the comparative negative electrode composition (1) obtained in Comparative Example 5, the negative electrode film properties (peel strength), and The electrical characteristics were evaluated. The evaluation method is as follows.
7). Negative electrode film properties (peel strength)
A negative electrode composition (1) and a comparative negative electrode composition (1) were coated on a copper foil to obtain a negative electrode film.
The film was 1 cm wide, and a double-sided tape was attached to the negative electrode composition side.
Using dynamic viscoelastic device RSA III (manufactured by TI Instruments), holding copper foil and double-sided tape side (with release substrate) and using tensile mode (speed 5 cm / min) Was measured.
8). Battery evaluation was performed using a coin cell by using a charge / discharge test charge / discharge measuring apparatus ACD-001 (manufactured by Asuka Electronics Co., Ltd.).
Positive electrode: positive electrode composition and negative electrode composition described in Examples and Comparative Examples Negative electrode: Li foil electrolyte solution: 1 mol% / L LiPF 6 EC / EMC = 1/1 (manufactured by Kishida Chemical)
Charging / discharging conditions: 0.2C

Figure 0005697906
Figure 0005697906

表1の実施例1、2と比較例1〜4との比較から、バインダーとしてVDF系−アクリル変性エマルションを用いることで、少量のバインダーの使用で良好なスラリー特数値を有するスラリーを形成することができ、その正極組成物から得られた塗膜は膜強度、電気特性に優れることが確認された。これに対し、バインダーとしてSBRラテックスを用いた比較例1、2では、電気特性の充放電容量のサイクル劣化がやや大きい結果となり、バインダーとしてポリアクリル酸ナトリウムを用いた比較例3では、組成物の粘度が高くなり、膜の可撓性が低く、作業性に劣る結果となった。また、バインダーとしてPTFEの分散体を用いた比較例4では、膜の可撓性が発現できず、正極膜として使用するのが難しい結果となった。
更に、表2の実施例3と比較例5との比較から、バインダーとしてVDF系−アクリル変性エマルションを用いた組成物は、負極を形成する組成物としても用いることができ、その負極組成物から得られた塗膜はSBRラテックスをバインダーとして用いた組成物から得られた塗膜と同等の優れた膜強度、電気特性を有することが確認された。上記のように、VDF系−アクリル変性重合体は、100℃の加熱で膜を形成することができることから、本発明の二次電池用電極水系組成物は、負極、正極いずれを形成する材料としても用いることができ、また、塗膜形成のし易さの点でも優れた二次電池用電極の材料として好適な水系の組成物であるといえる。
From the comparison between Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 4 in Table 1, by using a VDF-acrylic modified emulsion as a binder, a slurry having a good slurry characteristic value can be formed by using a small amount of binder. It was confirmed that the coating film obtained from the positive electrode composition was excellent in film strength and electrical characteristics. On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2 using SBR latex as the binder, the cycle deterioration of the charge / discharge capacity in electrical characteristics was somewhat large, and in Comparative Example 3 using sodium polyacrylate as the binder, The viscosity increased, the flexibility of the film was low, and the workability was poor. Further, in Comparative Example 4 using a PTFE dispersion as a binder, the flexibility of the film could not be expressed, and it was difficult to use as a positive electrode film.
Furthermore, from the comparison between Example 3 and Comparative Example 5 in Table 2, a composition using a VDF-acrylic modified emulsion as a binder can also be used as a composition for forming a negative electrode. It was confirmed that the obtained coating film had excellent film strength and electrical characteristics equivalent to the coating film obtained from the composition using SBR latex as a binder. As described above, since the VDF-acrylic modified polymer can form a film by heating at 100 ° C., the secondary battery electrode aqueous composition of the present invention is used as a material for forming either the negative electrode or the positive electrode. In addition, it can be said that it is an aqueous composition suitable as a material for a secondary battery electrode that is excellent in terms of ease of forming a coating film.

Claims (8)

電極活物質、バインダー及び水を必須成分として含み、二次電池の正極を形成する正極水系組成物であって、
該バインダーは、(メタ)アクリル変性した構造を有するフッ素含有重合体の水分散体を含み、
該(メタ)アクリル変性した構造を有するフッ素含有重合体は、フッ素含有重合体由来の構造部分と(メタ)アクリル変性した構造部分とを有し、
該(メタ)アクリル変性した構造部分は、(メタ)アクリル系化合物の重合体によって形成され、
該フッ素含有重合体は、フッ化ビニリデン系重合体であることを特徴とする二次電池用正極水系組成物。
A positive electrode aqueous composition comprising an electrode active material, a binder and water as essential components, and forming a positive electrode of a secondary battery,
The binder includes an aqueous dispersion of a fluorine-containing polymer having a (meth) acryl-modified structure,
The fluorine-containing polymer having a structure modified with (meth) acryl has a structure part derived from the fluorine-containing polymer and a structure part modified with (meth) acryl,
The (meth) acryl-modified structural part is formed by a polymer of a (meth) acrylic compound,
The positive electrode aqueous composition for a secondary battery, wherein the fluorine-containing polymer is a vinylidene fluoride polymer.
前記バインダーは、最低造膜温度が40℃以下であることを特徴とする請求項1に記載の二次電池用正極水系組成物。 The positive electrode water-based composition for a secondary battery according to claim 1, wherein the binder has a minimum film forming temperature of 40 ° C. or lower. 前記(メタ)アクリル変性した構造を有するフッ素含有重合体は、フッ素含有重合体由来の構造部分と(メタ)アクリル変性した構造部分との質量比が40/60〜95/5であることを特徴とする請求項1又は2に記載の二次電池用正極水系組成物。 The fluorine-containing polymer having a structure modified with (meth) acryl is characterized in that a mass ratio of the structure part derived from the fluorine-containing polymer and the structure part modified with (meth) acryl is 40/60 to 95/5. The positive electrode aqueous composition for a secondary battery according to claim 1 or 2. 前記(メタ)アクリル変性した構造を有するフッ素含有重合体は、フッ素含有重合体の水分散体を製造した後、該フッ素含有重合体の存在下で(メタ)アクリル系化合物重合することにより製造されることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の二次電池用正極水系組成物。 The (meth) fluorine-containing polymer having an acrylic modified structure, after producing an aqueous dispersion of fluorine-containing polymer, prepared by polymerizing a (meth) acrylic compound in the presence of the fluorine-containing polymer The positive electrode aqueous composition for secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein 前記電極活物質は、リチウムイオンを吸蔵、放出できる電極活物質であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の二次電池用正極水系組成物。 The positive electrode aqueous composition for secondary battery according to claim 1, wherein the electrode active material is an electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions. 前記電極活物質は、オリビン構造を有する化合物を含む正極活物質であることを特徴とする請求項5に記載の二次電池用正極水系組成物。 The positive electrode aqueous composition for a secondary battery according to claim 5, wherein the electrode active material is a positive electrode active material containing a compound having an olivine structure. 前記電極活物質は、リン酸鉄リチウムを主成分として含む正極活物質であることを特徴とする請求項5又は6に記載の二次電池用正極水系組成物。 The positive electrode aqueous composition for a secondary battery according to claim 5 or 6, wherein the electrode active material is a positive electrode active material containing lithium iron phosphate as a main component. 請求項1〜7のいずれかに記載の二次電池用正極水系組成物に用いられるバインダーであって、
該バインダーは、(メタ)アクリル変性した構造を有するフッ素含有重合体の水分散体を含み、
該(メタ)アクリル変性した構造を有するフッ素含有重合体は、フッ素含有重合体由来の構造部分と(メタ)アクリル変性した構造部分とを有し、
該(メタ)アクリル変性した構造部分は、(メタ)アクリル系化合物の重合体によって形成され、
該フッ素含有重合体は、フッ化ビニリデン系重合体であることを特徴とする二次電池用正極水系組成物用バインダー。
A binder used in the positive electrode aqueous composition for a secondary battery according to claim 1,
The binder includes an aqueous dispersion of a fluorine-containing polymer having a (meth) acryl-modified structure,
The fluorine-containing polymer having a structure modified with (meth) acryl has a structure part derived from the fluorine-containing polymer and a structure part modified with (meth) acryl,
The (meth) acryl-modified structural part is formed by a polymer of a (meth) acrylic compound,
The fluorine-containing polymer is a vinylidene fluoride polymer, a binder for a positive electrode aqueous composition for a secondary battery.
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