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JP6679142B2 - Lithium-ion secondary battery electrode forming composition, lithium-ion secondary battery electrode and lithium-ion secondary battery, and method for producing lithium-ion secondary battery electrode-forming composition - Google Patents
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Lithium-ion secondary battery electrode forming composition, lithium-ion secondary battery electrode and lithium-ion secondary battery, and method for producing lithium-ion secondary battery electrode-forming composition Download PDF

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池電極形成用組成物、リチウムイオン二次電池用電極及びリチウムイオン二次電池、並びにリチウムイオン二次電池電極形成用組成物の製造方法に関する。   The present invention relates to a composition for forming a lithium ion secondary battery electrode, an electrode for a lithium ion secondary battery and a lithium ion secondary battery, and a method for producing a composition for forming a lithium ion secondary battery electrode.

近年、ノートパソコン、携帯電話、電動工具、電子機器及び通信機器等の小型化、軽量化の面からリチウムイオン二次電池が注目されている。また、最近では環境適用の観点から電気自動車、ハイブリッド自動車用のリチウムイオン二次電池、特に高電圧、高容量、高エネルギー密度化したリチウムイオン二次電池が強く求められてきている。   2. Description of the Related Art In recent years, lithium ion secondary batteries have been receiving attention from the viewpoints of downsizing and weight reduction of notebook computers, mobile phones, power tools, electronic devices, communication devices and the like. Further, recently, from the viewpoint of environmental application, a lithium ion secondary battery for electric vehicles and hybrid vehicles, particularly a lithium ion secondary battery having high voltage, high capacity and high energy density has been strongly demanded.

リチウムイオン二次電池は、コバルト酸リチウム等の金属酸化物を活物質とした正極と黒鉛等の炭素材料を活物質とした負極およびカーボネート類を中心した電解液から構成されており、リチウムイオンが正極と負極間を移動することにより電池の充放電が行われる二次電池である。
より詳細には、正極は、アルミ箔等の正極集電体表面に、金属酸化物等の正極活物質及びバインダーを含む組成物から正極層を形成することにより得ることができ、負極は、銅箔等の負極集電体表面に、黒鉛等の負極活物質及びバインダーを含む組成物から負極層を形成することにより得られる。したがって、各バインダーは、活物質とバインダーとを結着させ、正極層及び負極層の凝集破壊を防ぐ役割がある。
A lithium ion secondary battery is composed of a positive electrode using a metal oxide such as lithium cobalt oxide as an active material, a negative electrode using a carbon material such as graphite as an active material, and an electrolytic solution centering on carbonates. It is a secondary battery that is charged and discharged by moving between a positive electrode and a negative electrode.
More specifically, the positive electrode can be obtained by forming a positive electrode layer on the surface of a positive electrode current collector such as an aluminum foil from a composition containing a positive electrode active material such as a metal oxide and a binder, and the negative electrode is formed of copper. It can be obtained by forming a negative electrode layer on the surface of a negative electrode current collector such as a foil from a composition containing a negative electrode active material such as graphite and a binder. Therefore, each binder has a role of binding the active material and the binder and preventing cohesive failure of the positive electrode layer and the negative electrode layer.

従来、正極層及び負極層用のバインダーとしては、電解液に対する樹脂自体の耐膨潤性の観点から、有機溶剤系のN−メチルピロリドン(NMP)を溶剤としたポリフッ化ビニリデン(PVDF)が用いられ、工業的に多くの機種に使用されてきた。しかしながら、このバインダーは活物質との結着性が低く、実際に使用するには多量のバインダーを必要とし、結果としてリチウムイオン二次電池の容量、エネルギー密度が低下する欠点がある。また、バインダーに高価な有機溶剤であるNMPを使用しているため、最終製品の価格およびスラリーまたは集電体作製時の作業環境保全にも問題があった。   Conventionally, as the binder for the positive electrode layer and the negative electrode layer, polyvinylidene fluoride (PVDF) using N-methylpyrrolidone (NMP), which is an organic solvent, as a solvent is used from the viewpoint of the swelling resistance of the resin itself to the electrolytic solution. , Has been industrially used for many models. However, this binder has a low binding property to the active material and requires a large amount of binder for practical use, resulting in a drawback that the capacity and energy density of the lithium ion secondary battery are lowered. In addition, since NMP, which is an expensive organic solvent, is used as the binder, there are problems in the price of the final product and the work environment protection at the time of producing the slurry or the current collector.

これらの問題を解決するものとして、特許文献1では、全エチレン性不飽和単量体に対して、特定量のスチレン、エチレン性不飽和カルボン酸エステル、エチレン性不飽和カルボン酸及び内部架橋剤を必須成分として含有するエチレン性不飽和単量体を乳化剤の存在下、乳化重合して得られるガラス転移温度が30℃以下のリチウムイオン二次電池電極用バインダーが提案されている。   As a solution to these problems, in Patent Document 1, a specific amount of styrene, an ethylenically unsaturated carboxylic acid ester, an ethylenically unsaturated carboxylic acid, and an internal cross-linking agent are added to all ethylenically unsaturated monomers. A binder for a lithium ion secondary battery electrode having a glass transition temperature of 30 ° C. or lower, which is obtained by emulsion polymerization of an ethylenically unsaturated monomer contained as an essential component in the presence of an emulsifier, has been proposed.

特開2011−243464号公報JP, 2011-243464, A

しかし、特許文献1のバインダーは、負極活物質として多く用いられている天然黒鉛の結着性は良好にできるものの、人造黒鉛等の他の活物質の結着性を必ずしも良好にできるものではなかった。他の活物質の中でも人造黒鉛は、高価であるものの、不純物が少なく電気抵抗を小さくでき、電池性能を向上できるため、近年は人造黒鉛に適するバインダーが求められている。
本発明は、天然黒鉛以外の活物質であっても、活物質とバインダー樹脂との結着性を良好にできるリチウムイオン二次電池電極形成用組成物、リチウムイオン二次電池用電極及びリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。また、本発明は、天然黒鉛以外の活物質であっても、活物質とバインダー樹脂との結着性が良好であるリチウムイオン二次電池電極形成用組成物を効率よく製造する方法を提供することを目的とする。
However, although the binder of Patent Document 1 can improve the binding property of natural graphite, which is often used as a negative electrode active material, it cannot necessarily improve the binding property of other active materials such as artificial graphite. It was Among other active materials, although artificial graphite is expensive, it has few impurities and can reduce electric resistance and can improve battery performance. Therefore, a binder suitable for artificial graphite has been recently demanded.
The present invention is a composition for forming a lithium ion secondary battery electrode, which can improve the binding property between the active material and a binder resin, an electrode for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion, even if it is an active material other than natural graphite. It is intended to provide a secondary battery. Further, the present invention provides a method for efficiently producing a composition for forming a lithium ion secondary battery electrode, which has a good binding property between an active material and a binder resin, even if it is an active material other than natural graphite. The purpose is to

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究し、まず、活物質とバインダー樹脂との結着性には、活物質の表面の性質が大きな影響を与えていると推定した。しかし、活物質の表面の性質は分析が困難であった。特に、人造黒鉛は焼成により表面の官能基が消失しており、表面の性質の分析が極めて困難であり、実際に活物質層を形成しなければ、結着性の良否を判断できなかった。そこで、本発明者らはさらに鋭意研究を重ね、活物質の表面の性質を特定する手段として、パルスNMR法による水プロトンの横緩和時間に着目し、上記課題を解決するに至った。
すなわち、本発明は、下記[1]〜[7]のリチウムイオン二次電池電極形成用組成物、リチウムイオン二次電池用電極及びリチウムイオン二次電池、並びにリチウムイオン二次電池電極形成用組成物の製造方法を提供する。
The inventors of the present invention have conducted extensive studies to solve the above problems, and first estimated that the surface property of the active material has a great influence on the binding property between the active material and the binder resin. However, the surface properties of the active material have been difficult to analyze. In particular, artificial graphite loses the functional groups on the surface by firing, and it is extremely difficult to analyze the properties of the surface. Therefore, the quality of the binding property cannot be determined unless the active material layer is actually formed. Therefore, the inventors of the present invention have further earnestly studied, and as a means for specifying the surface property of the active material, paid attention to the lateral relaxation time of water protons by the pulse NMR method, and came to solve the above problems.
That is, the present invention relates to the following [1] to [7] composition for forming a lithium ion secondary battery electrode, an electrode for a lithium ion secondary battery and a lithium ion secondary battery, and a composition for forming a lithium ion secondary battery electrode. A method of manufacturing a product is provided.

[1]活物質と、バインダー樹脂とを含有してなり、前記活物質は、下記条件1により測定される分散液の水プロトンの横緩和時間が10ミリ秒以上であり、前記バインダー樹脂は、下記条件2により測定される水系エマルジョンの水プロトンの横緩和時間が200ミリ秒以上であるリチウムイオン二次電池電極形成用組成物。
条件1:活物質と、重量平均分子量300万で置換度0.9のカルボキシメチルセルロースと、水とを、52.8:0.5:46.6の質量割合で混合してなる活物質分散液をパルスNMR法によって測定した水プロトンの横緩和時間。
条件2:バインダー樹脂を40質量%含むアニオン性水系エマルジョンをパルスNMR法によって測定した水プロトンの横緩和時間。
[2]前記活物質が人造黒鉛である上記[1]に記載のリチウムイオン二次電池電極形成用組成物。
[3]前記バインダー樹脂の酸価が20mgKOH/g以下である上記[1]又は[2]に記載のリチウムイオン二次電池電極形成用組成物。
[4]前記バインダー樹脂が、スチレンとエチレン性不飽和カルボン酸エステルとの共重合体である上記[1]〜[3]の何れかに記載のリチウムイオン二次電池電極形成用組成物。
[5]集電体上に、上記[1]〜[4]の何れかに記載のリチウムイオン二次電池電極形成用組成物から形成されてなる活物質含有層を有するリチウムイオン二次電池電極。
[6]上記[5]に記載のリチウムイオン二次電池電極を用いてなるリチウムイオン二次電池。
[7]活物質と、バインダー樹脂とを混合する工程を含むリチウムイオン二次電池電極形成用組成物の製造方法であって、
活物質が、下記条件1により測定される分散液の水プロトンの横緩和時間が10ミリ秒以上である場合に、バインダー樹脂として、下記条件2により測定される水系エマルジョンの水プロトンの横緩和時間が200ミリ秒以上であるものを用いる、リチウムイオン二次電池電極形成用組成物の製造方法。
条件1:活物質と、重量平均分子量300万で置換度0.9のカルボキシメチルセルロースと、水とを、52.8:0.5:46.6の質量割合で混合してなる活物質分散液をパルスNMR法によって測定した水プロトンの横緩和時間。
条件2:バインダー樹脂を40質量%含むアニオン性水系エマルジョンをパルスNMR法によって測定した水プロトンの横緩和時間。
[1] An active material and a binder resin are contained, the active material has a transverse relaxation time of water protons of a dispersion liquid of 10 milliseconds or more, which is measured under the following condition 1, and the binder resin is A composition for forming a lithium ion secondary battery electrode, wherein the transverse relaxation time of water protons of an aqueous emulsion measured under the following condition 2 is 200 milliseconds or more.
Condition 1: An active material dispersion liquid obtained by mixing active material, carboxymethylcellulose having a weight average molecular weight of 3,000,000 and a substitution degree of 0.9, and water in a mass ratio of 52.8: 0.5: 46.6. Relaxation time of water protons measured by pulsed NMR method.
Condition 2: Transverse relaxation time of water protons measured by pulse NMR method for anionic aqueous emulsion containing 40% by mass of binder resin.
[2] The composition for forming a lithium ion secondary battery electrode according to the above [1], wherein the active material is artificial graphite.
[3] The composition for forming a lithium ion secondary battery electrode according to the above [1] or [2], wherein the binder resin has an acid value of 20 mgKOH / g or less.
[4] The composition for forming a lithium ion secondary battery electrode according to any one of the above [1] to [3], wherein the binder resin is a copolymer of styrene and an ethylenically unsaturated carboxylic acid ester.
[5] A lithium ion secondary battery electrode having an active material-containing layer formed on the current collector by the lithium ion secondary battery electrode forming composition according to any one of [1] to [4] above. .
[6] A lithium ion secondary battery using the lithium ion secondary battery electrode according to the above [5].
[7] A method for producing a composition for forming a lithium ion secondary battery electrode, comprising the step of mixing an active material and a binder resin,
When the active material has a transverse relaxation time of the water protons of the dispersion liquid of 10 milliseconds or more as measured by the following condition 1, it acts as a binder resin, and the transverse relaxation time of water protons of the aqueous emulsion as measured by the following condition 2 is used. Is 200 milliseconds or more, and a method for producing a composition for forming a lithium ion secondary battery electrode.
Condition 1: An active material dispersion liquid obtained by mixing active material, carboxymethylcellulose having a weight average molecular weight of 3,000,000 and a substitution degree of 0.9, and water in a mass ratio of 52.8: 0.5: 46.6. Relaxation time of water protons measured by pulsed NMR method.
Condition 2: Transverse relaxation time of water protons measured by pulse NMR method for anionic aqueous emulsion containing 40% by mass of binder resin.

本発明のリチウムイオン二次電池電極形成用組成物、リチウムイオン二次電池用電極及びリチウムイオン二次電池によれば、天然黒鉛以外の活物質であっても、活物質とバインダー樹脂との結着性を良好にすることができる。
また、従来は活物質含有層を実際に形成しなければ、活物質とバインダー樹脂との結着性を判断できなかったところ、本発明のリチウムイオン二次電池電極形成用組成物の製造方法によれば、実際に活物質含有層を形成しなくても、結着性に優れる活物質とバインダー樹脂とを選択することができ、リチウムイオン二次電池電極形成用組成物の製造効率を高めることができる。
According to the composition for forming a lithium ion secondary battery electrode, the electrode for a lithium ion secondary battery, and the lithium ion secondary battery of the present invention, even if an active material other than natural graphite is used, the active material and the binder resin are bound together. Wearability can be improved.
Further, conventionally, it was not possible to determine the binding property between the active material and the binder resin unless the active material-containing layer was actually formed, and thus the method for producing the lithium ion secondary battery electrode-forming composition of the present invention was used. According to this, it is possible to select an active material and a binder resin having excellent binding properties without actually forming the active material-containing layer, and to enhance the production efficiency of the composition for forming a lithium ion secondary battery electrode. You can

[リチウムイオン二次電池電極形成用組成物]
本発明のリチウムイオン二次電池電極形成用組成物(以下、「本発明の組成物」と称する場合がある。)は、活物質と、バインダー樹脂とを含有してなり、前記活物質は、下記条件1により測定される分散液の水プロトンの横緩和時間が10ミリ秒以上であり、前記バインダー樹脂は、下記条件2により測定される水系エマルジョンの水プロトンの横緩和時間が200ミリ秒以上であるものである。
条件1:活物質と、重量平均分子量300万で置換度0.9のカルボキシメチルセルロースと、水とを、52.8:0.5:46.6の質量割合で混合してなる活物質分散液をパルスNMR法によって測定した水プロトンの横緩和時間。
条件2:バインダー樹脂を40質量%含むアニオン性水系エマルジョンをパルスNMR法によって測定した水プロトンの横緩和時間。
[Lithium-ion secondary battery electrode forming composition]
The composition for forming a lithium ion secondary battery electrode of the present invention (hereinafter, sometimes referred to as the “composition of the present invention”) contains an active material and a binder resin, and the active material comprises: The transverse relaxation time of the water protons of the dispersion measured by the following condition 1 is 10 milliseconds or more, and the binder resin is 200 milliseconds or more of the transverse relaxation time of the water protons of the aqueous emulsion measured by the following condition 2. Is what is.
Condition 1: An active material dispersion liquid obtained by mixing active material, carboxymethylcellulose having a weight average molecular weight of 3,000,000 and a substitution degree of 0.9, and water in a mass ratio of 52.8: 0.5: 46.6. Relaxation time of water protons measured by pulsed NMR method.
Condition 2: Transverse relaxation time of water protons measured by pulse NMR method for anionic aqueous emulsion containing 40% by mass of binder resin.

本発明の組成物は、活物質として条件1により測定される分散液の水プロトン(水素原子核)の横緩和時間が10ミリ秒以上であるものを用い、かつ、バインダー樹脂として条件2により測定される水系エマルジョンの水プロトンの横緩和時間が200ミリ秒以上であるものを用いる。
本発明では、パルスNMR法によって測定した水プロトンの横緩和時間(以下、「横緩和時間」と称する場合がある。)は、活物質及びバインダー樹脂の水への濡れやすさを示すことに着目した。つまり、横緩和時間が長ければ水に濡れにくく(親水性の程度が低い)、横緩和時間が短ければ水に濡れやすい(親水性の程度が高い)ことを意味する。
従来、活物質の表面の性質は分析が困難であり、特に、人造黒鉛は焼成により表面の官能基が消失しており、表面の性質の分析が困難であった。本発明では、活物質及びバインダー樹脂の親水性の強弱を判断する指標として、パルスNMR法によって測定した水プロトンの横緩和時間を着目し、さらには、活物質の横緩和時間とバインダー樹脂の横緩和時間とを特定の関係にすることにより、天然黒鉛以外の活物質であっても、活物質とバインダー樹脂との結着性を良好にすることを可能としたものである。また、条件1及び条件2を満たす本発明の組成物は、後述する集電体との結着性も良好にしやすくできる点で良好である。
本発明の組成物は、リチウムイオン二次電池電極の正極形成組成物としても、負極形成組成物としても用いることができるが、負極形成組成物として用いた場合に、特に効果を発揮できる。
The composition of the present invention uses an active material having a transverse relaxation time of water protons (hydrogen nuclei) of 10 msec or more in the dispersion liquid measured under the condition 1, and measured as a binder resin under the condition 2. A water-based emulsion having a transverse relaxation time of water protons of 200 milliseconds or more is used.
In the present invention, attention is paid to the fact that the transverse relaxation time of water protons (hereinafter sometimes referred to as “transverse relaxation time”) measured by the pulsed NMR method indicates the wettability of the active material and the binder resin to water. did. That is, it means that if the lateral relaxation time is long, it is hard to be wet with water (low hydrophilicity), and if the lateral relaxation time is short, it is easy to wet with water (high hydrophilicity).
Conventionally, it has been difficult to analyze the surface properties of active materials, and in particular, artificial graphite has a surface functional group that disappears upon firing, making it difficult to analyze the surface properties. In the present invention, as an index for judging the hydrophilicity of the active material and the binder resin, attention is paid to the lateral relaxation time of water protons measured by the pulsed NMR method, and further, the lateral relaxation time of the active material and the lateral relaxation time of the binder resin. By making the relaxation time have a specific relationship, it is possible to improve the binding property between the active material and the binder resin even for active materials other than natural graphite. Further, the composition of the present invention satisfying the conditions 1 and 2 is good in that it can easily improve the binding property with the current collector described later.
The composition of the present invention can be used both as a positive electrode forming composition and a negative electrode forming composition of a lithium ion secondary battery electrode, but when it is used as a negative electrode forming composition, it is particularly effective.

(活物質)
活物質は、下記条件1により測定される分散液の水プロトンの横緩和時間が10ミリ秒以上であるものを用いる。
条件1:活物質と、重量平均分子量300万で置換度0.9のカルボキシメチルセルロースと、水とを、52.8:0.5:46.6の質量割合で混合してなる活物質分散液をパルスNMR法によって測定した水プロトンの横緩和時間。
(Active material)
The active material used has a transverse relaxation time of water protons of 10 milliseconds or more, which is measured under the following condition 1.
Condition 1: An active material dispersion liquid obtained by mixing active material, carboxymethylcellulose having a weight average molecular weight of 3,000,000 and a substitution degree of 0.9, and water in a mass ratio of 52.8: 0.5: 46.6. Relaxation time of water protons measured by pulsed NMR method.

条件1の測定は、パルスNMR法により行う。より具体的には、パルス核磁気共鳴装置を用い、測定核を水素原子核とし、測定温度25℃、周波数13MHz、90°パルス幅2μsの測定条件で、CPMG法(Carr−Purcell Meiboom−Gill法)により、水プロトンの横緩和時間(スピン−スピン緩和時間)を測定する。なお、条件1の測定の際、活物質分散液のpHは7.0に調製することが好ましい。
また、条件1の測定では、活物質の表面に接触している水プロトンの横緩和時間、及び活物質の表面に接触していない自由な状態の水プロトンの横緩和時間の2つ成分の平均が、水プロトンの横緩和時間として算出される。
条件1の横緩和時間は11ミリ秒以上であることが好ましく、12ミリ秒以上であることがより好ましい。また、条件1の横緩和時間の上限は特に制限されないが、50ミリ秒以下であることが好ましく、40ミリ秒以下であることがより好ましく、30ミリ秒以下であることがさらに好ましい。
なお、カルボキシメチルセルロース(CMC)は、増粘作用により、活物質分散液の分散安定性を向上する役割を奏するものである。
The measurement of Condition 1 is performed by the pulsed NMR method. More specifically, a pulse nuclear magnetic resonance apparatus is used, a measurement nucleus is a hydrogen nucleus, a measurement temperature is 25 ° C., a frequency is 13 MHz, and a 90 ° pulse width is 2 μs under a measurement condition of a CPMG method (Carr-Purcell Meiboom-Gill method). The lateral relaxation time (spin-spin relaxation time) of water protons is measured by. When measuring the condition 1, the pH of the active material dispersion liquid is preferably adjusted to 7.0.
In the measurement under Condition 1, the average of the two components of the lateral relaxation time of water protons in contact with the surface of the active material and the lateral relaxation time of water protons in the free state not in contact with the surface of the active material Is calculated as the transverse relaxation time of water protons.
The lateral relaxation time of Condition 1 is preferably 11 milliseconds or longer, and more preferably 12 milliseconds or longer. The upper limit of the lateral relaxation time of Condition 1 is not particularly limited, but is preferably 50 milliseconds or less, more preferably 40 milliseconds or less, and further preferably 30 milliseconds or less.
Carboxymethyl cellulose (CMC) plays a role of improving the dispersion stability of the active material dispersion liquid by virtue of its thickening effect.

活物質は、条件1を満たすものであれば特に制限されることなく使用できる。活物質としては、リチウムイオンを吸蔵及び放出することができるものが好ましく用いられる。活物質には正極活物質と負極活物質とがある。本発明は、活物質として負極活物質を用いた場合に効果を発揮しやすく、負極活物質の中でも炭素質材料又は人造黒鉛を用いた場合により効果を発揮しやすく、特に表面の性質の分析が困難である人造黒鉛を用いた場合に極めて顕著な効果を発揮できる。   The active material can be used without particular limitation as long as it satisfies the condition 1. As the active material, those capable of inserting and extracting lithium ions are preferably used. The active material includes a positive electrode active material and a negative electrode active material. The present invention is more likely to exert an effect when a negative electrode active material is used as an active material, and more easily exerts an effect when a carbonaceous material or artificial graphite is used among negative electrode active materials, and in particular, analysis of surface properties is performed. When artificial graphite, which is difficult to use, is used, a very remarkable effect can be exhibited.

活物質の形状は、特に限定されず、球状、燐片状等のものを用いることができる。これらの中でも、電子伝導性の観点から球状のものが好適である。
活物質の平均粒子径は、活物質の分散性の観点から、5〜100μmであることが好ましく、10〜50μmであることがより好ましく、15〜30μmであることがさらに好ましい。なお、平均粒子径はレーザー回折法により算出できる。
活物質の平均比表面積は、活物質の分散性の観点から、0.1〜100m/gであることが好ましく、0.1〜50m/gであることがより好ましく、0.1〜30m/gであることがさらに好ましい。なお、平均比表面積は、BET窒素吸着法による比表面積測定(JIS Z8830に準じる)から得ることができる。
The shape of the active material is not particularly limited, and a spherical shape, a scaly shape, or the like can be used. Among these, spherical ones are preferable from the viewpoint of electronic conductivity.
From the viewpoint of dispersibility of the active material, the average particle diameter of the active material is preferably 5 to 100 μm, more preferably 10 to 50 μm, and further preferably 15 to 30 μm. The average particle diameter can be calculated by the laser diffraction method.
Average specific surface area of the active material, from the viewpoint of the dispersibility of the active material is preferably 0.1 to 100 m 2 / g, more preferably 0.1 to 50 m 2 / g, 0.1 to More preferably, it is 30 m 2 / g. The average specific surface area can be obtained by measuring the specific surface area by the BET nitrogen adsorption method (according to JIS Z8830).

正極活物質としては、金属複合酸化物、特にリチウム及び鉄、コバルト、ニッケル、マンガンの少なくとも1種類以上の金属を含有する金属複合酸化物等が挙げられ、好ましくは、Liy1(但し、Mは1種以上の遷移金属、好ましくはCo、MnまたはNiの少なくとも一種を表し、1.10>x>0.05、1≧y1>0である)、または、Liy2(但し、Mは1種以上の遷移金属、好ましくはMnまたはNiを表し、1.10>x>0.05、2≧y2>0である。)または、Liy1PO(但し、Mは1種以上の遷移金属、好ましくはFe、Co、MnまたはNiの少なくとも一種を表し、1.10>x>0.05、1≧y1>0である)を含んだ活物質が挙げられ、例えばLiCoO、LiNiO、LiNiy3MnCoa(式中、1.10>x>0.05、1>y3>0、1>z>0、1>a>0である。)、LiMn、LiFePOで表される複合酸化物等が挙げられる。 Examples of the positive electrode active material include metal composite oxides, particularly metal composite oxides containing at least one metal of lithium and iron, cobalt, nickel, manganese, and the like, and preferably Li x My 1 O 2 ( However, M is one or more transition metals, preferably represents at least one of Co, Mn or Ni, 1.10>x> 0.05,1 ≧ y1> 0), or, Li x M y2 O 4 (provided that M represents one or more transition metals, preferably Mn or Ni, and 1.10>x> 0.05, 2 ≧ y2> 0), or Li x My 1 PO 4 (provided that , M represents one or more transition metals, preferably at least one of Fe, Co, Mn or Ni, and 1.10>x> 0.05, 1 ≧ y1> 0). It is, for example LiCoO 2, L NiO 2, Li x Ni y3 Mn z Co a O 2 ( wherein, 1.10>x>0.05,1> y3 >0,1>z>0,1>a> is 0.), LiMn Examples thereof include composite oxides represented by 2 O 4 and LiFePO 4 .

負極活物質としては、各種の珪素酸化物(SiO等);炭素質物質;LiTi12等の金属複合酸化物等が挙げられ、人造黒鉛が好適である。
人造黒鉛は、アモルファスカーボン、グラファイト、天然黒鉛、ピッチ系炭素繊維、ポリアセチレン等の炭素質材料を3000℃程度の温度で焼成してなるものであり、炭素質材料とは結晶構造が異なる。なお、人造黒鉛は、原子結合の形状は六角形の板状結晶であり、構造は亀の甲状の層状物質である。
Examples of the negative electrode active material include various silicon oxides (SiO 2 and the like); carbonaceous materials; metal composite oxides such as Li 4 Ti 5 O 12 and the like, and artificial graphite is preferable.
Artificial graphite is obtained by firing a carbonaceous material such as amorphous carbon, graphite, natural graphite, pitch-based carbon fiber, and polyacetylene at a temperature of about 3000 ° C., and has a different crystal structure from the carbonaceous material. In addition, the artificial graphite is a hexagonal plate-like crystal having an atomic bond shape and a turtle shell-like layered substance as a structure.

(バインダー樹脂)
バインダー樹脂は、下記条件2により測定される水系エマルジョンの水プロトン(水素原子核)の横緩和時間が200ミリ秒以上であるものを用いる。
条件2:バインダー樹脂を40質量%含むアニオン性水系エマルジョンをパルスNMR法によって測定した水プロトンの横緩和時間。
(Binder resin)
As the binder resin, one having a transverse relaxation time of 200 milliseconds or more of water protons (hydrogen atomic nuclei) of an aqueous emulsion measured under the following condition 2 is used.
Condition 2: Transverse relaxation time of water protons measured by pulse NMR method for anionic aqueous emulsion containing 40% by mass of binder resin.

条件2の測定は、パルスNMR法により行う。より具体的には、パルス核磁気共鳴装置を用い、測定核を水素原子核とし、測定温度25℃、周波数13MHz、90°パルス幅2μsの測定条件で、CPMG法(Carr−Purcell Meiboom−Gill法)により、水プロトンの横緩和時間(スピン−スピン緩和時間)を測定した。なお、条件2の測定の際、アニオン性水系エマルジョンのpHは7.0に調製することが好ましい。
また、条件2の測定では、バインダー樹脂粒子の表面に接触している水プロトンの横緩和時間、及びバインダー樹脂粒子の表面に接触していない自由な状態の水プロトンの横緩和時間の2つ成分の平均が、水プロトンの横緩和時間として算出される。
条件2の横緩和時間は220ミリ秒以上であることが好ましく、300ミリ秒以上であることがより好ましい。また、条件2の横緩和時間の上限は特に制限されないが、750ミリ秒以下であることが好ましく、600ミリ秒以下であることがより好ましく、450ミリ秒以下であることがさらに好ましい。
The measurement of the condition 2 is performed by the pulse NMR method. More specifically, a pulse nuclear magnetic resonance apparatus is used, a measurement nucleus is a hydrogen nucleus, a measurement temperature is 25 ° C., a frequency is 13 MHz, and a 90 ° pulse width is 2 μs under a measurement condition of a CPMG method (Carr-Purcell Meiboom-Gill method). The lateral relaxation time (spin-spin relaxation time) of water protons was measured by. When measuring the condition 2, it is preferable to adjust the pH of the anionic aqueous emulsion to 7.0.
In the measurement of Condition 2, there are two components: a lateral relaxation time of water protons in contact with the surface of the binder resin particles and a lateral relaxation time of water protons in a free state not in contact with the surface of the binder resin particles. Is calculated as the transverse relaxation time of water protons.
The lateral relaxation time of Condition 2 is preferably 220 milliseconds or longer, and more preferably 300 milliseconds or longer. Although the upper limit of the lateral relaxation time of Condition 2 is not particularly limited, it is preferably 750 milliseconds or less, more preferably 600 milliseconds or less, and further preferably 450 milliseconds or less.

条件2の測定に用いるアニオン性水系エマルジョンは、例えば、以下(1)、(2)の方法により調製できる。
(1)アニオン性乳化剤を用いてバインダー樹脂を40質量%含む水系エマルジョンに調製する。
(2)バインダー樹脂を生成する重合性モノマーとして反応性のアニオン性乳化剤を用い、重合したバインダー樹脂を40質量%含む水系エマルジョンに調製する。
水系エマルジョン中のバインダー樹脂粒子の平均粒子径は、水プロトンの横緩和時間に特に影響を与えないが、50〜500nmとすることが好ましく、100〜250nmとすることがより好ましい。なお、水系エマルジョン中のバインダー樹脂粒子の平均粒子径は、レーザー回折法により測定できる。
The anionic aqueous emulsion used for the measurement of Condition 2 can be prepared by the following methods (1) and (2), for example.
(1) An anionic emulsifier is used to prepare an aqueous emulsion containing 40% by mass of a binder resin.
(2) A reactive anionic emulsifier is used as a polymerizable monomer for forming a binder resin to prepare an aqueous emulsion containing 40% by mass of the polymerized binder resin.
The average particle size of the binder resin particles in the aqueous emulsion does not particularly affect the transverse relaxation time of water protons, but is preferably 50 to 500 nm, more preferably 100 to 250 nm. The average particle size of the binder resin particles in the aqueous emulsion can be measured by a laser diffraction method.

バインダー樹脂は、条件2を満たすものであれば特に制限されることなく使用できる。条件2を満たすバインダー樹脂としては、酸価が低いものが好適であり、具体的には、酸価が20mgKOH/g以下のものが好ましく、15mgKOH/g以下のものがより好ましく、10mgKOH/g以下のものがさらに好ましい。   The binder resin can be used without particular limitation as long as it satisfies the condition 2. As the binder resin satisfying the condition 2, one having a low acid value is preferable, and specifically, one having an acid value of 20 mgKOH / g or less is preferable, one having an acid value of 15 mgKOH / g or less is more preferable, and 10 mgKOH / g or less. Are more preferable.

バインダー樹脂は、本発明の組成物から形成した電極を割れにくくする観点から、ガラス転移温度を30℃以下とすることが好ましく、20℃以下とすることがより好ましく、15℃以下とすることがさらに好ましい。なお、取り扱い性の観点から、バインダー樹脂のガラス転移温度は、−20℃以上とすることが好ましい。
バインダー樹脂のガラス転移温度は、バインダー樹脂の乳化重合に使用されるエチレン性不飽和単量体Mi(i=1,2,...,i)の各ホモポリマーのガラス転移温度Tgi(i=1,2,...,i)と、エチレン性不飽和単量体Miの各重量分率Xi(i=1,2,...,i)とから、下記式(I)により理論値として算出できる。
1/Tg=Σ(Xi/Tgi) ‥(I)
The binder resin preferably has a glass transition temperature of 30 ° C. or lower, more preferably 20 ° C. or lower, and further preferably 15 ° C. or lower, from the viewpoint of making the electrode formed from the composition of the present invention hard to break. More preferable. From the viewpoint of handleability, the glass transition temperature of the binder resin is preferably −20 ° C. or higher.
The glass transition temperature of the binder resin is the glass transition temperature Tgi (i = i) of each homopolymer of the ethylenically unsaturated monomer Mi (i = 1, 2, ..., I) used for emulsion polymerization of the binder resin. 1,2, ..., i) and each weight fraction Xi (i = 1,2, ..., i) of the ethylenically unsaturated monomer Mi, the theoretical value is calculated by the following formula (I). Can be calculated as
1 / Tg = Σ (Xi / Tgi) (I)

バインダー樹脂としては、例えば、スチレン−ブタジエンゴム;スチレンとエチレン性不飽和カルボン酸エステルとの共重合体;エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−バーサチック酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合体等のエチレン−エチレン性不飽和カルボン酸エステル共重合体等が挙げられる。これらの中でも、スチレンとエチレン性不飽和カルボン酸エステルとの共重合体は、活物質とバインダー樹脂との結着性を良好にできるとともに、電解液に対する耐膨潤性に優れ、充放電サイクル特性に優れる点で好適である。また、スチレンとエチレン性不飽和カルボン酸エステルとの共重合体は、集電体との結着性にも優れる点で良好である。   Examples of the binder resin include styrene-butadiene rubber; copolymer of styrene and ethylenically unsaturated carboxylic acid ester; ethylene-vinyl acetate copolymer, ethylene-vinyl versatic acid copolymer, ethylene-acrylic acid ester copolymer. Examples thereof include ethylene-ethylenically unsaturated carboxylic acid ester copolymers such as polymers. Among these, a copolymer of styrene and an ethylenically unsaturated carboxylic acid ester can improve the binding property between the active material and the binder resin, has excellent swelling resistance to an electrolytic solution, and has excellent charge-discharge cycle characteristics. It is preferable because it is excellent. A copolymer of styrene and an ethylenically unsaturated carboxylic acid ester is also good in that it has excellent binding properties with the current collector.

スチレンとエチレン性不飽和カルボン酸エステルとの共重合体(以下、単に「共重合体」と称する場合がある。)は、スチレンとエチレン性不飽和カルボン酸エステルとを併用することにより、上記効果を奏するものである。該共重合体は、例えば、水性媒質中、スチレン、エチレン性不飽和カルボン酸エステル及び内部架橋剤を含有する原料組成物を、乳化剤の存在下、乳化重合することで得ることができる。   A copolymer of styrene and an ethylenically unsaturated carboxylic acid ester (hereinafter sometimes simply referred to as a "copolymer") has the above-mentioned effects by using styrene and an ethylenically unsaturated carboxylic acid ester in combination. Is played. The copolymer can be obtained, for example, by emulsion-polymerizing a raw material composition containing styrene, an ethylenically unsaturated carboxylic acid ester and an internal crosslinking agent in an aqueous medium in the presence of an emulsifier.

スチレンは、主として、活物質とバインダー樹脂との結着性、及び活物質含有層と集電体との結着性を良好にする役割を有する。特に、活物質として人造黒鉛を用いた場合、より一層その効果を発揮できる。
スチレンの使用量は、上記共重合体を形成する全モノマー成分の15〜70質量%であることが好ましく、30〜60質量%であることがより好ましく、35〜55質量%であることがさらに好ましい。
スチレンの使用量を15質量%以上とすることにより、活物質とバインダー樹脂との結着性、及び活物質含有層と集電体との結着性を良好にしやすくできる。また、スチレンの使用量を70質量%以下とすることにより、本発明の組成物から形成した電極を割れにくくすることができる。
Styrene mainly serves to improve the binding property between the active material and the binder resin and the binding property between the active material-containing layer and the current collector. In particular, when artificial graphite is used as the active material, the effect can be further enhanced.
The amount of styrene used is preferably 15 to 70% by mass, more preferably 30 to 60% by mass, and further preferably 35 to 55% by mass of the total monomer components forming the copolymer. preferable.
When the amount of styrene used is 15% by mass or more, the binding property between the active material and the binder resin and the binding property between the active material-containing layer and the current collector can be easily improved. Further, when the amount of styrene used is 70% by mass or less, the electrode formed from the composition of the present invention can be made difficult to break.

エチレン性不飽和カルボン酸エステルは、官能基を有さないものと、官能基を有するものとに分けることができる。
官能基を有さないエチレン性不飽和カルボン酸エステルとしては、例えば、(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n−プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸iso−ブチル、(メタ)アクリル酸tert−ブチル、(メタ)アクリル酸n−ヘキシル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸イソノニル、(メタ)アクリル酸イソボロニル、(メタ)アクリル酸ベンジル等の(メタ)アクリル酸エステル類等が挙げられる。これらの中でも、乳化重合の容易さや耐久性の観点から、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸イソボロニルが好ましい。
The ethylenically unsaturated carboxylic acid ester can be divided into those having no functional group and those having a functional group.
Examples of the ethylenically unsaturated carboxylic acid ester having no functional group include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-propyl (meth) acrylate, isopropyl (meth) acrylate, and (meth) acrylate. ) N-butyl acrylate, iso-butyl (meth) acrylate, tert-butyl (meth) acrylate, n-hexyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate, Examples thereof include stearyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, isononyl (meth) acrylate, isobornyl (meth) acrylate, and benzyl (meth) acrylate. Among these, n-butyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate, and isobornyl (meth) acrylate are preferable from the viewpoint of ease and durability of emulsion polymerization.

官能基を有さないエチレン性不飽和カルボン酸エステルの使用量としては、上記共重合体を形成する全モノマー成分の25〜85質量%であることが好ましく、30〜65質量%であることがより好ましく、40〜55質量%であることがさらに好ましい。
官能基を有さないエチレン性不飽和カルボン酸エステルの使用量を25質量%以上とすることにより、形成した電極の柔軟性や耐熱性を良好にしやすくでき、85質量%以下とすることにより、活物質とバインダー樹脂との結着性、及び活物質含有層と集電体との結着性を良好にしやすくできる。
The amount of the ethylenically unsaturated carboxylic acid ester having no functional group to be used is preferably 25 to 85% by mass, and more preferably 30 to 65% by mass, based on all the monomer components forming the copolymer. More preferably, it is more preferably 40 to 55 mass%.
By adjusting the amount of the ethylenically unsaturated carboxylic acid ester having no functional group to 25% by mass or more, the flexibility and heat resistance of the formed electrode can be easily improved, and by adjusting the amount to 85% by mass or less, The binding property between the active material and the binder resin and the binding property between the active material-containing layer and the current collector can be easily improved.

官能基を有するエチレン性不飽和カルボン酸エステルとしては、ヒドロキシ基、グリシジル基等を有するエチレン性不飽和カルボン酸エステルが挙げられる。例えば、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシプロピル等の(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシアルキル、アクリル酸グリシジル等が挙げられる。これらの中でも、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチルが好ましい。   Examples of the ethylenically unsaturated carboxylic acid ester having a functional group include an ethylenically unsaturated carboxylic acid ester having a hydroxy group, a glycidyl group and the like. Examples thereof include 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxyalkyl (meth) acrylate such as 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, and glycidyl acrylate. Among these, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate is preferable.

官能基を有するエチレン性不飽和カルボン酸エステルの使用量としては、上記共重合体を形成する全モノマー成分の0.1〜10質量%であることが好ましく、0.5〜5質量%であることがより好ましく、1〜3質量%であることがさらに好ましい。
官能性基を有するエチレン性不飽和カルボン酸エステルの使用量を0.1質量%以上とすることにより、乳化重合安定性や機械的安定性を良好にしやすくでき、また、電解液に対する乾燥皮膜の耐膨潤性を良好にしやすくできる。また、官能基を有するエチレン性不飽和カルボン酸エステルの使用量が多くなると横緩和時間が短くなり、逆に使用量が少ないと横緩和時間が長くなる傾向がある。このため、官能基を有するエチレン性不飽和カルボン酸エステルの使用量を10質量%以下とすることにより、横緩和時間を本発明の範囲としやすくでき、活物質とバインダー樹脂との結着性、及び活物質含有層と集電体との結着性を良好にしやすくできる。
The amount of the ethylenically unsaturated carboxylic acid ester having a functional group used is preferably 0.1 to 10% by mass, and preferably 0.5 to 5% by mass, based on all the monomer components forming the copolymer. It is more preferable, and it is still more preferable that the amount is 1 to 3% by mass.
By setting the amount of the ethylenically unsaturated carboxylic acid ester having a functional group to be 0.1% by mass or more, it is possible to easily improve the emulsion polymerization stability and mechanical stability, and to improve the dry film of the electrolytic solution. The swelling resistance can be easily improved. Further, when the amount of the ethylenically unsaturated carboxylic acid ester having a functional group used is large, the lateral relaxation time tends to be short, and conversely, when the amount used is small, the lateral relaxation time tends to be long. Therefore, by setting the amount of the ethylenically unsaturated carboxylic acid ester having a functional group to 10% by mass or less, the lateral relaxation time can be easily set within the range of the present invention, and the binding property between the active material and the binder resin, Also, the binding property between the active material-containing layer and the current collector can be easily improved.

上記共重合体を形成するモノマーとして、さらにエチレン性不飽和カルボン酸を用いてもよい。
エチレン性不飽和カルボン酸としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸等の不飽和モノカルボン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等の不飽和ジカルボン酸またはこれら不飽和ジカルボン酸のハーフエステル等が挙げられ、これらの中でも、アクリル酸、イタコン酸が好ましい。これらのエチレン性不飽和カルボン酸は1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
An ethylenically unsaturated carboxylic acid may be further used as a monomer forming the above copolymer.
Examples of the ethylenically unsaturated carboxylic acid include acrylic acid, methacrylic acid, unsaturated monocarboxylic acids such as crotonic acid, maleic acid, fumaric acid, unsaturated dicarboxylic acids such as itaconic acid, and half esters of these unsaturated dicarboxylic acids. Among them, acrylic acid and itaconic acid are preferable. These ethylenically unsaturated carboxylic acids may be used alone or in combination of two or more.

エチレン性不飽和カルボン酸は、少量添加すると、乳化重合安定性や機械的安定性の向上に寄与し得るが、多量に添加すると、横緩和時間が短くなりやすく、活物質とバインダー樹脂との結着性、及び活物質含有層と集電体との結着性が低下する傾向にある。このため、エチレン性不飽和カルボン酸の使用量としては、上記共重合体を形成する全モノマー成分の3質量%以下であることが好ましく、2質量%以下であることがより好ましく、1質量%以下であることがさらに好ましい。   Addition of a small amount of ethylenically unsaturated carboxylic acid may contribute to the improvement of emulsion polymerization stability and mechanical stability, but addition of a large amount of ethylenically unsaturated carboxylic acid tends to shorten the transverse relaxation time, resulting in a binding between the active material and the binder resin. The adhesiveness and the binding property between the active material-containing layer and the current collector tend to decrease. Therefore, the amount of the ethylenically unsaturated carboxylic acid used is preferably 3% by mass or less, more preferably 2% by mass or less, and more preferably 1% by mass, based on all the monomer components forming the copolymer. The following is more preferable.

上記共重合体を形成するモノマーとして、さらに、少なくとも1つの重合可能なエチレン性不飽和基を有する上述した以外のモノマーを用いてもよい。このようなモノマーとしては、(メタ)アクリルアミド、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリロニトリル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のアミド基、ニトリル基等の官能基を有するエチレン性不飽和カルボン酸エステル以外の化合物、パラスチレンスルホン酸ソーダ等が挙げられる。
また、上記共重合体を形成するモノマーとして、分子量を調整するために、メルカプタン、チオグリコール酸及びそのエステル、β−メルカプトプロピオン酸及びそのエステルなどを用いてもよい。
また、上記共重合体を形成するモノマーとして、さらに、後述する反応性の乳化剤を用いても良い。
As the monomer forming the above-mentioned copolymer, a monomer other than those described above having at least one polymerizable ethylenically unsaturated group may be used. Examples of such a monomer include (meth) acrylamide, N-methylol (meth) acrylamide, (meth) acrylonitrile, vinyl acetate, vinyl propionate, and other amide groups, and ethylenically unsaturated carboxylic acids having a functional group such as a nitrile group. Compounds other than ester, sodium p-styrenesulfonate, etc. may be mentioned.
Further, as a monomer forming the above-mentioned copolymer, mercaptan, thioglycolic acid and its ester, β-mercaptopropionic acid and its ester, etc. may be used in order to adjust the molecular weight.
Further, as a monomer forming the above copolymer, a reactive emulsifier described later may be further used.

スチレンとエチレン性不飽和カルボン酸エステルとの共重合体の原料組成物中には、乾燥皮膜の電解液に対する耐膨潤性をより向上させるために、さらに内部架橋剤(内部架橋性モノマー)を含むことが好ましい。
内部架橋剤としては、少なくとも1つのエチレン性不飽和結合を有し、上述したモノマーが有する官能基と反応性を有する反応性基を有するもの、或いは、2つ以上のエチレン性不飽和結合を有するものを用いることができる。
このような内部架橋剤としては、ジビニルベンゼン、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、トリアリルシアヌレート等の不飽和基を2個以上有する架橋性多官能単量体、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−メタクリオキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリオキシプロピルトリエトキシシラン等のシランカップリング剤等が挙げられ、これらの中でも、ジビニルベンゼン、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート及びγ−メタクリオキシプロピルトリメトキシシランが好ましい。これらの内部架橋剤は1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
The raw material composition of the copolymer of styrene and ethylenically unsaturated carboxylic acid ester further contains an internal cross-linking agent (internal cross-linking monomer) in order to further improve the swelling resistance of the dry film to the electrolytic solution. It is preferable.
The internal cross-linking agent has at least one ethylenically unsaturated bond and has a reactive group reactive with the functional group of the above-mentioned monomer, or has two or more ethylenically unsaturated bonds. Any thing can be used.
As such an internal crosslinking agent, a crosslinkable polyfunctional monomer having two or more unsaturated groups such as divinylbenzene, ethylene glycol di (meth) acrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate and triallyl cyanurate. , Silane coupling agents such as vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, γ-methacryloxypropyltriethoxysilane, and the like. Among these, divinylbenzene and trimethylolpropanetri (Meth) acrylate and γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane are preferred. These internal cross-linking agents may be used alone or in combination of two or more.

内部架橋剤の使用量としては、上記共重合体を形成する全モノマー成分の0.1〜5質量%であることが好ましく、0.1〜3質量%であることがより好ましく、0.2〜2質量%であることがさらに好ましい。内部架橋剤の使用量を0.1質量%以上とすることにより、電解液に対する乾燥皮膜の耐膨潤性を良好にしやすくでき、5質量%以下とすることにより、乳化重合安定性の低下を防止できる。   The amount of the internal cross-linking agent used is preferably 0.1 to 5 mass%, more preferably 0.1 to 3 mass%, and more preferably 0.2 to 5 mass% of all the monomer components forming the copolymer. It is more preferable that the content is ˜2% by mass. When the amount of the internal cross-linking agent used is 0.1% by mass or more, the swelling resistance of the dry film with respect to the electrolytic solution can be easily improved. it can.

スチレンとエチレン性不飽和カルボン酸エステルとの共重合体の横緩和時間を条件2の範囲とするには、該共重合体中を形成するモノマーのうち、スチレンと官能基を有さないエチレン性不飽和カルボン酸エステルとの合計量を多くした上で、内部架橋剤を用いることが好ましい。具体的には、スチレンと官能基を有さないエチレン性不飽和カルボン酸エステルとの合計量を90質量%以上とすることが好ましく、93質量%以上とすることがより好ましく、94質量%以上とすることがさらに好ましい。   In order to set the transverse relaxation time of the copolymer of styrene and an ethylenically unsaturated carboxylic acid ester within the range of Condition 2, among the monomers forming the copolymer, styrene and an ethylenic ester having no functional group are used. It is preferable to use an internal crosslinking agent after increasing the total amount with the unsaturated carboxylic acid ester. Specifically, the total amount of styrene and an ethylenically unsaturated carboxylic acid ester having no functional group is preferably 90 mass% or more, more preferably 93 mass% or more, and 94 mass% or more. More preferably,

乳化重合の際に用いられる乳化剤としては、通常のアニオン性乳化剤、ノニオン性乳化剤が用いられる。
アニオン性乳化剤としては、例えば、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、脂肪酸塩等が挙げられる。ノニオン性乳化剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレン多環フィニルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸アステル等が挙げられる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
また、乳化剤として反応性の乳化剤を用いれば、乳化剤のブリードアウトが防止され、本発明の組成物から形成した電極の機械的安定性を向上できる点で好適である。反応性の乳化剤としては、例えば、以下の一般式(1)〜(5)に示すものが挙げられる。
As the emulsifier used in the emulsion polymerization, usual anionic emulsifiers and nonionic emulsifiers are used.
Examples of the anionic emulsifier include alkylbenzene sulfonate, alkyl sulfate ester salt, polyoxyethylene alkyl ether sulfate ester salt, fatty acid salt and the like. Examples of the nonionic emulsifier include polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene alkylphenyl ether, polyoxyethylene polycyclic finyl ether, polyoxyalkylene alkyl ether, sorbitan fatty acid ester, and polyoxyethylene sorbitan fatty acid astel. These may be used alone or in combination of two or more.
Further, when a reactive emulsifier is used as the emulsifier, bleed-out of the emulsifier is prevented, and the mechanical stability of the electrode formed from the composition of the present invention can be improved, which is preferable. Examples of the reactive emulsifier include those represented by the following general formulas (1) to (5).


式中、Rはアルキル基、mは10〜40の整数を示す。

In the formula, R represents an alkyl group and m represents an integer of 10-40.


式中、nは10〜12の整数、mは10〜40の整数を示す。

In the formula, n represents an integer of 10 to 12 and m represents an integer of 10 to 40.


式中、Rはアルキル基、MはNH又はNaを示す。

In the formula, R represents an alkyl group and M represents NH 4 or Na.


式中、Rはアルキル基を示す。

In the formula, R represents an alkyl group.


式中、AOは炭素数2又は3のアルキレンオキシド、mは10〜40の整数を示す。

In the formula, AO represents an alkylene oxide having 2 or 3 carbon atoms, and m represents an integer of 10 to 40.

乳化剤の好適な使用量は、非反応性の乳化剤の場合、上記共重合体を形成する全モノマー成分100質量部に対して、0.1〜3質量部であることが好ましく、0.1〜2質量部であることがより好ましく、0.2〜1質量部であることがさらに好ましい。反応性の乳化剤の場合、上記共重合体を形成する全モノマー成分の0.3〜5質量%であることが好ましく、0.5〜4質量%であることがより好ましく、0.5〜2質量部であることがさらに好ましい。また、非反応性の乳化剤、反応性の乳化剤はそれぞれ単独で用いてもよいが、混合して用いることが好ましい。   In the case of a non-reactive emulsifier, a suitable amount of the emulsifier is preferably 0.1 to 3 parts by mass, based on 100 parts by mass of all the monomer components forming the copolymer, and 0.1 to 3 parts by mass. The amount is more preferably 2 parts by mass, further preferably 0.2 to 1 part by mass. In the case of a reactive emulsifier, it is preferably 0.3 to 5% by mass, more preferably 0.5 to 4% by mass, and 0.5 to 2% by mass based on all the monomer components forming the copolymer. More preferably, it is parts by mass. The non-reactive emulsifier and the reactive emulsifier may be used alone, but are preferably used as a mixture.

乳化重合の際に用いられるラジカル重合開始剤としては公知慣用のものを用いることができ、例えば、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過酸化水素、t−ブチルハイドロパーオキサイド等が挙げられる。また、必要に応じて、これらの重合開始剤を重亜硫酸ナトリウム、ロンガリット(ヒドロキシメタンスルフィン酸ナトリウム)、アスコルビン酸等の還元剤と併用してレドックス重合としてもよい。   As the radical polymerization initiator used in the emulsion polymerization, known and conventional ones can be used, and examples thereof include ammonium persulfate, potassium persulfate, hydrogen peroxide, t-butyl hydroperoxide and the like. Further, if necessary, these polymerization initiators may be used in combination with a reducing agent such as sodium bisulfite, Rongalit (sodium hydroxymethanesulfinate), and ascorbic acid to carry out redox polymerization.

乳化重合法としては、一括して仕込む重合方法、各成分を連続供給しながら重合する方法等が適用される。重合は通常30〜90℃の温度で攪拌下に行われる。なお、上記共重合体の重合中または重合終了後に塩基性物質を加えてpHを調整することにより、乳化重合時の重合安定性、機械的安定性、化学的安定性を向上させることができる。この場合に使用される塩基性物質としては、アンモニア、トリエチルアミン、エタノールアミン、苛性ソーダ等を使用する事ができる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。   As the emulsion polymerization method, a polymerization method of charging all at once, a method of continuously supplying each component, or the like is applied. The polymerization is usually carried out at a temperature of 30 to 90 ° C with stirring. The polymerization stability, mechanical stability and chemical stability during emulsion polymerization can be improved by adding a basic substance to adjust the pH during or after the polymerization of the copolymer. As the basic substance used in this case, ammonia, triethylamine, ethanolamine, caustic soda, or the like can be used. These may be used alone or in combination of two or more.

本発明の組成物は、水、又は、水と親水性の高い溶媒との混合物に、活物質及びバインダー樹脂を分散または溶解させて用いることが好ましい。本発明の組成物の調製は、例えば、バインダー樹脂を溶媒に分散、溶解または混練させた後に、活物質及び必要に応じて用いる添加剤を加えて、さらに、分散、溶解または混練する方法が挙げられる。
本発明の組成物中における活物質及びバインダー樹脂の含有割合は、固形分基準で、活物質が95.0〜99.5質量%、バインダー樹脂が0.5〜5.0質量%であることが好ましく、活物質が98.0〜99.5質量%、バインダー樹脂が0.5〜2.0質量%であることがより好ましく、活物質が99.0〜99.5質量%、バインダー樹脂が0.5〜1.0質量%であることがさらに好ましい。
The composition of the present invention is preferably used by dispersing or dissolving the active material and the binder resin in water or a mixture of water and a highly hydrophilic solvent. The composition of the present invention may be prepared, for example, by dispersing, dissolving or kneading a binder resin in a solvent, then adding an active material and additives used as necessary, and further dispersing, dissolving or kneading. To be
The content ratio of the active material and the binder resin in the composition of the present invention is 95.0 to 99.5 mass% of the active material and 0.5 to 5.0 mass% of the binder resin, based on the solid content. Is preferable, the active material is more preferably 98.0 to 99.5 mass%, the binder resin is more preferably 0.5 to 2.0 mass%, the active material is 99.0 to 99.5 mass%, the binder resin Is more preferably 0.5 to 1.0% by mass.

[リチウムイオン二次電池電極]
本発明のリチウムイオン二次電池電極(以下、「本発明の電極」と称する場合がある。)は、集電体上に、上述した本発明のリチウムイオン二次電池電極形成用組成物から形成されてなる活物質含有層を有するものである。
本発明の電極は、リチウムイオン二次電池の正極としても、負極としても用いることができるが、負極として用いた場合に、特に効果を発揮できる。
[Lithium-ion secondary battery electrode]
The lithium-ion secondary battery electrode of the present invention (hereinafter, may be referred to as “the electrode of the present invention”) is formed on the current collector from the above-mentioned composition for forming a lithium-ion secondary battery electrode of the present invention. It has an active material-containing layer obtained by
The electrode of the present invention can be used as both a positive electrode and a negative electrode of a lithium ion secondary battery, but when it is used as a negative electrode, it can exert a particular effect.

集電体としては、鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、ステンレスなどの金属性のものであれば、特に限定されない。これらの中でも、正極用の集電体としてはアルミニウムが好ましく、負極用の集電体としては銅が好ましい。
集電体の形状についても、特に限定されないが、通常、厚さ0.001〜0.5mmのシート状のものを用いることが好ましい。
The collector is not particularly limited as long as it is a metallic collector such as iron, copper, aluminum, nickel, and stainless. Among these, aluminum is preferable as the current collector for the positive electrode, and copper is preferable as the current collector for the negative electrode.
The shape of the current collector is also not particularly limited, but it is usually preferable to use a sheet having a thickness of 0.001 to 0.5 mm.

本発明の電極は、例えば、集電体上に、上述した本発明のリチウムイオン二次電池電極形成用組成物を塗布し、乾燥することにより得ることができる。
塗布方法は、一般的な方法を用いることができ、例えば、リバースロール法、ダイレクトロール法、ドクターブレード法、ナイフ法、エクストルージョン法、カーテン法、グラビア法、バー法、ディップ法およびスクイーズ法をあげることができる。これらの中でも、本発明の組成物の粘性等の諸物性及び乾燥性に合わせて塗布方法を選定することにより、活物質含有層の表面状態を良好にし得るという観点から、ドクターブレード法、ナイフ法、又はエクストルージョン法が好ましい。
また、本発明の電極は、活物質含有層の形成後、必要に応じてプレスすることができる。プレスの方法としては、一般的な方法を用いることができるが、特に金型プレス法やカレンダープレス法が好ましい。プレス圧は、特に限定されないが、0.2〜3t/cmが好ましい。
The electrode of the present invention can be obtained, for example, by applying the above-mentioned composition for forming an electrode of the lithium ion secondary battery of the present invention onto a current collector and drying it.
As a coating method, a general method can be used, for example, a reverse roll method, a direct roll method, a doctor blade method, a knife method, an extrusion method, a curtain method, a gravure method, a bar method, a dip method and a squeeze method. I can give you. Among these, by selecting a coating method in accordance with various physical properties such as viscosity of the composition of the present invention and drying property, from the viewpoint that the surface state of the active material-containing layer can be improved, the doctor blade method, the knife method Or, the extrusion method is preferable.
Further, the electrode of the present invention can be pressed as necessary after the formation of the active material-containing layer. As a pressing method, a general method can be used, but a die pressing method and a calendar pressing method are particularly preferable. The pressing pressure is not particularly limited, but 0.2 to 3 t / cm 2 is preferable.

本発明の電極は、活物質とバインダー樹脂との結着性が良好であり、活物質含有層の凝集破壊を防止することができる。また、本発明の電極は、活物質含有層と集電体との結着性を良好にすることができる。該効果は、特に、集電体として銅を用いた場合に、極めて良好にすることができる。   The electrode of the present invention has a good binding property between the active material and the binder resin and can prevent cohesive failure of the active material-containing layer. Further, the electrode of the present invention can improve the binding property between the active material-containing layer and the current collector. The effect can be made extremely excellent particularly when copper is used as the current collector.

[リチウムイオン二次電池]
本発明のリチウムイオン二次電池(以下、「本発明の電池」と称する場合がある。)は、上述した本発明のリチウムイオン二次電池電極を用いてなるものである。
[Lithium-ion secondary battery]
The lithium-ion secondary battery of the present invention (hereinafter sometimes referred to as the “battery of the present invention”) comprises the above-described lithium-ion secondary battery electrode of the present invention.

本発明の電池は、正極及び/又は負極と、電解液と、必要に応じてセパレータ等の部品を用い、公知の方法にしたがって製造できる。電極としては、正極及び負極ともに上述した本発明の電極を用いてもよく、正極又は負極の一方に上述した本発明の電極を用いてもよいが、負極に上述した本発明の電極を用いた場合に特に効果を発揮できる。
電池の外装体としては、金属外装体やアルミラミネート外装体を使用できる。電池の形状は、コイン型、ボタン型、シート型、円筒型、角型、扁平型等いずれの形状であってもよい。電池の電解液中の電解質としては、公知のリチウム塩がいずれも使用でき、活物質の種類に応じて選択すればよい。例えば、LiClO、LiBF、LiPF、LiCFSO、LiCFCO、LiAsF、LiSbF、LiB10Cl10、LiAlCl、LiCl、LiBr、LiB(C、CFSOLi、CHSOLi、LiCFSO、LiCSO、Li(CFSON、低級脂肪酸カルボン酸リチウム等が挙げられる。
The battery of the present invention can be manufactured according to a known method using a positive electrode and / or a negative electrode, an electrolytic solution, and if necessary, components such as a separator. As the electrode, both the positive electrode and the negative electrode may use the above-described electrode of the present invention, and the positive electrode or the negative electrode may use the above-described electrode of the present invention, but the negative electrode uses the above-described electrode of the present invention. It can be particularly effective in this case.
As a battery outer package, a metal outer package or an aluminum laminate outer package can be used. The battery may have any shape such as a coin shape, a button shape, a sheet shape, a cylinder shape, a square shape, and a flat shape. Any known lithium salt can be used as the electrolyte in the electrolytic solution of the battery, and may be selected according to the type of the active material. For example, LiClO 4, LiBF 6, LiPF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiB 10 Cl 10, LiAlCl 4, LiCl, LiBr, LiB (C 2 H 5) 4, CF 3 SO 3 Li, CH 3 SO 3 Li, LiCF 3 SO 3, LiC 4 F 9 SO 3, Li (CF 3 SO 2) 2 N, lithium and the like lower fatty acid.

電解質を溶解する溶媒としては、電解質を溶解させる液体として通常用いられるものであれば特に限定されるものではなく、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、ビニレンカーボネート(VC)などのカーボネート類;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンなどのラクトン類;トリメトキシメタン、1,2−ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、2−エトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフランなどのエーテル類;ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド類;1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソランなどのオキソラン類;アセトニトリル、ニトロメタン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミドなどの含窒素類;ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなどの有機酸エステル類;リン酸トリエステルやジグライム類;トリグライム類;スルホラン、メチルスルホランなどのスルホラン類;3−メチル−2−オキサゾリジノンなどのオキサゾリジノン類;1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、ナフタスルトンなどのスルトン類;等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。   The solvent for dissolving the electrolyte is not particularly limited as long as it is usually used as a liquid for dissolving the electrolyte, and ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate ( DMC), diethyl carbonate (DEC), methyl ethyl carbonate (MEC), vinylene carbonate (VC) and other carbonates; γ-butyrolactone, γ-valerolactone and other lactones; trimethoxymethane, 1,2-dimethoxyethane, Ethers such as diethyl ether, 2-ethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran; Sulfoxides such as dimethyl sulfoxide; Oxo such as 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane Orchids; nitrogen-containing compounds such as acetonitrile, nitromethane, formamide, dimethylformamide; organic acid esters such as methyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate; phosphoric acid triesters and diglymes Triglymes; sulfolanes such as sulfolane and methylsulfolane; oxazolidinones such as 3-methyl-2-oxazolidinone; sultones such as 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone and naphtha sultone; and the like. These may be used alone or in combination of two or more.

[リチウムイオン二次電池電極形成用組成物の製造方法]
本発明のリチウムイオン二次電池電極形成用組成物の製造方法は、活物質と、バインダー樹脂とを混合する工程を含むリチウムイオン二次電池電極形成用組成物の製造方法であって、
活物質が、下記条件1により測定される分散液の水プロトンの横緩和時間が10ミリ秒以上である場合に、バインダー樹脂として、下記条件2により測定される水系エマルジョンの水プロトンの横緩和時間が200ミリ秒以上であるものを用いるものである。
条件1:活物質と、重量平均分子量300万で置換度0.9のカルボキシメチルセルロースと、水とを、52.8:0.5:46.6の質量割合で混合してなる活物質分散液をパルスNMR法によって測定した水プロトンの横緩和時間。
条件2:バインダー樹脂を40質量%含むアニオン性水系エマルジョンをパルスNMR法によって測定した水プロトンの横緩和時間。
[Method for producing composition for forming lithium-ion secondary battery electrode]
The method for producing a lithium ion secondary battery electrode-forming composition of the present invention is a method for producing a lithium ion secondary battery electrode-forming composition including a step of mixing an active material and a binder resin,
When the active material has a transverse relaxation time of the water protons of the dispersion liquid of 10 milliseconds or more as measured by the following condition 1, it acts as a binder resin, and the transverse relaxation time of water protons of the aqueous emulsion as measured by the following condition 2 is used. Is 200 milliseconds or more.
Condition 1: An active material dispersion liquid obtained by mixing active material, carboxymethylcellulose having a weight average molecular weight of 3,000,000 and a substitution degree of 0.9, and water in a mass ratio of 52.8: 0.5: 46.6. Relaxation time of water protons measured by pulsed NMR method.
Condition 2: Transverse relaxation time of water protons measured by pulse NMR method for anionic aqueous emulsion containing 40% by mass of binder resin.

従来は、活物質の表面の性質を分析することが困難であったことから、活物質含有層を実際に形成しなければ、活物質とバインダー樹脂との結着性を判断できなかった。一方、本発明のリチウムイオン二次電池電極形成用組成物の製造方法によれば、水プロトンの横緩和時間の概念を用いることにより、実際に活物質含有層を形成することなく、結着性に優れる活物質とバインダー樹脂を選択することができ、リチウムイオン二次電池電極形成用組成物の製造効率を高めることができる。   In the past, since it was difficult to analyze the surface properties of the active material, the binding property between the active material and the binder resin could not be judged unless the active material-containing layer was actually formed. On the other hand, according to the method for producing the composition for forming a lithium ion secondary battery electrode of the present invention, by using the concept of the lateral relaxation time of water protons, the binding property can be achieved without actually forming the active material-containing layer. It is possible to select an excellent active material and a binder resin, and it is possible to enhance the production efficiency of the composition for forming a lithium ion secondary battery electrode.

以下、実施例及び比較例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。なお、実施例及び比較例中の「部」および「%」は、特に断りのない場合はそれぞれ質量部、質量%を示す。
また、実施例及び比較例で使用した材料、並びに、実施例及び比較例で得られたリチウムイオン二次電池電極形成用組成物、リチウムイオン二次電池用電極及びリチウムイオン二次電池について、以下の測定及び評価を行った。結果を表1又は2に示す。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto. In the examples and comparative examples, “parts” and “%” represent parts by mass and% by mass, respectively, unless otherwise specified.
In addition, the materials used in Examples and Comparative Examples, and the lithium-ion secondary battery electrode-forming composition, the lithium-ion secondary battery electrode and the lithium-ion secondary battery obtained in Examples and Comparative Examples are as follows. Was measured and evaluated. The results are shown in Table 1 or 2.

(横緩和時間の測定)
パルス核磁気共鳴装置(XIGO社製、Acronarea)を用い、測定核を水素原子核とし、測定温度25℃、周波数13MHz、90°パルス幅2μsの測定条件で、CPMG法(Carr−Purcell Meiboom−Gill法)により、バインダー樹脂のアニオン性水系エマルジョンA〜Fの水プロトンの横緩和時間、及び活物質分散液i〜iiiの水プロトンの横緩和時間を測定した。
なお、活物質分散液i〜iiiは、下記の活物質i〜iiiと、重量平均分子量300万で置換度0.9のカルボキシメチルセルロースと、水とを、52.8:0.5:46.6の質量割合で混合してなるものを用いた。
活物質i;天然黒鉛(球状、平均粒子径17μm、平均比表面積5.9m/g)
活物質ii;人造黒鉛(球状、平均粒子径18μm、平均比表面積1.3m/g)
活物質iii;人造黒鉛(鱗片状、平均粒子径22μm、平均比表面積1.3m/g)
(Measurement of lateral relaxation time)
A pulse nuclear magnetic resonance apparatus (XIGO, Acronare) is used, the measurement nucleus is a hydrogen nucleus, the measurement temperature is 25 ° C., the frequency is 13 MHz, and the pulse width is 2 μs. The CPMG method (Carr-Purcell Meiboom-Gill method) ), The transverse relaxation time of water protons of the anionic aqueous emulsions A to F of the binder resin and the transverse relaxation time of water protons of the active material dispersions i to iii were measured.
The active material dispersions i to iii were the following active materials i to iii, carboxymethyl cellulose having a weight average molecular weight of 3,000,000 and a substitution degree of 0.9, and water, 52.8: 0.5: 46. A mixture obtained by mixing at a mass ratio of 6 was used.
Active material i; natural graphite (spherical, average particle size 17 μm, average specific surface area 5.9 m 2 / g)
Active material ii; artificial graphite (spherical, average particle diameter 18 μm, average specific surface area 1.3 m 2 / g)
Active material iii; artificial graphite (scaly, average particle size 22 μm, average specific surface area 1.3 m 2 / g)

(結着性)
集電体である銅箔上に、リチウムイオン二次電池電極(負極)形成用組成物をWet厚みが150μmとなるように塗布し、60℃で30分加熱乾燥した。続いて120℃で1h真空乾燥し、23℃、50%RH下で24時間放置したものを試験片とした。試験片塗装面とSUS板とを両面テープを用いて貼り合わせ、180°剥離を実施し(剥離幅25mm、剥離速度100mm/min)、剥離強度を測定した。剥離強度が小さいものは、活物質含有層が凝集破壊しやすく、活物質とバインダー樹脂との結着性が低いことを意味している。
(Cohesion)
A composition for forming a lithium ion secondary battery electrode (negative electrode) was applied on a copper foil serving as a current collector so that the wet thickness would be 150 μm, and heated and dried at 60 ° C. for 30 minutes. Then, it was vacuum-dried at 120 ° C. for 1 h and left at 23 ° C. and 50% RH for 24 hours to obtain a test piece. The coated surface of the test piece and the SUS plate were bonded together using a double-sided tape, and 180 ° peeling was performed (peeling width 25 mm, peeling speed 100 mm / min), and the peel strength was measured. A material having a small peel strength means that the active material-containing layer is likely to undergo cohesive failure and the binding property between the active material and the binder resin is low.

(充放電高温サイクル特性)
電池のサイクル試験は、CC−CV充電(上限電圧4.2V、電流1C、CV時間1.5時間、CC放電(下限電圧3.0V、電流1C)とし、いずれも45℃で実施した。容量維持率は、1サイクル目の放電容量に対する200サイクル目の放電容量の割合とした。
(Charge / discharge high temperature cycle characteristics)
The battery cycle test was performed at 45 ° C. with CC-CV charging (upper limit voltage 4.2V, current 1C, CV time 1.5 hours, CC discharge (lower limit voltage 3.0V, current 1C)). The maintenance ratio was the ratio of the discharge capacity at the 200th cycle to the discharge capacity at the first cycle.

(バインダー樹脂のアニオン性水系エマルジョンAの合成)
冷却管、温度計、攪拌機、滴下ロートを有するセパラブルフラスコに、イオン交換水40部及び上記一般式(4)に示す反応性のアニオン性乳化剤(三洋化成工業株式会社製、商品名エレミノールJS−20、有効成分40%)0.2部を仕込み、75℃に昇温した。
次いで、上記一般式(4)に示す反応性のアニオン性乳化剤(三洋化成工業株式会社製、商品名エレミノールJS−20、有効成分40%)を2.3部、非反応性のアニオン性乳化剤(第一工業製薬株式会社製、商品名ハイテノール08E、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩)0.4部、スチレン50.4部、アクリル酸2−エチルヘキシル44.1部、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル2.0部、アクリル酸1.6部、パラスチレンスルホン酸ソーダ0.4部、トリメチロールプロパンメタクリレート0.5部及びイオン交換水85部を予め混合してなるモノマー乳化物を3時間かけて滴下した。同時に重合開始剤として過硫酸カリウム0.43部をイオン交換水20部に溶解したものを3時間かけて80℃で滴下重合した。滴下終了後、2時間熟成後冷却し、アンモニア水1.8部を添加して、アニオン性の水系エマルジョンAを得た。得られたアニオン性水系エマルジョンA中のバインダー樹脂の割合は40%、粘度60mPa・s、エマルジョン中の樹脂粒子の平均粒子径は130nm、pH7.0であった。
なお、粘度は、ブルックフィールド型回転粘度計を用いて、液温23℃、回転数60rpm、No.2またはNo.3ローターにて測定した。
(Synthesis of Binder Resin Anionic Aqueous Emulsion A)
In a separable flask having a cooling tube, a thermometer, a stirrer, and a dropping funnel, 40 parts of ion-exchanged water and a reactive anionic emulsifier represented by the above general formula (4) (manufactured by Sanyo Chemical Industry Co., Ltd., trade name Eleminol JS- 20 parts, active ingredient 40%) 0.2 parts were charged and the temperature was raised to 75 ° C.
Next, 2.3 parts of a reactive anionic emulsifier (manufactured by Sanyo Kasei Co., Ltd., trade name Eleminol JS-20, active ingredient 40%) represented by the general formula (4), a non-reactive anionic emulsifier ( Manufactured by Dai-ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd., trade name Hitenol 08E, polyoxyethylene alkyl ether sulfate ester salt) 0.4 parts, styrene 50.4 parts, 2-ethylhexyl acrylate 44.1 parts, 2-hydroxyethyl methacrylate. A monomer emulsion prepared by previously mixing 2.0 parts, 1.6 parts of acrylic acid, 0.4 part of sodium p-styrenesulfonate, 0.5 part of trimethylolpropane methacrylate and 85 parts of ion-exchanged water is used for 3 hours. Dropped. At the same time, 0.43 parts of potassium persulfate dissolved in 20 parts of ion-exchanged water as a polymerization initiator was added dropwise at 80 ° C. for 3 hours for polymerization. After completion of dropping, the mixture was aged for 2 hours, cooled, and 1.8 parts of aqueous ammonia was added to obtain an anionic aqueous emulsion A. The ratio of the binder resin in the obtained anionic aqueous emulsion A was 40%, the viscosity was 60 mPa · s, the average particle size of the resin particles in the emulsion was 130 nm, and the pH was 7.0.
The viscosity was measured using a Brookfield rotary viscometer at a liquid temperature of 23 ° C., a rotation speed of 60 rpm, and a No. 2 or No. It measured with 3 rotors.

(バインダー樹脂のアニオン性水系エマルジョンB〜Fの合成)
モノマーの組成を表1の配合に変更した以外は、上記と同様にしてアニオン性水系エマルジョンB〜Fを得た。
(Synthesis of Binder Resin Anionic Aqueous Emulsions B to F)
Anionic aqueous emulsions B to F were obtained in the same manner as above, except that the composition of the monomer was changed to the composition shown in Table 1.

(バインダー樹脂のアニオン性水系エマルジョンG)
バインダー樹脂のアニオン性水系エマルジョンGとして、スチレン−ブタジエンゴム(ガラス転移温度−7℃(DSCにての実測値))のアニオン性水系エマルジョン(バインダー樹脂の割合40%、粘度11mPa・s、エマルジョン中の樹脂粒子の平均粒子径190nm、pH7.0)を調整した。
(Anionic aqueous emulsion G of binder resin)
As the anionic water-based emulsion G of the binder resin, an anionic water-based emulsion of styrene-butadiene rubber (glass transition temperature −7 ° C. (measured value by DSC)) (binder resin ratio 40%, viscosity 11 mPa · s, in emulsion) The average particle diameter of the resin particles of (190 nm, pH 7.0) was adjusted.

(実施例1)
1.正極形成用組成物及び正極の作製
LiNi1/3Mn1/3Co1/3を90部、導電補助剤としてアセチレンブラックを5部、バインダー樹脂としてポリフッ化ビニリデン5部を混合したものに、N−メチルピロリドンを100部加えてさらに混合して正極形成用組成物を作製した。
次いで、ドクターブレード法により、集電体となる厚さ20μmのアルミニウム箔の片面にロールプレス処理後の厚さが60μmになるように該組成物を塗布し、120℃で5分乾燥、プレス工程を経て正極活物質含有層を形成した。
(Example 1)
1. Preparation of Positive Electrode Forming Composition and Positive Electrode A mixture of 90 parts of LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 , 5 parts of acetylene black as a conduction aid, and 5 parts of polyvinylidene fluoride as a binder resin was mixed. , N-methylpyrrolidone were added and further mixed to prepare a positive electrode-forming composition.
Then, by a doctor blade method, the composition was applied on one surface of an aluminum foil having a thickness of 20 μm to be a current collector so that the thickness after the roll press treatment was 60 μm, followed by drying at 120 ° C. for 5 minutes and a pressing step. After that, a positive electrode active material-containing layer was formed.

2.負極形成用組成物及び負極の作製
上記活物質iiを100部、上記エマルジョンAを3.75部、及びCMC(重量平均分子量300万、置換度0.9)の2%水溶液を50部混合し、さらに水を28部添加して、実施例1のリチウムイオン二次電池電極(負極)形成用組成物を得た。
次いで、該組成物を集電体となる厚さ10μmの銅箔の片面にロールプレス処理後の厚さが60μmとなるように塗布し、80℃で5分乾燥し、プレス工程を経て負極活物質含有層を形成した。
2. Preparation of Negative Electrode Forming Composition and Negative Electrode 100 parts of the active material ii, 3.75 parts of the emulsion A, and 50 parts of 2% CMC (weight average molecular weight 3,000,000, substitution degree 0.9) aqueous solution were mixed. Then, 28 parts of water was further added to obtain a composition for forming a lithium ion secondary battery electrode (negative electrode) of Example 1.
Then, the composition was applied onto one surface of a copper foil having a thickness of 10 μm to be a current collector so that the thickness after the roll press treatment would be 60 μm, dried at 80 ° C. for 5 minutes, and subjected to a pressing step to produce a negative electrode active material. A substance-containing layer was formed.

3.電池の作製
得られた正極活物質含有層および負極活物質含有層に導電タブをつけ、正極と負極との間にポリオレフィン系の多孔性フィルムからなるセパレータを介在させて、正極と負極との活物質が互いに対向するようにアルミラミネート外装体(電池パック)の中に収納した。この外装体中にLiPFの1.0mol/L(リットル)エチレンカーボネート(EC)/ジエチルカーボネート(EMC)=40/60(体積比)電解液を注液し真空含浸を行い、注液部分を熱融着し、実施例1のリチウムイオン二次電池を得た。
3. Preparation of Battery A positive electrode active material-containing layer and a negative electrode active material-containing layer were provided with conductive tabs, and a separator made of a polyolefin-based porous film was interposed between the positive electrode and the negative electrode to activate the positive electrode and the negative electrode. The materials were housed in an aluminum laminate outer casing (battery pack) so that they face each other. An electrolyte of 1.0 mol / L (liter) ethylene carbonate (EC) / diethyl carbonate (EMC) = 40/60 (volume ratio) of LiPF 6 was injected into this outer package, and vacuum impregnation was performed. The lithium ion secondary battery of Example 1 was obtained by heat fusion.

(実施例2〜10)(比較例1〜9)
負極の作製に用いる活物質及びエマルジョンを表2のエマルジョンに変更した以外は、実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池電極形成用組成物、リチウムイオン二次電池電極及びリチウムイオン二次電池を得た。
(Examples 2 to 10) (Comparative examples 1 to 9)
A composition for forming a lithium ion secondary battery electrode, a lithium ion secondary battery electrode, and a lithium ion secondary battery were prepared in the same manner as in Example 1 except that the active material and emulsion used for preparing the negative electrode were changed to the emulsions shown in Table 2. I got a battery.

表1から明らかなように、実施例1〜10のリチウムイオン二次電池電極形成用組成物、リチウムイオン二次電池電極及びリチウムイオン二次電池は、剥離強度が高く、活物質とバインダー樹脂との結着性が良好であることが確認できる。さらに、実施例1〜4及び実施例6〜9のものは、バインダー樹脂がスチレンとエチレン性不飽和カルボン酸エステルとの共重合体であることから、充放電高温リサイクル特性に優れるものであった。
一方、比較例1〜9のものは、活物質の横緩和時間又はバインダー樹脂の横緩和時間の何れかが本願発明の条件を満たさないことから、活物質とバインダー樹脂との結着性を良好にできず、塗膜が凝集破壊してしまい、剥離強度に劣るものであった。
As is clear from Table 1, the compositions for forming the lithium ion secondary battery electrode, the lithium ion secondary battery electrode and the lithium ion secondary battery of Examples 1 to 10 have high peel strength and the active material and the binder resin. It can be confirmed that the binding property of is good. Furthermore, in Examples 1 to 4 and Examples 6 to 9, since the binder resin was a copolymer of styrene and an ethylenically unsaturated carboxylic acid ester, the charge and discharge high temperature recycling characteristics were excellent. .
On the other hand, in Comparative Examples 1 to 9, since either the lateral relaxation time of the active material or the lateral relaxation time of the binder resin does not satisfy the conditions of the present invention, the binding property between the active material and the binder resin is good. However, the coating film was cohesively destroyed, resulting in poor peel strength.

Claims (4)

人造黒鉛である活物質と、バインダー樹脂とを含有してなり、前記活物質は、下記条件1により測定される分散液の水プロトンの横緩和時間が10ミリ秒以上50ミリ秒以下であり、
前記バインダー樹脂は、酸価が20mgKOH/g以下で、スチレンとエチレン性不飽和カルボン酸エステルとの共重合体であり、前記共重合体を形成するモノマー成分が、スチレン30〜60質量%、官能基を有さないエチレン性不飽和カルボン酸エステル30〜65質量%、官能基を有するエチレン性不飽和カルボン酸エステル0.5〜5質量%、エチレン性不飽和カルボン酸0〜2質量%、および内部架橋剤0.1〜3質量を少なくとも含有し、前記モノマー成分のうち、前記スチレンおよび前記官能基を有さないエチレン性不飽和カルボン酸エステルの合計量が90質量%以上であり、かつ、下記条件2により測定される水系エマルジョンの水プロトンの横緩和時間が200ミリ秒以上750ミリ秒以下である、リチウムイオン二次電池電極形成用組成物。
条件1:活物質と、重量平均分子量300万で置換度0.9のカルボキシメチルセルロースと、水とを、52.8:0.5:46.6の質量割合で混合してなる活物質分散液をパルスNMR法によって測定した水プロトンの横緩和時間。
条件2:バインダー樹脂を40質量%含むアニオン性水系エマルジョンをパルスNMR法によって測定した水プロトンの横緩和時間。
An artificial graphite active material and a binder resin are contained, and the active material has a transverse relaxation time of water protons of the dispersion liquid of 10 milliseconds or more and 50 milliseconds or less as measured by the following condition 1.
The binder resin has an acid value of 20 mgKOH / g or less, is a copolymer of styrene and an ethylenically unsaturated carboxylic acid ester, and the monomer component forming the copolymer is 30 to 60% by mass of styrene. no group ethylenically unsaturated carboxylic acid ester 30 to 65% by weight, ethylenically having a functional group unsaturated carboxylic acid ester 0.5 to 5% by weight, ethylenically unsaturated carboxylic acid 0-2% by weight, and At least 0.1 % by mass of an internal crosslinking agent is contained, and among the monomer components, the total amount of the styrene and the ethylenically unsaturated carboxylic acid ester having no functional group is 90% by mass or more, and A lithium ion ion whose transverse relaxation time of water protons of the aqueous emulsion measured under the following condition 2 is 200 milliseconds or more and 750 milliseconds or less. Composition for forming secondary battery electrode.
Condition 1: An active material dispersion liquid obtained by mixing active material, carboxymethylcellulose having a weight average molecular weight of 3,000,000 and a substitution degree of 0.9, and water in a mass ratio of 52.8: 0.5: 46.6. Relaxation time of water protons measured by pulsed NMR method.
Condition 2: Transverse relaxation time of water protons measured by pulse NMR method for anionic aqueous emulsion containing 40% by mass of binder resin.
集電体上に、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池電極形成用組成物から形成されてなる活物質含有層を有するリチウムイオン二次電池電極。   A lithium ion secondary battery electrode having an active material-containing layer formed of the composition for forming a lithium ion secondary battery electrode according to claim 1 on a current collector. 請求項2に記載のリチウムイオン二次電池電極を用いてなるリチウムイオン二次電池。   A lithium ion secondary battery comprising the lithium ion secondary battery electrode according to claim 2. 人造黒鉛である活物質と、バインダー樹脂とを混合する工程を含むリチウムイオン二次電池電極形成用組成物の製造方法であって、
前記活物質が、下記条件1により測定される分散液の水プロトンの横緩和時間が10ミリ秒以上50ミリ秒以下である場合に、前記バインダー樹脂として、酸価が20mgKOH/g以下で、スチレンとエチレン性不飽和カルボン酸エステルとの共重合体であり、前記共重合体を形成するモノマー成分が、スチレン30〜60質量%、官能基を有さないエチレン性不飽和カルボン酸エステル30〜65質量%、官能基を有するエチレン性不飽和カルボン酸エステル0.5〜5質量%、エチレン性不飽和カルボン酸0〜2質量%、および内部架橋剤0.1〜3質量を少なくとも含有し、前記モノマー成分のうち、前記スチレンおよび前記官能基を有さないエチレン性不飽和カルボン酸エステルの合計量が90質量%以上であり、かつ下記条件2により測定される水系エマルジョンの水プロトンの横緩和時間が200ミリ秒以上750ミリ秒以下であるものを用いる、リチウムイオン二次電池電極形成用組成物の製造方法。
条件1:活物質と、重量平均分子量300万で置換度0.9のカルボキシメチルセルロースと、水とを、52.8:0.5:46.6の質量割合で混合してなる活物質分散液をパルスNMR法によって測定した水プロトンの横緩和時間。
条件2:バインダー樹脂を40質量%含むアニオン性水系エマルジョンをパルスNMR法によって測定した水プロトンの横緩和時間。
A method for producing a composition for forming a lithium ion secondary battery electrode, which comprises a step of mixing an active material that is artificial graphite and a binder resin,
When the active material has a transverse relaxation time of water protons of the dispersion liquid of 10 milliseconds or more and 50 milliseconds or less as measured by the following condition 1, the binder resin has an acid value of 20 mgKOH / g or less and styrene. And an ethylenically unsaturated carboxylic acid ester, wherein the monomer component forming the copolymer is 30 to 60% by mass of styrene, and the ethylenically unsaturated carboxylic acid ester having no functional group is 30 to 65. %, At least 0.5 to 5% by mass of an ethylenically unsaturated carboxylic acid ester having a functional group, 0 to 2 % by mass of an ethylenically unsaturated carboxylic acid , and 0.1 to 3 % by mass of an internal crosslinking agent, Of the monomer components, the total amount of the styrene and the ethylenically unsaturated carboxylic acid ester having no functional group is 90% by mass or more, and the following conditions: A method for producing a lithium ion secondary battery electrode-forming composition, wherein the transverse relaxation time of water protons of the water-based emulsion measured by 2 is 200 milliseconds or more and 750 milliseconds or less .
Condition 1: An active material dispersion liquid obtained by mixing active material, carboxymethylcellulose having a weight average molecular weight of 3,000,000 and a substitution degree of 0.9, and water in a mass ratio of 52.8: 0.5: 46.6. Relaxation time of water protons measured by pulsed NMR method.
Condition 2: Transverse relaxation time of water protons measured by pulse NMR method for anionic aqueous emulsion containing 40% by mass of binder resin.
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