JP7560656B2 - Composition for negative electrode, negative electrode sheet and non-aqueous secondary battery, and method for producing the negative electrode sheet and non-aqueous secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、負極用組成物、負極シート、非水二次電池、負極シートの製造方法、及び非水二次電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a negative electrode composition, a negative electrode sheet, a non-aqueous secondary battery, a method for manufacturing a negative electrode sheet, and a method for manufacturing a non-aqueous secondary battery.
リチウムイオン二次電池に代表される二次電池は、パソコン、ビデオカメラ、携帯電話等のポータブル電子機器の動力源として用いられている。最近では、二酸化炭素排出量削減という地球規模の環境課題を背景に、自動車等の輸送機器の動力電源として、また、夜間電力、自然エネルギー発電による電力等の蓄電用途としても普及してきている。 Secondary batteries, such as lithium-ion secondary batteries, are used as power sources for portable electronic devices such as personal computers, video cameras, and mobile phones. In recent years, against the backdrop of the global environmental challenge of reducing carbon dioxide emissions, they have become increasingly popular as power sources for automobiles and other transportation equipment, and for storing electricity such as nighttime electricity and electricity generated by natural energy sources.
リチウムイオン二次電池の電極(正極及び負極)は電極活物質層(正極活物質層及び負極活物質層)を有し、この電極活物質層は、充放電時にリチウムイオンを吸蔵ないし放出可能な電極活物質粒子を含む。また、電極活物質粒子間、ないし電極活物質粒子と集電体との間では電子輸送も行われるため、電子伝導性を確保することが要求される。この電子伝導の効率化には電極活物質粒子間、ないし電極活物質粒子と集電体との間の結着性が重要であり、電極活物質層は通常、バインダーを有している。 The electrodes (positive and negative electrodes) of a lithium-ion secondary battery have electrode active material layers (positive and negative active material layers), which contain electrode active material particles that can absorb or release lithium ions during charging and discharging. In addition, electrons are transported between the electrode active material particles, or between the electrode active material particles and the current collector, so it is necessary to ensure electronic conductivity. To improve the efficiency of this electronic conduction, the adhesion between the electrode active material particles, or between the electrode active material particles and the current collector, is important, and the electrode active material layers usually contain a binder.
リチウムイオン二次電池の高容量化を実現するために、負極活物質として酸化珪素を用いる検討が行われている。酸化珪素の理論容量は黒鉛等に比べて格段に高く、電池の高エネルギー密度化が可能となる。
負極活物質として酸化珪素を用いると、充電時にはリチウムイオンを多量に吸蔵して大きく膨張し、その分、放電時における酸化珪素の収縮幅も大きくなる。したがって、負極活物質として酸化珪素を用いたリチウムイオン電池は充放電時の負極活物質の体積変化が大きく、充放電の繰り返しにより電池性能が低下しやすい。つまり、サイクル寿命の向上には制約がある。
このような問題に対処した技術として、例えば特許文献1には、メジアン径(D50)が0.1~2μmであるシリコン粒子を20質量%以上含む負極活物質と、(メタ)アクリルアミド骨格含有モノマー及びスルホン酸基置換不飽和炭化水素基含有モノマーを含むモノマー群のラジカル共重合物であり、特定濃度の水溶液状態で特定の高粘度を示すポリ(メタ)アクリルアミドと、水とを含む、リチウムイオン電池負極用スラリーが記載されている。同特許文献記載の技術によれば、この負極用スラリーを用いて、サイクル寿命(サイクル特性)に優れたリチウムイオン二次電池が得られるとされる。
In order to realize high-capacity lithium-ion secondary batteries, the use of silicon oxide as the negative electrode active material has been investigated. The theoretical capacity of silicon oxide is much higher than that of graphite, etc., and it is possible to achieve high energy density of the battery.
When silicon oxide is used as the negative electrode active material, it absorbs a large amount of lithium ions and expands significantly during charging, and the silicon oxide also contracts significantly during discharging. Therefore, in lithium ion batteries using silicon oxide as the negative electrode active material, the volume of the negative electrode active material changes significantly during charging and discharging, and the battery performance is easily degraded by repeated charging and discharging. In other words, there is a limit to improving the cycle life.
As a technique for dealing with such problems, for example,
また、酸化珪素をカーボンコートして負極活物質として用いることが提案されている。カーボンコートにより酸化珪素粒子の導電性を高めることができ、酸化珪素と電解質との副反応も抑えることができるとされる。それゆえ、カーボンコートされた酸化珪素は、次世代リチウムイオン二次電池の負極活物質として期待されている。例えば、特許文献2には、カーボンコートした酸化珪素と、アルゴンイオンレーザーラマンスペクトルにおける1580cm-1のピーク強度に対する1360cm-1のピーク強度比であるR値が0.2~1.5である黒鉛と、バインダーと、カーボンブラックと、水とを含有するリチウムイオン電池負極用スラリーが記載されている。同特許文献に記載によれば、この負極用スラリーを用いて形成した負極合材層にリチウムイオンをドープして用いることにより、サイクル寿命に優れたリチウムイオン二次電池が得られるとされる。
It has also been proposed to use silicon oxide as a negative electrode active material by coating it with carbon. It is said that the electrical conductivity of silicon oxide particles can be increased by carbon coating, and that the side reaction between silicon oxide and an electrolyte can also be suppressed. Therefore, carbon-coated silicon oxide is expected to be a negative electrode active material for next-generation lithium-ion secondary batteries. For example,
リチウムイオン二次電池の電極は通常、電極形成用の組成物(スラリー)を集電体上に塗布し、乾燥して形成される。したがって、電極形成のためのスラリーは、電極活物質とバインダーとを液媒体中に分散して調製される。近年の環境問題への関心の高まりを背景に、液媒体として水系のものが求められるようになっている。 Electrodes for lithium-ion secondary batteries are usually formed by applying an electrode-forming composition (slurry) onto a current collector and drying it. Therefore, the slurry for forming the electrode is prepared by dispersing an electrode active material and a binder in a liquid medium. With the recent increase in interest in environmental issues, there is a demand for aqueous liquid media.
本発明は、負極活物質としてカーボンコートされた酸化珪素を用いた負極用組成物であって、非水二次電池の負極活物質層の形成に用いることにより、得られる非水二次電池の高容量と低抵抗を実現しながら、サイクル寿命も十分に長期化することができる負極用組成物を提供することを課題とする。更に、本発明は、上記負極用組成物を用いた負極シート及び非水二次電池を提供することを課題とする。更に本発明は、上記負極シート及び非水二次電池の製造方法を提供することを課題とする。 The present invention aims to provide a negative electrode composition that uses carbon-coated silicon oxide as a negative electrode active material, which, when used to form a negative electrode active material layer of a non-aqueous secondary battery, can provide a non-aqueous secondary battery with high capacity and low resistance while also sufficiently extending the cycle life. Another object of the present invention is to provide a negative electrode sheet and a non-aqueous secondary battery that use the negative electrode composition. Another object of the present invention is to provide a method for producing the negative electrode sheet and the non-aqueous secondary battery.
上記の課題は以下の手段により解決された。
<1>
水溶性ポリマーを含むバインダーと、カーボンコートされた酸化珪素とを含有し、
上記水溶性ポリマーが、上記カーボンコートされた酸化珪素に対して、5~25%の吸着率を有する、負極用組成物。
<2>
上記水溶性ポリマーが連鎖重合ポリマーである、<1>に記載の負極用組成物。
<3>
上記水溶性ポリマーが、下記一般式(1)又は(2)で表される構成成分を含む、<1>又は<2>に記載の負極用組成物。
一般式(2)中、R3は水素原子又はメチル基を示し、R4及びR5は水素原子又は置換基を示す。*は上記水溶性ポリマー中に組み込まれるための結合部位を示す。
<4>
上記水溶性ポリマーの含有量が、上記のカーボンコートされた酸化珪素100質量部に対して、2質量部以上である、<1>~<3>のいずれか1つに記載の負極用組成物。
<5>
上記水溶性ポリマーが、上記一般式(1)又は(2)で表される2種以上の構成成分を含む、<3>に記載の負極用組成物。
<6>
分散媒体を含む負極用スラリーである、<1>~<5>のいずれか1つに記載の負極用組成物。
<7>
<1>~<6>のいずれか1つに記載の負極用組成物を用いて形成した層を有する負極シート。
<8>
正極活物質層とセパレータと負極活物質層とをこの順で有し、上記負極活物質層が<1>~<6>のいずれか1つに記載の負極用組成物を用いて形成した層である、非水二次電池。
<9>
<1>~<6>のいずれか1つに記載の負極用組成物を用いて成膜することを含む、負極シートの製造方法。
<10>
<9>に記載の製造方法により得られた負極シートを非水二次電池の負極に組み込むことを含む、非水二次電池の製造方法。
The above problems were solved by the following means.
<1>
The binder includes a water-soluble polymer, and carbon-coated silicon oxide.
The negative electrode composition, wherein the water-soluble polymer has an adsorption rate of 5 to 25% with respect to the carbon-coated silicon oxide.
<2>
The negative electrode composition according to <1>, wherein the water-soluble polymer is a chain-polymerized polymer.
<3>
The negative electrode composition according to <1> or <2>, wherein the water-soluble polymer contains a component represented by the following general formula (1) or (2):
In formula (2), R3 represents a hydrogen atom or a methyl group, R4 and R5 represent a hydrogen atom or a substituent, and * represents a bonding site for incorporation into the water-soluble polymer.
<4>
<4> The negative electrode composition according to any one of <1> to <3>, wherein the content of the water-soluble polymer is 2 parts by mass or more per 100 parts by mass of the carbon-coated silicon oxide.
<5>
The negative electrode composition according to <3>, wherein the water-soluble polymer contains two or more components represented by the general formula (1) or (2).
<6>
The negative electrode composition according to any one of <1> to <5>, which is a negative electrode slurry containing a dispersion medium.
<7>
<6> A negative electrode sheet having a layer formed using the negative electrode composition according to any one of <1> to <6>.
<8>
A non-aqueous secondary battery having a positive electrode active material layer, a separator, and a negative electrode active material layer in this order, the negative electrode active material layer being a layer formed using the negative electrode composition according to any one of <1> to <6>.
<9>
A method for producing a negative electrode sheet, comprising forming a film using the negative electrode composition according to any one of <1> to <6>.
<10>
A method for producing a non-aqueous secondary battery, comprising incorporating the negative electrode sheet obtained by the method for producing the non-aqueous secondary battery into a negative electrode of the non-aqueous secondary battery.
本明細書において、「水溶性ポリマー」とは25℃の水1Lに7g以上溶解するポリマー(25℃における溶解度が7[g/1L-H2O]以上のポリマー)を意味する。
本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
本明細書において化合物と称するのは、化合物そのもののほか、その塩、そのイオンを含む意味に用いる。また、所望の効果を奏する範囲で、置換基を導入する等の構造の一部を変化させた誘導体を含む意味である。
本明細書において置換基が解離性の水素原子(水素原子が塩基の作用により解離する基)を有する場合、この置換基にはイオンないし塩の形態が含まれる。
例えば、化合物がカルボキシ基を有する場合、このカルボキシ基は、水素原子が解離してアニオンとして存在していてもよく、このアニオンは、対イオン(カチオン)と塩を形成していてもよい。対イオンに特に制限はなく、例えば、リチウムイオン、ナトリウムイオン及びカリウムイオンなどのアルカリ金属イオンが挙げられる。
本明細書において置換又は無置換を明記していない置換基、連結基等(以下、置換基等という。)については、その基に適宜の置換基を有していてもよい意味である。よって、本明細書において、単に、「~基」(例えば「アルキル基」)と記載されている場合であっても、この「~基」(例えば「アルキル基」)は、置換基を有しない態様(例えば「無置換アルキル基」)に加えて、更に置換基を有する態様(例えば「置換アルキル基」)も包含する。これは置換又は無置換を明記していない化合物についても同義である。
本明細書において、特定の符号で示された置換基等が複数あるとき、又は複数の置換基等を同時若しくは択一的に規定するときには、それぞれの置換基等は互いに同一でも異なっていてもよいことを意味する。また、特に断らない場合であっても、複数の置換基等が隣接するときにはそれらが互いに連結したり縮環したりして環を形成していてもよい意味である。
本明細書において、ポリマーが同一表示の(同一の一般式で表示された)複数の構成成分を有する場合は、各構成成分は互いに同一でも異なっていてもよい。
本明細書において「非水二次電池」とは、非水電解液二次電池と全固体二次電池とを含む意味である。本明細書において「非水電解液」とは、水を実質的に含まない電解液を意味する。すなわち、「非水電解液」は本発明の効果を妨げない範囲で微量の水を含んでいてもよい。本発明において「非水電解液」は、水の濃度が200ppm(質量基準)以下であり、100ppm以下が好ましく、50ppm以下がより好ましい。なお、非水電解液を完全に無水とすることは現実的に困難であり、通常は水が1ppm以上含まれる。
本明細書において、含有量又は含有割合を記載する場合に使用する「固形分」とは、後述する分散媒体以外の成分を意味する。
In this specification, the term "water-soluble polymer" refers to a polymer that dissolves at least 7 g in 1 L of water at 25° C. (a polymer whose solubility at 25° C. is 7 [g/1L-H 2 O] or more).
In this specification, a numerical range expressed using "to" means a range that includes the numerical values before and after "to" as the lower and upper limits.
In this specification, the term "compound" is used to mean not only the compound itself, but also its salts and ions. It also means a derivative in which a part of the structure is changed, for example by introducing a substituent, within the range in which the desired effect is exhibited.
In the present specification, when a substituent has a dissociable hydrogen atom (a group in which the hydrogen atom dissociates due to the action of a base), the substituent includes the form of an ion or a salt.
For example, when a compound has a carboxy group, the carboxy group may be present as an anion with a hydrogen atom dissociated therefrom, and the anion may form a salt with a counter ion (cation). There are no particular limitations on the counter ion, and examples of the counter ion include alkali metal ions such as lithium ion, sodium ion, and potassium ion.
In the present specification, for substituents, linking groups, etc. (hereinafter referred to as "substituents, etc.") that are not specified as substituted or unsubstituted, this means that the group may have an appropriate substituent. Therefore, even when the term "group" (e.g., "alkyl group") is simply described in the present specification, this "group" (e.g., "alkyl group") includes not only an embodiment that does not have a substituent (e.g., "unsubstituted alkyl group"), but also an embodiment that further has a substituent (e.g., "substituted alkyl group"). This also applies to compounds that are not specified as substituted or unsubstituted.
In this specification, when there are multiple substituents etc. designated by a specific symbol, or when multiple substituents etc. are simultaneously or alternatively specified, it means that the respective substituents etc. may be the same or different from each other. In addition, even if not specified otherwise, when multiple substituents etc. are adjacent, it means that they may be linked to each other or condensed to form a ring.
In this specification, when a polymer has multiple components of the same designation (represented by the same general formula), each component may be the same or different from the others.
In this specification, the term "nonaqueous secondary battery" includes nonaqueous electrolyte secondary batteries and all-solid-state secondary batteries. In this specification, the term "nonaqueous electrolyte" means an electrolyte that does not substantially contain water. That is, the "nonaqueous electrolyte" may contain a small amount of water within a range that does not impede the effects of the present invention. In the present invention, the "nonaqueous electrolyte" has a water concentration of 200 ppm (by mass) or less, preferably 100 ppm or less, and more preferably 50 ppm or less. Note that it is practically difficult to make a nonaqueous electrolyte completely anhydrous, and it usually contains 1 ppm or more of water.
In this specification, the term "solid content" used when describing the content or content ratio means components other than the dispersion medium described below.
本発明の負極用組成物及び負極シートは、これらを用いて負極活物質層を形成することにより、カーボンコートされた酸化珪素を負極活物質とする非水二次電池に優れたサイクル特性を付与することができる。したがって、本発明の非水二次電池は高容量かつ低抵抗で、更にサイクル特性に優れるものである。
本発明の負極シートの製造方法によれば、本発明の上記負極シートを得ることができる。また本発明の非水二次電池の製造方法によれば、本発明の上記非水二次電池を得ることができる。
The negative electrode composition and negative electrode sheet of the present invention can be used to form a negative electrode active material layer, thereby imparting excellent cycle characteristics to a non-aqueous secondary battery using carbon-coated silicon oxide as a negative electrode active material, and therefore the non-aqueous secondary battery of the present invention has high capacity, low resistance, and excellent cycle characteristics.
According to the method for producing a negative electrode sheet of the present invention, the above-mentioned negative electrode sheet of the present invention can be obtained. Also, according to the method for producing a nonaqueous secondary battery of the present invention, the above-mentioned nonaqueous secondary battery of the present invention can be obtained.
[負極用組成物]
本発明の負極用組成物は、水溶性ポリマーを含むバインダーと、カーボンコートされた酸化珪素を含む負極活物質とを含有する。
上記水溶性ポリマーは、カーボンコートされた酸化珪素に対して5~25%の吸着率を有する。本発明において、上記吸着率は、後記実施例に記載の方法により決定される値である。なお、水溶性ポリマーを2種以上用いる場合、最も吸着率の高いポリマーの値を採用するものとする。この吸着率は、5~20%であることが好ましく、10~20%であることがより好ましい。
本発明の負極用組成物を用いて作製した負極活物質層を二次電池に組み込むことにより、得られる二次電池のサイクル寿命を効果的に高めることができる。この理由はまだ定かではないが、上記吸着率を有するポリマーがバインダー中に含まれることにより、このポリマーがカーボンコート層の空隙に嵌るなどして(アンカー効果を生じて)水溶性ポリマーが負極活物質(カーボンコートされた酸化珪素)に強固に結着することが一因と推定される。
本発明の負極用組成物は、水溶性ポリマーを含むバインダーと、カーボンコートされた酸化珪素を含む負極活物質と、必要に応じて分散媒体及び導電助剤等を混合して調製することができる。
[Negative electrode composition]
The negative electrode composition of the present invention contains a binder containing a water-soluble polymer and a negative electrode active material containing carbon-coated silicon oxide.
The water-soluble polymer has an adsorption rate of 5 to 25% to the carbon-coated silicon oxide. In the present invention, the adsorption rate is a value determined by the method described in the Examples below. When two or more water-soluble polymers are used, the value of the polymer with the highest adsorption rate is adopted. The adsorption rate is preferably 5 to 20%, and more preferably 10 to 20%.
By incorporating the negative electrode active material layer prepared using the negative electrode composition of the present invention into a secondary battery, the cycle life of the resulting secondary battery can be effectively increased. Although the reason for this is not yet clear, it is presumed that one of the reasons is that the water-soluble polymer is firmly bound to the negative electrode active material (carbon-coated silicon oxide) by, for example, fitting into the voids in the carbon coating layer (producing an anchor effect) when the polymer having the above adsorption rate is contained in the binder.
The negative electrode composition of the present invention can be prepared by mixing a binder containing a water-soluble polymer, a negative electrode active material containing carbon-coated silicon oxide, and, if necessary, a dispersion medium, a conductive assistant, and the like.
(バインダー)
本発明に用いられるバインダーは、上述の水溶性ポリマーを含む。
非水二次電池のサイクル特性向上の観点から、上記吸着率は8%以上が好ましく、9%以上がより好ましい。
上記水溶性ポリマーは、上記吸着率(5~25%)を有するものであれば、その構造は特に制限されない。
上記水溶性ポリマーは、連鎖重合ポリマー及び逐次重合ポリマーのいずれでもよく、連鎖重合ポリマーが好ましい。連鎖重合ポリマーの結合形態は特に制限されず、ランダムでもブロックでもよい。
(binder)
The binder used in the present invention includes the water-soluble polymer described above.
From the viewpoint of improving the cycle characteristics of a nonaqueous secondary battery, the adsorption rate is preferably 8% or more, and more preferably 9% or more.
The structure of the water-soluble polymer is not particularly limited so long as it has the above-mentioned adsorption rate (5 to 25%).
The water-soluble polymer may be either a chain-polymerized polymer or a step-polymerized polymer, and is preferably a chain-polymerized polymer. The bonding form of the chain-polymerized polymer is not particularly limited, and may be either random or block.
上記水溶性ポリマーは、例えば、下記一般式(1)又は(2)で表される構成成分を含むことが好ましい。The water-soluble polymer preferably contains, for example, a component represented by the following general formula (1) or (2):
一般式(1)中、R1は水素原子又はメチル基を示し、L1は単結合又は連結基(2価)を示し、R2は置換基を示す。*は水溶性ポリマー中に組み込まれるための結合部位を示す。
一般式(2)中、R3は水素原子又はメチル基を示し、R4及びR5は水素原子又は置換基を示す。*は水溶性ポリマー中に組み込まれるための結合部位を示す。
In formula (1), R1 represents a hydrogen atom or a methyl group, L1 represents a single bond or a linking group (divalent), and R2 represents a substituent. * represents a bonding site for incorporation into a water-soluble polymer.
In formula (2), R3 represents a hydrogen atom or a methyl group, R4 and R5 represent a hydrogen atom or a substituent, and * represents a bonding site for incorporation into a water-soluble polymer.
L1として採り得る連結基は、酸基を有しなければ特に制限されない。この連結基の化学式量は14~1000が好ましく、14~500がより好ましく、26~250が更に好ましい。
L1として採り得る連結基として、例えば、アルキレン基、-O-、カルボニル基、及びイミノ基、並びにこれらの組合せが挙げられる。これらの組合せとしては、アルキレン基、-O-、カルボニル基及びイミノ基の2~6個を組合せてなる連結基が好ましく、2又は3個を組合せてなる連結基がより好ましい。
L1として具体的には-C(=O)-O-、-O-C(=O)-、-NH-C(=O)-O-、-O-C(=O)-NH-、-NH-C(=O)-NH-、及びアルキレン基のいずれかが好ましく、アルキレン基であることがより好ましい。
L1として採り得るアルキレン基は直鎖及び分岐のいずれでもよく、アルキレン基の炭素数は1~10が好ましく、1~8がより好ましく、1~6が更に好ましく、1~4とすることが特に好ましく、メチレン基、エチレン基、エチルエチレン基及びプロピレン基のいずれかであることが最も好ましい。
L1の化学式量は14~200が好ましく、14~150がより好ましく、14~100が更に好ましい。
The linking group that can be taken as L1 is not particularly limited as long as it does not have an acid group. The chemical formula weight of this linking group is preferably 14 to 1,000, more preferably 14 to 500, and even more preferably 26 to 250.
Examples of the linking group that can be taken as L1 include an alkylene group, -O-, a carbonyl group, an imino group, and a combination thereof. As these combinations, a linking group formed by combining 2 to 6 of the alkylene groups, -O-, carbonyl groups, and imino groups is preferable, and a linking group formed by combining 2 or 3 of them is more preferable.
Specifically, L1 is preferably any one of -C(=O)-O-, -O-C(=O)-, -NH-C(=O)-O-, -O-C(=O)-NH-, -NH-C(=O)-NH-, and an alkylene group, and more preferably an alkylene group.
The alkylene group that can be taken as L1 may be either linear or branched, and the alkylene group preferably has 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 8 carbon atoms, still more preferably 1 to 6 carbon atoms, particularly preferably 1 to 4 carbon atoms, and is most preferably any one of a methylene group, an ethylene group, an ethylethylene group, and a propylene group.
The chemical formula weight of L1 is preferably 14-200, more preferably 14-150, and even more preferably 14-100.
R2は、酸基を有しない置換基であれば特に制限されない。R2の化学式量は15~200が好ましく、15~150がより好ましく、15~100が更に好ましい。R2としては、例えば、ヒドロキシ基、アルキルオキシ基、アルキル基、アミド基及びスルホンアミド基が挙げられ、ヒドロキシ基又はアルキルオキシ基であることが好ましい。
アルキルオキシ基中のアルキル基は直鎖、分岐及び環状のいずれでもよい。このアルキル基の炭素数は1~10が好ましく、1~8がより好ましく、1~6が更に好ましく、1~4とすることが特に好ましく、メチル基、エチル基及びイソプロピル基のいずれかであることが最も好ましい。
アルキル基は、上記アルキルオキシ基中のアルキル基と同義であり、好ましい範囲も同じである。
R2 is not particularly limited as long as it is a substituent that does not have an acid group. The chemical formula weight of R2 is preferably 15 to 200, more preferably 15 to 150, and even more preferably 15 to 100. Examples of R2 include a hydroxy group, an alkyloxy group, an alkyl group, an amide group, and a sulfonamide group, and is preferably a hydroxy group or an alkyloxy group.
The alkyl group in the alkyloxy group may be linear, branched or cyclic, and preferably has 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 8 carbon atoms, further preferably 1 to 6 carbon atoms, particularly preferably 1 to 4 carbon atoms, and is most preferably a methyl group, an ethyl group or an isopropyl group.
The alkyl group has the same meaning as the alkyl group in the alkyloxy group, and the preferred range is also the same.
R4及びR5の各化学式量は1~200が好ましく、1~150がより好ましく、1~60が更に好ましい。
R4及びR5として採り得る置換基としては、アルキル基が好ましい。
アルキル基は、上記R2として採り得るアルキルオキシ基中のアルキル基と同義であり、好ましい範囲も同じである。また、R4及びR5として採り得るアルキル基は更に置換基を有することも好ましい。このような置換基として、例えば、ヒドロキシ基、アルキルカルボニル基、アミド基、及びウレタン結合含有基(-NH-CO-O-Rb(Rbはアルキル基を示す。)が挙げられる。なかでもR4及びR5として採り得るアルキル基の置換基として、ヒドロキシ基が好ましい。
アルキルカルボニル基中のアルキル基は、上記R2として採り得るアルキルオキシ基中のアルキル基と同義であり、好ましい範囲も同じである。Rbで示されるアルキル基は、上記R2として採り得るアルキルオキシ基中のアルキル基と同義であり、好ましい範囲も同じである。
R4及びR5は、いずれも水素原子であるか、または、いずれか一方が水素原子であり他方がヒドロキシアルキル基である、ことが好ましい。
The chemical formula weight of each of R 4 and R 5 is preferably 1-200, more preferably 1-150, and even more preferably 1-60.
The substituents which can be taken as R4 and R5 are preferably alkyl groups.
The alkyl group has the same meaning as the alkyl group in the alkyloxy group which can be taken as R 2 , and the preferred range is also the same. In addition, it is also preferable that the alkyl group which can be taken as R 4 and R 5 further has a substituent. Examples of such a substituent include a hydroxy group, an alkylcarbonyl group, an amide group, and a urethane bond-containing group (-NH-CO-O-R b (R b represents an alkyl group). Of these, a hydroxy group is preferable as the substituent of the alkyl group which can be taken as R 4 and R 5 .
The alkyl group in the alkylcarbonyl group has the same meaning as the alkyl group in the alkyloxy group which can be taken as the above R2 , and the preferred range is also the same. The alkyl group represented by Rb has the same meaning as the alkyl group in the alkyloxy group which can be taken as the above R2, and the preferred range is also the same.
It is preferable that R4 and R5 are both hydrogen atoms, or one of them is a hydrogen atom and the other is a hydroxyalkyl group.
上記一般式(1)又は(2)で表される構成成分は、酸基を有しないことが好ましい。It is preferable that the component represented by the above general formula (1) or (2) does not have an acid group.
上記水溶性ポリマー中に占める、上記一般式(1)又は(2)で表される構成成分の割合(上記水溶性ポリマー中に占める上記一般式(1)で表される構成成分の割合と上記一般式(2)で表される構成成分の割合の合計)は、水溶性ポリマー全体として上記の吸着率を示す限り特に制限されない。例えば、上記一般式(1)又は(2)で表される構成成分の割合を30質量%以上とすることができる。また、上記一般式(1)又は(2)で表される構成成分の割合は50質量%以上とすることが好ましく、70質量%以上とすることがより好ましく、90質量%以上とすることが更に好ましく、95質量%以上とすることが特に好ましい。
二次電池のサイクル特性向上の観点から、本発明に用いられる水溶性ポリマーは、一般式(1)又は(2)で表される2種以上の構成成分を含むことが好ましく、一般式(1)又は(2)で表される2~6種の構成成分を含むことがより好ましく、一般式(1)又は(2)で表される2~4種の構成成分を含むことが更に好ましい。水溶性ポリマーが一般式(1)又は(2)で表される2種以上の構成成分を含むことにより、カーボンコートされた酸化珪素への吸着率の向上と、負極シートに用いた場合の負極シートの力学物性の向上とを両立でき、その結果二次電池のサイクル特性をより向上させることができる。
なお、一般式(1)又は(2)で表される2種以上の構成成分を含む形態としては、一般式(1)で表される構成成分を2種以上含み、一般式(2)で表される構成成分を含まない形態、一般式(2)で表される構成成分を2種以上含み、一般式(1)で表される構成成分を含まない形態、及び一般式(1)で表される構成成分と一般式(2)で表される構成成分の両方を含む形態が挙げられる。
The proportion of the component represented by the general formula (1) or (2) in the water-soluble polymer (the sum of the proportion of the component represented by the general formula (1) and the proportion of the component represented by the general formula (2) in the water-soluble polymer) is not particularly limited as long as the water-soluble polymer as a whole exhibits the above-mentioned adsorption rate. For example, the proportion of the component represented by the general formula (1) or (2) can be 30% by mass or more. In addition, the proportion of the component represented by the general formula (1) or (2) is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, even more preferably 90% by mass or more, and particularly preferably 95% by mass or more.
From the viewpoint of improving the cycle characteristics of the secondary battery, the water-soluble polymer used in the present invention preferably contains two or more components represented by general formula (1) or (2), more preferably contains 2 to 6 components represented by general formula (1) or (2), and even more preferably contains 2 to 4 components represented by general formula (1) or (2). By containing two or more components represented by general formula (1) or (2), the water-soluble polymer can improve both the adsorption rate to the carbon-coated silicon oxide and the mechanical properties of the negative electrode sheet when used in the negative electrode sheet, and as a result, the cycle characteristics of the secondary battery can be further improved.
Examples of the form containing two or more components represented by general formula (1) or (2) include a form containing two or more components represented by general formula (1) and no component represented by general formula (2), a form containing two or more components represented by general formula (2) and no component represented by general formula (1), and a form containing both a component represented by general formula (1) and a component represented by general formula (2).
上記一般式(1)で表される構成成分の好ましい具体例を以下に示すが、本発明がこれらに限定されるものではない。Preferred specific examples of the components represented by the above general formula (1) are shown below, but the present invention is not limited to these.
上記一般式(2)で表される構成成分の好ましい具体例を以下に示すが、本発明がこれらに限定されるものではない。Preferred specific examples of the components represented by the above general formula (2) are shown below, but the present invention is not limited to these.
上記水溶性ポリマーが、酸基を有しない構成成分として上記一般式(1)又は(2)で表される構成成分以外の構成成分を含む場合、このような構成成分は特に制限されない。例えば、スチレン、マレイミド、N-ビニルアセトアミド、ビニルエステル及びビニルエーテル等のビニルモノマー由来の構成成分を挙げることができる。When the water-soluble polymer contains a component other than the component represented by the general formula (1) or (2) as a component not having an acid group, such a component is not particularly limited. For example, a component derived from a vinyl monomer such as styrene, maleimide, N-vinylacetamide, vinyl ester, or vinyl ether can be mentioned.
上記水溶性ポリマーは、酸基を有する構成成分を有してもよい。酸基を有する構成成分の「酸基」は、解離性のプロトンを有する基又はその塩を意味する。例えば、カルボキシ基、スルホ基、リン酸基(-OP(=O)(OH)2)、ホスホン酸基又(-P(=O)(OH)2)はこれらの塩が挙げられ、カルボキシ基及びスルホ基又はこれらの塩が好ましく、カルボキシ基又はその塩がより好ましい。塩の形態は、例えば、アルカリ金属塩(例えばリチウム塩、ナトリウム塩及びカリウム塩など)が挙げられる。 The water-soluble polymer may have a component having an acid group. The "acid group" of a component having an acid group means a group having a dissociable proton or a salt thereof. Examples include a carboxy group, a sulfo group, a phosphoric acid group (-OP(=O)(OH) 2 ), a phosphonic acid group (-P(=O)(OH) 2 ), and salts thereof. Carboxy groups and sulfo groups or salts thereof are preferred, and carboxy groups or salts thereof are more preferred. Examples of the salt form include alkali metal salts (e.g., lithium salts, sodium salts, potassium salts, etc.).
上記酸基を有する構成成分は特に制限されず、この構成成分中には酸基が通常1~3個含まれ、好ましくは1又は2個含まれ、より好ましくは1個含まれる。上記水溶性ポリマーが有し得る酸基を有する構成成分は、例えば、下記一般式(3)で表される構成成分が好ましい。The component having an acid group is not particularly limited, and this component usually contains 1 to 3 acid groups, preferably 1 or 2, and more preferably 1. The component having an acid group that the water-soluble polymer may have is preferably, for example, a component represented by the following general formula (3).
式中、R6は水素原子又は酸基を示す。R7は水素原子又はメチル基を示し、L2は単結合又は連結基(2価)を示し、R8は酸基を示す。*は水溶性ポリマー中に組み込まれるための結合部位を示す。 In the formula, R6 represents a hydrogen atom or an acid group, R7 represents a hydrogen atom or a methyl group, L2 represents a single bond or a linking group (divalent), and R8 represents an acid group. * represents a bonding site for incorporation into a water-soluble polymer.
L2として採り得る連結基は特に制限されず、例えば、アルキレン基、アリーレン基、カルボニル基、-O-若しくはイミノ基又はこれらの2種以上を組合せた連結基が挙げられる。 The linking group that can be taken as L2 is not particularly limited, and examples thereof include an alkylene group, an arylene group, a carbonyl group, -O-, an imino group, or a linking group that is a combination of two or more of these groups.
L2として採り得るアルキレン基は直鎖及び分岐のいずれでもよく、アルキレン基の炭素数は1~10が好ましく、1~8がより好ましく、1~6が更に好ましく、1~4とすることが特に好ましい。このアルキレン基の具体例としては、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基及びジメチルエチレン基が挙げられる。 The alkylene group that can be taken as L2 may be either linear or branched, and the number of carbon atoms in the alkylene group is preferably 1 to 10, more preferably 1 to 8, still more preferably 1 to 6, and particularly preferably 1 to 4. Specific examples of this alkylene group include a methylene group, an ethylene group, a propylene group, and a dimethylethylene group.
L2として採り得るアリーレン基の炭素数は、6~30が好ましく、6~20がより好ましく、6~15が更に好ましく、6~10が更に好ましい。アリーレン基の具体例として、フェニレン基及びナフチレン基が挙げられる。 The number of carbon atoms in the arylene group which can be taken as L2 is preferably 6 to 30, more preferably 6 to 20, even more preferably 6 to 15, and still more preferably 6 to 10. Specific examples of the arylene group include a phenylene group and a naphthylene group.
上記「2種以上を組合せた連結基」は、アルキレン基、アリーレン基、カルボニル基、-O-及びイミノ基の少なくとも2種を組み合わせた連結基であり、2~10種を組み合わせた連結基が好ましく、2~7種を組み合わせた連結基がより好ましく、2~4種を組み合わせた連結基が更に好ましい。
上記「2種以上を組合せた連結基」の具体例としては、例えば、「カルボニル基-イミノ基-アルキレン基」及び「カルボニル基-O-アルキレン基」が挙げられる。
The above-mentioned "linking group combining two or more types" is a linking group combining at least two types of an alkylene group, an arylene group, a carbonyl group, -O-, and an imino group, and is preferably a linking group combining 2 to 10 types, more preferably a linking group combining 2 to 7 types, and even more preferably a linking group combining 2 to 4 types.
Specific examples of the above-mentioned "linking group combining two or more types" include "carbonyl group-imino group-alkylene group" and "carbonyl group-O-alkylene group".
酸基を有する構成成分の、水溶性ポリマー中に占める割合は30質量%以下が好ましく、10質量%以下がより好ましく、5質量%以下であることが更に好ましく、3質量%以下であることが更に好ましく、2質量%以下であることが特に好ましく、水溶性ポリマーは酸基を有する構成成分を有しないことが最も好ましい。The proportion of components having acid groups in the water-soluble polymer is preferably 30% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, even more preferably 5% by mass or less, even more preferably 3% by mass or less, and particularly preferably 2% by mass or less, and it is most preferable that the water-soluble polymer does not have any components having acid groups.
上記一般式(3)で表される構成成分の好ましい具体例を以下に示すが、本発明がこれらに限定されるものではない。Preferred specific examples of the components represented by the above general formula (3) are shown below, but the present invention is not limited to these.
本発明に用いられる水溶性ポリマーの重量平均分子量は90万以下が好ましく、80万以下がより好ましく、70万以下が特に好ましい。一方、水溶性ポリマーの重量平均分子量は1万以上が好ましく、4万以上がより好ましく、10万以上が更に好ましい。
また、負極シートの耐屈曲性の観点から、水溶性ポリマーの重量平均分子量は、35万以上であることも好ましい。
本明細書において、ポリマーの重量平均分子量は、後記実施例の項に記載の方法により測定して得られる値である。
The weight average molecular weight of the water-soluble polymer used in the present invention is preferably 900,000 or less, more preferably 800,000 or less, and particularly preferably 700,000 or less. On the other hand, the weight average molecular weight of the water-soluble polymer is preferably 10,000 or more, more preferably 40,000 or more, and even more preferably 100,000 or more.
From the viewpoint of the flex resistance of the negative electrode sheet, the weight average molecular weight of the water-soluble polymer is also preferably 350,000 or more.
In this specification, the weight average molecular weight of a polymer is a value obtained by measurement according to the method described in the Examples section below.
本発明に用いられる水溶性ポリマーの上記吸着率には、種々の要素が影響している。例えば、カーボンコート層との物理的な相互作用、カーボンコート層が有する空隙へのアンカー効果、酸化珪素との荷電的な相互作用などが挙げられる。したがって、そのようなポリマー構造が目的の吸着率を実現できるのかを一義的に説明することは困難であるが、ポリマー中の親水性基、疎水性基の種類ないし量などを制御したり、ポリマーの分子量などを制御したりすることにより、カーボンコートされた酸化珪素に対する吸着率を種々の範囲へと変化させることができると推定される。The above-mentioned adsorption rate of the water-soluble polymer used in the present invention is influenced by various factors. For example, physical interactions with the carbon coating layer, the anchoring effect on the voids in the carbon coating layer, and charged interactions with silicon oxide can be mentioned. Therefore, it is difficult to unequivocally explain whether such a polymer structure can achieve the desired adsorption rate, but it is presumed that the adsorption rate for carbon-coated silicon oxide can be changed into various ranges by controlling the type or amount of hydrophilic and hydrophobic groups in the polymer, or by controlling the molecular weight of the polymer.
本発明に用いられるバインダー中、上記水溶性ポリマーの含有量は5質量%以上が好ましく、二次電池のサイクル特性向上の観点から、10質量%以上がより好ましく、20質量%以上が更に好ましい。本発明に用いられるバインダーは上記水溶性ポリマーからなるものであってもよい。In the binder used in the present invention, the content of the water-soluble polymer is preferably 5% by mass or more, and from the viewpoint of improving the cycle characteristics of the secondary battery, more preferably 10% by mass or more, and even more preferably 20% by mass or more. The binder used in the present invention may be made of the water-soluble polymer.
また、二次電池のサイクル特性向上の観点から、負極用組成物中、上記水溶性ポリマーの含有量は、カーボンコートされた酸化珪素100質量部に対して、2質量部以上が好ましく、4質量部以上がより好ましく、8質量部以上が更に好ましい。一方、負極用組成物中、上記水溶性ポリマーの含有量は、カーボンコートされた酸化珪素100質量部に対して、30質量部以下が好ましく、24質量部以下がより好ましく、18質量部以下が更に好ましい。
負極用組成物中の上記水溶性ポリマーの含有量は、カーボンコートされた酸化珪素100質量部に対して、2質量部以上含むことで、カーボンコートされた酸化珪素を被覆することができ、二次電池のサイクル特性を向上させることができる。
From the viewpoint of improving the cycle characteristics of the secondary battery, the content of the water-soluble polymer in the negative electrode composition is preferably 2 parts by mass or more, more preferably 4 parts by mass or more, and even more preferably 8 parts by mass or more, relative to 100 parts by mass of the carbon-coated silicon oxide, while the content of the water-soluble polymer in the negative electrode composition is preferably 30 parts by mass or less, more preferably 24 parts by mass or less, and even more preferably 18 parts by mass or less, relative to 100 parts by mass of the carbon-coated silicon oxide.
By including the water-soluble polymer in the negative electrode composition in an amount of 2 parts by mass or more per 100 parts by mass of carbon-coated silicon oxide, the carbon-coated silicon oxide can be coated, and the cycle characteristics of the secondary battery can be improved.
本発明に用いられるバインダーは、本発明の効果を損なわない範囲内で、上記水溶性ポリマー以外のポリマーを含むことができる。このようなポリマーとしては、例えば、非水溶性ポリマー、カーボンコートされた酸化珪素に対する吸着率が5%未満又は20%を越えるポリマーが挙げられる。このようなポリマーの具体例として、例えば、後記表1記載のポリマーBが挙げられるが、これに制限されない。The binder used in the present invention may contain a polymer other than the above-mentioned water-soluble polymer, within a range that does not impair the effects of the present invention. Examples of such polymers include water-insoluble polymers and polymers whose adsorption rate to carbon-coated silicon oxide is less than 5% or more than 20%. Specific examples of such polymers include, but are not limited to, polymer B described in Table 1 below.
(負極活物質)
本発明に用いられる負極活物質は、カーボンコートされた酸化珪素(SiOx(0<x≦1.5))を含む。カーボンコートされた酸化珪素は、可逆的にリチウムイオンを吸蔵及び放出できる。
酸化珪素は表面全体がカーボンコートされていてもよく、カーボンコートされていない部分があってもよい。なお、酸化珪素は表面全体がカーボンコートされていても、カーボンコート層自体が多数の空隙を有している状態にある。
カーボンコートされた酸化珪素中(カーボンコート層と酸化珪素の合計中)の炭素原子の割合は特に制限されず、導電性と電気容量を両立する観点から例えば、0.2~5質量%が好ましく、0.5~5質量%がより好ましく、0.5~3質量%が更に好ましく、1~3質量%が特に好ましい。
カーボンコートされた酸化珪素は市販品を用いても良く、例えば特開2019-204686号公報を参照して、酸化珪素をカーボンコートすることにより調製することもできる。
(Negative Electrode Active Material)
The negative electrode active material used in the present invention contains carbon-coated silicon oxide (SiOx (0<x≦1.5)). Carbon-coated silicon oxide can reversibly absorb and release lithium ions.
The silicon oxide may have a carbon-coated surface entirely or may have a portion not coated with carbon. Even if the silicon oxide has a carbon-coated surface entirely, the carbon-coated layer itself has many voids.
The proportion of carbon atoms in the carbon-coated silicon oxide (in the total of the carbon coating layer and silicon oxide) is not particularly limited, and from the viewpoint of achieving both electrical conductivity and electric capacity, for example, it is preferably 0.2 to 5 mass%, more preferably 0.5 to 5 mass%, even more preferably 0.5 to 3 mass%, and particularly preferably 1 to 3 mass%.
The carbon-coated silicon oxide may be a commercially available product, or may be prepared by coating silicon oxide with carbon, for example, by referring to JP-A-2019-204686.
本発明に用いられる負極活物質は、カーボンコートされた酸化珪素以外の負極活物質を含んでいてもよい。以下、本発明に用いられる負極活物質の説明において、カーボンコートされた酸化珪素以外の負極活物質を「その他の負極活物質」と称する。
その他の負極活物質は、可逆的にリチウムイオンを吸蔵及び放出できるものが好ましい。その材料は、上記特性を有するものであれば、特に制限はなく、炭素質材料、金属酸化物、金属複合酸化物、リチウム合金、リチウムと合金形成可能な負極活物質等が挙げられる。
リチウム合金としては、二次電池の負極活物質として通常用いられる合金であれば特に制限されず、例えば、リチウムアルミニウム合金が挙げられる。
リチウムと合金形成可能な負極活物質は、二次電池の負極活物質として通常用いられるものであれば特に制限されない。このような活物質として、スズ原子を有する負極活物質、Al及びIn等の各金属が挙げられる。
スズ原子を有する負極活物質としては、例えば、Sn、SnO、SnO2、SnS、SnS2、更には上記ケイ素原子及びスズ原子を含有する活物質等が挙げられる。また、酸化リチウムとの複合酸化物、例えば、Li2SnO2も包含される。
これらの中でも、その他の負極活物質としては、炭素質材料が信頼性の点から好ましく用いられる。
The negative electrode active material used in the present invention may contain a negative electrode active material other than carbon-coated silicon oxide. In the following description of the negative electrode active material used in the present invention, the negative electrode active material other than carbon-coated silicon oxide is referred to as "other negative electrode active material."
The other negative electrode active material is preferably one that can reversibly absorb and release lithium ions. The material is not particularly limited as long as it has the above-mentioned characteristics, and examples of the material include carbonaceous materials, metal oxides, metal composite oxides, lithium alloys, and negative electrode active materials that can form alloys with lithium.
The lithium alloy is not particularly limited as long as it is an alloy that is usually used as a negative electrode active material for secondary batteries, and an example thereof is a lithium aluminum alloy.
The negative electrode active material capable of forming an alloy with lithium is not particularly limited as long as it is a material that is commonly used as a negative electrode active material for secondary batteries. Examples of such active materials include negative electrode active materials having tin atoms, and metals such as Al and In.
Examples of the negative electrode active material having tin atoms include Sn, SnO, SnO2 , SnS, SnS2 , and the above-mentioned active materials containing silicon atoms and tin atoms . Also included are composite oxides with lithium oxide, such as Li2SnO2 .
Among these, as the other negative electrode active material, carbonaceous materials are preferably used from the viewpoint of reliability.
その他の負極活物質として用いられる炭素質材料とは、実質的に炭素からなる材料である。例えば、石油ピッチ等のカーボンブラック、黒鉛(天然黒鉛、気相成長黒鉛等の人造黒鉛等)、及びPAN(ポリアクリロニトリル)系の樹脂若しくはフルフリルアルコール樹脂等の各種の合成樹脂を焼成した炭素質材料を挙げることができる。更に、PAN系炭素繊維、セルロース系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、気相成長炭素繊維、脱水PVA(ポリビニルアルコール)系炭素繊維、リグニン炭素繊維、ガラス状炭素繊維及び活性炭素繊維等の各種炭素繊維類、メソフェーズ微小球体、グラファイトウィスカー並びに平板状の黒鉛等を挙げることもできる。Other carbonaceous materials used as negative electrode active materials are materials that are essentially made of carbon. Examples include carbon black such as petroleum pitch, graphite (natural graphite, artificial graphite such as vapor-grown graphite, etc.), and carbonaceous materials obtained by baking various synthetic resins such as PAN (polyacrylonitrile)-based resins or furfuryl alcohol resins. In addition, various carbon fibers such as PAN-based carbon fibers, cellulose-based carbon fibers, pitch-based carbon fibers, vapor-grown carbon fibers, dehydrated PVA (polyvinyl alcohol)-based carbon fibers, lignin carbon fibers, glassy carbon fibers, and activated carbon fibers, mesophase microspheres, graphite whiskers, and plate-shaped graphite can also be mentioned.
その他の負極活物質として適用される金属酸化物及び金属複合酸化物としては、リチウムを吸蔵及び放出可能な酸化物であれば特に制限されず、非晶質酸化物が好ましく、更に金属元素と周期律表第16族の元素との反応生成物であるカルコゲナイトも好ましく挙げられる。ここでいう非晶質とは、CuKα線を用いたX線回折法で、2θ値で20°~40°の領域に頂点を有するブロードな散乱帯を有するものを意味し、結晶性の回折線を有してもよい。
上記非晶質酸化物及びカルコゲナイドからなる化合物群の中でも、半金属元素の非晶質酸化物、及び上記カルコゲナイドがより好ましく、周期律表第13(IIIB)族~15(VB)族の元素、Al、Ga、Si、Sn、Ge、Pb、Sb及びBiの1種単独若しくはそれらの2種以上の組み合わせからなる酸化物(ただし、Siを含む酸化物は除く)、又はカルコゲナイドが特に好ましい。好ましい非晶質酸化物及びカルコゲナイドの具体例としては、例えば、Ga2O3、GeO、PbO、PbO2、Pb2O3、Pb2O4、Pb3O4、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O8Bi2O3、Sb2O5、Bi2O3、Bi2O4、GeS、PbS、PbS2、Sb2S3及びSb2S5が好ましく挙げられる。
Other metal oxides and metal composite oxides that can be used as negative electrode active materials are not particularly limited as long as they are oxides that can absorb and release lithium, and amorphous oxides are preferred, and chalcogenides that are reaction products of metal elements and elements of group 16 of the periodic table are also preferred. The term "amorphous" as used herein means that the oxide has a broad scattering band with a peak in the 2θ value range of 20° to 40° in an X-ray diffraction method using CuKα radiation, and may have crystalline diffraction lines.
Among the compound group consisting of the above-mentioned amorphous oxides and chalcogenides, amorphous oxides of metalloid elements and the above-mentioned chalcogenides are more preferred, and oxides consisting of one kind alone or a combination of two or more kinds of elements of Groups 13 (IIIB) to 15 (VB) of the periodic table, Al, Ga, Si, Sn, Ge, Pb, Sb, and Bi (however, oxides containing Si are excluded), or chalcogenides are particularly preferred. Specific examples of preferred amorphous oxides and chalcogenides include Ga2O3 , GeO , PbO , PbO2 , Pb2O3 , Pb2O4, Pb3O4 , Sb2O3 , Sb2O4 , Sb2O8Bi2O3 , Sb2O5 , Bi2O3 , Bi2O4 , GeS , PbS , PbS2 , Sb2S3 and Sb2S5 .
金属(複合)酸化物及び上記カルコゲナイドは、構成成分として、チタン及びリチウムの少なくとも一方を含有していることが、高電流密度充放電特性の観点で好ましい。リチウムを含有する金属複合酸化物(リチウム複合金属酸化物)としては、例えば、酸化リチウムと上記金属(複合)酸化物若しくは上記カルコゲナイドとの複合酸化物、より具体的には、Li2SnO2が挙げられる。 The metal (composite) oxide and the chalcogenide preferably contain at least one of titanium and lithium as a component from the viewpoint of high current density charge/discharge characteristics. Examples of the metal composite oxide containing lithium (lithium composite metal oxide) include composite oxides of lithium oxide and the metal (composite) oxide or the chalcogenide, more specifically Li 2 SnO 2 .
その他の負極活物質はチタン原子を含有することも好ましい。より具体的にはTiNb2O7(チタン酸ニオブ酸化物[NTO])、Li4Ti5O12(チタン酸リチウム[LTO])がリチウムイオンの吸蔵放出時の体積変動が小さいことから急速充放電特性に優れ、電極の劣化が抑制され、リチウムイオン二次電池の寿命向上が可能となる点で好ましい。 Other negative electrode active materials are also preferably those containing titanium atoms. More specifically, TiNb 2 O 7 (niobium titanate oxide [NTO]) and Li 4 Ti 5 O 12 (lithium titanate [LTO]) are preferred because they have small volume fluctuations during the absorption and release of lithium ions, and therefore have excellent rapid charge and discharge characteristics, suppress electrode deterioration, and enable an improvement in the life of the lithium ion secondary battery.
カーボンコートされた酸化珪素及びその他の負極活物質の形状は特に制限されないが粒子状が好ましい。カーボンコートされた酸化珪素及びその他の負極活物質の体積基準のメジアン径D50は、0.1~60μmが好ましい。所定の粒子径にするには、通常の粉砕機若しくは分級機が用いられる。例えば、乳鉢、ボールミル、サンドミル、振動ボールミル、衛星ボールミル、遊星ボールミル、旋回気流型ジェットミル若しくは篩等が好適に用いられる。粉砕時には水、あるいはメタノール等の有機溶媒を共存させた湿式粉砕も行うことができる。所望の粒子径とするためには分級を行うことが好ましい。分級方法としては、特に限定はなく、篩、風力分級機等を所望により用いることができる。分級は乾式及び湿式ともに用いることができる。The shape of the carbon-coated silicon oxide and other negative electrode active materials is not particularly limited, but particulate is preferred. The volume-based median diameter D50 of the carbon-coated silicon oxide and other negative electrode active materials is preferably 0.1 to 60 μm. To obtain a desired particle size, a conventional grinder or classifier is used. For example, a mortar, a ball mill, a sand mill, a vibration ball mill, a satellite ball mill, a planetary ball mill, a swirling airflow type jet mill, or a sieve is preferably used. During grinding, wet grinding in the presence of water or an organic solvent such as methanol can also be performed. In order to obtain a desired particle size, it is preferable to perform classification. The classification method is not particularly limited, and a sieve, a wind classifier, etc. can be used as desired. Classification can be performed both dry and wet.
カーボンコートされた酸化珪素のメジアン径D50は、0.1~30μmであることも好ましく、0.5~20μmがより好ましく、2~8μmが特に好ましい。
上記メジアン径D50は、レーザー回折法で求めることができ、例えば、島津製作所製SALD-2300(商品名)を用いて求めることができる。
The median diameter D50 of the carbon-coated silicon oxide is preferably from 0.1 to 30 μm, more preferably from 0.5 to 20 μm, and particularly preferably from 2 to 8 μm.
The median diameter D50 can be determined by a laser diffraction method, for example, using SALD-2300 (product name) manufactured by Shimadzu Corporation.
カーボンコートされた酸化珪素をその他の負極活物質と組合せて用いる場合、カーボンコートされた酸化珪素と炭素質材料の組み合わせが好ましく、カーボンコートされた酸化珪素と黒鉛の組み合わせが特に好ましい。カーボンコートされた酸化珪素と黒鉛を組み合わせる際の配合量比(カーボンコートされた酸化珪素/黒鉛、質量基準)は0.1以上が好ましく、0.2以上がより好ましく、0.3以上が更に好ましい。黒鉛に対するカーボンコートされた酸化珪素の配合量比の上限値に特に制限はないが、4以下が実際的であり、3以下が好ましく、2以下がより好ましい。
負極活物質中のカーボンコートされた酸化珪素の含有量は特に制限されず、例えば10~90質量%とすることができ、10~50質量%が好ましく、15~40質量%が更に好ましい。
負極活物質層を形成する場合、負極活物質層の単位面積(cm2)当たりのカーボンコートされた酸化珪素及びその他の負極活物質の質量(mg)(目付量)は特に限定されるものではない。設計された電池容量に応じて、適宜に決めることができる。
When carbon-coated silicon oxide is used in combination with other negative electrode active materials, a combination of carbon-coated silicon oxide and a carbonaceous material is preferred, and a combination of carbon-coated silicon oxide and graphite is particularly preferred. The blending ratio (carbon-coated silicon oxide/graphite, mass basis) when carbon-coated silicon oxide and graphite are combined is preferably 0.1 or more, more preferably 0.2 or more, and even more preferably 0.3 or more. There is no particular upper limit to the blending ratio of carbon-coated silicon oxide to graphite, but 4 or less is practical, preferably 3 or less, and more preferably 2 or less.
The content of the carbon-coated silicon oxide in the negative electrode active material is not particularly limited and can be, for example, 10 to 90 mass %, preferably 10 to 50 mass %, and more preferably 15 to 40 mass %.
When forming the negative electrode active material layer, the mass (mg) (weight per unit area) of the carbon-coated silicon oxide and other negative electrode active materials per unit area (cm 2 ) of the negative electrode active material layer is not particularly limited and can be appropriately determined depending on the designed battery capacity.
カーボンコートされた酸化珪素及びその他の負極活物質の、負極用組成物中における含有量は、特に限定されず、固形分100質量%において、合計で、10~98質量%であることが好ましく、15~95質量%がより好ましい。The content of carbon-coated silicon oxide and other negative electrode active materials in the negative electrode composition is not particularly limited, but is preferably 10 to 98 mass% in total, and more preferably 15 to 95 mass%, based on 100 mass% solids.
(分散媒体)
本発明の負極用組成物は、分散媒体を含有して、負極用スラリーとすることもできる。
本発明の負極用組成物を用いて非水電解液二次電池を作製する場合、分散媒体としては水を含む水性媒体を用いることができる。「水を含む水性媒体」とは、水、又は、水と水溶性有機溶媒との混合液である。また、「水溶性有機溶媒」とは、水と相溶する有機溶媒であり、例えばN-メチルピロリドン、メタノール、エタノール、アセトン、テトラヒドロフラン等が挙げられる。
(Dispersion Medium)
The negative electrode composition of the present invention can also contain a dispersion medium to form a negative electrode slurry.
When a non-aqueous electrolyte secondary battery is produced using the negative electrode composition of the present invention, an aqueous medium containing water can be used as the dispersion medium. The "aqueous medium containing water" refers to water or a mixture of water and a water-soluble organic solvent. The "water-soluble organic solvent" refers to an organic solvent that is compatible with water, such as N-methylpyrrolidone, methanol, ethanol, acetone, and tetrahydrofuran.
(導電助剤)
本発明の負極用組成物は、導電助剤を含有することもできる。
導電助剤としては、特に制限はなく、一般的な導電助剤として知られているものを用いることができる。例えば、電子伝導性材料である、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック等のカーボンブラック類、ニードルコークス等の無定形炭素、気相成長炭素繊維若しくはカーボンナノチューブ等の炭素繊維類、グラフェン若しくはフラーレン等の炭素質材料であってもよいし、銅、ニッケル等の金属粉、金属繊維でもよく、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリフェニレン誘導体等導電性高分子を用いてもよい。
本発明において、負極活物質と導電助剤とを併用する場合、上記の導電助剤のうち、二次電池を充放電した際にLiの挿入と放出が起きず、負極活物質として機能しないものを導電助剤とする。したがって、導電助剤の中でも、二次電池を充放電した際に負極活物質層中において負極活物質として機能しうるものは、導電助剤ではなく負極活物質に分類する。二次電池を充放電した際に負極活物質として機能するか否かは、一義的ではなく、負極活物質との組み合わせにより決定される。
(Conductive assistant)
The negative electrode composition of the present invention may also contain a conductive assistant.
The conductive assistant is not particularly limited, and may be any known conductive assistant. For example, it may be an electron conductive material such as graphites such as natural graphite and artificial graphite, carbon blacks such as acetylene black, ketjen black, and furnace black, amorphous carbon such as needle coke, carbon fibers such as vapor-grown carbon fibers or carbon nanotubes, carbonaceous materials such as graphene or fullerene, metal powders or metal fibers such as copper and nickel, or conductive polymers such as polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, and polyphenylene derivatives.
In the present invention, when a negative electrode active material and a conductive assistant are used in combination, among the above conductive assistants, those that do not insert or release Li when the secondary battery is charged and discharged and do not function as a negative electrode active material are considered to be conductive assistants. Therefore, among the conductive assistants, those that can function as a negative electrode active material in the negative electrode active material layer when the secondary battery is charged and discharged are classified as negative electrode active materials rather than conductive assistants. Whether or not a conductive assistant functions as a negative electrode active material when the secondary battery is charged and discharged is not unique, but is determined by the combination with the negative electrode active material.
導電助剤は、1種を用いてもよいし、2種以上を組合せて用いてもよい。
導電助剤の、負極用組成物中の含有量は、固形分100質量%において、1~30質量%が好ましく、1~15質量%がより好ましく、3~10質量%が更に好ましい。
The conductive assistant may be used alone or in combination of two or more kinds.
The content of the conductive assistant in the negative electrode composition is preferably 1 to 30 mass %, more preferably 1 to 15 mass %, and even more preferably 3 to 10 mass %, based on 100 mass % of the solid content.
導電助剤の形状は、特に制限されないが、粒子状が好ましい。導電助剤のメジアン径D50は、特に限定されず、例えば、0.01~50μmが好ましく、0.02~10.0μmが好ましい。The shape of the conductive additive is not particularly limited, but particulate is preferred. The median diameter D50 of the conductive additive is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 50 μm, and more preferably 0.02 to 10.0 μm.
(他の添加剤)
本発明の負極用組成物は、上記各成分以外の他の成分として、所望により、リチウム塩、イオン液体、増粘剤、消泡剤、レベリング剤、脱水剤、酸化防止剤等を含有することができる。また、上記水溶性ポリマーを化学架橋するための、架橋剤(ラジカル重合、縮合重合又は開環重合により架橋反応するもの等)、更には重合開始剤(酸又はラジカルを熱又は光によって発生させるもの等)を含有していてもよい。
上記導電助剤及び他の添加剤に関し、例えば、国際公開第2019/203334号、特開2015-46389号公報等を参照することができる。
(Other Additives)
The negative electrode composition of the present invention may contain, as desired, other components in addition to the above-mentioned components, such as a lithium salt, an ionic liquid, a thickener, an antifoaming agent, a leveling agent, a dehydrating agent, an antioxidant, etc. In addition, the composition may contain a crosslinking agent (such as one that undergoes a crosslinking reaction by radical polymerization, condensation polymerization, or ring-opening polymerization) for chemically crosslinking the water-soluble polymer, and further a polymerization initiator (such as one that generates an acid or radicals by heat or light).
With regard to the conductive assistant and other additives, for example, International Publication No. 2019/203334 and JP-A-2015-46389 can be referred to.
[負極シート]
本発明の負極シートは、本発明の負極用組成物を用いて構成(形成)された層(負極活物質層)を有する。本発明の負極シートは、負極活物質層を有すればよく、負極活物質層が基材(集電体)上に形成されているシートでも、基材を有さず、負極活物質層だけで形成されているシートであってもよい。この負極シートは、通常、集電体上に負極活物質層を積層した構成のシートである。本発明の負極シートは保護層(剥離シート)、コート層等の他の層を有してもよい。
本発明の負極シートは、二次電池の負極活物質層を構成する材料として好適に用いることができる。
[Negative electrode sheet]
The negative electrode sheet of the present invention has a layer (negative electrode active material layer) that is constructed (formed) using the negative electrode composition of the present invention. The negative electrode sheet of the present invention may have a negative electrode active material layer, and may be a sheet in which the negative electrode active material layer is formed on a substrate (current collector), or may be a sheet formed only of the negative electrode active material layer without a substrate. This negative electrode sheet is usually a sheet having a configuration in which the negative electrode active material layer is laminated on the current collector. The negative electrode sheet of the present invention may have other layers such as a protective layer (release sheet) and a coating layer.
The negative electrode sheet of the present invention can be suitably used as a material constituting the negative electrode active material layer of a secondary battery.
[負極シートの製造方法]
本発明の負極シートは、本発明の負極用組成物を用いて負極活物質層を形成することにより得ることができる。例えば、集電体等を基材として、その上(他の層を介していてもよい)に本発明の負極用組成物を塗布して塗膜を形成し、これを乾燥して、基材上に負極活物質層(塗布乾燥層)を有する電極シートを得ることができる。
[Method of manufacturing negative electrode sheet]
The negative electrode sheet of the present invention can be obtained by forming a negative electrode active material layer using the negative electrode composition of the present invention. For example, a current collector or the like is used as a substrate, and the negative electrode composition of the present invention is applied thereon (with or without another layer) to form a coating film, which is then dried to obtain an electrode sheet having a negative electrode active material layer (coated and dried layer) on the substrate.
[非水二次電池]
本発明の非水二次電池は、充放電により電解質を介して正負極間をイオンが通過し、正負極においてエネルギーを貯蔵、放出するデバイス全般を意味する。すなわち、本発明において非水二次電池という場合、電池とキャパシタ(例えば、リチウムイオンキャパシタ)の両方を包含する意味である。エネルギー貯蔵量の観点から、本発明の非水二次電池は電池用途に用いること(キャパシタでないこと)が好ましい。
[Non-aqueous secondary battery]
The nonaqueous secondary battery of the present invention refers to any device in which ions pass between positive and negative electrodes via an electrolyte upon charging and discharging, and energy is stored and released at the positive and negative electrodes. That is, the nonaqueous secondary battery of the present invention includes both batteries and capacitors (e.g., lithium ion capacitors). From the viewpoint of the amount of energy stored, it is preferable that the nonaqueous secondary battery of the present invention is used for battery applications (not as a capacitor).
本発明の非水二次電池について、非水電解液二次電池の形態を例にして説明するが、本発明の二次電池は非水電解液二次電池に限定されるものではなく、全固体二次電池を含む非水二次電池全般を広く包含するものである。
本発明の好ましい一実施形態である非水電解液二次電池は、正極と、負極と、正極と負極との間に配されたセパレータとを含む構成を有する。正極は、正極集電体と、この正極集電体に接する正極活物質層とを有し、負極は、負極集電体と、この負極集電体に接する負極活物質層とを有する。本発明の非水電解液二次電池は、上記負極活物質層が、本発明の電極用組成物を用いて構成されている。
The nonaqueous secondary battery of the present invention will be described taking a nonaqueous electrolyte secondary battery as an example, but the secondary battery of the present invention is not limited to a nonaqueous electrolyte secondary battery and broadly includes all nonaqueous secondary batteries including all-solid-state secondary batteries.
A nonaqueous electrolyte secondary battery according to a preferred embodiment of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode. The positive electrode includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer in contact with the positive electrode current collector, and the negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer in contact with the negative electrode current collector. In the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the negative electrode active material layer is formed using the electrode composition of the present invention.
図1は、一般的な非水電解液二次電池10の積層構造を、電池として作動させる際の作動電極も含めて、模式化して示す断面図である。非水電解液二次電池10は、負極側からみて、負極集電体1、負極活物質層2、セパレータ3、正極活物質層4、正極集電体5を、この順に有する積層構造を有している。負極活物質層と正極活物質層との間は非水電解液(図示せず)で満たされ、かつセパレータ3で分断されている。セパレータ3は空孔を有し、通常の電池の使用状態では電解液及びイオンを透過しながら正負極間を絶縁する正負極分離膜として機能する。このような構造により、例えばリチウムイオン二次電池であれば、充電時には外部回路を通って負極側に電子(e-)が供給され、同時に電解液を介して正極からリチウムイオン(Li+)が移動してきて負極に蓄積される。一方、放電時には、負極に蓄積されたリチウムイオン(Li+)が電解液を介して正極側に戻され、作動部位6には電子が供給される。図示した例では、作動部位6に電球を採用しており、放電によりこれが点灯するようにされている。
本発明において、負極集電体1と負極活物質層2とを合わせて負極と称し、正極活物質層4と正極集電体5とを合わせて正極と称している。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a typical laminated structure of a nonaqueous electrolyte
In the present invention, the negative electrode
本発明の非水二次電池は、本発明の負極用組成物を用いて負極活物質層を形成すること以外は、正極活物質材料、非水電解液、固体電解質材料、その他の各部材等は特に制限されない。これらの材料及び部材等は、通常の非水二次電池に用いられるものを適宜に適用することができる。また、本発明の非水二次電池の作製方法についても、本発明の負極用組成物を用いて負極活物質層を形成すること以外は、通常の方法を適宜に採用することができる。例えば、特開2016-201308号公報、特開2005-108835号公報、特開2012-185938号公報及び国際公開第2020/067106号等を適宜に参照することができる。 The nonaqueous secondary battery of the present invention is not particularly limited in terms of the positive electrode active material material, nonaqueous electrolyte, solid electrolyte material, and other components, except that the negative electrode active material layer is formed using the negative electrode composition of the present invention. These materials and components can be appropriately applied to those used in normal nonaqueous secondary batteries. In addition, for the method of producing the nonaqueous secondary battery of the present invention, a normal method can be appropriately adopted, except that the negative electrode active material layer is formed using the negative electrode composition of the present invention. For example, JP 2016-201308 A, JP 2005-108835 A, JP 2012-185938 A, and WO 2020/067106 A can be appropriately referred to.
本発明の非水二次電池は、例えば、ノートパソコン、ペン入力パソコン、モバイルパソコン、電子ブックプレーヤー、携帯電話、コードレスフォン子機、ページャー、ハンディーターミナル、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミニディスク、電気シェーバー、トランシーバー、電子手帳、電卓、携帯テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電源、メモリーカード等の電子機器に搭載することができる。また、民生用として、自動車、電動車両、モーター、照明器具、玩具、ゲーム機器、ロードコンディショナー、時計、ストロボ、カメラ、医療機器(ペースメーカー、補聴器、肩もみ機等)等に搭載することができる。また、太陽電池と組み合わせることもできる。The nonaqueous secondary battery of the present invention can be mounted in electronic devices such as notebook computers, pen-input computers, mobile computers, electronic book players, mobile phones, cordless phone handsets, pagers, handheld terminals, portable fax machines, portable copiers, portable printers, headphone stereos, video movie machines, liquid crystal televisions, handheld cleaners, portable CDs, mini-discs, electric shavers, transceivers, electronic organizers, calculators, portable tape recorders, radios, backup power sources, and memory cards. It can also be mounted in consumer devices such as automobiles, electric vehicles, motors, lighting equipment, toys, game equipment, road conditioners, watches, strobes, cameras, and medical equipment (pacemakers, hearing aids, shoulder massagers, etc.). It can also be combined with solar cells.
実施例に基づき本発明について更に詳細に説明する。なお、本発明は本発明で規定すること以外は、これらの実施例により限定して解釈されるものではない。The present invention will be described in more detail with reference to examples. Note that the present invention is not to be construed as being limited by these examples except as provided for in the present invention.
[ポリマーAの合成]
<ポリマー1(後記表1のNo.1のポリマー)の合成>
以下のようにして、後記表1に記載するポリマー1を合成した。
500mLセパラブルフラスコにイオン交換水を108.1g入れ、窒素雰囲気下75℃で撹拌しながら、2-ヒドロキシエチルアクリレートを17.5g、N-(2-ヒドロキシエチル)アクリルアミドを52.5g、イオン交換水を24.9g含む混合液と、2,2’-アゾビス[N-(2-カルボキシエチル)-2-メチルプロピオンアミジン]4水和物を1.26g、イオン交換水を33.3g含む混合物とを同時に1時間かけて滴下した。滴下終了後、75℃で2時間撹拌し、固形分29.8質量%のポリマー溶液を得た。
[Synthesis of Polymer A]
<Synthesis of Polymer 1 (Polymer No. 1 in Table 1 below)>
A 500 mL separable flask was charged with 108.1 g of ion-exchanged water, and while stirring under a nitrogen atmosphere at 75° C., a mixture containing 17.5 g of 2-hydroxyethyl acrylate, 52.5 g of N-(2-hydroxyethyl)acrylamide, and 24.9 g of ion-exchanged water and a mixture containing 1.26 g of 2,2′-azobis[N-(2-carboxyethyl)-2-methylpropionamidine] tetrahydrate and 33.3 g of ion-exchanged water were simultaneously added dropwise over 1 hour. After completion of the dropwise addition, the mixture was stirred at 75° C. for 2 hours to obtain a polymer solution with a solid content of 29.8% by mass.
<ポリマー2~19及びc1~c3の合成(後記表1のNo.2~19及びc1~c3のポリマーの合成>
上記ポリマー1の合成において、構成成分を導くモノマーとして後記表1記載のモノマーを後記表1の質量比で用いたこと以外は、上記ポリマー1と同様にして、ポリマー2~19及びc1~c3を合成した。
<Synthesis of
<ポリマー20~23、c4及びc5の合成(後記表3のNo.20~23、c4及びc5のポリマーの合成>
上記ポリマー1の合成において、構成成分を導くモノマーとして後記表3記載のモノマーを後記表3記載の質量比で用いたこと以外は、上記ポリマー1と同様にして、ポリマー20~23、c4及びc5を合成した。
<Synthesis of Polymers 20 to 23, c4, and c5 (Synthesis of Polymers No. 20 to 23, c4, and c5 in Table 3 below)
Polymers 20 to 23, c4 and c5 were synthesized in the same manner as in the synthesis of
<ポリマー25~28、c6及びc7の合成(後記表5のNo.25~28、c6及びc7のポリマーの合成>
上記ポリマー1の合成において、構成成分を導くモノマーとして後記表3記載のモノマーを後記表5記載の質量比で用いたこと以外は、上記ポリマー1と同様にして、ポリマー25~28、c6及びc7を合成した。
<Synthesis of Polymers 25 to 28, c6, and c7 (Synthesis of Polymers No. 25 to 28, c6, and c7 in Table 5 below)
Polymers 25 to 28, c6 and c7 were synthesized in the same manner as in the synthesis of
[カーボンコートされた酸化珪素]
後述する負極用組成物の調製において、カーボンコートされた酸化珪素として、下記表A記載の活物質1~3(いずれも大阪チタニウム社製)を用いた。
In preparing the negative electrode composition described below,
(重量平均分子量の測定)
後記表1記載のポリマーの重量平均分子量(Mw)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリアクリル酸ナトリウム換算の重量平均分子量であり、下記条件で測定した値である。
測定器:HLC-8220GPC(商品名、東ソー社製)
カラム:TOSOH TSKgel 5000PWXL(商品名、東ソー社製)、TOSOH TSKgel G4000PWXL(商品名、東ソー社製)、TOSOH TSKgel G2500PWXL(商品名、東ソー社製)をつなげた。
ガードカラム:TSKgel guardcolumn PWXL(商品名、東ソー社製)
キャリア:200mM 硝酸ナトリウム水溶液
リンス液:超純水
キャリア流量:サンプルポンプ 1.0ml/min
リファレンスポンプ 0.223mL/min
ポンプ初期圧力:サンプルポンプ 4.4MPa
リファレンスポンプ 0.8MPa
試料濃度:0.10質量%
カラム温度:40℃
検出器温度:40℃
収集時間:45分間(ランタイム 47.0分間)
検出器:RI(屈折率)検出器
(Measurement of weight average molecular weight)
The weight average molecular weight (Mw) of the polymer shown in Table 1 below is a weight average molecular weight calculated as sodium polyacrylate by gel permeation chromatography (GPC), and is a value measured under the following conditions.
Measuring instrument: HLC-8220GPC (product name, manufactured by Tosoh Corporation)
Columns: TOSOH TSKgel 5000PWXL (product name, manufactured by Tosoh Corporation), TOSOH TSKgel G4000PWXL (product name, manufactured by Tosoh Corporation), and TOSOH TSKgel G2500PWXL (product name, manufactured by Tosoh Corporation) were connected.
Guard column: TSKgel guard column PWXL (product name, manufactured by Tosoh Corporation)
Carrier: 200 mM sodium nitrate aqueous solution Rinse: ultrapure water Carrier flow rate: Sample pump 1.0 ml/min
Reference pump 0.223mL/min
Initial pump pressure: Sample pump 4.4MPa
Reference pump 0.8MPa
Sample concentration: 0.10% by mass
Column temperature: 40°C
Detector temperature: 40°C
Collection time: 45 minutes (runtime 47.0 minutes)
Detector: RI (refractive index) detector
(吸着率の測定)
50mLサンプル瓶にポリマー水溶液を固形分換算で40mg注いだ。イオン交換水でポリマーも含めて40.00gになるように希釈して、ポリマー濃度0.1質量%のポリマー水溶液を得た。
カーボンコートされた酸化珪素を、15mLサンプル瓶に800mg入れた。このサンプル瓶にポリマー濃度0.1質量%の上記ポリマー水溶液を8g加えた後、ミックスローターを用いて80rpmで、25℃1時間攪拌した。25℃で30間分静置後上澄みを、0.45μmフィルターでろ過してろ過液を得た。GPC測定を上述条件で行い、ポリマー水溶液のピーク高さ(1)とろ過液のピーク高さ(2)を下記式に当てはめて吸着率(%)を算出した。吸着率を、GPC測定で得られた重量平均分子量(吸着分子量)と合わせて、後記表2に記載する。
吸着率(%)=100-{100×ピーク高さ(2)/ピーク高さ(1)}
また、吸着分子量は、ポリマー水溶液のGPCデータと、ろ過液のGPCデータとの差分から算出した。なお、カーボンコートされた酸化珪素は、負極用組成物に用いられるものと同じである。
(Measurement of Adsorption Rate)
40 mg of the aqueous polymer solution was poured into a 50 mL sample bottle in terms of solid content, and diluted with ion-exchanged water to 40.00 g including the polymer to obtain an aqueous polymer solution with a polymer concentration of 0.1% by mass.
800 mg of carbon-coated silicon oxide was placed in a 15 mL sample bottle. 8 g of the above-mentioned polymer aqueous solution with a polymer concentration of 0.1% by mass was added to the sample bottle, and then the mixture was stirred at 80 rpm at 25° C. for 1 hour using a mix rotor. After standing at 25° C. for 30 minutes, the supernatant was filtered through a 0.45 μm filter to obtain a filtrate. GPC measurement was performed under the above conditions, and the peak height (1) of the polymer aqueous solution and the peak height (2) of the filtrate were applied to the following formula to calculate the adsorption rate (%). The adsorption rate is shown in Table 2 below, together with the weight average molecular weight (adsorption molecular weight) obtained by GPC measurement.
Adsorption rate (%)=100−{100×peak height (2)/peak height (1)}
The adsorption molecular weight was calculated from the difference between the GPC data of the aqueous polymer solution and the GPC data of the filtrate. The carbon-coated silicon oxide was the same as that used in the negative electrode composition.
[負極用組成物1(後記表2のNo.1の組成物)の調製]
60mLの軟膏容器(馬野化学社製)に、上記表Aに記載の活物質1を30質量部、黒鉛(商品名:MAG-D、日立化成社製)を70質量部、アセチレンブラック(商品名:デンカブラック、デンカ社製)を5質量部、ポリマー1を5質量部、蒸留水を22.5質量部加え、泡取り練太郎(商品名、THINKY社製)を用いて2000rpmで10分間分散した。分散した液に蒸留水を27質量部加え、泡取り練太郎を用いて2000rpmで10分間分散することにより、負極用組成物1を得た。
[Preparation of negative electrode composition 1 (composition No. 1 in Table 2 below)]
In a 60 mL ointment container (manufactured by Umano Chemical Co., Ltd.), 30 parts by mass of the
[非水電解液二次電池(2032型コイン電池)1(後記表2のNo.1の電池)の作製]
得られた負極用組成物1を厚み20μmの銅箔上にアプリケーターにより塗布し、80℃で1時間乾燥させた。その後、プレス機を用いて加圧した後に150℃の真空で6時間乾燥し、負極活物質層の厚さが25μmの負極シートを得た。
上記負極シートから直径13.0mmの円板を切り出し、負極の形成に用いた。
リチウム箔(厚み50μm、14.5mmφ)、ポリプロピレン製セパレータ(厚み25μm、16.0mmφ)の順番に重ね1M LiPF6のエチレンカーボネート/エチルメチルカーボネート(体積比1対2)電解液を200μLセパレータに浸み込ませた。セパレータに、更に電解液を200μL浸み込ませて、負極シートを負極活物質層面がセパレータに接するようにして重ねた。その後、2032型コインケースをかしめ、非水電解液二次電池1(Li箔-セパレータ-負極活物質層-銅箔からなる積層体を具備する電池)を作製した。
[Preparation of Non-aqueous Electrolyte Secondary Battery (2032 Type Coin Battery) 1 (Battery No. 1 in Table 2 below)]
The obtained
A disk having a diameter of 13.0 mm was cut out from the negative electrode sheet and used to form a negative electrode.
Lithium foil (thickness 50 μm, 14.5 mmφ) and a polypropylene separator (thickness 25 μm, 16.0 mmφ) were stacked in this order, and 200 μL of 1M LiPF 6 ethylene carbonate/ethyl methyl carbonate (volume ratio 1:2) electrolyte was impregnated into the separator. 200 μL of electrolyte was further impregnated into the separator, and the negative electrode sheet was stacked so that the negative electrode active material layer surface was in contact with the separator. Then, a 2032-type coin case was crimped to prepare a nonaqueous electrolyte secondary battery 1 (a battery having a laminate consisting of Li foil-separator-negative electrode active material layer-copper foil).
[負極用組成物2~19及びc1~c3(後記表2のNo.2~19及びc1~c3の組成物)の調製]
上記負極用組成物1の調製において、ポリマー1に代えて後記表1記載のポリマー2~19及びc1~c3を用いたこと以外は、上記負極用組成物1と同様にして、負極用組成物2~19及びc1~c3を調製した。
[Preparation of
[非水電解液二次電池2~19及びc1~c3(後記表2のNo.2~19及びc1~c3の電池)の作製]
上記非水電解液二次電池1の作製において、負極用組成物1に代えて後記表2記載の負極用組成物2~19及びc1~c3を用いたこと以外は、上記非水電解液二次電池1と同様にして、非水電解液二次電池2~19及びc1~c3を作製した。
[Preparation of Nonaqueous
Non-aqueous electrolyte
[試験例1] サイクル特性の評価
各コイン電池の放電容量維持率を、充放電評価装置:TOSCAT-3000(商品名、東洋システム社製)により測定した。充電は、Cレート0.2C(5時間で満充電になる速度)で電池電圧が0.02Vに達するまで行った。放電は、Cレート0.2Cで電池電圧が1.5Vに達するまで行った。この充電1回と放電1回を充放電1サイクルとして3サイクル充放電を繰り返して、各コイン電池を初期化した。
初期化後、充電を0.5Cで0.02Vに達するまで行った。放電を0.5Cで1.5Vに達するまで行った。この充電1回と放電1回を充放電1サイクルとして、50サイクル充放電を繰り返すことでサイクル特性の評価を行った。初期化後1サイクル目の放電容量(初期放電容量)を100%としたとき、50サイクル目の放電容量維持率(100×「50サイクル目の放電容量」/「初期放電容量」)を算出し、下記評価ランクに当てはめサイクル特性を評価した。ポリマー種とその特性を表1に、各々の組成物を用いた試験評価結果を表2に示す。
-放電容量維持率(サイクル特性)の評価ランク-
1: 95%以上
2: 90%以上、95%未満
3: 85%以上、90%未満
4: 85%未満
[Test Example 1] Evaluation of cycle characteristics The discharge capacity retention rate of each coin battery was measured using a charge/discharge evaluation device: TOSCAT-3000 (product name, manufactured by Toyo Systems Co., Ltd.). Charging was performed at a C rate of 0.2 C (a rate at which the battery is fully charged in 5 hours) until the battery voltage reached 0.02 V. Discharging was performed at a C rate of 0.2 C until the battery voltage reached 1.5 V. Each coin battery was initialized by repeating three cycles of charging and discharging, with one charge and one discharge constituting one charge/discharge cycle.
After the initialization, charging was performed at 0.5 C until the voltage reached 0.02 V. Discharging was performed at 0.5 C until the voltage reached 1.5 V. This one charge and one discharge constituted one charge/discharge cycle, and 50 charge/discharge cycles were repeated to evaluate the cycle characteristics. When the discharge capacity at the first cycle after initialization (initial discharge capacity) was taken as 100%, the discharge capacity retention rate at the 50th cycle (100 x "discharge capacity at the 50th cycle"/"initial discharge capacity") was calculated, and the cycle characteristics were evaluated according to the following evaluation rank. Table 1 shows the polymer types and their characteristics, and Table 2 shows the test evaluation results using each composition.
-Evaluation rank of discharge capacity retention rate (cycle characteristics)-
1: 95% or more 2: 90% or more, but less than 95% 3: 85% or more, but less than 90% 4: Less than 85%
<表1及び2の注>
構成成分を導くモノマーの略称について説明する。また、モノマー由来の構成成分の構造を記載する。
(酸基を有しない構成成分)
HEA:2-ヒドロキシエチルアクリレート
HEAA:N-(2-ヒドロキシエチル)アクリルアミド
Aam:アクリルアミド
MEA:2-メトキシエチルアクリレート
The abbreviations of the monomers from which the components are derived are explained. Also, the structures of the components derived from the monomers are described.
(Components not having an acid group)
HEA: 2-hydroxyethyl acrylate HEAA: N-(2-hydroxyethyl)acrylamide Aam: acrylamide MEA: 2-methoxyethyl acrylate
(酸基を有する構成成分)
AA:アクリル酸ナトリウム
AMPS:2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸
AA: Sodium acrylate AMPS: 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid
ラテックス:スチレン/2-エチルヘキシルアクリレート/アクリル酸=40/55/5(質量比)のコポリマーラテックス、Mw=120万、体積基準の平均一次粒子径3μm(固形分15質量%)、このラテックスは非水溶性である。
高酸基ポリマー:上記ポリマー1と同様にして合成したランダムコポリマー(「HEAA/HEA/AA」、HEAA:HEA:AA=70:20:10(質量比)、Mw=15万)
高分子量ポリマー:上記ポリマー1と同様にして合成したランダムコポリマー(「HEAA/HEA」、HEAA:HEA=50:50(質量比)、Mw=40万)
Latex: copolymer latex of styrene/2-ethylhexyl acrylate/acrylic acid=40/55/5 (mass ratio), Mw=1.2 million, average primary particle size on a volume basis of 3 μm (solid content 15 mass %), this latex is water-insoluble.
High acid group polymer: a random copolymer synthesized in the same manner as
High molecular weight polymer: a random copolymer synthesized in the same manner as
「ポリマーA中の含有量(質量%)」:ポリマーA中、酸基を有する構成成分の含有量を意味する。
「含有量1(質量部)」:負極用組成物中、カーボンコートされた酸化珪素の含有量を100質量部とした場合に、カーボンコートされた酸化珪素100質量部に対するポリマーAの含有量を意味する。
「バインダー中の含有量(質量%)」:バインダーに含まれる全ポリマーに占める、本発明で規定する水溶性ポリマーの含有量の割合を意味する。
「含有量2(質量部)」:負極用組成物中、カーボンコートされた酸化珪素の含有量を100質量部とした場合に、カーボンコートされた酸化珪素100質量部に対するポリマーBの含有量を意味する。なお、「ラテックス」の含有量は固形分の含有量である。
「水溶性/非水溶性」:「水」は、25℃の水1Lに7g以上溶解したことを意味し、「非水」は、25℃の水1Lに7g未満しか溶解しなかったことを意味する。なお、ポリマーAは、比較例で用いたものを含め、全て水溶性である。
"Content in polymer A (% by mass)" means the content in polymer A of a component having an acid group.
"Content 1 (parts by mass)": means the content of polymer A relative to 100 parts by mass of carbon-coated silicon oxide, assuming that the content of carbon-coated silicon oxide in the negative electrode composition is 100 parts by mass.
"Content in binder (% by mass)" means the percentage of the content of the water-soluble polymer defined in the present invention relative to the total polymer contained in the binder.
"Content 2 (parts by mass)": when the content of carbon-coated silicon oxide in the negative electrode composition is taken as 100 parts by mass, this refers to the content of polymer B relative to 100 parts by mass of carbon-coated silicon oxide. The content of "latex" is the content of solids.
"Water-soluble/water-insoluble": "Water" means that 7 g or more was dissolved in 1 L of water at 25° C., and "Non-water" means that less than 7 g was dissolved in 1 L of water at 25° C. All of the polymers A, including those used in the comparative examples, are water-soluble.
No.c1~c3の負極用組成物に用いたポリマーAは、カーボンコートされた酸化珪素に対する吸着率が5%未満である。No.c1~c3の負極用組成物を用いて作製されたNo.c1及びc3の電池は、サイクル特性に劣っていた。
これに対して、本発明の負極用組成物(No.1~19)を用いて作製した電池(No.1~19)はサイクル特性に優れていることが分かる。
The polymer A used in the negative electrode compositions No. c1 to c3 had an adsorption rate of less than 5% on the carbon-coated silicon oxide. The batteries No. c1 and c3 made using the negative electrode compositions No. c1 to c3 had poor cycle characteristics.
In contrast, it is clear that the batteries (Nos. 1 to 19) produced using the negative electrode compositions of the present invention (Nos. 1 to 19) have excellent cycle characteristics.
[負極用組成物20~24、c4及びc5(後記表4のNo.20~24、c4及びc5の組成物)の調製]
上記負極用組成物1の調製において、上記負極用組成物1の調製に用いた活物質1及びポリマー1に代えて、後記表4に示すポリマー及び活物質を用いたこと以外は、上記負極用組成物1と同様にして、負極用組成物20~24、c4及びc5を調製した。
[Preparation of negative electrode compositions 20 to 24, c4, and c5 (compositions No. 20 to 24, c4, and c5 in Table 4 below)]
Negative electrode compositions 20 to 24, c4, and c5 were prepared in the same manner as the
[非水電解液二次電池20~24、c4及びc5(後記表4のNo.20~24、c4及びc5の電池)の作製]
上記非水電解液二次電池1の作製において、負極用組成物1に代えて後記表4記載の負極用組成物20~24、c4及びc5を用いたこと以外は、上記非水電解液二次電池1と同様にして、非水電解液二次電池20~24、c4及びc5を作製した。
[Preparation of Nonaqueous Electrolyte Secondary Batteries 20 to 24, c4, and c5 (Batteries No. 20 to 24, c4, and c5 in Table 4 below)]
Non-aqueous electrolyte secondary batteries 20 to 24, c4, and c5 were produced in the same manner as in the production of the non-aqueous electrolyte
[負極シート20~24、c4及びc5(後記表4のNo.20~24、c4及びc5の負極シート)の作製]
負極用組成物20を、厚み20μmの銅箔上にアプリケーターにより塗布し、80℃で1時間乾燥した。更に、真空下、100℃で6時間乾燥することにより負極シート20を得た。負極シート20は、横50mm、縦150mm、厚さ90μmであり、負極活物質層の厚さは70μmである。
上記負極シート20の作製において、負極用組成物20に代えて、後記表4記載の負極用組成物21~24、c4及びc5を用いたこと以外は、上記負極シート20の作製と同様にして、負極シート21~24、c4及びc5を作製した。
[Preparation of negative electrode sheets 20 to 24, c4 and c5 (negative electrode sheets Nos. 20 to 24, c4 and c5 in Table 4 below)]
The negative electrode composition 20 was applied onto a copper foil having a thickness of 20 μm using an applicator and dried at 80° C. for 1 hour. The negative electrode composition 20 was further dried at 100° C. for 6 hours under vacuum to obtain a negative electrode sheet 20. The negative electrode sheet 20 was 50 mm wide, 150 mm long, and 90 μm thick, and the thickness of the negative electrode active material layer was 70 μm.
In the preparation of the negative electrode sheet 20, negative electrode compositions 21 to 24, c4, and c5 shown in Table 4 below were used instead of the negative electrode composition 20. The negative electrode sheets 21 to 24, c4, and c5 were prepared in the same manner as in the preparation of the negative electrode sheet 20.
非水電解液二次電池20~24、c4及びc5を用いて上記試験例1によりサイクル特性を評価した。また、負極シート20~24、c4及びc5を用いて後記試験例2により耐屈曲性を評価した。
ポリマー種とその特性を後記表3に、サイクル特性評価及び耐屈曲性評価の結果を後記表4にそれぞれ示す。
The nonaqueous electrolyte secondary batteries 20 to 24, c4, and c5 were used to evaluate cycle characteristics according to the above-mentioned Test Example 1. In addition, the negative electrode sheets 20 to 24, c4, and c5 were used to evaluate bending resistance according to the later-described Test Example 2.
The polymer types and their properties are shown in Table 3 below, and the results of the cycle characteristic evaluation and flex resistance evaluation are shown in Table 4 below.
[試験例2] 耐屈曲性評価
製造した負極シートから、横10mm、縦100mm、厚さ90μmの試験片を切り出し、この試験片を円筒形マンドレル屈曲試験器(BEVS 1603(商品名、オールグッド社製)にセットした。試験片の集電体がマンドレル棒に接するようにして、試験片をマンドレル棒に巻き付けた。マンドレル棒の径を32mmから徐々に小さくしていき、試験片の負極活物質層に最初にクラックが生じた径を、下記評価ランクに当てはめ耐屈曲性を評価した。
―耐屈曲性の評価ランク―
1: 10mm未満
2: 10mm以上20mm未満
3: 20mm以上25mm未満
4: 25mm以上
Test Example 2 Evaluation of flex resistance A test piece measuring 10 mm in width, 100 mm in length, and 90 μm in thickness was cut out from the produced negative electrode sheet, and this test piece was set in a cylindrical mandrel flex tester (BEVS 1603 (product name, manufactured by Allgood Corporation). The test piece was wrapped around a mandrel rod so that the current collector of the test piece was in contact with the mandrel rod. The diameter of the mandrel rod was gradually reduced from 32 mm, and the diameter at which a crack first occurred in the negative electrode active material layer of the test piece was assigned to the following evaluation rank to evaluate the flex resistance.
-Bending resistance evaluation rank-
1: Less than 10 mm 2: 10 mm to less than 20 mm 3: 20 mm to less than 25 mm 4: 25 mm or more
<表3及び4の注>
「HEA」、「AA」、「HEAA」、「Aam」、「ポリマーA中の含有量(質量%)」、「含有量1(質量部)」、「バインダー中の含有量(質量%)」及び「水」の意味は、上記「表1及び2の注」と同じである。
Notes for Tables 3 and 4
The meanings of "HEA", "AA", "HEAA", "Aam", "Content in polymer A (% by mass)", "Content 1 (parts by mass)", "Content in binder (% by mass)", and "Water" are the same as those in the "Notes to Tables 1 and 2" above.
No.c4及びc5の負極用組成物に用いたポリマーAは、カーボンコートされた酸化珪素に対する吸着率が5%未満である。No.c4及びc5の負極用組成物を用いて作製されたNo.c4及びc5の電池は、サイクル特性に劣っていた。また、No.c4の電極シートは耐屈曲性にも劣っていた。
これに対して、本発明の負極用組成物(No.20~24)を用いて作製した電池(No.20~24)はサイクル特性に優れていることが分かる。また、負極シート22及び24と、負極シート20、21及び23との比較から、より重量平均分子量の大きい水溶性ポリマーを用いることで、耐屈曲性をより高められることがわかる。
The polymer A used in the negative electrode compositions of No. c4 and No. c5 has an adsorption rate of less than 5% on the carbon-coated silicon oxide. The batteries of No. c4 and No. c5 made using the negative electrode compositions of No. c4 and No. c5 had poor cycle characteristics. The electrode sheet of No. c4 also had poor bending resistance.
In contrast, it is found that the batteries (Nos. 20 to 24) produced using the negative electrode composition of the present invention (Nos. 20 to 24) have excellent cycle characteristics. In addition, a comparison of the negative electrode sheets 22 and 24 with the negative electrode sheets 20, 21, and 23 shows that the use of a water-soluble polymer with a larger weight average molecular weight can further improve flex resistance.
負極用組成物20~24において、活物質2の含有量(30質量部)及び黒鉛の含有量(70質量部)を、「活物質2(10質量部)、黒鉛(90質量部)」、「活物質2(20質量部)、黒鉛(80質量部)」、「活物質2(40質量部)、黒鉛(60質量部)」、「活物質2(50質量部)、黒鉛(50質量部)」、「活物質2(60質量部)、黒鉛(40質量部)」に変えても、同様にサイクル特性に優れる電池及び耐屈曲性に優れる負極シートが得られることを確認した。It was confirmed that in negative electrode compositions 20 to 24, even if the content of active material 2 (30 parts by mass) and the content of graphite (70 parts by mass) were changed to "active material 2 (10 parts by mass), graphite (90 parts by mass)", "active material 2 (20 parts by mass), graphite (80 parts by mass)", "active material 2 (40 parts by mass), graphite (60 parts by mass)", "active material 2 (50 parts by mass), graphite (50 parts by mass)", or "active material 2 (60 parts by mass), graphite (40 parts by mass)", a battery with excellent cycle characteristics and a negative electrode sheet with excellent flex resistance could be obtained.
[負極用組成物25~29、c6及びc7(後記表6のNo.25~29、c6及びc7の組成物)の調製]
上記負極用組成物1の調製において、上記負極用組成物1の調製に用いた活物質1及びポリマー1に代えて、後記表6記載のポリマー及び活物質を用いたこと以外は、上記負極用組成物1と同様にして、負極用組成物25~29、c6及びc7を調製した。
[Preparation of negative electrode compositions 25 to 29, c6, and c7 (compositions No. 25 to 29, c6, and c7 in Table 6 below)]
Negative electrode compositions 25 to 29, c6, and c7 were prepared in the same manner as in the preparation of the
[非水電解液二次電池25~29、c6及びc7(後記表6のNo.25~29、c6及びc7の電池)の作製]
上記非水電解液二次電池1の作製において、負極用組成物1に代えて後記表6記載の負極用組成物25~29、c6及びc7を用いたこと以外は、上記非水電解液二次電池1と同様にして、非水電解液二次電池25~29、c6及びc7を作製した。
[Preparation of Nonaqueous Electrolyte Secondary Batteries 25 to 29, c6, and c7 (Batteries No. 25 to 29, c6, and c7 in Table 6 below)]
Non-aqueous electrolyte secondary batteries 25 to 29, c6, and c7 were produced in the same manner as in the production of the non-aqueous electrolyte
[負極シート25~29、c6及びc7(後記表6のNo.25~29、c6及びc7の負極シート)の作製]
上記負極シート20の作製において、負極用組成物20に代えて、負極用組成物25~29、c6及びc7を用いたこと以外は、上記負極シート20の作製と同様にして、負極シート25~29、c6及びc7を作製した。
[Preparation of negative electrode sheets 25 to 29, c6 and c7 (negative electrode sheets Nos. 25 to 29, c6 and c7 in Table 6 below)]
Negative electrode sheets 25 to 29, c6, and c7 were produced in the same manner as in the production of the negative electrode sheet 20, except that negative electrode compositions 25 to 29, c6, and c7 were used instead of the negative electrode composition 20.
非水電解液二次電池25~29、c6及びc7を用いて上記試験例1によりサイクル特性を評価した。また、負極シート25~29、c6及びc7を用いて上記試験例2により耐屈曲性を評価した。
ポリマー種とその特性を後記表5に、サイクル特性評価及び耐屈曲性評価の結果を後記表6にそれぞれ示す。
The nonaqueous electrolyte secondary batteries 25 to 29, c6, and c7 were used to evaluate the cycle characteristics according to the above-mentioned Test Example 1. The negative electrode sheets 25 to 29, c6, and c7 were used to evaluate the flex resistance according to the above-mentioned Test Example 2.
The polymer types and their properties are shown in Table 5 below, and the results of the cycle characteristic evaluation and flex resistance evaluation are shown in Table 6 below.
<表5及び6の注>
「HEA」、「AA」、「HEAA」、「Aam」、「ポリマーA中の含有量(質量%)」、「含有量1(質量部)」、「バインダー中の含有量(質量%)」及び「水」の意味は、上記「表1及び2の注」と同じである。
Notes for Tables 5 and 6
The meanings of "HEA", "AA", "HEAA", "Aam", "Content in polymer A (% by mass)", "Content 1 (parts by mass)", "Content in binder (% by mass)", and "Water" are the same as those in the "Notes to Tables 1 and 2" above.
No.c6及びc7の負極用組成物に用いたポリマーAは、カーボンコートされた酸化珪素に対する吸着率が5%未満である。No.c6及びc7の負極用組成物を用いて作製されたNo.c6及びc7の電池は、サイクル特性に劣っていた。
これに対して、本発明の負極用組成物(No.25~29)を用いて作製した電池(No.25~29)はサイクル特性に優れ、また耐屈曲性も優れていることが分かる。また、負極シート27及び29と、負極シート25、26及び28との比較から、より重量平均分子量の大きい水溶性ポリマーを用いることで、耐屈曲性をより高められることがわかる。
The polymer A used in the negative electrode compositions of No. c6 and No. c7 has an adsorption rate of less than 5% on the carbon-coated silicon oxide. The batteries of No. c6 and No. c7 made using the negative electrode compositions of No. c6 and No. c7 had poor cycle characteristics.
In contrast, the batteries (Nos. 25 to 29) made using the negative electrode compositions of the present invention (Nos. 25 to 29) are excellent in cycle characteristics and flex resistance. In addition, a comparison of the negative electrode sheets 27 and 29 with the negative electrode sheets 25, 26, and 28 shows that the flex resistance can be further improved by using a water-soluble polymer with a larger weight average molecular weight.
負極用組成物25~29において、活物質3の含有量(30質量部)及び黒鉛の含有量(70質量部)を、「活物質3(10質量部)、黒鉛(90質量部)」、「活物質3(20質量部)、黒鉛(80質量部)」、「活物質3(40質量部)、黒鉛(60質量部)」、「活物質3(50質量部)、黒鉛(50質量部)」、「活物質3(60質量部)、黒鉛(40質量部)」に変えても、同様にサイクル特性に優れる電池及び耐屈曲性に優れる負極シートが得られることを確認した。It was confirmed that in negative electrode compositions 25 to 29, even if the content of active material 3 (30 parts by mass) and the content of graphite (70 parts by mass) were changed to "active material 3 (10 parts by mass), graphite (90 parts by mass)," "active material 3 (20 parts by mass), graphite (80 parts by mass)," "active material 3 (40 parts by mass), graphite (60 parts by mass)," "active material 3 (50 parts by mass), graphite (50 parts by mass)," or "active material 3 (60 parts by mass), graphite (40 parts by mass)," batteries with excellent cycle characteristics and negative electrode sheets with excellent flex resistance could be obtained.
本発明をその実施態様とともに説明したが、我々は特に指定しない限り我々の発明を説明のどの細部においても限定しようとするものではなく、添付の請求の範囲に示した発明の精神と範囲に反することなく幅広く解釈されるべきであると考える。Although the present invention has been described in conjunction with its embodiments, we do not intend to limit our invention to any of the details of the description unless specifically stated otherwise, and believe that the appended claims should be interpreted broadly without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the appended claims.
本願は、2021年3月31日に日本国で特許出願された特願2021-060334及び2021年9月29日に日本国で特許出願された特願2021-159546に基づく優先権を主張するものであり、これらはここに参照してその内容を本明細書の記載の一部として取り込む。This application claims priority to Patent Application No. 2021-060334, filed in Japan on March 31, 2021, and Patent Application No. 2021-159546, filed in Japan on September 29, 2021, the contents of which are incorporated herein by reference as part of the present specification.
10 非水電解液二次電池
1 負極集電体
2 負極活物質層
3 セパレータ
4 正極活物質層
5 正極集電体
6 作動部位(電球)
Reference Signs List 10: nonaqueous electrolyte secondary battery 1: negative electrode current collector 2: negative electrode active material layer 3: separator 4: positive electrode active material layer 5: positive electrode current collector 6: operating part (light bulb)
Claims (8)
前記水溶性ポリマーが、前記カーボンコートされた酸化珪素に対して、5~25%の吸着率を有し、
前記水溶性ポリマーが、下記一般式(1)又は(2)で表される構成成分を含み、前記一般式(1)又は(2)で表される構成成分は酸基を有さず、
前記水溶性ポリマー中に占める、前記一般式(1)又は(2)で表される構成成分の割合が95質量%以上である、負極用組成物。
一般式(2)中、R 3 は水素原子又はメチル基を示し、R 4 及びR 5 は水素原子又は置換基を示す。*は前記水溶性ポリマー中に組み込まれるための結合部位を示す。 The binder contains a water-soluble polymer that is a chain-polymer , and carbon-coated silicon oxide.
the water-soluble polymer has an adsorption rate of 5 to 25% with respect to the carbon-coated silicon oxide;
the water-soluble polymer contains a component represented by the following general formula (1) or (2), and the component represented by the general formula (1) or (2) does not have an acid group,
A composition for a negative electrode , wherein the proportion of the component represented by the general formula (1) or (2) in the water-soluble polymer is 95 mass % or more .
In formula (2), R3 represents a hydrogen atom or a methyl group, R4 and R5 represent a hydrogen atom or a substituent, and * represents a bonding site for incorporation into the water-soluble polymer.
A method for producing a non-aqueous secondary battery, comprising incorporating the negative electrode sheet obtained by the method according to claim 7 into a negative electrode of the non-aqueous secondary battery.
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