JP7750872B2 - All-solid-state battery binder using conjugated diene polymer, positive electrode layer, negative electrode layer, and electrolyte layer using the binder, and all-solid-state battery including these - Google Patents
All-solid-state battery binder using conjugated diene polymer, positive electrode layer, negative electrode layer, and electrolyte layer using the binder, and all-solid-state battery including theseInfo
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Description
本発明は、共役ジエン系重合体を用いた全固体電池バインダーおよびそのバインダーを用いた正極層、負極層、電解質層、およびこれらを含む全固体電池に関するものである。 The present invention relates to an all-solid-state battery binder using a conjugated diene polymer, a positive electrode layer, a negative electrode layer, an electrolyte layer using the binder, and an all-solid-state battery including these.
リチウムイオン二次電池は、軽量、高エネルギー及び長寿命であることが大きな特徴であり、例えばノートブックコンピューター、携帯電話、デジタルカメラ、ビデオカメラ等の携帯用電子機器の電源として広範囲に用いられている。また、低環境負荷社会への移行に伴い、ハイブリッド型電気自動車(Hybrid Electric Vehicle:HEV)及びプラグインHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle:PHEV)の電源、更には住宅用蓄電システム等の電力貯蔵分野においても注目されている。 Lithium-ion secondary batteries are characterized by their light weight, high energy, and long life, and are widely used as power sources for portable electronic devices such as notebook computers, mobile phones, digital cameras, and video cameras. Furthermore, with the transition to a society with a low environmental impact, lithium-ion secondary batteries are attracting attention as power sources for hybrid electric vehicles (HEVs) and plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs), as well as in the power storage field, such as residential energy storage systems.
ところで、従来、リチウムイオン二次電池の電解質には、リチウム塩を有機溶媒に溶解した有機電解液が用いられており、漏液に伴う安全性の懸念があった。 However, conventionally, the electrolyte used in lithium-ion secondary batteries has been an organic electrolyte solution in which lithium salt is dissolved in an organic solvent, which has raised safety concerns regarding leakage.
電解液の代わりに固体電解質を用いることで、正極材、電解質および負極材をすべて固体とした全固体電池は、可燃性の電解液が不要になり安全性が飛躍的に向上した技術として提案されている。 All-solid-state batteries, which use a solid electrolyte instead of a liquid electrolyte and have solid cathode, electrolyte, and anode materials, are proposed as a technology that eliminates the need for flammable electrolyte and dramatically improves safety.
全固体電池に用いる固体電解質としては、例えば、高いリチウムイオン伝導性から硫化物系材料を用いた技術の開示がある。 As solid electrolytes for use in all-solid-state batteries, for example, technology has been disclosed that uses sulfide-based materials due to their high lithium ion conductivity.
しかしながら、硫化物系材料は化学的安定性に乏しく、大気暴露において水分との反応により硫化水素が発生し電解質性能を損なうため、この電解質を用いる際には電池の製造プロセスから極力水分を除去することが望ましい。従来のリチウムイオン電池は、バインダーにポリフッ化ビニリデン(PVDF)を用いており、これを極性溶媒であるN-メチルピロリドン(NMP)に溶解させ、電極活物質や導電助剤などの電極構成材料と混ぜて集電体に塗布することで電極を作製しているが、NMPは、親水性を有するため硫化物系固体電解質を用いた全固体電池の製造に用いることは好ましくない。そこで、親水性の低い無極性溶媒を用いた電極作製プロセスが望ましいが、PVDFは無極性溶媒には溶解しないため、無極性溶媒に溶解する新たなバインダーの開発が求められている。特許文献1には、無極性溶媒に溶解可能なバインダーが提案されている。However, sulfide-based materials have poor chemical stability, and when exposed to air, they react with moisture to generate hydrogen sulfide, impairing electrolyte performance. Therefore, when using such electrolytes, it is desirable to eliminate moisture as much as possible from the battery manufacturing process. Conventional lithium-ion batteries use polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder, which is dissolved in the polar solvent N-methylpyrrolidone (NMP), mixed with electrode constituent materials such as electrode active materials and conductive additives, and then applied to a current collector to produce electrodes. However, due to its hydrophilic nature, NMP is not suitable for use in the manufacture of all-solid-state batteries using sulfide-based solid electrolytes. Therefore, an electrode manufacturing process using a nonpolar solvent with low hydrophilicity is desirable. However, because PVDF does not dissolve in nonpolar solvents, the development of a new binder that dissolves in nonpolar solvents is needed. Patent Document 1 proposes a binder that is soluble in nonpolar solvents.
共役ジエン系重合体は無極性溶媒に溶解するため、特許文献2には、ブタジエン系ゴムバインダーを全固体電池バインダーとして用いた全固体電池が提案されている。 Since conjugated diene polymers dissolve in non-polar solvents, Patent Document 2 proposes an all-solid-state battery that uses a butadiene-based rubber binder as the all-solid-state battery binder.
先行文献の共役ジエン系重合体は、無極性溶媒の使用を可能とするため製造プロセスからの水分除去の面で優れているが、電極活物質層の構成成分同士や固体電解質を結着する力や電極活物質層の集電体へ接着する力といったバインダー性能の面ではいまだ不十分であった。 The conjugated diene polymers described in prior literature are excellent in terms of removing moisture from the manufacturing process because they allow the use of non-polar solvents, but they still lack sufficient binder performance, such as the ability to bind the components of the electrode active material layer together and the solid electrolyte, and the ability to adhere the electrode active material layer to the current collector.
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、無極性溶媒への溶解性に優れ、さらにバインダー性能にも優れる全固体電池バインダー、及びそれを用いた、正極層、固体電解質層、負極層、並びに全固体電池を提供することを課題とする。 The present invention has been made in consideration of the above problems, and aims to provide an all-solid-state battery binder that has excellent solubility in non-polar solvents and also excellent binder performance, as well as a positive electrode layer, solid electrolyte layer, negative electrode layer, and all-solid-state battery that use the same.
本発明者らは、上記従来技術の課題を解決するために鋭意検討を行った結果、変性基を有し特定のポリマー構造を有する共役ジエン系重合体により上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。 As a result of extensive research into resolving the above-mentioned problems of the prior art, the inventors discovered that the above problems could be solved by using a conjugated diene-based polymer having a modifying group and a specific polymer structure, leading to the completion of the present invention.
すなわち、本発明は以下のとおりである。
〔1〕
ビニル芳香族単量体単位を主体とする重合体ブロックを有し、重量平均分子量が4~200万である共役ジエン系重合体を含有する、
全固体電池バインダー。
〔2〕
前記共役ジエン系重合体が変性基を有し、前記変性基が、酸無水物基、ヒドロキシル基、カルボニル基、カルボキシル基、アミノ基、エポキシ基、アルコキシシラン基、アミド基、ウレタン基、ウレア基、イソシアネート基、及びイオン性基からなる群より選ばれる一つ以上である、
〔1〕に記載の全固体電池バインダー。
〔3〕
前記共役ジエン系重合体の重量平均分子量が、20~80万である、
〔1〕又は〔2〕に記載の全固体電池バインダー。
〔4〕
前記重合体ブロックの含有量が、前記共役ジエン系重合体の総量に対して、40重量%以下である、
〔1〕~〔3〕のいずれか一項に記載の全固体電池バインダー。
〔5〕
前記共役ジエン単量体単位の水素添加前のビニル結合量が共役ジエン単量体単位の合計100mol%に対して20mol%~60mol%である、
〔1〕~〔4〕のいずれ一項に記載の全固体電池バインダー。
〔6〕
前記共役ジエン系重合体のトルエン不溶分量が10wt%以下である、
〔1〕~〔5〕のいずれか一項に記載の全固体電池バインダー。
〔7〕
前記変性基が、前記共役ジエン系重合体100g中に0.10mmol以上、0.50mmol以下である、
〔2〕~〔6〕のいずれか一項記載の全固体電池バインダー。
〔8〕
前記変性基が、1級アミノ基又は2級アミノ基である、
〔2〕~〔7〕のいずれか一項に記載の全固体電池バインダー。
〔9〕
前記共役ジエン系重合体の末端又はカップリング部が、前記変性基を有する、
〔2〕~〔8〕のいずれか一項記載の全固体電池バインダー。
〔10〕
前記共役ジエン単量体単位を主体とする重合体ブロックを有する、
〔1〕~〔9〕のいずれか一項に記載の全固体電池バインダー。
〔11〕
前記共役ジエン系重合体が水素添加されたものである、
〔1〕~〔10〕のいずれか一項に記載の全固体電池バインダー。
〔12〕
前記共役ジエン単量体単位のブチレン量及び/又はプロピレン量が、共役ジエン単量体単位の合計100mol%に対して20mol%~60mol%である、
前記共役ジエン系重合体が、共役ジエン単量体単位を主体とする重合体ブロックを有する、
〔1〕~〔11〕のいずれか一項に記載の全固体電池バインダー。
〔13〕
前記共役ジエン系重合体のゆるめかさ比重が0.15g/cm3以上であり、圧縮度が30未満であり、パウダー、またはクラム形状である、
〔1〕~〔12〕のいずれか一項に記載の全固体電池バインダー。
〔14〕
前記共役ジエン系重合体中の、遷移金属元素とAl、Li、Fe、Zn、およびMgの合計含有量が、原子換算で共役ジエン系重合体に対し、200ppm以下である、
〔1〕~〔13〕のいずれか一項に記載の全固体電池バインダー。
〔15〕
前記共役ジエン系重合体とリン化合物を含み、リン原子換算で共役ジエン系重合体に対し、10ppm以上である、
〔1〕~〔14〕のいずれか一項に記載の全固体電池バインダー。
〔16〕
シリカ、高級脂肪酸金属塩、ポリオレフィン、及び脂肪酸アミドからなる群より選択される高分子の含む、
〔1〕~〔15〕のいずれか一項に記載の全固体電池バインダー。
〔17〕
前記共役ジエン系重合体が、共役ジエン系重合体単位としてイソプレンを有する、
〔1〕~〔16〕のいずれ一項に記載の全固体電池バインダー。
〔18〕
水分量が200ppm以下である、
〔1〕~〔17〕のいずれか一項に記載の全固体電池バインダー。
〔19〕
〔1〕~〔18〕のいずれか一項に記載の全固体電池バインダーを含み、 水分量が200ppm以下であるスラリー。
〔20〕
〔1〕~〔18〕のいずれか一項に記載の全固体電池バインダーと、
正極活物質と、を含み、
水分量が200ppm以下である正極層。
〔21〕
〔1〕~〔18〕のいずれか一項に記載の全固体電池バインダーと、
イオン伝導性の固体電解質と、を含み、
水分量が200ppm以下である固体電解質層。
〔22〕
〔1〕~〔18〕のいずれか一項に記載の全固体電池バインダーと、
負極活物質と、を含み、
水分量が200ppm以下である負極層。
〔23〕
〔20〕に記載の正極層、〔21〕に記載の固体電解質層、及び〔22〕に記載の負極層のうち少なくとも一つの層を含む、
全固体電池。
〔24〕
水分量が200ppm以下である、
〔23〕に記載の全固体電池。
〔25〕
共役ジエン単量体単位と、ビニル芳香族単量体単位を主体とする重合体ブロックと、変性基と、を有し、水分量が1wt%以下である共役ジエン系重合体と溶剤を含むスラリーを調整する工程と、
前記スラリーを基材に塗布し乾燥させる工程と、を有し、
水分量が200ppm以下である全固体電池バインダーを含む正極層、固体電解質層、及び負極層のうち少なくとも一つの層を製造する方法。
That is, the present invention is as follows.
[1]
The polymer contains a conjugated diene polymer having a polymer block mainly composed of vinyl aromatic monomer units and a weight average molecular weight of 40,000 to 2,000,000.
Solid-state battery binder.
[2]
the conjugated diene-based polymer has a modifying group, and the modifying group is at least one selected from the group consisting of an acid anhydride group, a hydroxyl group, a carbonyl group, a carboxyl group, an amino group, an epoxy group, an alkoxysilane group, an amide group, a urethane group, a urea group, an isocyanate group, and an ionic group;
The all-solid-state battery binder according to [1].
[3]
The weight average molecular weight of the conjugated diene polymer is 200,000 to 800,000.
The all-solid-state battery binder according to [1] or [2].
[4]
the content of the polymer block is 40% by weight or less based on the total amount of the conjugated diene-based polymer;
[1] The all-solid-state battery binder according to any one of [1] to [3].
[5]
the amount of vinyl bonds in the conjugated diene monomer units before hydrogenation is 20 mol % to 60 mol % relative to 100 mol % in total of the conjugated diene monomer units;
[1] The all-solid-state battery binder according to any one of [1] to [4].
[6]
the conjugated diene polymer has a toluene-insoluble content of 10 wt % or less;
[1] to [5] The all-solid-state battery binder according to any one of [1] to [5].
[7]
the modifying group is present in an amount of 0.10 mmol or more and 0.50 mmol or less in 100 g of the conjugated diene polymer;
[2] to [6]. The all-solid-state battery binder according to any one of [2] to [6].
[8]
the modifying group is a primary amino group or a secondary amino group;
[2] The all-solid-state battery binder according to any one of [7] to [9].
[9]
an end or a coupling portion of the conjugated diene polymer has the modifying group;
[2] to [8]. The all-solid-state battery binder according to any one of [2] to [8].
[10]
having a polymer block mainly composed of the conjugated diene monomer unit,
[1] The all-solid-state battery binder according to any one of [1] to [9].
[11]
The conjugated diene polymer is hydrogenated.
[1] The all-solid-state battery binder according to any one of [1] to [10].
[12]
the butylene amount and/or propylene amount of the conjugated diene monomer units is 20 mol % to 60 mol % relative to 100 mol % in total of the conjugated diene monomer units;
the conjugated diene polymer has a polymer block mainly composed of a conjugated diene monomer unit;
[12] The all-solid-state battery binder according to any one of [1] to [11].
[13]
The conjugated diene polymer has a loose bulk density of 0.15 g/ cm3 or more, a degree of compression of less than 30, and is in the form of powder or crumb.
[1] The all-solid-state battery binder according to any one of [1] to [12].
[14]
the total content of the transition metal element and Al, Li, Fe, Zn, and Mg in the conjugated diene polymer is 200 ppm or less in terms of atoms relative to the conjugated diene polymer;
[14] The all-solid-state battery binder according to any one of [1] to [13].
[15]
The composition contains the conjugated diene polymer and a phosphorus compound, and the phosphorus atom content is 10 ppm or more relative to the conjugated diene polymer.
[14] The all-solid-state battery binder according to any one of [1] to [14].
[16]
The polymer is selected from the group consisting of silica, higher fatty acid metal salts, polyolefins, and fatty acid amides.
[16] The all-solid-state battery binder according to any one of [1] to [15].
[17]
The conjugated diene polymer has isoprene as a conjugated diene polymer unit.
[17] The all-solid-state battery binder according to any one of [1] to [16].
[18]
The moisture content is 200 ppm or less.
[18] The all-solid-state battery binder according to any one of [1] to [17].
[19]
[19] A slurry containing the all-solid-state battery binder according to any one of [1] to [18], wherein the water content is 200 ppm or less.
[20]
[18] The all-solid-state battery binder according to any one of [1] to [18],
a positive electrode active material,
A positive electrode layer having a moisture content of 200 ppm or less.
[21]
[18] The all-solid-state battery binder according to any one of [1] to [18],
an ion-conducting solid electrolyte;
A solid electrolyte layer having a moisture content of 200 ppm or less.
[22]
[18] The all-solid-state battery binder according to any one of [1] to [18],
a negative electrode active material,
A negative electrode layer having a moisture content of 200 ppm or less.
[23]
[20] The cathode layer according to [21], the solid electrolyte layer according to [21], and the anode layer according to [22] are included.
All-solid-state battery.
[24]
The moisture content is 200 ppm or less.
[23] The all-solid-state battery according to [23].
[25]
a step of preparing a slurry containing a conjugated diene polymer having a conjugated diene monomer unit, a polymer block mainly composed of a vinyl aromatic monomer unit, and a modifying group, the conjugated diene polymer having a water content of 1 wt % or less, and a solvent;
and applying the slurry to a substrate and drying the slurry.
A method for manufacturing at least one layer selected from a positive electrode layer, a solid electrolyte layer, and a negative electrode layer, the method comprising the steps of: forming a binder for an all-solid-state battery having a moisture content of 200 ppm or less;
本発明によれば、無極性溶媒への溶解性に優れ、バインダー性能にも優れた全固体電池バインダー、及びそれを用いた、正極層、固体電解質層、負極層、並びに全固体電池を提供することができる。 The present invention provides an all-solid-state battery binder that has excellent solubility in non-polar solvents and excellent binder performance, as well as a positive electrode layer, a solid electrolyte layer, a negative electrode layer, and an all-solid-state battery that use the binder.
以下、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」という。)について、詳細に説明する。以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨の範囲内で適宜変形して実施できる。 The following provides a detailed description of the form for implementing the present invention (hereinafter referred to as the "present embodiment"). The following present embodiment is an example for explaining the present invention, and is not intended to limit the present invention to the following content. The present invention can be implemented with appropriate modifications within the scope of its essence.
なお、本明細書中、「重合体」とは、単一種類の単量体単位よりなる重合体、及び複数種類の単量体単位を有する共重合体のいずれの場合を含むものとする。 In this specification, the term "polymer" includes both polymers consisting of a single type of monomer unit and copolymers having multiple types of monomer units.
〔全固体電池バインダー〕
(共役ジエン系重合体)
本実施形態の全固体電池バインダーは、ビニル芳香族単量体単位を主体とする重合体ブロックを有し、重量平均分子量が4~200万である共役ジエン系重合体を含有する。
[All-solid-state battery binder]
(Conjugated diene polymer)
The all-solid-state battery binder of this embodiment has a polymer block mainly composed of vinyl aromatic monomer units and contains a conjugated diene polymer having a weight-average molecular weight of 40,000 to 2,000,000.
本実施形態において、共役ジエン系重合体は変性基を有するのが好ましい。「変性基」とは、電極活物質層の構成成分や固体電解質に対する結着性基及び/又は集電体に対する接着性基を指し、炭素と水素以外の元素を含む官能基を指す。「変性基」の構造は、NMR、分光分析、電気分析、分離分析、質量分析、滴定等の各種分析化学手法を用いて共役ジエン系重合体および必要に応じて想定される変性剤を分析することで確認することができる。変性基を特定する方法としては、一般にNMRやIR、GC-MS等の組み合わせる方法が挙げられる。例えば、酸無水物である無水マレイン酸や無水コハク酸は、IRで1750cm-1付近に吸収ピークを持つため、共役ジエン系重合体を分析することで特定が可能である。また、変性基に吸着性を有するカラムを用いたクロマトグラフィにより共役ジエン系重合体を分析することで、例えばアミン変性基などの変性基の特定が可能である。その他の官能基についても、NMRにより共役ジエン系重合体を分析することで、官能基固有の化学シフト変性基を特定することができる。また、各種分析と文献等から変性基または変性剤の候補を挙げ、それらの化学シフトと共役ジエン系重合体の変性基由来の化学シフトの一致から変性基または変性剤を特定することもできる。 In this embodiment, the conjugated diene polymer preferably has a modifying group. The term "modifying group" refers to a group capable of binding to the components of the electrode active material layer or the solid electrolyte and/or an adhesive group to the current collector, and refers to a functional group containing an element other than carbon and hydrogen. The structure of the "modifying group" can be confirmed by analyzing the conjugated diene polymer and, if necessary, a potential modifier using various analytical chemistry techniques, such as NMR, spectroscopic analysis, electroanalysis, separation analysis, mass spectrometry, and titration. Methods for identifying the modifying group generally include a combination of NMR, IR, and GC-MS. For example, acid anhydrides such as maleic anhydride and succinic anhydride have an absorption peak near 1750 cm −1 in IR, and can be identified by analyzing the conjugated diene polymer. Furthermore, analyzing the conjugated diene polymer by chromatography using a column that is adsorbent to the modifying group can identify modifying groups, such as amine-modified groups. For other functional groups, analyzing the conjugated diene polymer by NMR can also identify the chemical shift-specific modifying groups of the functional group. Alternatively, candidates for modifying groups or modifying agents can be selected from various analyses and literature, and the modifying group or modifying agent can be identified based on the agreement between their chemical shifts and the chemical shifts attributable to the modifying group of the conjugated diene polymer.
(共役ジエン単量体単位)
共役ジエン系重合体を構成する共役ジエン単量体は、一対の共役二重結合を有するジオレフィンである。そのようなジオレフィンとしては、特に制限されないが、例えば、1,3-ブタジエン、2-メチル-1,3-ブタジエン(イソプレン)、2,3-ジメチル-1,3-ブタジエン、1,3-ペンタジエン、1,3-シクロペンタジエン、2-メチル-1,3-ペンタジエン、1,3-ヘキサジエン、1,3-シクロヘキサジエン、及びファルネセンが挙げられる。これらの中でも、入手性及び生産性の観点から、好ましくは、1,3-ブタジエン及びイソプレンであり、熱安定性の観点から、より好ましくは1,3-ブタジエンである。共役ジエン系重合体は、1種の共役ジエン単量体単位で構成されていてもよいし、2種以上の共役ジエン単量体単位から構成されていてもよい。
(Conjugated diene monomer unit)
The conjugated diene monomer constituting the conjugated diene polymer is a diolefin having a pair of conjugated double bonds. Examples of such diolefins include, but are not limited to, 1,3-butadiene, 2-methyl-1,3-butadiene (isoprene), 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 1,3-pentadiene, 1,3-cyclopentadiene, 2-methyl-1,3-pentadiene, 1,3-hexadiene, 1,3-cyclohexadiene, and farnesene. Among these, 1,3-butadiene and isoprene are preferred from the viewpoints of availability and productivity, and 1,3-butadiene is more preferred from the viewpoint of thermal stability. The conjugated diene polymer may be composed of one type of conjugated diene monomer unit, or may be composed of two or more types of conjugated diene monomer units.
共役ジエン系重合体が共役ジエン単量体単位を主体とする重合体ブロックを含んでもよい。共役ジエン系重合体が共役ジエン単量体単位を主体とする重合体ブロックを含む場合、この重合体ブロックに含まれる共役ジエン単量体単位の含有量は、全固体電池バインダーの、電極活物質層や電解質層の電極活物質、導電助剤、固体電解質等構成成分同士をつなぐ結着性と集電体への接着性(密着性ともいう)を高めるため、ブロックのポリマー鎖の絡み合い多くするという観点から、好ましくは80質量%以上であるものとし、より好ましくは90質量%以上であり、更に好ましくは95質量%以上である。ここで「共役ジエン単量体単位を主体とする重合体ブロック」とは、当該共役ジエン単量体単位の含有量が、当該重合体ブロック全体に対して70質量%を超える重合体ブロックを意味する。The conjugated diene polymer may contain a polymer block primarily composed of conjugated diene monomer units. When the conjugated diene polymer contains a polymer block primarily composed of conjugated diene monomer units, the content of the conjugated diene monomer units contained in this polymer block is preferably 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, and even more preferably 95% by mass or more, from the viewpoint of increasing entanglement of polymer chains in the block, thereby improving the binding between components of the all-solid-state battery binder, such as the electrode active material, conductive additive, and solid electrolyte of the electrode active material layer and electrolyte layer, and the adhesion (also known as adhesion) to the current collector. Here, "a polymer block primarily composed of conjugated diene monomer units" refers to a polymer block in which the content of the conjugated diene monomer units exceeds 70% by mass of the entire polymer block.
なお、重合体ブロックに含まれる共役ジエン単量体単位の含有量の上限は、特に制限されず、共役ジエン系重合体に含まれる共役ジエン単量体単位の総量に対して、100質量%以下であっても、99質量%以下であってもよい。 The upper limit of the content of conjugated diene monomer units contained in the polymer block is not particularly limited, and may be 100% by mass or less, or 99% by mass or less, relative to the total amount of conjugated diene monomer units contained in the conjugated diene-based polymer.
本実施形態において、全固体電池バインダーの電極活物質層や電解質層の電極活物質、導電助剤、固体電解質等構成成分同士をつなぐ結着性と、集電体への接着性を併せて、バインダー性能という。 In this embodiment, the binder performance refers to the binding ability of the all-solid-state battery binder to connect the constituent components of the electrode active material layer and electrolyte layer, such as the electrode active material, conductive additive, and solid electrolyte, as well as its adhesion to the current collector.
共役ジエン系重合体は、水素添加されたものであってもよい。本実施形態の共役ジエン系重合体において、共役ジエン系重合体の親水性が低い溶媒、例えば無極性溶媒、への溶解性と共役ジエン系重合体を含有する全固体電池バインダーの結着性および接着性の観点から、共役ジエン単量体単位の水素添加前のビニル結合量は、共役ジエン単量体単位の合計100mol%に対して、好ましくは20mol%以上であり、より好ましくは25mol%以上であり、さらに好ましくは30mol%以上であり、よりさらに好ましくは35mol%以上である。特に水素添加した場合は、ビニル結合量が低すぎると共役ジエン系重合体が結晶化して無極性溶媒への溶解性が著しく低下することがある。The conjugated diene polymer may be hydrogenated. In the conjugated diene polymer of this embodiment, from the viewpoints of the solubility of the conjugated diene polymer in solvents with low hydrophilicity, such as non-polar solvents, and the binding and adhesive properties of an all-solid-state battery binder containing the conjugated diene polymer, the vinyl bond content of the conjugated diene monomer units before hydrogenation is preferably 20 mol% or more, more preferably 25 mol% or more, even more preferably 30 mol% or more, and even more preferably 35 mol% or more, relative to 100 mol% of the total conjugated diene monomer units. In particular, when hydrogenated, if the vinyl bond content is too low, the conjugated diene polymer may crystallize, resulting in a significant decrease in solubility in non-polar solvents.
なお、共役ジエン単量体単位の水素添加前のビニル結合量の上限は、共役ジエン単量体単位の合計100mol%に対して、100mol%以下であってもよく、99mol%以下であってもよく、好ましくは80mol%以下、さらに好ましくは70mol%以下、ゴム弾性の観点から好ましいのは60mol%以下、50mol%以下、40mol%以下である。 The upper limit of the vinyl bond content of the conjugated diene monomer units before hydrogenation may be 100 mol% or less, or 99 mol% or less, preferably 80 mol% or less, and more preferably 70 mol% or less, relative to a total of 100 mol% of the conjugated diene monomer units. From the viewpoint of rubber elasticity, 60 mol% or less, 50 mol% or less, or 40 mol% or less are preferred.
また、共役ジエン系重合体が共役ジエン単量体単位を主体とする重合体ブロックを含む場合においても、水素添加前のビニル結合量の好ましい範囲は上記と同様である。 Furthermore, even when the conjugated diene polymer contains a polymer block mainly composed of conjugated diene monomer units, the preferred range of the vinyl bond content before hydrogenation is the same as above.
「水素添加前のビニル結合量」とは、水素添加をする前の共役ジエン系重合体における、共役ジエン単量体単位に起因する1,4-結合(シス及びトランス)及び1,2-結合の合計量に対する、1,2-結合の量(mol比)をいう。ただし、共役ジエン単量体単位が3,4-結合で重合体に組み込まれている場合には、1,4-結合、1,2-結合、及び3,4-結合の合計量に対する、1,2-結合、及び3,4-結合の合計量(mol比)をいう。すなわち、「水素添加前」という言葉を使って定義しているが、これは、水素添加によって「ビニル結合」とは呼べない状態になるためであり、水素添加後にも、1,4-結合か、1,2-結合又は3,4-結合かは区別できるので、水素添加後の重合体においても同様に定量できる指標である。 The term "vinyl bond content before hydrogenation" refers to the amount (molar ratio) of 1,2-bonds relative to the total amount of 1,4-bonds (cis and trans) and 1,2-bonds resulting from conjugated diene monomer units in a conjugated diene polymer before hydrogenation. However, if the conjugated diene monomer units are incorporated into the polymer via 3,4-bonds, the term refers to the total amount (molar ratio) of 1,2-bonds and 3,4-bonds relative to the total amount of 1,4-bonds, 1,2-bonds, and 3,4-bonds. In other words, although the term "before hydrogenation" is used for this definition, this is because hydrogenation results in a state that can no longer be called a "vinyl bond." Even after hydrogenation, it is possible to distinguish between 1,4-bonds, 1,2-bonds, and 3,4-bonds, so this is an indicator that can be similarly quantified for polymers after hydrogenation.
共役ジエン系重合体のブチレン量及び/又はプロピレン量は、好ましくは20mol%以上であり、より好ましくは25mol%以上であり、さらに好ましくは30mol%以上であり、よりさらに好ましくは35mol%以上である。また、共役ジエン系重合体のブチレン量及び/又はプロピレン量の上限は、100mol%以下であってもよく、99mol%以下であってもよく、好ましくは80mol%以下、さらに好ましくは70mol%以下、ゴム弾性の観点から好ましくは60mol%以下、50mol%以下、40mol%以下である。ブチレン量及び/又はプロピレン量が上記範囲内であることにより、無極性溶媒への溶解性と、バインダー性能がより向上する傾向にある。The butylene and/or propylene content of the conjugated diene polymer is preferably 20 mol% or more, more preferably 25 mol% or more, even more preferably 30 mol% or more, and even more preferably 35 mol% or more. The upper limit of the butylene and/or propylene content of the conjugated diene polymer may be 100 mol% or less, or may be 99 mol% or less, preferably 80 mol% or less, and even more preferably 70 mol% or less. From the viewpoint of rubber elasticity, it is preferably 60 mol% or less, 50 mol% or less, or 40 mol% or less. Having the butylene and/or propylene content within the above ranges tends to further improve solubility in nonpolar solvents and binder performance.
ここで、「ブチレン量及び/又はプロピレン量」とは、水素添加後の共役ジエン系重合体における、共役ジエン単量体単位に起因する1,4-結合(シス及びトランス)及び1,2-結合の合計量に対する、1,2-結合の量(mol比)をいう。ただし、共役ジエン単量体単位が3,4-結合で重合体に組み込まれている場合には、1,4-結合、1,2-結合、及び3,4-結合の合計量に対する、1,2-結合、及び3,4-結合の合計量(mol比)をいう。ブチレン量及び/又はプロピレン量は水素添加前のビニル結合量および水素添加率により制御することができる。 Here, "amount of butylene and/or propylene" refers to the amount (molar ratio) of 1,2-bonds relative to the total amount of 1,4-bonds (cis and trans) and 1,2-bonds resulting from conjugated diene monomer units in the conjugated diene polymer after hydrogenation. However, when the conjugated diene monomer units are incorporated into the polymer via 3,4-bonds, the term refers to the total amount (molar ratio) of 1,2-bonds and 3,4-bonds relative to the total amount of 1,4-bonds, 1,2-bonds, and 3,4-bonds. The amount of butylene and/or propylene can be controlled by the amount of vinyl bonds before hydrogenation and the hydrogenation rate.
共役ジエン系重合体の水素添加前のビニル結合量および、ブチレン量及び/又はプロピレン量は、核磁気共鳴装置(NMR)等を用いて測定することができ、具体的には、後述する実施例に記載の方法で測定することができる。The vinyl bond content and butylene and/or propylene content of a conjugated diene polymer before hydrogenation can be measured using a nuclear magnetic resonance (NMR) spectrometer or the like, specifically by the method described in the examples below.
なお、水素添加後の共役ジエン系重合体を試料としてプロトン核磁気共鳴(1H-NMR)法により水素添加前のビニル結合量を測定することもできる。その方法について、ビニル芳香族単量体単位がスチレンであり、共役ジエン単量体単位が1,3-ブタジエンである共役ジエン系重合体を例に挙げて具体的に説明する。 The vinyl bond amount before hydrogenation can also be measured by proton nuclear magnetic resonance ( 1 H-NMR) using a hydrogenated conjugated diene polymer as a sample. This method will be specifically described using as an example a conjugated diene polymer in which the vinyl aromatic monomer unit is styrene and the conjugated diene monomer unit is 1,3-butadiene.
測定機器としてECS400(JEOL製製品名)、溶媒として重水素化クロロホルムを用い、サンプル濃度は50mg/mLとして、以下の条件で測定する。
(測定条件)
観測周波数 :400MHz
化学シフト基準:クロロホルム(7.26ppm)
パルスディレイ:3秒
スキャン回数 :256回
パルス幅 :45°
測定温度 :26℃
Measurement is performed under the following conditions using ECS400 (product name manufactured by JEOL) as the measuring instrument, deuterated chloroform as the solvent, and a sample concentration of 50 mg/mL.
(Measurement conditions)
Observation frequency: 400MHz
Chemical shift reference: chloroform (7.26 ppm)
Pulse delay: 3 seconds Number of scans: 256 times Pulse width: 45°
Measurement temperature: 26℃
水素添加前のビニル結合量は、得られるNMRスペクトルにおける化学シフトが10.0ppm~0.0ppmの範囲のシグナルの面積値を用いて求めることができる。より詳細には下記式(1)~(6)により求めることができる。
(スチレン単量体単位の1プロトン当たりの面積値)
=(X2-X1)/5 (1)
(未水添1,2結合ブタジエン単量体単位の1プロトン当たりの面積値)
=X3/2 (2)
(未水添1,4結合ブタジエン単量体単位の1プロトン当たりの面積値)
=(X4-(X3/2))/2 (3)
(水添1,2結合ブタジエン単量体単位の1プロトン当たりの面積値)
=X5/3 (4)
(水添1,4結合ブタジエン単量体単位の1プロトン当たりの面積値)
=(X6-(1)×3-(2)×3-(3)×4-(4)×8-X7)/8 (5)
(水素添加前のビニル結合量(mоl%))
=((2)+(4))/((2)+(3)+(4)+(5))×100 (6)
The amount of vinyl bonds before hydrogenation can be determined using the area value of signals in the chemical shift range of 10.0 ppm to 0.0 ppm in the obtained NMR spectrum. More specifically, it can be determined by the following formulas (1) to (6).
(area value per proton of styrene monomer unit)
=(X 2 -X 1 )/5 (1)
(Area value per proton of unhydrogenated 1,2-bond butadiene monomer unit)
= X 3 / 2 (2)
(Area value per proton of unhydrogenated 1,4-bonded butadiene monomer unit)
=(X 4 -(X 3 /2))/2 (3)
(Area value per proton of hydrogenated 1,2-bond butadiene monomer unit)
= X 5 / 3 (4)
(Area value per proton of hydrogenated 1,4-bonded butadiene monomer unit)
= (X 6 - (1) x 3 - (2) x 3 - (3) x 4 - (4) x 8 - X 7 )/8 (5)
(Amount of vinyl bond (mol %) before hydrogenation)
= ((2) + (4)) / ((2) + (3) + (4) + (5)) × 100 (6)
ただし、上記式(1)~(5)中の記号X1、X2、X3、X4、X5、X6、及びX7は以下のように定義される。
X1:7.26ppmを中心とし、7.26ppm~7.25ppm区間及び7.27ppm~7.26ppm区間の各区間で、最もシグナル強度の小さい位置同士を結んだ線とNMRスペクトルとで囲まれた範囲の面積値
X2:8.0ppm及び6.0ppmのシグナル位置同士を結んだ線とNMRスペクトルとで囲まれた範囲の面積値
X3:6.0ppm及び4.0ppmのシグナル位置同士を結んだ線とNMRスペクトルとで囲まれた面積値のうち、5.2ppm~4.9ppmの間で最もシグナル強度の小さい位置の化学シフトから4.0ppmの範囲の面積値
X4:6.0ppm及び4.0ppmのシグナル位置同士を結んだ線とNMRスペクトルとで囲まれた面積値のうち、5.2ppm~4.9ppmの間で最もシグナル強度の小さい位置の化学シフトから6.0ppmの範囲の面積値
X5:4.0ppm及び0.3ppmのシグナル位置同士を結んだ線とNMRスペクトルとで囲まれた面積値のうち、1.05ppm~0.85ppmの間にあるNMRスペクトルの谷の中で最もシグナル強度の小さい位置の化学シフトから0.3ppmの範囲の面積値(ただし、1.05ppm~0.85ppmの間に谷が存在しない場合は、4.0ppm及び0.3ppmのシグナル位置同士を結んだ線とNMRスペクトルとで囲まれた面積値のうち、1.05ppm~0.85ppmの間で最もシグナル強度の小さい位置の化学シフトから0.3ppmの範囲の面積値とする。)
X6:4.0ppm及び0.3ppmのシグナル位置同士を結んだ線とNMRスペクトルとで囲まれた範囲の面積値
X7:1.50ppmを中心とし1.49ppm~1.50ppm区間及び1.50ppm~1.51ppm区間の各区間で、最もシグナル強度の小さい位置同士を結んだ線とNMRスペクトルとで囲まれた範囲の面積値(ただし、当該最もシグナル強度の小さい位置同士を結んだ線がNMRスペクトルより上部に存在する場合は、0とする。)
In the above formulas (1) to (5), the symbols X 1 , X 2 , X 3 , X 4 , X 5 , X 6 and X 7 are defined as follows:
X 1 : Area value of the range surrounded by the NMR spectrum and a line connecting the positions of the smallest signal intensity in each of the sections of 7.26 ppm to 7.25 ppm and 7.27 ppm to 7.26 ppm, with 7.26 ppm as the center. X 2 : Area value of the range surrounded by the NMR spectrum and a line connecting the signal positions of 8.0 ppm and 6.0 ppm. X 3 : Area value of the range from the chemical shift of the position of the smallest signal intensity between 5.2 ppm and 4.9 ppm to 4.0 ppm, among the area values surrounded by the NMR spectrum and a line connecting the signal positions of 6.0 ppm and 4.0 ppm. X 4 : Area value X5 in the range from the chemical shift at the position with the smallest signal intensity between 5.2 ppm and 4.9 ppm to 6.0 ppm among the area values surrounded by the line connecting the signal positions at 6.0 ppm and 4.0 ppm and the NMR spectrum : The area enclosed by the NMR spectrum and a line connecting the signal positions at 4.0 ppm and 0.3 ppm, the area ranging from the chemical shift at the position with the smallest signal intensity among the valleys in the NMR spectrum between 1.05 ppm and 0.85 ppm to 0.3 ppm (however, if no valley exists between 1.05 ppm and 0.85 ppm, the area is the area ranging from the chemical shift at the position with the smallest signal intensity between 1.05 ppm and 0.85 ppm to 0.3 ppm among the area enclosed by the NMR spectrum and a line connecting the signal positions at 4.0 ppm and 0.3 ppm).
X6 : Area value of the range surrounded by the NMR spectrum and a line connecting the signal positions at 4.0 ppm and 0.3 ppm. X7 : Area value of the range surrounded by the NMR spectrum and a line connecting the positions of the smallest signal intensity in each of the 1.49 ppm to 1.50 ppm section and the 1.50 ppm to 1.51 ppm section, with 1.50 ppm as the center (however, if the line connecting the positions of the smallest signal intensity is above the NMR spectrum, it is set to 0).
また、式(5)及び(6)中の(1)~(5)は、それぞれ上記式(1)~(5)から得られる値である。 Furthermore, (1) to (5) in equations (5) and (6) are values obtained from the above equations (1) to (5), respectively.
上記ビニル結合量や、ブチレン量及び/又はプロピレン量は、共役ジエン系重合体の製造時において、ルイス塩基、例えばエーテル、及びアミン等の化合物をビニル結合量調整剤(以下、ビニル化剤と表記)として添加したり、製造時の温度を制御することにより、上記数値範囲に制御することができる。一般に、ビニル結合量調整剤を増量する、もしくは製造時の温度を低くすることで、ビニル結合量は増加する傾向にある。 The vinyl bond amount, butylene amount, and/or propylene amount can be controlled within the above numerical ranges during the production of the conjugated diene polymer by adding a Lewis base, such as an ether or an amine compound, as a vinyl bond amount adjuster (hereinafter referred to as a vinylating agent) or by controlling the temperature during production. Generally, the vinyl bond amount tends to increase by increasing the amount of vinyl bond amount adjuster or lowering the temperature during production.
(ビニル芳香族単量体単位)
本実施形態の共役ジエン系重合体において、共役ジエン系重合体の炭化水素溶媒への溶解性と共役ジエン系重合体を含有する全固体電池バインダーの結着性および接着性の観点から、本実施形態の共役ジエン系重合体において、ビニル芳香族単量体単位の含有量は、共役ジエン系重合体の総量に対して、80質量%以下が好ましい。同様の観点、及び柔軟性を一層向上させる観点から、その含有量は、より好ましくは5質量%以上60質量%以下である。バインダーを含んだ各層の低温耐割れ性を一層向上させる観点から、その含有量は、更に好ましくは10質量%以上であり、より好ましくは12質量%以上であり、充放電の繰り返しによる固体電解質や電極活物質の収縮によって隙間が生じ電池性能が低下することを抑制する観点から、15質量%以上が好ましく、20質量%以上が好ましい。より好ましい上限は40質量%以下であり、さらに好ましくは35質量%以下であり、特に好ましくは30質量%以下である。
(vinyl aromatic monomer unit)
In the conjugated diene polymer of this embodiment, from the viewpoints of the solubility of the conjugated diene polymer in hydrocarbon solvents and the binding and adhesive properties of an all-solid-state battery binder containing the conjugated diene polymer, the content of the vinyl aromatic monomer unit is preferably 80% by mass or less, relative to the total amount of the conjugated diene polymer. From the same viewpoint, and from the viewpoint of further improving flexibility, the content is more preferably 5% by mass or more and 60% by mass or less. From the viewpoint of further improving the low-temperature cracking resistance of each binder-containing layer, the content is even more preferably 10% by mass or more, more preferably 12% by mass or more. From the viewpoint of suppressing deterioration of battery performance due to gaps caused by shrinkage of the solid electrolyte or electrode active material caused by repeated charge and discharge, the content is preferably 15% by mass or more, and more preferably 20% by mass or more. The upper limit is more preferably 40% by mass or less, even more preferably 35% by mass or less, and particularly preferably 30% by mass or less.
なお、共役ジエン系重合体におけるビニル芳香族単量体単位の含有量は、紫外分光光度計法やプロトン核磁気共鳴(1H-NMR)法より測定できる。具体的には、実施例に記載の方法により測定することができる。 The content of vinyl aromatic monomer units in the conjugated diene polymer can be measured by ultraviolet spectrophotometry or proton nuclear magnetic resonance ( 1 H-NMR) spectroscopy. Specifically, it can be measured by the method described in the examples.
本実施形態の共役ジエン系重合体において、共役ジエン系重合体の無極性溶媒への溶解性と共役ジエン系重合体を含有する全固体電池バインダーの結着性および接着性および耐熱性の観点から、ビニル芳香族単量体単位を主体とする重合体ブロックの含有量は、共役ジエン系重合体の総量に対して、40質量%以下が好ましい。同様の観点、及び柔軟性を一層向上させる観点から、その含有量は、より好ましくは5質量%以上35質量%以下である。バインダーを含んだ各層の低温耐割れ性を一層向上させる観点から、その含有量は、更に好ましくは10質量%以上33質量%以下である。充放電の繰り返しによる固体電解質や電極活物質の収縮によって隙間が生じ電池性能が低下することを抑制する観点から、15質量%以上が好ましく、20質量%以上がより好ましい。In the conjugated diene polymer of this embodiment, from the viewpoints of the solubility of the conjugated diene polymer in nonpolar solvents and the binding properties, adhesiveness, and heat resistance of the all-solid-state battery binder containing the conjugated diene polymer, the content of the polymer block primarily composed of vinyl aromatic monomer units is preferably 40% by mass or less, relative to the total amount of the conjugated diene polymer. From the same viewpoint, and from the viewpoint of further improving flexibility, the content is more preferably 5% by mass or more and 35% by mass or less. From the viewpoint of further improving the low-temperature cracking resistance of each layer containing the binder, the content is even more preferably 10% by mass or more and 33% by mass or less. From the viewpoint of preventing deterioration of battery performance due to the shrinkage of the solid electrolyte or electrode active material caused by repeated charge and discharge, the content is preferably 15% by mass or more, and more preferably 20% by mass or more.
また、ビニル芳香族単量体単位を主体とする重合体ブロックは、耐熱性および強度の観点から、共役ジエン系重合体の主鎖中に存在することが好ましく、ポリマー鎖末端から数えて1つ目もしくは2つ目のブロックに存在することが好ましい。 In addition, from the standpoint of heat resistance and strength, it is preferable that the polymer block mainly composed of vinyl aromatic monomer units be present in the main chain of the conjugated diene polymer, and it is preferable that it be present in the first or second block counting from the end of the polymer chain.
なお、共役ジエン系重合体におけるビニル芳香族単量体単位を主体とする重合体ブロックの含有量は、水素添加前の共重合体を四酸化オスミウムを触媒として、t-ブチルハイドロパーオキサイドにより酸化分解する方法(I.M.KOLTHOFF,et al.,Polym.Sci.1,429(1946)に記載の方法)(以下、「四酸化オスミウム分解法」ともいう。)で求めたビニル芳香族単量体単位を主体とする重合体ブロックの質量(ただし、平均重合度が約30以下のビニル芳香族単量体単位は除かれている)を用いて算出することができる。The content of polymer blocks primarily composed of vinyl aromatic monomer units in a conjugated diene polymer can be calculated using the mass of the polymer blocks primarily composed of vinyl aromatic monomer units (excluding vinyl aromatic monomer units with an average degree of polymerization of approximately 30 or less) determined by a method in which a copolymer before hydrogenation is oxidatively decomposed with t-butyl hydroperoxide using osmium tetroxide as a catalyst (the method described in I.M. KOLTHOFF, et al., Polym. Sci. 1, 429 (1946)) (hereinafter also referred to as the "osmium tetroxide decomposition method").
また、水素添加後の共役ジエン系重合体におけるビニル芳香族単量体単位を主体とする重合体ブロックの含有量は、水素添加後の共役ジエン系重合体(水添共重合体(b))を用いて、Y.Tanaka,et al.,RUBBER CHEMISTRY and TECHNOLOGY 54,685(1981)に記載の方法で、核磁気共鳴装置(NMR)により測定することができる(以下、「NMR法」ともいう。)。 Furthermore, the content of polymer blocks mainly composed of vinyl aromatic monomer units in the hydrogenated conjugated diene polymer can be measured by nuclear magnetic resonance (NMR) using the hydrogenated conjugated diene polymer (hydrogenated copolymer (b)) according to the method described in Y. Tanaka, et al., RUBBER CHEMISTRY and TECHNOLOGY 54, 685 (1981) (hereinafter also referred to as the "NMR method").
NMR法を、ビニル芳香族単量体単位をスチレン、共役ジエン単量体単位を1,3-ブタジエンとした場合を例に挙げて具体的に説明する。
水素添加後の共役ジエン系重合体30mgを重水素化クロロホルム1gに溶解した試料を用いて1H-NMRを測定したビニル芳香族単量体単位を主体とする重合体ブロック(この場合、ポリスチレンブロックとなる)の含有量(Ns値)を全積算値に対する化学シフト6.9ppm~6.3ppmの積算値の比率から求める。
ブロックスチレン強度(b-St強度)
=(6.9ppm~6.3ppmの積算値)/2
ランダムスチレン強度(r-St強度)
=(7.5ppm~6.9ppmの積算値)-3×(b-St)
エチレン・ブチレン強度(EB強度)
=全積算値-3×{(b-St強度)+(r-St強度)}/8
NMR法で得られるポリスチレンブロック含有量(Ns値)
=104×(b-St強度)
/[104×{(b-St強度)+(r-St強度)}+56×(EB強度)]
The NMR method will be specifically explained by taking as an example the case where the vinyl aromatic monomer unit is styrene and the conjugated diene monomer unit is 1,3-butadiene.
30 mg of the hydrogenated conjugated diene polymer is dissolved in 1 g of deuterated chloroform, and the content (Ns value) of a polymer block (in this case, a polystyrene block) mainly composed of a vinyl aromatic monomer unit is measured by H-NMR using the sample. The Ns value is determined from the ratio of the integrated value of the chemical shift from 6.9 ppm to 6.3 ppm to the total integrated value.
Block styrene strength (b-St strength)
= (integrated value from 6.9 ppm to 6.3 ppm)/2
Random styrene strength (r-St strength)
= (integrated value from 7.5 ppm to 6.9 ppm) - 3 × (b - St)
Ethylene-butylene strength (EB strength)
= total integrated value - 3 x {(b - St intensity) + (r - St intensity)} / 8
Polystyrene block content (Ns value) obtained by NMR method
=104×(b-St intensity)
/[104×{(b-St intensity)+(r-St intensity)}+56×(EB intensity)]
ここで、四酸化オスミウム分解法で測定した水素添加前の共役ジエン系重合体中のビニル芳香族単量体単位を主体とする重合体ブロックの含有量(「Os値」と称する)と、NMR法により測定した水素添加後の共役ジエン系重合体中のビニル芳香族単量体単位を主体とする重合体ブロックの含有量(「Ns値」と称する。)の間には下記式で表される相関関係がある。具体的には、実施例に記載の方法により測定することができる。
Os値=-0.012(Ns値)2+1.8(Ns値)-13.0
Here, there is a correlation represented by the following formula between the content of polymer blocks mainly composed of vinyl aromatic monomer units in a conjugated diene polymer before hydrogenation, measured by the osmium tetroxide decomposition method (referred to as the "Os value"), and the content of polymer blocks mainly composed of vinyl aromatic monomer units in a conjugated diene polymer after hydrogenation, measured by the NMR method (referred to as the "Ns value"). Specifically, it can be measured by the method described in the examples.
Os value = -0.012 (Ns value)² + 1.8 (Ns value) - 13.0
「ビニル芳香族単量体単位を主体とする重合体ブロック」とは、当該ビニル芳香族単量体単位の含有量が、当該重合体ブロック全体に対して70質量%を超える重合体ブロックを意味する。共役ジエン系重合体を含む全固体電池バインダーの結着性および接着性の観点から、ビニル芳香族単量体単位を主体とする重合体ブロックのビニル芳香族単量体単位の含有量は、好ましくは80質量%以上であり、より好ましくは90質量%以上であり、更に好ましくは95質量%以上である。上記範囲において、ビニル芳香族単量体単位を主体とする重合体ブロックは、凝集力が高く物理架橋点としての役割を果たす。ビニル芳香族単量体単位を主体とする重合体ブロックのビニル芳香族単量体単位の含有量の上限は、特に制限されないが、100質量%以下であっても、99質量%以下であってもよい。 A "polymer block primarily composed of vinyl aromatic monomer units" refers to a polymer block in which the content of the vinyl aromatic monomer units exceeds 70% by mass relative to the entire polymer block. From the viewpoint of the binding and adhesive properties of an all-solid-state battery binder containing a conjugated diene polymer, the content of vinyl aromatic monomer units in the polymer block primarily composed of vinyl aromatic monomer units is preferably 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, and even more preferably 95% by mass or more. Within the above range, the polymer block primarily composed of vinyl aromatic monomer units has high cohesive strength and serves as a physical crosslinking point. The upper limit of the content of vinyl aromatic monomer units in the polymer block primarily composed of vinyl aromatic monomer units is not particularly limited, but may be 100% by mass or less, or 99% by mass or less.
ビニル芳香族単量体としては、特に制限されないが、例えば、スチレン、α-メチルスチレン、p-メチルスチレン、ジビニルベンゼン、1,1-ジフェニルエチレン、N,N-ジメチル-p-アミノエチルスチレン、及びN,N-ジエチル-p-アミノエチルスチレン等のビニル芳香族化合物が挙げられる。これらの中でも、入手性及び生産性の観点から、好ましくはスチレン、α-メチルスチレン、及びp-メチルスチレンであり、より好ましくはスチレンである。ビニル芳香族化合物を主体とする重合体ブロックは、1種のビニル芳香族単量体で構成されていてもよいし、2種以上から構成されていてもよい。 The vinyl aromatic monomer is not particularly limited, but examples include vinyl aromatic compounds such as styrene, α-methylstyrene, p-methylstyrene, divinylbenzene, 1,1-diphenylethylene, N,N-dimethyl-p-aminoethylstyrene, and N,N-diethyl-p-aminoethylstyrene. Of these, from the standpoints of availability and productivity, styrene, α-methylstyrene, and p-methylstyrene are preferred, and styrene is more preferred. The polymer block primarily composed of a vinyl aromatic compound may be composed of one type of vinyl aromatic monomer, or two or more types.
(変性基)
共役ジエン系重合体が変性基を有する場合、電極活物質層の構成成分や固体電解質に対する結着性基及び/又は集電体に対する接着性基であることが好ましい。このような変性基としては、特に制限されないが、例えば、酸無水物基、ヒドロキシル基、カルボニル基、チオカルボニル基、酸ハロゲン化物基、カルボキシル基、チオカルボキシル酸基、アルデヒド基、チオアルデヒド基、カルボン酸エステル基、アミド基、イミド基、スルホン酸エステル基、リン酸エステル基、アミノ基、イミノ基、シアノ基、ウレタン基、ウレア基、ピリジル基、キノリン基、エポキシ基、チオエポキシ基、スルフィド基、イソシアネート基、イソチオシアネート基、ハロゲン化ケイ素基、シラノール基、アルコキシシラン基、ハロゲン化スズ基、アルコキシスズ基、フェニルスズ基、及びイオン性基等が挙げられる。共役ジエン系重合体は、上記のような変性基を1種単独で、又は2種以上を組み合わせて有してもよい。イオン性基としては、例えば、スルホン酸基、スルホンイミド基、硫酸基、ホスホン酸基、リン酸基、カルボン酸基、及びアンモニウム基又はそれらの塩が挙げられる。
(Modifying group)
When the conjugated diene polymer has a modifying group, it is preferably a group capable of binding to the components of the electrode active material layer or the solid electrolyte and/or a group capable of adhering to the current collector. Examples of such modifying groups include, but are not limited to, acid anhydride groups, hydroxyl groups, carbonyl groups, thiocarbonyl groups, acid halide groups, carboxyl groups, thiocarboxylic acid groups, aldehyde groups, thioaldehyde groups, carboxylic acid ester groups, amide groups, imide groups, sulfonic acid ester groups, phosphate ester groups, amino groups, imino groups, cyano groups, urethane groups, urea groups, pyridyl groups, quinoline groups, epoxy groups, thioepoxy groups, sulfide groups, isocyanate groups, isothiocyanate groups, silicon halide groups, silanol groups, alkoxysilane groups, tin halide groups, alkoxytin groups, phenyltin groups, and ionic groups. The conjugated diene polymer may have one of the above modifying groups alone or in combination of two or more. Examples of the ionic group include a sulfonic acid group, a sulfonimide group, a sulfate group, a phosphonic acid group, a phosphoric acid group, a carboxylic acid group, and an ammonium group or a salt thereof.
そのなかでも、硫化物系固体電解質または酸化物系固体電解質を用いた電池の場合に、電極活物質層の構成成分同士や固体電解質の結着性または集電体に対する接着性を一層向上させる観点から、共役ジエン系重合体が有する変性基は、酸無水物基、ヒドロキシル基、カルボニル基、カルボキシル基、アミノ基、エポキシ基、アルコキシシラン基、アミド基、ウレタン基、ウレア基、イソシアネート基、及びイオン性基からなる群より選ばれる一つ以上が好ましい。 In particular, in the case of batteries using a sulfide-based solid electrolyte or an oxide-based solid electrolyte, from the viewpoint of further improving the binding strength between the components of the electrode active material layer or the solid electrolyte, or the adhesion to the current collector, it is preferable that the modifying group possessed by the conjugated diene polymer be one or more selected from the group consisting of an acid anhydride group, a hydroxyl group, a carbonyl group, a carboxyl group, an amino group, an epoxy group, an alkoxysilane group, an amide group, a urethane group, a urea group, an isocyanate group, and an ionic group.
さらに、その中でも、入手性および硫化物系固体電解質との反応による硫化水素の発生抑制の観点から、変性基としては、酸無水物基、カルボキシル基、アミノ基、エポキシ基、アルコキシシラン基、水酸基がより好ましい。また、アルコールの発生抑制の観点から、変性基としては、酸無水物基、カルボキシル基、アミノ基、エポキシ基、水酸基が更に好ましい。さらに、生産性(変性率の調整しやすさや安全性)の観点から、変性基としては、アミノ基または水酸基、カルボキシル基、酸無水物基がより好ましい。また、集電体表面や電池部材表面の官能基に対して、化学反応による結合形成性や、ドナーおよびアクセプターとして振る舞う水素結合性の観点から、変性基としては、アミノ基または水酸基、カルボキシル基が好ましい。特に導電助剤等のカルボキシル基を表面官能基として持つ材料との水素結合性や結合形成性の観点から、変性基としては、アミノ基、が好ましい。アミノ基の中でも集電体表面や電池部材表面の官能基に対して、化学反応による結合形成性やドナーおよびアクセプターとして振る舞う水素結合性の観点から1級アミノ基又は2級アミノ基が好ましい。Among these, from the viewpoints of availability and suppression of hydrogen sulfide generation due to reaction with sulfide-based solid electrolytes, acid anhydride groups, carboxyl groups, amino groups, epoxy groups, alkoxysilane groups, and hydroxyl groups are more preferred as modifying groups. Furthermore, from the viewpoint of suppressing alcohol generation, acid anhydride groups, carboxyl groups, amino groups, epoxy groups, and hydroxyl groups are even more preferred as modifying groups. Furthermore, from the viewpoints of productivity (ease of adjusting the modification rate and safety), amino groups, hydroxyl groups, carboxyl groups, and acid anhydride groups are more preferred as modifying groups. Furthermore, from the viewpoints of bond formation through chemical reactions with functional groups on the surface of current collectors and battery components, and hydrogen bonding properties that act as donors and acceptors, amino groups, hydroxyl groups, and carboxyl groups are preferred as modifying groups. In particular, from the viewpoints of hydrogen bonding and bond formation with materials that have carboxyl groups as surface functional groups, such as conductive additives, amino groups are preferred as modifying groups. Among amino groups, primary amino groups and secondary amino groups are preferred from the viewpoint of bond formation by chemical reaction and hydrogen bonding properties acting as donors and acceptors with respect to functional groups on the surface of the current collector or the surface of the battery components.
共役ジエン系重合体が、電極活物質層の構成成分や固体電解質に対する結着性基または集電体に対する接着性基に該当しない官能基を有している場合、その官能基及び電極活物質層の構成成分や固体電解質または集電体のいずれとも相互作用し得るその他の化合物を、共役ジエン系重合体の官能基と反応させることにより、共役ジエン系重合体の電極活物質層の構成成分や固体電解質または集電体との接着性を一層向上させることができる。すなわち、共役ジエン系重合体の有する官能基が、当該その他の化合物と分子間力又は化学結合により相互作用し、当該官能基と相互作用している当該その他の化合物が、電極活物質層の構成成分や固体電解質または集電体と分子間力又は化学結合により相互作用することで、共役ジエン系重合体の結着性および接着性がより向上し得る。 When a conjugated diene polymer has a functional group that does not correspond to a binding group for the constituent components of the electrode active material layer or the solid electrolyte or an adhesive group for the current collector, the adhesion of the conjugated diene polymer to the constituent components of the electrode active material layer, the solid electrolyte, or the current collector can be further improved by reacting the functional group of the conjugated diene polymer with another compound that can interact with the functional group, the constituent components of the electrode active material layer, the solid electrolyte, or the current collector. In other words, the functional group of the conjugated diene polymer interacts with the other compound through intermolecular forces or chemical bonds, and the other compound interacting with the functional group interacts with the constituent components of the electrode active material layer, the solid electrolyte, or the current collector through intermolecular forces or chemical bonds, thereby further improving the binding and adhesive properties of the conjugated diene polymer.
そのようなその他の化合物としては、特に制限されないが、例えば、カルボジイミド化合物、ジフェニルリン酸アジド等のアミド縮合剤や、アルコキシシラン化合物、アミノ化合物、ヒドロキシ化合物、イソシアナート化合物、及びエポキシ化合物が挙げられる。その他の化合物は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。 Such other compounds are not particularly limited, but include, for example, carbodiimide compounds, amide condensation agents such as diphenylphosphoric acid azide, alkoxysilane compounds, amino compounds, hydroxy compounds, isocyanate compounds, and epoxy compounds. These other compounds may be used alone or in combination of two or more.
カルボジイミド化合物としては、特に制限されないが、例えば、N,N’-ジシクロヘキシルカルボジイミド、N,N’-ジイソプロピルカルボジイミド、及び1-(3-ジメチルアミノプロピル)-3-エチルカルボジイミドが挙げられる。 Carbodiimide compounds are not particularly limited, but examples include N,N'-dicyclohexylcarbodiimide, N,N'-diisopropylcarbodiimide, and 1-(3-dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodiimide.
アルコキシシラン化合物としては、特に制限されないが、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシジルオキシプロピルトリエトキシシラン、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、及び2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシランが挙げられる。 Alkoxysilane compounds are not particularly limited, but examples include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, tetraisopropoxysilane, tetrabutoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidyloxypropyltriethoxysilane, 2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane, and 2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltriethoxysilane.
アミン化合物としては、特に制限されないが、例えば、ジアミノブタン、ジアミノペンタン、ジアミノヘキサン、ジアミノへプタン、及びジアミノオクタンが挙げられる。 Amine compounds are not particularly limited, but examples include diaminobutane, diaminopentane, diaminohexane, diaminoheptane, and diaminooctane.
ヒドロキシ化合物としては、特に制限されないが、例えば、ジヒドロキシブタン、ジヒドロキシペンタン、ジヒドロキシヘキサン、ジヒドロキシへプタン、及びジヒドロキシオクタンが挙げられる。 Hydroxy compounds are not particularly limited, but examples include dihydroxybutane, dihydroxypentane, dihydroxyhexane, dihydroxyheptane, and dihydroxyoctane.
イソシアナート化合物としては、特に制限されないが、例えば、ヘキサンメチレンジイソシアナート、1,4-フェニレンジイソシアナート、及びジシクロヘキシルメタン4,4’-ジイソシアナートが挙げられる。 Isocyanate compounds are not particularly limited, but examples include hexanemethylene diisocyanate, 1,4-phenylene diisocyanate, and dicyclohexylmethane 4,4'-diisocyanate.
エポキシ化合物としては、特に制限されないが、例えば、エチレングリコールジグリシジルエーテル、及び1,4-ブタンジオールジグリシジルエーテルが挙げられる。 Epoxy compounds are not particularly limited, but examples include ethylene glycol diglycidyl ether and 1,4-butanediol diglycidyl ether.
これらの化合物は、電極活物質層の構成成分や固体電解質に対する結着性基または集電体に対する接着性基を有する共役ジエン系重合体にも用いることができる。 These compounds can also be used as components of the electrode active material layer or as conjugated diene-based polymers having binding groups for the solid electrolyte or adhesive groups for the current collector.
上述した、共役ジエン系重合体が有する変性基の含有量は、特に制限されないが、結着性および接着性を一層向上させる観点から、好ましくは0.5個/鎖以上である。同様の観点から、より好ましくは0.7個/鎖以上であり、さらに好ましくは1.0個/鎖以上であり、さらに好ましくは、2.0個/鎖以上である。変性基の含有量が0.5個/鎖以上であることにより、変性基は、電極活物質層の構成成分や固体電解質または集電体とより十分に相互作用することができ接着性が一層向上する。一方で、スラリーにしたときの導電助剤の分散性の観点から、50個/鎖以下であり、より好ましくは20個/鎖以下であり、さらに好ましくは10個以下であり、より好ましくは2.0個/鎖以下、さらに好ましくは1.0個以下である。The content of the modifying groups in the conjugated diene polymer described above is not particularly limited, but from the viewpoint of further improving binding strength and adhesiveness, it is preferably 0.5 groups/chain or more. From the same viewpoint, it is more preferably 0.7 groups/chain or more, even more preferably 1.0 groups/chain or more, and even more preferably 2.0 groups/chain or more. By having a content of 0.5 groups/chain or more, the modifying groups can more fully interact with the components of the electrode active material layer, the solid electrolyte, or the current collector, further improving adhesiveness. On the other hand, from the viewpoint of dispersibility of the conductive additive when formed into a slurry, it is 50 groups/chain or less, more preferably 20 groups/chain or less, even more preferably 10 groups or less, more preferably 2.0 groups/chain or less, and even more preferably 1.0 groups or less.
また、変性基の含有量は、共役ジエン系重合体を含む全固体電池バインダーのゲル化等の問題を一層防止する観点から、300個/鎖以下が好ましい。ここでいう「鎖」とは共役ジエン系重合体のようなポリマー一分子のことを指し、ポリマー構造が化学結合により分岐しているものは、分岐鎖一つを一分子鎖として数える。 The content of modifying groups is preferably 300 or less per chain, from the viewpoint of further preventing problems such as gelation of all-solid-state battery binders containing conjugated diene polymers. Here, "chain" refers to a single polymer molecule, such as a conjugated diene polymer, and in polymer structures where the polymer structure is branched by chemical bonds, each branched chain is counted as one molecular chain.
共役ジエン系重合体は、上述変性基以外に、イオン伝導性を向上させる官能基やポリマー鎖を有してもよい。このような官能基やポリマー鎖としては、特に制限されないが、例えば、エーテル基、クラウンエーテル、ポリエチレングリコール、ボロン酸基、ボロン酸エステル基、リチウムイオン電池に用いられるリチウムイオン電解質を含むイオン性基、イオン性液体を含むイオン性基などが挙げられる。In addition to the modifying groups described above, the conjugated diene polymer may also have functional groups or polymer chains that improve ionic conductivity. Examples of such functional groups and polymer chains include, but are not limited to, ether groups, crown ethers, polyethylene glycols, boronic acid groups, boronic acid ester groups, ionic groups containing lithium ion electrolytes used in lithium ion batteries, and ionic groups containing ionic liquids.
(水素添加)
共役ジエン系重合体は水素添加されたものであることが好ましい。共役ジエン単量体単位の合計100mol%に対する水素添加率は、共役ジエン系重合体の電気化学的安定性の観点から、好ましくは30mol%以上であり、熱安定性の観点から、より好ましくは50mol%以上であり、接着性を一層向上させる観点から、更に好ましくは70mol%以上であり、重合体鎖の絡み合いにより電極膜の強度を向上させる観点から特に好ましくは90mol%以上である。
(Hydrogenation)
The conjugated diene polymer is preferably hydrogenated. The hydrogenation rate relative to 100 mol% of the total of conjugated diene monomer units is preferably 30 mol% or more from the viewpoint of electrochemical stability of the conjugated diene polymer, more preferably 50 mol% or more from the viewpoint of thermal stability, even more preferably 70 mol% or more from the viewpoint of further improving adhesiveness, and particularly preferably 90 mol% or more from the viewpoint of improving the strength of the electrode film by entanglement of polymer chains.
共役ジエン系重合体の水素添加率は、核磁気共鳴装置(NMR)等を用いて測定することができ、具体的には実施例に記載の方法で測定することができる。 The hydrogenation rate of conjugated diene polymers can be measured using a nuclear magnetic resonance (NMR) spectrometer, etc., and specifically, can be measured by the method described in the examples.
また、水素添加率は、例えば、水素添加時の水素量や触媒量を調整することによって上記数値範囲に制御することができる。 In addition, the hydrogenation rate can be controlled within the above numerical range, for example, by adjusting the amount of hydrogen or catalyst during hydrogenation.
(トルエン不溶分量)
共役ジエン系重合体のトルエン不溶分量は、好ましくは10wt%以下であり、より好ましくは5wt%以下であり、さらに好ましくは3wt%以下であり、特に好ましくは1wt%以下である。トルエン不溶分量の下限値は特に制限されないが0wt%である。トルエン不溶分量が10wt%以下であることにより、塗膜の平滑性がより向上する傾向にある。なお、トルエン不溶分量は実施例に記載の方法により測定することができる。
(Toluene insolubles)
The toluene insoluble content of the conjugated diene polymer is preferably 10 wt % or less, more preferably 5 wt % or less, even more preferably 3 wt % or less, and particularly preferably 1 wt % or less. The lower limit of the toluene insoluble content is not particularly limited, but is 0 wt %. By keeping the toluene insoluble content at 10 wt % or less, the smoothness of the coating film tends to be further improved. The toluene insoluble content can be measured by the method described in the examples.
(ランダム共重合体ブロック)
本実施形態の全固体電池バインダーに用いる共役ジエン系重合体は、更に共役ジエン単量体単位とビニル芳香族単量体単位とのランダム共重合体ブロックを有してもよい。ランダム構造にすることで、電極活物質層の構成成分や固体電解質と共役ジエン系重合体との親和性の向上による結着性の向上や、粘弾性特性を制御して電池の作動温度域に制振性を付与することで、電池の耐久性を向上させることができる。
(Random copolymer block)
The conjugated diene polymer used in the all-solid-state battery binder of this embodiment may further have a random copolymer block of conjugated diene monomer units and vinyl aromatic monomer units. By forming the random structure, the affinity between the conjugated diene polymer and the components of the electrode active material layer or the solid electrolyte can be improved, thereby improving the binding property, and the viscoelasticity can be controlled to impart vibration damping properties in the operating temperature range of the battery, thereby improving the durability of the battery.
共役ジエン化合物とビニル芳香族化合物とのランダム共重合体ブロックに含まれ得るビニル芳香族単量体及び共役ジエン単量体としては、上述したビニル芳香族重合体を主体とするブロック、及び共役ジエン系重合体を主体とするブロックに含まれ得るものとして例示したものが挙げられる。 Examples of vinyl aromatic monomers and conjugated diene monomers that may be contained in the random copolymer block of a conjugated diene compound and a vinyl aromatic compound include those exemplified above as those that may be contained in the block primarily composed of a vinyl aromatic polymer and the block primarily composed of a conjugated diene polymer.
ランダム共重合体ブロックにおけるビニル芳香族単量体単位の分布状態としては特に制限はなく、ビニル芳香族単量体単位は均一に分布していても、又はテーパー状に分布していてもよい。また、ビニル芳香族単量体単位が均一に分布している部分及び/又はテーパー状に分布している部分がそれぞれ複数個存在していてもよく、ビニル芳香族単量体単位の含有量が異なるセグメントが複数個存在していてもよい。There are no particular limitations on the distribution of vinyl aromatic monomer units in the random copolymer block, and the vinyl aromatic monomer units may be distributed uniformly or in a tapered pattern. Furthermore, there may be multiple regions where the vinyl aromatic monomer units are distributed uniformly and/or multiple regions where the vinyl aromatic monomer units are distributed in a tapered pattern, and there may be multiple segments with different vinyl aromatic monomer unit contents.
本実施形態の共役ジエン系重合体において、共役ジエン単量体及びビニル芳香族単量体の他、共役ジエン単量体及びビニル芳香族単量体と共重合可能な他の単量体を用いることもできる。 In the conjugated diene polymer of this embodiment, in addition to the conjugated diene monomer and vinyl aromatic monomer, other monomers copolymerizable with the conjugated diene monomer and vinyl aromatic monomer can also be used.
(共役ジエン系重合体の構造)
本実施形態の共役ジエン系重合体の構造としては特に制限されるものではないが、例えば、下記式で表されるような構造を一部に有するか、下記式で表されるような構造であるものが挙げられる。なお、下記式において、変性基の記載は省略している場合もある。
(Structure of conjugated diene polymer)
The structure of the conjugated diene polymer of the present embodiment is not particularly limited, but examples thereof include those having a structure represented by the following formula in part or those having a structure represented by the following formula: In the following formula, the description of the modifying group may be omitted in some cases.
(a-b)n、b-(a-b)n、a-(b-a)n、(a-b)m-X、(b-a)m-X、[(a-b)n]m-X、[(b-a)n]m-X、[b-(a-b)n]m-X、[a-(b-a)n]m-X、[(a-b)n-a]m-X、[(b-a)n-b]m-X、(a-c)n、c-(a-c)n、a-(c-a)n、(a-c)m-X、(c-a)m-X、[(a-c)n]m-X、[(c-a)n]m-X、[c-(a-c)n]m-X、[a-(c-a)n]m-X、[(a-c)n-a]m-X、[(c-a)n-c]m-X、c-(b-a)n、c-(a-b)n、c-(a-b-a)n、c-(b-a-b)n、a-c-(b-a)n、a-c-(a-b)n、a-c-(b-a)n-b、[(a-b-c)n]m-X、[a-(b-c)n]m-X、[(a-b)n-c]m-X、[(a-b-a)n-c]m-X、[(b-a-b)n-c]m-X、[(c-b-a)n]m-X、[c-(b-a)n]m-X、[c-(a-b-a)n]m-X、[c-(b-a-b)n]m-X、a-(b-c)n、a-(c-b)n、a-(c-b-c)n、a-(b-c-b)n、c-a-(b-c)n、c-a-(c-b)n、c-a-(b-c)n-b、[(c-b-a)n]m-X、[c-(b-a)n]m-X、[(c-b)n-a]m-X、[(c-b-c)n-a]m-X、[(b-c-b)n-a]m-X、[(a-b-c)n]m-X、[a-(b-c)n]m-X、[a-(c-b-c)n]m-X、[a-(b-c-b)n]m-X、b-(a-c)n、b-(c-a)n、b-(c-a-c)n、b-(a-c-a)n、c-b-(a-c)n、c-b-(c-a)n、c-b-(a-c)n-a、[(c-a-b)n]m-X、[c-(a-b)n]m-X、[(c-a)n-b]m-X、[(c-a-c)n-b]m-X、[(b-a-c)n]m-X、[b-(a-c)n]m-X、[b-(c-a-c)n]m-X、[b-(a-c-a)n]m-X、(b1-b2)n-a、(b1-b2-b)n-a、(b1-b2-a)n、(b1-b2-a)n-b、(b1-b2-a-b)n、(b1-b2-a)m-X、(b1-b2-a-b)m-X。 (a-b) n , b-(a-b) n , a-(ba) n , (a-b) m -X, (ba-a) m -X, [(a-b) n ] m -X, [(ba-a) n ] m -X, [b-(a-b) n ] m -X, [a-(ba) n ] m -X, [(a-b) n -a] m -X, [(b-a) n -b] m -X, (ac) n , c-(ac) n , a-(ca) n , (ac) m -X, (ca) m -X, [(ac) n ] m -X, [(c-a) n ] m -X, [c-(a-c) n ] m -X, [a-(ca) n ] m -X, [(ac) n -a] m -X, [(ca) n -c] m -X, c-(ba) n , c-(ab) n , c-(a-ba) n , c-(ba-b) n , a-c-(ba) n , a-c-(ab) n , a-c-(ba) n -b, [(a-b-c) n ] m -X, [a-(b-c) n ] m -X, [(a-b) n -c] m -X, [(a-b-a) n -c] m -X, [(b-a-b) n -c] m -X, [(c-ba) n ] m -X, [c-(b-a)n] m -X, [c-(ab-a) n ] m -X, [c-(b-a-b) n ] m -X, a-(b-c) n , a-(c-b) n , a-(c-b-c) n , a-(b-c-b) n , c-a-(b-c) n , c-a-(c-b) n , c-a-(b-c) n -b, [(c-b-a) n ] m -X, [c-(b-a) n ] m -X, [(c-b) n -a] m -X, [(c-b-c) n -a] m -X, [(b-c-b) n -a] m -X, [(a-b-c) n ] m -X, [a-(b-c) n ] m -X, [a-(c-b-c) n ] m -X, [a-(b-c-b) n ] m -X, b-(ac) n , b-(ca) n , b-(c-ac) n , b-(a-c-a) n , c-b-(ac) n , c-b-(ca) n , c-b-(ac) n -a, [(c-a-b) n ] m -X, [c-(ab) n ] m -X, [(c-a) n -b] m -X, [(c-a-c) n -b] m -X, [(b-a-c) n ] m -X, [b-(a-c) n ] m -X, [b-(c-ac) n ] m -X, [b-(ac-a) n ] m -X, (b 1 -b 2 ) n -a, (b 1 -b 2 -b) n -a, (b 1 -b 2 -a) n , (b 1 -b 2 -a) n -b, (b 1 -b 2 -ab) n , (b 1 -b 2 -a) m -X, (b 1 -b 2 -ab) m -X.
なお、上記各式において、aはビニル芳香族単量体単位を主体とするビニル芳香族重合体ブロック、bは共役ジエン単量体単位を主体とする共役ジエン重合体ブロック、b1及びb2は共役ジエン単量体単位を主体とする共役ジエン重合体ブロック(ただし、b1におけるビニル結合量がb2におけるビニル結合量より小さい。)、cは共役ジエン単量体とビニル芳香族単量体とのランダム共重合体ブロックを示す。なお、b1、b2、bのすべてを有する場合、bのビニル結合量は特に限定されないものである。nは1以上の整数であり、好ましくは1~5の整数である。mは2以上の整数であり、好ましくは2~11の整数である。Xはカップリング剤の残基又は多官能開始剤の残基を示す。 In the above formulas, a represents a vinyl aromatic polymer block mainly composed of vinyl aromatic monomer units, b represents a conjugated diene polymer block mainly composed of conjugated diene monomer units, b1 and b2 represent conjugated diene polymer blocks mainly composed of conjugated diene monomer units (provided that the vinyl bond amount in b1 is smaller than the vinyl bond amount in b2 ), and c represents a random copolymer block of a conjugated diene monomer and a vinyl aromatic monomer. When all of b1 , b2 , and b are present, the vinyl bond amount of b is not particularly limited. n represents an integer of 1 or more, preferably an integer of 1 to 5. m represents an integer of 2 or more, preferably an integer of 2 to 11. X represents a residue of a coupling agent or a residue of a polyfunctional initiator.
本実施形態の共役ジエン系重合体は、共役ジエン系重合体を含有する全固体電池バインダーの結着性と接着性の観点から、b、b1又はb2ブロックを有する構造を主に含むことが好ましい。また、機械強度を向上させる観点からは、a-b、a-b-a、a-b-a-b、b1-b2-a、b1-b2-a-b、及びb1-b2-b-aおよびこれらのカップリング体のうちの少なくとも1種の構造式で表される重合体であることがより好ましい。共役ジエン系重合体の無極性溶媒への溶解性と共役ジエン系重合体を含有する全固体電池バインダーの結着性および接着性の観点から、aブロックを分子鎖内に2以上有する構造であると好ましい。 From the viewpoint of the binding and adhesive properties of an all-solid-state battery binder containing the conjugated diene polymer, the conjugated diene polymer of this embodiment preferably mainly contains a structure having a b, b1 , or b2 block. Furthermore, from the viewpoint of improving mechanical strength, it is more preferable that the polymer be a polymer represented by at least one structural formula selected from a-b, a-ba, a - ba -b, b1 - b2 -a, b1-b2-a-b, and b1 - b2 -ba, and coupling products thereof. From the viewpoint of the solubility of the conjugated diene polymer in nonpolar solvents and the binding and adhesive properties of an all-solid-state battery binder containing the conjugated diene polymer, a structure having two or more a blocks in the molecular chain is preferred.
また、共役ジエン系重合体の末端又はカップリング部が、変性基を有することが好ましい。これにより、接着性、結着性、導電助剤分散性のバランスがより向上する傾向にある。 It is also preferable that the terminal or coupling portion of the conjugated diene polymer has a modifying group. This tends to further improve the balance of adhesiveness, binding properties, and dispersibility of the conductive additive.
(重量平均分子量及び分子量分布)
共役ジエン系重合体を含有する全固体電池バインダーの結着性と接着性、及び無極性溶媒への溶解性の観点から、共役ジエン系重合体の重量平均分子量(Mw)(以下、「Mw」ともいう。)は、4万以上200万以下であることが好ましく、6万以上150万以下であることがより好ましく、10万以上100万以下であることが更に好ましく、20万以上80万以下がよりさらに好ましい。Mwの下限は、20万以上がより好ましく、25万以上がより好ましい。上限は50万以下がより好ましく、45万以下がさらに好ましい。Mwを好ましい範囲に調整することは、共役ジエン系重合体とスラリー調整で使用する溶剤とを含む溶液を保存している間や、集電体に塗工したときに溶剤がすぐに揮発しないことが貯蔵性や塗工性の観点から重要であり、高分子溶液による蒸気圧降下の観点から、共役ジエン系重合体の分子量は高いほうが、蒸気圧降下の程度が大きくなり、溶剤の揮発を抑えることが可能である。バインダーの高分子量化にはこのようなメリットがあるものの、従来のリチウムイオン電池では溶剤としてN-メチル-2-ピロリドン(NMP)が溶剤として使用されており、共役ジエン系重合体の溶解性が低いため、高分子量体の使用が困難であった。全固体電池では溶剤として炭化水素溶媒をはじめとする無極性溶媒が好ましく、共役ジエン系重合体が炭化水素溶媒に対して溶解性に優れるため、高分子量体の使用が可能となる。また、NMPと炭化水素溶媒をはじめとする無極性溶媒とを比べると、蒸気圧はNMPの方が低く揮発性の観点で高分子量体の必要性は重要視されていなかったたが、無極性溶媒においてはNMPに比べて蒸気圧が高いため、上述の揮発性が課題として顕著であり、高分子量化する必要性が出てきた。一方で、溶剤の使用を極力少なくした電池製造方法をとる場合、変性基を持たない共役ジエン系重合体の方が無極性溶媒への溶解性に優れるため好ましい。
(Weight average molecular weight and molecular weight distribution)
From the viewpoints of the binding property and adhesiveness of the all-solid-state battery binder containing a conjugated diene polymer, and its solubility in nonpolar solvents, the weight-average molecular weight (Mw) (hereinafter also referred to as "Mw") of the conjugated diene polymer is preferably 40,000 to 2,000,000, more preferably 60,000 to 1,500,000, even more preferably 100,000 to 1,000,000, and even more preferably 200,000 to 800,000. The lower limit of Mw is more preferably 200,000 or more, more preferably 250,000 or more. The upper limit is more preferably 500,000 or less, even more preferably 450,000 or less. Adjusting the Mw within a preferred range is important from the viewpoints of storage stability and coatability, since the solvent used in preparing the slurry does not volatilize immediately during storage of the solution containing the conjugated diene polymer and the solvent used in preparing the slurry, or when applied to a current collector. From the viewpoint of vapor pressure reduction by the polymer solution, a higher molecular weight of the conjugated diene polymer increases the degree of vapor pressure reduction, making it possible to suppress solvent volatilization. Although increasing the molecular weight of the binder offers these benefits, conventional lithium-ion batteries use N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as the solvent, making it difficult to use high-molecular-weight polymers due to the low solubility of conjugated diene-based polymers. In all-solid-state batteries, non-polar solvents, such as hydrocarbon solvents, are preferred, and the excellent solubility of conjugated diene-based polymers in hydrocarbon solvents makes the use of high-molecular-weight polymers possible. Furthermore, when comparing NMP with non-polar solvents, such as hydrocarbon solvents, NMP has a lower vapor pressure, and the need for high-molecular-weight polymers has not been emphasized in terms of volatility. However, non-polar solvents have a higher vapor pressure than NMP, making the volatility issue more pronounced, and creating a need for higher molecular weight polymers. On the other hand, when using a battery manufacturing method that minimizes the use of solvents, conjugated diene-based polymers without modifying groups are preferred due to their excellent solubility in non-polar solvents.
重量平均分子量(Mw)が3万以上であることにより、ポリマー鎖の絡み合いや、ビニル芳香族重合体ブロックの凝集力がより向上しし、結着力や接着力がより向上する傾向にある。特に重量平均分子量(Mw)が200万以下であることにより、無極性溶媒へ溶解させたときの粘度がより低くなり、電極生産時に各層の成膜性が向上する傾向にある。 A weight-average molecular weight (Mw) of 30,000 or more tends to improve the entanglement of polymer chains and the cohesive strength of vinyl aromatic polymer blocks, resulting in improved binding and adhesive strength. In particular, a weight-average molecular weight (Mw) of 2,000,000 or less tends to lower the viscosity when dissolved in a non-polar solvent, improving the film-forming properties of each layer during electrode production.
また、用途によっては全固体電池に耐熱性が求められ、高温状態になったときにバインダーの流動により電池性能が低下する懸念がある。このような場合、流動抑制の観点から共役ジエン系重合体の重量平均分子量(Mw)は高い方が好ましい。求められる耐熱性は機器の仕様によるため耐熱性を必要とする用途は特に制限しないが、耐熱性が求められる用途としては、例えば、エンジンルームに搭載する自動車用の電源や自動車モーター用の電源、大型産業機械に搭載するモーター用の電源、滅菌加熱が必要とされる医療用機器電源、家電や自動車プリント配線基板上に直接実装する小型の電源などが挙げられる。プリント配線基板上に直接実装する場合のように、はんだリフロー工程を経る場合にも、耐熱性が必要となる場合がある。 In addition, heat resistance is required for some applications of all-solid-state batteries, and there is a concern that binder flow at high temperatures could reduce battery performance. In such cases, a high weight-average molecular weight (Mw) of the conjugated diene polymer is preferable to suppress flow. The required heat resistance depends on the specifications of the device, so there are no particular restrictions on the applications requiring heat resistance. However, examples of applications requiring heat resistance include power supplies for automobiles and automobile motors installed in the engine compartment, power supplies for motors installed in large industrial machinery, power supplies for medical equipment that require sterilization heating, and small power supplies mounted directly on home appliances and automotive printed wiring boards. Heat resistance may also be required when undergoing a solder reflow process, such as when directly mounting on a printed wiring board.
共役ジエン系重合体の重量平均分子量(Mw)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による測定で得られるクロマトグラムのピークの分子量を、市販の標準ポリスチレンの測定から求めた検量線に基づいて求めた重量平均分子量(Mw)である。なお、検量線は、標準ポリスチレンのピーク分子量を使用して作成すればよい。The weight-average molecular weight (Mw) of a conjugated diene polymer is the weight-average molecular weight (Mw) determined by measuring the peak molecular weight of a chromatogram obtained by gel permeation chromatography (GPC) based on a calibration curve obtained by measuring commercially available standard polystyrene. The calibration curve can be prepared using the peak molecular weight of the standard polystyrene.
変性前の共役ジエン系重合体の分子量分布も、同様にGPCによる測定から求めることができ、分子量分布は重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比率(Mw/Mn)から求めることができる。 The molecular weight distribution of the conjugated diene polymer before modification can also be determined by GPC measurement, and the molecular weight distribution can be determined from the ratio (Mw/Mn) of the weight average molecular weight (Mw) to the number average molecular weight (Mn).
共役ジエン系重合体のGPCで測定される単一ピークの分子量分布は、5.0以下であることが好ましく、より好ましくは4.0以下、更に好ましくは3.0以下、更により好ましくは2.5以下である。また、分子量分布の下限は、特に制限されないが、1.0以上であってもよく、1.1以上であってもよい。The single-peak molecular weight distribution of the conjugated diene polymer measured by GPC is preferably 5.0 or less, more preferably 4.0 or less, even more preferably 3.0 or less, and even more preferably 2.5 or less. The lower limit of the molecular weight distribution is not particularly limited, but may be 1.0 or more, or 1.1 or more.
(水分量)
全固体電池バインダーは水分を含まないことが好ましく、全固体電池バインダーの水分量は、好ましくは200ppm以下であり、より好ましくは100ppm以下であり、さらに好ましくは50ppm以下であり、さらにより好ましくは10ppm以下であり、特に好ましくは1ppm以下である。全固体電池バインダーに含まれる水分は、常圧もしくは減圧の乾燥機で乾燥して除いてもよく、除湿環境下で保管して除いてもよい。この際、加熱下または加熱かつプレス機やロール等による加圧下でもよい。
(moisture content)
The all-solid-state battery binder preferably does not contain moisture, and the moisture content of the all-solid-state battery binder is preferably 200 ppm or less, more preferably 100 ppm or less, even more preferably 50 ppm or less, even more preferably 10 ppm or less, and particularly preferably 1 ppm or less. The moisture contained in the all-solid-state battery binder may be removed by drying in a dryer at normal pressure or reduced pressure, or by storing in a dehumidified environment. In this case, the binder may be stored under heating, or under heating and pressure using a press or roll, etc.
この場合、乾燥又は除湿前の全固体電池バインダーの水分量は、200ppm以上であってもよい。また、全固体電池バインダーに用いる共役ジエン系重合体の水分量は、水分除去効率の観点から、1wt%以下が好ましく、より好ましくは0.5wt%以下であり、さらに好ましくは、0.1wt%以下であり、さらにより好ましくは0.05wt%以下であり、特に好ましくは0.02wt%以下である。共役ジエン系重合体に含まれる水分は、常圧もしくは減圧の乾燥機で乾燥して除いてもよく、除湿環境下で保管して除いてもよい。この際、加熱下または加熱かつプレス機やロール等による加圧下でもよい。In this case, the moisture content of the all-solid-state battery binder before drying or dehumidification may be 200 ppm or more. Furthermore, from the viewpoint of moisture removal efficiency, the moisture content of the conjugated diene polymer used in the all-solid-state battery binder is preferably 1 wt% or less, more preferably 0.5 wt% or less, even more preferably 0.1 wt% or less, even more preferably 0.05 wt% or less, and particularly preferably 0.02 wt% or less. The moisture contained in the conjugated diene polymer may be removed by drying in a dryer at normal or reduced pressure, or by storing in a dehumidified environment. This may be done under heating, or under both heating and pressure using a press or roll, etc.
共役ジエン系重合体の形状はペレットでもよいが、スラリー調製前に重合体の水分を低減する場合は、水分除去効率の観点から、比表面積が大きい形状が好ましく、クラムやパウダー状が好ましい。共役ジエン系重合体を含むスラリーは、含水量が1wt%以下であるのが好ましいが、スラリーには重合体以外にも溶剤や他の成分を含んで希釈されているので、重合体の含水量が1wt%を超えていたとしても、含水量が1wt%以下のスラリーを調製可能である。すなわち、共役ジエン系重合体由来の水分も希釈されるので、共役ジエン系重合体の水分量は1wt%以上であってもよい。なお、バインダーの水分量は200ppm以下とするのが望ましいので、スラリーの含水量が高い場合は水と共沸する溶剤をスラリーに用いることで、溶剤除去により水分除去の効率を上げるのは好ましい態様である。The conjugated diene polymer may be in the form of pellets. However, if the moisture content of the polymer is reduced before preparing the slurry, a form with a large specific surface area is preferred, preferably in the form of crumbs or powder, from the perspective of moisture removal efficiency. The conjugated diene polymer-containing slurry preferably has a water content of 1 wt% or less. However, since the slurry is diluted with solvents and other components in addition to the polymer, it is possible to prepare a slurry with a water content of 1 wt% or less even if the polymer's moisture content exceeds 1 wt%. In other words, since the moisture derived from the conjugated diene polymer is also diluted, the moisture content of the conjugated diene polymer may be 1 wt% or more. It is desirable to keep the moisture content of the binder at 200 ppm or less. Therefore, if the moisture content of the slurry is high, it is preferable to use a solvent that forms an azeotrope with water in the slurry to increase the efficiency of moisture removal by solvent removal.
共役ジエン系重合体を供給フィーダーで供給する際、重合体がフィーダーの中で圧縮され、一部塊としてフィードするとフィードが不安定なり、配合量のばらつきが生じ、電池特性に影響する。安定してフィードする観点から、実施例に記載の方法で測定した圧縮度は、好ましくは30未満であり、より好ましくは20以下であり、更に好ましくは15以下であり、より好ましくは10以下である。When a conjugated diene polymer is fed through a feeder, if the polymer is compressed in the feeder and fed as a partial mass, the feed becomes unstable, resulting in variations in the blending amount and affecting battery performance. From the perspective of stable feeding, the degree of compression, measured using the method described in the examples, is preferably less than 30, more preferably 20 or less, even more preferably 15 or less, and even more preferably 10 or less.
また、ゆるめかさ比重は、一定容積の供給フィーダーに共役ジエン系重合体を多く充填する観点から、好ましくは0.15g/cm3以上であり、より好ましくは0.20g/cm3以上であり、さらに好ましくは0.22g/cm3以上である。好ましい上限は0.30g/cm3以下であり、より好ましくは0.25g/cm3以下である。 From the viewpoint of filling a large amount of conjugated diene polymer into a feeder of a given volume, the loose bulk density is preferably 0.15 g/cm or more , more preferably 0.20 g/cm or more , and even more preferably 0.22 g/cm or more . The upper limit is preferably 0.30 g/cm or less , more preferably 0.25 g/cm or less .
前記共役ジエン系重合体中の、遷移金属元素とAl、Li、Zn、およびMgの合計含有量が、原子換算で共役ジエン系重合体に対し、200ppm以下であるのが好ましい。遷移金属には、V、Ti、Mn、Fe、Co及びNiが含まれる。 The total content of transition metal elements and Al, Li, Zn, and Mg in the conjugated diene polymer is preferably 200 ppm or less in atomic terms relative to the conjugated diene polymer. Transition metals include V, Ti, Mn, Fe, Co, and Ni.
一般的にブロック共重合体をアニオンリビング重合で製造する際の重合開始剤、水素添加反応における水添触媒に含まれる該金属原子を含む化合物及び/又は重合の脱溶剤工程等で空気中の水分等と反応し、後述する該金属を含む化合物を生成し、共役ジエン系重合体中に残存する場合がある。 Generally, compounds containing such metal atoms contained in polymerization initiators used in the production of block copolymers by anionic living polymerization, in hydrogenation catalysts used in hydrogenation reactions, and/or in the desolvation process of polymerization react with moisture in the air to produce compounds containing such metals, as described below, which may remain in the conjugated diene polymer.
共役ジエン系重合体中の遷移金属元素(たとえばTi、Ni、Co)及び/又はLiを含む化合物としては、特に限定されないが、例えば、酸化チタン、非晶性酸化チタン、オルトチタン酸やメタチタン酸、水酸化チタン、水酸化ニッケル、一酸化ニッケル、酸化リチウム、水酸化リチウム、酸化コバルト、水酸化コバルト等の各原子の酸化物、チタン酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ニッケル、ニッケル・鉄酸化物等の各原子と異種金属との複合酸化物等が挙げられる。このほか、Al、Li、Zn、FeおよびMgといった金属が金属残差として共役ジエン系重合体中に残存する。 The compounds containing transition metal elements (e.g., Ti, Ni, Co) and/or Li in the conjugated diene polymer are not particularly limited, but examples include oxides of each atom such as titanium oxide, amorphous titanium oxide, orthotitanic acid, metatitanic acid, titanium hydroxide, nickel hydroxide, nickel monoxide, lithium oxide, lithium hydroxide, cobalt oxide, and cobalt hydroxide, as well as composite oxides of each atom with different metals such as lithium titanate, barium titanate, strontium titanate, nickel titanate, and nickel-iron oxide. In addition, metals such as Al, Li, Zn, Fe, and Mg remain in the conjugated diene polymer as metal residues.
ここで、原子換算とは、一般に、上述の該金属原子を含む化合物の残存重量と分子量から算出される該金属原子当りの質量である。ただし、該金属原子を含む化合物が特定できる場合であれば上記の方法で算出してもよいが、多くの場合にそのような特定は困難であるため、共役ジエン系重合体中の総量に対する金属の合計含有量を、原子換算の質量で値を求めるため、実施例記載の方法で該金属原子の合計含有量を測定する。 Here, "atomic equivalent" generally refers to the mass per metal atom calculated from the residual weight and molecular weight of the compound containing the metal atom. However, if the compound containing the metal atom can be identified, the calculation may be performed using the above method. However, since such identification is often difficult, the total metal content relative to the total amount in the conjugated diene polymer is determined in atomic equivalent mass by measuring the total content of the metal atoms using the method described in the Examples.
共役ジエン系重合体中の、遷移金属元素とAl、Li、Zn、FeおよびMgの合計含有量が、原子換算で共役ジエン系重合体に対し、200ppm以下にすることで、共役ジエン系重合体の熱安定性を維持し、共役ジエン系重合体をバインダーとして用いた全固体電池の耐熱老化性の低下を抑制する。該現象の詳細なメカニズムは不明であり、以下に限定されるものではないが、一般的にポリマーが高温下にさらされると炭素ラジカルが生成し、空気中の酸素とそれが反応することでヒドロペルオキシドが生成することが知られているが、上述の金属化合物の存在下ではレドックス反応によるフリーラジカルへの分解が促進される。また、水添ブロック共重合体自体と上述の金属化合物が反応し、フリーラジカルが生成する。あるいは、上述の金属化合物由来の金属イオンと空気中の酸素間で電荷移動錯体及び/又は活性酸素を生成し、該活性種が水添ブロック共重合体と反応することで、炭素ラジカルが生成する。これら反応機構に限定されるものではないが、上述の反応機構により、上述の金属量が多いと、金属化合物に由来するフリーラジカルが多い傾向にあり、その結果、水添ブロック共重合体中に炭素ラジカル及びヒドロペルオキシド等の活性種が生成し、該活性種により、ラジカル同士の結合やさらなるラジカルの発生によりポリマーの劣化をまねき、水添ブロック共重合体同士の結合が生じ、バインダーを用いた層の割れや、接着性、結着性の低下、硬くなることで耐衝撃性の低下などの懸念がある。By keeping the total content of transition metal elements and Al, Li, Zn, Fe, and Mg in the conjugated diene polymer to 200 ppm or less, calculated on an atomic basis, the thermal stability of the conjugated diene polymer is maintained and the deterioration of heat aging resistance of all-solid-state batteries using the conjugated diene polymer as a binder is suppressed. The detailed mechanism of this phenomenon is unknown and is not limited to the following. However, it is generally known that when a polymer is exposed to high temperatures, carbon radicals are generated, which react with oxygen in the air to generate hydroperoxides. In the presence of the metal compounds described above, decomposition into free radicals via a redox reaction is promoted. Furthermore, the hydrogenated block copolymer itself reacts with the metal compounds described above to generate free radicals. Alternatively, a charge transfer complex and/or active oxygen are generated between metal ions derived from the metal compounds and oxygen in the air, and these active species react with the hydrogenated block copolymer to generate carbon radicals. Although the reaction mechanism is not limited to these, according to the above-mentioned reaction mechanism, when the amount of the above-mentioned metal is large, there tends to be a large amount of free radicals derived from the metal compound, and as a result, active species such as carbon radicals and hydroperoxides are generated in the hydrogenated block copolymer. These active species cause bonding between radicals and the generation of further radicals, which leads to deterioration of the polymer and causes bonding between hydrogenated block copolymers, which raises concerns about cracking of the layer using the binder, reduced adhesion and binding properties, and reduced impact resistance due to hardening.
上記合計含有量は、好ましくは200ppm以下であり、より好ましくは100ppm以下であり、さらに好ましくは70ppm以下であり、特に好ましくは50ppm以下である。合計含有量の下限は特に制限されないが0ppmである。The total content is preferably 200 ppm or less, more preferably 100 ppm or less, even more preferably 70 ppm or less, and particularly preferably 50 ppm or less. There is no particular lower limit for the total content, but it is 0 ppm.
上記合計含有量を200ppm以下とする方法としては、公知のものを適用できる。水素添加触媒の失活、中和のみを目的とする場合は、ブロック共重合体の水素添加反応後に水と炭酸ガスを添加し、水素添加触媒残渣を中和する方法、水、炭酸ガスに加えて酸を添加し、水素添加触媒残渣を中和する方法が用いられるが、金属の合計含有量の低減を目的とするには、中和のみでは足りないので、さらにデカンテーションや遠心分離機を用いることで金属を除去する方法によるのが好ましい。より具体的には特願2014-557427に記載の方法が挙げられる。水素添加後の重合体溶液と水を接触させて金属残渣を除く場合、共役ジエン系重合体溶液に添加する酸は硫酸、塩酸、および硝酸などを添加することで、水と混合した際に金属残渣が水層に抽出されやすくなり、さらに金属残差を除くには、ポリマー溶液と水を接触させる際の攪拌強度(P/V値)を高め、重合体と金属残渣の相互作用を分断することで、金属残渣をさらに水相に抽出される。さらにデカンテーションと遠心分離の工程を分けることで金属残渣をより多く除去することができる。Known methods can be used to reduce the total content to 200 ppm or less. For the sole purpose of deactivating and neutralizing the hydrogenation catalyst, methods such as adding water and carbon dioxide gas after the hydrogenation reaction of the block copolymer to neutralize the hydrogenation catalyst residue, and adding water, carbon dioxide gas, and an acid to neutralize the hydrogenation catalyst residue are commonly used. However, to reduce the total metal content, neutralization alone is insufficient, and therefore, it is preferable to further remove the metals using decantation or a centrifuge. More specifically, the method described in Patent Application No. 2014-557427 can be cited. When removing metal residues by contacting the post-hydrogenation polymer solution with water, adding acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid, and nitric acid to the conjugated diene polymer solution makes it easier for the metal residues to be extracted into the aqueous phase when mixed with water. To further remove the metal residues, increasing the stirring intensity (P/V value) when contacting the polymer solution with water disrupts the interaction between the polymer and the metal residues, thereby further extracting the metal residues into the aqueous phase. Furthermore, by separating the decantation and centrifugation steps, more metal residues can be removed.
〔共役ジエン系重合体の製造方法〕
本実施形態の共役ジエン系重合体の製造方法は、特に制限されないが、例えば、下記のような重合工程と、変性工程と、水素添加工程を有するものであってもよい。
[Method for producing conjugated diene polymer]
The method for producing the conjugated diene polymer of the present embodiment is not particularly limited, and may include, for example, a polymerization step, a modification step, and a hydrogenation step as described below.
重合工程とは、特に制限されないが、例えば、有機溶媒中で有機アルカリ金属化合物を重合開始剤として、共役ジエン化合物とビニル芳香族化合物とを重合させることにより、上記構成で表されるような、ランダム共重合体、及び/又はブロック共重合体を得る工程である。 The polymerization process is not particularly limited, but for example, is a process in which a conjugated diene compound and a vinyl aromatic compound are polymerized in an organic solvent using an organic alkali metal compound as a polymerization initiator to obtain a random copolymer and/or a block copolymer as represented by the above structure.
水素添加工程とは、特に制限されないが、例えば、重合工程により得られた共役ジエン系重合体に水素添加する工程である。 The hydrogenation process is not particularly limited, but is, for example, a process in which the conjugated diene polymer obtained in the polymerization process is hydrogenated.
変性工程とは、特に制限されないが、例えば、共役ジエン系重合体と変性剤とを反応させることにより、変性反応を行い、共役ジエン系重合体を得る工程である。 The modification process is not particularly limited, but is, for example, a process in which a conjugated diene polymer is reacted with a modifier to carry out a modification reaction and obtain a conjugated diene polymer.
なお、水素添加工程と変性工程との順序は、特に制限されない。すなわち、重合工程、水素添加工程、変性工程の順であってもよく、重合工程、変性工程、水素添加工程の順であってもよい。上述した共役ジエン系重合体を一層容易に得ることができる観点からは、重合工程、水素添加工程、変性工程の順であることが好ましい。また、変性工程は、後述するように重合工程と並行してもよい。The order of the hydrogenation step and the modification step is not particularly limited. That is, the order may be polymerization step, hydrogenation step, and modification step, or polymerization step, modification step, and hydrogenation step. From the viewpoint of more easily obtaining the above-mentioned conjugated diene-based polymer, the order is preferably polymerization step, hydrogenation step, and modification step. Furthermore, the modification step may be performed in parallel with the polymerization step, as described below.
(重合工程)
重合工程とは、例えば、有機溶媒中で有機アルカリ金属化合物を重合開始剤として、共役ジエン化合物及びビニル芳香族化合物を重合させることにより、ランダム共重合体、及び/又はブロック共重合体を得る工程である。
(Polymerization process)
The polymerization step is, for example, a step of polymerizing a conjugated diene compound and a vinyl aromatic compound in an organic solvent using an organic alkali metal compound as a polymerization initiator to obtain a random copolymer and/or a block copolymer.
重合の態様としては、バッチ重合であってもよく、連続重合であってもよく、これらの組み合わせであってもよい。耐衝撃性及び靭性に影響を及ぼす共役ジエン系重合体を含む全固体電池バインダー中の分散相のサイズを一定にするという観点からは、分子量分布が狭くなるバッチ重合方法を用いることが好ましい。The polymerization method may be batch polymerization, continuous polymerization, or a combination of these. From the perspective of maintaining a consistent size of the dispersed phase in the all-solid-state battery binder containing the conjugated diene-based polymer, which affects impact resistance and toughness, it is preferable to use a batch polymerization method, which results in a narrow molecular weight distribution.
重合工程における反応温度は、0℃以上180℃以下であってもよい。一層容易に本実施形態の共役ジエン系重合体を得ることができる観点から、反応温度は、20℃以上160℃以下が好ましく、30℃以上150℃以下がより好ましい。The reaction temperature in the polymerization step may be 0°C or higher and 180°C or lower. From the viewpoint of more easily obtaining the conjugated diene-based polymer of this embodiment, the reaction temperature is preferably 20°C or higher and 160°C or lower, and more preferably 30°C or higher and 150°C or lower.
重合工程における反応時間は目的とする重合体によって異なるが、48時間以内であってもよい。一層容易に本実施形態の共役ジエン系重合体を得ることができる観点から、反応時間は、0.1時間以上10時間以内が好ましい。分子量分布が狭く、高い強度を有する共役ジエン系重合体を得る観点から、反応時間は、0.5時間以上5時間以内がより好ましい。The reaction time in the polymerization step varies depending on the target polymer, but may be within 48 hours. From the viewpoint of more easily obtaining the conjugated diene-based polymer of this embodiment, the reaction time is preferably 0.1 to 10 hours. From the viewpoint of obtaining a conjugated diene-based polymer having a narrow molecular weight distribution and high strength, the reaction time is more preferably 0.5 to 5 hours.
重合工程における重合系の雰囲気は、窒素及び溶媒を液相に維持するために十分な圧力の範囲であればよく、特に制限されるものではない。重合系内には、重合開始剤及びリビングポリマーを不活性化させるような不純物、例えば水、酸素、及び炭酸ガスが存在しないことが好ましい。The atmosphere of the polymerization system during the polymerization step is not particularly limited, as long as it is within a pressure range sufficient to maintain the nitrogen and solvent in a liquid phase. It is preferable that the polymerization system be free of impurities that may inactivate the polymerization initiator and living polymer, such as water, oxygen, and carbon dioxide.
また、上記重合工程の終了時に、2官能以上のカップリング剤を必要量添加してカップリング反応を行ってもよい。2官能カップリング剤としては、従来公知のものを適用でき、特に制限されないが、例えば、トリメトキシシラン、トリエトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジクロロジメトキシシラン、ジクロロジエトキシシラン、トリクロロメトキシシラン、トリクロロエトキシシラン等のアルコキシシラン化合物、ジクロロエタン、ジブロモエタン、ジメチルジクロロシラン、ジメチルジブロモシラン等のジハロゲン化合物、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸フェニル、フタル酸エステル類等の酸エステル類等が挙げられる。Furthermore, at the end of the polymerization step, a required amount of a bifunctional or higher coupling agent may be added to carry out a coupling reaction. Bifunctional coupling agents may be any known agent and are not particularly limited. Examples include alkoxysilane compounds such as trimethoxysilane, triethoxysilane, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, diethyldimethoxysilane, dichlorodimethoxysilane, dichlorodiethoxysilane, trichloromethoxysilane, and trichloroethoxysilane; dihalogen compounds such as dichloroethane, dibromoethane, dimethyldichlorosilane, and dimethyldibromosilane; and acid esters such as methyl benzoate, ethyl benzoate, phenyl benzoate, and phthalates.
また、3官能以上の多官能カップリング剤としては、従来公知のものを適用でき、特に制限されないが、例えば、3価以上のポリアルコール類、エポキシ化大豆油、ジグリシジルビスフェノールA、1,3-ビス(N-N’-ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン等の多価エポキシ化合物、一般式R4-nSiXn(ここで、Rは炭素数1~20の炭化水素基、Xはハロゲン、nは3~4の整数を示す)で表されるハロゲン化珪素化合物、例えば、メチルシリルトリクロリド、t-ブチルシリルトリクロリド、四塩化珪素及びこれらの臭素化物等、一般式R4-nSnXn(ここで、Rは炭素数1~20の炭化水素基、Xはハロゲン、nは3~4の整数を示す)で表されるハロゲン化錫化合物、例えば、メチル錫トリクロリド、t-ブチル錫トリクロリド、四塩化錫等の多価ハロゲン化合物が挙げられる。また、炭酸ジメチルや炭酸ジエチル等を使用してもよい。 Furthermore, the tri- or higher functional polyfunctional coupling agent can be any known one, and is not particularly limited. Examples include tri- or higher hydric polyalcohols, epoxidized soybean oil, diglycidyl bisphenol A, polyvalent epoxy compounds such as 1,3-bis(N-N'-diglycidylaminomethyl)cyclohexane, halogenated silicon compounds represented by the general formula R 4 -nSiX n (where R is a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, X is a halogen, and n is an integer of 3 to 4), such as methylsilyl trichloride, t-butylsilyl trichloride, silicon tetrachloride and bromides thereof, and halogenated tin compounds represented by the general formula R 4 -nSnX n (where R is a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, X is a halogen, and n is an integer of 3 to 4), such as polyvalent halogen compounds such as methyltin trichloride, t-butyltin trichloride, and tin tetrachloride. Dimethyl carbonate, diethyl carbonate, etc. may also be used.
有機溶媒としては、特に制限されないが、例えば、n-ブタン、イソブタン、n-ペンタン、n-ヘキサン、n-ヘプタン、及びn-オクタン等の脂肪族炭化水素類;シクロヘキサン、シクロへプタン、及びメチルシクロペンタン等の脂環式炭化水素類;並びにベンゼン、キシレン、トルエン、及びエチルベンゼン等の芳香族炭化水素類が挙げられる。 The organic solvent is not particularly limited, but examples include aliphatic hydrocarbons such as n-butane, isobutane, n-pentane, n-hexane, n-heptane, and n-octane; alicyclic hydrocarbons such as cyclohexane, cycloheptane, and methylcyclopentane; and aromatic hydrocarbons such as benzene, xylene, toluene, and ethylbenzene.
重合開始剤である有機アルカリ金属化合物としては、有機リチウム化合物が好ましい。有機リチウム化合物としては、特に制限されないが、例えば、有機モノリチウム化合物、有機ジリチウム化合物、及び有機ポリリチウム化合物が挙げられる。 The organic alkali metal compound used as the polymerization initiator is preferably an organic lithium compound. The organic lithium compound is not particularly limited, but examples include organic monolithium compounds, organic dilithium compounds, and organic polylithium compounds.
有機リチウム化合物としては、特に制限されないが、例えば、エチルリチウム、n-プロピルリチウム、イソプロピルリチウム、n-ブチルリチウム、sec-ブチルリチウム、t-ブチルリチウム、n-ペンチルリチウム、n-ヘキシルリチウム、ベンジルリチウム、フェニルリチウム、ヘキサメチレンジリチウム、ブタジエニルリチウム、イソプロペニルジリチウム、及びリチウムピペリジドが挙げられる。リチウムピペリジドのように、窒素原子を含む有機リチウム化合物を重合開始剤とする場合、窒素原子を有する共役ジエン系重合体が得られる。 Organolithium compounds are not particularly limited, but examples include ethyllithium, n-propyllithium, isopropyllithium, n-butyllithium, sec-butyllithium, t-butyllithium, n-pentyllithium, n-hexyllithium, benzyllithium, phenyllithium, hexamethylenedilithium, butadienyllithium, isopropenyldilithium, and lithium piperidide. When an organolithium compound containing a nitrogen atom, such as lithium piperidide, is used as a polymerization initiator, a conjugated diene polymer containing a nitrogen atom is obtained.
これらの重合開始剤は1種のみを単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、重合活性向上の観点から、重合開始剤は、n-ブチルリチウム、sec-ブチルリチウム、及びリチウムピペリジドが好ましい。 These polymerization initiators may be used alone or in combination of two or more. Among these, n-butyllithium, sec-butyllithium, and lithium piperidide are preferred polymerization initiators from the viewpoint of improving polymerization activity.
重合開始剤である有機アルカリ金属化合物の使用量は、目的とする共役ジエン系重合体の分子量によるが、典型的には0.01phm以上1.5phm以下(ここで、phmは、単量体100質量部当たりに対する質量部を示す。以下同様。)の範囲であることが好ましく、0.02phm以上0.3phm以下の範囲であることがより好ましく、0.03phm以上0.2phm以下の範囲であることが更に好ましい。The amount of organic alkali metal compound used as a polymerization initiator depends on the molecular weight of the desired conjugated diene polymer, but is typically in the range of 0.01 phm to 1.5 phm (here, phm indicates parts by mass per 100 parts by mass of monomer; the same applies below), more preferably in the range of 0.02 phm to 0.3 phm, and even more preferably in the range of 0.03 phm to 0.2 phm.
共役ジエン系重合体のビニル結合量は、ルイス塩基、例えばエーテル、及びアミン等の化合物を、ビニル結合量調整剤(以下、「ビニル化剤」という。)として添加することにより制御することができる。また、目的とするビニル結合量に応じて、ビニル化剤の使用量を調整することができる。The vinyl bond content of conjugated diene polymers can be controlled by adding Lewis bases, such as ethers and amines, as vinyl bond content regulators (hereinafter referred to as "vinylating agents"). The amount of vinylating agent used can also be adjusted depending on the desired vinyl bond content.
ビニル化剤としては、特に制限されないが、例えば、エーテル化合物、及び第3級アミン系化合物が挙げられる。 Vinylating agents are not particularly limited, but examples include ether compounds and tertiary amine compounds.
エーテル化合物としては、特に制限されないが、例えば、直鎖状エーテル化合物及び環状エーテル化合物が挙げられる。 Ether compounds are not particularly limited, but examples include linear ether compounds and cyclic ether compounds.
直鎖状エーテル化合物としては、特に制限されないが、例えば、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジフェニルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、及びエチレングリコールジブチルエーテルのようなエチレングリコールのジアルキルエーテル化合物類、並びにジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、及びジエチレングリコールジブチルエーテルのようなジエチレングリコールのジアルキルエーテル化合物類が挙げられる。 Straight-chain ether compounds include, but are not limited to, dialkyl ether compounds of ethylene glycol such as dimethyl ether, diethyl ether, diphenyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, and ethylene glycol dibutyl ether, as well as dialkyl ether compounds of diethylene glycol such as diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, and diethylene glycol dibutyl ether.
また、環状エーテル化合物としては、特に制限されないが、例えば、テトラヒドロフラン、ジオキサン、2,5-ジメチルオキソラン、2,2,5,5-テトラメチルオキソラン、2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパン、及びフルフリルアルコールのようなアルキルエーテルが挙げられる。 Cyclic ether compounds are not particularly limited, but examples include alkyl ethers such as tetrahydrofuran, dioxane, 2,5-dimethyloxolane, 2,2,5,5-tetramethyloxolane, 2,2-bis(2-oxolanyl)propane, and furfuryl alcohol.
第3級アミン系化合物としては、特に制限されないが、例えば、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、N,N-ジメチルアニリン、N-エチルピペリジン、N-メチルピロリジン、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N’-テトラエチルエチレンジアミン、1,2-ジピペリジノエタン、トリメチルアミノエチルピペラジン、N,N,N’,N”,N”-ペンタメチルエチレントリアミン、N,N’-ジオクチル-p-フェニレンジアミン、ピリジン、テトラメチルプロパンジアミン、及びビス[2-(N,N-ジメチルアミノ)エチル]エーテルが挙げられる。 Tertiary amine compounds are not particularly limited, but examples include trimethylamine, triethylamine, tributylamine, N,N-dimethylaniline, N-ethylpiperidine, N-methylpyrrolidine, N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine, N,N,N',N'-tetraethylethylenediamine, 1,2-dipiperidinoethane, trimethylaminoethylpiperazine, N,N,N',N",N"-pentamethylethylenetriamine, N,N'-dioctyl-p-phenylenediamine, pyridine, tetramethylpropanediamine, and bis[2-(N,N-dimethylamino)ethyl]ether.
第3級アミン系化合物としては、アミンを2個有する化合物が好ましい。更に、それらの中でも、第3級アミン系化合物として、分子内で対称性を示す構造を有するものがより好ましく、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン、ビス[2-(N,N-ジメチルアミノ)エチル]エーテル、及び1,2-ジピペリジノエタンが更に好ましい。
これらビニル化剤は、1種のみを単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
The tertiary amine compound is preferably a compound having two amines. Among these, the tertiary amine compound is more preferably a compound having an intramolecularly symmetric structure, and more preferably N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine, bis[2-(N,N-dimethylamino)ethyl]ether, or 1,2-dipiperidinoethane.
These vinylating agents may be used alone or in combination of two or more.
重合工程においては、上述したビニル化剤、及び有機リチウム化合物に加えて、アルカリ金属アルコキシドの共存下、共役ジエン単量体を単独で、あるいは共役ジエン単量体とビニル芳香族単量体とを重合してもよい。In the polymerization process, a conjugated diene monomer may be polymerized alone, or a conjugated diene monomer may be polymerized with a vinyl aromatic monomer in the presence of an alkali metal alkoxide in addition to the vinylating agent and organolithium compound described above.
ここで、アルカリ金属アルコキシドとは、一般式MOR(式中、Mはアルカリ金属、Rはアルキル基を示す。)で表される化合物である。重合工程においてアルカリ金属アルコキシドを共存させることにより、ビニル結合量、分子量分布、重合速度、及びブロック率等の制御が容易になる傾向にある。Here, alkali metal alkoxides are compounds represented by the general formula MOR (where M represents an alkali metal and R represents an alkyl group). The presence of alkali metal alkoxides in the polymerization process tends to make it easier to control the amount of vinyl bonds, molecular weight distribution, polymerization rate, block ratio, and other properties.
アルカリ金属アルコキシドのアルカリ金属としては、高いビニル結合量、狭い分子量分布、高い重合反応速度、及び高いブロック率を得ることができる観点から、ナトリウム又はカリウムであることが好ましい。 The alkali metal in the alkali metal alkoxide is preferably sodium or potassium, as this allows for a high vinyl bond content, narrow molecular weight distribution, high polymerization reaction rate, and high block rate to be obtained.
アルカリ金属アルコキシドとしては、特に制限されないが、例えば、炭素数2~12のアルキル基を有するナトリウムアルコキシド、リチウムアルコキシド、及びカリウムアルコキシドが挙げられる。アルカリ金属アルコキシドとして好ましくは、炭素数3~6のアルキル基を有するナトリウムアルコキシド及びカリウムアルコキシドであり、より好ましくは、ナトリウム-t-ブトキシド、ナトリウム-t-ペントキシド、カリウム-t-ブトキシド、及びカリウム-t-ペントキシドである。これらの中でも、ナトリウム-t-ブトキシド、及びナトリウム-t-ペントキシドが更に好ましい。 The alkali metal alkoxide is not particularly limited, but examples include sodium alkoxides, lithium alkoxides, and potassium alkoxides having an alkyl group with 2 to 12 carbon atoms. Preferred alkali metal alkoxides are sodium alkoxides and potassium alkoxides having an alkyl group with 3 to 6 carbon atoms, and more preferred are sodium t-butoxide, sodium t-pentoxide, potassium t-butoxide, and potassium t-pentoxide. Of these, sodium t-butoxide and sodium t-pentoxide are even more preferred.
(水素添加工程)
水素添加工程とは、共役ジエン系重合体又は共役ジエン系重合体に水素添加する工程である。水素添加工程における水素添加方法は、特に制限されないが、例えば、上記重合工程で得られた共役ジエン系重合体に対し、水素添加触媒の存在下、水素ガスを供給し、水素添加する方法が挙げられる。共役ジエン系重合体の製造方法がこのような水素添加工程を有することにより、共役ジエン単量体単位中の二重結合残基が水素添加され、熱的に一層安定な水添共役ジエン系重合体を得ることができる。
(Hydrogenation step)
The hydrogenation step is a step of hydrogenating a conjugated diene polymer or a conjugated diene polymer. The hydrogenation method in the hydrogenation step is not particularly limited, and examples thereof include a method in which hydrogen gas is supplied to the conjugated diene polymer obtained in the polymerization step in the presence of a hydrogenation catalyst to hydrogenate it. When the method for producing a conjugated diene polymer includes such a hydrogenation step, residual double bonds in the conjugated diene monomer units are hydrogenated, and a more thermally stable hydrogenated conjugated diene polymer can be obtained.
水素添加率は、例えば、水素添加時の触媒量や水素ガスの供給(以下、「フィード」ともいう。)によって制御することができる。また、水素添加速度は、例えば、水素添加時の触媒量、水素ガスの供給量、圧力及び温度等によって制御することができる。水素添加工程は、上記重合工程における共役ジエン系重合体の生成反応停止後のタイミングで実施することが好ましい。The hydrogenation rate can be controlled, for example, by the amount of catalyst used during hydrogenation and the supply of hydrogen gas (hereinafter also referred to as "feed"). The hydrogenation rate can also be controlled, for example, by the amount of catalyst used during hydrogenation, the amount of hydrogen gas supplied, the pressure, the temperature, etc. The hydrogenation step is preferably carried out after the conjugated diene polymer production reaction in the polymerization step has stopped.
水素添加反応終了後、安定剤を添加してもよい。安定剤としては、特に制限されないが、例えば、オクタデシル-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネートが挙げられる。After the hydrogenation reaction is complete, a stabilizer may be added. There are no particular limitations on the stabilizer, but examples include octadecyl-3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate.
上記のようにして得られた共役ジエン系重合体の溶液は、必要に応じて触媒残査を除去し、共役ジエン系重合体を溶媒から分離することができる。 If necessary, the solution of conjugated diene polymer obtained as described above can be subjected to removal of catalyst residues and the conjugated diene polymer can be separated from the solvent.
溶媒の分離の方法としては、例えば水添後の反応液にアセトン又はアルコール等の水添共重合体に対する貧溶媒となる極性溶媒を加えて重合体を沈澱させて回収する方法、反応液を撹拌下熱湯中に投入し、スチームストリッピングにより溶媒を除去して回収する方法、または直接重合体溶液を加熱して溶媒を留去する方法等を挙げることができる。熱湯中に投入する場合、ポリマー内に水分が混入するため、加熱押出工程等により水分を除去することもできる。尚、共重合体の水添物には、各種フェノール系安定剤、リン系安定剤、イオウ系安定剤、アミン系安定剤等の安定剤を添加することができる。 Methods for separating the solvent include, for example, adding a polar solvent such as acetone or alcohol, which is a poor solvent for the hydrogenated copolymer, to the reaction solution after hydrogenation to precipitate and recover the polymer; pouring the reaction solution into hot water with stirring and removing the solvent by steam stripping; or directly heating the polymer solution to distill off the solvent. When poured into hot water, moisture becomes mixed into the polymer, so moisture can also be removed by a heating extrusion process or other method. Various stabilizers, such as phenol-based stabilizers, phosphorus-based stabilizers, sulfur-based stabilizers, and amine-based stabilizers, can be added to the hydrogenated copolymer.
(変性工程)
変性工程とは、変性基を有する共役ジエン系重合体を得る工程であれば特に制限されないが、例えば、共役ジエン系重合体及び/又は水添共役ジエン系重合体と変性剤とを反応させることにより共役ジエン系重合体を得る工程である。これにより、得られる共役ジエン系重合体は、変性基を有するものとなる。
(Modification step)
The modification step is not particularly limited as long as it is a step of obtaining a conjugated diene polymer having a modifying group, and is, for example, a step of obtaining a conjugated diene polymer by reacting a conjugated diene polymer and/or a hydrogenated conjugated diene polymer with a modifying agent, whereby the obtained conjugated diene polymer has a modifying group.
変性工程は、上述した重合工程と並行してもよい。そのような変性反応方法としては、特に制限されないが、例えば、重合工程における重合反応において電極活物質層の構成成分や固体電解質に対する結着性基または集電体に対する接着性基を有する重合開始剤を用いる方法;及び、重合工程における重合反応において電極活物質層の構成成分や固体電解質に対する結着性基または集電体に対する接着性基を有する不飽和単量体を用いる方法が挙げられる。また変性反応方法としては、重合工程における重合反応により得られた共役ジエン系重合体のリビング末端に、電極活物質層の構成成分や固体電解質に対する結着性基または集電体に対する接着性基を形成若しくは含有する変性剤を付加する方法を用いてもよい。The modification step may be performed in parallel with the polymerization step described above. Such modification reaction methods are not particularly limited, but include, for example, a method using a polymerization initiator having a binding group for the components of the electrode active material layer or the solid electrolyte, or an adhesive group for the current collector, in the polymerization reaction in the polymerization step; and a method using an unsaturated monomer having a binding group for the components of the electrode active material layer or the solid electrolyte, or an adhesive group for the current collector, in the polymerization reaction in the polymerization step. Another modification reaction method may involve adding a modifier that forms or contains a binding group for the components of the electrode active material layer or the solid electrolyte, or an adhesive group for the current collector, to the living end of the conjugated diene polymer obtained by the polymerization reaction in the polymerization step.
共役ジエン系重合体において、変性基が導入される位置についても特に制限されず、例えば、共役ジエン系重合体の末端であってもよく、共役ジエン系重合体の主鎖の一部にブロック、ランダム又はテーパー状に配置されていてもよい。定量的かつ位置選択性高く変性基を導入する場合は、変性基を有するモノマーもしくは後工程で変性基を導入できるモノマーを共重合する、もしくは重合体末端への導入が好ましい。変性基の濃度は、変性基を有するモノマーの量もしくは後工程で変性基を導入できるモノマーの量、もしくは重合体末端と反応させる変性剤の量に応じて制御することができる。また、重合体末端と変性剤を反応させる場合は、重合体の分子量を上げて、重合体末端数を減らすことで、変性基量を減らすこともできる。重合体末端への導入は少量の変性基を導入することに向いている。また、重合体末端への導入としては、変性基または変性基前駆体を有するカップリング剤を用いることもでき、この場合、カップリング部に変性基を有することになる。The position at which the modifying group is introduced into a conjugated diene polymer is not particularly limited. For example, it may be at the end of the conjugated diene polymer, or it may be arranged in a block, random, or tapered configuration along part of the main chain of the conjugated diene polymer. To introduce the modifying group quantitatively and with high regioselectivity, it is preferable to copolymerize a monomer having the modifying group or a monomer to which the modifying group can be introduced in a subsequent process, or to introduce the modifying group into the polymer end. The concentration of the modifying group can be controlled depending on the amount of monomer having the modifying group, the amount of monomer to which the modifying group can be introduced in a subsequent process, or the amount of modifying agent reacted with the polymer end. Furthermore, when reacting the polymer end with a modifying agent, the amount of the modifying group can be reduced by increasing the molecular weight of the polymer and reducing the number of polymer ends. Introduction into the polymer end is suitable for introducing a small amount of the modifying group. Furthermore, a coupling agent having a modifying group or a modifying group precursor can also be used to introduce the modifying group into the polymer end. In this case, the coupling moiety will contain the modifying group.
変性基量を共役ジエン系重合体100gあたり3mmol以下にする場合には重合体末端と変性剤を反応させる方法が適しており、特に分子量が3.5万以上のポリマーでは適している。重合末端と変性剤が1対1で反応した場合、変性基量は、分子量が3.5万では2.9mmol以下であり、分子量が10万では1.0mmol以下であり、分子量が20万では0.5mmol以下であり、分子量が30万では0.33mmol以下であり、分子量が50万では0.2mmol以下であり、分子量が70万では0.14mmol以下であり、分子量に応じてコントロールすることができる。 To keep the amount of modifying groups to 3 mmol or less per 100 g of conjugated diene polymer, reacting the polymer terminal with a modifying agent is suitable, particularly for polymers with a molecular weight of 35,000 or more. When the polymer terminal reacts with the modifying agent in a 1:1 ratio, the amount of modifying groups can be controlled depending on the molecular weight: 2.9 mmol or less for a molecular weight of 35,000, 1.0 mmol or less for a molecular weight of 100,000, 0.5 mmol or less for a molecular weight of 200,000, 0.33 mmol or less for a molecular weight of 300,000, 0.2 mmol or less for a molecular weight of 500,000, and 0.14 mmol or less for a molecular weight of 700,000.
変性基量は、実用上問題ない範囲で特に制限はないが、変性基の異種材料との相互作用による接着性を期待する場合、変性基の量は、共役ジエン系重合体100gあたり、好ましくは0.10mmol以上であり、0.15mmol以上が好ましい。また、変性基の量は、共役ジエン系重合体100gあたり、導電助剤分散性の観点からは20mmol以下が好ましく、より好ましくは5mmol以下であり、更に好ましくは、1.5mmol以下であり、よりさらに好ましくは0.10mmol以上であり0.50mmol以下である。特に分子量が20万以上の高分子では、変性量が3.0mmol以下であると、変性基と導電助剤との相互作用に加えて、分子量の絡み合い効果により、導電助剤分散性と接着性のバランスを改善することができる。There are no particular restrictions on the amount of modifying groups as long as they are practically acceptable. However, if adhesive properties due to the interaction of the modifying groups with different materials are desired, the amount of modifying groups is preferably 0.10 mmol or more, and more preferably 0.15 mmol or more, per 100 g of conjugated diene polymer. Furthermore, from the perspective of conductive additive dispersibility, the amount of modifying groups is preferably 20 mmol or less, more preferably 5 mmol or less, even more preferably 1.5 mmol or less, and even more preferably 0.10 mmol or more and 0.50 mmol or less, per 100 g of conjugated diene polymer. In particular, for polymers with a molecular weight of 200,000 or more, a modification amount of 3.0 mmol or less can improve the balance between conductive additive dispersibility and adhesive properties due to the molecular weight entanglement effect in addition to the interaction between the modifying groups and the conductive additive.
「電極活物質層の構成成分や固体電解質に対する結着性基または集電体に対する接着性基を有する重合開始剤」としては、特に制限されないが、例えば、3-リチオ-1-[N,N-ビス(トリメチルシリル)]アミノプロパン、2-リチオ-1-[N,N-ビス(トリメチルシリル)]アミノエタン、3-リチオ-2,2-ジメチル-1-[N,N-ビス(トリメチルシリル)]アミノプロパン、2,2,5,5-テトラメチル-1-(3-リチオプロピル)-1-アザ-2,5-ジシラシクロペンタン、2,2,5,5-テトラメチル-1-(3-リチオ-2,2-ジメチル-プロピル)-1-アザ-2,5-ジシラシクロペンタン、2,2,5,5-テトラメチル-1-(2-リチオエチル)-1-アザ-2,5-ジシラシクロペンタン、3-リチオ-1-[N-(tert-ブチル-ジメチルシリル)-N-トリメチルシリル]アミノプロパン、3-リチオ-1-(N-メチル-N-トリメチルシリル)アミノプロパン、3-リチオ-1-(N-チル-N-トリメチルシリル)アミノプロパン、及びリチウムピペリジドが挙げられる。 The "polymerization initiator having a binding group for the components of the electrode active material layer or the solid electrolyte, or an adhesive group for the current collector" is not particularly limited, but examples thereof include 3-lithio-1-[N,N-bis(trimethylsilyl)]aminopropane, 2-lithio-1-[N,N-bis(trimethylsilyl)]aminoethane, 3-lithio-2,2-dimethyl-1-[N,N-bis(trimethylsilyl)]aminopropane, 2,2,5,5-tetramethyl-1-(3-lithiopropyl)-1-aza-2,5-disilacyclopentane, 2,2,5, 5-tetramethyl-1-(3-lithio-2,2-dimethyl-propyl)-1-aza-2,5-disilacyclopentane, 2,2,5,5-tetramethyl-1-(2-lithioethyl)-1-aza-2,5-disilacyclopentane, 3-lithio-1-[N-(tert-butyl-dimethylsilyl)-N-trimethylsilyl]aminopropane, 3-lithio-1-(N-methyl-N-trimethylsilyl)aminopropane, 3-lithio-1-(N-ethyl-N-trimethylsilyl)aminopropane, and lithium piperidide.
「電極活物質層の構成成分や固体電解質に対する結着性基または集電体に対する接着性基を有する不飽和単量体」としては、特に制限されないが、例えば、p-[N,N-ビス(トリメチルシリル)アミノ]スチレン、p-[N,N-ビス(トリメチルシリル)アミノメチル]スチレン、p-{2-[N,N-ビス(トリメチルシリル)アミノ]エチル}スチレン、m-[N,N-ビス(トリメチルシリル)アミノ]スチレン、p-(N-メチル-N-トリメチルシリルアミノ)スチレン、及びp-(N-メチル-N-トリメチルシリルアミノメチル)スチレンが挙げられる。 Examples of "unsaturated monomers having binding groups for the components of the electrode active material layer or the solid electrolyte, or adhesive groups for the current collector" include, but are not limited to, p-[N,N-bis(trimethylsilyl)amino]styrene, p-[N,N-bis(trimethylsilyl)aminomethyl]styrene, p-{2-[N,N-bis(trimethylsilyl)amino]ethyl}styrene, m-[N,N-bis(trimethylsilyl)amino]styrene, p-(N-methyl-N-trimethylsilylamino)styrene, and p-(N-methyl-N-trimethylsilylaminomethyl)styrene.
「電極活物質層の構成成分や固体電解質に対する結着性基または集電体に対する接着性基を形成若しくは含有する変性剤」としては、特に制限されないが、例えば、テトラグリシジルメタキシレンジアミン、テトラグリシジル-1,3-ビスアミノメチルシクロヘキサン、ε-カプロラクトン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、1,3-ジエチル-2-イミダゾリジノン、N,N’-ジメチルプロピレンウレア、及びN-メチルピロリドンが挙げられる。 The "modifier that forms or contains binding groups for the components of the electrode active material layer or the solid electrolyte, or adhesive groups for the current collector" is not particularly limited, but examples include tetraglycidyl metaxylenediamine, tetraglycidyl-1,3-bisaminomethylcyclohexane, ε-caprolactone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, 1,3-diethyl-2-imidazolidinone, N,N'-dimethylpropyleneurea, and N-methylpyrrolidone.
変性基を導入する他の方法としては、例えば、共役ジエン系重合体に、有機リチウム化合物等の有機アルカリ金属化合物を反応(メタレーション反応)させることで、有機アルカリ金属が付加した重合体を得て、該有機アルカリ金属が付加した重合体に上記変性剤を付加させる方法が挙げられる。 Another method for introducing a modifying group is to react (metallation reaction) a conjugated diene polymer with an organic alkali metal compound such as an organolithium compound to obtain a polymer with an organic alkali metal attached thereto, and then add the above-mentioned modifier to the polymer with the organic alkali metal attached thereto.
また、変性基を導入する更に他の方法としては、例えば、共役ジエン系重合体に、電極活物質層の構成成分や固体電解質に対する結着性基または集電体に対する接着性基を有する原子団をグラフト付加する方法が挙げられる。 Another method for introducing a modifying group is, for example, grafting an atomic group having a binding group for the constituent components of the electrode active material layer or the solid electrolyte, or an adhesive group for the current collector, onto a conjugated diene polymer.
そのような方法は、共役ジエン系重合体に直接グラフト付加する方法であってもよく、一次変性基が導入された共役ジエン系重合体を、電極活物質層の構成成分や固体電解質に対する結着性基または集電体に対する接着性基を有する原子団と反応させる(二次変性)方法であってもよい。 Such a method may involve direct grafting onto a conjugated diene polymer, or it may involve reacting a conjugated diene polymer into which a primary modifying group has been introduced with an atomic group having a binding group for the constituent components of the electrode active material layer or the solid electrolyte, or an adhesive group for the current collector (secondary modification).
「電極活物質層の構成成分や固体電解質に対する結着性基または集電体に対する接着性基を有する原子団」としては、特に制限されないが、例えば、α,β-不飽和カルボン酸又はその誘導体を含む分子単位が挙げられる。α,β-不飽和カルボン酸又はその誘導体としては、例えば、マレイン酸、ハロゲン化マレイン酸、イタコン酸、シス-4-シクロヘキセン-1,2-ジカルボン酸、エンド-シス-ビシクロ〔2,2,1〕-5-ヘプテン-2,3-ジカルボン酸等、及びこれらジカルボン酸の無水物、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸等、及びこれらモノカルボン酸のエステル(例えば、アクリル酸-2-ヒドロキシエチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸グリシジル、及びメタクリル酸3-(トリメトキシシリル)プロピル等)、並びにアルコキシシラン化合物(例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリプロポキシシラン、ビニルトリブトキシシラン、ビニルジメトキシメチルシラン、ビニルジエトキシエチルシラン、ビニルジプロポキシプロピルシラン、及びビニルジブトキシブチルシラン等)が挙げられる。これらの中でも、好ましくはアクリル酸、無水物、メタクリル酸グリシジル、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、であり、接着性を一層高める観点から、無水マレイン酸がより好ましい。 The "atomic group having a binding group for the constituent components of the electrode active material layer or the solid electrolyte, or an adhesive group for the current collector" is not particularly limited, but examples thereof include molecular units containing α,β-unsaturated carboxylic acid or its derivatives. Examples of α,β-unsaturated carboxylic acids or derivatives thereof include maleic acid, halogenated maleic acid, itaconic acid, cis-4-cyclohexene-1,2-dicarboxylic acid, endo-cis-bicyclo[2.2.1]-5-heptene-2,3-dicarboxylic acid, and the like, and anhydrides of these dicarboxylic acids, acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, and the like, and esters of these monocarboxylic acids (e.g., 2-hydroxyethyl acrylate, methyl methacrylate, glycidyl methacrylate, and 3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylate), and alkoxysilane compounds (e.g., vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, vinyltripropoxysilane, vinyltributoxysilane, vinyldimethoxymethylsilane, vinyldiethoxyethylsilane, vinyldipropoxypropylsilane, and vinyldibutoxybutylsilane). Among these, acrylic acid, anhydride, glycidyl methacrylate, vinyltrimethoxysilane, and vinyltriethoxysilane are preferred, and from the viewpoint of further enhancing adhesiveness, maleic anhydride is more preferred.
α,β-不飽和カルボン酸又はその誘導体を含有する分子単位の付加量は、共役ジエン系重合体100質量部に対して、好ましくは0.1質量部以上20質量部以下であり、より好ましくは0.1質量部以上10質量部以下であり、更に好ましくは0.1質量部以上5質量部以下である。電極活物質層の構成成分や固体電解質等に対する結着性、または集電体に対する接着性の観点から、上記付加量は、0.1質量部以上であることが好ましい。一方、共役ジエン系重合体を含む全固体電池バインダーの流動性向上の観点から、上記付加量は、20質量部以下であることが好ましい。 The amount of molecular units containing an α,β-unsaturated carboxylic acid or a derivative thereof added is preferably 0.1 to 20 parts by mass, more preferably 0.1 to 10 parts by mass, and even more preferably 0.1 to 5 parts by mass, per 100 parts by mass of the conjugated diene polymer. From the viewpoint of binding strength to the constituent components of the electrode active material layer, the solid electrolyte, etc., or adhesion to the current collector, the amount added is preferably 0.1 parts by mass or more. On the other hand, from the viewpoint of improving the fluidity of the all-solid-state battery binder containing the conjugated diene polymer, the amount added is preferably 20 parts by mass or less.
グラフト付加の方法としては、例えば、ラジカル開始剤、共役ジエン系重合体、及びα,β-不飽和カルボン酸又はその誘導体基を含有する化合物を含む溶液中でこれらを反応させる方法;ラジカル開始剤、共役ジエン系重合体、及びα,β-不飽和カルボン酸又はその誘導体基を含有する化合物を加熱溶融下または加熱未溶融下で反応させる方法;共役ジエン系重合体、及びα,β-不飽和カルボン酸又はその誘導体基を含有する化合物を加熱溶融下または加熱未溶融下で反応させる方法;α,β-不飽和カルボン酸又はその誘導体基を含有する化合物のいずれにも反応し結合形成する化合物と、α,β-不飽和カルボン酸又はその誘導体基を含有する化合物がグラフトした共役ジエン系重合体とを含む溶液中でこれらを反応させる方法;α,β-不飽和カルボン酸又はその誘導体基を含有する化合物のいずれにも反応し結合形成する化合物と、α,β-不飽和カルボン酸又はその誘導体基を含有する化合物がグラフトした共役ジエン系重合体とを加熱溶融下または加熱未溶融下で反応させる方法が挙げられる。上記いずれの場合も、ラジカル開始剤を含まずにエン付加によるグラフト付加でもよい。Grafting methods include, for example, reacting a radical initiator, a conjugated diene polymer, and a compound containing an α,β-unsaturated carboxylic acid or a derivative thereof in a solution containing these compounds; reacting a radical initiator, a conjugated diene polymer, and a compound containing an α,β-unsaturated carboxylic acid or a derivative thereof under heating and melting or while not melting; reacting a conjugated diene polymer and a compound containing an α,β-unsaturated carboxylic acid or a derivative thereof under heating and melting or while not melting; reacting a compound that reacts with both compounds containing an α,β-unsaturated carboxylic acid or a derivative thereof to form a bond with a conjugated diene polymer grafted with a compound containing an α,β-unsaturated carboxylic acid or a derivative thereof in a solution containing these compounds; and reacting a compound that reacts with both compounds containing an α,β-unsaturated carboxylic acid or a derivative thereof to form a bond with a conjugated diene polymer grafted with a compound containing an α,β-unsaturated carboxylic acid or a derivative thereof under heating and melting or while not melting. In either case, graft addition by ene addition without the use of a radical initiator may also be used.
好ましくは、ラジカル開始剤、共役ジエン系重合体、及びα,β-不飽和カルボン酸基又はその誘導体基を含有する化合物を加熱溶融下または加熱未溶融下または溶液中で反応させる方法であり、より好ましくは加熱溶融下で反応させる方法である。上記好ましいいずれの場合も、ラジカル開始剤を含まずにエン付加によるグラフト付加でもよい。 Preferably, this is a method in which a radical initiator, a conjugated diene polymer, and a compound containing an α,β-unsaturated carboxylic acid group or a derivative thereof are reacted while heated and melted, while heated and unmelted, or in solution, and more preferably, while heated and melted. In any of the above preferred cases, graft addition by ene addition without using a radical initiator is also acceptable.
ラジカル開始剤、共役ジエン系重合体、及びα,β-不飽和カルボン酸基又はその誘導体基を含有する化合物を加熱溶融下で反応させる方法としては、例えば、バンバリーミキサー、単軸スクリュー押出機、二軸スクリュー押出機、コニーダ、及び多軸スクリュー押出機のような一般的な混和機を用いて、各成分を溶融混練する方法が挙げられる。好ましくは、コストと生産安定性の観点から、単軸、二軸又は多軸スクリュー押出機を用いる方法であり、より好ましくは二軸スクリュー押出機を用いる方法である。 Methods for reacting a radical initiator, a conjugated diene polymer, and a compound containing an α,β-unsaturated carboxylic acid group or a derivative thereof under heating and melting include melt-kneading the components using a common mixer such as a Banbury mixer, a single-screw extruder, a twin-screw extruder, a co-kneader, or a multi-screw extruder. From the standpoints of cost and production stability, a method using a single-screw, twin-screw, or multi-screw extruder is preferred, and a method using a twin-screw extruder is more preferred.
ラジカル開始剤、共役ジエン系重合体、及びα,β-不飽和カルボン酸基又はその誘導体基を含有する化合物は、ドライブレンドして一括投入してもよく、原料ごとに別フィードとしてもよく、同一の原料を複数回に分けて添加してもよい。 The radical initiator, conjugated diene polymer, and compound containing an α,β-unsaturated carboxylic acid group or a derivative thereof may be dry-blended and added all at once, or each raw material may be added separately, or the same raw material may be added in multiple batches.
スクリューの回転数は、α,β-不飽和カルボン酸又はその誘導体基を含有する化合物を共役ジエン系重合体中に均一に付加させる観点から、50rpm以上400rpm以下であることが好ましく、より好ましくは、100rpm以上350rpm以下である。また、せん断による樹脂の劣化を抑制し、α,β-不飽和カルボン酸又はその誘導体基を含有する化合物を共役ジエン系重合体中に均一に付加する観点から、その回転数は、好ましくは、150rpm以上300rpm以下である。 From the viewpoint of uniformly adding the compound containing an α,β-unsaturated carboxylic acid or a derivative thereof to the conjugated diene polymer, the screw rotation speed is preferably 50 rpm or more and 400 rpm or less, and more preferably 100 rpm or more and 350 rpm or less. Furthermore, from the viewpoint of suppressing resin deterioration due to shear and uniformly adding the compound containing an α,β-unsaturated carboxylic acid or a derivative thereof to the conjugated diene polymer, the screw rotation speed is preferably 150 rpm or more and 300 rpm or less.
混練温度は、共役ジエン系重合体が溶融する温度かつラジカル開始剤からラジカルが発生する温度であれば特に制限されないが、好ましくは100℃以上350℃以下である。α,β-不飽和カルボン酸又はその誘導体基を含有する化合物の付加量の制御及び熱による樹脂の劣化を抑制するという観点から、その混練温度は、より好ましくは120℃以上300℃以下であり、更に好ましくは150℃以上250℃以下である。The kneading temperature is not particularly limited as long as it is a temperature at which the conjugated diene polymer melts and at which radicals are generated from the radical initiator, but is preferably 100°C or higher and 350°C or lower. From the perspective of controlling the amount of compound containing an α,β-unsaturated carboxylic acid or a derivative thereof added and suppressing thermal degradation of the resin, the kneading temperature is more preferably 120°C or higher and 300°C or lower, and even more preferably 150°C or higher and 250°C or lower.
酸素によるラジカル活性種の失活を抑制するため、窒素などの不活性ガス雰囲気下で溶融混練してもよい。 To prevent deactivation of radical active species by oxygen, the material may be melt-kneaded under an inert gas atmosphere such as nitrogen.
共役ジエン系重合体の変性基の量は、接着性、結着性、揮発性、導電助剤分散性が十分な範囲では、吸湿抑制の観点から少ない方が好ましく、重合体100gあたり20mmol以下であることが好ましく、より好ましくは15mmol以下であり、さらに好ましくは10mmol以下であり、4mmmol以下であり、2mmmol以下である。特に分子量が20万以上では、15mmol以下であり、さらに好ましくは10mmol以下であり、4mmmol以下であり、2mmmol以下である。高分子量になるほど重合体間の絡み合いが多くなり、変性基と導電助剤とが相互作用すると導電助剤の分散性が悪化するため、接着性、結着性、揮発性を満たした上で、変性量を少なくすることが好ましい。特に上述した変性基の中でも、酸無水物基、カルボキシル基、アミノ基、エポキシ基、アルコキシシラン基、水酸基など水分子との親和性のある官能基では変性基量は少ない方が好ましい。導電助剤はカーボンからなるものが主で、その表面にはCOOHやOHなどの官能基が少なからず存在するため、導電助剤の種類によらず、共役ジエン系重合体との相互作用があると考えられる。The amount of modifying groups in conjugated diene polymers is preferably low from the perspective of suppressing moisture absorption, as long as the adhesiveness, binding ability, volatility, and conductive additive dispersibility are sufficient. It is preferably 20 mmol or less per 100 g of polymer, more preferably 15 mmol or less, even more preferably 10 mmol or less, 4 mmmol or less, or 2 mmmol or less. In particular, for molecular weights of 200,000 or more, the amount is 15 mmol or less, even more preferably 10 mmol or less, 4 mmmol or less, or 2 mmmol or less. As the molecular weight increases, the degree of entanglement between polymers increases, and interactions between the modifying groups and the conductive additive can deteriorate the dispersibility of the conductive additive. Therefore, it is preferable to keep the amount of modification low while still maintaining adhesiveness, binding ability, and volatility. Among the above-mentioned modifying groups, a low amount of modifying groups is particularly preferred for functional groups with affinity for water molecules, such as acid anhydride groups, carboxyl groups, amino groups, epoxy groups, alkoxysilane groups, and hydroxyl groups. The conductive additive is mainly made of carbon, and since there are many functional groups such as COOH and OH on the surface, it is thought that there is an interaction with the conjugated diene polymer regardless of the type of conductive additive.
グラフト付加におけるラジカル開始剤としては、特に制限されないが、例えば、ケトンパーオキサイド、パーオキシケタール、ハイドロパーオキサイド、ジアルキルパーオキサイド、ジアシルパーオキサイド、パーオキシエステル、及びパーオキシジカーボネート類が挙げられる。その中でも、好ましくは、1分半減期温度が混練温度域内にあるラジカル開始剤である。より好ましくは1分半減期温度が150℃以上250℃以下にあるラジカル開始剤であり、そのようなラジカル開始剤として、例えば、1,1-ジ(t-ヘキシルパーオキシ)シクロヘキサン、1,1-ジ(t-ブチルパーオキシ)シクロヘキサン、2,2-ジ(4,4-ジ-(t-ブチルパーオキシ)シクロヘキシル)プロパン,t-ヘキシルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、t-ブチルパーオキシマレイン酸、t-ブチルパーオキシ-3,5,5-トリメチルヘキサノエート、t-ブチルパーオキシラウリン酸、t-ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、t-ブチルパーオキシ2-エチルヘキシルモノカーボネート、t-ヘキシルパーオキシベンゾエート、2,5-ジメチル-2,5-ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、t-ブチルパーオキシアセテート、2,2-ジ-(t-ブチルパーオキシ)ブタン、t-ブチルパーオキシベンゾネート、n-ブチル-4,4-ジ-(t-ブチルパーオキシ)バレレート、ジ(2-t-ブチルパーオキシイソプロピル)ベンゼン、ジクミルパーオキシド、ジ-t-ヘキシルパーオキシド、2,5-ジメチル-2,5-ジ(t-ブチルパーオキシ)ヘキサン、t-ブチルクミルパーオキシド、ジ-t-ブチルパーオキシド、p-メタンハイドロパーオキシド、2,5-ジメチル-2,5-ジ(t-ブチルパーオキシ)ヘキシン-3、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキシド、及び1,1,3,3-テトラメチルブチルハイドロパーオキシドが挙げられる。 The radical initiator used in the graft addition is not particularly limited, but examples include ketone peroxides, peroxyketals, hydroperoxides, dialkyl peroxides, diacyl peroxides, peroxyesters, and peroxydicarbonates. Among these, radical initiators whose one-minute half-life temperature is within the kneading temperature range are preferred. More preferably, it is a radical initiator having a one-minute half-life temperature of 150°C or higher and 250°C or lower. Examples of such radical initiators include 1,1-di(t-hexylperoxy)cyclohexane, 1,1-di(t-butylperoxy)cyclohexane, 2,2-di(4,4-di-(t-butylperoxy)cyclohexyl)propane, t-hexylperoxyisopropyl monocarbonate, t-butylperoxymaleic acid, t-butylperoxy-3,5,5-trimethylhexanoate, t-butylperoxylauric acid, t-butylperoxyisopropyl monocarbonate, t-butylperoxy-2-ethylhexyl monocarbonate, t-hexylperoxybenzoate, 2,5-dimethyl-2,5- Examples of peroxyl groups include di(benzoylperoxy)hexane, t-butyl peroxyacetate, 2,2-di-(t-butylperoxy)butane, t-butyl peroxybenzoate, n-butyl-4,4-di-(t-butylperoxy)valerate, di(2-t-butylperoxyisopropyl)benzene, dicumyl peroxide, di-t-hexyl peroxide, 2,5-dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexane, t-butylcumyl peroxide, di-t-butyl peroxide, p-methane hydroperoxide, 2,5-dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexyne-3, diisopropylbenzene hydroperoxide, and 1,1,3,3-tetramethylbutyl hydroperoxide.
共役ジエン系重合体との相容性向上の観点から、ジ(2-t-ブチルパーオキシイソプロピル)ベンゼン、ジクミルパーオキシド、ジ-t-ヘキシルパーオキシド、2,5-ジメチル-2,5-ジ(t-ブチルパーオキシ)ヘキサン、t-ブチルクミルパーオキシド、ジ-t-ブチルパーオキシド、及び2,5-ジメチル-2,5-ジ(t-ブチルパーオキシ)ヘキシン-3が好ましい。中でも、2,5-ジメチル-2,5-ジ(t-ブチルパーオキシ)ヘキサン及び2,5-ジメチル-2,5-ジ(t-ブチルパーオキシ)ヘキシン-3がより好ましい。 From the viewpoint of improving compatibility with conjugated diene polymers, di(2-t-butylperoxyisopropyl)benzene, dicumyl peroxide, di-t-hexyl peroxide, 2,5-dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexane, t-butylcumyl peroxide, di-t-butyl peroxide, and 2,5-dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexyne-3 are preferred. Of these, 2,5-dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexane and 2,5-dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexyne-3 are more preferred.
α,β-不飽和カルボン酸又はその誘導体基を含有する化合物のmоl当量は、ラジカル開始剤に対して、好ましくは、300mоl当量以下であり、より好ましくは200mоl当量以下であり、よりこのましくは100mоl当量以下である。そのmol当量が上記の範囲内であることにより、共役ジエン系重合体100質量部に対し、α,β-不飽和カルボン酸又はその誘導体基を含有する化合物を0質量部より多く10質量部程度まで一層容易に付加させることができる。 The molar equivalent of the compound containing an α,β-unsaturated carboxylic acid or a derivative thereof relative to the radical initiator is preferably 300 molar equivalents or less, more preferably 200 molar equivalents or less, and even more preferably 100 molar equivalents or less. By having the molar equivalent within the above range, it is easier to add the compound containing an α,β-unsaturated carboxylic acid or a derivative thereof in an amount of more than 0 parts by mass up to approximately 10 parts by mass per 100 parts by mass of the conjugated diene polymer.
一次変性基が導入された共役ジエン系重合体を、更に電極活物質層の構成成分や固体電解質または集電体に対する接着性を有する原子団により二次変性する場合の反応方法は特に制限されるものではなく、公知の方法が利用できる。例えば、一次共役ジエン系重合体と変性剤とをドライブレンドした後、バンバリーミキサー、単軸スクリュー押出機、二軸スクリュー押出機、コニーダ、及び多軸スクリュー押出機のような一般的な混和機を用いて各成分を溶融混練する方法、並びに各成分を溶剤に溶解又は分散混合後、その溶剤を加熱除去する方法が挙げられる。 When a conjugated diene polymer having a primary modifying group is further modified with an atomic group that has adhesive properties to the constituent components of the electrode active material layer, the solid electrolyte, or the current collector, there are no particular restrictions on the reaction method, and known methods can be used. Examples include a method in which the primary conjugated diene polymer and the modifier are dry-blended, and then the components are melt-kneaded using a common mixer such as a Banbury mixer, single-screw extruder, twin-screw extruder, co-kneader, or multi-screw extruder; and a method in which the components are dissolved or dispersed in a solvent and then the solvent is removed by heating.
これらの中でも、生産性及び良混練性向上の観点から、押出機による溶融混練法が好ましい。 Of these, the melt-kneading method using an extruder is preferred from the standpoint of improving productivity and good kneading properties.
本実施形態の共役ジエン系重合体の形状に特に制限はないが、ペレット状、シート状、ストランド状、及びチップ状、パウダー状、クラム状が挙げられる。また、溶融混練後、直接成形品としてもよく、チップ状、パウダー状、クラム状として製造してもよい。共役ジエン系重合体に含まれる水分除去効率の観点から、比表面積が大きい形状が好ましく、ペレットよりもクラムやパウダー状が好ましい。 The shape of the conjugated diene polymer of this embodiment is not particularly limited, but examples include pellets, sheets, strands, chips, powder, and crumbs. After melt-kneading, the polymer may be directly molded into a product, or may be produced in chip, powder, or crumb form. From the perspective of the efficiency of removing moisture contained in the conjugated diene polymer, a shape with a large specific surface area is preferred, and crumbs and powder forms are preferred over pellets.
ペレット化の方法としては、例えば、一軸又は二軸押出機から共役ジエン系重合体をストランド状に押出して、ダイ部前面に設置された回転刃により、水中で切断する方法(アンダーウォーターカット等);一軸又は二軸押出機から共役ジエン系重合体をストランド状に押出して、水冷又は空冷した後、ストランドカッターにより切断する方法;並びに、オープンロール又はバンバリーミキサーにより共役ジエン系重合体を溶融混合した後、ロールによりシート状に成型し、更に該シートを短冊状にカットした後、ペレタイザーにより立方状ペレットに切断する方法が挙げられる。水中で切断する方法では、ポリマー表面に水分が混入するため、遠心脱水や空送輸送等の後工程により水分を除去することもできる。またストランドカッターにより切断する方法では、空冷工程でエアブローや吸引式水切り、空送輸送等の後工程により水分を除去することもできる。Pelletization methods include, for example, a method in which a conjugated diene polymer is extruded in the form of strands from a single- or twin-screw extruder and then cut underwater with a rotary blade installed in front of the die (e.g., underwater cutting); a method in which a conjugated diene polymer is extruded in the form of strands from a single- or twin-screw extruder, water- or air-cooled, and then cut with a strand cutter; and a method in which a conjugated diene polymer is melt-mixed in an open roll or Banbury mixer, molded into a sheet with a roll, cut into strips, and then cut into cubic pellets with a pelletizer. In the underwater cutting method, moisture is introduced onto the polymer surface, so moisture can be removed by subsequent processes such as centrifugal dehydration or pneumatic transport. Furthermore, in the strand cutter method, moisture can be removed by subsequent processes such as air blowing, suction-type draining, or pneumatic transport during the air-cooling process.
なお、ペレットの大きさ、形状は特に制限されないが、ペレット同士が接着することを抑制する観点から、ストランドをストランドの長軸に対して垂直に切断して得られる円柱状のペレットよりも、球状に近いペレットの方が、ペレット同士の接着面が小さく抑えられるため好ましい。球状に近いペレットの一般的な製造方法としては、例えば、アンダーウォーターカットやセンターホットカットが挙げられる。 The size and shape of the pellets are not particularly limited, but from the perspective of preventing pellets from adhering to each other, pellets that are nearly spherical are preferable to cylindrical pellets obtained by cutting the strands perpendicular to their longitudinal axis, as this reduces the adhesive surface area between the pellets. Common methods for producing nearly spherical pellets include, for example, underwater cutting and center hot cutting.
共役ジエン系重合体のペレットは、ペレットブロッキングの抑制を目的として、ブロッキング防止剤を含んでいてもよい。 Pellets of conjugated diene polymers may contain an anti-blocking agent to prevent pellet blocking.
共役ジエン系重合体がリン化合物を含んでいてもよい。リン化合物の含有量は、リン原子換算で共役ジエン系共重合体に対し、好ましくは10ppm以上であり、より好ましくは20ppm以上であり、さらに好ましくは50ppm以上である。好ましい上限は250ppm以下であり、より好ましくは120ppm以下である。The conjugated diene polymer may contain a phosphorus compound. The content of the phosphorus compound, calculated as phosphorus atoms, relative to the conjugated diene copolymer is preferably 10 ppm or more, more preferably 20 ppm or more, and even more preferably 50 ppm or more. The preferred upper limit is 250 ppm or less, more preferably 120 ppm or less.
ブロッキング防止剤としては、特に制限されないが、例えば、高級脂肪酸金属塩、ポリオレフィン、脂肪酸アミド、タルク、シリカが挙げられる。具体的には、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸亜鉛、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンビスステアリルアミド、タルク、及びアモルファスシリカが挙げられる。低ブリード性の観点から、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸亜鉛、ポリエチレン、ポリプロピレン、タルク、及びアモルファスシリカが好ましく、ホッパー添加時の滑り性の観点から、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸亜鉛、ポリエチレン、ポリプロピレン、及びアモルファスシリカがより好ましく、粉舞いのしにくさの観点から、ポリエチレン又はアモルファスシリカがさらに好ましく、アモルファスシリカが最も好ましい。 The anti-blocking agent is not particularly limited, but examples include higher fatty acid metal salts, polyolefins, fatty acid amides, talc, and silica. Specific examples include calcium stearate, magnesium stearate, zinc stearate, polyethylene, polypropylene, ethylene bisstearylamide, talc, and amorphous silica. From the viewpoint of low bleeding, calcium stearate, magnesium stearate, zinc stearate, polyethylene, polypropylene, talc, and amorphous silica are preferred. From the viewpoint of slipperiness during hopper addition, calcium stearate, magnesium stearate, zinc stearate, polyethylene, polypropylene, and amorphous silica are more preferred. From the viewpoint of dustiness, polyethylene or amorphous silica is even more preferred, with amorphous silica being the most preferred.
得られる電極活物質層の構成成分や固体電解質または集電体に対する接着性の観点から、ブロッキング防止剤として、ステアリン酸カルシウム、ポリエチレン、ポリプロピレン、及びエチレンビスステアリルアミドが好ましい。 From the viewpoint of the constituent components of the resulting electrode active material layer and adhesion to the solid electrolyte or current collector, calcium stearate, polyethylene, polypropylene, and ethylene bisstearylamide are preferred as anti-blocking agents.
ブロッキング防止剤の好ましい使用量としては、共役ジエン系重合体に対して500ppm以上8000ppm以下である。共役ジエン系重合体のペレットを長期保管した際にペレットブロッキングを抑制する観点及び共役ジエン系重合体のペレットを使用した際にブロッキング防止剤が飛散することを低減する観点から、ブロッキング防止剤の使用量は、より好ましくは、共役ジエン系重合体に対して1000ppm以上7000ppm以下である。ブロッキング防止剤は、ペレット表面に付着した状態で配合されていることが好ましいが、ペレット内部に含まれていてもよい。The preferred amount of anti-blocking agent used is 500 ppm or more and 8000 ppm or less relative to the conjugated diene polymer. From the perspective of suppressing pellet blocking during long-term storage of conjugated diene polymer pellets and reducing the scattering of the anti-blocking agent when the conjugated diene polymer pellets are used, the amount of anti-blocking agent used is more preferably 1000 ppm or more and 7000 ppm or less relative to the conjugated diene polymer. The anti-blocking agent is preferably incorporated in a state where it adheres to the pellet surface, but may also be contained inside the pellet.
また、共役ジエン系重合体はその他の添加剤を含んでもよく、特に制限されないが、例えば、オイル、フィラー、熱安定剤、紫外線吸収剤、造核剤、酸化防止剤、耐候剤、光安定剤、可塑剤、帯電防止剤、難燃剤、スリップ剤、防曇剤、滑剤、顔料、染料、分散剤、銅害防止剤、中和剤、気泡防止剤、ウェルド強度改良剤、天然油、合成油、ワックス等の添加剤が挙げられる。また、他のエラストマーや熱可塑性樹脂も任意の割合で添加剤として使用してもよい。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。Conjugated diene polymers may also contain other additives, including, but not limited to, oils, fillers, heat stabilizers, UV absorbers, nucleating agents, antioxidants, weathering agents, light stabilizers, plasticizers, antistatic agents, flame retardants, slip agents, anti-fogging agents, lubricants, pigments, dyes, dispersants, copper inhibitors, neutralizing agents, bubble inhibitors, weld strength improvers, natural oils, synthetic oils, and waxes. Other elastomers and thermoplastic resins may also be used as additives in any proportion. These may be used alone or in combination of two or more.
〔全固体電池〕
次に、上記全固体電池バインダーを用いた全固体電池の態様について記載する。本実施形態の全固体電池は、上記全固体電池バインダーを含む正極層、上記全固体電池バインダーを含む固体電解質層、及び上記全固体電池バインダーを含む負極層のうち少なくとも一つの層を含む。
[All-solid-state battery]
Next, an embodiment of an all-solid-state battery using the all-solid-state battery binder will be described. The all-solid-state battery of this embodiment includes at least one layer selected from the group consisting of a positive electrode layer containing the all-solid-state battery binder, a solid electrolyte layer containing the all-solid-state battery binder, and a negative electrode layer containing the all-solid-state battery binder.
図1は、本実施形態における全固体電池の一例を示す概略断面図である。この全固体電池(全固体電池)100は、固体電解質層110と、その固体電解質層110を両側から挟む正極層140および負極層150と、さらにそれらの積層体を挟む正極集電体160(正極の外側に配置)と、負極集電体170(負極の外側に配置)と、それらを収容する電池外装180とを備える。 Figure 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of an all-solid-state battery according to this embodiment. This all-solid-state battery (all-solid-state battery) 100 includes a solid electrolyte layer 110, a positive electrode layer 140 and a negative electrode layer 150 sandwiching the solid electrolyte layer 110 from either side, a positive electrode current collector 160 (disposed on the outside of the positive electrode) and a negative electrode current collector 170 (disposed on the outside of the negative electrode) sandwiching the laminate, and a battery exterior 180 housing them.
本実施形態では、上記全固体電池バインダーを用いることで水分量を削減した全固体電池の生産が可能となり、これにより電池としての高い電気容量を有する全固体電池を実現することができる。 In this embodiment, by using the above-mentioned all-solid-state battery binder, it is possible to produce all-solid-state batteries with reduced water content, thereby realizing all-solid-state batteries with high electrical capacity.
全固体電池に含まれる水分量は、好ましくは200ppm以下であり、より好ましくは100ppm以下であり、さらに好ましくは50ppm以下であり、さらにより好ましくは10ppm以下であり、特に好ましくは1ppm以下である。水分は、常圧もしくは減圧の乾燥機で乾燥して除いてもよく、除湿環境下で保管して除いてもよい。 The amount of moisture contained in an all-solid-state battery is preferably 200 ppm or less, more preferably 100 ppm or less, even more preferably 50 ppm or less, even more preferably 10 ppm or less, and particularly preferably 1 ppm or less. Moisture may be removed by drying in a dryer at normal or reduced pressure, or by storing in a dehumidified environment.
〔正極〕
正極は、正極集電体と該正極集電体上に形成された正極層とを有する。正極層は、正極活物質を含み、必要に応じて導電助剤、全固体電池バインダー、イオン伝導性を高めるための無機固体電解質、高分子ゲル電解質、高分子電解質、添加剤などを含めることができる。
[Positive electrode]
The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode layer formed on the positive electrode current collector. The positive electrode layer contains a positive electrode active material and, as needed, may contain a conductive aid, an all-solid-state battery binder, an inorganic solid electrolyte for enhancing ionic conductivity, a polymer gel electrolyte, a polymer electrolyte, an additive, or the like.
正極活物質としては、一般的なリチウムイオン電池に用いられる正極活物質を用いることができる。例えば、酸化物活物質、硫化物活物質等が挙げられる。 The positive electrode active material can be any positive electrode active material used in general lithium-ion batteries, such as oxide active materials and sulfide active materials.
具体的には、層状岩塩型正極材料であるLiCoO2などのLi-Co複合酸化物、LiNiO2などのLi-Ni複合酸化物、これらから派生したニッケル系化合物LiNi(Co、Al)O2、三元系化合物LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2、ニッケルマンガン系化合物であるLiNi0.5Mn0.5O2、リチウム過剰系化合物Li2MnO3-LiMO2(M=Co、Ni、Mn)、スピネル型正極材料であるLiMn2O4、LiMn1.5Ni0.5O4、オリビン系正極材料であるLiFeO2、LiCoPO4、LiNiPO4、LiFePO4、LiMnPO4、Li2MSiO4(Mは遷移金属)、LiMPO4F(Mは遷移金属)、高容量系正極材料である酸化バナジウム系、硫黄系の正極材を用いることができる。正極活物質は、1種または2種以上を組み合わせて使用してもよい。 Specifically, layered rock salt type positive electrode materials include Li-Co composite oxides such as LiCoO 2 and Li-Ni composite oxides such as LiNiO 2 , nickel-based compounds derived from these, such as LiNi(Co,Al)O 2 , ternary compounds such as LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 and LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 , nickel-manganese compounds such as LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 , lithium-excess compounds such as Li 2 MnO 3 -LiMO 2 (M = Co, Ni, Mn), spinel type positive electrode materials such as LiMn 2 O 4 and LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 , and olivine type positive electrode material such as LiFeO 2. , LiCoPO 4 , LiNiPO 4 , LiFePO 4 , LiMnPO 4 , Li 2 MSiO 4 (M is a transition metal), LiMPO 4 F (M is a transition metal), and high-capacity positive electrode materials such as vanadium oxide and sulfur-based positive electrode materials can be used. The positive electrode active material may be used alone or in combination of two or more.
正極は、リチウムイオン二次電池の正極として作用するものであれば特に制限されず、例えば、下記のようにして得られる。 The positive electrode is not particularly limited as long as it functions as a positive electrode for a lithium-ion secondary battery, and can be obtained, for example, as follows.
先ず、上記正極活物質を、必要に応じて用いられる他の成分(例えば導電助剤、バインダー等)とともに混合した正極合剤を溶剤に分散させて正極合剤含有スラリーを調製する。次いで、この正極合剤含有スラリーを正極集電体(基材)に塗布し、乾燥して正極層を形成し、更に必要に応じて加圧して厚みを調整することにより、正極が作製される。First, the cathode active material is mixed with other components (e.g., conductive additives, binders, etc.) as needed to form a cathode mixture, which is dispersed in a solvent to prepare a cathode mixture-containing slurry. This cathode mixture-containing slurry is then applied to a cathode current collector (substrate) and dried to form a cathode layer, which is then further compressed as needed to adjust the thickness, thereby producing the cathode.
上記正極合剤含有スラリー中の固形分濃度は、特に制限されるものではないが、好ましくは30~80質量%であり、より好ましくは40~70質量%である。 The solids concentration in the positive electrode mixture-containing slurry is not particularly limited, but is preferably 30 to 80% by mass, and more preferably 40 to 70% by mass.
上記正極集電体は、例えば、アルミニウム、ステンレス、金、白金、チタン、スズ、銅、亜鉛等の金属箔により構成される。これらの材料にカーボンコートが施されたもの、これらの材料をメッシュ状に加工されたものでもよい。The positive electrode current collector is made of a metal foil, such as aluminum, stainless steel, gold, platinum, titanium, tin, copper, or zinc. These materials may also be coated with carbon, or processed into a mesh.
必要であれば、固体電解質とのリチウムイオン伝導性を保つためにリチウムイオン伝導性を有する物質で粒子間を満たす方法を用いることができる。リチウムイオン伝導性を有する物質としては、例えば、非晶質のリチウムイオン伝導性を有する物質を用いることができ、非晶質のリチウムイオン伝導性を有する物質としては、ポリマー電解質、非晶質でリチウムイオン伝導性を有する無機化合物を用いることができる。If necessary, a method can be used in which the spaces between the particles are filled with a lithium-ion conductive material to maintain lithium-ion conductivity with the solid electrolyte. Examples of the lithium-ion conductive material include amorphous lithium-ion conductive materials, such as polymer electrolytes and amorphous inorganic compounds with lithium ion conductivity.
正極層に含まれる水分量は、好ましくは200ppm以下であり、より好ましくは100ppm以下であり、さらに好ましくは50ppm以下であり、さらにより好ましくは10ppm以下であり、特に好ましくは1ppm以下である。水分は、常圧もしくは減圧の乾燥機で乾燥して除いてもよく、除湿環境下で保管して除いてもよい。The amount of moisture contained in the positive electrode layer is preferably 200 ppm or less, more preferably 100 ppm or less, even more preferably 50 ppm or less, even more preferably 10 ppm or less, and particularly preferably 1 ppm or less. Moisture may be removed by drying in a dryer at normal or reduced pressure, or by storing in a dehumidified environment.
〔負極〕
負極は、負極集電体と該負極集電体上に形成された負極層とを有する。負極層は、負極活物質を含み、必要に応じて導電助剤、全固体電池バインダー、イオン伝導性を高めるための無機固体電解質、高分子ゲル電解質、高分子電解質、添加剤などを含めることができる。
[Negative electrode]
The negative electrode has a negative electrode current collector and a negative electrode layer formed on the negative electrode current collector. The negative electrode layer contains a negative electrode active material and, as needed, may contain a conductive aid, an all-solid-state battery binder, an inorganic solid electrolyte for enhancing ionic conductivity, a polymer gel electrolyte, a polymer electrolyte, an additive, or the like.
負極は、負極活物質としてリチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料及び金属リチウムからなる群より選ばれる1種以上の材料を含有することが好ましい。そのような材料としては、金属リチウム、リチウムと合金を形成することが可能な元素を含む材料等の金属材料の他;例えば、アモルファスカーボン(ハードカーボン)、人造黒鉛、天然黒鉛、黒鉛、熱分解炭素、コークス、ガラス状炭素、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維、活性炭、グラファイト、炭素コロイド、カーボンブラックに代表される炭素材料が挙げられる。The negative electrode preferably contains, as the negative electrode active material, one or more materials selected from the group consisting of materials capable of absorbing and releasing lithium ions and metallic lithium. Examples of such materials include metallic lithium, materials containing elements capable of forming an alloy with lithium, and other metallic materials, as well as carbon materials such as amorphous carbon (hard carbon), artificial graphite, natural graphite, graphite, pyrolytic carbon, coke, glassy carbon, fired organic polymer compounds, mesocarbon microbeads, carbon fiber, activated carbon, graphite, carbon colloid, and carbon black.
これらのうち、コークスとしては、例えば、ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス等が挙げられる。有機高分子化合物の焼成体とは、フェノール樹脂、フラン樹脂等の高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものである。Among these, examples of coke include pitch coke, needle coke, and petroleum coke. Calcined organic polymer compounds are made by calcining polymer materials such as phenolic resin and furan resin at an appropriate temperature to carbonize them.
炭素材料には、炭素以外にも、O、B、P、N、S、SiC、B4C等を含有する異種化合物が含まれていてもよい。異種化合物の含有量としては、負極活物質の全体に対して、0~10質量%であることが好ましい。 In addition to carbon, the carbon material may also contain heterogeneous compounds containing O, B, P, N, S, SiC, BC, etc. The content of the heterogeneous compounds is preferably 0 to 10 mass% of the total negative electrode active material.
上記リチウムと合金を形成することが可能な金属材料は、金属又は半金属の単体であっても合金であっても化合物であってもよく、また、これらの1種又は2種以上の相を少なくとも一部に有するようなものであってもよい。あるいは、SiOx、Li4Ti5O12などの酸化物活物質等の、公知の材料が用いられる。また、上述した負極活物質を1種または2種以上を組み合わせて使用してもよい。 The metallic material capable of forming an alloy with lithium may be a simple substance, alloy, or compound of a metal or semimetal, or may have one or more of these phases at least in part. Alternatively, known materials such as oxide active materials such as SiOx and Li4Ti5O12 may be used. Furthermore, one or more of the above-mentioned negative electrode active materials may be used in combination.
負極活物質の数平均粒子径(一次粒子径)は、好ましくは0.1μm~100μm、より好ましくは1μm~10μmである。 The number average particle diameter (primary particle diameter) of the negative electrode active material is preferably 0.1 μm to 100 μm, more preferably 1 μm to 10 μm.
負極は、例えば、下記のようにして得られる。先ず、上記負極活物質を、必要に応じて用いられる他の成分(例えば導電助剤、バインダー等)とともに混合した負極合剤を溶剤に分散させて負極合剤含有スラリーを調製する。次いで、この負極合剤含有スラリーを負極集電体(基材)に塗布し、乾燥して負極層を形成し、更に必要に応じて加圧して厚みを調整することにより、負極を作製する。 A negative electrode can be obtained, for example, as follows. First, the negative electrode active material is mixed with other components (e.g., conductive additives, binders, etc.) as needed to form a negative electrode mixture, which is dispersed in a solvent to prepare a negative electrode mixture-containing slurry. Next, this negative electrode mixture-containing slurry is applied to a negative electrode current collector (substrate) and dried to form a negative electrode layer. Further, pressure is applied as needed to adjust the thickness, thereby producing the negative electrode.
ここで、負極合剤含有スラリー中の固形分濃度は、好ましくは30~80質量%であり、より好ましくは40~70質量%である。負極集電体は、例えば、銅、ニッケル、ステンレス、金、白金、チタン、スズ、亜鉛等の金属箔により構成される。Here, the solids concentration in the negative electrode mixture-containing slurry is preferably 30 to 80% by mass, and more preferably 40 to 70% by mass. The negative electrode current collector is made of a metal foil such as copper, nickel, stainless steel, gold, platinum, titanium, tin, or zinc.
必要であれば、固体電解質とのリチウムイオン伝導性を保つために、リチウムイオン伝導性を有する物質で粒子間を満たす方法を用いることができる。リチウムイオン伝導性を有する物質としては、例えば、非晶質のリチウムイオン伝導性を有する物質を用いることができ、非晶質のリチウムイオン伝導性を有する物質としては、ポリマー電解質、非晶質でリチウムイオン伝導性を有する無機化合物を用いることができる。If necessary, to maintain lithium ion conductivity with the solid electrolyte, a method can be used in which the spaces between the particles are filled with a lithium ion conductive material. Examples of the lithium ion conductive material include amorphous lithium ion conductive materials, such as polymer electrolytes and amorphous inorganic compounds with lithium ion conductivity.
負極層に含まれる水分量は、好ましくは200ppm以下であり、より好ましくは100ppm以下であり、さらに好ましくは50ppm以下であり、さらにより好ましくは10ppm以下であり、特に好ましくは1ppm以下である。水分は、常圧もしくは減圧の乾燥機で乾燥して除いてもよく、除湿環境下で保管して除いてもよい。The amount of moisture contained in the negative electrode layer is preferably 200 ppm or less, more preferably 100 ppm or less, even more preferably 50 ppm or less, even more preferably 10 ppm or less, and particularly preferably 1 ppm or less. Moisture may be removed by drying in a dryer at normal or reduced pressure, or by storing in a dehumidified environment.
〔スラリー〕
上記正極合剤含有スラリー又は上記負極合剤含有スラリーとして用い得る本実施形態のスラリーは、上記全固体電池バインダーを含み、必要に応じて、導電助剤と、溶剤と、上記正極活物質又は上記負極活物質などと、を含んでいてもよい。
〔slurry〕
The slurry of the present embodiment that can be used as the positive electrode mixture-containing slurry or the negative electrode mixture-containing slurry contains the all-solid-state battery binder, and may also contain a conductive additive, a solvent, the positive electrode active material or the negative electrode active material, etc., as necessary.
なお、本実施形態のスラリーは水分を含まないことが好ましく、スラリーの水分量は、好ましくは200ppm以下であり、より好ましくは100ppm以下であり、さらに好ましくは50ppm以下であり、さらにより好ましくは10ppm以下であり、特に好ましくは1ppm以下である。全固体電池バインダーに含まれる水分は、常圧もしくは減圧の乾燥機で乾燥して除いてもよく、除湿環境下で保管して除いてもよい。 The slurry of this embodiment preferably does not contain water, and the water content of the slurry is preferably 200 ppm or less, more preferably 100 ppm or less, even more preferably 50 ppm or less, even more preferably 10 ppm or less, and particularly preferably 1 ppm or less. The water contained in the all-solid-state battery binder may be removed by drying in a dryer at normal or reduced pressure, or by storing in a dehumidified environment.
(導電助剤)
本実施形態の導電助剤としては、電子伝導性を有するものであれば特に制限されない。例えば、グラファイト;アセチレンブラック及びケッチェンブラックに代表されるカーボンブラック;気相成長炭素繊維やカーボンナノチューブに代表される炭素繊維等が挙げられる。中でもカーボンブラックが好ましい。正極に用いる導電助剤の数平均粒子径(一次粒子径)は、好ましくは10nm~10μm、より好ましくは20nm~1μmである。負極に用いる導電助剤の数平均粒子径(一次粒子径)は、好ましくは0.1μm~100μm、より好ましくは1μm~10μmである。これらは1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。導電助剤を用いることで、各電極層の電子伝導経路を確保することができ、全固体電池の内部抵抗を下げることができ、電流量の増大により、全固体電池の充放電特性が向上する。導電助剤の表面の官能基に合わせて全固体電池バインダーの変性基を選択することで、相互作用により分散性を制御することができる。カーボン系の導電助剤の表面はカルボキシル基や水酸基などが存在するため、水素結合による相互作用から相互カルボキシル基、水酸基、アミノ基が好ましい。
(Conductive additive)
The conductive additive of this embodiment is not particularly limited as long as it has electronic conductivity. Examples include graphite; carbon black, such as acetylene black and ketjen black; and carbon fibers, such as vapor-grown carbon fibers and carbon nanotubes. Among these, carbon black is preferred. The number-average particle size (primary particle size) of the conductive additive used in the positive electrode is preferably 10 nm to 10 μm, more preferably 20 nm to 1 μm. The number-average particle size (primary particle size) of the conductive additive used in the negative electrode is preferably 0.1 μm to 100 μm, more preferably 1 μm to 10 μm. These additives may be used alone or in combination of two or more. The use of a conductive additive can ensure an electronic conduction path in each electrode layer, reduce the internal resistance of the all-solid-state battery, and increase the current capacity, thereby improving the charge/discharge characteristics of the all-solid-state battery. By selecting the modifying group of the all-solid-state battery binder to match the functional group on the surface of the conductive additive, dispersibility can be controlled through interaction. Since carboxyl groups and hydroxyl groups exist on the surface of the carbon-based conductive additive, the mutual carboxyl groups, hydroxyl groups and amino groups are preferred due to the interaction caused by hydrogen bonding.
カーボンブラックとしては、ファーネス法(不完全燃焼法)により製造されるオイルファーネスブラック、ガスファーネスブラック、サーマル法(熱分解法)により製造されるアセチレンブラック、サーマルブラックが挙げられる。中でも電子伝導性の観点から、オイルファーネスブラックやアセチレンブラックが好ましい。オイルファーネスブラックとしてはケッチェンブラック(ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社製製品)、アセチレンブラックとしてはデンカブラック(登録商標)(デンカ株式会社製製品)等がある。 Examples of carbon black include oil furnace black and gas furnace black, which are produced by the furnace method (incomplete combustion method), and acetylene black and thermal black, which are produced by the thermal method (thermal decomposition method). Of these, oil furnace black and acetylene black are preferred from the perspective of electronic conductivity. Examples of oil furnace black include Ketjenblack (a product manufactured by Lion Specialty Chemicals Co., Ltd.), and examples of acetylene black include Denka Black (registered trademark) (a product manufactured by Denka Company Ltd.).
(バインダー)
本実施形態のバインダーは、共役ジエン系重合体である。特に制限されないが、共役ジエン系重合体以外の高分子材料を併用することも可能であり、具体的には、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリル酸、スチレンブタジエンゴム、フッ素ゴム等が挙げられる。これらは変性により官能基を有していてもよい。バインダーは、1種または2種以上を組み合わせて使用してもよい。
(binder)
The binder of this embodiment is a conjugated diene polymer. Although not particularly limited, polymer materials other than conjugated diene polymers can also be used in combination. Specific examples include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyacrylic acid, styrene-butadiene rubber, and fluororubber. These may have functional groups due to modification. The binder may be used alone or in combination of two or more.
正極に含まれる全固体電池バインダーの含有量は、特に制限はないが、イオン伝導性および電子伝導性の観点から、好ましくは正極の総重量(集電体を除く)を100wt%としたときにそのうちの10wt%以下であることが好ましく、より好ましくは5wt%以下であり、更に好ましくは3wt%以下であり、特に好ましくは1wt%以下である。 There are no particular restrictions on the content of the all-solid-state battery binder contained in the positive electrode, but from the standpoint of ionic and electronic conductivity, it is preferably 10 wt% or less, more preferably 5 wt% or less, even more preferably 3 wt% or less, and particularly preferably 1 wt% or less, of the total weight of the positive electrode (excluding the current collector) taken as 100 wt%.
また、負極に含まれる全固体電池バインダーの含有量は、特に制限はないが、イオン伝導性および電子伝導性の観点から、好ましくは負極の総重量(集電体を除く)を100wt%としたときにそのうちの10wt%以下であることが好ましく、より好ましくは5wt%以下であり、更に好ましくは3wt%以下であり、特に好ましくは1wt%以下である。 In addition, there are no particular restrictions on the content of the all-solid-state battery binder contained in the negative electrode, but from the standpoint of ionic conductivity and electronic conductivity, it is preferably 10 wt% or less, more preferably 5 wt% or less, even more preferably 3 wt% or less, and particularly preferably 1 wt% or less, of the total weight of the negative electrode (excluding the current collector) taken as 100 wt%.
また、固体電解質層に含まれる全固体電池バインダーの含有量は、特に制限はないが、イオン伝導性および電子伝導性の観点から、好ましくは固体電解質層の総重量を100wt%としたときにそのうちの10wt%以下であることが好ましく、より好ましくは5wt%以下であり、更に好ましくは3wt%以下であり、特に好ましくは1wt%以下である。 In addition, there are no particular restrictions on the content of the all-solid-state battery binder contained in the solid electrolyte layer, but from the standpoint of ionic conductivity and electronic conductivity, it is preferably 10 wt% or less, more preferably 5 wt% or less, even more preferably 3 wt% or less, and particularly preferably 1 wt% or less, when the total weight of the solid electrolyte layer is taken as 100 wt%.
全固体電池バインダーは各層において一様に分布していても不均一に分布していてもよく、傾斜を持って分布していてもよい。また、必要に応じて各層の界面を接着する目的で用いることもできる。 The binder for all-solid-state batteries may be distributed uniformly or unevenly in each layer, or may be distributed with a gradient. It can also be used to bond the interfaces of each layer, if necessary.
全固体電池では、正極層に含まれる導電助剤の濃度分布は、特に制限はないが、電子伝導性の観点から、好ましくは固体電解質層近傍よりも正極集電体近傍の導電助剤の濃度が高い。全固体電池の充放電過程において、正極層の正極集電体の近傍では正極層の全体の電流が集中する。そのため、正極集電体の近傍における導電助剤の濃度を高くすることで正極層の電子伝導経路のボトルネックを取り除くことができ、電池の充放電負荷特性やサイクル寿命特性が良好となる。 In all-solid-state batteries, there are no particular restrictions on the concentration distribution of the conductive additive contained in the positive electrode layer. However, from the perspective of electronic conductivity, the concentration of the conductive additive near the positive electrode current collector is preferably higher than that near the solid electrolyte layer. During the charge/discharge process of an all-solid-state battery, the entire current in the positive electrode layer is concentrated near the positive electrode current collector. Therefore, by increasing the concentration of the conductive additive near the positive electrode current collector, it is possible to remove bottlenecks in the electronic conduction path in the positive electrode layer, improving the charge/discharge load characteristics and cycle life characteristics of the battery.
本実施の形態に係る全固体電池では、正極層に含まれる導電助剤の濃度は、固体電解質層近傍よりも正極集電体近傍の導電助剤の濃度が高く、好ましくは、正極集電体近傍の導電助剤の濃度が固体電解質層近傍の導電助剤の濃度の10倍以上である。全固体電池の充放電時、正極集電体近傍では、リチウムイオン伝導よりも電子伝導が多く行われる。そのため、正極集電体近傍の導電助剤の濃度を高くするとよい。これにより、充放電時の正極層の電子伝導性を向上させることができ、良好な充放電特性が得られる。In the all-solid-state battery according to this embodiment, the concentration of the conductive additive contained in the positive electrode layer is higher near the positive electrode current collector than near the solid electrolyte layer, and preferably the concentration of the conductive additive near the positive electrode current collector is at least 10 times the concentration of the conductive additive near the solid electrolyte layer. During charging and discharging of the all-solid-state battery, electron conduction is greater than lithium ion conduction near the positive electrode current collector. Therefore, it is preferable to increase the concentration of the conductive additive near the positive electrode current collector. This improves the electronic conductivity of the positive electrode layer during charging and discharging, resulting in good charge and discharge characteristics.
また、本実施の形態に係る全固体電池では、負極層に含まれる導電助剤の濃度分布は、特に制限はないが、電子伝導性の観点から、好ましくは固体電解質層近傍よりも負極集電体近傍の導電助剤の濃度が高い。全固体電池の充放電過程において、負極層の負極集電体の近傍では負極層の全体の電流が集中する。そのため、負極集電体の近傍における導電助剤の濃度を高くすることで負極層の電子伝導経路のボトルネックを取り除くことができ、電池の充放電負荷特性やサイクル寿命特性が良好となる。 In addition, in the all-solid-state battery according to this embodiment, the concentration distribution of the conductive additive contained in the negative electrode layer is not particularly limited, but from the viewpoint of electronic conductivity, the concentration of the conductive additive near the negative electrode current collector is preferably higher than that near the solid electrolyte layer. During the charge/discharge process of an all-solid-state battery, the entire current of the negative electrode layer is concentrated near the negative electrode current collector. Therefore, by increasing the concentration of the conductive additive near the negative electrode current collector, it is possible to remove the bottleneck in the electronic conduction path of the negative electrode layer, improving the charge/discharge load characteristics and cycle life characteristics of the battery.
また、正極層と同様に、全固体電池の充放電時、負極集電体近傍では、リチウムイオン伝導よりも電子伝導が多く行われる。そのため、本実施の形態における負極層は、固体電解質層近傍よりも負極集電体近傍の導電助剤の濃度を高くするとよく、好ましくは負極集電体近傍の導電助剤の濃度が固体電解質層近傍の導電助剤の濃度の8倍以上である。これにより、充放電時の負極層の電子伝導性を向上させることができ、良好な充放電特性が得られる。 Furthermore, similar to the positive electrode layer, during charging and discharging of an all-solid-state battery, electron conduction is greater than lithium ion conduction near the negative electrode current collector. Therefore, in the negative electrode layer of this embodiment, the concentration of conductive additive near the negative electrode current collector is preferably higher than that near the solid electrolyte layer, and preferably the concentration of conductive additive near the negative electrode current collector is at least eight times the concentration of conductive additive near the solid electrolyte layer. This improves the electronic conductivity of the negative electrode layer during charging and discharging, resulting in good charge and discharge characteristics.
(溶剤)
本実施形態の溶剤としては、固体電解質の性能に悪影響を与えないものであれば特に制限されないが、例えば、親水性の低い溶媒として無極性溶媒を挙げることができる。無極性溶媒としては、例えば、炭化水素系溶媒のヘプタン、キシレン、トルエン、ヘキサン等、またはこれらの組み合わせを挙げることができる。固体電解質の分解抑制の観点から、好ましくは、脱水処理して水分含有量を低くした炭化水素系有機溶媒が用いられる。また、生産性の観点から、常圧における沸点が100℃以上かつ融点が0℃以下の無極性溶媒が好ましく、より好ましくは、常圧におえる沸点が150℃以上かつ融点が-20℃以下の無極性溶媒が好ましい。
(solvent)
The solvent of this embodiment is not particularly limited as long as it does not adversely affect the performance of the solid electrolyte. For example, a non-polar solvent having low hydrophilicity can be used. Examples of the non-polar solvent include hydrocarbon solvents such as heptane, xylene, toluene, and hexane, or a combination thereof. From the viewpoint of suppressing decomposition of the solid electrolyte, a hydrocarbon organic solvent that has been dehydrated to reduce its water content is preferably used. Furthermore, from the viewpoint of productivity, a non-polar solvent having a boiling point of 100°C or higher and a melting point of 0°C or lower at atmospheric pressure is preferred, and more preferably a non-polar solvent having a boiling point of 150°C or higher and a melting point of -20°C or lower at atmospheric pressure is preferred.
〔固体電解質層〕
本実施形態の固体電解質層は、イオン伝導性の固体電解質を含み、必要に応じて、全固体電池バインダーを含む。イオン伝導性の固体電解質としては、全固体電池に使用可能なものであれば特に制限はなく、硫化物系固体電解質や酸化物系固体電解質等が挙げられる。
[Solid electrolyte layer]
The solid electrolyte layer of the present embodiment includes an ion-conductive solid electrolyte and, if necessary, an all-solid-state battery binder. The ion-conductive solid electrolyte is not particularly limited as long as it can be used in all-solid-state batteries, and examples thereof include sulfide-based solid electrolytes and oxide-based solid electrolytes.
硫化物系固体電解質は、硫化物系非晶質固体電解質として、Li2S-SiS2、LiI-Li2S-SiS2、LiI-Li2S-P2S5、LiI-Li2SP2O5、LiI-Li3PO4-P2S5、Li2S-P2S5等が挙げられ、硫化物系ガラスセラミック固体電解質として、Li2SおよびP2S5を含むものが挙げられ、Thiо-LISICON系固体電解質として、Li3.25Ge0.25P0.75S4、Li10GeP2S12等が挙げられる。 Examples of sulfide-based solid electrolytes include sulfide-based amorphous solid electrolytes such as Li 2 S—SiS 2 , LiI—Li 2 S—SiS 2 , LiI—Li 2 S—P 2 S 5 , LiI—Li 2 SP 2 O 5 , LiI—Li 3 PO 4 —P 2 S 5 , and Li 2 S—P 2 S 5 ; sulfide-based glass ceramic solid electrolytes such as those containing Li 2 S and P 2 S 5 ; and Thio-LISICON-based solid electrolytes such as Li 3.25 Ge 0.25 P 0.75 S 4 and Li 10 GeP 2 S 12 .
酸化物系固体電解質は、酸化物系結晶質固体電解質として、γ-LiPO4型酸化物、逆蛍石型酸化物、NASICON型酸化物のLi1.3Al0.3Ti0.7(PO4)3、ペロブスカイト型のLi0.5La0.5TiO3、ガーネット型のLi7La3Zr2O12等が挙げられる。また、酸化物系非晶質固体電解質として、LiPON、Li2O-B2O3-P2O5、Li2O-SiO2等が挙げられる。これらは、1種または2種以上を併用してもよい。 Examples of oxide-based solid electrolytes include crystalline oxide-based solid electrolytes such as γ-LiPO4 - type oxides, inverse fluorite-type oxides, NASICON-type oxides such as Li1.3Al0.3Ti0.7 ( PO4 ) 3 , perovskite -type Li0.5La0.5TiO3 , and garnet-type Li7La3Zr2O12. Examples of amorphous oxide-based solid electrolytes include LiPON, Li2O-B2O3-P2O5 , and Li2O - SiO2 . These may be used alone or in combination of two or more.
中でも、性能と製造のバランスの観点から、固体電解質は硫化物系固体電解質を用いることが好ましい。 In particular, from the perspective of balancing performance and manufacturing, it is preferable to use a sulfide-based solid electrolyte.
固体電解質の形状は特に制限はなく、粒子形状や薄膜形状等であり、粒子の場合、平均粒子径が好ましくは100μm以下であり、より好ましくは80μm以下であり、さらに好ましくは40μm以下である。粒子が細かくなるにつれ、充填率が向上し、良好なイオン伝導性が得られる。また、粒子径は、固体電解質層の物理的強度と短絡防止の観点から、好ましくは0.1μm以上である。The shape of the solid electrolyte is not particularly limited and may be in the form of particles or thin film. In the case of particles, the average particle diameter is preferably 100 μm or less, more preferably 80 μm or less, and even more preferably 40 μm or less. As the particles become finer, the packing density improves and good ionic conductivity is obtained. Furthermore, from the viewpoint of the physical strength of the solid electrolyte layer and prevention of short circuits, the particle diameter is preferably 0.1 μm or more.
固体電解質は水分と反応して分解しやすいため、固体電解質層に含まれる水分量は、好ましくは200ppm以下であり、より好ましくは100ppm以下であり、さらに好ましくは50ppm以下であり、さらにより好ましくは10ppm以下であり、特に好ましくは1ppm以下である。水分は、常圧もしくは減圧の乾燥機で乾燥して除いてもよく、除湿環境下で保管して除いてもよい。 Since solid electrolytes easily react with moisture and decompose, the amount of moisture contained in the solid electrolyte layer is preferably 200 ppm or less, more preferably 100 ppm or less, even more preferably 50 ppm or less, even more preferably 10 ppm or less, and particularly preferably 1 ppm or less. Moisture may be removed by drying in a dryer at normal or reduced pressure, or by storing in a dehumidified environment.
固体電解質層を形成する方法は特に制限されず、例えば、固体電解質または必要に応じて全固体電池バインダー等の他成分を含む混合物をプレス成型することで得られる。あるいは、固体電解質または必要に応じて全固体電池バインダー等の他成分を含む混合物を含有するスラリーを基材に塗布後に乾燥し、更に必要に応じて加圧して厚みを調整後、基材から剥離することで固体電解質層が得られる。The method for forming the solid electrolyte layer is not particularly limited. For example, it can be obtained by press-molding a mixture containing a solid electrolyte or, if necessary, other components such as an all-solid-state battery binder. Alternatively, a slurry containing a solid electrolyte or, if necessary, a mixture containing other components such as an all-solid-state battery binder is applied to a substrate, dried, and, if necessary, pressed to adjust the thickness, and then peeled off from the substrate to obtain a solid electrolyte layer.
[電池の作製]
本実施形態における全固体電池は、上述の正極、負極、及び固体電解質層を用いて、公知の方法により作製される。例えば、正極と負極と固体電解質層とを介在させた積層体とする態様、該積層体を交互に積層した複数の正極と負極との間に電子伝導体が介在する、多層構造の積層体に構成する態様等によって、電極積層体を構成する。次いで、該電極積層体を電池ケース(外装)内に収容して、封印することによって、本実施形態の全固体電池を作製することができる。
[Battery Construction]
The all-solid-state battery of this embodiment is fabricated by a known method using the above-described positive electrode, negative electrode, and solid electrolyte layer. For example, the electrode stack may be fabricated as a laminate in which a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte layer are interposed, or as a multilayer laminate in which an electron conductor is interposed between multiple positive electrodes and negative electrodes that are alternately stacked. The electrode stack is then housed in a battery case (exterior) and sealed, thereby fabricating the all-solid-state battery of this embodiment.
電池作製時に0.1~4000kgf/cm2の圧力を正極および負極の対向する面に対して加圧することが好ましく、さらに好ましくは0.1~100kgf/cm2の圧力で加圧することが好ましく、0.5~15kgf/cm2の圧力で加圧することが最も好ましい。圧力を0.1kgf/cm2以上とすることで電極活物質と固体電解質の接触状態が良くなり電池特性が向上する。圧力を4000kgf/cm2以下とすることで電池内部損傷による短絡を防ぐことができる。電池は電池作製時の加圧状態を維持して作動させることもできるが充放電特性に問題が無ければ加圧の無い状態で作動させることもできる。 During battery fabrication, a pressure of 0.1 to 4000 kgf/ cm2 is preferably applied to the opposing surfaces of the positive and negative electrodes, more preferably 0.1 to 100 kgf/ cm2 , and most preferably 0.5 to 15 kgf/cm2. A pressure of 0.1 kgf/ cm2 or higher improves the contact between the electrode active material and the solid electrolyte, improving battery performance. A pressure of 4000 kgf/cm2 or lower can prevent short circuits caused by internal battery damage. While the battery can be operated while maintaining the pressurized state during battery fabrication, it can also be operated without pressure if there are no problems with the charge/discharge characteristics.
本実施形態の全固体電池の形状は、特に制限されず、例えば、円筒形、楕円形、角筒型、ボタン形、コイン形、扁平形、ラミネート形等が好適に採用される。また、本実施形態の固体電解質は、上述したような全固体電池だけでなく、その他の電池にも適用可能である。 The shape of the all-solid-state battery of this embodiment is not particularly limited, and suitable shapes include, for example, cylindrical, elliptical, rectangular, button, coin, flat, and laminate shapes. Furthermore, the solid electrolyte of this embodiment can be applied not only to the all-solid-state battery described above, but also to other batteries.
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。 The above describes the embodiments for implementing the present invention, but the present invention is not limited to the above embodiments. The present invention can be modified in various ways without departing from the spirit of the invention.
以下、具体的な実施例及び比較例を挙げて、本実施形態を詳細に説明するが、本実施形態は、以下の実施例及び比較例により何ら限定されるものではない。 Below, this embodiment will be explained in detail using specific examples and comparative examples, but this embodiment is not limited in any way by the following examples and comparative examples.
実施例及び比較例における、共役ジエン系重合体の構造、共役ジエン系重合体バインダーの物性の測定方法及び評価方法を以下に示す。 The structures of the conjugated diene polymers and the methods for measuring and evaluating the physical properties of the conjugated diene polymer binders in the examples and comparative examples are shown below.
〔共役ジエン系重合体の構造及び共役ジエン系重合体バインダーの物性の測定及び評価〕
(1)共役ジエン系重合体における各重合体ブロックの含有量
下記式を用いて、水素添加前の共役ジエン系重合体における各重合体ブロックの含有量を計算し、共役ジエン系重合体における各重合体ブロックの含有量を算出した。
水素添加前の共役ジエン系重合体における各ブロックの含有量=〔(各ステップでフィードしたモノマー合計量)/(全モノマー量)〕×100(質量%)
[Measurement and Evaluation of the Structure of Conjugated Diene Polymer and the Physical Properties of Conjugated Diene Polymer Binder]
(1) Content of each polymer block in conjugated diene polymer Using the following formula, the content of each polymer block in the conjugated diene polymer before hydrogenation was calculated, and the content of each polymer block in the conjugated diene polymer was calculated.
Content of each block in the conjugated diene polymer before hydrogenation = [(total amount of monomers fed in each step)/(total amount of monomers)] x 100 (mass%)
ただし、以下のようにして、共役ジエン系重合体の各重合過程のステップ毎に、ブタジエンモノマー及びスチレンモノマーの重合率が100%であることを確認した。However, it was confirmed that the polymerization rate of butadiene monomer and styrene monomer was 100% at each step of the polymerization process of the conjugated diene polymer as follows.
重合過程のステップ毎にサンプリングしたポリマー溶液を、内部標準として用いるn-プロビルベンゼン0.50mLと約20mLのトルエンとを封入した100mLのボトルに、約20mL注入して、サンプルを作製した。アピエゾングリースを担持したバックドカラムを装着したガスクロマトグラフィー(島津製作所製:GC-14B(製品名))を用いて各サンプルを測定し、事前に得たブタジエンモノマー及びスチレンモノマーの検量線からポリマー溶液中の残留モノマー量を求め、残留モノマーが存在しないことを確認した。 Approximately 20 mL of the polymer solution sampled at each step of the polymerization process was injected into a 100 mL bottle containing 0.50 mL of n-propylbenzene (used as an internal standard) and approximately 20 mL of toluene. Each sample was measured using a gas chromatograph (Shimadzu Corporation: GC-14B (product name)) equipped with a backed column loaded with Apiezon grease. The amount of residual monomer in the polymer solution was determined using the previously obtained calibration curves for butadiene monomer and styrene monomer, confirming the absence of residual monomer.
なお、ガスクロマトグラフィーでの測定における温度条件として、ブタジエンの重合率は90℃一定とし、スチレンの重合率は90℃(10分ホールド)~150℃昇温(10℃/分)の条件とした。 The temperature conditions for gas chromatography measurements were as follows: the polymerization rate of butadiene was kept constant at 90°C, and the polymerization rate of styrene was measured by heating from 90°C (10-minute hold) to 150°C (10°C/min).
(2)共役ジエン系重合体の水素添加前のビニル結合量
共役ジエン系重合体の水素添加前のビニル結合量は、共役ジエン系重合体の重合過程のステップ毎にサンプリングしたポリマー溶液を用いて、プロトン核磁気共鳴(1H-NMR)法により測定した。
(2) Amount of vinyl bonds in conjugated diene polymer before hydrogenation The amount of vinyl bonds in conjugated diene polymer before hydrogenation was measured by proton nuclear magnetic resonance ( 1 H-NMR) using a polymer solution sampled at each step of the polymerization process of the conjugated diene polymer.
測定機器としてECS400(JEOL製)、溶媒として重水素化クロロホルムを用い、サンプル濃度は50mg/mLとして、以下の条件で測定を行った。ビニル結合量は、共役ジエン単量体単位中の1,4-結合及び1,2-結合に帰属されるシグナルの積算値を求めた後、1,4-結合と1,2-結合とのシグナル比率から算出した。
(測定条件)
観測周波数 :400MHz
化学シフト基準:テトラメチルシラン
パルスディレイ:2.904秒
スキャン回数 :64回
パルス幅 :45°
測定温度 :26℃
Measurement was carried out under the following conditions using an ECS400 (manufactured by JEOL) as a measuring instrument, deuterated chloroform as a solvent, and a sample concentration of 50 mg/mL: The amount of vinyl bonds was calculated from the signal ratio between 1,4-bonds and 1,2-bonds after determining the integrated values of signals attributed to 1,4-bonds and 1,2-bonds in the conjugated diene monomer units.
(Measurement conditions)
Observation frequency: 400MHz
Chemical shift reference: tetramethylsilane Pulse delay: 2.904 seconds Number of scans: 64 Pulse width: 45°
Measurement temperature: 26℃
(3)共役ジエン系重合体の水素添加率
共役ジエン系重合体の共役ジエン単量体単位に基づく不飽和結合の水素添加率は、水素添加前後の共役ジエン系重合体を用いて、プロトン核磁気共鳴(1H-NMR)により測定した。測定条件及び測定データの処理方法は、上記(2)と同様とした。
(3) Hydrogenation rate of conjugated diene polymer The hydrogenation rate of unsaturated bonds based on conjugated diene monomer units of a conjugated diene polymer was measured by proton nuclear magnetic resonance ( 1 H-NMR) using the conjugated diene polymer before and after hydrogenation. The measurement conditions and the method of processing the measurement data were the same as those in (2) above.
なお、水素添加率は、4.5~5.5ppmの二重結合に由来するシグナル及び水素添加された共役ジエンに由来するシグナルの積算値を求め、そのシグナル比率から算出した。 The hydrogenation rate was calculated from the signal ratio obtained by integrating the signals derived from double bonds at 4.5 to 5.5 ppm and the signals derived from hydrogenated conjugated dienes.
(4)共役ジエン系重合体のブチレン量及びプロピレン量の合計
共役ジエン系重合体における、共役ジエン単量体単位の合計100mol%に対する、ブチレン量及びプロピレン量の合計は、水素添加後の共役ジエン系重合体を用いて、プロトン核磁気共鳴(1H-NMR)により測定した。測定条件及び測定データの処理方法は上記(2)及び(3)と同様とした。
(4) Sum of butylene and propylene contents of conjugated diene polymer The sum of the butylene and propylene contents relative to 100 mol% of the total of conjugated diene monomer units in the conjugated diene polymer was measured by proton nuclear magnetic resonance ( 1 H-NMR) using the hydrogenated conjugated diene polymer. The measurement conditions and the method of processing the measurement data were the same as those in (2) and (3) above.
なお、ブチレン量は、水素添加後の共役ジエン系重合体中における全ての共役ジエン単量体単位に由来するシグナル、及び、スペクトルの0~2.0ppmにおけるブチレン部(水素添加された1,2-結合)に由来するシグナルの積算値を求め、そのシグナル比率から算出した。The amount of butylene was calculated from the signal ratio obtained by integrating the signals derived from all conjugated diene monomer units in the conjugated diene polymer after hydrogenation and the signals derived from the butylene portion (hydrogenated 1,2-bonds) in the spectrum from 0 to 2.0 ppm.
(5)共役ジエン系重合体のスチレン含有量
水素添加前の共重合体を用い、紫外分光光度計(島津製作所製、UV-2450)を用いて262nmの吸収強度より算出した。水素添加前後で全ビニル芳香族化合物単量体単位の含有量は大きくは変化しないので、水素添加前の共重合体について得られた全ビニル芳香族化合物単量体単位(スチレン単量体単位)の含有量を、水添共重合体の全ビニル芳香族化合物単量体単位の含有量(全スチレン含有量)とした。
(5) Styrene Content of Conjugated Diene Polymer Using a copolymer before hydrogenation, the styrene content was calculated from the absorption intensity at 262 nm using an ultraviolet spectrophotometer (Shimadzu Corporation, UV-2450). Since the content of all vinyl aromatic compound monomer units does not change significantly before and after hydrogenation, the content of all vinyl aromatic compound monomer units (styrene monomer units) obtained for the copolymer before hydrogenation was taken as the content of all vinyl aromatic compound monomer units (total styrene content) of the hydrogenated copolymer.
(6)共役ジエン系重合体のスチレン単位を主体とする重合体ブロックの含有量(Os値)
水素添加前の未変性の共役ジエン系重合体を用いて、共役ジエン系重合体におけるスチレン単位を主体とする重合体ブロックの含有量(以下、「Os値」ともいう。)を、I.M.KOLTHOFF,et al.,J.Polym.Soi.1,429(1946)に記載の四酸化オスミウム分解法により測定した。
(6) Content of polymer block mainly composed of styrene unit in conjugated diene polymer (Os value)
Using an unmodified conjugated diene polymer before hydrogenation, the content of polymer blocks mainly composed of styrene units in the conjugated diene polymer (hereinafter also referred to as "Os value") was measured by the osmium tetroxide decomposition method described in I. M. KOLTHOFF, et al., J. Polym. Soi. 1, 429 (1946).
水素添加前の未変性の共役ジエン系重合体の分解には、オスミウム酸の0.1g/125mL第3級ブタノール溶液を用いた。 A 0.1 g/125 mL tertiary butanol solution of osmic acid was used to decompose the unmodified conjugated diene polymer before hydrogenation.
(7)共役ジエン系重合体及び共役ジエン系重合体の重量平均分子量及び分子量分布
共役ジエン系重合体及び共役ジエン系重合体の重量平均分子量及び分子量分布を、GPC〔GPC装置:HLC8220(東ソー製製品名)、カラム:4.6mm×30cmのTSKgelSUPER-HZM-N(Sigma-Aldrich社製製品名)〕を用いて測定した。溶媒にはテトラヒドロフランを用いた。
(7) Weight-average molecular weight and molecular weight distribution of conjugated diene polymer and conjugated diene polymer The weight-average molecular weight and molecular weight distribution of the conjugated diene polymer and conjugated diene polymer were measured using GPC (GPC apparatus: HLC8220 (product name, manufactured by Tosoh Corporation), column: 4.6 mm x 30 cm TSKgelSUPER-HZM-N (product name, manufactured by Sigma-Aldrich)). Tetrahydrofuran was used as the solvent.
重量平均分子量は、クロマトグラムのピークから、市販の標準ポリスチレンを用いて得られる検量線に基づいて求めた。なお、クロマトグラム中にピークが複数ある場合の分子量は、各ピークの分子量と各ピークの組成比(クロマトグラムのそれぞれのピークの面積比により求める)から重量平均分子量を求めた。共役ジエン系重合体は、変性基とカラムの相互作用によりカラムに吸着する場合があり、その場合は非吸着部分の分子量または変性前の共重合体を測定する。The weight-average molecular weight was determined from the peaks in the chromatogram based on a calibration curve obtained using commercially available standard polystyrene. When there are multiple peaks in the chromatogram, the weight-average molecular weight was calculated from the molecular weight of each peak and the composition ratio of each peak (calculated from the area ratio of each peak in the chromatogram). Conjugated diene polymers may adsorb to the column due to interactions between the modifying group and the column; in such cases, the molecular weight of the unadsorbed portion or the copolymer before modification is measured.
分子量分布は、得られた重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比(Mw/Mn)から算出した。共役ジエン系重合体は、変性基とカラムの相互作用によりカラムに吸着する場合があり、その場合は非吸着部分の分子量を測定する。The molecular weight distribution was calculated from the ratio (Mw/Mn) of the weight average molecular weight (Mw) to the number average molecular weight (Mn). Conjugated diene polymers may adsorb to the column due to interactions between the modifying groups and the column; in such cases, the molecular weight of the non-adsorbed portion is measured.
(8)共役ジエン系重合体の酸無水物付加量
共役ジエン系重合体における酸無水物付加量を、酸無水物により変性した後の共役ジエン系重合体をトルエンに溶解し、ファクターが1±0.05であるナトリウムメトキシドのメタノール溶液で滴定することにより、算出した。
(8) Acid Anhydride Addition Amount of Conjugated Diene Polymer The acid anhydride addition amount in the conjugated diene polymer was calculated by dissolving the conjugated diene polymer after modification with the acid anhydride in toluene and titrating it with a methanol solution of sodium methoxide having a factor of 1±0.05.
(9)アミン末端共役ジエン系重合体の変性率
シリカゲルを充填材としたGPCカラムに、変性した成分が吸着する特性を応用し、共役ジエン系重合体と低分子量内部標準ポリスチレンを含む試料溶液について、上記(6)で測定したクロマトグラム中の標準ポリスチレンに対する共役ジエン系重合体の割合と、シリカ系カラムGPC〔装置:LC-10(島津製作所製)、カラム:Zorbax(デュポン社製)〕で測定したクロマトグラム中の標準ポリスチレンに対する共役ジエン系重合体の割合を比較し、それらの差分よりシリカ系カラムへの吸着量を測定し、この割合を変性率とした。下記式により算出した。
(9) Modification Ratio of Amine-Terminated Conjugated Diene Polymer Using the property of adsorption of modified components to a GPC column packed with silica gel, a sample solution containing a conjugated diene polymer and a low-molecular-weight internal standard polystyrene was compared between the ratio of the conjugated diene polymer to the standard polystyrene in the chromatogram measured in (6) above and the ratio of the conjugated diene polymer to the standard polystyrene in the chromatogram measured using a silica-based column GPC [apparatus: LC-10 (manufactured by Shimadzu Corporation), column: Zorbax (manufactured by DuPont)], and the amount of adsorption to the silica-based column was determined from the difference therebetween, and this ratio was taken as the modification ratio. It was calculated using the following formula.
a:ポリスチレン系ゲル(PLgel)で測定した全重合体の面積(%)
b:ポリスチレン系ゲル(PLgel)で測定した低分子量内部標準PSの面積(%)
c:シリカ系カラム(Zorbax)で測定した全重合体の面積(%)
d:シリカ系カラム(Zorbax)で測定した低分子量内部標準PSの面積(%)
a: Area (%) of the total polymer measured using a polystyrene gel (PLgel)
b: Area (%) of low molecular weight internal standard PS measured on polystyrene gel (PLgel)
c: Area (%) of total polymer measured on a silica column (Zorbax)
d: Area (%) of low molecular weight internal standard PS measured on a silica-based column (Zorbax)
(10)トルエン不溶分
共役ジエン系重合体を1gを200メッシュ金網で作製した試験管形状の容器に投入し、トルエン100mLにこの容器を浸漬して振とう機で24時間以上振とうし、十分に溶解したところで容器を取り出し、容器の外側からトルエンで容器を洗浄し、60℃、12時間真空乾燥機で乾燥した。得られた容器の重量W1と試験前の容器の重量W0、共役ジエン系重合体の秤量値Pを用いて、下記式より、トルエン不溶分を算出した。
不溶分率(%)=(W1-W0)/P×100
(10) Toluene-insoluble Content 1 g of a conjugated diene polymer was placed in a test tube-shaped container made of a 200-mesh wire netting, and the container was immersed in 100 mL of toluene and shaken for 24 hours or more using a shaker. When the polymer was sufficiently dissolved, the container was removed, washed with toluene from the outside, and dried in a vacuum dryer for 12 hours at 60° C. Using the weight W1 of the resulting container, the weight W0 of the container before the test, and the weighed value P of the conjugated diene polymer, the toluene-insoluble content was calculated according to the following formula:
Insoluble fraction (%) = (W1-W0)/P×100
(11)ゆるめかさ比重と圧縮度
パウダテスタPT-X型(ホソカワミクロン株式会社製)で評価した。100cm3のかさ密度測定容器に、共役ジエン系重合体を上面を超える量投入し、超えた分を除去し、その時の重量と筒の容量からゆるめかさ比重を求めた。また、共役ジエン系重合体を上面を超える量の投入とタッピングを180回繰り返し、かためかさ比重を求めた。以下の式から圧縮度を評価した。
圧縮度=(かためかさ比重―ゆるめかさ比重)/かためかさ比重×100
(11) Loose bulk density and compressibility: Evaluation was performed using a Powder Tester PT-X (manufactured by Hosokawa Micron Corporation). A conjugated diene polymer was added to a 100 cm3 bulk density measurement vessel so that it exceeded the top surface, and the excess was removed. The loose bulk density was calculated from the weight at that time and the volume of the vessel. Furthermore, the addition of the conjugated diene polymer to a vessel so that it exceeded the top surface and tapping were repeated 180 times to calculate the packed bulk density. The compressibility was evaluated using the following formula:
Compressibility = (tight bulk density - loose bulk density) / tight bulk density x 100
(12)撹拌機使用時の溶剤溶解性
トルエン100mLに共役ジエン系重合体を10gとトルエンを内容積200mLのガラス製スクリューバイアルに投入して、マグネチックスターラーで5分間攪拌後の溶解性を評価した。
(評価基準)
○:溶け残りなし
△:0%~20%未満の溶け残り
×:20%以上の溶け残り
(12) Solvent Solubility When a Stirrer is Used 10 g of a conjugated diene polymer and toluene were placed in 100 mL of toluene in a glass screw vial having an internal volume of 200 mL, and the mixture was stirred with a magnetic stirrer for 5 minutes, after which the solubility was evaluated.
(Evaluation criteria)
○: No residual dissolution △: 0% to less than 20% residual dissolution ×: 20% or more residual dissolution
(13)熱安定性
ポリマーを100℃、48時間乾燥したときの、加熱前後でのGPCチャートの微分分子量分布における、ピーク高さの減少量から熱安定性を評価した。
(評価基準)
○:0.1%未満
△:0.1%以上~0.3%未満
×: 0.3%以上
(13) Thermal Stability The polymer was dried at 100° C. for 48 hours, and the thermal stability was evaluated from the decrease in peak height in the differential molecular weight distribution of the GPC chart before and after heating.
(Evaluation criteria)
○: Less than 0.1% △: 0.1% to less than 0.3%
×: 0.3% or more
(14)フィード安定性
材料供給を想定して、単軸スクリューフィーダーで全固体電池バインダーを排出したときの設定値に対する誤差範囲を評価した。フィーダーから、設定値5kg/hで5分間、全固体電池バインダーを排出し、3秒ごとに記録した設定値からの誤差の絶対値の総和を記録数で平均し、設定値に対する誤差の割合を評価した。
(評価基準)
○:0.5%未満
△:0.5%以上~1.0%未満
×: 1.0%以上
(14) Feed Stability Assuming material supply, the error range relative to the set value when discharging an all-solid-state battery binder using a single-axis screw feeder was evaluated. The all-solid-state battery binder was discharged from the feeder at a set value of 5 kg/h for 5 minutes, and the sum of the absolute values of the errors from the set value recorded every 3 seconds was averaged by the number of records, and the percentage of the error relative to the set value was evaluated.
(Evaluation criteria)
○: Less than 0.5% △: 0.5% or more but less than 1.0%
×: 1.0% or more
(15)共役ジエン系重合体とアルミシートとの界面剥離強度(接着性)
共役ジエン系重合体とアルミシートとの界面剥離強度は、アルミシートに共役ジエン系重合体を熱溶着して得られた多層体を用いて、180度剥離試験により測定した。具体的には、1mm厚のアルミシートと2mm厚の共役ジエン系重合体シートを2mm厚の金型内に重ねて固定し、200℃で5分間圧力をかけずに予熱し、その後200℃で2分間、10MPaで加熱プレスし、その後20℃で3分間、10MPaで冷却プレスすることで1mm厚のアルミシートと1mm厚の共役ジエン系重合体からなる多層体を作製した。得られた多層体の共役ジエン系重合体側の面に10mm幅の切れ込みを入れ、共役ジエン系重合体からなる層の端を数cm剥離した。共役ジエン系重合体からなる層の剥離部分、及びアルミシートを引張試験機〔ミネベアミツミ(株)製、TGE-500N(製品名)〕のチャックにそれぞれ別々に固定した。共役ジエン系重合体からなる層の剥離部分、及びアルミシートを、180℃方向に300mm/minで引っ張ることにより、2つの層を剥離した。剥離の際に印加した引張力を、共役ジエン系重合体とアルミシートとの多層体の界面剥離強度(N/cm)とし、下記評価基準により評価した。
(評価基準)
○:10N/cm以上
△:3N/cm以上10N/cm未満
×:3N/cm未満
(15) Interfacial peel strength (adhesion) between conjugated diene polymer and aluminum sheet
The interfacial peel strength between a conjugated diene polymer and an aluminum sheet was measured by a 180-degree peel test using a multilayer body obtained by thermally welding a conjugated diene polymer to an aluminum sheet. Specifically, a 1 mm-thick aluminum sheet and a 2 mm-thick conjugated diene polymer sheet were stacked and fixed in a 2 mm-thick mold, preheated at 200°C for 5 minutes without applying pressure, then hot-pressed at 200°C for 2 minutes at 10 MPa, and then cold-pressed at 20°C for 3 minutes at 10 MPa to produce a multilayer body consisting of a 1 mm-thick aluminum sheet and a 1 mm-thick conjugated diene polymer. A 10 mm-wide slit was made in the surface of the resulting multilayer body facing the conjugated diene polymer, and the edge of the conjugated diene polymer layer was peeled off by several centimeters. The peeled portion of the conjugated diene polymer layer and the aluminum sheet were separately fixed to the chucks of a tensile tester [TGE-500N (product name), manufactured by MinebeaMitsumi Inc.]. The peeled portion of the layer made of conjugated diene polymer and the aluminum sheet were pulled in a direction of 180° at 300 mm/min to peel the two layers apart. The tensile force applied during peeling was taken as the interfacial peel strength (N/cm) of the multilayer body of the conjugated diene polymer and the aluminum sheet, and was evaluated according to the following criteria.
(Evaluation criteria)
○: 10 N/cm or more △: 3 N/cm or more and less than 10 N/cm ×: Less than 3 N/cm
(16)変性基量あたりの接着力
下記式より、算出した。
ポリマー1gに含まれる変性基量あたりの接着力(N・cm-1/g)= 界面剥離強度(N・cm-1)/(1g×変性基の質量%/100)
(16) Adhesion strength per amount of modified group Calculated using the following formula.
Adhesion strength (N·cm −1 /g) per amount of modified group contained in 1 g of polymer=Interfacial peel strength (N·cm −1 )/(1 g×mass % of modified group/100)
(17)共役ジエン系重合体バインダーの結着性
共役ジエン系重合体0.15gおよびアセチレンブラック0.35gとトルエン4.5gを2000rpmで2分間、スターラーにより撹拌し、さらに粘度調整のためにトルエンを適量追加しスラリーを得た。このスラリーをアプリケーターでアルミ箔上に塗布し、ホットプレート上に静置して50℃で5分間乾燥させ、さらに70℃で10時間乾燥させ、電極層と集電体が一体となった電極を得た。
(17) Binding property of conjugated diene polymer binder 0.15 g of a conjugated diene polymer, 0.35 g of acetylene black, and 4.5 g of toluene were stirred at 2000 rpm for 2 minutes with a stirrer, and an appropriate amount of toluene was added to adjust the viscosity to obtain a slurry. This slurry was applied to aluminum foil with an applicator, left to stand on a hot plate, dried at 50°C for 5 minutes, and further dried at 70°C for 10 hours to obtain an electrode in which the electrode layer and the current collector were integrated.
電極を、直径10mmのSUS棒に巻き付け、湾曲した電極層の様子を目視観察し、バインダーの結着性を評価した。
(評価基準)
○:電極層にひび割れが無く、強い密着性を示した
△:電極層の一部にひび割れが生じ、中程度の密着性を示した
×:電極層の全体にひび割れが生じ、弱い密着性を示した
The electrode was wound around a SUS rod having a diameter of 10 mm, and the state of the curved electrode layer was visually observed to evaluate the binding property of the binder.
(Evaluation criteria)
○: No cracks in the electrode layer, showing strong adhesion. △: Cracks occurred in part of the electrode layer, showing moderate adhesion. ×: Cracks occurred throughout the electrode layer, showing weak adhesion.
(18)塗膜の平滑性
結着性評価用のスラリーをアルミ箔上に塗布した際の表面凹凸を目視で確認し評価した。
(評価基準)
○:凹凸なし
△:凹凸が一部にある
×:凹凸が全体的にある
(18) Smoothness of Coating Film The slurry for evaluating the binding property was applied to an aluminum foil, and the surface unevenness was visually confirmed and evaluated.
(Evaluation criteria)
○: No unevenness △: Unevenness in some areas ×: Unevenness throughout
(19)共役ジエン系重合体バインダー溶液の揮発性
共役ジエン系重合体0.3gとトルエン10mLを内容積30mLのガラス製スクリューバイアルに投入して、振とう機で振ることで均一な溶液を得た。外気24℃の条件で、蓋を外した溶液入りバイアルをドラフト内で静置し、10時間経過後の溶媒の揮発重量を測定し、バインダー溶液の貯蔵性を評価した。
(評価基準)
◎:3g未満であり、バインダー溶液やスラリーとして貯蔵時に組成変化が小さい
○:3g以上5g未満であり、バインダー溶液やスラリーとして貯蔵時に組成変化が中程度
△:5g以上7g未満であり、バインダー溶液やスラリーとして貯蔵時に組成変化が大きい
×:7g以上であり、バインダー溶液やスラリーとして貯蔵時に組成変化が大きい
(19) Volatility of Conjugated Diene Polymer Binder Solution 0.3 g of a conjugated diene polymer and 10 mL of toluene were placed in a 30 mL glass screw vial and shaken with a shaker to obtain a uniform solution. The vial containing the solution, with its lid removed, was left standing in a draft at an ambient temperature of 24°C, and the weight of the solvent that had evaporated after 10 hours was measured to evaluate the storage stability of the binder solution.
(Evaluation criteria)
◎: Less than 3 g, small change in composition when stored as a binder solution or slurry. ○: 3 g or more but less than 5 g, medium change in composition when stored as a binder solution or slurry. △: 5 g or more but less than 7 g, large change in composition when stored as a binder solution or slurry. ×: 7 g or more, large change in composition when stored as a binder solution or slurry.
(20)導電助剤分散性
共役ジエン系重合体0.2gとアセチレンブラック0.4gとトルエン19.4gを内容積30mLのガラス製スクリューバイアルに投入して、振とう機で1時間振った直後に静置状態で目視観察し、アセチレンブラックの分散状態を評価した。
(評価基準)
〇:アセチレンブラックが分散している
△:アセチレンブラックの凝集が確認され、液面より上のバイアル壁面の20%未満を占める
×:アセチレンブラックの凝集が確認され、液面より上のバイアル壁面の20%以上を占める
(20) Dispersibility of Conductive Aid 0.2 g of a conjugated diene polymer, 0.4 g of acetylene black, and 19.4 g of toluene were placed in a 30 mL glass screw vial, and the vial was shaken for 1 hour using a shaker. Immediately after the shaker, the vial was visually observed in a stationary state to evaluate the dispersion state of the acetylene black.
(Evaluation criteria)
◯: Acetylene black is dispersed. △: Acetylene black is observed to have agglomerated, occupying less than 20% of the vial wall surface above the liquid surface. ×: Acetylene black is observed to have agglomerated, occupying 20% or more of the vial wall surface above the liquid surface.
(21)共役ジエン系重合体バインダーの貯蔵安定性
共役ジエン系重合体23℃/湿度50%の環境で1日保管し、保管前後でIR
(評価基準)
あり:官能基に由来するIRの変化がある。
なし:官能基に由来するIRの変化がない。
(21) Storage Stability of Conjugated Diene Polymer Binder The conjugated diene polymer was stored in an environment of 23°C/50% humidity for 1 day, and the IR before and after storage was
(Evaluation criteria)
Present: There is a change in IR due to the functional group.
None: No change in IR due to functional groups.
(22)共役ジエン系重合体バインダーを含む電極層の電気化学的安定性
共役ジエン系重合体0.15gおよびアセチレンブラック0.35gとトルエン4.5gを2000rpmで2分間、スターラーにより撹拌し、さらに粘度調整のためにトルエンを適量追加し、2000rpmで2分間攪拌し、スラリーを得た。このスラリーをアプリケーターで白金箔上に塗布し、ホットプレート上に静置して50℃で5分間乾燥させ、さらに70℃で10時間乾燥させ、電極層と集電体が一体となった酸化側評価用電極を得た。
(22) Electrochemical Stability of Electrode Layer Containing Conjugated Diene Polymer Binder 0.15 g of a conjugated diene polymer, 0.35 g of acetylene black, and 4.5 g of toluene were stirred with a stirrer at 2000 rpm for 2 minutes, and then an appropriate amount of toluene was added to adjust the viscosity, followed by stirring at 2000 rpm for 2 minutes to obtain a slurry. This slurry was applied to a platinum foil with an applicator, left to stand on a hot plate, dried at 50°C for 5 minutes, and then further dried at 70°C for 10 hours to obtain an electrode for evaluation on the oxidation side, in which the electrode layer and current collector were integrated.
また、共役ジエン系重合体0.5gとトルエン4.5gを2000rpmで2分間、スターラーにより撹拌し、スラリーを得た。このスラリーをアプリケーターで白金箔上に塗布し、ホットプレート上に静置して50℃で5分間乾燥させ、さらに70℃で10時間乾燥させ、電極層と集電体が一体となった還元側評価用電極を得た。 0.5 g of conjugated diene polymer and 4.5 g of toluene were stirred at 2000 rpm for 2 minutes using a stirrer to obtain a slurry. This slurry was applied to platinum foil using an applicator, placed on a hot plate, and dried at 50°C for 5 minutes, and then further dried at 70°C for 10 hours to obtain a reduction-side evaluation electrode in which the electrode layer and current collector were integrated.
露点が-60℃以下に制御されたアルゴン雰囲気下のグローブボックス内で、共役ジエン系重合体バインダーを含む電極層と集電体一体となった酸化側評価用電極または還元側評価用電極(各14mm×20mm角)に電流を取り出すための白金製のリード片を接続したものを作用極、リチウム金属シートに電流を取り出すためにニッケル製のリード片を接続したものを対極、リチウム金属シートに電流を取り出すためにニッケル製のリード片を接続したものを参照極、微孔膜セパレーターとガラス不織布の積層シートを各電極間のセパレーターとし、これらをアルミラミネートシート外装体内に収容し、1M LiPF6/(エチレンカーボネート/メチルエチルカーボネート(=30wt%/70wt%))を電解液として外装体内に注入した後、外装体を封止することにより、測定用ラミネートセルを作製した。このセルを用いて下記の条件で測定を行った。
(条件)
測定方法:リニアスイープボルタンメトリー
掃引速度;2mV/sec
電圧範囲;(酸化側)3.0V(初期電圧)-5.4V(最終電圧) vs. Li/Li+/V
(還元側)3.0V(初期電圧)-0.0V(最終電圧) vs. Li/Li+/V
電極面積;2.8cm2(14mm×20mm)
温度;25℃
In a glove box under an argon atmosphere with a dew point controlled to −60° C. or below, a measurement laminate cell was prepared by connecting a platinum lead to an oxidation-side evaluation electrode or a reduction-side evaluation electrode (each 14 mm × 20 mm square) formed by integrating an electrode layer containing a conjugated diene polymer binder with a current collector, to form a working electrode; a nickel lead to a lithium metal sheet connected to a counter electrode; a nickel lead to a lithium metal sheet connected to a reference electrode; and a laminated sheet of microporous membrane separator and glass nonwoven fabric as a separator between the electrodes. These were then housed in an aluminum laminate sheet exterior, and 1 M LiPF 6 /(ethylene carbonate/methyl ethyl carbonate (=30 wt %/70 wt %)) was poured into the exterior as an electrolyte, and the exterior was then sealed to prepare a measurement laminate cell. Measurements were performed using this cell under the following conditions.
(conditions)
Measurement method: Linear sweep voltammetry Sweep rate: 2 mV/sec
Voltage range: (oxidation side) 3.0 V (initial voltage) -5.4 V (final voltage) vs. Li/Li + /V
(Reducing side) 3.0 V (initial voltage) -0.0 V (final voltage) vs. Li/Li + /V
Electrode area: 2.8cm 2 (14mm x 20mm)
Temperature: 25℃
共役ジエン系重合体バインダーを含む電極層の電気化学的安定性は、酸化側は、3.0V(vs. Li/Li+/V)以上において電流値が0.0005A/mg以上となる時の電圧が4.6V(vs. Li/Li+/V)以上であれば合格(〇)とし、還元側は、3.0V(vs. Li/Li+/V)未満において電流値が-0.00005A/mg以下となる電圧が0.1V(vs. Li/Li+/V)未満であれば合格(〇)とする。 The electrochemical stability of an electrode layer containing a conjugated diene polymer binder is evaluated as pass (good) if, on the oxidation side, the voltage at which the current value is 0.0005 A/mg or more at 3.0 V (vs. Li/Li + /V) or more is 4.6 V (vs. Li/Li + /V) or more, and, on the reduction side, the voltage at which the current value is −0.00005 A/mg or less at less than 3.0 V (vs. Li/Li + /V) is less than 0.1 V (vs. Li/Li + /V).
(23)共役ジエン系重合体の水分量
カールフィッシャー水分計を用いて、サンプル重量1.50g、気化装置温度を200℃、キャリアガス(窒素)を250mL/minの条件で測定し、水分量が200ppm以下であれば合格(〇)とする。
(23) Water Content of Conjugated Diene Polymer Using a Karl Fischer moisture meter, the moisture content is measured under the conditions of a sample weight of 1.50 g, a vaporizer temperature of 200°C, and a carrier gas (nitrogen) of 250 mL/min. If the moisture content is 200 ppm or less, the polymer is evaluated as pass (◯).
(水添触媒の調製)
共役ジエン系重合体の水添反応に用いる水添触媒は、下記の方法で調製した。
窒素置換した反応容器に、乾燥及び精製したシクロヘキサン1Lを入れ、ビス(η5-シクロペンタジエニル)チタニウムジクロリド100mmolを添加し、十分に攪拌しながらトリメチルアルミニウム200mmolを含むn-ヘキサン溶液を添加した後、室温にて約3日間反応させ、水添触媒を得た。
(Preparation of hydrogenation catalyst)
The hydrogenation catalyst used in the hydrogenation reaction of the conjugated diene polymer was prepared by the following method.
1 L of dried and purified cyclohexane was placed in a nitrogen-purged reaction vessel, and 100 mmol of bis(η5-cyclopentadienyl)titanium dichloride was added. An n-hexane solution containing 200 mmol of trimethylaluminum was then added with sufficient stirring, and the mixture was allowed to react at room temperature for approximately 3 days to obtain a hydrogenation catalyst.
〔共役ジエン系ブロック共重合体の製造〕
[製造例1]
(共役ジエン系ブロック共重合体(a-1)の製造)
<工程1>
内容積が10Lの攪拌装置及びジャケット付き槽型反応器を使用してバッチ重合を行った。反応器に1Lのシクロヘキサンを入れ、n-ブチルリチウムを全モノマー100質量部に対して0.13質量部となるように添加し、更にN,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン(TMEDA)をn-ブチルリチウム1molに対して0.3mol添加した。
[Production of Conjugated Diene Block Copolymer]
[Production Example 1]
(Production of conjugated diene block copolymer (a-1))
<Step 1>
Batch polymerization was carried out using a tank-type reactor equipped with a stirrer and a jacket and having an internal volume of 10 L. 1 L of cyclohexane was placed in the reactor, and n-butyllithium was added thereto so that the amount was 0.13 parts by mass relative to 100 parts by mass of the total monomers. Furthermore, 0.3 mol of N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine (TMEDA) was added thereto relative to 1 mol of n-butyllithium.
次に、スチレン16質量部(全モノマー100質量部に対する。以下、この段落にて同じ。)を含むシクロヘキサン溶液(スチレン濃度:20質量%)を反応器に投入し、70℃で45分間重合した。次にブタジエン68質量部を含むシクロヘキサン溶液(ブタジエン濃度:20質量%)を加えて70℃で1.5時間重合した。最後にスチレン16質量部を含むシクロヘキサン溶液(スチレン濃度:20質量%)を投入して、70℃で45分間重合した。反応終了後にメタノールを添加し、工程1として、共役ジエン系ブロック共重合体を得た。Next, a cyclohexane solution (styrene concentration: 20% by mass) containing 16 parts by mass of styrene (relative to 100 parts by mass of total monomers; the same applies hereinafter in this paragraph) was added to the reactor and polymerized at 70°C for 45 minutes. Next, a cyclohexane solution (butadiene concentration: 20% by mass) containing 68 parts by mass of butadiene was added and polymerized at 70°C for 1.5 hours. Finally, a cyclohexane solution (styrene concentration: 20% by mass) containing 16 parts by mass of styrene was added and polymerized at 70°C for 45 minutes. After the reaction was completed, methanol was added, and a conjugated diene block copolymer was obtained as step 1.
得られた共役ジエン系ブロック共重合体は、スチレン含有量32質量%、ポリスチレンブロック含有量32質量%、ブタジエン部のビニル結合量36mol%であった。 The resulting conjugated diene block copolymer had a styrene content of 32% by mass, a polystyrene block content of 32% by mass, and a vinyl bond content of 36 mol% in the butadiene portion.
<工程2>
得られた共役ジエン系ブロック共重合体に、上述した水添触媒を、共役ジエン系ブロック共重合体に対しチタン換算濃度が100ppmとなるように添加し、水素圧0.7MPa、温度70℃で水素添加反応を行った。
<Step 2>
The above-mentioned hydrogenation catalyst was added to the obtained conjugated diene block copolymer so that the titanium-equivalent concentration relative to the conjugated diene block copolymer was 100 ppm, and a hydrogenation reaction was carried out at a hydrogen pressure of 0.7 MPa and a temperature of 70°C.
水添反応終了後、次に安定剤としてオクタデシル-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネートを、共役ジエン系ブロック共重合体100質量部に対して0.3質量部添加し、水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体を製造した。 After the hydrogenation reaction was completed, 0.3 parts by mass of octadecyl-3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate was added as a stabilizer per 100 parts by mass of the conjugated diene block copolymer to produce a hydrogenated conjugated diene block copolymer.
得られた水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-1)は、スチレン含有量32質量%、ブチレン量36mol%、重量平均分子量6.9万、分子量分布1.2、水素添加率99mol%であった。 The obtained hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-1) had a styrene content of 32% by mass, a butylene content of 36 mol%, a weight average molecular weight of 69,000, a molecular weight distribution of 1.2, and a hydrogenation rate of 99 mol%.
[製造例2]
(共役ジエン系ブロック共重合体(a-2)の製造)
<工程1>
内容積が10Lの攪拌装置及びジャケット付き槽型反応器を使用してバッチ重合を行った。反応器に1Lのシクロヘキサンを入れ、n-ブチルリチウムを全モノマー100質量部に対して0.12質量部となるように添加し、更に、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン(TMEDA)をn-ブチルリチウム1molに対して0.3mol添加した。
[Production Example 2]
(Production of conjugated diene block copolymer (a-2))
<Step 1>
Batch polymerization was carried out using a tank-type reactor equipped with a stirrer and a jacket and having an internal volume of 10 L. 1 L of cyclohexane was placed in the reactor, and n-butyllithium was added thereto so that the amount was 0.12 parts by mass relative to 100 parts by mass of the total monomers. Furthermore, 0.3 mol of N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine (TMEDA) was added thereto relative to 1 mol of n-butyllithium.
次に、スチレン9.5質量部(全モノマー100質量部に対する。以下、この段落にて同じ。)を含むシクロヘキサン溶液(スチレン濃度:20質量%)を反応器に投入し、70℃で45分間重合した。次にブタジエン81質量部を含むシクロヘキサン溶液(ブタジエン濃度:20質量%)を加えて70℃で1.5時間重合した。最後にスチレン9.5質量部を含むシクロヘキサン溶液(スチレン濃度:20質量%)を投入して、70℃で45分間重合した。反応終了後にメタノールを添加し、工程1として、共役ジエン系ブロック共重合体を得た。Next, a cyclohexane solution (styrene concentration: 20% by mass) containing 9.5 parts by mass of styrene (relative to 100 parts by mass of total monomers; the same applies hereinafter in this paragraph) was added to the reactor and polymerized at 70°C for 45 minutes. Next, a cyclohexane solution (butadiene concentration: 20% by mass) containing 81 parts by mass of butadiene was added and polymerized at 70°C for 1.5 hours. Finally, a cyclohexane solution (styrene concentration: 20% by mass) containing 9.5 parts by mass of styrene was added and polymerized at 70°C for 45 minutes. After the reaction was completed, methanol was added, and a conjugated diene block copolymer was obtained as step 1.
得られた共役ジエン系ブロック共重合体は、スチレン含有量19質量%、ポリスチレンブロック含有量19質量%、ブタジエン部のビニル結合量36mol%であった。 The resulting conjugated diene block copolymer had a styrene content of 19% by mass, a polystyrene block content of 19% by mass, and a vinyl bond content of 36 mol% in the butadiene portion.
<工程2>
得られた共役ジエン系ブロック共重合体に、上述した水添触媒を、共役ジエン系ブロック共重合体に対しチタン換算濃度が100ppmとなるように添加し、水素圧0.7MPa、温度70℃で水添反応を行った。
<Step 2>
The above-mentioned hydrogenation catalyst was added to the obtained conjugated diene block copolymer so that the titanium-equivalent concentration relative to the conjugated diene block copolymer was 100 ppm, and a hydrogenation reaction was carried out at a hydrogen pressure of 0.7 MPa and a temperature of 70°C.
水添反応終了後、次に安定剤としてオクタデシル-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネートを、共役ジエン系ブロック共重合体100質量部に対して0.3質量部添加し、水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体を製造した。 After the hydrogenation reaction was completed, 0.3 parts by mass of octadecyl-3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate was added as a stabilizer per 100 parts by mass of the conjugated diene block copolymer to produce a hydrogenated conjugated diene block copolymer.
得られた水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-2)は、スチレン含有量19質量%、ブチレン量36mol%、重量平均分子量8.5万、分子量分布1.2、水素添加率99mol%であった。 The obtained hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-2) had a styrene content of 19% by mass, a butylene content of 36 mol%, a weight average molecular weight of 85,000, a molecular weight distribution of 1.2, and a hydrogenation rate of 99 mol%.
[製造例3]
(共役ジエン系ブロック共重合体(a-3)の製造)
<工程1>
内容積が10Lの攪拌装置、及びジャケット付き槽型反応器を使用してバッチ重合を行った。反応器に1Lのシクロヘキサンを入れ、n-ブチルリチウムを全モノマー100質量部に対して0.08質量部となるように添加し、更に、TMEDA(テトラメチルエチレンジアミン)をn-ブチルリチウム1molに対して0.5mol添加した。
[Production Example 3]
(Production of conjugated diene block copolymer (a-3))
<Step 1>
Batch polymerization was carried out using a jacketed tank reactor equipped with a stirrer and having an internal volume of 10 L. 1 L of cyclohexane was placed in the reactor, and n-butyllithium was added thereto in an amount of 0.08 parts by mass relative to 100 parts by mass of the total monomers. Furthermore, 0.5 mol of TMEDA (tetramethylethylenediamine) was added relative to 1 mol of n-butyllithium.
次に、スチレン6.5質量部(全モノマー100質量部に対する。以下、この段落にて同じ。)を含むシクロヘキサン溶液(スチレン濃度:20質量%)を反応器に投入し、70℃で45分間重合した。次に、ブタジエン87質量部を含むシクロヘキサン溶液(ブタジエン濃度:20質量%)を加えて50℃で80分間重合した。次に、スチレン6.5質量部を含むシクロヘキサン溶液(スチレン濃度:20質量%)を投入して、70℃で45分間重合した。反応終了後にメタノールを添加し、共役ジエン系ブロック共重合体を得た。Next, a cyclohexane solution (styrene concentration: 20% by mass) containing 6.5 parts by mass of styrene (based on 100 parts by mass of total monomers; the same applies hereinafter in this paragraph) was added to the reactor and polymerized at 70°C for 45 minutes. Next, a cyclohexane solution (butadiene concentration: 20% by mass) containing 87 parts by mass of butadiene was added and polymerized at 50°C for 80 minutes. Next, a cyclohexane solution (styrene concentration: 20% by mass) containing 6.5 parts by mass of styrene was added and polymerized at 70°C for 45 minutes. After the reaction was completed, methanol was added to obtain a conjugated diene block copolymer.
得られた共役ジエン系ブロック共重合体は、スチレン含有量13質量%、ポリスチレンブロック含有量13質量%、ブタジエン部のビニル結合量45mol%であった。 The resulting conjugated diene block copolymer had a styrene content of 13% by mass, a polystyrene block content of 13% by mass, and a vinyl bond content of 45 mol% in the butadiene portion.
<工程2>
得られた共役ジエン系ブロック共重合体に、上述した水添触媒を、共役ジエン系ブロック共重合体に対しチタン換算濃度が100ppmとなるように添加し、水素圧0.7MPa、温度70℃で水添反応を行った。
<Step 2>
The above-mentioned hydrogenation catalyst was added to the obtained conjugated diene block copolymer so that the titanium-equivalent concentration relative to the conjugated diene block copolymer was 100 ppm, and a hydrogenation reaction was carried out at a hydrogen pressure of 0.7 MPa and a temperature of 70°C.
水添反応終了後、次に安定剤としてオクタデシル-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネートを、共役ジエン系ブロック共重合体100質量部に対して0.3質量部添加し、水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体を製造した。 After the hydrogenation reaction was completed, 0.3 parts by mass of octadecyl-3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate was added as a stabilizer per 100 parts by mass of the conjugated diene block copolymer to produce a hydrogenated conjugated diene block copolymer.
得られた水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-3)は、スチレン含有量13質量%、ブチレン量45mol%、重量平均分子量8.0万、分子量分布1.2、水素添加率99mol%であった。 The obtained hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-3) had a styrene content of 13% by mass, a butylene content of 45 mol%, a weight average molecular weight of 80,000, a molecular weight distribution of 1.2, and a hydrogenation rate of 99 mol%.
[製造例4]
(共役ジエン系ブロック共重合体(a-4)の製造)
<工程1>
内容積が10Lの攪拌装置、及びジャケット付き槽型反応器を使用してバッチ重合を行った。反応器に1Lのシクロヘキサンを入れ、n-ブチルリチウムを全モノマー100質量部に対して0.11質量部となるように添加し、更に、TMEDA(テトラメチルエチレンジアミン)をn-ブチルリチウム1molに対して1.5mol、及びナトリウム-t-ペントキシドをn-ブチルリチウム1molに対して0.05mol添加した。
[Production Example 4]
(Production of conjugated diene-based block copolymer (a-4))
<Step 1>
Batch polymerization was carried out using a jacketed tank reactor equipped with a stirrer and an internal volume of 10 L. 1 L of cyclohexane was placed in the reactor, and n-butyllithium was added thereto in an amount of 0.11 parts by mass relative to 100 parts by mass of the total monomers. Furthermore, 1.5 mol of TMEDA (tetramethylethylenediamine) relative to 1 mol of n-butyllithium and 0.05 mol of sodium t-pentoxide relative to 1 mol of n-butyllithium were added thereto.
次に、ブタジエン5質量部(全モノマー100質量部に対する。以下、この段落にて同じ。)を含むシクロヘキサン溶液(ブタジエン濃度:20質量%)を加えて70℃で20分間重合した。次に、スチレン9質量部を含むシクロヘキサン溶液(スチレン濃度:20質量%)を投入し、70℃で45分間重合した。次に、ブタジエン77質量部を含むシクロヘキサン溶液(ブタジエン濃度:20質量%)を加えて50℃で80分間重合した。次に、スチレン9質量部を含むシクロヘキサン溶液(スチレン濃度:20質量%)を投入して、70℃で45分間重合した。反応終了後にメタノールを添加し、共役ジエン系ブロック共重合体を得た。Next, a cyclohexane solution (butadiene concentration: 20% by mass) containing 5 parts by mass of butadiene (based on 100 parts by mass of total monomers; the same applies hereinafter in this paragraph) was added, and polymerization was carried out at 70°C for 20 minutes. Next, a cyclohexane solution (styrene concentration: 20% by mass) containing 9 parts by mass of styrene was added, and polymerization was carried out at 70°C for 45 minutes. Next, a cyclohexane solution (butadiene concentration: 20% by mass) containing 77 parts by mass of butadiene was added, and polymerization was carried out at 50°C for 80 minutes. Next, a cyclohexane solution (styrene concentration: 20% by mass) containing 9 parts by mass of styrene was added, and polymerization was carried out at 70°C for 45 minutes. After the reaction was completed, methanol was added to obtain a conjugated diene block copolymer.
得られた共役ジエン系ブロック共重合体は、スチレン含有量18質量%、ポリスチレンブロック含有量18質量%、ブタジエン部のビニル結合量73mol%であった。 The resulting conjugated diene block copolymer had a styrene content of 18% by mass, a polystyrene block content of 18% by mass, and a vinyl bond content of 73 mol% in the butadiene portion.
<工程2>
得られた共役ジエン系ブロック共重合体に、上述した水添触媒を、共役ジエン系ブロック共重合体に対しチタン換算濃度が100ppmとなるように添加し、水素圧0.7MPa、温度70℃で水添反応を行った。
水添反応終了後、次に安定剤としてオクタデシル-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネートを、共役ジエン系ブロック共重合体100質量部に対して0.3質量部添加し、未変性で水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-4)を製造した。
<Step 2>
The above-mentioned hydrogenation catalyst was added to the obtained conjugated diene block copolymer so that the titanium-equivalent concentration relative to the conjugated diene block copolymer was 100 ppm, and a hydrogenation reaction was carried out at a hydrogen pressure of 0.7 MPa and a temperature of 70°C.
After completion of the hydrogenation reaction, 0.3 parts by mass of octadecyl-3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate was added as a stabilizer relative to 100 parts by mass of the conjugated diene block copolymer to produce an unmodified, hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-4).
得られた水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-4)は、スチレン含有量18質量%、ブチレン量73mol%、重量平均分子量10.7万、分子量分布1.2、水素添加率99mol%であった。 The obtained hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-4) had a styrene content of 18% by mass, a butylene content of 73 mol%, a weight average molecular weight of 107,000, a molecular weight distribution of 1.2, and a hydrogenation rate of 99 mol%.
[製造例5]
(共役ジエン系ブロック共重合体(a-5)の製造)
<工程1>
内容積が10Lの攪拌装置、及びジャケット付き槽型反応器を使用してバッチ重合を行った。反応器に1Lのシクロヘキサンを入れ、n-ブチルリチウムを全モノマー100質量部に対して0.07質量部となるように添加し、更に、TMEDA(テトラメチルエチレンジアミン)をn-ブチルリチウム1molに対して1.8mol、及びナトリウム-t-ペントキシドをn-ブチルリチウム1molに対して0.05mol添加した。
[Production Example 5]
(Production of conjugated diene block copolymer (a-5))
<Step 1>
Batch polymerization was carried out using a jacketed tank reactor equipped with a stirrer and an internal volume of 10 L. 1 L of cyclohexane was placed in the reactor, and n-butyllithium was added thereto in an amount of 0.07 parts by mass relative to 100 parts by mass of the total monomers. Furthermore, 1.8 mol of TMEDA (tetramethylethylenediamine) relative to 1 mol of n-butyllithium and 0.05 mol of sodium t-pentoxide relative to 1 mol of n-butyllithium were added thereto.
次に、ブタジエン5質量部(全モノマー100質量部に対する。以下、この段落にて同じ。)を含むシクロヘキサン溶液(ブタジエン濃度:20質量%)を加えて70℃で20分間重合した。次に、スチレン7質量部を含むシクロヘキサン溶液(スチレン濃度:20質量%)を投入し、70℃で45分間重合した。次に、ブタジエン82質量部を含むシクロヘキサン溶液(ブタジエン濃度:20質量%)を加えて50℃で80分間重合した。次に、スチレン6質量部を含むシクロヘキサン溶液(スチレン濃度:20質量%)を投入して、70℃で45分間重合した。反応終了後にメタノールを添加し、共役ジエン系ブロック共重合体を得た。Next, a cyclohexane solution (butadiene concentration: 20% by mass) containing 5 parts by mass of butadiene (based on 100 parts by mass of total monomers; the same applies hereinafter in this paragraph) was added, and polymerization was carried out at 70°C for 20 minutes. Next, a cyclohexane solution (styrene concentration: 20% by mass) containing 7 parts by mass of styrene was added, and polymerization was carried out at 70°C for 45 minutes. Next, a cyclohexane solution (butadiene concentration: 20% by mass) containing 82 parts by mass of butadiene was added, and polymerization was carried out at 50°C for 80 minutes. Next, a cyclohexane solution (styrene concentration: 20% by mass) containing 6 parts by mass of styrene was added, and polymerization was carried out at 70°C for 45 minutes. After the reaction was completed, methanol was added to obtain a conjugated diene block copolymer.
得られた共役ジエン系ブロック共重合体は、スチレン含有量13質量%、ポリスチレンブロック含有量13質量%、ブタジエン部のビニル結合量78mol%であった。 The resulting conjugated diene block copolymer had a styrene content of 13% by mass, a polystyrene block content of 13% by mass, and a vinyl bond content of 78 mol% in the butadiene portion.
<工程2>
得られた共役ジエン系ブロック共重合体に、上述した水添触媒を、ブロック共重合体に対しチタン換算濃度が100ppmとなるように添加し、水素圧0.7MPa、温度70℃で水添反応を行った。
<Step 2>
The above-mentioned hydrogenation catalyst was added to the obtained conjugated diene-based block copolymer so that the concentration in terms of titanium based on the block copolymer was 100 ppm, and a hydrogenation reaction was carried out at a hydrogen pressure of 0.7 MPa and a temperature of 70°C.
水添反応終了後、次に安定剤としてオクタデシル-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネートを、共役ジエン系ブロック共重合体100質量部に対して0.3質量部添加し、水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-5)を製造した。 After the hydrogenation reaction was completed, 0.3 parts by mass of octadecyl-3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate was added as a stabilizer per 100 parts by mass of the conjugated diene block copolymer to produce hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-5).
得られた水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-5)は、スチレン含有量13質量%、ブチレン量78mol%、重量平均分子量16.0万、分子量分布1.2、水素添加率99mol%であった。 The obtained hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-5) had a styrene content of 13% by mass, a butylene content of 78 mol%, a weight average molecular weight of 160,000, a molecular weight distribution of 1.2, and a hydrogenation rate of 99 mol%.
[製造例6]
(共役ジエン系ブロック共重合体(a-6)の製造)
<工程1>
内容積が10Lの攪拌装置、及びジャケット付き槽型反応器を使用してバッチ重合を行った。反応器に1Lのシクロヘキサンを入れ、n-ブチルリチウムを全モノマー100質量部に対して0.07質量部となるように添加し、更に、TMEDA(テトラメチルエチレンジアミン)をn-ブチルリチウム1molに対して1.8mol、及びナトリウム-t-ペントキシドをn-ブチルリチウム1molに対して0.05mol添加した。
[Production Example 6]
(Production of conjugated diene block copolymer (a-6))
<Step 1>
Batch polymerization was carried out using a jacketed tank reactor equipped with a stirrer and an internal volume of 10 L. 1 L of cyclohexane was placed in the reactor, and n-butyllithium was added thereto in an amount of 0.07 parts by mass relative to 100 parts by mass of the total monomers. Furthermore, 1.8 mol of TMEDA (tetramethylethylenediamine) relative to 1 mol of n-butyllithium and 0.05 mol of sodium t-pentoxide relative to 1 mol of n-butyllithium were added thereto.
次に、スチレン6.5質量部(全モノマー100質量部に対する。以下、この段落にて同じ。)を含むシクロヘキサン溶液(スチレン濃度:20質量%)を投入し、70℃で45分間重合した。次に、ブタジエン87質量部を含むシクロヘキサン溶液(ブタジエン濃度:20質量%)を加えて50℃で80分間重合した。次に、スチレン6.5質量部を含むシクロヘキサン溶液(スチレン濃度:20質量%)を投入して、70℃で45分間重合した。反応終了後にメタノールを添加し、共役ジエン系ブロック共重合体を得た。Next, a cyclohexane solution (styrene concentration: 20% by mass) containing 6.5 parts by mass of styrene (based on 100 parts by mass of total monomers; the same applies hereinafter in this paragraph) was added, and polymerization was carried out at 70°C for 45 minutes. Next, a cyclohexane solution (butadiene concentration: 20% by mass) containing 87 parts by mass of butadiene was added, and polymerization was carried out at 50°C for 80 minutes. Next, a cyclohexane solution (styrene concentration: 20% by mass) containing 6.5 parts by mass of styrene was added, and polymerization was carried out at 70°C for 45 minutes. After the reaction was completed, methanol was added, and a conjugated diene-based block copolymer was obtained.
得られた共役ジエン系ブロック共重合体は、スチレン含有量13質量%、ポリスチレンブロック含有量13質量%、ブタジエン部のビニル結合量78mol%であった。 The resulting conjugated diene block copolymer had a styrene content of 13% by mass, a polystyrene block content of 13% by mass, and a vinyl bond content of 78 mol% in the butadiene portion.
<工程2>
得られた共役ジエン系ブロック共重合体に、上述した水添触媒を、ブロック共重合体に対しチタン換算濃度が100ppmとなるように添加し、水素圧0.7MPa、温度70℃で水添反応を行った。
<Step 2>
The above-mentioned hydrogenation catalyst was added to the obtained conjugated diene-based block copolymer so that the concentration in terms of titanium based on the block copolymer was 100 ppm, and a hydrogenation reaction was carried out at a hydrogen pressure of 0.7 MPa and a temperature of 70°C.
水添反応終了後、次に安定剤としてオクタデシル-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネートを、共役ジエン系ブロック共重合体100質量部に対して0.3質量部添加し、水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-6)を製造した。 After the hydrogenation reaction was completed, 0.3 parts by mass of octadecyl-3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate was added as a stabilizer per 100 parts by mass of the conjugated diene block copolymer to produce hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-6).
得られた水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-6)は、スチレン含有量13質量%、ブチレン量78mol%、重量平均分子量16.0万、分子量分布1.2、水素添加率99mol%であった。 The obtained hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-6) had a styrene content of 13% by mass, a butylene content of 78 mol%, a weight average molecular weight of 160,000, a molecular weight distribution of 1.2, and a hydrogenation rate of 99 mol%.
[製造例7]
(共役ジエン系ブロック共重合体(a-7)の製造)
<工程1>
内容積が10Lの攪拌装置、及びジャケット付き槽型反応器を使用してバッチ重合を行った。反応器に1Lのシクロヘキサンを入れ、n-ブチルリチウムを全モノマー100質量部に対して0.05質量部となるように添加し、更に、TMEDA(テトラメチルエチレンジアミン)をn-ブチルリチウム1molに対して0.05mol添加した。
[Production Example 7]
(Production of conjugated diene block copolymer (a-7))
<Step 1>
Batch polymerization was carried out using a jacketed tank reactor equipped with a stirrer and having an internal volume of 10 L. 1 L of cyclohexane was placed in the reactor, and n-butyllithium was added thereto in an amount of 0.05 parts by mass relative to 100 parts by mass of the total monomers. Furthermore, 0.05 mol of TMEDA (tetramethylethylenediamine) was added relative to 1 mol of n-butyllithium.
次に、ブタジエン10質量部(全モノマー100質量部に対する。以下、この段落にて同じ。)を含むシクロヘキサン溶液(ブタジエン濃度:20質量%)を加えて65℃で20分間重合した。次に、TMEDAをn-ブチルリチウム1molに対して1.50mol、及びナトリウム-t-ペントキシドをn-ブチルリチウム1molに対して0.05mol添加した後、ブタジエン85質量部を含むシクロヘキサン溶液(ブタジエン濃度:20質量%)を加えて60℃で70分間重合した。次に、スチレン5質量部を含むシクロヘキサン溶液(スチレン濃度:20質量%)を投入して、65℃で15分間重合した。反応終了後にメタノールを添加し、共役ジエン系ブロック共重合体を得た。Next, a cyclohexane solution (butadiene concentration: 20% by mass) containing 10 parts by mass of butadiene (relative to 100 parts by mass of total monomers; the same applies hereinafter in this paragraph) was added, and polymerization was carried out at 65°C for 20 minutes. Next, 1.50 mol of TMEDA per 1 mol of n-butyllithium and 0.05 mol of sodium t-pentoxide per 1 mol of n-butyllithium were added, followed by the addition of a cyclohexane solution (butadiene concentration: 20% by mass) containing 85 parts by mass of butadiene, and polymerization was carried out at 60°C for 70 minutes. Next, a cyclohexane solution (styrene concentration: 20% by mass) containing 5 parts by mass of styrene was added, and polymerization was carried out at 65°C for 15 minutes. After the reaction was completed, methanol was added to obtain a conjugated diene block copolymer.
得られた共役ジエン系ブロック共重合体は、スチレン含有量5質量%、ポリスチレンブロック含有量5質量%、共役ジエン単量体単位を主体とする重合体ブロック(以下、「ブタジエン部」ともいう)のビニル結合量78mol%であった。The resulting conjugated diene block copolymer had a styrene content of 5% by mass, a polystyrene block content of 5% by mass, and a vinyl bond content of 78 mol% in the polymer block primarily composed of conjugated diene monomer units (hereinafter also referred to as the "butadiene portion").
<工程2>
得られた共役ジエン系ブロック共重合体に、上述した水添触媒を、ブロック共重合体に対しチタン換算濃度が100ppmとなるように添加し、水素圧0.7MPa、温度70℃で水添反応を行った。
<Step 2>
The above-mentioned hydrogenation catalyst was added to the obtained conjugated diene-based block copolymer so that the concentration in terms of titanium based on the block copolymer was 100 ppm, and a hydrogenation reaction was carried out at a hydrogen pressure of 0.7 MPa and a temperature of 70°C.
水添反応終了後、次に安定剤としてオクタデシル-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネートを、共役ジエン系ブロック共重合体100質量部に対して0.3質量部添加し、水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-7)を製造した。 After the hydrogenation reaction was completed, 0.3 parts by mass of octadecyl-3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate was added as a stabilizer per 100 parts by mass of the conjugated diene block copolymer to produce hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-7).
得られた水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-7)は、スチレン含有量5質量%、ブチレン量78mol%、重量平均分子量24.9万、分子量分布1.2、水素添加率99mol%であった。 The obtained hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-7) had a styrene content of 5% by mass, a butylene content of 78 mol%, a weight average molecular weight of 249,000, a molecular weight distribution of 1.2, and a hydrogenation rate of 99 mol%.
[製造例8]
(共役ジエン系ブロック共重合体(a-8)の製造)
<工程1>
内容積が10Lの攪拌装置、及びジャケット付き槽型反応器を使用してバッチ重合を行った。反応器に1Lのシクロヘキサンを入れ、n-ブチルリチウムを全モノマー100質量部に対して0.10質量部となるように添加し、更に、TMEDA(テトラメチルエチレンジアミン)をn-ブチルリチウム1molに対して1.8mol、及びナトリウム-t-ペントキシドをn-ブチルリチウム1molに対して0.05mol添加した。
[Production Example 8]
(Production of conjugated diene block copolymer (a-8))
<Step 1>
Batch polymerization was carried out using a jacketed tank reactor equipped with a stirrer and an internal volume of 10 L. 1 L of cyclohexane was placed in the reactor, and n-butyllithium was added thereto in an amount of 0.10 parts by mass relative to 100 parts by mass of the total monomers. Furthermore, 1.8 mol of TMEDA (tetramethylethylenediamine) relative to 1 mol of n-butyllithium and 0.05 mol of sodium t-pentoxide relative to 1 mol of n-butyllithium were added thereto.
次に、ブタジエン5質量部(全モノマー100質量部に対する。以下、この段落にて同じ。)を含むシクロヘキサン溶液(ブタジエン濃度:20質量%)を加えて70℃で20分間重合した。次に、スチレン21.5質量部を含むシクロヘキサン溶液(スチレン濃度:20質量%)を投入し、70℃で45分間重合した。次に、ブタジエン52質量部を含むシクロヘキサン溶液(ブタジエン濃度:20質量%)を加えて50℃で80分間重合した。次に、スチレン21.5質量部を含むシクロヘキサン溶液(スチレン濃度:20質量%)を投入して、70℃で45分間重合した。反応終了後にメタノールを添加し、共役ジエン系ブロック共重合体を得た。Next, a cyclohexane solution (butadiene concentration: 20% by mass) containing 5 parts by mass of butadiene (based on 100 parts by mass of total monomers; the same applies hereinafter in this paragraph) was added, and polymerization was carried out at 70°C for 20 minutes. Next, a cyclohexane solution (styrene concentration: 20% by mass) containing 21.5 parts by mass of styrene was added, and polymerization was carried out at 70°C for 45 minutes. Next, a cyclohexane solution (butadiene concentration: 20% by mass) containing 52 parts by mass of butadiene was added, and polymerization was carried out at 50°C for 80 minutes. Next, a cyclohexane solution (styrene concentration: 20% by mass) containing 21.5 parts by mass of styrene was added, and polymerization was carried out at 70°C for 45 minutes. After the reaction was completed, methanol was added to obtain a conjugated diene block copolymer.
得られた共役ジエン系ブロック共重合体は、スチレン含有量43質量%、ポリスチレンブロック含有量43質量%、ブタジエン部のビニル結合量78mol%であった。 The resulting conjugated diene block copolymer had a styrene content of 43% by mass, a polystyrene block content of 43% by mass, and a vinyl bond content of 78 mol% in the butadiene portion.
<工程2>
得られたブロック共重合体に、上述した水添触媒を、ブロック共重合体に対しチタン換算濃度が100ppmとなるように添加し、水素圧0.7MPa、温度70℃で水添反応を行った。
<Step 2>
The above-mentioned hydrogenation catalyst was added to the obtained block copolymer so that the concentration in terms of titanium based on the block copolymer was 100 ppm, and a hydrogenation reaction was carried out at a hydrogen pressure of 0.7 MPa and a temperature of 70°C.
水添反応終了後、次に安定剤としてオクタデシル-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネートを、共役ジエン系ブロック共重合体100質量部に対して0.3質量部添加し、水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-8)を製造した。 After the hydrogenation reaction was completed, 0.3 parts by mass of octadecyl-3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate was added as a stabilizer per 100 parts by mass of the conjugated diene block copolymer to produce hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-8).
得られた水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-8)は、スチレン含有量43質量%、ブチレン量は78mol%、重量平均分子量10.3万、分子量分布1.2、水素添加率99mol%であった。 The obtained hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-8) had a styrene content of 43% by mass, a butylene content of 78 mol%, a weight average molecular weight of 103,000, a molecular weight distribution of 1.2, and a hydrogenation rate of 99 mol%.
[製造例9]
(共役ジエン系ブロック共重合体(a-9-1~a-9-13)の製造)
<工程1>
内容積が10Lの攪拌装置及びジャケット付き槽型反応器を使用してバッチ重合を行った。反応器に1Lのシクロヘキサンを入れ、n-ブチルリチウムを全モノマー100質量部に対して0.04質量部となるように添加し、更にN,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン(TMEDA)をn-ブチルリチウム1molに対して0.3mol添加した。
[Production Example 9]
(Production of conjugated diene block copolymers (a-9-1 to a-9-13))
<Step 1>
Batch polymerization was carried out using a tank-type reactor equipped with a stirrer and a jacket and having an internal volume of 10 L. 1 L of cyclohexane was placed in the reactor, and n-butyllithium was added thereto in an amount of 0.04 parts by mass relative to 100 parts by mass of the total monomers. Furthermore, 0.3 mol of N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine (TMEDA) was added thereto relative to 1 mol of n-butyllithium.
次に、スチレン16質量部(全モノマー100質量部に対する。以下、この段落にて同じ。)を含むシクロヘキサン溶液(スチレン濃度:20質量%)を反応器に投入し、70℃で45分間重合した。次にブタジエン68質量部を含むシクロヘキサン溶液(ブタジエン濃度:20質量%)を加えて70℃で1.5時間重合した。最後にスチレン16質量部を含むシクロヘキサン溶液(スチレン濃度:20質量%)を投入して、70℃で45分間重合した。反応終了後にメタノールを添加し、工程1として、共役ジエン系ブロック共重合体を得た。Next, a cyclohexane solution (styrene concentration: 20% by mass) containing 16 parts by mass of styrene (relative to 100 parts by mass of total monomers; the same applies hereinafter in this paragraph) was added to the reactor and polymerized at 70°C for 45 minutes. Next, a cyclohexane solution (butadiene concentration: 20% by mass) containing 68 parts by mass of butadiene was added and polymerized at 70°C for 1.5 hours. Finally, a cyclohexane solution (styrene concentration: 20% by mass) containing 16 parts by mass of styrene was added and polymerized at 70°C for 45 minutes. After the reaction was completed, methanol was added, and a conjugated diene block copolymer was obtained as step 1.
得られた共役ジエン系ブロック共重合体は、スチレン含有量32質量%、ポリスチレンブロック含有量32質量%、ブタジエン部のビニル結合量36mol%であった。 The resulting conjugated diene block copolymer had a styrene content of 32% by mass, a polystyrene block content of 32% by mass, and a vinyl bond content of 36 mol% in the butadiene portion.
<工程2>
得られた共役ジエン系ブロック共重合体に、上述した水添触媒を、共役ジエン系ブロック共重合体に対しチタン換算濃度が100ppmとなるように添加し、水素圧0.7MPa、温度70℃で水素添加反応を行った。
<Step 2>
The above-mentioned hydrogenation catalyst was added to the obtained conjugated diene block copolymer so that the titanium-equivalent concentration relative to the conjugated diene block copolymer was 100 ppm, and a hydrogenation reaction was carried out at a hydrogen pressure of 0.7 MPa and a temperature of 70°C.
水添反応終了後、次に安定剤としてオクタデシル-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネートを、共役ジエン系ブロック共重合体100質量部に対して0.3質量部添加し、水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体を製造した。 After the hydrogenation reaction was completed, 0.3 parts by mass of octadecyl-3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate was added as a stabilizer per 100 parts by mass of the conjugated diene block copolymer to produce a hydrogenated conjugated diene block copolymer.
得られた水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-9-1)は、スチレン含有量32質量%、ブチレン量36mol%、重量平均分子量28.5万、分子量分布1.2、水素添加率99mol%であった。 The obtained hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-9-1) had a styrene content of 32% by mass, a butylene content of 36 mol%, a weight average molecular weight of 285,000, a molecular weight distribution of 1.2, and a hydrogenation rate of 99 mol%.
(a-9-1)にトリス(2,4-ジ-tert-ブチルフェノキシ)ホスフィンをリン原子換算で10ppm、50ppm、および100ppmとなるように添加して、(a-9-2)、(a-9-3)、および(a-9-4)をそれぞれ得た。 Tris(2,4-di-tert-butylphenoxy)phosphine was added to (a-9-1) to give concentrations of 10 ppm, 50 ppm, and 100 ppm in terms of phosphorus atoms to obtain (a-9-2), (a-9-3), and (a-9-4), respectively.
得られた水添ブロック共重合体の溶液を以下に示す脱灰操作を行うことで開始剤及び水添触媒起因の金属量低減を図った。すなわち、水天終了後,水添ブロック共重合体100質量部に対して30質量部の水/硫酸の混合溶液を添加した。なお、硫酸の添加量は、後工程でデカンターにより除去される水のpHが7.0になるように調整した。該溶液をデカンターにより水の量が3質量部になるまで、大部分の水を除去し、炭酸ガスを開始剤の金属1molに対し、0.4mol添加し混合した。その後、安定剤としてオクタデシル-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネートを0.3質量部添加した。該溶液を特公平05-54845号公報に記載のスチームストリッピング法(90~98℃の水中で溶媒の大部分を除去した後、クラム濃度が約5重量%の水分散スラリーを二軸押出機に投入することで脱溶剤する方法)で、水添ブロック共重合体(a-9-5)および(a-9-6)を得た。The resulting hydrogenated block copolymer solution was deashed as follows to reduce the amount of metals originating from the initiator and hydrogenation catalyst. Specifically, after the completion of the decalcification, 30 parts by weight of a water/sulfuric acid mixed solution was added to 100 parts by weight of the hydrogenated block copolymer. The amount of sulfuric acid added was adjusted so that the pH of the water removed in a decanter in a subsequent process would be 7.0. Most of the water was removed from the solution in a decanter until the water content was reduced to 3 parts by weight, and 0.4 mol of carbon dioxide gas was added per 1 mol of metal initiator and mixed. Then, 0.3 parts by weight of octadecyl-3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate was added as a stabilizer. The solution was subjected to the steam stripping method described in JP-B 05-54845 (a method in which most of the solvent is removed in water at 90 to 98°C, and then the aqueous dispersion slurry having a crumb concentration of about 5% by weight is introduced into a twin-screw extruder to remove the solvent), thereby obtaining hydrogenated block copolymers (a-9-5) and (a-9-6).
得られた水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-9-1)を凍結粉砕し、ゆるめかさ比重と分散度が表に記載の値となる(a-9-7)~(a-9-11)をそれぞれ得た。 The obtained hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-9-1) was freeze-pulverized to obtain (a-9-7) to (a-9-11), each with a loose bulk density and dispersity shown in the table.
得られた水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-9-1)を凍結粉砕し、ゆるめかさ比重と分散度、表に記載の値とした共役ジエン系ブロック共重合体に、アモルファスシリカおよびステアリン酸カルシウムを1000ppm添着した(a-9-12)および(a-9-13)をそれぞれ得た。The obtained hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-9-1) was freeze-pulverized to obtain (a-9-12) and (a-9-13), respectively, in which amorphous silica and calcium stearate were added to the conjugated diene block copolymer with the loose bulk density and dispersity values shown in the table.
[製造例10]
(アミン共役ジエン系重合体の製造)
<工程1>
内容積が10Lの攪拌装置及びジャケット付き槽型反応器を使用してバッチ重合を行った。反応器に1Lのシクロヘキサンを入れ、n-ブチルリチウムを全モノマー100質量部に対して0.13質量部となるように添加し、更に、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン(TMEDA)をn-ブチルリチウム1molに対して0.3mol添加した。
[Production Example 10]
(Production of amine-conjugated diene polymer)
<Step 1>
Batch polymerization was carried out using a tank-type reactor equipped with a stirrer and a jacket and having an internal volume of 10 L. 1 L of cyclohexane was placed in the reactor, and n-butyllithium was added thereto so that the amount was 0.13 parts by mass relative to 100 parts by mass of the total monomers. Furthermore, 0.3 mol of N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine (TMEDA) was added thereto relative to 1 mol of n-butyllithium.
次に、スチレン16質量部(全モノマー100質量部に対する。以下、この段落にて同じ。)を含むシクロヘキサン溶液(スチレン濃度:20質量%)を反応器に投入し、70℃で45分重合した。次にブタジエン68質量部を含むシクロヘキサン溶液(ブタジエン濃度:20質量%)を加えて70℃で1.5時間重合した。最後にスチレン16質量部を含むシクロヘキサン溶液(スチレン濃度:20質量%)を投入して、70℃で45分間重合した。次に、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン(以下「DMI」とも略記される。)をn-ブチルリチウム1molに対して等モル添加し、70℃で10分反応させた。反応終了後にメタノールを添加し、工程1として、変性共役ジエン系ブロック共重合体を得た。得られた共役ジエン系ブロック共重合体は、スチレン含有量32質量%、ポリスチレンブロック含有量32質量%、ブタジエン部のビニル結合量36mol%であった。Next, a cyclohexane solution (styrene concentration: 20% by mass) containing 16 parts by mass of styrene (relative to 100 parts by mass of total monomers; the same applies hereinafter in this paragraph) was added to the reactor and polymerized at 70°C for 45 minutes. Next, a cyclohexane solution (butadiene concentration: 20% by mass) containing 68 parts by mass of butadiene was added and polymerized at 70°C for 1.5 hours. Finally, a cyclohexane solution (styrene concentration: 20% by mass) containing 16 parts by mass of styrene was added and polymerized at 70°C for 45 minutes. Next, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone (hereinafter also abbreviated as "DMI") was added in an amount equal to 1 mole per mole of n-butyllithium, and the mixture was allowed to react at 70°C for 10 minutes. After the reaction was completed, methanol was added, and a modified conjugated diene-based block copolymer was obtained (Step 1). The resulting conjugated diene-based block copolymer had a styrene content of 32% by mass, a polystyrene block content of 32% by mass, and a vinyl bond content of 36 mol% in the butadiene moiety.
<工程2>
得られた変性共役ジエン系ブロック共重合体に、上述した水添触媒を、変性共役ジエン系ブロック共重合体に対しチタン換算濃度が100ppmとなるように添加し、水素圧0.7MPa、温度70℃で水添反応を行った。
<Step 2>
The above-mentioned hydrogenation catalyst was added to the obtained modified conjugated diene block copolymer so that the concentration in terms of titanium relative to the modified conjugated diene block copolymer was 100 ppm, and a hydrogenation reaction was carried out at a hydrogen pressure of 0.7 MPa and a temperature of 70°C.
水添反応終了後、次に安定剤としてオクタデシル-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネートを、変性共役ジエン系ブロック共重合体100質量部に対して0.3質量部添加し、水素添加された変性共役ジエン系ブロック共重合体を製造した。 After the hydrogenation reaction was completed, 0.3 parts by mass of octadecyl-3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate was added as a stabilizer per 100 parts by mass of the modified conjugated diene block copolymer to produce a hydrogenated modified conjugated diene block copolymer.
得られた水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-10)は、スチレン含有量32質量%、ブチレン量36mol%、重量平均分子量7.5万、分子量分布1.2、水素添加率72mol%、変性率は65%(1重合鎖あたりの変性基の数は0.65個)であった。 The resulting hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-10) had a styrene content of 32% by mass, a butylene content of 36 mol%, a weight-average molecular weight of 75,000, a molecular weight distribution of 1.2, a hydrogenation rate of 72 mol%, and a modification rate of 65% (the number of modifying groups per polymer chain was 0.65).
〔変性共役ジエン系ブロック共重合体の製造〕
以下の材料を用いて、共役ジエン系重合体を製造した。
無水マレイン酸(扶桑化学工業(株)製)
ラジカル開始剤:パーヘキサ25B(日油(株)製)
[Production of modified conjugated diene block copolymer]
A conjugated diene polymer was produced using the following materials.
Maleic anhydride (Fuso Chemical Co., Ltd.)
Radical initiator: Perhexa 25B (manufactured by NOF Corporation)
[製造例11]
(変性共役ジエン系ブロック共重合体(aa-1)の製造)
<工程3>
ペレット状にした水素添加された共役ジエン系重合体(a-1)100質量部と、無水マレイン酸2.1質量部と、パーヘキサ25B 0.12質量部とをドライブレンドした。これらを二軸押出機TEX30((株)日本製鋼所製)で、シリンダー設定温度210℃、スクリュー回転数253rpm、吐出量5kg/時間で溶融混練し、無水マレイン酸共役ジエン系重合体(aa-1)を製造した。
[Production Example 11]
(Production of Modified Conjugated Diene Block Copolymer (aa-1))
<Step 3>
100 parts by mass of the pelletized hydrogenated conjugated diene polymer (a-1), 2.1 parts by mass of maleic anhydride, and 0.12 parts by mass of Perhexa 25B were dry blended and melt-kneaded in a twin-screw extruder TEX30 (manufactured by The Japan Steel Works, Ltd.) at a cylinder setting temperature of 210°C, a screw rotation speed of 253 rpm, and a discharge rate of 5 kg/hour to produce a maleic anhydride conjugated diene polymer (aa-1).
[製造例12]
(変性共役ジエン系ブロック共重合体(aa-2a)の製造)
<工程3>
ペレット状にした水素添加された共役ジエン系重合体(a-2)100質量部と、無水マレイン酸2.1質量部と、パーヘキサ25B 0.12質量部とを用いてドライブレンドしたこと以外は製造例11と同様にして、共役ジエン系重合体(aa-2a)を製造した。
[Production Example 12]
(Production of modified conjugated diene-based block copolymer (aa-2a))
<Step 3>
A conjugated diene polymer (aa-2a) was produced in the same manner as in Production Example 11, except that 100 parts by mass of the pelletized hydrogenated conjugated diene polymer (a-2), 2.1 parts by mass of maleic anhydride, and 0.12 parts by mass of Perhexa 25B were dry blended.
[製造例13]
(変性共役ジエン系ブロック共重合体(aa-2b)の製造)
<工程3>
ドライブレンドの際の各成分を、ペレット状にした水素添加された共役ジエン系重合体(a-2)100質量部と、無水マレイン酸4.2質量部と、パーヘキサ25B 0.48質量部とに変更したこと以外は製造例11と同様にして、無水マレイン酸共役ジエン系重合体(aa-2b)を製造した。
[Production Example 13]
(Production of modified conjugated diene-based block copolymer (aa-2b))
<Step 3>
A maleic anhydride conjugated diene polymer (aa-2b) was produced in the same manner as in Production Example 11, except that the components used in dry blending were changed to 100 parts by mass of the pelletized hydrogenated conjugated diene polymer (a-2), 4.2 parts by mass of maleic anhydride, and 0.48 parts by mass of Perhexa 25B.
[製造例14]
(変性共役ジエン系ブロック共重合体(aa-3)の製造)
<工程3>
ドライブレンドの際の各成分を、ペレット状にした水素添加された共役ジエン系重合体(a-3)100質量部と、無水マレイン酸2.1質量部と、パーヘキサ25B 0.12質量部とに変更したこと以外は製造例11と同様にして、無水マレイン酸共役ジエン系重合体(aa-3)を製造した。
[Production Example 14]
(Production of modified conjugated diene-based block copolymer (aa-3))
<Step 3>
A maleic anhydride conjugated diene polymer (aa-3) was produced in the same manner as in Production Example 11, except that the components used in dry blending were changed to 100 parts by mass of the pelletized hydrogenated conjugated diene polymer (a-3), 2.1 parts by mass of maleic anhydride, and 0.12 parts by mass of Perhexa 25B.
[製造例15]
(変性共役ジエン系ブロック共重合体(aa-4)の製造)
<工程3>
ドライブレンドの際の各成分を、ペレット状にした水素添加された共役ジエン系重合体(a-4)100質量部と、無水マレイン酸1.4質量部と、パーヘキサ25B 0.08質量部とに変更したこと以外は製造例11と同様にして、無水マレイン酸共役ジエン系重合体(aa-4)を製造した。
[Production Example 15]
(Production of modified conjugated diene-based block copolymer (aa-4))
<Step 3>
A maleic anhydride conjugated diene polymer (aa-4) was produced in the same manner as in Production Example 11, except that the components used in dry blending were changed to 100 parts by mass of the pelletized hydrogenated conjugated diene polymer (a-4), 1.4 parts by mass of maleic anhydride, and 0.08 parts by mass of Perhexa 25B.
[製造例16]
(変性共役ジエン系ブロック共重合体(aa-5)の製造)
<工程3>
ドライブレンドの際の各成分を、ペレット状にした水素添加された共役ジエン系重合体(a-5)100質量部と、無水マレイン酸1.4質量部と、パーヘキサ25B 0.08質量部とに変更したこと以外は製造例11と同様にして、無水マレイン酸共役ジエン系重合体(aa-5)を製造した。
[Production Example 16]
(Production of modified conjugated diene-based block copolymer (aa-5))
<Step 3>
A maleic anhydride conjugated diene polymer (aa-5) was produced in the same manner as in Production Example 11, except that the components used in dry blending were changed to 100 parts by mass of the pelletized hydrogenated conjugated diene polymer (a-5), 1.4 parts by mass of maleic anhydride, and 0.08 parts by mass of Perhexa 25B.
[製造例17]
(変性共役ジエン系ブロック共重合体(aa-6)の製造)
<工程3>
ドライブレンドの際の各成分を、ペレット状にした水素添加された共役ジエン系重合体(a-6)100質量部と、無水マレイン酸1.4質量部と、パーヘキサ25B 0.08質量部とに変更したこと以外は製造例11と同様にして、無水マレイン酸共役ジエン系重合体(aa-6)を製造した。
[Production Example 17]
(Production of modified conjugated diene-based block copolymer (aa-6))
<Step 3>
A maleic anhydride conjugated diene polymer (aa-6) was produced in the same manner as in Production Example 11, except that the components used in dry blending were changed to 100 parts by mass of the pelletized hydrogenated conjugated diene polymer (a-6), 1.4 parts by mass of maleic anhydride, and 0.08 parts by mass of Perhexa 25B.
[製造例18]
(変性共役ジエン系ブロック共重合体(aa-7)の製造)
<工程3>
ドライブレンドの際の各成分を、ペレット状にした水素添加された共役ジエン系重合体(a-7)100質量部と、無水マレイン酸1.4質量部と、パーヘキサ25B 0.08質量部とに変更したこと以外は製造例11と同様にして、無水マレイン酸共役ジエン系重合体(aa-7)を製造した。
[Production Example 18]
(Production of modified conjugated diene-based block copolymer (aa-7))
<Step 3>
A maleic anhydride conjugated diene polymer (aa-7) was produced in the same manner as in Production Example 11, except that the components used in dry blending were changed to 100 parts by mass of the pelletized hydrogenated conjugated diene polymer (a-7), 1.4 parts by mass of maleic anhydride, and 0.08 parts by mass of Perhexa 25B.
[製造例19]
(変性共役ジエン系ブロック共重合体(aa-8)の製造)
<工程3>
ドライブレンドの際の各成分を、ペレット状にした水素添加された共役ジエン系重合体(a-8)100質量部と、無水マレイン酸2.1質量部と、パーヘキサ25B 0.12質量部とに変更したこと以外は製造例11と同様にして、無水マレイン酸共役ジエン系重合体(aa-8)を製造した。
[Production Example 19]
(Production of modified conjugated diene-based block copolymer (aa-8))
<Step 3>
A maleic anhydride conjugated diene polymer (aa-8) was produced in the same manner as in Production Example 11, except that the components used in dry blending were changed to 100 parts by mass of the pelletized hydrogenated conjugated diene polymer (a-8), 2.1 parts by mass of maleic anhydride, and 0.12 parts by mass of Perhexa 25B.
[製造例20]
(変性共役ジエン系ブロック共重合体(aa-9)の製造)
<工程3>
ドライブレンドの際の各成分を、ペレット状にした水素添加された共役ジエン系重合体(a-9)100質量部と、無水マレイン酸2.1質量部と、パーヘキサ25B 0.12質量部、シリンダー設定温度240℃に変更したこと以外は製造例11と同様にして、無水マレイン酸共役ジエン系重合体(aa-9)を製造した。
[Production Example 20]
(Production of modified conjugated diene-based block copolymer (aa-9))
<Step 3>
A maleic anhydride conjugated diene polymer (aa-9) was produced in the same manner as in Production Example 11, except that the components used in dry blending were changed to 100 parts by mass of the pelletized hydrogenated conjugated diene polymer (a-9), 2.1 parts by mass of maleic anhydride, and 0.12 parts by mass of Perhexa 25B, and the cylinder set temperature was changed to 240°C.
[製造例21]
(共役ジエン系ブロック共重合体(a-11)の製造)
<工程1>
内容積が10Lの攪拌装置及びジャケット付き槽型反応器を使用してバッチ重合を行った。反応器に1Lのシクロヘキサンを入れ、n-ブチルリチウムを全モノマー100質量部に対して0.04質量部となるように添加し、更にN,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン(TMEDA)をn-ブチルリチウム1molに対して0.3mol添加した。
[Production Example 21]
(Production of conjugated diene block copolymer (a-11))
<Step 1>
Batch polymerization was carried out using a tank-type reactor equipped with a stirrer and a jacket and having an internal volume of 10 L. 1 L of cyclohexane was placed in the reactor, and n-butyllithium was added thereto in an amount of 0.04 parts by mass relative to 100 parts by mass of the total monomers. Furthermore, 0.3 mol of N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine (TMEDA) was added thereto relative to 1 mol of n-butyllithium.
次に、スチレン16質量部(全モノマー100質量部に対する。以下、この段落にて同じ。)を含むシクロヘキサン溶液(スチレン濃度:20質量%)を反応器に投入し、70℃で45分間重合した。次にブタジエン68質量部を含むシクロヘキサン溶液(ブタジエン濃度:20質量%)を加えて70℃で1.5時間重合した。最後にスチレン16質量部を含むシクロヘキサン溶液(スチレン濃度:20質量%)を投入して、70℃で45分間重合した。反応終了後にメタノールを添加し、工程1として、共役ジエン系ブロック共重合体を得た。Next, a cyclohexane solution (styrene concentration: 20% by mass) containing 16 parts by mass of styrene (relative to 100 parts by mass of total monomers; the same applies hereinafter in this paragraph) was added to the reactor and polymerized at 70°C for 45 minutes. Next, a cyclohexane solution (butadiene concentration: 20% by mass) containing 68 parts by mass of butadiene was added and polymerized at 70°C for 1.5 hours. Finally, a cyclohexane solution (styrene concentration: 20% by mass) containing 16 parts by mass of styrene was added and polymerized at 70°C for 45 minutes. After the reaction was completed, methanol was added, and a conjugated diene block copolymer was obtained as step 1.
得られた共役ジエン系ブロック共重合体は、スチレン含有量32質量%、ポリスチレンブロック含有量32質量%、ブタジエン部のビニル結合量36mol%であった。 The resulting conjugated diene block copolymer had a styrene content of 32% by mass, a polystyrene block content of 32% by mass, and a vinyl bond content of 36 mol% in the butadiene portion.
<工程2>
得られた共役ジエン系ブロック共重合体に、上述した水添触媒を、共役ジエン系ブロック共重合体に対しチタン換算濃度が100ppmとなるように添加し、水素圧0.7MPa、温度70℃で水素添加反応を行った。
<Step 2>
The above-mentioned hydrogenation catalyst was added to the obtained conjugated diene block copolymer so that the titanium-equivalent concentration relative to the conjugated diene block copolymer was 100 ppm, and a hydrogenation reaction was carried out at a hydrogen pressure of 0.7 MPa and a temperature of 70°C.
水添反応終了後、次に安定剤としてオクタデシル-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネートを、共役ジエン系ブロック共重合体100質量部に対して0.3質量部添加し、水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体を製造した。 After the hydrogenation reaction was completed, 0.3 parts by mass of octadecyl-3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate was added as a stabilizer per 100 parts by mass of the conjugated diene block copolymer to produce a hydrogenated conjugated diene block copolymer.
得られた水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-11)は、スチレン含有量32質量%、ブチレン量36mol%、重量平均分子量28.7万、分子量分布1.2、水素添加率75mol%であった。 The obtained hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-11) had a styrene content of 32% by mass, a butylene content of 36 mol%, a weight average molecular weight of 287,000, a molecular weight distribution of 1.2, and a hydrogenation rate of 75 mol%.
[製造例22~25]
(共役ジエン系ブロック共重合体(a-12~15)の製造)
n-ブチルリチウム量、TMEDA量を調整して、その他は製造例9と同様にして製造した。
[Production Examples 22 to 25]
(Production of conjugated diene block copolymers (a-12 to 15))
The production was carried out in the same manner as in Production Example 9, except for adjusting the amounts of n-butyllithium and TMEDA.
得られた水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-12)は、スチレン含有量32質量%、ブチレン量36mol%、重量平均分子量19.0万、分子量分布1.2、水素添加率99mol%であった。(a-13-1)は、スチレン含有量32質量%、ブチレン量36mol%、重量平均分子量35.1万、分子量分布1.2、水素添加率99mol%であった。(a-14)は、スチレン含有量32質量%、ブチレン量58mol%、重量平均分子量35.1万、分子量分布1.2、水素添加率99mol%であった。(a-15-1)は、スチレン含有量32質量%、ブチレン量36mol%、重量平均分子量45.1万、分子量分布1.2、水素添加率99mol%であった。The resulting hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-12) had a styrene content of 32% by mass, a butylene content of 36 mol%, a weight-average molecular weight of 190,000, a molecular weight distribution of 1.2, and a hydrogenation rate of 99 mol%. (a-13-1) had a styrene content of 32% by mass, a butylene content of 36 mol%, a weight-average molecular weight of 351,000, a molecular weight distribution of 1.2, and a hydrogenation rate of 99 mol%. (a-14) had a styrene content of 32% by mass, a butylene content of 58 mol%, a weight-average molecular weight of 351,000, a molecular weight distribution of 1.2, and a hydrogenation rate of 99 mol%. (a-15-1) had a styrene content of 32% by mass, a butylene content of 36 mol%, a weight-average molecular weight of 451,000, a molecular weight distribution of 1.2, and a hydrogenation rate of 99 mol%.
(a-13-1)にトリス(2,4-ジ-tert-ブチルフェノキシ)ホスフィンをリン原子換算で10ppm、50ppm、および100ppmとなるように添加して、(a-13-2)、(a-13-3)、および(a-13-4)をそれぞれ得た。 Tris(2,4-di-tert-butylphenoxy)phosphine was added to (a-13-1) to give concentrations of 10 ppm, 50 ppm, and 100 ppm in terms of phosphorus atoms, to obtain (a-13-2), (a-13-3), and (a-13-4), respectively.
得られた水添ブロック共重合体の溶液を以下に示す脱灰操作を行うことで開始剤及び水添触媒起因の金属量低減を図った。すなわち、水天終了後,水添ブロック共重合体100質量部に対して30質量部の水/硫酸の混合溶液を添加した。なお、硫酸の添加量は、後工程でデカンターにより除去される水のpHが7.0になるように調整した。該溶液をデカンターにより水の量が3質量部になるまで、大部分の水を除去し、炭酸ガスを開始剤の金属1molに対し、0.4mol添加し混合した。その後、安定剤としてオクタデシル-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネートを0.3質量部添加した。該溶液を特公平05-54845号公報に記載のスチームストリッピング法(90~98℃の水中で溶媒の大部分を除去した後、クラム濃度が約5重量%の水分散スラリーを二軸押出機に投入することで脱溶剤する方法)で、水添ブロック共重合体(a-13-5)および(a-13-6)を得た。The resulting hydrogenated block copolymer solution was deashed as follows to reduce the amount of metals originating from the initiator and hydrogenation catalyst. Specifically, after the completion of the decalcification, 30 parts by weight of a water/sulfuric acid mixed solution was added to 100 parts by weight of the hydrogenated block copolymer. The amount of sulfuric acid added was adjusted so that the pH of the water removed in a decanter in a subsequent process would be 7.0. Most of the water was removed from the solution in a decanter until the water content was reduced to 3 parts by weight, and 0.4 mol of carbon dioxide gas was added per 1 mol of metal initiator and mixed. Then, 0.3 parts by weight of octadecyl-3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate was added as a stabilizer. The solution was subjected to the steam stripping method described in JP-B 05-54845 (a method in which most of the solvent is removed in water at 90 to 98°C, and then the aqueous dispersion slurry having a crumb concentration of about 5% by weight is introduced into a twin-screw extruder to remove the solvent), thereby obtaining hydrogenated block copolymers (a-13-5) and (a-13-6).
得られた水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-13-1)を凍結粉砕し、ゆるめかさ比重と分散度が表に記載の値となる(a-13-7)~(a-13-11)をそれぞれ得た。 The obtained hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-13-1) was freeze-pulverized to obtain (a-13-7) to (a-13-11), each with a loose bulk density and dispersity shown in the table.
得られた水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-13-1)を凍結粉砕し、ゆるめかさ比重と分散度が表に記載の値とした共役ジエン系ブロック共重合体に、アモルファスシリカおよびステアリン酸カルシウムを1000ppm添着した(a-13-12)および(a-13-13)をそれぞれ得た。 The obtained hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-13-1) was freeze-pulverized to obtain (a-13-12) and (a-13-13), respectively, in which amorphous silica and calcium stearate were added to the conjugated diene block copolymer with the loose bulk density and dispersity values shown in the table.
(a-15-1)にトリス(2,4-ジ-tert-ブチルフェノキシ)ホスフィンをリン原子換算で10ppm、50ppm、および100ppmとなるように添加して、(a-15-2)、(a-15-3)、および(a-15-4)をそれぞれ得た。 Tris(2,4-di-tert-butylphenoxy)phosphine was added to (a-15-1) to give concentrations of 10 ppm, 50 ppm, and 100 ppm in terms of phosphorus atoms to obtain (a-15-2), (a-15-3), and (a-15-4), respectively.
得られた水添ブロック共重合体の溶液を以下に示す脱灰操作を行うことで開始剤及び水添触媒起因の金属量低減を図った。すなわち、水天終了後,水添ブロック共重合体100質量部に対して30質量部の水/硫酸の混合溶液を添加した。なお、硫酸の添加量は、後工程でデカンターにより除去される水のpHが7.0になるように調整した。該溶液をデカンターにより水の量が3質量部になるまで、大部分の水を除去し、炭酸ガスを開始剤の金属1molに対し、0.4mol添加し混合した。その後、安定剤としてオクタデシル-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネートを0.3質量部添加した。該溶液を特公平05-54845号公報に記載のスチームストリッピング法(90~98℃の水中で溶媒の大部分を除去した後、クラム濃度が約5重量%の水分散スラリーを二軸押出機に投入することで脱溶剤する方法)で、水添ブロック共重合体(a-15-5)および(a-15-6)を得た。The resulting hydrogenated block copolymer solution was deashed as follows to reduce the amount of metals originating from the initiator and hydrogenation catalyst. Specifically, after the completion of the decalcification, 30 parts by weight of a water/sulfuric acid mixed solution was added to 100 parts by weight of the hydrogenated block copolymer. The amount of sulfuric acid added was adjusted so that the pH of the water removed in a decanter in a subsequent process would be 7.0. Most of the water was removed from the solution in a decanter until the water content was reduced to 3 parts by weight, and 0.4 mol of carbon dioxide gas was added per 1 mol of metal initiator and mixed. Then, 0.3 parts by weight of octadecyl-3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate was added as a stabilizer. The solution was subjected to the steam stripping method described in JP-B 05-54845 (a method in which most of the solvent is removed in water at 90 to 98°C, and then the aqueous dispersion slurry having a crumb concentration of about 5% by weight is introduced into a twin-screw extruder to remove the solvent), thereby obtaining hydrogenated block copolymers (a-15-5) and (a-15-6).
得られた水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-15-1)を凍結粉砕し、ゆるめかさ比重と分散度が表に記載の値となる(a-15-7)~(a-15-11)をそれぞれ得た。 The obtained hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-15-1) was freeze-pulverized to obtain (a-15-7) to (a-15-11), each with a loose bulk density and dispersity shown in the table.
得られた水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-15-1)を凍結粉砕し、ゆるめかさ比重と分散度が表に記載の値とした共役ジエン系ブロック共重合体に、アモルファスシリカおよびステアリン酸カルシウムを1000ppm添着した(a-15-12)および(a-15-13)をそれぞれ得た。 The obtained hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-15-1) was freeze-pulverized to obtain (a-15-12) and (a-15-13), respectively, in which amorphous silica and calcium stearate were added to the conjugated diene block copolymer with the loose bulk density and dispersity values shown in the table.
[製造例26]
(共役ジエン系ブロック共重合体(a-16)の製造)
n-ブチルリチウム量の変更し、かつスチレンを9.5質量部ずつ導入する様に変更して、その他は製造例9と同様にして製造した。
[Production Example 26]
(Production of conjugated diene block copolymer (a-16))
Production was carried out in the same manner as in Production Example 9, except that the amount of n-butyllithium was changed and styrene was introduced in amounts of 9.5 parts by mass each.
得られた水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-16)は、スチレン含有量19質量%、ブチレン量36mol%、重量平均分子量35.2万、分子量分布1.2、水素添加率99mol%であった。 The obtained hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-16) had a styrene content of 19% by mass, a butylene content of 36 mol%, a weight average molecular weight of 352,000, a molecular weight distribution of 1.2, and a hydrogenation rate of 99 mol%.
[製造例27]
(共役ジエン系ブロック共重合体(a-17)の製造)
<工程1>
内容積が10Lの攪拌装置及びジャケット付き槽型反応器を使用してバッチ重合を行った。反応器に1Lのシクロヘキサンを入れ、n-ブチルリチウムを全モノマー100質量部に対して0.04質量部となるように添加し、更にN,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン(TMEDA)をn-ブチルリチウム1molに対して0.3mol添加した。
[Production Example 27]
(Production of conjugated diene block copolymer (a-17))
<Step 1>
Batch polymerization was carried out using a tank-type reactor equipped with a stirrer and a jacket and having an internal volume of 10 L. 1 L of cyclohexane was placed in the reactor, and n-butyllithium was added thereto in an amount of 0.04 parts by mass relative to 100 parts by mass of the total monomers. Furthermore, 0.3 mol of N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine (TMEDA) was added thereto relative to 1 mol of n-butyllithium.
次に、スチレン15質量部(全モノマー100質量部に対する。以下、この段落にて同じ。)を含むシクロヘキサン溶液(スチレン濃度:20質量%)を反応器に投入し、70℃で45分間重合した。次にブタジエン35質量部/イソプレン35質量部を含むシクロヘキサン溶液(ブタジエンとイソプレン全体の濃度:20質量%)を加えて70℃で1.5時間重合した。最後にスチレン15質量部を含むシクロヘキサン溶液(スチレン濃度:20質量%)を投入して、70℃で45分間重合した。反応終了後にメタノールを添加し、工程1として、共役ジエン系ブロック共重合体を得た。Next, a cyclohexane solution (styrene concentration: 20% by mass) containing 15 parts by mass of styrene (relative to 100 parts by mass of total monomers; the same applies hereinafter in this paragraph) was added to the reactor and polymerized at 70°C for 45 minutes. Next, a cyclohexane solution (styrene concentration: 20% by mass) containing 35 parts by mass of butadiene and 35 parts by mass of isoprene was added and polymerized at 70°C for 1.5 hours. Finally, a cyclohexane solution (styrene concentration: 20% by mass) containing 15 parts by mass of styrene was added and polymerized at 70°C for 45 minutes. After the reaction was completed, methanol was added, and a conjugated diene block copolymer was obtained as step 1.
得られた共役ジエン系ブロック共重合体は、スチレン含有量30質量%、ポリスチレンブロック含有量30質量%、ブタジエン/イソプレン部のビニル結合量36mol%であった。 The resulting conjugated diene block copolymer had a styrene content of 30% by mass, a polystyrene block content of 30% by mass, and a vinyl bond content of 36 mol% in the butadiene/isoprene portion.
<工程2>
得られた共役ジエン系ブロック共重合体に、上述した水添触媒を、共役ジエン系ブロック共重合体に対しチタン換算濃度が100ppmとなるように添加し、水素圧0.7MPa、温度70℃で水素添加反応を行った。
<Step 2>
The above-mentioned hydrogenation catalyst was added to the obtained conjugated diene block copolymer so that the titanium-equivalent concentration relative to the conjugated diene block copolymer was 100 ppm, and a hydrogenation reaction was carried out at a hydrogen pressure of 0.7 MPa and a temperature of 70°C.
水添反応終了後、次に安定剤としてオクタデシル-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネートを、共役ジエン系ブロック共重合体100質量部に対して0.3質量部添加し、水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体を製造した。 After the hydrogenation reaction was completed, 0.3 parts by mass of octadecyl-3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate was added as a stabilizer per 100 parts by mass of the conjugated diene block copolymer to produce a hydrogenated conjugated diene block copolymer.
得られた水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-17)は、スチレン含有量30質量%、ブチレン量36mol%、重量平均分子量45.0万、分子量分布1.2、水素添加率99mol%であった。 The obtained hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-17) had a styrene content of 30% by mass, a butylene content of 36 mol%, a weight average molecular weight of 450,000, a molecular weight distribution of 1.2, and a hydrogenation rate of 99 mol%.
[製造例28]
(共役ジエン系ブロック共重合体(a-18)の製造)
<工程1>
内容積が10Lの攪拌装置及びジャケット付き槽型反応器を使用してバッチ重合を行った。反応器に1Lのシクロヘキサンを入れ、n-ブチルリチウムを全モノマー100質量部に対して0.056質量部となるように添加し、更にN,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン(TMEDA)をn-ブチルリチウム1molに対して1.2mol添加した。
[Production Example 28]
(Production of conjugated diene block copolymer (a-18))
<Step 1>
Batch polymerization was carried out using a tank-type reactor equipped with a stirrer and a jacket and having an internal volume of 10 L. 1 L of cyclohexane was placed in the reactor, and n-butyllithium was added thereto so that the amount was 0.056 parts by mass relative to 100 parts by mass of the total monomers. Furthermore, 1.2 mol of N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine (TMEDA) was added thereto relative to 1 mol of n-butyllithium.
次に、スチレン20質量部(全モノマー100質量部に対する。以下、この段落にて同じ。)を含むシクロヘキサン溶液(スチレン濃度:20質量%)を反応器に投入し、45℃で30分間重合した。次にブタジエン80質量部を含むシクロヘキサン溶液(ブタジエン濃度:20質量%)を加えて80℃で1.0時間重合した。最後にテトラメトキシシランをn-ブチルリチウム1molに対して0.27mol添加してカップリング反応を行った。反応終了後にメタノールを添加し、工程1として、共役ジエン系ブロック共重合体を得た。Next, a cyclohexane solution (styrene concentration: 20% by mass) containing 20 parts by mass of styrene (relative to 100 parts by mass of total monomers; the same applies hereinafter in this paragraph) was added to the reactor and polymerized at 45°C for 30 minutes. Next, a cyclohexane solution (butadiene concentration: 20% by mass) containing 80 parts by mass of butadiene was added and polymerized at 80°C for 1.0 hour. Finally, 0.27 mol of tetramethoxysilane was added per 1 mol of n-butyllithium to carry out a coupling reaction. After the reaction was completed, methanol was added, and a conjugated diene-based block copolymer was obtained as step 1.
得られた共役ジエン系ブロック共重合体は、スチレン含有量20質量%、ポリスチレンブロック含有量20質量%、ブタジエン部のビニル結合量63mol%であった。 The resulting conjugated diene block copolymer had a styrene content of 20% by mass, a polystyrene block content of 20% by mass, and a vinyl bond content of 63 mol% in the butadiene portion.
<工程2>
得られた共役ジエン系ブロック共重合体に、上述した水添触媒を、共役ジエン系ブロック共重合体100質量部当たりにチタン換算濃度が100ppmとなるように添加し、水素圧0.7MPa、温度70℃で水素添加反応を行った。
<Step 2>
The above-mentioned hydrogenation catalyst was added to the obtained conjugated diene block copolymer so that the titanium-equivalent concentration was 100 ppm per 100 parts by mass of the conjugated diene block copolymer, and a hydrogenation reaction was carried out at a hydrogen pressure of 0.7 MPa and a temperature of 70°C.
水添反応終了後、次に安定剤としてオクタデシル-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネートを、共役ジエン系ブロック共重合体100質量部に対して0.3質量部添加し、水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体を製造した。 After the hydrogenation reaction was completed, 0.3 parts by mass of octadecyl-3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate was added as a stabilizer per 100 parts by mass of the conjugated diene block copolymer to produce a hydrogenated conjugated diene block copolymer.
得られた水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-18)は、スチレン含有量20質量%、ブチレン量62mol%、重量平均分子量43.4万、分子量分布2.3、水素添加率99mol%であった。 The obtained hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-18) had a styrene content of 20% by mass, a butylene content of 62 mol%, a weight average molecular weight of 434,000, a molecular weight distribution of 2.3, and a hydrogenation rate of 99 mol%.
[製造例29~35]
(アミン共役ジエン系重合体(a-19~25)の製造)
n-ブチルリチウム量、TMEDA量、DMI量を変更して、その他は製造例10と同様にして製造した。
[Production Examples 29 to 35]
(Production of amine-conjugated diene polymers (a-19 to 25))
The production was carried out in the same manner as in Production Example 10, except that the amounts of n-butyllithium, TMEDA, and DMI were changed.
得られた水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-19)は、スチレン含有量32質量%、ブチレン量30mol%、重量平均分子量18.0万、分子量分布1.1、水素添加率87mol%、変性率は71%(1重合鎖あたりの変性基の数は0.71個)であった。 The obtained hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-19) had a styrene content of 32% by mass, a butylene content of 30 mol%, a weight-average molecular weight of 180,000, a molecular weight distribution of 1.1, a hydrogenation rate of 87 mol%, and a modification rate of 71% (the number of modifying groups per polymer chain was 0.71).
得られた水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-20)は、スチレン含有量32質量%、ブチレン量21mol%、重量平均分子量20.3万、分子量分布1.1、水素添加率87mol%、変性率は71%(1重合鎖あたりの変性基の数は0.71個)であった。得られた水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-21)は、スチレン含有量32質量%、ブチレン量30mol%、重量平均分子量20.3万、分子量分布1.1、水素添加率87mol%、変性率は70%(1重合鎖あたりの変性基の数は0.70個)であった。(a-22)は、スチレン含有量32質量%、ブチレン量36mol%、重量平均分子量25.2万、分子量分布1.1、水素添加率84mol%、変性率は71%(1重合鎖あたりの変性基の数は0.71個)であった。(a-23)は、スチレン含有量32質量%、ブチレン量36mol%、重量平均分子量25.1万、分子量分布1.1、水素添加率84mol%、変性率は25%(1重合鎖あたりの変性基の数は0.25個)であった。(a-24)は、スチレン含有量32質量%、ブチレン量36mol%、重量平均分子量35.1万、分子量分布1.1、水素添加率84mol%、変性率は71%(1重合鎖あたりの変性基の数は0.71個)であった。(a-25)は、スチレン含有量32質量%、ブチレン量36mol%、重量平均分子量45万、分子量分布1.1、水素添加率84mol%、変性率は71%(1重合鎖あたりの変性基の数は0.71個)であった。The resulting hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-20) had a styrene content of 32% by mass, a butylene content of 21 mol%, a weight-average molecular weight of 203,000, a molecular weight distribution of 1.1, a hydrogenation rate of 87 mol%, and a modification rate of 71% (0.71 modified groups per polymer chain). The resulting hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-21) had a styrene content of 32% by mass, a butylene content of 30 mol%, a weight-average molecular weight of 203,000, a molecular weight distribution of 1.1, a hydrogenation rate of 87 mol%, and a modification rate of 70% (0.70 modified groups per polymer chain). (a-22) had a styrene content of 32% by mass, a butylene content of 36 mol%, a weight-average molecular weight of 252,000, a molecular weight distribution of 1.1, a hydrogenation rate of 84 mol%, and a modification rate of 71% (0.71 modified groups per polymer chain). (a-23) had a styrene content of 32 mass%, a butylene content of 36 mol%, a weight-average molecular weight of 251,000, a molecular weight distribution of 1.1, a hydrogenation rate of 84 mol%, and a modification rate of 25% (the number of modifying groups per polymer chain was 0.25). (a-24) had a styrene content of 32 mass%, a butylene content of 36 mol%, a weight-average molecular weight of 351,000, a molecular weight distribution of 1.1, a hydrogenation rate of 84 mol%, and a modification rate of 71% (the number of modifying groups per polymer chain was 0.71). (a-25) had a styrene content of 32 mass%, a butylene content of 36 mol%, a weight-average molecular weight of 450,000, a molecular weight distribution of 1.1, a hydrogenation rate of 84 mol%, and a modification rate of 71% (the number of modifying groups per polymer chain was 0.71).
[製造例36]
(アミン共役ジエン系重合体(a-26)の製造)
n-ブチルリチウム量を変更し、かつスチレンを19.0質量部ずつ導入する様に変更して、その他は製造例10と同様にして製造した。
[Production Example 36]
(Production of amine-conjugated diene polymer (a-26))
Production was carried out in the same manner as in Production Example 10, except that the amount of n-butyllithium was changed and styrene was introduced in an amount of 19.0 parts by mass each.
得られた水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-26)は、スチレン含有量38質量%、ブチレン量36mol%、重量平均分子量25.2万、分子量分布1.1、水素添加率83mol%、変性率は70%(1重合鎖あたりの変性基の数は0.70個)であった。 The obtained hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-26) had a styrene content of 38% by mass, a butylene content of 36 mol%, a weight-average molecular weight of 252,000, a molecular weight distribution of 1.1, a hydrogenation rate of 83 mol%, and a modification rate of 70% (the number of modifying groups per polymer chain was 0.70).
[製造例37]
(アミン共役ジエン系重合体(a-27)の製造)
n-ブチルリチウム量を変更し、かつスチレンを21質量部ずつ導入する様に変更して、その他は製造例10と同様にして製造した。
[Production Example 37]
(Production of amine-conjugated diene polymer (a-27))
Production was carried out in the same manner as in Production Example 10, except that the amount of n-butyllithium was changed and styrene was introduced in an amount of 21 parts by mass each.
得られた水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-27)は、スチレン含有量42質量%、ブチレン量36mol%、重量平均分子量25.2万、分子量分布1.1、水素添加率84mol%、変性率は75%(1重合鎖あたりの変性基の数は0.75個)であった。 The resulting hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-27) had a styrene content of 42% by mass, a butylene content of 36 mol%, a weight-average molecular weight of 252,000, a molecular weight distribution of 1.1, a hydrogenation rate of 84 mol%, and a modification rate of 75% (the number of modifying groups per polymer chain was 0.75).
[製造例38]
(アミン共役ジエン系重合体(a-28)の製造)
n-ブチルリチウム量を変更し、かつスチレンを6.5質量部ずつ導入する様に変更して、その他は製造例10と同様にして製造した。
[Production Example 38]
(Production of amine-conjugated diene polymer (a-28))
Production was carried out in the same manner as in Production Example 10, except that the amount of n-butyllithium was changed and styrene was introduced in amounts of 6.5 parts by mass each.
得られた水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-28)は、スチレン含有量13質量%、ブチレン量36mol%、重量平均分子量25.0万、分子量分布1.1、水素添加率83mol%、変性率は75%(1重合鎖あたりの変性基の数は0.75個)であった。 The resulting hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-28) had a styrene content of 13% by mass, a butylene content of 36 mol%, a weight-average molecular weight of 250,000, a molecular weight distribution of 1.1, a hydrogenation rate of 83 mol%, and a modification rate of 75% (the number of modifying groups per polymer chain was 0.75).
[製造例39]
(アミン共役ジエン系重合体(a-29)の製造)
n-ブチルリチウム量、TMEDA量を調整して、その他は製造例10と同様にして製造した。
[Production Example 39]
(Production of amine-conjugated diene polymer (a-29))
The production was carried out in the same manner as in Production Example 10, except that the amounts of n-butyllithium and TMEDA were adjusted.
得られた水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-29)は、スチレン含有量32質量%、ブチレン量59mol%、重量平均分子量25.0万、分子量分布1.1、水素添加率83mol%、変性率は75%(1重合鎖あたりの変性基の数は0.75個)であった。 The resulting hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-29) had a styrene content of 32% by mass, a butylene content of 59 mol%, a weight-average molecular weight of 250,000, a molecular weight distribution of 1.1, a hydrogenation rate of 83 mol%, and a modification rate of 75% (the number of modifying groups per polymer chain was 0.75).
[製造例40]
(アミン共役ジエン系重合体(a-30)の製造)
DMIの代わりにN,N-ビス(トリメチルシリル)アミノプロピルメチルジエトキシシランを用いた以外は(a-24)と同様に水素添加体を製造し、その後脱シリル保護基により、変性共役ジエン系ブロック共重合体(a-30)を製造した。
[Manufacture Example 40]
(Production of amine-conjugated diene polymer (a-30))
A hydrogenated product was produced in the same manner as in (a-24), except that N,N-bis(trimethylsilyl)aminopropylmethyldiethoxysilane was used instead of DMI, and then a modified conjugated diene-based block copolymer (a-30) was produced by removing the silyl protecting groups.
得られた水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-30)は、スチレン含有量32質量%、ブチレン量36mol%、重量平均分子量35.1万、分子量分布1.1、水素添加率90mol%、変性率は90%(1重合鎖あたりの変性基の数は0.9個)であった。 The obtained hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-30) had a styrene content of 32% by mass, a butylene content of 36 mol%, a weight-average molecular weight of 351,000, a molecular weight distribution of 1.1, a hydrogenation rate of 90 mol%, and a modification rate of 90% (the number of modifying groups per polymer chain was 0.9).
[製造例41]
(アミン共役ジエン系重合体(a-31)の製造)
DMIの代わり1ー(4ジメチルアミノフェニル)-1-フェニルエチレンを用いた以外は(a-24)と同様に水素添加体を製造し、変性共役ジエン系ブロック共重合体(a-31)を製造した。
[Manufacture Example 41]
(Production of amine-conjugated diene polymer (a-31))
A hydrogenated product was produced in the same manner as in (a-24) except that 1-(4-dimethylaminophenyl)-1-phenylethylene was used instead of DMI, to produce a modified conjugated diene block copolymer (a-31).
得られた水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-31)は、スチレン含有量32質量%、ブチレン量36mol%、重量平均分子量35.1万、分子量分布1.1、水素添加率90mol%、変性率は90%(1重合鎖あたりの変性基の数は0.9個)であった。 The obtained hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-31) had a styrene content of 32% by mass, a butylene content of 36 mol%, a weight average molecular weight of 351,000, a molecular weight distribution of 1.1, a hydrogenation rate of 90 mol%, and a modification rate of 90% (the number of modifying groups per polymer chain was 0.9).
[製造例42]
(アミン共役ジエン系重合体(a-32)の製造)
n-ブチルリチウム量、TMEDA量、スチレンを6.5質量部ずつ導入するように変更して、その他は製造例10と同様にして製造した。
[Manufacture Example 42]
(Production of amine-conjugated diene polymer (a-32))
The same procedures as in Production Example 10 were repeated except that the amount of n-butyllithium, the amount of TMEDA, and the amount of styrene were changed so that each was 6.5 parts by mass.
得られた水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-32)は、スチレン含有量13質量%、ブチレン量36mol%、重量平均分子量15.1万、分子量分布1.2、水素添加率87mol%、変性率は80%(1重合鎖あたりの変性基の数は0.80個)であった。 The resulting hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-32) had a styrene content of 13% by mass, a butylene content of 36 mol%, a weight-average molecular weight of 151,000, a molecular weight distribution of 1.2, a hydrogenation rate of 87 mol%, and a modification rate of 80% (the number of modifying groups per polymer chain was 0.80).
[製造例43]
(アミン共役ジエン系重合体(a-33)の製造)
n-ブチルリチウム量変更して、その他は製造例10と同様にして製造した。
[Manufacture Example 43]
(Production of amine-conjugated diene polymer (a-33))
This was produced in the same manner as in Production Example 10, except for changing the amount of n-butyllithium.
得られた水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-33)は、スチレン含有量32質量%、ブチレン量38mol%、重量平均分子量6.0万、分子量分布1.2、水素添加率87mol%、変性率は72%(1重合鎖あたりの変性基の数は0.72個)であった。The resulting hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-33) had a styrene content of 32% by mass, a butylene content of 38 mol%, a weight-average molecular weight of 60,000, a molecular weight distribution of 1.2, a hydrogenation rate of 87 mol%, and a modification rate of 72% (the number of modifying groups per polymer chain was 0.72).
[製造例44]
(アミン共役ジエン系重合体(a-34)の製造)
n-ブチルリチウム量変更して、TMEDA量、スチレンを12.5質量部ずつ導入するように変更して、その他は製造例10と同様にして製造した。
[Manufacture Example 44]
(Production of amine-conjugated diene polymer (a-34))
Production was carried out in the same manner as in Production Example 10, except that the amount of n-butyllithium was changed, and the amount of TMEDA and styrene were changed so that 12.5 parts by mass were introduced.
得られた水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-34)は、スチレン含有量25質量%、ブチレン量54mol%、重量平均分子量9.0万、分子量分布1.2、水素添加率98mol%、変性率は90%(1重合鎖あたりの変性基の数は0.9個)であった。 The resulting hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-34) had a styrene content of 25% by mass, a butylene content of 54 mol%, a weight-average molecular weight of 90,000, a molecular weight distribution of 1.2, a hydrogenation rate of 98 mol%, and a modification rate of 90% (the number of modifying groups per polymer chain was 0.9).
[製造例45]
(変性共役ジエン系ブロック共重合体(aa-10)の製造)
ドライブレンドの際の各成分を、ペレット状にした水素添加された共役ジエン系重合体(a-13)100質量部と、無水マレイン酸1.5質量部と、パーヘキサ25B 0.10質量部、シリンダー設定温度240℃に変更したこと以外は製造例11と同様にして、無水マレイン酸共役ジエン系重合体(aa-10)を製造した。
[Manufacture Example 45]
(Production of modified conjugated diene-based block copolymer (aa-10))
A maleic anhydride conjugated diene polymer (aa-10) was produced in the same manner as in Production Example 11, except that the components used in dry blending were changed to 100 parts by mass of the pelletized hydrogenated conjugated diene polymer (a-13), 1.5 parts by mass of maleic anhydride, and 0.10 parts by mass of Perhexa 25B, and the cylinder set temperature was changed to 240°C.
[製造例46]
(変性共役ジエン系ブロック共重合体(aa-11)の製造)
ドライブレンドの際の各成分を、ペレット状にした水素添加された共役ジエン系重合体(a-13)100質量部と、無水マレイン酸2.1質量部と、パーヘキサ25B 0.14質量部、シリンダー設定温度240℃に変更したこと以外は製造例11と同様にして、無水マレイン酸共役ジエン系重合体(aa-11)を製造した。
[Manufacture Example 46]
(Production of modified conjugated diene block copolymer (aa-11))
A maleic anhydride conjugated diene polymer (aa-11) was produced in the same manner as in Production Example 11, except that the components used in dry blending were changed to 100 parts by mass of the pelletized hydrogenated conjugated diene polymer (a-13), 2.1 parts by mass of maleic anhydride, and 0.14 parts by mass of Perhexa 25B, and the cylinder set temperature was changed to 240°C.
[製造例47]
(変性共役ジエン系ブロック共重合体(aa-12)の製造)
ドライブレンドの際の各成分を、ペレット状にした水素添加された共役ジエン系重合体(a-13)100質量部と、無水マレイン酸2.1質量部と、パーヘキサ25B 0.12質量部、シリンダー設定温度250℃に変更したこと以外は製造例11と同様にして、無水マレイン酸共役ジエン系重合体(aa-12)を製造した。
[Manufacture example 47]
(Production of modified conjugated diene-based block copolymer (aa-12))
A maleic anhydride conjugated diene polymer (aa-12) was produced in the same manner as in Production Example 11, except that the components used in dry blending were changed to 100 parts by mass of the pelletized hydrogenated conjugated diene polymer (a-13), 2.1 parts by mass of maleic anhydride, and 0.12 parts by mass of Perhexa 25B, and the cylinder set temperature was changed to 250°C.
[製造例48]
(共役ジエン系重合体(a―35)の製造)
n-ブチルリチウム量を変更して、その他は製造例1と同様にして製造した。得られた水素添加された共役ジエン系ブロック共重合体(a-35)は、スチレン含有量32質量%、ブチレン量36mol%、重量平均分子量3.9万、分子量分布1.2、水素添加率99mol%であった。
[Manufacture example 48]
(Production of conjugated diene polymer (a-35))
Except for changing the amount of n-butyllithium, production was carried out in the same manner as in Production Example 1. The obtained hydrogenated conjugated diene block copolymer (a-35) had a styrene content of 32 mass%, a butylene content of 36 mol%, a weight average molecular weight of 39,000, a molecular weight distribution of 1.2, and a hydrogenation rate of 99 mol%.
(ポリフッ化ビニリデン(a―36))
バインダー(a―36)としてPVDF(ポリフッ化ビニリデン、株式会社クレハ製、KF -1100)を用いた。
(Polyvinylidene fluoride (a-36))
PVDF (polyvinylidene fluoride, manufactured by Kureha Corporation, KF-1100) was used as the binder (a-36).
実施例1~実施例85および比較例1~2は、上述した配合に従い電極を作製し評価した。 For Examples 1 to 85 and Comparative Examples 1 and 2, electrodes were prepared and evaluated according to the above-mentioned formulation.
表1の結果より、実施例1~85は、接着性に優れ、電気化学的安定性にも優れた共役ジエン系重合体であり、また含有水分量も少なく、全固体電池バインダーとして適していることがわかった。なかでも変性基を有する分子量の高いバインダーは、接着性、結着性、揮発性のバランスに優れており、実施例65~80のように変性基当量が少ない分子量の高いバインダーでも高い結着性を示すことがわかった。また、変性基の少ないバインダーは高分子化しても導電助剤の分散性に優れることがわかった。また、実施例21-23,36-38,50-52より、リン化合物を含むバインダーは熱安定性に優れることが分かった。また、実施例24-25,39-40,53-54より、金属残差の少ないバインダーは熱安定性に優れることが分かった。熱安定性は、使用前の予備乾燥時の熱劣化や、電池性能の低下の指標となる。また、実施例26-30,41-45,55-59より、圧縮度が低いバインダーは、フィード安定性に優れることが分かった。また、実施例31-32,46-47,60-61より、外潤剤を添着したバインダーはフィード安定性に優れることが分かった。The results in Table 1 indicate that Examples 1 to 85 are conjugated diene polymers with excellent adhesion and electrochemical stability, as well as low moisture content, making them suitable as binders for all-solid-state batteries. Among these, high-molecular-weight binders with modified groups exhibited an excellent balance of adhesion, binding, and volatility. Even high-molecular-weight binders with low modified group equivalents, such as those in Examples 65 to 80, exhibited high binding properties. Furthermore, binders with fewer modified groups were found to have excellent dispersibility of conductive additives even when polymerized. Furthermore, Examples 21-23, 36-38, and 50-52 indicated that binders containing phosphorus compounds exhibited excellent thermal stability. Furthermore, Examples 24-25, 39-40, and 53-54 indicated that binders with low metal residues exhibited excellent thermal stability. Thermal stability is an indicator of thermal degradation during pre-drying before use and a decline in battery performance. Furthermore, Examples 26-30, 41-45, and 55-59 show that binders with low compressibility have excellent feed stability, and Examples 31-32, 46-47, and 60-61 show that binders to which an external lubricant is applied have excellent feed stability.
本発明の変性共役ジエン系ブロック共重合体は、全固体電池をはじめとする電池のバインダーとしての産業上の利用可能性を有する。 The modified conjugated diene block copolymer of the present invention has industrial applicability as a binder for batteries, including all-solid-state batteries.
100 全固体電池
110 固体電解質層
140 正極層
150 負極層
160 正極集電体
170 負極集電体
180 外装
100 All solid battery 110 Solid electrolyte layer 140 Positive electrode layer 150 Negative electrode layer 160 Positive electrode current collector 170 Negative electrode current collector 180 Exterior
Claims (23)
共役ジエン系重合体を含有し、
前記共役ジエン系重合体が変性基を有し、前記変性基が、酸無水物基、ヒドロキシル基、カルボニル基、カルボキシル基、アミノ基、エポキシ基、アミド基、ウレタン基、ウレア基、イソシアネート基、及びイオン性基からなる群より選ばれる一つ以上であり、
前記変性基が、前記共役ジエン系重合体100g中に0.10mmol以上、0.50mmol以下である、
全固体電池バインダー。 The polymer block has a polymer block mainly composed of a vinyl aromatic monomer unit, and has a weight average molecular weight of 40,000 to 2,000,000.
Contains a conjugated diene polymer,
the conjugated diene polymer has a modifying group, and the modifying group is at least one selected from the group consisting of an acid anhydride group, a hydroxyl group, a carbonyl group, a carboxyl group , an amino group, an epoxy group, an amide group, a urethane group, a urea group, an isocyanate group, and an ionic group;
the modifying group is present in an amount of 0.10 mmol or more and 0.50 mmol or less in 100 g of the conjugated diene polymer;
Solid-state battery binder.
請求項1又は2に記載の全固体電池バインダー。 the content of the polymer block is 40% by weight or less based on the total amount of the conjugated diene-based polymer;
The all-solid-state battery binder according to claim 1 or 2.
請求項1~3のいずれか一項に記載の全固体電池バインダー。 the amount of vinyl bonds in the conjugated diene monomer units contained in the conjugated diene polymer before hydrogenation is 20 mol % to 60 mol % relative to 100 mol % in total of the conjugated diene monomer units;
The all-solid-state battery binder according to any one of claims 1 to 3.
請求項1~4のいずれか一項に記載の全固体電池バインダー。 the conjugated diene polymer has a toluene-insoluble content of 10 wt % or less;
The all-solid-state battery binder according to any one of claims 1 to 4.
請求項1~5のいずれか一項に記載の全固体電池バインダー。 the modifying group is a primary amino group or a secondary amino group;
The all-solid-state battery binder according to any one of claims 1 to 5.
請求項1~6のいずれか一項に記載の全固体電池バインダー。 an end or a coupling portion of the conjugated diene polymer has the modifying group;
The all-solid-state battery binder according to any one of claims 1 to 6.
請求項1~7のいずれか一項に記載の全固体電池バインダー。 the conjugated diene polymer has a polymer block mainly composed of a conjugated diene monomer unit;
The all-solid-state battery binder according to any one of claims 1 to 7.
請求項1~8のいずれか一項に記載の全固体電池バインダー。 The conjugated diene polymer is hydrogenated.
The all-solid-state battery binder according to any one of claims 1 to 8.
前記共役ジエン系重合体が、共役ジエン単量体単位を主体とする重合体ブロックを有する、
請求項1~9のいずれか一項に記載の全固体電池バインダー。 the butylene amount and/or propylene amount of the conjugated diene monomer units contained in the conjugated diene polymer is 20 mol % to 60 mol % relative to 100 mol % in total of the conjugated diene monomer units;
the conjugated diene polymer has a polymer block mainly composed of a conjugated diene monomer unit;
The all-solid-state battery binder according to any one of claims 1 to 9.
請求項1~10のいずれか一項に記載の全固体電池バインダー。 The conjugated diene polymer has a loose bulk density of 0.15 g/cm or more, a degree of compression of less than 30, and is in the form of powder or crumb.
The all-solid-state battery binder according to any one of claims 1 to 10.
請求項1~11のいずれか一項に記載の全固体電池バインダー。 the total content of the transition metal element and Al, Li, Fe, Zn, and Mg in the conjugated diene polymer is 200 ppm or less in terms of atoms relative to the conjugated diene polymer;
The all-solid-state battery binder according to any one of claims 1 to 11.
請求項1~11のいずれか一項に記載の全固体電池バインダー。 The composition contains the conjugated diene polymer and a phosphorus compound, and the phosphorus atom content is 10 ppm or more relative to the conjugated diene polymer.
The all-solid-state battery binder according to any one of claims 1 to 11.
請求項1~13にずれか一項に記載の全固体電池バインダー。 containing at least one selected from the group consisting of silica, higher fatty acid metal salts, polyolefins, and fatty acid amides;
The all-solid-state battery binder according to any one of claims 1 to 13.
請求項1~14のいずれか一項に記載の全固体電池バインダー。 The conjugated diene polymer has isoprene as a conjugated diene polymer unit.
The all-solid-state battery binder according to any one of claims 1 to 14.
請求項1~15のいずれか一項に記載の全固体電池バインダー。 The moisture content is 200 ppm or less.
The all-solid-state battery binder according to any one of claims 1 to 15.
正極活物質と、を含み、
水分量が200ppm以下である正極層。 The all-solid-state battery binder according to any one of claims 1 to 16,
a positive electrode active material,
A positive electrode layer having a moisture content of 200 ppm or less.
イオン伝導性の固体電解質と、を含み、
水分量が200ppm以下である固体電解質層。 The all-solid-state battery binder according to any one of claims 1 to 16,
an ion-conducting solid electrolyte;
A solid electrolyte layer having a moisture content of 200 ppm or less.
負極活物質と、を含み、
水分量が200ppm以下である負極層。 The all-solid-state battery binder according to any one of claims 1 to 16,
a negative electrode active material,
A negative electrode layer having a moisture content of 200 ppm or less.
全固体電池。 The cathode layer according to claim 18, the solid electrolyte layer according to claim 19, and the anode layer according to claim 20 are included.
All-solid-state battery.
請求項21に記載の全固体電池。 The moisture content is 200 ppm or less.
The all-solid-state battery according to claim 21.
前記スラリーを基材に塗布し乾燥させる工程と、を有し、
水分量が200ppm以下である全固体電池バインダーであって、請求項1に記載の全固体電池バインダーを含む、正極層、固体電解質層、及び負極層のうち少なくとも一つの層を製造する方法。 a step of preparing a slurry containing a conjugated diene polymer having a conjugated diene monomer unit, a polymer block mainly composed of a vinyl aromatic monomer unit, and a modifying group, the conjugated diene polymer having a water content of 1 wt % or less, and a solvent;
and applying the slurry to a substrate and drying the slurry.
A method for producing at least one layer of a positive electrode layer, a solid electrolyte layer, and a negative electrode layer, the method comprising the all-solid-state battery binder according to claim 1, wherein the all -solid-state battery binder has a moisture content of 200 ppm or less.
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