JP7848083B2 - Binder for all-solid-state secondary batteries, binder composition for all-solid-state secondary batteries, slurry for all-solid-state secondary batteries, solid electrolyte sheet for all-solid-state secondary batteries and method for producing the same, and all-solid-state secondary batteries and method for producing the same. - Google Patents
Binder for all-solid-state secondary batteries, binder composition for all-solid-state secondary batteries, slurry for all-solid-state secondary batteries, solid electrolyte sheet for all-solid-state secondary batteries and method for producing the same, and all-solid-state secondary batteries and method for producing the same.Info
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Description
本発明は、全固体二次電池用バインダー、全固体二次電池用バインダー組成物、全固体二次電池用スラリー、全固体二次電池用固体電解質シートおよびその製造方法、ならびに全固体二次電池およびその製造方法に関する。 This invention relates to a binder for all-solid-state secondary batteries, a binder composition for all-solid-state secondary batteries, a slurry for all-solid-state secondary batteries, a solid electrolyte sheet for all-solid-state secondary batteries, and a method for producing the same, as well as an all-solid-state secondary battery and a method for producing the same.
近年、電子機器の駆動用電源として、高電圧かつ高エネルギー密度を有する蓄電デバイスが要求されている。このような蓄電デバイスとしては、リチウムイオン電池やリチウムイオンキャパシタなどが期待されている。 In recent years, there has been a growing demand for energy storage devices with high voltage and high energy density to power electronic devices. Lithium-ion batteries and lithium-ion capacitors are among the promising candidates for such devices.
このような蓄電デバイスに使用される電極は、活物質と、バインダーとして機能する重合体とを含有する組成物(蓄電デバイス電極用スラリー)を集電体の表面に塗布および乾燥させることにより製造される。バインダーとして使用される重合体に要求される特性としては、活物質同士の結合能力および活物質と集電体との密着能力が挙げられる。また、塗布・乾燥された組成物塗膜(以下、「活物質層」ともいう。)を裁断する際、活物質層から活物質の微粉などが脱落しない粉落ち耐性などを挙げることができる。このようなバインダー材料が良好な密着性を発現させて、該バインダー材料に起因する電池の内部抵抗を低減させることで、蓄電デバイスに良好な充放電特性を付与することができる。 The electrodes used in such energy storage devices are manufactured by applying and drying a composition (slurry for energy storage device electrodes) containing an active material and a polymer that functions as a binder onto the surface of a current collector. The required properties of the polymer used as a binder include its ability to bond the active materials together and its ability to adhere to the active materials and the current collector. Furthermore, when cutting the applied and dried composition film (hereinafter also referred to as the "active material layer"), it should exhibit resistance to powder shedding, preventing fine particles of the active material from falling off the active material layer. By exhibiting good adhesion with such a binder material, the internal resistance of the battery caused by the binder material can be reduced, thereby providing the energy storage device with good charge and discharge characteristics.
なお、上記の活物質同士の結合能力および活物質と集電体との密着能力、並びに粉落ち耐性については、性能の良否がほぼ比例関係にあることが経験上明らかになっている。したがって、本明細書では、以下これらを包括して「密着性」という用語を用いて表す場合がある。 Furthermore, empirically, it has been clearly established that the bonding ability between the active materials, the adhesion ability between the active materials and the current collector, and the resistance to powder shedding are roughly proportional to the performance of the materials. Therefore, in this specification, these factors may be collectively referred to as "adhesion."
現在、自動車などの駆動電源や家庭用蓄電池などに用いるため、大型リチウムイオン電池の研究が盛んに行われている。現在汎用されているリチウムイオン二次電池には、電解液が用いられているものが多いが、この電解液を固体電解質に置き換えることによって、構成材料の全てを固体とする全固体二次電池の開発が進められている。 Currently, research into large lithium-ion batteries is thriving for use in applications such as power sources for automobiles and home energy storage systems. While most currently available lithium-ion rechargeable batteries use a liquid electrolyte, development is progressing on all-solid-state rechargeable batteries, where all constituent materials are solid, by replacing the liquid electrolyte with a solid electrolyte.
全固体二次電池は、高いイオン伝導性を示す固体電解質を用いるため、液漏れや発火の危険性がなく、安全性や信頼性に優れている。また、全固体二次電池は、電極のスタックによる高エネルギー密度化にも適している。具体的には、活物質層と固体電解質層とを並べて直列化した構造を持つ電池とすることができ、電池セルを封止する金属パッケージ、電池セルをつなぐ銅線やバスバーを省略することもできるので、電池のエネルギー密度を大幅に高めることができる。また、高電位化が可能な正極材料との相性の良さなども利点として挙げられる。このように、全固体二次電池は、安全性と高エネルギー密度、長寿命を兼ね備えた究極の電池として期待されている。 All-solid-state rechargeable batteries utilize a solid electrolyte with high ionic conductivity, eliminating the risk of leakage or fire, thus offering superior safety and reliability. Furthermore, all-solid-state batteries are well-suited for achieving high energy density through electrode stacking. Specifically, they can be constructed with a series-connected structure of the active material layer and solid electrolyte layer, eliminating the need for metal packaging to seal the battery cells, as well as copper wires and busbars connecting the cells, significantly increasing the battery's energy density. Their compatibility with positive electrode materials capable of high potential is another advantage. Thus, all-solid-state rechargeable batteries are expected to be the ultimate battery, combining safety, high energy density, and long lifespan.
その一方で、全固体二次電池を製造する際の課題も顕在化している。具体的には、電解質としての固体電解質と活物質との接触面積を増大させるために、それらを混合した混合物の加圧成型体とした場合には、該加圧成型体は硬くて脆い加工性に乏しいものとなる。また、活物質はリチウムイオンの吸蔵・放出により体積変化を伴うため、前記加圧成型体では、充放電サイクルに伴って活物質が剥離するなどし、顕著な容量低下が発生するなどの問題を有していた。そこで、成型性を高めるために、前記混合物にバインダー成分をさらに加えて成型性を向上させる技術が検討されている(例えば、特許文献1~3参照)。 On the other hand, challenges in manufacturing all-solid-state secondary batteries have also become apparent. Specifically, when a mixture of solid electrolyte and active material is used as a pressure-molded body to increase the contact area between them, the resulting pressure-molded body becomes hard, brittle, and poorly processable. Furthermore, because the active material undergoes volume changes due to the intercalation and release of lithium ions, the aforementioned pressure-molded body suffers from problems such as the active material delaminating during charge-discharge cycles, leading to a significant decrease in capacity. Therefore, techniques are being investigated to improve moldability by adding binder components to the mixture (see, for example, Patent Documents 1-3).
上記特許文献1~3に開示された高分子化合物からなるバインダー成分を加えることで成型性は向上すると考えられる。しかしながら、固体電解質の表面が高分子化合物に覆われることで、固体電解質間のイオン伝導が阻害されやすいことに加え、昨今の全固体二次電池に要求される高レベルのサイクル寿命特性を満足することができず、さらなる改善が要求されていた。 It is believed that moldability can be improved by adding a binder component consisting of the polymer compounds disclosed in the above-mentioned Patent Documents 1 to 3. However, because the surface of the solid electrolyte is covered with the polymer compound, ion conduction between solid electrolytes is easily inhibited. Furthermore, it is not possible to satisfy the high level of cycle life characteristics required for modern all-solid-state secondary batteries, and further improvements have been requested.
本発明に係る幾つかの態様は、密着性およびイオン伝導性に優れた全固体二次電池を作製でき、かつ、全固体二次電池のサイクル寿命特性を向上させることができる全固体二次電池用バインダーを提供する。 Several aspects of the present invention provide a binder for all-solid-state secondary batteries that can produce all-solid-state secondary batteries with excellent adhesion and ionic conductivity, and that can improve the cycle life characteristics of the all-solid-state secondary batteries.
本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下のいずれかの態様として実現することができる。 This invention was made to solve at least some of the above-mentioned problems and can be realized in any of the following embodiments.
本発明に係る全固体二次電池用バインダーの一態様は、
芳香族ビニル化合物に基づく芳香族ビニル単位と、共役ジエン化合物に基づく共役ジエン単位とを有し、
下記一般式(1)で表される化合物と有機金属化合物との反応生成物である変性開始剤由来の官能基を含む、
共役ジエン系共重合体(A)を含有する。
れる官能基であり、nが2~5の整数の場合、複数のR5は、互いに同一であっても異なっていてもよい。)
It has aromatic vinyl units based on aromatic vinyl compounds and conjugated diene units based on conjugated diene compounds,
The compound, represented by the following general formula (1), contains a functional group derived from a denaturing initiator, which is a reaction product of an organometallic compound.
It contains a conjugated diene copolymer (A).
前記全固体二次電池用バインダーの一態様において、
前記共役ジエン系共重合体(A)が、下記一般式(2)または下記一般式(3)で表される変性剤由来官能基を更に含むことができる。
The conjugated diene copolymer (A) may further contain a functional group derived from a modifying agent represented by the following general formula (2) or the following general formula (3).
前記全固体二次電池用バインダーの一態様において、
前記共役ジエン系共重合体(A)の結合スチレン含量が5~50%であることができる。
In one embodiment of the binder for the all-solid-state secondary battery,
The conjugated diene copolymer (A) may have a bound styrene content of 5 to 50%.
前記全固体二次電池用バインダーの一態様において、
前記共役ジエン系共重合体(A)中の官能基の含有量が、0.0005モル/kg以上0.2モル/kg以下であることができる。
In one embodiment of the binder for the all-solid-state secondary battery,
The functional group content in the conjugated diene copolymer (A) can be 0.0005 mol/kg or more and 0.2 mol/kg or less.
前記全固体二次電池用バインダーの一態様において、
前記共役ジエン系共重合体(A)の数平均分子量(Mn)に対する重量平均分子量(Mw)の比(Mw/Mn)が3以下であることができる。
In one embodiment of the binder for the all-solid-state secondary battery,
The ratio (Mw/Mn) of the weight-average molecular weight (Mw) to the number-average molecular weight (Mn) of the conjugated diene copolymer (A) can be 3 or less.
本発明に係る全固体二次電池用バインダー組成物の一態様は、
前記いずれかの態様の全固体二次電池用バインダーと、液状媒体(B)とを含有し、
前記液状媒体(B)が、脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素、芳香族炭化水素、ケトン類、エステル類およびエーテル類よりなる群から選ばれる少なくとも1種である。
One embodiment of the binder composition for all-solid-state secondary batteries according to the present invention is:
The invention comprises a binder for all-solid-state secondary batteries according to any of the above embodiments, and a liquid medium (B),
The liquid medium (B) is at least one selected from the group consisting of aliphatic hydrocarbons, alicyclic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, ketones, esters, and ethers.
前記全固体二次電池用バインダー組成物の一態様において、
前記共役ジエン系共重合体(A)が前記液状媒体(B)に溶解してなるものであることができる。
In one embodiment of the binder composition for all-solid-state secondary batteries,
The conjugated diene copolymer (A) may be dissolved in the liquid medium (B).
本発明に係る全固体二次電池用スラリーの一態様は、
前記態様の全固体二次電池用バインダー組成物と、固体電解質とを含有する。
One embodiment of the slurry for all-solid-state secondary batteries according to the present invention is:
The present invention contains a binder composition for all-solid-state secondary batteries according to the above embodiment, and a solid electrolyte.
前記全固体二次電池用スラリーの一態様において、
前記固体電解質として、硫化物系固体電解質または酸化物系固体電解質を含有することができる。
In one embodiment of the slurry for the all-solid-state secondary battery,
The solid electrolyte may contain a sulfide-based solid electrolyte or an oxide-based solid electrolyte.
本発明に係る全固体二次電池の一態様は、
正極活物質層と、固体電解質層と、負極活物質層とを少なくとも備え、
前記正極活物質層、前記固体電解質層、および前記負極活物質層の少なくともいずれか1層が、前記態様の全固体二次電池用スラリーを塗布および乾燥させて形成された層である。
One embodiment of the all-solid-state secondary battery according to the present invention is:
It comprises at least a positive electrode active material layer, a solid electrolyte layer, and a negative electrode active material layer,
At least one of the positive electrode active material layer, the solid electrolyte layer, and the negative electrode active material layer is a layer formed by applying and drying the slurry for an all-solid-state secondary battery according to the above embodiment.
本発明に係る全固体二次電池用固体電解質シートの一態様は、
基材上に、前記態様の全固体二次電池用スラリーを塗布および乾燥させて形成された層
を有する。
One embodiment of the solid electrolyte sheet for all-solid-state secondary batteries according to the present invention is:
The substrate has a layer formed by applying and drying the slurry for all-solid-state secondary batteries according to the above embodiment.
本発明に係る全固体二次電池の一態様は、
正極活物質層と、固体電解質層と、負極活物質層とを少なくとも備え、
前記正極活物質層、前記固体電解質層、および前記負極活物質層の少なくともいずれか1層が、前記態様の全固体二次電池用固体電解質シートで形成された層である。
One embodiment of the all-solid-state secondary battery according to the present invention is:
It comprises at least a positive electrode active material layer, a solid electrolyte layer, and a negative electrode active material layer,
At least one of the positive electrode active material layer, the solid electrolyte layer, and the negative electrode active material layer is a layer formed from a solid electrolyte sheet for an all-solid-state secondary battery according to the above embodiment.
本発明に係る全固体二次電池用固体電解質シートの製造方法の一態様は、
前記態様の全固体二次電池用スラリーを基材上に塗布および乾燥させる工程を含む。
One embodiment of the method for manufacturing a solid electrolyte sheet for an all-solid-state secondary battery according to the present invention is:
The process includes applying the slurry for the all-solid-state secondary battery according to the above embodiment onto a substrate and drying it.
本発明に係る全固体二次電池の製造方法の一態様は、
前記態様の全固体二次電池用固体電解質シートの製造方法を介して全固体二次電池を製造する。
One aspect of the method for manufacturing an all-solid-state secondary battery according to the present invention is:
An all-solid-state secondary battery is manufactured by a method for manufacturing a solid electrolyte sheet for an all-solid-state secondary battery according to the above embodiment.
本発明に係る全固体二次電池用バインダーによれば、密着性およびイオン伝導性に優れた全固体二次電池を作製でき、かつ、サイクル寿命特性に優れた全固体二次電池が提供される。 The binder for all-solid-state secondary batteries according to the present invention enables the fabrication of all-solid-state secondary batteries with excellent adhesion and ion conductivity, and provides all-solid-state secondary batteries with excellent cycle life characteristics.
以下、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は、下記に記載された実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形例も含むものとして理解されるべきである。 The following describes preferred embodiments of the present invention in detail. It should be understood that the present invention is not limited to the embodiments described below, but also includes various modifications that do not alter the essence of the invention.
本明細書において、「(メタ)アクリル酸~」とは、「アクリル酸~」または「メタクリル酸~」を表す。 In this specification, "(meth)acrylic acid" refers to "acrylic acid" or "methacrylic acid."
本明細書において、「X~Y」のように記載された数値範囲は、数値Xを下限値として含み、かつ、数値Yを上限値として含むものとして解釈される。 In this specification, numerical ranges described as "X to Y" are interpreted as including the numerical value X as the lower limit and the numerical value Y as the upper limit.
1.全固体二次電池用バインダー
本発明の一実施形態に係る全固体二次電池用バインダーは、芳香族ビニル化合物に基づく芳香族ビニル単位と、共役ジエン化合物に基づく共役ジエン単位とを有し、下記一般式(1)で表される化合物と有機金属化合物との反応生成物である変性開始剤由来の官能基を含む、共役ジエン系共重合体(A)を含有する。
1. Binder for All-Solid-State Secondary Batteries The binder for all-solid-state secondary batteries according to one embodiment of the present invention contains a conjugated diene copolymer (A) which has aromatic vinyl units based on an aromatic vinyl compound and conjugated diene units based on a conjugated diene compound, and contains functional groups derived from a modifying initiator which is a reaction product of a compound represented by the following general formula (1) and an organometallic compound.
以下、共役ジエン系共重合体(A)の構造、製造方法、物性の順に説明する。 The following describes the structure, manufacturing method, and physical properties of the conjugated diene copolymer (A).
1.1.共役ジエン系共重合体(A)の構造
共役ジエン系共重合体(A)は、芳香族ビニル化合物に基づく芳香族ビニル単位と、共役ジエン化合物に基づく共役ジエン単位とを有し、片末端に下記一般式(1)で表される化合物と有機金属化合物との反応生成物である変性開始剤由来の官能基を含む。
1.1. Structure of Conjugated Diene Copolymer (A) The conjugated diene copolymer (A) has aromatic vinyl units based on an aromatic vinyl compound and conjugated diene units based on a conjugated diene compound, and contains a functional group at one end derived from a modifying initiator, which is a reaction product of a compound represented by the following general formula (1) and an organometallic compound.
上記式(1)中、R1~R3は、それぞれ独立して、水素、炭素数1~30のアルキル基、炭素数2~30のアルケニル基、炭素数2~30のアルキニル基、炭素数1~30のヘテロアルキル基、炭素数2~30のヘテロアルケニル基、炭素数2~30のヘテロアルキニル基、炭素数5~30のシクロアルキル基、炭素数6~30のアリール基、または炭素数3~30のヘテロ環基である。R4は、単結合、置換もしくは非置換の炭素数1~20のアルキレン基、置換もしくは非置換の炭素数5~20のシクロアルキレン基、または置換もしくは非置換の炭素数5~20のアリレン基である。ここで、置換基は、炭素数1~10のアルキル基、炭素数5~10のシクロアルキル基、または炭素数6~20のアリール基である。R5は、炭素数1~30のアルキル基、炭素数2~30のアルケニル基、炭素数2~30のアルキニル基、炭素数1~30のヘテロアルキル基、炭素数2~30のヘテロアルケニル基、炭素数2~30のヘテロアルキニル基、炭素数5~30のシクロアルキル基、炭素数6~30のアリール基、炭素数3~30のヘテロ環基、または下記一般式(1a)または下記一般式(1b)で表される官能基である。nは、1~5の整数であり、R5のうち少なくとも一つは、下記一般式(1a)または下記一般式(1b)で表される官能基であり、nが2~5の整数の場合、複数のR5は、互いに同一であっても異なっていてもよい。 In formula (1) above, R1 to R3 are each independently hydrogen, a C1-C30 alkyl group, a C2-C30 alkenyl group, a C2-C30 alkynyl group, a C1-C30 heteroalkyl group, a C2-C30 heteroalkenyl group, a C2-C30 heteroalkynyl group, a C5-C30 cycloalkyl group, a C6-C30 aryl group, or a C3-C30 heterocyclic group. R4 is a single bond, a substituted or unsubstituted C1-C20 alkylene group, a substituted or unsubstituted C5-C20 cycloalkylene group, or a substituted or unsubstituted C5-C20 arylene group. Here, the substituent is a C1-C10 alkyl group, a C5-C10 cycloalkyl group, or a C6-C20 aryl group. R5 is an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 30 carbon atoms, an alkynyl group having 2 to 30 carbon atoms, a heteroalkyl group having 1 to 30 carbon atoms, a heteroalkenyl group having 2 to 30 carbon atoms, a heteroalkynyl group having 2 to 30 carbon atoms, a cycloalkyl group having 5 to 30 carbon atoms, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, a heterocyclic group having 3 to 30 carbon atoms, or a functional group represented by the following general formula (1a) or general formula (1b). n is an integer from 1 to 5, and at least one of R5 is a functional group represented by the following general formula (1a) or general formula (1b). When n is an integer from 2 to 5, multiple R5s may be the same or different from each other.
上記一般式(1a)中、R6は、置換もしくは非置換の炭素数1~20のアルキレン基、置換もしくは非置換の炭素数5~20のシクロアルキレン基、または置換もしくは非置換の炭素数6~20のアリレン基である。ここで、置換基は、炭素数1~10のアルキル基、炭素数5~10のシクロアルキル基、または炭素数6~20のアリール基である。R7およびR8は、それぞれ独立して、炭素数1~10のアルキル基、炭素数5~10のシクロアルキル基、または炭素数6~20のアリール基で置換されるかまたは非置換の炭素数1~20のアルキレン基である。R9は、水素、炭素数1~30のアルキル基、炭素数2~30のアルケニル基、炭素数2~30のアルキニル基、炭素数1~30のヘテロアルキル基、炭素数2~30のヘテロアルケニル基、炭素数2~30のヘテロアルキニル基、炭素数5~30のシクロアルキル基、炭素数6~30のアリール基、または炭素数3~30のヘテロ環基である。Xは、N、OまたはS原子であり、XがOまたはSの場合、R9は存在しない。 In the above general formula (1a), R 6 is a substituted or unsubstituted C1-C20 alkylene group, a substituted or unsubstituted C5-C20 cycloalkylene group, or a substituted or unsubstituted C6-C20 arylene group. Here, the substituent is a C1-C10 alkyl group, a C5-C10 cycloalkyl group, or a C6-C20 aryl group. R 7 and R 8 are each independently a C1-C20 alkyl group, a C5-C10 cycloalkyl group, or a C6-C20 aryl group, or an unsubstituted C1-C20 alkylene group. R9 is hydrogen, a C1-C30 alkyl group, a C2-C30 alkenyl group, a C2-C30 alkynyl group, a C1-C30 heteroalkyl group, a C2-C30 heteroalkenyl group, a C2-C30 heteroalkynyl group, a C5-C30 cycloalkyl group, a C6-C30 aryl group, or a C3-C30 heterocyclic group. X is an N, O, or S atom, and if X is O or S, R9 does not exist.
上記一般式(1b)中、R10は、置換もしくは非置換の炭素数1~20のアルキレン基、置換もしくは非置換の炭素数5~20のシクロアルキレン基、または置換もしくは非置換の炭素数6~20のアリレン基である。ここで、置換基は、炭素数1~10のアルキル基、炭素数5~10のシクロアルキル基、または炭素数6~20のアリール基である。R11およびR12は、それぞれ独立して、炭素数1~30のアルキル基、炭素数2~30のアルケニル基、炭素数2~30のアルキニル基、炭素数1~30のヘテロアルキル基、炭素数2~30のヘテロアルケニル基、炭素数2~30のヘテロアルキニル基、炭素数
5~30のシクロアルキル基、炭素数6~30のアリール基、炭素数3~30のヘテロ環基である。
In the above general formula (1b), R 10 is a substituted or unsubstituted C1-C20 alkylene group, a substituted or unsubstituted C5-C20 cycloalkylene group, or a substituted or unsubstituted C6-C20 arylene group. Here, the substituent is a C1-C10 alkyl group, a C5-C10 cycloalkyl group, or a C6-C20 aryl group. R 11 and R 12 are, independently, a C1-C30 alkyl group, a C2-C30 alkenyl group, a C2-C30 alkynyl group, a C1-C30 heteroalkyl group, a C2-C30 heteroalkenyl group, a C2-C30 heteroalkynyl group, a C5-C30 cycloalkyl group, a C6-C30 aryl group, or a C3-C30 heterocyclic group.
共役ジエン系共重合体(A)は、他の末端に、下記一般式(2)または下記一般式(3)で表される変性剤由来官能基を更に含むことが好ましい。 The conjugated diene copolymer (A) preferably further contains a functional group derived from a modifying agent represented by the following general formula (2) or general formula (3) at another end.
上記式(2)中、R20は、単結合または炭素数1~10のアルキレン基である。R21およびR22は、それぞれ独立して、炭素数1~10のアルキル基である。R23は、単結合または炭素数1~10のアルキレン基である。R24は、水素、炭素数1~10のアルキル基または炭素数1~10のアルキル基で置換された2価、3価もしくは4価のアルキルシリル基である。aは2または3の整数である。cは1~3の整数であり、bは0~2の整数で、かつ、b+c=3である。 In formula (2) above, R 20 is a single bond or an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms. R 21 and R 22 are each independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. R 23 is a single bond or an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms. R 24 is a divalent, trivalent, or tetravalent alkylsilyl group substituted with hydrogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. a is an integer between 2 and 3. c is an integer between 1 and 3, b is an integer between 0 and 2, and b + c = 3.
上記式(3)中、A1およびA2は、それぞれ独立して、炭素数1~20のアルキレン基である。R25~R28は、それぞれ独立して、炭素数1~20のアルキル基である。L1~L4は、それぞれ独立して、炭素数1~10のアルキル基で置換された2価、3価もしくは4価のアルキルシリル基、または炭素数1~20のアルキル基である。 In formula (3) above, A1 and A2 are each independently an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms. R25 to R28 are each independently an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms. L1 to L4 are each independently a divalent, trivalent, or tetravalent alkylsilyl group substituted with an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms.
芳香族ビニル化合物としては、例えば、スチレン、α-メチルスチレン、3-メチルスチレン、4-メチルスチレン、4-プロピルスチレン、1-ビニルナフタリン、4-シクロヘキシルスチレン、4-(p-メチルフェニル)スチレン、1-ビニル-5-ヘキシルナフタレン、3-(2-ピロリジノエチル)スチレン、4-(2-ピロリジノエチルエチル)スチレン、および3-(2-ピロリジノ-1-エチルメチルエチル)-α-メチルスチレン等が挙げられ、これらの中から選択される1種以上を使用することができる。 Examples of aromatic vinyl compounds include styrene, α-methylstyrene, 3-methylstyrene, 4-methylstyrene, 4-propylstyrene, 1-vinylnaphthalene, 4-cyclohexylstyrene, 4-(p-methylphenyl)styrene, 1-vinyl-5-hexylnaphthalene, 3-(2-pyrrolidinoethyl)styrene, 4-(2-pyrrolidinoethylethyl)styrene, and 3-(2-pyrrolidino-1-ethylmethylethyl)-α-methylstyrene, and one or more selected from these can be used.
共役ジエン化合物としては、例えば、1,3-ブタジエン、2,3-ジ-メチル-1,3-ブタジエン、ピペリレン、3-ブチル-1,3-オクタジエン、イソプレン、2-フェニル-1,3-ブタジエン、および2-ハロ-1,3-ブタジエン等が挙げられ、これらの中から選択される1種以上を使用することができる。 Examples of conjugated diene compounds include 1,3-butadiene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, piperylene, 3-butyl-1,3-octadiene, isoprene, 2-phenyl-1,3-butadiene, and 2-halo-1,3-butadiene. One or more of these can be used.
また、共役ジエン系共重合体(A)は、芳香族ビニル化合物に基づく芳香族ビニル単位と、共役ジエン化合物に基づく共役ジエン単位とともに、炭素数1~10のジエン系単量体由来の繰り返し単位をさらに含む共重合体であってもよい。前記ジエン系単量体由来の繰り返し単位は、前記共役ジエン化合物とは異なるジエン系単量体から由来された繰り返
し単位であってもよい。前記共役ジエン化合物とは異なるジエン系単量体としては、例えば1,2-ブタジエンが挙げられる。共役ジエン系共重合体(A)がジエン系単量体をさらに含む共重合体である場合、ジエン系単量体由来の繰り返し単位の含有割合は、好ましくは0超~1質量%、より好ましくは0超~0.1質量%、さらにより好ましくは0超~0.01質量%、特に好ましくは0超~0.001質量%である。ジエン系単量体由来の繰り返し単位の含有割合が前記範囲内にあると、ゲル生成を防止できる場合がある。
Furthermore, the conjugated diene copolymer (A) may also be a copolymer further comprising aromatic vinyl units based on an aromatic vinyl compound, conjugated diene units based on a conjugated diene compound, and repeating units derived from a diene monomer having 1 to 10 carbon atoms. The repeating units derived from the diene monomer may be repeating units derived from a diene monomer different from the conjugated diene compound. An example of a diene monomer different from the conjugated diene compound is 1,2-butadiene. When the conjugated diene copolymer (A) is a copolymer further comprising a diene monomer, the content of repeating units derived from the diene monomer is preferably greater than 0 to 1% by mass, more preferably greater than 0 to 0.1% by mass, even more preferably greater than 0 to 0.01% by mass, and particularly preferably greater than 0 to 0.001% by mass. When the content of repeating units derived from the diene monomer is within the above range, gel formation may be prevented.
共役ジエン系共重合体(A)は、ランダム共重合体であることが好ましい。共役ジエン系共重合体(A)がランダム共重合体である場合、各物性間のバランスに優れるという効果がある。ここで、ランダム共重合体とは、共重合体を構成する繰り返し単位が無秩序に配列されるものを意味する。 The conjugated diene copolymer (A) is preferably a random copolymer. When the conjugated diene copolymer (A) is a random copolymer, it has the effect of having an excellent balance between its various physical properties. Here, a random copolymer means one in which the repeating units constituting the copolymer are arranged in a disordered manner.
共役ジエン系共重合体(A)は、ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)による分子量分布曲線がユニモーダル形態を有していてもよい。これは、連続式重合によって重合された重合体で示される分子量分布であって、共役ジエン系共重合体(A)が均一な特性を有することを意味する。 The conjugated diene copolymer (A) may exhibit a unimodal molecular weight distribution curve obtained by gel permeation chromatography (GPC). This means that the conjugated diene copolymer (A) has a uniform molecular weight distribution, as shown by the polymer polymerized by continuous polymerization.
一般に、共役ジエン系共重合体(A)を回分式重合方法で製造して変性反応させる場合に製造された変性共役ジエン系共重合体の分子量分布曲線は、バイモーダル(bimodal)以上の多峰の分子量分布曲線を有する。具体的には、回分式重合である場合、原料が全て投入された後に重合反応が開始され、多数の開始剤によって発生する開始点から鎖の成長が同時に起こり得る。したがって、各鎖の成長が概して均一となり、これによって製造された重合体鎖の分子量が一定して分子量分布が相当狭いユニモーダル形態となる。しかしながら、変性剤を投入して変性反応させる場合には「変性がなされない場合」と「変性およびカップリングされる場合」との2種類の場合の数が発生し得る。これにより、重合体鎖の間で分子量の差が大きい2つのグループが形成されるので、分子量分布曲線のピークが2つ以上の多峰の分子量分布曲線を形成するようになる。一方、連続式重合方法の場合、回分式重合とは異なり、反応の開始と原料の投入が連続的に行われるので、反応が開始される開始点と生成される時点とが異なる。これにより、重合開始が反応初期から開始されたもの、反応中間に開始されたもの、反応末期に開始されたものなどで多様となるので、重合反応を完了した際には多様な分子量を有する重合体鎖が製造される。したがって、分子量の分布を示す曲線で特定ピークが優勢に表れないので、単一なピークとして分子量分布曲線が広く表れ、反応末期に重合の開始された鎖がカップリングされても、反応初期に重合が開始された鎖の分子量と類似し得るので、分子量分布の多様性は同一に維持される。 Generally, when a conjugated diene copolymer (A) is produced by a batch polymerization method and subjected to a modification reaction, the molecular weight distribution curve of the modified conjugated diene copolymer produced has a multi-peak molecular weight distribution curve of bimodal or greater. Specifically, in the case of batch polymerization, the polymerization reaction starts after all the raw materials have been added, and chain growth can occur simultaneously from starting points generated by multiple initiators. Therefore, the growth of each chain is generally uniform, and the molecular weight of the polymer chain produced is constant, resulting in a unimodal form with a considerably narrow molecular weight distribution. However, when a modification agent is added to cause a modification reaction, two types of cases can occur: "no modification occurs" and "modification and coupling occur." As a result, two groups with large differences in molecular weight are formed between the polymer chains, so the molecular weight distribution curve forms a multi-peak molecular weight distribution curve with two or more peaks. On the other hand, in the case of continuous polymerization, unlike batch polymerization, the start of the reaction and the addition of raw materials occur continuously, so the starting point where the reaction begins and the point at which the product is formed are different. As a result, polymerization can begin at various stages of the reaction, including the early stages, intermediate stages, and final stages. Therefore, upon completion of the polymerization reaction, polymer chains with diverse molecular weights are produced. Consequently, no single dominant peak appears in the molecular weight distribution curve; instead, a broad, single peak is represented. Even if chains whose polymerization began at the final stage are coupled, their molecular weight can be similar to that of chains whose polymerization began at the early stages, thus maintaining the diversity of molecular weight distribution.
ただし、回分式重合方法で共役ジエン系共重合体(A)を製造して変性する場合にも、ユニモーダル形態を有するように変性条件を調節することはできる。しかしながら、この場合には、重合体全体がカップリングされないものであるか、重合体全体がカップリングされたものでなければならず、それ以外の場合には、ユニモーダルの分子量分布曲線を示すことができない。 However, even when a conjugated diene copolymer (A) is produced and modified using a batch polymerization method, the modification conditions can be adjusted to achieve a unimodal form. However, in this case, the entire polymer must either be uncoupled or entirely coupled; otherwise, a unimodal molecular weight distribution curve cannot be observed.
また、前述のとおり、回分式重合方法で製造されたにもかかわらず、共役ジエン系共重合体(A)の分子量分布曲線がユニモーダルの分布を示す場合で、重合体全部がカップリングされた場合は、全て同等水準の分子量を有する重合体のみ存在することで加工性が劣ることがあり、相互作用することができる官能基がカップリングによって減少することにより配合物性が劣ることがある。一方、重合体全部がカップリングされない場合には、加工時に重合体末端官能基同士の相互作用が優勢となるので、加工性が非常に劣ることがある。したがって、回分式重合方法で重合体を製造しながらユニモーダルの分子量分布曲線を有するように調節する場合、製造された共役ジエン系共重合体(A)の加工性および配
合物性が低下する問題があり、特に加工性が顕著に低下し得る。
Furthermore, as mentioned above, even if the conjugated diene copolymer (A) is produced by a batch polymerization method, if the molecular weight distribution curve of the conjugated diene copolymer (A) shows a unimodal distribution, and the entire polymer is coupled, the processability may be poor because only polymers with similar molecular weights exist, and the compounding properties may be poor because the number of interacting functional groups decreases due to coupling. On the other hand, if the entire polymer is not coupled, the interaction between the polymer terminal functional groups becomes dominant during processing, which can result in very poor processability. Therefore, when adjusting the polymer to have a unimodal molecular weight distribution curve while producing it by a batch polymerization method, there is a problem of reduced processability and compounding properties of the produced conjugated diene copolymer (A), and the processability in particular may decrease significantly.
共役ジエン系共重合体(A)のカップリング可否は、カップリング数(CouplingNumber、C.N.)で確認することができる。ここで、カップリング数は、重合体の変性後、変性剤に存在する重合体が結合することができる官能基の数に依存的な数値である。すなわち、重合体鎖間のカップリングがなく、末端変性のみなされた重合体と、一つの変性剤に多数の重合体鎖がカップリングされた重合体との割合を示すものであって、1≦C.N.≦Fの範囲を有することができる。ここで、Fは、変性剤において、活性重合体末端と反応することができる官能基の数を意味するものである。言い換えれば、カップリング数が1である共役ジエン系共重合体(A)は、重合体鎖の全てがカップリングされていないことを意味し、カップリング数がFである共役ジエン系共重合体(A)は、重合体鎖の全てがカップリングされていることを意味する。 The coupling ability of a conjugated diene copolymer (A) can be determined by its coupling number (C.N.). Here, the coupling number is a value that depends on the number of functional groups that the polymer can bond to in the modifying agent after the polymer has been modified. That is, it represents the ratio of polymers with no coupling between polymer chains (only terminal modification) to polymers with multiple polymer chains coupled to a single modifying agent, and can have a range of 1 ≤ C.N. ≤ F. Here, F represents the number of functional groups in the modifying agent that can react with the active polymer ends. In other words, a conjugated diene copolymer (A) with a coupling number of 1 means that not all polymer chains are coupled, while a conjugated diene copolymer (A) with a coupling number of F means that all polymer chains are coupled.
したがって、共役ジエン系共重合体(A)は、分子量分布曲線がユニモーダル形態でありながらも、カップリング数が1よりは大きく、用いられた変性剤の官能基の数よりは小さいものであってよい(1<C.N.<F)。 Therefore, the conjugated diene copolymer (A) may have a unimodal molecular weight distribution curve, but its coupling number may be greater than 1 and less than the number of functional groups of the modifier used (1 < C.N. < F).
共役ジエン系共重合体(A)のSi含量は、重量基準で、好ましくは50ppm以上であり、より好ましくは100ppm以上であり、さらに好ましくは100ppm~10,000ppmであり、特に好ましくは100ppm~5,000ppmである。Si含量が前記範囲内にある共役ジエン系共重合体(A)は、引張特性および粘弾性特性などの機械的物性に優れる場合がある。前記Si含量は、共役ジエン系共重合体(A)内に存在するSi原子の含量を意味する。前記Si原子は、変性剤由来官能基から由来されたものであってよい。 The Si content of the conjugated diene copolymer (A) is preferably 50 ppm or more by weight, more preferably 100 ppm or more, even more preferably 100 ppm to 10,000 ppm, and particularly preferably 100 ppm to 5,000 ppm. Conjugated diene copolymers (A) with a Si content within the above range may exhibit excellent mechanical properties such as tensile and viscoelastic properties. The Si content refers to the content of Si atoms present in the conjugated diene copolymer (A). These Si atoms may originate from functional groups derived from the modifier.
また、共役ジエン系共重合体(A)のN含量は、重量基準で、好ましくは50ppm以上であり、より好ましくは100ppm以上であり、さらに好ましくは100ppm~10,000ppmであり、特に好ましくは100ppm~5,000ppmである。N含量が前記範囲内にある共役ジエン系共重合体(A)は、引張特性および粘弾性特性などの機械的物性に優れる場合がある。前記N含量は、共役ジエン系共重合体(A)内に存在するN原子の含量を意味する。前記N原子は、変性剤由来官能基から由来されたものであってよい。 Furthermore, the nitrogen content of the conjugated diene copolymer (A) is preferably 50 ppm or more by weight, more preferably 100 ppm or more, even more preferably 100 ppm to 10,000 ppm, and particularly preferably 100 ppm to 5,000 ppm. Conjugated diene copolymers (A) with an nitrogen content within the above range may exhibit excellent mechanical properties such as tensile and viscoelastic properties. The nitrogen content refers to the content of nitrogen atoms present in the conjugated diene copolymer (A). These nitrogen atoms may originate from functional groups derived from the modifying agent.
Si含量は、ICP分析方法を介して測定されたものである。前記ICP分析方法では、誘導結合プラズマ発光分析器(ICP-OES;Optima7300DV)を用いて測定することができる。測定方法は以下の通りである。
まず、試料約0.7gを白金るつぼに入れ、濃硫酸(98重量%)約1mLを入れ、300℃で3時間加熱して、試料を電気炉で、下記ステップ1~3のプログラムで灰化を進めた。
1)ステップ1:初期温度0℃、昇温速度180℃/時間、保持時間180℃で1時間。2)ステップ2:初期温度180℃、昇温速度85℃/時間、保持時間370℃で2時間。3)ステップ3:初期温度370℃、昇温速度47℃/時間、保持時間510℃で3時間。
次いで、残留物に濃硝酸(48重量%)1mL、濃フッ酸(50重量%)20μLを加え、白金るつぼを密封して30分以上振ってから、試料にホウ酸1mLを入れて0℃で2時間以上保管した後、超純水30mLに希釈し、灰化を進めたものを測定した。
The Si content was measured via ICP analysis. This ICP analysis can be performed using an inductively coupled plasma emission spectrometer (ICP-OES; Optima 7300DV). The measurement method is as follows:
First, approximately 0.7 g of the sample was placed in a platinum crucible, approximately 1 mL of concentrated sulfuric acid (98% by weight) was added, and the mixture was heated at 300°C for 3 hours. The sample was then subjected to ashing in an electric furnace using the program described in steps 1 to 3 below.
1) Step 1: Initial temperature 0°C, heating rate 180°C/hour, holding time 180°C for 1 hour. 2) Step 2: Initial temperature 180°C, heating rate 85°C/hour, holding time 370°C for 2 hours. 3) Step 3: Initial temperature 370°C, heating rate 47°C/hour, holding time 510°C for 3 hours.
Next, 1 mL of concentrated nitric acid (48% by weight) and 20 μL of concentrated hydrofluoric acid (50% by weight) were added to the residue. The platinum crucible was sealed and shaken for at least 30 minutes. Then, 1 mL of boric acid was added to the sample and stored at 0°C for at least 2 hours. After that, the sample was diluted with 30 mL of ultrapure water, and the resulting ashing was measured.
N含量は、NSX分析方法を介して測定されたものである。前記NSX分析方法では、極微量窒素定量分析器(NSX-2100H)を用いて測定することができる。測定方法は以下の通りである。
極微量窒素定量分析器(Horizontalfurnace、PMT&Nitrogendetector)をつけてArを250mL/min、O2を350mL/min、オゾナイザー300mL/minでキャリアガス流量を設定し、ヒーターを800℃に設定した後、約3時間待機して分析器を安定化させた。分析器が安定化された後、Nitrogenstandard(AccuStandardS-22750-01-5ml)を用いて検量線の範囲5ppm、10ppm、50ppm、100ppmおよび500ppmの検量線を作成して各濃度に該当するAreaを得た後、濃度対Areaの割合を用いて直線を作成した。その後、試料20mg入りのセラミックボートを前記分析器のAutosamplerに置いて測定してAreaを得た。得られた試料のAreaと前記検量線を用いてN含量を計算した。
The nitrogen content was measured via the NSX analytical method. This NSX analytical method can be performed using a trace nitrogen quantitative analyzer (NSX-2100H). The measurement method is as follows:
A trace nitrogen quantitative analyzer (Horizontal Furnace, PMT & Nitrogen Detector) was attached, and the carrier gas flow rates were set to Ar at 250 mL/min, O2 at 350 mL/min, and ozonizer at 300 mL/min. After setting the heater to 800°C, the analyzer was allowed to stabilize for approximately 3 hours. After the analyzer stabilized, calibration curves were created using Nitrogen Standard (AccuStandard S-22750-01-5 ml) for calibration ranges of 5 ppm, 10 ppm, 50 ppm, 100 ppm, and 500 ppm. After obtaining the Area corresponding to each concentration, a straight line was created using the concentration-to-Area ratio. Subsequently, a ceramic boat containing 20 mg of sample was placed on the AutoSampler of the analyzer and measured to obtain the Area. The N content was calculated using the Area of the obtained sample and the calibration curve.
NSX分析方法に用いられる試料は、スチームで加熱された温水に入れ、撹拌して溶媒を除去した共役ジエン系共重合体(A)の試料であって、残留モノマーおよび残留変性剤を除去した試料であってもよい。また、前記試料にオイルが添加されていれば、オイルが抽出(除去)された後の試料であってもよい。 The sample used in the NSX analysis method is a sample of a conjugated diene copolymer (A) obtained by placing it in steam-heated hot water, stirring, and removing the solvent. This sample may also be one from which residual monomers and residual modifiers have been removed. Furthermore, if oil has been added to the sample, the sample may be one from which the oil has been extracted (removed).
また、100℃で測定された、共役ジエン系共重合体(A)のムーニー緩和率は、好ましくは0.7以上であり、より好ましくは0.7以上3.0以下であり、さらに好ましくは0.7以上2.5以下であり、特に好ましくは0.7以上2.0以下である。 Furthermore, the Mooney relaxation rate of the conjugated diene copolymer (A), measured at 100°C, is preferably 0.7 or higher, more preferably 0.7 to 3.0, even more preferably 0.7 to 2.5, and particularly preferably 0.7 to 2.0.
ここで、ムーニー緩和率は、同一量の変性に対する反応で表されるストレスの変化を示すもので、ムーニー粘度計を用いて測定したものである。具体的には、ムーニー緩和率は、Monsanto社のMV2000EのLargeRotorを用いて100℃およびRotorSpeed2±0.02rpmの条件で、重合体を室温(23±5℃)で30分以上放置した後、27±3gを採取してダイキャビティの内部に満たしておき、プラテンを作動させてトルクを印加しつつムーニー粘度を測定し、以後トルクが緩みながら現れるムーニー粘度の変化の傾き値を測定して絶対値として得た。 Here, the Mooney relaxation rate represents the change in stress expressed in response to the same amount of modification, and was measured using a Mooney viscometer. Specifically, the Mooney relaxation rate was obtained by using a Monsanto MV2000E Large Rotor at 100°C and a Rotor Speed of 2 ± 0.02 rpm. After leaving the polymer at room temperature (23 ± 5°C) for 30 minutes or more, 27 ± 3 g was taken and filled into the die cavity. The platen was operated to apply torque, and the Mooney viscosity was measured. Subsequently, the slope value of the change in Mooney viscosity that appeared as the torque decreased was measured and obtained as the absolute value.
ムーニー緩和率は、共役ジエン系共重合体(A)の分岐構造の指標として用いることができる。例えば、ムーニー粘度が同等である重合体を比べる場合、分岐が多いほどムーニー緩和率が小さくなるので、分岐度の指標として用いることができる。 The Mooney relaxation rate can be used as an indicator of the branched structure of a conjugated diene copolymer (A). For example, when comparing polymers with equivalent Mooney viscosity, a higher degree of branching results in a lower Mooney relaxation rate, thus it can be used as an indicator of the degree of branching.
共役ジエン系共重合体(A)のムーニー粘度は、100℃で、好ましくは30以上であり、より好ましくは40~150であり、特に好ましくは40~140である。共役ジエン系共重合体(A)のムーニー粘度が前記範囲内にあると、加工性および生産性に優れることがある。 The Mooney viscosity of the conjugated diene copolymer (A) is preferably 30 or higher, more preferably 40 to 150, and particularly preferably 40 to 140 at 100°C. When the Mooney viscosity of the conjugated diene copolymer (A) falls within this range, it may exhibit excellent processability and productivity.
また、粘度検出器を備えたゲル透過クロマトグラフィー光散乱法測定によって求められる、共役ジエン系共重合体(A)の収縮因子(g’)は、好ましくは1.0以上であり、より好ましくは1.0以上3.0以下であり、特に好ましくは1.0以上1.3以下である。 Furthermore, the shrinkage factor (g') of the conjugated diene copolymer (A), as determined by gel transmission chromatography light scattering measurement with a viscosity detector, is preferably 1.0 or higher, more preferably 1.0 to 3.0, and particularly preferably 1.0 to 1.3.
ゲル透過クロマトグラフィー光散乱法測定によって求められる収縮因子(g’)は、同一の絶対分子量を有する線形の重合体の固有粘度に対する分岐を有する重合体の固有粘度の割合であって、分岐を有する重合体の分岐構造の指標、すなわち分岐が占める割合の指標として用いることができる。例えば、収縮因子の減少に伴って当該重合体の分岐数は増加する傾向がある。よって、絶対分子量が同等な重合体を比べる場合、分岐が多いほど収縮因子が小さくなるので、分岐度の指標として用いることができる。 The shrinkage factor (g') determined by gel transmission chromatography light scattering is the ratio of the intrinsic viscosity of a branched polymer to the intrinsic viscosity of a linear polymer with the same absolute molecular weight. It can be used as an indicator of the branching structure of a branched polymer, i.e., an indicator of the proportion of branching. For example, the number of branches in a polymer tends to increase as the shrinkage factor decreases. Therefore, when comparing polymers with equivalent absolute molecular weights, a higher branching ratio results in a lower shrinkage factor, and thus it can be used as an indicator of the degree of branching.
収縮因子は、粘度検出器を備えたゲルクロマトグラフィー光散乱測定装置を用いてクロ
マトグラムを測定し、溶液粘度および光散乱法に基づいて算出したものである。具体的には、ポリスチレン系ゲルを充填剤にした、カラム2本が連結された光散乱検出器および粘度検出器が備えられたGPC光散乱測定装置を用いて、絶対分子量と、各絶対分子量に該当する固有粘度とを得て、前記絶対分子量に該当する線形重合体の固有粘度を算出した後、各絶対分子量に対応する固有粘度の比として収縮因子を求めた。収縮因子は、ポリスチレン系ゲルを充填剤としたカラム2本が連結された光散乱検出器および粘度検出器が備えられたGPC光散乱測定装置(ViscotekTDAmax、Malvern社製)に試料を注入し、光散乱検出器から絶対分子量を得て、光散乱検出器と粘度検出器から絶対分子量に対する固有粘度[η]を得た後、下記式(4)から前記絶対分子量に対する線形重合体の固有粘度[η]0を算出し、各絶対分子量に対応する固有粘度の比([η]/[η]0)の平均値を収縮因子として示した。このとき、溶離液は、テトラヒドロフランとN,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミンの混合溶液(N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン20mLをテトラヒドロフラン1Lに混合させて調整する)を用いて、カラムはPLOlexix(Agilent社製)を用い、オーブンの温度40℃、THF流量1.0mL/分の条件で測定し、試料は10mLのTHFに重合体15mgを溶解させて準備した。
The shrinkage factor was calculated based on solution viscosity and light scattering by measuring chromatograms using a gel chromatography light scattering analyzer equipped with a viscosity detector. Specifically, using a GPC light scattering analyzer with two connected columns packed with polystyrene gel, the absolute molecular weight and the intrinsic viscosity corresponding to each absolute molecular weight were obtained. After calculating the intrinsic viscosity of the linear polymer corresponding to the absolute molecular weight, the shrinkage factor was determined as the ratio of the intrinsic viscosities corresponding to each absolute molecular weight. The shrinkage factor was determined by injecting a sample into a GPC light scattering analyzer (Viscotec TDAmax, Malvern), which was equipped with a light scattering detector and a viscometer, with two columns packed with polystyrene gel connected as a packing material. The absolute molecular weight was obtained from the light scattering detector, and the intrinsic viscosity [η] for the absolute molecular weight was obtained from the light scattering detector and the viscometer. Then, the intrinsic viscosity [η] 0 of the linear polymer for the absolute molecular weight was calculated from the following formula (4), and the average value of the ratio of the intrinsic viscosities corresponding to each absolute molecular weight ([η]/[η] 0 ) was shown as the shrinkage factor. At this time, the eluent was a mixed solution of tetrahydrofuran and N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine (prepared by mixing 20 mL of N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine with 1 L of tetrahydrofuran), the column was a PLOlexix (Agilent), and the measurement was performed under conditions of an oven temperature of 40°C and a THF flow rate of 1.0 mL/min. The sample was prepared by dissolving 15 mg of polymer in 10 mL of THF.
[η]0=10-3.883M0.771 ・・・・・(4)
(上記式(4)中、Mは絶対分子量である。)
[η] 0 = 10 -3.883 M 0.771 ...(4)
(In formula (4) above, M is the absolute molecular weight.)
共役ジエン系共重合体(A)の1,2-ビニル結合含有量は、好ましくは5質量%~60質量%であり、より好ましくは10質量%~55質量%であり、特に好ましくは15質量%~50質量%である。ここで、1,2-ビニル結合含有量は、芳香族ビニル化合物に基づく芳香族ビニル単位と共役ジエン化合物に基づく共役ジエン単位とを有する共役ジエン系共重合体(A)100質量%に対して、1,4-添加ではなく1,2-添加された共役ジエン系単量体の含有量を意味する。 The 1,2-vinyl bond content of the conjugated diene copolymer (A) is preferably 5% to 60% by mass, more preferably 10% to 55% by mass, and particularly preferably 15% to 50% by mass. Here, the 1,2-vinyl bond content refers to the content of 1,2-added conjugated diene monomers (not 1,4-added) per 100% by mass of the conjugated diene copolymer (A), which has aromatic vinyl units based on an aromatic vinyl compound and conjugated diene units based on a conjugated diene compound.
一方、変性開始剤は、上記一般式(1)で表される化合物と有機金属化合物とを反応させて生成されたものであって、重合を開始しながら、同時に重合されて形成された重合体鎖の一末端に官能基を導入させることができるものであることが好ましい。 On the other hand, the modification initiator is preferably one produced by reacting a compound represented by the general formula (1) with an organometallic compound, and which can initiate polymerization while simultaneously introducing a functional group to one end of the polymer chain formed by polymerization.
上記一般式(1)で表される化合物は、式(1)中、R1~R3は、それぞれ独立して、水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数2~10のアルケニル基、または炭素数2~10のアルキニル基であることが好ましい。R4は、単結合、または非置換の炭素数1~10のアルキレン基であることが好ましい。R5は、炭素数1~10のアルキル基、炭素数2~10のアルケニル基、炭素数2~10のアルキニル基、または上記一般式(1a)または(1b)で表される官能基であることが好ましい。 In the compound represented by the general formula (1) above, R1 to R3 are preferably each independently hydrogen, a C1-C10 alkyl group, a C2-C10 alkenyl group, or a C2-C10 alkynyl group. R4 is preferably a single bond or an unsubstituted C1-C10 alkylene group. R5 is preferably a C1-C10 alkyl group, a C2-C10 alkenyl group, a C2-C10 alkynyl group, or a functional group represented by the general formula (1a) or (1b) above.
上記一般式(1a)中、R6は、非置換の炭素数1~10のアルキレン基であることが好ましい。R7およびR8は、それぞれ独立して、非置換の炭素数1~10のアルキレン基であることが好ましい。R9は、炭素数1~10のアルキル基、炭素数5~20のシクロアルキル基、炭素数6~20のアリール基、または炭素数3~20のヘテロ環基であることが好ましい。 In the above general formula (1a), R 6 is preferably an unsubstituted alkylene group having 1 to 10 carbon atoms. R 7 and R 8 are each preferably unsubstituted alkylene groups having 1 to 10 carbon atoms. R 9 is preferably an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a cycloalkyl group having 5 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, or a heterocyclic group having 3 to 20 carbon atoms.
上記一般式(1b)中、R10は、非置換の炭素数1~10のアルキレン基であることが好ましい。R11およびR12は、それぞれ独立して、炭素数1~10のアルキル基、炭素数5~20のシクロアルキル基、炭素数6~20のアリール基、または炭素数3~20のヘテロ環基であることが好ましい。 In the above general formula (1b), R 10 is preferably an unsubstituted alkylene group having 1 to 10 carbon atoms. R 11 and R 12 are each preferably independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a cycloalkyl group having 5 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, or a heterocyclic group having 3 to 20 carbon atoms.
上記一般式(1)で表される化合物は、下記式(1-1)~(1-3)で表される化合
物であることがより好ましい。
The compound represented by the above general formula (1) is more preferably a compound represented by the following formulas (1-1) to (1-3).
有機金属化合物は、有機アルカリ金属化合物であることが好ましい。有機アルカリ金属化合物としては、例えば、有機リチウム化合物、有機ナトリウム化合物、有機カリウム化合物、有機ルビジウム化合物、および有機セシウム化合物等が挙げられ、これらの中から選択される1種以上を使用することができる。 The organometallic compound is preferably an organoalkali metal compound. Examples of organoalkali metal compounds include organolithium compounds, organosodium compounds, organotassium compounds, organorubidium compounds, and organocesium compounds, and one or more selected from these can be used.
有機金属化合物の具体例としては、メチルリチウム、エチルリチウム、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、tert-ブチルリチウム、n-デシルリチウム、tert-オクチルリチウム、フェニルリチウム、1-ナフチルリチウム、n-エイコリチウム、4-ブチルフェニルリチウム、4-トリルリチウム、シクロヘキシルリチウム、3,5-ジ-n-ヘプチルシクロヘキシルリチウム、および4-シクロペンチルリチウム等が挙げられ、これらの中から選択される1種以上を使用することができる。 Specific examples of organometallic compounds include methyllithium, ethyllithium, isopropyllithium, n-butyllithium, sec-butyllithium, tert-butyllithium, n-decyllithium, tert-octyllithium, phenyllithium, 1-naphthyllithium, n-eicolithium, 4-butylphenyllithium, 4-tolylllithium, cyclohexyllithium, 3,5-di-n-heptylcyclohexyllithium, and 4-cyclopentyllithium, and one or more selected from these can be used.
また、変性剤は、共役ジエン系共重合体(A)の残りの一末端を変性させるための変性剤である。変性剤の具体例としては、シリカ親和性変性剤が挙げられる。シリカ親和性変性剤は、変性剤に用いられる化合物内にシリカ親和性官能基を含有するものであってもよい。シリカ親和性官能基は、充填剤、特にシリカ系充填剤との親和性に優れるため、シリカ系充填剤と変性剤由来官能基との間の相互作用が可能な官能基であってもよい。 Furthermore, the modifying agent is used to modify the remaining end of the conjugated diene copolymer (A). A specific example of a modifying agent is a silica affinity modifying agent. A silica affinity modifying agent may contain a silica affinity functional group within the compound used as the modifying agent. Since the silica affinity functional group exhibits excellent affinity for fillers, particularly silica-based fillers, it may be a functional group that allows interaction between the silica-based filler and the functional group derived from the modifying agent.
変性剤は、上記一般式(2)で表される化合物であってもよい。上記式(2)中、R20は、単結合、または炭素数1~5のアルキレン基であることが好ましい。R21およびR22は、それぞれ独立して、炭素数1~5のアルキル基であることが好ましい。R23は、単結合、または炭素数1~5のアルキレン基であることが好ましい。R24は、水素、炭素数1~5のアルキル基、または炭素数1~5のアルキル基で置換された4価のアルキルシリル基であることが好ましい。aは、2または3の整数であることが好ましい。cは1~3の整数であることが好ましく、bは0~2の整数であることが好ましく、このときb+c=3であることが好ましい。 The denaturing agent may be a compound represented by the general formula (2) above. In formula (2) above, R 20 is preferably a single bond or an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms. R 21 and R 22 are each preferably an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms independently. R 23 is preferably a single bond or an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms. R 24 is preferably a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, or a tetravalent alkylsilyl group substituted with an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. a is preferably an integer of 2 or 3. c is preferably an integer of 1 to 3, and b is preferably an integer of 0 to 2, in which case b + c = 3 is preferred.
上記一般式(2)で表される化合物の具体例としては、N,N-ビス(3-(ジメトキシ(メチル)シリル)プロピル)-メチル-1-アミン、N,N-ビス(3-(ジエトキシ(メチル)シリル)プロピル)-メチル-1-アミン、N,N-ビス(3-(トリメトキシシリル)プロピル)-メチル-1-アミン、N,N-ビス(3-(トリエトキシシリル)プロピル)-メチル-1-アミン、N,N-ジエチル-3-(トリメトキシシリル)プロパン-1-アミン、N,N-ジエチル-3-(トリエトキシシリル)プロパン-1-アミン、トリ(トリメトキシシリル)アミン、トリ(3-(トリメトキシシリル)プロピル)アミン、N,N-ビス(3-(ジエトキシ(メチル)シリル)プロピル)-1,1,1-トリメチルシランアミン、および3-(ジメトキシ(メチル)シリル)-N,N-ジエチルプロパン-1-アミン等が挙げられ、これらの中から選択される1種以上を使用することができる。 Specific examples of compounds represented by the above general formula (2) include N,N-bis(3-(dimethoxy(methyl)silyl)propyl)-methyl-1-amine, N,N-bis(3-(diethoxy(methyl)silyl)propyl)-methyl-1-amine, N,N-bis(3-(trimethoxysilyl)propyl)-methyl-1-amine, N,N-bis(3-(triethoxysilyl)propyl)-methyl-1-amine, and N,N-diethyl-3-(trimethoxysilyl)propane Examples include -1-amine, N,N-diethyl-3-(triethoxysilyl)propane-1-amine, tri(trimethoxysilyl)amine, tri(3-(trimethoxysilyl)propyl)amine, N,N-bis(3-(diethoxy(methyl)silyl)propyl)-1,1,1-trimethylsilaneamine, and 3-(dimethoxy(methyl)silyl)-N,N-diethylpropane-1-amine, and one or more selected from these can be used.
また、変性剤は、上記一般式(3)で表される化合物であってもよい。上記式(3)中、A1およびA2は、それぞれ独立して、1~10のアルキレン基であることが好ましい。R25~R28は、それぞれ独立して、炭素数1~10のアルキル基であることが好ましい。L1~L4は、それぞれ独立して、炭素数1~5のアルキル基で置換された4価のアルキルシリル基、または炭素数1~10のアルキル基であることが好ましい。 Furthermore, the modifying agent may be a compound represented by the above general formula (3). In formula (3), A1 and A2 are preferably each independently an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms. R25 to R28 are preferably each independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. L1 to L4 are preferably each independently a tetravalent alkylsilyl group substituted with an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.
上記一般式(3)で表される化合物の具体例としては、3,3’-(1,1,3,3-テトラメトキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジ-メチルプロパン-1-アミン)、3,3’-(1,1,3,3-テトラエトキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジ-メチルプロパン-1-アミン)、3,3’-(1,1,3,3-テトラプロポキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジ-メチルプロパン-1-アミン)、3,3’-(1,1,3,3-テトラメトキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジエチルプロパン-1-アミン)、3,3’-(1,1,3,3-テトラメトキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジプロピルプロパン-1-アミン)、3,3’-(1,1,3,3-テトラエトキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジエチルプロパン-1-アミン)、3,3’-(1,1,3,3-テトラプロポキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジエチルプロパン-1-アミン)、3,3’-(1,1,3,3-テトラエトキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジプロピルプロパン-1-アミン)、3,3’-(1,1,3,3-テトラプロポキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジプロピルプロパン-1-アミン)、3,3’-(1,1,3,3-テトラメトキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジエチルメタン-1-アミン)、3,3’-(1,1,3,3-テトラエトキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジエチルメタン-1-アミン)、3,3’-(1,1,3,3-テトラプロポキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジエチルメタン-1-アミン)、3,3’-(1,1,3,3-テトラメトキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジメチルメタン-1-アミン)、3,3’-(1,1,3,3-テトラメトキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジプロピルメタン-1-アミン)、3,3’-(1,1,3,3-テトラプロポキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジメチルメタン-1-アミン)、3,3’-(1,1,3,3-テトラプロポキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジプロピルメタン-1-アミン)、3,3’-(1,1,3,3-テトラエトキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジメチルメタン-1-アミン)、3,3’-(1,1,3,3-テトラエトキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジプロピルメタン-1-アミン)、N,N’-((1,1,3,3-テトラメトキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(プロパン-3,1-ジイル))ビス(1,1,1-トリメチル-N-(トリメチルシリル)シランアミン)、N,N’-((1,1,3,3-テト
ラエトキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(プロパン-3,1-ジイル))ビス(1,1,1-トリメチル-N-(トリメチルシリル)シランアミン)、N,N’-((1,1,3,3-テトラプロポキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(プロパン-3,1-ジイル))ビス(1,1,1-トリメチル-N-(トリメチルシリル)シランアミン)、N,N’-((1,1,3,3-テトラメトキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(プロパン-3,1-ジイル))ビス(1,1,1-トリメチル-N-フェニルシランアミン)、N,N’-((1,1,3,3-テトラエトキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(プロパン-3,1-ジイル))ビス(1,1,1-トリメチル-N-フェニルシランアミン)、およびN,N’-((1,1,3,3-テトラプロポキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(プロパン-3,1-ジイル))ビス(1,1,1-トリメチル-N-フェニルシランアミン等が挙げられ、これらの中から選択される1種以上を使用することができる。
Specific examples of compounds represented by the above general formula ( 3 ) include 3,3'-(1,1,3,3-tetramethoxydisiloxane-1,3-diyl)bis(N,N-dimethylpropane-1-amine), 3,3'-(1,1,3,3-tetraethoxydisiloxane-1,3-diyl)bis(N,N-dimethylpropane-1-amine), 3,3'-(1,1,3,3-tetrapropoxydisiloxane-1,3-diyl)bis(N,N-dimethylpropane-1-amine), 3,3'-( 1,1,3,3-Tetramethoxydisiloxane-1,3-diyl)bis(N,N-diethylpropane-1-amine),3,3'-(1,1,3,3-Tetramethoxydisiloxane-1,3-diyl)bis(N,N-dipropylpropane-1-amine),3,3'-(1,1,3,3-Tetraethoxydisiloxane-1,3-diyl)bis(N,N-diethylpropane-1-amine),3,3'-(1,1,3,3-Tetrapropoxydisiloxane-1,3- Diyl)bis(N,N-diethylpropane-1-amine), 3,3'-(1,1,3,3-tetraethoxydisiloxane-1,3-diyl)bis(N,N-dipropylpropane-1-amine), 3,3'-(1,1,3,3-tetrapropoxydisiloxane-1,3-diyl)bis(N,N-dipropylpropane-1-amine), 3,3'-(1,1,3,3-tetramethoxydisiloxane-1,3-diyl)bis(N,N-diethylmethane-1-amine) ,3'-(1,1,3,3-tetraethoxydisiloxane-1,3-diyl)bis(N,N-diethylmethane-1-amine),3,3'-(1,1,3,3-tetrapropoxydisiloxane-1,3-diyl)bis(N,N-diethylmethane-1-amine),3,3'-(1,1,3,3-tetramethoxydisiloxane-1,3-diyl)bis(N,N-dimethylmethane-1-amine),3,3'-(1,1,3,3-tetramethoxydisiloxane-1 ,3-diyl)bis(N,N-dipropylmethane-1-amine),3,3'-(1,1,3,3-tetrapropoxydisiloxane-1,3-diyl)bis(N,N-dimethylmethane-1-amine),3,3'-(1,1,3,3-tetrapropoxydisiloxane-1,3-diyl)bis(N,N-dipropylmethane-1-amine),3,3'-(1,1,3,3-tetraethoxydisiloxane-1,3-diyl)bis(N,N-dimethylmethane-1-amine) ), 3,3'-(1,1,3,3-tetraethoxydisiloxane-1,3-diyl)bis(N,N-dipropylmethane-1-amine), N,N'-((1,1,3,3-tetramethoxydisiloxane-1,3-diyl)bis(propane-3,1-diyl))bis(1,1,1-trimethyl-N-(trimethylsilyl)silaneamine), N,N'-((1,1,3,3-tetraethoxydisiloxane-1,3-diyl)bis(propane-3,1-diyl))bis Bis(1,1,1-trimethyl-N-(trimethylsilyl)silaneamine), N,N'-((1,1,3,3-tetrapropoxydisiloxane-1,3-diyl)bis(propane-3,1-diyl))bis(1,1,1-trimethyl-N-(trimethylsilyl)silaneamine), N,N'-((1,1,3,3-tetramethoxydisiloxane-1,3-diyl)bis(propane-3,1-diyl))bis(1,1,1-trimethyl-N-phenylsilaneamine Examples include N,N'-((1,1,3,3-tetraethoxydisiloxane-1,3-diyl)bis(propane-3,1-diyl))bis(1,1,1-trimethyl-N-phenylsilaneamine), and N,N'-((1,1,3,3-tetrapropoxydisiloxane-1,3-diyl)bis(propane-3,1-diyl))bis(1,1,1-trimethyl-N-phenylsilaneamine), and one or more selected from these can be used.
前述の通り、共役ジエン系共重合体(A)は、特定構造を有し、特有の分子量分布図および形態を有してもよい。このような共役ジエン系共重合体(A)の構造は、収縮因子、ムーニー緩和率、カップリング数のような物性で表されてもよい。前記分子量分布図とその形態は、分子量分布値と分子量分布曲線の形態、そしてカップリング数で発現されてもよい。変性剤と変性開始剤による両末端変性は、構造および分子量分布図とその形態に影響を与えることができる。このような重合体の構造を表現するパラメーターと分子量分布に関する特徴は、後述の製造方法によって満たされ得る。 As described above, the conjugated diene copolymer (A) may have a specific structure and a unique molecular weight distribution and morphology. The structure of such a conjugated diene copolymer (A) may be expressed in terms of physical properties such as shrinkage factor, Mooney relaxation rate, and coupling number. The molecular weight distribution and its morphology may be expressed in terms of molecular weight distribution values, the morphology of the molecular weight distribution curve, and the coupling number. Modification of both ends by a denaturing agent and a denaturing initiator can affect the structure, molecular weight distribution, and its morphology. The parameters and molecular weight distribution characteristics that describe the structure of such a polymer can be satisfied by the manufacturing method described later.
1.2.共役ジエン系共重合体(A)の製造方法
以下、共役ジエン系共重合体(A)の製造方法について説明する。
1.2. Method for producing conjugated diene copolymer (A) The method for producing conjugated diene copolymer (A) will be described below.
共役ジエン系共重合体(A)の製造方法は、炭化水素溶媒中で、変性開始剤の存在下で共役ジエン化合物および芳香族ビニル化合物を重合し、前記変性開始剤由来官能基が導入された活性重合体を製造するステップ(S1)と、前記ステップ(S1)で製造された活性重合体と上記一般式(2)または(3)で表される変性剤を反応またはカップリングさせるステップ(S2)とを含む。前記ステップ(S1)は、2器以上の重合反応器で連続的に実施され、前記重合反応器のうち第1反応器における重合転化率は50%以下である。前記変性開始剤は、上記一般式(1)で表される化合物と有機金属化合物とを反応させて製造された反応生成物である。 The method for producing a conjugated diene copolymer (A) includes the steps of: (S1) polymerizing a conjugated diene compound and an aromatic vinyl compound in a hydrocarbon solvent in the presence of a modifying initiator to produce an active polymer into which functional groups derived from the modifying initiator have been introduced; and (S2) reacting or coupling the active polymer produced in step (S1) with a modifying agent represented by the general formula (2) or (3). Step (S1) is carried out continuously in two or more polymerization reactors, and the polymerization conversion rate in the first of the polymerization reactors is 50% or less. The modifying initiator is a reaction product produced by reacting a compound represented by the general formula (1) with an organometallic compound.
炭化水素溶媒としては、例えば、n-ペンタン、n-ヘキサン、n-ヘプタン、イソオクタン、シクロヘキサン、トルエン、ベンゼン、およびキシレン等が挙げられ、これらの中から選択される1種以上を使用することができる。また、共役ジエン化合物および芳香族ビニル化合物については、上記の通りである。 Examples of hydrocarbon solvents include n-pentane, n-hexane, n-heptane, isooctane, cyclohexane, toluene, benzene, and xylene, and one or more selected from these can be used. The same applies to conjugated diene compounds and aromatic vinyl compounds as described above.
変性開始剤は、単量体の合計100gに対し、好ましくは0.01mmol~10mmol、より好ましくは0.05mmol~5mmol、さらに好ましくは0.1mmol~2mmol、さらにより好ましくは0.1mmol~1mmol、特に好ましくは0.15mmol~0.8mmolの割合で用いることができる。 The denaturation initiator can be used in a ratio of preferably 0.01 mmol to 10 mmol, more preferably 0.05 mmol to 5 mmol, even more preferably 0.1 mmol to 2 mmol, even more preferably 0.1 mmol to 1 mmol, and particularly preferably 0.15 mmol to 0.8 mmol, per 100 g of total monomers.
前記ステップ(S1)の重合は、アニオン重合であることが好ましい。例えば、アニオンによる成長重合反応によって重合末端にアニオン活性部位を有するリビングアニオン重合が挙げられる。また、前記ステップ(S1)の重合は、昇温重合、等温重合または定温重合(断熱重合)であってもよい。定温重合とは、変性開始剤を投入した後、任意に熱を加えずにそれ自体の反応熱で重合させるステップを含む重合方法である。昇温重合とは、変性開始剤を投入した後、任意に熱を加えて温度を増加させる重合方法である。等温重合とは、変性開始剤を投入した後、熱を加えて熱を増加させるか、熱を奪って重合物の温度を一定に維持する重合方法である。 The polymerization in step (S1) is preferably anionic polymerization. For example, living anionic polymerization, where an anionic active site is present at the polymerization end due to an anionic growth polymerization reaction, is one such example. Furthermore, the polymerization in step (S1) may be temperature-increasing polymerization, isothermal polymerization, or constant-temperature polymerization (adiabatic polymerization). Constant-temperature polymerization is a polymerization method that includes a step in which polymerization is carried out using the reaction heat of the material itself without adding any additional heat after the modification initiator has been added. Temperature-increasing polymerization is a polymerization method in which the temperature is increased by adding heat after the modification initiator has been added, or by removing heat to maintain a constant temperature of the polymer.
また、前記ステップ(S1)において、前記共役ジエン化合物以外に炭素数1~10のジエン系化合物をさらに添加して重合してもよい。かかる場合、長時間の運転時、反応器の壁面にゲルが形成されることを防止できることがある。前記ジエン系化合物としては、1,2-ブタジエンが好ましい。 Furthermore, in step (S1), a diene compound having 1 to 10 carbon atoms may be added in addition to the conjugated diene compound for polymerization. In this case, it may be possible to prevent gel formation on the reactor walls during prolonged operation. 1,2-butadiene is preferred as the diene compound.
前記ステップ(S1)の重合は、好ましくは80℃以下、より好ましくは-20℃~80℃、さらに好ましくは0℃~80℃、さらにより好ましくは0℃~70℃、特に好ましくは10℃~70℃の温度範囲で実施される。この温度範囲内で重合体の分子量分布を狭く調節すると、物性の改善に優れることがある。 The polymerization in step (S1) is preferably carried out at a temperature range of 80°C or lower, more preferably -20°C to 80°C, even more preferably 0°C to 80°C, even more preferably 0°C to 70°C, and particularly preferably 10°C to 70°C. Narrowing the molecular weight distribution of the polymer within this temperature range can result in superior improvement of its physical properties.
前記ステップ(S1)によって製造された活性重合体は、重合体アニオンと有機金属カチオンとが結合された重合体である。 The active polymer produced by step (S1) is a polymer in which a polymer anion and an organometallic cation are bonded.
この製造方法では、2器以上の重合反応器および変性反応器を含む複数の反応器で、連続式重合方法によって実施される。具体例としては、前記ステップ(S1)は、第1反応器を含めて2器以上の重合反応器で連続的に実施されてもよく、重合反応器の数は、反応条件および環境に応じて適宜決定されてもよい。連続式重合方法とは、反応器に反応物を連続的に供給し、生成された反応生成物を連続的に排出する反応工程を意味する。連続式重合方法による場合、生産性および加工性に優れ、製造される重合体の均一性に優れることがある。 This manufacturing method is carried out by a continuous polymerization method using multiple reactors, including two or more polymerization reactors and modification reactors. Specifically, step (S1) may be carried out continuously in two or more polymerization reactors, including the first reactor, and the number of polymerization reactors may be appropriately determined depending on the reaction conditions and environment. A continuous polymerization method refers to a reaction process in which reactants are continuously supplied to the reactors and the generated reaction products are continuously discharged. Continuous polymerization methods offer excellent productivity and processability, and the resulting polymer may exhibit excellent uniformity.
重合反応器で連続的に活性重合体を製造する場合、第1反応器での重合転化率は、好ましくは50%以下であり、より好ましくは10%~50%であり、特に好ましくは20%~50%である。第1反応器での重合転化率が前記範囲内であると、重合体が形成されながら発生される副反応を抑制し、重合時に線形構造の重合体を誘導することができる。これにより、重合体の分子量分布を狭く調節することが可能なので、物性改善に優れることがある。ここで、重合転化率は、反応温度、反応器の滞留時間などによって調節することができる。 When continuously producing an active polymer in a polymerization reactor, the polymerization conversion rate in the first reactor is preferably 50% or less, more preferably 10% to 50%, and particularly preferably 20% to 50%. When the polymerization conversion rate in the first reactor is within this range, side reactions occurring during polymer formation are suppressed, and a linear polymer structure can be induced during polymerization. This allows for a narrower molecular weight distribution of the polymer, which can lead to improved physical properties. The polymerization conversion rate can be adjusted by the reaction temperature, the residence time in the reactor, and other factors.
重合転化率は、重合体の重合時、重合体を含む重合体溶液相の固体濃度を測定して決定することができる。具体的には、重合体溶液を確保するために各重合反応器の出口にシリンダー型容器を取り付け、一定量の重合体溶液をシリンダー型容器に満たす。その後、前記シリンダー型容器を反応器から分離して重合体溶液が充填されているシリンダーの重量(A)を測定し、シリンダー型容器に充填されている重合体溶液をアルミニウム容器に移して重合体溶液が除去されたシリンダー型容器の重量(B)を測定する。そして、重合体溶液入りのアルミニウム容器を140℃のオーブンで30分間乾燥させ、乾燥した重合体の重量(C)を測定した後、下記式(5)によって重合転化率を計算することができる。 The polymerization conversion rate can be determined by measuring the solid concentration of the polymer solution phase containing the polymer during polymerization. Specifically, a cylindrical container is attached to the outlet of each polymerization reactor to secure the polymer solution, and a certain amount of polymer solution is filled into the cylindrical container. Then, the cylindrical container is separated from the reactor, and the weight of the cylinder filled with the polymer solution (A) is measured. The polymer solution in the cylindrical container is then transferred to an aluminum container, and the weight of the cylindrical container from which the polymer solution has been removed (B) is measured. Finally, the aluminum container containing the polymer solution is dried in an oven at 140°C for 30 minutes, and after measuring the weight of the dried polymer (C), the polymerization conversion rate can be calculated using the following formula (5).
重合転化率(%)=重量(C)/[(重量(A)-重量(B))×各反応器の総固形分含量(重量%、TSC)] ・・・・・(5) Polymerization conversion rate (%) = weight (C) / [(weight (A) - weight (B)) × total solids content of each reactor (weight %), TSC)] ..... (5)
第1反応器で重合された重合物は、変性反応器の前の重合反応器まで順次移送され、最終的に重合転化率が95%以上となるまで重合が進められてもよい。また、第1反応器で重合された後、第2反応器、または第2反応器から変性反応器の前の重合反応器までの各反応器別の重合転化率は、分子量分布の調節のために各反応器別に適切に調節して実施されてもよい。 The polymerized product in the first reactor may be sequentially transferred to the polymerization reactor before the modification reactor, and polymerization may proceed until the polymerization conversion rate reaches 95% or higher. Furthermore, the polymerization conversion rates in each reactor, from the first reactor to the second reactor, or from the second reactor to the polymerization reactor before the modification reactor, may be appropriately adjusted for each reactor to control the molecular weight distribution.
前記ステップ(S1)において、活性重合体の製造時、第1反応器での重合物滞留時間は、好ましくは1分~40分であり、より好ましくは1分~30分であり、特に好ましくは5分~30分である。第1反応器での重合物滞留時間が前記範囲内にあると、重合転化
率の調節が容易となる。これにより、重合体の分子量分布を狭く調節することができ、物性の改善に優れることがある。
In step (S1) above, when producing the active polymer, the polymer residence time in the first reactor is preferably 1 to 40 minutes, more preferably 1 to 30 minutes, and particularly preferably 5 to 30 minutes. When the polymer residence time in the first reactor is within the above range, it becomes easier to adjust the polymerization conversion rate. This makes it possible to narrow the molecular weight distribution of the polymer, which can lead to excellent improvement in physical properties.
本明細書において、「重合物」とは、ステップ(S1)またはステップ(S2)が完了し、活性重合体、または共役ジエン系共重合体(A)を収得するのに先立ち、ステップ(S1)の実施中、各反応器内で重合が実施されている重合体形態の中間体を意味し、反応器内で重合が実施されている重合転化率95%未満の重合体を意味する。 In this specification, “polymer” means an intermediate polymer in which polymerization is being carried out in each reactor during step (S1) prior to the completion of step (S1) or step (S2) and the acquisition of the active polymer or conjugated diene copolymer (A), and means a polymer with a polymerization conversion rate of less than 95% that is being polymerized in the reactor.
前記ステップ(S1)で製造された活性重合体の分子量分布(Mw/Mn)は、好ましくは1.5未満であり、より好ましくは1.0以上1.5未満であり、特に好ましくは1.1以上1.5未満である。活性重合体の分子量分布が前記範囲内にあると、変性剤との変性反応またはカップリングを介して製造される共役ジエン系共重合体(A)の分子量分布が狭くなり、物性の改善に優れることがある。 The molecular weight distribution (Mw/Mn) of the active polymer produced in step (S1) is preferably less than 1.5, more preferably 1.0 or more and less than 1.5, and particularly preferably 1.1 or more and less than 1.5. When the molecular weight distribution of the active polymer falls within this range, the molecular weight distribution of the conjugated diene copolymer (A) produced via a modification reaction or coupling with a modification agent becomes narrower, which can result in superior improvement of physical properties.
前記ステップ(S1)の重合は、極性添加剤を含んで実施されてもよい。極性添加剤は、単量体の合計100gに対し、好ましくは0.001g~50g、より好ましくは0.001g~10g、特に好ましくは0.005g~0.1gの割合で添加することができる。また、極性添加剤は、変性開始剤総1mmolに対し、好ましくは0.001g~10g、より好ましくは0.005g~5g、特に好ましくは0.005g~4gの割合で添加することができる。 The polymerization in step (S1) may be carried out with the inclusion of a polar additive. The polar additive can be added in a ratio of preferably 0.001 g to 50 g, more preferably 0.001 g to 10 g, and particularly preferably 0.005 g to 0.1 g, per 100 g of total monomers. Alternatively, the polar additive can be added in a ratio of preferably 0.001 g to 10 g, more preferably 0.005 g to 5 g, and particularly preferably 0.005 g to 4 g, per 1 mmol of total modification initiator.
極性添加剤としては、例えば、テトラヒドロフラン、2,2-ジ-(2-テトラヒドロフリル)プロパン、ジエチルエーテル、シクロアマルエーテル、ジプロピルエーテル、エチレンメチルエーテル、エチレンジメチルエーテル、ジエチルグリコール、ジメチルエーテル、tert-ブトキシエトキシエタン、ビス(3-ジメチルアミノエチル)エーテル、(ジメチルアミノエチル)エチルエーテル、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン、ソジウムメントレート、および2-エチルテトラヒドロフルフリルエーテル等が挙げられ、これらの中から選択される1種以上を使用することができる。これらの中でも、トリエチルアミン、テトラメチルエチレンジアミン、ソジウムメントレート、または2-エチルテトラヒドロフルフリルエーテルが好ましい。極性添加剤を含む場合、共役ジエン化合物および芳香族ビニル化合物を共重合させる際に、これらの反応速度の差を補うことにより、ランダム共重合体を容易に形成するように誘導できることがある。 Examples of polar additives include tetrahydrofuran, 2,2-di-(2-tetrahydrofurfuryl)propane, diethyl ether, cycloamal ether, dipropyl ether, ethylene methyl ether, ethylene dimethyl ether, diethyl glycol, dimethyl ether, tert-butoxyethoxyethane, bis(3-dimethylaminoethyl) ether, (dimethylaminoethyl) ethyl ether, trimethylamine, triethylamine, tripropylamine, N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine, sodium mentholate, and 2-ethyltetrahydrofurfuryl ether. One or more of these can be selected and used. Among these, triethylamine, tetramethylethylenediamine, sodium mentholate, or 2-ethyltetrahydrofurfuryl ether are preferred. When polar additives are included, the difference in reaction rates between the conjugated diene compound and the aromatic vinyl compound during copolymerization can be compensated for, potentially leading to the easy formation of a random copolymer.
前記ステップ(S2)の反応またはカップリングは変性反応器で実施されてもよい。このとき、変性剤は、単量体の合計100gに対し、0.01mmol~10mmolの量で用いることができる。また、変性剤は、前記ステップ(S1)の変性開始剤1モルに対し、好ましくは1:0.1~10、より好ましくは1:0.1~5、特に好ましくは1:0.1~3のモル比で用いることができる。 The reaction or coupling in step (S2) may be carried out in a denaturing reactor. In this case, the denaturing agent can be used in an amount of 0.01 mmol to 10 mmol per 100 g of total monomers. Furthermore, the denaturing agent can be used in a molar ratio of preferably 1:0.1 to 10, more preferably 1:0.1 to 5, and particularly preferably 1:0.1 to 3, per mole of the denaturing initiator in step (S1).
また、変性剤は、変性反応器に投入されてもよい。前記ステップ(S2)は、変性反応器で実施されてもよい。また、変性剤は、前記ステップ(S1)で製造された活性重合体をステップ(S2)を実施するための変性反応器に移送するための移送部に投入されてもよい。また、移送部内で活性重合体と変性剤の混合によって反応またはカップリングが進められてもよい。 Furthermore, the denaturing agent may be introduced into the denaturing reactor. Step (S2) may be carried out in the denaturing reactor. Alternatively, the denaturing agent may be introduced into a transfer section for transferring the active polymer produced in step (S1) to the denaturing reactor for carrying out step (S2). Furthermore, a reaction or coupling may proceed within the transfer section by mixing the active polymer and the denaturing agent.
1.3.共役ジエン系共重合体(A)の物性
<結合スチレン含量>
共役ジエン系共重合体(A)の結合スチレン含量の下限値は、好ましくは5%であり、より好ましくは8%であり、特に好ましくは10%である。共役ジエン系共重合体(A)
の結合スチレン含量の上限値は、好ましくは50%であり、より好ましくは45%であり、特に好ましくは40%である。共役ジエン系共重合体(A)の結合スチレン含量が上記範囲内であると、電極の良好な密着性と柔軟性の両立を図ることができる。なお、結合スチレン含量は、1H-NMR測定によって測定することができる。
1.3. Physical properties of conjugated diene copolymer (A) <Conjugated styrene content>
The lower limit of the bound styrene content of the conjugated diene copolymer (A) is preferably 5%, more preferably 8%, and particularly preferably 10%.
The upper limit of the bound styrene content is preferably 50%, more preferably 45%, and particularly preferably 40%. When the bound styrene content of the conjugated diene copolymer (A) is within the above range, both good adhesion and flexibility of the electrode can be achieved. The bound styrene content can be measured by 1H -NMR measurement.
<官能基>
共役ジエン系共重合体(A)は、窒素原子、酸素原子、ケイ素原子、ゲルマニウム原子およびスズ原子からなる群より選ばれる少なくとも1種の原子(以下、「特定原子」ともいう。)を含む官能基を有していてもよい。共役ジエン系共重合体(A)が、官能基を有していることで、得られる全固体二次電池用バインダーが、集電体および固体電解質材料等に対して優れた密着性を発揮できる場合がある。
<Functional group>
The conjugated diene copolymer (A) may have a functional group containing at least one atom selected from the group consisting of nitrogen, oxygen, silicon, germanium, and tin atoms (hereinafter also referred to as the "specific atom"). The presence of a functional group in the conjugated diene copolymer (A) may enable the resulting all-solid-state secondary battery binder to exhibit excellent adhesion to current collectors and solid electrolyte materials.
特定原子を含む官能基は、窒素原子、酸素原子、ケイ素原子、ゲルマニウム原子及びスズ原子からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む官能基である限り、特に限定されない。官能基の具体例を以下に示す。窒素原子、酸素原子、ケイ素原子、ゲルマニウム原子およびスズ原子のうち複数種の原子を有する官能基は、そのうちの1種の原子を含む官能基の例にのみ例示する。 Functional groups containing specific atoms are not particularly limited, as long as they contain at least one atom selected from the group consisting of nitrogen, oxygen, silicon, germanium, and tin atoms. Specific examples of functional groups are shown below. Functional groups containing multiple atoms from the group consisting of nitrogen, oxygen, silicon, germanium, and tin atoms are illustrated only as examples of functional groups containing one of these atoms.
窒素原子を含む官能基の具体例としては、無置換アミノ基、モノアルキルアミノ基、モノアリールアミノ基、ジアルキルアミノ基、ジアリールアミノ基、アルキルアリールアミノ基、環状アミノ基、ビス(トリアルキルシリル)アミノ基等のアミノ基、シアノ基、アミノカルボニル基、アルキルアミノカルボニル基、アリールアミノカルボニル基、イミノ基、ピリジル基、イミダゾリル基等が挙げられる。これらの中でも、得られるバインダーの密着性の観点から、アミノ基が好ましく、無置換アミノ基、モノアルキルアミノ基、ジアルキルアミノ基、環状アミノ基およびビス(トリアルキルシリル)アミノ基がより好ましく、無置換アミノ基、ジアルキルアミノ基および環状アミノ基がさらに好ましく、無置換アミノ基、ジメチルアミノ基及びN-ピペリジニル基が特に好ましい。 Specific examples of functional groups containing nitrogen atoms include unsubstituted amino groups, monoalkylamino groups, monoarylamino groups, dialkylamino groups, diarylamino groups, alkylarylamino groups, cyclic amino groups, bis(trialkylsilyl)amino groups, cyano groups, aminocarbonyl groups, alkylaminocarbonyl groups, arylaminocarbonyl groups, imino groups, pyridyl groups, and imidazolyl groups. Among these, from the viewpoint of the adhesion of the resulting binder, amino groups are preferred, unsubstituted amino groups, monoalkylamino groups, dialkylamino groups, cyclic amino groups, and bis(trialkylsilyl)amino groups are more preferred, unsubstituted amino groups, dialkylamino groups, and cyclic amino groups are even more preferred, and unsubstituted amino groups, dimethylamino groups, and N-piperidinyl groups are particularly preferred.
酸素原子を含む官能基の具体例としては、水酸基、エポキシ基、カルボキシ基、エーテル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、カルボニル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、酸無水物基、ラクトン基が挙げられる。これらの中でも、得られるバインダーの密着性の観点から、水酸基、エポキシ基、カルボキシル基、および酸無水物基が好ましく、水酸基およびカルボキシル基がより好ましい。 Specific examples of functional groups containing oxygen atoms include hydroxyl groups, epoxy groups, carboxyl groups, ether groups, alkoxy groups, aryloxy groups, carbonyl groups, alkoxycarbonyl groups, aryloxycarbonyl groups, acid anhydride groups, and lactone groups. Among these, hydroxyl groups, epoxy groups, carboxyl groups, and acid anhydride groups are preferred from the viewpoint of the adhesion of the resulting binder, with hydroxyl groups and carboxyl groups being more preferred.
ケイ素原子を含む官能基の具体例としては、例えば、無置換シリル基、アルコキシシリル基、ジアルコキシシリル基、トリアルコキシシリル基等のアルコキシシリル基、アリールオキシシリル基、ジアリールオキシシリル基、トリアリールオキシシリル基等のアリールオキシシリル基等が挙げられる。これらの中でも、得られるバインダーの密着性の観点から、アルコキシシリル基が好ましく、モノアルコキシシリル基、ジアルコキシシリル基、およびトリアルコキシシリル基がより好ましく、モノメトキシシリル基、モノエトキシシリル基、ジメトキシシリル基、ジエトキシシリル基、トリメトキシシリル基、およびトリエトキシシリル基が特に好ましい。 Specific examples of functional groups containing silicon atoms include, for example, alkoxysilyl groups such as unsubstituted silyl groups, alkoxysilyl groups, dialkoxysilyl groups, and trialkoxysilyl groups, and aryloxysilyl groups such as aryloxysilyl groups, diaryloxysilyl groups, and triaryloxysilyl groups. Among these, from the viewpoint of the adhesion of the resulting binder, alkoxysilyl groups are preferred, monoalkoxysilyl groups, dialkoxysilyl groups, and trialkoxysilyl groups are more preferred, and monomethoxysilyl groups, monoethoxysilyl groups, dimethoxysilyl groups, diethoxysilyl groups, trimethoxysilyl groups, and triethoxysilyl groups are particularly preferred.
ゲルマニウム原子を含む官能基の具体例としては、例えば、無置換ゲルミル基、アルコキシゲルミル基、ジアルコキシゲルミル基、トリアルコキシゲルミル基等のアルコキシゲルミル基、アリールオキシゲルミル基、ジアリールオキシゲルミル基、トリアリールオキシゲルミル基等のアリールオキシゲルミル基等が挙げられる。これらの中でも、得られるバインダーの密着性の観点から、アルコキシゲルミル基が好ましく、モノアルコキシゲルミル基、ジアルコキシゲルミル基、およびトリアルコキシゲルミル基がより好ましく、モノメトキシゲルミル基、モノエトキシゲルミル基、ジメトキシゲルミル基、ジエトキシゲ
ルミル基、トリメトキシゲルミル基、およびトリエトキシゲルミル基が特に好ましい。
Specific examples of functional groups containing germanium atoms include, for example, alkoxygelmyl groups such as unsubstituted gelmyl groups, alkoxygelmyl groups, dialkoxygelmyl groups, and trialkoxygelmyl groups, and aryloxygelmyl groups such as aryloxygelmyl groups, diaryloxygelmyl groups, and triaryloxygelmyl groups. Among these, from the viewpoint of the adhesion of the resulting binder, alkoxygelmyl groups are preferred, monoalkoxygelmyl groups, dialkoxygelmyl groups, and trialkoxygelmyl groups are more preferred, and monomethoxygelmyl groups, monoethoxygelmyl groups, dimethoxygelmyl groups, diethoxygelmyl groups, trimethoxygelmyl groups, and triethoxygelmyl groups are particularly preferred.
スズ原子を含む官能基の具体例としては、例えば、無置換スタニル基、アルコキシスタニル基、ジアルコキシスタニル基、トリアルコキシスタニル基等のアルコキシスタニル基、アリールオキシスタニル基、ジアリールオキシスタニル基、トリアリールオキシスタニル基等のアリールオキシスタニル基等が挙げられる。これらの中でも、得られるバインダーの密着性の観点から、アルコキシスタニル基が好ましく、モノアルコキシスタニル基、ジアルコキシスタニル基、およびトリアルコキシスタニル基がより好ましく、モノメトキシスタニル基、モノエトキシスタニル基、ジメトキシスタニル基、ジエトキシスタニル基、トリメトキシスタニル基、およびトリエトキシスタニル基が特に好ましい。 Specific examples of functional groups containing a tin atom include, for example, alkoxystanyl groups such as unsubstituted staniyl groups, alkoxystanyl groups, dialoxystanyl groups, and trialoxystanyl groups, and aryloxystanyl groups such as aryloxystanyl groups, diaryloxystanyl groups, and triaryloxystanyl groups. Among these, from the viewpoint of the adhesion of the resulting binder, alkoxystanyl groups are preferred, monoalkoxystanyl groups, dialoxystanyl groups, and trialoxystanyl groups are more preferred, and monomethoxystanyl groups, monoethoxystanyl groups, dimethoxystanyl groups, diethoxystanyl groups, trimethoxystanyl groups, and triethoxystanyl groups are particularly preferred.
共役ジエン系共重合体(A)中に上記特定原子を含む官能基を導入する方法としては、特に限定されず、公知の方法を用いることができる。例えば、(i)特定原子を含む変性剤を、重合反応後の重合体の活性末端に反応させて結合生成する方法、(ii)特定原子を含む重合開始剤を用いて、重合反応を行う方法、(iii)特定原子を含む単量体を共重合させる方法、(iv)特定原子を含む化合物を、重合体の一部と反応させる方法等が挙げられる。これらの特定原子を含む変性剤、重合開始剤、単量体、および化合物は、官能基を有するか、または官能基に変換され得る基を有する。 The method for introducing a functional group containing the specific atom into the conjugated diene copolymer (A) is not particularly limited, and known methods can be used. For example, (i) a method of forming a bond by reacting a modifying agent containing the specific atom with the active end of the polymer after polymerization; (ii) a method of carrying out a polymerization reaction using a polymerization initiator containing the specific atom; (iii) a method of copolymerizing monomers containing the specific atom; and (iv) a method of reacting a compound containing the specific atom with a part of the polymer. These modifying agents, polymerization initiators, monomers, and compounds containing the specific atom either have a functional group or a group that can be converted into a functional group.
共役ジエン系共重合体(A)中の官能基の含有量は、好ましくは0.0005モル/kg以上0.2モル/kg以下であり、より好ましくは0.001モル/kg以上0.15モル/kg以下であり、特に好ましくは0.005モル/kg以上0.1モル/kg以下である。共役ジエン系共重合体(A)中の官能基の含有量が前記範囲にあると、引張特性および粘弾性特性などの機械的物性のバランスに優れる場合がある。 The functional group content in the conjugated diene copolymer (A) is preferably 0.0005 mol/kg or more and 0.2 mol/kg or less, more preferably 0.001 mol/kg or more and 0.15 mol/kg or less, and particularly preferably 0.005 mol/kg or more and 0.1 mol/kg or less. When the functional group content in the conjugated diene copolymer (A) is within the above range, it may exhibit an excellent balance of mechanical properties such as tensile and viscoelastic properties.
<重量平均分子量(Mw)>
共役ジエン系共重合体(A)の重量平均分子量(Mw)は、好ましくは1.0×105~2.0×106であり、より好ましくは1.0×105~1.5×106であり、特に好ましくは1.5×105~1.0×106である。重量平均分子量(Mw)が上記下限値以上であると、電極の密着性が向上しやすい傾向にある。重量平均分子量(Mw)が上記上限値以下であると、電極の柔軟性が保たれる傾向にある。なお、本明細書において、「重量平均分子量(Mw)」とは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定したポリスチレン換算の重量平均分子量のことをいう。
<Weight average molecular weight (Mw)>
The weight-average molecular weight (Mw) of the conjugated diene copolymer (A) is preferably 1.0 × 10⁵ to 2.0 × 10⁶ , more preferably 1.0 × 10⁵ to 1.5 × 10⁶ , and particularly preferably 1.5 × 10⁵ to 1.0 × 10⁶ . When the weight-average molecular weight (Mw) is above the lower limit, the adhesion of the electrode tends to improve. When the weight-average molecular weight (Mw) is below the upper limit, the flexibility of the electrode tends to be maintained. In this specification, "weight-average molecular weight (Mw)" refers to the weight-average molecular weight in polystyrene terms measured by gel permeation chromatography (GPC).
<数平均分子量(Mn)>
共役ジエン系共重合体(A)の数平均分子量(Mn)は、1.0×105~1.5×106であり、より好ましくは1.0×105~1.0×106であり、特に好ましくは1.5×105~5.0×105である。数平均分子量(Mn)が上記下限値以上であると、電極の密着性が向上しやすい傾向にある。数平均分子量(Mn)が上記上限値以下であると、電極の柔軟性が保たれる傾向にある。なお、本明細書において、「数平均分子量(Mn)」とは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定したポリスチレン換算の数平均分子量のことをいう。
<Number average molecular weight (Mn)>
The number-average molecular weight (Mn) of the conjugated diene copolymer (A) is 1.0 × 10⁵ to 1.5 × 10⁶ , more preferably 1.0 × 10⁵ to 1.0 × 10⁶ , and particularly preferably 1.5 × 10⁵ to 5.0 × 10⁵ . When the number-average molecular weight (Mn) is above the lower limit, the adhesion of the electrode tends to improve. When the number-average molecular weight (Mn) is below the upper limit, the flexibility of the electrode tends to be maintained. In this specification, "number-average molecular weight (Mn)" refers to the number-average molecular weight in polystyrene terms measured by gel permeation chromatography (GPC).
<Mw/Mn>
共役ジエン系共重合体(A)の数平均分子量(Mn)に対する重量平均分子量(Mw)の比(Mw/Mn)は、好ましくは3.0以下であり、より好ましくは1.0以上2.0以下であり、特に好ましくは1.1以上1.7以下である。Mw/Mnの値が前記範囲にあると、引張特性および粘弾性特性に優れ、各物性のバランスに優れる場合がある。
<Mw/Mn>
The ratio of the weight-average molecular weight (Mw) to the number-average molecular weight (Mn) of the conjugated diene copolymer (A) (Mw/Mn) is preferably 3.0 or less, more preferably 1.0 to 2.0, and particularly preferably 1.1 to 1.7. When the Mw/Mn value is within the above range, the copolymer may exhibit excellent tensile and viscoelastic properties, as well as a good balance of various physical properties.
2.全固体二次電池用バインダー組成物
本発明の一実施形態に係る全固体二次電池用バインダー組成物は、上述の全固体二次電池用バインダーと、液状媒体(B)とを含有する。以下、本実施形態に係る全固体二次電池用バインダー組成物に含まれる各成分について詳細に説明する。なお、全固体二次電池用バインダーについては、上述したので詳細な説明を省略する。
2. Binder Composition for All-Solid-State Secondary Batteries The binder composition for all-solid-state secondary batteries according to one embodiment of the present invention contains the above-described binder for all-solid-state secondary batteries and a liquid medium (B). Hereinafter, each component contained in the binder composition for all-solid-state secondary batteries according to this embodiment will be described in detail. Note that the binder for all-solid-state secondary batteries has been described above, so a detailed explanation will be omitted.
2.1.液状媒体(B)
液状媒体(B)としては、特に限定されないが、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ドデカン等の脂肪族炭化水素;シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロデカン等の脂環式炭化水素;トルエン、キシレン、メシチレン、ナフタレン、テトラリン等の芳香族炭化水素;3-ペンタノン、4-ヘプタノン、メチルヘキシルケトン、ジイソブチルケトン等のケトン類;酢酸ブチル、酪酸ブチル、ブタン酸メチル、ペンタン酸ブチル、ヘキサン酸ブチル、酪酸ペンチル、ペンタン酸ペンチル、ヘキサン酸ペンチル、酪酸ヘキシル、ペンタン酸ヘキシル、ヘキサン酸ヘキシル等のエステル類;ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、アニソール等のエーテル類などを用いることができる。これらの溶媒は、1種単独であるいは2種類以上を組み合わせて用いることができる。
2.1. Liquid media (B)
The liquid medium (B) is not particularly limited, but can be aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane, octane, decane, and dodecane; alicyclic hydrocarbons such as cyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, and cyclodecane; aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, mesitylene, naphthalene, and tetralin; ketones such as 3-pentanone, 4-heptanone, methylhexyl ketone, and diisobutyl ketone; esters such as butyl acetate, butyl butyrate, methyl butanoate, butyl pentanoate, butyl hexanoate, pentyl butyrate, pentyl pentanoate, pentyl hexanoate, hexyl butyrate, hexyl pentanoate, and hexyl hexanoate; and ethers such as dibutyl ether, tetrahydrofuran, and anisole. These solvents can be used individually or in combination of two or more.
液状媒体(B)の含有割合は、共役ジエン系共重合体(A)100質量部に対して、好ましくは100~10,000質量部であり、より好ましくは150~5,000質量部であり、さらに好ましくは200~4,000質量部であり、特に好ましくは300~3,000質量部である。液状媒体(B)の含有割合を前記範囲内とすることで、全固体二次電池用バインダー組成物およびこれから得られる全固体二次電池用スラリーを用いる際の作業性を向上させることができる。 The content of the liquid medium (B) is preferably 100 to 10,000 parts by mass, more preferably 150 to 5,000 parts by mass, even more preferably 200 to 4,000 parts by mass, and particularly preferably 300 to 3,000 parts by mass, per 100 parts by mass of the conjugated diene copolymer (A). By setting the content of the liquid medium (B) within the above range, the workability when using the binder composition for all-solid-state secondary batteries and the slurry for all-solid-state secondary batteries obtained therefrom can be improved.
本実施形態に係る全固体二次電池用バインダー組成物において、共役ジエン系共重合体(A)は、液状媒体(B)に溶解した状態であることが好ましい。「共役ジエン系共重合体(A)が液状媒体(B)に溶解する」とは、共役ジエン系共重合体(A)の液状媒体(B)に対する溶解度が、液状媒体(B)100gに対し1g以上であることを意味する。共役ジエン系共重合体(A)が液状媒体(B)に溶解した状態であることにより、柔軟性や密着性に優れる共役ジエン系共重合体(A)によって活物質の表面がコーティングされやすくなるので、充放電時における活物質の伸縮による脱落を効果的に抑制でき、良好な充放電耐久特性を示す全固体二次電池が得られやすい。また、スラリーの安定性が良好となり、スラリーの集電体への塗布性も良好となるため好ましい。 In the binder composition for all-solid-state secondary batteries according to this embodiment, it is preferable that the conjugated diene copolymer (A) is dissolved in the liquid medium (B). "The conjugated diene copolymer (A) is dissolved in the liquid medium (B)" means that the solubility of the conjugated diene copolymer (A) in the liquid medium (B) is 1 g or more per 100 g of the liquid medium (B). Because the conjugated diene copolymer (A) is dissolved in the liquid medium (B), the surface of the active material is easily coated by the conjugated diene copolymer (A), which has excellent flexibility and adhesion. This effectively suppresses the shedding of the active material due to expansion and contraction during charging and discharging, making it easier to obtain an all-solid-state secondary battery exhibiting good charge-discharge durability characteristics. Furthermore, this is preferable because it improves the stability of the slurry and the applicability of the slurry to the current collector.
2.2.その他の添加剤
本実施形態に係る全固体二次電池用バインダー組成物は、必要に応じて、老化防止剤、増粘剤等の添加剤を含有してもよい。
2.2 Other Additives The binder composition for all-solid-state secondary batteries according to this embodiment may contain additives such as antioxidants and thickeners, as needed.
<老化防止剤>
老化防止剤としては、例えば、フェノール系老化防止剤、アミン系老化防止剤、キノン系老化防止剤、リン系老化防止剤、硫黄系老化防止剤、フェノチアジン系老化防止剤などが挙げられる。これらの中でも、フェノール系老化防止剤、アミン系老化防止剤が好ましい。これらの老化防止剤は、1種単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
<Anti-aging agent>
Examples of anti-aging agents include phenolic anti-aging agents, amine anti-aging agents, quinone anti-aging agents, phosphorus anti-aging agents, sulfur anti-aging agents, and phenothiazine anti-aging agents. Among these, phenolic anti-aging agents and amine anti-aging agents are preferred. These anti-aging agents may be used individually or in combination of two or more types.
フェノール系老化防止剤としては、例えば、p-メトキシフェノール、2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾール、フェノール、ヒドロキノン、p-クレゾール、ブチルヒドロキシアニソール、没食子酸プロピル、クロロゲン酸、カテキン、カフェ酸、ゲンクワニン、ルテオリン、トコフェロール、カテコール、レゾルシノール、1,4-ジヒドロキシナフタレン、1,5-ジヒドロキシナフタレン、ピロガロール、4,4’-ブチリデンビス(6-tert-ブチル-m-クレゾール)、2,2’-メチレンビス(4-メチ
ル-6-tert-ブチルフェノール)、2,2’-メチレンビス(6-tert-ブチル-4-エチルフェノール)、4,4’-チオビス(6-tert-ブチル-m-クレゾール)、2,5-ジ-tert-アミルヒドロキノン、スチレン化フェノール、2,5-ジ-tert-ブチルヒドロキノン、2-メチル-4,6-ビス[(n-オクチルチオ)メチル]フェノール、2,4-ビス(ドデシルチオメチル)-6-メチルフェノール、2-tert-ブチル-6-(3-tert-ブチル-2-ヒドロキシ-5-メチルベンジル)-4-メチルフェニル=アクリレート、2-[1-(2-ヒドロキシ-3,5-ジ-tert-ペンチルフェニル)エチル]-4,6-ジ-tert-ペンチルフェニル=アクリレートが挙げられる。
Examples of phenolic antioxidants include p-methoxyphenol, 2,6-di-tert-butyl-p-cresol, phenol, hydroquinone, p-cresol, butylhydroxyanisole, propyl gallate, chlorogenic acid, catechin, caffeic acid, genkwanin, luteolin, tocopherol, catechol, resorcinol, 1,4-dihydroxynaphthalene, 1,5-dihydroxynaphthalene, pyrogallol, 4,4'-butylidenebis(6-tert-butyl-m-cresol), 2,2'-methylenebis(4-methyl-6-tert-butylphenol), and 2,2'-methylenebis(6-tert-butyl-4-ethyl Examples include methylphenol, 4,4'-thiobis(6-tert-butyl-m-cresol), 2,5-di-tert-amylhydroquinone, styrene-phenol, 2,5-di-tert-butylhydroquinone, 2-methyl-4,6-bis[(n-octylthio)methyl]phenol, 2,4-bis(dodecylthiomethyl)-6-methylphenol, 2-tert-butyl-6-(3-tert-butyl-2-hydroxy-5-methylbenzyl)-4-methylphenyl acrylate, and 2-[1-(2-hydroxy-3,5-di-tert-pentylphenyl)ethyl]-4,6-di-tert-pentylphenyl acrylate.
アミン系老化防止剤としては、例えば、1-ナフチルアミン、2-ナフチルアミン、フェニレンジアミン、4,4’-ジアミノベンゾフェノン、4,4’-ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、N-イソプロピル-N’-フェニルベンゼン-1,4-ジアミン、N-(1,3-ジメチルブチル)-N’-フェニル-1,4-フェニレンジアミン、2,2,4-トリメチル-1,2-ジヒドロキノリン重合体、6-エトキシ-2,2,4-トリメチル-1,2-ジヒドロキノリン等の芳香族アミンが挙げられる。また、アミン系老化防止剤としては、光安定化剤(HALS)、ヒンダードアミン化合物、ニトロキシルラジカル(2,2,6,6-テトラメチルピペリジン1-オキシル(TEMPO))等も好適に用いることができる。 Examples of amine-based antioxidants include aromatic amines such as 1-naphthylamine, 2-naphthylamine, phenylenediamine, 4,4'-diaminobenzophenone, 4,4'-bis(dimethylamino)benzophenone, N-isopropyl-N'-phenylbenzene-1,4-diamine, N-(1,3-dimethylbutyl)-N'-phenyl-1,4-phenylenediamine, 2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline polymer, and 6-ethoxy-2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline. Furthermore, other suitable amine-based antioxidants include light stabilizers (HALS), hindered amine compounds, and nitroxyl radicals (2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl (TEMPO)).
リン系老化防止剤としては、ホスファイト化合物が挙げられる。硫黄系老化防止剤としては、チオール化合物やペンタエリスリチルテトラキス(3-ラウリルチオプロピオネート)などのスルフィド化合物を用いることができる。 Phosphate compounds are examples of phosphorus-based antioxidants. Sulfide compounds such as thiol compounds and pentaerythrityltetrakis (3-laurylthiopropionate) can be used as sulfide antioxidants.
本実施形態に係る全固体二次電池用バインダー組成物が老化防止剤を含有する場合、老化防止剤の含有割合は、全固体二次電池用バインダー組成物の全固形分量100質量部に対して、0.05~2質量部であることが好ましく、0.1~1質量部であることがより好ましく、0.2~0.8質量部であることが特に好ましい。 When the binder composition for all-solid-state secondary batteries according to this embodiment contains an antioxidant, the content ratio of the antioxidant is preferably 0.05 to 2 parts by mass, more preferably 0.1 to 1 part by mass, and particularly preferably 0.2 to 0.8 parts by mass, based on 100 parts by mass of the total solid content of the binder composition for all-solid-state secondary batteries.
<増粘剤>
本実施形態に係る全固体二次電池用バインダー組成物が増粘剤を含有することにより、その塗布性や得られる全固体二次電池の充放電特性を更に向上できる場合がある。
<Thickening agent>
The binder composition for all-solid-state secondary batteries according to this embodiment may contain a thickening agent, which may further improve its applicability and the charge-discharge characteristics of the resulting all-solid-state secondary battery.
増粘剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等のセルロース系ポリマー;ポリ(メタ)アクリル酸;前記セルロース化合物または前記ポリ(メタ)アクリル酸のアンモニウム塩もしくはアルカリ金属塩;変性ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド;ポリビニルピロリドン、ポリカルボン酸、酸化スターチ、リン酸スターチ、カゼイン、各種変性デンプン、キチン、キトサン誘導体などが挙げられる。これらの中でも、セルロース系ポリマーが好ましい。 Examples of thickening agents include cellulosic polymers such as carboxymethylcellulose, methylcellulose, ethylcellulose, and hydroxypropylcellulose; poly(meth)acrylic acid; ammonium salts or alkali metal salts of the aforementioned cellulose compounds or poly(meth)acrylic acid; modified polyvinyl alcohol, polyethylene oxide; polyvinylpyrrolidone, polycarboxylic acid, starch oxide, starch phosphate, casein, various modified starches, chitin, and chitosan derivatives. Among these, cellulosic polymers are preferred.
本実施形態に係る全固体二次電池用バインダー組成物が増粘剤を含有する場合、増粘剤の含有割合は、全固体二次電池用バインダー組成物の全固形分量100質量部に対して、5質量部以下であることが好ましく、0.1~3質量部であることがより好ましい。 When the binder composition for all-solid-state secondary batteries according to this embodiment contains a thickening agent, the proportion of the thickening agent is preferably 5 parts by mass or less, and more preferably 0.1 to 3 parts by mass, based on 100 parts by mass of the total solid content of the binder composition for all-solid-state secondary batteries.
2.3.全固体二次電池用バインダー組成物の調製方法
本実施形態に係る全固体二次電池用バインダー組成物は、共役ジエン系共重合体(A)に液状媒体(B)を加え、必要に応じてその他の添加剤を更に加え、適宜撹拌を行って共役ジエン系共重合体(A)を液状媒体(B)中に溶解または分散させる方法により調製することができる。
2.3. Method for Preparing Binder Composition for All-Solid-State Secondary Batteries The binder composition for all-solid-state secondary batteries according to this embodiment can be prepared by adding a liquid medium (B) to a conjugated diene copolymer (A), adding other additives as necessary, and stirring as appropriate to dissolve or disperse the conjugated diene copolymer (A) in the liquid medium (B).
本実施形態に係る全固体二次電池用バインダー組成物は、電極の集電体に対してだけでなく、固体電解質材料に対しても高い密着性を有するバインダーを形成することができる。また、本実施形態に係る全固体二次電池用バインダー組成物は、使用量を低減して固体電解質層の導電性を向上させることができるので、全固体型電池用として好適に用いることができる。 The binder composition for all-solid-state secondary batteries according to this embodiment can form a binder that exhibits high adhesion not only to the current collector of the electrode but also to the solid electrolyte material. Furthermore, since the binder composition for all-solid-state secondary batteries according to this embodiment can improve the conductivity of the solid electrolyte layer while reducing the amount used, it can be suitably used for all-solid-state batteries.
本実施形態に係る全固体二次電池用バインダー組成物の調製方法においては、当該バインダー組成物中の粒子状の金属成分を除去する工程(以下、「粒子状金属除去工程」ともいう。)を含んでいてもよい。粒子状金属除去工程において、「粒子状の金属成分」とは、当該バインダー組成物中に粒子状で存在しているものを指し、溶解して金属イオン状態で存在しているものは含まれない。 The method for preparing a binder composition for an all-solid-state secondary battery according to this embodiment may include a step of removing particulate metal components from the binder composition (hereinafter also referred to as the "particulate metal removal step"). In the particulate metal removal step, "particulate metal components" refers to those present in particulate form in the binder composition and does not include those present in a dissolved metal ion state.
粒子状金属除去工程における、全固体二次電池用バインダー組成物から粒子状の金属成分を除去する方法は特に限定されず、例えば、フィルターを用いた濾過により除去する方法、振動ふるいにより除去する方法、遠心分離により除去する方法、磁力により除去する方法等が挙げられる。これらの中でも、除去対象が金属成分であるため磁力により除去する方法が好ましい。 The method for removing particulate metal components from the binder composition for all-solid-state secondary batteries in the particulate metal removal process is not particularly limited. Examples include removal by filtration using a filter, removal by vibrating sieve, removal by centrifugal separation, and removal by magnetic force. Among these, removal by magnetic force is preferred because the target of removal is metal components.
磁力により除去する方法としては、金属成分が除去できる方法であれば特に限定されないが、生産性および除去効率を考慮すると、全固体二次電池用バインダー組成物の製造ライン中に、磁気フィルターを配置して、重合体溶液を通過させることにより除去する方法が好ましい。 While the method of removal using magnetism is not particularly limited as long as it can remove the metal components, considering productivity and removal efficiency, a method of removing the components by placing a magnetic filter in the manufacturing line of the binder composition for all-solid-state secondary batteries and passing the polymer solution through it is preferred.
磁気フィルターによって重合体溶液中から粒子状金属成分を除去する工程は、100ガウス以上の磁束密度の磁場を形成する磁気フィルターを通過させることにより行われることが好ましい。磁束密度が低いと金属成分の除去効率が低下するため、好ましくは1000ガウス以上、磁性の弱いステンレスを除去することを考慮するとさらに好ましくは2000ガウス以上、最も好ましくは5000ガウス以上である。 The step of removing particulate metal components from the polymer solution using a magnetic filter is preferably carried out by passing the solution through a magnetic filter that forms a magnetic field with a magnetic flux density of 100 gauss or more. Since a lower magnetic flux density reduces the efficiency of metal component removal, a magnetic flux density of 1000 gauss or more is preferable, more preferably 2000 gauss or more, and most preferably 5000 gauss or more, considering the removal of weakly magnetic stainless steel.
製造ライン中に磁気フィルターを配置する際には、磁気フィルターの上流側に、カートリッジフィルターなどのフィルターにより粗大な異物、あるいは金属粒子を除く工程を含ませることが好ましい。粗大な金属粒子は、濾過する流速によっては、磁気フィルターを通過してしまう恐れがあるためである。 When placing magnetic filters in a manufacturing line, it is preferable to include a process upstream of the magnetic filter to remove coarse foreign matter or metal particles using a filter such as a cartridge filter. This is because coarse metal particles may pass through the magnetic filter depending on the filtration flow rate.
また、磁気フィルターは、一回ろ過するのみでも効果はあるが、循環式であることがより好ましい。循環式とすることで、金属粒子の除去効率が向上するためである。 Furthermore, while a magnetic filter is effective even with a single filtration, a circulating system is preferable. This is because a circulating system improves the efficiency of removing metal particles.
全固体二次電池用バインダー組成物の製造ライン中に、磁気フィルターを配置する場合は、磁気フィルターの配置場所は特に制限されないが、好ましくは全固体二次電池用バインダー組成物を容器に充填する直前、容器への充填前に濾過フィルターによる濾過工程が存在する場合には、濾過フィルターの前に配置することが好ましい。これは、磁気フィルターから金属成分が脱離した場合に、製品への混入を防止するためである。 When a magnetic filter is placed in the manufacturing line for a binder composition for all-solid-state secondary batteries, its placement is not particularly limited. However, it is preferable to place the magnetic filter immediately before filling the container with the binder composition for all-solid-state secondary batteries. If a filtration process using a filter exists before filling the container, it is preferable to place the magnetic filter before the filtration filter. This is to prevent contamination of the product if metal components detach from the magnetic filter.
粒子状金属成分の具体例としては、Fe、Ni、Cr等の金属またはこれらの金属化合物が挙げられる。本実施形態に係る全固体二次電池用バインダー組成物には、上記の粒子状金属成分が残留することがあるが、粒子状金属除去工程により粒径20μm以上の粒子状金属成分の含有量が10ppm以下となるように粒子状金属成分を除去することが好ましい。粒径20μm以上の粒子状金属成分の含有量は、得られた全固体二次電池用バインダー組成物を、さらに目開きが20μmに相当するメッシュでろ過し、メッシュオンした
金属粒子の元素を、X線マイクロアナライザ(EPMA)を用いて元素分析し、その金属を溶解できる酸で溶解させたものをICP(Inductively Coupled Plasma)を用いて測定することができる。
Specific examples of particulate metal components include metals such as Fe, Ni, and Cr, or compounds thereof. In the binder composition for all-solid-state secondary batteries according to this embodiment, the above-mentioned particulate metal components may remain, but it is preferable to remove the particulate metal components in a particulate metal removal step so that the content of particulate metal components with a particle size of 20 μm or more is 10 ppm or less. The content of particulate metal components with a particle size of 20 μm or more can be determined by further filtering the obtained binder composition for all-solid-state secondary batteries with a mesh corresponding to a mesh opening of 20 μm, elemental analysis of the metal particles on the mesh using an X-ray microanalyzer (EPMA), and measurement of the metal dissolved in an acid capable of dissolving it using ICP (Inductively Coupled Plasma).
3.全固体二次電池用スラリー
本発明の一実施形態に係る全固体二次電池用スラリーは、上述の全固体二次電池用バインダー組成物と、固体電解質とを含有する。本実施形態に係る全固体二次電池用スラリーは、正極活物質層および負極活物質層のいずれの活物質層を形成するための材料として使用することもできるし、また固体電解質層を形成するための材料として使用することもできる。
3. Slurry for All-Solid-State Secondary Battery A slurry for an all-solid-state secondary battery according to one embodiment of the present invention contains the above-described binder composition for all-solid-state secondary batteries and a solid electrolyte. The slurry for an all-solid-state secondary battery according to this embodiment can be used as a material for forming either the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer, or it can be used as a material for forming the solid electrolyte layer.
正極活物質層を形成するための全固体二次電池用スラリーは、上述の全固体二次電池用バインダー組成物と、固体電解質と、正極用の活物質(以下、「正極活物質」ともいう。)とを含有する。また、負極活物質層を形成するための全固体二次電池用スラリーは、上述の全固体二次電池用バインダー組成物と、固体電解質と、負極用の活物質(以下、「負極活物質」ともいう。)とを含有する。さらに、固体電解質層を形成するための全固体二次電池用スラリーは、上述の全固体二次電池用バインダー組成物と、固体電解質とを含有する。以下、本実施形態に係る全固体二次電池用スラリーに含まれ得る成分について説明する。 The slurry for forming the positive electrode active material layer of an all-solid-state secondary battery contains the above-mentioned binder composition for all-solid-state secondary batteries, a solid electrolyte, and an active material for the positive electrode (hereinafter also referred to as "positive electrode active material"). Similarly, the slurry for forming the negative electrode active material layer of an all-solid-state secondary battery contains the above-mentioned binder composition for all-solid-state secondary batteries, a solid electrolyte, and an active material for the negative electrode (hereinafter also referred to as "negative electrode active material"). Furthermore, the slurry for forming the solid electrolyte layer of an all-solid-state secondary battery contains the above-mentioned binder composition for all-solid-state secondary batteries and a solid electrolyte. The components that may be included in the slurry for all-solid-state secondary batteries according to this embodiment will be described below.
3.1.活物質
<正極活物質>
正極活物質としては、例えば、MnO2、MoO3、V2O5、V6O13、Fe2O3、Fe3O4、Li(1-x)CoO2、Li(1-x)NiO2、LixCoySnzO2、Li(1-x)Co(1-y)NiyO2、Li(1+x)Ni1/3Co1/3Mn1/3O2、TiS2、TiS3、MoS3、FeS2、CuF2、NiF2等の無機化合物;フッ化カーボン、グラファイト、気相成長炭素繊維および/またはその粉砕物、PAN系炭素繊維および/またはその粉砕物、ピッチ系炭素繊維および/またはその粉砕物等の炭素材料;ポリアセチレン、ポリ-p-フェニレン等の導電性高分子などを用いることができる。これらの正極活物質は、1種を単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。
3.1. Active material <positive electrode active material>
Examples of positive electrode active materials include MnO 2 , MoO 3 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , Li (1-x) CoO 2 , Li (1-x) NiO 2 , Li x Co y Sn z O 2 , Li (1-x) Co (1-y) Ni y O 2 , Li (1+x) Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , TiS 2 , TiS 3 , MoS 3 , FeS 2 , CuF 2 , NiF Inorganic compounds of the second class; carbon materials such as carbon fluoride, graphite, vapor-grown carbon fibers and/or their pulverized products, PAN-based carbon fibers and/or their pulverized products, pitch-based carbon fibers and/or their pulverized products; conductive polymers such as polyacetylene and poly-p-phenylene can be used. These positive electrode active materials may be used individually or in combination of two or more types.
正極活物質の平均粒径は、特に限定されないが、固固界面の接触面積を増加できるため、0.1μm~50μmであることが好ましい。正極活物質を所定の平均粒径とするためには、乳鉢、ボールミル、サンドミル、振動ボールミル、衛星ボールミル、旋回気流型ジェットミル等の粉砕機や、篩、風力分級機等の分級機を用いればよい。粉砕時には、必要に応じて、水またはメタノール等の溶媒を共存させた湿式粉砕を行ってもよい。分級は、乾式、湿式ともに用いることができる。また、焼成法によって得られた正極活物質は、水、酸性水溶液、アルカリ性水溶液、または有機溶剤にて洗浄した後使用してもよい。 The average particle size of the positive electrode active material is not particularly limited, but it is preferably 0.1 μm to 50 μm because it increases the contact area of the solid-solid interface. To obtain the desired average particle size of the positive electrode active material, grinders such as mortars, ball mills, sand mills, vibrating ball mills, satellite ball mills, and swirling airflow jet mills, or classifiers such as sieves and wind classifiers may be used. During grinding, wet grinding with water or a solvent such as methanol may be performed as needed. Classification can be performed using either dry or wet methods. Furthermore, the positive electrode active material obtained by the calcination method may be used after washing with water, acidic aqueous solution, alkaline aqueous solution, or organic solvent.
なお、活物質の平均粒径とは、レーザー回折法を測定原理とする粒度分布測定装置を用いて測定された体積平均粒子径のことをいう。このようなレーザー回折式粒度分布測定装置としては、例えばHORIBALA-300シリーズ、HORIBALA-920シリーズ(以上、株式会社堀場製作所製)等が挙げられる。 The average particle size of the active material refers to the volume-average particle diameter measured using a particle size distribution analyzer that employs laser diffraction as its measurement principle. Examples of such laser diffraction particle size distribution analyzers include the HORIBALA-300 series and the HORIBALA-920 series (both manufactured by Horiba, Ltd.).
正極活物質層を形成するための全固体二次電池用スラリーにおいて、正極活物質の含有割合は、固形成分の合計を100質量部としたときに、20~90質量部であることが好ましく、40~80質量部であることがより好ましい。 In a slurry for all-solid-state secondary batteries used to form a positive electrode active material layer, the content of the positive electrode active material is preferably 20 to 90 parts by mass, and more preferably 40 to 80 parts by mass, when the total amount of solid components is 100 parts by mass.
<負極活物質>
負極活物質としては、可逆的にリチウムイオン等を吸蔵・放出できるものであれば特に限定されないが、例えば、炭素質材料、酸化錫や酸化ケイ素等の金属酸化物、リチウム単体やリチウムアルミニウム合金等のリチウム合金、Sn、SiもしくはIn等のリチウムと合金形成可能な金属等が挙げられる。これらの中でも、信頼性の点から炭素質材料が、電池容量を大きくできる点からケイ素含有材料が、好ましく用いられる。
<Negative electrode active material>
The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can reversibly intercept and release lithium ions, etc., but examples include carbonaceous materials, metal oxides such as tin oxide and silicon oxide, lithium alloys such as elemental lithium and lithium aluminum alloy, and metals that can form alloys with lithium such as Sn, Si, or In. Among these, carbonaceous materials are preferred in terms of reliability, and silicon-containing materials are preferred in terms of being able to increase battery capacity.
炭素質材料としては、実質的に炭素からなる材料であれば特に限定されないが、例えば、石油ピッチ、天然黒鉛、気相成長黒鉛等の人造黒鉛、およびPAN系の樹脂やフルフリルアルコール樹脂等の各種の合成樹脂を焼成した炭素質材料が挙げられる。さらには、PAN系炭素繊維、セルロース系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、気相成長炭素繊維、脱水PVA系炭素繊維、リグニン炭素繊維、ガラス状炭素繊維、活性炭素繊維等の各種炭素繊維類、メソフェーズ微小球体、グラファイトウィスカー、平板状の黒鉛等が挙げられる。 Carbonaceous materials are not particularly limited as long as they are substantially composed of carbon, but examples include petroleum pitch, natural graphite, artificial graphite such as vapor-grown graphite, and carbonaceous materials obtained by firing various synthetic resins such as PAN-based resins and furfuryl alcohol resins. Furthermore, examples include various carbon fibers such as PAN-based carbon fibers, cellulose-based carbon fibers, pitch-based carbon fibers, vapor-grown carbon fibers, dehydrated PVA-based carbon fibers, lignin-based carbon fibers, glassy carbon fibers, and activated carbon fibers, as well as mesophase microspheres, graphite whiskers, and plate-shaped graphite.
ケイ素含有材料は、一般的に用いられる黒鉛やアセチレンブラックに比べて、より多くのリチウムイオンを吸蔵できる。すなわち、単位重量当たりのリチウムイオン吸蔵量が増加するため、電池容量を大きくすることができる。その結果、バッテリー駆動時間を長くすることができるという利点があり、車載用バッテリー等への使用が今後期待されている。その一方で、ケイ素含有材料は、リチウムイオンの吸蔵、放出に伴う体積変化が大きいことが知られており、黒鉛やアセチレンブラックではリチウムイオンの吸蔵による体積膨張が1.2~1.5倍程度であるところ、ケイ素を含有する負極活物質では約3倍にもなる場合がある。この膨張・収縮(充放電)を繰り返すことによって、負極活物質層の耐久性が不足し、例えば接触不足を起こしやすくなったり、サイクル寿命(電池寿命)が短くなったりすることがある。本実施形態に係る全固体二次電池用スラリーを用いて形成された負極活物質層は、このような膨張・収縮が繰り返されてもバインダー成分が追従することによって高い耐久性(強度)が発揮されるので、良好なサイクル寿命特性を実現できるという優れた効果を奏する。 Silicon-containing materials can absorb more lithium ions than commonly used graphite or acetylene black. This means that the amount of lithium ions absorbed per unit weight increases, allowing for a larger battery capacity. As a result, it offers the advantage of longer battery life, and its use in automotive batteries and other applications is expected in the future. On the other hand, silicon-containing materials are known to exhibit significant volume changes due to lithium ion absorption and release. While graphite and acetylene black experience volume expansion of approximately 1.2 to 1.5 times due to lithium ion absorption, silicon-containing negative electrode active materials can experience expansion of up to approximately 3 times. Repeated expansion and contraction (charging and discharging) can lead to insufficient durability of the negative electrode active material layer, potentially causing issues such as poor contact or a shortened cycle life (battery life). The negative electrode active material layer formed using the all-solid-state secondary battery slurry according to this embodiment exhibits high durability (strength) even with repeated expansion and contraction because the binder component follows the changes, resulting in excellent cycle life characteristics.
負極活物質の平均粒径は、特に限定されないが、固固界面の接触面積を増加できるため、0.1μm~60μmであることが好ましい。負極活物質を所定の平均粒径とするためには、上記例示した粉砕機や分級機を用いることができる。 The average particle size of the negative electrode active material is not particularly limited, but it is preferably between 0.1 μm and 60 μm, as this increases the contact area of the solid-solid interface. To obtain the desired average particle size of the negative electrode active material, the pulverizers and classifiers exemplified above can be used.
負極活物質層を形成するための全固体二次電池用スラリーにおいて、負極活物質の含有割合は、固形成分の合計を100質量部としたときに、20~90質量部であることが好ましく、40~80質量部であることがより好ましい。 In a slurry for all-solid-state secondary batteries used to form the negative electrode active material layer, the content of the negative electrode active material is preferably 20 to 90 parts by mass, and more preferably 40 to 80 parts by mass, when the total amount of solid components is 100 parts by mass.
3.2.固体電解質
本実施形態に係る全固体二次電池用スラリーは、固体電解質を含有する。固体電解質としては、一般に全固体二次電池に使用される固体電解質を適宜選択して用いることができるが、硫化物系固体電解質または酸化物系固体電解質であることが好ましい。
3.2. Solid Electrolyte The slurry for the all-solid-state secondary battery according to this embodiment contains a solid electrolyte. As the solid electrolyte, any solid electrolyte commonly used in all-solid-state secondary batteries can be appropriately selected and used, but a sulfide-based solid electrolyte or an oxide-based solid electrolyte is preferred.
固体電解質の平均粒径の下限としては、0.01μmであることが好ましく、0.1μmであることがより好ましい。固体電解質の平均粒径の上限としては、100μmであることが好ましく、50μmであることがより好ましい。 The lower limit of the average particle size of the solid electrolyte is preferably 0.01 μm, and more preferably 0.1 μm. The upper limit of the average particle size of the solid electrolyte is preferably 100 μm, and more preferably 50 μm.
本実施形態に係る全固体二次電池用スラリーにおいて、固体電解質の含有割合の下限は、電池性能と界面抵抗の低減・維持効果を両立できるため、固形成分の合計を100質量部としたときに、50質量部であることが好ましく、70質量部であることがより好ましく、90質量部であることが特に好ましい。固体電解質の含有割合の上限は、同様の効果により、固形成分の合計を100質量部としたときに、99.9質量部であることが好ましく、99.5質量部であることがより好ましく、99.0質量部であることが特に好ま
しい。ただし、前記正極活物質または前記負極活物質とともに用いるときには、その総和が上記の濃度範囲となることが好ましい。
In the slurry for all-solid-state secondary batteries according to this embodiment, the lower limit of the solid electrolyte content is preferably 50 parts by mass, more preferably 70 parts by mass, and particularly preferably 90 parts by mass, when the total amount of solid components is 100 parts by mass, in order to achieve both battery performance and the effect of reducing and maintaining interfacial resistance. The upper limit of the solid electrolyte content is preferably 99.9 parts by mass, more preferably 99.5 parts by mass, and particularly preferably 99.0 parts by mass, when the total amount of solid components is 100 parts by mass, for a similar effect. However, when used together with the positive electrode active material or the negative electrode active material, it is preferable that the sum of them falls within the above concentration range.
<硫化物系固体電解質>
硫化物系固体電解質は、硫黄原子(S)および周期表第1族または第2族の金属元素を含み、イオン伝導性を有し、かつ、電子絶縁性を有するものが好ましい。このような硫化物系固体電解質としては、例えば、下記一般式(6)で表される組成式の硫化物系固体電解質が挙げられる。
LiaMbPcSd ・・・・・(6)
(式(6)中、Mは、B、Zn、Si、Cu、GaおよびGeから選択される元素を表す。a~dは各元素の組成比を表し、a:b:c:d=1~12:0~1:1:2~9を満たす。)
<Sulfide solid electrolyte>
Sulfide-based solid electrolytes are preferably those that contain a sulfur atom (S) and a metal element of Group 1 or Group 2 of the periodic table, and that are ionic conductive and electronically insulating. Examples of such sulfide-based solid electrolytes include sulfide-based solid electrolytes with compositional formulas represented by the following general formula (6).
Li a M b P c S d ...(6)
(In formula (6), M represents an element selected from B, Zn, Si, Cu, Ga, and Ge. a to d represent the composition ratio of each element, satisfying a:b:c:d = 1 to 12:0 to 1:1:2 to 9.)
上記一般式(6)中、Li、M、PおよびSの組成比は、好ましくはb=0である。より好ましくはb=0、かつ、a:c:d=1~9:1:3~7である。さらに好ましくはb=0、かつ、a:c:d=1.5~4:1:3.25~4.5である。各元素の組成比は、硫化物系固体電解質を製造する際の原料化合物の配合量を調整することにより制御できる。 In the above general formula (6), the composition ratio of Li, M, P, and S is preferably b = 0. More preferably, b = 0 and a:c:d = 1 to 9:1:3 to 7. Even more preferably, b = 0 and a:c:d = 1.5 to 4:1:3.25 to 4.5. The composition ratio of each element can be controlled by adjusting the amount of raw material compounds used when producing sulfide-based solid electrolytes.
硫化物系固体電解質は、非結晶(ガラス)であってもよく、結晶(ガラスセラミックス)であってもよく、一部のみが結晶化していてもよい。 The sulfide-based solid electrolyte may be amorphous (glass), crystalline (glass ceramic), or partially crystalline.
Li-P-S系ガラスおよびLi-P-S系ガラスセラミックスにおける、Li2SとP2S5との比率は、Li2S:P2S5のモル比で、好ましくは65:35~85:15であり、より好ましくは68:32~80:20である。Li2SとP2S5との比率をこの範囲にすることにより、リチウムイオン伝導度を高くすることができる。硫化物系固体電解質のリチウムイオン伝導度は、1×10-4S/cm以上が好ましく、1×10-3S/cm以上がより好ましい。 In Li-P-S based glass and Li-P-S based glass ceramics, the ratio of Li₂S to P₂S₅ is preferably 65:35 to 85:15, and more preferably 68:32 to 80:20, in terms of the molar ratio of Li₂S to P₂S₅ . By setting the ratio of Li₂S to P₂S₅ within this range, the lithium ion conductivity can be increased. The lithium ion conductivity of the sulfide-based solid electrolyte is preferably 1 × 10⁻⁴ S/ cm or higher, and more preferably 1 × 10⁻³ S/cm or higher.
このような化合物としては、例えば、Li2Sと、第13族~第15族の元素の硫化物とを含有する原料組成物を用いてなるものが挙げられる。具体例としては、Li2S-P2S5、Li2S-GeS2、Li2S-GeS2-ZnS、Li2S-Ga2S3、Li2S-GeS2-Ga2S3、Li2S-GeS2-P2S5、Li2S-GeS2-Sb2S5、Li2S-GeS2-Al2S3、Li2S-SiS2、Li2S-Al2S3、Li2S-SiS2-Al2S3、Li2S-SiS2-P2S5、Li2S-SiS2-LiI、Li2S-SiS2-Li4SiO4、Li2S-SiS2-Li3PO4、Li10GeP2S12などが挙げられる。中でも、Li2S-P2S5、Li2S-GeS2-Ga2S3、Li2S-GeS2-P2S5、Li2S-SiS2-P2S5、Li2S-SiS2-Li4SiO4、Li2S-SiS2-Li3PO4からなる結晶および/または非結晶の原料組成物が、高いリチウムイオン伝導性を有するため好ましい。 Examples of such compounds include those derived from a raw material composition containing Li₂S and sulfides of elements from groups 13 to 15. Specific examples include Li 2 S-P 2 S 5 , Li 2 S-GeS 2 , Li 2 S-GeS 2 -ZnS, Li 2 S-Ga 2 S 3 , Li 2 S-GeS 2 -Ga 2 S 3 , Li 2 S-GeS 2 -P 2 S 5 , Li2S -GeS2 -Sb2S5 , Li2S - GeS2 - Al2S3 , Li2S - SiS2 , Li2S - Al2S3 , Li2S - SiS2 - Al2S3 , Li2S - SiS 2 -P 2 S 5 , Li 2 S-SiS Examples include 2 -LiI, Li2S - SiS2-Li4SiO4 , Li2S -SiS2- Li3PO4 , and Li10GeP2S12 . Among these, crystalline and / or amorphous raw material compositions consisting of Li2S-P2S5, Li2S-GeS2-Ga2S3, Li2S-GeS2-P2S5 , Li2S - SiS2 - P2S5 , Li2S - SiS2 - Li4SiO4 , and Li2S - SiS2 - Li3PO4 are preferred because they have high lithium ion conductivity.
このような原料組成物を用いて硫化物系固体電解質を合成する方法としては、例えば非晶質化法が挙げられる。非晶質化法としては、例えば、メカニカルミリング法および溶融急冷法が挙げられる。これらの中でも、常温での処理が可能になり、製造工程を簡略化できるため、メカニカルミリング法が好ましい。 One method for synthesizing sulfide-based solid electrolytes using such raw material compositions is the amorphous process. Examples of amorphous processes include mechanical milling and quenching. Among these, the mechanical milling method is preferred because it allows processing at room temperature and simplifies the manufacturing process.
硫化物系固体電解質は、例えば、T.Ohtomo,A.Hayashi,M.Tatsumisago,Y.Tsuchida,S.Hama,K.Kawamoto,JournalofPowerSources,233,(2013),pp231-235
又はA.Hayashi,S.Hama,H.Morimoto,M.Tatsumisago,T.Minami,Chem.Lett.,(2001),pp872-873等の文献を参考にして合成することができる。
For example, see T. Ohtomo, A. Hayashi, M. Tatsumisago, Y. Tsuchida, S. Hama, K. Kawamoto, Journal of Power Sources, 233, (2013), pp231-235.
Alternatively, it can be synthesized by referring to literature such as A. Hayashi, S. Hama, H. Morimoto, M. Tatsumisago, T. Minami, Chem. Lett., (2001), pp. 872-873.
<酸化物系固体電解質>
酸化物系固体電解質は、酸素原子(O)および周期表第1族または第2族の金属元素を含み、イオン伝導性を有し、かつ、電子絶縁性を有するものが好ましい。このような酸化物系固体電解質としては、例えば、LixaLayaTiO3〔xa=0.3~0.7、ya=0.3~0.7〕(LLT)、Li7La3Zr2O12(LLZ)、LISICON(Lithium Super Ionic Conductor)型結晶構造を有するLi3.5Zn0.25GeO4、NASICON(Natrium Super Ionic Conductor)型結晶構造を有するLiTi2P3O12、Li(1+xb+yb)(Al,Ga)xb(Ti,Ge)(2-xb)SiybP(3-yb)O12(ただし、0≦xb≦1、0≦yb≦1)、ガーネット型結晶構造を有するLi7La3Zr2O12が挙げられる。
<Oxide-based solid electrolyte>
The oxide-based solid electrolyte preferably contains an oxygen atom (O) and a metal element from Group 1 or Group 2 of the periodic table, and is ionic conductive and electronically insulating. Examples of such oxide-based solid electrolytes include Li xa La ya TiO 3 [xa = 0.3 to 0.7, ya = 0.3 to 0.7] (LLT), Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (LLZ), Li 3.5 Zn 0.25 GeO 4 having a LISICON (Lithium Super Ionic Conductor) type crystal structure, LiTi 2 P 3 O 12 having a NASICON (Natrium Super Ionic Conductor) type crystal structure, Li (1 + xb + yb) (Al,Ga) xb (Ti,Ge) (2-xb) Si yb P (3-yb) O 12 (where 0 ≤ xb ≤ 1, 0 ≤ yb ≤ 1), and Li 7 La 3 having a garnet type crystal structure. Zr₂O₁₂ is one example.
また、酸化物系固体電解質としては、Li、P、およびOを含むリン化合物も好ましい。例えば、リン酸リチウム(Li3PO4)、リン酸リチウムの酸素原子の一部を窒素原子で置換したLiPON、LiPOD(Dは、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Ru、Ag、Ta、W、Pt、およびAuから選ばれる少なくとも1種を示す。)が挙げられる。また、LiAON(Aは、Si、B、Ge、Al、C、およびGaから選ばれる少なくとも1種を示す。)等も好ましく用いることができる。 Furthermore, phosphorus compounds containing Li, P, and O are also preferred as oxide-based solid electrolytes. Examples include lithium phosphate ( Li₃PO₄ ), LiPON and LiPOD (where D represents at least one selected from Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Ru, Ag, Ta, W, Pt, and Au), in which some of the oxygen atoms of lithium phosphate are replaced with nitrogen atoms. LiAON (where A represents at least one selected from Si, B, Ge, Al, C, and Ga) can also be preferably used.
これらの中でも、Li(1+xb+yb)(Al,Ga)xb(Ti,Ge)(2-xb)SiybP(3-yb)O12(ただし、0≦xb≦1、0≦yb≦1である)は、高いリチウムイオン伝導性を有し、化学的に安定で取り扱いが容易なため好ましい。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Among these, Li (1 + xb + yb) (Al, Ga) xb (Ti, Ge) (2 - xb) Si yb P (3 - yb) O 12 (where 0 ≤ xb ≤ 1 and 0 ≤ yb ≤ 1) is preferred because it has high lithium ion conductivity, is chemically stable, and is easy to handle. These may be used individually or in combination of two or more.
酸化物系固体電解質のリチウムイオン伝導度は、1×10-6S/cm以上が好ましく、1×10-5S/cm以上がより好ましく、5×10-5S/cm以上が特に好ましい。 The lithium ion conductivity of the oxide-based solid electrolyte is preferably 1 × 10⁻⁶ S/cm or higher, more preferably 1 × 10⁻⁵ S/cm or higher, and particularly preferably 5 × 10⁻⁵ S/cm or higher.
3.3.その他の添加剤
本実施形態に係る全固体二次電池用スラリーは、上述した成分以外に、必要に応じてその他の添加剤を含有してもよい。その他の添加剤としては、例えば、導電助剤、増粘剤、液状媒体(ただし、全固体二次電池用バインダー組成物からの持ち込み分を除く。)等が挙げられる。
3.3 Other Additives The slurry for the all-solid-state secondary battery according to this embodiment may contain other additives as needed, in addition to the components described above. Examples of other additives include conductive additives, thickeners, and liquid media (excluding those introduced from the binder composition for the all-solid-state secondary battery).
<導電助剤>
導電助剤は、電子の導電性を補助する効果を有するために、正極活物質層または負極活物質層を形成するための全固体二次電池用スラリーに添加される。導電助剤の具体例としては、活性炭、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、黒鉛、炭素繊維、フラーレン等のカーボンが挙げられる。これらの中でも、アセチレンブラック、ファーネスブラックが好ましい。本実施形態に係る全固体二次電池用スラリーが導電助剤を含有する場合、導電助剤の含有割合は、活物質100質量部に対して、20質量部以下であることが好ましく、1~15質量部であることがより好ましく、2~10質量部であることが特に好ましい。
<Conductive additive>
Conductive additives are added to the slurry for all-solid-state secondary batteries to form the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer, as they have the effect of assisting the conduction of electrons. Specific examples of conductive additives include activated carbon, acetylene black, Ketjen black, furnace black, graphite, carbon fiber, and carbon such as fullerene. Among these, acetylene black and furnace black are preferred. When the slurry for all-solid-state secondary batteries according to this embodiment contains a conductive additive, the content ratio of the conductive additive is preferably 20 parts by mass or less, more preferably 1 to 15 parts by mass, and particularly preferably 2 to 10 parts by mass, per 100 parts by mass of active material.
<増粘剤>
増粘剤の具体例としては、上述の「2.2.その他の添加剤」の<増粘剤>の項で例示
した増粘剤が挙げられる。本実施形態に係る全固体二次電池用スラリーが増粘剤を含有する場合、増粘剤の含有割合は、全固体二次電池用スラリーの全固形分量100質量部に対して、5質量部以下であることが好ましく、0.1~3質量部であることがより好ましい。
<Thickening agent>
Specific examples of thickeners include those exemplified in the section "Thickeners" under "2.2. Other Additives" above. When the slurry for all-solid-state secondary batteries according to this embodiment contains a thickener, the content ratio of the thickener is preferably 5 parts by mass or less, and more preferably 0.1 to 3 parts by mass, per 100 parts by mass of the total solid content of the slurry for all-solid-state secondary batteries.
<液状媒体>
液状媒体の具体例としては、上述の「2.1.液状媒体(B)」の項で例示した液状媒体が挙げられる。本実施形態に係る全固体二次電池用スラリーに液状媒体を添加する場合、全固体二次電池用バインダー組成物に含まれる液状媒体(B)と同一の液状媒体を添加してもよく、異なる液状媒体を添加してもよいが、同一の液状媒体を添加することが好ましい。本実施形態に係る全固体二次電池用スラリー中の液状媒体の含有割合は、その塗布性を良好なものとし、塗布後の乾燥処理における共役ジエン系共重合体(A)や活物質の濃度勾配を抑制するために、任意の割合に調整することができる。
<Liquid media>
Specific examples of liquid media include the liquid media exemplified in section "2.1. Liquid Media (B)" above. When adding a liquid media to the slurry for all-solid-state secondary batteries according to this embodiment, the same liquid media as the liquid media (B) contained in the binder composition for all-solid-state secondary batteries may be added, or a different liquid media may be added, but it is preferable to add the same liquid media. The proportion of liquid media in the slurry for all-solid-state secondary batteries according to this embodiment can be adjusted to any proportion in order to improve its coatability and to suppress the concentration gradient of the conjugated diene copolymer (A) and active material during the drying process after coating.
3.4.全固体二次電池用スラリーの調製方法
本実施形態に係る全固体二次電池用スラリーは、上述の全固体二次電池用バインダー組成物と固体電解質とを含有するものである限り、どのような方法によって製造されたものであってもよい。
3.4. Method for preparing slurry for all-solid-state secondary batteries The slurry for all-solid-state secondary batteries according to this embodiment may be manufactured by any method, as long as it contains the above-described binder composition for all-solid-state secondary batteries and a solid electrolyte.
より良好な分散性および安定性を有するスラリーを、より効率的かつ安価に製造するためには、上述の全固体二次電池用バインダー組成物に、固体電解質および必要に応じて用いられる任意的添加成分を加え、これらを混合することにより製造することが好ましい。全固体二次電池用バインダー組成物とそれ以外の成分とを混合するためには、公知の手法による攪拌によって行うことができる。 To produce a slurry with better dispersibility and stability more efficiently and inexpensively, it is preferable to add a solid electrolyte and optional additives as needed to the above-mentioned binder composition for all-solid-state secondary batteries and mix them together. Mixing the binder composition for all-solid-state secondary batteries with the other components can be done by stirring using known methods.
全固体二次電池用スラリーを製造するための混合撹拌手段としては、スラリー中に固体電解質粒子の凝集体が残らない程度に撹拌し得る混合機と、必要にして十分な分散条件とを選択する必要がある。分散の程度は粒ゲージにより測定可能であるが、少なくとも100μmより大きい凝集物がなくなるように混合分散することが好ましい。このような条件に適合する混合機としては、例えばボールミル、ビーズミル、サンドミル、脱泡機、顔料分散機、擂潰機、超音波分散機、ホモジナイザー、プラネタリーミキサー、ホバートミキサーなどを例示することができる。 For manufacturing slurries for all-solid-state secondary batteries, it is necessary to select a mixer capable of stirring the slurry to the extent that no aggregates of solid electrolyte particles remain, and to choose necessary and sufficient dispersion conditions. While the degree of dispersion can be measured by a particle gauge, it is preferable to mix and disperse the material so that aggregates larger than at least 100 μm are eliminated. Examples of mixers suitable for these conditions include ball mills, bead mills, sand mills, defoamers, pigment dispersers, grinders, ultrasonic dispersers, homogenizers, planetary mixers, and Hobart mixers.
全固体二次電池用スラリーの調製(各成分の混合操作)は、少なくともその工程の一部を減圧下で行うことが好ましい。これにより、得られる正極活物質層、負極活物質層または固体電解質層内に気泡が生じることを防止することができる。減圧の程度としては、絶対圧として、5.0×103~5.0×105Pa程度とすることが好ましい。 The preparation of the slurry for all-solid-state secondary batteries (mixing of each component) is preferably carried out under reduced pressure for at least part of the process. This prevents the formation of air bubbles in the resulting positive electrode active material layer, negative electrode active material layer, or solid electrolyte layer. The degree of reduced pressure is preferably around 5.0 × 10³ to 5.0 × 10⁵ Pa in absolute pressure.
4.固体電解質シート
本発明の一実施形態に係る固体電解質シートは、基材上に上述の全固体二次電池用スラリーを塗布および乾燥させて形成された層を有するものである。
4. Solid Electrolyte Sheet A solid electrolyte sheet according to one embodiment of the present invention has a layer formed by coating and drying the above-mentioned slurry for all-solid-state secondary batteries on a substrate.
本実施形態に係る固体電解質シートは、例えば、基材となるフィルム上に上述の全固体二次電池用スラリーを、ブレード法(例えばドクターブレード法)、カレンダー法、スピンコート法、ディップコート法、インクジェット法、オフセット法、ダイコート法、またはスプレー法等により塗布し、乾燥させて層を形成した後、該フィルムを剥離することにより製造することができる。このようなフィルムとしては、例えば離型処理したPETフィルム等の一般的なものを用いることができる。 The solid electrolyte sheet according to this embodiment can be manufactured, for example, by applying the above-mentioned all-solid-state secondary battery slurry onto a base film using a blade method (e.g., doctor blade method), calendering method, spin coating method, dip coating method, inkjet method, offset method, die coating method, or spray method, drying to form a layer, and then peeling off the film. As such a film, a general-purpose film such as a release-treated PET film can be used.
または、固体電解質シートを積層する相手のグリーンシート、もしくは、その他の全固
体二次電池の構成部材の表面に、固体電解質を含有する全固体二次電池用スラリーを直接塗布、乾燥させて、固体電解質シートを成型することもできる。
Alternatively, a solid electrolyte sheet can be formed by directly applying and drying a slurry for all-solid-state secondary batteries containing a solid electrolyte onto the surface of the green sheet to which the solid electrolyte sheet is laminated, or onto the surface of other components of an all-solid-state secondary battery.
本実施形態に係る固体電解質シートは、層の厚さが好ましくは1~500μm、より好ましくは1~100μmの範囲となるように、上述の全固体二次電池用スラリーを塗布することが好ましい。層の厚さが前記範囲内であると、リチウムイオン等の伝導イオンが移動しやすくなるので、電池の出力が高くなる。また、層の厚さが前記範囲内にあると、電池全体を薄厚化することができるので、単位体積当たりの容量を大きくすることができる。 In this embodiment, it is preferable to coat the solid electrolyte sheet with the above-mentioned all-solid-state secondary battery slurry so that the layer thickness is preferably in the range of 1 to 500 μm, more preferably 1 to 100 μm. When the layer thickness is within this range, conductive ions such as lithium ions move more easily, resulting in higher battery output. Furthermore, when the layer thickness is within this range, the overall thickness of the battery can be reduced, thereby increasing the capacity per unit volume.
全固体二次電池用スラリーの乾燥は、特に限定されず、加熱乾燥、減圧乾燥、加熱減圧乾燥等のいずれの手段も用いることができる。乾燥雰囲気は、特に限定されず、例えば大気雰囲気下で行うことができる。 The drying method for the slurry of all-solid-state secondary batteries is not particularly limited, and any method such as heating drying, vacuum drying, or heating-vacuum drying can be used. The drying atmosphere is not particularly limited, and can be carried out, for example, under an atmospheric environment.
本実施形態に係る固体電解質シートにおいては、固体電解質層の重合体分布係数が、0.60~1.00であることが好ましく、0.70~0.95であることがより好ましく、0.75~0.90であることがより好ましい。本実施形態における「重合体分布係数」とは、以下の測定方法から定義される係数である。
(1)上述した方法により、基材の一方の面に固体電解質層を形成させる。これを二つに分割して、同じ固体電解質層を有する固体電解質シートを二つ作成する。
(2)あらかじめ準備しておいたアルミ板上に両面テープ(ニチバン株式会社製、品番「NW-25」)を貼り付け、さらに同両面テープの上にカプトンテープ(株式会社テラオカ製、品番「650S」)を粘着面が上になるようにして貼り付ける。
(3)(2)で用意したカプトンテープの粘着面上に、(1)で作成した固体電解質シートの一つの固体電解質層側と貼り合わせ、ローラーで圧着させる。
(4)基材を上に向けて(3)で作成されたアルミ板を水平面に固定した後、基材を上方向にアルミ板との角度が90°となるように一定速度で引き上げ、基材と固体電解質層との接着面から基材を剥離する。
(5)剥離した界面の両側、すなわち基材に残存した固体電解質層の表面から深さ1.5μm(1.5μm以下の厚さしか残存しなかった場合はその残存した全て)までの固体電解質層および、粘着テープに残存した固体電解質層表面から深さ1.5μmまでの固体電解質層を掻き取り、それを「測定試料A」とする。
(6)(1)で作成したもう一方の固体電解質シートから固体電解質層を全て掻き取り、それを「測定試料B」とする。
(7)測定試料Aおよび測定試料Bのそれぞれについて、高周波誘導加熱方式パイロライザーを有する熱分解ガスクロマトグラフィを用いて分析し、各試料の単位重量当たりの重合体成分の含有量(質量%)を算出する。得られた値を下記式(7)に代入することにより、重合体分布係数を算出する。
重合体分布係数=(測定試料Aの重合体含有量:質量%)/(測定試料Bの重合体含有量:質量%) ・・・・・(7)
In the solid electrolyte sheet according to this embodiment, the polymer distribution coefficient of the solid electrolyte layer is preferably 0.60 to 1.00, more preferably 0.70 to 0.95, and even more preferably 0.75 to 0.90. The "polymer distribution coefficient" in this embodiment is a coefficient defined by the following measurement method.
(1) A solid electrolyte layer is formed on one side of the substrate using the method described above. This is then divided into two to create two solid electrolyte sheets, each having the same solid electrolyte layer.
(2) Attach double-sided tape (manufactured by Nichiban Co., Ltd., product number "NW-25") to the aluminum plate that has been prepared in advance, and then attach Kapton tape (manufactured by Teraoka Co., Ltd., product number "650S") on top of the double-sided tape with the adhesive side facing up.
(3) The solid electrolyte layer side of one of the solid electrolyte sheets prepared in (1) is attached to the adhesive side of the Kapton tape prepared in (2), and then pressed down with a roller.
(4) With the substrate facing upwards, fix the aluminum plate created in (3) to the horizontal surface, then pull the substrate upwards at a constant speed so that the angle with the aluminum plate is 90°, and peel the substrate away from the adhesive surface between the substrate and the solid electrolyte layer.
(5) Scrap off the solid electrolyte layer from both sides of the peeled interface, that is, the solid electrolyte layer remaining on the substrate up to a depth of 1.5 μm from the surface (or the entire remaining layer if less than 1.5 μm in thickness remains) and the solid electrolyte layer remaining on the adhesive tape up to a depth of 1.5 μm from the surface, and this will be designated as "Measurement Sample A".
(6) Scrap off the entire solid electrolyte layer from the other solid electrolyte sheet prepared in (1), and this will be designated as "measurement sample B".
(7) For each of the sample A and sample B, analysis is performed using pyrolysis gas chromatography with a high-frequency induction heating pyrolizer, and the polymer content (mass%) per unit weight of each sample is calculated. The polymer distribution coefficient is calculated by substituting the obtained values into the following formula (7).
Polymer distribution coefficient = (polymer content of sample A: mass%) / (polymer content of sample B: mass%) ..... (7)
なお、上記式(7)によると、重合体分布係数が1であれば、固体電解質層中の重合体成分が均一に分布していることを表す。また、重合体分布係数が1を超える値であれば、基材と固体電解質層との剥離界面近傍に重合体成分が偏在しており、1未満の値であれば、基材と固体電解質層との剥離界面近傍の重合体成分が疎になっていると解釈できる。 According to equation (7) above, a polymer distribution coefficient of 1 indicates that the polymer components in the solid electrolyte layer are uniformly distributed. Furthermore, a polymer distribution coefficient greater than 1 indicates that the polymer components are unevenly distributed near the peeling interface between the substrate and the solid electrolyte layer, while a value less than 1 indicates that the polymer components near the peeling interface are sparsely distributed.
したがって、固体電解質層の重合体分布係数が0.60~1.00であると、重合体成分が基材と固体電解質層との界面近傍に十分に存在するため、基材と固体電解質層間の結着性が良好となり、かつ電気的特性にも優れた全固体二次電池用の固体電解質シートが得られる。固体電解質層の重合体分布係数が前記範囲未満であると、基材と固体電解質層と
の界面にバインダーとして機能する重合体成分が少なくなるため、基材と固体電解質層の密着性が低下する傾向がある。また、このようなブリード(移行)が起こることにより、固体電解質層表面の平滑性が損なわれる傾向がある。一方、重合体分布係数が前記範囲を超えると、基材と固体電解質層の界面に絶縁体であるバインダー成分が局在化することにより、固体電解質シートの内部抵抗が上昇して電気的特性が損なわれる傾向がある。
Therefore, when the polymer distribution coefficient of the solid electrolyte layer is 0.60 to 1.00, sufficient polymer components are present near the interface between the substrate and the solid electrolyte layer, resulting in good adhesion between the substrate and the solid electrolyte layer, and a solid electrolyte sheet for all-solid-state secondary batteries with excellent electrical properties can be obtained. If the polymer distribution coefficient of the solid electrolyte layer is below the above range, there are fewer polymer components that function as a binder at the interface between the substrate and the solid electrolyte layer, which tends to reduce the adhesion between the substrate and the solid electrolyte layer. In addition, such bleeding (migration) tends to impair the smoothness of the solid electrolyte layer surface. On the other hand, if the polymer distribution coefficient exceeds the above range, the binder components, which are insulators, become localized at the interface between the substrate and the solid electrolyte layer, which tends to increase the internal resistance of the solid electrolyte sheet and impair its electrical properties.
固体電解質シートに正極活物質および固体電解質が含まれる場合には、固体電解質シートは正極活物質層としての機能を有する。固体電解質シートに負極活物質および固体電解質が含まれる場合には、固体電解質シートは負極活物質層としての機能を有する。また、固体電解質シートに正極活物質および負極活物質が含まれず、固体電解質が含まれる場合には、固体電解質シートは固体電解質層としての機能を有する。 If the solid electrolyte sheet contains both a positive electrode active material and a solid electrolyte, the solid electrolyte sheet functions as a positive electrode active material layer. If the solid electrolyte sheet contains both a negative electrode active material and a solid electrolyte, the solid electrolyte sheet functions as a negative electrode active material layer. Furthermore, if the solid electrolyte sheet does not contain positive or negative electrode active materials but contains a solid electrolyte, the solid electrolyte sheet functions as a solid electrolyte layer.
5.全固体二次電池用電極および全固体二次電池
本発明の一実施形態に係る全固体二次電池用電極は、集電体と、前記集電体の表面上に上述の全固体二次電池用スラリーが塗布および乾燥されて形成された活物質層と、を備えるものである。かかる全固体二次電池用電極は、金属箔などの集電体の表面に、上述の全固体二次電池用スラリーを塗布して塗膜を形成し、次いで該塗膜を乾燥して活物質層を形成することにより製造することができる。このようにして製造された全固体二次電池用電極は、集電体上に、上述の共役ジエン系共重合体(A)、固体電解質、および活物質、さらに必要に応じて添加した任意成分を含有する活物質層が結着されてなるものであるから、柔軟性、耐擦性および粉落ち耐性に優れるとともに、良好な充放電耐久特性を示す。
5. Electrodes for All-Solid-State Secondary Batteries and All-Solid-State Secondary Batteries An electrode for an all-solid-state secondary battery according to one embodiment of the present invention comprises a current collector and an active material layer formed by applying and drying the above-mentioned slurry for all-solid-state secondary batteries on the surface of the current collector. Such an electrode for an all-solid-state secondary battery can be manufactured by applying the above-mentioned slurry for all-solid-state secondary batteries to the surface of a current collector such as metal foil to form a coating film, and then drying the coating film to form an active material layer. The electrode for an all-solid-state secondary battery manufactured in this manner has an active material layer containing the above-mentioned conjugated diene copolymer (A), solid electrolyte, and active material, as well as optional components added as needed, bonded to the current collector, and therefore exhibits excellent flexibility, abrasion resistance, and powder shedding resistance, as well as good charge-discharge durability characteristics.
正極・負極の集電体としては、化学変化を起こさない電子伝導体が用いられることが好ましい。正極の集電体としては、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、およびこれらの合金等や、アルミニウム、ステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタンあるいは銀を処理させたものが好ましく、これらの中でも、アルミニウム、アルミニウム合金がより好ましい。負極の集電体としては、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、およびこれらの合金が好ましく、アルミニウム、銅、銅合金がより好ましい。 For the positive and negative electrode current collectors, it is preferable to use electron conductors that do not undergo chemical changes. For the positive electrode current collector, aluminum, stainless steel, nickel, titanium, and their alloys are preferred, as are aluminum or stainless steel treated with carbon, nickel, titanium, or silver on its surface. Among these, aluminum and aluminum alloys are more preferred. For the negative electrode current collector, aluminum, copper, stainless steel, nickel, titanium, and their alloys are preferred, with aluminum, copper, and copper alloys being more preferred.
集電体の形状としては、通常フィルムシート状のものが使用されるが、ネット、パンチされたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の成形体なども用いることができる。集電体の厚みとしては、特に限定されないが、1μm~500μmが好ましい。また、集電体表面は、表面処理により凹凸を付けることも好ましい。 While film sheets are typically used as the shape of the current collector, nets, punched materials, lath materials, porous materials, foams, and molded fiber bundles can also be used. The thickness of the current collector is not particularly limited, but 1 μm to 500 μm is preferred. Furthermore, it is preferable to create a textured surface on the current collector through surface treatment.
全固体二次電池用スラリーを集電体上に塗布する手段としては、ドクターブレード法、リバースロール法、コンマバー法、グラビヤ法、またはエアーナイフ法等を利用することができる。全固体二次電池用スラリーの塗布膜の乾燥処理の条件としては、処理温度は20~250℃であることが好ましく、50~150℃であることがより好ましく、処理時間は1~120分間であることが好ましく、5~60分間であることがより好ましい。 Methods for applying the slurry for all-solid-state secondary batteries onto the current collector include the doctor blade method, reverse roll method, comma bar method, gravure method, or air knife method. For drying the coated film of the all-solid-state secondary battery slurry, the processing temperature is preferably 20 to 250°C, more preferably 50 to 150°C, and the processing time is preferably 1 to 120 minutes, more preferably 5 to 60 minutes.
また、集電体上に形成された活物質層をプレス加工して圧縮してもよい。プレス加工する手段としては、高圧スーパープレス、ソフトカレンダー、1トンプレス機等を利用することができる。プレス加工の条件は、用いる加工機に応じて適宜設定することができる。 Alternatively, the active material layer formed on the current collector may be compressed by press processing. Suitable press processing methods include high-pressure super presses, soft calenders, and 1-ton presses. The press processing conditions can be appropriately set depending on the processing machine used.
このようにして集電体上に形成された活物質層は、例えば、厚みが40~100μmであり、密度が1.3~2.0g/cm3である。 The active material layer formed on the current collector in this manner has, for example, a thickness of 40 to 100 μm and a density of 1.3 to 2.0 g/ cm³ .
このようにして製造された全固体二次電池用電極は、一対の電極間に固体電解質層が挟持されて構成される全固体二次電池における電極、具体的には全固体二次電池用の正極お
よび/または負極として好適に用いられる。また、上述の全固体二次電池用スラリーを用いて形成された固体電解質層は、全固体二次電池用の固体電解質層として好適に用いられる。
The electrodes for all-solid-state secondary batteries manufactured in this manner are suitably used as electrodes in an all-solid-state secondary battery, specifically as the positive and/or negative electrodes, which are configured in which a solid electrolyte layer is sandwiched between a pair of electrodes. Furthermore, the solid electrolyte layer formed using the above-described slurry for all-solid-state secondary batteries is suitably used as the solid electrolyte layer for all-solid-state secondary batteries.
本実施形態に係る全固体二次電池は、公知の方法を用いて製造することができる。具体的には、以下のような製造方法を用いることができる。 The all-solid-state secondary battery according to this embodiment can be manufactured using known methods. Specifically, the following manufacturing methods can be used.
まず、固体電解質および正極活物質を含有する全固体二次電池正極用スラリーを集電体上に塗布および乾燥させて正極活物質層を形成し、全固体二次電池用正極を作製する。次いで、該全固体二次電池用正極の正極活物質層の表面に固体電解質を含有する全固体二次電池固体電解質用スラリーを塗布および乾燥させて固体電解質層を形成する。さらに、同様にして固体電解質および負極活物質を含有する全固体二次電池負極用スラリーを固体電解質層の表面に塗布および乾燥させて負極活物質層を形成する。最後に、該負極活物質層の表面に負極側の集電体(金属箔)を載置することで、所望の全固体二次電池の構造を得ることができる。 First, a slurry for the positive electrode of a solid-state secondary battery, containing a solid electrolyte and positive electrode active material, is applied to a current collector and dried to form a positive electrode active material layer, thereby creating a positive electrode for a solid-state secondary battery. Next, a slurry for the solid electrolyte of a solid-state secondary battery, containing a solid electrolyte, is applied to the surface of the positive electrode active material layer of the positive electrode and dried to form a solid electrolyte layer. Furthermore, a slurry for the negative electrode of a solid-state secondary battery, containing a solid electrolyte and negative electrode active material, is applied to the surface of the solid electrolyte layer and dried in the same manner to form a negative electrode active material layer. Finally, by placing a current collector (metal foil) on the negative electrode side on the surface of the negative electrode active material layer, the desired structure of a solid-state secondary battery can be obtained.
また、固体電解質シートを離型PETフィルム上に作製し、予め作製しておいた全固体二次電池用正極または全固体二次電池用負極の上に貼り合わせる。その後、離型PETを剥離することで、所望の全固体二次電池の構造を得ることもできる。なお、上記の各組成物の塗布方法は常法によればよい。このとき、全固体二次電池正極用スラリー、全固体二次電池固体電解質層用スラリー、および全固体二次電池負極用スラリーのそれぞれの塗布の後に、それぞれ加熱処理を施すことが好ましい。加熱温度は、共役ジエン系共重合体(A)のガラス転移温度以上であることが好ましい。具体的には、30℃以上が好ましく、60℃以上がより好ましく、100℃以上であることが最も好ましい。上限は、300℃以下が好ましく、250℃以下がより好ましい。このような温度範囲で加熱することで、共役ジエン系共重合体(A)を軟化させるとともに、その形状を維持することができる。これにより、全固体二次電池において、良好な密着性とリチウムイオン伝導性を得ることができる。 Furthermore, a solid electrolyte sheet can be fabricated on a release PET film and bonded to a pre-fabricated positive electrode or negative electrode for a solid-state secondary battery. The desired solid-state secondary battery structure can then be obtained by peeling off the release PET film. The application method for each of the above compositions may be a conventional method. In this case, it is preferable to perform heat treatment after the application of the slurry for the positive electrode of the solid-state secondary battery, the slurry for the solid electrolyte layer of the solid-state secondary battery, and the slurry for the negative electrode of the solid-state secondary battery. The heating temperature is preferably above the glass transition temperature of the conjugated diene copolymer (A). Specifically, 30°C or higher is preferred, 60°C or higher is more preferred, and 100°C or higher is most preferred. The upper limit is preferably 300°C or lower, and more preferably 250°C or lower. Heating within this temperature range softens the conjugated diene copolymer (A) while maintaining its shape. This allows for good adhesion and lithium-ion conductivity in the solid-state secondary battery.
また、加熱しながら加圧することも好ましい。加圧圧力としては5kN/cm2以上が好ましく、10kN/cm2以上であることがより好ましく、20kN/cm2以上であることが特に好ましい。なお、本明細書中において、放電容量とは、電極の活物質重量あたりの値を示し、ハーフセルにおいては負極の活物質重量あたりの値を示す。 Furthermore, it is also preferable to pressurize while heating. The pressurized pressure is preferably 5 kN/ cm² or higher, more preferably 10 kN/ cm² or higher, and particularly preferably 20 kN/ cm² or higher. In this specification, discharge capacity refers to the value per unit weight of the electrode's active material, and in the case of a half-cell, it refers to the value per unit weight of the negative electrode's active material.
6.実施例
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例、比較例中の「部」および「%」は、特に断らない限り質量基準である。
6. Examples The present invention will be described in detail below based on examples, but the present invention is not limited to these examples. In the examples and comparative examples, "parts" and "%" are based on mass unless otherwise specified.
6.1.各物性値の測定法
以下の実施例および比較例において、各物性値の測定法は以下の通りである。
6.1. Measurement Methods for Each Physical Property In the following examples and comparative examples, the measurement methods for each physical property are as follows.
(1)1,2-ビニル結合含有量の測定
重合体中の1,2-ビニル結合含有量(単位:モル%)は、重水素化クロロホルムを溶媒として用い、500MHzの1H-NMRにより求めた。
(1) Measurement of 1,2-vinyl bond content The 1,2-vinyl bond content (unit: mol%) in the polymer was determined by 1H -NMR at 500 MHz using deuterated chloroform as the solvent.
(2)結合スチレン含量
重合体中の結合スチレン含量(単位:%)は、重水素化クロロホルムを溶媒として用い、500MHzの1H-NMRにより求めた。
(2) Bound Styrene Content The bound styrene content (in %) in the polymer was determined by 1H -NMR at 500 MHz using deuterated chloroform as the solvent.
(3)重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、およびMw/Mn
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)(商品名「HLC-8120GPC」、東ソー株式会社製)を使用して得られたGPC曲線の最大ピークの頂点に相当する保持時間からポリスチレン換算で、重量平均分子量(Mw)および数平均分子量(Mn)をそれぞれ求め、Mw/Mnを算出した。
(GPCの条件)
・カラム:商品名「GMHXL」(東ソー社製)2本
・カラム温度:40℃
・移動相:テトラヒドロフラン
・流速:1.0mL/分
・サンプル濃度:10mg/20mL
(3) Weight-average molecular weight (Mw), number-average molecular weight (Mn), and Mw/Mn
The weight-average molecular weight (Mw) and number-average molecular weight (Mn) were determined from the retention time corresponding to the peak of the maximum peak of the GPC curve obtained using gel permeation chromatography (GPC) (product name "HLC-8120GPC", manufactured by Tosoh Corporation), and the Mw/Mn ratio was calculated.
(GPC conditions)
• Columns: Two "GMHXL" columns (manufactured by Tosoh Corporation) • Column temperature: 40°C
Mobile phase: Tetrahydrofuran; Flow rate: 1.0 mL/min; Sample concentration: 10 mg/20 mL
6.2.変性開始剤の製造例
[製造例1]
真空乾燥させた4Lステンレススチール圧力容器2個を準備した。一番目の圧力容器にシクロヘキサン985g、下記式(1-3)で表される化合物120gおよびテトラメチルエチレンジアミン86gを投入し、第1反応溶液を製造した。これと同時に、二番目の圧力容器に液状の20重量%のn-ブチルリチウム318gおよびシクロヘキサン874gを投入し、第2反応溶液を製造した。このとき、下記式(1-3)で表される化合物、n-ブチルリチウムおよびテトラメチルエチレンジアミンのモル比は1:1:1であった。各圧力容器の圧力は、7barに維持させた状態で、質量流量計を用いて連続式反応器内に、第1連続式チャンネルに第1反応溶液を1.0g/minの注入速度で、第2連続式チャンネルに第2反応溶液を1.0g/minの注入速度でそれぞれ注入した。このとき、連続式反応器の温度は-10℃を維持し、内部圧力は、バックプレッシャーレギュレーターを用いて3barを維持し、反応器内の滞留時間は10分以内になるように調節した。反応を終了して変性開始剤を得た。
6.2. Manufacturing Examples of Denaturation Initiators [Manufacturing Example 1]
Two 4L stainless steel pressure vessels, vacuum-dried, were prepared. 985g of cyclohexane, 120g of the compound represented by formula (1-3) below, and 86g of tetramethylethylenediamine were added to the first pressure vessel to produce the first reaction solution. Simultaneously, 318g of 20% by weight liquid n-butyllithium and 874g of cyclohexane were added to the second pressure vessel to produce the second reaction solution. At this time, the molar ratio of the compound represented by formula (1-3), n-butyllithium, and tetramethylethylenediamine was 1:1:1. While maintaining the pressure in each pressure vessel at 7 bar, the first reaction solution was injected into the first continuous channel at an injection rate of 1.0 g/min, and the second reaction solution into the second continuous channel at an injection rate of 1.0 g/min, using a mass flow meter. During this time, the temperature of the continuous reactor was maintained at -10°C, the internal pressure was maintained at 3 bar using a back pressure regulator, and the residence time in the reactor was adjusted to be within 10 minutes. The reaction was terminated to obtain the denaturing initiator.
[製造例2]
真空乾燥させた4Lステンレススチール圧力容器2個を準備した。一番目の圧力容器にシクロヘキサン944g、下記式(1-1)で表される化合物161gおよびテトラメチルエチレンジアミン86gを投入し、第1反応溶液を製造した。これと同時に、二番目の圧力容器に液状の20重量%のn-ブチルリチウム318gおよびシクロヘキサン874gを投入し、第2反応溶液を製造した。このとき、下記式(1-1)で表される化合物、n-ブチルリチウムおよびテトラメチルエチレンジアミンのモル比は1:1:1であった。各圧力容器の圧力は7barに維持させた状態で、質量流量計を用いて連続式反応器内に、第1連続式チャンネルに第1反応溶液を1.0g/minの注入速度で、第2連続式チャンネルに第2反応溶液を1.0g/minの注入速度でそれぞれ注入した。このとき、連続式反応器の温度は-10℃を維持し、内部圧力は、バックプレッシャーレギュレーターを用いて3barを維持し、反応器内の滞留時間は10分以内になるように調節した。反応を終了して変性開始剤を得た。
[Manufacturing Example 2]
Two 4L stainless steel pressure vessels, vacuum-dried, were prepared. In the first pressure vessel, 944g of cyclohexane, 161g of the compound represented by formula (1-1) below, and 86g of tetramethylethylenediamine were added to prepare the first reaction solution. Simultaneously, in the second pressure vessel, 318g of 20% by weight of liquid n-butyllithium and 874g of cyclohexane were added to prepare the second reaction solution. At this time, the molar ratio of the compound represented by formula (1-1), n-butyllithium, and tetramethylethylenediamine was 1:1:1. While maintaining the pressure in each pressure vessel at 7 bar, the first reaction solution was injected into the first continuous channel of the continuous reactor at an injection rate of 1.0 g/min, and the second reaction solution was injected into the second continuous channel at an injection rate of 1.0 g/min, using a mass flow meter. During this time, the temperature of the continuous reactor was maintained at -10°C, the internal pressure was maintained at 3 bar using a back pressure regulator, and the residence time in the reactor was adjusted to be within 10 minutes. The reaction was terminated to obtain the denaturing initiator.
[製造例3]
真空乾燥させた4Lステンレススチール圧力容器2個を準備した。一番目の圧力容器にシクロヘキサン898g、下記式(1-2)で表される化合物207gおよびテトラメチルエチレンジアミン86gを投入し、第1反応溶液を製造した。これと同時に、二番目の圧力容器に液状の20重量%のn-ブチルリチウム318gおよびシクロヘキサン874gを投入し、第2反応溶液を製造した。このとき、下記式(1-2)で表される化合物、n-ブチルリチウムおよびテトラメチルエチレンジアミンのモル比は1:1:1であった。各圧力容器の圧力は7barに維持させた状態で、質量流量計を用いて連続式反応器内に、第1連続式チャンネルに第1反応溶液を1.0g/minの注入速度で、第2連続式チャンネルに第2反応溶液を1.0g/minの注入速度でそれぞれ注入した。このとき、連続式反応器の温度は-10℃を維持し、内部圧力は、バックプレッシャーレギュレーターを用いて3barを維持し、反応器内の滞留時間は10分以内になるように調節した。反応を終了して変性開始剤を得た。
[Manufacturing Example 3]
Two 4L stainless steel pressure vessels, vacuum-dried, were prepared. In the first pressure vessel, 898g of cyclohexane, 207g of the compound represented by formula (1-2) below, and 86g of tetramethylethylenediamine were added to prepare the first reaction solution. Simultaneously, in the second pressure vessel, 318g of 20% by weight of liquid n-butyllithium and 874g of cyclohexane were added to prepare the second reaction solution. At this time, the molar ratio of the compound represented by formula (1-2), n-butyllithium, and tetramethylethylenediamine was 1:1:1. While maintaining the pressure in each pressure vessel at 7 bar, the first reaction solution was injected into the first continuous channel of the continuous reactor at an injection rate of 1.0 g/min, and the second reaction solution was injected into the second continuous channel at an injection rate of 1.0 g/min, using a mass flow meter. During this time, the temperature of the continuous reactor was maintained at -10°C, the internal pressure was maintained at 3 bar using a back pressure regulator, and the residence time in the reactor was adjusted to be within 10 minutes. The reaction was terminated to obtain the denaturing initiator.
6.3.共役ジエン系共重合体(A)の合成例
<合成例1>
3器の反応器が直列で連結された連続反応器のうち第1反応器に、n-ヘキサンにスチレンが60重量%で溶解されているスチレン溶液を3.08kg/h、n-ヘキサンに1,3-ブタジエンが60重量%で溶解されている1,3-ブタジエン溶液を12.90kg/h、n-ヘキサン47.66kg/h、n-ヘキサンに1,2-ブタジエンが2.0重量%で溶解されている1,2-ブタジエン溶液を10g/h、極性添加剤として、n-ヘキサンに2,2-(ジ-2(テトラヒドロフリル)プロパンが10重量%で溶解されている溶液を10.0g/h、製造例1で製造された変性開始剤を292.50g/hの速度で注入した。このとき、第1反応器の温度は50℃となるように維持し、重合転化率が43%となったとき、移送配管を介して、第1反応器から第2反応器へ重合物を移送した。
6.3. Synthesis Example of Conjugated Diene Copolymer (A) <Synthesis Example 1>
In the first reactor of a continuous reactor consisting of three reactors connected in series, 3.08 kg/h of styrene solution (60% by weight of styrene dissolved in n-hexane), 12.90 kg/h of 1,3-butadiene solution (60% by weight of 1,3-butadiene dissolved in n-hexane), 47.66 kg/h of n-hexane, 10 g/h of 1,2-butadiene solution (2.0% by weight of 1,2-butadiene dissolved in n-hexane), 10.0 g/h of a polar additive (10% by weight of 2,2-(di-2(tetrahydrofuryl)propane dissolved in n-hexane), and 292.50 g/h of the modification initiator produced in Production Example 1 were injected. At this time, the temperature of the first reactor was maintained at 50°C, and when the polymerization conversion rate reached 43%, the polymer was transferred from the first reactor to the second reactor via a transfer pipe.
次いで、第2反応器に、n-ヘキサンに1,3-ブタジエンが60重量%で溶解されている1,3-ブタジエン溶液を0.68kg/hの速度で注入した。このとき、第2反応器の温度は65℃となるように維持し、重合転化率が95%以上となったとき、移送配管を介して、第2反応器から第3反応器へ重合物を移送した。 Next, a 1,3-butadiene solution, in which 1,3-butadiene was dissolved in n-hexane at a rate of 60% by weight, was injected into the second reactor at a rate of 0.68 kg/h. During this time, the temperature of the second reactor was maintained at 65°C. When the polymerization conversion rate reached 95% or higher, the polymer was transferred from the second reactor to the third reactor via a transfer pipe.
前記第2反応器から第3反応器へ重合物を移送し、変性剤として、N,N-ビス(3-(ジエトキシ(メチル)シリル)プロピル)-メチル-1-アミンが溶解されている溶液を第3反応器に投入した[変性剤:act.Li=1:1mol]。第3反応器の温度は、65℃となるように維持した。 The polymer was transferred from the second reactor to the third reactor, and a solution containing N,N-bis(3-(diethoxy(methyl)silyl)propyl)-methyl-1-amine was added to the third reactor as a denaturing agent [denaturing agent: act. Li = 1:1 mol]. The temperature of the third reactor was maintained at 65°C.
その後、第3反応器から排出された重合溶液に、酸化防止剤として30重量%で溶解されているIR1520(BASF社製)溶液を170g/hの速度で注入して撹拌した。その結果、得られた重合物をスチームで加熱された温水に入れ、撹拌して溶媒を除去し、共役ジエン系共重合体(A-1)を製造した。 Subsequently, a solution of IR1520 (manufactured by BASF), dissolved at 30% by weight as an antioxidant, was injected into the polymerization solution discharged from the third reactor at a rate of 170 g/h and stirred. The resulting polymer was then placed in steam-heated hot water, stirred to remove the solvent, and a conjugated diene copolymer (A-1) was produced.
<合成例2>
変性剤として、N,N-ビス(3-(ジエトキシ(メチル)シリル)プロピル)-メチル-1-アミンの代りに3,3’-(1,1,3,3-テトラメトキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジエチルプロパン-1-アミン)が溶解されている溶液を第3反応器に連続的に供給したこと以外は、前記合成例1と同様に実施し、共役ジエン系共重合体(A-2)を製造した[変性剤:aca.Li=1:1mol]。
<Synthesis Example 2>
The procedure was carried out in the same manner as in Synthesis Example 1, except that a solution containing 3,3'-(1,1,3,3-tetramethoxydisiloxane-1,3-diyl)bis(N,N-diethylpropane-1-amine) was continuously supplied to the third reactor as a denaturing agent instead of N,N-bis(3-(diethoxy(methyl)silyl)propyl)-methyl-1-amine, to produce a conjugated diene copolymer (A-2) [denaturing agent: aca. Li = 1:1 mol].
<合成例3>
合成例1において、変性開始剤として、製造例1で製造された変性開始剤の代わりに、製造例2で製造された変性開始剤を292.5g/hの速度で第1反応器に連続的に供給したこと以外は、前記実施例1と同様に実施し、共役ジエン系共重合体(A-3)を製造した。
<Synthesis Example 3>
In Synthesis Example 1, the process was carried out in the same manner as in Example 1, except that the denaturing initiator produced in Production Example 2 was continuously supplied to the first reactor at a rate of 292.5 g/h instead of the denaturing initiator produced in Production Example 1, to produce a conjugated diene copolymer (A-3).
<合成例4>
合成例1において、変性開始剤として、製造例1で製造された変性開始剤の代わりに、製造例3で製造された変性開始剤を292.5g/hの速度で第1反応器に連続的に供給したこと以外は、前記合成例1と同様に実施し、共役ジエン系共重合体(A-4)を製造した。
<Synthesis Example 4>
In Synthesis Example 1, the process was carried out in the same manner as in Synthesis Example 1, except that the denaturing initiator produced in Production Example 3 was continuously supplied to the first reactor at a rate of 292.5 g/h instead of the denaturing initiator produced in Production Example 1, to produce a conjugated diene copolymer (A-4).
<合成例5>
合成例1において、変性剤として、N,N-ビス(3-(ジエトキシ(メチル)シリル)プロピル)-メチル-1-アミンの代わりに、3-(ジメトキシ(メチル)シリル)-N,N-ジエチルプロパン-1-アミンが溶解されている溶液を第3反応器に連続的に供給したこと以外は、前記合成例1と同様に実施し、共役ジエン系共重合体(A-5)を製造した[変性剤:aca.Li=1:1mol]。
<Synthesis Example 5>
In Synthesis Example 1, the procedure was carried out in the same manner as in Synthesis Example 1, except that a solution containing 3-(dimethoxy(methyl)silyl)-N,N-diethylpropane-1-amine was continuously supplied to the third reactor as a denaturing agent instead of N,N-bis(3-(diethoxy(methyl)silyl)propyl)-methyl-1-amine, to produce a conjugated diene copolymer (A-5) [denaturing agent: aca. Li = 1:1 mol].
<合成例6>
3器の反応器が直列で連結された連続反応器のうち第1反応器に、n-ヘキサンにスチレンが60重量%で溶解されているスチレン溶液を6.58kg/h、n-ヘキサンに1,3-ブタジエンが60重量%で溶解されている1,3-ブタジエン溶液を9.58kg/h、n-ヘキサン47.66kg/h、n-ヘキサンに1,2-ブタジエンが2.0重量%で溶解されている1,2-ブタジエン溶液を10g/h、極性添加剤として、n-ヘキサンに2,2-(ジ-2(テトラヒドロフリル)プロパンが10重量%で溶解されている溶液を10.0g/h、製造例1で製造された変性開始剤を292.5g/hの速度で注入した。このとき、第1反応器の温度は50℃となるように維持し、重合転化率が43%となったとき、移送配管を介して、第1反応器から第2反応器へ重合物を移送した。
<Synthesis Example 6>
In the first reactor of a continuous reactor consisting of three reactors connected in series, 6.58 kg/h of styrene solution (60% by weight of styrene dissolved in n-hexane), 9.58 kg/h of 1,3-butadiene solution (60% by weight of 1,3-butadiene dissolved in n-hexane), 47.66 kg/h of n-hexane, 10 g/h of 1,2-butadiene solution (2.0% by weight of 1,2-butadiene dissolved in n-hexane), 10.0 g/h of a polar additive (10% by weight of 2,2-(di-2(tetrahydrofuryl)propane dissolved in n-hexane), and 292.5 g/h of the denaturation initiator produced in Production Example 1 were injected. At this time, the temperature of the first reactor was maintained at 50°C, and when the polymerization conversion rate reached 43%, the polymer was transferred from the first reactor to the second reactor via a transfer pipe.
次いで、第2反応器に、n-ヘキサンに1,3-ブタジエンが60重量%で溶解されている1,3-ブタジエン溶液を0.50kg/hの速度で注入した。このとき、第2反応器の温度は65℃となるように維持し、重合転化率が95%以上となったとき、移送配管を介して、第2反応器から第3反応器へ重合物を移送した。 Next, a 1,3-butadiene solution, in which 1,3-butadiene was dissolved in n-hexane at a rate of 60% by weight, was injected into the second reactor at a rate of 0.50 kg/h. During this time, the temperature of the second reactor was maintained at 65°C. When the polymerization conversion rate reached 95% or higher, the polymer was transferred from the second reactor to the third reactor via a transfer pipe.
前記第2反応器から第3反応器へ重合物を移送し、変性剤として、N,N-ビス(3-(ジエトキシ(メチル)シリル)プロピル)-メチル-1-アミンが溶解されている溶液
を第3反応器に投入した[変性剤:act.Li=1:1mol]。第3反応器の温度は、65℃となるように維持した。
The polymer was transferred from the second reactor to the third reactor, and a solution containing N,N-bis(3-(diethoxy(methyl)silyl)propyl)-methyl-1-amine was added to the third reactor as a denaturing agent [denaturing agent: act. Li = 1:1 mol]. The temperature of the third reactor was maintained at 65°C.
その後、第3反応器から排出された重合溶液に、酸化防止剤として30重量%で溶解されているIR1520(BASF社製)溶液を167g/hの速度で注入して撹拌した。その結果、得られた重合物をスチームで加熱された温水に入れ、撹拌して溶媒を除去し、共役ジエン系共重合体(A-6)を製造した。 Subsequently, a solution of IR1520 (manufactured by BASF), dissolved at 30% by weight as an antioxidant, was injected into the polymerization solution discharged from the third reactor at a rate of 167 g/h and stirred. The resulting polymer was then placed in steam-heated hot water, stirred to remove the solvent, and a conjugated diene copolymer (A-6) was produced.
<合成例7>
合成例6において、重合転化率が41%となったとき、移送配管を介して第1反応器から第2反応器へ重合物を移送し、変性剤として3,3’-(1,1,3,3-テトラメトキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジエチルプロパン-1-アミン)が溶解されている溶液を第3反応器に投入[変性剤:act.Li=1:1mol]したこと以外は、合成例6と同様に実施し、共役ジエン系共重合体(A-7)を製造した。
<Synthesis Example 7>
In Synthesis Example 6, when the polymerization conversion rate reached 41%, the polymer was transferred from the first reactor to the second reactor via a transfer pipe, and a solution containing 3,3'-(1,1,3,3-tetramethoxydisiloxane-1,3-diyl)bis(N,N-diethylpropane-1-amine) as a modifying agent was added to the third reactor [modifying agent: act. Li = 1:1 mol]. The procedure was carried out in the same manner as in Synthesis Example 6, except that a conjugated diene copolymer (A-7) was produced.
<合成例8>
合成例1において、N,N-ビス(3-(ジエトキシ(メチル)シリル)プロピル)-メチル-1-アミンが溶解されている溶液を第3反応器に投入しないこと以外は、合成例1と同様に実施し、共役ジエン系共重合体(A-8)を製造した。
<Synthesis Example 8>
In Synthesis Example 1, the procedure was carried out in the same manner as in Synthesis Example 1, except that the solution containing N,N-bis(3-(diethoxy(methyl)silyl)propyl)-methyl-1-amine was not added to the third reactor, and a conjugated diene copolymer (A-8) was produced.
<合成例9>
3器の反応器が直列で連結された連続反応器のうち第1反応器に、n-ヘキサンにスチレンが60重量%で溶解されているスチレン溶液を3.08kg/h、n-ヘキサンに1,3-ブタジエンが60重量%で溶解されている1,3-ブタジエン溶液を12.90kg/h、n-ヘキサン47.66kg/h、n-ヘキサンに1,2-ブタジエンが2.0重量%で溶解されている1,2-ブタジエン溶液を10g/h、極性添加剤として、n-ヘキサンに2,2-(ジ-2(テトラヒドロフリル)プロパンが10重量%で溶解されている溶液を10.0g/h、重合開始剤として、n-ヘキサンにn-ブチルリチウムが15重量%で溶解されているn-ブチルリチウム溶液を39.0g/hの速度で注入した。このとき、第1反応器の温度は55℃となるように維持し、重合転化率が48%となったとき、移送配管を介して、第1反応器から第2反応器へ重合物を移送した。
<Synthesis Example 9>
In the first reactor of a continuous reactor consisting of three reactors connected in series, the following were added: 3.08 kg/h of styrene solution (60% by weight of styrene dissolved in n-hexane), 12.90 kg/h of 1,3-butadiene solution (60% by weight of 1,3-butadiene dissolved in n-hexane), 47.66 kg/h of n-hexane, 10 g/h of 1,2-butadiene solution (2.0% by weight of 1,2-butadiene dissolved in n-hexane), and as a polar additive... A solution in which 2,2-(di-2(tetrahydrofuryl)propane was dissolved in n-hexane at a rate of 10.0 g/h was injected, and as a polymerization initiator, an n-butyllithium solution in which n-butyllithium was dissolved in n-hexane at a rate of 15% by weight was injected at a rate of 39.0 g/h. At this time, the temperature of the first reactor was maintained at 55°C, and when the polymerization conversion rate reached 48%, the polymer was transferred from the first reactor to the second reactor via a transfer pipe.
次いで、第2反応器に、n-ヘキサンに1,3-ブタジエンが60重量%で溶解されている1,3-ブタジエン溶液を0.68kg/hの速度で注入した。このとき、第2反応器の温度は65℃となるように維持し、重合転化率が95%以上となったとき、移送配管を介して、第2反応器から第3反応器へ重合物を移送した。 Next, a 1,3-butadiene solution, in which 1,3-butadiene was dissolved in n-hexane at a rate of 60% by weight, was injected into the second reactor at a rate of 0.68 kg/h. During this time, the temperature of the second reactor was maintained at 65°C. When the polymerization conversion rate reached 95% or higher, the polymer was transferred from the second reactor to the third reactor via a transfer pipe.
前記第2反応器から第3反応器へ重合物を移送し、カップリング剤として、ジクロロジメチルシランが溶解されている溶液を第3反応器に投入した[カップリング剤:act.Li=1:1mol]。第3反応器の温度は、65℃となるように維持した。 The polymer was transferred from the second reactor to the third reactor, and a solution containing dissolved dichlorodimethylsilane was added to the third reactor as a coupling agent [coupling agent: act. Li = 1:1 mol]. The temperature of the third reactor was maintained at 65°C.
その後、第3反応器から排出された重合溶液に、酸化防止剤として、30重量%で溶解されているIR1520(BASF社製)溶液を170g/hの速度で注入して撹拌した。その結果、得られた重合物をスチームで加熱された温水に入れ、撹拌して溶媒を除去し、共役ジエン系共重合体(A-9)を製造した。 Subsequently, a 30% by weight solution of IR1520 (manufactured by BASF) was added to the polymerization solution discharged from the third reactor at a rate of 170 g/h as an antioxidant, and the mixture was stirred. The resulting polymer was then placed in steam-heated hot water, stirred to remove the solvent, and a conjugated diene copolymer (A-9) was produced.
<合成例10>
3器の反応器が直列で連結された連続反応器のうち第1反応器に、n-ヘキサンにスチレンが60重量%で溶解されているスチレン溶液を6.58kg/h、n-ヘキサンに1,3-ブタジエンが60重量%で溶解されている1,3-ブタジエン溶液を9.58kg
/h、n-ヘキサン47.66kg/h、n-ヘキサンに1,2-ブタジエンが2.0重量%で溶解されている1,2-ブタジエン溶液を10g/h、極性添加剤として、n-ヘキサンに2,2-(ジ-2(テトラヒドロフリル)プロパンが10重量%で溶解されている溶液を10.0g/h、重合開始剤として、n-ヘキサンにn-ブチルリチウムが15重量%で溶解されているn-ブチルリチウム溶液を39.0g/hの速度で注入した。このとき、第1反応器の温度は55℃となるように維持し、重合転化率が48%となったとき、移送配管を介して、第1反応器から第2反応器へ重合物を移送した。
<Synthesis Example 10>
In the first reactor of a continuous reactor consisting of three reactors connected in series, 6.58 kg/h of styrene solution (60% by weight of styrene dissolved in n-hexane) and 9.58 kg/h of 1,3-butadiene solution (60% by weight of 1,3-butadiene dissolved in n-hexane) were administered.
At a rate of 47.66 kg/h, n-hexane, 10 g/h of a 1,2-butadiene solution (in which 1,2-butadiene is dissolved at 2.0 wt% in n-hexane), 10.0 g/h of a polar additive (in which 2,2-(di-2(tetrahydrofuryl)propane is dissolved at 10 wt% in n-hexane), and 39.0 g/h of an n-butyllithium solution (in which n-butyllithium is dissolved at 15 wt% in n-hexane) was injected as a polymerization initiator. During this time, the temperature of the first reactor was maintained at 55°C, and when the polymerization conversion rate reached 48%, the polymer was transferred from the first reactor to the second reactor via a transfer pipe.
次いで、第2反応器に、n-ヘキサンに1,3-ブタジエンが60重量%で溶解されている1,3-ブタジエン溶液を0.50kg/hの速度で注入した。このとき、第2反応器の温度は65℃となるように維持し、重合転化率が95%以上となったとき、移送配管を介して、第2反応器から第3反応器へ重合物を移送した。 Next, a 1,3-butadiene solution, in which 1,3-butadiene was dissolved in n-hexane at a rate of 60% by weight, was injected into the second reactor at a rate of 0.50 kg/h. During this time, the temperature of the second reactor was maintained at 65°C. When the polymerization conversion rate reached 95% or higher, the polymer was transferred from the second reactor to the third reactor via a transfer pipe.
前記第2反応器から第3反応器へ重合物を移送し、カップリング剤として、ジクロロジメチルシランが溶解されている溶液を第3反応器に投入した[カップリング剤:act.Li=1:1mol]。第3反応器の温度は、65℃となるように維持した。 The polymer was transferred from the second reactor to the third reactor, and a solution containing dissolved dichlorodimethylsilane was added to the third reactor as a coupling agent [coupling agent: act. Li = 1:1 mol]. The temperature of the third reactor was maintained at 65°C.
その後、第3反応器から排出された重合溶液に、酸化防止剤として、30重量%で溶解されているIR1520(BASF社製)溶液を167g/hの速度で注入して撹拌した。その結果、得られた重合物をスチームで加熱された温水に入れ、撹拌して溶媒を除去し、共役ジエン系共重合体(A-10)を製造した。 Subsequently, a solution of IR1520 (manufactured by BASF), dissolved at 30% by weight, was added to the polymerization solution discharged from the third reactor at a rate of 167 g/h as an antioxidant, and the mixture was stirred. The resulting polymer was then placed in steam-heated hot water, stirred to remove the solvent, and a conjugated diene copolymer (A-10) was produced.
<合成例11>
合成例1において、製造例1で製造された変性開始剤の代わりに、n-ヘキサンにn-ブチルリチウムが15重量%で溶解されているn-ブチルリチウム溶液を39.0g/hの速度で第1反応器に連続的に投入したこと以外は、合成例1と同様に実施し、共役ジエン系共重合体(A-11)を製造した。
<Synthesis Example 11>
In Synthesis Example 1, the procedure was carried out in the same manner as in Synthesis Example 1, except that an n-butyllithium solution in which n-butyllithium is dissolved at 15% by weight in n-hexane was continuously added to the first reactor at a rate of 39.0 g/h, instead of the denaturation initiator produced in Production Example 1. A conjugated diene copolymer (A-11) was produced.
6.4.実施例1
6.4.1.全固体二次電池用バインダー組成物の調製
上記合成例1で得た共役ジエン系共重合体(A-1)と、老化防止剤としてスミライザーGM500ppmと、を液状媒体(B)であるジイソブチルケトン中に添加し、90℃で3時間撹拌することにより、共役ジエン系共重合体(A-1)と老化防止剤をジイソブチルケトンに溶解させた。その後、この溶液を3つ口フラスコに移し、100Torrの減圧を維持しながら、水蒸気含有量が25.0mg/L以下の乾燥窒素ガスのバブリングを90℃で4時間行い、残留水分量を55ppmまで減らした全固体二次電池用バインダー組成物を調製した。次いで、このバインダー組成物を、平均孔径が3.00μmであるフィルター膜を有するカートリッジフィルター(アドバンテック社製、オールフッ素樹脂カートリッジフィルター、製品名「TCF-300-H5MF」)を透過させ、アイセロ化学株式会社より市販されている1Lのクリーンバリア(登録商標)ボトル(超高純度溶剤用バリア性容器)に充填した。このバインダー組成物全体を100質量%としたときの、全固形分は10.1%である。なお、この調製作業は、清浄度クラスがISO14644-1のクラス7、室内露点が-40℃DP以下のドライルーム内で実施した。
6.4. Example 1
6.4.1. Preparation of Binder Composition for All-Solid-State Secondary Batteries The conjugated diene copolymer (A-1) obtained in Synthesis Example 1 above and Smirizer GM 500 ppm as an antioxidant were added to diisobutyl ketone, which is a liquid medium (B), and the mixture was stirred at 90°C for 3 hours to dissolve the conjugated diene copolymer (A-1) and the antioxidant in the diisobutyl ketone. Then, this solution was transferred to a three-necked flask, and while maintaining a reduced pressure of 100 Torr, a bubbling of dry nitrogen gas with a water vapor content of 25.0 mg/L or less was performed at 90°C for 4 hours to reduce the residual moisture content to 55 ppm, thereby preparing a binder composition for all-solid-state secondary batteries. Next, this binder composition was passed through a cartridge filter (Advantec Co., Ltd., all-fluororesin cartridge filter, product name "TCF-300-H5MF") having a filter membrane with an average pore size of 3.00 μm, and filled into a 1 L Clean Barrier® bottle (barrier container for ultra-high purity solvents) commercially available from Aicello Chemical Co., Ltd. The total solid content of this binder composition, when considered as 100% by mass, is 10.1%. This preparation was carried out in a dry room with a cleanliness class of ISO 14644-1 Class 7 and an indoor dew point of -40°C DP or lower.
6.4.2.全固体二次電池用スラリーの調製および評価
<全固体二次電池正極用スラリーの調製>
正極活物質としてLiCoO2(平均粒子径:10μm)70質量部と、固体電解質としてLi2SとP2S5からなる硫化物ガラス(Li2S/P2S5=75mol%/25mol%、平均粒子径5μm)30質量部と、導電助剤としてアセチレンブラック2質量部と、上記で調製したバインダー組成物を固形分相当で2質量部とを混合し、さらにジ
イソブチルケトンを加えて、固形分濃度を75%に調整した後に自転公転ミキサー(THINKY社製、あわとり練太郎ARV-310)で10分間混合して全固体二次電池正極用スラリーを調製した。
6.4.2. Preparation and Evaluation of Slurries for All-Solid-State Secondary Batteries <Preparation of Slurry for the Positive Electrode of All-Solid-State Secondary Batteries>
A slurry for a positive electrode of an all-solid-state secondary battery was prepared by mixing 70 parts by mass of LiCoO₂ (average particle size: 10 μm) as the positive electrode active material, 30 parts by mass of sulfide glass consisting of Li₂S and P₂S₅ as the solid electrolyte ( Li₂S / P₂S₅ = 75 mol%/25 mol%, average particle size: 5 μm), 2 parts by mass of acetylene black as a conductive additive, and 2 parts by mass of the binder composition prepared above in terms of solid content. Diisobutyl ketone was then added to adjust the solid content concentration to 75%, and the mixture was then mixed for 10 minutes in a rotation-orbit mixer (THINKY Co., Ltd., Awatori Rentaro ARV-310) to prepare a slurry for a positive electrode of an all-solid-state secondary battery.
<全固体二次電池固体電解質層用スラリーの調製>
固体電解質としてLi2SとP2S5からなる硫化物ガラス(Li2S/P2S5=75mol%/25mol%、平均粒子径5μm)100質量部と、上記で調製したバインダー組成物を固形分相当で2質量部とを混合し、さらにジイソブチルケトンを加えて、固形分濃度を55%に調整した後に自転公転ミキサー(THINKY社製、あわとり練太郎ARV-310)で10分間混合して全固体二次電池固体電解質層用スラリーを調製した。
<Preparation of slurry for the solid electrolyte layer of all-solid-state secondary batteries>
A slurry for the solid electrolyte layer of an all-solid-state secondary battery was prepared by mixing 100 parts by mass of sulfide glass (Li₂S/P₂S₅ = 75 mol % /25 mol%, average particle size 5 μm) consisting of Li₂S and P₂S₅ as a solid electrolyte with 2 parts by mass of the binder composition prepared above in terms of solid content, and then adding diisobutyl ketone to adjust the solid content concentration to 55%, and then mixing for 10 minutes in a rotation-orbit mixer (THINKY Co., Ltd., Awatori Rentaro ARV-310).
<全固体二次電池負極用スラリーの調製>
負極活物質としての人造黒鉛(平均粒子径:20μm)65質量部、固体電解質としてLi2SとP2S5からなる硫化物ガラス(Li2S/P2S5=75mol%/25mol%、平均粒子径5μm)35質量部と、上記で調製したバインダー組成物を固形分相当で2質量部とを混合し、さらにジイソブチルケトンを加えて、固形分濃度を65%に調整した後に自転公転ミキサー(THINKY社製、あわとり練太郎ARV-310)で10分間混合して全固体二次電池負極用スラリーを調製した。
<Preparation of slurry for negative electrode of all-solid-state secondary battery>
A slurry for the negative electrode of an all - solid-state secondary battery was prepared by mixing 65 parts by mass of artificial graphite (average particle size: 20 μm) as the negative electrode active material, 35 parts by mass of sulfide glass consisting of Li₂S and P₂S₅ (Li₂S/P₂S₅ = 75 mol % /25 mol%, average particle size: 5 μm) as the solid electrolyte, and 2 parts by mass of the binder composition prepared above in terms of solid content. Diisobutyl ketone was then added to adjust the solid content concentration to 65%, and the mixture was then mixed for 10 minutes in a rotation-orbit mixer (THINKY Co., Ltd., Awatori Rentaro ARV-310).
<スラリーの分散安定性評価>
上記で得られた全固体二次電池固体電解質層用スラリーについて、調製後5分以内に50rpmのB型粘度計(東機産業株式会社製)により25℃にて粘度測定を行い、その粘度をη0とした。この全固体二次電池固体電解質層用スラリーを25℃に調温した恒温槽で48時間保管し、保管後のスラリーを50rpmのB型粘度計(東機産業株式会社製)により25℃にて粘度測定を行い、その粘度をη1とした。このときの粘度変化率Δη(%)=(η1/η0)×100を算出し、下記基準により評価した。結果を下表1に示す。粘度変化率Δηが小さいものほどスラリーの分散安定性に優れている。
(評価基準)
AA:Δηが80%以上120%未満。
A:Δηが70%以上80%未満または120%以上130%未満。
B:Δηが60%以上70%未満または130%以上140%未満。
C:Δηが60%未満または140%以上。
<Evaluation of dispersion stability of slurry>
The slurry for the solid electrolyte layer of the all-solid-state secondary battery obtained above was measured for viscosity at 25°C using a 50 rpm B-type viscometer (manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.) within 5 minutes of preparation, and this viscosity was set to η0 . This slurry for the solid electrolyte layer of the all-solid-state secondary battery was stored for 48 hours in a constant temperature bath maintained at 25°C, and the viscosity of the stored slurry was measured again at 25°C using a 50 rpm B-type viscometer (manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.), and this viscosity was set to η1 . The viscosity change rate Δη (%) = ( η1 / η0 ) × 100 was calculated and evaluated according to the following criteria. The results are shown in Table 1 below. A smaller viscosity change rate Δη indicates better dispersion stability of the slurry.
(Evaluation criteria)
AA: Δη is between 80% and 120%.
A: Δη is 70% or more but less than 80%, or 120% or more but less than 130%.
B: Δη is 60% or more but less than 70%, or 130% or more but less than 140%.
C: Δη is less than 60% or 140% or more.
6.4.3.全固体二次電池正負極・固体電解質層の作製および評価
<全固体二次電池正極の作製>
上記で調製した全固体二次電池正極用スラリーをドクターブレード法によりアルミニウム箔上に塗布し、120℃の減圧下でジイソブチルケトンを蒸発させて3時間かけて乾燥させることにより、厚み0.1mmの正極活物質層が形成された全固体二次電池正極を作製した。
6.4.3. Fabrication and Evaluation of Positive and Negative Electrodes and Solid Electrolyte Layers of All-Solid-State Secondary Batteries <Fabrication of Positive Electrode of All-Solid-State Secondary Batteries>
The slurry for the positive electrode of a solid-state secondary battery prepared as described above was applied to aluminum foil using the doctor blade method, and the diisobutyl ketone was evaporated under reduced pressure at 120°C and dried for 3 hours to produce a positive electrode positive electrode with a positive electrode active material layer with a thickness of 0.1 mm.
<固体電解質層の作製>
上記で調製した全固体二次電池固体電解質用スラリーをドクターブレード法により離型PETフィルム上に塗布し、120℃の減圧下でジイソブチルケトンを蒸発させて3時間かけて乾燥させることにより、厚み0.1mmの固体電解質層を作製した。
<Preparation of the solid electrolyte layer>
The slurry for the solid electrolyte of the all-solid-state secondary battery prepared above was applied onto a release PET film using the doctor blade method, and a solid electrolyte layer with a thickness of 0.1 mm was fabricated by evaporating the diisobutyl ketone under reduced pressure at 120°C and drying for 3 hours.
<全固体二次電池負極の作製>
上記で調製した全固体二次電池負極用スラリーをドクターブレード法によりステンレス箔上に塗布し、120℃の減圧下でジイソブチルケトンを蒸発させて3時間かけて乾燥させることにより、厚み0.1mmの負極活物質層が形成された全固体二次電池負極を作製
した。
<Fabrication of a negative electrode for all-solid-state secondary batteries>
The slurry for the negative electrode of a solid-state secondary battery prepared as described above was applied to a stainless steel foil using the doctor blade method, and the diisobutyl ketone was evaporated under reduced pressure at 120°C and dried for 3 hours to produce a negative electrode negative electrode with a thickness of 0.1 mm.
<全固体二次電池正極の剥離強度試験>
上記で得られた全固体二次電池正極のアルミニウム箔上に形成された正極活物質層について、正極活物質層上に幅20mmのテープを貼り、これを剥離角度90°、剥離速度50mm/minの条件で剥離するときの剥離強度を測定した。評価基準は下記の通りである。結果を下表1に示す。
(評価基準)
AA:剥離強度が20N/m以上。
A:剥離強度が10N/m以上20N/m未満。
B:剥離強度が5N/m以上10N/m未満。
C:剥離強度が5N/m未満。
<Peel Strength Test of All-Solid-State Rechargeable Battery Cathode>
For the positive electrode active material layer formed on the aluminum foil of the positive electrode of the all-solid-state secondary battery obtained above, the peel strength was measured when a 20 mm wide tape was applied to the positive electrode active material layer and peeled off under conditions of a peel angle of 90° and a peel speed of 50 mm/min. The evaluation criteria are as follows. The results are shown in Table 1 below.
(Evaluation criteria)
AA: Peel strength of 20 N/m or more.
A: Peel strength is 10 N/m or more and less than 20 N/m.
B: Peel strength of 5 N/m or more and less than 10 N/m.
C: Peel strength is less than 5 N/m.
<全固体二次電池正極の重合体分布係数>
上記で得られた全固体二次電池正極のアルミニウム箔上に形成された正極活物質層について、正極活物質層の厚さ方向における重合体分布係数を以下のようにして算出した。
まず、得られた全固体二次電池正極を二つに分割した。次いで、あらかじめ準備しておいた70mm×150mmのアルミ板に、両面テープ(株式会社ニチバン製、品番「NW-25」)を120mm、さらに同両面テープの上にカプトンテープ(株式会社テラオカ製、品番「650S」)を粘着面が上になるようにして貼り付けた固定用ステージを作成した。この固定用ステージの上に、得られた全固体二次電池正極を20mm×100mmの大きさに切り出した試験片の活物質層側を貼り付け、ローラーで圧着させた。この試験片が固定された固定ステージを水平面に載置し、試験片を上方向に固定ステージとの角度が90°となるように一定速度で引き上げ、接着面から集電体を剥離させた。その後、集電体側に残存した活物質層の表面から深さ1.5μmおよび粘着テープ側に残存した活物質表面から深さ1.5μmまでの活物質層を掻き取り、これを測定試料Aとした。一方、分割しておいたもう一つの電極から活物質層を全て掻き取り、これを測定試料Bとした。測定試料Aおよび測定試料Bのそれぞれについて、高周波誘導加熱方式パイロライザーを有する熱分解ガスクロマトグラフィにて分析し、各試料の単位重量当たりの重合体成分の含有量(質量%)を算出した。得られた値を下記式(7)に代入することにより、重合体分布係数を算出し、下記基準により評価した。結果を下表1に示す。
重合体分布係数=(測定試料Aの重合体含有量:質量%)/(測定試料Bの重合体含有量:質量%) ・・・・・(7)
(評価基準)
AA:重合体分布係数が0.85以上1.0未満。
A:重合体分布係数が0.7以上0.85未満。
B:重合体分布係数が0.55以上0.7未満。
C:重合体分布係数が0.55未満。
<Polymer distribution coefficient of the cathode of an all-solid-state secondary battery>
For the positive electrode active material layer formed on the aluminum foil of the positive electrode of the all-solid-state secondary battery obtained above, the polymer distribution coefficient in the thickness direction of the positive electrode active material layer was calculated as follows.
First, the obtained all-solid-state secondary battery positive electrode was divided into two. Next, a fixing stage was created by attaching 120 mm of double-sided tape (manufactured by Nichiban Co., Ltd., product number "NW-25") to a pre-prepared 70 mm x 150 mm aluminum plate, and then attaching Kapton tape (manufactured by Teraoka Co., Ltd., product number "650S") on top of the double-sided tape with the adhesive side facing up. On this fixing stage, the active material layer side of a test piece cut to a size of 20 mm x 100 mm from the obtained all-solid-state secondary battery positive electrode was attached and pressed down with a roller. The fixing stage with this test piece attached was placed on a horizontal surface, and the test piece was pulled up at a constant speed so that the angle with the fixing stage was 90°, and the current collector was peeled off from the adhesive surface. After that, the active material layer remaining on the current collector side to a depth of 1.5 μm from the surface and the active material layer remaining on the adhesive tape side to a depth of 1.5 μm from the surface were scraped off, and this was designated as measurement sample A. Meanwhile, the entire active material layer was scraped off from the other electrode that had been separated, and this was designated as sample B. Both sample A and sample B were analyzed using pyrolysis gas chromatography with a high-frequency induction heating pyrolizer, and the polymer content (mass%) per unit weight of each sample was calculated. The polymer distribution coefficient was calculated by substituting the obtained values into the following formula (7), and evaluated according to the following criteria. The results are shown in Table 1 below.
Polymer distribution coefficient = (polymer content of sample A: mass%) / (polymer content of sample B: mass%) ..... (7)
(Evaluation criteria)
AA: Polymer distribution coefficient is 0.85 or higher and less than 1.0.
A: Polymer distribution coefficient is 0.7 or higher and less than 0.85.
B: Polymer distribution coefficient is 0.55 or higher and less than 0.7.
C: Polymer distribution coefficient is less than 0.55.
<全固体二次電池正極の柔軟性試験>
正極試験片のアルミニウム箔側を直径1.0mmの金属棒に沿わせ、この金属棒に巻き付けて正極活物質層が割れるか否か、巻き付け端部に損傷があるか否かを評価した。評価基準は下記の通りである。結果を下表1に示す。正極活物質層の損傷が見られないものは、試験片の柔軟性が高く、全固体二次電池組み立てのプロセス適性が良好であることを示す。
(評価基準)
A:正極活物質層の割れなし、巻き付け端部の損傷なし。
B:正極活物質層の割れなし、巻き付け端部の損傷あり。
C:正極活物質層の割れあり。
<Flexibility Test of All-Solid-State Rechargeable Battery Cathode>
The aluminum foil side of the positive electrode test specimen was placed along a 1.0 mm diameter metal rod, and the specimen was wrapped around this rod to evaluate whether the positive electrode active material layer cracked and whether there was any damage to the wrapped end. The evaluation criteria are as follows. The results are shown in Table 1 below. Specimens that show no damage to the positive electrode active material layer indicate high flexibility of the specimen and good suitability for the all-solid-state secondary battery assembly process.
(Evaluation criteria)
A: No cracks in the positive electrode active material layer, and no damage to the winding ends.
B: No cracks in the positive electrode active material layer, but damage to the winding end.
C: Cracks present in the positive electrode active material layer.
<固体電解質層のリチウムイオン伝導度測定>
PETフィルムから剥がした固体電解質層を2枚のステンレス鋼製の平板からなるセルで挟み、インピーダンスアナライザーを使用して測定し、ナイキストプロットからリチウムイオン伝導度を算出した。評価基準は下記の通りである。結果を下表1に示す。リチウムイオン伝導度が大きい程、電池性能が良好な全固体二次電池が得られることを示す。
(評価基準)
AA:リチウムイオン伝導度が0.8×10-4S/cm以上1.0×10-4S/cm以下。
A:リチウムイオン伝導度が0.5×10-4S/cm以上0.8×10-4S/cm未満。
B:リチウムイオン伝導度が0.2×10-4S/cm以上0.5×10-4S/cm未満。
C:リチウムイオン伝導度が0.2×10-4S/cm未満。
<Measurement of lithium ion conductivity of the solid electrolyte layer>
The solid electrolyte layer, peeled from a PET film, was sandwiched between two stainless steel plates to form a cell. An impedance analyzer was used to measure the lithium-ion conductivity, and the Nyquist plot was used to calculate the lithium-ion conductivity. The evaluation criteria are as follows. The results are shown in Table 1 below. A higher lithium-ion conductivity indicates that a better-performing all-solid-state secondary battery can be obtained.
(Evaluation criteria)
AA: Lithium-ion conductivity of 0.8 × 10⁻⁴ S/cm or more and 1.0 × 10⁻⁴ S/cm or less.
A: Lithium-ion conductivity is 0.5 × 10⁻⁴ S/cm or higher and less than 0.8 × 10⁻⁴ S/cm.
B: Lithium-ion conductivity is 0.2 × 10⁻⁴ S/cm or more and less than 0.5 × 10⁻⁴ S/cm.
C: Lithium-ion conductivity is less than 0.2 × 10⁻⁴ S/cm.
6.4.4.全固体二次電池の作製および評価
<全固体二次電池の作製>
上記で作製した全固体二次電池正極を直径13mmの円板状に切り出し、全固体二次電池負極とPETフィルムから剥がした固体電解質層を直径15mmの円板状に切り出した。次に、全固体二次電池正極の正極活物質層の面が固体電解質層と接するように、全固体二次電池正極を固体電解質層の一方の面に貼り合わせた。全固体二次電池負極の負極活物質層の面が固体電解質層と接するように、全固体二次電池負極を固体電解質層のもう一方の面に貼り合わせ、ヒートプレス機を用いて、加熱(120℃)しながら加圧し(600MPa、1分)、アルミニウム箔/正極活物質層/固体電解質層/負極活物質層/ステンレス箔の積層構造を有する全固体二次電池用積層体を作製した。次いで、このようにして作製した全固体二次電池用積層体をスペーサーとワッシャーを組み込んだステンレス製の2032型コインケースに入れ、2032型コインケースをかしめることで、全固体二次電池を作製した。
6.4.4. Fabrication and Evaluation of All-Solid-State Secondary Batteries <Fabrication of All-Solid-State Secondary Batteries>
The positive electrode of the all-solid-state secondary battery prepared as described above was cut into a disc shape with a diameter of 13 mm, and the negative electrode of the all-solid-state secondary battery and the solid electrolyte layer peeled from the PET film were cut into a disc shape with a diameter of 15 mm. Next, the positive electrode of the all-solid-state secondary battery was bonded to one side of the solid electrolyte layer so that the surface of the positive electrode active material layer of the positive electrode was in contact with the solid electrolyte layer. The negative electrode of the all-solid-state secondary battery was bonded to the other side of the solid electrolyte layer so that the surface of the negative electrode active material layer of the negative electrode was in contact with the solid electrolyte layer. Using a heat press machine, the materials were heated (120°C) and pressurized (600 MPa, 1 minute) to produce a laminate for the all-solid-state secondary battery having a laminated structure of aluminum foil/positive electrode active material layer/solid electrolyte layer/negative electrode active material layer/stainless steel foil. Next, the laminate for the all-solid-state secondary battery thus produced was placed in a stainless steel 2032 type coin case incorporating spacers and washers, and the 2032 type coin case was crimped to produce the all-solid-state secondary battery.
<サイクル寿命特性(容量維持率)>
上記で作製した全固体二次電池を用い、30℃の環境下、充放電試験を実施した。充放電は、4.2V~3.0Vの電位範囲で、0.1Cレートで測定を行った。この0.1Cレートの充放電を繰り返し行い、1サイクル目の放電容量をA(mAh/g)、20サイクル目の放電容量をB(mAh/g)としたとき、20サイクル後の容量維持率を下記式(8)によって算出した。評価基準は以下の通りである。結果を下表1に示す。
20サイクル後の容量維持率(%)=(B/A)×100 ・・・・・(8)
なお、CレートのCとは時間率であり、(1/X)C=定格容量(Ah)/X(h)と定義される。Xは定格容量分の電気を充電又は放電する際の時間を表す。例えば、0.1Cとは、電流値が定格容量(Ah)/10(h)であることを意味する。
(評価基準)
AA:容量維持率が95%以上100%以下。
A:容量維持率が90%以上95%未満。
B:容量維持率が85%以上90%未満。
C:容量維持率が85%未満。
<Cycle life characteristics (capacity retention rate)>
Using the all-solid-state secondary battery prepared as described above, charge-discharge tests were conducted at 30°C. Charge and discharge measurements were performed at a rate of 0.1C within a potential range of 4.2V to 3.0V. This 0.1C rate charge-discharge was repeated, and when the discharge capacity after the first cycle was A (mAh/g) and the discharge capacity after the 20th cycle was B (mAh/g), the capacity retention rate after 20 cycles was calculated using the following formula (8). The evaluation criteria are as follows. The results are shown in Table 1 below.
Capacity retention rate after 20 cycles (%) = (B/A) × 100 ・・・・・(8)
In C-rate, C stands for time rate, and is defined as (1/X)C = rated capacity (Ah) / X (h). X represents the time it takes to charge or discharge electricity up to the rated capacity. For example, 0.1C means that the current value is rated capacity (Ah) / 10 (h).
(Evaluation criteria)
AA: Capacity retention rate is between 95% and 100%.
A: The capacity retention rate is between 90% and 95%.
B: Capacity retention rate is 85% or more but less than 90%.
C: Capacity retention rate is less than 85%.
6.5.実施例2~8、比較例1~3
使用する成分の種類および量を下表1に記載した通りとした以外は、上記実施例1と同様にして、全固体二次電池用バインダー組成物、全固体二次電池用スラリー、全固体二次電池正負極・固体電解質層および全固体二次電池を作製し、評価を行った。
6.5. Examples 2-8, Comparative Examples 1-3
Except for the types and amounts of components used as shown in Table 1 below, a binder composition for an all-solid-state secondary battery, a slurry for an all-solid-state secondary battery, positive and negative electrodes and solid electrolyte layers for an all-solid-state secondary battery, and an all-solid-state secondary battery were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 above.
下表1に、実施例1~8および比較例1~3で使用した開始剤および変性剤の種類、各
物性、ならびに各評価結果をまとめた。
Table 1 below summarizes the types of initiators and modifiers used in Examples 1-8 and Comparative Examples 1-3, their respective physical properties, and the evaluation results.
上表1における略称は、それぞれ以下の化合物を表す。
<開始剤>
・開始剤a:製造例1で合成した変性開始剤
・開始剤b:製造例2で合成した変性開始剤
・開始剤c:製造例3で合成した変性開始剤
・開始剤d:n-ブチルリチウム
<変性剤>
・変性剤A:N,N―ビス(3-(ジエトキシ(メチル)シリル)プロピル)-メチル-1-アミン
・変性剤B:3,3’―(1,1,3,3-テトラメトキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジエチルプロパン-1-アミン)
・変性剤C:3(ジメトキシ(メチル)シリル)-N,N-ジエチルプロパン-1-アミン
・カップリング剤D:ジクロロジメチルシラン
The abbreviations in Table 1 above represent the following compounds, respectively.
<Initiator>
Initiator a: Modified initiator synthesized in Production Example 1 Initiator b: Modified initiator synthesized in Production Example 2 Initiator c: Modified initiator synthesized in Production Example 3 Initiator d: n-butyllithium <modifier>
• Denaturing agent A: N,N-bis(3-(diethoxy(methyl)silyl)propyl)-methyl-1-amine • Denaturing agent B: 3,3'-(1,1,3,3-tetramethoxydisiloxane-1,3-diyl)bis(N,N-diethylpropane-1-amine)
• Denaturing agent C: 3(dimethoxy(methyl)silyl)-N,N-diethylpropane-1-amine • Coupling agent D: Dichlorodimethylsilane
上表1の結果から、実施例1~8の全固体二次電池用バインダーおよび該バインダーを含有するバインダー組成物を使用した場合、リチウムイオン伝導性に優れ、かつ、良好なサイクル寿命特性を実現できる全固体二次電池を作製できることが確認された。 From the results in Table 1 above, it was confirmed that when using the binders for all-solid-state secondary batteries in Examples 1 to 8 and the binder compositions containing these binders, it is possible to produce all-solid-state secondary batteries with excellent lithium-ion conductivity and good cycle life characteristics.
また、実施例1~8においては、全固体二次電池用スラリーとして、本発明に係る全固体二次電池用バインダー組成物に活物質と固体電解質とが含有されてなるものが用いられている。当該スラリーは、比較例1~3の場合と比較して、良好な分散安定性を有していることが確認された。そして、当該スラリーによって形成された活物質層において、剥離強度の測定の際に活物質層自体が脆くなって活物質や固体電解質の脱落、あるいはクラックなどが生じることがなく、活物質および固体電解質のいずれの間においても重合体に十分な結着性が得られていることが確認された。さらに良好な柔軟性を併せ持つことも併せて確認された。この理由としては、上表1に示す実施例1~8の全固体二次電池用バインダー組成物に含有される共役ジエン系共重合体(A)は、高い結着力を維持することができ、形成される固体電解質には活物質層に対する十分な密着性が得られたためと推測される。 Furthermore, in Examples 1 to 8, the slurry used for the all-solid-state secondary battery contained the binder composition for the all-solid-state secondary battery according to the present invention, along with an active material and a solid electrolyte. It was confirmed that this slurry exhibited better dispersion stability compared to Comparative Examples 1 to 3. In the active material layer formed by this slurry, during the measurement of peel strength, the active material layer itself did not become brittle, resulting in the detachment of the active material or solid electrolyte, or cracking. Sufficient bonding to the polymer was confirmed between both the active material and the solid electrolyte. It was also confirmed that it possessed good flexibility. This is presumed to be because the conjugated diene copolymer (A) contained in the binder compositions for the all-solid-state secondary battery in Examples 1 to 8 shown in Table 1 maintained high bonding strength, resulting in sufficient adhesion of the formed solid electrolyte to the active material layer.
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成)を包含する。また本発明は、上記の実施形態で説明した構成の本質的でない部分を他の構成に置き換えた構成を包含する。さらに本発明は、上記の実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成をも包含する。さらに本発明は、上記の実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成をも包含する。
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications are possible. The present invention encompasses configurations that are substantially identical to those described in the embodiments (for example, configurations with the same function, method, and result, or configurations with the same purpose and effect). The present invention also encompasses configurations in which non-essential parts of the configurations described in the embodiments are replaced with other configurations. Furthermore, the present invention also encompasses configurations that produce the same effects or achieve the same purpose as the configurations described in the embodiments. Furthermore, the present invention also encompasses configurations that add known technology to the configurations described in the embodiments.
Claims (14)
下記一般式(1)で表される化合物と有機金属化合物との反応生成物である変性開始剤由来の官能基を含む、
共役ジエン系共重合体(A)を含有する、全固体二次電池用バインダー。
The compound, represented by the following general formula (1), contains a functional group derived from a denaturing initiator, which is a reaction product of an organometallic compound.
A binder for all-solid-state secondary batteries containing a conjugated diene copolymer (A).
。 The binder for all-solid-state secondary batteries according to claim 1, wherein the ratio (Mw/Mn) of the weight-average molecular weight (Mw) to the number-average molecular weight (Mn) of the conjugated diene copolymer (A) is 3 or less.
前記液状媒体(B)が、脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素、芳香族炭化水素、ケトン類、エステル類およびエーテル類よりなる群から選ばれる少なくとも1種である、全固体二次電池用バインダー組成物。 A binder for all-solid-state secondary batteries according to any one of claims 1 to 5, and a liquid medium (B) are included.
A binder composition for all-solid-state secondary batteries, wherein the liquid medium (B) is at least one selected from the group consisting of aliphatic hydrocarbons, alicyclic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, ketones, esters, and ethers.
前記正極活物質層、前記固体電解質層、および前記負極活物質層の少なくともいずれか1層が、請求項8に記載の全固体二次電池用スラリーを塗布および乾燥させて形成された層である、全固体二次電池。 In an all-solid-state secondary battery comprising at least a positive electrode active material layer, a solid electrolyte layer, and a negative electrode active material layer,
An all-solid-state secondary battery in which at least one of the positive electrode active material layer, the solid electrolyte layer, and the negative electrode active material layer is a layer formed by applying and drying the slurry for all-solid-state secondary batteries described in claim 8.
前記正極活物質層、前記固体電解質層、および前記負極活物質層の少なくともいずれか1層が、請求項11に記載の全固体二次電池用固体電解質シートで形成された層である、全固体二次電池。 In an all-solid-state secondary battery comprising at least a positive electrode active material layer, a solid electrolyte layer, and a negative electrode active material layer,
An all-solid-state secondary battery in which at least one of the positive electrode active material layer, the solid electrolyte layer, and the negative electrode active material layer is a layer formed from the solid electrolyte sheet for all-solid-state secondary batteries described in claim 11.
A method for manufacturing an all-solid-state secondary battery, comprising manufacturing an all-solid-state secondary battery via the method for manufacturing a solid electrolyte sheet for an all-solid-state secondary battery described in claim 13.
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