[go: up one dir, main page]

JP2010177071A - Alkaline storage battery - Google Patents

Alkaline storage battery Download PDF

Info

Publication number
JP2010177071A
JP2010177071A JP2009019107A JP2009019107A JP2010177071A JP 2010177071 A JP2010177071 A JP 2010177071A JP 2009019107 A JP2009019107 A JP 2009019107A JP 2009019107 A JP2009019107 A JP 2009019107A JP 2010177071 A JP2010177071 A JP 2010177071A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
negative electrode
positive electrode
binder
storage battery
polymer chain
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2009019107A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5290788B2 (en
Inventor
Kazuo Tsutsumi
香津雄 堤
Masateru Nakoji
昌輝 名小路
Toshiki Origuchi
俊樹 折口
Shintaro Ogawa
慎太郎 小川
Nobutaka Nakayama
宜孝 仲山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Konishi Co Ltd
Kawasaki Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Konishi Co Ltd
Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Konishi Co Ltd, Kawasaki Heavy Industries Ltd filed Critical Konishi Co Ltd
Priority to JP2009019107A priority Critical patent/JP5290788B2/en
Priority to PCT/JP2010/000415 priority patent/WO2010087146A1/en
Priority to TW099102339A priority patent/TW201031721A/en
Publication of JP2010177071A publication Critical patent/JP2010177071A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5290788B2 publication Critical patent/JP5290788B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/24Electrodes for alkaline accumulators
    • H01M4/32Nickel oxide or hydroxide electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/24Electrodes for alkaline accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621Binders
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

【課題】製造工程における取り扱いが容易で、しかも密着性および長期耐久性に優れる結着剤を電極に用いることにより、十分な長期充放電サイクル性能を有しつつ、人体や環境への負荷が小さく、かつ安価に製造できるアルカリ蓄電池を提供する。
【解決手段】アルカリ系水溶液からなる電解液と、正極活物質を含む正極合材を基板に塗布してなる正極体と、負極活物質を含む負極合材を基板に塗布してなる負極体とを備えるアルカリ蓄電池の前記正極合材および負極合材の少なくとも一方に、フッ素元素を含まない水性かつ一液架橋性の材料であって、アクリル系−シリコーン系−ウレタン系共重合体と、シリカとをハイブリッド化した有機無機ハイブリッド材料を含む電極用結着剤を使用する。
【選択図】図1
[PROBLEMS] To use a binder that is easy to handle in the manufacturing process and has excellent adhesion and long-term durability for an electrode, and has a sufficient long-term charge / discharge cycle performance while reducing the burden on the human body and the environment. An alkaline storage battery that can be manufactured at low cost is provided.
An electrolyte comprising an alkaline aqueous solution, a positive electrode body formed by applying a positive electrode mixture containing a positive electrode active material to a substrate, and a negative electrode body formed by applying a negative electrode mixture containing a negative electrode active material to the substrate; At least one of the positive electrode mixture and the negative electrode mixture of an alkaline storage battery comprising an aqueous and one-liquid crosslinkable material that does not contain a fluorine element, and an acrylic-silicone-urethane copolymer, silica, The binder for electrodes containing the organic-inorganic hybrid material which hybridized with is used.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、アルカリ蓄電池に関し、特には、アルカリ蓄電池の電極に用いられる結着剤に関する。   The present invention relates to an alkaline storage battery, and particularly to a binder used for an electrode of an alkaline storage battery.

近年、省エネルギーやCO削減への配慮から、自動車や電車などの車両に搭載する、充放電可能な二次電池が開発されている。車両に二次電池を搭載した場合には、ブレーキ時の回生電力をこの搭載電池に蓄えておき、車両の動力源として使用することができるので、車両運行のエネルギー効率を高め、COの排出量を削減することができる。このように車両に搭載する二次電池としては、エネルギー密度、負荷変動追従性、耐久性、製造コストなどの諸条件から、例えばニッケル水素二次電池が適しているとされる(特許文献1)。 In recent years, in consideration of energy saving and CO 2 reduction, secondary batteries that can be charged / discharged and mounted on vehicles such as automobiles and trains have been developed. When a secondary battery is mounted on a vehicle, the regenerative power during braking can be stored in this mounted battery and used as a power source for the vehicle, increasing the energy efficiency of vehicle operation and reducing CO 2 emissions. The amount can be reduced. Thus, for example, a nickel metal hydride secondary battery is considered suitable as a secondary battery mounted on a vehicle from various conditions such as energy density, load fluctuation followability, durability, and manufacturing cost (Patent Document 1). .

一般に、ニッケル水素二次電池においては、多孔質の発泡ニッケルやニッケル焼結体のような基板に形成された空孔ないし間隙に、活物質、結着剤、導電助材などからなる合材を充填して正極体を作製している。このようにして正極を作製することにより、活物質の基板への密着性が高まり、電池の信頼性向上が図られる。   Generally, in a nickel metal hydride secondary battery, a composite material composed of an active material, a binder, a conductive additive, etc. is formed in pores or gaps formed in a substrate such as porous nickel foam or nickel sintered body. The positive electrode body is produced by filling. By producing the positive electrode in this manner, the adhesion of the active material to the substrate is increased, and the reliability of the battery is improved.

正極体および負極体の作製に用いられる結着剤には、耐アルカリ性、耐水性、耐熱性などの特性が要求され、一般的に、エチレン酢酸ビニル共重合ポリマー(EVA)のようなポリマーを、有機溶剤に溶いた有機溶剤系のものが用いられている。このような有機溶剤系の結着剤は、正極および負極活物質を各基板に固定する密着性や、耐アルカリ性に優れるが、有機溶剤は高価であると同時に、人体および環境に対する負荷が大きいので、製造工程における取り扱いが難しい。   The binder used for the production of the positive electrode body and the negative electrode body is required to have characteristics such as alkali resistance, water resistance, heat resistance, and generally a polymer such as an ethylene vinyl acetate copolymer (EVA), An organic solvent type dissolved in an organic solvent is used. Such an organic solvent-based binder has excellent adhesion and alkali resistance for fixing the positive and negative electrode active materials to each substrate, but the organic solvent is expensive and has a large burden on the human body and the environment. It is difficult to handle in the manufacturing process.

一方、水性の結着剤は、一般に、有機溶剤系結着剤に比べて密着性に劣るものが多い。結着剤の密着性が不十分である場合には、電池が充放電を繰り返すうちに、活物質と基板との間に剥離が生じ、内部抵抗が上昇することにより電池性能が低下する。また、非水性結着剤と同等の密着性を有する水性結着剤として、ポリテトラフルオロエチレン(poly tetra fluoro ethilene;PTFE)が知られている。しかしながら、PTFEはフッ素元素を含有しているので、人体に対する安全性の観点、および、環境、特に地球温暖化に対する影響の観点から、製造工程における取り扱いが容易でない。   On the other hand, water-based binders are generally inferior in adhesion compared to organic solvent-based binders. When the adhesiveness of the binder is insufficient, peeling between the active material and the substrate occurs while the battery is repeatedly charged and discharged, and the battery performance is lowered due to an increase in internal resistance. Further, polytetrafluoroethylene (PTFE) is known as an aqueous binder having adhesiveness equivalent to that of a non-aqueous binder. However, since PTFE contains elemental fluorine, it is not easy to handle in the manufacturing process from the viewpoint of safety to the human body and the influence on the environment, particularly global warming.

特開2001−110381号公報JP 2001-110381 A 再表2005−054341号公報Table 2005-054341

そこで、フッ素を含有しない水性結着剤についてさらに検討を進めたところ、接着剤やシーリング材、コーティング剤などに使用される物質として、一液架橋性を有する、水性の特殊アクリルエマルジョンの存在が見出された。Si−O結合を含有するアクリル系−ウレタン系共重合体からなるこの特殊アクリルエマルジョンは、水性でありながら、耐アルカリ性、耐水性、耐熱水性、耐熱性に優れるという特質を有している(特許文献2)。したがって、このような物質の中から、特にアルカリ蓄電池の電極用結着剤に適した特性を有するものを見出して応用することにより、優れた長期充放電サイクル性能を有しながら、製造が容易なアルカリ蓄電池を実現することが考えられる。   Therefore, further investigations were made on aqueous binders that do not contain fluorine, and as a substance used for adhesives, sealants, coating agents, etc., the presence of aqueous special acrylic emulsions with one-component crosslinkability was found. It was issued. This special acrylic emulsion made of an acrylic-urethane copolymer containing a Si-O bond has the characteristics of being excellent in alkali resistance, water resistance, hot water resistance, and heat resistance while being aqueous (patent) Reference 2). Therefore, it is easy to manufacture while having excellent long-term charge / discharge cycle performance by finding and applying those materials having characteristics suitable for binders for electrodes of alkaline storage batteries. It is conceivable to realize an alkaline storage battery.

本発明の目的は、上記の課題を解決するために、水性でかつフッ素元素を含まないことから製造工程における取り扱いが容易で、しかも密着性および長期耐久性に優れる結着剤を電極に用いることにより、十分な長期充放電サイクル性能を確保しつつ、人体や環境への負荷が小さく、かつ安価に製造できるアルカリ蓄電池を提供することである。   In order to solve the above-mentioned problems, the object of the present invention is to use a binder, which is aqueous and does not contain elemental fluorine, which is easy to handle in the manufacturing process and has excellent adhesion and long-term durability. Thus, it is to provide an alkaline storage battery that can be manufactured at a low cost while ensuring sufficient long-term charge / discharge cycle performance, with a small load on the human body and the environment.

前記した目的を達成するために、本発明に係るアルカリ蓄電池は、アルカリ系水溶液からなる電解液と、正極活物質を含む正極合材を基板に塗布してなる正極体と、負極活物質を含む負極合材を基板に塗布してなる負極体とを備え、前記正極合材および負極合材の少なくとも一方が、フッ素元素を含まない水性かつ一液架橋性の材料であって、アクリル系重合体鎖部、ウレタン系重合体鎖部、およびこれらアクリル系重合体鎖部とウレタン系重合体鎖部を結合するシリコーン系重合体鎖部を有するアクリル系−シリコーン系−ウレタン系共重合体と、シリカとをハイブリッド化した有機無機ハイブリッド材料を含む電極用結着剤を含んでいる。   In order to achieve the above-described object, an alkaline storage battery according to the present invention includes an electrolytic solution made of an alkaline aqueous solution, a positive electrode body obtained by applying a positive electrode mixture containing a positive electrode active material to a substrate, and a negative electrode active material. A negative electrode body formed by applying a negative electrode mixture to a substrate, and at least one of the positive electrode mixture and the negative electrode mixture is an aqueous and one-component crosslinkable material that does not contain a fluorine element, and an acrylic polymer Acrylic-silicone-urethane copolymer having a chain part, a urethane-based polymer chain part, and a silicone-based polymer chain part that binds these acrylic polymer chain part and urethane polymer chain part, and silica The binder for electrodes containing the organic-inorganic hybrid material which hybridized with each other is included.

この構成によれば、電極に用いられる結着剤が水性でかつフッ素元素を含まないことから、人体や環境に対する負荷が小さく、製造工程における取り扱いが容易である。しかも、上記電極用結着剤が、シリカを含む有機無機ハイブリッド材料を含んでいることにより、密着性および長期耐久性に優れる。これにより、十分な長期充放電サイクル性能を確保しつつ、人体や環境への負荷を抑えて、安価に製造可能なアルカリ蓄電池を実現できる。   According to this configuration, since the binder used for the electrode is aqueous and does not contain a fluorine element, the burden on the human body and the environment is small, and handling in the manufacturing process is easy. Moreover, since the electrode binder contains an organic-inorganic hybrid material containing silica, the adhesion and long-term durability are excellent. As a result, it is possible to realize an alkaline storage battery that can be manufactured at low cost while ensuring sufficient long-term charge / discharge cycle performance and suppressing the load on the human body and the environment.

特には、本発明に係るアルカリ蓄電池において、前記アクリル系重合体の理論ガラス転移温度が10〜55℃の範囲内にある場合に、特に顕著に電池の長期充放電サイクル性能が向上する。   In particular, in the alkaline storage battery according to the present invention, when the theoretical glass transition temperature of the acrylic polymer is in the range of 10 to 55 ° C., the long-term charge / discharge cycle performance of the battery is remarkably improved.

本発明に係るアルカリ蓄電池において、前記有機無機ハイブリッド材料が、アクリル系−シリコーン系−ウレタン系共重合体100重量部に対して5〜200重量部のシリカを含んでいることが好ましい。   In the alkaline storage battery according to the present invention, it is preferable that the organic-inorganic hybrid material contains 5 to 200 parts by weight of silica with respect to 100 parts by weight of the acrylic-silicone-urethane copolymer.

本発明に係るアルカリ蓄電池において、前記正極合材および前記負極合材のいずれもが前記電極用結着剤を含んでいることが好ましい。すなわち、従来のアルカリ蓄電池では、負極体には結着剤を用いずに、発泡ニッケルに活物質を充填してプレスをかけることのみによって負極体を作製していたが、本発明に係るアルカリ蓄電池に用いられる電極用結着剤は、正極用のみならず、負極用の結着剤としても用いることが可能である。負極体の作製に結着剤を用いることにより、負極体作製時のプレス圧を低減することが可能になり、プレス用設備の小型化が可能となる。また、負極体を折り曲げたときの活物質の剥離を抑制することが可能となり、電池の長期充放電サイクル性能が向上する。   In the alkaline storage battery according to the present invention, it is preferable that both of the positive electrode mixture and the negative electrode mixture include the electrode binder. That is, in the conventional alkaline storage battery, the negative electrode body is produced by filling the foamed nickel with an active material and pressing it without using a binder, but the alkaline storage battery according to the present invention is used. The electrode binder used in can be used not only for the positive electrode but also for the negative electrode. By using a binder for the production of the negative electrode body, it is possible to reduce the press pressure during the production of the negative electrode body, and to reduce the size of the press equipment. Moreover, it becomes possible to suppress peeling of the active material when the negative electrode body is bent, and the long-term charge / discharge cycle performance of the battery is improved.

本発明に係るアルカリ蓄電池を、例えば、前記正極活物質が水酸化ニッケルを含み、前記負極活物質が水素吸蔵合金を含むニッケル水素二次電池として構成することができる。   The alkaline storage battery according to the present invention can be configured as, for example, a nickel hydride secondary battery in which the positive electrode active material includes nickel hydroxide and the negative electrode active material includes a hydrogen storage alloy.

本発明に係るアルカリ蓄電池は、上記のように、水性でかつフッ素元素を含まない材料を電極用結着剤として用いながらも、十分な長期充放電性能を有することを特徴としているが、この「十分な長期充放電サイクル性能」の指標としては、例えば、充放電を1000サイクル行った後の放電容量維持率が80%以上であることが挙げられる。   The alkaline storage battery according to the present invention, as described above, is characterized by having sufficient long-term charge / discharge performance while using an aqueous and fluorine-free material as a binder for electrodes. As an index of “sufficient long-term charge / discharge cycle performance”, for example, a discharge capacity maintenance rate after 1000 cycles of charge / discharge is 80% or more.

本発明に係るアルカリ蓄電池の電極用結着剤は、アルカリ蓄電池の正極体および負極体の少なくとも一方に用いられる結着剤であって、アクリル系重合体鎖部、ウレタン系重合体鎖部、およびこれらアクリル系重合体鎖部とウレタン系重合体鎖部とを結合するシリコーン系重合体鎖部を有するアクリル系−シリコーン系−ウレタン系共重合体と、シリカとをハイブリッド化した有機無機ハイブリッド材料、ならびに水性媒体を含んでいる。   The binder for an electrode of an alkaline storage battery according to the present invention is a binder used for at least one of a positive electrode body and a negative electrode body of an alkaline storage battery, and includes an acrylic polymer chain portion, a urethane polymer chain portion, and An organic-inorganic hybrid material obtained by hybridizing an acrylic-silicone-urethane copolymer having a silicone-based polymer chain unit that binds these acrylic polymer chain unit and urethane-based polymer chain unit, and silica, As well as an aqueous medium.

上述のように、アクリル系−シリコーン系−ウレタン系の3元系共重合体とシリカとをハイブリッド化することにより、耐アルカリ性に優れる材料が得られることが見出された。したがって、このような有機無機ハイブリッド材料をアルカリ蓄電池の結着剤として用いることにより、水性結着剤として、有機溶剤系の結着剤を用いる場合に比べて環境負荷を低減し、作業安全性を向上させながら、十分な電池の長期充放電性能を確保することができる。   As described above, it has been found that a material excellent in alkali resistance can be obtained by hybridizing an acrylic-silicone-urethane terpolymer and silica. Therefore, by using such an organic-inorganic hybrid material as a binder for alkaline storage batteries, the environmental burden is reduced compared to the case of using an organic solvent-based binder as an aqueous binder, and work safety is improved. While improving, sufficient long-term charge / discharge performance of the battery can be ensured.

以上のように、本発明に係るアルカリ蓄電池によれば、水性でかつフッ素元素を含まないことから工程における取り扱いが容易で、しかも密着性および長期耐久性に優れる結着剤を電極に用いることにより、十分な長期充放電サイクル性能を確保し、人体や環境への負荷を抑制しながら、安価に製造することが可能になる。   As described above, according to the alkaline storage battery of the present invention, it is easy to handle in the process because it is aqueous and does not contain elemental fluorine, and furthermore, by using a binder having excellent adhesion and long-term durability for the electrode. It is possible to manufacture at low cost while ensuring sufficient long-term charge / discharge cycle performance and suppressing the load on the human body and the environment.

本発明の一実施形態に係るアルカリ蓄電池の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example of the alkaline storage battery which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明に係る実施例および比較例充放電試験用電池の構造を示す概略図であり、(a)は電極体を、(b)はケーシングをそれぞれ示している。It is the schematic which shows the structure of the battery for the Example and comparative example charge / discharge test which concern on this invention, (a) has shown the electrode body, (b) has shown the casing, respectively.

以下、本発明に係る実施形態を図面に従って説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments.

本発明に係るアルカリ蓄電池は、アルカリ水溶液からなる電解液と、正極活物質を含む正極合材を基板に塗布してなる正極体と、負極活物質を含む負極合材を基板に塗布してなる負極体とを備えており、正極合材および負極合材の少なくとも一方が、フッ素元素を含まない水性かつ一液架橋性の材料であって、アクリル系−シリコーン系−ウレタン系共重合体とシリカとをハイブリッド化した有機無機ハイブリッド材料からなる電極用結着剤を含んでいれば、どのような構造を有していてもよいが、例えば、図1の断面図に示すような構成とすることができる。   The alkaline storage battery according to the present invention is obtained by applying an electrolyte solution made of an alkaline aqueous solution, a positive electrode body obtained by applying a positive electrode mixture containing a positive electrode active material to a substrate, and a negative electrode mixture containing a negative electrode active material. A negative electrode body, and at least one of the positive electrode mixture and the negative electrode mixture is an aqueous and one-liquid crosslinkable material that does not contain a fluorine element, and an acrylic-silicone-urethane copolymer and silica 1 may be used as long as it includes a binder for electrodes made of an organic-inorganic hybrid material that is hybridized with each other. For example, the structure shown in the cross-sectional view of FIG. Can do.

同図に示す、本発明の一実施形態に係るアルカリ蓄電池(以下単に「電池」という)1は、水酸化ニッケルを主要な正極活物質とし、水素吸蔵合金を主要な負極活物質とし、アルカリ系水溶液を電解液とするニッケル水素二次電池として構成されており、正極および負極の集電体である平板状の正極集電板3および負極集電板5と、両集電板3,5間に介在する絶縁素材からなる矩形の枠形部材7によって、電池1の角形のケーシング9が構成されている。正極集電板3および負極集電板5は、その周縁部が折曲されて枠形部材7の外面に圧接されることにより、枠形部材7に連結されている。   An alkaline storage battery (hereinafter simply referred to as a “battery”) 1 according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1 includes nickel hydroxide as a main positive electrode active material and hydrogen storage alloy as a main negative electrode active material. It is constituted as a nickel metal hydride secondary battery using an aqueous solution as an electrolytic solution, and has a positive electrode current collector plate 3 and a negative electrode current collector plate 5 that are current collectors of a positive electrode and a negative electrode, and between the current collector plates 3 and 5. A rectangular casing 9 of the battery 1 is constituted by a rectangular frame-shaped member 7 made of an insulating material interposed therebetween. The positive electrode current collector plate 3 and the negative electrode current collector plate 5 are connected to the frame-shaped member 7 by bending the peripheral edge thereof and pressing the outer peripheral surface of the frame-shaped member 7.

正極集電板3と負極集電板5とは、互いに対向するように配置されており、これら両集電板3,5の間、つまりケーシング9の内方には、プリーツ状に折り曲げられたセパレータ11、正極体13、および負極体15からなる電極体17が収容されている。正極体13と負極体15とは、両集電板3,5の対向方向に直交する方向に、セパレータ11を介して交互に積層されている。   The positive electrode current collector plate 3 and the negative electrode current collector plate 5 are arranged so as to face each other, and are bent in a pleated shape between the current collector plates 3 and 5, that is, inward of the casing 9. An electrode body 17 including a separator 11, a positive electrode body 13, and a negative electrode body 15 is accommodated. The positive electrode body 13 and the negative electrode body 15 are alternately stacked via the separators 11 in a direction orthogonal to the opposing direction of the current collector plates 3 and 5.

セパレータ11は、疎水性材料(親水処理が施されていない材料)で形成されていることが好ましい。さらには、セパレータ11は、耐アルカリ系水溶液性を有する材料で形成されていることが好ましく、例えば、ポリエチレン繊維やポリプロピレン繊維などのポリオレフィン系繊維、ポリフェニレンサルファイド繊維、ポリフルオロエチレン系繊維、ポリアミド系繊維などを使用することができる。また、電解液としては、アルカリ系水溶液、例えば、KOH水溶液、NaOH水溶液、LiOH水溶液などを用いることができる。   The separator 11 is preferably formed of a hydrophobic material (a material that has not been subjected to a hydrophilic treatment). Furthermore, the separator 11 is preferably formed of a material having an alkali-resistant aqueous solution property. For example, polyolefin fibers such as polyethylene fibers and polypropylene fibers, polyphenylene sulfide fibers, polyfluoroethylene fibers, and polyamide fibers. Etc. can be used. As the electrolytic solution, an alkaline aqueous solution such as a KOH aqueous solution, a NaOH aqueous solution, or a LiOH aqueous solution can be used.

正極体13は、多孔質の発泡ニッケルやニッケル焼結体等からなる基板に、正極活物質、正極用結着剤および導電助材を含む正極合材を塗布したものを用いている。本実施形態における導電助材としては、カーボン、またはニッケルのような耐アルカリ性、耐酸化金属性を有する金属が好ましく用いられ、本実施形態においてはカーボンブラックを用いている。正極用結着剤については後に詳述する。   The positive electrode body 13 is formed by applying a positive electrode active material, a positive electrode binder, and a positive electrode mixture containing a conductive additive to a substrate made of porous foamed nickel, a nickel sintered body, or the like. As the conductive aid in the present embodiment, carbon or a metal having alkali resistance and oxidation resistance such as nickel is preferably used, and carbon black is used in the present embodiment. The binder for positive electrode will be described in detail later.

負極体15には、ニッケルめっきを施した鋼板に多数の孔を形成したパンチングメタルや、多孔質の発泡ニッケル等からなる基板に、負極活物質、負極用結着剤および導電助材を含む合材を塗布したものを用いている。本実施形態における導電助材としては、正極体の場合と同様、カーボン、またはニッケルのような耐アルカリ性、耐酸化金属性を有する金属が好ましく用いられ、本実施形態においてはカーボンブラックを用いている。負極用結着剤については後に詳述する。   The negative electrode body 15 includes a substrate made of a punched metal in which a large number of holes are formed in a nickel-plated steel plate, porous foamed nickel, or the like, a negative electrode active material, a negative electrode binder, and a conductive additive. A material coated is used. As the conductive additive in the present embodiment, carbon or a metal having alkali resistance and oxidation resistance, such as nickel, is preferably used, as in the case of the positive electrode body, and carbon black is used in the present embodiment. . The binder for negative electrode will be described in detail later.

[電極用結着剤]
本実施形態における電極用結着剤、つまり正極用および負極用結着剤としては、水性であって、かつ、フッ素元素を含まない一液架橋性を有する物質を使用している。
[Binder for electrode]
As the electrode binder in the present embodiment, that is, the positive electrode and negative electrode binders, a substance that is aqueous and does not contain a fluorine element and has a one-component crosslinkability is used.

より具体的には、この結着剤は、アクリル系重合体鎖部、ウレタン系重合体鎖部、およびこれらアクリル系重合体鎖部とウレタン系重合体鎖部を結合するシリコーン系重合体鎖部を有するアクリル系−シリコーン系−ウレタン系共重合体と、シリカとをハイブリッド化した有機無機ハイブリッド材料からなる。なお、本明細書において、この有機無機ハイブリッド材料を、単に「特定ハイブリッド材料」と称することがある。以下に、特定ハイブリッド材料を構成する各要素について詳しく説明する。   More specifically, the binder includes an acrylic polymer chain part, a urethane polymer chain part, and a silicone polymer chain part that bonds the acrylic polymer chain part and the urethane polymer chain part. It is made of an organic-inorganic hybrid material obtained by hybridizing an acrylic-silicone-urethane copolymer having silica and silica. In the present specification, this organic-inorganic hybrid material may be simply referred to as “specific hybrid material”. Below, each element which comprises specific hybrid material is demonstrated in detail.

本実施形態に使用する特定ハイブリッド材料は、アクリル系重合体鎖部(a)、ウレタン系重合体鎖部(b)、シリコーン系重合体鎖部(c)を有するアクリル系−シリコーン系−ウレタン系3元共重合体(以下、単に「特定3元共重合体」と略すことがある。)と、シリカ(d)とをハイブリッド化した4成分からなる有機無機ハイブリッド材料である。これらのうち、特に3元共重合体は、公知の方法、例えば、再表2005−054341号公報に記載される方法で得ることができるが、本実施形態に係る特定ハイブリッド材料は、特定3元共重合体に、さらにシリカをハイブリッド化させて得られた材料である。   The specific hybrid material used in this embodiment is an acrylic-silicone-urethane system having an acrylic polymer chain part (a), a urethane polymer chain part (b), and a silicone polymer chain part (c). It is an organic-inorganic hybrid material composed of four components obtained by hybridizing a ternary copolymer (hereinafter sometimes simply referred to as “specific ternary copolymer”) and silica (d). Among these, in particular, the ternary copolymer can be obtained by a known method, for example, the method described in Table 2005-054341, but the specific hybrid material according to this embodiment is a specific ternary. This is a material obtained by further hybridizing silica to a copolymer.

[アクリル系重合体鎖部(a)]
本実施形態におけるアクリル系重合体鎖部(a)は、主鎖がアクリル系単量体(a1)の重合体であり、側鎖または末端に加水分解性珪素原子含有基を有するアクリル系重合体の残基である。加水分解性珪素原子含有基は、アルコキシシリル基であることが好ましい。アクリル系単量体(a1)としては、アクリル酸エステルやメタクリル酸エステル[(メタ)アクリル酸エステル]等が挙げられる。また、アクリル系単量体(a1)とともに、これらと共重合が可能な公知のエチレン性不飽和単量体を用いてもよい。
[Acrylic polymer chain part (a)]
The acrylic polymer chain part (a) in this embodiment is a polymer whose main chain is an acrylic monomer (a1) and has a hydrolyzable silicon atom-containing group at the side chain or terminal. Is the residue. The hydrolyzable silicon atom-containing group is preferably an alkoxysilyl group. Examples of the acrylic monomer (a1) include acrylic acid esters and methacrylic acid esters [(meth) acrylic acid esters]. Moreover, you may use the well-known ethylenically unsaturated monomer which can be copolymerized with these with an acryl-type monomer (a1).

また、加水分解性珪素原子含有基の導入方法としては、例えば、加水分解性珪素原子含有基およびエチレン性不飽和結合含有基を有する化合物(a2)、例えば、いわゆる(メタ)アクリルシラン等を用いる方法や、加水分解性珪素原子含有基および連鎖移動性基を含有する化合物(a3)、例えば、いわゆるメルカプトシラン等を用いる方法が挙げられる。   As a method for introducing the hydrolyzable silicon atom-containing group, for example, a compound (a2) having a hydrolyzable silicon atom-containing group and an ethylenically unsaturated bond-containing group, for example, so-called (meth) acrylsilane is used. Examples thereof include a method and a method using a hydrolyzable silicon atom-containing group and a chain transfer group-containing compound (a3), for example, so-called mercaptosilane.

アクリル系重合体鎖部(a)を構成する、側鎖または末端に加水分解性珪素原子含有基を有するアクリル系重合体の理論ガラス転移温度は、10℃以上55℃以下の範囲にあることが好適であり、15℃以上30℃以下の範囲にあることがより好適である。なお、本明細書における「理論ガラス転移温度」は、側鎖または末端に加水分解性珪素原子含有基を有するアクリル系重合体を得るために用いられるアクリル系単量体(a1)(使用する場合には化合物(a2)も含む)のホモポリマーのガラス転移温度から、以下のFOX(Gordon−Taylor)の式を用いて求められる。
FOXの式: 1/Tg=(w1/Tg1)+・・・+(wn/Tgn)
上記FOXの式において、
Tg:理論ガラス転移温度(単位:K)、
Tgn:使用されるアクリル系重合体(a1)、加水分解性珪素原子含有基およびエチレン性不飽和結合含有基を有する化合物(a2)または他のエチレン性不飽和単量体のうち、第n番目の単量体のホモポリマーのガラス転移温度(単位:K)、
wn:使用されるアクリル系重合体(a1)、加水分解性珪素原子含有基およびエチレン性不飽和結合含有基を有する化合物(a2)または他のエチレン性不飽和単量体のうち、第n番目の単量体の重量分率
n:使用される単量体の数
を表わす。
The theoretical glass transition temperature of the acrylic polymer having a hydrolyzable silicon atom-containing group at the side chain or terminal constituting the acrylic polymer chain part (a) may be in the range of 10 ° C to 55 ° C. It is suitable and it is more suitable that it exists in the range of 15 degreeC or more and 30 degrees C or less. The “theoretical glass transition temperature” in this specification is the acrylic monomer (a1) used for obtaining an acrylic polymer having a hydrolyzable silicon atom-containing group at the side chain or terminal (when used) Is obtained from the glass transition temperature of the homopolymer of the compound (a2)) using the following FOX (Gordon-Taylor) equation.
Formula of FOX: 1 / Tg = (w1 / Tg1) +... + (Wn / Tgn)
In the FOX equation above,
Tg: theoretical glass transition temperature (unit: K),
Tgn: n-th of the acrylic polymer (a1), the compound (a2) having a hydrolyzable silicon atom-containing group and an ethylenically unsaturated bond-containing group, or other ethylenically unsaturated monomers to be used Glass transition temperature (unit: K) of the homopolymer of the monomer of
wn: n-th of the acrylic polymer (a1), the compound (a2) having a hydrolyzable silicon atom-containing group and an ethylenically unsaturated bond-containing group, or another ethylenically unsaturated monomer to be used N: represents the number of monomers used.

また、ホモポリマーのガラス転移温度は、「T.G.Fox,Bulletin Am.Physics Sci.,1(3),123(1956).」等の文献に記載されている値から求められる。例えば、メタクリル酸メチルのホモポリマーガラス転移温度は105℃、メタクリル酸2−エチルヘキシルのホモポリマーのガラス転移温度は−70℃である(株式会社高分子刊行会発行「合成ラテックスの応用」1993年7月10日第一版158ページ参照)。   In addition, the glass transition temperature of the homopolymer is determined from values described in documents such as “TG Fox, Bulletin Am. Physics Sci., 1 (3), 123 (1956)”. For example, methyl methacrylate has a homopolymer glass transition temperature of 105 ° C. and 2-ethylhexyl methacrylate homopolymer has a glass transition temperature of −70 ° C. (published by Kobunshi Publishing Co., Ltd., “Application of Synthetic Latex”, 1993 (Refer to page 158 of the first edition on Monday 10th).

[ウレタン系重合体鎖部(b)]
本実施形態におけるウレタン系重合体鎖部(b)は、主鎖または骨格にウレタン結合を有し、末端に加水分解性珪素原子含有基を有するウレタン系重合体の残基である。ウレタン系重合体鎖部(b)を構成する、加水分解性珪素原子含有基を有するウレタン系重合体は、その分子中に親水性基を含有するものであることが好ましい。また、加水分解性珪素原子含有基は、アルコキシシリル基であることが好ましい。一例を示せば、親水性基非含有で、かつ複数のイソシアネート反応性基を含有する化合物(b1)と、親水性基および複数のイソシアネート反応性基を含有する化合物(b2)と、ポリイソシアネート化合物(b3)とを反応させることで、末端にイソシアネート基を有し親水性基を含有するウレタンプレポリマー(b4)を得、その後、ウレタンプレポリマー(b4)とイソシアネート反応性基および加水分解性珪素原子含有基を含有する化合物(b5)とを反応させることによって、親水性基含有および加水分解性珪素原子含有基を含有するウレタン系重合体を得ることができる。
[Urethane-based polymer chain part (b)]
The urethane polymer chain part (b) in this embodiment is a residue of a urethane polymer having a urethane bond in the main chain or skeleton and having a hydrolyzable silicon atom-containing group at the terminal. The urethane polymer having a hydrolyzable silicon atom-containing group constituting the urethane polymer chain part (b) preferably contains a hydrophilic group in the molecule. The hydrolyzable silicon atom-containing group is preferably an alkoxysilyl group. For example, a compound (b1) that does not contain a hydrophilic group and contains a plurality of isocyanate-reactive groups, a compound (b2) that contains a hydrophilic group and a plurality of isocyanate-reactive groups, and a polyisocyanate compound By reacting with (b3), a urethane prepolymer (b4) having an isocyanate group at the end and containing a hydrophilic group is obtained, and then the urethane prepolymer (b4), the isocyanate-reactive group and hydrolyzable silicon By reacting the compound (b5) containing an atom-containing group, a urethane polymer containing a hydrophilic group-containing and hydrolyzable silicon atom-containing group can be obtained.

上記の、親水性基非含有でかつ複数のイソシアネート反応性基を含有する化合物(b1)の例としては、公知のいわゆるポリオール化合物や、ポリアミン化合物等が挙げられる。特には、ポリオール化合物であるポリテトラメチレンエーテルグリコール(PTMG)を用いるのが好ましい。化合物(b1)の分子量としては特に制限されないが、通常は1000〜2000程度のものが好適に用いられる。   Examples of the compound (b1) that does not contain a hydrophilic group and contains a plurality of isocyanate-reactive groups include known so-called polyol compounds and polyamine compounds. In particular, it is preferable to use polytetramethylene ether glycol (PTMG) which is a polyol compound. Although it does not restrict | limit especially as a molecular weight of a compound (b1), Usually, the thing of about 1000-2000 is used suitably.

上記の、親水性基および複数のイソシアネート反応性基を含有する化合物(b2)としては、分子内に少なくとも1つの親水性基、例えば、アニオン性基、カチオン性基またはノニオン性基などを有しており、かつ、分子内に少なくとも2つのイソシアネート反応性基を有する化合物であれば特に制限されない。特に親水性基としてカルボキシル基を有するポリヒドロキシカルボン酸を好適に用いることができる。特には、ジメチロールブタン酸に代表される、ジメチロールアルカン酸が好適である。   The compound (b2) containing a hydrophilic group and a plurality of isocyanate-reactive groups has at least one hydrophilic group such as an anionic group, a cationic group or a nonionic group in the molecule. The compound is not particularly limited as long as it is a compound having at least two isocyanate-reactive groups in the molecule. In particular, a polyhydroxycarboxylic acid having a carboxyl group as a hydrophilic group can be suitably used. In particular, dimethylolalkanoic acid represented by dimethylolbutanoic acid is preferred.

上記のポリイソシアネート化合物(b3)の例としては、分子中に複数個の、好ましくは平均2〜3個のイソシアネート基を有する、公知の脂肪族、芳香族、脂環族等のポリイソシアネート化合物が挙げられる。具体的には、例えば、2,4−および/または2,6−トルエンジイソシアネート(TDI)、4,4’−および/または2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、その粗製品、これらの異性体混合物あるいはこれらのカルボジイミド変性物、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、キシリレンジイソシアネート(XDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、ビュレットポリイソシアネート化合物、イソシアネート環を有するポリイソシアネート化合物、アダクトポリイソシアネート化合物、および、これらのポリイソシアネート化合物の不飽和二重結合を水素添加した化合物等がある。これらのなかでも、特に、イソホロンジイソシアネート(IPDI)が好ましい。   Examples of the polyisocyanate compound (b3) include known polyisocyanate compounds having a plurality of, preferably an average of 2-3 isocyanate groups in the molecule, such as aliphatic, aromatic, and alicyclic polyisocyanate compounds. Can be mentioned. Specifically, for example, 2,4- and / or 2,6-toluene diisocyanate (TDI), 4,4′- and / or 2,4′-diphenylmethane diisocyanate (MDI), crude products thereof, isomers thereof Body mixture or modified carbodiimide thereof, polymethylene polyphenyl polyisocyanate, hexamethylene diisocyanate (HDI), xylylene diisocyanate (XDI), isophorone diisocyanate (IPDI), burette polyisocyanate compound, polyisocyanate compound having isocyanate ring, adduct Examples thereof include polyisocyanate compounds and compounds obtained by hydrogenating unsaturated double bonds of these polyisocyanate compounds. Of these, isophorone diisocyanate (IPDI) is particularly preferable.

上記のイソシアネート反応性基および加水分解性珪素原子含有基を含有する化合物(b5)としては、分子内に少なくとも1つのイソシアネート反応性基を有しており、かつ、分子内に少なくとも1つの加水分解性珪素原子含有基を有する、いわゆるシラン化合物であれば特に制限されない。化合物(b5)は単独で、または2種以上を組み合わせて使用することができる。特には、下式(1)〜(3)で表されるアミノ基含有特殊アルコキシシラン化合物が好ましい。   The compound (b5) containing the isocyanate-reactive group and the hydrolyzable silicon atom-containing group has at least one isocyanate-reactive group in the molecule and has at least one hydrolysis in the molecule. Any so-called silane compound having a functional silicon atom-containing group is not particularly limited. A compound (b5) can be used individually or in combination of 2 or more types. In particular, amino group-containing special alkoxysilane compounds represented by the following formulas (1) to (3) are preferable.

Figure 2010177071
Figure 2010177071

Figure 2010177071
Figure 2010177071

Figure 2010177071
Figure 2010177071

上式において、Rは炭素数1〜6個のアルキル基、Rは水素原子または炭素数1〜6個のアルキル基、RおよびRは炭素数1〜10個の、側鎖があってもよいアルキレン基またはアリーレン基、Rは炭素数1〜20個のアルキル基、シクロアルキル基、アリール基またはアラルキル基、Rは水素原子または式−COOR(Rは炭素数1〜20個のアルキル基)で示される基である。mは1〜3の任意の整数である。 In the above formula, R is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, R 1 is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, R 2 and R 4 are side chains having 1 to 10 carbon atoms. May be an alkylene group or an arylene group, R 3 is an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a cycloalkyl group, an aryl group or an aralkyl group, R 5 is a hydrogen atom, or a formula —COOR 6 (R 6 is a group having 1 to 20 alkyl groups). m is an arbitrary integer of 1 to 3.

[調製方法]
末端にイソシアネート基を有し親水性基を含有するウレタンプレポリマー(b4)を得るための反応条件としては、公知のウレタン化反応の反応条件を採用することができる。一例を挙げれば、まず、攪拌装置、加熱装置、減圧脱水装置および窒素気流装置を備えたウレタン重合装置に、化合物(b1)および化合物(b2)を投入し、80〜100℃の温度下で減圧脱水する。その後、窒素置換をおこない、窒素気流下で50℃程度に冷却し、NCO/OH比が1.02〜1.5、好ましくは1.05〜1.4となるように計算された量の化合物(b3)を添加する。その後、80〜100℃の温度下で4〜8時間程度反応させ、設計値のイソシアネート含有率に至れば、反応終点とする。この際、任意の段階において少量のジブチル錫ジラウリレート(DBTDL)のような重合触媒を配合してもよい。得られたウレタンプレポリマー(b4)のNCO含有率は、0.5〜4.0%の範囲内にあることが好まく、1.0〜3.0%の範囲内にあることがより好ましい。さらに、ウレタンプレポリマー(b4)と化合物(b5)とを反応させる条件としても、上記の反応条件を援用することができる。一例を挙げれば、上記方法においてウレタンポリマー(b4)が得られた後、続けて化合物(b5)を活性水素/NCO比が0.8〜1.2となるように添加し、その後、80〜100℃温度下で1〜4時間程度反応させる。その後、反応混合物中の化合物(b2)に起因する親水性基を中和した後、水を高速攪拌下で配合すれば、加水分解性珪素原子含有基を有するウレタン系重合体の水分散液が得られる。
[Preparation method]
As reaction conditions for obtaining a urethane prepolymer (b4) having an isocyanate group at the end and containing a hydrophilic group, known reaction conditions for urethanization reactions can be employed. For example, first, the compound (b1) and the compound (b2) are put into a urethane polymerization apparatus equipped with a stirrer, a heating apparatus, a vacuum dehydration apparatus, and a nitrogen stream apparatus, and the pressure is reduced at a temperature of 80 to 100 ° C. Dehydrate. Thereafter, the amount of the compound was calculated so that nitrogen substitution was performed, the mixture was cooled to about 50 ° C. under a nitrogen stream, and the NCO / OH ratio was 1.02 to 1.5, preferably 1.05 to 1.4. (B3) is added. Then, it is made to react at the temperature of 80-100 degreeC for about 4-8 hours, and will be set as the reaction end point, if the isocyanate content rate of a design value is reached. At this time, a small amount of a polymerization catalyst such as dibutyltin dilaurate (DBTDL) may be blended at any stage. The NCO content of the obtained urethane prepolymer (b4) is preferably in the range of 0.5 to 4.0%, more preferably in the range of 1.0 to 3.0%. . Furthermore, said reaction conditions can be used also as conditions for making a urethane prepolymer (b4) and a compound (b5) react. For example, after the urethane polymer (b4) is obtained in the above method, the compound (b5) is continuously added so that the active hydrogen / NCO ratio is 0.8 to 1.2, and then 80 to The reaction is carried out at 100 ° C. for about 1 to 4 hours. Then, after neutralizing the hydrophilic group resulting from the compound (b2) in the reaction mixture, if water is added under high-speed stirring, an aqueous dispersion of a urethane polymer having a hydrolyzable silicon atom-containing group is obtained. can get.

[シリコーン系重合体鎖部(c)]
シリコーン系重合体鎖部(c)は、上記ウレタン系重合体鎖部(b)を構成する、加水分解性珪素原子含有基を有するウレタン系重合体における加水分解性珪素原子含有基と、アクリル系重合体鎖部(a)を構成する、加水分解性珪素原子含有基を有するアクリル系重合体における加水分解性珪素原子含有基と、シリカ(d)が有する親水性基(特に水酸基)とにより構成される。すなわち、シリコーン系重合体鎖部(c)は、基本的には、アクリル系重合体鎖部(a)、ウレタン系共重合体(b)およびシリカ(d)との結合部位を指している。なお、これらの結合をより確実かつ強固にするために、必要に応じて、加水分解性珪素原子含有基を有するシラン系化合物(e)をさらに反応させて形成してもよい。
[Silicone polymer chain part (c)]
The silicone-based polymer chain part (c) includes the hydrolyzable silicon atom-containing group in the urethane-based polymer having the hydrolyzable silicon atom-containing group, which constitutes the urethane-based polymer chain part (b), and an acrylic type. Consists of a hydrolyzable silicon atom-containing group in an acrylic polymer having a hydrolyzable silicon atom-containing group and a hydrophilic group (particularly a hydroxyl group) of silica (d), which constitutes the polymer chain part (a). Is done. That is, the silicone polymer chain part (c) basically refers to a bonding site with the acrylic polymer chain part (a), the urethane copolymer (b) and the silica (d). In addition, in order to make these bonds more reliable and strong, a silane compound (e) having a hydrolyzable silicon atom-containing group may be further reacted as necessary.

上記シラン系化合物(e)としては、単量体の形態のシラン系化合物、例えばテトラアルコキシシラン、アルコキシトリアルコキシシラン、ジアルコキシジアルコキシシラン、各種シランカップリング剤等や、多量体の形態のシラン系化合物、例えばポリ(アルコキシアルコキシシラン)、ポリ(アルコキシシラン)、ポリ(アルコキシアルキルシラン)などが挙げられる。なお、上記の化合物(a2)や化合物(a3)も、シラン系化合物(e)として利用することができる場合がある。   Examples of the silane compound (e) include monomeric silane compounds such as tetraalkoxysilanes, alkoxytrialkoxysilanes, dialkoxydialkoxysilanes, various silane coupling agents, and multimeric silanes. Examples thereof include poly (alkoxyalkoxysilane), poly (alkoxysilane), poly (alkoxyalkylsilane) and the like. In addition, said compound (a2) and compound (a3) may also be utilized as a silane type compound (e).

[シリカ(d)]
シリカ(d)としては、公知のシリカ粒子(二酸化珪素からなる粒子)から適宜選択することができるが、特には、親水性基を含有するシリカ粒子(以下「親水性基含有シリカ」と称する場合がある)が好適に用いられる。親水性基含有シリカにおける親水性基としては、特にヒドロキシル基が好適である。親水性基含有シリカは、シリカ粒子単独の形態、例えば、粉末状の形態で用いられてもよく、水に分散された形態、例えば、水中にコロイド状に分散されたコロイド状の形態、つまりコロイダルシリカとして用いられてもよい。
[Silica (d)]
The silica (d) can be appropriately selected from known silica particles (particles made of silicon dioxide). In particular, silica particles containing a hydrophilic group (hereinafter referred to as “hydrophilic group-containing silica”). Are preferably used. As the hydrophilic group in the hydrophilic group-containing silica, a hydroxyl group is particularly preferable. The hydrophilic group-containing silica may be used in the form of silica particles alone, for example, in the form of a powder, or in a form dispersed in water, for example, a colloidal form dispersed colloidally in water, that is, colloidal. It may be used as silica.

親水性基含有シリカのうち、例えば、粉末状の形態の親水性基含有シリカとしては、例えば、日本アエロジル株式会社製の商品名「AEROSIL」シリーズ(例えば、商品名「AEROSIL 50」、商品名「AEROSIL 90G」、商品名「AEROSIL 130」、商品名「AEROSIL 200」、商品名「AEROSIL 200V」、商品名「AEROSIL 200CF」、商品名「AEROSIL 200FAD」、商品名「AEROSIL 300」、商品名「AEROSIL 300CF」、商品名「AEROSIL 380」など)等の市販品を用いることができる。また、親水性基含有シリカのうち、例えば、コロイド状の形態の親水性基含有シリカとしては、例えば、旭電化工業株式会社製の商品名「アデライト AT」シリーズ(例えば、商品名「アデライト AT−20」、商品名「アデライト AT−30」、商品名「アデライト AT−40」、商品名「アデライト AT−50」、商品名「アデライト AT−20N」など)や、日産化学株式会社製の商品名「スノーテックス」シリーズ(例えば、商品名「スノーテックス 20」、商品名「スノーテックス 30」、商品名「スノーテックス 40」、商品名「スノーテックス N」、商品名「スノーテックス NS」、商品名「スノーテックス NXS」など)等の市販品を用いることができる。   Among the hydrophilic group-containing silica, for example, as the hydrophilic group-containing silica in a powder form, for example, a product name “AEROSIL” series (for example, product name “AEROSIL 50”, product name “ AEROSIL 90G ", trade name" AEROSIL 130 ", trade name" AEROSIL 200 ", trade name" AEROSIL 200V ", trade name" AEROSIL 200CF ", trade name" AEROSIL 200FAD ", trade name" AEROSIL 300 ", trade name" AEROSIL " 300CF ", trade name" AEROSIL 380 ", etc.) can be used. Further, among the hydrophilic group-containing silica, for example, colloidal hydrophilic group-containing silica includes, for example, a trade name “Adelite AT” series (for example, a trade name “Adelite AT-” manufactured by Asahi Denka Kogyo Co., Ltd.). 20 ”, trade name“ Adelite AT-30 ”, trade name“ Adelite AT-40 ”, trade name“ Adelite AT-50 ”, trade name“ Adelite AT-20N ”, etc.) and trade names made by Nissan Chemical Co., Ltd. “Snowtex” series (for example, product name “Snowtex 20”, product name “Snowtex 30”, product name “Snowtex 40”, product name “Snowtex N”, product name “Snowtex NS”, product name Commercial products such as “Snowtex NXS” and the like can be used.

本実施形態に係る特定ハイブリッド材料において、特定3元共重合体とシリカ(d)との比率は、好ましくは、特定3元共重合体(樹脂分)100重量部に対してシリカ(d)5〜200重量部である。この比率で特定3元共重合体とシリカとをハイブリッド化させることによって、特に良好な結着剤特性を得ることができる。また、特定3元共重合体における、アクリル系重合体鎖部(a)を構成するアクリル系重合体、ウレタン系重合体鎖部(b)を構成するウレタン系重合体、シリコーン系重合体鎖部(c)を構成するシリコーン系重合体との比率は、以下の範囲内である場合に、電池の電極用結着剤としての特に良好な性能が得られる。すなわち、アクリル系重合体100重量部に対して、シリコーン系重合体およびウレタン系重合体は合計で4〜100重量部であるのが好ましい。また、この場合において、アクリル系重合体100重量部に対して、シリコーン系重合体は0.5〜20重量部、ウレタン系重合体は、3.5〜99.5重量部の範囲内にあることが好ましい。   In the specific hybrid material according to this embodiment, the ratio of the specific ternary copolymer to silica (d) is preferably silica (d) 5 with respect to 100 parts by weight of the specific ternary copolymer (resin component). -200 parts by weight. By hybridizing the specific ternary copolymer and silica at this ratio, particularly good binder properties can be obtained. Further, in the specific ternary copolymer, an acrylic polymer constituting the acrylic polymer chain part (a), a urethane polymer constituting the urethane polymer chain part (b), and a silicone polymer chain part. When the ratio with the silicone polymer constituting (c) is within the following range, particularly good performance as a binder for battery electrodes is obtained. That is, the total amount of the silicone polymer and the urethane polymer is preferably 4 to 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the acrylic polymer. In this case, the silicone polymer is in the range of 0.5 to 20 parts by weight and the urethane polymer is in the range of 3.5 to 99.5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the acrylic polymer. It is preferable.

なお、本実施形態で用いる特定ハイブリッド材料は、電池の電極用結着剤として要求される性能に応じて、さらに、充填剤、可塑剤、老化防止剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、熱安定剤、着色剤(顔料や染料など)、防かび剤、濡れ促進剤、粘性改良剤、各種タッキーファイヤー、カップリング剤、乳化剤、界面活性剤、エマルジョンやラテックス、架橋剤、保湿剤、消泡剤などの各種添加剤または成分、溶剤などとともに用いられていてもよい。   In addition, the specific hybrid material used in the present embodiment further includes a filler, a plasticizer, an anti-aging agent, an ultraviolet absorber, an antioxidant, a thermal stability depending on the performance required as a binder for battery electrodes. Agents, colorants (pigments and dyes, etc.), fungicides, wetting accelerators, viscosity modifiers, various tacky fires, coupling agents, emulsifiers, surfactants, emulsions and latexes, cross-linking agents, moisturizers, antifoaming agents It may be used together with various additives or components such as, solvents and the like.

以下の実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   The following examples further illustrate the present invention, but the present invention is not limited thereto.

[調製例1]
(イソシアネート反応性基および加水分解性珪素原子含有基を含有する化合物(b5)の調製)
N−β(アミノエチル)−γ−アミノブロピルトリメトキシシラン:1モルに対して、2−エチルヘキシルアクリレート:2モルの割合で配合し、混合して、50℃で7日間反応させて反応性生物であるアミノ基含有アルコキシシランを得た。
[Preparation Example 1]
(Preparation of compound (b5) containing isocyanate-reactive group and hydrolyzable silicon atom-containing group)
N-β (aminoethyl) -γ-aminopropyltrimethoxysilane: 1 mol of 2-ethylhexyl acrylate: 2 mol in proportion, mixed and reacted at 50 ° C. for 7 days for reactivity A biological amino group-containing alkoxysilane was obtained.

[調製例2]
(ウレタン系重合体鎖部(b)を構成するウレタン系重合体の調製)
攪拌装置、窒素導入管、温度計およびコンデンサを装着した4つ口セパラブルフラスコに、PTMG2000[ポリテトラメチレンエーテルグリコール、数平均分子量:2000、水酸基価:56.1mg−KOH/g]87重量部、イソホロンジイソシアネート[イソシアネート含有率(NCO含有率):37.8%、IPDI]48重量部、2,2−ジメチロールブタン酸15重量部、1,4−ブタンジオール4重量部、メチルメタクリレート80重量部、およびブチルメタクリレート80重量部を配合し、75〜80℃の温度で窒素気流下3時間反応を行い、残存イソシアネート基が1.2%のカルボキシル基含有イソシアネート基末端ポリマーの反応混合物全量に、調製例1で作製したアミノ基含有アルコキシシラン43重量部を配合して混合した。その後、75〜80℃の温度で窒素気流下1時間反応を行い、カルボキシル基含有アルコキシシリル化ウレタンポリマーを含む反応混合物を得た。次に、カルボキシル基含有アルコキシシリル化ウレタンポリマーを含む反応混合物のカルボキシル基をトリエタノールアミン5重量部で中和した後、40℃まで冷却し、脱イオン水1200重量部を高速攪拌下で配合して加水分解性シリル化ウレタン系重合体の分散液を得た。
[Preparation Example 2]
(Preparation of urethane polymer constituting urethane polymer chain part (b))
In a four-necked separable flask equipped with a stirrer, a nitrogen introducing tube, a thermometer and a condenser, PTMG2000 [polytetramethylene ether glycol, number average molecular weight: 2000, hydroxyl value: 56.1 mg-KOH / g] 87 parts by weight , Isophorone diisocyanate [isocyanate content (NCO content): 37.8%, IPDI] 48 parts by weight, 2,2-dimethylolbutanoic acid 15 parts by weight, 1,4-butanediol 4 parts by weight, methyl methacrylate 80 parts by weight And 80 parts by weight of butyl methacrylate, and the reaction is performed under a nitrogen stream at a temperature of 75 to 80 ° C. for 3 hours, and the total amount of the reaction mixture of the carboxyl group-containing isocyanate group-terminated polymer having a residual isocyanate group of 1.2%, 43 parts by weight of the amino group-containing alkoxysilane prepared in Preparation Example 1 And mixed by. Then, reaction was performed at 75-80 degreeC under nitrogen stream for 1 hour, and the reaction mixture containing a carboxyl group-containing alkoxysilylation urethane polymer was obtained. Next, after neutralizing the carboxyl group of the reaction mixture containing the carboxyl group-containing alkoxysilylated urethane polymer with 5 parts by weight of triethanolamine, it is cooled to 40 ° C., and 1200 parts by weight of deionized water is blended under high-speed stirring. Thus, a hydrolyzable silylated urethane polymer dispersion was obtained.

[製造例1]
ブチルアクリレート(BA)80重量部、ブチルメタクリレート(BMA)140重量部、メチルメタアクリレート(MMA)140重量部、γ―メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン10重量部をそれぞれ秤量し、これら単量体を、乳化剤としてアデカリアソープSR−10(株式会社ADEKA製)10重量部を使って水250重量部中で乳化させてモノマー乳化液を得た。攪拌装置、窒素導入管、温度計および還流冷却管を装着した4つ口セパラブルフラスコに、調製例2で作製した加水分解性シリル化ウレタン系重合体の分散液200重量部、γ―メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン15重量部、水300重量部を投入し、窒素雰囲気下で攪拌しながら40℃まで昇温した後、この温度を保ちながら1時間反応させてシリコーン系−ウレタン系共重合体を得た。
[Production Example 1]
80 parts by weight of butyl acrylate (BA), 140 parts by weight of butyl methacrylate (BMA), 140 parts by weight of methyl methacrylate (MMA) and 10 parts by weight of γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane were weighed, and these monomers were A monomer emulsion was obtained by emulsifying in 250 parts by weight of water using 10 parts by weight of ADEKA rear soap SR-10 (manufactured by ADEKA Corporation) as an emulsifier. In a four-necked separable flask equipped with a stirrer, a nitrogen inlet tube, a thermometer and a reflux condenser, 200 parts by weight of the hydrolyzable silylated urethane polymer dispersion prepared in Preparation Example 2, γ-methacryloxy After adding 15 parts by weight of propyltrimethoxysilane and 300 parts by weight of water, the temperature was raised to 40 ° C. with stirring in a nitrogen atmosphere, and the reaction was continued for 1 hour while maintaining this temperature to obtain a silicone-urethane copolymer. Obtained.

次に、セパラブルフラスコの液温を80℃に昇温した後、前述のモノマー乳化液と、重合開始剤としての2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)(株式会社日本ファインケム製ABN−V)2重量部とを、それぞれ別の投入口から2時間かけて連続的に滴下し、更にコロイダルシリカとしてアデライトAT50(株式会社ADEKA製)150重量部を反応させて、アクリル系−シリコーン系−ウレタン系共重合体とシリカとをハイブリッド化させた「有機無機ハイブリッド材料」からなる結着剤Aを得た。なお、この有機無機ハイブリッド材料におけるアクリル系重合体の理論ガラス転移温度は25℃である。   Next, after raising the liquid temperature of the separable flask to 80 ° C., the above-mentioned monomer emulsion and 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) as a polymerization initiator (Nippon Finechem Co., Ltd.) ABN-V) 2 parts by weight are continuously added dropwise from different inlets over 2 hours, and 150 parts by weight of Adelite AT50 (manufactured by ADEKA Co., Ltd.) as a colloidal silica are reacted to produce an acrylic- A binder A made of an “organic-inorganic hybrid material” obtained by hybridizing a silicone-urethane copolymer and silica was obtained. The theoretical glass transition temperature of the acrylic polymer in this organic-inorganic hybrid material is 25 ° C.

[製造例2]
コロイダルシリカとしてアデライトAT50(株式会社ADEKA製)を使用しない以外は製造例1と同様にして、アクリル系−シリコーン系−ウレタン系共重合体からなる結着剤Bを得た。
[Production Example 2]
A binder B made of an acrylic-silicone-urethane copolymer was obtained in the same manner as in Production Example 1 except that Adelite AT50 (manufactured by ADEKA Corporation) was not used as colloidal silica.

[実施例1]
次に、本発明の実施例1に係るアルカリ蓄電池を、正極体に上記製造例1によって作製した結着剤Aを用いて、以下のようにして作製した。
[Example 1]
Next, an alkaline storage battery according to Example 1 of the present invention was produced as follows using the binder A produced in Production Example 1 for the positive electrode body.

(正極体)
正極体の合材を形成する各要素として、下記の材料を各配合比にて用いた。
正極活物質:水酸化ニッケル(Ni(OH))(住友金属鉱山社製 type−C3);100重量部
結着剤:シリカ含有有機無機ハイブリッド材料;5重量部
導電助材:カーボンブラック(電気化学工業社製デンカブラック);5重量部
上記の材料に、水を30重量部加えたものを、ハイスピードミキサで混合し、粘度を約100Pa・sに調整した分散液を作製した。この分散液中に、発泡ニッケルで形成した厚さ0.6mmの平板状の基板を浸漬して、基板に分散液を含浸させた。その後、この基板を約0.6mmの隙間を通過させることにより、基板表面近傍の余剰液を除去してから、80℃の乾燥機中で乾燥させた。この乾燥した電極を20tのロールプレスによって圧縮して厚さを調整したものを、実施例1における正極体とした。
(Positive electrode)
The following materials were used at various blending ratios as elements for forming the positive electrode composite.
Positive electrode active material: nickel hydroxide (Ni (OH) 2 ) (type-C3 manufactured by Sumitomo Metal Mining Co., Ltd.); 100 parts by weight Binder: silica-containing organic-inorganic hybrid material; 5 parts by weight Conductive aid: carbon black (electric Denka Black manufactured by Kagaku Kogyo Co., Ltd.): 5 parts by weight A material obtained by adding 30 parts by weight of water to the above material was mixed with a high speed mixer to prepare a dispersion having a viscosity adjusted to about 100 Pa · s. A flat substrate having a thickness of 0.6 mm formed of foamed nickel was immersed in this dispersion, and the substrate was impregnated with the dispersion. Thereafter, the substrate was passed through a gap of about 0.6 mm to remove excess liquid near the surface of the substrate, and then dried in a dryer at 80 ° C. The dried electrode was compressed by a 20-t roll press to adjust the thickness, and was used as the positive electrode body in Example 1.

(負極体)
水素吸蔵合金粉末を発泡ニッケルに含浸・乾燥させたものを、20tのロールプレスによって圧縮して、厚さ0.35mmの平板状水素吸蔵合金シートを作製し、実施例1における負極体とした。
(Negative electrode body)
The hydrogen storage alloy powder impregnated and dried with foamed nickel was compressed by a 20-t roll press to produce a flat hydrogen storage alloy sheet having a thickness of 0.35 mm.

(試験電池の作製)
図2(a)に示すように、複数の上記の正極体53と、0.35mm厚の平板状水素吸蔵合金シートにより形成した負極体55とを、プリーツ形状のセパレータ51を介して交互に積層対向させて電極体57を作製した。この電極体57を、図2(b)に示す寸法のケーシング59に、電解液25gとともに収納して試験電池とした。電解液には、水酸化カリウム(KOH)と水酸化ナトリウム(NaOH)とを重量比4:1で混合し、濃度6Nの水溶液としたものを用いた。
(Production of test battery)
As shown in FIG. 2A, a plurality of the positive electrode bodies 53 and the negative electrode bodies 55 formed of a 0.35 mm-thick flat-plate hydrogen storage alloy sheet are alternately stacked via pleated separators 51. The electrode body 57 was produced so as to face each other. This electrode body 57 was housed in a casing 59 having the dimensions shown in FIG. As the electrolytic solution, potassium hydroxide (KOH) and sodium hydroxide (NaOH) were mixed at a weight ratio of 4: 1 to obtain an aqueous solution having a concentration of 6N.

[比較例1]
比較例1における正極用結着剤として、実施例1で用いた、製造例1によって作製したシリカを含む結着剤Aの代わりに、製造例2によって作製したシリカを含まない特定3元共重合体からなる結着剤Bを用いた。この点以外については実施例1と同様にして試験電池を作製した。
[Comparative Example 1]
As a positive electrode binder in Comparative Example 1, instead of the binder A containing silica produced in Production Example 1 used in Example 1, a specific ternary copolymer containing no silica produced in Production Example 2 Binder B made of coalescence was used. Except for this point, a test battery was fabricated in the same manner as in Example 1.

[比較例2]
比較例2では、正極用結着剤として、実施例1で用いた、製造例1によって作製したシリカを含む結着剤Aの代わりに、エチレン酢酸ビニル共重合体(EVA)エマルジョン系結着剤(住化ケムテックス社製スミカフレックス400HQ)を使用した。この点以外については実施例1と同様にして試験電池を作製した。
[Comparative Example 2]
In Comparative Example 2, an ethylene vinyl acetate copolymer (EVA) emulsion-based binder was used instead of the binder A containing silica produced in Production Example 1 used in Example 1 as the positive electrode binder. (Sumikaflex 400HQ manufactured by Sumika Chemtex Co., Ltd.) was used. Except for this point, a test battery was fabricated in the same manner as in Example 1.

[参考例]
従来の有機溶剤系結着剤を用いる電池を、参考例として作製した。具体的には、正極体の合材を形成する各要素として、下記の材料を各配合比にて用いた。
正極活物質:水酸化ニッケル(Ni(OH))(住友金属鉱山社製 type−C3);100重量部
結着剤:エチレン酢酸ビニル共重合体系結着剤(東ソー社製ウルトラセン);5重量部
導電助材:カーボンブラック(電気化学工業社製デンカブラック);5重量部
80℃に加熱したニーダ内に、上記EVA、カーボンブラック、および有機溶剤としてキシレン5重量部を投入して混練し、EVA中にカーボンブラックを分散させた導電性結着剤を作製した。次に、60℃に過熱した溶解槽に上記導電性結着剤、水酸化ニッケル、およびキシレン15重量部を投入して混合し、分散液を作製した。この分散液中に、発泡ニッケルで形成した厚さ0.6mmの平板状の基板を浸漬して、基板に分散液を含浸させた。その後、この基板を約0.6mmの隙間を通過させることにより、基板表面近傍の余剰液を除去してから、80℃の乾燥機中で乾燥させた。この乾燥した電極を20tのロールプレスによって圧縮し調厚したものを、参考例における正極体とした。
[Reference example]
A battery using a conventional organic solvent binder was prepared as a reference example. Specifically, the following materials were used at various blending ratios as the elements forming the positive electrode mixture.
Positive electrode active material: Nickel hydroxide (Ni (OH) 2 ) (type-C3 manufactured by Sumitomo Metal Mining Co.); 100 parts by weight Binder: Ethylene vinyl acetate copolymer binder (Ultrasen manufactured by Tosoh Corporation); 5 Part by weight Conductive aid: Carbon black (Denka Black manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.); 5 parts by weight In the kneader heated to 80 ° C., 5 parts by weight of xylene as the EVA, carbon black, and organic solvent are added and kneaded. A conductive binder in which carbon black was dispersed in EVA was prepared. Next, the conductive binder, nickel hydroxide, and 15 parts by weight of xylene were put into a dissolution tank heated to 60 ° C. and mixed to prepare a dispersion. A flat substrate having a thickness of 0.6 mm formed of foamed nickel was immersed in this dispersion, and the substrate was impregnated with the dispersion. Thereafter, the substrate was passed through a gap of about 0.6 mm to remove excess liquid near the surface of the substrate, and then dried in a dryer at 80 ° C. The dried electrode was compressed and adjusted by a 20-t roll press to obtain a positive electrode body in a reference example.

[充放電サイクル性能試験]
上記のように作製した実施例および比較例1,2の各試験電池について、充放電サイクル試験を行い、サイクル経過による充放電特性の推移を測定した。この充放電サイクル試験では、最初に活性化充放電を10サイクル行った後に高率充放電サイクルを行った。活性化充放電および高率充放電における試験条件はそれぞれ以下のとおりである。
[Charge / discharge cycle performance test]
About each test battery of the Example produced as mentioned above and the comparative examples 1 and 2, the charging / discharging cycle test was done and the transition of the charging / discharging characteristic by cycling progress was measured. In this charge / discharge cycle test, activation charge / discharge was first performed 10 cycles, and then a high rate charge / discharge cycle was performed. The test conditions for activation charge / discharge and high rate charge / discharge are as follows.

(活性化充放電)
充電:定電流0.1C(定格充電容量の120%まで充電)
放電:定電流0.1C(放電終止電圧1.0V)
(高率充放電)
充電:定電流1.0C(定格充電容量の120%まで充電)
放電:定電流1.0C(放電終止電圧1.0V)
なお、ここでの「C」(時間率)とは、所定の容量を有する電池を1時間で100%充電または放電するために必要な電流値のことであり、例えば、容量1Ahの電池では1C=1Aである。
(Activated charge / discharge)
Charging: Constant current 0.1C (charging up to 120% of rated charging capacity)
Discharge: Constant current 0.1 C (discharge end voltage 1.0 V)
(High rate charge / discharge)
Charging: Constant current 1.0C (charging up to 120% of the rated charge capacity)
Discharge: constant current 1.0C (discharge end voltage 1.0V)
Here, “C” (time ratio) is a current value required to charge or discharge a battery having a predetermined capacity 100% in one hour. For example, in a battery having a capacity of 1 Ah, 1C = 1A.

このような条件で充放電サイクル性能の比較を行った結果を、表1に示す。   Table 1 shows the results of comparison of charge / discharge cycle performance under such conditions.

Figure 2010177071
Figure 2010177071

表1において、「放電容量維持率」とは、活性化充放電後の高率充放電サイクルにおける最大の放電容量に対する、各回の放電容量の割合のことであり、実施例1、および比較例1,2について、放電容量維持率が80%まで低下するのに要した充放電サイクル数を示している。表1に示すように、本発明の実施例1に係る、有機無機ハイブリッド材料を結着剤に使用した電池では、シリカを含まない結着剤を使用した比較例1,2に比べて、放電量および放電電圧のいずれにおいても、長期充放電サイクル性能が極めて優れており、実用上十分な性能を有していることが確認された。   In Table 1, the “discharge capacity retention rate” is the ratio of the discharge capacity of each time to the maximum discharge capacity in the high rate charge / discharge cycle after activation charge / discharge. Example 1 and Comparative Example 1 , 2 shows the number of charge / discharge cycles required for the discharge capacity maintenance rate to fall to 80%. As shown in Table 1, in the battery using the organic-inorganic hybrid material as the binder according to Example 1 of the present invention, the discharge was compared with Comparative Examples 1 and 2 using the binder not containing silica. In both quantity and discharge voltage, it was confirmed that the long-term charge / discharge cycle performance was extremely excellent and had practically sufficient performance.

また、有機溶剤系の結着剤を用いた参考例に係る試験電池は、2000サイクル後の放電容量維持率が80%以上という良好なサイクル性能を示した。しかしながら、参考例では結着剤に有機溶剤を使用するため、電池の製造工程における人体および環境への負荷が大きく、かつ、爆発や燃焼の危険性がある。また、このような負荷を低減するための設備、および、爆発や燃焼に対する安全性を確保するための設備の設置が必要であり、電池の製造コストが多大になる。これに対して、本実施形態に係る電池1の結着剤は、水性であり、かつフッ素元素を含まないので、人体および環境に対する負荷が小さく、かつ安全である。したがって、製造工程における取り扱いが容易であり、また、環境対策や安全対策等のための設備が不要となるので、電池の製造コストが低減される。   In addition, the test battery according to the reference example using the organic solvent-based binder showed good cycle performance with a discharge capacity retention rate of 80% or more after 2000 cycles. However, in the reference example, since an organic solvent is used as the binder, the burden on the human body and the environment in the battery manufacturing process is large, and there is a risk of explosion and combustion. In addition, it is necessary to install equipment for reducing such a load and equipment for ensuring safety against explosion and combustion, which increases the manufacturing cost of the battery. On the other hand, since the binder of the battery 1 according to this embodiment is aqueous and does not contain a fluorine element, the load on the human body and the environment is small and safe. Therefore, handling in the manufacturing process is easy, and facilities for environmental measures, safety measures, and the like are not required, so that the manufacturing cost of the battery is reduced.

[実施例2]
実施例2では、負極体として、実施例1における結着剤を含まない負極体の代わりに、製造例1によって作製した結着剤Aを含むものを用いた。具体的には、実施例2の負極体の合剤を形成する各要素として、下記の材料を各配合比にて用いた。
負極活物質:水素吸蔵合金粉末(三井金属鉱業type−6);100重量部
結着剤:シリカ含有有機無機ハイブリッド材料;2.5重量部
増粘剤:PVA1000;0.1重量部
上記の各材料に、水16重量を部加えたものを、ハイスピードミキサ(深江パウテック社製)で混合し、粘度を約100Pa・sに調整した分散液を作製した。この分散液中に、発泡ニッケルで形成した厚さ0.6mmの平板状の基板を浸漬して、基板に分散液を含浸させた。その後、この基板を約0.6mmの隙間を通過させることにより、基板表面近傍の余剰液を除去してから、80℃の乾燥機中で乾燥させた。この乾燥した電極を20tのロールプレスによって圧縮して調厚したものを、実施例2における負極体とした。この点以外については実施例1と同様にして、試験電池を作製した。
[Example 2]
In Example 2, the negative electrode body including the binder A prepared in Production Example 1 was used instead of the negative electrode body not including the binder in Example 1. Specifically, the following materials were used at various mixing ratios as the elements forming the mixture of the negative electrode body of Example 2.
Negative electrode active material: hydrogen storage alloy powder (Mitsui Metals Mining type-6); 100 parts by weight Binder: silica-containing organic-inorganic hybrid material; 2.5 parts by weight Thickener: PVA1000; 0.1 parts by weight A material added with 16 parts by weight of water was mixed with a high speed mixer (Fukae Pautech Co., Ltd.) to prepare a dispersion having a viscosity adjusted to about 100 Pa · s. A flat substrate having a thickness of 0.6 mm formed of foamed nickel was immersed in this dispersion, and the substrate was impregnated with the dispersion. Thereafter, the substrate was passed through a gap of about 0.6 mm to remove excess liquid near the surface of the substrate, and then dried in a dryer at 80 ° C. The dried electrode was compressed by a 20-t roll press and adjusted in thickness to obtain a negative electrode body in Example 2. A test battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except for this point.

負極体にもシリカを含む有機無機ハイブリッド結着剤を使用した実施例2に係る試験電池では、実施例1と同等の充放電サイクル性能を示した。さらに、実施例1で使用した負極体は、結着剤を用いていないので、電池の製造過程で負極体を折り曲げたときに、折り目付近から活物質が剥離し易かった。これに対して、実施例2で使用した負極体では、折り曲げても活物質の剥離はほとんど起こらなかった。さらに、実施例1における負極体の作製においては、基板への活物質の定着を図るために、大型のロールプレスで圧縮する必要があったが、実施例2の負極体の作製においては、実施例1の場合よりも小型のロールプレスを用いて、実施例1の場合の10分の1程度のプレス圧で、十分に活物質を基板に定着させることができた。   The test battery according to Example 2 using the organic-inorganic hybrid binder containing silica also in the negative electrode body showed charge / discharge cycle performance equivalent to that in Example 1. Furthermore, since the negative electrode body used in Example 1 did not use a binder, the active material was easily peeled from the vicinity of the crease when the negative electrode body was bent during the battery manufacturing process. On the other hand, in the negative electrode body used in Example 2, the active material hardly peeled even when bent. Furthermore, in the production of the negative electrode body in Example 1, in order to fix the active material to the substrate, it was necessary to compress with a large roll press. Using a roll press smaller than that in Example 1, the active material could be sufficiently fixed to the substrate at a press pressure of about one-tenth that in Example 1.

以上のとおり、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。   As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described, but various additions, modifications, or deletions can be made without departing from the spirit of the present invention. Therefore, such a thing is also included in the scope of the present invention.

1 電池
9 ケーシング
11 セパレータ
13 正極体
15 負極体
17 電極体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Battery 9 Casing 11 Separator 13 Positive electrode body 15 Negative electrode body 17 Electrode body

Claims (7)

アルカリ系水溶液からなる電解液と、
正極活物質を含む正極合材を基板に塗布してなる正極体と、
負極活物質を含む負極合材を基板に塗布してなる負極体と、
を備え、
前記正極合材および負極合材の少なくとも一方が、フッ素元素を含まない水性かつ一液架橋性の材料であって、アクリル系重合体鎖部、ウレタン系重合体鎖部、およびこれらアクリル系重合体鎖部とウレタン系重合体鎖部を結合するシリコーン系重合体鎖部を有するアクリル系−シリコーン系−ウレタン系共重合体と、シリカとをハイブリッド化した有機無機ハイブリッド材料を含む電極用結着剤を含んでいるアルカリ蓄電池。
An electrolytic solution comprising an alkaline aqueous solution;
A positive electrode body formed by applying a positive electrode mixture containing a positive electrode active material to a substrate;
A negative electrode body obtained by applying a negative electrode mixture containing a negative electrode active material to a substrate;
With
At least one of the positive electrode mixture and the negative electrode mixture is an aqueous and one-liquid crosslinkable material that does not contain a fluorine element, and an acrylic polymer chain portion, a urethane polymer chain portion, and these acrylic polymers A binder for an electrode comprising an organic-inorganic hybrid material obtained by hybridizing an acrylic-silicone-urethane copolymer having a silicone polymer chain part that binds a chain part and a urethane polymer chain part to silica. Containing alkaline storage battery.
請求項1において、前記アクリル系重合体の理論ガラス転移温度が10〜55℃の範囲内にあるアルカリ蓄電池。   The alkaline storage battery according to claim 1, wherein the acrylic polymer has a theoretical glass transition temperature in a range of 10 to 55 ° C. 請求項1または2において、前記有機無機ハイブリッド材料が、アクリル系−シリコーン系−ウレタン系共重合体100重量部に対して5〜200重量部のシリカを含んでいるアルカリ蓄電池。   3. The alkaline storage battery according to claim 1, wherein the organic-inorganic hybrid material includes 5 to 200 parts by weight of silica with respect to 100 parts by weight of the acrylic-silicone-urethane copolymer. 請求項1から3のいずれか一項において、前記正極合材および前記負極合材のいずれもが前記電極用結着剤を含んでいるアルカリ蓄電池。   4. The alkaline storage battery according to claim 1, wherein both the positive electrode mixture and the negative electrode mixture include the electrode binder. 5. 請求項1から4のいずれか一項において、前記正極活物質が水酸化ニッケルを含み、前記負極活物質が水素吸蔵合金を含むニッケル水素二次電池として構成されているアルカリ蓄電池。   5. The alkaline storage battery according to claim 1, wherein the positive electrode active material includes nickel hydroxide and the negative electrode active material includes a hydrogen storage alloy. 請求項1から5のいずれか一項において、充放電を1000サイクル行った後の放電容量維持率が80%以上であるアルカリ蓄電池。   The alkaline storage battery according to any one of claims 1 to 5, wherein a discharge capacity maintenance ratio after performing 1000 cycles of charge and discharge is 80% or more. アルカリ蓄電池の正極体および負極体の少なくとも一方に用いられる結着剤であって、
アクリル系重合体鎖部、ウレタン系重合体鎖部、およびこれらアクリル系重合体鎖部とウレタン系重合体鎖部とを結合するシリコーン系重合体鎖部を有するアクリル系−シリコーン系−ウレタン系共重合体と、シリカとをハイブリッド化した有機無機ハイブリッド材料、ならびに
水性媒体、
を含むアルカリ蓄電池の電極用結着剤。
A binder used for at least one of a positive electrode body and a negative electrode body of an alkaline storage battery,
An acrylic-silicone-urethane copolymer having an acrylic polymer chain part, a urethane polymer chain part, and a silicone polymer chain part that binds the acrylic polymer chain part and the urethane polymer chain part. An organic-inorganic hybrid material obtained by hybridizing a polymer and silica, and an aqueous medium,
A binder for an electrode of an alkaline storage battery.
JP2009019107A 2009-01-30 2009-01-30 Alkaline storage battery Expired - Fee Related JP5290788B2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009019107A JP5290788B2 (en) 2009-01-30 2009-01-30 Alkaline storage battery
PCT/JP2010/000415 WO2010087146A1 (en) 2009-01-30 2010-01-26 Alkaline rechargeable battery and binder for electrodes of alkaline rechargeable batteries
TW099102339A TW201031721A (en) 2009-01-30 2010-01-28 Alkaline rechargeable battery and binder for electrodes of alkaline rechargeable batteries

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009019107A JP5290788B2 (en) 2009-01-30 2009-01-30 Alkaline storage battery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010177071A true JP2010177071A (en) 2010-08-12
JP5290788B2 JP5290788B2 (en) 2013-09-18

Family

ID=42395411

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009019107A Expired - Fee Related JP5290788B2 (en) 2009-01-30 2009-01-30 Alkaline storage battery

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP5290788B2 (en)
TW (1) TW201031721A (en)
WO (1) WO2010087146A1 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104115316B (en) * 2012-02-02 2017-09-26 第一工业制药株式会社 The binding agent for electrode of lithium secondary battery, the lithium secondary battery using the electrode manufactured using the binding agent
JP7125218B2 (en) * 2018-04-13 2022-08-24 Fdk株式会社 Negative electrode for alkaline secondary battery and alkaline secondary battery
JP7445962B2 (en) * 2020-02-07 2024-03-08 株式会社常光 Secondary battery positive electrode material and its manufacturing method
CN111313081B (en) * 2020-02-28 2023-09-05 浙江克能新能源科技有限公司 Soft package lithium iron phosphate battery and manufacturing method thereof
CN113161511B (en) * 2021-04-20 2022-04-29 太仓中科赛诺新能源科技有限公司 Plastic electrode and preparation method thereof, and aqueous sodium ion battery and preparation method thereof
CN118782793A (en) * 2023-03-31 2024-10-15 中科超能(深圳)新能源科技有限公司 Binder for battery, composition for preparing electrode sheet and application thereof

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08171901A (en) * 1994-10-21 1996-07-02 Canon Inc Negative electrode for secondary battery, and manufacture of secondary battery employing the negative electrode and of the electrode
WO2005054341A1 (en) * 2003-12-03 2005-06-16 Konishi Co., Ltd. Vinyl-urethane copolymer and method for producing same

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100433002B1 (en) * 2001-12-07 2004-05-24 삼성에스디아이 주식회사 Electrode, lithium battery adopting the same, and method for manufacturing the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08171901A (en) * 1994-10-21 1996-07-02 Canon Inc Negative electrode for secondary battery, and manufacture of secondary battery employing the negative electrode and of the electrode
WO2005054341A1 (en) * 2003-12-03 2005-06-16 Konishi Co., Ltd. Vinyl-urethane copolymer and method for producing same

Also Published As

Publication number Publication date
JP5290788B2 (en) 2013-09-18
TW201031721A (en) 2010-09-01
WO2010087146A1 (en) 2010-08-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5290788B2 (en) Alkaline storage battery
US9780374B2 (en) Binder for electrodes of lithium secondary batteries, and lithium secondary battery which uses electrode produced using binder for electrodes of lithium secondary batteries
EP3118915B1 (en) Coated negative-electrode active material for use in lithium-ion battery, slurry for use in lithium-ion battery, negative electrode for use in lithium-ion battery, lithium-ion battery, and method for manufacturing coated negative-electrode active material for use in lithium-ion battery
KR101698623B1 (en) Binder composition for non-aqueous secondary battery electrode
JP5320972B2 (en) Positive electrode mixture paste for lithium secondary battery
JP6342519B2 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery and manufacturing method thereof
US6673273B2 (en) Crosslinked polymer electrolyte compositions
CN105378988B (en) Electrode binding agent, electrode and the lithium secondary battery of lithium secondary battery
JP2012150905A (en) Resin current collector and secondary battery
CN113258026A (en) Aqueous binder composition for lithium ion storage devices
CN108676480A (en) A kind of double-component aqueous acroleic acid polyurethane coating and preparation method thereof
JP5369652B2 (en) Battery composition
JP2010049903A (en) Composition for battery
CN116314792A (en) Dry electrode binder, negative electrode dry powder mixture and application thereof
JP5369667B2 (en) Positive electrode mixture paste for lithium secondary battery
US10026963B2 (en) Binder for electrode of lithium secondary cell
US20250096270A1 (en) Anode material with a surface joined to an adhesive, preparation method therefor, and use thereof
CN114373931B (en) Adhesive and battery containing same
JP7605593B2 (en) Resin composition for electrode binder for nonaqueous electrolyte secondary batteries, electrode binder for nonaqueous electrolyte secondary batteries, electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries, and nonaqueous electrolyte secondary battery
JP5396776B2 (en) Positive electrode mixture paste for lithium secondary battery
WO2025022784A1 (en) Lithium secondary battery electrode binder, electrode binder composition, negative electrode, and lithium secondary battery
JP2016121317A (en) Hydrophilic polymer, method of producing the same, and binder and electrode prepared therewith
JP2017188455A (en) Coated positive electrode active material for lithium ion battery
JP6426542B2 (en) Electrode forming paste and non-aqueous electrolyte secondary battery
EP4303996A1 (en) Unit cell, and battery cell comprising same

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20110418

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110422

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20110418

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130521

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130606

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5290788

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees