JP2012033286A - Binder for forming secondary battery positive electrode, electrode mixture for forming secondary battery positive electrode, electrode structure, and secondary battery - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明の目的は、長期の耐久性があり、電池特性向上に寄与する二次電池正極形成用バインダーを提供することにある。
【解決手段】本発明の二次電池正極形成用バインダーは、下記式(1)で表される構造単位を有するフッ素系高分子電解質を含み、該フッ素系高分子電解質中の特定部位の少なくとも一部が、アルカリ金属原子、アルカリ土類金属原子、またはアンモニウム基である。
−[CF2 CX1 X2 ]a −[CF2 −CF(−O−(CF2 −CF(CF2 X3 ))b −Oc −(CFR1 )d −(CFR2 )e −(CF2 )f −X4 )]g − ・・・・・(1)
【選択図】なしAn object of the present invention is to provide a binder for forming a positive electrode of a secondary battery that has long-term durability and contributes to improvement of battery characteristics.
A binder for forming a positive electrode of a secondary battery according to the present invention includes a fluorine-based polymer electrolyte having a structural unit represented by the following formula (1), and at least one specific site in the fluorine-based polymer electrolyte. Part is an alkali metal atom, an alkaline earth metal atom, or an ammonium group.
- [CF 2 CX 1 X 2 ] a - [CF 2 -CF (-O- (CF 2 -CF (CF 2 X 3)) b -O c - (CFR 1) d - (CFR 2) e - ( CF 2 ) f −X 4 )] g − (1)
[Selection figure] None
Description
本発明は、非水系二次電池、水系二次電池、特に好ましくは非水系リチウムイオン二次電池において、電池特性の向上に寄与し得る二次電池正極形成用バインダー、該バインダーと粉末電極材料とを含む二次電池正極形成用電極合剤、さらに該電極合剤を用いて形成される電極構造体に関するものである。 The present invention relates to a non-aqueous secondary battery, an aqueous secondary battery, particularly preferably a non-aqueous lithium ion secondary battery, a binder for secondary battery positive electrode formation that can contribute to improvement of battery characteristics, the binder and a powder electrode material. And an electrode structure formed by using the electrode mixture.
近年、携帯電話やデジタルカメラなどの携帯電子機器の小型軽量化や高機能化の要求に伴い、高性能電池の開発が積極的に進められている。そして、充電により繰り返し使用が可能な二次電池の需要が大きく伸びている。特に、リチウムイオン二次電池は、携帯電話やノートパソコンなどの用途に加え、電気自動車用途への展開も進められ、その利用範囲は非常に拡大している。 In recent years, development of high-performance batteries has been actively promoted in response to demands for reducing the size and weight of portable electronic devices such as mobile phones and digital cameras. And the demand of the secondary battery which can be repeatedly used by charge is growing greatly. In particular, lithium-ion secondary batteries are being developed for use in electric vehicles in addition to applications such as mobile phones and laptop computers, and the range of their use is greatly expanding.
リチウムイオン二次電池は、正極と負極との間にセパレータを介して作製された電極を電解液(リチウムイオンポリマー電池の場合は、液状の代わりにゲル状)と共に容器内に収納した構造を有するものである。 A lithium ion secondary battery has a structure in which an electrode produced through a separator between a positive electrode and a negative electrode is housed in a container together with an electrolytic solution (in the case of a lithium ion polymer battery, a gel instead of a liquid). Is.
リチウムイオン二次電池の正極は、コバルト酸リチウムなどの遷移金属を含むリチウム複合酸化物などの正極用活物質と、必要に応じて主に炭素材料からなる導電材とが、バインダーを用いてアルミニウム箔などの金属集電体上に層形成されたものである。通常、このようなリチウムイオン二次電池の正極は、正極用活物質に導電材およびバインダーを添加し、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)などの溶媒の存在下で混練・調製したペーストを、金属集電体上にドクターブレードなどにより塗布し、乾燥することによって得られる。ここでバインダーは、正極用活物質および導電材、さらに正極用活物質および導電材の混合物と、金属集電体とを接着するために用いられる。 The positive electrode of the lithium ion secondary battery is made of an active material for a positive electrode such as a lithium composite oxide containing a transition metal such as lithium cobaltate, and a conductive material mainly made of a carbon material as necessary. A layer is formed on a metal current collector such as a foil. Usually, a positive electrode of such a lithium ion secondary battery is prepared by adding a conductive material and a binder to a positive electrode active material, and kneading and preparing a paste in the presence of a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). It is obtained by applying onto a metal current collector with a doctor blade or the like and drying. Here, the binder is used for bonding a positive electrode active material and a conductive material, a mixture of the positive electrode active material and the conductive material, and a metal current collector.
また、リチウムイオン二次電池の電解液には、エチレンカーボネートやジエチルカーボネートのような非水溶媒が用いられ、通常、支持電解塩が添加される。 In addition, a nonaqueous solvent such as ethylene carbonate or diethyl carbonate is used for the electrolytic solution of the lithium ion secondary battery, and usually a supporting electrolytic salt is added.
リチウムイオン二次電池は上記のような構成であるため、正極形成のためのバインダーには、(1)正極用活物質と導電材との接着性、ならびに、正極用活物質および導電材の混合物と、金属集電体との接着性がいずれも高いこと、(2)電解液に対する耐食性に優れること、(3)電池内で電圧を受ける過酷な環境下で安定であること、(4)電極とした際に内部抵抗が小さく高い導電性を維持できることなどが要求される。 Since the lithium ion secondary battery has the above-described configuration, the binder for forming the positive electrode includes (1) adhesiveness between the positive electrode active material and the conductive material, and a mixture of the positive electrode active material and the conductive material. And (2) excellent corrosion resistance to the electrolyte, (3) stable in harsh environments that receive voltage in the battery, and (4) electrodes. Therefore, it is required that the internal resistance is small and high conductivity can be maintained.
従来、正極形成用のバインダーとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)樹脂などが多く使用されている。特許文献1には、フッ化ビニリデン重合単位中の水素がスルホン酸基に置換されたポリフッ化ビニリデン系樹脂からなる非水系電池電極形成用バインダーが開示されている。 Conventionally, a polyvinylidene fluoride (PVDF) resin or the like is often used as a binder for forming a positive electrode. Patent Document 1 discloses a binder for forming a non-aqueous battery electrode comprising a polyvinylidene fluoride resin in which hydrogen in a vinylidene fluoride polymer unit is substituted with a sulfonic acid group.
しかしながら、従来、正極形成用のバインダーとして用いられているPVDF樹脂などはイオン伝導性がない。ここで、イオン伝導性とは、電圧を印加した状態で、電荷を持った粒子であるイオンの移動により電荷が運ばれ、電流が流れる現象を指す。実用に耐え得るだけの耐久性を得るためにはバインダーの含有量を多くする必要があり、その結果、イオン伝導性がない物質、すなわち、イオン絶縁性物質であるバインダーの含有量が増加するために電池特性の向上に限界を生じている。また、特許文献1に開示された非水系電池電極形成用バインダーは、少ない使用量で粉末電極材料および集電体に対する接着力を示し、電池特性の向上に寄与し得るが、サイクル特性が不充分という問題点がある。 However, PVDF resin and the like conventionally used as a positive electrode forming binder do not have ionic conductivity. Here, ionic conductivity refers to a phenomenon in which electric current is carried by the movement of ions, which are charged particles, when a voltage is applied. In order to obtain durability that can withstand practical use, it is necessary to increase the content of the binder, and as a result, the content of the binder that is an ion-insulating substance, ie, a substance having no ionic conductivity, increases. However, there is a limit in improving battery characteristics. Further, the binder for forming a non-aqueous battery electrode disclosed in Patent Document 1 exhibits adhesion to a powder electrode material and a current collector with a small amount of use, and can contribute to improvement of battery characteristics, but cycle characteristics are insufficient. There is a problem.
本発明の主たる目的は、長期の耐久性があり、電池特性向上に寄与する二次電池正極形成用バインダーを提供することにある。本発明の更なる目的は、上記バインダーと粉末電極材料との混合物を含む電極合剤、該電極合剤を用いて形成される電極構造体および水系/非水系二次電池を提供することにある。 The main object of the present invention is to provide a secondary battery positive electrode-forming binder that has long-term durability and contributes to improving battery characteristics. A further object of the present invention is to provide an electrode mixture containing a mixture of the binder and the powder electrode material, an electrode structure formed using the electrode mixture, and an aqueous / non-aqueous secondary battery. .
本発明者らの研究によれば、上述の目的の達成のためには、特定の式で表される構造単位を有するフッ素系高分子電解質を含み、該フッ素系高分子電解質中の特定部位の少なくとも一部が、アルカリ金属原子、アルカリ土類金属原子またはアンモニウム基であるフッ素系高分子電解質を含む二次電池正極形成用バインダーを用いることが極めて有効であることが見出された。 According to the study by the present inventors, in order to achieve the above-mentioned object, a fluorine-based polymer electrolyte having a structural unit represented by a specific formula is included, and specific sites in the fluorine-based polymer electrolyte are included. It has been found that it is extremely effective to use a secondary battery positive electrode-forming binder containing a fluorine-based polymer electrolyte, at least a part of which is an alkali metal atom, an alkaline earth metal atom or an ammonium group.
すなわち、本発明は、以下のとおりである。 That is, the present invention is as follows.
[1]
下記式(1)で表される構造単位を有するフッ素系高分子電解質を含み、
該フッ素系高分子電解質中のZの少なくとも一部が、アルカリ金属原子、アルカリ土類金属原子またはアンモニウム基である、二次電池正極形成用バインダー。
[1]
Including a fluorine-based polymer electrolyte having a structural unit represented by the following formula (1):
The binder for secondary battery positive electrode formation whose at least one part of Z in this fluorine-type polymer electrolyte is an alkali metal atom, an alkaline-earth metal atom, or an ammonium group.
−[CF2 CX1 X2 ]a −[CF2 −CF(−O−(CF2 −CF(CF2 X3 ))b −Oc −(CFR1 )d −(CFR2 )e −(CF2 )f −X4 )]g − ・・・・・(1)
(式(1)中、
X1、X2およびX3は、それぞれ独立にハロゲン原子または炭素数1以上3以下のパーフルオロアルキル基であり、
aおよびgは、0≦a<1、0<g≦1、a+g=1であり、
bは、0以上8以下の整数であり、
cは、0または1であり、
d、eおよびfは、それぞれ独立に0以上6以下の整数であり、0<d+e+fであり、
R1およびR2は、それぞれ独立にハロゲン原子、炭素数1以上10以下のパーフルオロアルキル基またはフルオロクロロアルキル基であり、
X4は、COOZ、SO3Z、PO3Z2またはPO3HZ(Zは、水素原子、アルカリ金属原子、アルカリ土類金属原子またはアンモニウム基である。)である。)
[2]
前記フッ素系高分子電解質中のZの少なくとも一部がアルカリ金属原子である、[1]に記載の二次電池正極形成用バインダー。
- [CF 2 CX 1 X 2 ] a - [CF 2 -CF (-O- (CF 2 -CF (CF 2 X 3)) b -O c - (CFR 1) d - (CFR 2) e - ( CF 2 ) f −X 4 )] g − (1)
(In the formula (1),
X 1 , X 2 and X 3 are each independently a halogen atom or a perfluoroalkyl group having 1 to 3 carbon atoms,
a and g are 0 ≦ a <1, 0 <g ≦ 1, a + g = 1,
b is an integer of 0 to 8,
c is 0 or 1,
d, e and f are each independently an integer of 0 or more and 6 or less, and 0 <d + e + f,
R 1 and R 2 are each independently a halogen atom, a perfluoroalkyl group or a fluorochloroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms,
X 4 is COOZ, SO 3 Z, PO 3 Z 2 or PO 3 HZ (where Z is a hydrogen atom, an alkali metal atom, an alkaline earth metal atom or an ammonium group). )
[2]
The binder for forming a secondary battery positive electrode according to [1], wherein at least a part of Z in the fluorine-based polymer electrolyte is an alkali metal atom.
[3]
前記フッ素系高分子電解質中のZの少なくとも一部がリチウムである、[1]に記載の二次電池正極形成用バインダー。
[3]
The binder for forming a secondary battery positive electrode according to [1], wherein at least a part of Z in the fluorine-based polymer electrolyte is lithium.
[4]
さらに、非イオン伝導性バインダーを含み、
該非イオン導電性バインダーの含有量が90質量%以下である、[1]〜[3]のいずれかに記載の二次電池正極形成用バインダー。
[4]
Furthermore, a non-ion conductive binder is included,
The binder for secondary battery positive electrode formation in any one of [1]-[3] whose content of this nonionic conductive binder is 90 mass% or less.
[5]
[1]〜[4]のいずれかに記載の二次電池正極形成用バインダーと粉末電極材料とを含む、二次電池正極用電極合剤。
[5]
An electrode mixture for a secondary battery positive electrode, comprising the binder for secondary battery positive electrode formation according to any one of [1] to [4] and a powder electrode material.
[6]
前記二次電池正極形成用バインダーの含有量が0.5〜15質量%である、[5]に記載の二次電池正極用電極合剤。
[6]
The electrode mixture for secondary battery positive electrode according to [5], wherein the content of the binder for forming a secondary battery positive electrode is 0.5 to 15% by mass.
[7]
集電体と、[5]または[6]に記載の二次電池正極用電極合剤とを含み、
前記集電体の少なくとも一面に、前記二次電池正極用電極合剤の層が形成されている、電極構造体。
[7]
A current collector and an electrode mixture for a secondary battery positive electrode according to [5] or [6],
An electrode structure in which a layer of the electrode mixture for a secondary battery positive electrode is formed on at least one surface of the current collector.
[8]
正極、負極、セパレータおよび水系電解液を含む水系二次電池であって、
前記正極が[7]に記載の電極構造体である、水系二次電池。
[8]
An aqueous secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator and an aqueous electrolyte,
An aqueous secondary battery, wherein the positive electrode is the electrode structure according to [7].
[9]
正極、負極、セパレータおよび非水系電解液を含む非水系二次電池であって、
前記正極が[7]に記載の電極構造体である、非水系二次電池。
[9]
A non-aqueous secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, a separator and a non-aqueous electrolyte solution,
A nonaqueous secondary battery, wherein the positive electrode is the electrode structure according to [7].
[10]
正極、負極、セパレータおよび非水系電解液を含む非水系リチウムイオン二次電池であって、
前記正極が[7]の電極構造体である、非水系リチウムイオン二次電池。
[10]
A non-aqueous lithium ion secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, a separator and a non-aqueous electrolyte solution,
The non-aqueous lithium ion secondary battery whose said positive electrode is an electrode structure of [7].
本発明の二次電池正極形成用バインダーは、長期の耐久性があり、該バインダーを用いると、イオン伝導効果を通じて電池特性の向上に寄与する電極を形成することができ、二次電池の性能を向上することができる。 The binder for forming a positive electrode of a secondary battery of the present invention has long-term durability. When the binder is used, an electrode contributing to improvement of battery characteristics can be formed through an ion conduction effect, and the performance of the secondary battery can be improved. Can be improved.
以下、本発明を実施するための形態(以下、「本実施の形態」と言う。)について、詳細に説明する。本発明は、以下の記載に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施できる。 Hereinafter, a mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as “the present embodiment”) will be described in detail. The present invention is not limited to the following description, and various modifications can be made within the scope of the gist thereof.
[二次電池正極形成用バインダー]
本実施の形態に係る二次電池正極形成用バインダーは、下記式(1)で表される構造単位を有するフッ素系高分子電解質を含み、該フッ素系高分子電解質中のZの少なくとも一部が、アルカリ金属原子、アルカリ土類金属原子、またはアンモニウム基であり、アルカリ金属原子であることが好ましく、リチウムであることがより好ましい。なお、本実施の形態において、「フッ素系高分子電解質中のZの少なくとも一部」とは、フッ素系高分子電解質中のZの10%以上であること意味し、50%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましい。
[Binder for secondary battery positive electrode formation]
The binder for forming a secondary battery positive electrode according to the present embodiment includes a fluorine-based polymer electrolyte having a structural unit represented by the following formula (1), and at least a part of Z in the fluorine-based polymer electrolyte is , An alkali metal atom, an alkaline earth metal atom, or an ammonium group, preferably an alkali metal atom, and more preferably lithium. In the present embodiment, “at least a part of Z in the fluorine-based polymer electrolyte” means 10% or more of Z in the fluorine-based polymer electrolyte, and is 50% or more. Preferably, it is 90% or more.
-[CF2CX1X2]a-[CF2-CF(-O-(CF2-CF(CF2X3))b-Oc-(CFR1)d-(CFR2)e-(CF2)f-X4)]g- (1)
式(1)中、X1、X2およびX3は、それぞれ独立にハロゲン原子または炭素数1以上3以下のパーフルオロアルキル基であり、ハロゲン原子であることが好ましい。
-[CF 2 CX 1 X 2 ] a- [CF 2 -CF (-O- (CF 2 -CF (CF 2 X 3 )) b -O c- (CFR 1 ) d- (CFR 2 ) e- ( CF 2 ) f -X 4 )] g- (1)
In formula (1), X 1 , X 2 and X 3 are each independently a halogen atom or a perfluoroalkyl group having 1 to 3 carbon atoms, preferably a halogen atom.
aおよびgは、0≦a<1、0<g≦1、a+g=1であり、
bは0以上8以下の整数であり、
cは0または1であり、
d、eおよびfは、それぞれ独立に0以上6以下の整数であり、ただし、0<d+e+fである。
a and g are 0 ≦ a <1, 0 <g ≦ 1, a + g = 1,
b is an integer of 0 to 8,
c is 0 or 1;
d, e, and f are each independently an integer of 0 or more and 6 or less, provided that 0 <d + e + f.
R1およびR2は、それぞれ独立にハロゲン原子、炭素数1以上10以下のパーフルオロアルキル基またはフルオロクロロアルキル基であり、炭素数1以上10以下のパーフルオロアルキル基であることが好ましい。 R 1 and R 2 are each independently a halogen atom, a perfluoroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms or a fluorochloroalkyl group, preferably a perfluoroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms.
X4は、COOZ、SO3Z、PO3Z2またはPO3HZであり、ここでZは水素原子、アルカリ金属原子、アルカリ土類金属原子またはアンモニウム基であり、アルカリ金属であることが好ましい。前記アンモニウム基は、NH4、NH3R1、NH2R1R2、NHR1R2R3またはNR1R2R3R4(R1、R2、R3、R4は、アルキル基またはアレーン基)である。 X 4 is COOZ, SO 3 Z, PO 3 Z 2 or PO 3 HZ, where Z is a hydrogen atom, an alkali metal atom, an alkaline earth metal atom or an ammonium group, preferably an alkali metal. . The ammonium group is NH 4 , NH 3 R 1 , NH 2 R 1 R 2 , NHR 1 R 2 R 3 or NR 1 R 2 R 3 R 4 (R 1 , R 2 , R 3 , R 4 are alkyl Group or arene group).
また、高イオン交換基含有樹脂等を使用することにより、自由にフッ素系高分子電解質の少なくとも一部を架橋構造として溶解成分や膨潤成分等を制御してもよい。 Further, by using a high ion exchange group-containing resin or the like, it is possible to freely control at least a part of the fluorine-based polymer electrolyte as a cross-linked structure, such as a dissolved component or a swollen component.
本実施の形態に係る二次電池正極形成用バインダーにおいて、上記フッ素系高分子電解質の含有量は、10〜100質量%であることが好ましく、より好ましくは30〜100質量%、さらに好ましくは50〜100質量%である。上記フッ素系高分子電解質は、イオン伝導性を有するので、上記フッ素系高分子電解質の含有量を前記範囲とすることで、得られる電極構造体内におけるイオン伝導性が向上し、電池特性の向上につながる。 In the secondary battery positive electrode forming binder according to the present embodiment, the content of the fluorine-based polymer electrolyte is preferably 10 to 100% by mass, more preferably 30 to 100% by mass, and still more preferably 50. ˜100 mass%. Since the fluorine-based polymer electrolyte has ion conductivity, by setting the content of the fluorine-based polymer electrolyte in the above range, ion conductivity in the obtained electrode structure is improved, and battery characteristics are improved. Connected.
本実施の形態において用いられるフッ素系高分子電解質は、例えば、下記式(2)に示される前駆体ポリマーを、アルカリ加水分解や酸処理等を行うことにより製造することができる。 The fluorine-based polymer electrolyte used in the present embodiment can be produced, for example, by subjecting a precursor polymer represented by the following formula (2) to alkali hydrolysis, acid treatment or the like.
-[CF2CX1X2]a-[CF2-CF(-O-(CF2-CF(CF2X3))b-Oc-(CFR1)d-(CFR2)e-(CF2)f-X5)]g- (2)
(式(2)中、X1、X2およびX3は、それぞれ独立にハロゲン原子または炭素数1以上3以下のパーフルオロアルキル基である。aおよびgは、0≦a<1、0<g≦1、a+g=1である。bは0以上8以下の整数である。cは0または1である。d、eおよびfは、それぞれ独立に0以上6以下の整数(ただし、0<d+e+fである。)である。R1およびR2は、それぞれ独立にハロゲン原子、炭素数1以上10以下のパーフルオロアルキル基またはフルオロクロロアルキル基である。X5はCOOR3、COR4またはSO2R4である。ここで、R3は炭素数1〜3の炭化水素系アルキル基である。R4はハロゲン原子である。)
上記前駆体ポリマーは、例えば、フッ化オレフィン化合物とフッ化ビニル化合物とを共重合させることにより製造し得る。
-[CF 2 CX 1 X 2 ] a- [CF 2 -CF (-O- (CF 2 -CF (CF 2 X 3 )) b -O c- (CFR 1 ) d- (CFR 2 ) e- ( CF 2 ) f -X 5 )] g- (2)
(In formula (2), X 1 , X 2 and X 3 are each independently a halogen atom or a perfluoroalkyl group having 1 to 3 carbon atoms. A and g are 0 ≦ a <1, 0 < g ≦ 1, a + g = 1, b is an integer of 0 or more and 8 or less, c is 0 or 1. d, e and f are each independently an integer of 0 or more and 6 or less (provided that 0 < R 1 and R 2 are each independently a halogen atom, a perfluoroalkyl group or a fluorochloroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and X 5 is COOR 3 , COR 4 or SO. 2 R 4 , where R 3 is a hydrocarbon alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and R 4 is a halogen atom.
The precursor polymer can be produced, for example, by copolymerizing a fluorinated olefin compound and a vinyl fluoride compound.
ここで、フッ化オレフィン化合物としては、例えば、CF2=CF2、CF2=CFCl、CF2=CCl2等が挙げられる。 Here, examples of the fluorinated olefin compound include CF 2 = CF 2 , CF 2 = CFCl, CF 2 = CCl 2 and the like.
また、フッ化ビニル化合物としては、例えば、CF2=CFO(CF2)m−SO2F、CF2=CFOCF2CF(CF3)O(CF2)m−SO2F、CF2=CF(CF2)m−SO2F、CF2=CF(OCF2CF(CF3))m−(CF2)m-1−SO2F、CF2=CFO(CF2)m−CO2R、CF2=CFOCF2CF(CF3)O(CF2)m−CO2R、CF2=CF(CF2)m−CO2R、CF2=CF(OCF2CF(CF3))m−(CF2)2−CO2R等が挙げられる。上記式中、mは1〜8の整数を表し、Rは炭素数1〜3の炭化水素系アルキル基を表す。 As the fluorinated vinyl compound, e.g., CF 2 = CFO (CF 2 ) m -SO 2 F, CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3) O (CF 2) m -SO 2 F, CF 2 = CF (CF 2) m -SO 2 F , CF 2 = CF (OCF 2 CF (CF 3)) m - (CF 2) m-1 -SO 2 F, CF 2 = CFO (CF 2) m -CO 2 R , CF2 = CFOCF 2 CF (CF 3) O (CF 2) m -CO 2 R, CF 2 = CF (CF 2) m -CO 2 R, CF 2 = CF (OCF 2 CF (CF 3)) m - (CF 2) 2 -CO 2 R and the like. In the above formula, m represents an integer of 1 to 8, and R represents a hydrocarbon alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.
そして、上記のような前駆体ポリマーは、公知の手段により合成することができる。このような合成方法としては、特に限定されるものではないが、以下のような方法を挙げることができる。 The precursor polymer as described above can be synthesized by a known means. Such a synthesis method is not particularly limited, and examples thereof include the following methods.
(i)含フッ素炭化水素などの重合溶媒を使用し、この重合溶媒にフッ化ビニル化合物とフッ化オレフィン化合物のガスとを、充填溶解した状態で反応させて重合を行う方法(溶液重合)。上記含フッ素炭化水素としては、例えば、トリクロロトリフルオロエタン、1、1、1、2、3、4、4、5、5、5−デカフロロペンタンなど、「フロン」と総称される化合物群を好適に使用することができる。 (I) A method in which a polymerization solvent such as a fluorinated hydrocarbon is used, and polymerization is performed by reacting the polymerization solvent in a state in which a vinyl fluoride compound and a gas of a fluorinated olefin compound are charged and dissolved (solution polymerization). Examples of the fluorine-containing hydrocarbon include a group of compounds collectively referred to as “fluorocarbon” such as trichlorotrifluoroethane, 1, 1, 1, 2, 3, 4, 4, 5, 5, 5-decafluoropentane, and the like. It can be preferably used.
(ii)含フッ素炭化水素などの溶媒を使用せず、フッ化ビニル化合物そのものを重合溶剤として用いて、フッ化オレフィン化合物とフッ化ビニル化合物との重合を行う方法(塊状重合)。 (Ii) A method of polymerizing a fluorinated olefin compound and a vinyl fluoride compound using a vinyl fluoride compound itself as a polymerization solvent without using a solvent such as a fluorine-containing hydrocarbon (bulk polymerization).
(iii)界面活性剤の水溶液を重合溶媒として用い、この重合溶媒にフッ化ビニル化合物とフッ化オレフィン化合物のガスとを、充填溶解した状態で反応させて重合を行う方法(乳化重合)。 (Iii) A method (emulsion polymerization) in which an aqueous solution of a surfactant is used as a polymerization solvent, and the polymerization is carried out by reacting a vinyl fluoride compound and a gas of a fluorinated olefin compound in this polymerization solvent in a state of being charged and dissolved.
(iv)界面活性剤およびアルコールなどの助乳化剤の水溶液を用い、この水溶液にフッ化ビニル化合物とフッ化オレフィン化合物のガスとを充填乳化した状態で反応させて重合を行う方法(ミニエマルジョン重合、マイクロエマルジョン重合)。 (Iv) A method in which an aqueous solution of a surfactant and a co-emulsifier such as alcohol is used, and the aqueous solution is charged and emulsified with a vinyl fluoride compound and a gas of a fluorinated olefin compound to perform polymerization (miniemulsion polymerization, Microemulsion polymerization).
(v)懸濁安定剤の水溶液を用い、この水溶液にフッ化ビニル化合物とフッ化オレフィン化合物のガスとを充填懸濁した状態で反応させて重合を行う方法(懸濁重合)。 (V) A method in which an aqueous solution of a suspension stabilizer is used, and polymerization is performed by reacting the aqueous solution in a state of filling and suspending a vinyl fluoride compound and a gas of a fluorinated olefin compound (suspension polymerization).
本実施の形態においては、前駆体ポリマーの重合度の指標としてメルトマスフローレート(測定はJIS K 7210に準じて、2160gの荷重をかけ、270℃で実施した。以下「MFR」と略称する)を使用することができる。本実施の形態において、前駆体ポリマーのMFRは、0.01g/10分以上が好ましく、0.1g/10分以上がより好ましく、0.3g/10分以上が更に好ましい。MFRの上限は限定されないが、100g/10分以下が好ましく、10g/10分以下がより好ましく、5g/10分以下がさらに好ましい。 In the present embodiment, a melt mass flow rate (measurement was performed at 270 ° C. under a load of 2160 g in accordance with JIS K 7210) as an index of the polymerization degree of the precursor polymer. Can be used. In the present embodiment, the MFR of the precursor polymer is preferably 0.01 g / 10 min or more, more preferably 0.1 g / 10 min or more, and further preferably 0.3 g / 10 min or more. The upper limit of MFR is not limited, but is preferably 100 g / 10 min or less, more preferably 10 g / 10 min or less, and further preferably 5 g / 10 min or less.
以下、フッ素系高分子電解質中のZ(以下「官能基」または「末端官能基」とも記す。)の少なくとも一部を、アルカリ金属原子、アルカリ土類金属原子、またはアンモニウム基とする方法について説明する。 Hereinafter, a method in which at least a part of Z (hereinafter also referred to as “functional group” or “terminal functional group”) in the fluorine-based polymer electrolyte is an alkali metal atom, an alkaline earth metal atom, or an ammonium group will be described. To do.
上述のようにして作製された前駆体ポリマーを、塩基性溶液中で加水分解処理することにより官能基が置換されたフッ素系高分子電解質を得ることができる。例えば、前駆体ポリマーを水酸化リチウム水溶液中で加水分解処理することにより、リチウム塩化されたフッ素系高分子電解質を得ることができる。 The precursor polymer produced as described above can be hydrolyzed in a basic solution to obtain a fluorine-based polymer electrolyte substituted with a functional group. For example, by subjecting the precursor polymer to a hydrolysis treatment in an aqueous lithium hydroxide solution, a lithium-chlorinated fluorine-based polymer electrolyte can be obtained.
また、前駆体ポリマーを、塩基性液体により加水分解後、水洗、酸処理することによって前駆体ポリマーの末端官能基をプロトン化した後、再度塩基性溶液中で浸漬、撹拌する方法でも末端官能基が塩置換されたフッ素系高分子電解質を得ることができる。例えば、前駆体ポリマーを、水酸化カリウム水溶液とメチルアルコールとを含んだ塩基性溶液で加水分解後、水洗し、塩酸を用いて酸処理することで末端官能基がプロトン化されたフッ素系高分子電解質を得て、プロトン化されたフッ素系高分子電解質を、水酸化リチウム水溶液中で浸漬、撹拌することで、末端官能基がリチウム塩化されたフッ素系高分子電解質を得ることができる。 In addition, after the precursor polymer is hydrolyzed with a basic liquid, washed with water, and acid-treated to protonate the terminal functional group of the precursor polymer, the terminal functional group is then immersed and stirred again in a basic solution. Can be obtained. For example, the precursor polymer is hydrolyzed with a basic solution containing an aqueous potassium hydroxide solution and methyl alcohol, washed with water, and acid-treated with hydrochloric acid, whereby the terminal functional group is protonated and a fluorine-based polymer. By obtaining an electrolyte and immersing and stirring the protonated fluorine-based polymer electrolyte in an aqueous lithium hydroxide solution, a fluorine-based polymer electrolyte having a terminal functional group lithium-chlorinated can be obtained.
前駆体ポリマーではなく既に末端官能基がプロトン化されたフッ素系高分子電解質が存在している場合は、同様に、例えば、プロトン化されたフッ素系高分子電解質を、水酸化リチウム水溶液中で浸漬、撹拌することで、末端官能基がリチウム塩化されたフッ素系高分子電解質を得ることができる。 If there is already a fluorinated polymer electrolyte with protonated terminal functional groups instead of the precursor polymer, similarly, for example, immerse the protonated fluorinated polymer electrolyte in an aqueous lithium hydroxide solution. By stirring, a fluorine-based polymer electrolyte having a terminal functional group lithium-chlorinated can be obtained.
また、フッ素系高分子電解質が液体の場合には、イオン交換樹脂を用いた方法でも末端官能基を置換することが可能である。例えば、SO3H型のイオン交換樹脂を樹脂塔に充填後、飽和LiCl水溶液を樹脂塔に流すことでSO3Li型とし、その後、末端官能基がプロトン化されたフッ素系高分子電解質溶液を樹脂塔に流すことで、末端官能基がリチウム塩化されたフッ素系高分子電解質を得ることができる。 When the fluorine-based polymer electrolyte is liquid, the terminal functional group can be substituted by a method using an ion exchange resin. For example, after filling an ion exchange resin of SO 3 H type into a resin tower, a saturated LiCl aqueous solution is passed through the resin tower to make it SO 3 Li type, and then a fluorine-based polymer electrolyte solution with terminal functional groups protonated is obtained. By flowing it through the resin tower, a fluorine-based polymer electrolyte whose terminal functional group is lithium chloride can be obtained.
末端官能基の置換方法としていくつか例を挙げたが、これに限定されるものではない。 Some examples have been given as examples of the terminal functional group substitution method, but the present invention is not limited thereto.
末端官能基は、主にリチウムイオン電池に適用するという観点から、アルカリ金属原子で置換されていることが好ましく、特にリチウムに置換されていることが好ましい。 The terminal functional group is preferably substituted with an alkali metal atom from the viewpoint of being mainly applied to a lithium ion battery, and particularly preferably substituted with lithium.
本実施の形態に係る二次電池正極形成用バインダーは、さらに、非イオン伝導性バインダーを含んでいてもよい。特に、電解液への過大な膨潤、または溶解性の増大等が見られる場合は、非イオン伝導性バインダーを含有させることが好ましく、また、フッ素系高分子電解質の少なくとも一部を架橋してもよい。 The binder for forming a secondary battery positive electrode according to the present embodiment may further contain a non-ion conductive binder. In particular, when excessive swelling or solubility increase in the electrolytic solution is observed, it is preferable to contain a nonionic conductive binder, and at least part of the fluorine-based polymer electrolyte may be crosslinked. Good.
非イオン伝導性バインダーとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、スチレン-ブタジエンランダム共重合体、その他公知のものから自由に少なくとも1種選ばれる。 As the nonionic conductive binder, at least one kind is freely selected from polyvinylidene fluoride (PVDF), styrene-butadiene random copolymer, and other known ones.
本実施の形態に係る二次電池正極形成用バインダーにおいて、フッ素系高分子電解質と非イオン伝導性バインダーとの混合比率は、フッ素系高分子電解質の含有量が10〜100質量%であることが好ましく、より好ましくは30〜100質量%、さらに好ましくは50〜100質量%であり、非イオン伝導性バインダーの含有量が90〜0質量%であることが好ましく、より好ましくは70〜0質量%、さらに好ましくは50〜0質量%である。本実施の形態に係る二次電池正極形成用バインダーにおいて、フッ素系高分子電解質比率、すなわちイオン伝導性バインダー比率を高くすることで、得られる電極構造体内におけるイオン伝導性が向上し、電池特性の向上につながる。 In the binder for secondary battery positive electrode formation according to the present embodiment, the mixing ratio of the fluorine-based polymer electrolyte and the nonionic conductive binder is such that the content of the fluorine-based polymer electrolyte is 10 to 100% by mass. Preferably, it is 30 to 100% by mass, more preferably 50 to 100% by mass, and the content of the nonionic conductive binder is preferably 90 to 0% by mass, more preferably 70 to 0% by mass. More preferably, it is 50-0 mass%. In the secondary battery positive electrode forming binder according to the present embodiment, by increasing the fluorine polymer electrolyte ratio, that is, the ion conductive binder ratio, the ion conductivity in the resulting electrode structure is improved, and the battery characteristics are improved. It leads to improvement.
本実施の形態に係る二次電池正極形成用バインダーを溶解して、バインダー溶液を得ることができる。当該バインダー溶液を得るために有機溶媒を用いる場合は、好ましくは極性溶媒であり、例えばN−メチル−2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホアミド、1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン、テトラメチルウレア、トリエチルホスフェート、トリメチルホスフェート、などが挙げられる。これら有機溶媒は単独でまたは二種以上混合して用いられる。 The binder for secondary battery positive electrode formation concerning this Embodiment can be melt | dissolved, and a binder solution can be obtained. When an organic solvent is used to obtain the binder solution, it is preferably a polar solvent, such as N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylsulfoxide, hexamethylphospho Examples include amide, 1,4-dioxane, tetrahydrofuran, tetramethylurea, triethyl phosphate, trimethyl phosphate, and the like. These organic solvents are used alone or in combination of two or more.
また環境衛生等を考慮した場合、有機溶媒ではなく、水、ないし水とアルコール類との混合溶媒等の水性溶媒が好ましい。本実施の形態に係る二次電池正極形成用バインダーを溶解する溶媒としては、有機溶媒、水性溶媒のいずれも使用可能である。 In consideration of environmental sanitation and the like, an aqueous solvent such as water or a mixed solvent of water and alcohols is preferable instead of an organic solvent. As the solvent for dissolving the binder for forming a secondary battery positive electrode according to the present embodiment, either an organic solvent or an aqueous solvent can be used.
本実施の形態に係る二次電池正極形成用バインダーの優れたバインダー効果は、後述の実施例において確認されている。また、本実施の形態に係る二次電池正極形成用バインダーを用いた場合、電池特性が向上する理由は、該バインダーが、酸化雰囲気下において長期の耐酸化性があり、また従来のバインダーのようなほぼ完全なイオン絶縁体とは異なり、キャリアイオン伝導に寄与するバインダーであるためと解される。 The excellent binder effect of the binder for forming a secondary battery positive electrode according to the present embodiment has been confirmed in Examples described later. In addition, when the secondary battery positive electrode forming binder according to the present embodiment is used, the battery characteristics are improved because the binder has long-term oxidation resistance in an oxidizing atmosphere and is similar to a conventional binder. Unlike the almost perfect ion insulator, it is understood that it is a binder that contributes to carrier ion conduction.
[二次電池正極用電極合剤]
本実施の形態に係る二次電池正極用電極合剤は、上述の二次電池正極形成用バインダーと粉末電極材料とを含む。
[Electrode mixture for secondary battery positive electrode]
The electrode mixture for a secondary battery positive electrode according to the present embodiment includes the above-described binder for forming a positive electrode of the secondary battery and a powder electrode material.
前記粉末電極材料は、電極活物質および必要に応じて加えられる導電助剤である。前記電極活物質としては、後述の金属酸化物系活物質などが挙げられる。前記導電助剤としては、例えば、グラファイト、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維等が挙げられる。 The powder electrode material is an electrode active material and a conductive additive added as necessary. Examples of the electrode active material include metal oxide active materials described later. Examples of the conductive aid include graphite, acetylene black, carbon black, ketjen black, and carbon fiber.
本実施の形態に係る二次電池正極用電極合剤において、二次電池正極形成用バインダーの含有量は、0.5〜15質量%が好ましく、より好ましくは0.7〜10質量%、さらに好ましくは1.0〜8.0質量%である。二次電池正極形成用バインダーの含有量は、活物質と導電材との間や集電体との接触抵抗の観点から15質量%以下が好ましく、活物質と、導電材および集電体との接着性の観点から、0.5質量%以上が好ましい。 In the electrode mixture for the secondary battery positive electrode according to the present embodiment, the content of the binder for forming the secondary battery positive electrode is preferably 0.5 to 15% by mass, more preferably 0.7 to 10% by mass, Preferably it is 1.0-8.0 mass%. The content of the binder for forming the secondary battery positive electrode is preferably 15% by mass or less from the viewpoint of contact resistance between the active material and the conductive material or with the current collector, and the active material, the conductive material and the current collector From an adhesive viewpoint, 0.5 mass% or more is preferable.
[電極構造体]
本実施の形態に係る電極構造体は、集電体と、上述の二次電池正極用電極合剤とを含み、前記集電体の少なくとも一面に、前記二次電池正極用電極合剤の層が形成されている。
[Electrode structure]
The electrode structure according to the present embodiment includes a current collector and the electrode mixture for secondary battery positive electrode described above, and a layer of the electrode mixture for secondary battery positive electrode is formed on at least one surface of the current collector. Is formed.
前記集電体としては、アルミニウム、チタン、ステンレススチール等の金属箔を用いることができ、アルミニウム箔を用いることが好ましい。 As the current collector, a metal foil such as aluminum, titanium, and stainless steel can be used, and an aluminum foil is preferably used.
本実施の形態に係る電極構造体は、二次電池の正極として用いることができる。 The electrode structure according to the present embodiment can be used as a positive electrode of a secondary battery.
正極に含まれる活物質としては、金属酸化物系活物質を用いることができる。金属酸化物系活物質としては、例えばLiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2、LiFePO4等が挙げられる。金属酸化物系活物質は、単独で用いてもよく、複数の金属酸化物系活物質を混合して用いてもよい。 A metal oxide active material can be used as the active material contained in the positive electrode. Examples of the metal oxide based active material include LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 , LiFePO 4 and the like. The metal oxide active material may be used alone, or a plurality of metal oxide active materials may be mixed and used.
正極の作製方法としては、例えば、上記二次電池正極形成用バインダーと、粉末電極材料とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤を溶剤に分散させて正極合剤含有ペーストを調製し、この正極合剤ペーストをアルミニウム箔等からなる正極集電体に塗布し、乾燥して正極合剤層を形成し、必要に応じて加圧して厚み調整を行って作製する方法が挙げられる。 As a method for producing the positive electrode, for example, the above-mentioned binder for forming a positive electrode for a secondary battery and a powder electrode material are mixed to prepare a positive electrode mixture, and this positive electrode mixture is dispersed in a solvent to prepare a positive electrode mixture-containing paste. A method of preparing and applying this positive electrode mixture paste to a positive electrode current collector made of aluminum foil or the like, drying to form a positive electrode mixture layer, and adjusting the thickness by pressurizing as necessary is mentioned. It is done.
一方、負極に含まれる活物質としては、炭素質材料が好適に用いられる。より具体的には、例えば、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維、活性炭、グラファイト、炭素コロイド等が好適に用いられる。炭素質材料は、単独で用いてもよく、複数の炭素質材料を混合して用いてもよい。 On the other hand, a carbonaceous material is preferably used as the active material contained in the negative electrode. More specifically, for example, graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, fired bodies of organic polymer compounds, mesocarbon microbeads, carbon fibers, activated carbon, graphite, carbon colloid, etc. are preferably used. It is done. The carbonaceous material may be used alone, or a plurality of carbonaceous materials may be mixed and used.
また、負極の作製方法としては、例えば、前記炭素質材料からなる負極活物質にバインダーと、粉末電極材料とを加えて混合して負極合剤を調製し、この負極合剤を溶剤に分散させて負極合剤含有ペーストを調製し、この負極合剤含有ペーストを負極集電体に塗布し、乾燥して負極合剤層を形成し、必要に応じて加圧して厚み調整を行って作製する方法が挙げられる。 As a method for producing the negative electrode, for example, a negative electrode active material made of the carbonaceous material is mixed with a binder and a powder electrode material to prepare a negative electrode mixture, and the negative electrode mixture is dispersed in a solvent. To prepare a negative electrode mixture-containing paste, apply this negative electrode mixture-containing paste to the negative electrode current collector, dry it to form a negative electrode mixture layer, and pressurize as necessary to adjust the thickness. A method is mentioned.
正極や負極の作製にあたって使用する導電助剤としては、例えば、グラファイト、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維等が挙げられる。 Examples of the conductive assistant used in the production of the positive electrode and the negative electrode include graphite, acetylene black, carbon black, ketjen black, and carbon fiber.
[二次電池]
本実施の形態に係る水系二次電池は、正極、負極、セパレータおよび水系電解液を含む水系二次電池であって、前記正極が上述の電極構造体である。
[Secondary battery]
The aqueous secondary battery according to the present embodiment is an aqueous secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an aqueous electrolyte solution, and the positive electrode is the electrode structure described above.
また、本実施の形態に係る非水系二次電池は、正極、負極、セパレータおよび非水系電解液を含む非水系二次電池であって、前記正極が上述の電極構造体である。 The non-aqueous secondary battery according to the present embodiment is a non-aqueous secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte, and the positive electrode is the above-described electrode structure.
さらに、本実施の形態に係る非水系リチウムイオン二次電池は、正極、負極、セパレータおよび非水系電解液を含む非水系リチウムイオン二次電池であって、前記正極が上述の電極構造体である。 Furthermore, the non-aqueous lithium ion secondary battery according to the present embodiment is a non-aqueous lithium ion secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte solution, and the positive electrode is the electrode structure described above. .
前記二次電池は、例えば、前記正極と前記負極との間にセパレータを介在させて巻回して巻回構造の積層体にしたり、折り曲げや複数層の積層などによって積層体にしたりして、製造することができる。 The secondary battery is manufactured by, for example, winding a separator between the positive electrode and the negative electrode to form a laminated structure of a wound structure, or forming a laminated body by bending or laminating a plurality of layers. can do.
また、前記正極と前記負極との間のイオン伝導媒体として主に電解液が用いられる。電解液としては、水系電解液および非水系電解液がある。水系電解液としては、空気電池で利用可能な、水酸化カリウム水溶液等のアルカリ水溶液が挙げられる。非水系電解液としては、例えばリチウム塩などの電解質を非水系溶媒(有機溶媒)に溶解したものを用いることができる。 In addition, an electrolytic solution is mainly used as an ion conductive medium between the positive electrode and the negative electrode. Examples of the electrolytic solution include an aqueous electrolytic solution and a non-aqueous electrolytic solution. Examples of the aqueous electrolyte include alkaline aqueous solutions such as potassium hydroxide aqueous solutions that can be used in air batteries. As the non-aqueous electrolyte, for example, an electrolyte such as a lithium salt dissolved in a non-aqueous solvent (organic solvent) can be used.
ここで電解質としては、LiPF6 、LiAsF6、LiClO4、LiBF4、LiCH3SO3、LiCF3SO3、LiN(CF3OSO2)2、LiCl、LiBr、LiC(CF3OSO2)3、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3等が挙げられる。また、電解質を溶解する非水系溶媒(有機溶媒)としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、およびこれらの混合溶媒などが用いられるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。 Here, as the electrolyte, LiPF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiCH 3 SO 3 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 OSO 2 ) 2 , LiCl, LiBr, LiC (CF 3 OSO 2 ) 3 , Examples thereof include LiN (CF 3 SO 2 ) 2 and LiC (CF 3 SO 2 ) 3 . Nonaqueous solvents (organic solvents) for dissolving the electrolyte include propylene carbonate, ethylene carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, γ-butyrolactone, propionic acid. Methyl, ethyl propionate, and mixed solvents thereof are used, but are not necessarily limited thereto.
本実施の形態の非水系リチウムイオン二次電池の電池形態は、特定のものに限ることなく、円筒形、楕円形、角筒型、ボタン形、コイン形、扁平形、ラミネート形などが好適に用いられる。 The battery form of the non-aqueous lithium ion secondary battery of this embodiment is not limited to a specific one, and a cylindrical shape, an elliptical shape, a rectangular tube shape, a button shape, a coin shape, a flat shape, a laminate shape, and the like are preferable. Used.
また、上述の電極構造体を適用する二次電池について、主に非水系二次電池で説明したが、これに限定されるものではなく、水系二次電池にも適用可能である。また、空気金属電池や全固体電池等にも適用可能である。 Moreover, although the secondary battery to which the above-described electrode structure is applied has been mainly described with a non-aqueous secondary battery, the present invention is not limited to this and can be applied to an aqueous secondary battery. Moreover, it is applicable also to an air metal battery, an all-solid-state battery, etc.
以下、本実施の形態を実施例によりさらに具体的に説明するが、本実施の形態はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present embodiment will be described more specifically with reference to examples. However, the present embodiment is not limited to these examples.
[実施例1]
(フッ素系高分子電解質溶液の調製)
1リットルのステンレス製オートクレーブに、CF2ClCFCl2(以下「CFC113」とも記す。) 580g、およびCF2=CFOCF2CF(CF3)O(CF2)2−SO2F(以下「Sモノマー」とも記す。) 280gを仕込んだ。その後、前記オートクレーブ内を、窒素でパージし、続いてテトラフルオロエチレン(CF2=CF2、以下「TFE」とも記す。)でパージした。次に、前記オートクレーブ内に、(n−C3F7COO−)2を5重量%含むCFC113溶液0.55gを添加し、約3時間半、重合を実施した。当該重合条件は、温度を35℃とし、TFEの圧力を0.160MPaGとした。なお、重合中、前記オートクレーブ内のTFE圧力が一定となるように、系外からTFEをフィードした。
[Example 1]
(Preparation of fluorinated polymer electrolyte solution)
In a 1 liter stainless steel autoclave, 580 g of CF 2 ClCFCl 2 (hereinafter also referred to as “CFC113”) and CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3 ) O (CF 2 ) 2 —SO 2 F (hereinafter “S monomer”) 280g was charged. Thereafter, the inside of the autoclave was purged with nitrogen and subsequently purged with tetrafluoroethylene (CF 2 = CF 2 , hereinafter also referred to as “TFE”). Next, 0.55 g of a CFC113 solution containing 5% by weight of (n-C 3 F 7 COO—) 2 was added into the autoclave, and polymerization was carried out for about 3 and a half hours. The polymerization conditions were a temperature of 35 ° C. and a TFE pressure of 0.160 MPaG. During the polymerization, TFE was fed from outside the system so that the TFE pressure in the autoclave was constant.
前記重合終了後、前記オートクレーブ内をTFEでパージし、得られた重合液から、90℃、常圧でCFC113を留去し、続いて、90℃、減圧下で残存するSモノマーを留去した。更に、前記留去後の液体を、150℃で2日間、減圧乾燥し、10.8gのパーフルオロスルホン酸樹脂前駆体を得た。 After completion of the polymerization, the inside of the autoclave was purged with TFE, and CFC113 was distilled off at 90 ° C. and normal pressure from the resulting polymerization solution. Subsequently, the remaining S monomer was distilled off at 90 ° C. under reduced pressure. . Furthermore, the liquid after the distillation was dried under reduced pressure at 150 ° C. for 2 days to obtain 10.8 g of a perfluorosulfonic acid resin precursor.
得られたパーフルオロスルホン酸樹脂前駆体を、水酸化カリウム(15質量%)およびメチルアルコール(50質量%)を溶解した水溶液中に、80℃で20時間接触させて、加水分解処理を行った。加水分解処理後の樹脂を、60℃の水中に5時間浸漬した。さらに60℃の2N塩酸水溶液に1時間浸漬させる処理を、毎回塩酸水溶液を新しいものに代えて、5回繰り返した。塩酸水溶液で浸漬処理を行った後の樹脂を、イオン交換水で水洗し、乾燥して、イオン交換基の対イオンがプロトンの状態となっているフッ素系高分子電解質を得た。 The obtained perfluorosulfonic acid resin precursor was subjected to hydrolysis treatment by bringing it into contact with an aqueous solution in which potassium hydroxide (15% by mass) and methyl alcohol (50% by mass) were dissolved at 80 ° C. for 20 hours. . The hydrolyzed resin was immersed in 60 ° C. water for 5 hours. Furthermore, the treatment of immersing in a 2N aqueous hydrochloric acid solution at 60 ° C. for 1 hour was repeated 5 times, replacing the aqueous hydrochloric acid solution with a new one each time. The resin after immersion treatment with an aqueous hydrochloric acid solution was washed with ion-exchanged water and dried to obtain a fluorine-based polymer electrolyte in which the counter ion of the ion-exchange group was in a proton state.
このフッ素系高分子電解質を、エタノール水溶液(水:エタノール=50.0:50.0(質量比))とともに5Lオートクレーブ中に入れて密閉し、翼で攪拌しながら160℃まで昇温して5時間保持した。その後、オートクレーブを自然冷却して、固形分濃度5質量%の均一なフッ素系高分子電解質溶液を調製した。 This fluoropolymer electrolyte was placed in a 5 L autoclave together with an aqueous ethanol solution (water: ethanol = 50.0: 50.0 (mass ratio)), sealed, heated to 160 ° C. while stirring with a blade, and 5 Held for hours. Thereafter, the autoclave was naturally cooled to prepare a uniform fluorine-based polymer electrolyte solution having a solid content concentration of 5% by mass.
(フッ素系高分子電解質膜の作製)
上記で得られたフッ素系高分子電解質溶液を、80℃にて減圧濃縮して、固形分濃度20質量%のキャスト溶液を得た。このキャスト溶液を、テトラフルオロエチレンフィルム上にドクターブレードを用いてキャストした。次に、当該テトラフルオロエチレンフィルムを、オーブンに入れて60℃で30分予備乾燥した。予備乾燥後、さらに80℃で30分乾燥して溶媒を除去し、またさらに160℃で1時間熱処理を行い、膜厚約50μmのフッ素系高分子電解質膜を得た。
(Preparation of fluoropolymer electrolyte membrane)
The fluorine-based polymer electrolyte solution obtained above was concentrated under reduced pressure at 80 ° C. to obtain a cast solution having a solid content concentration of 20% by mass. This cast solution was cast on a tetrafluoroethylene film using a doctor blade. Next, the tetrafluoroethylene film was put in an oven and pre-dried at 60 ° C. for 30 minutes. After preliminary drying, the solvent was removed by further drying at 80 ° C. for 30 minutes, and further heat treatment was performed at 160 ° C. for 1 hour to obtain a fluorine-based polymer electrolyte membrane having a thickness of about 50 μm.
(フッ素系高分子電解質末端官能基のリチウム塩化)
上記で得られた膜厚約50μmのフッ素系高分子電解質膜20cm2を、25℃、飽和塩化リチウム水溶液30mlに浸漬し、攪拌しながら30分間放置して、末端官能基をリチウム塩化したフッ素系高分子電解質膜を得た。
(Lithium chloride of the terminal functional group of fluoropolymer electrolyte)
Fluorine polymer electrolyte membrane 20 cm 2 having a film thickness of about 50 μm obtained above is immersed in 30 ml of saturated lithium chloride aqueous solution at 25 ° C. and left for 30 minutes with stirring, and a fluorine-based fluorine functionalized lithium terminal functional group. A polymer electrolyte membrane was obtained.
(当量重量EW測定)
上記で得られたフッ素系高分子電解質膜の当量重量EWを以下のとおり測定した。
(Equivalent weight EW measurement)
The equivalent weight EW of the fluorine-based polymer electrolyte membrane obtained above was measured as follows.
上記リチウム塩化したフッ素系高分子電解質膜を含む飽和塩化リチウム水溶液中のプロトンを、フェノールフタレインを指示薬として0.01N水酸化リチウム水溶液を用いて中和滴定した。 The protons in the saturated lithium chloride aqueous solution containing the lithium-fluorinated fluorine-based polymer electrolyte membrane were neutralized and titrated with 0.01N lithium hydroxide aqueous solution using phenolphthalein as an indicator.
中和後に得られた、イオン交換基の対イオンがリチウムイオンの状態となっているフッ素系高分子電解質膜を、純水ですすぎ、さらに真空乾燥して秤量した。中和に要した水酸化リチウムの物質量をM(mmol)、イオン交換基の対イオンがリチウムイオンの状態となっているフッ素系高分子電解質膜の重量をW(mg)とし、リチウムの原子量と水素の原子量との差分を考慮し、下記式より当量重量EW(g/eq)を求めた。 The fluorine-based polymer electrolyte membrane obtained after neutralization, in which the counter ion of the ion exchange group is in the state of lithium ions, was rinsed with pure water, further vacuum-dried, and weighed. The amount of lithium hydroxide required for neutralization is M (mmol), the weight of the fluorine-based polymer electrolyte membrane in which the counterion of the ion exchange group is lithium ion is W (mg), and the atomic weight of lithium The equivalent weight EW (g / eq) was calculated from the following formula in consideration of the difference between the atomic weight of hydrogen and the atomic weight of hydrogen.
EW=(W/M)−6
さらに、得られた当量重量EW値の逆数をとって1000倍することにより、イオン交換容量(ミリ当量/g)を算出した。この方法により求めたリチウム塩化したフッ素系高分子電解質膜の当量重量EWは970g/eq(イオン交換容量:1.03ミリ当量/g)であった。なお一般的に、当量重量EWの値が低い程、得られたフッ素系高分子電解質膜のイオン伝導性が優れることを示す。
EW = (W / M) -6
Further, the reciprocal of the obtained equivalent weight EW value was taken and multiplied by 1000 to calculate the ion exchange capacity (milli equivalent / g). The equivalent weight EW of the lithium chloride fluorinated polymer electrolyte membrane determined by this method was 970 g / eq (ion exchange capacity: 1.03 meq / g). In general, the lower the value of the equivalent weight EW, the better the ionic conductivity of the obtained fluoropolymer electrolyte membrane.
(PFG−NMR測定)
上記で得られたリチウム塩化したフッ素系高分子電解質膜(以下「EW970膜」とも記す。)を、1M LiTFSI(リチウムビストリフルオロメタンスルホニルイミド)/PC(プロピレンカーボネート)電解液に室温下で15時間以上浸漬した。その後、EW970膜を、細かく裁断して試料高さが約5mmとなるように(試料面積は約13cm2)NMR対称型ミクロ試料管に充填した。
(PFG-NMR measurement)
The lithium chloride fluoropolymer electrolyte membrane (hereinafter also referred to as “EW970 membrane”) obtained above was placed in a 1M LiTFSI (lithium bistrifluoromethanesulfonylimide) / PC (propylene carbonate) electrolyte solution at room temperature for 15 hours. Soaked above. Thereafter, the EW970 membrane was finely cut to fill the NMR symmetric micro sample tube so that the sample height was about 5 mm (sample area was about 13 cm 2 ).
EW970膜のPFG−NMR測定を、日本電子社製ECA400を用い、表1の条件で行った。 The PFG-NMR measurement of the EW970 film was performed under the conditions shown in Table 1 using ECA400 manufactured by JEOL.
ln(E/E0)=−Dγ2δ2g2(Δ−δ/3) ・・・(i)
E:観測されるNMRピーク強度、
E0:PFGを印加しない場合のNMRピーク強度、
γ:核スピンの磁気回転比、
δ:PFGパルス幅、
△:拡散待ち時間、
g:磁場勾配強度。
ln (E / E 0 ) = − Dγ 2 δ 2 g 2 (Δ−δ / 3) (i)
E: observed NMR peak intensity,
E 0 : NMR peak intensity when no PFG is applied,
γ: Gyromagnetic ratio of nuclear spin,
δ: PFG pulse width,
Δ: Spreading waiting time,
g: Magnetic field gradient strength.
実際のPFG−NMR測定では、NMR緩和によるNMRピーク強度の変化の影響をなくすため、△およびδを固定値とし、gを変化させて多点測定を行った。gの値を変化させて得られるNMRピーク強度を算出し、縦軸をln(E/E0)、横軸をγ2δ2g2(Δ−δ/3)としてプロットした拡散プロットの傾きから拡散係数を算出した。当該結果を表2に示す。 In actual PFG-NMR measurement, in order to eliminate the influence of the change in NMR peak intensity due to NMR relaxation, Δ and δ were fixed values, and g was changed to perform multipoint measurement. The NMR peak intensity obtained by changing the value of g was calculated, and the slope of the diffusion plot plotted with the vertical axis being ln (E / E 0 ) and the horizontal axis being γ 2 δ 2 g 2 (Δ−δ / 3) The diffusion coefficient was calculated from The results are shown in Table 2.
[実施例2]
パーフルオロスルホン酸樹脂前駆体を得る際の重合条件について、温度を30℃、TFEの圧力を0.170MPaGとした以外は実施例1と同じ方法でフッ素系高分子電解質膜を作製し、リチウム塩化、EW測定、PFG−NMR測定を行った。その結果、リチウム塩化したフッ素系高分子電解質膜のEWは1050g/eq(イオン交換容量:0.95ミリ当量/g)であり、拡散係数は1.26×10-13m2/sであった。実施例2で得られたリチウム塩化したフッ素系高分子電解質膜を、以下「EW1050膜」とも記す。
[Example 2]
With respect to the polymerization conditions for obtaining the perfluorosulfonic acid resin precursor, a fluoropolymer electrolyte membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that the temperature was 30 ° C. and the TFE pressure was 0.170 MPaG. , EW measurement and PFG-NMR measurement were performed. As a result, the EW of the lithium chloride fluorinated polymer electrolyte membrane was 1050 g / eq (ion exchange capacity: 0.95 meq / g) and the diffusion coefficient was 1.26 × 10 −13 m 2 / s. It was. The lithium chloride fluorine-based polymer electrolyte membrane obtained in Example 2 is hereinafter also referred to as “EW1050 membrane”.
[比較例1]
12質量%ポリフッ化ビニリデン(PVDF)/N−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶液((株)クレハ製 KFバインダー#1120)をシャーレに流し込み、最終的に160℃で乾燥して、厚み50μmのポリフッ化ビニリデン(PVDF)のキャスト膜(以下「PVDF膜」とも記す。)を作製した。PVDF膜のPFG−NMR測定を行った結果、PVDF膜内部でのリチウム拡散プロットは得られなかった。このことから、PVDF膜内ではリチウムイオン伝導性がないことが確認された。
[Comparative Example 1]
A 12% by mass polyvinylidene fluoride (PVDF) / N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) solution (Kureha KF Binder # 1120) was poured into a petri dish, and finally dried at 160 ° C. to a thickness of 50 μm. A cast film of polyvinylidene fluoride (PVDF) (hereinafter also referred to as “PVDF film”) was produced. As a result of the PFG-NMR measurement of the PVDF film, a lithium diffusion plot inside the PVDF film was not obtained. From this, it was confirmed that there was no lithium ion conductivity in the PVDF membrane.
次に、下記の方法にて電池評価を行った。 Next, battery evaluation was performed by the following method.
[実施例3]
(イオン交換および溶媒置換)
実施例1で得られたフッ素系高分子電解質溶液をナスフラスコに入れ、蒸留操作を行った。その後、前記ナスフラスコに蒸留水を入れ、溶媒を水のみとしたフッ素系高分子電解質水溶液を得た。
[Example 3]
(Ion exchange and solvent replacement)
The fluorine polymer electrolyte solution obtained in Example 1 was placed in an eggplant flask and subjected to distillation operation. Thereafter, distilled water was added to the eggplant flask to obtain a fluorine-based polymer electrolyte aqueous solution containing only water as a solvent.
次にイオン交換樹脂(SO3H型、三菱化学製ダイヤイオン)を樹脂塔に充填し、飽和塩化リチウム水溶液を樹脂塔に流してSO3Li型とした後に、上述のフッ素系高分子電解質水溶液を樹脂塔に流し、ポリマー末端がリチウム化されたフッ素系高分子電解質を含む溶液を得た。この溶液をナスフラスコに入れ、蒸留操作を行った。その後、前記ナスフラスコに、N−メチル−2−ピロリドンを入れ、溶媒を置換した(EW970品)。 Next, after filling an ion exchange resin (SO 3 H type, Diaion made by Mitsubishi Chemical) into a resin tower and flowing a saturated lithium chloride aqueous solution into the resin tower to make an SO 3 Li type, the above-mentioned fluorine-based polymer electrolyte aqueous solution is used. Was passed through a resin tower to obtain a solution containing a fluorinated polymer electrolyte in which the polymer terminal was lithiated. This solution was placed in an eggplant flask and subjected to a distillation operation. Then, N-methyl-2-pyrrolidone was put into the eggplant flask, and the solvent was replaced (EW970 product).
(正極の作製)
正極活物質として平均粒径5μmのリチウムコバルト酸(LiCoO2)、導電助剤として平均粒径3μmの炭素粉末、バインダーとして上述のフッ素系高分子電解質を、順に85:10:5の質量比となるようにN−メチル−2−ピロリドン中で混合し、固形分60質量%になるようにスラリー状の溶液を作製した。このスラリー状の溶液を、厚さ20μmのアルミニウム片面に塗布し、乾燥することにより溶剤を除去した。その後、前記アルミニウムをロールプレスで圧延し、直径16mmの円盤状に打ち抜いたものを、正極とした。
(Preparation of positive electrode)
Lithium cobalt acid (LiCoO 2 ) having an average particle diameter of 5 μm as a positive electrode active material, carbon powder having an average particle diameter of 3 μm as a conductive additive, and the above-mentioned fluorine-based polymer electrolyte as a binder, In this manner, the mixture was mixed in N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a slurry solution so that the solid content was 60% by mass. The slurry solution was applied to one side of a 20 μm thick aluminum and dried to remove the solvent. Thereafter, the aluminum was rolled with a roll press and punched into a disk shape having a diameter of 16 mm, which was used as a positive electrode.
なお、電極作製において、フッ素系高分子電解質をリチウム塩化する前に電極を作製し、電極作製後にリチウム塩化した方が溶解性や分散性の観点から好ましい場合もある。 In electrode preparation, it may be preferable from the viewpoints of solubility and dispersibility to prepare an electrode before lithium-chlorinating the fluorine-based polymer electrolyte and then lithium-chlorinate after electrode preparation.
(負極の作製)
負極活物質として、平均粒径5μmのメソカーボンマイクロビーズ、バインダーとしてジエン系からなるバインダー(ガラス転移温度:−5℃、乾燥時の粒径:120nm、分散媒:水、固形分濃度40%)を、負極活物質の固形分濃度が60質量%になるようにスラリー状の溶液を作成した。このスラリー状の溶液を、厚み10μmの銅片面に塗布し、乾燥することにより溶剤を除去した。その後、前記銅を、ロールプレスで圧延し、直径16mmの円盤状に打ち抜いたものを、負極とした。
(Preparation of negative electrode)
Mesocarbon microbeads having an average particle size of 5 μm as the negative electrode active material, and a diene-based binder as the binder (glass transition temperature: −5 ° C., particle size when dried: 120 nm, dispersion medium: water, solid content concentration 40%) A slurry solution was prepared so that the solid content concentration of the negative electrode active material was 60% by mass. This slurry solution was applied to a 10 μm thick copper surface and dried to remove the solvent. Thereafter, the copper was rolled with a roll press and punched into a disk shape having a diameter of 16 mm, which was used as a negative electrode.
(電池の作製)
上述の方法で作製した正極と負極とを、ポリエチレンからなるセパレータ(膜厚25μm、空孔率50%、孔径0.1μm〜1μm)を介して重ね合わせた後、SUS製の円盤型電池に挿入し、電解液を1ml注入し、密閉して電池を作製した。電解液としては、エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートとを質量比で1:2になるように調整した後、電解質としてLiPF6を1モル/Lに調整した溶液を用いた。
(Production of battery)
The positive electrode and the negative electrode produced by the above-described method are overlapped via a separator made of polyethylene (film thickness 25 μm, porosity 50%, pore diameter 0.1 μm to 1 μm), and then inserted into a SUS disk type battery. Then, 1 ml of the electrolyte was injected and sealed to prepare a battery. As the electrolytic solution, ethylene carbonate and methyl ethyl carbonate were adjusted so as to have a mass ratio of 1: 2, and then a solution in which LiPF 6 was adjusted to 1 mol / L as an electrolyte was used.
(初充電効率の測定および充放電サイクル試験)
上記作製した電池の初充電効率の測定および充放電サイクル試験は、北斗電工(株)製充放電装置HJ−201Bを用いて行った。
(Measurement of initial charge efficiency and charge / discharge cycle test)
The measurement of the initial charging efficiency and the charge / discharge cycle test of the produced battery were performed using a charge / discharge device HJ-201B manufactured by Hokuto Denko Corporation.
電池の初充電効率を算出するために、0.67mAの定電流で充電し、4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計8時間充電を行った。その後0.67mAの定電流で電圧が3.0Vに到達するまで放電させた。電池の初充電効率は、初回の放電時の容量を初回の充電時の容量で除した値とした。なお、電池の周囲温度は20℃とした。 In order to calculate the initial charging efficiency of the battery, the battery was charged at a constant current of 0.67 mA, reached 4.2 V, and then charged at a constant voltage of 4.2 V for a total of 8 hours. Thereafter, the battery was discharged at a constant current of 0.67 mA until the voltage reached 3.0V. The initial charge efficiency of the battery was a value obtained by dividing the capacity at the first discharge by the capacity at the first charge. The ambient temperature of the battery was 20 ° C.
電池の充放電サイクル試験として、まず、2mAの定電流で充電し、4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で、合計3時間充電を行った。その後、2mAの定電流で放電し、3.0Vに到達した時点で再び、充電を繰り返した。1サイクルは、充電と放電とを各々1回行なうことを意味する。電池の周囲温度は20℃とした。 As a battery charge / discharge cycle test, first, the battery was charged at a constant current of 2 mA, reached 4.2 V, and then charged at a constant voltage of 4.2 V for a total of 3 hours. Thereafter, the battery was discharged at a constant current of 2 mA, and when it reached 3.0 V, charging was repeated again. One cycle means that charging and discharging are performed once. The ambient temperature of the battery was 20 ° C.
300サイクル目における容量維持率を以下のとおり算出して、電池のサイクル特性を評価した。結果を表3に示す。 The capacity retention rate at the 300th cycle was calculated as follows to evaluate the cycle characteristics of the battery. The results are shown in Table 3.
300サイクル目における容量維持率=(300サイクル目の放電容量)/(2サイクル目の放電容量)×100(%)。 Capacity maintenance rate at 300th cycle = (discharge capacity at 300th cycle) / (discharge capacity at the second cycle) × 100 (%).
[実施例4]
(イオン交換および溶媒置換)において、実施例2で得られたフッ素系高分子電解質溶液を用いた以外は実施例3と同様にして初充電効率の測定および充放電サイクルの試験を行った。結果を表3に示す。
[Example 4]
In (ion exchange and solvent substitution), the initial charge efficiency was measured and the charge / discharge cycle was tested in the same manner as in Example 3 except that the fluorine-based polymer electrolyte solution obtained in Example 2 was used. The results are shown in Table 3.
[実施例5]
(正極の作製)において、バインダーとして、フッ素系高分子電解質を2.5、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)を2.5の質量比とした混合バインダーを用いた以外は実施例3と同様にして初充電効率の測定および充放電サイクルの試験を行った。結果を表3に示す。
[Example 5]
In (Preparation of positive electrode), the same procedure as in Example 3 was conducted except that a mixed binder having a mass ratio of 2.5 for the fluorine-based polymer electrolyte and 2.5 for the polyvinylidene fluoride (PVDF) was used. The charge efficiency was measured and the charge / discharge cycle was tested. The results are shown in Table 3.
なお、前記混合バインダーを構成するポリフッ化ビニリデン(PVDF)は、12質量%ポリフッ化ビニリデン(PVDF)/N−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶液((株)クレハ製 KFバインダー#1120)を用いて調製した。 The polyvinylidene fluoride (PVDF) constituting the mixed binder is a 12% by mass polyvinylidene fluoride (PVDF) / N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) solution (Kureha KF Binder # 1120). Prepared.
[実施例6]
(イオン交換および溶媒置換)において、実施例2で得られたフッ素系高分子電解質溶液を用いた以外は実施例5と同様にして初充電効率の測定および充放電サイクルの試験を行った。結果を表3に示す。
[Example 6]
In (ion exchange and solvent substitution), the initial charge efficiency was measured and the charge / discharge cycle was tested in the same manner as in Example 5 except that the fluorine-based polymer electrolyte solution obtained in Example 2 was used. The results are shown in Table 3.
[実施例7]
(正極の作製)において、バインダーとして、フッ素系高分子電解質を0.5、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)を4.5の質量比とした混合バインダーを用いた以外は実施例3と同様にして初充電効率の測定および充放電サイクルの試験を行った。結果を表3に示す。
[Example 7]
In (Preparation of positive electrode), the same procedure as in Example 3 was performed except that a mixed binder having a mass ratio of fluorinated polymer electrolyte of 0.5 and polyvinylidene fluoride (PVDF) of 4.5 was used as a binder. The charge efficiency was measured and the charge / discharge cycle was tested. The results are shown in Table 3.
なお、前記混合バインダーを構成するポリフッ化ビニリデン(PVDF)は、12質量%ポリフッ化ビニリデン(PVDF)/N−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶液((株)クレハ製 KFバインダー#1120)を用いて調製した。 The polyvinylidene fluoride (PVDF) constituting the mixed binder is a 12% by mass polyvinylidene fluoride (PVDF) / N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) solution (Kureha KF Binder # 1120). Prepared.
[実施例8]
(イオン交換および溶媒置換)において、実施例2で得られたフッ素系高分子電解質溶液を用いた以外は実施例7と同様にして初充電効率の測定および充放電サイクルの試験を行った。結果を表3に示す。
[Example 8]
In (ion exchange and solvent substitution), the initial charge efficiency was measured and the charge / discharge cycle was tested in the same manner as in Example 7 except that the fluorine-based polymer electrolyte solution obtained in Example 2 was used. The results are shown in Table 3.
[比較例2]
(正極の作製)において、バインダーとして、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)を用いた以外は実施例3と同様にして初充電効率の測定および充放電サイクルの試験を行った。結果を表3に示す。
[Comparative Example 2]
In (Preparation of positive electrode), the measurement of the initial charge efficiency and the charge / discharge cycle test were performed in the same manner as in Example 3 except that polyvinylidene fluoride (PVDF) was used as the binder. The results are shown in Table 3.
なお、前記バインダーを構成するポリフッ化ビニリデン(PVDF)は、12質量%ポリフッ化ビニリデン(PVDF)/N−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶液((株)クレハ製 KFバインダー#1120)を用いて調製した。 The polyvinylidene fluoride (PVDF) constituting the binder is a 12% by mass polyvinylidene fluoride (PVDF) / N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) solution (Kureha KF Binder # 1120). Prepared.
本実施の形態のフッ素系高分子電解質を含むバインダーが、単なるイオン絶縁性のバインダーとして作用するのでなくイオン伝導に寄与するバインダーとして作用することで、電池性能の向上に寄与することが明瞭に示された。 It is clearly shown that the binder containing the fluorine-based polymer electrolyte of the present embodiment contributes to the improvement of battery performance by acting as a binder that contributes to ion conduction rather than acting as a simple ion insulating binder. It was done.
Claims (10)
該フッ素系高分子電解質中のZの少なくとも一部が、アルカリ金属原子、アルカリ土類金属原子またはアンモニウム基である、二次電池正極形成用バインダー。
−[CF2 CX1 X2 ]a −[CF2 −CF(−O−(CF2 −CF(CF2 X3 ))b −Oc −(CFR1 )d −(CFR2 )e −(CF2 )f −X4 )]g − ・・・・・(1)
(式(1)中、
X1、X2およびX3は、それぞれ独立にハロゲン原子または炭素数1以上3以下のパーフルオロアルキル基であり、
aおよびgは、0≦a<1、0<g≦1、a+g=1であり、
bは、0以上8以下の整数であり、
cは、0または1であり、
d、eおよびfは、それぞれ独立に0以上6以下の整数であり、0<d+e+fであり、
R1およびR2は、それぞれ独立にハロゲン原子、炭素数1以上10以下のパーフルオロアルキル基またはフルオロクロロアルキル基であり、
X4は、COOZ、SO3Z、PO3Z2またはPO3HZ(Zは、水素原子、アルカリ金属原子、アルカリ土類金属原子またはアンモニウム基である。)である。) Including a fluorine-based polymer electrolyte having a structural unit represented by the following formula (1):
The binder for secondary battery positive electrode formation whose at least one part of Z in this fluorine-type polymer electrolyte is an alkali metal atom, an alkaline-earth metal atom, or an ammonium group.
- [CF 2 CX 1 X 2 ] a - [CF 2 -CF (-O- (CF 2 -CF (CF 2 X 3)) b -O c - (CFR 1) d - (CFR 2) e - ( CF 2 ) f −X 4 )] g − (1)
(In the formula (1),
X 1 , X 2 and X 3 are each independently a halogen atom or a perfluoroalkyl group having 1 to 3 carbon atoms,
a and g are 0 ≦ a <1, 0 <g ≦ 1, a + g = 1,
b is an integer of 0 to 8,
c is 0 or 1,
d, e and f are each independently an integer of 0 or more and 6 or less, and 0 <d + e + f,
R 1 and R 2 are each independently a halogen atom, a perfluoroalkyl group or a fluorochloroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms,
X 4 is COOZ, SO 3 Z, PO 3 Z 2 or PO 3 HZ (where Z is a hydrogen atom, an alkali metal atom, an alkaline earth metal atom or an ammonium group). )
該非イオン導電性バインダーの含有量が90質量%以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の二次電池正極形成用バインダー。 Furthermore, a non-ion conductive binder is included,
The binder for secondary battery positive electrode formation as described in any one of Claims 1-3 whose content of this nonionic conductive binder is 90 mass% or less.
前記集電体の少なくとも一面に、前記二次電池正極用電極合剤の層が形成されている、電極構造体。 A current collector and the electrode mixture for a secondary battery positive electrode according to claim 5 or 6,
An electrode structure in which a layer of the electrode mixture for a secondary battery positive electrode is formed on at least one surface of the current collector.
前記正極が請求項7に記載の電極構造体である、水系二次電池。 An aqueous secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator and an aqueous electrolyte,
An aqueous secondary battery, wherein the positive electrode is the electrode structure according to claim 7.
前記正極が請求項7に記載の電極構造体である、非水系二次電池。 A non-aqueous secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, a separator and a non-aqueous electrolyte solution,
A nonaqueous secondary battery, wherein the positive electrode is the electrode structure according to claim 7.
前記正極が請求項7の電極構造体である、非水系リチウムイオン二次電池。 A non-aqueous lithium ion secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, a separator and a non-aqueous electrolyte solution,
A non-aqueous lithium ion secondary battery, wherein the positive electrode is the electrode structure according to claim 7.
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