JP2014241197A - Composite for producing protective film, protective film, manufacture method of the same, and power storage device - Google Patents
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Abstract
【課題】電解液の浸透性および保液性に優れると共に、蓄電デバイスの内部抵抗の上昇を抑制できる保護膜およびその作製方法、該保護膜を作製するための組成物、ならびに該保護膜を備えた蓄電デバイスを提供する。
【解決手段】本発明に係る組成物は、蓄電デバイスの正極および負極の間に配置される保護膜を作製するための組成物であって、非水溶性重合体粒子(A2)と、水系媒体と、を含有し、曳糸性が60〜85%であることを特徴とする。
【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a protective film that is excellent in electrolyte permeability and liquid retention and can suppress an increase in internal resistance of an electricity storage device, a method for producing the protective film, a composition for producing the protective film, and the protective film An electricity storage device is provided.
A composition according to the present invention is a composition for producing a protective film disposed between a positive electrode and a negative electrode of an electricity storage device, comprising water-insoluble polymer particles (A2) and an aqueous medium. And the spinnability is 60 to 85%.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、蓄電デバイスの正極および負極の間に配置される保護膜を作製するための組成物、該組成物を用いて作製された保護膜およびその作製方法、ならびに該保護膜を備えた蓄電デバイスに関する。 The present invention relates to a composition for producing a protective film disposed between a positive electrode and a negative electrode of an electricity storage device, a protective film produced using the composition, a production method thereof, and an electricity storage comprising the protective film Regarding devices.
近年、電子機器の駆動用電源として高電圧、高エネルギー密度を有する蓄電デバイスが要求されている。特にリチウムイオン電池やリチウムイオンキャパシタは、高電圧、高エネルギー密度を有する蓄電デバイスとして期待されている。 In recent years, a power storage device having a high voltage and a high energy density has been required as a power source for driving electronic equipment. In particular, lithium ion batteries and lithium ion capacitors are expected as power storage devices having high voltage and high energy density.
このような高電圧・高エネルギー密度を有する蓄電デバイスは、更なる小型化も要求されている。蓄電デバイスの小型化を達成するためには、正極や負極等の発電要素の薄膜化だけではなく、正極と負極を隔離するセパレーター等の薄膜化も必須となる。しかしながら、蓄電デバイスの小型化によって正極と負極の間隔が狭まると短絡が発生しやすくなるという問題が生じ得る。 The power storage device having such a high voltage and high energy density is required to be further downsized. In order to achieve miniaturization of an electricity storage device, it is essential not only to make a power generation element such as a positive electrode and a negative electrode thin, but also to make a thin film such as a separator that separates the positive electrode and the negative electrode. However, when the interval between the positive electrode and the negative electrode is reduced due to the miniaturization of the electricity storage device, there may be a problem that a short circuit is likely to occur.
特にリチウムイオンのような金属イオンを利用する蓄電デバイスでは、充放電を繰り返すことにより電極表面に金属イオンに起因するデンドライトが生じやすい。このようなデンドライトは通常、針状の結晶として析出するため、多孔質膜であるセパレーターを貫通して成長しやすい。デンドライトがセパレーターを貫通して成長して対極表面に到達すると、蓄電デバイスは短絡してしまい、充放電機能を失ってしまう。セパレーターの薄膜化や、正極と負極の間隔が狭まることによりこのような現象の発生する危険性は高まり、それに伴い信頼性は低下する。 In particular, in an electricity storage device using metal ions such as lithium ions, dendrites due to metal ions are likely to occur on the electrode surface by repeated charge and discharge. Since such dendrites usually precipitate as needle-like crystals, they tend to grow through the separator, which is a porous film. When the dendrite grows through the separator and reaches the surface of the counter electrode, the electricity storage device is short-circuited and loses the charge / discharge function. As the separator becomes thinner and the distance between the positive electrode and the negative electrode becomes narrower, the risk of such a phenomenon increases, and the reliability decreases accordingly.
このような現象を避けるため、例えば特許文献1や特許文献2では、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミドを含有する樹脂バインダーを含む多孔質層を多孔質セパレーター基材上に形成することで、電池特性を改良する技術が検討されている。一方、特許文献3では、フッ素系樹脂とゴム系樹脂を含有する結着剤を含む多孔性保護膜を正極および負極の少なくとも一方の表面に形成することで、電池特性を改良する技術が検討されている。また、特許文献4では、(メタ)アクリロニトリル単量体単位および(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を含む共重合体を含む多孔質層を多孔質セパレーター基材上に形成することで、電池特性を改良する技術が検討されている。
In order to avoid such a phenomenon, for example, in Patent Document 1 and
しかしながら、上述の特許文献に記載されているような材料によれば、セパレーターや電極表面に保護膜を形成することにより充放電に伴って発生するデンドライトに起因する短絡を抑制できるものの、保護膜への電解液の浸透性や保液性が低下してしまうためリチウムイオンが活物質へ吸脱着することを妨げてしまう。その結果、蓄電デバイスの内部抵
抗が上昇し、充放電特性が劣化してしまうという問題があった。
However, according to the materials described in the above-mentioned patent documents, although a protective film is formed on the surface of the separator or the electrode, a short circuit caused by dendrite generated along with charge / discharge can be suppressed. As a result, the permeability and liquid retention of the electrolyte solution are reduced, which prevents lithium ions from adsorbing and desorbing to the active material. As a result, there is a problem that the internal resistance of the electricity storage device increases and the charge / discharge characteristics are deteriorated.
さらに、上述の特許文献に記載されているような材料によってセパレーターや電極表面に形成された保護膜は電極との接着性が低く、このため電極間の間隔が不均一になる傾向がある。その結果、充放電に伴う電極反応が電極面内で不均一に進行してしまい、充放電特性が劣化してしまうという問題があった。 Furthermore, the protective film formed on the separator or the electrode surface by a material as described in the above-mentioned patent document has low adhesion to the electrode, and therefore, the spacing between the electrodes tends to be non-uniform. As a result, there has been a problem that the electrode reaction accompanying charge / discharge proceeds non-uniformly within the electrode surface, and the charge / discharge characteristics deteriorate.
このように、従来技術においては、電解液の浸透性や保液性に優れ、しかも蓄電デバイスの内部抵抗の上昇を抑制できる保護膜用材料は知られていない。特に有機重合体からなるバインダーを正極に相対する面の保護膜として適用する場合には、正極反応の酸化性にも耐え得る高度の耐酸化性が要求される。 Thus, in the prior art, there is no known protective film material that is excellent in electrolyte permeability and liquid retention and that can suppress an increase in internal resistance of the electricity storage device. In particular, when a binder made of an organic polymer is applied as a protective film on the surface facing the positive electrode, a high degree of oxidation resistance that can withstand the oxidation of the positive electrode reaction is required.
そこで、本発明に係る幾つかの態様は、前記課題を解決することで、電解液の浸透性および保液性に優れると共に、蓄電デバイスの内部抵抗の上昇を抑制できる保護膜およびその作製方法、該保護膜を作製するための組成物、ならびに該保護膜を備えた蓄電デバイスを提供するものである。 Therefore, some aspects of the present invention provide a protective film capable of suppressing the increase in internal resistance of the electricity storage device and its manufacturing method, while being excellent in electrolyte permeability and liquid retention by solving the above-described problems, The present invention provides a composition for producing the protective film and an electricity storage device provided with the protective film.
本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following aspects or application examples.
[適用例1]
本発明に係る組成物の一態様は、
蓄電デバイスの正極と負極との間に配置される保護膜を作製するための組成物であって、
非水溶性重合体粒子(A2)と、水系媒体と、を含有し、
曳糸性が60〜85%であることを特徴とする。
[Application Example 1]
One aspect of the composition according to the present invention is:
A composition for producing a protective film disposed between a positive electrode and a negative electrode of an electricity storage device,
Water-insoluble polymer particles (A2) and an aqueous medium,
The spinnability is 60 to 85%.
[適用例2]
適用例1の組成物において、
前記非水溶性重合体粒子(A2)が空孔を有する粒子であることができる。
[Application Example 2]
In the composition of Application Example 1,
The water-insoluble polymer particles (A2) may be particles having pores.
[適用例3]
適用例1または適用例2の組成物において、
前記非水溶性重合体粒子(A2)が、重合性不飽和基を二つ以上有する化合物に由来する繰り返し単位を有することができる。
[Application Example 3]
In the composition of Application Example 1 or Application Example 2,
The water-insoluble polymer particles (A2) can have a repeating unit derived from a compound having two or more polymerizable unsaturated groups.
[適用例4]
適用例3の組成物において、
前記重合性不飽和基を二つ以上有する化合物が、多官能(メタ)アクリル酸エステルおよび芳香族多官能ビニル化合物よりなる群から選択される少なくとも1種であることができる。
[Application Example 4]
In the composition of Application Example 3,
The compound having two or more polymerizable unsaturated groups may be at least one selected from the group consisting of polyfunctional (meth) acrylic acid esters and aromatic polyfunctional vinyl compounds.
[適用例5]
適用例1ないし適用例4のいずれか一例の組成物において、
さらに、水溶性重合体(A1)を含有することができる。
[Application Example 5]
In the composition of any one of Application Examples 1 to 4,
Furthermore, a water-soluble polymer (A1) can be contained.
[適用例6]
適用例5の組成物において、
前記非水溶性重合体粒子(A2)100質量部に対して、前記水溶性重合体(A1)を
0.1質量部以上15質量部以下含有することができる。
[Application Example 6]
In the composition of Application Example 5,
The water-soluble polymer (A1) can be contained in an amount of 0.1 to 15 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the water-insoluble polymer particles (A2).
[適用例7]
適用例1ないし適用例6のいずれか一例の組成物において、
前記非水溶性重合体粒子(A2)の平均粒子径(Da2)が100nm以上3000nm以下であることができる。
[Application Example 7]
In the composition of any one of Application Examples 1 to 6,
The water-insoluble polymer particles (A2) may have an average particle diameter (Da2) of 100 nm to 3000 nm.
[適用例8]
適用例1ないし適用例7のいずれか一例の組成物において、
前記非水溶性重合体粒子(A2)のトルエンに対する不溶分が90%以上であり、かつ空気雰囲気下での熱重量分析において20℃/分で加熱したときの10%減量温度が320℃以上であることができる。
[Application Example 8]
In the composition of any one of Application Examples 1 to 7,
The insoluble content of the water-insoluble polymer particles (A2) in toluene is 90% or more, and the 10% weight loss temperature when heated at 20 ° C./min in thermogravimetric analysis under an air atmosphere is 320 ° C. or more. Can be.
[適用例9]
適用例1ないし適用例8のいずれか一例の組成物を用いる方法により、蓄電デバイスの正極と負極との間に配置される保護膜を作製することができる。
[Application Example 9]
By the method using the composition of any one of Application Examples 1 to 8, a protective film disposed between the positive electrode and the negative electrode of the electricity storage device can be manufactured.
[適用例10]
本発明に係る保護膜の一態様は、適用例9の方法により作製されることを特徴とする。
[Application Example 10]
One embodiment of the protective film according to the present invention is manufactured by the method of Application Example 9.
[適用例11]
本発明に係る蓄電デバイスの一態様は、正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に配置された適用例10の保護膜と、電解液と、を備えることを特徴とする。
[Application Example 11]
One embodiment of the electricity storage device according to the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, a protective film of Application Example 10 disposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolytic solution.
本発明に係る蓄電デバイスの正極と負極との間に配置される保護膜を作製するための組成物(以下、「保護膜用組成物」ともいう。)を用いて作製された保護膜を備える蓄電デバイスによれば、電解液の浸透性および保液性に優れると共に、内部抵抗の上昇を抑制することができる。すなわち、本発明に係る蓄電デバイスは、充放電の繰り返しまたは過充電によっても蓄電デバイスの内部抵抗が上昇する程度が少ないため、充放電特性に優れる。なお、前記保護膜は、正極と負極との間に配置されるので、充放電に伴って発生するデンドライドに起因する短絡を抑制することもできる。 A protective film produced using a composition for producing a protective film disposed between the positive electrode and the negative electrode of the electricity storage device according to the present invention (hereinafter also referred to as “composition for protective film”) is provided. According to the electricity storage device, it is possible to suppress an increase in internal resistance while being excellent in electrolyte permeability and liquid retention. That is, the power storage device according to the present invention has excellent charge / discharge characteristics because the degree of increase in the internal resistance of the power storage device is small even after repeated charge / discharge or overcharge. In addition, since the said protective film is arrange | positioned between a positive electrode and a negative electrode, it can also suppress the short circuit resulting from the dendride which generate | occur | produces with charging / discharging.
本発明に係る保護膜用組成物は、さらに耐酸化性にも優れるから、蓄電デバイスの正極に相対する保護膜を形成するために特に好適に用いることができる。 Since the composition for a protective film according to the present invention is further excellent in oxidation resistance, it can be particularly suitably used for forming a protective film opposite to the positive electrode of the electricity storage device.
以下、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は、以下に記載された実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形例も含むものとして理解されるべきである。 Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail. It should be understood that the present invention is not limited to only the embodiments described below, and includes various modifications that are implemented without departing from the scope of the present invention.
1.保護膜用組成物
本実施の形態に係る保護膜用組成物は、蓄電デバイスの正極と負極との間に配置される保護膜を作製するための組成物であって、非水溶性重合体粒子(A2)と、水系媒体と、
を含有し、曳糸性が60〜85%であることを特徴とする。なお、本実施の形態に係る保護膜用組成物は、非水溶性重合体粒子(A2)同士を結着させる機能を有し、かつ、曳糸性を任意に調整し得る水溶性重合体(A1)を含有することが好ましい。以下、本実施の形態に係る保護膜用組成物に含まれる各成分について詳細に説明する。以下の説明における「(メタ)アクリル酸」とは、アクリル酸およびメタクリル酸の双方を包含する概念である。「(メタ)アクリロニトリル」等の類似用語も、これと同様に理解されるべきである。
1. Composition for Protective Film The composition for protective film according to the present embodiment is a composition for producing a protective film disposed between a positive electrode and a negative electrode of an electricity storage device, and is a water-insoluble polymer particle (A2), an aqueous medium,
And the spinnability is 60 to 85%. In addition, the composition for protective films which concerns on this Embodiment has the function to bind | conclude water-insoluble polymer particles (A2), and the water-soluble polymer which can adjust spinnability arbitrarily ( It is preferable to contain A1). Hereinafter, each component contained in the composition for protective films which concerns on this Embodiment is demonstrated in detail. “(Meth) acrylic acid” in the following description is a concept including both acrylic acid and methacrylic acid. Similar terms such as “(meth) acrylonitrile” should be understood similarly.
1.1.水溶性重合体(A1)
本実施の形態に係る保護膜用組成物は、水溶性重合体(A1)を含有することが好ましい。この水溶性重合体(A1)は、水溶性であるため、水系媒体中に溶解した状態で存在する。水溶性重合体(A1)は、後述する非水溶性重合体粒子(A2)同士を結着させるバインダーとして機能するが、これに加えて、セパレーターと電極、保護膜とセパレーター、もしくは保護膜と電極、をそれぞれ接着するバインダーとしても機能すると考えられる。
1.1. Water-soluble polymer (A1)
The protective film composition according to this embodiment preferably contains a water-soluble polymer (A1). Since this water-soluble polymer (A1) is water-soluble, it exists in a dissolved state in an aqueous medium. The water-soluble polymer (A1) functions as a binder that binds the water-insoluble polymer particles (A2) to be described later. In addition, a separator and an electrode, a protective film and a separator, or a protective film and an electrode It is thought that it functions also as a binder which adhere | attaches each.
また、水溶性重合体(A1)を水系媒体中に溶解させることにより、保護膜用組成物の曳糸性を60〜85%の範囲内に任意に調整できる。これにより、保護膜用組成物のレベリング性が向上し、保護膜の厚みの均一性が良好となる。曳糸性については、後に詳述する。さらに、水溶性重合体(A1)を水系媒体中に溶解させることにより、後述する非水溶性重合体粒子(A2)の分散安定性を向上させることもでき、均質な保護膜を作製することのできる保護膜用組成物が得られる。 Moreover, by dissolving the water-soluble polymer (A1) in an aqueous medium, the spinnability of the protective film composition can be arbitrarily adjusted within a range of 60 to 85%. Thereby, the leveling property of the composition for protective films improves, and the thickness uniformity of a protective film becomes favorable. The spinnability will be described in detail later. Furthermore, by dissolving the water-soluble polymer (A1) in an aqueous medium, the dispersion stability of the water-insoluble polymer particles (A2) described later can be improved, and a homogeneous protective film can be produced. The composition for protective films which can be obtained is obtained.
水溶性重合体(A1)としては、例えばカルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等のセルロース化合物;上記セルロース化合物のアンモニウム塩またはアルカリ金属塩;ポリ(メタ)アクリル酸、変性ポリ(メタ)アクリル酸等のポリカルボン酸;上記ポリカルボン酸のアルカリ金属塩;ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体等のポリビニルアルコール系の(共)重合体;(メタ)アクリル酸、マレイン酸およびフマル酸等の不飽和カルボン酸とビニルエステルとの共重合体の鹸化物等の水溶性ポリマーを挙げることができる。これらの中でも、ポリカルボン酸、ポリカルボン酸のアルカリ金属塩等のポリカルボン酸系の重合体が好ましく、ポリ(メタ)アクリル酸系の重合体がより好ましい。これらの水溶性重合体(A1)は、1種単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。 Examples of the water-soluble polymer (A1) include cellulose compounds such as carboxymethylcellulose, methylcellulose, hydroxypropylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, and hydroxyethylcellulose; ammonium salts or alkali metal salts of the above cellulose compounds; poly (meth) acrylic acid, modified Polycarboxylic acids such as poly (meth) acrylic acid; alkali metal salts of the above polycarboxylic acids; polyvinyl alcohol-based (co) polymers such as polyvinyl alcohol, modified polyvinyl alcohol, and ethylene-vinyl alcohol copolymers; Mention may be made of water-soluble polymers such as saponified products of copolymers of unsaturated carboxylic acids such as acrylic acid, maleic acid and fumaric acid and vinyl esters. Among these, polycarboxylic acid-based polymers such as polycarboxylic acids and alkali metal salts of polycarboxylic acids are preferable, and poly (meth) acrylic acid-based polymers are more preferable. These water-soluble polymers (A1) may be used alone or in combination of two or more.
水溶性重合体(A1)がポリカルボン酸系の重合体である場合、水溶性重合体(A1)の全繰り返し単位100質量%に対して、(a)エチレン性不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位を50〜95質量%、(b)エチレン性不飽和カルボン酸塩に由来する繰り返し単位を5〜50質量%、含むことが好ましい。以下、水溶性重合体(A1)に含まれる繰り返し単位、水溶性重合体(A1)の態様および製造方法等に関して詳述する。 When the water-soluble polymer (A1) is a polycarboxylic acid-based polymer, it is derived from (a) an ethylenically unsaturated carboxylic acid ester with respect to 100% by mass of all repeating units of the water-soluble polymer (A1). It is preferable to contain 50 to 95% by mass of repeating units and 5 to 50% by mass of repeating units derived from (b) an ethylenically unsaturated carboxylate. Hereinafter, the repeating unit contained in the water-soluble polymer (A1), the mode of the water-soluble polymer (A1), the production method, and the like will be described in detail.
1.1.1.(a)エチレン性不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位
(a)エチレン性不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位(以下、単に「繰り返し単位(a)」ともいう。)は、エチレン性不飽和カルボン酸エステルの炭素−炭素二重結合が単結合となった構造を有している。エチレン性不飽和カルボン酸エステルとしては、下記一般式(1)で表される化合物が挙げられる。
1.1.1. (A) Repeating unit derived from ethylenically unsaturated carboxylic acid ester (a) Repeating unit derived from ethylenically unsaturated carboxylic acid ester (hereinafter also simply referred to as “repeating unit (a)”) is ethylenically unsaturated. It has a structure in which a carbon-carbon double bond of a saturated carboxylic acid ester is a single bond. Examples of the ethylenically unsaturated carboxylic acid ester include compounds represented by the following general formula (1).
CHR1=CR2−C(=O)−OR3 ・・・(1)
(式中のR1およびR2はそれぞれ独立に、水素原子またはメチル基を表す。R3は炭素
数1〜10のアルキル基、炭素数3〜10のシクロアルキル基、炭素数1〜10のヒドロキシアルキル基を表す。)
CHR 1 = CR 2 -C (= O) -OR 3 ··· (1)
(In the formula, R 1 and R 2 each independently represents a hydrogen atom or a methyl group. R 3 represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 10 carbon atoms, or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. Represents a hydroxyalkyl group.)
上記一般式(1)中、R3の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基等の炭素数1〜10のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基等の炭素数3〜10のシクロアルキル基;ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基、ヒドロキシブチル基等の炭素数1〜10のヒドロキシアルキル基等が挙げられる。 In the general formula (1), specific examples of R 3 include alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, an octyl group and a 2-ethylhexyl group; a cyclopentyl group and a cyclohexyl group. A cycloalkyl group having 3 to 10 carbon atoms such as a group; a hydroxyalkyl group having 1 to 10 carbon atoms such as a hydroxyethyl group, a hydroxypropyl group, and a hydroxybutyl group.
これらの中でも、後述する非水溶性重合体粒子(A2)の結着性の観点および乳化重合時の安定性の観点から、疎水性の高いものが好ましく、すなわち、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数3〜10のシクロアルキル基が好ましい。また、水への溶解性の観点も考慮すると、より好ましくは、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数3〜8のシクロアルキル基であり、更に好ましくは、炭素数1〜6のアルキル基である。上記一般式(1)におけるR3がアルキル基であると、得られる水溶性重合体(A1)のガラス転移温度(Tg)が低くなるため好ましい。R3として特に好ましくは、炭素数1〜4のアルキル基であり、最も好ましくは、炭素数1〜2のアルキル基である。炭素数が1〜4のアルキル基であると、エチレン性不飽和カルボン酸塩単量体との共重合物の水への溶解がし易くなる。これらエチレン性不飽和カルボン酸エステル単量体としては、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。 Among these, from the viewpoint of the binding property of the water-insoluble polymer particles (A2) described later and the stability at the time of emulsion polymerization, those having high hydrophobicity are preferable, that is, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. A cycloalkyl group having 3 to 10 carbon atoms is preferred. In view of solubility in water, more preferably, it is an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms or a cycloalkyl group having 3 to 8 carbon atoms, and more preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. It is. It is preferable that R 3 in the general formula (1) is an alkyl group because the glass transition temperature (Tg) of the obtained water-soluble polymer (A1) is lowered. R 3 is particularly preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and most preferably an alkyl group having 1 to 2 carbon atoms. When the alkyl group has 1 to 4 carbon atoms, the copolymer with the ethylenically unsaturated carboxylate monomer is easily dissolved in water. These ethylenically unsaturated carboxylic acid ester monomers may be used alone or in combination of two or more.
このようなエチレン性不飽和カルボン酸エステルの具体例としては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−プロピル、(メタ)アクリル酸i−プロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸i−ブチル、(メタ)アクリル酸n−アミル、(メタ)アクリル酸i−アミル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸n−オクチル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシメチル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシブチル等の(メタ)アクリル酸エステル;クロトン酸メチル、クロトン酸エチル、クロトン酸n−プロピル、クロトン酸i−プロピル、クロトン酸n−ブチル、クロトン酸i−ブチル、クロトン酸n−アミル、クロトン酸i−アミル、クロトン酸ヘキシル、クロトン酸2−エチルヘキシル、クロトン酸n−オクチル、クロトン酸ノニル、クロトン酸デシル、クロトン酸シクロヘキシル、クロトン酸ヒドロキシメチル、クロトン酸ヒドロキシエチル、クロトン酸ヒドロキシブチル等のクロトン酸エステルが挙げられる。 Specific examples of such ethylenically unsaturated carboxylic acid esters include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-propyl (meth) acrylate, i-propyl (meth) acrylate, (meth ) N-butyl acrylate, i-butyl (meth) acrylate, n-amyl (meth) acrylate, i-amyl (meth) acrylate, hexyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, N-octyl (meth) acrylate, nonyl (meth) acrylate, decyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, hydroxymethyl (meth) acrylate, hydroxyethyl (meth) acrylate, (meth) acrylic (Meth) acrylic acid esters such as hydroxybutyl acid; methyl crotonic acid, ethyl crotonic acid, crotonic acid -Propyl, i-propyl crotonate, n-butyl crotonate, i-butyl crotonate, n-amyl crotonate, i-amyl crotonate, hexyl crotonate, 2-ethylhexyl crotonate, n-octyl crotonate, croton And crotonic acid esters such as acid nonyl, decyl crotonate, cyclohexyl crotonate, hydroxymethyl crotonate, hydroxyethyl crotonate, and hydroxybutyl crotonate.
水溶性重合体(A1)における繰り返し単位(a)の含有割合は、水溶性重合体(A1)の有する繰り返し単位の全量100質量%に対して、50〜95質量%であることが好ましく、50〜80質量%であることがより好ましく、50〜70質量%であることが特に好ましい。繰り返し単位(a)の含有割合が前記範囲にあることで、水溶性重合体(A1)を乳化重合により容易に製造することができる。一方、繰り返し単位(a)の含有割合が前記範囲を超える場合、水への溶解度が不足し均一溶液とならないおそれがあり、また、繰り返し単位(a)の含有割合が前記範囲未満の場合、乳化重合による製造が困難になるおそれがある。 The content of the repeating unit (a) in the water-soluble polymer (A1) is preferably 50 to 95% by mass with respect to 100% by mass of the total amount of repeating units of the water-soluble polymer (A1). More preferably, it is -80 mass%, It is especially preferable that it is 50-70 mass%. A water-soluble polymer (A1) can be easily manufactured by emulsion polymerization because the content rate of a repeating unit (a) exists in the said range. On the other hand, when the content ratio of the repeating unit (a) exceeds the above range, there is a possibility that the solubility in water is insufficient and a uniform solution may not be obtained, and when the content ratio of the repeating unit (a) is less than the above range, emulsification is performed. Production by polymerization may be difficult.
1.1.2.(b)エチレン性不飽和カルボン酸塩に由来する繰り返し単位
(b)エチレン性不飽和カルボン酸塩に由来する繰り返し単位(以下、単に「繰り返し単位(b)」ともいう。)は、エチレン性不飽和カルボン酸塩の炭素−炭素二重結合が単結合になった構造を表している。水溶性重合体(A1)が繰り返し単位(b)を有することで、「水溶性」の機能を発現することができる。
1.1.2. (B) Repeating unit derived from ethylenically unsaturated carboxylate (b) Repeating unit derived from ethylenically unsaturated carboxylate (hereinafter also referred to simply as “repeat unit (b)”) is an ethylenically unsaturated carboxylate. It represents a structure in which a carbon-carbon double bond of a saturated carboxylate is a single bond. By having the repeating unit (b) in the water-soluble polymer (A1), a “water-soluble” function can be expressed.
エチレン性不飽和カルボン酸塩としては、例えば、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、イソクロトン酸等のアルカリ金属塩等の炭素数3〜10のエチレン性不飽和モノカルボン酸塩;イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、メサコン酸、グルタコン酸等のアルカリ金属塩等の炭素数4〜10のエチレン性不飽和ジカルボン酸塩などが挙げられる。これらの中でも、アクリル酸、メタクリル酸等の炭素数3〜6のエチレン性不飽和モノカルボン酸塩が好ましい。 Examples of the ethylenically unsaturated carboxylate include, for example, an ethylenically unsaturated monocarboxylate having 3 to 10 carbon atoms such as alkali metal salts such as (meth) acrylic acid, crotonic acid and isocrotonic acid; itaconic acid and maleic acid And ethylenically unsaturated dicarboxylates having 4 to 10 carbon atoms such as alkali metal salts such as fumaric acid, citraconic acid, mesaconic acid and glutaconic acid. Among these, C3-C6 ethylenically unsaturated monocarboxylates, such as acrylic acid and methacrylic acid, are preferable.
上記アルカリ金属塩を形成するアルカリ金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウムなどが挙げられ、好ましくはリチウムである。このようなエチレン性不飽和カルボン酸のアルカリ金属塩を単量体として用いることで、水溶性重合体(A1)を含有する保護膜用組成物を用いて作製された保護膜が、電解液に対して膨潤することを抑制できる。これらエチレン性不飽和カルボン酸塩としては、1種を用いてもよいし、2種以上を用いてもよい。 Examples of the alkali metal forming the alkali metal salt include lithium, sodium, potassium, and the like, preferably lithium. By using such an alkali metal salt of an ethylenically unsaturated carboxylic acid as a monomer, a protective film produced using the protective film composition containing the water-soluble polymer (A1) is used as an electrolyte. In contrast, swelling can be suppressed. As these ethylenically unsaturated carboxylate, 1 type may be used and 2 or more types may be used.
上記エチレン性不飽和カルボン酸塩は、後述する重合方法により水溶性重合体(A1)を合成することができる限り、そのカルボキシル基の全部が塩を形成していなくてもよく、その一部がカルボキシル基(−COOH)の形態であってもよい。エチレン性不飽和カルボン酸塩の一部がカルボキシル基となっている形態の場合には、エチレン性不飽和カルボン酸塩の有するカルボン酸塩基およびカルボキシル基の合計を100モル%としたときに、カルボキシル基の形態となっているものが50モル%以下であることが好ましく、40モル%以下であることがより好ましく、30モル%以下であることが特に好ましい。 As long as the ethylenically unsaturated carboxylate can synthesize a water-soluble polymer (A1) by a polymerization method described later, the carboxyl group may not form a salt, and a part thereof It may be in the form of a carboxyl group (—COOH). In the case where a part of the ethylenically unsaturated carboxylate is a carboxyl group, when the total of the carboxylate group and carboxyl group of the ethylenically unsaturated carboxylate is 100 mol%, the carboxyl What is in the form of a group is preferably 50 mol% or less, more preferably 40 mol% or less, and particularly preferably 30 mol% or less.
水溶性重合体(A1)における繰り返し単位(b)の含有割合は、水溶性重合体(A1)の有する繰り返し単位の全量100質量%に対して、5〜50質量%であることが好ましく、20〜48質量%であることがより好ましく、31〜45質量%であることが特に好ましい。繰り返し単位(b)の含有割合が前記範囲にあることで、水溶性重合体(A1)を乳化重合により容易に製造することが可能となると共に、製造される水溶性重合体(A1)の水への溶解性を発現することが可能となる。一方、繰り返し単位(b)の含有割合が前記範囲未満の場合、水への溶解度が不足し均一溶液とならないおそれがあり、また、繰り返し単位(b)が前記範囲を超える場合、乳化重合による製造が困難になるおそれがある。 The content ratio of the repeating unit (b) in the water-soluble polymer (A1) is preferably 5 to 50% by mass with respect to 100% by mass of the total amount of repeating units of the water-soluble polymer (A1). More preferably, it is -48 mass%, and it is especially preferable that it is 31-45 mass%. When the content ratio of the repeating unit (b) is in the above range, the water-soluble polymer (A1) can be easily produced by emulsion polymerization, and water of the produced water-soluble polymer (A1) can be obtained. It becomes possible to express the solubility in. On the other hand, when the content ratio of the repeating unit (b) is less than the above range, there is a fear that the solubility in water is insufficient and a uniform solution may not be obtained, and when the repeating unit (b) exceeds the above range, production by emulsion polymerization May become difficult.
1.1.3.(c)その他の重合可能な単量体に由来する繰り返し単位
水溶性重合体(A1)がポリカルボン酸系の重合体である場合、繰り返し単位(a)および繰り返し単位(b)を含有する限り、(c)その他の重合可能な単量体に由来する繰り返し単位(以下、単に「繰り返し単位(c)」ともいう。)を含有していてもよい。このような単量体としては、例えばスチレン、α−メチルスチレン、エチルビニルベンゼン等のスチレン系単量体;(メタ)アクリル酸アミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド等の(メタ)アクリルアミド系単量体;酢酸ビニル、フタル酸ジアリル等の多官能アリル系単量体;1,6−ヘキサンジオールジアクリレート等の多官能アクリレート等が挙げられる。
1.1.3. (C) Repeating unit derived from other polymerizable monomer When the water-soluble polymer (A1) is a polycarboxylic acid polymer, as long as it contains the repeating unit (a) and the repeating unit (b). , (C) may contain a repeating unit derived from another polymerizable monomer (hereinafter also simply referred to as “repeating unit (c)”). Examples of such monomers include styrene monomers such as styrene, α-methylstyrene, and ethyl vinyl benzene; (meth) acrylamides such as (meth) acrylic acid amide and N, N-dimethyl (meth) acrylamide. Monofunctional monomers; polyfunctional allylic monomers such as vinyl acetate and diallyl phthalate; and polyfunctional acrylates such as 1,6-hexanediol diacrylate.
また、末端がハロゲン化していてもよい炭素数5〜30のアルキル基等の疎水基を有する、ポリアルキレンオキサイド基を有する(メタ)アクリルエステルやビニル化合物を用いることもできる。この場合、アルキレンオキサイド末端に疎水基を有することで、疎水基が会合することにより組成物の粘性を変えることができる。上記アルキレンオキサイド末端の疎水基としては炭素数5〜30のアルキル基であることが好ましく、炭素数15〜20のアルキル基であることがより好ましい。その他の重合可能な単量体としては、これらの中でも、末端がハロゲン化していてもよい炭素数5〜30のアルキル基等の疎水基を
有する、ポリアルキレンオキサイド基を有する(メタ)アクリルエステルやビニル化合物であることが好ましい。これらのその他の重合可能な単量体としては、1種を用いてもよいし、2種以上を用いてもよい。
Further, a (meth) acrylic ester or vinyl compound having a polyalkylene oxide group having a hydrophobic group such as an alkyl group having 5 to 30 carbon atoms which may be halogenated at the terminal can also be used. In this case, by having a hydrophobic group at the end of the alkylene oxide, the viscosity of the composition can be changed by the association of the hydrophobic group. The hydrophobic group at the end of the alkylene oxide is preferably an alkyl group having 5 to 30 carbon atoms, and more preferably an alkyl group having 15 to 20 carbon atoms. Among these polymerizable monomers, among these, (meth) acrylic ester having a polyalkylene oxide group having a hydrophobic group such as an alkyl group having 5 to 30 carbon atoms which may be halogenated at the end, A vinyl compound is preferred. As these other polymerizable monomers, one type may be used, or two or more types may be used.
水溶性重合体(A1)が繰り返し単位(c)を含む場合、その含有割合としては、水溶性重合体(A1)の有する繰り返し単位の全量100質量%に対して、20質量%以下であることが好ましく、10質量%以下であることがより好ましく、5質量%以下であることが特に好ましい。 When the water-soluble polymer (A1) contains the repeating unit (c), the content is 20% by mass or less with respect to 100% by mass of the total amount of the repeating units of the water-soluble polymer (A1). Is preferably 10% by mass or less, and more preferably 5% by mass or less.
水溶性重合体(A1)における繰り返し単位の比率としては、水溶性重合体(A1)の有する繰り返し単位の全量を100質量%としたときに、[繰り返し単位(a)/繰り返し単位(b)/繰り返し単位(c)]=50〜95質量%/5〜50質量%/0〜20質量%とすることが好ましい。 The ratio of the repeating unit in the water-soluble polymer (A1) is [repeating unit (a) / repeating unit (b) / when the total amount of repeating units of the water-soluble polymer (A1) is 100% by mass. Repeating unit (c)] = 50 to 95% by mass / 5 to 50% by mass / 0 to 20% by mass is preferable.
上記繰り返し単位(a)および繰り返し単位(c)は、水溶性を発現するための繰り返し単位(b)のカルボン酸成分以外の繰り返し単位であるため、本来は特に限定すべきものではない。しかしながら、水溶性重合体(A1)は、以下の理由により繰り返し単位(a)であるエチレン性不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位を主成分として含有することが好ましく、そして繰り返し単位(c)であるその他の単量体に由来する繰り返し単位の含有割合は0〜20質量%であることが好ましい。 Since the repeating unit (a) and the repeating unit (c) are repeating units other than the carboxylic acid component of the repeating unit (b) for exhibiting water solubility, they are not particularly limited. However, the water-soluble polymer (A1) preferably contains a repeating unit derived from an ethylenically unsaturated carboxylic acid ester which is the repeating unit (a) as a main component for the following reasons, and the repeating unit (c). It is preferable that the content rate of the repeating unit derived from the other monomer which is is 0-20 mass%.
すなわち、繰り返し単位(a)が、特に上記一般式(1)で表されるエチレン性不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位である場合、該エチレン性不飽和カルボン酸エステルは、エステル構造部分、すなわち上記一般式(1)における−C(=O)−OR3で表される構造部分、を有する単量体であり、疎水性単量体ではあるが極性基を含有している。このため、乳化重合時には乳化滴の核になり易い一方で、高分子化後にアルカリ金属塩を用いて中和する際には水中に均一に溶解しやすくなると考えられる。そのため、繰り返し単位(b)以外の主成分として、エチレン性不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位(繰り返し単位(a))を主成分とし、その含有割合は50〜95質量%とすることが好ましい。水溶性重合体(A1)は、上記のように、疎水性部と極性部とがバランスよく含有されているため、後述する非水溶性重合体粒子(A2)の分散剤としても機能することができると考えられ、安定した保護膜用組成物を作製するために好適に用いることができる。 That is, when the repeating unit (a) is a repeating unit derived from the ethylenically unsaturated carboxylic acid ester represented by the general formula (1), the ethylenically unsaturated carboxylic acid ester is an ester structure moiety, That is, it is a monomer having a structural portion represented by —C (═O) —OR 3 in the general formula (1), and is a hydrophobic monomer but contains a polar group. For this reason, it tends to become the core of the emulsion droplets during emulsion polymerization, while it tends to be uniformly dissolved in water when neutralized with an alkali metal salt after polymerization. Therefore, as a main component other than the repeating unit (b), a repeating unit derived from the ethylenically unsaturated carboxylic acid ester (repeating unit (a)) is a main component, and the content ratio is 50 to 95% by mass. preferable. Since the water-soluble polymer (A1) contains the hydrophobic part and the polar part in a well-balanced manner as described above, it can also function as a dispersant for the water-insoluble polymer particles (A2) described later. It can be used suitably for producing a stable composition for a protective film.
1.1.4.水溶性重合体(A1)の製造方法
水溶性重合体(A1)は、上述した繰り返し単位の由来となる各単量体成分を重合することにより製造することができる。単量体成分の重合方法としては特に限定されず、例えば、乳化重合、逆相懸濁重合、懸濁重合、溶液重合、水溶液重合、塊状重合等の方法を挙げることができる。これらの重合方法の中でも、乳化重合法が好ましい。
1.1.4. Manufacturing method of water-soluble polymer (A1) A water-soluble polymer (A1) can be manufactured by polymerizing each monomer component derived from the repeating unit mentioned above. The method for polymerizing the monomer component is not particularly limited, and examples thereof include emulsion polymerization, reverse phase suspension polymerization, suspension polymerization, solution polymerization, aqueous solution polymerization, and bulk polymerization. Among these polymerization methods, the emulsion polymerization method is preferable.
上記乳化重合法は、ミセル内部で重合が進行するため、高分子量の共重合体を高濃度で容易に重合することが可能で、重合溶液の粘度も低い方法である。重量平均分子量50万以上の水溶性重合体(A1)は乳化重合法により水分散体として作製し、アルカリ金属塩で中和し可溶化(均一化)する工程をとることにより、製造が簡便に行え、生産コストの面でメリットがある。 The above-mentioned emulsion polymerization method is a method in which polymerization proceeds in a micelle, so that a high molecular weight copolymer can be easily polymerized at a high concentration, and the viscosity of the polymerization solution is also low. A water-soluble polymer (A1) having a weight average molecular weight of 500,000 or more is prepared as an aqueous dispersion by an emulsion polymerization method, and is easily manufactured by neutralizing with an alkali metal salt and solubilizing (homogenizing). It can be done and has advantages in terms of production costs.
上記乳化重合は、乳化剤を用いて行うことができる。乳化剤としては特に限定されないが、例えば、アニオン界面活性剤、ノニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤、高分子界面活性剤や、これらの界面活性剤の構造中にラジカル重合性の不飽和基を有するものである反応性界面活性剤などを挙げることができる。 The emulsion polymerization can be performed using an emulsifier. The emulsifier is not particularly limited. For example, anionic surfactants, nonionic surfactants, cationic surfactants, amphoteric surfactants, polymer surfactants, and radical polymerizable compounds in the structure of these surfactants. Examples thereof include a reactive surfactant having an unsaturated group.
特に反応性界面活性剤は、その重合性不飽和基により界面活性剤をポリマーの構造中に組み込むことができ、水溶液にした場合に水溶液中に遊離して存在する界面活性剤成分を減少させることができることから、好ましい。これら乳化剤は、1種を用いてもよいし、2種以上を用いてもよい。 In particular, reactive surfactants can incorporate surfactants into the polymer structure by virtue of their polymerizable unsaturated groups, and reduce the surfactant components that are present free in aqueous solutions when made into aqueous solutions. Is preferable. These emulsifiers may be used alone or in combination of two or more.
上記反応性界面活性剤としては、例えば、ラテムルPD(花王株式会社製)、アデカリアソープSR(株式会社ADEKA製)、アクアロンHS、アクアロンKH(以上、第一工業製薬株式会社製)、エレミノールRS(三洋化成工業株式会社製)等が挙げられる。このように、水溶性重合体(A1)が、乳化重合時に反応性界面活性剤を用いて得られることもまた、本発明の好適な実施形態の1つである。 Examples of the reactive surfactant include Latemul PD (manufactured by Kao Corporation), Adekaria Soap SR (manufactured by ADEKA Corporation), Aqualon HS, Aqualon KH (above, Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.), Eleminol RS (Manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd.). Thus, it is also one of preferred embodiments of the present invention that the water-soluble polymer (A1) is obtained using a reactive surfactant during emulsion polymerization.
上記各単量体成分の重合には、重合開始剤を用いることができる。重合開始剤としては通常重合開始剤として用いられているものを使用することができ、特に制限されず、熱によってラジカル分子を発生させるものであればよい。重合方法として乳化重合を行う場合は、水溶性の開始剤が好ましく使用される。重合開始剤としては、例えば、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム等の過硫酸塩類;2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩、4,4’−アゾビス(4−シアノペンタン酸)等の水溶性アゾ化合物;過酸化水素等の熱分解系開始剤;過酸化水素とアスコルビン酸、t−ブチルハイドロパーオキサイドとロンガリット、過硫酸カリウムと金属塩、過硫酸アンモニウムと亜硫酸水素ナトリウム等のレドックス系開始剤等を挙げることができる。これら重合開始剤は、1種または2種以上を使用することができる。 A polymerization initiator can be used for the polymerization of the monomer components. As the polymerization initiator, those usually used as a polymerization initiator can be used, and are not particularly limited as long as they generate radical molecules by heat. When emulsion polymerization is performed as a polymerization method, a water-soluble initiator is preferably used. Examples of the polymerization initiator include persulfates such as potassium persulfate, ammonium persulfate, and sodium persulfate; 2,2′-azobis (2-amidinopropane) dihydrochloride, 4,4′-azobis (4-cyano). Water-soluble azo compounds such as pentanoic acid; thermal decomposition initiators such as hydrogen peroxide; hydrogen peroxide and ascorbic acid, t-butyl hydroperoxide and rongalite, potassium persulfate and metal salts, ammonium persulfate and sodium bisulfite And the like, and the like. These polymerization initiators can be used alone or in combination of two or more.
上記重合開始剤の使用量としては、重合反応に供する単量体成分の総量100質量部に対して、0.05〜2質量部であることが好ましく、0.1〜1質量部であることがより好ましい。 The amount of the polymerization initiator used is preferably 0.05 to 2 parts by mass and preferably 0.1 to 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of monomer components used for the polymerization reaction. Is more preferable.
上記乳化重合時においては、分子量を調整するために連鎖移動剤を用いてもよい。例えば、ハロゲン化置換アルカン、アルキルメルカプタン、チオエステル類、アルコール類等が挙げられるが、特にこれらに限定されるわけではない。これら連鎖移動剤は、1種を用いてもよいし、2種以上を用いてもよい。上記連鎖移動剤の使用量として好ましくは、重合反応に供する単量体成分の総量100質量部に対して、0〜1質量部である。 In the emulsion polymerization, a chain transfer agent may be used to adjust the molecular weight. Examples include halogenated substituted alkanes, alkyl mercaptans, thioesters, alcohols and the like, but are not particularly limited thereto. These chain transfer agents may be used alone or in combination of two or more. The chain transfer agent is preferably used in an amount of 0 to 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of monomer components used for the polymerization reaction.
上記乳化重合における重合温度については特に限定はないが、好ましくは20〜100℃、より好ましくは50〜90℃である。重合時間についても特に限定はしないが、生産性を考慮すると好ましくは1〜10時間である。乳化重合する際に、得られる共重合体に悪影響を及ぼさない範囲で、親水性溶媒や添加剤等を加えることができる。 Although there is no limitation in particular about the polymerization temperature in the said emulsion polymerization, Preferably it is 20-100 degreeC, More preferably, it is 50-90 degreeC. The polymerization time is not particularly limited, but is preferably 1 to 10 hours in consideration of productivity. When emulsion polymerization is performed, a hydrophilic solvent, an additive, or the like can be added within a range that does not adversely affect the resulting copolymer.
各単量体成分を乳化重合の反応系に添加する方法としては特に限定はなく、一括重合法、単量体成分滴下法、プレエマルション法、パワーフィード法、シード法、多段添加法等を用いることができる。 The method for adding each monomer component to the emulsion polymerization reaction system is not particularly limited, and a batch polymerization method, a monomer component dropping method, a pre-emulsion method, a power feed method, a seed method, a multistage addition method, or the like is used. be able to.
上記乳化重合反応後に得られるエマルションの不揮発分は20〜60%であることが好ましい。不揮発分が20〜60%の範囲にあることで、得られるエマルションの流動性や分散安定性を保つことが容易となる。また、目的とする重合体の生産効率の点からも好ましい。一方、不揮発分が前記範囲を越えると、エマルションの粘度が高すぎるため分散安定性を保てず凝集が生じるおそれがあり、また、不揮発分が前記範囲未満の場合、重合系の濃度が低く反応に時間を要する可能性があり、また目的とする重合体の生産量の点から生産効率が悪くなる。 The nonvolatile content of the emulsion obtained after the emulsion polymerization reaction is preferably 20 to 60%. When the non-volatile content is in the range of 20 to 60%, it becomes easy to maintain the fluidity and dispersion stability of the obtained emulsion. Moreover, it is preferable also from the point of the production efficiency of the target polymer. On the other hand, if the non-volatile content exceeds the above range, the viscosity of the emulsion is too high, so that dispersion stability may not be maintained and aggregation may occur. It may take a long time, and the production efficiency deteriorates in terms of the production amount of the target polymer.
上記エマルションの平均粒子径は特に限定されないが、好ましくは10nm〜1μmであり、より好ましくは30〜500nmである。エマルションの粒子径がこの範囲にあることで、粘度が高くなりすぎたり、分散安定性が保てず凝集する可能性を下げることができる。一方、エマルションの粒子径が前記範囲未満の場合、エマルションの粘度が高くなりすぎたり、分散安定性を保てず凝集するおそれがあり、また、前記範囲を超えると、重合体粒子の分散安定性を保つことが難しくなる。上記エマルションの平均粒子径は、動的光散乱法を測定原理とする粒子径分布測定装置により測定することができる。 The average particle size of the emulsion is not particularly limited, but is preferably 10 nm to 1 μm, and more preferably 30 to 500 nm. When the particle diameter of the emulsion is within this range, the possibility that the viscosity becomes too high or the dispersion stability cannot be maintained and aggregation is reduced can be reduced. On the other hand, when the particle diameter of the emulsion is less than the above range, the viscosity of the emulsion may be too high, or the dispersion stability may not be maintained, and aggregation may occur, and if it exceeds the above range, the dispersion stability of the polymer particles may be increased. It becomes difficult to keep. The average particle size of the emulsion can be measured by a particle size distribution measuring apparatus using a dynamic light scattering method as a measurement principle.
水溶性重合体(A1)は、上記のような方法で得られた重合体粒子(水分散体)をアルカリ金属塩で中和して得ることが好ましい。アルカリ金属塩とはリチウム、ナトリウム、カリウム等の塩である。これらの金属塩で中和するためには、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸リチウム等の水溶液を用いることができ、好ましくは水酸化リチウム、炭酸水素リチウム、炭酸リチウムである。これらの金属塩で中和することにより、均一な水溶液となり、外観として透明溶液となる。中和は理論カルボン酸量の50%以上であることが好ましく、65%以上であることがより好ましい。また、中和後のpHは6以上であることが好ましく、7以上9以下であることがより好ましい。 The water-soluble polymer (A1) is preferably obtained by neutralizing polymer particles (water dispersion) obtained by the above method with an alkali metal salt. The alkali metal salt is a salt of lithium, sodium, potassium or the like. In order to neutralize with these metal salts, an aqueous solution of lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydrogen carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium hydrogen carbonate, lithium carbonate or the like can be used, preferably water. Lithium oxide, lithium hydrogen carbonate, lithium carbonate. By neutralizing with these metal salts, it becomes a uniform aqueous solution and becomes a transparent solution in appearance. Neutralization is preferably 50% or more of the theoretical carboxylic acid content, more preferably 65% or more. Further, the pH after neutralization is preferably 6 or more, and more preferably 7 or more and 9 or less.
このように、水溶性重合体(A1)が、乳化重合によって合成した高分子をアルカリ金属塩で中和することにより得られるものであることもまた、本発明の好適な実施形態の1つである。 Thus, it is also one of preferred embodiments of the present invention that the water-soluble polymer (A1) is obtained by neutralizing a polymer synthesized by emulsion polymerization with an alkali metal salt. is there.
ここで、「透明溶液」とは、乳化重合した高分子をアルカリ金属塩で中和した不揮発分2質量%水溶液の全光線透過率が90〜100%であるものを意味する。すなわち、上記水溶性重合体(A1)は、不揮発分2質量%に調整した水溶液の全光線透過率が90〜100%であるものである。全光線透過率としては、95%以上であることが好ましく、97%以上であることがより好ましい。また、上記水溶性重合体(A1)は、不揮発分2質量%に調整した水溶液のヘイズが3%以下であることが好ましく、1%以下であることがより好ましい。上記全光線透過率およびヘイズは、ヘイズメーター(製品名「NDH5000」、日本電色工業株式会社製)を用いて、測定することができる。また、上記pHは、ガラス電極式水素イオン度計F−21(製品名、株式会社堀場製作所製)を用いて、25℃での値を測定することにより行うことができる。 Here, the “transparent solution” means a solution having a total light transmittance of 90 to 100% of an aqueous solution containing 2% by mass of a nonvolatile content obtained by neutralizing an emulsion polymerized polymer with an alkali metal salt. That is, the water-soluble polymer (A1) has a total light transmittance of 90 to 100% in an aqueous solution adjusted to a nonvolatile content of 2% by mass. The total light transmittance is preferably 95% or more, and more preferably 97% or more. Moreover, the water-soluble polymer (A1) preferably has a haze of an aqueous solution adjusted to 2% by mass of non-volatile content of 3% or less, and more preferably 1% or less. The total light transmittance and haze can be measured using a haze meter (product name “NDH5000”, manufactured by Nippon Denshoku Industries Co., Ltd.). Moreover, said pH can be performed by measuring the value in 25 degreeC using glass electrode type hydrogen ion meter F-21 (product name, Horiba, Ltd. make).
1.1.5.水溶性重合体(A1)の物性
水溶性重合体(A1)の重量平均分子量は5万以上であることが好ましい。水溶性重合体(A1)の重量平均分子量が5万以上であると、本実施の形態に係る保護膜用組成物の曳糸性を保護膜塗布のために最適な範囲にすることができ、均質な保護膜を作製することができる。重量平均分子量は、後述する実施例において行われているゲルパーミエーションクロマトグラフィ法(GPC法)による測定により測定することができる。
1.1.5. Physical properties of water-soluble polymer (A1) The water-soluble polymer (A1) preferably has a weight average molecular weight of 50,000 or more. When the weight average molecular weight of the water-soluble polymer (A1) is 50,000 or more, the spinnability of the composition for a protective film according to the present embodiment can be set to an optimum range for coating a protective film, A homogeneous protective film can be produced. A weight average molecular weight can be measured by the measurement by the gel permeation chromatography method (GPC method) currently performed in the Example mentioned later.
また、上記水溶性重合体(A1)は、2質量%水溶液の粘度が50〜20,000mPa・sであることが好ましく、100〜10,000mPa・sであることがより好ましく、150〜5,000mPa・sであることが特に好ましい。上記粘度は、B型粘度計(東京計器株式会社製)を用いて25±1℃、30rpmの条件で測定することができる。 The water-soluble polymer (A1) preferably has a 2% by weight aqueous solution viscosity of 50 to 20,000 mPa · s, more preferably 100 to 10,000 mPa · s, and 150 to 5, 000 mPa · s is particularly preferable. The viscosity can be measured using a B-type viscometer (manufactured by Tokyo Keiki Co., Ltd.) at 25 ± 1 ° C. and 30 rpm.
1.2.非水溶性重合体粒子(A2)
本実施の形態に係る保護膜用組成物は、非水溶性重合体粒子(A2)を含有する。以下、非水溶性重合体粒子(A2)に含有される繰り返し単位を構成する単量体と、非水溶性重合体粒子(A2)の物性、態様および製造方法等に関して詳述する。
1.2. Water-insoluble polymer particles (A2)
The composition for a protective film according to the present embodiment contains water-insoluble polymer particles (A2). Hereinafter, the monomer constituting the repeating unit contained in the water-insoluble polymer particles (A2), the physical properties of the water-insoluble polymer particles (A2), the mode, the production method, and the like will be described in detail.
1.2.1.単量体
1.2.1.1.重合性不飽和基を二つ以上有する化合物
非水溶性重合体粒子(A2)は、重合性不飽和基を二つ以上有する化合物に由来する繰り返し単位を含有することが好ましい。また、重合性不飽和基を二つ以上有する化合物に由来する繰り返し単位の含有割合は、非水溶性重合体粒子(A2)の有する繰り返し単位の全量を100質量部とした場合に、5質量部以上であることが好ましく、10質量部以上であることがより好ましい。
1.2.1. Monomer 1.2.1.1. Compound having two or more polymerizable unsaturated groups The water-insoluble polymer particles (A2) preferably contain a repeating unit derived from a compound having two or more polymerizable unsaturated groups. The content ratio of the repeating unit derived from the compound having two or more polymerizable unsaturated groups is 5 parts by mass when the total amount of the repeating units of the water-insoluble polymer particles (A2) is 100 parts by mass. Preferably, the amount is 10 parts by mass or more.
重合性不飽和基を二つ以上有する化合物に由来する繰り返し単位の含有割合が前記範囲にあると、本実施の形態に係る保護膜用組成物から作製される保護膜の耐熱性、耐溶剤性、デンドライトによる短絡を防止する機能が向上するため好ましい。さらに、本実施の形態に係る保護膜用組成物は、このような非水溶性重合体粒子(A2)を含有することにより、形成される保護膜のタフネスを向上させることができる。 When the content ratio of the repeating unit derived from the compound having two or more polymerizable unsaturated groups is within the above range, the heat resistance and solvent resistance of the protective film produced from the protective film composition according to the present embodiment It is preferable because the function of preventing a short circuit due to dendrite is improved. Furthermore, the composition for a protective film according to the present embodiment can improve the toughness of the protective film formed by containing such water-insoluble polymer particles (A2).
重合性不飽和基を二つ以上有する化合物としては、特に制限されないが、例えば多官能(メタ)アクリル酸エステル、芳香族多官能ビニル化合物等が挙げられる。 Although it does not restrict | limit especially as a compound which has two or more polymerizable unsaturated groups, For example, a polyfunctional (meth) acrylic acid ester, an aromatic polyfunctional vinyl compound, etc. are mentioned.
多官能(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば下記一般式(2)で表される化合物、多価アルコールの(ポリ)(メタ)アクリル酸エステル等が挙げられる。 Examples of the polyfunctional (meth) acrylic acid ester include a compound represented by the following general formula (2), a (poly) (meth) acrylic acid ester of a polyhydric alcohol, and the like.
上記一般式(2)中のR5の好ましい具体例としては、例えばビニル基、イソプロペニル基、アリル基、(メタ)アクリロイル基、エポキシ基、グリシジル基、ヒドロキシアルキル基等を挙げることができる。 Preferable specific examples of R 5 in the general formula (2) include, for example, vinyl group, isopropenyl group, allyl group, (meth) acryloyl group, epoxy group, glycidyl group, hydroxyalkyl group and the like.
なお、本願発明において「多官能(メタ)アクリル酸エステル」とは、(メタ)アクリロイル基を二以上有する(メタ)アクリル酸エステルの他、(メタ)アクリロイル基を一つ有し、さらに重合性の炭素−炭素不飽和結合、エポキシ基、および水酸基よりなる群から選ばれる少なくとも1種の官能基を有する(メタ)アクリル酸エステルも含まれる。 In the present invention, “polyfunctional (meth) acrylic acid ester” means (meth) acrylic acid ester having two or more (meth) acryloyl groups, one (meth) acryloyl group, and further polymerizable. (Meth) acrylic acid ester having at least one functional group selected from the group consisting of a carbon-carbon unsaturated bond, an epoxy group, and a hydroxyl group.
多官能(メタ)アクリル酸エステルとしては、ジ(メタ)アクリル酸エチレングリコール、ジ(メタ)アクリル酸プロピレングリコール、トリ(メタ)アクリル酸トリメチロールプロパン、テトラ(メタ)アクリル酸ペンタエリスリトール、ヘキサ(メタ)アクリル酸ジペンタエリスリトール、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシメチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸アリル等を挙げることができ、これらから選択される1種以上であることができる。これらのうち、ジ(メタ)アクリル酸エチレングリコール、トリ(メタ)アクリル酸トリメチロール
プロパンおよび(メタ)アクリル酸アリルよりなる群から選択される少なくとも1種以上であることが好ましく、ジ(メタ)アクリル酸エチレングリコールであることが特に好ましい。上記例示した多官能(メタ)アクリル酸エステルは、1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。
Polyfunctional (meth) acrylic acid esters include ethylene glycol di (meth) acrylate, propylene glycol di (meth) acrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate, pentaerythritol tetra (meth) acrylate, hexa ( Examples thereof include dipentaerythritol (meth) acrylate, glycidyl (meth) acrylate, 2-hydroxymethyl (meth) acrylate, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, allyl (meth) acrylate, and the like. It can be one or more selected. Among these, at least one selected from the group consisting of ethylene glycol di (meth) acrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate and allyl (meth) acrylate is preferable. Particularly preferred is ethylene glycol acrylate. The polyfunctional (meth) acrylic acid ester exemplified above may be used alone or in combination of two or more.
芳香族多官能ビニル化合物としては、例えば下記一般式(3)で表される化合物を好ましく使用することができる。 As the aromatic polyfunctional vinyl compound, for example, a compound represented by the following general formula (3) can be preferably used.
上記一般式(3)中のR6としては、例えば炭素数2〜12のビニレン基、アリル基、ビニル基、イソプロペニル基等を挙げることができ、これらの中でも炭素数1〜12のビニレン基であることが好ましい。上記一般式(3)中のR7としては、例えば水素原子、メチル基、エチル基等を挙げることができる。 Examples of R 6 in the general formula (3) include a vinylene group having 2 to 12 carbon atoms, an allyl group, a vinyl group, and an isopropenyl group, and among these, a vinylene group having 1 to 12 carbon atoms. It is preferable that Examples of R 7 in the general formula (3) include a hydrogen atom, a methyl group, and an ethyl group.
芳香族多官能ビニル化合物としては、ジビニルベンゼン、ジイソプロペニルベンゼン等の芳香族ジビニル化合物が挙げられるが、これらに制限されるものではない。これらのうち、ジビニルベンゼンであることが好ましい。上記例示した芳香族多官能ビニル化合物は、1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。 Examples of the aromatic polyfunctional vinyl compound include aromatic divinyl compounds such as divinylbenzene and diisopropenylbenzene, but are not limited thereto. Of these, divinylbenzene is preferred. The aromatic polyfunctional vinyl compounds exemplified above may be used alone or in combination of two or more.
重合性不飽和基を二つ以上有する化合物としては、上記で説明した多官能(メタ)アクリル酸エステルおよび芳香族多官能ビニル化合物よりなる群から選ばれる少なくとも1種を好ましく使用することができる。これらの中でも芳香族ジビニル化合物であることがより好ましく、ジビニルベンゼンが特に好ましい。また、水溶性重合体(A1)が重合性不飽和基を二つ以上有する化合物に由来する繰り返し単位を有する場合、非水溶性重合体粒子(A2)は水溶性重合体(A1)と同じ重合性不飽和基を二つ以上有する化合物に由来する繰り返し単位を有することが好ましい。 As the compound having two or more polymerizable unsaturated groups, at least one selected from the group consisting of the polyfunctional (meth) acrylic acid ester and the aromatic polyfunctional vinyl compound described above can be preferably used. Among these, aromatic divinyl compounds are more preferable, and divinylbenzene is particularly preferable. When the water-soluble polymer (A1) has a repeating unit derived from a compound having two or more polymerizable unsaturated groups, the water-insoluble polymer particles (A2) are polymerized in the same manner as the water-soluble polymer (A1). It is preferable to have a repeating unit derived from a compound having two or more polymerizable unsaturated groups.
非水溶性重合体粒子(A2)がジビニルベンゼンに由来する繰り返し単位を含有する場合、ジビニルベンゼンの含有割合は、全モノマーに対して、好ましくは20〜100質量%、より好ましくは50〜100質量%、特に好ましくは80〜100質量%である。ジビニルベンゼンの含有割合が前記範囲であると、得られる非水溶性重合体粒子(A2)は、耐熱性および耐電解液性がより優れる。 When the water-insoluble polymer particles (A2) contain a repeating unit derived from divinylbenzene, the content ratio of divinylbenzene is preferably 20 to 100% by mass, more preferably 50 to 100% by mass with respect to the total monomers. %, Particularly preferably 80 to 100% by mass. When the content ratio of divinylbenzene is within the above range, the obtained water-insoluble polymer particles (A2) are more excellent in heat resistance and electrolytic solution resistance.
1.2.1.2.フッ素原子を有する単量体
非水溶性重合体粒子(A2)は、フッ素原子を有する単量体に由来する繰り返し単位を含有することが好ましい。フッ素原子を有する単量体としては、例えばフッ素原子を有するオレフィン化合物、フッ素原子を有する(メタ)アクリル酸エステル等が挙げられる。フッ素原子を有するオレフィン化合物としては、例えばフッ化ビニリデン、四フッ化エチレン、六フッ化プロピレン、三フッ化塩化エチレン、パーフルオロアルキルビニルエーテ
ル等が挙げられる。フッ素原子を有する(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば下記一般式(4)で表される化合物、(メタ)アクリル酸3[4[1−トリフルオロメチル−2,2−ビス[ビス(トリフルオロメチル)フルオロメチル]エチニルオキシ]ベンゾオキシ]2−ヒドロキシプロピル等が挙げられる。
1.2.1.2. Monomer having fluorine atom The water-insoluble polymer particles (A2) preferably contain a repeating unit derived from a monomer having a fluorine atom. Examples of the monomer having a fluorine atom include an olefin compound having a fluorine atom and a (meth) acrylic acid ester having a fluorine atom. Examples of the olefin compound having a fluorine atom include vinylidene fluoride, tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, ethylene trifluoride chloride, and perfluoroalkyl vinyl ether. As the (meth) acrylic acid ester having a fluorine atom, for example, a compound represented by the following general formula (4), (meth) acrylic acid 3 [4 [1-trifluoromethyl-2,2-bis [bis (tri Fluoromethyl) fluoromethyl] ethynyloxy] benzooxy] 2-hydroxypropyl and the like.
上記一般式(4)中のR9としては、例えば炭素数1〜12のフッ化アルキル基、炭素数6〜16のフッ化アリール基、炭素数7〜18のフッ化アラルキル基等を挙げることができ、これらの中でも炭素数1〜12のフッ化アルキル基であることが好ましい。上記一般式(4)中のR9の好ましい具体例としては、例えば2,2,2−トリフルオロエチル基、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル基、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン−2−イル基、β−(パーフルオロオクチル)エチル基、2,2,3,3−テトラフルオロプロピル基、2,2,3,4,4,4−ヘキサフルオロブチル基、1H,1H,5H−オクタフルオロペンチル基、1H,1H,9H−パーフルオロ−1−ノニル基、1H,1H,11H−パーフルオロウンデシル基、パーフルオロオクチル基等を挙げることができる。フッ素原子を有する単量体としては、これらのうち、フッ素原子を有するオレフィン化合物が好ましく、フッ化ビニリデン、四フッ化エチレンおよび六フッ化プロピレンよりなる群から選ばれる少なくとも1種であることがより好ましい。上記フッ素原子を有する単量体は、1種のみを使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。 Examples of R 9 in the general formula (4) include a fluorinated alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, a fluorinated aryl group having 6 to 16 carbon atoms, and a fluorinated aralkyl group having 7 to 18 carbon atoms. Among these, a fluorinated alkyl group having 1 to 12 carbon atoms is preferable. Preferable specific examples of R 9 in the general formula (4) include, for example, 2,2,2-trifluoroethyl group, 2,2,3,3,3-pentafluoropropyl group, 1,1,1, 3,3,3-hexafluoropropan-2-yl group, β- (perfluorooctyl) ethyl group, 2,2,3,3-tetrafluoropropyl group, 2,2,3,4,4,4- Hexafluorobutyl group, 1H, 1H, 5H-octafluoropentyl group, 1H, 1H, 9H-perfluoro-1-nonyl group, 1H, 1H, 11H-perfluoroundecyl group, perfluorooctyl group, etc. Can do. Of these, the monomer having a fluorine atom is preferably an olefin compound having a fluorine atom, more preferably at least one selected from the group consisting of vinylidene fluoride, tetrafluoroethylene and hexafluoropropylene. preferable. The monomer having a fluorine atom may be used alone or in combination of two or more.
1.2.1.3.不飽和カルボン酸
上記非水溶性重合体粒子(A2)は、不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位を含有することが好ましい。不飽和カルボン酸としては、例えばアクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等の、モノカルボン酸またはジカルボン酸を挙げることができ、これらから選択される1種以上を使用することができる。不飽和カルボン酸としては、アクリル酸およびメタクリル酸から選択される1種以上を使用することが好ましく、アクリル酸がより好ましい。
1.2.1.3. Unsaturated carboxylic acid The water-insoluble polymer particles (A2) preferably contain a repeating unit derived from an unsaturated carboxylic acid. Examples of the unsaturated carboxylic acid include monocarboxylic acids or dicarboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, maleic acid, fumaric acid, and itaconic acid, and one or more selected from these are used. can do. As the unsaturated carboxylic acid, it is preferable to use one or more selected from acrylic acid and methacrylic acid, and acrylic acid is more preferable.
非水溶性重合体粒子(A2)100質量部における不飽和カルボン酸に由来する繰り返し単位の含有割合は、0〜10質量部であることが好ましい。 The content ratio of the repeating unit derived from the unsaturated carboxylic acid in 100 parts by mass of the water-insoluble polymer particles (A2) is preferably 0 to 10 parts by mass.
1.2.1.4.共役ジエン化合物
上記非水溶性重合体粒子(A2)は、共役ジエン化合物に由来する繰り返し単位をさらに含有してもよい。共役ジエン化合物としては、例えば1,3−ブタジエン、2−メチル−1,3−ブタジエン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、2−クロル−1,3−ブタジエンなどを挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上であることができる。これらの中でも、1,3−ブタジエンが特に好ましい。
1.2.1.4. Conjugated diene compound The water-insoluble polymer particles (A2) may further contain a repeating unit derived from a conjugated diene compound. Examples of the conjugated diene compound include 1,3-butadiene, 2-methyl-1,3-butadiene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 2-chloro-1,3-butadiene and the like. , One or more selected from these. Among these, 1,3-butadiene is particularly preferable.
1.2.1.5.その他の不飽和単量体
非水溶性重合体粒子(A2)には、上述の繰り返し単位の他に、これらと共重合可能な他の不飽和単量体に由来する繰り返し単位がさらに含まれていてもよい。
1.2.1.5. Other unsaturated monomers The water-insoluble polymer particles (A2) further contain repeating units derived from other unsaturated monomers copolymerizable therewith in addition to the above-mentioned repeating units. May be.
このような不飽和単量体としては、例えば不飽和カルボン酸エステル(但し、上記重合性不飽和基を二つ以上有する化合物および上記フッ素原子を有する単量体に該当するものを除く。)、α,β−不飽和ニトリル化合物、芳香族ビニル化合物(但し、上記重合性不飽和基を二つ以上有する化合物に該当するものを除く。)およびその他の単量体が挙げられる。 As such an unsaturated monomer, for example, an unsaturated carboxylic acid ester (excluding those corresponding to the compound having two or more polymerizable unsaturated groups and the monomer having a fluorine atom), Examples include α, β-unsaturated nitrile compounds, aromatic vinyl compounds (excluding those corresponding to the compounds having two or more polymerizable unsaturated groups) and other monomers.
上記不飽和カルボン酸エステルとしては、(メタ)アクリル酸エステルを好ましく使用することができ、例えば(メタ)アクリル酸のアルキルエステル、(メタ)アクリル酸のシクロアルキルエステル等が挙げられる。上記(メタ)アクリル酸のアルキルエステルとしては、炭素数1〜10のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸のアルキルエステルが好ましく、例えば(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−プロピル、(メタ)アクリル酸i−プロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸i−ブチル、(メタ)アクリル酸n−アミル、(メタ)アクリル酸i−アミル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸n−オクチル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸デシル等が挙げられる。上記(メタ)アクリル酸のシクロアルキルエステルとしては、例えば(メタ)アクリル酸シクロヘキシル等が挙げられる。上記例示した不飽和カルボン酸エステルは、1種単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。これらのうち、(メタ)アクリル酸のアルキルエステルであることが好ましく、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−ブチルおよびアクリル酸2−エチルヘキシルから選択される1種以上を使用することがより好ましい。 As the unsaturated carboxylic acid ester, a (meth) acrylic acid ester can be preferably used, and examples thereof include an alkyl ester of (meth) acrylic acid and a cycloalkyl ester of (meth) acrylic acid. The alkyl ester of (meth) acrylic acid is preferably an alkyl ester of (meth) acrylic acid having an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, such as methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, (meth N-propyl acrylate, i-propyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, i-butyl (meth) acrylate, n-amyl (meth) acrylate, i- (meth) acrylate Examples include amyl, hexyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, n-octyl (meth) acrylate, nonyl (meth) acrylate, and decyl (meth) acrylate. Examples of the cycloalkyl ester of (meth) acrylic acid include cyclohexyl (meth) acrylate. The unsaturated carboxylic acid ester exemplified above may be used alone or in combination of two or more. Among these, it is preferable that it is an alkyl ester of (meth) acrylic acid, and is selected from methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate and 2-ethylhexyl acrylate. It is more preferable to use one or more.
上記α,β−不飽和ニトリル化合物としては、例えばアクリロニトリル、メタクリロニトリル、α−クロルアクリロニトリル、α−エチルアクリロニトリル、シアン化ビニリデン等が挙げられ、これらから選択される1種以上を使用することができる。これらのうち、アクリロニトリルおよびメタクリロニトリルよりなる群から選択される1種以上が好ましく、特にアクリロニトリルが好ましい。 Examples of the α, β-unsaturated nitrile compound include acrylonitrile, methacrylonitrile, α-chloroacrylonitrile, α-ethylacrylonitrile, vinylidene cyanide, and one or more selected from these may be used. it can. Among these, at least one selected from the group consisting of acrylonitrile and methacrylonitrile is preferable, and acrylonitrile is particularly preferable.
上記芳香族ビニル化合物としては、例えばスチレン、α−メチルスチレン、p−メチルスチレン、ビニルトルエン、クロルスチレン、エチルビニルベンゼンなどを挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上であることができる。芳香族ビニル化合物としては、上記のうち特にスチレンであることが好ましい。 Examples of the aromatic vinyl compound include styrene, α-methylstyrene, p-methylstyrene, vinyltoluene, chlorostyrene, ethylvinylbenzene, and the like. Can do. Among the above, the aromatic vinyl compound is particularly preferably styrene.
上記その他の単量体としては、(メタ)アクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド等の不飽和カルボン酸のアルキルアミド;アミノエチルアクリルアミド、ジメチルアミノメチルメタクリルアミド、メチルアミノプロピルメタクリルアミドなどの不飽和カルボン酸のアミノアルキルアミド等を挙げることができ、これらから選択される1種以上を使用することができる。 Examples of the other monomers include alkyl amides of unsaturated carboxylic acids such as (meth) acrylamide and N-methylol acrylamide; unsaturated carboxylic acids such as aminoethyl acrylamide, dimethylaminomethyl methacrylamide and methylaminopropyl methacrylamide. An aminoalkylamide etc. can be mentioned and 1 or more types selected from these can be used.
非水溶性重合体粒子(A2)100質量部における不飽和カルボン酸エステルに由来する繰り返し単位の含有割合は、1〜85質量部であることが好ましく、10〜80質量部であることがより好ましい。 The content ratio of the repeating unit derived from the unsaturated carboxylic acid ester in 100 parts by mass of the water-insoluble polymer particles (A2) is preferably 1 to 85 parts by mass, and more preferably 10 to 80 parts by mass. .
非水溶性重合体粒子(A2)100質量部におけるα,β−不飽和ニトリル化合物に由来する繰り返し単位の含有割合は、5〜85質量部であることが好ましく、10〜80質量部であることがより好ましい。 The content ratio of the repeating unit derived from the α, β-unsaturated nitrile compound in 100 parts by mass of the water-insoluble polymer particles (A2) is preferably 5 to 85 parts by mass, and 10 to 80 parts by mass. Is more preferable.
非水溶性重合体粒子(A2)100質量部における芳香族ビニル化合物に由来する繰り返し単位の含有割合は、1〜90質量部であることが好ましく、5〜85質量部であることがより好ましい。 The content ratio of the repeating unit derived from the aromatic vinyl compound in 100 parts by mass of the water-insoluble polymer particles (A2) is preferably 1 to 90 parts by mass, and more preferably 5 to 85 parts by mass.
1.2.2.非水溶性重合体粒子(A2)の物性
1.2.2.1.平均粒子径(Da2)
上記非水溶性重合体粒子(A2)の平均粒子径(Da2)は、100〜3000nmの範囲内であることが好ましく、100〜1500nmの範囲内であることがより好ましい。なお、非水溶性重合体粒子(A2)の平均粒子径(Da2)は、多孔質膜であるセパレーターの平均孔径よりも大きいことが好ましい。これにより、セパレーターへのダメージを軽減し、非水溶性重合体粒子(A2)がセパレーターの微多孔に詰まることを防ぐことができる。
1.2.2. Physical properties of water-insoluble polymer particles (A2) 1.2.2.1. Average particle size (Da2)
The average particle diameter (Da2) of the water-insoluble polymer particles (A2) is preferably in the range of 100 to 3000 nm, and more preferably in the range of 100 to 1500 nm. In addition, it is preferable that the average particle diameter (Da2) of the water-insoluble polymer particles (A2) is larger than the average pore diameter of the separator that is a porous film. Thereby, the damage to a separator can be reduced and it can prevent that a water-insoluble polymer particle (A2) is clogged with the microporous of a separator.
上記非水溶性重合体粒子(A2)の平均粒子径(Da2)とは、光散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置を用いて粒度分布を測定し、小さい粒子から粒子を累積したときの粒子数の累積度数が50%となる粒子径(D50)の値である。このような粒度分布測定装置としては、例えばコールターLS230、LS100、LS13 320(以上、Beckman Coulter.Inc製)や、FPAR−1000(大塚電子株式会社製)等を挙げることができる。これらの粒度分布測定装置は、非水溶性重合体粒子(A2)の一次粒子だけを評価対象とするものではなく、一次粒子が凝集して形成された二次粒子をも評価対象とすることができる。したがって、これらの粒度分布測定装置によって測定された粒度分布は、組成物中に含まれる非水溶性重合体粒子(A2)の分散状態の指標とすることができる。 The average particle diameter (Da2) of the water-insoluble polymer particles (A2) is a particle size distribution measured using a particle size distribution measuring apparatus based on the light scattering method, and the particles are accumulated from small particles. This is the value of the particle diameter (D50) at which the cumulative frequency of the number of particles is 50%. Examples of such a particle size distribution measuring apparatus include Coulter LS230, LS100, LS13320 (above, manufactured by Beckman Coulter. Inc), FPAR-1000 (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.), and the like. These particle size distribution measuring devices are not intended to evaluate only the primary particles of the water-insoluble polymer particles (A2), but may also be evaluated as secondary particles formed by aggregation of the primary particles. it can. Therefore, the particle size distribution measured by these particle size distribution measuring devices can be used as an indicator of the dispersion state of the water-insoluble polymer particles (A2) contained in the composition.
1.2.2.2.トルエン不溶分
上記非水溶性重合体粒子(A2)のトルエン不溶分は、90%以上であることが好ましく、95%以上であることがより好ましく、100%、すなわち溶解しないことが最も好ましい。トルエン不溶分は、蓄電デバイスで使用する電解液への不溶分量とほぼ比例すると推測される。このため、トルエン不溶分が前記範囲であれば、蓄電デバイスを作製して、長期間にわたり充放電を繰り返した場合でも電解液への重合体の溶出を抑制できるため、保護膜の機械的な特性変化を抑制することができるため良好であると推測できる。
1.2.2.2. Toluene-insoluble content The toluene-insoluble content of the water-insoluble polymer particles (A2) is preferably 90% or more, more preferably 95% or more, and most preferably 100%, that is, not dissolved. It is presumed that the toluene insoluble content is approximately proportional to the amount of insoluble content in the electrolytic solution used in the electricity storage device. For this reason, if the toluene insoluble content is in the above range, it is possible to suppress the elution of the polymer into the electrolyte even when a power storage device is manufactured and charging / discharging is repeated over a long period of time. It can be inferred that it is favorable because the change can be suppressed.
トルエン不溶分は、以下のようにして算出することができる。非水溶性重合体粒子(A2)を含む水分散体100gをテフロン(登録商標)シャーレへ秤り取り、120℃で1時間乾燥する。得られた固形物をめのう乳鉢で粉砕して粉体を得る。この得られた粉体のうちの1gをトルエン400mL中に浸漬して50℃で3時間振とうする。次いで、トルエン相を300メッシュの金網で濾過して不溶分を分離した後、溶解分のトルエンを蒸発除去して得た残存物の重量(Y(g))を測定した値から、下記数式(1)によってトルエン不溶分を求める。
トルエン不溶分(%)=((1−Y)/1)×100 ・・・・・(5)
The toluene insoluble content can be calculated as follows. 100 g of an aqueous dispersion containing water-insoluble polymer particles (A2) is weighed into a Teflon (registered trademark) petri dish and dried at 120 ° C. for 1 hour. The obtained solid is pulverized in an agate mortar to obtain a powder. 1 g of the obtained powder is immersed in 400 mL of toluene and shaken at 50 ° C. for 3 hours. Next, the toluene phase was filtered through a 300-mesh wire mesh to separate insoluble components, and the weight (Y (g)) of the residue obtained by evaporating and removing the dissolved toluene was measured. The toluene insoluble matter is obtained by 1).
Toluene insoluble content (%) = ((1-Y) / 1) × 100 (5)
1.2.2.3.空気雰囲気下で10重量%減量する温度(T10)
上記非水溶性重合体粒子(A2)が空気雰囲気下で10重量%減量する温度(T10)は、320℃以上であることが好ましく、350℃以上であることがより好ましい。非水溶性重合体粒子(A2)が空気雰囲気下で10重量%減量する温度(T10)は、電池内部での高温・高電圧時の酸化に対する化学的安定性に相関すると推測される。このため、非水溶性重合体粒子(A2)が空気雰囲気下で10重量%減量する温度(T10)が前記温度範囲であれば、電池内部での高温・高電圧時の酸化に対する安定性が向上して、重合体粒子の分解反応が起こりにくくなるため残存容量率が良好となる。
1.2.2.3. The temperature at which weight loss of 10 wt% in an air atmosphere (T 10)
The temperature (T 10 ) at which the water-insoluble polymer particles (A2) are reduced by 10% by weight in an air atmosphere is preferably 320 ° C. or higher, and more preferably 350 ° C. or higher. The temperature (T 10 ) at which the water-insoluble polymer particles (A2) are reduced by 10% by weight in an air atmosphere is presumed to correlate with the chemical stability against oxidation at high temperature and high voltage inside the battery. Therefore, if the temperature (T 10 ) at which the water-insoluble polymer particles (A2) are reduced by 10% by weight in the air atmosphere is within the above temperature range, the stability against oxidation at high temperature and high voltage inside the battery is improved. As a result, the decomposition rate of the polymer particles is less likely to occur, so that the remaining capacity ratio is improved.
非水溶性重合体粒子(A2)の重量が空気雰囲気下で10重量%減量する温度(T10)は、以下のようにして測定することができる。非水溶性重合体粒子(A2)を含む水分散体100gをテフロン(登録商標)シャーレへ秤り取り、120℃で1時間乾燥する。得られた固形物をめのう乳鉢で粉砕して粉体を得る。この粉体を熱分析装置(例えば、株式会社島津製作所製、型式「DTG−60A」)にて熱重量分析を行う。その結果、空気雰囲気下、昇温速度20℃/分で加熱したときに、非水溶性重合体粒子(A2)の重量が空気雰囲気下で10重量%減量する温度を(T10)とする。 The temperature (T 10 ) at which the weight of the water-insoluble polymer particles (A2) is reduced by 10% by weight in an air atmosphere can be measured as follows. 100 g of an aqueous dispersion containing water-insoluble polymer particles (A2) is weighed into a Teflon (registered trademark) petri dish and dried at 120 ° C. for 1 hour. The obtained solid is pulverized in an agate mortar to obtain a powder. The powder is subjected to thermogravimetric analysis with a thermal analyzer (for example, model “DTG-60A” manufactured by Shimadzu Corporation). As a result, the temperature at which the weight of the water-insoluble polymer particles (A2) is reduced by 10% by weight in the air atmosphere when heated at a heating rate of 20 ° C./min in an air atmosphere is defined as (T 10 ).
1.2.3.非水溶性重合体粒子(A2)の態様
非水溶性重合体粒子(A2)をJIS K7121に準拠する示差走査熱量測定(DSC)によって測定した場合、−50℃〜+300℃の範囲内で非水溶性重合体粒子(A2)は吸熱ピークが観測されない。これは非水溶性重合体粒子(A2)が前記重合性不飽和基を二つ以上有する化合物により架橋されていることを示している。これにより、保護膜用組成物から得られる保護膜に耐熱性と強度を付与することができる。
1.2.3. Aspect of water-insoluble polymer particles (A2) When water-insoluble polymer particles (A2) are measured by differential scanning calorimetry (DSC) in accordance with JIS K7121, water-insoluble polymer particles (A2) are in the range of −50 ° C. to + 300 ° C. The endothermic peak is not observed in the conductive polymer particles (A2). This indicates that the water-insoluble polymer particles (A2) are crosslinked with a compound having two or more polymerizable unsaturated groups. Thereby, heat resistance and intensity | strength can be provided to the protective film obtained from the composition for protective films.
また、非水溶性重合体粒子(A2)は、その内部に1つ以上の空孔を有する粒子であることが好ましい。非水溶性重合体粒子(A2)がその内部に1つ以上の空孔を有する場合、得られる保護膜の電解液の浸透性や保液性が向上し、良好な充放電特性を発現させることができる。このような粒子の構造としては、例えば、粒子の内部に空孔を有する中空構造であってもよく、また粒子の表面から内部(コア)にかけて複数の空孔を有するコアシェル型の構造であってもよい。 The water-insoluble polymer particles (A2) are preferably particles having one or more pores therein. When the water-insoluble polymer particles (A2) have one or more pores therein, the permeability and liquid retention of the electrolyte solution of the obtained protective film are improved, and good charge / discharge characteristics are exhibited. Can do. The particle structure may be, for example, a hollow structure having pores inside the particle, or a core-shell type structure having a plurality of pores from the surface of the particle to the inside (core). Also good.
非水溶性重合体粒子(A2)がその内部に1つ以上の空孔を有する場合、容積空孔率は1%〜80%であることが好ましく、2%〜70%であることがより好ましく、5%〜60%であることが特に好ましい。容積空孔率がこの範囲にあることで、得られる保護膜の電解液の浸透性や保液性と、タフネスの向上とを両立することができる。 When the water-insoluble polymer particles (A2) have one or more pores therein, the volume porosity is preferably 1% to 80%, more preferably 2% to 70%. It is particularly preferably 5% to 60%. When the volumetric porosity is in this range, it is possible to achieve both the permeability and liquid retention of the electrolytic solution of the protective film obtained and the improvement of toughness.
非水溶性重合体粒子(A2)の容積空孔率は、非水溶性重合体粒子(A2)について電子顕微鏡(株式会社日立ハイテクノロジーズ製、日立透過型電子顕微鏡 H−7650)により観察し、無作為に抽出した100個の粒子の平均粒子径および粒子内径を測定し、下記式(6)により算出した。
容積空孔率(%)=(粒子内径)3/(平均粒子径)3×100 ・・・・・(6)
The volume porosity of the water-insoluble polymer particles (A2) was observed with an electron microscope (Hitachi High-Technologies Corporation, Hitachi transmission electron microscope H-7650) for the water-insoluble polymer particles (A2). The average particle diameter and particle inner diameter of 100 particles extracted randomly were measured and calculated by the following formula (6).
Volume porosity (%) = (particle inner diameter) 3 / (average particle diameter) 3 × 100 (6)
1.2.4.非水溶性重合体粒子(A2)の製造方法
本実施の形態に係る保護膜用組成物に含まれる非水溶性重合体粒子(A2)は、上記のような構成をとるものである限り、その合成方法は特に限定されないが、具体的には乳化重合、播種乳化重合、懸濁重合、播種懸濁重合、溶液析出重合等の方法を用いることが好ましい。このうち、乳化重合、播種乳化重合が好ましい。このうち粒子径分布を均一に制御しやすいことから播種乳化重合が特に好ましい。
1.2.4. Method for Producing Water-Insoluble Polymer Particles (A2) As long as the water-insoluble polymer particles (A2) contained in the protective film composition according to the present embodiment have the above-described configuration, The synthesis method is not particularly limited, but specifically, it is preferable to use methods such as emulsion polymerization, seeding emulsion polymerization, suspension polymerization, seeding suspension polymerization, and solution precipitation polymerization. Among these, emulsion polymerization and seeding emulsion polymerization are preferable. Of these, seeding emulsion polymerization is particularly preferred because the particle size distribution can be easily controlled uniformly.
また、非水溶性重合体粒子(A2)が中空構造である場合には、特開2002−30113号公報や特開2009−120784号公報、特開昭62−127336号に記載されている方法に準じて作製することができ、コアシェル型である場合には特開平4−98201号公報に記載されている方法に準じて作製することができる。 When the water-insoluble polymer particles (A2) have a hollow structure, the methods described in JP-A-2002-30113, JP-A-2009-120784, and JP-A-62-127336 are used. In the case of the core-shell type, it can be manufactured according to the method described in JP-A-4-98201.
1.3.水系媒体
本実施の形態に係る保護膜用組成物は、さらに水系媒体を含有する。上記水系媒体は、水を含有する媒体であることが好ましい。この水系媒体は、水以外に少量の非水系媒体を含有することができる。このような非水系媒体としては、例えばアミド化合物、炭化水素
、アルコール、ケトン、エステル、アミン化合物、ラクトン、スルホキシド、スルホン化合物等を挙げることができ、これらのうちから選択される1種以上を使用することができる。このような非水系媒体の含有割合は、水系媒体の全部に対して、好ましくは10質量%以下であり、より好ましくは5質量%以下である。水系媒体は、非水系媒体を含有せずに水のみからなるものであることが最も好ましい。
1.3. Aqueous medium The composition for a protective film according to the present embodiment further contains an aqueous medium. The aqueous medium is preferably a medium containing water. This aqueous medium can contain a small amount of non-aqueous medium in addition to water. Examples of such non-aqueous media include amide compounds, hydrocarbons, alcohols, ketones, esters, amine compounds, lactones, sulfoxides, sulfone compounds, and the like, and one or more selected from these are used. can do. The content ratio of such a non-aqueous medium is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, based on the entire aqueous medium. Most preferably, the aqueous medium is composed only of water without containing a non-aqueous medium.
本実施の形態に係る保護膜用組成物は、媒体として水系媒体を使用し、好ましくは水以外の非水系媒体を含有しないことにより、環境に対する悪影響を与える程度が低く、取扱作業者に対する安全性も高くなる。 The composition for a protective film according to the present embodiment uses an aqueous medium as a medium, and preferably contains no non-aqueous medium other than water, so that the degree of adverse effects on the environment is low, and safety for handling workers. Also gets higher.
1.4.その他の成分
本実施の形態に係る保護膜用組成物は、必要に応じて、界面活性剤等のその他の成分を含有することができる。
1.4. Other components The composition for protective films which concerns on this Embodiment can contain other components, such as surfactant, as needed.
1.4.1.界面活性剤
本実施の形態に係る保護膜用組成物は、その分散性および分散安定性を改善する観点から界面活性剤を含有することができる。界面活性剤としては、例えばアニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、両性界面活性剤、フッ素系界面活性剤等を挙げることができる。
1.4.1. Surfactant The composition for a protective film according to the present embodiment can contain a surfactant from the viewpoint of improving its dispersibility and dispersion stability. Examples of the surfactant include an anionic surfactant, a nonionic surfactant, an amphoteric surfactant, and a fluorosurfactant.
上記アニオン性界面活性剤としては、例えば高級アルコールの硫酸エステル、アルキルベンゼンスルホン酸塩、脂肪族スルホン酸塩、ポリエチレングリコールアルキルエーテルの硫酸エステル等を;上記ノニオン性界面活性剤としては、例えばポリエチレングリコールのアルキルエステル、ポリエチレングリコールのアルキルエーテル、ポリエチレングリコールのアルキルフェニルエーテル等を、それぞれ挙げることができる。 Examples of the anionic surfactant include sulfates of higher alcohols, alkylbenzene sulfonates, aliphatic sulfonates, sulfates of polyethylene glycol alkyl ethers, etc .; examples of the nonionic surfactants include polyethylene glycol Examples thereof include alkyl esters, alkyl ethers of polyethylene glycol, alkyl phenyl ethers of polyethylene glycol, and the like.
上記両性界面活性剤としては、例えば、アニオン部分が、カルボン酸塩、硫酸エステル塩、スルホン酸塩またはリン酸エステル塩等からなり、そしてカチオン部分が、アミン塩、第4級アンモニウム塩等からなるものを挙げることができる。このような両性界面活性剤の具体例としては、例えばラウリルベタイン、ステアリルベタイン等のベタイン化合物;ラウリル−β−アラニン、ラウリルジ(アミノエチル)グリシン、オクチルジ(アミノエチル)グリシン等のアミノ酸タイプの界面活性剤を挙げることができる。 As the amphoteric surfactant, for example, the anion portion is composed of a carboxylate salt, a sulfate ester salt, a sulfonate salt or a phosphate ester salt, and the cation portion is composed of an amine salt, a quaternary ammonium salt or the like. Things can be mentioned. Specific examples of such amphoteric surfactants include betaine compounds such as lauryl betaine and stearyl betaine; surface activity of amino acid types such as lauryl-β-alanine, lauryl di (aminoethyl) glycine, octyldi (aminoethyl) glycine, and the like. An agent can be mentioned.
上記フッ素系界面活性剤としては、例えばフルオロブチルスルホン酸塩、フルオロアルキル基を有するリン酸エステル、フルオロアルキル基を有するカルボン酸塩、フルオロアルキルエチレンオキシド付加物等を挙げることができる。このようなフッ素系界面活性剤の市販品としては、例えばエフトップEF301、EF303、EF352(以上、株式会社トーケムプロダクツ製);メガファックF171、F172、F173(以上、DIC株式会社製);フロラードFC430、FC431(以上、住友スリーエム株式会社製);アサヒガードAG710、サーフロンS−381、S−382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106、サーフィノールE1004、KH−10、KH−20、KH−30、KH−40(以上、旭硝子株式会社製);フタージェント250、251、222F、FTX−218(以上、株式会社ネオス製)等を挙げることができる。乳化剤としては、上記のうちから選択される1種または2種以上を使用することができる。
Examples of the fluorosurfactant include fluorobutyl sulfonate, phosphoric acid ester having a fluoroalkyl group, carboxylate having a fluoroalkyl group, and a fluoroalkylethylene oxide adduct. Examples of such commercially available fluorosurfactants include F-top EF301, EF303, EF352 (above, manufactured by Tochem Products Co., Ltd.); Megafac F171, F172, F173 (above, manufactured by DIC Corporation); FC430, FC431 (above, manufactured by Sumitomo 3M Limited); Asahi Guard AG710, Surflon S-381, S-382, SC101, SC102, SC103, SC104, SC105, SC106, Surfinol E1004, KH-10, KH-20, KH-30, KH-40 (above, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.);
1.5.保護膜用組成物の製造方法
本実施の形態に係る保護膜用組成物は、非水溶性重合体粒子(A2)100質量部に対して、水溶性重合体(A1)を0.1〜2000質量部の割合で含有されていることが好ましく、3〜1500質量部の割合で含有されていることがより好ましく、5〜1000
質量部の割合で含有されていることが特に好ましい。なお、上記の含有割合は、正極または負極の一方の面やセパレーターの表面に保護膜を形成する場合と、正極または負極とセパレーターとの間に介在する接着層としての機能を有する保護膜を形成する場合と、で好ましい範囲が異なる。
1.5. Manufacturing method of composition for protective film The composition for protective film which concerns on this Embodiment is 0.1-2000 water-soluble polymer (A1) with respect to 100 mass parts of water-insoluble polymer particles (A2). It is preferably contained in a proportion of parts by mass, more preferably contained in a proportion of 3 to 1500 parts by mass, and 5 to 1000.
It is particularly preferable that it is contained at a ratio of parts by mass. In addition, the above-mentioned content ratio forms a protective film having a function as an adhesive layer interposed between the positive electrode or the negative electrode and the separator when forming a protective film on one surface of the positive electrode or the negative electrode or the surface of the separator. The preferred range differs depending on the case.
本実施の形態に係る保護膜用組成物を正極または負極の一方の面やセパレーターの表面に形成される保護膜用として使用する場合、非水溶性重合体粒子(A2)100質量部に対して、上述の保護膜用組成物に含まれている水溶性重合体(A1)が、0.1〜15質量部の割合で含有されていることが好ましく、3〜12質量部の割合で含有されていることがより好ましく、5〜10質量部の割合で含有されていることが特に好ましい。保護膜用組成物に含まれる非水溶性重合体粒子(A2)と水溶性重合体(A1)との含有割合が上記範囲内であることにより、形成される保護膜のタフネスとリチウムイオンの透過性とのバランスが良好となり、その結果、得られる蓄電デバイスの抵抗上昇率をより低くすることができる。 When the protective film composition according to the present embodiment is used for a protective film formed on one surface of a positive electrode or a negative electrode or the surface of a separator, the water-insoluble polymer particles (A2) are used in 100 parts by mass. The water-soluble polymer (A1) contained in the protective film composition is preferably contained in a proportion of 0.1 to 15 parts by mass, and contained in a proportion of 3 to 12 parts by mass. It is more preferable that it is contained at a ratio of 5 to 10 parts by mass. When the content ratio of the water-insoluble polymer particles (A2) and the water-soluble polymer (A1) contained in the protective film composition is within the above range, the toughness of the formed protective film and the permeation of lithium ions As a result, the rate of increase in resistance of the obtained electricity storage device can be further reduced.
また、本実施の形態に係る保護膜用組成物を接着層としての機能を有する保護膜用として使用する場合、非水溶性重合体粒子(A2)100質量部に対して、上述の保護膜用組成物に含まれている水溶性重合体(A1)が、1〜2000質量部の割合で含有されていることが好ましく、5〜1500質量部の割合で含有されていることがより好ましく、10〜1000質量部の割合で含有されていることが特に好ましい。保護膜用組成物に含まれる非水溶性重合体粒子(A2)と水溶性重合体(A1)との含有割合が上記範囲内であることにより、形成される保護膜の電極との接着性、リチウムイオンの透過性のバランスが良好となり、その結果、得られる蓄電デバイスの抵抗上昇率をより低くすることができる。 Moreover, when using the composition for protective films which concerns on this Embodiment as an object for protective films which have a function as an adhesive layer, it is for above-mentioned protective films with respect to 100 mass parts of water-insoluble polymer particles (A2). The water-soluble polymer (A1) contained in the composition is preferably contained in a proportion of 1 to 2000 parts by mass, more preferably 5 to 1500 parts by mass. It is especially preferable that it is contained at a ratio of ˜1000 parts by mass. The adhesion between the water-insoluble polymer particles (A2) and the water-soluble polymer (A1) contained in the composition for the protective film within the above range, the adhesion of the protective film to the electrode formed; The balance of lithium ion permeability is improved, and as a result, the rate of increase in resistance of the obtained electricity storage device can be further reduced.
本実施の形態に係る保護膜用組成物は、上記の水溶性重合体(A1)と、上記の非水溶性重合体粒子(A2)と、必要に応じて用いられる他の成分と、を混合することにより調製される。これらを混合するための手段としては、例えばボールミル、サンドミル、顔料分散機、擂潰機、超音波分散機、ホモジナイザー、プラネタリーミキサー、ホバートミキサー等の公知の混合装置を利用することができる。 The composition for a protective film according to the present embodiment is a mixture of the water-soluble polymer (A1), the water-insoluble polymer particles (A2), and other components used as necessary. To be prepared. As means for mixing them, for example, a known mixing apparatus such as a ball mill, a sand mill, a pigment disperser, a crusher, an ultrasonic disperser, a homogenizer, a planetary mixer, and a Hobart mixer can be used.
本実施の形態に係る保護膜用組成物を製造するための混合撹拌は、保護膜用組成物中に非水溶性重合体粒子(A2)の凝集体が残らない程度に撹拌し得る混合機と、必要にして十分な分散条件とを選択する必要がある。分散の程度としては、少なくとも20μmより大きい凝集物がなくなるように混合分散することが好ましい。分散の程度は粒ゲージにより測定可能である。 The mixing and stirring for producing the protective film composition according to the present embodiment includes a mixer capable of stirring to such an extent that the aggregate of the water-insoluble polymer particles (A2) does not remain in the protective film composition; It is necessary to select sufficient dispersion conditions as necessary. The degree of dispersion is preferably mixed and dispersed so that aggregates larger than at least 20 μm are eliminated. The degree of dispersion can be measured with a grain gauge.
上記のような蓄電デバイスの保護膜用組成物は、非水溶性重合体粒子(A2)相互間、非水溶性重合体粒子(A2)−電極間、および非水溶性重合体粒子(A2)−セパレーター間の密着性に優れた保護膜を備える電極を形成することができ、また、このような電極を備える蓄電デバイスは抵抗上昇率が十分に低いものである。 The composition for the protective film of the electricity storage device as described above is composed of the water-insoluble polymer particles (A2), the water-insoluble polymer particles (A2) -electrodes, and the water-insoluble polymer particles (A2)- An electrode including a protective film having excellent adhesion between separators can be formed, and an electricity storage device including such an electrode has a sufficiently low resistance increase rate.
本実施の形態に係る保護膜用組成物は、その曳糸性が60〜85%である点に特徴がある。なお、曳糸性は、62〜80%であることがより好ましい。曳糸性が前記範囲未満であると、保護膜用組成物を塗布する際、レベリング性が不足するため、保護膜の厚みの均一性が得られ難くなる場合がある。このような厚みが不均一な保護膜を使用すると、充放電反応の面内分布が発生するため、安定した電池性能の発現が困難となる。一方、曳糸性が前記範囲を超えると、保護膜用組成物を塗布する際、液ダレが起き易くなり、安定した品質の保護膜が得られにくい。したがって、曳糸性が前記範囲にあれば、これらの問題の発生を抑制することができ、良好な電気的特性と密着性とを両立させた蓄電デバイスを製
造することが容易となるのである。なお、本実施の形態に係る保護膜用組成物は、非水溶性重合体粒子(A2)を水系媒体中に分散させるだけで上記範囲の曳糸性が得られる場合もあるが、上記水溶性重合体(A1)をさらに添加することにより容易に調整すること可能となる。
The protective film composition according to the present embodiment is characterized in that its spinnability is 60 to 85%. The spinnability is more preferably 62 to 80%. If the spinnability is less than the above range, the leveling property may be insufficient when the protective film composition is applied, and thus it may be difficult to obtain a uniform thickness of the protective film. When such a protective film having a non-uniform thickness is used, an in-plane distribution of charge / discharge reaction occurs, making it difficult to achieve stable battery performance. On the other hand, if the spinnability exceeds the above range, dripping is likely to occur when the protective film composition is applied, and it is difficult to obtain a protective film having a stable quality. Therefore, if the spinnability is within the above range, the occurrence of these problems can be suppressed, and it becomes easy to manufacture an electricity storage device that achieves both good electrical characteristics and adhesion. Note that the composition for a protective film according to the present embodiment may provide a spinnability in the above range by simply dispersing the water-insoluble polymer particles (A2) in an aqueous medium. It can be easily adjusted by further adding the polymer (A1).
本発明における「曳糸性」は、以下のようにして測定される物性である。
まず、底部に直径5.2mmの開口部を有するザーンカップ(太佑機材株式会社製、ザーンビスコシティーカップNo.5)を準備する。この開口部を閉じた状態で、ザーンカップに保護膜用組成物40gを流し込む。その後、開口部を開放すると、開口部から保護膜用組成物が流れ出す。ここで、開口部を開放した時をT0、保護膜用組成物の曳糸が終了した時をTA、保護膜用組成物の流出が終了した時をTBとした場合に、本明細書における「曳糸性」は下記式(7)から求めることができる。
曳糸性(%)=((TA−T0)/(TB−T0))×100 ・・・・・(7)
“Spinning” in the present invention is a physical property measured as follows.
First, a Zaan cup (made by Dazai Equipment Co., Ltd., Zaan Bisco City Cup No. 5) having an opening with a diameter of 5.2 mm at the bottom is prepared. With this opening closed, 40 g of the protective film composition is poured into the Zahn cup. Thereafter, when the opening is opened, the protective film composition flows out from the opening. Here, when the opening is opened as T 0 , when the spinning of the protective film composition is finished as T A , and when the outflow of the protective film composition is finished as T B , The “threadability” in the calligraphy can be obtained from the following formula (7).
Spinnability (%) = ((T A −T 0 ) / (T B −T 0 )) × 100 (7)
2.蓄電デバイス
以下、本発明に係る好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。本発明の一実施形態に係る蓄電デバイスは、正極と、負極と、前記正極および前記負極の間に配置された保護膜と、電解液と、を備え、前記保護膜が上述の保護膜用組成物を用いて作製されたものであることを特徴とする。以下、第1ないし第3の実施形態について図面を参照しながら説明する。
2. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. An electricity storage device according to an embodiment of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, a protective film disposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolytic solution, and the protective film includes the above-described protective film composition. It is produced using an object. Hereinafter, first to third embodiments will be described with reference to the drawings.
2.1.第1の実施形態
図1は、第1の実施形態に係る蓄電デバイスの断面を示した模式図である。図1に示すように、蓄電デバイス1は、正極集電体12の表面に正極活物質層14を形成した正極10と、負極集電体22の表面に負極活物質層24を形成した負極20と、正極10と負極20との間に設けられた保護膜30と、正極10と負極20の間を満たす電解液40と、を備えたものである。なお、蓄電デバイス1では、正極10と負極20との間にセパレーターが設けられていない。正極10と負極20とが固体電解質等で完全に固定されていれば、正極10と負極20とが接触して短絡することはないからである。
2.1. First Embodiment FIG. 1 is a schematic view showing a cross section of an electricity storage device according to a first embodiment. As shown in FIG. 1, the electricity storage device 1 includes a
図1に示す正極10は、その長手方向に沿う一方の面において正極活物質層14が設けられておらず、正極集電体12が露出するように形成されているが、両面に正極活物質層14を設けてもよい。同様に、図1に示す負極20は、その長手方向に沿う一方の面において負極活物質層22が設けられておらず、負極集電体22が露出するように形成されているが、両面に負極活物質層24を設けてもよい。
The
正極集電体12としては、例えば金属箔、エッチング金属箔、エキスパンドメタル等を用いることができる。これらの材料の具体例としては、例えばアルミニウム、銅、ニッケル、タンタル、ステンレス、チタン等の金属を挙げることができ、目的とする蓄電デバイスの種類に応じて適宜選択して用いることができる。例えばリチウムイオン二次電池の正極を形成する場合には、正極集電体12としては上記のうちのアルミニウムを用いることが好ましい。かかる場合、正極集電体12の厚みは、5〜30μmとすることが好ましく、8〜25μmとすることがより好ましい。
As the positive electrode
正極活物質層14は、リチウムをドープ/脱ドープ可能な正極材料の1種または2種以上の正極活物質を含んでおり、必要に応じてグラファイト等の導電付与剤を含んで構成されている。また、結着剤として、ポリフッ化ビニリデンやポリフッ化アクリル酸エステル等のフッ素含有ポリマーや正極活物質の分散に用いられる増粘剤、あるいはスチレンブタジエンゴム(SBR)や(メタ)アクリル酸エステル共重合体を含む重合体組成物を用いるようにしてもよい。
The positive electrode
正極活物質としては、リチウムをドープ/脱ドープ可能であり、十分な量のリチウムを含んでいる正極材料であれば特に制限されない。具体的には、一般式LiMO2(但し、MはCo、Ni、Mn、Fe、Al、V、Tiのうち少なくとも1種類を含有する。)で表される、リチウムと遷移金属からなる複合金属酸化物や、リチウムを含んだ層間化合物等を用いることが好ましい。また、この他にLiaMXb(Mは遷移金属から選ばれる1種、XはS、Se、PO4から選ばれ、0<a、bは整数である。)を用いることもできる。特に正極活物質としてはLixMIO2またはLiyMII2O4で表されるリチウム複合酸化物を用いれば、高電圧を発生させることができ、エネルギー密度を高くすることができるので好ましい。これらの組成式においてMIは1種類以上の遷移金属元素を表しており、好ましくはコバルト(Co)およびニッケル(Ni)のうちの少なくとも1種である。MIIは1種類以上の遷移金属元素を表しており、好ましくはマンガン(Mn)である。また、xおよびyの値は電池の充放電状態によって異なり、通常0.05以上1.10以下の範囲内である。このようなリチウム複合酸化物の具体例としては、LiCoO2、LiNiO2、LiNizCo1−zO2(但し、0<z<1)あるいはLiMn2O4等が挙げられる。 The positive electrode active material is not particularly limited as long as it is a positive electrode material that can be doped / undoped with lithium and contains a sufficient amount of lithium. Specifically, a composite metal composed of lithium and a transition metal represented by the general formula LiMO 2 (wherein M contains at least one of Co, Ni, Mn, Fe, Al, V, and Ti). It is preferable to use an oxide or an intercalation compound containing lithium. In addition, Li a MX b (M is one selected from transition metals, X is selected from S, Se, PO 4 and 0 <a, b is an integer) can also be used. In particular, when a lithium composite oxide represented by Li x M I O 2 or Li y M II 2 O 4 is used as the positive electrode active material, a high voltage can be generated and the energy density can be increased, which is preferable. . In these composition formulas, M I represents one or more transition metal elements, preferably at least one of cobalt (Co) and nickel (Ni). M II represents one or more transition metal elements, and is preferably manganese (Mn). The values of x and y vary depending on the charge / discharge state of the battery, and are usually in the range of 0.05 to 1.10. Specific examples of such a lithium composite oxide include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiNi z Co 1-z O 2 (where 0 <z <1), LiMn 2 O 4, and the like.
負極集電体22としては、例えば金属箔、エッチング金属箔、エキスパンドメタル等を用いることができる。これらの材料の具体例としては、例えばアルミニウム、銅、ニッケル、タンタル、ステンレス、チタン等の金属を挙げることができ、目的とする蓄電デバイスの種類に応じて適宜選択して用いることができる。負極集電体22としては上記のうちの銅を用いることが好ましい。かかる場合、集電体の厚みは、5〜30μmとすることが好ましく、8〜25μmとすることがより好ましい。
As the negative electrode
負極活物質層24は、リチウムをドープ/脱ドープ可能な負極材料のいずれか1種または2種以上を負極活物質として含んで構成されており、必要に応じて正極電極と同様の結着剤を含んで構成されている。
The negative electrode
負極活物質としては、例えば炭素材料、結晶質または非結晶質金属酸化物等を好適に用いることができる。炭素材料としては、コークスやガラス状炭素等の難黒鉛化性炭素材料、結晶構造が発達した高結晶性炭素材料の黒鉛類等が挙げられ、具体的には、熱分解炭素類、コークス類(ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス等)、グラファイト、ガラス状炭素類、高分子化合物焼成体(フェノール樹脂、フラン樹脂等を適切な温度で焼成し炭素化したもの)、炭素繊維、および活性炭等が挙げられる。結晶質または非結晶質金属酸化物としては、マグネシウム(Mg)、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、ビスマス(Bi)、カドミウム(Cd)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、イットリウム(Y)、パラジウム(Pd)あるいは白金(Pt)を構成元素として含むものが挙げられる。特にケイ素(Si)、スズ(Sn)を構成元素として含むものを好適に用いることができる。 As the negative electrode active material, for example, a carbon material, a crystalline or amorphous metal oxide, or the like can be suitably used. Examples of carbon materials include non-graphitizable carbon materials such as coke and glassy carbon, and graphites of highly crystalline carbon materials having a developed crystal structure. Specifically, pyrolytic carbons, cokes ( Pitch coke, needle coke, petroleum coke, etc.), graphite, glassy carbons, polymer compound fired bodies (phenol resins, furan resins, etc. fired and carbonized at an appropriate temperature), carbon fibers, activated carbon, etc. Can be mentioned. As crystalline or amorphous metal oxides, magnesium (Mg), boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), silicon (Si), germanium (Ge), tin (Sn) ), Lead (Pb), bismuth (Bi), cadmium (Cd), silver (Ag), zinc (Zn), hafnium (Hf), zirconium (Zr), yttrium (Y), palladium (Pd) or platinum (Pt) ) As a constituent element. In particular, those containing silicon (Si) or tin (Sn) as constituent elements can be suitably used.
なお、上述した活物質層は、プレス加工に供されることが好ましい。このプレス加工を行うための手段としては、例えばロールプレス機、高圧スーパープレス機、ソフトカレンダー、1トンプレス機等を挙げることができる。プレス加工の条件は、用いる加工機の種類ならびに活物質層の所望の厚みおよび密度に応じて、適宜に設定される。リチウムイオン二次電池正極の場合、厚みが40〜100μmであり、密度が2.0〜5.0g/cm3であることが好ましい。リチウムイオン二次電池負極の場合、厚みが40〜100μmであり、密度が1.3〜1.9g/cm3であることが好ましい。 Note that the above-described active material layer is preferably subjected to press working. Examples of means for performing the press working include a roll press machine, a high-pressure super press machine, a soft calendar, and a 1-ton press machine. The conditions for the press working are appropriately set according to the type of processing machine used and the desired thickness and density of the active material layer. In the case of a lithium ion secondary battery positive electrode, the thickness is preferably 40 to 100 μm and the density is preferably 2.0 to 5.0 g / cm 3 . In the case of a lithium ion secondary battery negative electrode, the thickness is preferably 40 to 100 μm and the density is preferably 1.3 to 1.9 g / cm 3 .
保護膜30は、正極10と負極20との間に配置されている。なお、図1に示す蓄電デ
バイス1では、正極10と負極20との間に、保護膜30が正極活物質層14と接するように配置されているが、負極活物質層24と接するように配置されてもよい。また、保護膜30は、正極10または負極20と接することなく、正極10と負極20との間に自立膜として配置されてもよい。これにより、充放電を繰り返してデンドライトが析出した場合であっても、保護膜30でガードされるため短絡が発生しない。したがって、蓄電デバイスとしての機能を維持できる。
The
保護膜30は、例えば正極10(または負極20)の表面に、上述の保護膜用組成物を塗布して乾燥させることにより形成することができる。正極10(または負極20)の表面に保護膜用組成物を塗布する方法としては、例えばドクターブレード法、リバースロール法、コンマバー法、グラビヤ法、エアーナイフ法、ダイコート法等の方法を適用することができる。塗膜の乾燥処理は、好ましくは20〜250℃、より好ましくは50〜150℃の温度範囲において、好ましくは1〜120分間、より好ましくは5〜60分間の処理時間で行われる。
The
保護膜30の膜厚は、特に限定されるものではないが、0.5〜4μmの範囲であることが好ましく、0.5〜3μmの範囲であることがより好ましい。保護膜30の膜厚が前記範囲にあると、電極内部への電解液の浸透性および保液性が良好となると共に、電極の内部抵抗の上昇を抑制することもできる。
Although the film thickness of the
電解液40は、目的とする蓄電デバイスの種類に応じて適宜選択して用いられる。電解液40としては、適当な電解質が溶媒中に溶解された溶液が用いられる。
The
リチウムイオン二次電池を製造する場合には、電解質としてリチウム化合物が用いられる。具体的には、例えばLiClO4、LiBF4、LiI、LiPF6、LiCF3SO3、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、LiCl、LiBr、LiB(C2H5)4、LiCH3SO3、LiC4F9SO3、Li(CF3SO2)2N等を挙げることができる。この場合の電解質濃度は、好ましくは0.5〜3.0モル/Lであり、より好ましくは0.7〜2.0モル/Lである。 When manufacturing a lithium ion secondary battery, a lithium compound is used as an electrolyte. Specifically, for example LiClO 4, LiBF 4, LiI, LiPF 6, LiCF 3 SO 3, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, LiCl, LiBr, LiB (C 2 H 5) 4, LiCH 3 SO 3, LiC 4 F 9 SO 3, Li ( CF 3 SO 2) can be cited 2 N or the like. The electrolyte concentration in this case is preferably 0.5 to 3.0 mol / L, more preferably 0.7 to 2.0 mol / L.
リチウムイオンキャパシタを製造する場合における電解質の種類および濃度は、リチウムイオン二次電池の場合と同様である。 The type and concentration of the electrolyte in the case of manufacturing a lithium ion capacitor are the same as in the case of the lithium ion secondary battery.
上記いずれの場合であっても、電解液に用いられる溶媒としては、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート等のカーボネート;γ−ブチロラクトン等のラクトン;トリメトキシシラン、1,2−ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、2−エトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等のエーテル;ジメチルスルホキシド等のスルホキシド;1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン等のオキソラン誘導体;アセトニトリル、ニトロメタン等の窒素含有化合物;ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、リン酸トリエステル等のエステル;ジグライム、トリグライム、テトラグライム等のグライム化合物;アセトン、ジエチルケトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン;スルホラン等のスルホン化合物;2−メチル−2−オキサゾリジノン等のオキサゾリジノン誘導体;1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、2,4−ブタンスルトン、1,8−ナフタスルトン等のスルトン化合物を挙げることができる。 In any of the above cases, examples of the solvent used in the electrolytic solution include carbonates such as propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate; lactones such as γ-butyrolactone; trimethoxy Silane, 1,2-dimethoxyethane, diethyl ether, 2-ethoxyethane, tetrahydrofuran, ether such as 2-methyltetrahydrofuran; Sulfoxide such as dimethyl sulfoxide; 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, etc. Oxolane derivatives; nitrogen-containing compounds such as acetonitrile and nitromethane; esters such as methyl formate, methyl acetate, butyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, and phosphate triester Glyme compounds such as diglyme, triglyme and tetraglyme; ketones such as acetone, diethyl ketone, methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone; sulfone compounds such as sulfolane; oxazolidinone derivatives such as 2-methyl-2-oxazolidinone; 1,3-propane sultone; Examples include sultone compounds such as 1,4-butane sultone, 2,4-butane sultone, and 1,8-naphtha sultone.
2.2.第2の実施形態
図2は、第2の実施形態に係る蓄電デバイスの断面を示した模式図である。図2に示すように、蓄電デバイス2は、正極集電体112の表面に正極活物質層114を形成した正
極110と、負極集電体122の表面に負極活物質層124を形成した負極120と、正極110と負極120との間に設けられた保護膜130と、正極110と負極120の間を満たす電解液140と、正極110と負極120との間に設けられたセパレーター150と、を備えたものである。
2.2. Second Embodiment FIG. 2 is a schematic view showing a cross section of an electricity storage device according to a second embodiment. As shown in FIG. 2, the
蓄電デバイス2では、保護膜130が正極110とセパレーター150と間に挟持されるように配置されている点で、上述した蓄電デバイス1とは相違する。なお、図2に示す蓄電デバイス2では、保護膜130が正極110とセパレーター150との間に挟持されるように配置されているが、保護膜130が負極120とセパレーター150との間に挟持されるように配置されてもよい。このような構成とすることにより、充放電を繰り返してデンドライトが析出した場合であっても、保護膜130でガードされるため短絡が発生しない。したがって、蓄電デバイスとしての機能を維持できる。
The
保護膜130は、例えばセパレーター150の表面に後述する保護膜形成用組成物を塗布した後、正極110(または負極120)と貼り合わせて、その後乾燥させることにより形成することができる。セパレーター150の表面に保護膜形成用組成物を塗布する方法としては、例えばドクターブレード法、リバースロール法、コンマバー法、グラビヤ法、エアーナイフ法、ダイコート法等の方法を適用することができる。塗膜の乾燥処理は、好ましくは20〜250℃、より好ましくは50〜150℃の温度範囲において、好ましくは1〜120分間、より好ましくは5〜60分間の処理時間で行われる。
The protective film 130 can be formed by, for example, applying a composition for forming a protective film, which will be described later, to the surface of the
セパレーター150は、電気的に安定であると共に、正極活物質、負極活物質あるいは溶媒に対して化学的に安定であり、かつ電気伝導性を有していなければどのようなものを用いてもよい。例えば、高分子の不織布、多孔質フィルム、ガラスあるいはセラミックスの繊維を紙状にしたものを用いることができ、これらを複数積層して用いてもよい。特に多孔質ポリオレフィンフィルムを用いることが好ましく、これをポリイミド、ガラスあるいはセラミックスの繊維等よりなる耐熱性の材料と複合させたものを用いてもよい。
Any
第2の実施形態に係る蓄電デバイス2のその他の構成については、図1を用いて説明した第1の実施形態に係る蓄電デバイス1と同様であるので説明を省略する。
The other configuration of the
2.3.第3の実施形態
図3は、第3の実施形態に係る蓄電デバイスの断面を示した模式図である。図3に示すように、蓄電デバイス3は、正極集電体212の表面に正極活物質層214を形成した正極210と、負極集電体222の表面に負極活物質層224を形成した負極220と、正極210と負極220の間を満たす電解液240と、正極210と負極220との間に設けられたセパレーター250と、セパレーター250の表面を覆うようにして形成された保護膜230と、を備えたものである。
2.3. Third Embodiment FIG. 3 is a schematic view showing a cross section of an electricity storage device according to a third embodiment. As shown in FIG. 3, the electricity storage device 3 includes a
蓄電デバイス3では、保護膜230がセパレーター250の表面を覆うようにして形成されている点で、上述した蓄電デバイス1や蓄電デバイス2とは相違する。このような構成とすることにより、充放電を繰り返してデンドライトが析出した場合であっても、保護膜230でガードされるため短絡が発生しない。したがって、蓄電デバイスとしての機能を維持できる。
The electricity storage device 3 is different from the electricity storage device 1 and the
保護膜230は、例えばセパレーター250の表面に、上述の保護膜用組成物を塗布して乾燥させることにより形成することができる。セパレーター250の表面に保護膜用組成物を塗布する方法としては、例えばドクターブレード法、リバースロール法、コンマバー法、グラビヤ法、エアーナイフ法、ダイコート法等の方法を適用することができる。塗膜の乾燥処理は、好ましくは20〜250℃、より好ましくは50〜150℃の温度範囲
において、好ましくは1〜120分間、より好ましくは5〜60分間の処理時間で行われる。
The
第3の実施形態に係る蓄電デバイス3のその他の構成については、図1を用いて説明した第1の実施形態に係る蓄電デバイス1や図2を用いて説明した第2の実施形態に係る蓄電デバイス2と同様であるので説明を省略する。
Regarding other configurations of the power storage device 3 according to the third embodiment, the power storage device 1 according to the first embodiment described with reference to FIG. 1 and the power storage according to the second embodiment described with reference to FIG. Since it is the same as the
2.4.製造方法
上述したような蓄電デバイスの製造方法としては、例えば、2つの電極(正極および負極の2つ、またはキャパシタ用電極の2つ)を必要に応じてセパレーターを介して重ね合わせ、これを電池形状に応じて巻く、折るなどして電池容器に入れ、電池容器に電解液を注入して封口する方法が挙げられる。電池の形状は、コイン型、ボタン型、シート型、円筒型、角形、扁平型など、適宜の形状であることができる。
2.4. Manufacturing Method As a manufacturing method of the above-described power storage device, for example, two electrodes (two of a positive electrode and a negative electrode or two of a capacitor electrode) are overlapped via a separator as necessary, and this is used as a battery. Examples of the method include a method of winding, folding, etc. in a battery container according to the shape, injecting an electrolyte into the battery container, and sealing. The shape of the battery can be an appropriate shape such as a coin shape, a button shape, a sheet shape, a cylindrical shape, a square shape, or a flat shape.
2.5.用途
上述したような蓄電デバイスは、電気自動車、バイブリッドカー、トラック等の自動車に搭載される二次電池またはキャパシタとして好適であるほか、AV機器、OA機器、通信機器などに用いられる二次電池、キャパシタとしても好適である。
2.5. Applications The power storage device as described above is suitable as a secondary battery or a capacitor mounted on an automobile such as an electric vehicle, a hybrid car, or a truck, and a secondary battery used for an AV device, an OA device, a communication device, or the like. It is also suitable as a capacitor.
3.実施例
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例、比較例中の「部」および「%」は、特に断らない限り質量基準である。
3. EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples, but the present invention is not limited to these examples. “Part” and “%” in Examples and Comparative Examples are based on mass unless otherwise specified.
3.1.水溶性重合体(A1)の合成
3.1.1.合成例1
攪拌機、温度計、冷却器、窒素導入管、滴下ロートを備えた四つ口セパラブルフラスコに、イオン交換水(115質量部)、ポリオキシエチレンドデシルエーテルのスルホン酸アンモニウム塩(1.5質量部)を投入した。内温68℃で攪拌しながら、緩やかに窒素を流し、反応容器内を完全に窒素置換した。
3.1. Synthesis of water-soluble polymer (A1) 3.1.1. Synthesis example 1
In a four-necked separable flask equipped with a stirrer, thermometer, cooler, nitrogen inlet tube, and dropping funnel, ion-exchanged water (115 parts by mass), polyoxyethylene dodecyl ether sulfonate ammonium salt (1.5 parts by mass) ). While stirring at an internal temperature of 68 ° C., nitrogen was gently flowed to completely replace the inside of the reaction vessel with nitrogen.
次に、ポリオキシエチレンドデシルエーテルのスルホン酸塩(1.5質量部)をイオン交換水(92質量部)に溶解した。ここに、重合体の単量体成分として、アクリル酸エチル(65質量部)とメタクリル酸(35質量部)の混合物を投入し、プレエマルションを作製した。単量体成分を含む前記プレエマルションの5%を反応容器に投入して攪拌後、亜硫酸水素ナトリウム(0.017質量部)を投入した。別途、過硫酸アンモニウム(0.23質量部)をイオン交換水(23質量部)に溶解し、重合開始剤水溶液を作製した。この重合開始剤水溶液5%を、前記反応容器に投入し20分間初期重合を行った。反応容器内の温度を72℃に保ち、残りのプレエマルション及び開始剤水溶液を2時間にわたって均一に滴下した。滴下終了後、イオン交換水(8質量部)で滴下槽を洗浄後、反応容器に投入した。内温を72℃に保ち、更に1時間攪拌を続けた後、冷却して反応を完了し、固形分30%のエマルションを得た。 Next, sulfonate (1.5 parts by mass) of polyoxyethylene dodecyl ether was dissolved in ion-exchanged water (92 parts by mass). As a monomer component of the polymer, a mixture of ethyl acrylate (65 parts by mass) and methacrylic acid (35 parts by mass) was added to prepare a pre-emulsion. 5% of the pre-emulsion containing the monomer component was put into a reaction vessel and stirred, and then sodium bisulfite (0.017 part by mass) was added. Separately, ammonium persulfate (0.23 parts by mass) was dissolved in ion-exchanged water (23 parts by mass) to prepare a polymerization initiator aqueous solution. 5% of this polymerization initiator aqueous solution was put into the reaction vessel, and initial polymerization was performed for 20 minutes. The temperature in the reaction vessel was kept at 72 ° C., and the remaining pre-emulsion and initiator aqueous solution were uniformly added dropwise over 2 hours. After completion of the dropping, the dropping tank was washed with ion-exchanged water (8 parts by mass) and then charged into the reaction vessel. The internal temperature was kept at 72 ° C. and stirring was continued for 1 hour, followed by cooling to complete the reaction to obtain an emulsion having a solid content of 30%.
得られたエマルション(10質量部/固形分3質量部)に5%水酸化リチウム・一水和物水溶液(10.2質量部)とイオン交換水(133.2質量部)を加えて攪拌し、さらに減圧濃縮することにより水溶性重合体(A1)を40%含有する水溶液S1を得た。このようにして得られた水溶性重合体(A1)の重量平均分子量を、東ソー株式会社製「HLC−8010」ゲルパーミエーションクロマトグラフィーを用いて求めたところ、標準ポリスチレン換算値として、重量平均分子量(Mw)=1,000,000であった。 5% lithium hydroxide / monohydrate aqueous solution (10.2 parts by mass) and ion-exchanged water (133.2 parts by mass) were added to the emulsion (10 parts by mass / solid content 3 parts by mass) and stirred. Further, by concentration under reduced pressure, an aqueous solution S1 containing 40% of the water-soluble polymer (A1) was obtained. The weight average molecular weight of the water-soluble polymer (A1) thus obtained was determined using “HLC-8010” gel permeation chromatography manufactured by Tosoh Corporation. (Mw) = 1,000,000.
3.1.2.合成例2
重合体の単量体成分として、アクリル酸エチル(65質量部)とメタクリル酸(35質量部)の代わりにアクリル酸エチル(55質量部)とメタクリル酸(40質量部)とオクタデシルアルコールのエチレンオキサイド30モル付加物のメタアクリル酸エステル(5質量部)を用いた以外は、合成例1の方法と同様にして、エマルションを得た。得られたエマルション(10質量部/固形分3質量部)に5%水酸化リチウム・一水和物水溶液(11.7質量部)とイオン交換水(132.3質量部)を加えて攪拌し、さらに減圧濃縮することにより水溶性重合体(A1)を40%含有する水溶液S2を得た。このようにして得られた水溶性重合体(A1)の重量平均分子量を、東ソー株式会社製「HLC−8010」ゲルパーミエーションクロマトグラフィーを用いて求めたところ、標準ポリスチレン換算値として、重量平均分子量(Mw)=720,000であった。
3.1.2. Synthesis example 2
As the monomer component of the polymer, instead of ethyl acrylate (65 parts by mass) and methacrylic acid (35 parts by mass), ethyl acrylate (55 parts by mass), methacrylic acid (40 parts by mass), and ethylene oxide of octadecyl alcohol An emulsion was obtained in the same manner as in Synthesis Example 1 except that 30 mol adduct methacrylic acid ester (5 parts by mass) was used. 5% lithium hydroxide / monohydrate aqueous solution (11.7 parts by mass) and ion-exchanged water (132.3 parts by mass) were added to the obtained emulsion (10 parts by mass / solid content 3 parts by mass) and stirred. Further, by concentration under reduced pressure, an aqueous solution S2 containing 40% of the water-soluble polymer (A1) was obtained. The weight average molecular weight of the water-soluble polymer (A1) thus obtained was determined using “HLC-8010” gel permeation chromatography manufactured by Tosoh Corporation. (Mw) = 720,000.
3.1.3.合成例3
乳化剤として用いたポリオキシエチレンドデシルエーテルのスルホン酸アンモニウム塩の代わりに、ポリオキシエチレン−1−(アリルオキシメチル)アルキルエーテルのスルホン酸アンモニウム塩を用いた以外は、合成例1と同様にして、エマルションを得た。得られたエマルション(10質量部/固形分3質量部)に5%水酸化リチウム・一水和物水溶液(10.2質量部)とイオン交換水(133.2質量部)を加えて攪拌し、さらに減圧濃縮することにより水溶性重合体(A1)を40%含有する水溶液S3を得た。このようにして得られた水溶性重合体(A1)の重量平均分子量を、東ソー株式会社製「HLC−8010」ゲルパーミエーションクロマトグラフィーを用いて求めたところ、標準ポリスチレン換算値として、重量平均分子量(Mw)=910,000であった。
3.1.3. Synthesis example 3
Instead of the sulfonic acid ammonium salt of polyoxyethylene dodecyl ether used as an emulsifier, a sulfonic acid ammonium salt of polyoxyethylene-1- (allyloxymethyl) alkyl ether was used in the same manner as in Synthesis Example 1, An emulsion was obtained. 5% lithium hydroxide / monohydrate aqueous solution (10.2 parts by mass) and ion-exchanged water (133.2 parts by mass) were added to the emulsion (10 parts by mass / solid content 3 parts by mass) and stirred. Further, by concentration under reduced pressure, an aqueous solution S3 containing 40% of the water-soluble polymer (A1) was obtained. The weight average molecular weight of the water-soluble polymer (A1) thus obtained was determined using “HLC-8010” gel permeation chromatography manufactured by Tosoh Corporation. (Mw) = 910,000.
3.2.非水溶性重合体粒子(A2)の合成
3.2.1.合成例4
スチレン100質量部、t−ドデシルメルカプタン10質量部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.8質量部、過硫酸カリウム0.4質量部、および水200質量部を、容量2Lのフラスコ中に入れ、撹拌しながら窒素ガス雰囲気下にて80℃に昇温して6時間重合を行った。これにより、重合収率98%で平均粒子径170nm、粒子径の標準偏差が0.02μmの重合体粒子を含有する水分散体を得た。この重合体粒子は、トルエン溶解分98%、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定した分子量が、重量平均分子量(Mw)=5,000、数平均分子量(Mn)=3,100であった。
3.2. Synthesis of water-insoluble polymer particles (A2) 3.2.1. Synthesis example 4
100 parts by mass of styrene, 10 parts by mass of t-dodecyl mercaptan, 0.8 parts by mass of sodium dodecylbenzenesulfonate, 0.4 parts by mass of potassium persulfate, and 200 parts by mass of water were placed in a 2 L flask and stirred. Then, the temperature was raised to 80 ° C. in a nitrogen gas atmosphere, and polymerization was performed for 6 hours. As a result, an aqueous dispersion containing polymer particles having a polymerization yield of 98% and an average particle size of 170 nm and a standard deviation of the particle size of 0.02 μm was obtained. The polymer particles had a toluene dissolved content of 98%, and the molecular weight measured by gel permeation chromatography was weight average molecular weight (Mw) = 5,000 and number average molecular weight (Mn) = 3,100.
反応容器の内部を十分に窒素置換した後、上記の工程で得られた重合体粒子を含有する水分散体を、重合体粒子(固形分換算)5質量部、ラウリル硫酸ナトリウム1.0質量部、過硫酸カリウム0.5質量部、水400質量部、およびスチレン45質量部、ジビニルベンゼン50質量部を混合し、30℃で10分間撹拌して重合体粒子にモノマーを吸収させた。その後、70℃に昇温して3時間反応を行った。その後、冷却した後に反応を停止し、2.5N水酸化ナトリウム水溶液でpH7に調節し、非水溶性重合体粒子(A2)を20%含有する水分散体L1を得た。 After sufficiently substituting the inside of the reaction vessel with nitrogen, 5 parts by mass of polymer particles (in terms of solid content) and 1.0 part by mass of sodium lauryl sulfate were obtained. Then, 0.5 parts by mass of potassium persulfate, 400 parts by mass of water, 45 parts by mass of styrene, and 50 parts by mass of divinylbenzene were mixed and stirred at 30 ° C. for 10 minutes to allow the polymer particles to absorb the monomer. Then, it heated up at 70 degreeC and reacted for 3 hours. Then, after cooling, the reaction was stopped, the pH was adjusted to 7 with a 2.5N aqueous sodium hydroxide solution, and an aqueous dispersion L1 containing 20% of water-insoluble polymer particles (A2) was obtained.
動的光散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置(大塚電子株式会社製、型式「FPAR−1000」)を用いて粒度分布を測定し、その粒度分布から非水溶性重合体粒子(A2)の平均粒子径(Da2)を求めたところ380nmであった。 The particle size distribution is measured using a particle size distribution measuring apparatus (model “FPAR-1000”, manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.) using the dynamic light scattering method as a measurement principle, and water-insoluble polymer particles (A2) are obtained from the particle size distribution. The average particle size (Da2) was determined to be 380 nm.
この非水溶性重合体粒子(A2)の水分散体の100gをシャーレに秤り取り、120℃で1時間乾燥した。得られた固形物をめのう乳鉢で粉砕して粉体を得た。 100 g of the water dispersion of the water-insoluble polymer particles (A2) was weighed in a petri dish and dried at 120 ° C. for 1 hour. The obtained solid was pulverized in an agate mortar to obtain a powder.
得られた粉体(非水溶性重合体粒子(A2)から構成された粉体)のうちの1gをトルエン400mL中に浸漬して50℃で3時間振とうした。次いで、トルエン相を300メ
ッシュの金網で濾過して不溶分を分離した後、溶解分のトルエンを蒸発除去して得た残存物の重量(Y(g))を測定した値から、下記式(5)によってトルエン不溶分を求めたところ、上記非水溶性重合体粒子(A2)のトルエン不溶分は99%であった。
トルエン不溶分(%)=((1−Y)/1)×100 ・・・・・(5)
1 g of the obtained powder (powder composed of water-insoluble polymer particles (A2)) was immersed in 400 mL of toluene and shaken at 50 ° C. for 3 hours. Next, the toluene phase was filtered through a 300-mesh wire mesh to separate insoluble components, and the weight of the residue (Y (g)) obtained by evaporating and removing the dissolved toluene was measured from the following formula ( When the toluene insoluble content was determined by 5), the toluene insoluble content of the water-insoluble polymer particles (A2) was 99%.
Toluene insoluble content (%) = ((1-Y) / 1) × 100 (5)
得られた粉体(非水溶性重合体粒子(A2)から構成された粉体)を示差走査熱量計(NETZSCH社製、DSC204F1 Phoenix)によって測定したところ、融解温度Tmおよびガラス転移温度Tgは観察されなかった。 When the obtained powder (powder composed of water-insoluble polymer particles (A2)) was measured by a differential scanning calorimeter (manufactured by NETZSCH, DSC204F1 Phoenix), the melting temperature Tm and the glass transition temperature Tg were observed. Was not.
また、得られた粉体(非水溶性重合体粒子(A2)から構成された粉体)を熱分析装置(株式会社島津製作所製、型式「DTG−60A」)にて熱重量分析を行った。TGAチャートを図4に示す。空気雰囲気下、昇温速度20℃/分で加熱したときに、非水溶性重合体粒子(A2)が10重量%減量する温度(以下、この減量開始温度を「T10」と表す。)は379℃であった。 Further, the obtained powder (powder composed of water-insoluble polymer particles (A2)) was subjected to thermogravimetric analysis with a thermal analyzer (manufactured by Shimadzu Corporation, model “DTG-60A”). . A TGA chart is shown in FIG. The temperature at which the water-insoluble polymer particles (A2) lose 10% by weight when heated at a heating rate of 20 ° C./min in an air atmosphere (hereinafter, this reduction start temperature is expressed as “T 10 ”). It was 379 ° C.
3.2.2.合成例5〜14
上記合成例4において、組成と乳化剤量を適宜に変更したほかは表1に示す組成の非水溶性重合体粒子(A2)を含有する水分散体を調製し、該水分散体の固形分濃度に応じて水を減圧除去または追加することにより、固形分濃度20%の水分散体L2〜L11を得た。得られた非水溶性重合体粒子(A2)について、上記合成例4と同様の手法で行ったトルエン不溶分測定の結果、DSC測定の結果(ガラス転移温度Tg、融解温度Tm)およびTG測定の結果(減量開始温度T10)を、表1に併せて示した。
3.2.2. Synthesis Examples 5-14
In Synthesis Example 4 above, an aqueous dispersion containing water-insoluble polymer particles (A2) having the composition shown in Table 1 was prepared except that the composition and the amount of emulsifier were appropriately changed, and the solid content concentration of the aqueous dispersion was prepared. According to the above, water was removed under reduced pressure or added to obtain water dispersions L2 to L11 having a solid content concentration of 20%. About the obtained water-insoluble polymer particle (A2), as a result of the toluene insoluble content measurement performed in the same manner as in Synthesis Example 4, the results of DSC measurement (glass transition temperature Tg, melting temperature Tm) and TG measurement The results (weight loss starting temperature T 10 ) are also shown in Table 1.
3.2.3.合成例15
撹拌装置および温度調節器を備えた容量2リットルの耐圧反応容器に水109.5質量部、乳化剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.2質量部、分子量調節剤としてオクチルグリコール0.5質量部および重合開始剤として過硫酸ナトリウム0.5質量部を投入した。次にメタクリル酸20質量部とメタクリル酸メチル80質量部とを混合したモノマー混合物の20%を耐圧反応容器に投入した。その後、撹拌しながら温度75℃まで昇温し、75℃到達後1時間、重合反応を行い、その後、温度を75℃に保ちながら残りのモノマー混合物を連続的に2時間かけて耐圧反応容器に添加した。その後、さらに2時間熟成を行い、固形分40%、平均粒子径が200nmの重合体粒子(A2a)の水分散体を得た。
3.2.3. Synthesis Example 15
In a pressure-resistant reaction vessel having a capacity of 2 liters equipped with a stirrer and a temperature controller, 109.5 parts by mass of water, 0.2 part by mass of sodium dodecylbenzenesulfonate as an emulsifier, 0.5 part by mass of octyl glycol as a molecular weight regulator and polymerization As an initiator, 0.5 part by mass of sodium persulfate was added. Next, 20% of a monomer mixture obtained by mixing 20 parts by mass of methacrylic acid and 80 parts by mass of methyl methacrylate was charged into a pressure resistant reactor. Thereafter, the temperature is raised to 75 ° C. while stirring, and a polymerization reaction is carried out for 1 hour after reaching 75 ° C., and then the remaining monomer mixture is continuously put into a pressure-resistant reaction vessel over 2 hours while maintaining the temperature at 75 ° C. Added. Thereafter, aging was further performed for 2 hours to obtain an aqueous dispersion of polymer particles (A2a) having a solid content of 40% and an average particle diameter of 200 nm.
撹拌装置および温度調節器を備えた容量2リットルの耐圧反応容器に、水186質量部を投入し、これに前述の粒子径200nmの重合体粒子(A2a)を固形分で10質量部、重合開始剤として過硫酸ナトリウム0.5質量部を投入し撹拌しながら温度80℃まで昇温した。次に、メタクリル酸30質量部、メタクリル酸メチル69.5質量部およびジビニルベンゼン0.5質量部を混合したモノマー混合物を耐圧反応容器に、温度80℃を保持し、撹拌しながら連続的に3時間かけて投入した。その後、さらに2時間熟成を行い、固形分31%、平均粒子径400nmの重合体粒子(A2b)の水分散体を得た。 186 parts by mass of water is put into a pressure-resistant reaction vessel having a capacity of 2 liters equipped with a stirrer and a temperature controller, and 10 parts by mass of the polymer particles (A2a) having a particle size of 200 nm are solidified. Sodium persulfate 0.5 part by mass was added as an agent, and the temperature was raised to 80 ° C. with stirring. Next, a monomer mixture obtained by mixing 30 parts by weight of methacrylic acid, 69.5 parts by weight of methyl methacrylate and 0.5 parts by weight of divinylbenzene was kept in a pressure-resistant reaction vessel at a temperature of 80 ° C. and continuously 3 with stirring. I put it in over time. Thereafter, aging was further performed for 2 hours to obtain an aqueous dispersion of polymer particles (A2b) having a solid content of 31% and an average particle diameter of 400 nm.
撹拌装置および温度調節器を備えた容量2リットルの耐圧反応容器に、水350質量部を投入し、これに前述の粒子径400nmの重合体粒子(A2b)を固形分で15質量部、重合開始剤として過硫酸ナトリウム0.4質量部を投入し、撹拌しながら温度80℃まで昇温した。次に、スチレン50質量部およびジビニルベンゼン25質量部、エチルビニルベンゼン25質量部を混合したモノマー混合物を、撹拌しながら耐圧反応容器に連続的に4時間かけて投入した。モノマー混合物を投入する間、耐圧反応容器の温度は80℃に保持した。モノマー混合物の連続投入終了後、80℃に保持した耐圧反応容器内に25%アンモニウム水を5質量部投入して3時間熟成を行い、非水溶性重合体粒子(A2)を2
0%含有する水分散体L12を得た。
350 parts by mass of water is put into a pressure-resistant reaction vessel having a capacity of 2 liters equipped with a stirrer and a temperature controller, and 15 parts by mass of the polymer particles (A2b) having a particle diameter of 400 nm as described above are started. As an agent, 0.4 part by mass of sodium persulfate was added, and the temperature was raised to 80 ° C. while stirring. Next, a monomer mixture obtained by mixing 50 parts by mass of styrene, 25 parts by mass of divinylbenzene, and 25 parts by mass of ethylvinylbenzene was continuously added to the pressure resistant reactor over 4 hours while stirring. While the monomer mixture was charged, the temperature of the pressure resistant reactor was maintained at 80 ° C. After the completion of the continuous addition of the monomer mixture, 5 parts by mass of 25% ammonium water was placed in a pressure-resistant reaction vessel maintained at 80 ° C. and aged for 3 hours to obtain 2 water-insoluble polymer particles (A2).
An aqueous dispersion L12 containing 0% was obtained.
得られた非水溶性重合体粒子(A2)について上記合成例4と同様の手法で行ったトルエン不溶分測定の結果、DSC測定の結果(ガラス転移温度Tg、融解温度Tm)およびTG測定の結果(減量開始温度T10)を、表1に併せて示した。 As a result of measuring the insoluble content of toluene in the same manner as in Synthesis Example 4 with respect to the obtained water-insoluble polymer particles (A2), the results of DSC measurement (glass transition temperature Tg, melting temperature Tm) and the results of TG measurement (Weight reduction start temperature T 10 ) is also shown in Table 1.
なお、得られた水分散体L12をサンプルとして、動的光散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置(大塚電子株式会社製、型式「FPAR−1000」)を用いて粒度分布を測定し、その粒度分布から非水溶性重合体粒子(A2)の平均粒子径(Da2)を求めたところ1000nmであった。 In addition, using the obtained water dispersion L12 as a sample, the particle size distribution is measured using a particle size distribution measuring apparatus (model “FPAR-1000” manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.) having a dynamic light scattering method as a measurement principle, The average particle diameter (Da2) of the water-insoluble polymer particles (A2) was determined from the particle size distribution and found to be 1000 nm.
さらに詳細に粒子の構造を分析するために、20%含有の非水溶性重合体粒子(A2)を20%含有する水分散体を乾燥固化し、固形分に対して20倍量のpH10に調整したアンモニア水で3回洗浄し、さらにイオン交換水で4回洗浄することで水溶性成分を完全に除去し、再度乾燥固化させることで非水溶性重合体粒子(A2)の粉末を得た。この粉末を日立透過型電子顕微鏡 H−7650(株式会社日立ハイテクノロジーズ製)を使用して観察したところ、観察された粒子100個の平均粒子径が1,000nm、粒子内径が600nmの中空重合体粒子であり、容積空孔率は22%であった。
In order to analyze the structure of the particles in more detail, an aqueous dispersion containing 20% water-insoluble polymer particles (A2) containing 20% is dried and solidified, and adjusted to a
3.2.4.合成例16
上記合成例15において、重合体粒子(A2b)を固形分で15質量部、スチレン50質量部およびジビニルベンゼン25質量部、エチルビニルベンゼン25質量部に代えて、重合体粒子(A2b)を固形分で50質量部、スチレン77質量部およびジビニルベンゼン22質量部、アクリル酸1質量部を用いたこと以外は、合成例15と同様にして非水溶性重合体粒子(A2)を20%含有する水分散体L13を得た。
3.2.4. Synthesis Example 16
In the synthesis example 15, the polymer particles (A2b) were replaced with 15 parts by mass of solids, 50 parts by mass of styrene, 25 parts by mass of divinylbenzene, and 25 parts by mass of ethylvinylbenzene. Water containing 20% water-insoluble polymer particles (A2) in the same manner as in Synthesis Example 15 except that 50 parts by mass, 77 parts by mass of styrene, 22 parts by mass of divinylbenzene, and 1 part by mass of acrylic acid were used. Dispersion L13 was obtained.
得られた非水溶性重合体粒子(A2)について上記合成例4と同様の手法で行ったトルエン不溶分測定の結果、DSC測定の結果(ガラス転移温度Tg、融解温度Tm)およびTG測定の結果(減量開始温度T10)を、表1に併せて示した。 As a result of measuring the insoluble content of toluene in the same manner as in Synthesis Example 4 with respect to the obtained water-insoluble polymer particles (A2), the results of DSC measurement (glass transition temperature Tg, melting temperature Tm) and the results of TG measurement (Weight reduction start temperature T 10 ) is also shown in Table 1.
なお、得られた水分散体L13をサンプルとして、動的光散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置(大塚電子株式会社製、型式「FPAR−1000」)を用いて粒度分布を測定し、その粒度分布から非水溶性重合体粒子(A2)の平均粒子径(Da2)を求めたところ810nmであった。 In addition, using the obtained water dispersion L13 as a sample, the particle size distribution was measured using a particle size distribution measuring apparatus (model “FPAR-1000” manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.) having a dynamic light scattering method as a measurement principle. When the average particle diameter (Da2) of the water-insoluble polymer particles (A2) was determined from the particle size distribution, it was 810 nm.
さらに上記合成例15と同様にして、得られた非水溶性重合体粒子(A2)の詳細な粒子の構造を日立透過型電子顕微鏡 H−7650(株式会社日立ハイテクノロジーズ製)を使用して観察したところ、観察された粒子100個の平均粒子径が810nm、粒子内径が700nmの中空重合体粒子であり、容積空孔率は65%であった。 Further, in the same manner as in Synthesis Example 15, the detailed particle structure of the obtained water-insoluble polymer particles (A2) was observed using a Hitachi transmission electron microscope H-7650 (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). As a result, 100 observed particles were hollow polymer particles having an average particle diameter of 810 nm and a particle inner diameter of 700 nm, and the volume porosity was 65%.
3.2.5.合成例17
撹拌装置および温度調節器を備えた容量2リットルの耐圧反応容器に、スチレン99質量部、メタクリル酸1質量部およびt−ドデシルメルカプタン8質量部を、水200質量部にラウリル硫酸ナトリウム0.4質量部および過硫酸カリウム1.0質量部を溶かした水溶液に入れ、攪拌しながら70℃で8時間重合して、平均粒子径が250nmの重合体粒子の水分散体を得た。
3.2.5. Synthesis Example 17
In a pressure-resistant reaction vessel having a capacity of 2 liters equipped with a stirrer and a temperature controller, 99 parts by mass of styrene, 1 part by mass of methacrylic acid and 8 parts by mass of t-dodecyl mercaptan, 0.4 parts by mass of sodium lauryl sulfate in 200 parts by mass of water And an aqueous solution in which 1.0 part by mass of potassium persulfate was dissolved and polymerized at 70 ° C. for 8 hours with stirring to obtain an aqueous dispersion of polymer particles having an average particle diameter of 250 nm.
次に、この重合体粒子を固形分で10質量部、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル0.1質量部、ラウリル硫酸ナトリウム0.3質量部および過硫酸カリウム0.5質量部を水900質量部に分散した。これにメタクリル酸メチル60質量部、ジビニルベン
ゼン30質量部、スチレン10質量部およびトルエン20質量部の混合物を加えて30℃で1時間攪拌し、続いて70℃で5時間撹拌した後に冷却し、スチームストリップ処理を行なったところ、中空の非水溶性重合体粒子(A2)を含む水分散体L14が得られた。
Next, 10 parts by mass of the polymer particles, 0.1 part by mass of polyoxyethylene nonylphenyl ether, 0.3 part by mass of sodium lauryl sulfate and 0.5 part by mass of potassium persulfate are added to 900 parts by mass of water. Distributed. A mixture of 60 parts by weight of methyl methacrylate, 30 parts by weight of divinylbenzene, 10 parts by weight of styrene and 20 parts by weight of toluene was added thereto and stirred at 30 ° C. for 1 hour, followed by stirring at 70 ° C. for 5 hours and cooling. When the steam strip treatment was performed, an aqueous dispersion L14 containing hollow water-insoluble polymer particles (A2) was obtained.
得られた非水溶性重合体粒子(A2)について上記合成例4と同様に行ったトルエン不溶分測定の結果、DSC測定の結果(ガラス転移温度Tg、融解温度Tm)およびTG測定の結果(減量開始温度T10)を、表1に併せて示した。 The obtained water-insoluble polymer particles (A2) were measured for toluene insolubles in the same manner as in Synthesis Example 4, DSC measurement results (glass transition temperature Tg, melting temperature Tm), and TG measurement results (weight loss). The starting temperature T10) is also shown in Table 1.
なお、得られた水分散体L14をサンプルとして、動的光散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置(大塚電子株式会社製、型式「FPAR−1000」)を用いて粒度分布を測定し、その粒度分布から非水溶性重合体粒子(A2)の平均粒子径(Da2)を求めたところ490nmであった。 In addition, using the obtained water dispersion L14 as a sample, the particle size distribution was measured using a particle size distribution measuring apparatus (model “FPAR-1000” manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.) having a dynamic light scattering method as a measurement principle, When the average particle diameter (Da2) of the water-insoluble polymer particles (A2) was determined from the particle size distribution, it was 490 nm.
さらに上記合成例15と同様にして、得られた非水溶性重合体粒子(A2)の詳細な粒子の構造を日立透過型電子顕微鏡 H−7650(株式会社日立ハイテクノロジーズ製)を使用して観察したところ、観察された粒子100個の平均粒子径が490nm、粒子内径が350nmの中空重合体粒子であり、容積空孔率は36%であった。 Further, in the same manner as in Synthesis Example 15, the detailed particle structure of the obtained water-insoluble polymer particles (A2) was observed using a Hitachi transmission electron microscope H-7650 (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). As a result, 100 observed particles were hollow polymer particles having an average particle diameter of 490 nm and a particle inner diameter of 350 nm, and the volume porosity was 36%.
3.2.6.合成例18
上記合成例17において、メタクリル酸メチル60質量部、ジビニルベンゼン30質量部、スチレン10質量部およびトルエン20質量部に代えて、メタクリル酸メチル60質量部、メタクリル酸アリル40質量部およびトルエン15質量部を用いたこと以外は合成例17と同様にして非水溶性重合体粒子(A2)を含む水分散体L15を得た。
3.2.6. Synthesis Example 18
In Synthesis Example 17, instead of 60 parts by mass of methyl methacrylate, 30 parts by mass of divinylbenzene, 10 parts by mass of styrene and 20 parts by mass of toluene, 60 parts by mass of methyl methacrylate, 40 parts by mass of allyl methacrylate and 15 parts by mass of toluene A water dispersion L15 containing water-insoluble polymer particles (A2) was obtained in the same manner as in Synthesis Example 17 except that was used.
得られた非水溶性重合体粒子(A2)について上記合成例4と同様に行ったトルエン不溶分測定の結果、DSC測定の結果(ガラス転移温度Tg、融解温度Tm)およびTG測定の結果(減量開始温度T10)を、表1に併せて示した。 The obtained water-insoluble polymer particles (A2) were measured for toluene insolubles in the same manner as in Synthesis Example 4, DSC measurement results (glass transition temperature Tg, melting temperature Tm), and TG measurement results (weight loss). The starting temperature T 10 ) is also shown in Table 1.
なお、得られた水分散体L15をサンプルとして、動的光散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置(大塚電子株式会社製、型式「FPAR−1000」)を用いて粒度分布を測定し、その粒度分布から非水溶性重合体粒子(A2)の平均粒子径(Da2)を求めたところ420nmであった。 In addition, using the obtained water dispersion L15 as a sample, the particle size distribution was measured using a particle size distribution measuring apparatus (model “FPAR-1000” manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.) having a dynamic light scattering method as a measurement principle. When the average particle diameter (Da2) of the water-insoluble polymer particles (A2) was determined from the particle size distribution, it was 420 nm.
さらに上記合成例15と同様にして、得られた非水溶性重合体粒子(A2)の詳細な粒子の構造を日立透過型電子顕微鏡 H−7650(株式会社日立ハイテクノロジーズ製)を使用して観察したところ、観察された粒子100個の平均粒子径が420nm、粒子内径が220nmの中空重合体粒子であり、容積空孔率は14%であった。 Further, in the same manner as in Synthesis Example 15, the detailed particle structure of the obtained water-insoluble polymer particles (A2) was observed using a Hitachi transmission electron microscope H-7650 (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). As a result, the 100 observed particles were hollow polymer particles having an average particle diameter of 420 nm and a particle inner diameter of 220 nm, and the volume porosity was 14%.
3.2.7.合成例19
撹拌装置および温度調節器を備えた容量2リットルの耐圧反応容器に水109.5質量部、乳化剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.2質量部、分子量調節剤としてオクチルグリコール0.5質量部および重合開始剤として過硫酸ナトリウム0.5質量部を投入した。次にメタクリル酸15質量部とメタクリル酸メチル85質量部とを混合したモノマー混合物の20%を耐圧反応容器に投入した。その後、撹拌しながら温度75℃まで昇温し、75℃到達後1時間、重合反応を行い、その後、温度を75℃に保ちながら残りのモノマー混合物を連続的に2時間かけて耐圧反応容器に添加した。その後、さらに2時間熟成を行い、固形分40%、平均粒子径が200nmの重合体粒子の水分散体を得た。
3.2.7. Synthesis Example 19
In a pressure-resistant reaction vessel having a capacity of 2 liters equipped with a stirrer and a temperature controller, 109.5 parts by mass of water, 0.2 part by mass of sodium dodecylbenzenesulfonate as an emulsifier, 0.5 part by mass of octyl glycol as a molecular weight regulator and polymerization As an initiator, 0.5 part by mass of sodium persulfate was added. Next, 20% of a monomer mixture obtained by mixing 15 parts by mass of methacrylic acid and 85 parts by mass of methyl methacrylate was charged into a pressure resistant reactor. Thereafter, the temperature is raised to 75 ° C. while stirring, and a polymerization reaction is carried out for 1 hour after reaching 75 ° C., and then the remaining monomer mixture is continuously put into a pressure-resistant reaction vessel over 2 hours while maintaining the temperature at 75 ° C. Added. Thereafter, aging was further performed for 2 hours to obtain an aqueous dispersion of polymer particles having a solid content of 40% and an average particle size of 200 nm.
撹拌装置および温度調節器を備えた容量2リットルの耐圧反応容器に、水186質量部
を投入し、これに前述の粒子径200nmの重合体粒子を固形分で10質量部、重合開始剤として過硫酸ナトリウム0.5質量部を投入し撹拌しながら温度80℃まで昇温した。次に、メタクリル酸30質量部、メタクリル酸メチル69.5質量部およびジビニルベンゼン0.5質量部を混合したモノマー混合物を耐圧反応容器に、温度80℃を保持し、撹拌しながら連続的に3時間かけて投入した。その後、さらに2時間熟成を行い、固形分31%、平均粒子径400nmの重合体粒子の水分散体を得た。
Into a pressure-resistant reaction vessel having a capacity of 2 liters equipped with a stirrer and a temperature controller, 186 parts by mass of water is charged, and 10 parts by mass of the polymer particles having a particle diameter of 200 nm as described above are added as a polymerization initiator. Sodium sulphate (0.5 parts by mass) was added and the temperature was raised to 80 ° C. with stirring. Next, a monomer mixture obtained by mixing 30 parts by weight of methacrylic acid, 69.5 parts by weight of methyl methacrylate and 0.5 parts by weight of divinylbenzene was kept in a pressure-resistant reaction vessel at a temperature of 80 ° C. and continuously 3 with stirring. I put it in over time. Thereafter, aging was further performed for 2 hours to obtain an aqueous dispersion of polymer particles having a solid content of 31% and an average particle diameter of 400 nm.
撹拌装置および温度調節器を備えた容量2リットルの耐圧反応容器に、水350質量部を投入し、これに前述の粒子径400nmの重合体粒子を固形分で20質量部、重合開始剤として過硫酸ナトリウム0.4質量部を投入し、撹拌しながら温度80℃まで昇温した。次に、スチレン90質量部およびジビニルベンゼン9質量部、アクリル酸1質量部を混合したモノマー混合物を、撹拌しながら耐圧反応容器に連続的に4時間かけて投入した。モノマー混合物を投入する間、耐圧反応容器の温度は80℃に保持した。モノマー混合物の連続投入終了後、80℃に保持した耐圧反応容器内に25%アンモニウム水を5質量部投入して3時間熟成を行い、非水溶性重合体粒子(A2)を20%含有する水分散体L16を得た。 350 parts by mass of water was put into a pressure-resistant reaction vessel having a capacity of 2 liters equipped with a stirrer and a temperature controller, and 20 parts by mass of the polymer particles having a particle diameter of 400 nm as a polymerization initiator were added thereto as a polymerization initiator. 0.4 parts by mass of sodium sulfate was added, and the temperature was raised to 80 ° C. while stirring. Next, a monomer mixture obtained by mixing 90 parts by mass of styrene, 9 parts by mass of divinylbenzene, and 1 part by mass of acrylic acid was continuously added to the pressure resistant reactor over 4 hours while stirring. While the monomer mixture was charged, the temperature of the pressure resistant reactor was maintained at 80 ° C. After the completion of continuous addition of the monomer mixture, 5 parts by mass of 25% ammonium water is placed in a pressure-resistant reaction vessel maintained at 80 ° C., and aged for 3 hours to contain 20% of water-insoluble polymer particles (A2). Dispersion L16 was obtained.
得られた非水溶性重合体粒子(A2)について上記合成例4と同様に行ったトルエン不溶分測定の結果、DSC測定の結果(ガラス転移温度Tg、融解温度Tm)およびTG測定の結果(減量開始温度T10)を、表1に併せて示した。 The obtained water-insoluble polymer particles (A2) were measured for toluene insolubles in the same manner as in Synthesis Example 4, DSC measurement results (glass transition temperature Tg, melting temperature Tm), and TG measurement results (weight loss). The starting temperature T 10 ) is also shown in Table 1.
なお、得られた水分散体L16をサンプルとして、動的光散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置(大塚電子株式会社製、形式「FPAR−1000」)を用いて粒度分布を測定し、その粒度分布から非水溶性重合体粒子(A2)の平均粒子径(Da2)を求めたところ1000nmであった。 In addition, using the obtained water dispersion L16 as a sample, the particle size distribution is measured using a particle size distribution measuring apparatus (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd., “FPAR-1000”) based on the dynamic light scattering method, The average particle diameter (Da2) of the water-insoluble polymer particles (A2) was determined from the particle size distribution and found to be 1000 nm.
さらに上記合成例15と同様にして、得られた非水溶性重合体粒子(A2)の詳細な粒子の構造を日立透過型電子顕微鏡 H−7650(株式会社日立ハイテクノロジーズ製)を使用して観察したところ、観察された粒子100個の平均粒子径が1000nm、粒子内径が800nmの中空重合体粒子であり、容積空孔率は51%であった。 Further, in the same manner as in Synthesis Example 15, the detailed particle structure of the obtained water-insoluble polymer particles (A2) was observed using a Hitachi transmission electron microscope H-7650 (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). As a result, 100 observed particles were hollow polymer particles having an average particle diameter of 1000 nm and a particle inner diameter of 800 nm, and the volume porosity was 51%.
3.2.8.非水溶性重合体粒子(A2)一覧
上記で得られた非水溶性重合体粒子(A2)の単量体組成および各物性値の測定結果を下表1にまとめた。
3.2.8. List of water-insoluble polymer particles (A2) The monomer composition of the water-insoluble polymer particles (A2) obtained above and the measurement results of the respective physical property values are summarized in Table 1 below.
表1における各成分の略称は、それぞれ以下の化合物を意味する。
<重合性不飽和基を二つ以上有する化合物>
・AMA:メタクリル酸アリル
・EDMA:エチレングリコールジメタクリレート
・DVB:ジビニルベンゼン
<不飽和カルボン酸エステル>
・MMA:メタクリル酸メチル
<芳香族ビニル化合物>
・ST:スチレン
・EVB:エチルビニルベンゼン
<不飽和カルボン酸>
・AA:アクリル酸
<ニトリル化合物>
・AN:アクリロニトリル
なお、表1における「−」の表記は、該当する成分を使用しなかったことを示す。
Abbreviations of each component in Table 1 mean the following compounds, respectively.
<Compound having two or more polymerizable unsaturated groups>
AMA: Allyl methacrylate EDMA: Ethylene glycol dimethacrylate DVB: Divinylbenzene <Unsaturated carboxylic acid ester>
・ MMA: Methyl methacrylate <Aromatic vinyl compound>
-ST: Styrene-EVB: Ethyl vinyl benzene <Unsaturated carboxylic acid>
AA: acrylic acid <nitrile compound>
-AN: Acrylonitrile In addition, the notation of "-" in Table 1 shows that the applicable component was not used.
3.3.実施例1
3.3.1.保護膜用組成物の調製
水溶液S1と水分散体L1を、非水溶性重合体粒子(A2)100質量部に対して、水溶性重合体(A1)が10質量部となるように混合し、さらに曳糸性が70%になるようにイオン交換水を添加し、T.K.フィルミックス(R)56−50型(プライミクス株式会社製)を用いて混合分散処理を行い、保護膜用組成物を調製した。
3.3. Example 1
3.3.1. Preparation of composition for protective film The aqueous solution S1 and the aqueous dispersion L1 are mixed so that the water-soluble polymer (A1) is 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the water-insoluble polymer particles (A2). Further, ion exchange water is added so that the spinnability becomes 70%. K. Mixing and dispersing treatment was carried out using Fillmix (R) 56-50 (manufactured by PRIMIX Co., Ltd.) to prepare a protective film composition.
3.3.2.保護膜用組成物の曳糸性の測定
得られた保護膜用組成物の曳糸性を、以下のようにして測定した。
先ず、容器の底辺に直径5.2mmの開口部が存在するザーンカップ(太佑機材株式会社製、ザーンビスコシティーカップNo.5)を準備した。このザーンカップの開口部を閉じた状態で、上記で調製した保護膜用組成物を40g流し込んだ。開口部を開放すると保護膜用組成物が流れ出した。このとき、開口部を開放した瞬間の時間をT0とし、保護膜用組成物が流れ出る際に糸を曳くようにして流出し続けた時間を目視で測定し、この時間をTAとした。さらに、糸を曳かなくなってからも測定を継続し、保護膜用組成物が流れ出なくなるまでの時間TBを測定した。測定した各値T0、TAおよびTBを下記式(7)に代入して曳糸性を求めた。
曳糸性(%)=((TA−T0)/(TB−T0))×100 ・・・・・(7)
曳糸性の測定結果を表2に併せて示した。
3.3.2. Measurement of Spinnability of Protective Film Composition The spinnability of the obtained protective film composition was measured as follows.
First, a Zaan cup (made by Dazai Equipment Co., Ltd., Zaan Biscocity Cup No. 5) having an opening with a diameter of 5.2 mm at the bottom of the container was prepared. With the opening of the Zahn cup closed, 40 g of the protective film composition prepared above was poured. When the opening was opened, the protective film composition flowed out. At this time, the moment of opening the opening time is T 0, a time continued to flow out so as to draw the yarn in the protective film composition flows out was determined visually, the time was T A. Moreover, to continue the measurement from no longer attracted yarn was measured time T B to the protective film composition can not flow out. The measured values T 0 , T A and T B were substituted into the following formula (7) to determine the spinnability.
Spinnability (%) = ((T A −T 0 ) / (T B −T 0 )) × 100 (7)
Table 2 also shows the measurement results of the spinnability.
3.3.3.正極の製造
<正極活物質の調製>
市販のリン酸鉄リチウム(LiFePO4)をめのう乳鉢で粉砕し、ふるいを用いて分級することにより、粒子径(D50値)が0.5μmである活物質粒子を調製した。
3.3.3. Production of positive electrode <Preparation of positive electrode active material>
Commercially available lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) was pulverized in an agate mortar and classified using a sieve to prepare active material particles having a particle diameter (D50 value) of 0.5 μm.
<正極用スラリーの調製>
二軸型プラネタリーミキサー(プライミクス株式会社製、商品名「TKハイビスミックス 2P−03」)にポリフッ化ビニリデン(PVDF)4質量部(固形分換算)、上記活物質粒子100質量部、アセチレンブラック5質量部およびN−メチルピロリドン(NMP)68質量部を投入し、60rpmで1時間攪拌を行った。さらに、NMP32質量部を投入し、1時間攪拌してペーストを得た。得られたペーストを、攪拌脱泡機(株式会社シンキー製、商品名「あわとり練太郎」)を使用して、200rpmで2分間、1,800rpmで5分間、さらに真空下(5.0×103Pa)において1,800rpmで1.5分間攪拌混合することにより、正極用スラリーを調製した。
<Preparation of slurry for positive electrode>
A biaxial planetary mixer (trade name “TK Hibismix 2P-03” manufactured by PRIMIX Corporation), 4 parts by mass of polyvinylidene fluoride (PVDF) (in terms of solid content), 100 parts by mass of the above active material particles, and acetylene black 5 Part by mass and 68 parts by mass of N-methylpyrrolidone (NMP) were added and stirred at 60 rpm for 1 hour. Further, 32 parts by mass of NMP was added and stirred for 1 hour to obtain a paste. The resulting paste was stirred at 200 rpm for 2 minutes, 1,800 rpm for 5 minutes, and further under vacuum (5.0 ×) using a stirring defoaming machine (trade name “Awatori Nertaro” manufactured by Shinky Co., Ltd.). The slurry for positive electrode was prepared by stirring and mixing at 1,800 rpm for 1.5 minutes at 10 3 Pa).
<正極用電極の作製>
アルミニウム箔からなる集電体の表面に、上記正極用スラリーを、乾燥後の膜厚が100μmとなるようにドクターブレード法によって均一に塗布し、120℃で20分間乾燥した。その後、膜(活物質層)の密度が2.0g/cm3となるようにロールプレス機によりプレス加工することにより、集電体の表面に正極活物質層が形成された正極を得た。
<Preparation of electrode for positive electrode>
The positive electrode slurry was uniformly applied to the surface of a current collector made of aluminum foil by a doctor blade method so that the film thickness after drying was 100 μm, and dried at 120 ° C. for 20 minutes. Then, the positive electrode with the positive electrode active material layer formed on the surface of the current collector was obtained by pressing with a roll press so that the density of the film (active material layer) was 2.0 g / cm 3 .
3.3.4.保護膜の作製(保護膜付き正極の作製)
上記で得られた正極の正極活物質層表面に、上記で得られた保護膜用組成物をダイコート法を用いて塗布した後、120℃、5分で乾燥し、正極活物質層表面に保護膜を形成した。なお、上記保護膜の厚みは3μmであった。
3.3.4. Production of protective film (production of positive electrode with protective film)
After applying the protective film composition obtained above on the surface of the positive electrode active material layer of the positive electrode obtained above using a die coating method, it is dried at 120 ° C. for 5 minutes to protect the surface of the positive electrode active material layer. A film was formed. The protective film had a thickness of 3 μm.
3.3.5.負極の製造
<負極用スラリーの調製>
二軸型プラネタリーミキサー(プライミクス株式会社製、商品名「TKハイビスミックス 2P−03」)に、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)4質量部(固形分換算)、負極活物質としてグラファイト100質量部(固形分換算)、N−メチルピロリドン(NMP)80質量部を投入し、60rpmで1時間撹拌を行った。その後、さらにNMP20質量部を投入した後、撹拌脱泡機(株式会社シンキー製、製品名「あわとり練太郎」)を使用して、200rpmで2分間、次いで1,800rpmで5分間、さらに真空下において1,800rpmで1.5分間撹拌・混合することにより、負極用スラリーを調製した。
3.3.5. Production of negative electrode <Preparation of slurry for negative electrode>
A biaxial planetary mixer (product name “TK Hibismix 2P-03” manufactured by PRIMIX Corporation), 4 parts by mass of polyvinylidene fluoride (PVDF) (in terms of solid content), and 100 parts by mass of graphite as a negative electrode active material (solid) Minute conversion), 80 parts by mass of N-methylpyrrolidone (NMP) was added, and the mixture was stirred at 60 rpm for 1 hour. Then, after adding 20 parts by mass of NMP, using a stirring defoaming machine (product name “Awatori Netaro” manufactured by Shinky Co., Ltd.) for 2 minutes at 200 rpm, then for 5 minutes at 1,800 rpm, further vacuum Below, the slurry for negative electrodes was prepared by stirring and mixing for 1.5 minutes at 1,800 rpm.
<負極用電極の作製>
銅箔からなる集電体の表面に、上記負極用スラリーを、乾燥後の膜厚が150μmとなるようにドクターブレード法によって均一に塗布し、120℃で20分間乾燥した。その後、膜の密度が1.5g/cm3となるようにロールプレス機を使用してプレス加工することにより、集電体の表面に負極活物質層が形成された負極を得た。
<Preparation of electrode for negative electrode>
The negative electrode slurry was uniformly applied to the surface of a current collector made of copper foil by a doctor blade method so that the film thickness after drying was 150 μm, and dried at 120 ° C. for 20 minutes. Then, the negative electrode in which the negative electrode active material layer was formed on the surface of the current collector was obtained by pressing using a roll press machine so that the film density was 1.5 g / cm 3 .
3.3.6.リチウムイオン電池セルの組立て
露点が−80℃以下となるようAr置換されたグローブボックス内で、上記で製造した負極を直径16.16mmに打ち抜き成形したものを、2極式コインセル(宝泉株式会社製、商品名「HSフラットセル」)上に載置した。次いで、直径24mmに打ち抜いたポリプロピレン製多孔膜からなるセパレーター(セルガード株式会社製、商品名「セルガード#2400」)を載置し、さらに、空気が入らないように電解液を500μL注入した後、上記で製造した保護膜つき正極を直径15.95mmに打ち抜き成形したものを上記セパレーターと正極に形成された保護膜とが相対するように載置し、上記2極式コインセルの外装ボディーをネジで閉めて封止することにより、リチウムイオン電池セル(蓄電デバイス)を組み立てた。なお、ここで使用した電解液は、エチレンカーボネート/エチルメチルカーボネート=1/1(質量比)の溶媒に、LiPF6を1モル/Lの濃度で溶解した溶液である。
3.3.6. Assembly of Lithium Ion Battery Cell A bipolar coin cell (Hosen Co., Ltd.) obtained by punching and molding the negative electrode produced above to a diameter of 16.16 mm in an Ar-substituted glove box with a dew point of −80 ° C. or lower. And product name “HS flat cell”). Next, a separator made of a polypropylene porous membrane punched into a diameter of 24 mm (trade name “Celguard # 2400” manufactured by Celgard Co., Ltd.) was placed, and after injecting 500 μL of an electrolyte solution so that air did not enter, The positive electrode with a protective film manufactured in the above is punched and molded to a diameter of 15.95 mm and placed so that the separator and the protective film formed on the positive electrode face each other, and the outer body of the bipolar coin cell is closed with a screw. The lithium ion battery cell (electric storage device) was assembled by sealing. The electrolytic solution used here is a solution obtained by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1 mol / L in a solvent of ethylene carbonate / ethyl methyl carbonate = 1/1 (mass ratio).
3.3.7.充放電レート特性の評価
上記で製造した蓄電デバイスにつき、室温にて、定電流(0.2C)にて充電を開始し、電圧が4.2Vになった時点で引き続き定電圧(4.2V)にて充電を続行し、電流値が0.01Cとなった時点を充電完了(カットオフ)として、0.2Cでの充電容量を測定した。次いで、定電流(0.2C)にて放電を開始し、電圧が2.7Vになった時点を放電完了(カットオフ)とし、0.2Cでの放電容量を測定した。
3.3.7. Evaluation of Charging / Discharging Rate Characteristics The electricity storage device manufactured above was charged at a constant current (0.2 C) at room temperature, and when the voltage reached 4.2 V, the constant voltage (4.2 V) was continued. The charging was continued at, and when the current value reached 0.01 C, the charging was completed (cut off), and the charging capacity at 0.2 C was measured. Next, discharge was started at a constant current (0.2 C), and when the voltage reached 2.7 V, the discharge was completed (cut off), and the discharge capacity at 0.2 C was measured.
次に、同じセルにつき、定電流(3C)にて充電を開始し、電圧が4.2Vになった時
点で引き続き定電圧(4.2V)にて充電を続行し、電流値が0.01Cとなった時点を充電完了(カットオフ)として3Cでの充電容量を測定した。次いで、定電流(3C)にて放電を開始し、電圧が2.7Vになった時点を放電完了(カットオフ)とし、3Cでの放電容量を測定した。
Next, charging is started at a constant current (3C) for the same cell, and when the voltage reaches 4.2V, charging is continued at a constant voltage (4.2V). The charging capacity at 3C was measured with the time point of becoming the completion of charging (cut-off). Next, discharge was started at a constant current (3C), and when the voltage reached 2.7 V, the discharge was completed (cut off), and the discharge capacity at 3C was measured.
上記の測定値を用いて、0.2Cでの充電容量に対する3Cでの充電容量の割合(百分率%)を計算することにより充電レート(%)を、0.2Cでの放電容量に対する3Cでの放電容量の割合(百分率%)を計算することにより放電レート(%)を、それぞれ算出した。なお、表2〜3中、充電レートおよび放電レートの双方が80%以上のとき、充放電レート特性は良好であると判断して「○」。充電レートおよび放電レートの両方もしくはいずれか一方が80%未満のとき、充放電レート特性は不良であると判断し「×」と表記した。その結果を表2に併せて示した。 Using the measured values above, calculate the charge rate (%) by calculating the ratio (percent%) of the charge capacity at 3C to the charge capacity at 0.2C at 3C versus the discharge capacity at 0.2C. The discharge rate (%) was calculated by calculating the discharge capacity ratio (percentage%). In Tables 2 to 3, when both the charge rate and the discharge rate are 80% or more, it is judged that the charge / discharge rate characteristics are good, and “◯”. When either or both of the charge rate and the discharge rate were less than 80%, the charge / discharge rate characteristics were judged to be poor and indicated as “x”. The results are also shown in Table 2.
なお、測定条件において「1C」とは、ある一定の電気容量を有するセルを定電流放電して1時間で放電終了となる電流値のことを示す。例えば「0.1C」とは、10時間かけて放電終了となる電流値のことであり、10Cとは0.1時間かけて放電完了となる電流値のことをいう。 In the measurement conditions, “1C” indicates a current value at which discharge is completed in one hour after constant current discharge of a cell having a certain electric capacity. For example, “0.1 C” is a current value at which discharge is completed over 10 hours, and 10 C is a current value at which discharge is completed over 0.1 hours.
3.4.実施例2〜10、比較例1〜5
表2に示す使用割合で配合した以外は、上記実施例1と同様にして保護膜用組成物を作製した。また、得られた保護膜用組成物を用いて実施例1と同様にして蓄電デバイスを製造し、評価した。その評価結果を、表2に併せて示した。実施例1〜10および比較例1〜5に係る保護膜用組成物の水溶性重合体(A1)と非水溶性重合体粒子(A2)の含有割合、曳糸性、充放電レート特性の評価結果を下表2にまとめた。
3.4. Examples 2-10, Comparative Examples 1-5
A composition for a protective film was prepared in the same manner as in Example 1 except that the proportions shown in Table 2 were used. Moreover, the electrical storage device was manufactured similarly to Example 1 using the obtained composition for protective films, and was evaluated. The evaluation results are also shown in Table 2. Evaluation of content ratio, spinnability, charge / discharge rate characteristics of water-soluble polymer (A1) and water-insoluble polymer particles (A2) in the protective film compositions according to Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 5 The results are summarized in Table 2 below.
なお、表2における「−」の表記は、該当する成分を使用しなかったことを示す。 In addition, the notation of “-” in Table 2 indicates that the corresponding component was not used.
3.5.実施例11
3.5.1.正極および負極の製造
上記実施例1と同様にして正極および負極を製造した。
3.5. Example 11
3.5.1. Production of Positive Electrode and Negative Electrode A positive electrode and a negative electrode were produced in the same manner as in Example 1.
3.5.2.保護膜の作製(保護膜付きセパレーターの作製)
ポリプロピレン製多孔膜からなるセパレーター(セルガード株式会社製、商品名「セルガード#2400」)の両面に、上記「3.3.1.保護膜用組成物の調製」で得られた保護膜用組成物をディップコート法を用いて塗布した後、80℃、10分で乾燥し、セパレーターの両面に保護膜を形成した。なお、得られた保護膜の厚みは片面2μm(表・裏の両面で合計4μm)であった。
3.5.2. Production of protective film (production of separator with protective film)
A protective film composition obtained in the above “3.3.1. Preparation of protective film composition” on both sides of a separator made of a polypropylene porous film (manufactured by Celgard, trade name “Celguard # 2400”). Was applied using a dip coating method and then dried at 80 ° C. for 10 minutes to form protective films on both sides of the separator. The thickness of the protective film obtained was 2 μm on one side (total of 4 μm on both the front and back sides).
3.5.3.リチウムイオン電池セルの組立て
露点が−80℃以下となるようAr置換されたグローブボックス内で、上記で製造した負極を直径16.16mmに打ち抜き成形したものを、2極式コインセル(宝泉株式会社製、商品名「HSフラットセル」)上に載置した。次いで、直径24mmに打ち抜いた上記「3.5.2.保護膜の作製(保護膜付きセパレーターの作製)」において作製された保護膜付きセパレーターを載置し、さらに、空気が入らないように電解液を500μL注入した後、上記で製造した正極を直径15.95mmに打ち抜き成形したものを載置し、前記2極式コインセルの外装ボディーをネジで閉めて封止することにより、リチウムイオン電池セル(蓄電デバイス)を組み立てた。なお、ここで使用した電解液は、エチレンカーボネート/エチルメチルカーボネート=1/1(質量比)の溶媒に、LiPF6を1モル/Lの濃度で溶解した溶液である。
3.5.3. Assembly of Lithium Ion Battery Cell A bipolar coin cell (Hosen Co., Ltd.) obtained by punching and molding the negative electrode produced above to a diameter of 16.16 mm in an Ar-substituted glove box with a dew point of −80 ° C. or lower. And product name “HS flat cell”). Next, the separator with the protective film prepared in “3.5.2. Preparation of protective film (manufacture of separator with protective film)” punched to a diameter of 24 mm is placed, and electrolysis is performed so that air does not enter. After injecting 500 μL of the liquid, the positive electrode manufactured above was punched and molded to a diameter of 15.95 mm, and the outer body of the two-pole coin cell was closed with a screw and sealed, so that a lithium ion battery cell (Electric storage device) was assembled. The electrolytic solution used here is a solution obtained by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1 mol / L in a solvent of ethylene carbonate / ethyl methyl carbonate = 1/1 (mass ratio).
3.5.4.保護膜と電極との接着性
上記で製造した負極、保護膜付きセパレーター、および正極から、それぞれ幅2cm×長さ5cmの試験片を切り出し、負極活物質層および正極活物質層がそれぞれ保護膜付きセパレーターに相対するように、負極/保護膜付きセパレーター/正極を積層した。得られた積層体にエチレンカーボネート/エチルメチルカーボネート=1/1(質量比)の溶媒を含浸させ、ポリエステルフィルム(東レ株式会社製、ルミラーS10、250μm厚)に挟み、80℃×5分間、0.1MPaにて加熱加圧した。この後、溶媒が乾燥する前に負極および正極を保護膜付きセパレーターから剥がし、以下のように評価した。その評価結果を図3に併せて示した。
◎:負極、正極ともに剥がした時に抵抗があり、活物質層の一部または全部が保護膜に接着して転写されている場合
○:負極、正極ともに剥がした時に抵抗があるが、活物質層が保護膜に転写されていない場合
×:負極および正極のいずれかを剥がした時に抵抗がなく、既に剥がれている場合
3.5.4. Adhesiveness between protective film and electrode From the negative electrode, separator with protective film, and positive electrode produced above, test pieces each having a width of 2 cm and a length of 5 cm were cut out, and the negative electrode active material layer and the positive electrode active material layer were each provided with a protective film. A negative electrode / a separator with a protective film / a positive electrode was laminated so as to face the separator. The obtained laminate was impregnated with a solvent of ethylene carbonate / ethyl methyl carbonate = 1/1 (mass ratio) and sandwiched between polyester films (Toray Industries, Lumirror S10, 250 μm thickness), 80 ° C. × 5 minutes, 0 Heated and pressurized at 1 MPa. Then, before the solvent dried, the negative electrode and the positive electrode were peeled off from the separator with a protective film, and evaluated as follows. The evaluation results are also shown in FIG.
A: When both the negative electrode and the positive electrode are peeled off and there is resistance, and a part or all of the active material layer is adhered and transferred to the protective film. ○: When both the negative electrode and the positive electrode are peeled off, there is resistance, but the active material layer X is not transferred to the protective film ×: When either the negative electrode or the positive electrode is removed, there is no resistance, and it has already been removed
3.5.5.充放電レート特性の評価
上記実施例1と同様にして充放電レート特性の評価を行った。その評価結果を図3に併せて示した。
3.5.5. Evaluation of charge / discharge rate characteristics The charge / discharge rate characteristics were evaluated in the same manner as in Example 1. The evaluation results are also shown in FIG.
3.6.実施例12〜20、比較例6〜10
表3に示す使用割合で配合した以外は、上記実施例11と同様にして保護膜用組成物を作製した。また、得られた保護膜用組成物を用いて実施例11と同様にして蓄電デバイスを製造し、評価した。その評価結果を、表3に併せて示した。実施例11〜20および比較例6〜10に係る保護膜用組成物の水溶性重合体(A1)と非水溶性重合体粒子(A2)の含有割合、曳糸性、保護膜・電極接着性、充放電レート特性の評価結果を下表3にま
とめた。
3.6. Examples 12-20, Comparative Examples 6-10
A protective film composition was prepared in the same manner as in Example 11 except that the proportions shown in Table 3 were used. Moreover, the electrical storage device was manufactured similarly to Example 11 using the obtained composition for protective films, and was evaluated. The evaluation results are also shown in Table 3. Content ratio of water-soluble polymer (A1) and water-insoluble polymer particles (A2) in the compositions for protective films according to Examples 11 to 20 and Comparative Examples 6 to 10, spinnability, protective film / electrode adhesion The evaluation results of the charge / discharge rate characteristics are summarized in Table 3 below.
なお、表3における「−」の表記は、該当する成分を使用しなかったことを示す。 In addition, the notation of “-” in Table 3 indicates that the corresponding component was not used.
3.7.評価結果
上表2から明らかなように、実施例1〜10に示した本発明に係る保護膜用組成物から作製された保護膜付き正極を具備する蓄電デバイス(リチウムイオン電池)は、充放電レート特性に優れたものであった。一方、比較例1〜5では、良好な充放電レート特性を示す蓄電デバイスは得られなかった。
3.7. Evaluation Results As is apparent from Table 2 above, an electricity storage device (lithium ion battery) comprising a positive electrode with a protective film produced from the composition for a protective film according to the present invention shown in Examples 1 to 10 was charged / discharged. The rate characteristics were excellent. On the other hand, in Comparative Examples 1-5, the electrical storage device which shows a favorable charging / discharging rate characteristic was not obtained.
上記表3から明らかなように、実施例11〜20に示した本発明に係る保護膜用組成物から作製された両面に保護膜を有するセパレーターを具備する蓄電デバイス(リチウムイオン電池)は、充放電レート特性に優れると共に、保護膜と電極との接着性が良好であることが確認できた。一方、比較例6〜10では、良好な充放電特性を示す蓄電デバイスは得られなかった。また、比較例6および比較例10では結着力に乏しい保護膜であったために、電池を作製する際に保護膜が脱落し、保護膜を有する電池を作製できなった。 As is clear from Table 3 above, an electricity storage device (lithium ion battery) comprising a separator having a protective film on both sides made from the composition for a protective film according to the present invention shown in Examples 11 to 20 is a rechargeable battery. It was confirmed that the discharge rate characteristics were excellent and the adhesion between the protective film and the electrode was good. On the other hand, in Comparative Examples 6-10, the electrical storage device which shows a favorable charging / discharging characteristic was not obtained. Further, in Comparative Examples 6 and 10, since the protective film had poor binding force, the protective film dropped off when the battery was produced, and the battery having the protective film could not be produced.
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成)を包含する。また本発明は、上記の実施形態で説明した構成の本質的でない部分を他の構成に置き換えた構成を包含する。さらに本発明は、上記の実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成をも包含する。さらに本発明は、上記の実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成をも包含する。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. The present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same objects and effects). The present invention also includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the above embodiment is replaced with another configuration. Furthermore, the present invention includes a configuration that achieves the same effects as the configuration described in the above embodiment or a configuration that can achieve the same object. Furthermore, the present invention includes a configuration obtained by adding a known technique to the configuration described in the above embodiment.
1,2,3…蓄電デバイス、10,110,210…正極、12,112,212…正極集電体、14,114,214…正極活物質層、20,120,220…負極、22,122,222…負極集電体、24,124,224…負極活物質層、30,130,230…保護膜、40,140,240…電解液、150,250…セパレーター
1, 2, 3 ...
Claims (11)
曳糸性が60〜85%である、蓄電デバイスの正極と負極との間に配置される保護膜を作製するための組成物。 Water-insoluble polymer particles (A2) and an aqueous medium,
The composition for producing the protective film arrange | positioned between the positive electrode and negative electrode of an electrical storage device whose spinnability is 60 to 85%.
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