JP2016149238A - Solid electrolyte composition, battery electrode sheet and all solid secondary battery, and battery electrode sheet and method for producing all solid secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体電解質組成物、電池用電極シートおよび全固体二次電池ならびに電池用電極シートおよび全固体二次電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a solid electrolyte composition, a battery electrode sheet and an all-solid secondary battery, and a battery electrode sheet and a method for producing the all-solid secondary battery.
リチウムイオン電池には、電解液が用いられている。その電解液を固体電解質に置き換え、構成材料を全て固体にした全固体二次電池とする試みが進められている。無機の固体電解質を利用する技術の利点として挙げられるのが、信頼性である。リチウムイオン二次電池に用いられる電解液には、その媒体として、カーボネート系溶媒など、可燃性の材料が適用されている。様々な安全対策が採られているものの、過充電時などに不具合を来たすおそれがないとは言えず、さらなる対応が望まれる。その抜本的な解決手段として、電解質を不燃性のものとしうる全固体二次電池が位置づけられる。
全固体二次電池のさらなる利点としては、電極のスタックによる高エネルギー密度化に適していることが挙げられる。具体的には、電極と電解質を直接並べて直列化した構造を持つ電池にすることができる。このとき、電池セルを封止する金属パッケージ、電池セルをつなぐ銅線やバスバーを省略することができるので、電池のエネルギー密度が大幅に高められる。また、高電位化が可能な正極材料との相性の良さなども利点として挙げられる。
An electrolyte solution is used for the lithium ion battery. Attempts have been made to replace the electrolytic solution with a solid electrolyte to obtain an all-solid-state secondary battery in which the constituent materials are all solid. One of the advantages of the technology using an inorganic solid electrolyte is reliability. A flammable material such as a carbonate-based solvent is used as a medium for the electrolytic solution used in the lithium ion secondary battery. Although various safety measures have been taken, it cannot be said that there is no risk of malfunctions during overcharge, and further measures are desired. An all-solid-state secondary battery that can make the electrolyte nonflammable is positioned as a fundamental solution.
A further advantage of the all-solid-state secondary battery is that it is suitable for increasing the energy density by stacking electrodes. Specifically, a battery having a structure in which an electrode and an electrolyte are directly arranged in series can be obtained. At this time, since the metal package for sealing the battery cell, the copper wire and the bus bar for connecting the battery cell can be omitted, the energy density of the battery is greatly increased. In addition, good compatibility with the positive electrode material capable of increasing the potential is also mentioned as an advantage.
上記のような各利点から、次世代のリチウムイオン二次電池として、その開発は精力的に進められている(非特許文献1)。一方で、無機系の全固体二次電池においては、その電解質が硬質の固体であるために改良が必要な点もある。 From the above advantages, the development of a next-generation lithium ion secondary battery has been vigorously advanced (Non-patent Document 1). On the other hand, in an inorganic all-solid secondary battery, since the electrolyte is a hard solid, there is a point that needs to be improved.
例えば、固体粒子間、固体粒子と集電体間等の界面抵抗が大きくなることが挙げられる。これを改善するために、特許文献1では、ポリオキシエチレン鎖を有する界面活性剤を含有する粒子状ポリマーからなる結着剤を用いて作製した全固体二次電池が提案されている。 For example, the interfacial resistance between the solid particles and between the solid particles and the current collector is increased. In order to improve this, Patent Document 1 proposes an all-solid-state secondary battery produced using a binder composed of a particulate polymer containing a surfactant having a polyoxyethylene chain.
また、負極の活物質として、黒鉛材料がよく用いられるが、更なる高容量化のための改善も進められている。Siは理論容量が大きいことから、負極の活物質として期待されている材料の一つである。たとえば、特許文献2には、負極活物質としてシリコン(Si)を用いて作製した電池が提案されている。
In addition, a graphite material is often used as an active material for the negative electrode, but improvements for further increasing the capacity are being promoted. Since Si has a large theoretical capacity, it is one of the materials expected as an active material for the negative electrode. For example,
しかしながら、上記特許文献1に開示されている全固体二次電池は、界面抵抗は抑制されるが、電池容量の大きさにおいてさらなる改善の余地がある。
一方、上記特許文献2では、結着剤と負極活物質との結着性が不足しており、電池サイクル特性のさらなる改善の余地がある。
However, the all-solid-state secondary battery disclosed in Patent Document 1 has a room for further improvement in the size of the battery capacity, although the interface resistance is suppressed.
On the other hand, in the said
そこで本発明は、負極活物質層の構成材料として用いることにより、電池容量および容量密度が大きく、サイクル特性に優れる全固体二次電池を実現することができる固体電解質組成物、これを用いた電池用電極シートおよび全固体二次電池ならびに電池用電極シートおよび全固体二次電池の製造方法の提供を目的とする。 Accordingly, the present invention provides a solid electrolyte composition capable of realizing an all-solid-state secondary battery having a large battery capacity and capacity density and excellent cycle characteristics when used as a constituent material of a negative electrode active material layer, and a battery using the same It aims at providing the manufacturing method of the electrode sheet for batteries, an all-solid-state secondary battery, and the electrode sheet for batteries, and an all-solid-state secondary battery.
<1>周期律表第1族または第2族に属する金属のイオンの伝導性を有する無機固体電解質と、少なくとも1種の下記式(1)で表される活物質と、粒子状ポリマーを含む固体電解質組成物。
<1> An inorganic solid electrolyte having conductivity of metal ions belonging to Group 1 or
SixM(1−x) 式(1) Si x M (1-x) Formula (1)
式(1)において、xは0.01以上1未満の数を表し、モル分率を意味する。Mはカルコゲン元素、半金属元素、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素もしくは遷移金属元素のいずれかまたはこれらの組み合わせを表す。 In the formula (1), x represents a number of 0.01 or more and less than 1, and means a mole fraction. M represents a chalcogen element, a metalloid element, an alkali metal element, an alkaline earth metal element, a transition metal element, or a combination thereof.
<2>式(1)において、xが0.1以上0.99以下である<1>に記載の固体電解質組成物。
<3>さらに、導電助剤を含む<1>または<2>に記載の固体電解質組成物。
<4>活物質がSi元素を有する合金である<1>〜<3>のいずれか1つに記載の固体電解質組成物。
<5>活物質の平均粒子径が0.1〜60μmである<1>〜<4>のいずれか1つに記載の固体電解質組成物。
<6>粒子状ポリマーの平均粒子径が0.02μm以上である<1>〜<5>のいずれか1つに記載の固体電解質組成物。
<7>粒子状ポリマーのガラス転移温度が50℃以下である<1>〜<6>のいずれか1つに記載の固体電解質組成物。
<8>粒子状ポリマーが下記I群で表される単位構造を有する<1>〜<7>のいずれか1つに記載の固体電解質組成物。
<2> The solid electrolyte composition according to <1>, wherein x is 0.1 or more and 0.99 or less in the formula (1).
<3> The solid electrolyte composition according to <1> or <2>, further comprising a conductive additive.
<4> The solid electrolyte composition according to any one of <1> to <3>, wherein the active material is an alloy containing Si element.
<5> The solid electrolyte composition according to any one of <1> to <4>, wherein an average particle size of the active material is 0.1 to 60 μm.
<6> The solid electrolyte composition according to any one of <1> to <5>, wherein an average particle size of the particulate polymer is 0.02 μm or more.
<7> The solid electrolyte composition according to any one of <1> to <6>, wherein the glass transition temperature of the particulate polymer is 50 ° C. or less.
<8> The solid electrolyte composition according to any one of <1> to <7>, wherein the particulate polymer has a unit structure represented by the following group I.
R1、R2、R5およびR6はそれぞれ独立にアルキレン基、アリーレン基またはこれらの組合せを表す。R3はアルキル基、アルケニル基、アリール基またはアラルキル基を表す。R4は芳香族または脂肪族の4価の連結基を表す。R7はアルキル基、アルケニル基、アリール基またはアラルキル基を表す。*は結合部位を表す。 R 1 , R 2 , R 5 and R 6 each independently represents an alkylene group, an arylene group or a combination thereof. R 3 represents an alkyl group, an alkenyl group, an aryl group or an aralkyl group. R 4 represents an aromatic or aliphatic tetravalent linking group. R 7 represents an alkyl group, an alkenyl group, an aryl group or an aralkyl group. * Represents a binding site.
<9>正極活物質層、無機固体電解質層および負極活物質層を具備し、負極活物質層が、少なくとも1種の下記式(1)で表される活物質と、粒子状ポリマーを含む全固体二次電池。 <9> A positive electrode active material layer, an inorganic solid electrolyte layer, and a negative electrode active material layer, wherein the negative electrode active material layer includes at least one active material represented by the following formula (1) and a particulate polymer. Solid secondary battery.
SixM(1−x) 式(1) Si x M (1-x) Formula (1)
式(1)において、xは0.01以上1未満の数を表し、Mはカルコゲン元素、半金属元素、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素もしくは遷移金属元素のいずれかまたはこれらの組み合わせを表す。 In the formula (1), x represents a number of 0.01 or more and less than 1, and M represents a chalcogen element, a metalloid element, an alkali metal element, an alkaline earth metal element, a transition metal element, or a combination thereof. .
<10> <1>〜<8>のいずれか1つに記載の固体電解質組成物を集電体上に製膜した電池用電極シート。
<11> <1>〜<8>のいずれか1つに記載の固体電解質組成物を集電体上に製膜する電池用電極シートの製造方法。
<12> <10>に記載の電池用電極シートを具備する全固体二次電池。
<13> <10>に記載の電池用電極シートを用いて、全固体二次電池を製造する全固体二次電池の製造方法。
<10> An electrode sheet for a battery in which the solid electrolyte composition according to any one of <1> to <8> is formed on a current collector.
<11> A method for producing an electrode sheet for a battery, wherein the solid electrolyte composition according to any one of <1> to <8> is formed on a current collector.
<12> An all-solid secondary battery comprising the battery electrode sheet according to <10>.
<13> A method for producing an all-solid secondary battery, comprising producing an all-solid secondary battery using the battery electrode sheet according to <10>.
本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
また、本明細書において、特定の符号で表示された置換基や連結基が複数あるとき、あるいは複数の置換基等(置換基数の規定も同様)を同時もしくは択一的に規定するときには、それぞれの置換基等は互いに同一でも異なっていてもよい。また、複数の置換基等が近接するときにはそれらが互いに結合したり縮合したりして環を形成していてもよい。
In this specification, a numerical range expressed using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value.
Further, in this specification, when there are a plurality of substituents or linking groups indicated by a specific symbol, or when a plurality of substituents etc. (same definition of the number of substituents) are specified simultaneously or alternatively, The substituents and the like may be the same as or different from each other. Further, when a plurality of substituents and the like are close to each other, they may be bonded to each other or condensed to form a ring.
本発明の固体電解質組成物は、全固体二次電池の負極活物質層の構成材料として好適に用いることができる。また、本発明の全固体二次電池は、容量密度が大きく、サイクル特性に優れる。また、本発明の電池用電極シートは、上記の優れた性能を有する全固体二次電池の製造を可能にする。また、本発明の製造方法によれば、本発明の電池用電極シートおよび上記の優れた性能を有する全固体二次電池を効率良く製造することができる。 The solid electrolyte composition of the present invention can be suitably used as a constituent material of the negative electrode active material layer of an all-solid secondary battery. The all solid state secondary battery of the present invention has a large capacity density and excellent cycle characteristics. Moreover, the battery electrode sheet of the present invention enables the production of an all-solid secondary battery having the above-described excellent performance. Moreover, according to the manufacturing method of this invention, the battery electrode sheet of this invention and the all-solid-state secondary battery which has said outstanding performance can be manufactured efficiently.
本発明の固体電解質組成物は、周期律表第1族または第2族に属する金属のイオンの伝導性を有する無機固体電解質と、少なくとも1種の後述の式(1)で表される活物質と、粒子状ポリマーとを含む。以下、その好ましい実施形態について説明するが、まずその好ましい応用形態である全固体二次電池の例について説明する。
The solid electrolyte composition of the present invention includes an inorganic solid electrolyte having conductivity of metal ions belonging to Group 1 or
図1は、本発明の好ましい実施形態に係る全固体二次電池(リチウムイオン二次電池)を模式化して示す断面図である。本実施形態の全固体二次電池10は、負極側から順に述べると、負極集電体1、負極活物質層2、固体電解質層3、正極活物質層4、正極集電体5を有する。各層は互いに接触して、積層した構造をとっている。このような構造により、充電時には、負極側に電子(e−)が供給され、そこにリチウムイオン(Li+)が蓄積される。一方、放電時には、負極に蓄積されたリチウムイオン(Li+)が正極側に戻され、作動部位6に電子が供給される。図示した例では、作動部位6に電球を例示しているが、放電によりこれが点灯するようにされている。本発明の固体電解質組成物は、上記負極活物質層の構成材料として用いることが好ましい。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an all solid state secondary battery (lithium ion secondary battery) according to a preferred embodiment of the present invention. The all-solid-state
正極活物質層4、固体電解質層3、負極活物質層2の厚さは特に限定されないが、一般的な電池の寸法を考慮すると1,000μm以下が好ましく、1〜1,000μmがより好ましく、3〜400μmがさらに好ましい。
The thicknesses of the positive electrode active material layer 4, the solid electrolyte layer 3, and the negative electrode
<固体電解質組成物>
(無機固体電解質)
無機固体電解質とは、無機物質からなる固体電解質のことであり、固体電解質とは、その内部においてイオンを移動させることができる固体状の電解質のことである。この観点から、後述のリチウム塩との区別を考慮し、イオン伝導性の無機固体電解質と呼ぶことがある。
<Solid electrolyte composition>
(Inorganic solid electrolyte)
The inorganic solid electrolyte is a solid electrolyte made of an inorganic substance, and the solid electrolyte is a solid electrolyte that can move ions inside. From this point of view, it may be called an ion conductive inorganic solid electrolyte in consideration of the distinction from a lithium salt described later.
無機固体電解質は、有機物(炭素原子)を含まないことから、有機固体電解質、PEO(ポリエチレンオキサイド)などに代表される高分子電解質、LiTFSI(リチウムビストリフルオロメタンスルホンイミド)などに代表される有機電解質塩とは明確に区別される。また、無機固体電解質は定常状態では固体であるため、カチオンおよびアニオンに解離または遊離していない。この点で、電解液やポリマー中でカチオンおよびアニオンが解離または遊離している無機電解質塩(LiPF6、LiBF4、LiFSI〔リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド〕、LiClなど)とも明確に区別される。無機固体電解質は周期律表第1族または第2族に属する金属を含み、この金属イオン(好ましくはリチウムイオン)の伝導性を有するものであれば特に限定されず、電子伝導性を有さないものが一般的である。
Since inorganic solid electrolytes do not contain organic substances (carbon atoms), organic solid electrolytes, polymer electrolytes typified by PEO (polyethylene oxide), etc., organic electrolytes typified by LiTFSI (lithium bistrifluoromethanesulfonimide), etc. It is clearly distinguished from salt. Further, since the inorganic solid electrolyte is solid in a steady state, it is not dissociated or released into cations and anions. In this respect, it is also clearly distinguished from inorganic electrolyte salts (LiPF 6 , LiBF 4 , LiFSI [lithium bis (fluorosulfonyl) imide], LiCl, etc.) in which cations and anions are dissociated or liberated in the electrolyte and polymer. . The inorganic solid electrolyte is not particularly limited as long as it contains a metal belonging to Group 1 or
本発明に用いられる無機固体電解質は、周期律表第1族または第2族に属する金属のイオンの伝導性を有する。上記無機固体電解質は、この種の製品に適用される固体電解質材料を適宜選定して用いることができる。無機固体電解質は(i)硫化物系無機固体電解質と(ii)酸化物系無機固体電解質が代表例として挙げられる。
The inorganic solid electrolyte used in the present invention has conductivity of ions of metals belonging to Group 1 or
(i)硫化物系無機固体電解質
硫化物系無機固体電解質(以下、単に硫化物固体電解質とも称す)は、硫黄原子(S)を含有し、かつ、周期律表第1族または第2族に属する金属のイオン伝導性を有し、かつ、電子絶縁性を有するものが好ましい。例えば下記式(A)で示される組成式を満たすリチウムイオン伝導性無機固体電解質が挙げられる。
(I) Sulfide-based inorganic solid electrolyte A sulfide-based inorganic solid electrolyte (hereinafter, also simply referred to as a sulfide solid electrolyte) contains a sulfur atom (S) and belongs to Group 1 or
LiaYbPcSd (A) Li a Y b Pc S d (A)
式(A)中、Yは、B、Zn、Si、Cu、GaおよびGeから選択される元素を表す。a〜dは各元素の組成比を表し、a:b:c:dは、それぞれ1〜12:0〜1:1:2〜9を満たす。 In formula (A), Y represents an element selected from B, Zn, Si, Cu, Ga, and Ge. a to d represent the composition ratio of each element, and a: b: c: d satisfies 1 to 12: 0 to 1: 1: 2 to 9, respectively.
式(A)において、Li、Y、PおよびSの組成比は、好ましくはbが0であり、より好ましくはb=0でかつa、cおよびdの組成が、a:c:d=1〜9:1:3〜7であり、さらに好ましくはb=0でかつa:c:d=1.5〜4:1:3.25〜4.5である。各元素の組成比は、後述するように、硫化物系固体電解質を製造する際の原料化合物の配合量を調整することにより制御できる。 In the formula (A), the composition ratio of Li, Y, P and S is preferably such that b is 0, more preferably b = 0 and the composition of a, c and d is a: c: d = 1. -9: 1: 3-7, more preferably b = 0 and a: c: d = 1.5-4: 1: 3.25-4.5. As will be described later, the composition ratio of each element can be controlled by adjusting the blending amount of the raw material compound in producing the sulfide-based solid electrolyte.
硫化物系固体電解質は、非結晶(ガラス)であっても結晶化(ガラスセラミックス化)していてもよく、一部のみが結晶化していてもよい。 The sulfide-based solid electrolyte may be amorphous (glass) or crystallized (glass ceramic), or only a part may be crystallized.
Li−P−S系ガラスおよびLi−P−S系ガラスセラミックスにおける、Li2SとP2S5との比率は、Li2S:P2S5のモル比で、好ましくは65:35〜85:15、より好ましくは68:32〜75:25である。Li2SとP2S5との比率をこの範囲にすることにより、リチウムイオン伝導度を高くすることができる。具体的には、リチウムイオン伝導度を好ましくは1×10−2S/m以上、より好ましくは0.1S/m以上とすることができる。 The ratio of Li 2 S to P 2 S 5 in the Li—PS glass and the Li—PS glass glass ceramic is a molar ratio of Li 2 S: P 2 S 5 , preferably 65:35 to 35:35. 85:15, more preferably 68:32 to 75:25. By setting the ratio of Li 2 S to P 2 S 5 within this range, the lithium ion conductivity can be increased. Specifically, the lithium ion conductivity can be preferably 1 × 10 −2 S / m or more, more preferably 0.1 S / m or more.
具体的な化合物例としては、例えばLi2Sと、第13族〜第15族の元素の硫化物とを含有する原料組成物を用いてなるものを挙げることができる。
より具体的には、例えば、Li2S−P2S5、Li2S−GeS2、Li2S−GeS2−ZnS、Li2S−Ga2S3、Li2S−GeS2−Ga2S3、Li2S−GeS2−P2S5、Li2S−GeS2−Sb2S5、Li2S−GeS2−Al2S3、Li2S−SiS2、Li2S−Al2S3、Li2S−SiS2−Al2S3、Li2S−SiS2−P2S5、Li2S−SiS2−LiI、Li2S−SiS2−Li4SiO4、Li2S−SiS2−Li3PO4、Li10GeP2S12が挙げられる。なかでも、Li2S−P2S5、Li2S−GeS2−Ga2S3、Li2S−GeS2−P2S5、Li2S−SiS2−P2S5、Li2S−SiS2−Li4SiO4、Li2S−SiS2−Li3PO4からなる結晶質およびまたは非晶質の原料組成物が、高いリチウムイオン伝導性を有するので好ましい。
このような原料組成物を用いて硫化物固体電解質材料を合成する方法としては、例えば非晶質化法を挙げることができる。非晶質化法は、例えば、メカニカルミリング法および溶融急冷法を挙げることができる。なかでも、常温での処理が可能になり、製造工程の簡略化を図ることができるため、メカニカルミリング法が好ましい。
Specific examples of the compound include those using a raw material composition containing, for example, Li 2 S and a sulfide of an element belonging to Group 13 to Group 15.
More specifically, for example, Li 2 S-P 2 S 5, Li 2 S-
Examples of a method for synthesizing a sulfide solid electrolyte material using such a raw material composition include an amorphization method. Examples of the amorphization method include a mechanical milling method and a melt quenching method. Among these, the mechanical milling method is preferable because processing at normal temperature is possible and the manufacturing process can be simplified.
硫化物固体電解質は、例えば、T.Ohtomo,A.Hayashi,M.Tatsumisago,Y.Tsuchida,S.Hama,K.Kawamoto,Journal of Power Sources,233,(2013),pp231−235およびA.Hayashi,S.Hama,H.Morimoto,M.Tatsumisago,T.Minami,Chem.Lett.,(2001),pp872−873の非特許文献等を参考にして合成することができる。 Examples of the sulfide solid electrolyte include T.I. Ohtomo, A .; Hayashi, M .; Tatsumisago, Y. et al. Tsuchida, S .; Hama, K .; Kawamoto, Journal of Power Sources, 233, (2013), pp231-235 and A.K. Hayashi, S .; Hama, H .; Morimoto, M .; Tatsumisago, T .; Minami, Chem. Lett. , (2001), pp 872-873, and the like.
(ii)酸化物系無機固体電解質
酸化物系無機固体電解質(以下、単に酸化物系固体電解質とも称す)は、酸素原子(O)を含有し、かつ、周期律表第1族または第2族に属する金属を含み、イオン伝導性を有し、かつ、電子絶縁性を有するものが好ましい。
(Ii) Oxide-based inorganic solid electrolyte The oxide-based inorganic solid electrolyte (hereinafter, also simply referred to as “oxide-based solid electrolyte”) contains an oxygen atom (O), and is group 1 or
具体的には、例えば、LixaLayaTiO3〔xa=0.3〜0.7、ya=0.3〜0.7〕(LLT)、Li7La3Zr2O12(LLZ)、LISICON(Lithium super ionic conductor)型結晶構造を有するLi3.5Zn0.25GeO4、NASICON(Natrium super ionic conductor)型結晶構造を有するLiTi2P3O12、Li1+xb+yb(Al,Ga)xb(Ti,Ge)2−xbSiybP3−ybO12(ただし、0≦xb≦1、0≦yb≦1)、ガーネット型結晶構造を有するLi7La3Zr2O12が挙げられる。
またLi、PおよびOを含むリン化合物も好ましい。例えば、リン酸リチウム(Li3PO4)、リン酸リチウムの酸素原子の一部を窒素原子で置換したLiPON、LiPOD(Dは、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Ru、Ag、Ta、W、Pt、Au等から選ばれる少なくとも1種を示す)が挙げられる。また、LiAON(Aは、Si、B、Ge、Al、C、Ga等から選ばれる少なくとも1種を示す)等も好ましく用いることができる。
その中でも、Li1+xb+yb(Al,Ga)xb(Ti,Ge)2−xbSiybP3−ybO12(ただし、0≦xb≦1、0≦yb≦1である)は、高いリチウムイオン伝導性を有し、化学的に安定で取り扱いが容易なため、好ましい。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
Specifically, for example, Li xa La ya TiO 3 [xa = 0.3 to 0.7, ya = 0.3 to 0.7] (LLT), Li 7 La 3 Zr 2 O 12 (LLZ), Li 3.5 Zn 0.25 GeO 4 having a LIICON (Lithium super ionic conductor) type crystal structure, LiTi 2 P 3 O 12 having a NASICON (Natium super ionic conductor) type crystal structure, Li 1 + xb + bb (Ti, Ge) 2-xb Si yb P 3-yb O 12 ( provided that, 0 ≦ xb ≦ 1,0 ≦ yb ≦ 1), Li 7 La 3 Zr 2
A phosphorus compound containing Li, P and O is also preferable. For example, lithium phosphate (Li 3 PO 4 ), LiPON obtained by substituting a part of oxygen atoms of lithium phosphate with nitrogen atoms, LiPOD (D is Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Ru, Ag, Ta, W, Pt, Au or the like is selected. Moreover, LiAON (A shows at least 1 sort (s) chosen from Si, B, Ge, Al, C, Ga, etc.) etc. can be used preferably.
Among them, Li 1 + xb + yb (Al, Ga) xb (Ti, Ge) 2-xb Si yb P 3-yb O 12 (where 0 ≦ xb ≦ 1, 0 ≦ yb ≦ 1) is high in lithium ion conduction. It is preferable because it has good properties, is chemically stable, and is easy to handle. These may be used alone or in combination of two or more.
酸化物系固体電解質のリチウムイオン伝導度は、1×10−4S/m以上が好ましく、1×10−3S/m以上がより好ましく、5×10−3S/m以上がさらに好ましい。 The lithium ion conductivity of the oxide-based solid electrolyte is preferably 1 × 10 −4 S / m or more, more preferably 1 × 10 −3 S / m or more, and further preferably 5 × 10 −3 S / m or more.
無機固体電解質の平均粒子径は特に限定されないが、0.01μm以上が好ましく、0.1μm以上がより好ましい。上限としては、100μm以下が好ましく、50μm以下がより好ましい。 The average particle size of the inorganic solid electrolyte is not particularly limited, but is preferably 0.01 μm or more, and more preferably 0.1 μm or more. As an upper limit, 100 micrometers or less are preferable and 50 micrometers or less are more preferable.
無機固体電解質の固体電解質組成物中での濃度は、電池性能と界面抵抗の低減・維持効果の両立を考慮したとき、固形成分100質量%において、50質量%以上が好ましく、80質量%以上がより好ましく、90質量%以上がさらに好ましい。上限としては、同様の観点から、99.9質量%以下が好ましく、99質量%以下がより好ましく、98質量%以下がさらに好ましい。
なお、本明細書において固形成分とは、170℃で6時間乾燥処理を行ったときに、揮発ないし蒸発して消失しない成分を言う。典型的には、後述の分散媒体以外の成分を指す。
The concentration of the inorganic solid electrolyte in the solid electrolyte composition is preferably 50% by mass or more, and 80% by mass or more in 100% by mass of the solid component, considering both battery performance and reduction / maintenance effect of interface resistance. More preferably, 90 mass% or more is further more preferable. From the same viewpoint, the upper limit is preferably 99.9% by mass or less, more preferably 99% by mass or less, and further preferably 98% by mass or less.
In the present specification, the solid component refers to a component that does not disappear by volatilization or evaporation when dried at 170 ° C. for 6 hours. Typically, it refers to components other than the dispersion medium described below.
(負極活物質)
本発明の全固体二次電池においては、Si元素を含有する負極活物質を適用する。一般的にSi負極は、現行の炭素負極(黒鉛、アセチレンブラックなど)に比べて、より多くのLiイオンを吸蔵できる。すなわち、重量あたりのLiイオン吸蔵量が増加するため、電池容量を大きくすることができる。その結果、バッテリー駆動時間を長くすることができるという利点があり、車用のバッテリー等への使用が今後期待されている。一方で、Liイオンの吸蔵、放出に伴う体積変化が大きいことが知られており、一例では、炭素負極で体積膨張が1.2〜1.5倍程度のところ、Si負極では約3倍になる例もある。この膨張収縮を繰り返すこと(充放電を繰り返すこと)によって、電極層の耐久性が不足し、例えば接触不足を起こしやすくなったり、サイクル寿命(電池寿命)が短くなったりすることも挙げられる。
本発明に係る固体電解質組成物によれば、このような膨張・収縮が大きくなる電極層においてもその高い耐久性(強度)を発揮し、より効果的にその優れた利点を発揮しうるものである。
(Negative electrode active material)
In the all solid state secondary battery of the present invention, a negative electrode active material containing Si element is applied. In general, a Si negative electrode can occlude more Li ions than current carbon negative electrodes (graphite, acetylene black, etc.). That is, since the amount of Li ion storage per weight increases, the battery capacity can be increased. As a result, there is an advantage that the battery driving time can be extended, and use in a battery for vehicles is expected in the future. On the other hand, it is known that the volume change associated with insertion and extraction of Li ions is large. In one example, the volume expansion of the carbon negative electrode is about 1.2 to 1.5 times, and the volume of Si negative electrode is about three times. There is also an example. By repeating this expansion and contraction (repeating charge and discharge), the durability of the electrode layer is insufficient, and for example, contact shortage is likely to occur, and cycle life (battery life) is shortened.
According to the solid electrolyte composition according to the present invention, even in an electrode layer in which such expansion / contraction increases, the high durability (strength) can be exhibited, and the excellent advantages can be exhibited more effectively. is there.
本発明の固体電解質組成物は、少なくとも1種の下記式(1)で表される活物質を含む。 The solid electrolyte composition of the present invention contains at least one active material represented by the following formula (1).
SixM(1−x) 式(1) Si x M (1-x) Formula (1)
式(1)中、xは0.01以上1未満の数を表し、モル分率を意味する。Mはカルコゲン元素、半金属元素、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素もしくは遷移金属元素のいずれかまたはこれらの組み合わせを表す。 In the formula (1), x represents a number of 0.01 or more and less than 1, and means a mole fraction. M represents a chalcogen element, a metalloid element, an alkali metal element, an alkaline earth metal element, a transition metal element, or a combination thereof.
Mは、好ましくは、O、S、Seなどのカルコゲン元素や、B、Geなどの半金属元素、Li、Naなどのアルカリ金属元素、Mg、Caなどのアルカリ土類金属元素、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cuなどの遷移金属元素から選択することが出来る。また、これらの元素を2つ以上の組合せたものであってもよい。
なかでも、カルコゲン元素や遷移金属元素が好ましく、遷移金属元素がより好ましい。遷移金属元素の中でも、第一遷移金属元素が好ましく、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cuがより好ましく、Ti、Mn、Fe、Co、Niが特に好ましい。
M is preferably a chalcogen element such as O, S or Se, a metalloid element such as B or Ge, an alkali metal element such as Li or Na, an alkaline earth metal element such as Mg or Ca, Ti, V, It can be selected from transition metal elements such as Mn, Fe, Co, Ni and Cu. Further, a combination of two or more of these elements may be used.
Of these, chalcogen elements and transition metal elements are preferable, and transition metal elements are more preferable. Among the transition metal elements, the first transition metal element is preferable, Ti, V, Mn, Fe, Co, Ni, and Cu are more preferable, and Ti, Mn, Fe, Co, and Ni are particularly preferable.
xは0.1以上1未満が好ましく、0.1以上0.99以下がより好ましく、0.2以上0.98以下がさらに好ましく、0.3以上0.95以下が特に好ましい。 x is preferably 0.1 or more and less than 1, more preferably 0.1 or more and 0.99 or less, further preferably 0.2 or more and 0.98 or less, and particularly preferably 0.3 or more and 0.95 or less.
式(1)で表される活物質の粒子径は特に制限されないが、平均粒子径が、0.1μm〜60μmが好ましく、0.2μm〜50μmがより好ましく、0.5μm〜20μmが特に好ましい。 The particle diameter of the active material represented by the formula (1) is not particularly limited, but the average particle diameter is preferably 0.1 μm to 60 μm, more preferably 0.2 μm to 50 μm, and particularly preferably 0.5 μm to 20 μm.
所定の粒子径にするには、よく知られた粉砕機や分級機が用いられる。例えば、乳鉢、ボールミル、サンドミル、振動ボールミル、衛星ボールミル、遊星ボールミル、旋回気流型ジェットミルや篩などが好適に用いられる。粉砕時には水、あるいはメタノール等の有機溶媒を共存させた湿式粉砕も必要に応じて行うことができる。所望の粒子径とするためには分級を行うことが好ましい。分級方法としては特に限定はなく、篩、風力分級機などを必要に応じて用いることができる。分級は乾式、湿式ともに用いることができる。式(1)で表される活物質の平均粒子径は、後述の実施例の項で示した粒子状ポリマーの平均粒子径の測定方法と同様の方法により測定する。 In order to obtain a predetermined particle size, a well-known pulverizer or classifier is used. For example, a mortar, a ball mill, a sand mill, a vibrating ball mill, a satellite ball mill, a planetary ball mill, a swirling air flow type jet mill or a sieve is preferably used. When pulverizing, wet pulverization in the presence of water or an organic solvent such as methanol can be performed as necessary. In order to obtain a desired particle diameter, classification is preferably performed. The classification method is not particularly limited, and a sieve, an air classifier, or the like can be used as necessary. Classification can be used both dry and wet. The average particle size of the active material represented by the formula (1) is measured by the same method as the method for measuring the average particle size of the particulate polymer shown in the section of Examples described later.
式(1)で表される活物質のモル分率は、測定方法として誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析法、簡便法として、焼成前後の粉体の質量差から算出できる。 The mole fraction of the active material represented by the formula (1) can be calculated from an inductively coupled plasma (ICP) emission spectroscopic analysis method as a measurement method and a mass difference between powders before and after firing as a simple method.
式(1)で表される活物質はSi元素を含む合金であることが好ましい。Siは電子伝導性が乏しいため、合金化により電子伝導性の付与が可能となるためである。ここで、Si元素を含む合金とは、単一のSi元素からなる純Siに一種以上の金属元素や半金属元素を有し、その状態としては、複数の元素同士が溶け込んでいる固溶体や、結晶では各成分の金属元素がそれぞれ独立している共晶、元素レベルで一定程度結合した金属間化合物などが挙げられる。 The active material represented by the formula (1) is preferably an alloy containing Si element. This is because Si has poor electron conductivity, so that it is possible to impart electron conductivity by alloying. Here, the alloy containing Si element has one or more metal elements and metalloid elements in pure Si consisting of a single Si element, and as its state, a solid solution in which a plurality of elements are dissolved, Examples of crystals include eutectics in which the metal elements of each component are independent, and intermetallic compounds that are bonded to a certain level at the element level.
合金の作製方法としては、数種類の金属を溶かして混ぜ合わせる方法や、原料金属の粉末を混合して融点以下で加熱する焼結法、化学的手法による合金めっき、ボールミル装置を使用して機械的に混合するメカニカルアロイングなどが挙げられる。 Alloys can be prepared by melting and mixing several kinds of metals, sintering by mixing raw metal powders and heating them below their melting point, alloy plating by chemical methods, and mechanically using ball mill equipment. And mechanical alloying to be mixed.
式(1)で表される活物質が合金の場合以外の電子伝導性付与の方法として、本発明の固体電解質組成物には、導電助剤を含有させてもよい。一般的な導電助剤としては、電子伝導性材料である、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブなどの炭素繊維や金属粉、金属繊維、ポリフェニレン誘導体などを含ませることができる。 As a method for imparting electronic conductivity other than when the active material represented by the formula (1) is an alloy, the solid electrolyte composition of the present invention may contain a conductive additive. As a general conductive auxiliary agent, carbon fibers such as graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black, and carbon nanotube, metal powder, metal fibers, polyphenylene derivatives, and the like, which are electron conductive materials, can be included. .
式(1)で表される活物質は、下記の各式で表されるものがより好ましい。 The active material represented by the formula (1) is more preferably represented by the following formulas.
(SA−1) SiaO1−a
(SA−2) NibTicSi1−b−c
(SA−3) CrbTicSi1−b−c
(SA−4) SiaMn1−a
(SA−5) SiaNi1−a
(SA−6) SiaMg1−a
(SA−7) SiaGe1−a
(SA-1) Si a O 1-a
(SA-2) Ni b Ti c Si 1-b-c
(SA-3) Cr b Ti c Si 1-b-c
(SA-4) Si a Mn 1-a
(SA-5) Si a Ni 1-a
(SA-6) Si a Mg 1-a
(SA-7) Si a Ge 1-a
ここでa、bおよびcはモル分率を意味し、a、bおよびcはそれぞれ独立に、0.01以上1未満の数を表す。ただし、1−b−cは0より大きい。 Here, a, b and c represent mole fractions, and a, b and c each independently represent a number of 0.01 or more and less than 1. However, 1-bc is greater than zero.
以下に、本発明に用いられる式(1)で表される活物質の具体例を挙げるが、本発明がこれにより限定して解釈されるものではない。 Although the specific example of the active material represented by Formula (1) used for this invention below is given, this invention is not limited and interpreted by this.
Si0.4O0.6
Si0.5O0.5
Si0.6O0.4
Si0.7O0.3
Si0.8O0.2
Si0.9O0.1
Ni0.04Ti0.04Si0.92
Ni0.08Ti0.04Si0.88
Ni0.08Ti0.08Si0.84
Cr0.04Ti0.04Si0.92
Mn0.1Si0.9
Ni0.1Si0.9
Mg0.1Si0.9
Ge0.1Si0.9
Si 0.4 O 0.6
Si 0.5 O 0.5
Si 0.6 O 0.4
Si 0.7 O 0.3
Si 0.8 O 0.2
Si 0.9 O 0.1
Ni 0.04 Ti 0.04 Si 0.92
Ni 0.08 Ti 0.04 Si 0.88
Ni 0.08 Ti 0.08 Si 0.84
Cr 0.04 Ti 0.04 Si 0.92
Mn 0.1 Si 0.9
Ni 0.1 Si 0.9
Mg 0.1 Si 0.9
Ge 0.1 Si 0.9
本発明においては、式(1)で表される活物質を1種単独で用いてもよいが、2種以上を組み合わせて用いることが好ましく、2種以上を組み合わせて用い、かつ、式(1)において、Mが遷移金属元素であることがより好ましい。 In the present invention, the active material represented by the formula (1) may be used alone, but it is preferable to use a combination of two or more, and a combination of two or more is used, and the formula (1 ), M is more preferably a transition metal element.
負極活物質の濃度は特に限定されないが、負極活物質層を形成するための固体電解質組成物中、固形成分100質量%において、10〜80質量%が好ましく、20〜70質量%がより好ましい。 Although the density | concentration of a negative electrode active material is not specifically limited, 10-80 mass% is preferable in 100 mass% of solid components in the solid electrolyte composition for forming a negative electrode active material layer, and 20-70 mass% is more preferable.
負極活物質層の単位面積(cm2)当たりの負極活物質の質量(mg)(目付量)は特に限定されるものではない。設計された電池容量に応じて、任意に決めることができる。 The mass (mg) (weight per unit area) of the negative electrode active material per unit area (cm 2 ) of the negative electrode active material layer is not particularly limited. It can be arbitrarily determined according to the designed battery capacity.
(正極活物質)
次に、本発明の全固体二次電池の正極用組成物に用いられる正極活物質について説明する。正極活物質には遷移金属酸化物を用いることが好ましく、中でも、遷移金属元素Ma(Co、Ni、Fe、Mn、Cu、Vから選択される1種以上の元素)を有することが好ましい。また、混合元素Mb(リチウム以外の金属周期律表の第1(Ia)族の元素、第2(IIa)族の元素、Al、Ga、In、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Si、P、Bなど)を混合してもよい。
遷移金属酸化物は、例えば、下記式(MA)〜(MC)のいずれかで表されるものを含む特定遷移金属酸化物、またはその他の遷移金属酸化物としてV2O5、MnO2等が挙げられる。正極活物質には、粒子状の正極活性物質を用いてもよい。
具体的に、可逆的にリチウムイオンを挿入・放出できる遷移金属酸化物を用いることができ、上記特定遷移金属酸化物を用いることが好ましい。
(Positive electrode active material)
Next, the positive electrode active material used for the positive electrode composition of the all solid state secondary battery of the present invention will be described. It is preferable to use a transition metal oxide as the positive electrode active material, and it is preferable to have a transition metal element M a (one or more elements selected from Co, Ni, Fe, Mn, Cu, and V). Further, mixed element M b (elements of the first (Ia) group of the metal periodic table other than lithium, elements of the second (IIa) group, Al, Ga, In, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Si , P, B, etc.) may be mixed.
Transition metal oxides include, for example, specific transition metal oxides including those represented by any of the following formulas (MA) to (MC), or other transition metal oxides such as V 2 O 5 and MnO 2. Can be mentioned. As the positive electrode active material, a particulate positive electrode active material may be used.
Specifically, a transition metal oxide capable of reversibly inserting and releasing lithium ions can be used, and the specific transition metal oxide is preferably used.
遷移金属酸化物は、上記遷移金属元素Maを含む酸化物等が好適に挙げられる。このとき混合元素Mb(好ましくはAl)などを混合してもよい。混合量としては、遷移金属元素の量に対して0〜30mol%が好ましい。Li/Maのモル比が0.3〜2.2になるように混合して合成されたものが、より好ましい。 Transition metal oxides, oxides containing the transition metal element M a is preferably exemplified. At this time, a mixed element M b (preferably Al) or the like may be mixed. The mixing amount is preferably 0 to 30 mol% with respect to the amount of the transition metal element. That the molar ratio of li / M a is synthesized by mixing so that 0.3 to 2.2 is more preferable.
〔式(MA)で表される遷移金属酸化物(層状岩塩型構造)〕
リチウム含有遷移金属酸化物としては中でも下式で表されるものが好ましい。
[Transition metal oxide represented by formula (MA) (layered rock salt structure)]
As the lithium-containing transition metal oxide, those represented by the following formula are preferable.
Lia1M1Ob1 ・・・ 式(MA) Li a1 M 1 O b1 Formula (MA)
式(MA)中、M1は上記Maと同義であり、好ましい範囲も同じである。a1は0〜1.2(0.2〜1.2が好ましい)を表し、0.6〜1.1が好ましい。b1は1〜3を表し、2が好ましい。M1の一部は上記混合元素Mbで置換されていてもよい。
式(MA)で表される遷移金属酸化物は典型的には層状岩塩型構造を有する。
Wherein (MA), M 1 are as defined above M a, and the preferred range is also the same. a1 represents 0 to 1.2 (preferably 0.2 to 1.2), and preferably 0.6 to 1.1. b1 represents 1-3 and 2 is preferable. A part of M 1 may be substituted with the mixed element M b .
The transition metal oxide represented by the formula (MA) typically has a layered rock salt structure.
式(MA)で表される遷移金属酸化物は、下記の各式で表されるものがより好ましい。 The transition metal oxide represented by the formula (MA) is more preferably represented by the following formulas.
(MA−1) LigCoOk
(MA−2) LigNiOk
(MA−3) LigMnOk
(MA−4) LigCojNi1−jOk
(MA−5) LigNijMn1−jOk
(MA−6) LigCojNiiAl1−j−iOk
(MA−7) LigCojNiiMn1−j−iOk
(MA-1) Li g CoO k
(MA-2) Li g NiO k
(MA-3) Li g MnO k
(MA-4) Li g Co j Ni 1-j O k
(MA-5) Li g Ni j Mn 1-j O k
(MA-6) Li g Co j Ni i Al 1-j-i O k
(MA-7) Li g Co j Ni i Mn 1-j-i O k
ここで、gは上記a1と同義であり、好ましい範囲も同じである。jは0.1〜0.9を表す。iは0〜1を表す。ただし、1−j−iは0以上になる。kは上記b1と同義であり、好ましい範囲も同じである。
これらの遷移金属化合物の具体例としては、LiCoO2(コバルト酸リチウム[LCO])、LiNi2O2(ニッケル酸リチウム)LiNi0.85Co0.01Al0.05O2(ニッケルコバルトアルミニウム酸リチウム[NCA])、LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2(ニッケルマンガンコバルト酸リチウム[NMC])、LiNi0.5Mn0.5O2(マンガンニッケル酸リチウム)が挙げられる。
Here, g has the same meaning as a1 above, and the preferred range is also the same. j represents 0.1 to 0.9. i represents 0 to 1; However, 1-j-i is 0 or more. k has the same meaning as b1, and the preferred range is also the same.
Specific examples of these transition metal compounds include LiCoO 2 (lithium cobaltate [LCO]), LiNi 2 O 2 (lithium nickelate) LiNi 0.85 Co 0.01 Al 0.05 O 2 (nickel cobalt aluminum acid Lithium [NCA]), LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 (nickel manganese lithium cobaltate [NMC]), LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 (lithium manganese nickelate) .
式(MA)で表される遷移金属酸化物は、一部重複するが、表記を変えて示すと、下記で表されるものも好ましい例として挙げられる。 The transition metal oxide represented by the formula (MA) partially overlaps, but when represented by changing the notation, those represented by the following are also preferable examples.
(i)LigNixcMnycCozcO2(xc>0.2,yc>0.2,zc≧0,xc+yc+zc=1)
代表的なもの:
LigNi1/3Mn1/3Co1/3O2
LigNi1/2Mn1/2O2
(I) Li g Ni xc Mn yc Co zc O 2 (xc> 0.2, yc> 0.2, zc ≧ 0, xc + yc + zc = 1)
Representative:
Li g Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1/3
Li g Ni 1/2 Mn 1/2 O 2
(ii)LigNixdCoydAlzdO2(xd>0.7,yd>0.1,0.1>zd≧0.05,xd+yd+zd=1)
代表的なもの:
LigNi0.8Co0.15Al0.05O2
(Ii) Li g Ni xd Co yd Al zd O 2 (xd> 0.7, yd>0.1,0.1> zd ≧ 0.05, xd + yd + zd = 1)
Representative:
Li g Ni 0.8 Co 0.15 Al 0.05
〔式(MB)で表される遷移金属酸化物(スピネル型構造)〕
リチウム含有遷移金属酸化物としては中でも下記式(MB)で表されるものも好ましい。
[Transition metal oxide represented by formula (MB) (spinel structure)]
Among the lithium-containing transition metal oxides, those represented by the following formula (MB) are also preferable.
Lic1M2 2Od1 ・・・ 式(MB) Li c1 M 2 2 O d1 Formula (MB)
式(MB)中、M2は上記Maと同義であり、好ましい範囲も同じである。c1は0〜2を表し、0.2〜2が好ましく、0.6〜1.5がより好ましい。d1は3〜5を表し、4が好ましい。 Wherein (MB), M 2 are as defined above M a, and the preferred range is also the same. c1 represents 0-2, 0.2-2 are preferable and 0.6-1.5 are more preferable. d1 represents 3-5, and 4 is preferable.
式(MB)で表される遷移金属酸化物は、下記の各式で表されるものがより好ましい。 The transition metal oxide represented by the formula (MB) is more preferably represented by the following formulas.
(MB−1) LimMn2On
(MB−2) LimMnpAl2−pOn
(MB−3) LimMnpNi2−pOn
(MB-1) Li m Mn 2 O n
(MB-2) Li m Mn p Al 2-p O n
(MB-3) Li m Mn p Ni 2-p O n
mはc1と同義であり、好ましい範囲も同じである。nはd1と同義であり、好ましい範囲も同じである。pは0〜2を表す。
これらの遷移金属酸化物は、例えば、LiMn2O4、LiMn1.5Ni0.5O4が挙げられる。
m is synonymous with c1, and its preferable range is also the same. n is synonymous with d1, and a preferable range is also the same. p represents 0-2.
Examples of these transition metal oxides include LiMn 2 O 4 and LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 .
式(MB)で表される遷移金属酸化物は、さらに下記の各式で表されるものも好ましい例として挙げられる。 Preferred examples of the transition metal oxide represented by the formula (MB) include those represented by the following formulas.
(a) LiCoMnO4
(b) Li2FeMn3O8
(c) Li2CuMn3O8
(d) Li2CrMn3O8
(e) Li2NiMn3O8
(A) LiCoMnO 4
(B) Li 2 FeMn 3 O 8
(C) Li 2 CuMn 3 O 8
(D) Li 2 CrMn 3 O 8
(E) Li 2 NiMn 3 O 8
高容量、高出力の観点で上記のうちNiを含む電極がさらに好ましい。 Of these, an electrode containing Ni is more preferable from the viewpoint of high capacity and high output.
〔式(MC)で表される遷移金属酸化物〕
リチウム含有遷移金属酸化物は、リチウム含有遷移金属リン酸化物が好ましく、なかでも下記式(MC)で表されるものも好ましい。
[Transition metal oxide represented by formula (MC)]
The lithium-containing transition metal oxide is preferably a lithium-containing transition metal phosphate, and among them, one represented by the following formula (MC) is also preferable.
Lie1M3(PO4)f1 ・・・ 式(MC) Li e1 M 3 (PO 4 ) f1 Formula (MC)
式(MC)中、e1は0〜2(0.2〜2が好ましい)を表し、0.5〜1.5が好ましい。f1は1〜5を表し、1〜2が好ましい。 In the formula (MC), e1 represents 0 to 2 (preferably 0.2 to 2), and preferably 0.5 to 1.5. f1 represents 1-5, and 1-2 are preferable.
M3はV、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、NiおよびCuからなる群から選択される1種以上の元素を表す。M3は、上記の混合元素Mbの他、Ti、Cr、Zn、Zr、Nb等の他の金属で置換していてもよい。具体例としては、例えば、LiFePO4、Li3Fe2(PO4)3等のオリビン型リン酸鉄塩、LiFeP2O7等のピロリン酸鉄類、LiCoPO4等のリン酸コバルト類、Li3V2(PO4)3(リン酸バナジウムリチウム)等の単斜晶ナシコン型リン酸バナジウム塩が挙げられる。 M 3 represents one or more elements selected from the group consisting of V, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, and Cu. M 3 represents, other mixing element M b above, Ti, Cr, Zn, Zr, may be substituted by other metals such as Nb. Specific examples include, for example, olivine-type iron phosphates such as LiFePO 4 and Li 3 Fe 2 (PO 4 ) 3 , iron pyrophosphates such as LiFeP 2 O 7 , cobalt phosphates such as LiCoPO 4 , and Li 3. Monoclinic Nasicon type vanadium phosphate salts such as V 2 (PO 4 ) 3 (lithium vanadium phosphate) can be mentioned.
なお、Liの組成を表す上記a1、c1、g、m、e1値は、充放電により変化する値であり、典型的には、Liを含有したときの安定な状態の値で評価される。式(a)〜(e)では特定値としてLiの組成を示しており、これも同様に電池の動作により変化するものである。 In addition, said a1, c1, g, m, and e1 value showing the composition of Li are the values which change with charging / discharging, and are typically evaluated by the value of the stable state when Li is contained. In the formulas (a) to (e), the composition of Li is shown as a specific value, which also changes depending on the operation of the battery.
本発明の全固体二次電池で使用する正極活物質の平均粒子径(球換算平均粒子径)は特に限定されない。なお、0.1μm〜50μmが好ましい。正極活性物質を所定の粒子径にするには、通常の粉砕機や分級機を用いればよい。焼成法によって得られた正極活物質は、水、酸性水溶液、アルカリ性水溶液、有機溶剤にて洗浄した後使用してもよい。正極活物質粒子の平均粒子径は、後述の実施例の項で示した粒子状ポリマーの平均粒子径の測定方法と同様の方法により測定する。 The average particle diameter (sphere conversion average particle diameter) of the positive electrode active material used in the all solid secondary battery of the present invention is not particularly limited. In addition, 0.1 micrometers-50 micrometers are preferable. In order to make the positive electrode active substance have a predetermined particle size, a normal pulverizer or classifier may be used. The positive electrode active material obtained by the firing method may be used after being washed with water, an acidic aqueous solution, an alkaline aqueous solution, or an organic solvent. The average particle diameter of the positive electrode active material particles is measured by the same method as the method for measuring the average particle diameter of the particulate polymer shown in the section of the examples described later.
正極活物質の濃度は特に限定されないが、正極活物質層を形成するための固体電解質組成物中、固形成分100質量%において、10〜90質量%が好ましく、20〜80質量%がより好ましい。 Although the density | concentration of a positive electrode active material is not specifically limited, 10-90 mass% is preferable in a solid component 100 mass% in the solid electrolyte composition for forming a positive electrode active material layer, and 20-80 mass% is more preferable.
また、正極活物質層には、適宜必要に応じて導電助剤を含有させてもよい。一般的な導電助剤としては、電子伝導性材料である、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維や金属粉、金属繊維、ポリフェニレン誘導体などを含ませることができる。
なお、正極活物質層を形成するための固体電解質組成物の構成は、活物質以外、本発明の固体電解質組成物の構成と同じものを用いることが出来る。
Moreover, you may make a positive electrode active material layer contain a conductive support agent suitably as needed. Common conductive aids may include electron conductive materials such as graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black, carbon fiber, metal powder, metal fiber, polyphenylene derivative, and the like.
In addition, the structure of the solid electrolyte composition for forming a positive electrode active material layer can use the same thing as the structure of the solid electrolyte composition of this invention other than an active material.
(粒子状ポリマー)
本発明に用いられる粒子状ポリマーは、任意で添加剤等と組み合わせて、無機固体電解質に結着するバインダーとしての役割を果たす(以下、粒子状ポリマーを「バインダー」と称することもある)。
(i)粒子状ポリマーA
本発明に用いられる粒子状ポリマーは、バインダーとして活物質と無機固体電解質の良好な結着性を示す限り、有機ポリマー粒子であっても、有機無機ハイブリッドポリマー粒子であっても構わないが、有機ポリマー粒子が好ましい。
有機ポリマー粒子であれば構造は特に限定されない。例えば、フッ素系樹脂(ポリビニレンジフルオリド(PVdF)など)、炭化水素系樹脂(水素添加スチレンブタジエンゴム(HSBR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)など)、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、アミド系樹脂、イミド系樹脂、ウレタン系樹脂、ウレア系樹脂、エステル系樹脂、エーテル系樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、カーボネート樹脂、シリコーン系樹脂またはそれらの組み合わせなどが挙げられる。これらのなかでも特にアクリル系樹脂またはウレタン系樹脂が好ましく、ウレタン系樹脂が最も好ましい。
本発明において、粒子状ポリマーに用いられる樹脂は、1種に限定するものでなく2種以上用いてもよく、またそれらの組み合わせであってもよい。
(Particulate polymer)
The particulate polymer used in the present invention plays a role as a binder bound to the inorganic solid electrolyte, optionally in combination with an additive or the like (hereinafter, the particulate polymer may be referred to as “binder”).
(I) Particulate polymer A
The particulate polymer used in the present invention may be an organic polymer particle or an organic-inorganic hybrid polymer particle as long as it shows a good binding property between the active material and the inorganic solid electrolyte as a binder. Polymer particles are preferred.
The structure is not particularly limited as long as it is organic polymer particles. For example, fluorine resin (polyvinylene difluoride (PVdF), etc.), hydrocarbon resin (hydrogenated styrene butadiene rubber (HSBR), styrene butadiene rubber (SBR), etc.), acrylic resin, styrene resin, amide type Examples include resins, imide resins, urethane resins, urea resins, ester resins, ether resins, phenol resins, epoxy resins, carbonate resins, silicone resins, or combinations thereof. Among these, acrylic resins or urethane resins are particularly preferable, and urethane resins are most preferable.
In the present invention, the resin used for the particulate polymer is not limited to one type, but may be two or more types, or a combination thereof.
ここで、本発明に用いられる粒子状ポリマーは、ブロック共重合体、交互共重合体またはランダム共重合体のいずれのポリマー粒子であってもよい。 Here, the particulate polymer used in the present invention may be any polymer particle of a block copolymer, an alternating copolymer, or a random copolymer.
また、硫化物系固体電解質を用いる場合には、硫化物系固体電解質と水との反応による硫化水素の発生を抑制し、イオン伝導度の低下を抑制する観点等から、粒子状ポリマーの含水率は100ppm以下が好ましい。
含水率は、80℃で真空乾燥した後の粒子状ポリマーを試料とし、カールフィッシャー液アクアミクロンAX(商品名、三菱化学(株)製)を用い、カールフィッシャー法により試料中の水分量(g)を測定し、水分量(g)を試料質量(g)で除して算出する。
In addition, when a sulfide-based solid electrolyte is used, the water content of the particulate polymer from the viewpoint of suppressing the generation of hydrogen sulfide due to the reaction between the sulfide-based solid electrolyte and water and suppressing the decrease in ionic conductivity. Is preferably 100 ppm or less.
The water content was determined by using the Karl Fischer liquid Aquamicron AX (trade name, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) as a sample after drying the polymer in a vacuum at 80 ° C. with the Karl Fischer method. ) And the water content (g) is divided by the sample mass (g).
本発明に用いられる粒子状ポリマーのガラス転移温度は50℃以下が好ましく、−200℃以上40℃以下がより好ましく、−150℃以上30℃以下がさらに好ましい。ガラス転移温度が上記範囲内にあることで、良好なイオン伝導度が得られる。なお、本発明に用いられる粒子状ポリマーのガラス転移温度は、後述の実施例の項で示した方法により測定する。 The glass transition temperature of the particulate polymer used in the present invention is preferably 50 ° C. or lower, more preferably −200 ° C. or higher and 40 ° C. or lower, and further preferably −150 ° C. or higher and 30 ° C. or lower. When the glass transition temperature is within the above range, good ionic conductivity can be obtained. In addition, the glass transition temperature of the particulate polymer used for this invention is measured by the method shown by the term of the below-mentioned Example.
本発明に用いられる粒子状ポリマーの重量平均分子量は、5,000以上1,000,000以下が好ましく、10,000以上500,000以下がより好ましく、30,000以上200,000以下がさらに好ましい。
粒子状ポリマーの重量平均分子量が上記範囲内にあることで、より良好な結着性が発現するとともにハンドリング性(製造適性)が良好となる。
なお、本発明に用いられる粒子状ポリマーの重量平均分子量は、後述の実施例の項で示した方法により測定する。
The weight average molecular weight of the particulate polymer used in the present invention is preferably from 5,000 to 1,000,000, more preferably from 10,000 to 500,000, and even more preferably from 30,000 to 200,000. .
When the weight average molecular weight of the particulate polymer is within the above range, better binding properties are exhibited and handling properties (manufacturability) are improved.
In addition, the weight average molecular weight of the particulate polymer used for this invention is measured by the method shown by the term of the below-mentioned Example.
本発明に用いられる粒子状ポリマーは、バインダーとして活物質と無機固体電解質を結着することができればよく、形状は限定されない。
粒子状ポリマーは真球状であっても扁平形状であってもよく、さらに無定形であってもよい。また、粒子状ポリマーの表面は平滑であっても凹凸形状を形成していてもよい。さらに、粒子状ポリマーの内部は側壁と同様の材料で充填されていても、異なる材質で充填されていても良い。また中空であっても良く、中空率についても限定されない。
なお、粒子状ポリマーは単一分散であっても多分散であっても良い。
The shape of the particulate polymer used in the present invention is not limited as long as it can bind an active material and an inorganic solid electrolyte as a binder.
The particulate polymer may be spherical or flat, and may be amorphous. Further, the surface of the particulate polymer may be smooth or may have an uneven shape. Furthermore, the inside of the particulate polymer may be filled with the same material as the side wall or may be filled with a different material. Moreover, it may be hollow and the hollow ratio is not limited.
The particulate polymer may be monodispersed or polydispersed.
本発明に用いられる粒子状ポリマーは、界面活性剤、乳化剤または分散剤の存在下で重合性モノマーを重合する方法、分子量が増大するにしたがって結晶状に析出させる方法等によって合成することができる。
また既存のポリマーを機械的に破砕して粒子状ポリマーにしてもよく、ポリマー溶液に溶解しているポリマーを再沈殿させることによって粒子状ポリマーとしてもよい。
The particulate polymer used in the present invention can be synthesized by a method of polymerizing a polymerizable monomer in the presence of a surfactant, an emulsifier or a dispersing agent, a method of depositing in a crystalline form as the molecular weight increases, and the like.
Alternatively, the existing polymer may be mechanically crushed to form a particulate polymer, or the polymer dissolved in the polymer solution may be reprecipitated to form the particulate polymer.
本発明に用いられる粒子状ポリマーの平均粒子径は特に制限されないが、後述の分散媒体に分散させた状態において、0.02μm以上が好ましく、0.05μm〜50μmがより好ましく、0.07μm〜20μmがさらに好ましく、0.1μm〜10μmが特に好ましい。
なお、粒子状ポリマーの平均粒子径は、後述の実施例の項で示した粒子状ポリマーの体積平均粒子径の測定方法と同様の方法により測定する。
The average particle diameter of the particulate polymer used in the present invention is not particularly limited, but is preferably 0.02 μm or more, more preferably 0.05 μm to 50 μm, and more preferably 0.07 μm to 20 μm when dispersed in a dispersion medium described later. Is more preferable, and 0.1 μm to 10 μm is particularly preferable.
The average particle diameter of the particulate polymer is measured by the same method as the method for measuring the volume average particle diameter of the particulate polymer shown in the Examples section below.
本発明において、粒子状ポリマーが、下記I群で表される単位構造を有することが好ましい。 In the present invention, the particulate polymer preferably has a unit structure represented by the following group I.
R1、R2、R5およびR6はそれぞれ独立にアルキレン基、アリーレン基またはこれらの組合せを表す。R3はアルキル基、アルケニル基、アリール基またはアラルキル基を表す。R4は芳香族または脂肪族の4価の連結基を表す。R7はアルキル基、アルケニル基、アリール基またはアラルキル基を表す。*は結合部位を表す。 R 1 , R 2 , R 5 and R 6 each independently represents an alkylene group, an arylene group or a combination thereof. R 3 represents an alkyl group, an alkenyl group, an aryl group or an aralkyl group. R 4 represents an aromatic or aliphatic tetravalent linking group. R 7 represents an alkyl group, an alkenyl group, an aryl group or an aralkyl group. * Represents a binding site.
R1、R2、R5およびR6におけるアルキレン基の炭素数は、1〜20が好ましく、1〜12がより好ましく、1〜6が特に好ましい。
R1、R2、R5およびR6におけるアリーレン基の炭素数は、6〜22が好ましく、6〜14がより好ましく、6〜10が特に好ましい。
R1、R2、R5およびR6におけるアルキレン基とアリーレン基を組み合わせた場合の炭素数は、7〜42が好ましく、7〜28がより好ましく、7〜16が特に好ましい。
R3におけるアルキル基の炭素数は、1〜20が好ましく、1〜12がより好ましく、1〜6が特に好ましい。 The number of carbon atoms in the alkyl group for R 3, preferably 1 to 20, more preferably 1 to 12, 1 to 6 is particularly preferred.
R3におけるアルケニル基の炭素数は、2〜20が好ましく、2〜12がより好ましく、2〜6が特に好ましい。 R number of carbon atoms of the alkenyl group in 3 is preferably 2 to 20, more preferably 2 to 12, 2 to 6 is particularly preferred.
R3におけるアリール基の炭素数は、6〜22が好ましく、6〜14がより好ましく、6〜10が特に好ましい。 The number of carbon atoms of the aryl group for R 3, preferably 6 to 22, more preferably 6 to 14, 6 to 10 are particularly preferred.
R3におけるアラルキル基の炭素数は、7〜42が好ましく、7〜28がより好ましく、7〜16が特に好ましい。 The number of carbon atoms of the aralkyl group for R 3, preferably 7-42, more preferably 7-28, particularly preferably 7-16.
R4は下記の式(i)〜(iix)のいずれかで表される連結基が好ましい。 R 4 is preferably a linking group represented by any one of the following formulas (i) to (iii).
式(i)〜(iix)中、X1は単結合または2価の連結基を表す。2価の連結基としては、炭素数1〜6のアルキレン基(例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基)が好ましい。プロピレン基としては、1,3−ヘキサフルオロ−2,2−プロパンジイル基が好ましい。Lは−CH2=CH2−または−CH2−を表す。RXおよびRYはそれぞれ独立に、水素原子または置換基を表す。*はカルボニル基との結合部位を表す。 In formulas (i) to (iii), X 1 represents a single bond or a divalent linking group. As a bivalent coupling group, a C1-C6 alkylene group (for example, a methylene group, ethylene group, a propylene group) is preferable. As the propylene group, a 1,3-hexafluoro-2,2-propanediyl group is preferable. L represents —CH 2 ═CH 2 — or —CH 2 —. R X and R Y each independently represents a hydrogen atom or a substituent. * Represents a binding site with a carbonyl group.
RXおよびRYにおける置換基は、アルキル基(炭素数は、1〜12が好ましく、1〜6がより好ましく、1〜3がさらに好ましい)またはアリール基(炭素数は、6〜22が好ましく、6〜14がより好ましく、6〜10がさらに好ましい)を表す。 The substituent in R X and R Y is an alkyl group (the number of carbon atoms is preferably 1 to 12, more preferably 1 to 6, and further preferably 1 to 3) or an aryl group (the number of carbon atoms is preferably 6 to 22). 6-14 are more preferable, and 6-10 are more preferable.
R7におけるアルキル基の炭素数は、1〜20が好ましく、1〜12がより好ましく、1〜6が特に好ましい。 The number of carbon atoms of the alkyl group in R 7 is preferably 1 to 20, more preferably 1 to 12, 1 to 6 is particularly preferred.
R7におけるアルケニル基の炭素数は、2〜20が好ましく、2〜12がより好ましく、2〜6が特に好ましい。 The number of carbon atoms of the alkenyl group for R 7 is preferably 2 to 20, more preferably 2 to 12, 2 to 6 is particularly preferred.
R7におけるアリール基の炭素数は、6〜22が好ましく、6〜14がより好ましく、6〜10が特に好ましい。 The number of carbon atoms of the aryl group in R 7 is preferably 6 to 22, more preferably 6 to 14, 6 to 10 are particularly preferred.
R7におけるアラルキル基の炭素数は、7〜42が好ましく、7〜28がより好ましく、7〜16が特に好ましい。 The number of carbon atoms of the aralkyl group in R 7 is preferably 7-42, more preferably 7-28, particularly preferably 7-16.
本発明に用いられる粒子状ポリマーは、上述の方法で得たものを用いてもよく、一般的な市販品を用いてもよい。以下、本発明に用いられる粒子状ポリマーの具体例を挙げるが、本発明はこれらに限定されるものではない。 What was obtained by the above-mentioned method may be used for the particulate polymer used for this invention, and a common commercial item may be used. Hereinafter, although the specific example of the particulate polymer used for this invention is given, this invention is not limited to these.
フッ素系樹脂
本発明における粒子状ポリマーとして用いることができるフッ素系樹脂としては、マイクロディスパーズ−200(ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)粒子、平均粒子径:200nm、テクノケミカル(株)製)、マイクロディスパーズ−3000(PTFE粒子、平均粒子径:3μm、テクノケミカル(株)製)、マイクロディスパーズ−8000(PTFE粒子、平均粒子径:8μm、テクノケミカル(株)製)、ディスパーズイージー−300(PTFE粒子、平均粒子径:200nm、テクノケミカル(株)製)、FluonAD911E(旭硝子(株)製)、FluonAD915E(旭硝子(株)製)、FluonAD916E(旭硝子(株)製)、FluonAD939E(旭硝子(株)製)、アルゴフロンF(PTFE粒子、平均粒子径:15〜35μm、ソルベイ(株)製)、アルゴフロンS(PTFE粒子、平均粒子径:15〜35μm、ソルベイ(株)製)、ルブロンL−2(PTFE粒子、平均粒子径:3.5μm、ダイキン(株)製)、ルブロンL−5(PTFE粒子、平均粒子径:5μm、ダイキン(株)製)、ルブロンL−5F(PTFE粒子、平均粒子径:4.5μm、ダイキン(株)製)(いずれも商品名)等があり、市販品として入手できる。
Fluorine-based resin As the fluorine-based resin that can be used as the particulate polymer in the present invention, Microdispers-200 (polytetrafluoroethylene (PTFE) particles, average particle size: 200 nm, manufactured by Techno Chemical Co., Ltd.), Micro Disperse-3000 (PTFE particles, average particle size: 3 μm, manufactured by Techno Chemical Co., Ltd.), Micro Disperse-8000 (PTFE particles, average particle size: 8 μm, manufactured by Techno Chemical Co., Ltd.), Disperse Easy-300 (PTFE particles, average particle diameter: 200 nm, manufactured by Techno Chemical Co., Ltd.), Fluon AD911E (produced by Asahi Glass Co., Ltd.), Fluon AD915E (produced by Asahi Glass Co., Ltd.), Fluon AD916E (produced by Asahi Glass Co., Ltd.), Fluon AD939E (Asahi Glass Co., Ltd.) )), Argoflo F (PTFE particles, average particle size: 15 to 35 μm, manufactured by Solvay), Algoflon S (PTFE particles, average particle size: 15 to 35 μm, manufactured by Solvay), Lubron L-2 (PTFE particles, Average particle size: 3.5 μm, manufactured by Daikin Corp.), Lubron L-5 (PTFE particles, average particle size: 5 μm, manufactured by Daikin Corp.), Lubron L-5F (PTFE particles, average particle size: 4. 5 μm, manufactured by Daikin Co., Ltd. (both are trade names), etc., and are available as commercial products.
炭化水素系樹脂
本発明における粒子状ポリマーとして用いることができる炭化水素系樹脂としては、ソフトビーズ(住友精化(株)製)、ザイクセン(ポリオレフィンエマルジョン、住友精化(株)製)、セポルジョンG(ポリオレフィンエマルジョン、住友精化(株)製)、セポレックスIR100(ポリイソプレンラテックス、住友精化(株)製)、セポレックスCSM(クロロスルホン化ポリエチレンラテックス、住友精化(株)製)、フローセン(ポリエチレン粉末、住友精化(株)製)、フローセンUF(ポリエチレン粉末、住友精化(株)製)、フローブレン(ポリプロピレン粉末、住友精化(株)製)、フロービーズ(ポリエチレン-アクリル共重合粉末、住友精化(株)製)(いずれも商品名)等があり、市販品として入手できる。
Hydrocarbon resins As hydrocarbon resins that can be used as the particulate polymer in the present invention, soft beads (manufactured by Sumitomo Seika Co., Ltd.), Syxen (polyolefin emulsion, manufactured by Sumitomo Seika Co., Ltd.), Sephorjon G (Polyolefin emulsion, manufactured by Sumitomo Seika Co., Ltd.), Sepolex IR100 (polyisoprene latex, manufactured by Sumitomo Seika Co., Ltd.), Sepolex CSM (chlorosulfonated polyethylene latex, manufactured by Sumitomo Seika Co., Ltd.), Frocene (polyethylene) Powder, manufactured by Sumitomo Seika Co., Ltd.), Flowsen UF (polyethylene powder, manufactured by Sumitomo Seika Co., Ltd.), flowbrene (polypropylene powder, manufactured by Sumitomo Seika Co., Ltd.), flow beads (polyethylene-acrylic copolymer powder) , Manufactured by Sumitomo Seika Co., Ltd.) (all are trade names), etc., available as commercial products Kill.
アクリル系樹脂
本発明における粒子状ポリマーとして用いることができるアクリル系樹脂としては、アートパールGR(根上工業(株)製)、アートパールSE(根上工業(株)製)、アートパールG(根上工業(株)製)、アートパールGR(根上工業(株)製)、アートパールGR(根上工業(株)製)、アートパールGS(根上工業(株)製)、アートパールJ(根上工業(株)製)、アートパールMF(根上工業(株)製)、アートパールBE(根上工業(株)製)、タフチックAR-650(東洋紡(株)製)、タフチックAR-750(東洋紡(株)製)、タフチックFH−S(東洋紡(株)製)、ケミスノーMP−1451(総研化学(株)製)、ケミスノーMP−2200(総研化学(株)製)、ケミスノーMP−1000(総研化学(株)製)、ケミスノーMP−2701(総研化学(株)製)、ケミスノーMP−5000(総研化学(株)製)、ケミスノーMP−5500(総研化学(株)製)、ケミスノーMP−300(総研化学(株)製)、ケミスノーKMR−3TA(総研化学(株)製)、ケミスノーMX−80H3wT(総研化学(株)製)、ケミスノーMX−150(総研化学(株)製)、ケミスノーMX−180TA(総研化学(株)製)、ケミスノーMX−300(総研化学(株)製)、ケミスノーMX−500(総研化学(株)製)、ケミスノーMX−500H(総研化学(株)製)、ケミスノーMX−1000(総研化学(株)製)、ケミスノーMX−1500H(総研化学(株)製)、ケミスノーMX−2000(総研化学(株)製)、ケミスノーMX−3000(総研化学(株)製)、FS−101(日本ペイント(株)製)、FS−102(日本ペイント(株)製)、FS−106(日本ペイント(株)製)、FS−107(日本ペイント(株)製)、FS−201(日本ペイント(株)製)、FS−301(日本ペイント(株)製)、FS−501(日本ペイント(株)製)、FS−701(日本ペイント(株)製)、MG−155E(日本ペイント(株)製)、MG−451(日本ペイント(株)製)、MG−351(日本ペイント(株)製)、テクポリマーMBX(積水化成品工業(株)製)、テクポリマーSBX(積水化成品工業(株)製)、テクポリマーMSX(積水化成品工業(株)製)、テクポリマーSSX(積水化成品工業(株)製)、テクポリマーBMX(積水化成品工業(株)製)、テクポリマーABX(積水化成品工業(株)製)、テクポリマーARX(積水化成品工業(株)製)、テクポリマーAFX(積水化成品工業(株)製)、テクポリマーMB(積水化成品工業(株)製)、テクポリマーMBP(積水化成品工業(株)製)、アドバンセルHB−2051(積水化学(株)製)、ハヤビーズL−11(早川ゴム(株)製)、ハヤビーズM−11(早川ゴム(株)製)、アロンTシリーズ(東亜合成(株)製)、アロンAシリーズ(東亜合成(株)製)、アロンSD−10(東亜合成(株)製)、アロンACシリーズ(東亜合成(株)製)、ジュリマーACシリーズ(東亜合成(株)製)、エポスターMA(日本触媒(株)製)、エポスターMX(日本触媒(株)製)(いずれも商品名)等があり、市販品として入手できる。
Acrylic resin As acrylic resins that can be used as the particulate polymer in the present invention, Art Pearl GR (manufactured by Negami Kogyo Co., Ltd.), Art Pearl SE (manufactured by Negami Kogyo Co., Ltd.), Art Pearl G (Negami Kogyo Co., Ltd.) Art Pearl GR (manufactured by Negami Kogyo Co., Ltd.), Art Pearl GR (manufactured by Negami Kogyo Co., Ltd.), Art Pearl GS (manufactured by Negami Kogyo Co., Ltd.), Art Pearl J (Negami Kogyo Co., Ltd.) ), Art Pearl MF (Negami Kogyo Co., Ltd.), Art Pearl BE (Negami Kogyo Co., Ltd.), Tufic AR-650 (Toyobo Co., Ltd.), Tuftic AR-750 (Toyobo Co., Ltd.) ), Tuftic FH-S (manufactured by Toyobo Co., Ltd.), Chemisnow MP-1451 (manufactured by Soken Chemical Co., Ltd.), Chemisnow MP-2200 (manufactured by Soken Chemical Co., Ltd.), Chemisnow MP-1000 ( Kenken Chemical Co., Ltd.), Chemisnow MP-2701 (manufactured by Soken Chemical Co., Ltd.), Chemisnow MP-5000 (manufactured by Soken Chemical Co., Ltd.), Chemisnow MP-5500 (manufactured by Soken Chemical Co., Ltd.), Chemisnow MP- 300 (manufactured by Soken Chemical Co., Ltd.), Chemisnow KMR-3TA (manufactured by Soken Chemical Co., Ltd.), Chemisnow MX-80H3wT (manufactured by Soken Chemical Co., Ltd.), Chemisnow MX-150 (manufactured by Soken Chemical Co., Ltd.), Chemisnow MX-180TA (manufactured by Soken Chemical Co., Ltd.), Chemisnow MX-300 (manufactured by Soken Chemical Co., Ltd.), Chemisnow MX-500 (manufactured by Soken Chemical Co., Ltd.), Chemisnow MX-500H (manufactured by Soken Chemical Co., Ltd.) Chemisnow MX-1000 (manufactured by Soken Chemical Co., Ltd.), Chemisnow MX-1500H (manufactured by Soken Chemical Co., Ltd.), Chemisnow MX-2000 (manufactured by Soken Chemical Co., Ltd.), Snow MX-3000 (manufactured by Soken Chemical Co., Ltd.), FS-101 (manufactured by Nippon Paint Co., Ltd.), FS-102 (manufactured by Nippon Paint Co., Ltd.), FS-106 (manufactured by Nippon Paint Co., Ltd.), FS -107 (manufactured by Nippon Paint), FS-201 (manufactured by Nippon Paint), FS-301 (manufactured by Nippon Paint), FS-501 (manufactured by Nippon Paint), FS-701 (Manufactured by Nippon Paint), MG-155E (manufactured by Nippon Paint), MG-451 (manufactured by Nippon Paint), MG-351 (manufactured by Nippon Paint), Techpolymer MBX (Sekisui Kasei Kogyo Co., Ltd.), Techpolymer SBX (Sekisui Kasei Kogyo Co., Ltd.), Techpolymer MSX (Sekisui Kasei Kogyo Co., Ltd.), Techpolymer SSX (Sekisui Kasei Kogyo Co., Ltd.) , Techpolymer BMX ( Sekisui Plastics Co., Ltd.), Techpolymer ABX (Sekisui Plastics Co., Ltd.), Techpolymer ARX (Sekisui Plastics Co., Ltd.), Techpolymer AFX (Sekisui Plastics Co., Ltd.) ), Techpolymer MB (manufactured by Sekisui Plastics Industry Co., Ltd.), Techpolymer MBP (manufactured by Sekisui Chemicals Co., Ltd.), Advancel HB-2051 (manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.), Hayabies L-11 (Hayakawa) Rubber Co., Ltd.), Hayabies M-11 (Hayakawa Rubber Co., Ltd.), Aron T Series (Toa Gosei Co., Ltd.), Aron A Series (Toa Gosei Co., Ltd.), Aron SD-10 (Toa Gosei) Synthetic Co., Ltd.), Aron AC Series (Toa Gosei Co., Ltd.), Jurimer AC Series (Toa Gosei Co., Ltd.), Eposta MA (Nippon Shokubai Co., Ltd.), Eposta MX (Nippon Shokubai Co., Ltd.) Product name) There is etc., available as a commercial product.
アクリル系樹脂粒子として好ましくは下記に示す構造を有する粒子が挙げられる。
下記粒子の構造における数字は、括弧内の構造単位のモル比を表し、粒子は、ブロック共重合体、交互共重合体、ランダム共重合体のいずれであってもよい。
As the acrylic resin particles, particles having the structure shown below are preferable.
The numbers in the structure of the following particles represent the molar ratio of structural units in parentheses, and the particles may be any of a block copolymer, an alternating copolymer, and a random copolymer.
また、特願2013−198397号明細書に記載のアクリルモノマーを重合して得られるアクリルラテックスも好適に用いることができる。 Moreover, the acrylic latex obtained by superposing | polymerizing the acrylic monomer as described in Japanese Patent Application No. 2013-198397 can also be used suitably.
スチレン系樹脂
本発明における粒子状ポリマーとして用いることができるスチレン系樹脂としては、ケミスノーKSR−3A(商品名、総研化学(株)製)、エポスターST(日本触媒(株)製)等があり、市販品として入手できる。
Styrenic resin Examples of the styrenic resin that can be used as the particulate polymer in the present invention include Chemisnow KSR-3A (trade name, manufactured by Soken Chemical Co., Ltd.), Eposta ST (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.), and the like. Available as a commercial product.
アミド系樹脂
本発明における粒子状ポリマーとして用いることができるアミド系樹脂としては、セポルジョンPA(共重合ナイロンエマルジョン、住友精化(株)製)、トレパールPAI(ポリアミドイミド粒子、東レ(株)製)(いずれも商品名)等があり、市販品として入手できる。
Amide resin As amide resin that can be used as the particulate polymer in the present invention, Sephojon PA (copolymer nylon emulsion, manufactured by Sumitomo Seika Co., Ltd.), Trepearl PAI (polyamideimide particles, manufactured by Toray Industries, Inc.) (Both are trade names) and are available as commercial products.
イミド系樹脂
本発明における粒子状ポリマーとして用いることができるイミド系樹脂としては、ポリイミドパウダーP84(R)NT(ダイセルエヴォニック(株)製)、ポリイミドパウダーPIP−3(セイシン企業(株)製)、ポリイミドパウダーPIP−25(セイシン企業(株)製)、ポリイミドパウダーPIP−60(セイシン企業(株)製)、ポリイミドパウダーUIP−R(宇部興産(株)製)、ポリイミドパウダーUIP−S(宇部興産(株)製)(いずれも商品名)等があり、市販品として入手できる。
Imide resin As imide resin that can be used as the particulate polymer in the present invention, polyimide powder P84 (R) NT (manufactured by Daicel Evonik Co., Ltd.), polyimide powder PIP-3 (manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd.) , Polyimide powder PIP-25 (manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd.), polyimide powder PIP-60 (manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd.), polyimide powder UIP-R (manufactured by Ube Industries), polyimide powder UIP-S (Ube) Manufactured by Kosan Co., Ltd. (both are trade names), etc., and are available as commercial products.
ウレタン系樹脂
本発明における粒子状ポリマーとして用いることができるウレタン系樹脂としては、ダイミックビーズUCN−8070CM(平均粒子径:7μm、大日精化(株)製)、ダイミックビーズUCN−8150CM(平均粒子径:15μm、大日精化(株)製)、アートパールC(根上工業(株)製)、アートパールP(根上工業(株)製)、アートパールJB(根上工業(株)製)、アートパールU(根上工業(株)製)、アートパールCE(根上工業(株)製)、アートパールAK(根上工業(株)製)、アートパールHI(根上工業(株)製)、アートパールMM(根上工業(株)製)、アートパールFF(根上工業(株)製)、アートパールTK(根上工業(株)製)、アートパールC−TH(根上工業(株)製)、アートパールRW(根上工業(株)製)、アートパールRX(根上工業(株)製)、アートパールRY(根上工業(株)製)、アートパールRZ(根上工業(株)製)、アートパールRU(根上工業(株)製)、アートパールRV(根上工業(株)製)、アートパールBP(根上工業(株)製)、グロスデールSシリーズ(三井化学(株)製)、グロスデールMシリーズ(三井化学(株)製)、グロスデールVシリーズ(三井化学(株)製)、グロスデールTシリーズ(三井化学(株)製)、インフィナジー(BASF社製)(いずれも商品名)等があり、市販品として入手できる。
Urethane resin As urethane resin that can be used as the particulate polymer in the present invention, dimic beads UCN-8070CM (average particle size: 7 μm, manufactured by Dainichi Seika Co., Ltd.), dimic beads UCN-8150CM (average) Particle size: 15 μm, manufactured by Dainichi Seika Co., Ltd.), Art Pearl C (manufactured by Negami Kogyo Co., Ltd.), Art Pearl P (manufactured by Negami Kogyo Co., Ltd.), Art Pearl JB (manufactured by Negami Kogyo Co., Ltd.), Art Pearl U (Negami Kogyo Co., Ltd.), Art Pearl CE (Negami Kogyo Co., Ltd.), Art Pearl AK (Negami Kogyo Co., Ltd.), Art Pearl HI (Negami Kogyo Co., Ltd.), Art Pearl MM (Negami Kogyo Co., Ltd.), Art Pearl FF (Negami Kogyo Co., Ltd.), Art Pearl TK (Negami Kogyo Co., Ltd.), Art Pearl C-TH (Negami Kogyo Co., Ltd.), A Topal RW (Negami Kogyo Co., Ltd.), Art Pearl RX (Negami Kogyo Co., Ltd.), Art Pearl RY (Negami Kogyo Co., Ltd.), Art Pearl RZ (Negami Kogyo Co., Ltd.), Art Pearl RU (Negami Kogyo Co., Ltd.), Art Pearl RV (Negami Kogyo Co., Ltd.), Art Pearl BP (Negami Kogyo Co., Ltd.), Grosdale S Series (Mitsui Chemicals Co., Ltd.), Grosdale M Series (Mitsui Chemicals Co., Ltd.), Grosdale V Series (Mitsui Chemicals Co., Ltd.), Grosdale T Series (Mitsui Chemicals Co., Ltd.), Infinergy (BASF Co., Ltd.) (all trade names) , Available as a commercial product.
ウレタン系樹脂粒子として好ましくは下記に示す構造を有する粒子が挙げられる。
下記粒子の構造における数字は、括弧内の構造単位のモル比を表し、粒子は、ブロック共重合体、交互共重合体、ランダム共重合体のいずれであってもよい。
これらの化学構造を有するウレタン系樹脂粒子は、一般的にジイソシアネート化合物とジオール化合物を重合したのち、得られたポリウレタン樹脂を機械的に粉砕または貧溶媒中に分散させることで得られる。
As the urethane resin particles, particles having the structure shown below are preferable.
The numbers in the structure of the following particles represent the molar ratio of structural units in parentheses, and the particles may be any of a block copolymer, an alternating copolymer, and a random copolymer.
Urethane resin particles having these chemical structures are generally obtained by polymerizing a diisocyanate compound and a diol compound and then mechanically pulverizing or dispersing the obtained polyurethane resin in a poor solvent.
ウレア系樹脂
本発明における粒子状ポリマーとして用いることができるウレア系樹脂粒子として、好ましくは下記に示す構造を有する粒子が挙げられる。
下記粒子の構造における数字は、括弧内の構造単位のモル比を表し、粒子は、ブロック共重合体、交互共重合体、ランダム共重合体のいずれであってもよい。
これらの化学構造を有するウレア系樹脂粒子は、一般的にジイソシアネート化合物とジアミン化合物を重合したのち、得られたポリウレア樹脂を機械的に粉砕または貧溶媒中に分散させることで得られる。
Urea-based resin The urea-based resin particles that can be used as the particulate polymer in the present invention preferably include particles having the structure shown below.
The numbers in the structure of the following particles represent the molar ratio of structural units in parentheses, and the particles may be any of a block copolymer, an alternating copolymer, and a random copolymer.
Urea-based resin particles having these chemical structures are generally obtained by polymerizing a diisocyanate compound and a diamine compound and then mechanically pulverizing or dispersing the obtained polyurea resin in a poor solvent.
エステル系樹脂
本発明における粒子状ポリマーとして用いることができるエステル系樹脂としては、セポルジョンES(商品名、共重合ポリエステルエマルジョン、住友精化(株)製)等があり、市販品として入手できる。
Ester-based resin Examples of ester-based resins that can be used as the particulate polymer in the present invention include Sepoljon ES (trade name, copolymerized polyester emulsion, manufactured by Sumitomo Seika Co., Ltd.), and are commercially available.
エーテル系樹脂
本発明における粒子状ポリマーとして用いることができるエーテル系樹脂としては、トレパールPPS(ポリフェニレンスルフィド粒子、東レ(株)製)、トレパールPES(ポリエーテルスルホン粒子、東レ(株)製)(いずれも商品名)等があり、市販品として入手できる。
Ether-based resin The ether-based resin that can be used as the particulate polymer in the present invention includes Trepal PPS (polyphenylene sulfide particles, manufactured by Toray Industries, Inc.), Trepal PES (Polyethersulfone particles, manufactured by Toray Industries, Inc.) (any Is also available as a commercial product.
フェノール樹脂
本発明における粒子状ポリマーとして用いることができるフェノール樹脂としては、LPSシリーズ(リグナイト(株)製)、マリリンFMシリーズ(群栄化学工業(株)製)、マリリンHFシリーズ(群栄化学工業(株)製)(いずれも商品名)等があり、市販品として入手できる。
Phenol resin As the phenol resin that can be used as the particulate polymer in the present invention, LPS series (manufactured by Lignite Co., Ltd.), Marilyn FM series (manufactured by Gunei Chemical Industry Co., Ltd.), Marilyn HF series (Gunei Chemical Industry Co., Ltd.) (Buy Co., Ltd.) (all are trade names), etc., and are available as commercial products.
エポキシ樹脂
本発明における粒子状ポリマーとして用いることができるエポキシ樹脂としては、トレパールEP(エポキシ樹脂粒子、東レ(株)製)(いずれも商品名)等があり、市販品として入手できる。
Epoxy Resin As an epoxy resin that can be used as the particulate polymer in the present invention, there is Trepearl EP (epoxy resin particles, manufactured by Toray Industries, Inc.) (all are trade names), which are available as commercial products.
ポリカーボネート樹脂
本発明における粒子状ポリマーとして用いることができるポリカーボネート樹脂は、例えば、国際公開2011/004730号パンフレットに記載の方法で合成できる。具体的にはエポキシ化合物に二酸化炭素を反応させることで重合することが可能である。
Polycarbonate resin The polycarbonate resin that can be used as the particulate polymer in the present invention can be synthesized, for example, by the method described in International Publication 2011/004730. Specifically, it is possible to polymerize by reacting an epoxy compound with carbon dioxide.
シリコーン系樹脂
本発明における粒子状ポリマーとして用いることができるシリコーン系樹脂としては、シーホスターKE-Eシリーズ(日本触媒(株)製)、シーホスターKE-Wシリーズ(日本触媒(株)製)、シーホスターKE-Pシリーズ(日本触媒(株)製)、シーホスターKE-Sシリーズ(日本触媒(株)製)、シリコーン複合パウダーKMP−600(信越シリコーン(株)製)、シリコーン複合パウダーKMP−601(信越シリコーン(株)製)、シリコーン複合パウダーKMP−602(信越シリコーン(株)製)、シリコーン複合パウダーKMP−605(信越シリコーン(株)製)、シリコーン複合パウダーX−52−7030(信越シリコーン(株)製)、シリコーンレジンパウダーKMP−590(信越シリコーン(株)製)、シリコーンレジンパウダーKMP−701(信越シリコーン(株)製)、シリコーンレジンパウダーX−52−854(信越シリコーン(株)製)、シリコーンレジンパウダーX−52−1621(信越シリコーン(株)製)、シリコーンゴムパウダーKMP−597(信越シリコーン(株)製)、シリコーンゴムパウダーKMP−598(信越シリコーン(株)製)、シリコーンゴムパウダーKMP−594(信越シリコーン(株)製)、シリコーンゴムパウダーX−52−875(信越シリコーン(株)製)、シャリーヌR−170S(シリコーンアクリル共重合、日信化学工業(株)製)(いずれも商品名)等があり、市販品として入手できる。
Silicone Resin Silicone resins that can be used as the particulate polymer in the present invention include Seahoster KE-E series (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.), Seahoster KE-W series (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.), Seahoster KE. -P series (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.), Seahoster KE-S series (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.), silicone composite powder KMP-600 (manufactured by Shin-Etsu Silicone), silicone composite powder KMP-601 (Shin-Etsu Silicone) ), Silicone composite powder KMP-602 (Shin-Etsu Silicone Co., Ltd.), silicone composite powder KMP-605 (Shin-Etsu Silicone Co., Ltd.), silicone composite powder X-52-7030 (Shin-Etsu Silicone Co., Ltd.) Manufactured), Silicone Resin Powder KMP-590 (Shin-Etsu Silicone) ), Silicone Resin Powder KMP-701 (Shin-Etsu Silicone Co., Ltd.), Silicone Resin Powder X-52-854 (Shin-Etsu Silicone Co., Ltd.), Silicone Resin Powder X-52-1621 (Shin-Etsu Silicone ( Co., Ltd.), Silicone Rubber Powder KMP-597 (Shin-Etsu Silicone Co., Ltd.), Silicone Rubber Powder KMP-598 (Shin-Etsu Silicone Co., Ltd.), Silicone Rubber Powder KMP-594 (Shin-Etsu Silicone Co., Ltd.), Silicone rubber powder X-52-875 (manufactured by Shin-Etsu Silicone Co., Ltd.), Charine R-170S (silicone acrylic copolymer, manufactured by Nissin Chemical Industry Co., Ltd.) (both trade names) are available as commercial products it can.
以下、本発明に用いられる粒子状ポリマーの具体例を示すが、本発明はこれにより限定して解釈されるものではない。
なお、化合物中の数字は、括弧内の構造単位のモル比を表し、xxは、1〜300の整数を表す。
Hereinafter, although the specific example of the particulate polymer used for this invention is shown, this invention is limited to this and is not interpreted.
In addition, the number in a compound represents the molar ratio of the structural unit in a parenthesis, and xx represents the integer of 1-300.
(ii)粒子状ポリマーB
本発明において、粒子状ポリマーとして、以下に示すポリマーを用いてもよい。粒子状ポリマーを構成するポリマーは、側鎖成分として数平均分子量1,000以上のマクロモノマー(X)に由来する繰り返し単位が組み込まれている。
(Ii) Particulate polymer B
In the present invention, the following polymers may be used as the particulate polymer. In the polymer constituting the particulate polymer, a repeating unit derived from the macromonomer (X) having a number average molecular weight of 1,000 or more is incorporated as a side chain component.
本発明に用いられるマクロモノマー(X)の数平均分子量は、以下の方法で計測した値を採用する。本発明に用いられるマクロモノマー(X)の数平均分子量は、後述の実施例の項で示した重量平均分子量の測定方法と同様の方法により測定する。 As the number average molecular weight of the macromonomer (X) used in the present invention, a value measured by the following method is adopted. The number average molecular weight of the macromonomer (X) used in the present invention is measured by the same method as the method for measuring the weight average molecular weight shown in the Examples section described later.
・主鎖成分
ポリマーの主鎖は特に限定されず、通常のポリマー成分を適用することができる。主鎖成分を構成するモノマーとしては、重合性不飽和結合を有するモノマーであることが好ましく、例えば各種のビニル系モノマーやアクリル系モノマーを適用することができる。本発明においては、中でも、アクリル系モノマーを用いることが好ましい。さらに好ましくは、(メタ)アクリル酸モノマー、(メタ)アクリル酸エステルモノマー、および(メタ)アクリロニトリルから選ばれるモノマーを用いることが好ましい。重合性基の数は特に限定されないが、1〜4個であることが好ましい。
-Main chain component The main chain of a polymer is not specifically limited, A normal polymer component can be applied. The monomer constituting the main chain component is preferably a monomer having a polymerizable unsaturated bond, and for example, various vinyl monomers and acrylic monomers can be applied. In the present invention, it is particularly preferable to use an acrylic monomer. More preferably, it is preferable to use a monomer selected from a (meth) acrylic acid monomer, a (meth) acrylic acid ester monomer, and (meth) acrylonitrile. The number of polymerizable groups is not particularly limited, but is preferably 1 to 4.
ポリマーは、下記官能基群(b)のうち少なくとも1つを有していることが好ましい。この官能基群は、主鎖に含まれていても、後述する側鎖に含まれていてもよいが、主鎖に含まれることが好ましい。このように、主鎖等に特定の官能基が含まれることで、固体電解質、活物質、集電体の表面に存在していると考えられる水素原子、酸素原子、硫黄原子との相互作用が強くなり、結着性が向上し、界面の抵抗を下げられるという作用が期待できる。 The polymer preferably has at least one of the following functional group (b). This functional group group may be contained in the main chain or may be contained in a side chain described later, but is preferably contained in the main chain. In this way, the inclusion of a specific functional group in the main chain or the like allows interaction with hydrogen atoms, oxygen atoms, and sulfur atoms that are considered to exist on the surface of the solid electrolyte, active material, and current collector. It can be expected to have an effect of strengthening, improving the binding property and lowering the interface resistance.
官能基群(b)
カルボニル基、アミノ基、スルホン酸基、リン酸基、ヒドロキシ基、エーテル基、シアノ基、チオール基
Functional group (b)
Carbonyl group, amino group, sulfonic acid group, phosphoric acid group, hydroxy group, ether group, cyano group, thiol group
カルボニル基含有基としてはカルボキシル基、カルボニルオキシ基、アミド基等が挙げられ、炭素数1〜24が好ましく、1〜12がより好ましく、1〜6が特に好ましい。
アミノ基は炭素数0〜12が好ましく、0〜6がより好ましく、0〜2が特に好ましい。
スルホン酸基はそのエステルや塩でもよい。エステルの場合、炭素数1〜24が好ましく、1〜12がより好ましく、1〜6が特に好ましい。
リン酸基はそのエステルや塩でもよい。エステルの場合、炭素数1〜24が好ましく、1〜12がより好ましく、1〜6が特に好ましい。
なお、上記官能基は、置換基として存在しても、連結基として存在していてもよい。例えば、アミノ基は2価のイミノ基または3価の窒素原子として存在してもよい。
Examples of the carbonyl group-containing group include a carboxyl group, a carbonyloxy group, an amide group, etc., preferably having 1 to 24 carbon atoms, more preferably 1 to 12 carbon atoms, and particularly preferably 1 to 6 carbon atoms.
The amino group preferably has 0 to 12 carbon atoms, more preferably 0 to 6 and particularly preferably 0 to 2.
The sulfonic acid group may be its ester or salt. In the case of ester, C1-C24 is preferable, 1-12 are more preferable, and 1-6 are especially preferable.
The phosphate group may be its ester or salt. In the case of ester, C1-C24 is preferable, 1-12 are more preferable, and 1-6 are especially preferable.
In addition, the said functional group may exist as a substituent or may exist as a coupling group. For example, the amino group may exist as a divalent imino group or a trivalent nitrogen atom.
上記のポリマーをなすビニル系モノマーとしては、下記式(b−1)で表されるものが好ましい。 As a vinyl-type monomer which makes said polymer, what is represented by a following formula (b-1) is preferable.
式中、Ra1は水素原子、ヒドロキシ基、シアノ基、ハロゲン原子、アルキル基(炭素数1〜24が好ましく、1〜12がより好ましく、1〜6が特に好ましい)、アルケニル基(炭素数2〜24が好ましく、2〜12がより好ましく、2〜6が特に好ましい)、アルキニル基(炭素数2〜24が好ましく、2〜12がより好ましく、2〜6が特に好ましい)、またはアリール基(炭素数6〜22が好ましく、6〜14がより好ましい)を表す。中でも水素原子またはアルキル基が好ましく、水素原子またはメチル基がより好ましい。 In the formula, R a1 represents a hydrogen atom, a hydroxy group, a cyano group, a halogen atom, an alkyl group (preferably 1 to 24 carbon atoms, more preferably 1 to 12 carbon atoms, and particularly preferably 1 to 6 carbon atoms), an alkenyl group (2 carbon atoms). To 24, more preferably 2 to 12, and particularly preferably 2 to 6, an alkynyl group (preferably having 2 to 24 carbon atoms, more preferably 2 to 12 and particularly preferably 2 to 6), or an aryl group ( C6-C22 is preferable and 6-14 are more preferable. Of these, a hydrogen atom or an alkyl group is preferable, and a hydrogen atom or a methyl group is more preferable.
Ra2は、水素原子、アルキル基(炭素数1〜24が好ましく、1〜12がより好ましく、1〜6が特に好ましい)、アルケニル基(炭素数2〜12が好ましく、2〜6がより好ましい)、アリール基(炭素数6〜22が好ましく、6〜14がより好ましい)、アラルキル基(炭素数7〜23が好ましく、7〜15がより好ましい)、シアノ基、カルボキシル基、ヒドロキシ基、チオール基、スルホン酸基、リン酸基、ホスホン酸基、酸素原子を含有する脂肪族複素環基(炭素数2〜12が好ましく、2〜6がより好ましい)、またはアミノ基(NRN 2:RNは後述の定義に従い、好ましくは水素原子または炭素数1〜3のアルキル基)である。なかでも、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、シアノ基、エテニル基、フェニル基、カルボキシル基、チオール基、スルホン酸基等が好ましい。
Ra2はさらに後述の置換基Tを有していてもよい。なかでも、カルボキシル基、ハロゲン原子(フッ素原子等)、ヒドロキシ基、アルキル基などが置換していてもよい。
カルボキシル基、ヒドロキシ基、スルホン酸基、リン酸基、ホスホン酸基は例えば炭素数1〜6のアルキル基を伴ってエステル化されていてもよい。
酸素原子を含有する脂肪族複素環基は、エポキシ基含有基、オキセタン基含有基、テトラヒドロフリル基含有基などが好ましい。
R a2 is a hydrogen atom, an alkyl group (preferably 1 to 24 carbon atoms, more preferably 1 to 12 carbon atoms, particularly preferably 1 to 6 carbon atoms), an alkenyl group (preferably 2 to 12 carbon atoms, more preferably 2 to 6 carbon atoms). ), Aryl group (preferably having 6 to 22 carbon atoms, more preferably 6 to 14 carbon atoms), aralkyl group (preferably having 7 to 23 carbon atoms, more preferably 7 to 15 carbon atoms), cyano group, carboxyl group, hydroxy group, thiol Group, sulfonic acid group, phosphoric acid group, phosphonic acid group, aliphatic heterocyclic group containing oxygen atom (preferably having 2 to 12 carbon atoms, more preferably 2 to 6), or amino group (NR N 2 : R N is preferably a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms according to the definition described later. Of these, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a cyano group, an ethenyl group, a phenyl group, a carboxyl group, a thiol group, a sulfonic acid group, and the like are preferable.
R a2 may further have a substituent T described later. Of these, a carboxyl group, a halogen atom (fluorine atom or the like), a hydroxy group, an alkyl group, or the like may be substituted.
The carboxyl group, hydroxy group, sulfonic acid group, phosphoric acid group, and phosphonic acid group may be esterified with, for example, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms.
The aliphatic heterocyclic group containing an oxygen atom is preferably an epoxy group-containing group, an oxetane group-containing group, a tetrahydrofuryl group-containing group, or the like.
L1は、任意の連結基であり、後述の連結基Lの例が挙げられる。具体的には、炭素数1〜6(好ましくは1〜3)のアルキレン基、炭素数2〜6(好ましくは2〜3)のアルケニレン基、炭素数6〜24(好ましくは6〜10)のアリーレン基、酸素原子、硫黄原子、イミノ基(NRN)、カルボニル基、リン酸連結基(−O−P(OH)(O)−O−)、ホスホン酸連結基(−P(OH)(O)−O−)、またはそれらの組合せに係る基等が挙げられる。上記連結基は任意の置換基を有していてもよい。連結原子数、連結原子の数の好ましい範囲も後記と同様である。任意の置換基としては、置換基Tが挙げられ、例えば、アルキル基またはハロゲン原子などが挙げられる。 L 1 is an arbitrary linking group, and examples of the linking group L described later can be given. Specifically, an alkylene group having 1 to 6 (preferably 1 to 3) carbon atoms, an alkenylene group having 2 to 6 (preferably 2 to 3) carbon atoms, and 6 to 24 (preferably 6 to 10) carbon atoms. Arylene group, oxygen atom, sulfur atom, imino group (NR N ), carbonyl group, phosphate linking group (—O—P (OH) (O) —O—), phosphonic acid linking group (—P (OH) ( O) -O-), or a group relating to a combination thereof. The linking group may have an arbitrary substituent. The preferable number of connecting atoms and the number of connecting atoms are the same as described later. As an arbitrary substituent, the substituent T is mentioned, For example, an alkyl group or a halogen atom is mentioned.
nは0または1である。 n is 0 or 1.
上記のポリマーをなすアクリル系モノマーとしては、上記式(b−1)のほか、下記式(b−2)〜(b−6)のいずれかで表されるものが好ましい。 As the acrylic monomer constituting the polymer, those represented by any of the following formulas (b-2) to (b-6) in addition to the formula (b-1) are preferable.
Ra1、nは、上記式(b−1)と同義である。
Ra3は、式(b−1)におけるRa2と同義である。ただし、その好ましいものとしては、水素原子、アルキル基、アリール基、カルボキシル基、チオール基、リン酸基、ホスホン酸基、酸素原子を含有する脂肪族複素環基、アミノ基(NRN 2)などが挙げられる。
L2は、任意の連結基であり、式(b−1)におけるL1の例が好ましく、酸素原子、炭素数1〜6(好ましくは1〜3)のアルキレン基、炭素数2〜6(好ましくは2〜3)のアルケニレン基、カルボニル基、イミノ基(NRN)、またはそれらの組合せに係る基等がより好ましい。
L3は連結基であり、L2の例が好ましく、炭素数1〜6(好ましくは1〜3)のアルキレン基がより好ましい。
L4は、式(b−1)におけるL1と同義である。
Ra4は、水素原子、炭素数1〜6(好ましくは1〜3)のアルキル基、炭素数0〜6(好ましくは0〜3)のヒドロキシ基含有基、炭素数0〜6(好ましくは0〜3)のカルボキシル基含有基、または(メタ)アクリロイルオキシ基である。なお、Ra4は上記L1の連結基になって、この部分で二量体を構成していてもよい。
mは1〜300の整数を表し、1〜200の整数であることが好ましく、1〜100の整数であることがより好ましい。
R a1 and n have the same meaning as in the above formula (b-1).
R a3 has the same meaning as R a2 in formula (b-1). However, preferred examples thereof include a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, a carboxyl group, a thiol group, a phosphoric acid group, a phosphonic acid group, an aliphatic heterocyclic group containing an oxygen atom, and an amino group (NR N 2 ). Is mentioned.
L 2 is an arbitrary linking group, and an example of L 1 in formula (b-1) is preferable, an oxygen atom, an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms (preferably 1 to 3), and 2 to 6 carbon atoms ( A group relating to an alkenylene group, a carbonyl group, an imino group (NR N ), or a combination thereof of 2 to 3) is more preferable.
L 3 is a linking group, and an example of L 2 is preferable, and an alkylene group having 1 to 6 (preferably 1 to 3) carbon atoms is more preferable.
L 4 has the same meaning as L 1 in formula (b-1).
R a4 is a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms (preferably 1 to 3), a hydroxyl group-containing group having 0 to 6 carbon atoms (preferably 0 to 3), or 0 to 6 carbon atoms (preferably 0). To 3) a carboxyl group-containing group or a (meth) acryloyloxy group. In addition, R a4 may be a linking group of the above L 1 and may form a dimer at this portion.
m represents an integer of 1 to 300, preferably an integer of 1 to 200, and more preferably an integer of 1 to 100.
上記式(b−1)〜(b−6)において、アルキル基やアリール基、アルキレン基やアリーレン基など置換基を取ることがある基については、本発明の効果を維持する限りにおいて任意の置換基を有していてもよい。任意の置換基としては、例えば、後述の置換基Tが挙げられ、具体的には、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、カルボキシル基、チオール基、アシル基、アシルオキシ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アリーロイル基、アリーロイルオキシ基、アミノ基等の任意の置換基を有していてもよい。 In the above formulas (b-1) to (b-6), any group that may take a substituent such as an alkyl group, an aryl group, an alkylene group, or an arylene group may be substituted as long as the effects of the present invention are maintained. It may have a group. Examples of the optional substituent include the substituent T described later, specifically, a halogen atom, a hydroxy group, a carboxyl group, a thiol group, an acyl group, an acyloxy group, an alkoxy group, an aryloxy group, and an aryloyl group. And may have any substituent such as an aryloyloxy group and an amino group.
以下に、主鎖成分を構成するモノマーの例を挙げるが、本発明がこれにより限定して解釈されるものではない。下記式中のmは、上記式(b−3)および(b−4)におけるmと同義である。 Examples of the monomer constituting the main chain component are listed below, but the present invention is not construed as being limited thereto. M in the following formula is synonymous with m in the above formulas (b-3) and (b-4).
・側鎖成分(マクロモノマー(X))
マクロモノマーは、数平均分子量が1,000以上であり、2,000以上であることがより好ましく、3,000以上であることが特に好ましい。上限としては、500,000以下であることが好ましく、100,000以下であることがより好ましく、30,000以下であることが特に好ましい。ポリマーが上記の範囲の分子量をもつ側鎖成分を有することで、より良好に有機溶剤中に均一に分散でき固体電解質粒子と混合して塗布できるようになる。
・ Side chain component (macromonomer (X))
The macromonomer has a number average molecular weight of 1,000 or more, more preferably 2,000 or more, and particularly preferably 3,000 or more. The upper limit is preferably 500,000 or less, more preferably 100,000 or less, and particularly preferably 30,000 or less. When the polymer has a side chain component having a molecular weight in the above range, it can be more uniformly dispersed in an organic solvent and can be mixed and applied with solid electrolyte particles.
マクロモノマー(X)のSP値は10以下であることが好ましく、9.5以下であることがより好ましい。下限値は特にないが、5以上であることが実際的である。 The SP value of the macromonomer (X) is preferably 10 or less, and more preferably 9.5 or less. Although there is no particular lower limit, it is practical that it is 5 or more.
−SP値の定義−
本明細書においてSP値は、特に断らない限り、Hoy法によって求める(H.L.Hoy Journal of Painting,1970,Vol.42,76−118)。また、SP値については単位を省略して示しているが、その単位はcal1/2cm−3/2である。なお、側鎖成分(X)のSP値は、上記側鎖をなす原料モノマーのSP値とほぼ変わらず、それにより評価してもよい。
-SP value definition-
In this specification, unless otherwise specified, the SP value is obtained by the Hoy method (HL Hoy Journal of Paining, 1970, Vol. 42, 76-118). The SP value is shown with the unit omitted, but the unit is cal 1/2 cm −3/2 . Note that the SP value of the side chain component (X) is not substantially different from the SP value of the raw material monomer forming the side chain, and may be evaluated accordingly.
SP値は有機溶媒に分散する特性を示す指標となる。ここで、側鎖成分を特定の分子量以上とし、好ましくは上記SP値以上とすることで、固体電解質との結着性を向上させ、かつ、これにより溶媒との親和性を高め、安定に分散させることができ好ましい。 The SP value is an index indicating the characteristic of being dispersed in an organic solvent. Here, by setting the side chain component to a specific molecular weight or more, preferably to the SP value or more, the binding property with the solid electrolyte is improved, thereby improving the affinity with the solvent and stably dispersing. This is preferable.
上記マクロモノマー(X)は、(メタ)アクリル酸モノマー、(メタ)アクリル酸エステルモノマー、および(メタ)アクリロニトリルから選ばれるモノマーに由来する繰り返し単位を含むことが好ましい。また、上記マクロモノマー(X)は、重合性二重結合と炭素数6以上の直鎖炭化水素構造単位S(好ましくは炭素数6以上30以下のアルキレン基、より好ましくは炭素数8以上24以下のアルキレン基)を含むことが好ましい。このように、側鎖をなすマクロモノマーが直鎖炭化水素構造単位Sを有することで、溶媒との親和性が高くなり分散安定性が向上するという作用が期待できる。 The macromonomer (X) preferably includes a repeating unit derived from a monomer selected from a (meth) acrylic acid monomer, a (meth) acrylic acid ester monomer, and (meth) acrylonitrile. The macromonomer (X) is a polymerizable double bond and a linear hydrocarbon structural unit S having 6 or more carbon atoms (preferably an alkylene group having 6 to 30 carbon atoms, more preferably 8 to 24 carbon atoms). Of the alkylene group). Thus, when the macromonomer which makes a side chain has the linear hydrocarbon structural unit S, the effect | action that the affinity with a solvent becomes high and a dispersion stability improves can be anticipated.
上記のマクロモノマー(X)は、下記式(b−11)で表される部位を有することが好ましい。 The macromonomer (X) preferably has a site represented by the following formula (b-11).
Ra11は、式(b−1)におけるRa1と同義である。*は結合部である。 R a11 has the same meaning as R a1 in formula (b-1). * Is a connecting part.
上記のマクロモノマー(X)としては、下記式(b−12a)〜(b−12c)のいずれかで表される部位を有することが好ましい。以下これらの部位を「特定重合性部位」と呼ぶことがある。 The macromonomer (X) preferably has a site represented by any one of the following formulas (b-12a) to (b-12c). Hereinafter, these sites may be referred to as “specific polymerizable sites”.
Rb2は、式(b−1)におけるRa1と同義である。*は結合部である。RNは後述の置換基Tで示す定義と同義である。式(b−12c)のベンゼン環には任意の置換基Tが置換していてもよい。
*の結合部の先に存在する構造部としては、マクロモノマーとしての分子量を満たせば特に限定されないが、炭素原子、酸素原子、水素原子から構成される構造部位であることが好ましい。このとき、後述の置換基Tを有していてもよく、例えば、ハロゲン原子(フッ素原子)などを有していてもよい。
R b2 has the same meaning as R a1 in formula (b-1). * Is a connecting part. RN has the same definition as the substituent T described later. An arbitrary substituent T may be substituted on the benzene ring of the formula (b-12c).
The structure part present at the end of the bond part of * is not particularly limited as long as the molecular weight as a macromonomer is satisfied, but a structure part composed of a carbon atom, an oxygen atom, and a hydrogen atom is preferable. At this time, it may have a substituent T described later, and may have, for example, a halogen atom (fluorine atom).
上記のマクロモノマー(X)は、下記式(b−13a)〜(b−13c)および(b−14a)〜(b−14c)のいずれかで表される繰り返し単位を有する化合物であることが好ましい。 Said macromonomer (X) is a compound which has a repeating unit represented by either of following formula (b-13a)-(b-13c) and (b-14a)-(b-14c). preferable.
Rb2、Rb3は、Ra1と同義である。
式(b−13c)および(b−14c)のベンゼン環には任意の置換基Tが置換していてもよい。
R b2 and R b3 have the same meaning as R a1 .
An arbitrary substituent T may be substituted on the benzene ring of the formulas (b-13c) and (b-14c).
naは特に限定されないが、好ましくは1〜6の整数であり、より好ましくは1または2である。 Although na is not specifically limited, Preferably it is an integer of 1-6, More preferably, it is 1 or 2.
Raはnaが1のときは置換基(好ましくは有機基)、naが2以上のときは連結基を表す。
Rbは二価の連結基である。
RaおよびRbが連結基であるとき、その連結基としては、下記連結基Lが挙げられる。具体的には、炭素数1〜30のアルカン連結基(2価の場合アルキレン基)、炭素数3〜12のシクロアルカン連結基(2価の場合シクロアルキレン基)、炭素数6〜24のアリール連結基(2価の場合アリーレン基)、炭素数3〜12のヘテロアリール連結基(2価の場合ヘテロアリーレン基)、エーテル基(−O−)、スルフィド基(−S−)、ホスフィニデン基(−PR−:Rは水素原子もしくは炭素数1〜6のアルキル基)、シリレン基(−SiRR’−:R、R’は水素原子もしくは炭素数1〜6のアルキル基)カルボニル基、イミノ基(−NRN−:RNは後述の定義に従い、ここでは、水素原子もしくは炭素数1〜6のアルキル基、炭素数6〜10のアリール基)、またはその組み合わせであることが好ましい。なかでも、炭素数1〜30のアルカン連結基(2価の場合アルキレン基)、炭素数6〜24のアリール連結基(2価の場合アリーレン基)、エーテル基、カルボニル基、またはその組み合わせであることが好ましい。
RaおよびRbを構成する連結基は、炭素原子、酸素原子、水素原子から構成される連結構造であることが好ましい。あるいは、RaおよびRbを構成する連結基が、後述の繰り返し単位(b−15)を有する構造部であることも好ましい。RaおよびRbが連結基であるときの連結基を構成する原子の数や連結原子数は後述の連結基Lと同義である。
Ra represents a substituent (preferably an organic group) when na is 1, and represents a linking group when na is 2 or more.
Rb is a divalent linking group.
When Ra and Rb are linking groups, examples of the linking group include the following linking group L. Specifically, an alkane linking group having 1 to 30 carbon atoms (an alkylene group in the case of divalent), a cycloalkane linking group having 3 to 12 carbon atoms (a cycloalkylene group in the case of divalent), and an aryl having 6 to 24 carbon atoms. Linking group (arylene group in the case of divalent), heteroaryl linking group having 3 to 12 carbon atoms (heteroarylene group in the case of divalent), ether group (-O-), sulfide group (-S-), phosphinidene group ( -PR-: R is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms), a silylene group (-SiRR'-: R, R 'is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms), a carbonyl group, an imino group ( -NR N -: R N is as defined in below, here, the alkyl group of which a hydrogen atom or 1 to 6 carbon atoms is preferably an aryl group), or a combination thereof having 6 to 10 carbon atoms. Among them, an alkane linking group having 1 to 30 carbon atoms (an alkylene group in the case of divalent), an aryl linking group having 6 to 24 carbon atoms (an arylene group in the case of divalent), an ether group, a carbonyl group, or a combination thereof. It is preferable.
The linking group constituting Ra and Rb is preferably a linking structure composed of a carbon atom, an oxygen atom, and a hydrogen atom. Or it is also preferable that the coupling group which comprises Ra and Rb is a structure part which has the below-mentioned repeating unit (b-15). When Ra and Rb are linking groups, the number of atoms constituting the linking group and the number of linking atoms are as defined for the linking group L described later.
Raが一価の置換基であるときには、後述の置換基Tの例が挙げられ、なかでもアルキル基、アルケニル基、アリール基であることが好ましい。このとき、連結基Lが介在して置換していても、置換基内に連結基Lが介在していてもよい。
あるいは、Raが一価の置換基であるときは、−Rb−Rcの構造や、後述の繰り返し単位(b−15)を有する構造部であることも好ましい。ここでRcは、後述の置換基Tの例が挙げられ、なかでもアルキル基、アルケニル基またはアリール基であることが好ましい。
When Ra is a monovalent substituent, examples of the substituent T described later are exemplified, and among them, an alkyl group, an alkenyl group, and an aryl group are preferable. At this time, even if the linking group L is present and substituted, the linking group L may be present in the substituent.
Alternatively, when Ra is a monovalent substituent, the structure of —Rb—Rc or a structure having a repeating unit (b-15) described later is also preferred. Here, Rc includes examples of the substituent T described later, and among them, an alkyl group, an alkenyl group or an aryl group is preferable.
このとき、RaおよびRbは、それぞれ、少なくとも、炭素数1〜30の直鎖炭化水素構造単位(好ましくはアルキレン基)を含有することがより好ましく、上記直鎖炭化水素構造単位Sを含むことがより好ましい。また、上記Ra〜Rcは、それぞれ、連結基または置換基を有していてもよく、その例としては後述の連結基Lや置換基Tが挙げられる。 At this time, each of Ra and Rb preferably contains at least a linear hydrocarbon structural unit having 1 to 30 carbon atoms (preferably an alkylene group), and preferably contains the linear hydrocarbon structural unit S. More preferred. In addition, each of Ra to Rc may have a linking group or a substituent, and examples thereof include a linking group L and a substituent T described later.
上記のマクロモノマー(X)はさらに下記式(b−15)で表される繰り返し単位を有することが好ましい。
式中、Rb3は、上記式(b−14a)〜(b−14c)におけるRb3と同義である。 Wherein, R b3 is the same meaning as R b3 in the above formula (b-14a) ~ (b -14c).
Rb4は、水素原子または後述の置換基Tを表し、好ましくは、水素原子、アルキル基、アルケニル基またはアリール基である。Rb4がアルキル基、アルケニル基またはアリール基である場合、さらに後述の置換基Tを有していてもよく、例えば、ハロゲン原子やヒドロキシ基などを有していても良い。 R b4 represents a hydrogen atom or a substituent T described later, and is preferably a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, or an aryl group. When R b4 is an alkyl group, an alkenyl group or an aryl group, it may further have a substituent T described later, and may have, for example, a halogen atom or a hydroxy group.
Xは連結基を表し、連結基Lの例が挙げられる。好ましくは、エーテル基、カルボニル基、イミノ基、アルキレン基、アリーレン基またはその組合せである。組合せに係る連結基としては、具体的には、カルボニルオキシ基、アミド基、酸素原子、炭素原子、および水素原子で構成された連結基が挙げられる。Rb4およびXが炭素を含む場合、その好ましい炭素数は、後述の置換基Tおよび連結基Lと同義である。連結基の好ましい構成原子数や連結原子数も同義である。 X represents a linking group, and examples of the linking group L can be given. Preferred are an ether group, a carbonyl group, an imino group, an alkylene group, an arylene group, or a combination thereof. Specific examples of the linking group in combination include a linking group composed of a carbonyloxy group, an amide group, an oxygen atom, a carbon atom, and a hydrogen atom. When R b4 and X contain carbon, the preferred carbon number is the same as the substituent T and linking group L described later. The preferable number of constituent atoms and the number of connecting atoms of the connecting group are also synonymous.
置換基としては、上記の連結基の末端に任意の置換基が配置された構造が挙げられる。末端置換基の例としては、後述の置換基Tが挙げられ、上記式(b−1)におけるR1の例が好ましい。
なお、本明細書において化合物の表示(例えば、化合物と末尾に付して呼ぶとき)については、上記化合物そのもののほか、その塩、そのイオンを含む意味に用いる。また、所望の効果を奏する範囲で、置換基を導入するなど一部を変化させた誘導体を含む意味である。
Examples of the substituent include a structure in which an arbitrary substituent is arranged at the terminal of the above linking group. Examples of the terminal substituent include the substituent T described later, and the example of R 1 in the above formula (b-1) is preferable.
In addition, in this specification, it uses for the meaning containing the salt and its ion other than the said compound itself about the display of a compound (For example, when attaching | subjecting and attaching | subjecting a compound and an end). In addition, it is meant to include derivatives in which a part thereof is changed, such as introduction of a substituent, within a range where a desired effect is exhibited.
本明細書において置換・無置換を明記していない置換基(連結基についても同様)については、その基に任意の置換基を有していてもよい意味である。これは置換・無置換を明記していない化合物についても同義である。好ましい置換基としては、下記置換基Tが挙げられる。 In the present specification, a substituent that does not specify substitution / non-substitution (the same applies to a linking group) means that the group may have an arbitrary substituent. This is also synonymous for compounds that do not specify substitution / non-substitution. Preferred substituents include the following substituent T.
置換基Tとしては、下記のものが挙げられる。
アルキル基(好ましくは炭素原子数1〜20のアルキル基、例えばメチル、エチル、イソプロピル、t−ブチル、ペンチル、ヘプチル、1−エチルペンチル、ベンジル、2−エトキシエチル、1−カルボキシメチル等)、アルケニル基(好ましくは炭素原子数2〜20のアルケニル基、例えば、ビニル、アリル、オレイル等)、アルキニル基(好ましくは炭素原子数2〜20のアルキニル基、例えば、エチニル、ブタジイニル、フェニルエチニル等)、シクロアルキル基(好ましくは炭素原子数3〜20のシクロアルキル基、例えば、シクロプロピル、シクロペンチル、シクロヘキシル、4−メチルシクロヘキシル等)、アリール基(好ましくは炭素原子数6〜26のアリール基、例えば、フェニル、1−ナフチル、4−メトキシフェニル、2−クロロフェニル、3−メチルフェニル等)、ヘテロ環基(好ましくは炭素原子数2〜20のヘテロ環基、好ましくは、少なくとも1つの酸素原子、硫黄原子、窒素原子を有する5または6員環のヘテロ環基が好ましく、例えば、テトラヒドロピラン、テトラヒドロフラン、2−ピリジル、4−ピリジル、2−イミダゾリル、2−ベンゾイミダゾリル、2−チアゾリル、2−オキサゾリル等)、アルコキシ基(好ましくは炭素原子数1〜20のアルコキシ基、例えば、メトキシ、エトキシ、イソプロピルオキシ、ベンジルオキシ等)、アリールオキシ基(好ましくは炭素原子数6〜26のアリールオキシ基、例えば、フェノキシ、1−ナフチルオキシ、3−メチルフェノキシ、4−メトキシフェノキシ等)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素原子数2〜20のアルコキシカルボニル基、例えば、エトキシカルボニル、2−エチルヘキシルオキシカルボニル等)、アリールオキシカルボニル基(好ましくは炭素原子数6〜26のアリールオキシカルボニル基、例えば、フェノキシカルボニル、1−ナフチルオキシカルボニル、3−メチルフェノキシカルボニル、4−メトキシフェノキシカルボニル等)、アミノ基(好ましくは炭素原子数0〜20のアミノ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基を含み、例えば、アミノ、N,N−ジメチルアミノ、N,N−ジエチルアミノ、N−エチルアミノ、アニリノ等)、スルファモイル基(好ましくは炭素原子数0〜20のスルファモイル基、例えば、N,N−ジメチルスルファモイル、N−フェニルスルファモイル等)、アシル基(好ましくは炭素原子数1〜20のアシル基、例えば、アセチル、プロピオニル、ブチリル等)、アリーロイル基(好ましくは炭素原子数7〜23のアリーロイル基、例えば、ベンゾイル等)、アシルオキシ基(好ましくは炭素原子数1〜20のアシルオキシ基、例えば、アセチルオキシ等)、アリーロイルオキシ基(好ましくは炭素原子数7〜23のアリーロイルオキシ基、例えば、ベンゾイルオキシ等)、カルバモイル基(好ましくは炭素原子数1〜20のカルバモイル基、例えば、N,N−ジメチルカルバモイル、N−フェニルカルバモイル等)、アシルアミノ基(好ましくは炭素原子数1〜20のアシルアミノ基、例えば、アセチルアミノ、ベンゾイルアミノ等)、アルキルチオ基(好ましくは炭素原子数1〜20のアルキルチオ基、例えば、メチルチオ、エチルチオ、イソプロピルチオ、ベンジルチオ等)、アリールチオ基(好ましくは炭素原子数6〜26のアリールチオ基、例えば、フェニルチオ、1−ナフチルチオ、3−メチルフェニルチオ、4−メトキシフェニルチオ等)、アルキルスルホニル基(好ましくは炭素原子数1〜20のアルキルスルホニル基、例えば、メチルスルホニル、エチルスルホニル等)、アリールスルホニル基(好ましくは炭素原子数6〜22のアリールスルホニル基、例えば、ベンゼンスルホニル等)、アルキルシリル基(好ましくは炭素原子数1〜20のアルキルシリル基、例えば、モノメチルシリル、ジメチルシリル、トリメチルシリル、トリエチルシリル等)、アリールシリル基(好ましくは炭素原子数6〜42のアリールシリル基、例えば、トリフェニルシリル等)、ホスホリル基(好ましくは炭素原子数0〜20のリン酸基、例えば、−OP(=O)(RP)2)、ホスホニル基(好ましくは炭素原子数0〜20のホスホニル基、例えば、−P(=O)(RP)2)、ホスフィニル基(好ましくは炭素原子数0〜20のホスフィニル基、例えば、−P(RP)2)、(メタ)アクリロイル基、(メタ)アクリロイルオキシ基、ヒドロキシル基、シアノ基、ハロゲン原子(例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等)が挙げられる。
また、これらの置換基Tで挙げた各基は、上記の置換基Tがさらに置換していてもよい。
Examples of the substituent T include the following.
An alkyl group (preferably an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, such as methyl, ethyl, isopropyl, t-butyl, pentyl, heptyl, 1-ethylpentyl, benzyl, 2-ethoxyethyl, 1-carboxymethyl, etc.), alkenyl A group (preferably an alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, such as vinyl, allyl, oleyl, etc.), an alkynyl group (preferably an alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms, such as ethynyl, butadiynyl, phenylethynyl, etc.), A cycloalkyl group (preferably a cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms, such as cyclopropyl, cyclopentyl, cyclohexyl, 4-methylcyclohexyl, etc.), an aryl group (preferably an aryl group having 6 to 26 carbon atoms, for example, Phenyl, 1-naphthyl, 4-methoxyphenyl, -Chlorophenyl, 3-methylphenyl, etc.), a heterocyclic group (preferably a heterocyclic group having 2 to 20 carbon atoms, preferably a 5- or 6-membered heterocycle having at least one oxygen atom, sulfur atom, nitrogen atom) A cyclic group is preferable, for example, tetrahydropyran, tetrahydrofuran, 2-pyridyl, 4-pyridyl, 2-imidazolyl, 2-benzimidazolyl, 2-thiazolyl, 2-oxazolyl and the like, an alkoxy group (preferably having 1 to 20 carbon atoms) Alkoxy groups such as methoxy, ethoxy, isopropyloxy, benzyloxy and the like, aryloxy groups (preferably aryloxy groups having 6 to 26 carbon atoms, such as phenoxy, 1-naphthyloxy, 3-methylphenoxy, 4- Methoxyphenoxy, etc.), alkoxycarbonyl groups (preferred Or an alkoxycarbonyl group having 2 to 20 carbon atoms such as ethoxycarbonyl, 2-ethylhexyloxycarbonyl, etc., an aryloxycarbonyl group (preferably an aryloxycarbonyl group having 6 to 26 carbon atoms such as phenoxycarbonyl, 1-naphthyloxycarbonyl, 3-methylphenoxycarbonyl, 4-methoxyphenoxycarbonyl, etc.), an amino group (preferably containing an amino group having 0 to 20 carbon atoms, an alkylamino group, an arylamino group, such as amino, N , N-dimethylamino, N, N-diethylamino, N-ethylamino, anilino, etc.), sulfamoyl groups (preferably sulfamoyl groups having 0 to 20 carbon atoms, such as N, N-dimethylsulfamoyl, N-phenyl) Sulfamoyl etc.), acyl group (Preferably an acyl group having 1 to 20 carbon atoms, such as acetyl, propionyl, butyryl, etc.), an aryloyl group (preferably an aryloyl group having 7 to 23 carbon atoms, such as benzoyl), an acyloxy group (preferably carbon An acyloxy group having 1 to 20 atoms, such as acetyloxy, an aryloyloxy group (preferably an aryloyloxy group having 7 to 23 carbon atoms, such as benzoyloxy), and a carbamoyl group (preferably having carbon atoms) 1-20 carbamoyl groups such as N, N-dimethylcarbamoyl, N-phenylcarbamoyl, etc.), acylamino groups (preferably acylamino groups having 1-20 carbon atoms such as acetylamino, benzoylamino, etc.), alkylthio groups (Preferably an alkylthio group having 1 to 20 carbon atoms For example, methylthio, ethylthio, isopropylthio, benzylthio, etc.), arylthio groups (preferably arylthio groups having 6 to 26 carbon atoms, such as phenylthio, 1-naphthylthio, 3-methylphenylthio, 4-methoxyphenylthio, etc.), An alkylsulfonyl group (preferably an alkylsulfonyl group having 1 to 20 carbon atoms, such as methylsulfonyl and ethylsulfonyl), an arylsulfonyl group (preferably an arylsulfonyl group having 6 to 22 carbon atoms, such as benzenesulfonyl); An alkylsilyl group (preferably an alkylsilyl group having 1 to 20 carbon atoms, such as monomethylsilyl, dimethylsilyl, trimethylsilyl, triethylsilyl, etc.), an arylsilyl group (preferably an arylsilyl group having 6 to 42 carbon atoms) For instance, triphenylsilyl, etc.), a phosphoryl group (preferably a phosphate group 0-20 carbon atoms, for example, -OP (= O) (R P) 2), phosphonyl group (preferably 0 to 20 carbon atoms the phosphonyl group, for example, -P (= O) (R P) 2), a phosphinyl group (preferably a phosphinyl group having 0 to 20 carbon atoms, for example, -P (R P) 2), (meth) acryloyl groups , (Meth) acryloyloxy group, hydroxyl group, cyano group, halogen atom (for example, fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, iodine atom).
In addition, each of the groups listed as the substituent T may be further substituted with the substituent T described above.
化合物ないし置換基・連結基等がアルキル基・アルキレン基、アルケニル基・アルケニレン基、アルキニル基・アルキニレン基等を含むとき、これらは環状でも鎖状でもよく、また直鎖でも分岐していてもよく、上記のように置換されていても無置換でもよい。
本明細書で規定される各置換基は、本発明の効果を奏する範囲で下記の連結基Lを介在して置換されていても、その構造中に連結基Lが介在していてもよい。たとえば、アルキル基・アルキレン基、アルケニル基・アルケニレン基等はさらに構造中に下記のヘテロ連結基を介在していてもよい。
When a compound or a substituent / linking group includes an alkyl group / alkylene group, an alkenyl group / alkenylene group, an alkynyl group / alkynylene group, etc., these may be cyclic or linear, and may be linear or branched These may be substituted as described above or may be unsubstituted.
Each substituent defined in the present specification may be substituted through the following linking group L within the scope of the effects of the present invention, or the linking group L may be present in the structure thereof. For example, the alkyl group / alkylene group, alkenyl group / alkenylene group and the like may further have the following hetero-linking group interposed in the structure.
連結基Lとしては、炭化水素連結基〔炭素数1〜10のアルキレン基(より好ましくは炭素数1〜6、さらに好ましくは1〜3)、炭素数2〜10のアルケニレン基(より好ましくは炭素数2〜6、さらに好ましくは2〜4)、炭素数2〜10のアルキニレン基(より好ましくは炭素数2〜6、さらに好ましくは2〜4)、炭素数6〜22のアリーレン基(より好ましくは炭素数6〜10)〕、ヘテロ連結基〔カルボニル基(−CO−)、チオカルボニル基(−CS−)、エーテル基(−O−)、チオエーテル基(−S−)、イミノ基(−NRN−)、イミン連結基(RN−N=C<,−N=C(RN)−)、スルホニル基(−SO2−)、スルフィニル基(−SO−)、リン酸連結基(−O−P(OH)(O)−O−)、ホスホン酸連結基(−P(OH)(O)−O−)〕、またはこれらを組み合せた連結基が好ましい。なお、縮合して環を形成する場合には、上記炭化水素連結基が、二重結合や三重結合を適宜形成して連結していてもよい。形成される環として好ましくは、5員環または6員環が好ましい。5員環としては含窒素の5員環が好ましく、その環をなす化合物として例示すれば、ピロール、イミダゾール、ピラゾール、インダゾール、インドール、ベンゾイミダゾール、ピロリジン、イミダゾリジン、ピラゾリジン、インドリン、カルバゾール、またはこれらの誘導体などが挙げられる。6員環としては、ピペリジン、モルホリン、ピペラジン、またはこれらの誘導体などが挙げられる。またアリール基、ヘテロ環基等を含むとき、それらは単環でも縮環でもよく、同様に置換されていても無置換でもよい。 Examples of the linking group L include a hydrocarbon linking group [an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms (more preferably 1 to 6 carbon atoms, still more preferably 1 to 3), an alkenylene group having 2 to 10 carbon atoms (more preferably carbon atoms). 2 to 6, more preferably 2 to 4), an alkynylene group having 2 to 10 carbon atoms (more preferably 2 to 6, more preferably 2 to 4 carbon atoms), and an arylene group having 6 to 22 carbon atoms (more preferably). Is a carbon number 6-10)], hetero linking group [carbonyl group (—CO—), thiocarbonyl group (—CS—), ether group (—O—), thioether group (—S—), imino group (— NR N- ), imine linking group (R N -N = C <, -N = C (R N )-), sulfonyl group (-SO 2- ), sulfinyl group (-SO-), phosphate linking group ( -O-P (OH) (O) -O-), phosphonic acid Yuimoto (-P (OH) (O) -O-)], or a linking group is preferably a combination thereof. In addition, when condensing and forming a ring, the said hydrocarbon coupling group may form the double bond and the triple bond suitably, and may connect. The ring to be formed is preferably a 5-membered ring or a 6-membered ring. As the five-membered ring, a nitrogen-containing five-membered ring is preferable, and examples of the compound forming the ring include pyrrole, imidazole, pyrazole, indazole, indole, benzimidazole, pyrrolidine, imidazolidine, pyrazolidine, indoline, carbazole, or these And derivatives thereof. Examples of the 6-membered ring include piperidine, morpholine, piperazine, and derivatives thereof. Moreover, when an aryl group, a heterocyclic group, etc. are included, they may be monocyclic or condensed and may be similarly substituted or unsubstituted.
RNは水素原子または置換基である。置換基としては、アルキル基(炭素数1〜24が好ましく、1〜12がより好ましく、1〜6がさらに好ましく、1〜3が特に好ましい)、アルケニル基(炭素数2〜24が好ましく、2〜12がより好ましく、2〜6がさらに好ましく、2〜3が特に好ましい)、アルキニル基(炭素数2〜24が好ましく、2〜12がより好ましく、2〜6がさらに好ましく、2〜3が特に好ましい)、アラルキル基(炭素数7〜22が好ましく、7〜14がより好ましく、7〜10が特に好ましい)、アリール基(炭素数6〜22が好ましく、6〜14がより好ましく、6〜10が特に好ましい)が好ましい。 RN is a hydrogen atom or a substituent. Examples of the substituent include an alkyl group (preferably having 1 to 24 carbon atoms, more preferably 1 to 12, more preferably 1 to 6 and particularly preferably 1 to 3), and an alkenyl group (preferably having 2 to 24 carbon atoms and 2 -12 are more preferable, 2-6 are more preferable, 2-3 are particularly preferable, and an alkynyl group (C2-C24 is preferable, 2-12 are more preferable, 2-6 are more preferable, and 2-3 are Particularly preferred), an aralkyl group (preferably 7 to 22 carbon atoms, more preferably 7 to 14 carbon atoms, particularly preferably 7 to 10 carbon atoms), an aryl group (preferably 6 to 22 carbon atoms, more preferably 6 to 14 carbon atoms, and 6 to 6 carbon atoms). 10 is particularly preferred).
RPは水素原子、ヒドロキシル基、または置換基である。置換基としては、アルキル基(炭素数1〜24が好ましく、1〜12がより好ましく、1〜6がさらに好ましく、1〜3が特に好ましい)、アルケニル基(炭素数2〜24が好ましく、2〜12がより好ましく、2〜6がさらに好ましく、2〜3が特に好ましい)、アルキニル基(炭素数2〜24が好ましく、2〜12がより好ましく、2〜6がさらに好ましく、2〜3が特に好ましい)、アラルキル基(炭素数7〜22が好ましく、7〜14がより好ましく、7〜10が特に好ましい)、アリール基(炭素数6〜22が好ましく、6〜14がより好ましく、6〜10が特に好ましい)、アルコキシ基(炭素数1〜24が好ましく、1〜12がより好ましく、1〜6がさらに好ましく、1〜3が特に好ましい)、アルケニルオキシ基(炭素数2〜24が好ましく、2〜12がより好ましく、2〜6がさらに好ましく、2〜3が特に好ましい)、アルキニルオキシ基(炭素数2〜24が好ましく、2〜12がより好ましく、2〜6がさらに好ましく、2〜3が特に好ましい)、アラルキルオキシ基(炭素数7〜22が好ましく、7〜14がより好ましく、7〜10が特に好ましい)、アリールオキシ基(炭素数6〜22が好ましく、6〜14がより好ましく、6〜10が特に好ましい)、が好ましい。 RP is a hydrogen atom, a hydroxyl group, or a substituent. Examples of the substituent include an alkyl group (preferably having 1 to 24 carbon atoms, more preferably 1 to 12, more preferably 1 to 6 and particularly preferably 1 to 3), and an alkenyl group (preferably having 2 to 24 carbon atoms and 2 -12 are more preferable, 2-6 are more preferable, 2-3 are particularly preferable, and an alkynyl group (C2-C24 is preferable, 2-12 are more preferable, 2-6 are more preferable, and 2-3 are Particularly preferred), an aralkyl group (preferably 7 to 22 carbon atoms, more preferably 7 to 14 carbon atoms, particularly preferably 7 to 10 carbon atoms), an aryl group (preferably 6 to 22 carbon atoms, more preferably 6 to 14 carbon atoms, and 6 to 6 carbon atoms). 10 is particularly preferred), an alkoxy group (preferably having 1 to 24 carbon atoms, more preferably 1 to 12, even more preferably 1 to 6 and particularly preferably 1 to 3), an alkenyloxy group (having carbon numbers). To 24, more preferably 2 to 12, more preferably 2 to 6, particularly preferably 2 to 3, and alkynyloxy group (2 to 24 carbon atoms are preferred, 2 to 12 are more preferred, and 2 to 6 are preferred). More preferably, 2 to 3 are particularly preferable), an aralkyloxy group (preferably 7 to 22 carbon atoms, more preferably 7 to 14 carbon atoms, particularly preferably 7 to 10 carbon atoms), an aryloxy group (preferably 6 to 22 carbon atoms, 6 to 14 are more preferable, and 6 to 10 are particularly preferable.
本明細書において、連結基を構成する原子の数は、1〜36であることが好ましく、1〜24であることがより好ましく、1〜12であることがさらに好ましく、1〜6であることが特に好ましい。連結基の連結原子数は10以下であることが好ましく、8以下であることがより好ましい。下限としては、1以上である。上記連結原子数とは所定の構造部間を結ぶ経路に位置し連結に関与する最少の原子数を言う。たとえば、−CH2−C(=O)−O−の場合、連結基を構成する原子の数は6となるが、連結原子数は3となる。
具体的に連結基の組合せとしては、以下のものが挙げられる。オキシカルボニル基(−OCO−)、カーボネート基(−OCOO−)、アミド基(−CONH−)、ウレタン基(−NHCOO−)、ウレア基(−NHCONH−)、(ポリ)アルキレンオキシ基(−(Lr−O)x−)、カルボニル(ポリ)オキシアルキレン基(−CO−(O−Lr)x−、カルボニル(ポリ)アルキレンオキシ基(−CO−(Lr−O)x−)、カルボニルオキシ(ポリ)アルキレンオキシ基(−COO−(Lr−O)x−)、(ポリ)アルキレンイミノ基(−(Lr−NRN)x)、アルキレン(ポリ)イミノアルキレン基(−Lr−(NRN−Lr)x−)、カルボニル(ポリ)イミノアルキレン基(−CO−(NRN−Lr)x−)、カルボニル(ポリ)アルキレンイミノ基(−CO−(Lr−NRN)x−)、(ポリ)エステル基(−(CO−O−Lr)x−、−(O−CO−Lr)x−、−(O−Lr−CO)x−、−(Lr−CO−O)x−、−(Lr−O−CO)x−)、(ポリ)アミド基(−(CO−NRN−Lr)x−、−(NRN−CO−Lr)x−、−(NRN−Lr−CO)x−、−(Lr−CO−NRN)x−、−(Lr−NRN−CO)x−)などである。xは1以上の整数であり、1〜500が好ましく、1〜100がより好ましい。
In the present specification, the number of atoms constituting the linking group is preferably 1 to 36, more preferably 1 to 24, still more preferably 1 to 12, and 1 to 6. Is particularly preferred. The number of linking atoms in the linking group is preferably 10 or less, and more preferably 8 or less. The lower limit is 1 or more. The number of connected atoms refers to the minimum number of atoms that are located in a path connecting predetermined structural portions and are involved in the connection. For example, in the case of —CH 2 —C (═O) —O—, the number of atoms constituting the linking group is 6, but the number of linking atoms is 3.
Specific examples of combinations of linking groups include the following. Oxycarbonyl group (—OCO—), carbonate group (—OCOO—), amide group (—CONH—), urethane group (—NHCOO—), urea group (—NHCONH—), (poly) alkyleneoxy group (— ( Lr-O) x-), carbonyl (poly) oxyalkylene group (-CO- (O-Lr) x-, carbonyl (poly) alkyleneoxy group (-CO- (Lr-O) x-), carbonyloxy ( Poly) alkyleneoxy group (—COO— (Lr—O) x—), (poly) alkyleneimino group (— (Lr—NR N ) x), alkylene (poly) iminoalkylene group (—Lr— (NR N —) lr) x-), carbonyl (poly) iminoalkylene group (-CO- (NR N -Lr) x- ), carbonyl (poly) alkyleneimino group (-CO- (lr-NR N) -), (Poly) ester group (-(CO-O-Lr) x-,-(O-CO-Lr) x-,-(O-Lr-CO) x-,-(Lr-CO-O) x -, - (Lr-O -CO) x -), ( poly) amide group (- (CO-NR N -Lr ) x -, - (NR N -CO-Lr) x -, - (NR N - Lr-CO) x -, - (Lr-CO-NR N) x -, - (Lr-NR N -CO) x-) is .x which is such an integer of 1 or more, preferably from 1 to 500, 1-100 are more preferable.
Lrはアルキレン基、アルケニレン基、アルキニレン基が好ましい。Lrの炭素数は、1〜12が好ましく、1〜6がより好ましく、1〜3が特に好ましい。複数のLrやRN、RP、x等は同じである必要はない。連結基の向きは上記の記載により限定されず、適宜所定の化学式に合わせた向きで理解すればよい。 Lr is preferably an alkylene group, an alkenylene group or an alkynylene group. 1-12 are preferable, as for carbon number of Lr, 1-6 are more preferable, and 1-3 are especially preferable. A plurality of Lr, R N , R P , x, etc. need not be the same. The direction of the linking group is not limited by the above description, and may be understood as appropriate according to a predetermined chemical formula.
上記マクロモノマーとして、末端にエチレン性不飽和結合を有するマクロモノマーを用いてもよい。ここで、マクロモノマーは、ポリマー鎖部分とその末端のエチレン性不飽和結合を有する重合可能な官能基の部分からなる。 As the macromonomer, a macromonomer having an ethylenically unsaturated bond at the terminal may be used. Here, the macromonomer is composed of a polymer chain portion and a polymerizable functional group portion having an ethylenically unsaturated bond at its terminal.
マクロモノマー(X)に由来する繰り返し単位の共重合比は特に限定されないが、粒子状ポリマー中、1質量%以上であることが好ましく、3質量%以上であることがより好ましく、5質量%以上であることが特に好ましい。上限としては、50質量%以下であることが好ましく、30質量%以下であることがより好ましく、20質量%以下であることが特に好ましい。
下記に合成されたマクロモノマーおよび(ii)粒子状ポリマーBに属するポリマーの推定構造式を示す。
The copolymerization ratio of the repeating unit derived from the macromonomer (X) is not particularly limited, but is preferably 1% by mass or more, more preferably 3% by mass or more in the particulate polymer, and more preferably 5% by mass or more. It is particularly preferred that As an upper limit, it is preferable that it is 50 mass% or less, It is more preferable that it is 30 mass% or less, It is especially preferable that it is 20 mass% or less.
The estimated structural formulas of the macromonomer synthesized below and (ii) the polymer belonging to the particulate polymer B are shown below.
固体電解質組成物中における粒子状ポリマーの含有量は、上記無機固体電解質(活物質を用いる場合はこれを含む)100質量部に対して、0.1質量部以上であることが好ましく、0.3質量部以上であることがより好ましく、1質量部以上であることが特に好ましい。上限としては、20質量部以下であることが好ましく、10質量部以下であることがより好ましく、5質量部以下であることが特に好ましい。
固体電解質組成物に対しては、その固形分中、粒子状ポリマーが0.1質量%以上であることが好ましく、0.3質量%以上であることがより好ましく、1質量%以上であることが特に好ましい。上限としては、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。
The content of the particulate polymer in the solid electrolyte composition is preferably 0.1 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the inorganic solid electrolyte (including this when an active material is used). The amount is more preferably 3 parts by mass or more, and particularly preferably 1 part by mass or more. The upper limit is preferably 20 parts by mass or less, more preferably 10 parts by mass or less, and particularly preferably 5 parts by mass or less.
For the solid electrolyte composition, in the solid content, the particulate polymer is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.3% by mass or more, and 1% by mass or more. Is particularly preferred. The upper limit is preferably 20% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, and particularly preferably 5% by mass or less.
粒子状ポリマーを上記の範囲内で用いることにより、一層効果的に無機固体電解質の結着性と界面抵抗の抑制性とを両立して実現することができる。
なお、上述のように、本発明に適用されるバインダーは上記特定の粒子状ポリマーからなるもの以外に、その他のバインダーや各種の添加剤を組み合わせて用いてもよい。上記の配合量は粒子状ポリマー量として規定しているが、バインダーの総量に読み替えてもよい。
By using the particulate polymer within the above range, it is possible to more effectively achieve both the binding property of the inorganic solid electrolyte and the suppression property of the interface resistance.
In addition, as mentioned above, you may use the binder applied to this invention combining another binder and various additives other than what consists of said specific particulate polymer. The above blending amount is defined as the amount of particulate polymer, but may be read as the total amount of binder.
(リチウム塩)
本発明に用いることができるリチウム塩としては、通常この種の製品に用いられるリチウム塩が好ましく、特に制限はなく、例えば、以下に述べるものが好ましい。
(Lithium salt)
The lithium salt that can be used in the present invention is preferably a lithium salt that is usually used in this type of product, and is not particularly limited. For example, those described below are preferable.
(L−1)無機リチウム塩:LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiSbF6等の無機フッ化物塩;LiClO4、LiBrO4、LiIO4等の過ハロゲン酸塩;LiAlCl4等の無機塩化物塩等。 (L-1) Inorganic lithium salts: inorganic fluoride salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiSbF 6 ; perhalogenates such as LiClO 4 , LiBrO 4 , LiIO 4 ; inorganic chloride salts such as LiAlCl 4 etc.
(L−2)含フッ素有機リチウム塩:LiCF3SO3等のパーフルオロアルカンスルホン酸塩;LiN(CF3SO2)2、LiN(CF3CF2SO2)2、LiN(FSO2)2、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)等のパーフルオロアルカンスルホニルイミド塩;LiC(CF3SO2)3等のパーフルオロアルカンスルホニルメチド塩;Li[PF5(CF2CF2CF3)]、Li[PF4(CF2CF2CF3)2]、Li[PF3(CF2CF2CF3)3]、Li[PF5(CF2CF2CF2CF3)]、Li[PF4(CF2CF2CF2CF3)2]、Li[PF3(CF2CF2CF2CF3)3]等のフルオロアルキルフッ化リン酸塩等。
(L-2) Fluorine-containing organic lithium salt: Perfluoroalkane sulfonate such as LiCF 3 SO 3 ; LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 , LiN (FSO 2 ) 2 , Perfluoroalkanesulfonylimide salts such as LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ); perfluoroalkanesulfonylmethide salts such as LiC (CF 3 SO 2 ) 3 ; Li [PF 5 (CF 2 CF 2 CF 3 )], Li [PF 4 (CF 2 CF 2 CF 3 ) 2 ], Li [PF 3 (CF 2 CF 2 CF 3 ) 3 ], Li [PF 5 (CF 2 CF 2 CF 2 CF 3 )], Li [PF 4 ( CF 2
(L−3)オキサラトボレート塩:リチウムビス(オキサラト)ボレート、リチウムジフルオロオキサラトボレート等。
これらのなかで、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiSbF6、LiClO4、Li(Rf1SO3)、LiN(Rf1SO2)2、LiN(FSO2)2、及びLiN(Rf1SO2)(Rf2SO2)が好ましく、LiPF6、LiBF4、LiN(Rf1SO2)2、LiN(FSO2)2、及びLiN(Rf1SO2)(Rf2SO2)などのリチウムイミド塩がさらに好ましい。ここで、Rf1およびRf2はそれぞれ独立にパーフルオロアルキル基を表す。
なお、電解液に用いる電解質は、1種を単独で使用しても、2種以上を任意に組み合わせてもよい。
(L-3) Oxalatoborate salt: lithium bis (oxalato) borate, lithium difluorooxalatoborate and the like.
Among these, LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiClO 4 , Li (Rf 1 SO 3 ), LiN (Rf 1 SO 2 ) 2 , LiN (FSO 2 ) 2 , and LiN (Rf 1 SO 2 ) (Rf 2 SO 2 ), preferably LiPF 6 , LiBF 4 , LiN (Rf 1 SO 2 ) 2 , LiN (FSO 2 ) 2 , and LiN (Rf 1 SO 2 ) (Rf 2 SO 2 ) More preferred are imide salts. Here, Rf 1 and Rf 2 each independently represents a perfluoroalkyl group.
In addition, the electrolyte used for electrolyte solution may be used individually by 1 type, or may combine 2 or more types arbitrarily.
リチウム塩の含有量は、固体電解質100質量部に対して0質量部を超えることが好ましく、5質量部以上がより好ましい。上限としては、50質量部以下が好ましく、20質量部以下がより好ましい。 The content of the lithium salt is preferably more than 0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the solid electrolyte, and more preferably 5 parts by mass or more. As an upper limit, 50 mass parts or less are preferable, and 20 mass parts or less are more preferable.
(分散媒体)
本発明の固体電解質組成物においては、上記の各成分を分散させる分散媒体を用いてもよい。分散媒体は、例えば、水溶性有機溶媒が挙げられる。分散媒体の具体例としては下記のものが挙げられる。
(Dispersion medium)
In the solid electrolyte composition of the present invention, a dispersion medium in which the above components are dispersed may be used. Examples of the dispersion medium include a water-soluble organic solvent. Specific examples of the dispersion medium include the following.
アルコール化合物溶媒は、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、1−プロピルアルコール、2−プロピルアルコール、2−ブタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、1,6−ヘキサンジオール、シクロヘキサンジオール、ソルビトール、キシリトール、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオールが挙げられる。 Examples of the alcohol compound solvent include methyl alcohol, ethyl alcohol, 1-propyl alcohol, 2-propyl alcohol, 2-butanol, ethylene glycol, propylene glycol, glycerin, 1,6-hexanediol, cyclohexanediol, sorbitol, xylitol, 2 -Methyl-2,4-pentanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol.
エーテル化合物溶媒は、例えば、アルキレングリコールアルキルエーテル(エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル等)、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、シクロペンチルメチルエーテル、ジメトキシエタン、1,4−ジオキサンが挙げられる。 Examples of the ether compound solvent include alkylene glycol alkyl ether (ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol, dipropylene glycol, propylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol, Propylene glycol monomethyl ether, tripropylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, etc.), dimethyl ether, diethyl ether, tetrahydrofuran, cyclopentyl methyl ether, dimethoxyethane, and 1,4-dioxane.
アミド化合物溶媒は、例えば、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン、N−エチル−2−ピロリドン、2−ピロリジノン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、ε−カプロラクタム、ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルプロピオンアミド、ヘキサメチルホスホリックトリアミドが挙げられる。 Examples of the amide compound solvent include N, N-dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, N-ethyl-2-pyrrolidone, 2-pyrrolidinone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, ε-caprolactam, Examples include formamide, N-methylformamide, acetamide, N-methylacetamide, N, N-dimethylacetamide, N-methylpropionamide, and hexamethylphosphoric triamide.
ケトン化合物溶媒は、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジエチルケトン、ジプロピルケトン、ジイソプロピルケトン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノンが挙げられる。 Examples of the ketone compound solvent include acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, diethyl ketone, dipropyl ketone, diisopropyl ketone, diisobutyl ketone, and cyclohexanone.
芳香族化合物溶媒は、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼンが挙げられる。 Examples of the aromatic compound solvent include benzene, toluene, xylene, chlorobenzene, and dichlorobenzene.
脂肪族化合物溶媒は、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ドデカンが挙げられる。 Examples of the aliphatic compound solvent include hexane, heptane, octane, decane, and dodecane.
ニトリル化合物溶媒は、例えば、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、イソブチロニトリル、ベンゾニトリルが挙げられる。 Examples of the nitrile compound solvent include acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, isobutyronitrile, and benzonitrile.
本発明においては、なかでも、エーテル化合物溶媒、ケトン化合物溶媒、芳香族化合物溶媒、脂肪族化合物溶媒を用いることが好ましく、芳香族化合物溶媒、脂肪族化合物溶媒を用いることがより好ましい。分散媒体は常圧(1気圧)での沸点が50℃以上であることが好ましく、80℃以上であることがより好ましい。上限は250℃以下であることが好ましく、220℃以下であることがさらに好ましい。上記分散媒体は、1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明において、固体電解質組成物における分散媒体の量は、固体電解質組成物の粘度と乾燥負荷とのバランスで任意の量とすることができる。一般的に、固体電解質組成物中、20〜99質量%であることが好ましい。
In the present invention, among these, an ether compound solvent, a ketone compound solvent, an aromatic compound solvent, and an aliphatic compound solvent are preferably used, and an aromatic compound solvent and an aliphatic compound solvent are more preferably used. The dispersion medium preferably has a boiling point of 50 ° C. or higher, more preferably 80 ° C. or higher at normal pressure (1 atm). The upper limit is preferably 250 ° C. or lower, and more preferably 220 ° C. or lower. The said dispersion medium may be used individually by 1 type, or may be used in combination of 2 or more type.
In this invention, the quantity of the dispersion medium in a solid electrolyte composition can be made into arbitrary quantity with the balance of the viscosity of a solid electrolyte composition, and a dry load. Generally, it is preferable that it is 20-99 mass% in a solid electrolyte composition.
<集電体(金属箔)>
正・負極の集電体は、化学変化を起こさない電子伝導体が好ましい。正極の集電体としては、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタンなどの他にアルミニウムやステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタンあるいは銀を処理させたものが好ましく、その中でも、アルミニウム、アルミニウム合金がより好ましい。負極の集電体としては、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、ニッケル、チタンが好ましく、アルミニウム、銅、銅合金がより好ましい。
<Current collector (metal foil)>
The positive and negative current collectors are preferably electron conductors that do not cause chemical changes. As the current collector of the positive electrode, in addition to aluminum, stainless steel, nickel, titanium, etc., the surface of aluminum or stainless steel is preferably treated with carbon, nickel, titanium, or silver. Among them, aluminum and aluminum alloys are preferable. More preferred. As the negative electrode current collector, aluminum, copper, stainless steel, nickel, and titanium are preferable, and aluminum, copper, and a copper alloy are more preferable.
上記集電体の形状としては、通常フィルムシート状のものが使用されるが、ネット、パンチされたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の成形体なども用いることができる。
上記集電体の厚みとしては、特に限定されないが、1μm〜500μmが好ましい。また、集電体表面は、表面処理により凹凸を付けることも好ましい。
As the shape of the current collector, a film sheet shape is usually used, but a net, a punched material, a lath body, a porous body, a foamed body, a molded body of a fiber group, and the like can also be used.
Although it does not specifically limit as thickness of the said electrical power collector, 1 micrometer-500 micrometers are preferable. Moreover, it is also preferable that the current collector surface is roughened by surface treatment.
<全固体二次電池の作製>
全固体二次電池の作製は常法によればよい。具体的には、本発明の固体電解質組成物、または正極材料となる組成物を集電体となる金属箔上に塗布し、塗膜を形成した電池用電極シートとする方法が挙げられる。
例えば、正極集電体である金属箔上に正極材料となる組成物を塗布後、乾燥し、正極活物質層を形成する。次いでその電池用正極シート上に、固体電解質組成物を塗布後、乾燥し、固体電解質層を形成する。さらに、その上に、本発明の固体電解質組成物を塗布後、乾燥し、負極活物質層を形成する。その上に、負極側の集電体(金属箔)を重ねることで、正極活物質層と負極活物質層の間に、固体電解質層が挟まれた全固体二次電池の構造を得ることができる。なお、上記の各組成物の塗布方法は常法によればよい。このとき、正極活物質層をなす組成物、無機固体電解質層をなす組成物(固体電解質組成物)、及び負極活物質層をなす本発明の固体電解質組成物のそれぞれの塗布の後に、乾燥処理を施しても良いし、重層塗布した後に乾燥処理をしても良い。乾燥温度は特に限定されないが、30℃以上が好ましく、60℃以上がより好ましい。上限は、300℃以下が好ましく、250℃以下がより好ましい。このような温度範囲で加熱することで、分散媒体を除去し、固体状態とさせることができる。これにより、全固体二次電池において、良好な結着性と非加圧でのイオン伝導性を得ることができる。
<Preparation of all-solid secondary battery>
The all-solid-state secondary battery may be manufactured by a conventional method. Specifically, the solid electrolyte composition of this invention or the composition used as a positive electrode material is apply | coated on the metal foil used as a collector, and the method of setting it as the battery electrode sheet which formed the coating film is mentioned.
For example, a composition serving as a positive electrode material is applied onto a metal foil that is a positive electrode current collector and then dried to form a positive electrode active material layer. Next, the solid electrolyte composition is applied onto the positive electrode sheet for a battery and then dried to form a solid electrolyte layer. Furthermore, after applying the solid electrolyte composition of this invention on it, it dries and forms a negative electrode active material layer. A structure of an all-solid-state secondary battery in which a solid electrolyte layer is sandwiched between a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer can be obtained by stacking a negative electrode side current collector (metal foil) thereon. it can. In addition, the application | coating method of said each composition should just follow a conventional method. At this time, after each application of the composition forming the positive electrode active material layer, the composition forming the inorganic solid electrolyte layer (solid electrolyte composition), and the solid electrolyte composition of the present invention forming the negative electrode active material layer, a drying treatment is performed. Or may be dried after the multilayer coating. Although drying temperature is not specifically limited, 30 degreeC or more is preferable and 60 degreeC or more is more preferable. The upper limit is preferably 300 ° C. or lower, and more preferably 250 ° C. or lower. By heating in such a temperature range, a dispersion medium can be removed and it can be set as a solid state. Thereby, in an all-solid secondary battery, good binding properties and non-pressurized ion conductivity can be obtained.
<全固体二次電池の用途>
本発明に係る全固体二次電池は種々の用途に適用することができる。適用態様には特に限定はないが、例えば、電子機器に搭載する場合、ノートパソコン、ペン入力パソコン、モバイルパソコン、電子ブックプレーヤー、携帯電話、コードレスフォン子機、ページャー、ハンディーターミナル、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミニディスク、電気シェーバー、トランシーバー、電子手帳、電卓、メモリーカード、携帯テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電源、メモリーカードなどが挙げられる。その他民生用として、自動車、電動車両、モーター、照明器具、玩具、ゲーム機器、ロードコンディショナー、時計、ストロボ、カメラ、医療機器(ペースメーカー、補聴器、肩もみ機など)などが挙げられる。更に、各種軍需用、宇宙用として用いることができる。また、太陽電池と組み合わせることもできる。
<Uses of all-solid-state secondary batteries>
The all solid state secondary battery according to the present invention can be applied to various uses. Although there is no particular limitation on the application mode, for example, when installed in an electronic device, a notebook computer, a pen input personal computer, a mobile personal computer, an electronic book player, a mobile phone, a cordless phone, a pager, a handy terminal, a mobile fax machine, a mobile phone Copy, portable printer, headphone stereo, video movie, LCD TV, handy cleaner, portable CD, minidisc, electric shaver, transceiver, electronic notebook, calculator, memory card, portable tape recorder, radio, backup power supply, memory card, etc. It is done. Other consumer products include automobiles, electric vehicles, motors, lighting equipment, toys, game equipment, road conditioners, watches, strobes, cameras, medical equipment (such as pacemakers, hearing aids, and shoulder grinders). Furthermore, it can be used for various military use and space use. Moreover, it can also combine with a solar cell.
なかでも、高容量且つ高レート放電特性が要求されるアプリケーションに適用されることが好ましい。例えば、今後大容量化が予想される蓄電設備等においては高い信頼性が必須となりさらに電池性能の両立が要求される。また、電気自動車などは高容量の二次電池を搭載し、家庭で日々充電が行われる用途が想定され、過充電時に対して一層の信頼性が求められる。本発明によれば、このような使用形態に好適に対応してその優れた効果を発揮することができる。 In particular, it is preferably applied to applications that require high capacity and high rate discharge characteristics. For example, in power storage facilities and the like that are expected to increase in capacity in the future, high reliability is indispensable and further compatibility of battery performance is required. In addition, electric vehicles and the like are equipped with high-capacity secondary batteries and are expected to be charged every day at home, and thus more reliability is required for overcharging. According to the present invention, it is possible to exhibit the excellent effect correspondingly to such a usage pattern.
本発明の好ましい実施形態によれば、以下のような各応用形態が導かれる。
(1)周期律表第1族または第2族に属する金属のイオンの挿入放出が可能な、活物質を含んでいる固体電解質組成物(負極の電極用組成物)。
(2)上記固体電解質組成物を金属箔上に製膜した電池用電極シート。
(3)正極活物質層と負極活物質層と固体電解質層とを具備する全固体二次電池であって、負極を上記固体電解質組成物で構成した層とした全固体二次電池。
(4)上記固体電解質組成物を金属箔上に配置し、これを製膜する電池用電極シートの製造方法。
(5)上記電池用電極シートの製造方法を介して、全固体二次電池を製造する全固体二次電池の製造方法。
また、本発明の好ましい実施形態においては、界面活性剤を入れずにポリマー粒子を形成することができ、それに伴う副反応等の阻害因子を低減することができるという利点を有する。また、それに伴い、転層乳化工程を省略できることができ、相対的に製造効率の向上にもつながる。
According to a preferred embodiment of the present invention, the following applications are derived.
(1) A solid electrolyte composition (an electrode composition for a negative electrode) containing an active material capable of inserting and releasing ions of metals belonging to Group 1 or
(2) A battery electrode sheet obtained by forming the solid electrolyte composition on a metal foil.
(3) An all-solid secondary battery comprising a positive electrode active material layer, a negative electrode active material layer, and a solid electrolyte layer, wherein the negative electrode is a layer composed of the solid electrolyte composition.
(4) The manufacturing method of the battery electrode sheet which arrange | positions the said solid electrolyte composition on metal foil, and forms this into a film.
(5) The manufacturing method of the all-solid-state secondary battery which manufactures an all-solid-state secondary battery via the manufacturing method of the said battery electrode sheet.
Moreover, in preferable embodiment of this invention, it has the advantage that inhibitory factors, such as a side reaction accompanying it, can form a polymer particle without adding surfactant and can reduce it. In addition, the inversion emulsification step can be omitted, which leads to relatively improved production efficiency.
全固体二次電池とは、正極、負極、電解質がともに固体で構成された二次電池を言う。換言すれば、電解質としてカーボネート系の溶媒を用いるような電解液型の二次電池とは区別される。このなかで、本発明は無機全固体二次電池を前提とする。全固体二次電池には、電解質としてポリエチレンオキサイド等の高分子化合物を用いる有機(高分子)全固体二次電池と、上記のLi−P−SやLLT、LLZ等を用いる無機全固体二次電池とに区分される。なお、無機全固体二次電池に高分子化合物を適用することは妨げられず、正極活物質、負極活物質、無機固体電解質粒子のバインダーとして高分子化合物を適用することができる。
無機固体電解質とは、上述した高分子化合物をイオン伝導媒体とする電解質(高分子電解質)とは区別されるものであり、無機化合物がイオン伝導媒体となるものである。具体例としては、上記のLi−P−SやLLT、LLZが挙げられる。無機固体電解質は、それ自体が陽イオン(Liイオン)を放出するものではなく、イオンの輸送機能を示すものである。これに対して、電解液ないし固体電解質層に添加して陽イオン(Liイオン)を放出するイオンの供給源となる材料を電解質と呼ぶことがあるが、上記のイオン輸送材料としての電解質と区別するときにはこれを「電解質塩」または「支持電解質」と呼ぶ。電解質塩としては例えばLiTFSI(リチウムビストリフルオロメタンスルホンイミド)が挙げられる。
本発明において「組成物」というときには、2種以上の成分が均一に混合された混合物を意味する。ただし、実質的に均一性が維持されていればよく、所望の効果を奏する範囲で、一部において凝集や偏在が生じていてもよい。
An all-solid secondary battery refers to a secondary battery in which the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte are all solid. In other words, it is distinguished from an electrolyte type secondary battery using a carbonate-based solvent as an electrolyte. In this, this invention presupposes an inorganic all-solid-state secondary battery. The all-solid-state secondary battery includes an organic (polymer) all-solid-state secondary battery that uses a polymer compound such as polyethylene oxide as an electrolyte, and an inorganic all-solid-state secondary that uses the above Li-PS, LLT, LLZ, or the like. It is divided into batteries. The application of the polymer compound to the inorganic all-solid secondary battery is not hindered, and the polymer compound can be applied as a binder for the positive electrode active material, the negative electrode active material, and the inorganic solid electrolyte particles.
The inorganic solid electrolyte is distinguished from an electrolyte (polymer electrolyte) using the above-described polymer compound as an ion conductive medium, and the inorganic compound serves as an ion conductive medium. Specific examples include Li-PS, LLT, and LLZ. The inorganic solid electrolyte itself does not release cations (Li ions) but exhibits an ion transport function. On the other hand, a material that is added to the electrolytic solution or the solid electrolyte layer and serves as a source of ions that release cations (Li ions) is sometimes called an electrolyte, but it is distinguished from the electrolyte as the ion transport material. This is sometimes referred to as “electrolyte salt” or “supporting electrolyte”. Examples of the electrolyte salt include LiTFSI (lithium bistrifluoromethanesulfonimide).
In the present invention, the term “composition” means a mixture in which two or more components are uniformly mixed. However, as long as the uniformity is substantially maintained, aggregation or uneven distribution may partially occur within a range in which a desired effect is achieved.
以下に、実施例に基づき本発明についてさらに詳細に説明する。なお、本発明がこれにより限定して解釈されるものではない。以下の実施例において「部」および「%」というときには、特に断らない限り質量基準である。 Below, based on an Example, it demonstrates still in detail about this invention. The present invention is not construed as being limited thereby. In the following examples, “parts” and “%” are based on mass unless otherwise specified.
本発明に用いられる粒子状ポリマーの合成 Synthesis of particulate polymer used in the present invention
例示化合物(A−56)の合成
200mLの3口フラスコに、ジシクロヘキシルメタン−4,4'−ジイソシアネート13.2g、1,4−ブタンジオール2.6g、ポリテトラメチレングリコール(重量平均分子量650)6.5g、ブレンマーGLM(商品名、日油(株)製)0.8g、2,2−(ビスヒドロキシメチル)プロピオン酸0.7gを加え、さらにテトラヒドロフラン56gを加えて60℃で加熱溶解した。この溶液にネオスタンU−600(商品名、日東化成(株)製)50mgを10分間かけて加え、60℃で5時間加熱攪拌した。得られたポリマー溶液にメタノール10mLを加えて60℃で1時間攪拌し重合を停止させた。このポリマー溶液をメタノール1Lに晶析させ、ポリマー固体を80℃で6時間真空乾燥し、例示化合物(A−56)に示すポリマーを得た。得られたポリマーの重量平均分子量は126,900、ガラス転移温度は−15℃であった。
Synthesis of Exemplary Compound (A-56) In a 200 mL three-neck flask, 13.2 g of dicyclohexylmethane-4,4′-diisocyanate, 2.6 g of 1,4-butanediol, polytetramethylene glycol (weight average molecular weight 650) 6 0.5 g, Blemmer GLM (trade name, manufactured by NOF Corporation) 0.8 g, 2,2- (bishydroxymethyl) propionic acid 0.7 g were added, and tetrahydrofuran 56 g was further added and dissolved by heating at 60 ° C. To this solution, 50 mg of Neostan U-600 (trade name, manufactured by Nitto Kasei Co., Ltd.) was added over 10 minutes, and the mixture was heated and stirred at 60 ° C. for 5 hours. 10 mL of methanol was added to the obtained polymer solution and stirred at 60 ° C. for 1 hour to stop the polymerization. This polymer solution was crystallized from 1 L of methanol, and the polymer solid was vacuum-dried at 80 ° C. for 6 hours to obtain a polymer represented by the exemplary compound (A-56). The weight average molecular weight of the obtained polymer was 126,900, and the glass transition temperature was −15 ° C.
例示化合物(A−57)の合成
上記例示化合物(A−56)の合成と同様の方法により、例示化合物(A−57)に示すポリマーを得た。
Synthesis of Exemplary Compound (A-57) A polymer shown in Exemplary Compound (A-57) was obtained by a method similar to the synthesis of Exemplary Compound (A-56).
本発明に用いられるマクロモノマーの合成 Synthesis of macromonomer used in the present invention
例示化合物M−1の合成
12−ヒドロキシステアリン酸(和光純薬工業(株)製)の自己縮合体(GPCによりポリスチレンに換算した数平均分子量:2,000)にグリシジルメタクリレート(東京化成工業(株)製)をトルエン中、110℃で10時間攪拌することにより反応させた。次に、この反応物をメタクリル酸メチルとグリシジルメタクリレート(東京化成工業(株)製)と1:0.99:0.01(モル比、反応物:メタクリル酸メチル:グリシジルメタクリレート)の割合で混合し、トルエン中、アゾイソブチロニトリル存在下、80℃で8時間攪拌し、重合体を得た。次に、この重合体にアクリル酸(和光純薬(株)製)をトルエン中、110℃で10時間攪拌することにより反応させてマクロモノマーM−1を合成した。マクロモノマーM−1のSP値は9.3、数平均分子量は20,000であった。
なお、数平均分子量は後述の重量平均分子量の測定方法と同様にして測定した。
Synthesis of Exemplified Compound M-1 Glycidyl methacrylate (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added to a self-condensate of 12-hydroxystearic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) (number average molecular weight converted to polystyrene by GPC: 2,000). )) Was reacted in toluene at 110 ° C. for 10 hours. Next, this reaction product was mixed with methyl methacrylate and glycidyl methacrylate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) at a ratio of 1: 0.99: 0.01 (molar ratio, reaction product: methyl methacrylate: glycidyl methacrylate). The mixture was stirred in toluene in the presence of azoisobutyronitrile at 80 ° C. for 8 hours to obtain a polymer. Next, this monomer was reacted with acrylic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) in toluene at 110 ° C. for 10 hours to synthesize macromonomer M-1. Macromonomer M-1 had an SP value of 9.3 and a number average molecular weight of 20,000.
The number average molecular weight was measured in the same manner as the weight average molecular weight measuring method described later.
本発明に用いられる粒子状ポリマー分散液の調製
(1)ボールミル法による粒子状ポリマー分散液の調製
ジルコニア製45mL容器(フリッチュ社製)に、直径5mmのジルコニアビーズを180個投入し、例示化合物(A−56)1.0g、分散媒体としてトルエン15.0gを投入した。その後、フリッチュ社製遊星ボールミルP−7(商品名)に容器をセットし、温度25℃、回転数300rpmで2時間機械分散を続け、例示化合物(A−56)が粉砕された粒子状ポリマーの分散液を調製した。この粒子状ポリマーの球換算平均粒子径は0.96μmであった。
Preparation of particulate polymer dispersion used in the present invention (1) Preparation of particulate polymer dispersion by ball mill method Into a 45 mL zirconia container (manufactured by Fritsch), 180 zirconia beads having a diameter of 5 mm are charged and exemplified compounds ( A-56) 1.0 g and 15.0 g of toluene as a dispersion medium were added. Thereafter, the container is set on a planetary ball mill P-7 (trade name) manufactured by Fritsch, and the mechanical dispersion is continued for 2 hours at a temperature of 25 ° C. and a rotation speed of 300 rpm, whereby the exemplified compound (A-56) is pulverized. A dispersion was prepared. The average particle diameter in terms of sphere of this particulate polymer was 0.96 μm.
例示化合物(A−57)についても、上述の方法と同様にして粒子状ポリマー分散液を調製した。
なお、調製した例示化合物の球換算平均粒子径、重量平均分子量、ガラス転移温度および固形成分濃度を下記表2にまとめて記載した。
For the exemplified compound (A-57), a particulate polymer dispersion was prepared in the same manner as described above.
In addition, the sphere conversion average particle diameter, the weight average molecular weight, the glass transition temperature, and the solid component concentration of the prepared exemplary compounds are collectively shown in Table 2 below.
(2)ラテックス法による粒子状ポリマー分散液の調製
還流冷却管、ガス導入コックを付した2L三口フラスコに、上記で調製したマクロモノマーM−1の40質量%ヘプタン溶液を7.2g、アクリル酸メチル(和光純薬工業(株)製)を12.4g、メタクリル酸メチル(和光純薬工業(株)製)を6.7g、ヘプタン(和光純薬工業(株)製)を207g、アゾイソブチロニトリル1.4gを添加し、流速200mL/minにて窒素ガスを10分間導入した後に、100℃に昇温した。この容器に、モノマー混合液(上記で調製したマクロモノマーM−1の40質量%ヘプタン溶液を93.1g、アクリル酸メチルを222.8g、メタクリル酸メチルを120.0g、ヘプタン300.0g、アゾイソブチロニトリル2.1gを混合した液)を4時間かけて滴下した。滴下完了後、アゾイソブチロニトリル0.5gを添加した。その後100℃で2時間攪拌を継続した後、室温まで冷却し、ろ過することで粒子状ポリマーB−1の分散液を得た。固形分(粒子状ポリマーB−1)濃度は39.2%、球換算平均粒子径は0.20μmであった。
(2) Preparation of particulate polymer dispersion by latex method In a 2 L three-necked flask equipped with a reflux condenser and a gas introduction cock, 7.2 g of 40% by mass of the macromonomer M-1 prepared above, acrylic acid 12.4 g of methyl (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 6.7 g of methyl methacrylate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 207 g of heptane (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), azoiso After adding 1.4 g of butyronitrile and introducing nitrogen gas at a flow rate of 200 mL / min for 10 minutes, the temperature was raised to 100 ° C. In this container, a monomer mixture (93.1 g of a 40% by weight heptane solution of macromonomer M-1 prepared above, 222.8 g of methyl acrylate, 120.0 g of methyl methacrylate, 300.0 g of heptane, (Liquid mixed with 2.1 g of isobutyronitrile) was added dropwise over 4 hours. After completion of the dropwise addition, 0.5 g of azoisobutyronitrile was added. Thereafter, stirring was continued at 100 ° C. for 2 hours, followed by cooling to room temperature and filtering to obtain a dispersion of particulate polymer B-1. The solid content (particulate polymer B-1) concentration was 39.2%, and the sphere-converted average particle size was 0.20 μm.
下記表1に示す粒子状ポリマーB−2およびB−3の分散液を、上記粒子状ポリマーB−1の分散液と同様にして調製した。
なお、調製した粒子状ポリマーB−1〜B−3の球換算平均粒子径、ガラス転移温度および固形成分濃度を下記表2にまとめて記載した。
Dispersions of particulate polymers B-2 and B-3 shown in Table 1 below were prepared in the same manner as the dispersion of particulate polymer B-1.
In addition, the sphere conversion average particle diameter, glass transition temperature, and solid component concentration of the prepared particulate polymers B-1 to B-3 are collectively shown in Table 2 below.
<表1の注>
MC1〜3:主鎖を構成するモノマー、化合物の番号は上記例示化合物の例示を参照
MM:側鎖を構成するモノマー(マクロモノマー)
<Notes on Table 1>
MC1-3: monomer constituting the main chain, compound numbers refer to the examples of the above exemplified compounds MM: monomer constituting the side chain (macromonomer)
(重量平均分子量の測定)
本発明に用いられる粒子状ポリマーの重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって下記の標準試料換算で計測した値を採用した。測定装置および測定条件としては、下記条件1によることを基本とし、試料の溶解性等により条件2とした。ただし、ポリマー種によっては、さらに適宜適切なキャリア(溶離液)およびそれに適合したカラムを選定した。
(条件1)
測定機器:EcoSEC HLC−8320(商品名、東ソー社製)
カラム:TOSOH TSKgel Super AWM−H(商品名、東ソー社製)を2本つなげた
キャリア:10mM LiBr/N−メチルピロリドン
測定温度:40℃
キャリア流量:1.0ml/min
試料濃度:0.1質量%
検出器:RI(屈折率)検出器
標準試料:ポリスチレン
(条件2)
測定機器:同上
カラム:TOSOH TSKgel Super HZM−H、
TOSOH TSKgel Super HZ4000、
TOSOH TSKgel Super HZ2000(いずれも商品名、東ソー社製)
をつないだカラムを用いた
キャリア:テトラヒドロフラン
測定温度:40℃
キャリア流量:1.0ml/min
試料濃度:0.1質量%
検出器:RI(屈折率)検出器
標準試料:ポリスチレン
(Measurement of weight average molecular weight)
As the weight average molecular weight of the particulate polymer used in the present invention, a value measured by gel permeation chromatography (GPC) in terms of the following standard sample was adopted. The measurement apparatus and measurement conditions were based on the following condition 1 and were set to
(Condition 1)
Measuring instrument: EcoSEC HLC-8320 (trade name, manufactured by Tosoh Corporation)
Column: Two TOSOH TSKgel Super AWM-H (trade name, manufactured by Tosoh Corporation) are connected Carrier: 10 mM LiBr / N-methylpyrrolidone Measurement temperature: 40 ° C.
Carrier flow rate: 1.0 ml / min
Sample concentration: 0.1% by mass
Detector: RI (refractive index) detector Standard sample: Polystyrene (Condition 2)
Measuring instrument: Same as above Column: TOSOH TSKgel Super HZM-H,
TOSOH TSKgel Super HZ4000,
TOSOH TSKgel Super HZ2000 (both trade names, manufactured by Tosoh Corporation)
Carrier: Tetrahydrofuran Measurement temperature: 40 ° C
Carrier flow rate: 1.0 ml / min
Sample concentration: 0.1% by mass
Detector: RI (refractive index) detector Standard sample: Polystyrene
<Tgの測定方法>
調製した粒子状ポリマーのガラス転移温度(Tg)は、得られた粒子状ポリマーについて、示差走査熱量計「X−DSC7000」(SII・ナノテクノロジー(株)製)を用いて下記の条件で測定した。測定は同一の試料で二回実施し、二回目の測定結果を採用した。
測定室内の雰囲気:窒素(50mL/min)
昇温速度:5℃/min
測定開始温度:−100℃
測定終了温度:200℃
試料パン:アルミニウム製パン
測定試料の質量:5mg
Tgの算定:DSCチャートの下降開始点と下降終了点の中間温度の小数点以下を四捨五入することでTgを算定した。
<Measurement method of Tg>
The glass transition temperature (Tg) of the prepared particulate polymer was measured under the following conditions for the obtained particulate polymer using a differential scanning calorimeter “X-DSC7000” (manufactured by SII Nanotechnology Co., Ltd.). . The measurement was performed twice on the same sample, and the second measurement result was adopted.
Measurement chamber atmosphere: Nitrogen (50 mL / min)
Temperature increase rate: 5 ° C / min
Measurement start temperature: -100 ° C
Measurement end temperature: 200 ° C
Sample pan: Aluminum pan Mass of measurement sample: 5 mg
Calculation of Tg: Tg was calculated by rounding off the decimal point of the intermediate temperature between the lowering start point and the lowering end point of the DSC chart.
(粒子状ポリマーの体積平均粒子径の測定)
粒子状ポリマーの体積平均粒子径の測定は、上記で調製した粒子状ポリマー分散液を用い、レーザ回折/散乱式粒度分布測定装置LA−920(商品名、HORIBA社製)を用いて、粒子状ポリマーの体積平均粒子径(球換算平均粒子径)を測定した。下記表2において、測定した球換算平均粒子径を「粒径」と記載した。
(Measurement of volume average particle diameter of particulate polymer)
The volume average particle diameter of the particulate polymer is measured using the particulate polymer dispersion prepared above, and using a laser diffraction / scattering type particle size distribution analyzer LA-920 (trade name, manufactured by HORIBA). The volume average particle diameter (sphere conversion average particle diameter) of the polymer was measured. In Table 2 below, the measured sphere-converted average particle diameter is described as “particle diameter”.
<固形分濃度の測定方法>
作製した粒子状ポリマー分散液をアルミカップ上で10g秤量し、170℃のホットプレート上で6時間乾燥処理を行った後に、アルミカップの重量を除いた残存量の重量を測定した。残存量の重量が当初秤量した10gに占める割合を固形分濃度とした。
<Measurement method of solid content concentration>
10 g of the produced particulate polymer dispersion was weighed on an aluminum cup, dried on a hot plate at 170 ° C. for 6 hours, and then the weight of the remaining amount excluding the weight of the aluminum cup was measured. The proportion of the remaining amount in 10 g initially weighed was defined as the solid content concentration.
<表の注>
(1)PVDF:ポリフッ化ビニリデン
(2)AcBu−MA−St:アクリル酸ブチル−メタクリル酸−スチレン共重合体
特開2013−008611号公報の段落[0087]の記載に準じて、乳化重合法により合成した。
(3)分散液(C−1)において、PVDFは分散媒体に溶解しているため、分散状態での球換算平均粒子径を測定できなかった。
<Notes on the table>
(1) PVDF: polyvinylidene fluoride (2) AcBu-MA-St: butyl acrylate-methacrylic acid-styrene copolymer According to the description in paragraph [0087] of JP2013-008611A, an emulsion polymerization method is used. Synthesized.
(3) In the dispersion liquid (C-1), since PVDF was dissolved in the dispersion medium, the sphere-converted average particle diameter in the dispersed state could not be measured.
硫化物系無機固体電解質(Li−P−S系ガラス)の合成
本発明の硫化物固体電解質は、T.Ohtomo,A.Hayashi,M.Tatsumisago,Y.Tsuchida,S.Hama,K.Kawamoto,Journal of Power Sources,233,(2013),pp231−235およびA.Hayashi,S.Hama,H.Morimoto,M.Tatsumisago,T.Minami,Chem.Lett.,(2001),pp872−873の非特許文献を参考にして合成した。
Synthesis of sulfide-based inorganic solid electrolyte (Li-PS-based glass) Ohtomo, A .; Hayashi, M .; Tatsumisago, Y. et al. Tsuchida, S .; Hama, K .; Kawamoto, Journal of Power Sources, 233, (2013), pp231-235 and A.K. Hayashi, S .; Hama, H .; Morimoto, M .; Tatsumisago, T .; Minami, Chem. Lett. , (2001), pp872-873.
具体的には、アルゴン雰囲気下(露点−70℃)のグローブボックス内で、硫化リチウム(Li2S、Aldrich社製、純度>99.98%)2.42g、五硫化二リン(P2S5、Aldrich社製、純度>99%)3.90gをそれぞれ秤量し、メノウ製乳鉢に投入し、メノウ製乳鉢を用いて、5分間混合した。なお、Li2SおよびP2S5はモル比でLi2S:P2S5=75:25とした。
ジルコニア製45mL容器(フリッチュ社製)に、直径5mmのジルコニアビーズを66個投入し、上記硫化リチウムと五硫化二リンの混合物全量を投入し、アルゴン雰囲気下で容器を完全に密閉した。フリッチュ社製遊星ボールミルP−7に容器をセットし、温度25℃、回転数510rpmで20時間メカニカルミリングを行い、黄色粉体の硫化物固体電解質材料(Li−P−S系ガラス)6.20gを得た。
Specifically, in a glove box under an argon atmosphere (dew point −70 ° C.), 2.42 g of lithium sulfide (Li 2 S, manufactured by Aldrich, purity> 99.98%), diphosphorus pentasulfide (P 2 S) 5 , 3.90 g manufactured by Aldrich, purity> 99%) was weighed, put into an agate mortar, and mixed for 5 minutes using an agate mortar. Incidentally, Li 2 S and P 2 S 5 at a molar ratio of Li 2 S: P 2 S 5 = 75: was 25.
66 zirconia beads having a diameter of 5 mm were put into a 45 mL container (manufactured by Fritsch) made of zirconia, the whole mixture of lithium sulfide and diphosphorus pentasulfide was put therein, and the container was completely sealed under an argon atmosphere. A container is set in a planetary ball mill P-7 manufactured by Fricht Co., and mechanical milling is performed at a temperature of 25 ° C. and a rotation speed of 510 rpm for 20 hours to obtain a yellow powder sulfide solid electrolyte material (Li—PS glass) 6.20 g. Got.
<実施例1>
二次電池負極用組成物(S-1)の調製
ジルコニア製45mL容器(フリッチュ社製)に、直径5mmのジルコニアビーズを180個投入し、上記で合成したLi−P−S系ガラス4.9g、分散液(B−1)を粒子状ポリマーB−1が0.2gとなる量、分散媒体としてヘプタン12.3gを投入した。フリッチュ社製遊星ボールミルP−7に容器をセットし、温度25℃、回転数300rpmで2時間混合を続けた後、、導電助剤としてアセチレンブラック2.2g、活物質としてNiTiSi(平均粒子径3μm、新日鉄住金(株)製)4.9gを容器に投入し、同様に、遊星ボールミルP−7に容器をセットし、温度25℃、回転数200rpmで15分間混合を続け二次電池負極用組成物(S−1)を調製した(以下、二次電池負極用組成物を負極用組成物とも称す)。
<Example 1>
Preparation of Secondary Battery Negative Electrode Composition (S-1) Into a zirconia 45 mL container (manufactured by Fritsch), 180 pieces of zirconia beads having a diameter of 5 mm were charged and 4.9 g of the Li-PS system glass synthesized above. The dispersion (B-1) was charged in such an amount that the amount of the particulate polymer B-1 was 0.2 g, and 12.3 g of heptane was added as a dispersion medium. The container was set on a planetary ball mill P-7 manufactured by Fricht Co., and mixing was continued for 2 hours at a temperature of 25 ° C. and a rotation speed of 300 rpm. After that, 2.2 g of acetylene black as a conductive additive and NiTiSi as an active material (average particle size of 3 μm) , Made by Nippon Steel & Sumikin Co., Ltd.), put the container in the planetary ball mill P-7, and continue mixing at a temperature of 25 ° C. and a rotation speed of 200 rpm for 15 minutes. The product (S-1) was prepared (hereinafter, the secondary battery negative electrode composition is also referred to as a negative electrode composition).
(3)負極用組成物(S−2)〜(S−7)、(T−1)および(T−2)の調製
下記表3に記載の構成に変えた以外は、上記負極用組成物(S−1)と同様の方法で、負極用組成物(S−2)〜(S−7)、(T−1)および(T−2)を調製した。
(3) Preparation of Composition for Negative Electrode (S-2) to (S-7), (T-1) and (T-2) The composition for negative electrode described above, except that the composition shown in Table 3 below was changed. Negative electrode compositions (S-2) to (S-7), (T-1), and (T-2) were prepared in the same manner as (S-1).
下記表3に、負極用組成物の構成成分をまとめて記載する。
ここで、負極用組成物(S−1)〜(S−7)が本発明の負極用組成物であり、負極用組成物(T−1)および(T−2)が比較の負極用組成物である。
Table 3 below summarizes the components of the negative electrode composition.
Here, the negative electrode compositions (S-1) to (S-7) are the negative electrode compositions of the present invention, and the negative electrode compositions (T-1) and (T-2) are comparative negative electrode compositions. It is a thing.
<表の注>
(1)Li−P−S:上記で合成したLi−P−S系ガラス
(2)SiO:一酸化ケイ素(SiOのモル分率、Si:0.5、O:0.5)、平均粒子径5μm、(株)大阪チタニウムテクノロジーズ社製
(3)NiTiSi:Ni、Ti、Siからなる合金(NiTiSiのモル分率、Ni:0.04、Ti:0.04、Si:0.92)
(4)AB:アセチレンブラック
(5)VGCF:気相成長炭素繊維
(6)黒鉛:日本黒鉛工業株式会社製、平均粒子径20μm
(7)Si:(株)豊島製作所製、平均粒子径75μm
<Notes on the table>
(1) Li-PS: Li-PS-based glass synthesized above (2) SiO: Silicon monoxide (SiO molar fraction, Si: 0.5, O: 0.5), average particle Diameter 5 μm, manufactured by Osaka Titanium Technologies Co., Ltd. (3) NiTiSi: Alloy made of Ni, Ti, Si (molar fraction of NiTiSi, Ni: 0.04, Ti: 0.04, Si: 0.92)
(4) AB: Acetylene black (5) VGCF: Vapor growth carbon fiber (6) Graphite: Nippon Graphite Industries Co., Ltd., average particle size 20 μm
(7) Si: manufactured by Toshima Seisakusho Co., Ltd., average particle size 75 μm
固体電解質組成物(K−1)の調製
ジルコニア製45mL容器(フリッチュ社製)に、直径5mmのジルコニアビーズを180個投入し、上記で合成したLi−P−S系ガラス9.0g、分散液(B−1)を粒子状ポリマーB−1が0.3gとなる量、分散媒体としてヘプタン15.0gを投入した。その後、フリッチュ社製遊星ボールミルP−7に容器をセットし、温度25℃、回転数300rpmで2時間攪拌を続け、固体電解質組成物(K−1)を調製した。
Preparation of Solid Electrolyte Composition (K-1) 180 zirconia beads having a diameter of 5 mm were put into a 45 mL container (manufactured by Fritsch) made of zirconia, and 9.0 g of the Li-PS system glass synthesized above and a dispersion liquid. (B-1) was charged in an amount such that the particulate polymer B-1 was 0.3 g, and 15.0 g of heptane was added as a dispersion medium. Thereafter, the container was set on a planetary ball mill P-7 manufactured by Fritsch, and stirring was continued for 2 hours at a temperature of 25 ° C. and a rotation speed of 300 rpm to prepare a solid electrolyte composition (K-1).
二次電池正極用組成物(U−1)の調製
ジルコニア製45mL容器(フリッチュ社製)に、直径5mmのジルコニアビーズを180個投入し、上記で合成したLi−P−S系ガラス2.7g、分散液(B−1)を粒子状ポリマーB−1が0.3gとなる量、分散媒体としてヘプタン12.3gを投入した。フリッチュ社製遊星ボールミルP−7に容器をセットし、温度25℃、回転数300rpmで2時間混合を続けた後、活物質としてNMC(日本化学工業(株)製)7.0gを容器に投入し、同様に、遊星ボールミルP−7に容器をセットし、温度25℃、回転数200rpmで15分間混合を続け二次電池正極用組成物(U−1)を調製した(以下、二次電池正極用組成物を正極用組成物とも称す)。
Preparation of composition for secondary battery positive electrode (U-1) Into a 45 mL container (manufactured by Fritsch) made of zirconia, 180 pieces of zirconia beads having a diameter of 5 mm were charged, and 2.7 g of the Li—PS system glass synthesized above. The dispersion (B-1) was charged in such an amount that 0.3 g of the particulate polymer B-1 and 12.3 g of heptane was added as a dispersion medium. The container is set in a planetary ball mill P-7 manufactured by Frichtu, and after mixing for 2 hours at a temperature of 25 ° C. and a rotation speed of 300 rpm, 7.0 g of NMC (manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd.) is charged as the active material. Similarly, a container was set in the planetary ball mill P-7, and mixing was continued at a temperature of 25 ° C. and a rotation speed of 200 rpm for 15 minutes to prepare a composition (U-1) for a secondary battery positive electrode (hereinafter referred to as a secondary battery). The positive electrode composition is also referred to as a positive electrode composition).
二次電池用正極シートの作製
上記で調製した二次電池正極用組成物を厚み20μmのアルミ箔上に、クリアランスが調節可能なアプリケーターにより塗布し、80℃で1時間加熱後、さらに110℃で1時間加熱し、塗布溶媒を乾燥した。その後、ヒートプレス機を用いて、任意の密度になるように加熱および加圧し、二次電池用正極シートを作製した。
Preparation of positive electrode sheet for secondary battery The composition for positive electrode of the secondary battery prepared above was applied onto an aluminum foil having a thickness of 20 μm with an applicator with adjustable clearance, heated at 80 ° C. for 1 hour, and further at 110 ° C. The coating solvent was dried by heating for 1 hour. Then, it heated and pressurized so that it might become arbitrary density using the heat press machine, and produced the positive electrode sheet for secondary batteries.
二次電池電極シートの作製
上記で作製した二次電池用正極シート上に、上記で調製した固体電解質組成物を、クリアランスが調節可能なアプリケーターにより塗布し、80℃で1時間加熱後、さらに110℃で1時間加熱した。その後、上記で調製した二次電池負極用組成物を、乾燥した固体電解質組成物上にさらに塗布し、80℃で1時間加熱後、さらに110℃で1時間加熱した。負極活物質層上に厚み20μmの銅箔を合わせ、ヒートプレス機を用いて、任意の密度になるように加熱および加圧し、下記表4に記載の二次電池電極シートの試験No.101〜107およびc11〜c12を作製した。二次電池電極シートは図1の構成を有する。正極活物質層、負極活物質層および固体電解質層は、それぞれ表4に記載の膜厚を有する。
Production of Secondary Battery Electrode Sheet On the positive electrode sheet for secondary battery produced above, the solid electrolyte composition prepared above was applied with an applicator with adjustable clearance, heated at 80 ° C. for 1 hour, and further 110 Heated at 0 ° C for 1 hour. Then, the composition for secondary battery negative electrodes prepared above was further applied on the dried solid electrolyte composition, heated at 80 ° C. for 1 hour, and further heated at 110 ° C. for 1 hour. A copper foil having a thickness of 20 μm was combined on the negative electrode active material layer, and heated and pressurized to a desired density using a heat press, and the test numbers of secondary battery electrode sheets shown in Table 4 below were obtained. 101-107 and c11-c12 were produced. The secondary battery electrode sheet has the configuration of FIG. Each of the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, and the solid electrolyte layer has a film thickness described in Table 4.
全固体二次電池の製造
上記で製造した二次電池用電極シート15を直径14.5mmの円板状に切り出し、スペーサーとワッシャーを組み込んだステンレス製の2032型コインケース14に入れ、図2に示した試験体を用いて、コインケース14の外部から拘束圧(ネジ締め圧:8N)をかけ、下記表4に記載の試験No.101〜107およびc11〜c12の全固体二次電池13を製造した。なお、図2において、11が上部支持板、12が下部支持板、Sがネジである。
上記で製造した試験No.101〜107およびc11〜c12の全固体二次電池について、以下の評価を行った。
Production of an all-solid secondary battery The secondary battery electrode sheet 15 produced above was cut into a disk shape having a diameter of 14.5 mm and placed in a stainless steel 2032
Test No. manufactured above. The following evaluation was performed for the all-solid secondary batteries 101 to 107 and c11 to c12.
<放電容量の測定>
上記で製造した全固体二次電池を、東洋システム(株)製の充放電評価装置「TOSCAT−3000」(商品名)により測定した。
充電は電池電圧が4.2Vになるまで、電流値0.2mAで行ない、放電は電池電圧が3.0Vになるまで、電流値0.2mAで行なった。同様の充放電を繰り返し、3サイクル目の放電容量を電池の放電容量とした。下記表4において、放電容量を「容量」と記載した。
<Measurement of discharge capacity>
The all-solid-state secondary battery produced above was measured by a charge / discharge evaluation apparatus “TOSCAT-3000” (trade name) manufactured by Toyo System Co., Ltd.
Charging was performed at a current value of 0.2 mA until the battery voltage reached 4.2 V, and discharging was performed at a current value of 0.2 mA until the battery voltage reached 3.0 V. The same charge / discharge was repeated, and the discharge capacity at the third cycle was defined as the battery discharge capacity. In Table 4 below, the discharge capacity is described as “capacity”.
<容量密度の測定>
上記で測定した容量を電池を構成する組成物の体積で割ることにより算出した。
<Measurement of capacity density>
It calculated by dividing the capacity | capacitance measured above by the volume of the composition which comprises a battery.
<サイクル特性の評価>
上記で製造した全固体二次電池のサイクル特性を、東洋システム(株)製の充放電評価装置「TOSCAT−3000」(商品名)により測定した。
充放電は、上記容量算出と同様におこなった。3サイクル目の放電容量を100とし、放電容量が80未満となったときのサイクル数から、以下の基準で評価した。なお、評価「C」以上が本試験の合格レベルである。
A:50回以上
B:40回以上50回未満
C:30回以上40回未満
D:30回未満
<Evaluation of cycle characteristics>
The cycle characteristics of the all-solid secondary battery produced above were measured by a charge / discharge evaluation apparatus “TOSCAT-3000” (trade name) manufactured by Toyo System Co., Ltd.
Charging / discharging was performed in the same manner as the capacity calculation. The discharge capacity at the third cycle was set to 100, and the following criteria were evaluated from the number of cycles when the discharge capacity was less than 80. In addition, evaluation "C" or more is a pass level of this test.
A: 50 times or more B: 40 times or more and less than 50 times C: 30 times or more and less than 40 times D: Less than 30 times
<表4の注>
目付量:負極活物質層の単位面積(cm2)当たりの負極活物質の質量(mg)意味する。
<Notes on Table 4>
Weight per unit area: Means the mass (mg) of the negative electrode active material per unit area (cm 2 ) of the negative electrode active material layer.
表4から明らかなように、本発明の式(1)を満たすSiを含有する活物質を負極に用いた試験No.101〜107は、電流密度が大きく、サイクル特性に優れることが分かる。
これに対して、c11は、負極における活物質が、黒鉛であるため、容量密度が試験No.101〜107に比べ低かった。また、c12は、負極における活物質としてSiを負極に用いているものの、本発明の式(1)を満たさないため、サイクル特性が合格レベルに到達しなかった。
As is apparent from Table 4, test No. 1 using an active material containing Si satisfying the formula (1) of the present invention for the negative electrode. It can be seen that 101 to 107 have a large current density and excellent cycle characteristics.
On the other hand, since the active material in the negative electrode is graphite, c11 has a capacity density of Test No. It was low compared with 101-107. Moreover, although c12 used Si for the negative electrode as an active material in the negative electrode, it did not satisfy the formula (1) of the present invention, so the cycle characteristics did not reach the acceptable level.
1 負極集電体
2 負極活物質層
3 固体電解質層
4 正極活物質層
5 正極集電体
6 作動部位
10 全固体二次電池
11 上部支持板
12 下部支持板
13 コイン電池
14 コインケース
15 二次電池用電極シート
S ネジ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (13)
SixM(1−x) 式(1)
式(1)において、xは0.01以上1未満の数を表し、モル分率を意味する。Mはカルコゲン元素、半金属元素、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素もしくは遷移金属元素のいずれかまたはこれらの組み合わせを表す。 A solid electrolyte composition comprising an inorganic solid electrolyte having conductivity of metal ions belonging to Group 1 or Group 2 of the periodic table, at least one active material represented by the following formula (1), and a particulate polymer object.
Si x M (1-x) Formula (1)
In the formula (1), x represents a number of 0.01 or more and less than 1, and means a mole fraction. M represents a chalcogen element, a metalloid element, an alkali metal element, an alkaline earth metal element, a transition metal element, or a combination thereof.
SixM(1−x) 式(1)
式(1)において、xは0.01以上1未満の数を表し、Mはカルコゲン元素、半金属元素、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素もしくは遷移金属元素のいずれかまたはこれらの組み合わせを表す。 A positive electrode active material layer, an inorganic solid electrolyte layer, and a negative electrode active material layer, and the negative electrode active material layer includes an active material represented by the following formula (1) and a particulate polymer. Next battery.
Si x M (1-x) Formula (1)
In the formula (1), x represents a number of 0.01 or more and less than 1, and M represents a chalcogen element, a metalloid element, an alkali metal element, an alkaline earth metal element, a transition metal element, or a combination thereof. .
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