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公開番号2024088436
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-02
出願番号2022203601
出願日2022-12-20
発明の名称組成物、リチウムイオン電池電極用バインダ、リチウムイオン電池電極合材層形成用スラリー、リチウムイオン電池用電極及びリチウムイオン電池
出願人東ソー株式会社
代理人
主分類C08L 5/04 20060101AFI20240625BHJP(有機高分子化合物;その製造または化学的加工;それに基づく組成物)
要約【課題】乾式状態では保存性、運搬性、ハンドリング性に優れることから電極作製時の作業性に優れ、リチウムイオン電池電極用バインダとして用いると水と接触することで容易にイオン結合性の化合物を形成し、充放電特性に優れており、サイクル寿命が延長された電極を作製可能とする組成物、並びにそれを用いたリチウムイオン電池電極用バインダ、それを用いたリチウムイオン電池電極合材層形成用スラリー、リチウムイオン電池用電極及びリチウムイオン電池を提供する。
【解決手段】水素イオン形アルギン酸及びキレート基含有化合物を含む組成物。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
水素イオン形アルギン酸及びキレート基含有化合物を含む組成物。
続きを表示（約 430 文字）【請求項２】
前記キレート基含有化合物が、一級アミノ基、二級アミノ基、三級アミノ基またはイミノ基からなる群の少なくとも１種の塩基性官能基を含む化合物である請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
前記キレート基含有化合物が、水に溶解させた際の水溶液のｐＨが３～９を示す化合物である請求項１に記載の組成物。
【請求項４】
さらに活物質を含む請求項１に記載の組成物。
【請求項５】
請求項１に記載の組成物を含むリチウムイオン電池電極用バインダ。
【請求項６】
活物質、導電助剤、請求項５に記載のリチウムイオン電池電極用バインダ及び水を含むリチウムイオン電池電極合材層形成用スラリー。
【請求項７】
請求項５に記載のリチウムイオン電池電極用バインダを含むリチウムイオン電池用電極。
【請求項８】
請求項７に記載のリチウムイオン電池用電極を有するリチウムイオン電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は組成物に関する。詳細には該組成物を含むリチウムイオン電池電極用バインダ、リチウムイオン電池電極合材層形成用スラリー、リチウムイオン電池用電極及びリチウムイオン電池に関するものである。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池は、近年、電気機器等の電源として幅広く用いられている。さらに、最近は電気自動車の電源としてもその用途を拡大しつつあり、高容量化、高出力化、サイクル寿命の向上といった特性向上とともに、高い安全性が要望されている。
【０００３】
リチウムイオン電池の電極は、粉末状の活物質と導電助剤とバインダを主成分とする多孔質体が集電体上に積層・結着した構造を有しており、その性能は、活物質の特性のみならず、バインダの種類によっても大きく影響されることが知られている。
【０００４】
従来、正極用バインダとしてはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）が主流であったが、電極製造時にＮ－メチルピロリドン等の有機溶媒を用いるため、スラリー調製工程や電極シート塗布工程で除害設備が必要となる、電極シート乾燥工程で溶媒回収設備が必要になるといった電極製造に係る付帯設備が増加しコストアップを招く、有機溶媒の購入や回収にコストが嵩みランニングコストが増加する、正極活物質に対するＰＶＤＦの接着力が低いためバインダ添加量が増えてしまうといった欠点を有していた。
【０００５】
一方、有機溶媒を用いず、水に分散・溶解可能な水系バインダとして、アルギン酸やアルギン酸誘導体を用いること（例えば、特許文献１～５参照）が開示されている。水系バインダは電極シート製造時の除害設備が不要であり、作業環境も良好になるため好ましいが、活物質とバインダの組み合わせによっては活物質との接着力が低下する、集電体が腐食するといった問題が生じる場合もあった。例えば、ＬｉＮｉ
０．５
Ｍｎ
０．３
Ｃｏ
０．２
Ｏ
２
、ＬｉＮｉ
０．８
Ｍｎ
０．１
Ｃｏ
０．１
Ｏ
２
、ＬｉＮｉ
０．８
Ｃｏ
０．１５
Ａｌ
０．０５
Ｏ
２
等のニッケル含有量の高い正極活物質を用いた場合、水系で電極合材層形成用スラリーを作製すると活物質が水と反応してｐＨが強アルカリ性となり、集電体の腐食を引き起こすことがあった（例えば、特許文献６参照）。
【０００６】
また、正極活物質にはＬｉＭｎ
２
Ｏ
４
、ＬｉＮｉ
０．５
Ｍｎ
１．５
Ｏ
４
、ＬｉＮｉ
０．５
Ｍｎ
０．３
Ｃｏ
０．２
Ｏ
２
、ＬｉＮｉ
０．３３
Ｍｎ
０．３３
Ｃｏ
０．３３
Ｏ
２
、ＬｉＮｉ
０．８
Ｍｎ
０．１
Ｃｏ
０．１
Ｏ
２
、ＬｉＮｉ
０．８
Ｃｏ
０．１５
Ａｌ
０．０５
Ｏ
２
等のリチウム複合酸化物が用いられることが多いが、これらリチウム複合酸化物は充放電時に活物質中のマンガンやニッケルが溶解・イオン化し、負極上に析出・堆積してサイクル特性やレート特性の低下を招くことが知られていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開平１０－９２４１５号公報
特開２００１－１５１１４号公報
特開２０１４－９６２３８号公報
特開２０１４－１９５０１８号公報
特開２０１５－１９１８６２号公報
国際公開第２０１６／０５２７１５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、乾式状態では保存性、運搬性、ハンドリング性に優れることから電極作製時の作業性に優れ、リチウムイオン電池電極用バインダとして用いると水と接触することで容易にイオン結合性の化合物を形成し、充放電特性に優れ、サイクル寿命が延長された電極を作製可能とする組成物、並びにそれを用いたリチウムイオン電池電極用バインダ、それを用いたリチウムイオン電池電極合材層形成用スラリー、リチウムイオン電池用電極及びリチウムイオン電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討を行った結果、水溶性高分子とキレート基含有化合物の混合物をバインダに用いることで上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明の各態様は、以下に示す［１］～［８］である。
（【００１１】以降は省略されています）

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