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公開番号2025070353
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-02
出願番号2023180596
出願日2023-10-19
発明の名称結着材組成物、負極形成用組成物、リチウムイオン二次電池用負極、及びリチウムイオン二次電池
出願人三井化学株式会社
代理人弁理士法人太陽国際特許事務所
主分類C08F 220/10 20060101AFI20250424BHJP(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】結着材(バインダー)として電極活物質、導電助剤等ともに配合されてリチウムイオン二次電池等の電極(電極合材層)に利用された場合において、リチウムイオン二次電池の電気的特性を改善することができる結着材組成物の提供。
【解決手段】(メタ)アクリル酸エステルを含む単量体組成物を重合させてなる共重合体を含有する結着材組成物であって、下記の全ての条件を満たす結着材組成物。
条件a:共重合体が、粒子の形状を形成しており、かつ動的光散乱法によって測定される粒子の体積平均粒子径が、10nm～500nmである。
条件b-1:単量体組成物が、単独重合体としてのガラス転移温度(TgHP)が-15℃以下の(メタ)アクリル酸エステルを含む。
条件b-2:単量体組成物における、ガラス転移温度(TgHP)が-15℃以下の(メタ)アクリル酸エステルの総仕込質量が、単量体全体の総仕込質量を100質量%としたときに40質量%～95質量%である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
（メタ）アクリル酸エステルを含む単量体組成物を重合させてなる共重合体を含有する結着材組成物であって、
下記条件ａ、下記条件ｂ－１、及び下記条件ｂ－２の全ての条件を満たす、結着材組成物。
条件ａ：前記共重合体が、粒子の形状を形成しており、かつ動的光散乱法によって測定される前記粒子の体積平均粒子径が、１０ｎｍ～５００ｎｍである。
条件ｂ－１：前記単量体組成物が、単独重合体としてのガラス転移温度（Ｔｇ
ＨＰ
）が－１５℃以下の（メタ）アクリル酸エステルを含む。
条件ｂ－２：前記単量体組成物における、前記ガラス転移温度（Ｔｇ
ＨＰ
）が－１５℃以下の（メタ）アクリル酸エステルの総仕込質量が、単量体全体の総仕込質量を１００質量％としたときに４０質量％～９５質量％である。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
さらに下記条件ｃ－１及び下記条件ｃ－２を満たす、請求項１に記載の結着材組成物。
条件ｃ－１：前記単量体組成物が、ハンセン溶解度パラメータ（ＨＳＰ値）が１７．０ＭＰａ
１／２
～２０．０ＭＰａ
１／２
の（メタ）アクリル酸エステルを含む。
条件ｃ－２：前記単量体組成物における、前記ハンセン溶解度パラメータ（ＨＳＰ値）が１７．０ＭＰａ
１／２
～２０．０ＭＰａ
１／２
の（メタ）アクリル酸エステルの総仕込質量が、単量体全体の総仕込質量を１００質量％としたときに６０質量％～９０質量％である。
【請求項３】
前記ガラス転移温度（Ｔｇ
ＨＰ
）が－１５℃以下の（メタ）アクリル酸エステルが、下記式（Ｉ）で表される化合物である、請求項１に記載の結着材組成物。
JPEG
2025070353000006.jpg
40
54
（式（Ｉ）中、Ｒ
１
は置換基としてオキサ基（－Ｏ－）及びカルボニル基（＞Ｃ＝Ｏ）からなる群より選択される少なくとも１種の基を含んでいてもよい炭素原子数４～２０の炭化水素基を表し、Ｒは水素原子又はメチル基（－ＣＨ
３
）を表す。）
【請求項４】
さらに下記条件ｄ－１及び下記条件ｄ－２を満たす、請求項１に記載の結着材組成物。
条件ｄ－１：前記単量体組成物が、アクリロニトリルを含む。
条件ｄ－２：前記単量体組成物における、アクリロニトリルの仕込質量が、単量体全体の総仕込質量を１００質量％としたときに２質量％～６０質量％である。
【請求項５】
請求項１～請求項４の何れか１項に記載の結着材組成物及び負極活物質を含有する負極形成用組成物。
【請求項６】
前記負極活物質が、炭素単体粒子、ケイ素単体粒子、酸化ケイ素粒子、及び炭化ケイ素粒子からなる群より選択される少なくとも１種を含む、請求項５に記載の負極形成用組成物。
【請求項７】
請求項５に記載の負極形成用組成物を用いて形成された負極合材層を含むリチウムイオン二次電池用負極。
【請求項８】
正極、負極、非水電解液、及びセパレータを備えるリチウムイオン二次電池であって、
前記負極が、請求項７に記載のリチウムイオン二次電池用負極である、リチウムイオン二次電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、結着材組成物、負極形成用組成物、リチウムイオン二次電池用負極、及びリチウムイオン二次電池に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
小型、軽量、高出力であるリチウムイオン二次電池やキャパシタ等の蓄電装置は、近年さらなる高性能化が進んでおり、高性能化にともなって、小型の電気製品のみならず自動車等の大型の製品分野への利用が進んでいる。リチウムイオン二次電池の高性能化は、主に電解液、正極、負極、セパレータ等の電池部材の改良によってもたらされているが、例えば負極１つにおいても、負極活物質、結着材、導電助剤、集電体等の構成材料があり、これらの構成材料のさらなる進化は、リチウムイオン二次電池等の蓄電装置の高性能化に非常に重要になると考えられる。
【０００３】
特許文献１には、芳香族ビニル単量体とエチレン性不飽和ニトリル単量体の含有量が特定量以下の重合体を含む電極用導電材分散液に係る発明が開示されており、導電材の分散性と、電極合材層と集電体との結着性に優れることが報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
国際公開２０１９／０６５４７１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一態様の課題は、結着材（バインダー）として電極活物質等とともに配合されてリチウムイオン二次電池等の電極（電極合材層）に利用された場合において、リチウムイオン二次電池の電気的特性を改善することができる結着材組成物を提供することである。
本発明の別の一態様の課題は、前記結着材組成物及び負極活物質を含有する負極形成用組成物、前記負極形成用組成物を用いて形成された負極合材層を含むリチウムイオン二次電池用負極、並びに、正極、前記リチウムイオン二次電池用負極、非水電解液、及びセパレータを備えるリチウムイオン二次電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、（メタ）アクリル酸エステルを含む単量体組成物を重合させて得られた特定の条件を満たす共重合体を、リチウムイオン二次電池等の電極に利用することにより、リチウムイオン二次電池の電気的特性を改善することができることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、本発明の一態様としては、以下のものが挙げられる。
【０００７】
＜１＞（メタ）アクリル酸エステルを含む単量体組成物を重合させてなる共重合体を含有する結着材組成物であって、
下記条件ａ、下記条件ｂ－１、及び下記条件ｂ－２の全ての条件を満たすことを特徴とする、結着材組成物。
条件ａ：前記共重合体が、粒子の形状を形成しており、かつ動的光散乱法によって測定される前記粒子の体積平均粒子径が、１０ｎｍ～５００ｎｍである。
条件ｂ－１：前記単量体組成物が、単独重合体としてのガラス転移温度（Ｔｇ
ＨＰ
）が－１５℃以下の（メタ）アクリル酸エステルを含む。
条件ｂ－２：前記単量体組成物における、前記ガラス転移温度（Ｔｇ
ＨＰ
）が－１５℃以下の（メタ）アクリル酸エステルの総仕込質量が、単量体全体の総仕込質量を１００質量％としたときに４０質量％～９５質量％である。
＜２＞さらに下記条件ｃ－１及び下記条件ｃ－２を満たす、＜１＞に記載の結着材組成物。
条件ｃ－１：前記単量体組成物が、ハンセン溶解度パラメータ（ＨＳＰ値）が１７．０ＭＰａ
１／２
～２０．０ＭＰａ
１／２
の（メタ）アクリル酸エステルを含む。
条件ｃ－２：前記単量体組成物における、前記ハンセン溶解度パラメータ（ＨＳＰ値）が１７．０ＭＰａ
１／２
～２０．０ＭＰａ
１／２
の（メタ）アクリル酸エステルの総仕込質量が、単量体全体の総仕込質量を１００質量％としたときに６０質量％～９０質量％である。
＜３＞前記ガラス転移温度（Ｔｇ
ＨＰ
）が－１５℃以下の（メタ）アクリル酸エステルが、下記式（Ｉ）で表される化合物である、＜１＞又は＜２＞に記載の結着材組成物。
【０００８】
JPEG
2025070353000002.jpg
40
54
【０００９】
（式（Ｉ）中、Ｒ
１
は置換基としてオキサ基（－Ｏ－）及びカルボニル基（＞Ｃ＝Ｏ）からなる群より選択される少なくとも１種の基を含んでいてもよい炭素原子数４～２０の炭化水素基を表し、Ｒは水素原子又はメチル基（－ＣＨ
３
）を表す。）
【００１０】
＜４＞さらに下記条件ｄ－１及び下記条件ｄ－２を満たす、＜１＞～＜３＞の何れか１つに記載の結着材組成物。
条件ｄ－１：前記単量体組成物が、アクリロニトリルを含む。
条件ｄ－２：前記単量体組成物における、アクリロニトリルの仕込質量が、単量体全体の総仕込質量を１００質量％としたときに２質量％～６０質量％である。
＜５＞＜１＞～＜４＞の何れか１つに記載の結着材組成物及び負極活物質を含有する負極形成用組成物。
＜６＞前記負極活物質が、炭素単体粒子、ケイ素単体粒子、酸化ケイ素粒子、及び炭化ケイ素粒子からなる群より選択される少なくとも１種を含む、＜５＞に記載の負極形成用組成物。
＜７＞＜５＞又は＜６＞に記載の負極形成用組成物を用いて形成された負極合材層を含むリチウムイオン二次電池用負極。
＜８＞正極、負極、非水電解液、及びセパレータを備えるリチウムイオン二次電池であって、前記負極が、＜７＞に記載のリチウムイオン二次電池用負極である、リチウムイオン二次電池。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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