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JP7540186B2 - Conductive composition for thermochemical battery electrodes - Google Patents
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Description

本発明は、熱化学電池電極用導電性組成物に関する。 The present invention relates to a conductive composition for thermochemical battery electrodes.

熱化学電池は、熱源のある所において熱エネルギーによる化学反応(酸化還元反応など)を利用して発電したり(非特許文献1)、熱エネルギーによる化学反応を利用して発電(充電)した後に、熱源がない場所で電池として使用できる(非特許文献2)。
前者は、半永久的に連続で発電することが可能であり、後者も熱源(高温)と熱源のない場所(低温)とに繰り返して配置・保持することで繰り返し使用することが可能である。熱化学電池は、基本的に正極と負極あるいは陽極と陰極の両電極とその間に存在する電解質とからなり、主に二つの動作形態がある。一つ目は、両電極間に温度差がある場合に、化学反応の速度差により電解質中にキャリア濃度差が生じ、電位差が発生する形態である(1セルタイプと呼ばれる)。
後者は、電解質を分離材で仕切り、両電極を含めた全体を熱により温めた場合に、分離材の左右の化学反応の違いにより発電(充電)し、低温の場所では逆反応を起こし電位差が発生する形態である(これを2セルタイプと呼ぶ)。いずれの場合も、電解質に接する電極界面でイオンと電子との反応が必要であり、電極が必要となる。
従来の熱化学電池の電極としては、金属、特に触媒活性の大きい白金など貴金属を使用したもの(非特許文献3)や、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)―ポリ(スチレンスルホン酸) (以下、PEDOT/PSSと略記することがある)などの導電性高分子を使用したもの(特許文献1)が知られている。
Thermochemical batteries generate electricity by using chemical reactions (such as oxidation-reduction reactions) caused by thermal energy in the presence of a heat source (Non-Patent Document 1), or they can be used as batteries in places where there is no heat source after generating electricity (charging) by using chemical reactions caused by thermal energy (Non-Patent Document 2).
The former is capable of generating electricity semi-permanently and continuously, and the latter can also be used repeatedly by repeatedly placing and maintaining it in a place with a heat source (high temperature) and a place without a heat source (low temperature). Thermochemical batteries basically consist of two electrodes, a positive electrode and a negative electrode or an anode and a cathode, and an electrolyte between them, and there are mainly two operating modes. In the first mode, when there is a temperature difference between the two electrodes, a carrier concentration difference occurs in the electrolyte due to the difference in the speed of the chemical reaction, generating a potential difference (called the one-cell type).
In the latter case, the electrolyte is separated by a separator, and when the entire structure including both electrodes is heated, electricity is generated (charged) due to the difference in chemical reactions on the left and right sides of the separator, and in low temperature locations, a reverse reaction occurs, generating a potential difference (this is called the two-cell type). In either case, a reaction between ions and electrons is required at the electrode interface in contact with the electrolyte, so electrodes are required.
Known electrodes for conventional thermochemical batteries include those using metals, particularly precious metals such as platinum, which have high catalytic activity (Non-Patent Document 3), and those using conductive polymers such as poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrenesulfonic acid) (hereinafter sometimes abbreviated as PEDOT/PSS) (Patent Document 1).

国際公開第2018/079325号International Publication No. 2018/079325

“Seebeck coefficients in ionic Liquids prospects for thermo-electrochemical cell", T.J.Abraham, et al., Chem. Commun., 47, (2011) pp.6260-6262.“Seebeck coefficients in ionic liquids prospects for thermo-electrochemical cells”, T.J.Abraham, et al., Chem. Commun., 47, (2011) pp.6260-6262. “Charging-free electrochemical system for harvesting Low-grade thermal energy", Y.ang, et al. , PNAS, 111(48), (2014), pp.17011-17016.“Charging-free electrochemical system for harvesting Low-grade thermal energy”, Y.ang, et al., PNAS, 111(48), (2014), pp.17011-17016. “Review of Thermally Regenerative Electrochemical Systems”, H.L.Chum and R.A.Osteryoung, Synopsis and Summary, vol.1, Solar Energy Research Institute, (1980) pp.1-53.“Review of Thermally Regenerative Electrochemical Systems”, H.L.Chum and R.A.Osteryoung, Synopsis and Summary, vol.1, Solar Energy Research Institute, (1980) pp.1-53.

背景技術に記載した材料を使用した場合、白金などの貴金属は加工性が課題であり、また、PEDOT/PSSなどの導電性高分子は、耐久性、腐食性に課題がある。そこで、本発明が解決しようとする課題は、熱化学電池の低コスト化、高出力化、高耐久性に繋がる、導電性に優れた熱化学電池電極用導電性組成物を提供することである。 When using the materials described in the background art, precious metals such as platinum have problems with processability, and conductive polymers such as PEDOT/PSS have problems with durability and corrosion. Therefore, the problem that the present invention aims to solve is to provide a conductive composition for thermochemical battery electrodes with excellent conductivity that leads to low cost, high output, and high durability of thermochemical batteries.

本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明に至った。すなわち、本発明は、縮合多環六角網面を有する材料(A)とバインダー樹脂(B)を含んでなる熱化学電池電極用導電性組成物であって、縮合多環六角網面の構成元素として炭素元素およびヘテロ元素を含んでなり、構成元素の主成分が炭素元素である熱化学電池電極用導電性組成物に関する。 The present inventors have conducted extensive research to solve the above problems, and have arrived at the present invention. That is, the present invention relates to a conductive composition for thermochemical battery electrodes, which comprises a material (A) having a condensed polycyclic hexagonal network surface and a binder resin (B), and which contains carbon and hetero elements as constituent elements of the condensed polycyclic hexagonal network surface, and in which the main component of the constituent elements is carbon.

また、本発明は、ヘテロ元素として窒素元素を含んでなる上記熱化学電池電極用導電性組成物に関する。 The present invention also relates to the conductive composition for thermochemical battery electrodes, which contains a nitrogen element as a hetero element.

また、本発明は、X線光電子分光法(XPS)によって測定された、縮合多環六角網面を有する材料(A)表面の全原子に対する窒素原子のモル比をNとし、縮合多環六角網面を有する材料(A)表面の全窒素原子量に対する、N1型窒素原子量の割合とN2型窒素原子量の割合をそれぞれ、N1、N2 としたとき、式:N×(N1+N2)で求められる表面末端窒素原子の割合が0.5~25%である上記熱化学電池電極用導電性組成物に関する。 The present invention also relates to the above conductive composition for thermochemical battery electrodes, in which the proportion of surface terminal nitrogen atoms calculated by the formula N x (N 1 + N 2 ) is 0.5 to 25%, where N is the molar ratio of nitrogen atoms to all atoms on the surface of the material (A) having a condensed polycyclic hexagonal mesh surface, as measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and N 1 and N 2 are the proportions of N1 type nitrogen atoms and N2 type nitrogen atoms to the total amount of nitrogen atoms on the surface of the material (A) having a condensed polycyclic hexagonal mesh surface, respectively.

また、本発明は、さらに、構成元素として卑金属元素を含んでなる上記熱化学電池電極用導電性組成物に関する。 The present invention also relates to the conductive composition for thermochemical battery electrodes, which further contains a base metal element as a constituent element.

また、本発明は、卑金属元素が、Coおよび/またはFeを含んでなる上記熱化学電池電極用導電性組成物に関する。 The present invention also relates to the conductive composition for thermochemical battery electrodes, in which the base metal element contains Co and/or Fe.

また、本発明は、全構成原子に対する、炭素原子のモル比および窒素原子のモル比をそれぞれ、RCおよびRNとしたとき、RCに対するRNの割合が1~40%である上記熱化学電池電極用導電性組成物に関する。 The present invention also relates to the above-mentioned conductive composition for a thermochemical battery electrode, in which, when the molar ratios of carbon atoms and nitrogen atoms to all constituent atoms are R and R , respectively, the ratio of R to R is 1 to 40%.

また、本発明は、全構成原子に対する、炭素原子のモル比、窒素原子のモル比および卑金属原子のモル比をそれぞれ、RC、RNおよびRMとしたとき、RCに対するRNの割合が1~40%であり、RCに対するRMの割合が0.01~20%である上記熱化学電池電極用導電性組成物に関する。 The present invention also relates to the above-mentioned conductive composition for a thermochemical battery electrode, in which, when the molar ratios of carbon atoms, nitrogen atoms and base metal atoms to all constituent atoms are R C , R N and R M , respectively, the ratio of R N to R C is 1 to 40%, and the ratio of R M to R C is 0.01 to 20%.

また、本発明は、縮合多環六角網面を有する材料(A)の窒素を吸着種としたBET比表面積(BETN2)が、50~1200m2/gである上記熱化学電池電極用導電性組成物に関する。 The present invention also relates to the above conductive composition for a thermochemical cell electrode, wherein the material (A) having a condensed polycyclic hexagonal network surface has a BET specific surface area (BET N2 ) with nitrogen as the adsorbed species of 50 to 1200 m 2 /g.

また、本発明は、縮合多環六角網面を有する材料(A)のCuKα線を用いて得られるX線回折図において、回折角(2θ)が24~27°の範囲内にピークを有し、該ピークの半値幅が8°以下である上記熱化学電池電極用導電性組成物に関する。 The present invention also relates to the conductive composition for thermochemical battery electrodes, in which, in an X-ray diffraction pattern obtained using CuKα radiation from the material (A) having a condensed polycyclic hexagonal network surface, the diffraction angle (2θ) has a peak in the range of 24 to 27°, and the half-width of the peak is 8° or less.

また、本発明は、さらに、溶剤を含んでなる上記熱化学電池電極用導電性組成物に関する。 The present invention also relates to the conductive composition for thermochemical battery electrodes, which further contains a solvent.

熱化学電池電極用導電性組成物中の炭素材料をヘテロ元素がドープされた炭素材料とすることで、酸化還元反応の活性点を増やし、熱化学電池の加工性の向上、高出力化、高耐久性に繋がる、導電性に優れたに優れた熱化学電池電極用導電性組成物を提供することである。 By making the carbon material in the conductive composition for thermochemical battery electrodes a carbon material doped with a hetero element, the active sites for redox reactions are increased, leading to improved processability, higher output, and higher durability of the thermochemical battery, and the conductive composition for thermochemical battery electrodes with excellent conductivity is provided.

以下、詳細に本発明について説明する。尚、本明細書では、「縮合多環六角網面を有する材料(A)」を、単に「材料(A)」ということがある。又、「熱化学電池電極用導電性組成物」を、単に「導電性組成物」ということがある。又、「樹脂」を「重合体」ということがある。 The present invention will be described in detail below. In this specification, the "material (A) having a condensed polycyclic hexagonal network surface" may be simply referred to as the "material (A)". Furthermore, the "conductive composition for thermochemical battery electrodes" may be simply referred to as the "conductive composition". Furthermore, the "resin" may be simply referred to as the "polymer".

<縮合多環六角網面を有する材料(A)>
縮合多環六角網面を有する材料(A)とは、六角網面を構成する原子同士が共有結合している材料を指す。六角網面を構成する元素(構成元素)は、炭素元素が主成分であり、その他ヘテロ元素(N、B、P等)を含む。また、構成元素として、卑金属元素を含んでいても良い。ここでいう卑金属元素とは、遷移金属元素のうち貴金属元素(Ru、Rh、Pd、Ag、Os、Ir、Pt、Au) を除く金属元素であり、卑金属元素としては、Co、Fe、Ni、Mn、Cu、Ti、Vo、Cr、ZnおよびSnからなる群より選ばれる一種以上を含有することが好ましく、Coおよび/またはFeを含有することがより好ましい。
<Material (A) Having Condensed Polycyclic Hexagonal Network Surface>
The material (A) having a condensed polycyclic hexagonal mesh surface refers to a material in which the atoms constituting the hexagonal mesh surface are covalently bonded to each other. The elements (constituent elements) constituting the hexagonal mesh surface are mainly carbon elements, and also contain other hetero elements (N, B, P, etc.). In addition, the constituent elements may contain base metal elements. The base metal elements referred to here are metal elements other than noble metal elements (Ru, Rh, Pd, Ag, Os, Ir, Pt, Au) among transition metal elements, and the base metal elements preferably contain one or more selected from the group consisting of Co, Fe, Ni, Mn, Cu, Ti, Vo, Cr, Zn and Sn, and more preferably contain Co and/or Fe.

本発明における材料(A)は、比表面積が大きく、電子伝導性が高いほど好ましい。酸化還元反応は電極の表面で起こるため、比表面積が大きいほど、電解質イオンとプロトン、電子との反応場が多くなり、電池出力の向上に繋がるため好ましい。また、導電性が高いほど、電極中における酸化還元反応に必要な電子を上記反応場に供給できるため、電流の増加に繋がりやすく、好ましい。また、材料表面のヘテロ原子、特に窒素量が多いほど表面の活性点の数が多くなりやすいため好ましく、更にNが後述のN1型窒素原子を主とした末端窒素であるとより好ましい。 The material (A) in the present invention is preferably one having a large specific surface area and high electronic conductivity. Since the redox reaction occurs on the surface of the electrode, the larger the specific surface area, the more reaction sites there are between the electrolyte ions, protons, and electrons, which leads to improved battery output. In addition, the higher the conductivity, the more electrons necessary for the redox reaction in the electrode can be supplied to the reaction sites, which leads to an increase in current, which is preferable. In addition, the more heteroatoms, especially nitrogen, are present on the surface of the material, the more active sites there are on the surface, which is preferable, and it is even more preferable that N is a terminal nitrogen, mainly an N1-type nitrogen atom, as described below.

本発明における材料(A)は、全構成原子に対する、炭素原子のモル比および窒素原子のモル比をそれぞれ、RCおよびRNとしたとき、RCに対するRNの割合が1~40%であることが好ましい。 In the material (A) in the present invention, when the molar ratios of carbon atoms and nitrogen atoms to all constituent atoms are R C and R N , respectively, the ratio of R N to R C is preferably 1 to 40%.

本発明における材料(A)は、全構成原子に対する、炭素原子のモル比、窒素原子のモル比および卑金属原子のモル比をそれぞれ、RC、RNおよびRMとしたとき、RCに対するRNの割合が1~40%であり、RCに対するRMの割合が0.01~20%であることが好ましい。 In the material (A) of the present invention, when the molar ratios of carbon atoms, nitrogen atoms and base metal atoms to all constituent atoms are R C , R N and R M , respectively, it is preferable that the ratio of R N to R C is 1 to 40%, and the ratio of R M to R C is 0.01 to 20%.

炭素原子に対する窒素原子や卑金属原子の元素比が上記範囲にあると、活性点形成段階において、卑金属金属元素が炭素の結晶化促進、細孔の発達、エッジの生成等の熱化学電池用電極として効果的に作用することで活性点の数や質を向上させることが期待できる。 When the element ratio of nitrogen atoms and base metal atoms to carbon atoms is within the above range, it is expected that the number and quality of active sites will be improved by the base metal elements acting effectively as electrodes for thermochemical batteries during the active site formation stage, such as by promoting carbon crystallization, developing pores, and generating edges.

また、X線光電子分光法(XPS)によって測定された、材料(A)表面の全原子に対する窒素原子のモル比をNとし、材料(A)表面の全窒素原子量に対する、N1型窒素原子量の割合とN2型窒素原子量の割合をそれぞれ、N1、N2 としたとき、式:N×(N1+N2)で求められる表面末端窒素原子の割合が0.5~25%であることが好ましい。より好ましくは1~18%である。 In addition, when the molar ratio of nitrogen atoms to all atoms on the surface of material (A) measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is N, and the proportions of N1 type nitrogen atoms and N2 type nitrogen atoms to the total amount of nitrogen atoms on the surface of material (A) are N 1 and N 2 , respectively, the proportion of surface terminal nitrogen atoms calculated by the formula N×(N 1 +N 2 ) is preferably 0.5 to 25%, more preferably 1 to 18%.

例えば、材料(A)表面の全元素に対する窒素原子のモル比N が0.1、材料(A)表面の全窒素量に対する、XPSのN1sスペクトルのピーク分離により求めたN1型窒素原子量の割合N1が30%、N2型窒素原子量の割合N2が20% である材料(A)の場合は、下記計算式により表面末端窒素割合は5%となる。
{N×(N1+N2)}=0.1×(30%+20%)=5%
For example, in the case of material (A) in which the molar ratio N of nitrogen atoms to all elements on the surface of material (A) is 0.1, the proportion N of the amount of N1-type nitrogen atoms to the total amount of nitrogen on the surface of material (A) determined by peak separation of the N1s spectrum of XPS is 30%, and the proportion N of the amount of N2-type nitrogen atoms is 20%, the proportion of surface terminal nitrogen is 5% according to the following calculation formula.
{N×(N 1 +N 2 )}=0.1×(30%+20%)=5%

下記構造式に示すように、材料(A)中のヘテロ原子として窒素原子である場合、その窒素原子は、様々な状態で炭素六角網面中の炭素元素を置換するように存在する。本発明において、N1型窒素原子とは、N1s電子の結合エネルギーが398.5±0.5eVであり、ピリジン類似の構造を有している。N2型窒素原子とは、N1s電子の結合エネルギーが400±0.5eVであり、ピロール類似の構造を有している。これらはそれぞれピリジンN、ピロールNと呼ばれ、本発明ではこれらを合わせ末端窒素と呼称する。これらのピークが重なっている場合には、各ピーク成分をガウス関数としてピーク強度、ピーク位置、ピーク半値全幅をパラメーターとして最適化することにより、フィッティングを行ってピークを分離する。ここで、ピリドン類似の構造をしているものはピークの分離が困難なため、便宜上、末端窒素に含まれていてよいものとする。上記以外の窒素原子は、N3型窒素原子(主に炭素環の内部に存在する、3つの炭素原子と結合している4級のもの)、N4型窒素原子(酸化された状態で、酸素のような異種元素が結合しているもの)に分類される。 As shown in the structural formula below, when the heteroatom in the material (A) is a nitrogen atom, the nitrogen atom exists in various states to replace the carbon element in the carbon hexagonal mesh plane. In the present invention, the N1 type nitrogen atom has a binding energy of 398.5±0.5 eV for the N1s electron and has a structure similar to pyridine. The N2 type nitrogen atom has a binding energy of 400±0.5 eV for the N1s electron and has a structure similar to pyrrole. These are called pyridine N and pyrrole N, respectively, and in the present invention, these are collectively referred to as terminal nitrogen. When these peaks overlap, the peaks are separated by fitting by optimizing each peak component as a Gaussian function with the peak intensity, peak position, and full width at half maximum as parameters. Here, since it is difficult to separate the peaks of those with a pyridone-like structure, for convenience, it is considered that they may be included in the terminal nitrogen. Nitrogen atoms other than those mentioned above are classified as N3 type nitrogen atoms (quaternary ones that are mainly present inside a carbon ring and are bonded to three carbon atoms) and N4 type nitrogen atoms (those that are oxidized and have a different element such as oxygen bonded to them).

Figure 0007540186000001
Figure 0007540186000001

上記末端窒素は、非共有電子対を有しており、末端窒素は周囲の炭素の電子状態に影響を及ぼし、隣接する炭素原子が活性サイトとして働くことに加え、卑金属に窒素原子が配位する卑金属-N4構造形成に有利に働くことが報告されている。そのため、活性の高い触媒表面には末端窒素が多く存在していると考えられ、表面末端窒素割合は、表面に存在
する末端窒素の量を表す指標となる。
The terminal nitrogen has an unshared electron pair, and it has been reported that the terminal nitrogen affects the electronic state of the surrounding carbon, and the adjacent carbon atom acts as an active site, and also works favorably for the formation of a base metal-N4 structure in which a nitrogen atom is coordinated to a base metal. Therefore, it is believed that there is a large amount of terminal nitrogen on the surface of a highly active catalyst, and the surface terminal nitrogen ratio is an index that indicates the amount of terminal nitrogen present on the surface.

本発明における材料(A)は、窒素を吸着種としたBET比表面積(BETN2) が、50~1200m2/gであることが好ましい。BETN2が上記の範囲にあると、反応が起こる反応場を多くできるため好ましい。より好ましくは100~1000m2/g である。 The material (A) in the present invention preferably has a BET specific surface area (BET N2 ) with nitrogen as the adsorbed species of 50 to 1200 m2 /g. If the BET N2 is in the above range, it is preferable because it can increase the reaction field where the reaction occurs. It is more preferable to have a BET N2 of 100 to 1000 m2 /g.

本発明における比表面積とは試料単位質量当たりの表面積のことであり、ガス(N2
はH2O) 吸着法によって求めることができる。解析法はBET法を用い、相対圧(P(吸着平衡圧)/P0(飽和蒸気圧)=0.05~0.3)とガス吸着量のプロットより得られる直線の切片と勾配から、単分子吸着量を求めることで、BET比表面積を算出できる。
In the present invention, the specific surface area refers to the surface area per unit mass of a sample, and can be determined by a gas ( N2 or H2O ) adsorption method. The BET method is used as the analytical method, and the BET specific surface area can be calculated by determining the monomolecular adsorption amount from the intercept and gradient of a straight line obtained by plotting the relative pressure (P (adsorption equilibrium pressure)/P0 (saturated vapor pressure) = 0.05 to 0.3) versus the amount of gas adsorption.

本発明における材料(A)は、CuKα線をX 線源として得られるX 線回折(XRD) 図において、回折角(2θ)が24.0~27.0°の位置にピークを有し、該ピークの半値幅が8°以下であることが好ましい。 In the X-ray diffraction (XRD) diagram obtained using CuKα radiation as an X-ray source, the material (A) in the present invention preferably has a peak at a diffraction angle (2θ) of 24.0 to 27.0°, and the half-width of the peak is 8° or less.

CuKα線を用いて得られるのX 線回折図において、24~27°の範囲内に炭素の(002) 面に由来する回折ピークを有することが好ましい。炭素の(002)面に由来する回折ピークは、六角網面の面間距離によって上記範囲内でピークの位置が変化するが、ピーク位置が高角側であるほど六角網面の距離が近いことを示し、構造規則性が高いことを意味する。また、上記ピークの形状がシャープであるほど、ピークの半値幅が小さくなるが、結晶子サイズが大きく、結晶構造が発達していることを示す。 In an X-ray diffraction diagram obtained using CuKα radiation, it is preferable to have a diffraction peak originating from the (002) plane of carbon within the range of 24 to 27°. The position of the diffraction peak originating from the (002) plane of carbon changes within the above range depending on the distance between the hexagonal mesh planes, but the higher the peak position is on the higher angle side, the closer the hexagonal mesh planes are, meaning that the structural regularity is high. Also, the sharper the shape of the peak, the smaller the half-width of the peak, but the larger the crystallite size, indicating that the crystal structure is developed.

上記ピークの半値幅が小さいものほど、結晶性が高く、電気伝導性が高くなる。電気伝導性が高いもの程、電極中における酸素還元反応に必要な電子を上記反応場に供給することができるため、電流の増加に繋がり、好ましい。半値幅は、8°以下であることが好ましく、1°以下であることがより好ましい。 The smaller the half-width of the peak, the higher the crystallinity and electrical conductivity. Higher electrical conductivity is preferable because it can supply the electrons required for the oxygen reduction reaction in the electrode to the reaction field, leading to an increase in current. The half-width is preferably 8° or less, and more preferably 1° or less.

材料(A)の含有率は、導電性組成物の固形分100質量%中、40~99質量%であることが好ましく、60~96質量%であることがより好ましく、70~92質量%であることがさらに好ましく、75~85質量%であることが特に好ましい。材料(A)の含有率が40~99質量%の場合では、導電性組成物により形成される電極の導電ネットワーク形成が良好な状態で、高い密着性による高耐久性を発現することができる。 The content of material (A) is preferably 40 to 99 mass% of 100 mass% solids of the conductive composition, more preferably 60 to 96 mass%, even more preferably 70 to 92 mass%, and particularly preferably 75 to 85 mass%. When the content of material (A) is 40 to 99 mass%, the conductive network of the electrode formed by the conductive composition is well formed, and high durability due to high adhesion can be achieved.

<バインダー樹脂(B)>
まず、バインダー樹脂(B)について説明する。
バインダー樹脂は、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、アクリロニトリル樹脂、アクリル樹脂、ブタジエン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、エチレン・酢酸ビニル共重合樹脂、エポキシ樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂及びシリコン樹脂等からなる群から選ばれる1種以上を含むことができる。特に、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂が好ましい。ただし、これらの樹脂に限定されるわけではない。バインダー樹脂は1種単独で用いても良いし、2種以上併用しても良い。
バインダー樹脂は、バインダー樹脂が基材に担持された後に、硬化(架橋)反応を受ける、硬化性樹脂とすることもできる。
つまり、バインダー樹脂は、自己硬化性のものを選択したり後述する硬化剤と組み合わせたりして、導電性組成物を基材上に印刷したり塗工したりした後、硬化(架橋)させることもできる。
<Binder Resin (B)>
First, the binder resin (B) will be described.
The binder resin may include one or more selected from the group consisting of polyurethane resin, polyamide resin, acrylonitrile resin, acrylic resin, butadiene resin, polyvinyl butyral resin, polyolefin resin, polyester resin, polystyrene resin, ethylene-vinyl acetate copolymer resin, epoxy resin, polyvinylidene fluoride resin, and silicone resin. In particular, polyurethane resin, polyamide resin, and polyester resin are preferred. However, the binder resin is not limited to these resins. The binder resin may be used alone or in combination of two or more.
The binder resin can also be a curable resin, which undergoes a curing (crosslinking) reaction after the binder resin is supported on the substrate.
In other words, the binder resin may be selected to be self-curing or may be combined with a curing agent, which will be described later, so that the conductive composition can be printed or coated on a substrate and then cured (crosslinked).

バインダー樹脂としては、体積抵抗率と基材への密着性および耐久性の観点からポリウレタン樹脂が好ましい。導電性組成物を基材上に印刷したり塗工したりした後、(熱)プレスする際、樹脂分が軟化し、印刷・塗工時の導電回路の平面的なパターン形状をほぼ維持しつつ、厚み方向に流動すると、空隙を減らし材料(A)同士の接触が増すので、得られる導電回路の体積抵抗率の低下が期待できる。従って、バインダー樹脂としては、(熱)プレスの際、適度に軟化・流動するものが好ましい。 As the binder resin, a polyurethane resin is preferred from the viewpoints of volume resistivity, adhesion to the substrate, and durability. When the conductive composition is printed or coated on the substrate and then (hot) pressed, the resin softens and flows in the thickness direction while roughly maintaining the planar pattern shape of the conductive circuit at the time of printing/coating. This reduces voids and increases contact between the materials (A), so that a decrease in the volume resistivity of the resulting conductive circuit can be expected. Therefore, a binder resin that moderately softens and flows when (hot) pressed is preferred.

バインダー樹脂の重量平均分子量は、塗工性や取扱い性の観点から、1000~200000の範囲が好ましい。また、密着の観点から、ガラス転移温度が-40℃~200℃であることが好ましい。また、膜の耐久性の観点から、硬化時に架橋点として作用する酸価、または水酸基価は、何れか高い値の方が5.0mgKOH/g以上が好ましく、更には5.0mgKOH/g以上50mgKOH/gが好ましい。 From the viewpoint of coatability and handling, the weight average molecular weight of the binder resin is preferably in the range of 1,000 to 200,000. From the viewpoint of adhesion, the glass transition temperature is preferably -40°C to 200°C. From the viewpoint of film durability, the acid value or hydroxyl value that acts as a crosslinking point during curing is preferably 5.0 mgKOH/g or more, whichever is higher, and more preferably 5.0 mgKOH/g or more and 50 mgKOH/g or more.

<ポリウレタン樹脂>
ポリウレンタン樹脂の合成方法としては、特に限定はされないが、例えば、ポリオール化合物(a)とジイソシアネート(b)とを反応させて得られるものなどが挙げられる。
<Polyurethane resin>
The method for synthesizing the polyurethane resin is not particularly limited, but examples thereof include a method for producing the polyurethane resin by reacting a polyol compound (a) with a diisocyanate (b).

ポリオール化合物(a) としては、一般にポリウレタン樹脂を構成するポリオール成分として知られている、ポリエーテルポリオール類、ポリエステルポリオール類、ポリカーボネートポリオール類、その他低分子ジオール類等が使用できる。 As the polyol compound (a), polyether polyols, polyester polyols, polycarbonate polyols, and other low molecular weight diols, which are generally known as polyol components constituting polyurethane resins, can be used.

ポリエーテルポリオール類としては、酸化エチレン、酸化プロピレン、テトラヒドロフランなどの重合体または共重合体などが挙げられる。
ポリエステルポリオール類としては、エチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、ペンタンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、ヘキサンジオール、オクタンジオール、1,4-ブチレンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ダイマージオール等の飽和およびまたは不飽和の炭化水素ジオールに代表される低分子ジオール類と、n-ブチルグリシジルエーテル、2-エチルヘキシルグリシジルエーテル類のアルキルグリシジルエーテル類、バーサティック酸グリシジルエステル等のモノカルボン酸グリシジルエステル類と、アジピン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、マレイン酸、フマル酸、コハク酸、シュウ酸、マロン酸、グルタル酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸等のジカルボン酸類、またはこれらの無水物類とを、脱水縮合して得られるポリエステルポリオール類や、環状エステル化合物を開環重合して得られるポリエステルポリオール類が挙げられる。
Examples of polyether polyols include polymers or copolymers of ethylene oxide, propylene oxide, tetrahydrofuran, and the like.
Examples of polyester polyols include low molecular weight diols such as saturated and/or unsaturated hydrocarbon diols, including ethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, neopentyl glycol, pentanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, hexanediol, octanediol, 1,4-butylenediol, diethylene glycol, triethylene glycol, dipropylene glycol, and dimer diol, and n-butyl glycidyl ether. Examples of such polyester polyols include polyester polyols obtained by dehydration condensation of alkyl glycidyl ethers such as alkyl glycidyl ether and 2-ethylhexyl glycidyl ether, monocarboxylic acid glycidyl esters such as versatic acid glycidyl ester, and dicarboxylic acids such as adipic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, maleic acid, fumaric acid, succinic acid, oxalic acid, malonic acid, glutaric acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, or their anhydrides, and polyester polyols obtained by ring-opening polymerization of cyclic ester compounds.

ポリカーボネートポリオール類としては、1)ジオールまたはビスフェノールと炭酸エステルとの反応生成物、2)ジオールまたはビスフェノールにアルカリの存在下でホスゲンとの反応生成物等が挙げられる。炭酸エステルとしては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジフェニルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等が挙げられる。また、ジオールとしては、上記低分子ジオール類等が挙げられる。また、ビスフェノールとしては、ビスフェノールAやビスフェノールF、ビスフェノール類にエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等のアルキレンオキサイドを付加させたビスフェノール類等が挙げられる。 Examples of polycarbonate polyols include 1) reaction products of diols or bisphenols with carbonate esters, and 2) reaction products of diols or bisphenols with phosgene in the presence of an alkali. Examples of carbonate esters include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, diphenyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, and the like. Examples of diols include the low molecular weight diols listed above. Examples of bisphenols include bisphenol A, bisphenol F, and bisphenols with alkylene oxides such as ethylene oxide and propylene oxide added to bisphenols.

上記ポリオール化合物の数平均分子量(Mn)は、導電性組成物を製造する際のポリウレタン樹脂の溶解性、形成される導電回路の耐久性や基材に対する接着強度等を考慮して適宜決定されるが、通常は580~8000の範囲が好ましく、さらに好ましくは1000~5000である。
上記ポリオール化合物は、単独で用いても、2種類以上併用してもよい。
The number average molecular weight (Mn) of the polyol compound is appropriately determined taking into consideration the solubility of the polyurethane resin when producing the conductive composition, the durability of the conductive circuit formed, the adhesive strength to the substrate, and the like, but is usually preferably in the range of 580 to 8,000, more preferably 1,000 to 5,000.
The above polyol compounds may be used alone or in combination of two or more kinds.

ジイソシアネート化合物(b)としては、芳香族ジイソシアネート、脂肪族ジイソシアネート、脂環族イソシアネート、またはこれらの混合物が挙げられる。芳香族ジイソシアネートとしては、1,5-ナフチレンジイソシアネート、4,4′-ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4′-ジフェニルジメチルメタンジイソシアネート、4,4′-ベンジルイソシアネート、ジアルキルジフェニルメタンジイソシアネート、テトラアルキルジフェニルメタンジイソシアネート、1,3-フェニレンジイソシアネート、1,4-フェニレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート等が挙げられる。 Examples of the diisocyanate compound (b) include aromatic diisocyanates, aliphatic diisocyanates, alicyclic isocyanates, and mixtures thereof. Examples of aromatic diisocyanates include 1,5-naphthylene diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, 4,4'-diphenyldimethylmethane diisocyanate, 4,4'-benzyl isocyanate, dialkyldiphenylmethane diisocyanate, tetraalkyldiphenylmethane diisocyanate, 1,3-phenylene diisocyanate, 1,4-phenylene diisocyanate, tolylene diisocyanate, and xylylene diisocyanate.

脂肪族ジイソシアネートとしては、ブタン-1,4-ジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,2,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート等が挙げられる。
脂環族ジイソシアネートとしては、シクロヘキサン-1,4-ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアナートメチル、ビス(4-イソシアネートシクロヘキシル)メタン、1,3-ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、メチルシクロヘキサンジイソシアネート等が挙げられる。
Examples of the aliphatic diisocyanate include butane-1,4-diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, 2,2,4-trimethylhexamethylene diisocyanate, and lysine diisocyanate.
Examples of the alicyclic diisocyanate include cyclohexane-1,4-diisocyanate, isophorone diisocyanate, norbornane diisocyanate methyl, bis(4-isocyanate cyclohexyl)methane, 1,3-bis(isocyanate methyl)cyclohexane, and methylcyclohexane diisocyanate.

<ポリアミド樹脂>
バインダー樹脂としては、体積抵抗率と基材への密着性および耐久性の観点からポリアミド樹脂が好ましい。体積抵抗率は、(熱)プレス中の樹脂分が流動しやすいため良好な結果となる。
本発明に用いられるポリアミド樹脂とは、基本的に二塩基酸とジアミンの重縮合、アミノカルボン酸の重縮合、或いはラクタムの開環重合などの各種反応で得られるアミド結合を有する高分子の総称であり、各種の変性ポリアミドをはじめ、一部水素添加された反応物で製造されたもの、他のモノマーが一部共重合された製造物、或いは各種添加剤などの他の物質が混合されたものなどを含む広い概念である。
<Polyamide resin>
As the binder resin, polyamide resin is preferable from the viewpoints of volume resistivity, adhesion to the substrate, and durability. The volume resistivity is good because the resin content is easy to flow during (hot) pressing.
The polyamide resin used in the present invention is a general term for polymers having amide bonds obtained by various reactions, such as the polycondensation of dibasic acids and diamines, the polycondensation of aminocarboxylic acids, or the ring-opening polymerization of lactams, and is a broad concept that includes various modified polyamides, as well as those produced from partially hydrogenated reaction products, those produced by partial copolymerization of other monomers, and those mixed with other substances such as various additives.

本発明に用いられるポリアミド樹脂は上記のような条件が満たされれば特に限定されないが、ダイマー酸を主成分とする二塩基酸とポリアミン類とを縮合重合させて得られるダイマー酸変性ポリアミド樹脂が好ましい。ダイマー酸変性ポリアミド樹脂を製造する際のダイマー酸としては、トール油脂肪酸、大豆油脂肪酸などに含まれる天然の一塩基性不飽和脂肪酸を重合したダイマー酸が工業的に広く用いられる。当該ダイマー酸の市販品としては、ハリダイマー200、300(ハリマ化成社製)、バーサダイム228、216、エンポール1018、1019、1061、1062(コグニス社製)などが挙げられる。さらに、水素添加されたダイマー酸も使用でき、水添ダイマー酸の市販品としてはプリポール1009(クローダジャパン株式会社製)、エンポール1008(コグニス社製)などが挙げられる。 The polyamide resin used in the present invention is not particularly limited as long as the above conditions are satisfied, but dimer acid modified polyamide resin obtained by condensation polymerization of dibasic acid mainly composed of dimer acid and polyamines is preferred. As the dimer acid used in producing dimer acid modified polyamide resin, dimer acid obtained by polymerizing natural monobasic unsaturated fatty acids contained in tall oil fatty acid, soybean oil fatty acid, etc. is widely used industrially. Commercially available products of the dimer acid include Haridimer 200, 300 (manufactured by Harima Chemicals), Versadigm 228, 216, Empol 1018, 1019, 1061, 1062 (manufactured by Cognis), etc. Furthermore, hydrogenated dimer acid can also be used, and commercially available products of hydrogenated dimer acid include Pripol 1009 (manufactured by Croda Japan Co., Ltd.) and Empol 1008 (manufactured by Cognis).

上記ダイマー酸以外に、二塩基酸として各種のジカルボン酸を用いることができる。ジカルボン酸としては、具体的には、シュウ酸、マロン酸、(無水)コハク酸、(無水)マレイン酸、グルタル酸、アジピン酸、ビメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、ナフタレンジカルボン酸、1,3-又は1,4-シクロヘキサンジカルボン酸、1,18-オクタデカンジカルボン酸、1,16-ヘキサデカンジカルボン酸などが用いられる。 In addition to the above dimer acids, various dicarboxylic acids can be used as dibasic acids. Specific examples of dicarboxylic acids include oxalic acid, malonic acid, succinic acid (anhydride), maleic acid (anhydride), glutaric acid, adipic acid, vimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, terephthalic acid, isophthalic acid, phthalic acid, naphthalenedicarboxylic acid, 1,3- or 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid, 1,18-octadecanedicarboxylic acid, and 1,16-hexadecanedicarboxylic acid.

<ポリエステル樹脂>
バインダー樹脂としては、体積抵抗率と基材への密着性の観点からポリエステル樹脂が好ましい。体積抵抗率は、(熱)プレス中の樹脂分が流動しやすいため良好な結果となる。
ポリエステル樹脂は、単量体として多価カルボン酸と多価アルコールより構成される重合体である。ポリエステル樹脂は、公知のものが採用できる。 ポリエステル樹脂を構成する多価カルボン酸成分としては、例えば、芳香族ジカルボン酸、脂肪族ジカルボン酸、不飽和ジカルボン酸、3価以上のカルボン酸等が挙げられ、これらの中から1種または2種以上を選択し使用できる。一方、ポリエステル樹脂を構成する多価アルコール成分としては、脂肪族グリコール、エーテルグリコール類、3価以上のポリアルコール等が挙げることができ、これらの中から1種、又はそれ以上を選び使用できる。ポリエステル樹脂の市販品としてはバイロン(東洋紡株式会社製、「バイロン」は登録商標)、ポリエスター(日本合成化学工業株式会社製、「ポリエスター」は登録商標)、テスラック(日立化成ポリマー株式会社製、「テスラック」は登録商標)などが挙げられる。
<Polyester Resin>
As the binder resin, a polyester resin is preferred from the viewpoints of volume resistivity and adhesion to the substrate, and the volume resistivity is favorable because the resin content is easily fluidized during (hot) pressing.
The polyester resin is a polymer composed of polyvalent carboxylic acid and polyhydric alcohol as monomers. Known polyester resins can be used. Examples of polyvalent carboxylic acid components constituting the polyester resin include aromatic dicarboxylic acids, aliphatic dicarboxylic acids, unsaturated dicarboxylic acids, and trivalent or higher carboxylic acids, and one or more of these can be selected and used. On the other hand, examples of polyhydric alcohol components constituting the polyester resin include aliphatic glycols, ether glycols, and trivalent or higher polyalcohols, and one or more of these can be selected and used. Commercially available polyester resins include Vylon (manufactured by Toyobo Co., Ltd., "Vylon" is a registered trademark), Polyester (manufactured by Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd., "Polyester" is a registered trademark), and Teslac (manufactured by Hitachi Chemical Polymer Co., Ltd., "Teslac" is a registered trademark).

また、水性液状媒体を使用する場合、一般的に水性エマルションとも呼ばれるバインダー樹脂も使用できる。水性エマルションとは、バインダー樹脂が水中で溶解せずに、微粒子の状態で分散されているものである。 When using an aqueous liquid medium, a binder resin, generally known as an aqueous emulsion, can also be used. An aqueous emulsion is one in which the binder resin is not dissolved in water but is dispersed in the form of fine particles.

使用するエマルションは特に限定されないが、(メタ)アクリル系エマルション、ニトリル系エマルション、ウレタン系エマルション、ジエン系エマルション(SBR(スチレンブタジエンゴム)など) 、フッ素系エマルション(PVDF(ポリフッ化ビニリデン)やPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)など)等が挙げられる。 The emulsion used is not particularly limited, but examples include (meth)acrylic emulsions, nitrile emulsions, urethane emulsions, diene emulsions (such as SBR (styrene butadiene rubber)), and fluorine-based emulsions (such as PVDF (polyvinylidene fluoride) and PTFE (polytetrafluoroethylene)).

<熱化学電池電極用導電性組成物>
熱化学電池電極用導電性組成物は、材料(A)と、バインダー樹脂(B)とを含み、材料(A)の全表面がバインダー樹脂(B)で覆われることなく活性点が露出できているため、目的とする酸化還元反応に対して反応活性点が効果的に機能できる。
<Conductive composition for thermochemical battery electrode>
The conductive composition for a thermochemical battery electrode contains a material (A) and a binder resin (B), and the entire surface of the material (A) is not covered with the binder resin (B) so that active sites can be exposed. Therefore, the reactive sites can function effectively in the target oxidation-reduction reaction.

また、熱化学電池電極用導電性組成物は、必要に応じて溶剤、または分散剤を含有する。材料(A)及び溶剤と、バインダー樹脂(B)、分散剤の割合は、特に限定されるものではなく、広い範囲内で適宜選択され得る。熱化学電池電極用導電性組成物の適正粘度は、熱化学電池電極用導電性組成物の塗工方法によるが、一般には、10mPa・s以上、30,000mPa・s以下とするのが好ましい。 The conductive composition for thermochemical battery electrodes may contain a solvent or dispersant as necessary. The ratio of the material (A) and the solvent to the binder resin (B) and the dispersant is not particularly limited and may be appropriately selected within a wide range. The appropriate viscosity of the conductive composition for thermochemical battery electrodes depends on the coating method of the conductive composition for thermochemical battery electrodes, but is generally preferably 10 mPa·s or more and 30,000 mPa·s or less.

<溶剤>
次に、溶剤について説明する。導電性組成物中の材料(A)と、バインダー樹脂(B)を均一に混合する場合、溶剤を適宜用いることが出来る。そのような溶剤としては、有機溶剤や水を挙げることが出来る。
有機溶剤は、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、エチレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエーテル等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等の炭化水素類、ベンゼン、トルエン、キシレン、クメン等の芳香族類、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類などの内から導電性組成物の組成に応じ適当なものが使用できる。また、溶剤は2種以上用いてもよい。
尚、スクリーン印刷などの導電性組成物に一定以上の粘性が要求される印刷塗工方式を採用する場合、有機溶剤の25℃で粘度は、30mPa・s~75000mPa・sが好ましい。上記範囲内であれば、高い導電性と塗工に適した分散性を両立することができる。
例えば、ターピネオール、ジヒドロターピネオール、2,4-ジエチル-1,5-ペンタンジオール、1、3-ブチレングリコール、イソボルニルシクロヘキサノールが挙げられる。ここで示すところの高粘度溶剤は、二種以上用いて良いし、メチルエチルケトン、トルエン、イソプロピルアルコールのような25℃の時の粘度が30mPa・s未満の低粘度溶剤と併用して使用することも可能である。
<Solvent>
Next, the solvent will be described. When the material (A) in the conductive composition and the binder resin (B) are mixed uniformly, a solvent can be appropriately used. Examples of such a solvent include an organic solvent and water.
The organic solvent may be an appropriate one depending on the composition of the conductive composition from among alcohols such as methanol, ethanol, propanol, butanol, ethylene glycol methyl ether, diethylene glycol methyl ether, etc., ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, etc., ethers such as tetrahydrofuran, dioxane, ethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, etc., hydrocarbons such as hexane, heptane, octane, etc., aromatics such as benzene, toluene, xylene, cumene, etc., esters such as ethyl acetate, butyl acetate, etc. Two or more kinds of solvents may be used.
When a printing/coating method such as screen printing is employed that requires the conductive composition to have a certain level of viscosity, the viscosity of the organic solvent at 25° C. is preferably 30 mPa·s to 75,000 mPa·s. Within the above range, both high conductivity and dispersibility suitable for coating can be achieved.
Examples of the high-viscosity solvent include terpineol, dihydroterpineol, 2,4-diethyl-1,5-pentanediol, 1,3-butylene glycol, and isobornylcyclohexanol. Two or more of the high-viscosity solvents mentioned here may be used, and they may also be used in combination with a low-viscosity solvent having a viscosity of less than 30 mPa·s at 25° C., such as methyl ethyl ketone, toluene, and isopropyl alcohol.

次に、その他の成分について説明する。本発明の熱化学電池電極用導電性組成物には、必要に応じて、本発明による効果を妨げない範囲で、紫外線吸収剤、紫外線安定剤、ラジカル補足剤、充填剤、チクソトロピー付与剤、老化防止剤、酸化防止剤、帯電防止剤、難燃剤、熱伝導性改良剤、可塑剤、ダレ防止剤、防汚剤、防腐剤、殺菌剤、消泡剤、レベリング剤、ブロッキング防止剤、増粘剤、顔料分散剤、シランカップリング剤等の各種の添加剤を添加してもよい。 Next, other components will be described. If necessary, various additives such as ultraviolet absorbers, ultraviolet stabilizers, radical scavengers, fillers, thixotropy-imparting agents, antiaging agents, antioxidants, antistatic agents, flame retardants, thermal conductivity improvers, plasticizers, antisagging agents, antifouling agents, preservatives, bactericides, defoamers, leveling agents, antiblocking agents, thickeners, pigment dispersants, and silane coupling agents may be added to the conductive composition for thermochemical battery electrodes of the present invention, within the scope that does not impede the effects of the present invention.

<分散機・混合機>
導電性組成物を得る際に用いることができる装置としては、顔料分散等に通常用いられている分散機、混合機が使用できる。
例えば、ディスパー、ホモミキサー、若しくはプラネタリーミキサー等のミキサー類;エム・テクニック社製「クレアミックス」、若しくはPRIMIX社「フィルミックス」等のホモジナイザー類;ペイントコンディショナー(レッドデビル社製)、ボールミル、サンドミル(シンマルエンタープライゼス社製「ダイノミル」等)、アトライター、パールミル(アイリッヒ社製「DCPミル」等)、若しくはコボールミル等のメディア型分散機;湿式ジェットミル(ジーナス社製「ジーナスPY」、スギノマシン社製「スターバースト」、ナノマイザー社製「ナノマイザー」等)、エム・テクニック社製「クレアSS-5」、若しくは奈良機械社製「MICROS」等のメディアレス分散機;または、その他ロールミル等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
<Dispersing machine/mixing machine>
As an apparatus that can be used when obtaining the conductive composition, a dispersing machine or a mixer that is generally used for dispersing pigments or the like can be used.
For example, mixers such as a Disper, a Homomixer, or a Planetary Mixer; homogenizers such as "Clearmix" manufactured by M Technique Co., Ltd. or "Filmix" manufactured by PRIMIX Co., Ltd.; media-type dispersers such as a paint conditioner (manufactured by Red Devil Co., Ltd.), a ball mill, a sand mill ("Dynomill" manufactured by Shinmaru Enterprises, etc.), an attritor, a pearl mill ("DCP Mill" manufactured by Eirich Co., Ltd., etc.), or a Coball mill; media-less dispersers such as a wet jet mill ("Genus PY" manufactured by Genus Co., Ltd., "Starburst" manufactured by Sugino Machine Ltd., "Nanomizer" manufactured by Nanomizer Co., Ltd., etc.), "Clear SS-5" manufactured by M Technique Co., Ltd., or "MICROS" manufactured by Nara Machine Co., Ltd.; or other roll mills, but are not limited thereto.

例えば、メディア型分散機を使用する場合は、アジテーター及びベッセルが、セラミック製又は樹脂製の分散機を使用する方法や、金属製アジテーター及びベッセル表面をタングステンカーバイド溶射や樹脂コーティング等の処理をした分散機を用いることが好ましい。そして、メディアとしては、ガラスビーズ、または、ジルコニアビーズ、若しくはアルミナビーズ等のセラミックビーズを用いることが好ましい。分散装置は、1種のみを使用しても良いし、複数種の装置を組み合わせて使用しても良い。 For example, when using a media-type disperser, it is preferable to use a disperser in which the agitator and vessel are made of ceramic or resin, or to use a disperser in which the metallic agitator and vessel surface is treated with tungsten carbide spraying or resin coating. As the media, it is preferable to use glass beads, or ceramic beads such as zirconia beads or alumina beads. Only one type of dispersing device may be used, or multiple types of devices may be used in combination.

<電極>
本発明の導電性組成物を用いて電極を製造する場合、導電性組成物を、使用用途に応じて紙、プラスチック等の基材の片面または両面上に、スクリーン印刷、ロータリースクリーン印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、グラビアオフセット印刷、オフセット印刷、凸版印刷、インクジェット、キャスト法等の通常の印刷方式により印刷または自立膜を形成することができる。
<Electrodes>
When an electrode is produced using the conductive composition of the present invention, the conductive composition can be printed or formed into a free-standing film on one or both sides of a substrate such as paper or plastic, depending on the intended use, by a conventional printing method such as screen printing, rotary screen printing, flexographic printing, gravure printing, gravure offset printing, offset printing, letterpress printing, inkjet printing, or casting.

紙基材としては、コート紙、非コート紙、その他、合成紙、ポリエチレンコート紙、含浸紙、耐水加工紙、絶縁加工紙、伸縮加工紙等の各種加工紙が使用できる。また、プラスチック基材としては、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、セロハン、塩化ビニル、塩化ビニリデン、ポリスチレン、ビニルアルコール、エチレン- ビニルアルコール、ナイロン、ポリイミド、ポリカーボネート等のプラスチックからなる基材を使用することができる。また、金属基材としては、アルミニウム箔、銅箔、ニッケル箔又はステンレス箔などの金属箔または合金箔が使用することができる。 As the paper substrate, coated paper, uncoated paper, and various other processed papers such as synthetic paper, polyethylene coated paper, impregnated paper, water-resistant paper, insulating paper, and stretchable paper can be used. As the plastic substrate, substrates made of plastics such as polyester, polyethylene, polypropylene, cellophane, vinyl chloride, vinylidene chloride, polystyrene, vinyl alcohol, ethylene-vinyl alcohol, nylon, polyimide, and polycarbonate can be used. As the metal substrate, metal foils or alloy foils such as aluminum foil, copper foil, nickel foil, and stainless steel foil can be used.

本発明の導電性組成物を用いて製造された電極の体積抵抗率は、5×10-2Ω・cm未満であることが好ましい。体積抵抗率は、5×10-2Ω・cm未満であることで、熱化学電池用電極として好適に利用することができる。なお、体積抵抗率が低いほど、熱化学電池内での内部抵抗を減らすことができるため好ましい。 The volume resistivity of an electrode manufactured using the conductive composition of the present invention is preferably less than 5×10 −2 Ω·cm. When the volume resistivity is less than 5×10 −2 Ω·cm, the electrode can be suitably used as an electrode for a thermochemical battery. Note that a lower volume resistivity is preferable because it can reduce the internal resistance in the thermochemical battery.

以下に、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、以下の実施例は本発明の権利範囲を何ら制限するものではない。尚、製造例、実施例および比較例における「部」は「質量部」、「%」は「質量%」を表し、Mwは重量平均分子量、Tgはガラス転移温度を意味する。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the following examples are not intended to limit the scope of the invention. In the production examples, examples, and comparative examples, "parts" means "parts by mass," "%" means "% by mass," Mw means weight average molecular weight, and Tg means glass transition temperature.

実施例を説明する前に実施例で使用する材料(A)およびバインダー樹脂(B)の製造法について記載する。 Before explaining the examples, we will describe the manufacturing methods of the material (A) and binder resin (B) used in the examples.

材料(A)は、以下の測定機器を使用し、表1 に示す元素モル比(N1型窒素原子量の割合とN2型窒素原子量の割合) 、表面末端窒素割合、BET比表面積、X線回折角のピーク位置とピーク半値幅を求めた。また、炭素六角網面を構成する炭素原子と、炭素六角網面の炭素原子から置換された窒素原子の存在を確認した。
・表面末端窒素: X線分光分析(XPS) (島津/KRATOS社製AXIS-HS)
・BET比表面積の測定: 窒素吸着量測定(マイクロトラック・ベル社製BELSORP-mini)
・X線回折:全自動水平型多目的X線回折装置(リガク社製Smartlab)
・RC、RN、RM: C H N 元素分析(パーキンエルマー社製2400型CHN元素分析装置)、ICP発光分光分析(SPECTRO社製SPECTROARCOSFHS12)
The following measuring instruments were used to determine the element molar ratio (ratio of N1 type nitrogen atom amount to N2 type nitrogen atom amount), surface terminal nitrogen ratio, BET specific surface area, and X-ray diffraction angle peak position and peak half width shown in Table 1 for material (A). In addition, the presence of carbon atoms constituting the carbon hexagonal mesh plane and nitrogen atoms substituted for carbon atoms on the carbon hexagonal mesh plane was confirmed.
Surface terminal nitrogen: X-ray spectroscopic analysis (XPS) (Shimadzu/KRATOS AXIS-HS)
Measurement of BET specific surface area: Nitrogen adsorption measurement (Microtrack BELSORP-mini)
X-ray diffraction: fully automatic horizontal multipurpose X-ray diffraction device (Rigaku Corporation, Smartlab)
R C , R N , R M : C H N elemental analysis (PerkinElmer 2400 type CHN elemental analysis device), ICP emission spectrometry (SPECTRO ARCO S FHS12 manufactured by SPECTRO)

なお、バインダー樹脂(B)の評価は下記の通りに行った。
<重量平均分子量(Mw)の測定方法>
Mwの測定は東ソー株式会社製GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)「HPC-8020」を用いた。測定は、溶離液にテトラヒドロフラン(THF)、カラムに「LF-604」(昭和電工株式会社製:迅速分析用GPCカラム:6mmID×150mmサイズ)を直列に2本接続して用い、流量0.6ml/分、カラム温度40℃の条件で行い、重量平均分子量(Mw)の決定は、分子量既知のポリスチレン換算で行った。
The binder resin (B) was evaluated as follows.
<Method for measuring weight average molecular weight (Mw)>
The Mw was measured using a GPC (gel permeation chromatography) "HPC-8020" manufactured by Tosoh Corporation. The measurement was performed using tetrahydrofuran (THF) as the eluent and two "LF-604" columns (manufactured by Showa Denko K.K.: GPC column for rapid analysis: 6 mm ID x 150 mm size) connected in series, under conditions of a flow rate of 0.6 ml/min and a column temperature of 40°C, and the weight average molecular weight (Mw) was determined in terms of polystyrene with a known molecular weight.

<酸価の測定>
共栓三角フラスコ中に試料約1gを精密に量り採り、トルエン/エタノール(容量比:トルエン/エタノール=2/1)混合液100mlを加えて溶解する。これに、フェノールフタレイン試液を指示薬として加え、30秒間保持した。その後、溶液が淡紅色を呈するまで0.1Nアルコール性水酸化カリウム溶液で滴定した。酸価は次式により求めた(単位:mgKOH/g)。酸価(mgKOH/g)=(5.611×a×F)/S
ただし、
S:試料の採取量(g)
a:0.1Nアルコール性水酸化カリウム溶液の消費量(ml)
F:0.1Nアルコール性水酸化カリウム溶液の力価
<Measurement of Acid Value>
Approximately 1 g of sample was precisely weighed and placed in a stoppered Erlenmeyer flask, and 100 ml of a toluene/ethanol (volume ratio: toluene/ethanol = 2/1) mixture was added and dissolved. Phenolphthalein test solution was added as an indicator and the mixture was held for 30 seconds. After that, the solution was titrated with 0.1N alcoholic potassium hydroxide solution until it turned a light pink color. The acid value was calculated using the following formula (unit: mgKOH/g). Acid value (mgKOH/g) = (5.611 x a x F)/S
however,
S: Amount of sample collected (g)
a: Amount of 0.1N alcoholic potassium hydroxide solution consumed (ml)
F: Potency of 0.1N alcoholic potassium hydroxide solution

<水酸基価の測定>
共栓三角フラスコ中に試料約1gを精密に量り採り、トルエン/エタノール(容量比:トルエン/エタノール=2/1)混合液100mlを加えて溶解した。更にアセチル化剤(無水酢酸25gをピリジンで溶解し、容量100mlとした溶液)を正確に5ml加え、約1時間攪拌した。これに、フェノールフタレイン試液を指示薬として加え、30秒間持続した。その後、溶液が淡紅色を呈するまで0.1Nアルコール性水酸化カリウム溶液で滴定した。
水酸基価は次式により求めた(単位:mgKOH/g)。
水酸基価(mgKOH/g)=[{(b-a)×F×28.05}/S]+D
ただし、
S:試料の採取量(g)
a:0.1Nアルコール性水酸化カリウム溶液の消費量(ml)
b:空実験の0.1Nアルコール性水酸化カリウム溶液の消費量(ml)
F:0.1Nアルコール性水酸化カリウム溶液の力価
D:酸価(mgKOH/g)
<Measurement of Hydroxyl Value>
Approximately 1 g of sample was precisely weighed and placed in a stoppered Erlenmeyer flask, and 100 ml of a toluene/ethanol (volume ratio: toluene/ethanol = 2/1) mixture was added and dissolved. Exactly 5 ml of an acetylating agent (a solution of 25 g of acetic anhydride dissolved in pyridine to a volume of 100 ml) was then added and stirred for approximately 1 hour. Phenolphthalein test solution was added as an indicator and allowed to stand for 30 seconds. The solution was then titrated with 0.1 N alcoholic potassium hydroxide solution until it turned a light pink color.
The hydroxyl value was calculated according to the following formula (unit: mgKOH/g).
Hydroxyl value (mgKOH/g) = [{(b-a) x F x 28.05}/S] + D
however,
S: Amount of sample collected (g)
a: Amount of 0.1N alcoholic potassium hydroxide solution consumed (ml)
b: Amount of 0.1N alcoholic potassium hydroxide solution consumed in the blank experiment (ml)
F: Potency of 0.1N alcoholic potassium hydroxide solution D: Acid value (mgKOH/g)

<ガラス転移温度の測定方法>
メトラー・トレド(株)製「DSC-1」を使用し、-80~150℃まで2℃/分で昇温して測定した。
<Method of measuring glass transition temperature>
The measurement was carried out using a "DSC-1" manufactured by Mettler Toledo Co., Ltd., raising the temperature from -80 to 150°C at a rate of 2°C/min.

< 縮合多環六角網面を有する材料(A)の製造>
[製造例1]
グラフェンナノプレートレットxGnP-C-750(XGsciences社製)と鉄フタロシアニンP-26(山陽色素社製)を、質量比1/0.5(グラフェンナノプレートレット/鉄フタロシアニン)となるようにそれぞれ秤量し、乾式混合を行い、混合物を得た。上記混合物を、アルミナ製るつぼに充填し、電気炉にて窒素雰囲気下、800℃で2時間熱処理を行い、材料(A-1)を得た。
<Production of Material (A) Having Condensed Polycyclic Hexagonal Network Plane>
[Production Example 1]
Graphene nanoplatelets xGnP-C-750 (manufactured by XGsciences) and iron phthalocyanine P-26 (manufactured by Sanyo Pigment Co., Ltd.) were weighed out to a mass ratio of 1/0.5 (graphene nanoplatelets/iron phthalocyanine) and dry-mixed to obtain a mixture. The mixture was filled into an alumina crucible and heat-treated in an electric furnace under a nitrogen atmosphere at 800°C for 2 hours to obtain material (A-1).

[製造例2]
ケッチェンブラックEC-600JD(ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ社製)とコバルトフタロシアニン( 東京化成社製) を、質量比1/0.5(ケッチェンブラック/コバルトフタロシアニン)となるようにそれぞれ秤量し、乾式混合を行い、混合物を得た。上記混合物を、アルミナ製るつぼに充填し、電気炉にて窒素雰囲気下、700℃で2時間熱処理を行い、材料(A-2)を得た。
[Production Example 2]
Ketjen Black EC-600JD (manufactured by Lion Specialty Chemicals) and cobalt phthalocyanine (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) were weighed out to a mass ratio of 1/0.5 (Ketjen Black/Cobalt phthalocyanine) and dry mixed to obtain a mixture. The mixture was filled into an alumina crucible and heat-treated in an electric furnace under a nitrogen atmosphere at 700°C for 2 hours to obtain material (A-2).

[製造例3]
カーボンナノチューブVGCF-H(昭和電工社製)と鉄フタロシアニン(山陽色素社製) を、質量比1/0.5(カーボンナノチューブ/ 鉄フタロシアニン)となるようにそれぞれ秤量し、乾式混合を行い、混合物を得た。上記混合物を、アルミナ製るつぼに充填し、電気炉にて窒素雰囲気下、800℃ で2時間熱処理を行い、材料(A-3)を得た。を得た。
[Production Example 3]
Carbon nanotubes VGCF-H (manufactured by Showa Denko K.K.) and iron phthalocyanine (manufactured by Sanyo Pigment Co., Ltd.) were weighed out to a mass ratio of 1/0.5 (carbon nanotubes/iron phthalocyanine) and dry-mixed to obtain a mixture. The mixture was filled into an alumina crucible and heat-treated in an electric furnace under a nitrogen atmosphere at 800°C for 2 hours to obtain material (A-3).

[製造例4]
クノーベルMJ(4)150(東洋炭素社製)と鉄フタロシアニン(山陽色素社製)を
、質量比1/0.5(クノーベル/鉄フタロシアニン)となるようにそれぞれ秤量し、乾式混合を行い、混合物を得た。上記混合物を、アルミナ製るつぼに充填し、電気炉にて窒素雰囲気下、800℃ で2時間熱処理を行い、材料(A-4)を得た。
[Production Example 4]
Knobel MJ(4)150 (manufactured by Toyo Tanso Co., Ltd.) and iron phthalocyanine (manufactured by Sanyo Pigment Co., Ltd.) were weighed out to a mass ratio of 1/0.5 (Knobel/iron phthalocyanine) and dry-mixed to obtain a mixture. The mixture was filled into an alumina crucible and heat-treated in an electric furnace under a nitrogen atmosphere at 800°C for 2 hours to obtain material (A-4).

[製造例5]
フェノール樹脂(群栄化学社製 PSM―4326)と鉄フタロシアニンP-26(山陽色素社製)を質量比3.3:1で秤量し、アセトン中で湿式混合した。上記混合物を減圧留去した後、乳鉢で粉砕し、前駆体とした。上記前駆体粉末をアルミナ製るつぼに充填し、電気炉にて窒素雰囲気下、600℃ で2時間熱処理を行い、炭素焼結体(1)を得た。上記炭素焼結体(1)を濃塩酸中でリスラリーし、静置させ、炭素焼結体(1) 沈殿後、上澄み液を除去した。上記操作を上澄みの着色がなくなるまで、繰り返し行い、ろ過、水洗、乾燥した後、乳鉢で粉砕し、アルミナ製るつぼに充填、電気炉にてアンモニア雰囲気下、800℃ で1時間熱処理し、炭素焼結体(2)を得た。上記炭素焼結体(2)を濃塩酸中でリスラリーし、静置させ、炭素焼結体沈殿後、上澄み液を除去した。上記操作を上澄みの着色がなくなるまで、繰り返し行った後、ろ過、水洗、乾燥し、乳鉢で粉砕し、材料(A-5)を得た。
[Production Example 5]
Phenol resin (PSM-4326, manufactured by Gun-ei Chemical Industry Co., Ltd.) and iron phthalocyanine P-26 (manufactured by Sanyo Pigment Co., Ltd.) were weighed in a mass ratio of 3.3:1 and wet-mixed in acetone. The mixture was distilled under reduced pressure, then pulverized in a mortar to obtain a precursor. The precursor powder was filled into an alumina crucible and heat-treated in an electric furnace under a nitrogen atmosphere at 600 ° C. for 2 hours to obtain a carbon sintered body (1). The carbon sintered body (1) was reslurried in concentrated hydrochloric acid, allowed to stand, and after the carbon sintered body (1) had precipitated, the supernatant was removed. The above operation was repeated until the color of the supernatant disappeared, and the mixture was filtered, washed with water, and dried, and then pulverized in a mortar, filled into an alumina crucible, and heat-treated in an electric furnace under an ammonia atmosphere at 800 ° C. for 1 hour to obtain a carbon sintered body (2). The carbon sintered body (2) was reslurried in concentrated hydrochloric acid, allowed to stand, and after the carbon sintered body had precipitated, the supernatant was removed. The above procedure was repeated until the color of the supernatant disappeared, and then the mixture was filtered, washed with water, dried, and pulverized in a mortar to obtain material (A-5).

[製造例6]
ポリビニルピリジン(PVP、アルドリッチ社製) をジメチルホルムアミドに溶解させ、PVPに対して質量比2:1の塩化鉄六水和物を加え、室温で24時間攪拌し、ポリビニルピリジン鉄錯体を得た。上記ポリビニルピリジン鉄錯体を、アルミナ製るつぼに充填し、電気炉にて窒素雰囲気下、800℃で2時間熱処理を行い、得られた炭化物を乳鉢にて粉砕し材料(A-6)を得た。
[Production Example 6]
Polyvinylpyridine (PVP, manufactured by Aldrich) was dissolved in dimethylformamide, and iron chloride hexahydrate was added in a mass ratio of 2:1 to the PVP, followed by stirring at room temperature for 24 hours to obtain a polyvinylpyridine-iron complex. The polyvinylpyridine-iron complex was filled into an alumina crucible and heat-treated in an electric furnace under a nitrogen atmosphere at 800°C for 2 hours, and the resulting carbide was pulverized in a mortar to obtain material (A-6).

[製造例7]
ポリビニルピリジン(PVP、アルドリッチ社製)をジメチルホルムアミドに溶解させ、PVPに対して質量比2:1の塩化鉄六水和物を加え、室温で24時間攪拌し、ポリビニルピリジン鉄錯体を得た。上記ポリビニルピリジンとケッチェンブラック(ライオン社製EC-600JD)を、質量比1:1で秤量し、乳鉢にて乾式混合を行い前駆体とした。上記前駆体粉末を、アルミナ製るつぼに充填し、電気炉にて窒素雰囲気下、800℃で2時間熱処理を行い、得られた炭化物を乳鉢にて粉砕し材料(A-7)を得た。
[Production Example 7]
Polyvinylpyridine (PVP, manufactured by Aldrich) was dissolved in dimethylformamide, and iron chloride hexahydrate was added in a mass ratio of 2:1 to PVP, and the mixture was stirred at room temperature for 24 hours to obtain a polyvinylpyridine-iron complex. The polyvinylpyridine and Ketjen Black (EC-600JD manufactured by Lion Corporation) were weighed in a mass ratio of 1:1 and dry-mixed in a mortar to obtain a precursor. The precursor powder was filled into an alumina crucible and heat-treated in an electric furnace under a nitrogen atmosphere at 800°C for 2 hours, and the obtained carbide was pulverized in a mortar to obtain material (A-7).

[製造例8]
グラフェンナノプレートレットxGnP-C-750(XGsciences社製)を、アルミナ製るつぼに充填し、電気炉にてアンモニア窒素雰囲気下、1000℃で2時間熱処理を行い、材料(A-8)を得た。
[Production Example 8]
Graphene nanoplatelets xGnP-C-750 (manufactured by XGsciences) were filled into an alumina crucible and heat-treated in an electric furnace under an ammonia nitrogen atmosphere at 1000° C. for 2 hours to obtain material (A-8).

[製造例9]
ガラス瓶にイオン交換水90部と、塩化鉄(II)四水和物0.2部、銅フタロシアニン誘導体SOLSPERSE12000(日本ルーブリゾール社製)3.2部を秤量し均一な水溶液を作製後、グラフェンナノプレートレットxGnP-C-750(XGsciences社製)6.6部を加え、更にメディアとしてジルコニアビーズを添加した後に、ペイントシェーカー(ミツワテック社製:スキャンデックスSK450)で分散し、前駆体混合ペーストを得た。この前駆体混合ペーストをロータリーエバポレータにて減圧留去し、得られた固形分を乳鉢で細かく粉砕し、均一な前駆体粉末を得た。得られた前駆体粉末を、アルミナ製るつぼに充填し、電気炉にて窒素雰囲気下、800℃で2時間熱処理を行い、材料(A-9)を得た。
[Production Example 9]
90 parts of ion-exchanged water, 0.2 parts of iron (II) chloride tetrahydrate, and 3.2 parts of copper phthalocyanine derivative SOLSPERSE12000 (manufactured by Lubrizol Japan) were weighed into a glass bottle to prepare a uniform aqueous solution, and then 6.6 parts of graphene nanoplatelets xGnP-C-750 (manufactured by XGsciences) were added, and zirconia beads were further added as media, and then dispersed with a paint shaker (Mitsuwa Tech Co., Ltd.: Scandex SK450) to obtain a precursor mixture paste. This precursor mixture paste was distilled under reduced pressure with a rotary evaporator, and the obtained solid was finely ground in a mortar to obtain a uniform precursor powder. The obtained precursor powder was filled into an alumina crucible and heat-treated in an electric furnace under a nitrogen atmosphere at 800 ° C. for 2 hours to obtain a material (A-9).

製造例1~9で得られた材料(A)の物性値を表1に示す。 The physical properties of the material (A) obtained in Production Examples 1 to 9 are shown in Table 1.

Figure 0007540186000002
Figure 0007540186000002

<バインダー樹脂(B)の製造>
[製造例10]
攪拌機、温度計、還流冷却器、滴下装置、窒素導入管を備えた反応容器に、テレフタル酸とアジピン酸と3-メチル-1,5-ペンタンジオールとから得られるポリエステルポリオール((株)クラレ製「クラレポリオールP-2011」、Mn=2011)455.5部、ジメチロールブタン酸16.5部、イソホロンジイソシアネート105.2部、トルエン140部を仕込み、窒素雰囲気下90℃3時間反応させ、これにトルエン360部を加えてイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー溶液を得た。次に、イソホロンジアミン19.9部、ジ-n-ブチルアミン0.63部、2-プロパノール294.5部、トルエン335.5部を混合したものに、得られたイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー溶液969.5部を添加し、50℃で3時間続いて70℃2時間反応させ、トルエン126部、2-プロパノール54部で希釈後、取り出し、真空乾燥することで、Mw=61,000、酸価=10mgKOH/g、ウレタンプレポリマーの両末端に有する遊離のイソシアネート基に対してポリアミノ化合物および反応停止剤中のアミノ基の合計当量は0.98である、ポリウレタン樹脂のバインダー樹脂(B-1)を得た。
<Production of binder resin (B)>
[Production Example 10]
A reaction vessel equipped with a stirrer, a thermometer, a reflux condenser, a dropping device, and a nitrogen inlet tube was charged with 455.5 parts of a polyester polyol obtained from terephthalic acid, adipic acid, and 3-methyl-1,5-pentanediol ("Kuraray Polyol P-2011", Mn=2011, manufactured by Kuraray Co., Ltd.), 16.5 parts of dimethylolbutanoic acid, 105.2 parts of isophorone diisocyanate, and 140 parts of toluene, and reacted at 90°C for 3 hours under a nitrogen atmosphere, and 360 parts of toluene was added to this to obtain a urethane prepolymer solution having an isocyanate group. Next, 969.5 parts of the obtained urethane prepolymer solution having isocyanate groups was added to a mixture of 19.9 parts of isophorone diamine, 0.63 parts of di-n-butylamine, 294.5 parts of 2-propanol, and 335.5 parts of toluene, and the mixture was reacted at 50° C. for 3 hours and then at 70° C. for 2 hours. The mixture was diluted with 126 parts of toluene and 54 parts of 2-propanol, removed, and dried in a vacuum to obtain a polyurethane resin binder resin (B-1) having Mw=61,000, acid value=10 mgKOH/g, and a total equivalent of the amino groups in the polyamino compound and the reaction stopper relative to the free isocyanate groups at both ends of the urethane prepolymer of 0.98.

[製造例11]
撹拌機、還流冷却管、窒素導入管、導入管、温度計を備えた4口フラスコに、多塩基酸化合物としてプリポール1009を156.2g、5-ヒドロキシイソフタル酸を5.5g、ポリアミン化合物としてプリアミン1074を146.4g、イオン交換水を100g仕込み、発熱の温度が一定になるまで撹拌した。温度が安定したら110℃まで昇温し、水の流出を確認してから、30分後に温度を120℃に昇温し、その後、30分ごとに10℃ずつ昇温しながら脱水反応を続けた。温度が230℃になったら、そのままの温度で3時間反応を続け、約2kPaの真空下で、1時間保持し、温度を低下させた。最後に、酸化防止剤を添加し、重量平均分子量24000、酸価13.2KOHmg/g、水酸基価5.5KOHmg/g、ガラス転移温度―32℃のポリアミド樹脂のバインダー樹脂(B-2)を得た。
[Production Example 11]
In a four-neck flask equipped with a stirrer, reflux condenser, nitrogen inlet tube, inlet tube, and thermometer, 156.2 g of Pripol 1009 as a polybasic acid compound, 5.5 g of 5-hydroxyisophthalic acid, 146.4 g of Priamine 1074 as a polyamine compound, and 100 g of ion-exchanged water were charged and stirred until the temperature of the heat generation became constant. When the temperature was stabilized, the temperature was raised to 110°C, and after confirming the outflow of water, the temperature was raised to 120°C after 30 minutes, and then the dehydration reaction was continued while raising the temperature by 10°C every 30 minutes. When the temperature reached 230°C, the reaction was continued at that temperature for 3 hours, and the temperature was lowered for 1 hour under a vacuum of about 2 kPa. Finally, an antioxidant was added to obtain a polyamide resin binder resin (B-2) having a weight average molecular weight of 24,000, an acid value of 13.2 KOHmg/g, a hydroxyl value of 5.5 KOHmg/g, and a glass transition temperature of -32°C.

<熱化学電池電極用導電性組成物の作製>
[実施例1]
材料(A-1)9.6部、水性液状媒体として水49.2部、更に増粘剤としてカルボキシメチルセルロース(CMC)水溶液40部(固形分2%)をミキサーに入れて混合し、更にサンドミルに入れて分散した。その後、バインダー樹脂としてエマルション型アクリル樹脂分散溶液(トーヨーケム社製:W―168)4部(固形分50%)を加えミキサーで混合し、熱化学電池電極用導電性組成物(1)を得た。
得られた熱化学電池電極用導電性組成物(1)をテフロン(登録商標)容器に注ぎ入れ、80℃1時間乾燥し、その後100℃3時間で乾燥させ、導電膜を得た。この際、硬化後の膜厚が60μmになるように導電性組成物の量を調整した。得られた導電膜をφ16mmの円板状に打ち抜き電極とした。
<Preparation of Conductive Composition for Thermochemical Battery Electrode>
[Example 1]
9.6 parts of material (A-1), 49.2 parts of water as an aqueous liquid medium, and 40 parts of an aqueous solution of carboxymethylcellulose (CMC) as a thickener (solid content 2%) were mixed in a mixer, and further dispersed in a sand mill. After that, 4 parts (solid content 50%) of an emulsion-type acrylic resin dispersion solution (manufactured by Toyochem Co., Ltd.: W-168) was added as a binder resin and mixed in a mixer to obtain a conductive composition (1) for a thermochemical battery electrode.
The obtained conductive composition for thermochemical battery electrodes (1) was poured into a Teflon (registered trademark) container, dried at 80°C for 1 hour, and then dried at 100°C for 3 hours to obtain a conductive film. At this time, the amount of the conductive composition was adjusted so that the film thickness after curing was 60 μm. The obtained conductive film was punched into a disk shape of φ16 mm to obtain an electrode.

<コイン型電池の組み立て>
アルゴン雰囲気で満たされたグローブボックス中でSUS316製のケースを用い、上記で得られた電極2枚の間にポリプロピレン製のセパレータを介し、さらに電解液として、0.5M K3[Fe(CN)6]/ K4[Fe(CN)6]・3H2Oの水溶液を注入してCR2032型のコイン型電池を作製した。
<Assembling the coin cell battery>
A CR2032 coin-type battery was prepared in a glove box filled with an argon atmosphere using a SUS316 case, with a polypropylene separator between two of the electrodes obtained above, and an aqueous solution of 0.5M K3 [Fe(CN) 6 ]/ K4 [Fe(CN) 6 ] .3H2O was injected as an electrolyte.

[実施例2~9]
材料(A)、バインダー樹脂、をそれぞれ表2に記載した種類、量に変更した以外は、実施例1と同様の方法で電極およびコイン型電池を得た。
[Examples 2 to 9]
An electrode and a coin-type battery were obtained in the same manner as in Example 1, except that the material (A) and the binder resin were changed to the types and amounts shown in Table 2.

[実施例10]
材料(A-1)12部、バインダー樹脂(B-1)2.9部、溶剤としてN-メチルピロリドンを29.5部、をミキサーに入れて混合し、更にサンドミルに入れて分散を行い、熱化学電池電極用導電性組成物(10)を得た。得られた熱化学電池電極用導電性組成物(10)に対し、実施例1と同様にして、電極、コイン型電池の作製を行った。
[Example 10]
12 parts of the material (A-1), 2.9 parts of the binder resin (B-1), and 29.5 parts of N-methylpyrrolidone as a solvent were mixed in a mixer and further dispersed in a sand mill to obtain a conductive composition for thermochemical battery electrodes (10). An electrode and a coin-type battery were produced from the obtained conductive composition for thermochemical battery electrodes (10) in the same manner as in Example 1.

[実施例11~18]
材料(A)、バインダー樹脂、をそれぞれ表2に記載した種類、量に変更した以外は、実施例10と同様の方法で電極およびコイン型電池を得た。
[Examples 11 to 18]
An electrode and a coin-type battery were obtained in the same manner as in Example 10, except that the types and amounts of the material (A) and the binder resin were changed to those shown in Table 2.

<比較例1>
PEDOT/PSS溶液 オルガコンS315(日本アグファケミカルズ社製)をテフロン(登録商標)容器に注ぎ入れ、80℃1時間乾燥し、更に150℃3時間で乾燥させ、導電膜を得た。この際、乾燥後の膜厚が60μmになるように導電性組成物の量を調整した。得られた導電膜をφ16mmの円板状に打ち抜き電極とした。更に、実施例1同様にして、コイン型電池を作製した。
<Comparative Example 1>
PEDOT/PSS solution Orgacon S315 (Agfa Chemicals Japan) was poured into a Teflon (registered trademark) container, dried at 80°C for 1 hour, and then dried at 150°C for 3 hours to obtain a conductive film. At this time, the amount of conductive composition was adjusted so that the film thickness after drying was 60 μm. The obtained conductive film was punched into a disk shape of φ16 mm to form an electrode. Furthermore, a coin-type battery was produced in the same manner as in Example 1.

以上の方法により、得られた電極、コイン型電池において以下の方法で評価した。結果を表2に示す。 The electrodes and coin-type batteries obtained using the above method were evaluated using the following methods. The results are shown in Table 2.

<電極の体積抵抗率>
電極の体積抵抗率は、ロレスタGP(三菱化学アナリテック社製)を用いて4端子法で測定(JIS-K7194)して判定した。評価結果を表1に示す。
◎◎:「体積抵抗率が3.5×10-3Ω・cm未満(非常に極めて良好)」
◎〇:「体積抵抗率が3.5×10-3Ω・cm以上、4×10-3Ω・cm未満(非常に極めて良好)」
◎:「体積抵抗率が4×10-3Ωcm以上、5×10-3Ω・cm未満(極めて良好)」
○:「体積抵抗率が5×10-3Ω・cm以上、1×10-2Ω・cm未満(良好)」
○△:「体積抵抗率が1×10-2Ω・cm以上、5×10-2Ω・cm未満(使用範囲内)」
△:「体積抵抗率が5×10-2Ω・cm以上、1×10-1Ω・cm未満(不良)」
×:「体積抵抗率が1×10-1Ω・cm以上(極めて不良)」
<Volume resistivity of electrode>
The volume resistivity of the electrode was determined by measuring it by the four-terminal method (JIS-K7194) using Loresta GP (manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd.) The evaluation results are shown in Table 1.
◎◎: "Volume resistivity is less than 3.5×10 -3 Ω·cm (very excellent)"
◎〇: "Volume resistivity is 3.5×10 -3 Ω·cm or more and less than 4×10 -3 Ω·cm (very excellent)"
◎: "Volume resistivity is 4×10 −3 Ωcm or more and less than 5×10 −3 Ωcm (very good)"
○: "Volume resistivity is 5×10 −3 Ω·cm or more and less than 1×10 −2 Ω·cm (good)"
○△: "Volume resistivity is 1×10 -2 Ω·cm or more and less than 5×10 -2 Ω·cm (within the usable range)"
△: "Volume resistivity is 5×10 −2 Ω·cm or more and less than 1×10 −1 Ω·cm (poor)"
×: "Volume resistivity is 1×10 −1 Ω·cm or more (very poor)"

<電極の耐久性>
耐湿熱試験前の体積抵抗率に対する耐湿熱試験後の体積抵抗率の上昇率(変化率)で評価した。以下に評価方法を示す。作製した電極を小型環境試験器(エスペック株式会社:型番SH-661)に投入し、温度60℃、相対湿度90%で5000時間保管して耐湿熱試験を行った後、上記と同様に体積抵抗率の測定を行った。
◎:体積抵抗率の上昇率が10%未満(極めて良好)
〇:体積抵抗率の上昇率が10%以上20%未満(良好)
△:体積抵抗率の上昇率が20%以上30%未満(使用範囲内)
×:体積抵抗率の上昇率が30%以上(極めて不良)
<Electrode durability>
The resistance to moisture and heat was evaluated based on the rate of increase (rate of change) in the volume resistivity after the moisture and heat resistance test relative to the volume resistivity before the test. The evaluation method is as follows. The prepared electrode was placed in a small environmental tester (Espec Corporation: Model SH-661) and stored at a temperature of 60° C. and a relative humidity of 90% for 5000 hours to perform the moisture and heat resistance test, and then the volume resistivity was measured in the same manner as above.
◎: The increase in volume resistivity is less than 10% (very good)
◯: The increase in volume resistivity is 10% or more and less than 20% (good)
△: The increase in volume resistivity is 20% or more and less than 30% (within the range of use)
×: The increase in volume resistivity is 30% or more (very poor)

<電池評価>
上記コイン型電池を用いて、電池の出力測定を実施した。25℃の屋内で、65℃に加熱したホットプレート上にコイン型電池を置き、コイン型電池の上下で40℃の温度差をつけた。次に、陽極側、陰極側にソースメータをつなぐことで電圧値、電流値を測定し、出力を求めた。
◎◎:電池出力が15μW以上(極めて良好)
◎:電池出力が10μW以上15μW未満(良好)
〇:電池出力が5μW以上10μW未満(使用範囲内)
△:電池出力が5μW未満(不良)
<Battery evaluation>
The output of the coin battery was measured using the coin battery. The coin battery was placed on a hot plate heated to 65°C indoors at 25°C, creating a temperature difference of 40°C above and below the coin battery. Next, a source meter was connected to the anode and cathode sides to measure the voltage and current values, and the output was calculated.
◎◎: Battery output is 15μW or more (very good)
◎: Battery output is 10 μW or more and less than 15 μW (good)
〇: Battery output is between 5μW and 10μW (within the operating range)
△: Battery output is less than 5 μW (defective)

Figure 0007540186000003
Figure 0007540186000003

実施例で使用した材料を下記に示す。
<バインダー樹脂(B)>
・B-1:ポリウレタン樹脂(製造例10で得られたポリウレタン樹脂)
・B-2:ポリアミド樹脂(製造例11で得られたポリアミド樹脂)
・B-3:ポリエステル樹脂 バイロンGK130(東洋紡社製)
・B-4:(メタ)アクリル樹脂 NeoCryl B-728(楠本化成社製)
・B-5:ポリアクリロニトリル樹脂 製品No.181315(Sigma―Ald
rich社製)
The materials used in the examples are shown below.
<Binder Resin (B)>
B-1: Polyurethane resin (polyurethane resin obtained in Production Example 10)
B-2: Polyamide resin (polyamide resin obtained in Production Example 11)
B-3: Polyester resin Vylon GK130 (manufactured by Toyobo Co., Ltd.)
B-4: (meth)acrylic resin NeoCryl B-728 (manufactured by Kusumoto Chemicals Co., Ltd.)
B-5: Polyacrylonitrile resin Product No. 181315 (Sigma-Ald
Rich Co., Ltd.)

実施例1~18では、電極の抵抗値が低いため、熱化学電池としての高い出力を確認できた。一方で、比較例1では、抵抗値が高いため、熱化学電池としての出力が低くなった。また、実施例1~18は電極の耐久性が優れているが、比較例1は、耐久性が低く、熱化学電池用電極としての実用性に乏しいことが明らかとなった。



In Examples 1 to 18, the resistance value of the electrodes was low, and therefore high output as a thermochemical battery was confirmed. On the other hand, in Comparative Example 1, the resistance value was high, and therefore output as a thermochemical battery was low. In addition, while the durability of the electrodes was excellent in Examples 1 to 18, it was revealed that the durability of Comparative Example 1 was low, and therefore poor practicality as an electrode for a thermochemical battery was poor.



Claims (9)

縮合多環六角網面を有する材料(A)とバインダー樹脂(B)を含んでなる熱化学電池電極用導電性組成物であって、縮合多環六角網面の構成元素として炭素元素およびヘテロ元素を含んでなり、構成元素の主成分が炭素元素であり、ヘテロ元素として窒素元素を含んでなる熱化学電池電極用導電性組成物。 The conductive composition for a thermochemical battery electrode comprises a material (A) having a condensed polycyclic hexagonal network surface and a binder resin (B), the conductive composition for a thermochemical battery electrode comprising a carbon element and a hetero element as constituent elements of the condensed polycyclic hexagonal network surface, the main component of the constituent elements being carbon element, and the hetero element being nitrogen element . X線光電子分光法(XPS)によって測定された、縮合多環六角網面を有する材料(A)表面の全原子に対する窒素原子のモル比をNとし、縮合多環六角網面を有する材料(A)表面の全窒素原子量に対する、N1型窒素原子量の割合とN2型窒素原子量の割合をそれぞれ、N1、N2としたとき、式:N×(N1+N2)で求められる表面末端窒素原子の割合が0.5~25%である請求項記載の熱化学電池電極用導電性組成物。 The conductive composition for thermochemical battery electrodes according to claim 1, wherein the molar ratio of nitrogen atoms to all atoms on the surface of the material (A) having a condensed polycyclic hexagonal mesh surface measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is N, and the proportion of N1 type nitrogen atoms and the proportion of N2 type nitrogen atoms to the total amount of nitrogen atoms on the surface of the material (A) having a condensed polycyclic hexagonal mesh surface are N1 and N2 , respectively, and the proportion of surface terminal nitrogen atoms calculated by the formula N x ( N1 + N2 ) is 0.5 to 25%. さらに、構成元素として卑金属元素を含んでなる、請求項1または2記載の熱化学電池電極用導電性組成物。 3. The conductive composition for a thermochemical battery electrode according to claim 1, further comprising a base metal element as a constituent element. 卑金属元素が、Coおよび/またはFeを含んでなる請求項記載の熱化学電池電極用導電性組成物。 4. The conductive composition for a thermochemical battery electrode according to claim 3 , wherein the base metal element comprises Co and/or Fe. 全構成原子に対する、炭素原子のモル比および窒素原子のモル比をそれぞれ、RCおよびRNとしたとき、RCに対するRNの割合が1~40%である請求項1~4いずれか記載の熱化学電池電極用導電性組成物。 The conductive composition for a thermochemical battery electrode according to any one of claims 1 to 4 , wherein the molar ratio of carbon atoms and the molar ratio of nitrogen atoms to all constituent atoms are R and R , respectively, and the ratio of R to R is 1 to 40%. 全構成原子に対する、炭素原子のモル比、窒素原子のモル比および卑金属原子のモル比をそれぞれ、RC、RNおよびRMとしたとき、RCに対するRNの割合が1~40%であり、RCに対するRMの割合が0.01~20%である請求項3~5いずれか記載の熱化学電池電極用導電性組成物。 The conductive composition for a thermochemical battery electrode according to any one of claims 3 to 5, wherein the molar ratio of carbon atoms, the molar ratio of nitrogen atoms and the molar ratio of base metal atoms to all constituent atoms are R C , R N and R M , respectively, and the ratio of R N to R C is 1 to 40%, and the ratio of R M to R C is 0.01 to 20%. 縮合多環六角網面を有する材料(A)の窒素を吸着種としたBET比表面積(BETN2)が、50~1200m2/gである請求項1~いずれか記載の熱化学電池電極用導電性組成物。 7. The conductive composition for thermochemical battery electrodes according to claim 1, wherein the material (A) having a condensed polycyclic hexagonal network surface has a BET specific surface area (BET N2 ) of 50 to 1200 m 2 /g when nitrogen is the adsorbed species. 縮合多環六角網面を有する材料(A)のCuKα線を用いて得られるX線回折図において、回折角(2θ)が24~27°の範囲内にピークを有し、該ピークの半値幅が8°以下である請求項1~いずれか記載の熱化学電池電極用導電性組成物。 8. The conductive composition for a thermochemical battery electrode according to claim 1, wherein in an X-ray diffraction pattern obtained using CuKα radiation from the material (A) having a condensed polycyclic hexagonal network surface, the material (A) has a peak in the diffraction angle (2θ) range of 24 to 27 °, and the half-value width of the peak is 8° or less. さらに、溶剤を含んでなる請求項1~いずれか記載の熱化学電池電極用導電性組成物。

The conductive composition for a thermochemical battery electrode according to any one of claims 1 to 8 , further comprising a solvent.

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