JP7708236B2 - Carbon nanotube dispersion and its use - Google Patents
Carbon nanotube dispersion and its useInfo
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Description
本発明は、酸性化合物を含むカーボンナノチューブの分散液に関する。さらに詳しくは、酸性化合物を含むカーボンナノチューブ分散液、酸性化合物を含むカーボンナノチューブ分散液と樹脂とを含む樹脂組成物、酸性化合物を含むカーボンナノチューブ分散液と樹脂と活物質とを含む合材スラリー、それを塗工した電極膜、電極膜とリチウムを含む電解質とを具備してなる非水電解質二次電池に関する。 The present invention relates to a carbon nanotube dispersion containing an acidic compound. More specifically, the present invention relates to a carbon nanotube dispersion containing an acidic compound, a resin composition containing a carbon nanotube dispersion containing an acidic compound and a resin, a composite slurry containing a carbon nanotube dispersion containing an acidic compound, a resin, and an active material, an electrode film coated with the composite slurry, and a nonaqueous electrolyte secondary battery comprising an electrode film and an electrolyte containing lithium.
近年、携帯電話やノート型パーソナルコンピューターなどの普及に伴って、非水電解質二次電池、特に、リチウムイオン二次電池が注目されている。リチウムイオン二次電池は、通常、炭素系材料からなる負極と、リチウムイオンを可逆的に出入りさせる活物質を含有する正極と、それらを浸漬する非水系電解質とを備えており、正極は、活物質、導電材およびバインダーからなる合材スラリーを、集電板に塗工することにより製造されている。 In recent years, with the widespread use of mobile phones and notebook personal computers, non-aqueous electrolyte secondary batteries, especially lithium-ion secondary batteries, have been attracting attention. Lithium-ion secondary batteries usually have a negative electrode made of a carbon-based material, a positive electrode containing an active material that allows lithium ions to reversibly enter and exit, and a non-aqueous electrolyte in which they are immersed. The positive electrode is manufactured by applying a composite slurry made of an active material, a conductive material, and a binder to a current collector.
導電材としては、カーボンブラック、ケッチェンブラック、フラーレン、グラフェン、微細炭素材料等が使用されている。特に微細炭素繊維の一種であるカーボンナノチューブ(以下、CNTとも表記する。)は、直径1μm以下の太さのチューブ状のカーボンであり、その特異な構造に基づく高い導電性などからリチウムイオン二次電池用の導電材としての使用が検討されている。(例えば、特許文献1、2)中でも、外径数nm~数10n
mの多層CNTは比較的安価であり、実用化が期待されている。
Conductive materials include carbon black, ketjen black, fullerene, graphene, fine carbon materials, etc. In particular, carbon nanotubes (hereinafter also referred to as CNTs), a type of fine carbon fiber, are tubular carbon with a diameter of 1 μm or less, and their use as conductive materials for lithium-ion secondary batteries is being considered due to their high conductivity based on their unique structure (for example, Patent Documents 1 and 2).
Multi-walled CNTs of 1000 nm are relatively inexpensive and are expected to be put to practical use.
平均外径が小さいCNTを用いると、少量で効率的に導電ネットワークを形成することができ、リチウムイオン二次電池用の正極および負極中に含まれる導電材量を低減することができる。しかしながら、平均外径が小さいCNTは凝集力が強く分散が困難であるため、十分な分散性を有するCNT分散液を得ることが難しい。 By using CNTs with a small average outer diameter, a conductive network can be efficiently formed with a small amount, and the amount of conductive material contained in the positive and negative electrodes of lithium-ion secondary batteries can be reduced. However, CNTs with a small average outer diameter have strong cohesion and are difficult to disperse, making it difficult to obtain a CNT dispersion with sufficient dispersibility.
また、リチウムイオン二次電池は高容量化が求められており、高容量化の為に塩基性が強いAl、NiやMn等を多く含有する電極活物質の使用が検討されている。しかしながら、これらの活物質を使用した場合、合材スラリー中に塩基が溶出するため、合材スラリーの貯蔵安定性が低く、塗膜の難易度や生産工程、塗膜の均質さに懸念が出る。 In addition, there is a demand for higher capacity lithium-ion secondary batteries, and to achieve this, the use of electrode active materials containing high amounts of highly basic elements such as Al, Ni, and Mn is being considered. However, when these active materials are used, bases are eluted into the composite slurry, which reduces the storage stability of the composite slurry and raises concerns about the difficulty of coating the film, the production process, and the uniformity of the coating.
合材スラリーの作製環境・塗工環境を低温・低湿度雰囲気化で実施することでアルカリとの反応を小さくし合材スラリーの貯蔵安定性を高める検討も報告されている(特許文献3,4)が、大きな初期投資が必要となる課題がある。 There have been reports of studies on reducing the reaction with alkali and improving the storage stability of the composite slurry by creating a low-temperature, low-humidity atmosphere for the preparation and application of the composite slurry (Patent Documents 3 and 4), but this requires a large initial investment.
また合材スラリーの貯蔵安定性改善は、導電助剤がカーボンブラックの場合では添加剤などを用いることで検討されているが(特許文献5)、導電助剤がCNTの場合には合材スラリーの増粘が見られ生産工程や塗膜の均質さに懸念が出る。また凝集力が強い導電助剤であるCNTが、分散された状態から合材スラリー中で再凝集することにより、導電ネットワークが形成できず電極の性能が低下する問題があげられている。 In addition, improvements to the storage stability of the composite slurry have been investigated by using additives when the conductive assistant is carbon black (Patent Document 5), but when the conductive assistant is CNT, the composite slurry thickens, raising concerns about the homogeneity of the production process and the coating film. In addition, there is a problem that CNT, a conductive assistant with strong cohesive power, re-aggregates from a dispersed state in the composite slurry, preventing the formation of a conductive network and reducing the performance of the electrode.
CNT分散液には、凝集力の高いCNTを十分に分散させることで、従来のカーボンブラックなどより低添加量でも電極膜内で効率的に導電ネットワークを形成する事に加え、そのCNTの分散状態を保つために合材スラリーでの貯蔵安定性が良好であることが求められている。 CNT dispersions are required to thoroughly disperse CNTs, which have high cohesive strength, so that they can efficiently form a conductive network within the electrode film even at lower additive amounts than conventional carbon black, and to maintain the dispersion state of the CNTs, the composite slurry must also have good storage stability.
本発明が解決しようとする課題は、上記従来の問題を解決するためのものであり、合材スラリーの貯蔵安定性を高めると共に、導電性の高い電極膜を得るためのCNT分散液及び樹脂組成物を提供する事である。さらに詳しくは高い分散性を有し、合材スラリーの貯蔵安定性に優れたCNT分散液、樹脂組成物及び合材スラリーを提供する事である。さらに詳しくは、優れたレート特性を有し、生産性に優れた非水電解質二次電池を提供する事である。 The problem that the present invention aims to solve is to solve the above-mentioned conventional problems, and to provide a CNT dispersion liquid and a resin composition for improving the storage stability of the composite slurry and obtaining a highly conductive electrode film. More specifically, the present invention aims to provide a CNT dispersion liquid, a resin composition, and a composite slurry that have high dispersibility and excellent storage stability of the composite slurry. More specifically, the present invention aims to provide a nonaqueous electrolyte secondary battery that has excellent rate characteristics and excellent productivity.
本発明の発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した。発明者らは、酸性化合物を含んだCNT分散液を使用することにより、導電性の高い電極膜が得られ、かつ合材スラリーの貯蔵安定性に優れたCNT分散液が得られることを見出した。発明者らは、かかる発明を基に、本発明をするに至った。 The inventors of the present invention have conducted intensive research to solve the above problems. They have discovered that by using a CNT dispersion liquid containing an acidic compound, a highly conductive electrode film can be obtained, and a CNT dispersion liquid with excellent storage stability of the composite slurry can be obtained. Based on this discovery, the inventors have come up with the present invention.
すなわち、本発明は、カーボンナノチューブ(A)と、溶媒(B)と、分散剤(C)と分子量350以下の酸性化合物(D)を含むカーボンナノチューブ分散液であってカーボンナノチューブ(A)100質量部に対して、酸性化合物(D)が1~25質量部であることを特徴とするカーボンナノチューブ分散液に関する。 That is, the present invention relates to a carbon nanotube dispersion liquid containing carbon nanotubes (A), a solvent (B), a dispersant (C) and an acidic compound (D) having a molecular weight of 350 or less, characterized in that the amount of the acidic compound (D) is 1 to 25 parts by mass per 100 parts by mass of the carbon nanotubes (A).
また、本発明は、上記酸性化合物(D)が、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基およびチオール基からなる群より選ばれた1種以上の酸性官能基を有する有機酸または1,3-ジケトンであることを特徴とする上記カーボンナノチューブ分散液に関する。 The present invention also relates to the carbon nanotube dispersion liquid, wherein the acidic compound (D) is an organic acid or 1,3-diketone having one or more acidic functional groups selected from the group consisting of a carboxyl group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, and a thiol group.
また、本発明は、カーボンナノチューブ(A)のラマンスペクトルにおいて1560~1600cm-1の範囲内での最大ピーク強度をG、1310~1350cm-1の範囲内での最大ピーク強度をDとした際にG/D比が0.5~5.0であることを特徴とする上記CNT分散液に関する。 The present invention also relates to the above CNT dispersion, characterized in that, in the Raman spectrum of the carbon nanotubes (A), the G/D ratio is 0.5 to 5.0 , where G is the maximum peak intensity in the range of 1560 to 1600 cm-1 and D is the maximum peak intensity in the range of 1310 to 1350 cm -1 .
また、本発明は、カーボンナノチューブ(A)のBET比表面積が、180~850m2/gであることを特徴とする特徴とする上記カーボンナノチューブ分散液に関する。 The present invention also relates to the above carbon nanotube dispersion, wherein the carbon nanotubes (A) have a BET specific surface area of 180 to 850 m 2 /g.
また、本発明は、カーボンナノチューブ(A)が粉末X線回折分析において、回折角2θ=25°±2°にピークが存在し、そのピークの半価幅が2°~6°であることを特徴とする上記カーボンナノチューブ分散液に関する。 The present invention also relates to the carbon nanotube dispersion liquid, in which the carbon nanotubes (A) have a peak at a diffraction angle 2θ = 25° ± 2° in powder X-ray diffraction analysis, and the half-width of the peak is 2° to 6°.
また、本発明は、カーボンナノチューブ(A)の外径が3~25nmであることを特徴とする上記カーボンナノチューブ分散液に関する。 The present invention also relates to the carbon nanotube dispersion liquid, wherein the carbon nanotubes (A) have an outer diameter of 3 to 25 nm.
また、本発明は、カーボンナノチューブ(A)のラマンスペクトルにおいて1560~1600cm-1の範囲内での最大ピーク強度をG、1310~1350cm-1の範囲内での最大ピーク強度をDとした際にG/D比が、1.8~4.5であることを特徴とす
る上記カーボンナノチューブ分散液に関する。
The present invention also relates to the carbon nanotube dispersion liquid, characterized in that the G/D ratio is 1.8 to 4.5, where G is the maximum peak intensity in the range of 1560 to 1600 cm -1 in the Raman spectrum of the carbon nanotubes (A) and D is the maximum peak intensity in the range of 1310 to 1350 cm -1 .
カーボンナノチューブ(A)が粉末X線回折分析において、回折角2θ=25°±2°にピークが存在し、そのピークの半価幅が2°~3°であることを特徴とする上記カーボンナノチューブ分散液に関する。 The carbon nanotube dispersion liquid is characterized in that, in powder X-ray diffraction analysis, the carbon nanotubes (A) have a peak at a diffraction angle 2θ = 25° ± 2°, and the half-width of the peak is 2° to 3°.
また、本発明は、上記カーボンナノチューブ分散液とバインダー(E)とを含むことを特徴とする樹脂組成物に関する。 The present invention also relates to a resin composition comprising the carbon nanotube dispersion and a binder (E).
また、本発明は、上記樹脂組成物と活物質(F)とを含むことを特徴とする合材スラリーに関する。 The present invention also relates to a composite slurry comprising the above-mentioned resin composition and an active material (F).
また、本発明は、上記合材スラリーを塗工した電極膜(G)に関する。 The present invention also relates to an electrode film (G) coated with the composite slurry.
また、本発明は、正極と、負極と、電解質とを具備してなる非水電解質二次電池であって、正極または負極の少なくとも一方が、上記電極膜(G)を含むことを特徴とする非水電解質二次電池に関する。 The present invention also relates to a nonaqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, characterized in that at least one of the positive electrode and the negative electrode contains the above-mentioned electrode film (G).
本発明のCNT分散液を使用することにより、導電性および合材スラリーの貯蔵安定性に優れたCNT分散液、樹脂組成物、合材スラリー、電極膜が得られる。また、レート特性優れた非水電解質二次電池が得られる。よって高い導電性が求められる様々な用途分野において、本発明のCNT分散液を使用することが可能である。 By using the CNT dispersion of the present invention, a CNT dispersion, a resin composition, a composite slurry, and an electrode film having excellent electrical conductivity and storage stability of the composite slurry can be obtained. In addition, a non-aqueous electrolyte secondary battery having excellent rate characteristics can be obtained. Therefore, the CNT dispersion of the present invention can be used in various fields of application where high electrical conductivity is required.
以下、本発明のCNT分散液、酸性化合物、樹脂組成物、合材スラリーおよびそれを塗工した電極膜、非水電解質二次電池について詳しく説明する。 The CNT dispersion, acidic compound, resin composition, composite slurry, and the electrode film and nonaqueous electrolyte secondary battery coated with the same according to the present invention will be described in detail below.
(1)カーボンナノチューブ(A)
本実施形態のカーボンナノチューブ(A)(CNT(A))は、平面的なグラファイトを円筒状に巻いた形状を有している。CNT(A)は単層CNTが混在するものであってもよい。単層CNTは一層のグラファイトが巻かれた構造を有する。多層CNTは、二又は三以上の層のグラファイトが巻かれた構造を有する。また、CNT(A)の側壁はグラファイト構造でなくともよい。例えば、アモルファス構造を有する側壁を備えるCNTをCNT(A)として用いることもできる。
(1) Carbon nanotubes (A)
The carbon nanotube (A) (CNT(A)) of this embodiment has a shape in which planar graphite is wound into a cylindrical shape. The CNT(A) may also include single-walled CNTs. Single-walled CNTs have a structure in which a single layer of graphite is wound. Multi-walled CNTs have a structure in which two or more layers of graphite are wound. In addition, the sidewall of the CNT(A) does not have to have a graphite structure. For example, a CNT having a sidewall with an amorphous structure can also be used as the CNT(A).
本実施形態のCNT(A)の形状は限定されない。かかる形状としては、針状、円筒チューブ状、魚骨状(フィッシュボーン又はカップ積層型)、トランプ状(プレートレット)及びコイル状を含む様々な形状が挙げられる。本実施形態においてCNT(A)の形状は、中でも、針状、又は、円筒チューブ状であることが好ましい。CNT(A)は、単独の形状、または2種以上の形状の組合せであってもよい。 The shape of the CNT (A) in this embodiment is not limited. Examples of such shapes include various shapes including needle-like, cylindrical tube-like, fishbone-like (fishbone or cup stack type), trump-like (platelet) and coil-like. In this embodiment, the shape of the CNT (A) is preferably needle-like or cylindrical tube-like. The CNT (A) may be a single shape or a combination of two or more shapes.
本実施形態のCNT(A)の形態は、例えば、グラファイトウィスカー、フィラメンタスカーボン、グラファイトファイバー、極細炭素チューブ、カーボンチューブ、カーボンフィブリル、カーボンマイクロチューブ及びカーボンナノファイバーを挙げることができるが、これらに限定されない。CNT(A)は、これらの単独の形態又は二種以上を組み合わせられた形態を有していてもよい。 The form of the CNT (A) in this embodiment may be, for example, graphite whiskers, filamentous carbon, graphite fibers, ultrafine carbon tubes, carbon tubes, carbon fibrils, carbon microtubes, and carbon nanofibers, but is not limited to these. The CNT (A) may have any one of these forms or a combination of two or more of them.
本実施形態のCNT(A)は、通常二次粒子として存在している。この二次粒子の形状は、例えば一般的な一次粒子であるCNT(A)が複雑に絡み合っている状態でもよい。
CNT(A)を直線状にしたものの集合体であってもよい。直線状のCNT(A)の集合体である二次粒子は、絡み合っているものと比べるとほぐれ易い。また直線状のものは、絡み合っているものに比べると分散性が良いのでCNT(A)として好適に利用できる。
The CNT(A) of this embodiment is usually present as a secondary particle. The shape of this secondary particle may be, for example, a state in which CNT(A), which is a general primary particle, is intricately entangled.
It may be an aggregate of linear CNT(A). The secondary particles, which are an aggregate of linear CNT(A), are easier to disintegrate than those in which the CNT(A) are entangled. In addition, linear CNT(A) has better dispersibility than entangled CNT(A), and therefore can be suitably used as CNT(A).
本実施形態のCNT(A)は、表面処理を行ったCNTでもよい。またCNT(A)は、カルボキシル基に代表される官能基を付与させたCNT誘導体であってもよい。また、有機化合物、金属原子、又はフラーレンに代表される物質を内包させたカーボンナノナノチューブ(A)も用いることができる。 The CNT (A) of this embodiment may be a CNT that has been subjected to a surface treatment. The CNT (A) may also be a CNT derivative to which a functional group, such as a carboxyl group, has been added. Carbon nanotubes (A) that encapsulate organic compounds, metal atoms, or substances, such as fullerenes, may also be used.
本実施形態のCNT(A)の製造方法は、特に限定されず、どのような方法で製造したCNTでもよい。 The manufacturing method of the CNT (A) in this embodiment is not particularly limited, and the CNT may be manufactured by any method.
本実施形態のCNT(A)のG/D比はラマン分光分析法により求められる。本実施形態のCNT(A)は、ラマンスペクトルにおいて1560~1600cm-1の範囲内での最大ピーク強度をG、1310~1350cm-1の範囲内での最大ピーク強度をDとした際に、G/D比が、0.5~5.0であることが好ましい。1.0~4.5であることが好ましく、1.8~4.5であることがより好ましく、1.8~3.0であることがさらに好ましい。 The G/D ratio of the CNT (A) of this embodiment is determined by Raman spectroscopy. In the CNT (A) of this embodiment, when the maximum peak intensity in the range of 1560 to 1600 cm −1 in the Raman spectrum is G and the maximum peak intensity in the range of 1310 to 1350 cm −1 is D, the G/D ratio is preferably 0.5 to 5.0. It is preferably 1.0 to 4.5, more preferably 1.8 to 4.5, and even more preferably 1.8 to 3.0.
ラマン分光分析法で使用するレーザー波長は種々あるが、ここでは532nmおよび632nmを利用する。ラマンスペクトルにおいて1590cm-1付近に見られるラマンシフトは、グラファイト由来のGバンドと呼ばれ、1350cm-1付近に見られるラマンシフトはアモルファスカーボンやグラファイトの欠陥に由来のDバンドと呼ばれる。このG/D比が高いCNTほど、グラファイト化度が高い。 There are various laser wavelengths used in Raman spectroscopy, but here we use 532 nm and 632 nm. The Raman shift observed in the vicinity of 1590 cm −1 in the Raman spectrum is called the G band derived from graphite, and the Raman shift observed in the vicinity of 1350 cm −1 is called the D band derived from defects in amorphous carbon and graphite. The higher the G/D ratio of CNT, the higher the degree of graphitization.
本実施形態のCNT(A)のBET比表面積は180~850m2/gのものが好ましく、200~550m2/gのものがより好ましい The BET specific surface area of the CNT (A) of this embodiment is preferably 180 to 850 m 2 /g, and more preferably 200 to 550 m 2 /g.
CNT(A)の層構成は下記方法で粉末X線回折分析することにより解析することができる。 The layer structure of CNT(A) can be analyzed by powder X-ray diffraction analysis using the following method.
まず、CNT(A)を所定のサンプルホルダーに表面が平らになるように詰め、粉末X線回折分析装置にセットし、15°から35°までX線源の照射角度を変化させ測定する。X線源としては例えばCuKα線が用いられる。その時にピークが現れる回折角2θを読み取ることでCNT(A)の評価が可能である。グラファイトでは通常2θが26°付近にピークが検出され、これが層間回折によるピークであることが知られている。CNT(A)もグラファイト構造を有するため、この付近にグラファイト層間回折によるピークが検出される。ただし、CNTは円筒構造であるために、その値はグラファイトとは異なってくる。その値2θが25°±2°の位置にピークが出現することで単層ではなく、多層構造を有している組成物を含んでいることが判断できる。この位置に出現するピークは多層構造の層間回折によるピークであるため、CNT(A)の層数を判断することが可能となる。単層CNTは層数が1枚しかないため、単層CNTのみでは25°±2°の位置にピークは出現しない。しかしながら、単層CNTであっても、100%単層CNTということはなく、多層CNT等が混入している場合は2θが25°±2°の位置にピークが出現する場合がある。 First, CNT(A) is packed in a specified sample holder so that the surface is flat, and set in a powder X-ray diffraction analyzer. The irradiation angle of the X-ray source is changed from 15° to 35° and measurement is performed. For example, CuKα radiation is used as the X-ray source. CNT(A) can be evaluated by reading the diffraction angle 2θ at which a peak appears. In graphite, a peak is usually detected at 2θ around 26°, which is known to be a peak due to interlayer diffraction. Since CNT(A) also has a graphite structure, a peak due to graphite interlayer diffraction is detected in this vicinity. However, since CNT has a cylindrical structure, the value differs from that of graphite. The appearance of a peak at the value 2θ of 25°±2° indicates that the composition contains a multilayer structure rather than a single layer. Since the peak that appears at this position is a peak due to interlayer diffraction of a multilayer structure, it is possible to determine the number of layers of CNT(A). Since single-walled CNTs only have one layer, no peak appears at 25°±2° with single-walled CNTs alone. However, even single-walled CNTs are not 100% single-walled CNTs, and if multi-walled CNTs or the like are mixed in, a peak may appear at 2θ of 25°±2°.
すなわち、このピークの半価幅が小さいほど多層CNT(A)の層数が多いと考えられる。逆にこのピークの半価幅が大きいほど、CNTの層数が少ないと考えられる。 In other words, the smaller the half-width of this peak, the more layers the multi-walled CNT (A) has. Conversely, the larger the half-width of this peak, the fewer layers the CNT has.
本実施形態のCNT(A)は、粉末X線回折分析を行った時に回折角2θ=25°±2
°にピークが存在し、そのピークの半価幅2°~6°が好ましく、2°~5°であることがより好ましく、2°~3°であることがさらに好ましい。
The CNT (A) of this embodiment has a diffraction angle 2θ = 25° ± 2° when subjected to powder X-ray diffraction analysis.
The half width of the peak is preferably 2° to 6°, more preferably 2° to 5°, and even more preferably 2° to 3°.
本実施形態のCNT(A)の外径は3nm~25nmであることが好ましく、3nm~20nmであることがより好ましく、3nm~16nmであることがさらに好ましい。 In this embodiment, the outer diameter of the CNT (A) is preferably 3 nm to 25 nm, more preferably 3 nm to 20 nm, and even more preferably 3 nm to 16 nm.
本実施形態のCNT(A)の外径および平均外径は次のように求められる。まず透過型電子顕微鏡によって、CNT(A)を観測するとともに撮像する。次に観測写真において、任意の300本のCNT(A)を選び、それぞれの外径を計測する。次に外径の数平均としてCNT(A)の平均外径(nm)を算出する。 The outer diameter and average outer diameter of the CNT (A) in this embodiment are determined as follows. First, the CNT (A) is observed and photographed using a transmission electron microscope. Next, 300 CNT (A) are randomly selected from the observation photograph, and the outer diameter of each is measured. Next, the average outer diameter (nm) of the CNT (A) is calculated as the number average of the outer diameters.
(2)溶媒(B)
本実施形態の溶媒(B)は、CNT(A)が分散可能な範囲であれば特に限定されないが、水、及びまたは、水溶性有機溶媒のいずれか一種、若しくは二種以上からなる混合溶媒であることが好ましい。
(2) Solvent (B)
The solvent (B) in this embodiment is not particularly limited as long as it is capable of dispersing the CNTs (A), but is preferably water and/or a mixed solvent consisting of one or more water-soluble organic solvents.
水溶性有機溶媒としては、アルコール系(メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール、セカンダリーブタノール、ターシャリーブタノール、ベンジルアルコールなど)、多価アルコール系(エチレングリコール、ジエチレングリコール、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、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、ブチレングリコール、ヘキサンジオール、ペンタンジオール、グリセリン、ヘキサントリオール、チオジグリコールなど)、多価アルコールエーテル系(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エチルエーテル、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モノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、トリ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モノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、プロピレングリコールモノフェニルエーテルなど)、アミン系(エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、N-メチルジエタノールアミン、N-エチルジエタノールアミン、モルホリン、N-エチルモルホリン、エチレンジアミン、ジエチレンジアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ポリエチレンイミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、テトラメチルプロピレンジアミンなど)、アミド系(N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、N-エチル-2-ピロリドン(NEP)、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジエチルアセトアミド、N-メチルカプロラクタムなど)、複素環系(シクロヘキシルピロリドン、2-オキサゾリドン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、γ-ブチロラクトンなど)、スルホキシド系(ジメチルスルホキシドなど)、スルホン系(ヘキサメチルホスホロトリアミド、スルホランなど)、低級ケトン系(アセトン、メチルエチルケトンなど)、その他、テトラヒドロフラン、尿素、アセトニトリルなどを使用することができる。この中でも、水またはアミド系有機溶媒であることがより好ましく、アミド系有機溶媒の中でもN-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドンが特に好ましい。 Water-soluble organic solvents include alcohols (methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, isobutanol, secondary butanol, tertiary butanol, benzyl alcohol, etc.), polyhydric alcohols (ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, polypropylene glycol, butylene glycol, hexanediol, pentanediol, glycerin, hexanetriol, thiodiglycol, etc.), polyhydric alcohol ethers (ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monomethyl ether acetate, triethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol monoethyl ether, monobutyl ether, ethylene glycol monophenyl ether, propylene glycol monophenyl ether, etc.), amine-based (ethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, N-methyldiethanolamine, N-ethyldiethanolamine, morpholine, N-ethylmorpholine, ethylenediamine, diethylenediamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, polyethyleneimine, pentamethyldiethylenetriamine, tetramethylpropylenediamine, etc.), amide-based (N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), N- Ethyl-2-pyrrolidone (NEP), N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N,N-diethylacetamide, N-methylcaprolactam, etc.), heterocyclic (cyclohexylpyrrolidone, 2-oxazolidone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, γ-butyrolactone, etc.), sulfoxides (dimethyl sulfoxide, etc.), sulfones (hexamethylphosphorotriamide, sulfolane, etc.), lower ketones (acetone, methyl ethyl ketone, etc.), and others such as tetrahydrofuran, urea, and acetonitrile can be used. Among these, water or an amide-based organic solvent is more preferable, and among the amide-based organic solvents, N-methyl-2-pyrrolidone and N-ethyl-2-pyrrolidone are particularly preferable.
本実施形態の溶媒(B)として、アミド系有機溶媒のみを使用する場合、溶媒(B)中の水分量が500ppm以下であることが好ましく、300ppm以下であることがさらに好ましく、100ppm以下であることが特に好ましい。 When only an amide-based organic solvent is used as the solvent (B) in this embodiment, the water content in the solvent (B) is preferably 500 ppm or less, more preferably 300 ppm or less, and particularly preferably 100 ppm or less.
(3)分散剤(C)
本実施形態の分散剤(C)は、CNT(A)を分散安定化できる範囲で特に限定されず、トリアジン誘導体、樹脂型分散剤、界面活性剤等を使用することができ、CNT(A)の分散に要求される特性に応じて適宜好適な種類の分散剤を、好適な配合量で使用することができる。ただし、分散剤(C)は下記酸性化合物(D)の条件を満たすものは含まない。
(3) Dispersant (C)
The dispersant (C) of this embodiment is not particularly limited as long as it can disperse and stabilize the CNT (A), and triazine derivatives, resin-type dispersants, surfactants, etc. can be used, and a suitable type of dispersant can be used in a suitable amount depending on the characteristics required for dispersing the CNT (A). However, the dispersant (C) does not include those that satisfy the conditions of the acidic compound (D) below.
トリアジン誘導体としては、下記一般式(1)で表されるトリアジン誘導体が好ましい。
一般式(1)中、R1は、-X1-Y1で表される基を表す。X1は置換基を有してもよいアリーレン基を表し、Y1はスルホ基、カルボキシル基またはリン酸基を表す。 In general formula (1), R 1 represents a group represented by -X 1 -Y 1. X 1 represents an arylene group which may have a substituent, and Y 1 represents a sulfo group, a carboxyl group or a phosphate group.
X1の置換基を有してもよいアリーレン基の「置換基」は、同一でも異なっても良く、
その具体例としては、ヒドロキシル基、フッ素、塩素、臭素などのハロゲン基、ニトロ基、アルキル基、アリール基、シクロアルキル基、アルコキシル基、アリールオキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基等を挙げることができる。また、これらの置換基は、複数あっても良い。
The "substituents" of the arylene group which may have a substituent of X 1 may be the same or different,
Specific examples of such substituents include a hydroxyl group, a halogen group such as fluorine, chlorine, or bromine, a nitro group, an alkyl group, an aryl group, a cycloalkyl group, an alkoxyl group, an aryloxy group, an alkylthio group, an arylthio group, etc. Furthermore, a plurality of these substituents may be present.
置換基を有してもよいアリーレン基の「アリーレン基」は、フェニレン基、ナフチレン基等が挙げられる。 The "arylene group" of the arylene group which may have a substituent includes a phenylene group, a naphthylene group, etc.
Q1は-OHまたは-NH-R2を表す。Q2は-OHまたは-NH-R3を表す。R2およ
びR3は、それぞれ独立に、置換基を有してもよいアリール基、置換基を有してもよい複
素環基または-X1-Y1で表される基を表す。但し、R2およびR3は、同時に-X1-Y1になることはない。
Q1 represents -OH or -NH- R2 . Q2 represents -OH or -NH- R3 . R2 and R3 each independently represent an aryl group which may have a substituent, a heterocyclic group which may have a substituent, or a group represented by -X1 - Y1 . However, R2 and R3 are not -X1 - Y1 at the same time.
R2およびR3の置換基を有してもよいアリール基、置換基を有してもよい複素環基の「置換基」は、X1の置換基と同義である。 The "substituents" of the optionally substituted aryl group and optionally substituted heterocyclic group of R2 and R3 have the same meaning as the substituent of X1 .
R2およびR3の置換基を有してもよいアリール基の「アリール基」は、フェニル基、ナフチル基等が挙げられる。 The "aryl group" of the aryl group which may have a substituent of R2 and R3 includes a phenyl group, a naphthyl group, and the like.
R2およびR3の置換基を有してもよい複素環基の「複素環基」は、例えば、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、リン原子を含む、芳香族あるいは脂肪族の複素環が挙げられ、具体的には、チエニル基、ベンゾ[b]チエニル基、ナフト[2,3-b]チエニル基、ピロリル基、チアントレニル基、フリル基、ピラニル基、イソベンゾフラニル基、クロメニル基、キサンテニル基、フェノキサチイニル基、2H-ピロリル基、イミダゾリル基、ピラ
ゾリル基、ピリジル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピリダジニル基、インドリジニル基、イソインドリル基、3H-インドリル基、インドリル基、1H-インダゾリル基、プリニル基、4H-キノリジニル基、イソキノリル基、キノリル基、フタラジニル基、ナフチリジニル基、キノキサリニル基、キナゾリニル基、シンノリニル基、プテリジニル基、4aH-カルバゾリル基、カルバゾリル基、β-カルボリニル基、フェナントリジニル基、アクリジニル基、ペリミジニル基、フェナントロリニル基、フェナジニル基、フェナルサジニル基、イソチアゾリル基、フェノチアジニル基、イソキサゾリル基、フラザニル基、フェノキサジニル基、イソクロマニル基、クロマニル基、ピロリジニル基、ピロリニル基、イミダゾリジニル基、イミダゾリニル基、ピラゾリジニル基、ピラゾリニル基、ピペリジル基、ピペラジニル基、インドリニル基、イソインドリニル基、キヌクリジニル基、モルホリニル基、チオキサントリル基、ベンゾフリル基、ベンゾチアゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾイミダゾリル基、ベンゾトリアゾリル基、等が挙げられる。とりわけ、少なくとも窒素原子、酸素原子のいずれかを含む複素環基が分散性に優れるため好ましく、中でもカルバゾリル基、ベンゾイミダゾリル基がより好ましい。
R and R The "heterocyclic group" of the heterocyclic group which may have 3 substituents includes, for example, an aromatic or aliphatic heterocycle containing a nitrogen atom, an oxygen atom, a sulfur atom, or a phosphorus atom, and specifically includes a thienyl group, a benzo[b]thienyl group, a naphtho[2,3-b]thienyl group, a pyrrolyl group, a thianthrenyl group, a furyl group, a pyranyl group, an isobenzofuranyl group, a chromenyl group, a xanthenyl group, a phenoxathiinyl group, a 2H-pyrrolyl group, an imidazolyl group, a pyrazolyl group, a pyridyl group, a pyrazinyl group, a pyrimidinyl group, a pyridazinyl group, an indolizinyl group, an isoindolyl group, a 3H-indolyl group, an indolyl group, a 1H-indazolyl group, a purinyl group, a 4H-quinolizinyl group, an isoquinolyl group, a quinolyl group, a phthalazinyl group, a naphthyridinyl group, a quinoxalinyl group, a quinazolin ... Examples of such groups include an aryl group, a cinnolinyl group, a pteridinyl group, a 4aH-carbazolyl group, a carbazolyl group, a β-carbolinyl group, a phenanthridinyl group, an acridinyl group, a perimidinyl group, a phenanthrolinyl group, a phenazinyl group, a phenarsazinyl group, an isothiazolyl group, a phenothiazinyl group, an isoxazolyl group, a furazanyl group, a phenoxazinyl group, an isochromanyl group, a chromanyl group, a pyrrolidinyl group, a pyrrolinyl group, an imidazolidinyl group, an imidazolinyl group, a pyrazolidinyl group, a pyrazolinyl group, a piperidyl group, a piperazinyl group, an indolinyl group, an isoindolinyl group, a quinuclidinyl group, a morpholinyl group, a thioxanthryl group, a benzofuryl group, a benzothiazolyl group, a benzoxazolyl group, a benzimidazolyl group, and a benzotriazolyl group. In particular, heterocyclic groups containing at least either a nitrogen atom or an oxygen atom are preferred due to their excellent dispersibility, and among these, a carbazolyl group and a benzimidazolyl group are more preferred.
トリアジン誘導体の構造を下記に例示する。トリアジン誘導体の製造方法としては、特に限定されるものではなく、周知の方法を適用することができる。例えば、特開2004-217842号公報等に記載されている方法を適用することができる。上記公報による開示を参照することにより、本明細書の一部に組み込むものとする。 The structure of a triazine derivative is exemplified below. The method for producing a triazine derivative is not particularly limited, and any well-known method can be applied. For example, the method described in JP-A-2004-217842 can be applied. The disclosure of the above publication is incorporated by reference into this specification.
樹脂型分散剤として具体的には、セルロース誘導体(セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースブチレート、シアノエチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、ニトロセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロースなど)、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール等のビニルアルコール系樹脂、ポリビニルピロリドンが挙げられる。特にメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリビニルピロリドンが好ましい。 Specific examples of resin-type dispersants include cellulose derivatives (cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose butyrate, cyanoethyl cellulose, ethyl hydroxyethyl cellulose, nitrocellulose, methyl cellulose, ethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, etc.), polyvinyl alcohol, vinyl alcohol resins such as polyvinyl butyral, and polyvinyl pyrrolidone. In particular, methyl cellulose, ethyl cellulose, polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, and polyvinyl pyrrolidone are preferred.
界面活性剤としては、アニオン性、カチオン性、ノニオン性及び両性のものが挙げられる。選択される界面活性剤は単独の界面活性剤に限定されない。このため二種以上の界面活性剤を組み合わせて使用することも可能である。例えばアニオン性界面活性剤及びノニオン性界面活性剤の組み合わせ、又はカチオン性界面活性剤及びノニオン性界面活性剤の組み合わせが利用できる。その際の配合量は、それぞれの界面活性剤成分に対して好適な配合量とすることが好ましい。 Examples of surfactants include anionic, cationic, nonionic and amphoteric surfactants. The surfactant to be selected is not limited to a single surfactant. For this reason, it is also possible to use a combination of two or more surfactants. For example, a combination of an anionic surfactant and a nonionic surfactant, or a combination of a cationic surfactant and a nonionic surfactant can be used. In this case, it is preferable to use an appropriate amount for each surfactant component.
カチオン性界面活性剤としては、アルキルアミン塩類及び第四級アンモニウム塩類がある。具体的にはステアリルアミンアセテート、トリメチルヤシアンモニウムクロリド、トリメチル牛脂アンモニウムクロリド、ジメチルジオレイルアンモニウムクロリド、メチルオレイルジエタノールクロリド、テトラメチルアンモニウムクロリド、ラウリルピリジニウムクロリド、ラウリルピリジニウムブロマイド、ラウリルピリジニウムジサルフェート、セチルピリジニウムブロマイド、4-アルキルメルカプトピリジン、ポリ(ビニルピリジン)-ドデシルブロマイド及びドデシルベンジルトリエチルアンモニウムクロリドが挙げられるが、これらに限定されない。また両性界面活性剤としては、アミノカルボン酸塩が挙げられるが、これらに限定されない。 Cationic surfactants include alkylamine salts and quaternary ammonium salts. Specific examples include, but are not limited to, stearylamine acetate, trimethyl coconut ammonium chloride, trimethyl tallow ammonium chloride, dimethyldioleyl ammonium chloride, methyl oleyl diethanol chloride, tetramethyl ammonium chloride, lauryl pyridinium chloride, lauryl pyridinium bromide, lauryl pyridinium disulfate, cetyl pyridinium bromide, 4-alkyl mercaptopyridine, poly(vinylpyridine)-dodecyl bromide, and dodecylbenzyl triethyl ammonium chloride. Amphoteric surfactants include, but are not limited to, amino carboxylates.
ノニオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシアルキレン誘導体、ポリオキシエチレンフェニルエーテル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル及びアルキルアリルエーテルが挙げられるが、これらに限定されない。具体的にはポリオキシエチレンラウリルエーテル、ソルビタン脂肪酸エステル及びポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテルが挙げられるが、これらに限定されない。 Nonionic surfactants include, but are not limited to, polyoxyethylene alkyl ethers, polyoxyalkylene derivatives, polyoxyethylene phenyl ethers, sorbitan fatty acid esters, polyoxyethylene sorbitan fatty acid esters, and alkyl allyl ethers. Specific examples include, but are not limited to, polyoxyethylene lauryl ethers, sorbitan fatty acid esters, and polyoxyethylene octylphenyl ethers.
(4)酸性化合物(D)
本実施形態の酸性化合物(D)は分子量が350以下の化合物であり、使用する電極活物質に対して相対的に酸として振る舞う化合物を表す。市販品、合成品に関わらず、単独
もしくは2種類以上併せて使用することができる。
(4) Acidic compound (D)
The acidic compound (D) of the present embodiment is a compound having a molecular weight of 350 or less, and represents a compound that behaves as an acid relative to the electrode active material used. Regardless of whether it is a commercially available product or a synthetic product, it can be used alone or in combination of two or more types.
酸性化合物の酸解離定数(pKa)は、-5以上、10以下のものが好ましく、-3以上、9以下のものがより好ましく、-3以上、7以下のものがさらに好ましく、-3以上、5以下のものがさらに好ましく、-3以上、3以下のものがさらに好ましく、1以上、3以下のものが特に好ましい。酸解離定数の値は、25℃の水溶液中での値等として、化学便覧等から得られる。酸解離定数の値が大きすぎる場合は期待する効果が得られない場合があり、一方、小さすぎる場合は生産ラインの腐食や取り扱い上の注意が必要になる場合がある。 The acid dissociation constant (pKa) of the acidic compound is preferably -5 to 10, more preferably -3 to 9, even more preferably -3 to 7, even more preferably -3 to 5, even more preferably -3 to 3, and particularly preferably 1 to 3. The value of the acid dissociation constant can be obtained from a chemical handbook or the like as a value in an aqueous solution at 25°C. If the acid dissociation constant is too large, the expected effect may not be obtained, whereas if it is too small, corrosion of the production line or care in handling may be required.
本発明で用いる酸性化合物としては、具体的には、酢酸、プロピオン酸、カプリル酸、ステアリン酸などの飽和脂肪酸、オレイン酸、ソルビン酸などの不飽和カルボン酸、酒石酸、クエン酸、グリセリン酸などのヒドロキシ酸、安息香酸、サリチル酸、フタル酸などの芳香族カルボン酸、シュウ酸、コハク酸、アジピン酸、マレイン酸等のジカルボン酸、無水酢酸、無水安息香酸、無水フタル酸、無水マレイン酸等のカルボン酸無水物、ベンゼンスルホン酸やトルエンスルホン酸などのスルホン酸、アセチルアセトンなどの1,3-ジケトン、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸などの無機酸、その他オキソ酸化合物、チオール基を有する化合物、リン酸基を有する化合物、フェノール類、エノール類等や、これらの化合物の誘導体、高分子等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。 Specific examples of acidic compounds used in the present invention include saturated fatty acids such as acetic acid, propionic acid, caprylic acid, and stearic acid, unsaturated carboxylic acids such as oleic acid and sorbic acid, hydroxy acids such as tartaric acid, citric acid, and glyceric acid, aromatic carboxylic acids such as benzoic acid, salicylic acid, and phthalic acid, dicarboxylic acids such as oxalic acid, succinic acid, adipic acid, and maleic acid, carboxylic anhydrides such as acetic anhydride, benzoic anhydride, phthalic anhydride, and maleic anhydride, sulfonic acids such as benzenesulfonic acid and toluenesulfonic acid, 1,3-diketones such as acetylacetone, inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, and phosphoric acid, other oxoacid compounds, compounds having a thiol group, compounds having a phosphoric acid group, phenols, enols, and derivatives and polymers of these compounds, but are not limited to these.
本発明で用いる酸性化合物は、分子量が350以下の有機酸または1,3-ジケトンであることが好ましく、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基およびチオール基からなる群より選ばれた1種以上の酸性官能基を有する有機酸または1,3-ジケトンであることがより好ましく、カルボキシル基およびスルホン酸基からなる群より選ばれた1種以上の酸性官能基を有する有機酸または1,3-ジケトンであることがより好ましく、カルボキシル基またはスルホン酸基を有する有機酸であることがさらに好ましく、カルボン酸基を有する有機酸であることが特に好ましい。また、芳香環を有することが好ましい。 The acidic compound used in the present invention is preferably an organic acid or 1,3-diketone having a molecular weight of 350 or less, more preferably an organic acid or 1,3-diketone having one or more acidic functional groups selected from the group consisting of carboxyl groups, sulfonic acid groups, phosphoric acid groups, and thiol groups, more preferably an organic acid or 1,3-diketone having one or more acidic functional groups selected from the group consisting of carboxyl groups and sulfonic acid groups, even more preferably an organic acid having a carboxyl group or a sulfonic acid group, and particularly preferably an organic acid having a carboxylic acid group. It is also preferable that the compound has an aromatic ring.
酸性化合物の分子量は、350以下のものである。その中でも30~350のものが好ましく、100~350のものがより好ましく、100~200のものが特に好ましい。 The molecular weight of the acidic compound is 350 or less. Among them, those having a molecular weight of 30 to 350 are preferred, those having a molecular weight of 100 to 350 are more preferred, and those having a molecular weight of 100 to 200 are particularly preferred.
酸性化合物は、1分子中に有する酸性基の数は、1~3が好ましく、1~2がより好ましい。 The number of acidic groups in each molecule of the acidic compound is preferably 1 to 3, and more preferably 1 to 2.
酸性化合物は、CNT分散液中に可溶であることが好ましく、大気圧下、0℃~40℃において、N-メチル-2-ピロリドン100質量部に対して、0.1質量部以上溶解することがより好ましい。 The acidic compound is preferably soluble in the CNT dispersion, and more preferably dissolves in an amount of 0.1 part by mass or more per 100 parts by mass of N-methyl-2-pyrrolidone at atmospheric pressure and at 0°C to 40°C.
(5)カーボンナノチューブ分散液
本実施形態のCNT分散液は、CNT(A)と溶媒(B)と分散剤(C)と酸性化合物(D)を含むものである。
(5) Carbon Nanotube Dispersion The CNT dispersion of the present embodiment contains CNTs (A), a solvent (B), a dispersant (C), and an acidic compound (D).
本実施形態のCNT分散液を得るには、CNT(A)を溶媒(B)中に分散させる処理を行うことが好ましい。かかる処理を行うために使用される分散装置は特に限定されない。 To obtain the CNT dispersion of this embodiment, it is preferable to carry out a process to disperse the CNTs (A) in the solvent (B). There are no particular limitations on the dispersing device used to carry out such a process.
分散装置としては、顔料分散等に通常用いられている分散機を使用することができる。例えば、ディスパー、ホモミキサー、プラネタリーミキサー等のミキサー類、ホモジナイザー(BRANSON社製Advanced Digital Sonifer(登録商標)、MODEL 450DA、エム・テクニック社製「クレアミックス」、PRIMI
X社「フィルミックス」等、シルバーソン社製「アブラミックス」等)類、ペイントコンディショナー(レッドデビル社製)、コロイドミル(PUC社製「PUCコロイドミル」、IKA社製「コロイドミルMK」)類、コーンミル(IKA社製「コーンミルMKO」等)、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)、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」、奈良機械社製「MICROS」等のメディアレス分散機、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。
As the dispersing device, a dispersing machine that is generally used for dispersing pigments, etc., can be used. For example, mixers such as a disperser, a homomixer, and a planetary mixer, homogenizers (Advanced Digital Sonifer (registered trademark), Model 450DA, manufactured by BRANSON, "Clearmix", PRIMI, manufactured by M Technique, etc.)
Examples of media-type dispersers include media-type dispersers such as "Filmix" manufactured by X Co., "Abramix" manufactured by Silverson Co., Ltd., paint conditioners (manufactured by Red Devil Co., Ltd.), colloid mills ("PUC Colloid Mill" manufactured by PUC Co., Ltd., "Colloid Mill MK" manufactured by IKA Co., Ltd.), cone mills ("Cone Mill MKO" manufactured by IKA Co., Ltd., etc.), ball mills, sand mills ("Dyno Mill" manufactured by Shinmaru Enterprises Co., Ltd., etc.), attritors, pearl mills ("DCP Mill" manufactured by Eirich Co., Ltd., etc.), and Coball mills; wet jet mills ("Genus PY" manufactured by Genus Co., Ltd., "Starburst" manufactured by Sugino Machine Co., Ltd., "Nanomizer" manufactured by Nanomizer Co., Ltd., etc.); media-less dispersers such as "Claire SS-5" manufactured by M Technique Co., Ltd. and "MICROS" manufactured by Nara Kikai Co., Ltd.; and other roll mills, but are not limited thereto.
本実施形態のCNT分散液の固形分の量は、CNT分散液100質量%に対して、0.1~30質量%が好ましく、0.5~25質量%が好ましく、1~10質量%が好ましく、2~10質量%が特に好ましい。 The amount of solids in the CNT dispersion of this embodiment is preferably 0.1 to 30% by mass, more preferably 0.5 to 25% by mass, more preferably 1 to 10% by mass, and particularly preferably 2 to 10% by mass, relative to 100% by mass of the CNT dispersion.
本実施形態のCNT分散液中の分散剤(C)の量は、CNT(A)100質量%に対して、3~300質量%使用することが好ましい。また導電性の観点から5~100質量%使用することが好ましく、10~50質量%使用することが特に好ましい。 In this embodiment, the amount of dispersant (C) in the CNT dispersion is preferably 3 to 300% by mass relative to 100% by mass of CNT (A). From the viewpoint of electrical conductivity, it is preferable to use 5 to 100% by mass, and it is particularly preferable to use 10 to 50% by mass.
本実施形態のCNT分散液中の酸性化合物(D)の量は、CNT分散液中のCNT100質量%に対して1~25質量%であることが好ましく、5~20質量%使用することが特に好ましい。 In this embodiment, the amount of acidic compound (D) in the CNT dispersion is preferably 1 to 25 mass% relative to 100 mass% of CNT in the CNT dispersion, and it is particularly preferable to use 5 to 20 mass%.
(6)バインダー(E)
バインダー(E)とは、物質間を結合する樹脂を意味する。
(6) Binder (E)
The binder (E) means a resin that bonds substances together.
本実施形態のバインダー(E)としては、例えば、エチレン、プロピレン、塩化ビニル、酢酸ビニル、ビニルアルコール、マレイン酸、アクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸、メタクリル酸エステル、アクリロニトリル、スチレン、ビニルブチラール、ビニルアセタール、ビニルピロリドン等を構成単位として含む重合体または共重合体;ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂、アクリル樹脂、ホルムアルデヒド樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂;カルボキシメチルセルロースのようなセルロース樹脂;スチレン-ブタジエンゴム、フッ素ゴムのようなゴム類;ポリアニリン、ポリアセチレンのような導電性樹脂等が挙げられる。また、これらの樹脂の変性体や混合物、および共重合体でも良い。特に、耐性面から分子内にフッ素原子を有する高分子化合物、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、テトラフルオロエチレン等の使用が好ましい。 Examples of the binder (E) in this embodiment include polymers or copolymers containing ethylene, propylene, vinyl chloride, vinyl acetate, vinyl alcohol, maleic acid, acrylic acid, acrylic acid esters, methacrylic acid, methacrylic acid esters, acrylonitrile, styrene, vinyl butyral, vinyl acetal, vinyl pyrrolidone, etc. as constituent units; polyurethane resins, polyester resins, phenolic resins, epoxy resins, phenoxy resins, urea resins, melamine resins, alkyd resins, acrylic resins, formaldehyde resins, silicone resins, fluororesins; cellulose resins such as carboxymethylcellulose; rubbers such as styrene-butadiene rubber and fluororubber; conductive resins such as polyaniline and polyacetylene. Modified bodies, mixtures, and copolymers of these resins are also acceptable. In particular, from the standpoint of resistance, it is preferable to use polymer compounds having fluorine atoms in the molecule, such as polyvinylidene fluoride, polyvinyl fluoride, and tetrafluoroethylene.
本実施形態のバインダー(E)としてのこれらの樹脂類の重量平均分子量は、10,000~2,000,000が好ましく、100,000~1,000,000がより好ましく、200,000~1,000,000が特に好ましい。分子量が小さいとバインダーの耐性や密着性が低下することがある。分子量が大きくなるとバインダーの耐性や密着性は向上するものの、バインダー自体の粘度が高くなり作業性が低下するとともに、凝集剤として働き、分散された粒子が著しく凝集してしまうことがある。 The weight average molecular weight of these resins as the binder (E) of this embodiment is preferably 10,000 to 2,000,000, more preferably 100,000 to 1,000,000, and particularly preferably 200,000 to 1,000,000. If the molecular weight is small, the resistance and adhesion of the binder may decrease. If the molecular weight is large, the resistance and adhesion of the binder improves, but the viscosity of the binder itself increases, reducing workability, and the binder may act as an aggregating agent, causing significant aggregation of dispersed particles.
本発明の想定する産業上の利用可能性から、バインダー(E)は、フッ素原子を有する高分子化合物を含むことが好ましく、フッ素原子を有する高分子化合物であることが好ましく、フッ化ビニリデン系共重合体であることがさらに好ましく、ポリフッ化ビニリデンであることが特に好ましい。 In view of the anticipated industrial applicability of the present invention, the binder (E) preferably contains a polymeric compound having fluorine atoms, is preferably a polymeric compound having fluorine atoms, is more preferably a vinylidene fluoride copolymer, and is particularly preferably polyvinylidene fluoride.
(7)樹脂組成物
本実施形態の樹脂組成物は、CNT(A)と溶媒(B)と分散剤(C)と酸性化合物(D)とバインダー(E)とを含むものである。
(7) Resin Composition The resin composition of the present embodiment contains CNTs (A), a solvent (B), a dispersant (C), an acidic compound (D), and a binder (E).
本実施形態の樹脂組成物を得るには、CNT分散液とバインダー(E)を混合し、均一化することが好ましい。混合方法としては、従来公知の様々な方法を行うことができる。樹脂組成物は前記CNT分散液で説明した分散装置を用いて作製することができる。 To obtain the resin composition of this embodiment, it is preferable to mix and homogenize the CNT dispersion liquid and the binder (E). As a mixing method, various conventionally known methods can be used. The resin composition can be prepared using the dispersion device described above for the CNT dispersion liquid.
(8)活物質(F)
本実施形態の活物質(F)とは、電池反応の基となる材料のことである。活物質は起電力から正極活物質と負極活物質に分けられる。
(8) Active material (F)
The active material (F) in this embodiment is a material that is the basis of the battery reaction. The active materials are classified into positive electrode active materials and negative electrode active materials based on the electromotive force.
正極活物質としては、特に限定はされないが、リチウムイオンをドーピングまたはインターカレーション可能な金属酸化物、金属硫化物等の金属化合物、および導電性高分子等を使用することができる。例えば、Fe、Co、Ni、Mn等の遷移金属の酸化物、リチウムとの複合酸化物、遷移金属硫化物等の無機化合物等が挙げられる。具体的には、MnO、V2O5、V6O13、TiO2等の遷移金属酸化物粉末、層状構造のニッケル酸リチウム、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、スピネル構造のマンガン酸リチウムなどのリチウムと遷移金属との複合酸化物粉末、オリビン構造のリン酸化合物であるリン酸鉄リチウム系材料、TiS2、FeSなどの遷移金属硫化物粉末等が挙げられる。また、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン等の導電性高分子を使用することもできる。また、上記の無機化合物や有機化合物を混合して用いてもよい。 The positive electrode active material is not particularly limited, but may be a metal compound such as a metal oxide or metal sulfide capable of doping or intercalating lithium ions, and a conductive polymer. For example, an oxide of a transition metal such as Fe, Co, Ni, or Mn, a composite oxide with lithium, or an inorganic compound such as a transition metal sulfide may be used. Specifically, a transition metal oxide powder such as MnO, V 2 O 5 , V 6 O 13 , or TiO 2 , a composite oxide powder of lithium and a transition metal such as lithium nickel oxide having a layered structure, lithium cobalt oxide, lithium manganate, or lithium manganate having a spinel structure, a lithium iron phosphate material which is a phosphoric acid compound having an olivine structure, or a transition metal sulfide powder such as TiS 2 or FeS may be used. In addition, a conductive polymer such as polyaniline, polyacetylene, polypyrrole, or polythiophene may be used. In addition, the above-mentioned inorganic compounds and organic compounds may be mixed and used.
負極活物質としては、リチウムイオンをドーピングまたはインターカレーション可能なものであれば特に限定されない。例えば、金属Li、その合金であるスズ合金、シリコン合金、鉛合金等の合金系、LiXFe2O3、LiXFe3O4、LiXWO2(xは0<
x<1の数である。)、チタン酸リチウム、バナジウム酸リチウム、ケイ素酸リチウム等の金属酸化物系、ポリアセチレン、ポリ-p-フェニレン等の導電性高分子系、ソフトカーボンやハードカーボンといった、アモルファス系炭素質材料や、高黒鉛化炭素材料等の人造黒鉛、あるいは天然黒鉛等の炭素質粉末、カーボンブラック、メソフェーズカーボンブラック、樹脂焼成炭素材料、気層成長炭素繊維、炭素繊維などの炭素系材料が挙げられる。これら負極活物質は、1種または複数を組み合わせて使用することもできる。
The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can dope or intercalate lithium ions. For example, metal Li, its alloys such as tin alloys, silicon alloys, and lead alloys, LixFe2O3 , LixFe3O4 , and LixWO2 ( x is 0<
x is a number < 1.), metal oxides such as lithium titanate, lithium vanadate, and lithium silicate, conductive polymers such as polyacetylene and poly-p-phenylene, amorphous carbonaceous materials such as soft carbon and hard carbon, artificial graphite such as highly graphitized carbon materials, carbonaceous powders such as natural graphite, carbon black, mesophase carbon black, resin-baked carbon materials, vapor-grown carbon fibers, carbon fibers, and other carbonaceous materials. These negative electrode active materials can be used alone or in combination.
正極活物質は、Al、Fe、Co、Ni、Mn等の遷移金属を含むリチウムとの複合酸化物であることが好ましく、Al、Co、Ni、Mnのうちいずれかを含むリチウムとの複合酸化物であることがより好ましく、Ni、および/または、Mnを含むリチウムとの複合酸化物であることが特に好ましい。これらの活物質を用いたとき、特に良好な効果を得ることができる。 The positive electrode active material is preferably a composite oxide of lithium containing a transition metal such as Al, Fe, Co, Ni, or Mn, more preferably a composite oxide of lithium containing any of Al, Co, Ni, or Mn, and particularly preferably a composite oxide of lithium containing Ni and/or Mn. When these active materials are used, particularly good effects can be obtained.
活物質のBET比表面積は0.1~10m2/gのものが好ましく、0.2~5m2/gのものがより好ましく、0.3~3m2/gのものがさらに好ましい。 The BET specific surface area of the active material is preferably from 0.1 to 10 m 2 /g, more preferably from 0.2 to 5 m 2 /g, and even more preferably from 0.3 to 3 m 2 /g.
活物質の平均粒子径は0.05~100μmの範囲内であることが好ましく、さらに好ましくは、0.1~50μmの範囲内である。本明細書でいう活物質の平均粒子径とは、活物質を電子顕微鏡で測定した粒子径の平均値である。 The average particle size of the active material is preferably within the range of 0.05 to 100 μm, and more preferably within the range of 0.1 to 50 μm. In this specification, the average particle size of the active material is the average value of the particle size of the active material measured with an electron microscope.
(9)合材スラリー
本実施形態の合材スラリーとは、CNT(A)と溶媒(B)と分散剤(C)と酸性化合物(D)とバインダー(E)と活物質(F)を含むものである。
(9) Composite Slurry The composite slurry of the present embodiment contains CNTs (A), a solvent (B), a dispersant (C), an acidic compound (D), a binder (E), and an active material (F).
本実施形態の合材スラリーを得るには、CNT樹脂組成物に活物質を加えた後、分散さ
せる処理を行うことが好ましい。かかる処理を行うために使用される分散装置は特に限定されない。合材スラリーは前記CNT分散液で説明した分散装置を用いて、合材スラリーを得ることができる。
In order to obtain the composite slurry of this embodiment, it is preferable to add an active material to the CNT resin composition and then perform a dispersion process. The dispersion device used for such a process is not particularly limited. The composite slurry can be obtained using the dispersion device described above for the CNT dispersion liquid.
合材スラリー中の活物質(F)の量は合材スラリー100質量%に対して、20~85質量%であることが好ましく、40~85質量%であることが特に好ましい。 The amount of active material (F) in the composite slurry is preferably 20 to 85% by mass, and particularly preferably 40 to 85% by mass, relative to 100% by mass of the composite slurry.
合材スラリー中のCNT(A)の量は活物質100質量%に対して、0.05~10質量%であることが好ましく、0.1~5質量%であることが好ましく0.1~3質量%であることが好ましい。 The amount of CNT (A) in the composite slurry is preferably 0.05 to 10 mass%, more preferably 0.1 to 5 mass%, and even more preferably 0.1 to 3 mass%, relative to 100 mass% of the active material.
合材スラリー中のバインダー(E)の量は活物質100質量%に対して、0.5~20質量%であることが好ましく、1~10質量%であることがさらに好ましく、1~5質量%であることが特に好ましい。 The amount of binder (E) in the composite slurry is preferably 0.5 to 20% by mass, more preferably 1 to 10% by mass, and particularly preferably 1 to 5% by mass, relative to 100% by mass of the active material.
合材スラリーの固形分の量は、合材スラリー100質量%に対して、30~90質量%であることが好ましく、40~85質量%であることが好ましい。 The amount of solids in the composite slurry is preferably 30 to 90% by mass, and more preferably 40 to 85% by mass, relative to 100% by mass of the composite slurry.
合材スラリー中の水分量は500ppm以下であることが好ましく、300ppm以下であることがさらに好ましく、100ppm以下であることが特に好ましい。 The moisture content in the composite slurry is preferably 500 ppm or less, more preferably 300 ppm or less, and particularly preferably 100 ppm or less.
(10)電極膜
本実施形態の電極膜とは、集電体上に合材スラリーを塗工乾燥することで、電極合材層を形成した塗膜である。
(10) Electrode Film The electrode film of the present embodiment is a coating film formed by applying a mixture slurry onto a current collector and drying the mixture slurry to form an electrode mixture layer.
本実施形態の電極膜に使用する集電体の材質や形状は特に限定されず、各種二次電池にあったものを適宜選択することができる。例えば、集電体の材質としては、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、又はステンレス等の金属や合金が挙げられる。また、形状としては、一般的には平板上の箔が用いられるが、表面を粗面化したものや、穴あき箔状のもの、及びメッシュ状の集電体も使用できる。 The material and shape of the current collector used in the electrode film of this embodiment are not particularly limited, and can be appropriately selected from those suitable for various secondary batteries. For example, the material of the current collector can be metals or alloys such as aluminum, copper, nickel, titanium, or stainless steel. In addition, the shape of the current collector is generally a flat foil, but current collectors with a roughened surface, perforated foils, and mesh-shaped current collectors can also be used.
集電体上に合材スラリーを塗工する方法としては、特に制限はなく公知の方法を用いることができる。具体的には、ダイコーティング法、ディップコーティング法、ロールコーティング法、ドクターコーティング法、ナイフコーティング法、スプレーコティング法、グラビアコーティング法、スクリーン印刷法または静電塗装法等が挙げる事ができ、乾燥方法としては放置乾燥、送風乾燥機、温風乾燥機、赤外線加熱機、遠赤外線加熱機などが使用できるが、特にこれらに限定されるものではない。 There are no particular limitations on the method for applying the composite slurry onto the current collector, and any known method can be used. Specific examples include die coating, dip coating, roll coating, doctor coating, knife coating, spray coating, gravure coating, screen printing, and electrostatic painting. Drying methods that can be used include, but are not limited to, leaving to dry, using a blower dryer, a hot air dryer, an infrared heater, or a far-infrared heater.
また、塗布後に平版プレスやカレンダーロール等による圧延処理を行っても良い。電極合材層の厚みは、一般的には1~500μmであり、好ましくは10~300μmである。 After coating, a rolling process using a lithographic press or a calendar roll may be performed. The thickness of the electrode mixture layer is generally 1 to 500 μm, and preferably 10 to 300 μm.
(11)非水電解質二次電池
本実施形態の非水電解質二次電池とは正極と、負極と、電解質とを含むものであり、電解質を非水系の溶媒に溶解させた電解液を使用したものである。本実施形態の非水電解質二次電池は特に限定されず、例えば、リチウムイオン二次電池、鉛蓄電池、ニッケル水素電池等が挙げられる。
(11) Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, and uses an electrolytic solution in which the electrolyte is dissolved in a nonaqueous solvent. The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment is not particularly limited, and examples thereof include a lithium ion secondary battery, a lead storage battery, and a nickel metal hydride battery.
正極としては、正極活物質を含む合材スラリーを塗工乾燥して作製した電極膜を使用することができる。 As the positive electrode, an electrode film can be used that is made by coating and drying a composite slurry containing a positive electrode active material.
負極としては、負極活物質を含む合材スラリーを塗工乾燥して作製した電極膜を使用することができる。 As the negative electrode, an electrode film can be used that is made by applying and drying a composite slurry containing a negative electrode active material.
電解質としては、従来公知の様々なものを使用することができる。例えば、LiBF4、LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、LiC4F9SO3、Li(CF3SO2)3C、LiI、LiBr、LiCl、LiAlCl、LiHF2、LiSCN、又はLiBPh4(ただし、Phはフェニル基である)等が挙げられるが、これらに限定されない。 As the electrolyte, various conventionally known electrolytes can be used, such as, but not limited to, LiBF4 , LiClO4, LiPF6 , LiAsF6 , LiSbF6 , LiCF3SO3 , Li( CF3SO2 ) 2N , LiC4F9SO3 , Li( CF3SO2 ) 3C , LiI, LiBr, LiCl, LiAlCl, LiHF2 , LiSCN, or LiBPh4 (wherein Ph is a phenyl group).
非水系の溶媒としては、特に限定はされないが、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、及びジエチルカーボネート等のカーボネート類;γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、及びγ-オクタノイックラクトン等のラクトン類;テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、1,3-ジオキソラン、4-メチル-1,3-ジオキソラン、1,2-メトキシエタン、1,2-エトキシエタン、及び1,2-ジブトキシエタン等のグライム類;メチルフォルメート、メチルアセテート、及びメチルプロピオネート等のエステル類;ジメチルスルホキシド、及びスルホラン等のスルホキシド類;並びに、アセトニトリル等のニトリル類等が挙げられる。これらの溶媒は、それぞれ単独で使用しても良いが、2種以上を混合して使用しても良い。 Non-aqueous solvents include, but are not limited to, carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and diethyl carbonate; lactones such as γ-butyrolactone, γ-valerolactone, and γ-octanoic lactone; glymes such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, 1,2-methoxyethane, 1,2-ethoxyethane, and 1,2-dibutoxyethane; esters such as methyl formate, methyl acetate, and methyl propionate; sulfoxides such as dimethyl sulfoxide and sulfolane; and nitriles such as acetonitrile. These solvents may be used alone or in combination of two or more.
本実施形態の非水電解質二次電池は、セパレーターを含むことが好ましい。セパレーターとしては、例えば、ポリエチレン不織布、ポリプロピレン不織布、ポリアミド不織布及びこれらに親水性処理を施したものが挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。 The nonaqueous electrolyte secondary battery of this embodiment preferably includes a separator. Examples of separators include polyethylene nonwoven fabric, polypropylene nonwoven fabric, polyamide nonwoven fabric, and those that have been subjected to a hydrophilic treatment, but are not limited to these.
本実施形態の非水電解質二次電池の構造は特に限定されないが、通常、正極及び負極と、必要に応じて設けられるセパレーターとから構成され、ペーパー型、円筒型、ボタン型、積層型等、使用する目的に応じた種々の形状とすることができる。 The structure of the nonaqueous electrolyte secondary battery of this embodiment is not particularly limited, but is usually composed of a positive electrode, a negative electrode, and a separator that is provided as necessary, and can be in various shapes depending on the purpose of use, such as a paper type, a cylindrical type, a button type, or a laminated type.
以下に実施例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明する。本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples. The present invention is not limited to the following examples as long as it does not depart from the gist of the invention.
<物性の測定方法>
後述の各実施例及び比較例において使用されたCNTの物性は以下の方法により測定した。
<Method of measuring physical properties>
The physical properties of the CNTs used in the examples and comparative examples described below were measured by the following methods.
<CNTのラマン分光分析>
ラマン顕微鏡(XploRA、株式会社堀場製作所社製)にCNTを設置し、532nmのレーザー波長を用いて測定を行った。測定条件は取り込み時間60秒、積算回数3回、減光フィルタ10%、対物レンズの倍率20倍、コンフォーカスホール500、スリット幅100μm、測定波長は100~3000cm-1とした。測定用のCNTはスライドガラス上に分取し、スパチュラを用いて平坦化した。得られたピークの内、スペクトルで1560~1600cm-1の範囲内で最大ピーク強度をG、1310~1350cm-1の範囲内で最大ピーク強度をDとし、G/Dの比をCNTのG/D比とした。
<Raman Spectroscopic Analysis of CNTs>
CNT was placed on a Raman microscope (XploRA, manufactured by Horiba, Ltd.) and measured using a laser wavelength of 532 nm. The measurement conditions were: capture time 60 seconds, number of integrations 3 times, neutral density filter 10%, objective lens magnification 20 times, confocus hole 500, slit width 100 μm, measurement wavelength 100 to 3000 cm −1 . The CNT for measurement was separated onto a slide glass and flattened using a spatula. Of the peaks obtained, the maximum peak intensity in the range of 1560 to 1600 cm −1 in the spectrum was taken as G, the maximum peak intensity in the range of 1310 to 1350 cm −1 was taken as D, and the ratio of G/D was taken as the G/D ratio of the CNT.
<CNTの比表面積>
CNTを電子天秤(sartorius社製、MSA225S100DI)を用いて、0.03g計量した後、110℃で20分間、脱気しながら乾燥させた。その後、全自動比
表面積測定装置(MOUNTECH社製、HM-model1208)を用いて、CNTの比表面積を測定した。
<Specific surface area of CNT>
0.03 g of CNT was weighed out using an electronic balance (MSA225S100DI, manufactured by Sartorius), and then dried for 20 minutes at 110° C. while degassing. Thereafter, the specific surface area of the CNT was measured using a fully automatic specific surface area measuring device (HM-model 1208, manufactured by MOUNTECH).
<CNTの粉末X線回折分析>
アルミ試料板(外径φ46mm、厚さ3mm、試料部φ26.5mm、厚さ2mm)の中央凹部にCNTをのせ、スライドガラスを用いて、平坦化した。その後、試料を載せた面に薬包紙をのせ、さらにアルミハイシートパッキンをのせた面に対して、1トンの荷重をかけて平坦化した。その後、薬包紙とアルミハイシートパッキンを除去して、CNTの粉末X線回折分析用サンプルを得た。その後、X線回折装置(Ultima2100、株式会社リガク社製)にCNTの粉末X線回折分析用サンプルを設置し、15°から35°まで操作し、分析を行った。サンプリングは0.02°毎に行い、スキャンスピードは2°/min.とした。電圧は40kV、電流は40mA、X線源はCuKα線とした。この時得られる回折角2θ=25°±2°に出現するプロットをそれぞれ11点単純移動平均し、そのピークの半価幅をCNTの半価幅とした。ベースラインは2θ=15°および2θ=34°のプロットを結んだ線とした。
<X-ray powder diffraction analysis of CNT>
The CNT was placed on the central recess of an aluminum sample plate (outer diameter φ46 mm, thickness 3 mm, sample part φ26.5 mm, thickness 2 mm) and flattened using a slide glass. Then, a medicine paper was placed on the surface on which the sample was placed, and a load of 1 ton was applied to the surface on which the aluminum high sheet packing was placed to flatten it. Then, the medicine paper and the aluminum high sheet packing were removed to obtain a sample for powder X-ray diffraction analysis of CNT. Then, the sample for powder X-ray diffraction analysis of CNT was placed on an X-ray diffractometer (Ultima 2100, manufactured by Rigaku Corporation), and the analysis was performed by operating from 15° to 35°. Sampling was performed every 0.02°, and the scan speed was 2°/min. The voltage was 40 kV, the current was 40 mA, and the X-ray source was CuKα radiation. The plots appearing at the diffraction angle 2θ = 25° ± 2° were averaged by a simple moving average of 11 points, and the half width of the peak was taken as the half width of the CNT. The baseline was taken as a line connecting the plots at 2θ = 15° and 2θ = 34°.
<CNTの外径>
透過型電子顕微鏡によって、CNTを観測するとともに撮像した。次に観測写真において、任意の300本のCNTを選び、それぞれの外径を計測する。次に外径の数平均としてCNTの平均外径(nm)を算出した。
<Outer diameter of CNT>
The CNTs were observed and photographed using a transmission electron microscope. Next, 300 CNTs were randomly selected from the photograph, and the outer diameters of each were measured. The average outer diameter (nm) of the CNTs was calculated as the number average of the outer diameters.
<CNT分散液の粘度測定>
CNT分散液を25℃の恒温槽に1時間以上静置した後、CNT分散液を十分に撹拌してから、粘度計(TOKISANGYO CO.LTD、VISCOMETER、MODEL BL)を用いて、撹拌速度60rpm時の粘度を測定した。
<Viscosity measurement of CNT dispersion>
The CNT dispersion was allowed to stand in a thermostatic chamber at 25° C. for at least 1 hour, and then thoroughly stirred. The viscosity was then measured at a stirring speed of 60 rpm using a viscometer (TOKISANGYO CO. LTD., VISCOMETER, MODEL BL).
<CNT分散液の貯蔵安定性>
CNT分散液の貯蔵安定性の評価は、CNT分散液を50℃にて7日間静置して保存した後の、粘度の変化から評価した。粘度の測定はCNT分散液を25℃の恒温槽に1時間以上静置した後、CNT分散液を十分に撹拌してから、粘度計(TOKISANGYO CO.LTD、VISCOMETER、MODEL BL)を用いて、撹拌速度60rpm時の粘度を測定した。
貯蔵安定性試験にかける前の粘度に対する変化の程度から、+++:~120%(優良)、++:~150%(良)、+:~200%(可)、‐:200%(不可)とした。
<Storage stability of CNT dispersion>
The storage stability of the CNT dispersion was evaluated from the change in viscosity after storing the CNT dispersion at rest for 7 days at 50° C. The viscosity was measured by leaving the CNT dispersion at rest in a thermostatic chamber at 25° C. for 1 hour or more, thoroughly stirring the CNT dispersion, and then measuring the viscosity at a stirring speed of 60 rpm using a viscometer (TOKISANGYO CO. LTD, VISCOMETER, MODEL BL).
Based on the degree of change in viscosity compared to before the storage stability test, the rating was: +++: up to 120% (excellent), ++: up to 150% (good), +: up to 200% (fair), -: 200% (unfair).
<CNT樹脂組成物の粘度測定、貯蔵安定性>
CNT樹脂組成物について、CNT分散液と同様の方法で測定した。
<Viscosity Measurement and Storage Stability of CNT Resin Composition>
The CNT resin composition was measured in the same manner as the CNT dispersion.
<合材スラリーの粘度測定、貯蔵安定性>
合材スラリーについて、CNT分散液と同様の方法で測定した。
<Viscosity measurement and storage stability of composite slurry>
The composite slurry was measured in the same manner as the CNT dispersion.
<電極膜の体積抵抗率>
合材スラリーを、アプリケーターを用いて、電極の単位当たりの目付量が20mg/cm2となるようにアルミ箔上に塗工した後、電気オーブン中で140℃±5℃で25分間、塗膜を乾燥させた。その後、(株)三菱化学アナリテック社製:ロレスターGP、MCP-T610を用いて乾燥後の塗膜の表面抵抗率(Ω/□)を測定した。測定後、アルミ箔上に形成した電極合材層の厚みを掛けて、電極膜の体積抵抗率(Ω・cm)とした。電極合材層の厚みは、膜厚計(NIKON社製、DIGIMICRO MH-15M)を用いて、電極膜中の3点を測定した平均値から、アルミ箔の膜厚を引き算し、電極膜の厚みとした。
<Volume resistivity of electrode film>
The composite slurry was applied to an aluminum foil using an applicator so that the weight per unit of the electrode was 20 mg/ cm2 , and the coating was dried in an electric oven at 140°C ± 5°C for 25 minutes. Thereafter, the surface resistivity (Ω/□) of the coating film after drying was measured using Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd.'s Loresta GP, MCP-T610. After the measurement, the volume resistivity (Ω cm) of the electrode film was determined by multiplying the thickness of the electrode composite layer formed on the aluminum foil. The thickness of the electrode composite layer was determined by subtracting the thickness of the aluminum foil from the average value measured at three points in the electrode film using a film thickness meter (NIKON, DIGIMICRO MH-15M), and the thickness of the electrode film was determined.
<リチウムイオン二次電池のレート特性>
ラミネート型リチウム二次電池を25℃の恒温室内に設置し、充放電装置(北斗電工社製、SM-8)を用いて充放電測定を行った。充電電流12mA(0.2C)にて充電終止電圧4.3Vで定電流定電圧充電(カットオフ電流0.6mA)を行った後、放電電流12mAにて、放電終止電圧3Vで定電流放電を行った。この操作を3回繰り返した後、充電電流12mA(0.2C)にて充電終止電圧4.3Vで定電流定電圧充電(カットオフ電流0.6mA)を行い、放電電流12mA(0.2C)および120mA(2C)で放電終止電圧3.0Vに達するまで定電流放電を行って、それぞれ放電容量を求めた。レート特性は0.2C放電容量と2C放電容量の比、以下の式1で表すことができる。
(式2) レート特性 = 2C放電容量/0.2C放電容量 ×100 (%)
<Rate characteristics of lithium-ion secondary batteries>
The laminated lithium secondary battery was placed in a thermostatic chamber at 25°C, and charge/discharge measurements were performed using a charge/discharge device (Hokuto Denko Corporation, SM-8). After constant current/constant voltage charging (cutoff current 0.6mA) was performed at a charge current of 12mA (0.2C) and a charge end voltage of 4.3V, constant current discharging was performed at a discharge current of 12mA and a discharge end voltage of 3V. After repeating this operation three times, constant current/constant voltage charging (cutoff current 0.6mA) was performed at a charge current of 12mA (0.2C) and a charge end voltage of 4.3V, and constant current discharging was performed at discharge currents of 12mA (0.2C) and 120mA (2C) until the discharge end voltage reached 3.0V, and the discharge capacity was determined. The rate characteristic can be expressed by the ratio of the 0.2C discharge capacity to the 2C discharge capacity, as shown in the following formula 1.
(Formula 2) Rate characteristic = 2C discharge capacity / 0.2C discharge capacity × 100 (%)
<CNT合成用触媒及びCNTの製造例>
後述の各実施例において使用されたCNTは以下の方法により作製した。
<Catalyst for CNT synthesis and CNT production example>
The CNTs used in the examples described below were produced by the following method.
<CNT-Aの合成>
多層CNT(JEIO社製、JENOTUBE 8S)を120Lの耐熱性容器に10kgを計量し、CNTが入った耐熱性容器を炉内に設置した。その後、炉内に窒素ガスを導入して、陽圧を保持しながら、炉内中の空気を排出した。炉内の酸素濃度が0.1%以下になった後、30時間かけて、1600℃まで加熱した。炉内温度を1600℃に保持しながら、塩素ガスを50L/分の速度で50時間導入した。その後、窒素ガスを50L/分で導入して陽圧を維持したまま冷却し、CNT-Aを得た。
<Synthesis of CNT-A>
10 kg of multi-walled CNT (JENOTUBE 8S, manufactured by JEIO) was weighed into a 120 L heat-resistant container, and the heat-resistant container containing the CNT was placed in a furnace. Nitrogen gas was then introduced into the furnace, and the air in the furnace was discharged while maintaining positive pressure. After the oxygen concentration in the furnace became 0.1% or less, it was heated to 1600°C over 30 hours. While maintaining the temperature in the furnace at 1600°C, chlorine gas was introduced at a rate of 50 L/min for 50 hours. Nitrogen gas was then introduced at 50 L/min to cool the furnace while maintaining positive pressure, and CNT-A was obtained.
<CNT合成用触媒B>
水酸化コバルト60質量部、酢酸マグネシウム・四水和物138質量部、酢酸マンガン16.2質量部をそれぞれ耐熱性容器に秤取り、電気オーブンを用いて、170±5℃の温度で1時間乾燥させて水分を蒸発させた後、粉砕機(ワンダークラッシャーWC-3、大阪ケミカル株式会社製)を用いて、SPEEDのダイヤルを3に調整し、1分間粉砕した。その後、粉砕したそれぞれの粉末を粉砕機(ワンダークラッシャーWC-3、大阪ケミカル株式会社製)を用いて、SPPEDのダイヤルを2に調整し、30秒間混合してCNT合成用触媒前駆体Bを作製した。そして、CNT合成用触媒前駆体Bを耐熱性容器に移し替え、マッフル炉(FO510、ヤマト科学株式会社製)を使用し、空気雰囲気、450±5℃の条件で30分間焼成した後、乳鉢で粉砕してCNT合成用触媒Bを得た。
<CNT synthesis catalyst B>
60 parts by mass of cobalt hydroxide, 138 parts by mass of magnesium acetate tetrahydrate, and 16.2 parts by mass of manganese acetate were weighed into a heat-resistant container, and dried at a temperature of 170±5°C for 1 hour using an electric oven to evaporate moisture, and then the SPEED dial was adjusted to 3 using a grinder (Wonder Crusher WC-3, manufactured by Osaka Chemical Co., Ltd.) and ground for 1 minute. Then, the ground powders were adjusted to 2 using a grinder (Wonder Crusher WC-3, manufactured by Osaka Chemical Co., Ltd.) and mixed for 30 seconds to produce a catalyst precursor B for CNT synthesis. Then, the catalyst precursor B for CNT synthesis was transferred to a heat-resistant container and calcined for 30 minutes in an air atmosphere at 450±5°C using a muffle furnace (FO510, manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd.), and then ground in a mortar to obtain a catalyst B for CNT synthesis.
<CNT-Bの合成>
加圧可能で、外部ヒーターで加熱可能な、内容積が10Lの横型反応管の中央部に、前記CNT合成用触媒B2gを散布した石英ガラス製耐熱皿を設置した。窒素ガスを注入しながら排気を行い、反応管内の空気を窒素ガスで置換し、横型反応管中の雰囲気を酸素濃度1体積%以下とした。次いで、外部ヒーターにて加熱し、横型反応管内の中心温度が680℃になるまで加熱した。680℃に到達した後、炭素源としてプロパンガスを毎分2Lの流速で反応管内に導入し、1時間接触反応させた。反応終了後、反応管内のガスを窒素ガスで置換し、反応管内のガスを窒素ガスで置換し、反応管の温度を100℃以下になるまで冷却し取り出すことで、CNT-Bを得た。
<Synthesis of CNT-B>
A quartz glass heat-resistant dish on which 2 g of the CNT synthesis catalyst B was sprayed was placed in the center of a horizontal reaction tube with an internal volume of 10 L, which can be pressurized and heated by an external heater. The air in the reaction tube was replaced with nitrogen gas while nitrogen gas was injected, and the atmosphere in the horizontal reaction tube had an oxygen concentration of 1% by volume or less. The horizontal reaction tube was then heated with an external heater until the central temperature in the horizontal reaction tube reached 680° C. After reaching 680° C., propane gas was introduced into the reaction tube as a carbon source at a flow rate of 2 L per minute, and contact reaction was carried out for 1 hour. After the reaction was completed, the gas in the reaction tube was replaced with nitrogen gas, and the gas in the reaction tube was replaced with nitrogen gas, and the reaction tube was cooled to a temperature of 100° C. or less and taken out, thereby obtaining CNT-B.
<CNT合成用触媒C>
水酸化コバルト40質量部、酢酸マグネシウム・四水和物138質量部、酢酸マンガン26.2質量部をそれぞれ耐熱性容器に秤取り、電気オーブンを用いて、170±5℃の温度で1時間乾燥させて水分を蒸発させた後、粉砕機(ワンダークラッシャーWC-3、大阪ケミカル株式会社製)を用いて、SPEEDのダイヤルを3に調整し、5分間粉砕した。その後、粉砕したそれぞれの粉末を粉砕機(ワンダークラッシャーWC-3、大阪ケ
ミカル株式会社製)を用いて、SPPEDのダイヤルを3に調整し、5分間混合してCNT合成用触媒前駆体Cを作製した。そして、CNT合成用触媒前駆体Cを耐熱性容器に移し替え、マッフル炉(FO510、ヤマト科学株式会社製)を使用し、空気雰囲気、800±5℃の条件で30分間焼成した後、乳鉢で粉砕してCNT合成用触媒Cを得た。
<CNT synthesis catalyst C>
40 parts by mass of cobalt hydroxide, 138 parts by mass of magnesium acetate tetrahydrate, and 26.2 parts by mass of manganese acetate were weighed into a heat-resistant container, and dried at a temperature of 170±5°C for 1 hour using an electric oven to evaporate moisture, and then the SPEED dial was adjusted to 3 using a grinder (Wonder Crusher WC-3, manufactured by Osaka Chemical Co., Ltd.) and ground for 5 minutes. Then, the ground powders were mixed for 5 minutes using a grinder (Wonder Crusher WC-3, manufactured by Osaka Chemical Co., Ltd.) with the SPEED dial adjusted to 3 to produce a catalyst precursor C for CNT synthesis. Then, the catalyst precursor C for CNT synthesis was transferred to a heat-resistant container and calcined for 30 minutes in an air atmosphere at 800±5°C using a muffle furnace (FO510, manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd.), and then ground in a mortar to obtain a catalyst C for CNT synthesis.
<CNT-Cの合成>
加圧可能で、外部ヒーターで加熱可能な、内容積が10Lの横型反応管の中央部に、前記CNT合成用触媒C2gを散布した石英ガラス製耐熱皿を設置した。窒素ガスを注入しながら排気を行い、反応管内の空気を窒素ガスで置換し、横型反応管中の雰囲気を酸素濃度0.5体積%以下とした。次いで、外部ヒーターにて加熱し、横型反応管内の中心温度が800℃になるまで加熱した。800℃に到達した後、炭素源としてアセチレンガスを毎分3Lの流速で反応管内に導入し、2時間接触反応させた。反応終了後、反応管内のガスを窒素ガスで置換し、反応管内のガスを窒素ガスで置換し、反応管の温度を100℃以下になるまで冷却し取り出すことで、CNT-Cを得た。
<Synthesis of CNT-C>
A quartz glass heat-resistant dish on which 2 g of the CNT synthesis catalyst C was sprayed was placed in the center of a horizontal reaction tube with an internal volume of 10 L, which can be pressurized and heated by an external heater. The air in the reaction tube was replaced with nitrogen gas while nitrogen gas was injected, and the atmosphere in the horizontal reaction tube had an oxygen concentration of 0.5 vol% or less. The horizontal reaction tube was then heated with an external heater until the central temperature in the horizontal reaction tube reached 800°C. After reaching 800°C, acetylene gas was introduced into the reaction tube as a carbon source at a flow rate of 3 L per minute, and the reaction was carried out for 2 hours. After the reaction was completed, the gas in the reaction tube was replaced with nitrogen gas, and the gas in the reaction tube was replaced with nitrogen gas, and the reaction tube was cooled to a temperature of 100°C or less and taken out, thereby obtaining CNT-C.
<CNT-Dの合成>
CNT(KUMHO PETROCHEMICAL社製、100T)を120Lの耐熱性容器に10kgを計量し、CNTが入った耐熱性容器を炉内に設置した。その後、炉内に窒素ガスを導入して、陽圧を保持しながら、炉内中の空気を排出した。炉内の酸素濃度が0.1%以下になった後、30時間かけて、1600℃まで加熱した。炉内温度を1600℃に保持しながら、塩素ガスを50L/分の速度で50時間導入した。その後、窒素ガスを50L/分で導入して陽圧を維持したまま冷却し、CNT-Dを得た。
<Synthesis of CNT-D>
10 kg of CNT (KUMHO PETROCHEMICAL, 100T) was weighed into a 120 L heat-resistant container, and the heat-resistant container containing the CNT was placed in a furnace. Nitrogen gas was then introduced into the furnace, and the air in the furnace was discharged while maintaining positive pressure. After the oxygen concentration in the furnace became 0.1% or less, it was heated to 1600°C over 30 hours. While maintaining the furnace temperature at 1600°C, chlorine gas was introduced at a rate of 50 L/min for 50 hours. Nitrogen gas was then introduced at 50 L/min to cool while maintaining positive pressure, and CNT-D was obtained.
<標準負極用合材スラリー及び標準負極の作製>
後述の各実施例及び比較例において使用された負極用合材スラリーおよび負極は以下の方法により作製した。
<Preparation of standard negative electrode composite slurry and standard negative electrode>
The negative electrode mixture slurries and negative electrodes used in the examples and comparative examples described below were prepared by the following methods.
<標準負極用合材スラリーの作製>
負極活物質として人造黒鉛(日本黒鉛社製、CGB-20)49質量部、2質量%のカルボキシメチルセルロース(ダイセル化学工業社製、#1190)を溶解した水溶組成物25質量部(固形分として0.5質量部)をプラネタリーミキサーに入れて混練した後、イオン交換水22質量部、スチレンブタジエンエマルション(JSR株式会社製、TRD2001)1質量部(固形分として0.5質量部)を混合して、負極用合材スラリーを得た。
<標準負極の作製>
上述の負極用合材スラリーを集電体となる厚さ20μmの銅箔上にアプリケーターを用いて塗工した後、電気オーブン中で120℃±5℃で25分間乾燥して電極の単位面積当たりの目付量が12mg/cm2となるように調整した。さらにロールプレス(株式会社サンクメタル社製、3t油圧式ロールプレス)による圧延処理を行い、合材層の密度が1.5g/cm3となる負極を作製した。
<Preparation of standard negative electrode composite slurry>
As the negative electrode active material, 49 parts by mass of artificial graphite (manufactured by Nippon Graphite Co., Ltd., CGB-20) and 25 parts by mass (0.5 parts by mass as solid content) of an aqueous composition in which 2% by mass of carboxymethyl cellulose (manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd., #1190) was dissolved were placed in a planetary mixer and kneaded, and then 22 parts by mass of ion-exchanged water and 1 part by mass (0.5 parts by mass as solid content) of styrene-butadiene emulsion (manufactured by JSR Corporation, TRD2001) were mixed to obtain a negative electrode composite slurry.
<Preparation of standard negative electrode>
The above-mentioned negative electrode composite slurry was applied to a copper foil having a thickness of 20 μm as a current collector using an applicator, and then dried in an electric oven at 120° C.±5° C. for 25 minutes to adjust the weight per unit area of the electrode to 12 mg/cm 2. Further, a rolling process was performed using a roll press (3 t hydraulic roll press, manufactured by Thank Metal Co., Ltd.) to prepare a negative electrode with a composite layer density of 1.5 g/cm 3 .
<分散剤>
後述の各実施例において使用された分散剤A、E,Gであるトリアジン誘導体A、B、Cの構造を(化4)に示す。トリアジン誘導体Aの製造方法としては、特に限定されるものではなく、周知の方法を適用することができる。例えば、特開2004-217842号公報等に記載されている方法を適用することができる。上記公報による開示を参照することにより、本明細書の一部に組み込むものとする。
<Dispersant>
The structures of triazine derivatives A, B, and C, which are dispersants A, E, and G used in the examples described below, are shown in Chemical Formula 4. The method for producing triazine derivative A is not particularly limited, and a well-known method can be applied. For example, the method described in JP-A-2004-217842 can be applied. The disclosure of the above publication is incorporated by reference into this specification.
表1に実施例および比較例で使用したCNTのG/D比、比表面積(m2/g)、半価幅(°)、外径(nm)およびカーボンブラックの比表面積を示す。 Table 1 shows the G/D ratio, specific surface area (m 2 /g), half width (°), outer diameter (nm) of the CNTs and the specific surface area of the carbon black used in the examples and comparative examples.
表2に実施例および比較例で使用した分散剤を示す。 Table 2 shows the dispersants used in the examples and comparative examples.
表3に実施例および比較例で使用した酸性化合物を示す。 Table 3 shows the acidic compounds used in the examples and comparative examples.
(実施例1)
ガラス瓶(M-225、柏洋硝子株式会社製)に、CNT―Dを2.400部、分散剤A(トリアジン誘導体A)0.720部、酸性化合物A(安息香酸)を0.024部、NMPを76.856部およびジルコニアビーズ(ビーズ径0.5mmφ)80.000を
仕込み、レッドデビル社製ペイントコンディショナーを用いて8時間分散処理を行った後、ジルコニアビーズを分離して、CNT分散液(A1)を得た。
Example 1
A glass bottle (M-225, manufactured by Kashiwa Glass Co., Ltd.) was charged with 2,400 parts of CNT-D, 0.720 parts of dispersant A (triazine derivative A), 0.024 parts of acidic compound A (benzoic acid), 76.856 parts of NMP, and 80,000 zirconia beads (bead diameter 0.5 mmφ), and a dispersion treatment was carried out for 8 hours using a paint conditioner manufactured by Red Devil Co., Ltd., and then the zirconia beads were separated to obtain a CNT dispersion liquid (A1).
(実施例2~32)、(比較例1~5)
表に掲載したCNT、CNT濃度、分散剤種、酸性化合物種、酸性化合物量、を変更した以外は実施例1と同様の方法により、CNT分散液を得た。CNTの代わりにデンカブラックを使用した場合は、2時間の分散処理を行った。
(Examples 2 to 32), (Comparative Examples 1 to 5)
A CNT dispersion was obtained in the same manner as in Example 1, except that the CNT, CNT concentration, dispersant type, acidic compound type, and acidic compound amount listed in the table were changed. When Denka Black was used instead of CNT, the dispersion treatment was carried out for 2 hours.
表5に実施例1~32、比較例1~5で作製したCNT分散液の評価結果を示す。 Table 5 shows the evaluation results of the CNT dispersions prepared in Examples 1 to 32 and Comparative Examples 1 to 5.
(実施例33)
容量150cm3のプラスチック容器にPVDF(Solvey社製、Solef#5130)を8質量%溶解したNMPを10.6質量部計量した。その後、CNT分散液(A1)を0.5質量部添加し、自転・公転ミキサー(シンキー社製あわとり練太郎、ARE-310)を用いて、2000rpmで30秒間撹拌した。さらに、CNT分散液(A1)を6.5質量部添加し、前記ミキサーを用いて、2000rpmで30秒間撹拌して、CNT樹脂組成物(A1)を得た。さらにその後、正極活物質(戸田工業製 NAC7150)を55.1質量部添加し、前記ミキサーを用いて、2000rpmで2.5分間撹拌した。最後に、NMP2.3質量部を添加し、前記ミキサーを用いて、2000rp
mで2.5分間撹拌し、合材スラリー(A1)を得た。
(Example 33)
10.6 parts by mass of NMP in which 8% by mass of PVDF (Solvey, Solef #5130) was dissolved was weighed into a plastic container with a capacity of 150 cm3 . Then, 0.5 parts by mass of CNT dispersion (A1) was added, and the mixture was stirred for 30 seconds at 2000 rpm using a rotation/revolution mixer (Thinky, Awatori Rentaro, ARE-310). Further, 6.5 parts by mass of CNT dispersion (A1) was added, and the mixture was stirred for 30 seconds at 2000 rpm using the mixer to obtain a CNT resin composition (A1). Further, 55.1 parts by mass of a positive electrode active material (Toda Kogyo, NAC7150) was added, and the mixture was stirred for 2.5 minutes at 2000 rpm using the mixer. Finally, 2.3 parts by mass of NMP was added, and the mixture was stirred for 30 seconds at 2000 rpm using the mixer.
The mixture was stirred at 1000rpm for 2.5 minutes to obtain a composite slurry (A1).
(実施例34~64)、(比較例6~10)
表6に掲載したCNT分散液に変更した以外は実施例33と同様の方法により、合材スラリーを得た。
(Examples 34 to 64), (Comparative Examples 6 to 10)
A composite slurry was obtained in the same manner as in Example 33, except that the CNT dispersion liquid was changed to that shown in Table 6.
表6に実施例34~64、比較例6~10で作製したCNT樹脂組成物及び合材スラリーの評価結果を示す。 Table 6 shows the evaluation results of the CNT resin compositions and composite slurries prepared in Examples 34 to 64 and Comparative Examples 6 to 10.
(実施例65)
合材スラリー(A1)を、アプリケーターを用いて、電極の単位当たりの目付量が20mg/cm2となるようにアルミ箔上に塗工した後、電気オーブン中で120℃±5℃で
25分間、塗膜を乾燥させ電極膜(A1)を得た。
(Example 65)
The composite slurry (A1) was applied onto an aluminum foil using an applicator so that the weight per unit area of the electrode was 20 mg/ cm2 , and the coating was then dried in an electric oven at 120°C ± 5°C for 25 minutes to obtain an electrode film (A1).
(実施例66~96)、(比較例11~15)
表6に掲載した合材スラリーに変更した以外は実施例65と同様の方法により、電極膜を得た。
(Examples 66 to 96), (Comparative Examples 11 to 15)
An electrode film was obtained in the same manner as in Example 65, except that the composite slurry was changed to that shown in Table 6.
表7に、作製した電極膜の評価結果を示す。導電性の評価は電極膜の体積抵抗率(Ω・cm)が5未満:++++(優良)、5以上10未満:+++(優)、10以上20未満:++(良)、20以上100未満:+(可)、100以上:-(不可)とした。 Table 7 shows the evaluation results of the electrode films produced. The conductivity was evaluated as follows: if the volume resistivity (Ω·cm) of the electrode film was less than 5, it was ++++ (excellent); if it was 5 or more and less than 10, it was +++ (excellent); if it was 10 or more and less than 20, it was ++ (good); if it was 20 or more and less than 100, it was + (fair); if it was 100 or more, it was - (bad).
(実施例97)
電極膜(A1)をロールプレス(株式会社サンクメタル社製、3t油圧式ロールプレス)による圧延処理を行い、合材層の密度が3.2g/cm3となる正極を作製した。
(Example 97)
The electrode film (A1) was subjected to a rolling treatment using a roll press (3 t hydraulic roll press, manufactured by Thank Metal Co., Ltd.) to prepare a positive electrode having a mixture layer density of 3.2 g/cm 3 .
(実施例98~128)、(比較例16~20)
表8に掲載した電極膜に変更した以外は実施例97と同様の方法にて、正極を作製した。
(Examples 98 to 128), (Comparative Examples 16 to 20)
A positive electrode was prepared in the same manner as in Example 97, except that the electrode film was changed to that shown in Table 8.
(実施例129)
正極(A1)と負極を各々45mm×40mm、50mm×45mmに打ち抜き、その間に挿入されるセパレーター(多孔質ポリプロプレンフィルム)とをアルミ製ラミネート袋に挿入し、電気オーブン中、60℃で1時間乾燥した。その後、アルゴンガスで満たされたグローブボックス内で、電解組成物(エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとジエチルカーボネートを1:1:1(体積比)の割合で混合した混合溶媒に、LiPF6を1Mの濃度で溶解させた非水電解組成物)を2mL注入した後、アルミ製ラミネートを封口してラミネート型リチウムイオン二次電池(A1)を作製した。
(Example 129)
The positive electrode (A1) and the negative electrode were punched out to 45 mm x 40 mm and 50 mm x 45 mm, respectively, and the separator (porous polypropylene film) inserted between them was inserted into an aluminum laminate bag and dried in an electric oven at 60 ° C. for 1 hour. After that, in a glove box filled with argon gas, 2 mL of an electrolytic composition (a nonaqueous electrolytic composition in which LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1 M in a mixed solvent in which ethylene carbonate, dimethyl carbonate, and diethyl carbonate were mixed in a ratio of 1:1:1 (volume ratio)) was injected, and then the aluminum laminate was sealed to prepare a laminate-type lithium ion secondary battery (A1).
(実施例130~160)、(比較例21~25)
表8に掲載された正極に変更した以外は同様の方法により、ラミネート型リチウムイオン二次電池を作製した。
(Examples 130 to 160), (Comparative Examples 21 to 25)
A laminate type lithium ion secondary battery was produced in the same manner except that the positive electrode was changed to one shown in Table 8.
表9に、作製したラミネート型リチウム二次電池の評価結果を示す。レート特性は、レート特性が90%以上:++++(優良)、80%以上90%未満:+++(優)、70%以上80%未満:++(良)、60%以上70%未満:+(可)、60%未満:-(不可)とした。 Table 9 shows the evaluation results of the laminated lithium secondary batteries. The rate characteristics were 90% or more: ++++ (excellent), 80% or more but less than 90%: +++ (excellent), 70% or more but less than 80%: ++ (good), 60% or more but less than 70%: + (passable), and less than 60%: - (unacceptable).
上記実施例では、CNTと分散剤と酸性化合物とを含むCNT分散液を用いた。実施例では、比較例に比べて合材の貯蔵安定性に優れ、レート特性に優れたリチウムイオン二次電池が得られた。よって、本発明は従来のCNT分散液では実現しがたい生産性と導電性を有するリチウム二次電池を提供できることが明らかとなった。 In the above examples, a CNT dispersion liquid containing CNTs, a dispersant, and an acidic compound was used. In the examples, a lithium ion secondary battery was obtained that had superior storage stability of the composite material and superior rate characteristics compared to the comparative examples. Therefore, it has become clear that the present invention can provide a lithium secondary battery that has productivity and conductivity that are difficult to achieve with conventional CNT dispersion liquids.
以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。 The present invention has been described above with reference to the embodiment, but the present invention is not limited to the above. Various modifications that can be understood by a person skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the invention.
Claims (9)
カーボンナノチューブ(A)の外径が3~25nmであり、
溶媒(B)は、N-メチル-2-ピロリドンを含み、
バインダー(E)は、ポリフッ化ビニリデンを含み、
前記酸性化合物(D)は、酢酸、プロピオン酸、カプリル酸、ステアリン酸、オレイン酸、ソルビン酸、酒石酸、クエン酸、グリセリン酸、安息香酸、サリチル酸、フタル酸、シュウ酸、コハク酸、アジピン酸、マレイン酸、無水酢酸、無水安息香酸、無水フタル酸、無水マレイン酸、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、およびアセチルアセトンからなる群より選ばれる少なくともいずれかを含み、
カーボンナノチューブ(A)100質量部に対して、前記酸性化合物(D)が1~25質量部であることを特徴とする正極用合材スラリーに用いられる樹脂組成物。 A resin composition comprising carbon nanotubes (A), a solvent (B), a dispersant (C), an acidic compound (D) having a molecular weight of 350 or less, and a binder (E) ,
The carbon nanotube (A) has an outer diameter of 3 to 25 nm;
The solvent (B) contains N-methyl-2-pyrrolidone,
The binder (E) contains polyvinylidene fluoride,
The acidic compound (D) includes at least one selected from the group consisting of acetic acid, propionic acid, caprylic acid, stearic acid, oleic acid, sorbic acid, tartaric acid, citric acid, glyceric acid, benzoic acid, salicylic acid, phthalic acid, oxalic acid, succinic acid, adipic acid, maleic acid, acetic anhydride, benzoic anhydride, phthalic anhydride, maleic anhydride, benzenesulfonic acid, toluenesulfonic acid , and acetylacetone;
A resin composition for use in a positive electrode mixture slurry, characterized in that the acidic compound (D) is contained in an amount of 1 to 25 parts by mass per 100 parts by mass of carbon nanotubes (A).
カーボンナノチューブ(A)を溶媒(B)中に分散させる工程を備え、
カーボンナノチューブ(A)の外径が3~25nmであり、
溶媒(B)は、N-メチル-2-ピロリドンを含み、
バインダー(E)は、ポリフッ化ビニリデンを含み、
前記酸性化合物(D)は、酢酸、プロピオン酸、カプリル酸、ステアリン酸、オレイン酸、ソルビン酸、酒石酸、クエン酸、グリセリン酸、安息香酸、サリチル酸、フタル酸、シュウ酸、コハク酸、アジピン酸、マレイン酸、無水酢酸、無水安息香酸、無水フタル酸、無水マレイン酸、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、およびアセチルアセトンからなる群より選ばれる少なくともいずれかを含み、 カーボンナノチューブ(A)100質量部に対して、前記酸性化合物(D)が1~25質量部である、
正極用合材スラリーに用いられる樹脂組成物の製造方法。 A method for producing a resin composition comprising carbon nanotubes (A), a solvent (B), a dispersant (C), an acidic compound (D) having a molecular weight of 350 or less, and a binder resin (E), comprising the steps of:
The method includes a step of dispersing carbon nanotubes (A) in a solvent (B),
The carbon nanotube (A) has an outer diameter of 3 to 25 nm;
The solvent (B) contains N-methyl-2-pyrrolidone,
The binder (E) contains polyvinylidene fluoride,
the acidic compound (D) includes at least one selected from the group consisting of acetic acid, propionic acid, caprylic acid, stearic acid, oleic acid, sorbic acid, tartaric acid, citric acid, glyceric acid, benzoic acid, salicylic acid, phthalic acid, oxalic acid, succinic acid, adipic acid, maleic acid, acetic anhydride, benzoic anhydride, phthalic anhydride, maleic anhydride, benzenesulfonic acid, toluenesulfonic acid, and acetylacetone , and the amount of the acidic compound (D) is 1 to 25 parts by mass per 100 parts by mass of the carbon nanotubes (A);
A method for producing a resin composition used in a positive electrode composite slurry.
カーボンナノチューブ(A)を溶媒(B)中に分散させる工程を備え、
カーボンナノチューブ(A)の外径が3~25nmであり、
溶媒(B)は、N-メチル-2-ピロリドンを含み、
バインダー(E)は、ポリフッ化ビニリデンを含み、
前記酸性化合物(D)は、酢酸、プロピオン酸、カプリル酸、ステアリン酸、オレイン酸、ソルビン酸、酒石酸、クエン酸、グリセリン酸、安息香酸、サリチル酸、フタル酸、シュウ酸、コハク酸、アジピン酸、マレイン酸、無水酢酸、無水安息香酸、無水フタル酸、無水マレイン酸、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、およびアセチルアセトンからなる群より選ばれる少なくともいずれかを含み、
カーボンナノチューブ(A)100質量部に対して、前記酸性化合物(D)が1~25質量部である、
正極用合材スラリーの製造方法。 A method for producing a positive electrode composite slurry, comprising: carbon nanotubes (A); a solvent (B); a dispersant (C); an acidic compound (D) having a molecular weight of 350 or less; a binder resin (E); and a positive electrode active material , the method comprising the steps of:
The method includes a step of dispersing carbon nanotubes (A) in a solvent (B),
The carbon nanotube (A) has an outer diameter of 3 to 25 nm;
The solvent (B) contains N-methyl-2-pyrrolidone,
The binder (E) contains polyvinylidene fluoride,
The acidic compound (D) includes at least one selected from the group consisting of acetic acid, propionic acid, caprylic acid, stearic acid, oleic acid, sorbic acid, tartaric acid, citric acid, glyceric acid, benzoic acid, salicylic acid, phthalic acid, oxalic acid, succinic acid, adipic acid, maleic acid, acetic anhydride, benzoic anhydride, phthalic anhydride, maleic anhydride, benzenesulfonic acid, toluenesulfonic acid , and acetylacetone;
The amount of the acidic compound (D) is 1 to 25 parts by mass relative to 100 parts by mass of the carbon nanotubes (A);
A method for producing a positive electrode composite slurry.
カーボンナノチューブ(A)と、溶媒(B)と、分散剤(C)と、分子量350以下の酸性化合物(D)とを含むカーボンナノチューブ分散液を製造する工程を備え、The method includes a step of producing a carbon nanotube dispersion liquid containing carbon nanotubes (A), a solvent (B), a dispersant (C), and an acidic compound (D) having a molecular weight of 350 or less,
カーボンナノチューブ(A)の外径が3~25nmであり、The carbon nanotube (A) has an outer diameter of 3 to 25 nm;
溶媒(B)は、N-メチル-2-ピロリドンを含み、The solvent (B) contains N-methyl-2-pyrrolidone,
バインダー(E)は、ポリフッ化ビニリデンを含み、The binder (E) contains polyvinylidene fluoride,
前記酸性化合物(D)は、酢酸、プロピオン酸、カプリル酸、ステアリン酸、オレイン酸、ソルビン酸、酒石酸、クエン酸、グリセリン酸、安息香酸、サリチル酸、フタル酸、シュウ酸、コハク酸、アジピン酸、マレイン酸、無水酢酸、無水安息香酸、無水フタル酸、無水マレイン酸、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、およびアセチルアセトンからなる群より選ばれる少なくともいずれかを含み、The acidic compound (D) includes at least one selected from the group consisting of acetic acid, propionic acid, caprylic acid, stearic acid, oleic acid, sorbic acid, tartaric acid, citric acid, glyceric acid, benzoic acid, salicylic acid, phthalic acid, oxalic acid, succinic acid, adipic acid, maleic acid, acetic anhydride, benzoic anhydride, phthalic anhydride, maleic anhydride, benzenesulfonic acid, toluenesulfonic acid, and acetylacetone;
カーボンナノチューブ(A)100質量部に対して、前記酸性化合物(D)が1~25質量部である、The amount of the acidic compound (D) is 1 to 25 parts by mass relative to 100 parts by mass of the carbon nanotubes (A);
正極用合材スラリーの製造方法。A method for producing a positive electrode mixture slurry.
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