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JP7724148B2 - Conductive slurry for power storage devices - Google Patents
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JP7724148B2 - Conductive slurry for power storage devices - Google Patents

Conductive slurry for power storage devices

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JP7724148B2
JP7724148B2 JP2021208379A JP2021208379A JP7724148B2 JP 7724148 B2 JP7724148 B2 JP 7724148B2 JP 2021208379 A JP2021208379 A JP 2021208379A JP 2021208379 A JP2021208379 A JP 2021208379A JP 7724148 B2 JP7724148 B2 JP 7724148B2
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Description

本発明は、導電材スラリー、蓄電デバイス用正極ペースト、および蓄電デバイス用正極に関する。 The present invention relates to a conductive material slurry, a positive electrode paste for an electricity storage device, and a positive electrode for an electricity storage device.

近年、地球温暖化抑制の観点から二酸化炭素を排出しない電気自動車の開発が盛んに行われている。電気自動車には、ガソリン車に比べて、走行距離が短く、バッテリーの充電に時間がかかるという課題がある。充電時間を短くするためには、正極中での電子の移動速度を速める必要がある。現在、非水電解質電池用の正極には、導電材として、カーボンブラックが使用されているが、カーボンブラックよりも電子抵抗が小さい導電材の使用が望まれている。 In recent years, there has been active development of electric vehicles that do not emit carbon dioxide in order to curb global warming. However, electric vehicles have the drawback of having a shorter driving range than gasoline-powered vehicles and taking longer to charge their batteries. To shorten charging times, it is necessary to increase the speed at which electrons move within the positive electrode. Currently, carbon black is used as a conductive material in the positive electrodes of non-aqueous electrolyte batteries, but there is a demand for conductive materials with lower electronic resistance than carbon black.

カーボンブラックよりも電子抵抗が小さい導電材として、カーボンナノチューブ(以下、「CNT」と称する場合もある。)があり、その物理的特性、化学的特性により、種々の分野への応用が期待されている。CNTはアスペクト比が高く少量で導電パスを形成できる。CNTは実質的にグラファイト1枚面を巻いて筒状にした形状を有したナノ炭素材料であり、1層に巻いたものを単層CNT、同軸に多層に巻いたものを多層CNTという。 Carbon nanotubes (hereinafter sometimes referred to as "CNTs") are a conductive material with lower electronic resistance than carbon black, and their physical and chemical properties make them promising for application in a variety of fields. CNTs have a high aspect ratio and can form conductive paths with just a small amount. CNTs are essentially nanocarbon materials formed by rolling a single sheet of graphite into a cylindrical shape; those rolled in a single layer are called single-walled CNTs, and those rolled in multiple coaxial layers are called multi-walled CNTs.

正極の塗膜抵抗を低下させるためには、炭素材料を有機溶媒に均一分散させることが求められる。特許文献1には、2-ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)に由来の構成単位を10質量%含み、けん化度が90モル%のポリビニルアルコール樹脂を、アセチレンブラックの分散剤として用いたリチウムイオン電池正極用導電ペーストが開示されている。特許文献2には、CNTの分散剤として、ポリビニルアルコールを用いることが開示されている。特許文献3には、炭素材料としてCNTを含み、分散剤として、けん化度が98モル%のポリビニルアルコール樹脂を含む、二次電池電極用スラリー組成物が開示されている。 In order to reduce the coating resistance of the positive electrode, it is necessary to uniformly disperse the carbon material in an organic solvent. Patent Document 1 discloses a conductive paste for lithium-ion battery positive electrodes that uses a polyvinyl alcohol resin containing 10% by mass of structural units derived from 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) and having a degree of saponification of 90 mol% as a dispersant for acetylene black. Patent Document 2 discloses the use of polyvinyl alcohol as a dispersant for CNTs. Patent Document 3 discloses a slurry composition for secondary battery electrodes that contains CNTs as the carbon material and a polyvinyl alcohol resin with a degree of saponification of 98 mol% as a dispersant.

特開2017-130443号公報JP 2017-130443 A 特開2021-50106号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2021-50106 WO2020/137403号公報WO2020/137403 publication

しかし、ポリビニルアルコール系樹脂において、高ケン化度(高極性)であると、炭素材料への分散剤の吸着性はよくなるが、溶媒への溶解性が悪くなり、導電材スラリーの生産性が悪くなる。分散剤の溶媒への溶解性は、炭素材料の分散性にも影響する要素であり、分散剤の溶媒への溶解性が悪いことは炭素材料の分散性の向上において不利である。特許文献1には、2-ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)等の重合性不飽和基含有モノマー(A1-1)をポリマー分散剤の構成成分として含むことにより、溶媒への溶解性と炭素材料への吸着性とが両立可能である旨、開示されている。しかし、導電材スラリーにおける炭素材料の分散性の向上という点において未だ改善の余地がある。
一方で、蓄電デバイスは、充放電が繰り返し行われるものであるから、当該充放電による電極の劣化の程度が小さいことが望まれる。充放電に対する電極の耐久性は、例えば、高温サイクル特性によって評価できるが、特許文献1~3では、分散剤と高温サイクル特性との関係について検討はなされていない。
However, when a polyvinyl alcohol-based resin has a high degree of saponification (high polarity), the adsorption of the dispersant to the carbon material improves, but the solubility in the solvent deteriorates, resulting in poor productivity of the conductive material slurry. The solubility of the dispersant in the solvent is a factor that also affects the dispersibility of the carbon material, and poor solubility of the dispersant in the solvent is disadvantageous in improving the dispersibility of the carbon material. Patent Document 1 discloses that by including a polymerizable unsaturated group-containing monomer (A1-1) such as 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) as a constituent component of a polymer dispersant, it is possible to achieve both solubility in the solvent and adsorption to the carbon material. However, there is still room for improvement in terms of improving the dispersibility of the carbon material in the conductive material slurry.
On the other hand, since an electricity storage device is repeatedly charged and discharged, it is desirable that the degree of deterioration of the electrodes due to the charge and discharge be small. The durability of an electrode against charge and discharge can be evaluated, for example, by high-temperature cycle characteristics, but Patent Documents 1 to 3 do not consider the relationship between the dispersant and high-temperature cycle characteristics.

そこで、本開示は、CNTの分散性が良好で且つ高温サイクル特性の向上に寄与し得る蓄電デバイス用導電材スラリーを提供する。また、本開示は、前記蓄電デバイス用導電材スラリーを用いて調製される蓄電デバイス用正極ペーストを提供する。また、本開示は、前記蓄電デバイス用導電材スラリーを用いて形成される蓄電デバイス用正極を提供する。 The present disclosure therefore provides a conductive material slurry for an electricity storage device that exhibits good CNT dispersibility and can contribute to improved high-temperature cycle characteristics. The present disclosure also provides a positive electrode paste for an electricity storage device prepared using the conductive material slurry for an electricity storage device. The present disclosure also provides a positive electrode for an electricity storage device formed using the conductive material slurry for an electricity storage device.

本開示は、一態様において、炭素材料系導電材と分散剤と有機溶媒とを含む蓄電デバイス用導電材スラリーであって、
前記炭素材料系導電材はカーボンナノチューブを含み、
前記分散剤は、ビニルアルコール単位と、酢酸ビニル単位と、下記一般式(1)で表される構成単位とを含む重合体であり、
前記重合体は1分子中に、前記ビニルアルコール単位を62~98質量%、前記一般式(1)で表される構成単位を1~25質量%含み、
前記重合体の1分子中の前記ビニルアルコール単位と前記酢酸ビニル単位の合計質量に対する前記ビニルアルコール単位の質量の割合が83~99%であり、
前記導電材スラリー中の前記ビニルアルコール単位の含有量が、前記カーボンナノチューブ100質量部に対して20~100質量部である、蓄電デバイス用導電材スラリーに関する。
ただし、上記一般式(1)中、R1は、水素またはメチル基であり、pは1~2の整数、qは2~3の整数である。
In one aspect, the present disclosure provides a conductive material slurry for an electrical storage device, the conductive material slurry comprising a carbon material-based conductive material, a dispersant, and an organic solvent,
the carbonaceous conductive material includes carbon nanotubes,
The dispersant is a polymer containing a vinyl alcohol unit, a vinyl acetate unit, and a structural unit represented by the following general formula (1):
The polymer contains, in one molecule, 62 to 98% by mass of the vinyl alcohol unit and 1 to 25% by mass of the constitutional unit represented by general formula (1),
a ratio of the mass of the vinyl alcohol unit to the total mass of the vinyl alcohol unit and the vinyl acetate unit in one molecule of the polymer is 83 to 99%;
The conductive material slurry for an electricity storage device relates to a conductive material slurry in which the content of the vinyl alcohol unit in the conductive material slurry is 20 to 100 parts by mass per 100 parts by mass of the carbon nanotubes.
In the above general formula (1), R 1 is hydrogen or a methyl group, p is an integer of 1 or 2, and q is an integer of 2 or 3.

本開示は、一態様において、正極活物質と結着剤と炭素材料系導電材と分散剤と有機溶媒とを含む蓄電デバイス用正極ペーストであって、
前記炭素材料系導電材はカーボンナノチューブを含み、
前記分散剤は、ビニルアルコール単位と、酢酸ビニル単位と、下記一般式(1)で表される構成単位とを含む重合体であり、
前記重合体は1分子中に、前記ビニルアルコール単位を62~98質量%、前記一般式(1)で表される構成単位を1~25質量%含み、
前記重合体の1分子中の前記ビニルアルコール単位と前記酢酸ビニル単位の合計質量に対する前記ビニルアルコール単位の質量の割合が83~99%であり、
前記正極ペースト中の前記ビニルアルコール単位の含有量が、前記カーボンナノチューブ100質量部に対して20~100質量部である、蓄電デバイス用正極ペーストに関する。
ただし、上記一般式(1)中、R1は、水素またはメチル基であり、pは1~2の整数、qは2~3の整数である。
In one aspect, the present disclosure provides a positive electrode paste for an electricity storage device, comprising a positive electrode active material, a binder, a carbonaceous conductive material, a dispersant, and an organic solvent,
the carbonaceous conductive material includes carbon nanotubes,
The dispersant is a polymer containing a vinyl alcohol unit, a vinyl acetate unit, and a structural unit represented by the following general formula (1):
The polymer contains, in one molecule, 62 to 98% by mass of the vinyl alcohol unit and 1 to 25% by mass of the constitutional unit represented by general formula (1),
a ratio of the mass of the vinyl alcohol unit to the total mass of the vinyl alcohol unit and the vinyl acetate unit in one molecule of the polymer is 83 to 99%;
The present invention relates to a positive electrode paste for an electricity storage device, wherein the content of the vinyl alcohol units in the positive electrode paste is 20 to 100 parts by mass per 100 parts by mass of the carbon nanotubes.
In the above general formula (1), R 1 is hydrogen or a methyl group, p is an integer of 1 or 2, and q is an integer of 2 or 3.

本開示は、一態様において、正極合材層を含む蓄電デバイス用正極であって、
前記正極合材層は、正極活物質と、炭素材料系導電材と、分散剤と、結着剤とを含み、
前記炭素材料系導電材はカーボンナノチューブを含み、
前記分散剤は、ビニルアルコール単位と、酢酸ビニル単位と、下記一般式(1)で表される構成単位とを含む重合体であり、
前記重合体は1分子中に、前記ビニルアルコール単位を62~98質量%、前記一般式(1)で表される構成単位を1~25質量%含み、
前記重合体の1分子中の前記ビニルアルコール単位と前記酢酸ビニル単位の合計質量に対する前記ビニルアルコール単位の質量の割合が83~99%であり、
前記正極合材層中の前記ビニルアルコール単位の含有量が、前記カーボンナノチューブ100質量部に対して20~100質量部である、蓄電デバイス用正極に関する。
ただし、上記一般式(1)中、R1は、水素またはメチル基であり、pは1~2の整数、qは2~3の整数である。
In one aspect, the present disclosure provides a positive electrode for an electricity storage device, including a positive electrode mixture layer,
the positive electrode mixture layer includes a positive electrode active material, a carbon material-based conductive material, a dispersant, and a binder,
the carbonaceous conductive material includes carbon nanotubes,
The dispersant is a polymer containing a vinyl alcohol unit, a vinyl acetate unit, and a structural unit represented by the following general formula (1):
The polymer contains, in one molecule, 62 to 98% by mass of the vinyl alcohol unit and 1 to 25% by mass of the constitutional unit represented by general formula (1),
a ratio of the mass of the vinyl alcohol unit to the total mass of the vinyl alcohol unit and the vinyl acetate unit in one molecule of the polymer is 83 to 99%;
The present invention relates to a positive electrode for an electricity storage device, wherein the content of the vinyl alcohol units in the positive electrode mixture layer is 20 to 100 parts by mass per 100 parts by mass of the carbon nanotubes.
In the above general formula (1), R 1 is hydrogen or a methyl group, p is an integer of 1 or 2, and q is an integer of 2 or 3.

本開示の蓄電デバイス用導電材スラリーは、上記重合体を分散剤として含み、前記導電材スラリー中のビニルアルコール単位の含有量が、カーボンナノチューブ100質量部に対して20~100質量部であるので、蓄電デバイス用導電材スラリー中のCNTの分散が良好に行え、且つ高温サイクル特性の向上に寄与し得る。
本開示の蓄電デバイス用正極ペーストは、本開示の蓄電デバイス用導電材スラリーを用いて調製されるので、正極合材層の塗膜抵抗の低減と高温サイクル特性の改善が可能である。
本開示の蓄電デバイス用正極は、その正極合材層が、本開示の蓄電デバイス用導電材スラリーを用いて調製された本開示の電池用正極ペーストを用いて形成されるので、高温サイクル特性が良好であり、正極合材層の塗膜抵抗が低い。
The conductive material slurry for an electricity storage device according to the present disclosure contains the above polymer as a dispersant, and the content of vinyl alcohol units in the conductive material slurry is 20 to 100 parts by mass per 100 parts by mass of carbon nanotubes. This allows for good dispersion of CNTs in the conductive material slurry for an electricity storage device, and can contribute to improving high-temperature cycle characteristics.
The positive electrode paste for an electricity storage device of the present disclosure is prepared using the conductive material slurry for an electricity storage device of the present disclosure, and therefore it is possible to reduce the coating resistance of the positive electrode mixture layer and improve the high-temperature cycle characteristics.
The positive electrode for an electricity storage device according to the present disclosure has a positive electrode composite layer formed using the positive electrode paste for a battery according to the present disclosure prepared using the conductive material slurry for an electricity storage device according to the present disclosure, and therefore has good high-temperature cycle characteristics and low coating resistance of the positive electrode composite layer.

本開示の蓄電デバイス用導電材スラリー(以下「導電材スラリー」とも言う。)は、分散剤として1分子内に、ビニルアルコール単位と、酢酸ビニル単位と、一般式(1)で表される単位を、特定の質量比率で含む重合体を含み、導電材スラリー中のCNT100質量部に対するビニルアルコール単位の量を特定量とすることにより、導電材スラリー中のCNTの分散性が向上し、且つ、当該導電材スラリーを用いて形成された蓄電デバイス用正極において、高温サイクル特性が向上するという新たな知見に基づく。 The conductive material slurry for electricity storage devices disclosed herein (hereinafter also referred to as "conductive material slurry") contains a polymer as a dispersant containing vinyl alcohol units, vinyl acetate units, and units represented by general formula (1) in a specific mass ratio per molecule, and is based on the new finding that by specifying the amount of vinyl alcohol units per 100 parts by mass of CNTs in the conductive material slurry, the dispersibility of CNTs in the conductive material slurry is improved, and the high-temperature cycle characteristics of a positive electrode for electricity storage devices formed using the conductive material slurry are improved.

本開示において、導電材スラリー中のCNTの分散性および高温サイクル特性が向上するメカニズムの詳細については明らかではないが、以下のように推察される。
ビニルアルコール単位と酢酸ビニル単位とを含む重合体(分散剤)において、ビニルアルコール単位はCNTに対して吸着性を示し、酢酸ビニル単位は溶媒への溶解性を担う成分であることが知られている。しかし、分散剤が高極性になるとNMP等の有機溶媒に対する分散剤の溶解性が低くなる。分散剤の溶解性が低いと、溶媒への溶解に時間がかかり生産性が悪くなる上に、分散剤の溶媒における安定性が悪くなることにより分散性も低下する。一方、分散剤の有機溶媒への溶解性が高すぎると、ビニルアルコール単位がCNTに吸着しづらくなることによりCNTの分散性が悪くなる。
本開示では、導電材スラリーにおける分散剤の含有量を、CNT100質量部に対して前記ビニルアルコール単位が20~100質量部となる量とし、重合体の1分子中のビニルアルコール単位の含有量を62~98質量%とすることで、CNTの高分散性のための、CNTへの必要な吸着力の確保している。そして、重合体の1分子中のビニルアルコール単位と酢酸ビニル単位の合計質量に対するビニルアルコール単位の質量の割合を83~99質量%とし、さらに、重合体の1分子中に下記一般式(1)で表される構成単位を1~25質量%含むことで、ビニルアルコール単位と酢酸ビニル単位とを含む重合体について、CNTへの必要な吸着力を損なわない範囲で溶解性を改善して、生産性を高め且つ分散剤の溶媒における安定性を確保している。
また、本開示では、重合体が下記一般式(1)を1分子中に1~25質量%含む構成であることにより、例えば、ビニルアルコール単位からなる一元系型の重合体や、ビニルアルコール単位と酢酸ビニル単位とからなる二元系の共重合体よりも、分散剤のガラス転移温度(Tg)が低い。そのため、本開示の導電性スラリーを用いて形成された合材層の集電体への密着性が高くなり、且つ、合材層が適切な強度を保ちつつ適度に柔らかくなることで、蓄電デバイスの充放電に伴う膨張・収縮等による正極への悪影響が緩和され、高温サイクル特性を向上させているものと考えらえる。
ただし、本発明はこれらのメカニズムに限定して解釈されない。
尚、下記一般式(1)で表される構成単位を、ビニルアルコール単位と酢酸ビニル単位とを含む重合体に導入することによるガラス転移温度(Tg)の低下は、フォックス方程式により確認できる。
In the present disclosure, the details of the mechanism by which the dispersibility of CNTs in the conductive material slurry and the high-temperature cycle characteristics are improved are not clear, but are presumed to be as follows.
In polymers (dispersants) containing vinyl alcohol units and vinyl acetate units, it is known that the vinyl alcohol units exhibit adsorption properties toward CNTs, and the vinyl acetate units are the components responsible for solubility in solvents. However, when the dispersant becomes highly polar, the solubility of the dispersant in organic solvents such as NMP decreases. If the solubility of the dispersant is low, it takes a long time to dissolve in the solvent, resulting in poor productivity, and the dispersibility also decreases due to the poor stability of the dispersant in the solvent. On the other hand, if the solubility of the dispersant in organic solvents is too high, the vinyl alcohol units become less likely to adsorb to CNTs, resulting in poor dispersibility of CNTs.
In the present disclosure, the content of the dispersant in the conductive material slurry is set to 20 to 100 parts by mass of the vinyl alcohol units per 100 parts by mass of CNTs, and the content of the vinyl alcohol units in one polymer molecule is set to 62 to 98% by mass, thereby ensuring the necessary adsorptive power for CNTs for high CNT dispersibility. The ratio of the mass of the vinyl alcohol units to the total mass of the vinyl alcohol units and the vinyl acetate units in one polymer molecule is set to 83 to 99% by mass, and further, one polymer molecule contains 1 to 25% by mass of a structural unit represented by the following general formula (1), thereby improving the solubility of the polymer containing the vinyl alcohol units and the vinyl acetate units to a range that does not impair the necessary adsorptive power for CNTs, thereby increasing productivity and ensuring the stability of the dispersant in the solvent.
Furthermore, in the present disclosure, the polymer has a structure in which 1 to 25 mass% of the following general formula (1) is contained in one molecule, and therefore the glass transition temperature (Tg) of the dispersant is lower than, for example, a single-component polymer composed of vinyl alcohol units or a binary copolymer composed of vinyl alcohol units and vinyl acetate units. Therefore, the composite layer formed using the conductive slurry of the present disclosure has high adhesion to the current collector, and the composite layer becomes moderately soft while maintaining appropriate strength, which is thought to mitigate the adverse effects on the positive electrode of expansion and contraction associated with charging and discharging of the power storage device and improve high-temperature cycle characteristics.
However, the present invention is not limited to these mechanisms.
The decrease in glass transition temperature (Tg) caused by introducing a constituent unit represented by the following general formula (1) into a polymer containing vinyl alcohol units and vinyl acetate units can be confirmed by the Fox equation.

<導電材スラリー>
本開示の導電材スラリーは、一態様において、炭素材料系導電材(以下「導電材」と略称する場合もある。)と分散剤と有機溶媒とを含み、前記導電材はCNTを含む。
<Conductive material slurry>
In one embodiment, the conductive material slurry of the present disclosure contains a carbon material-based conductive material (hereinafter sometimes abbreviated as "conductive material"), a dispersant, and an organic solvent, and the conductive material contains CNTs.

[導電材]
本開示の導電材スラリーでは、前記導電材のうち、好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上、さらに好ましくは95質量%以上、よりさらに好ましくは98質量%以上、よりさらに好ましくは実質的に100質量%、よりさらに好ましくは100質量%がCNTである。本開示の導電材スラリーに含まれるCNT以外の導電材としては、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、黒鉛等の炭素材料系導電材が挙げられ、これらは単独又は2種以上混合して用いることができる。
[Conductive material]
In the conductive material slurry of the present disclosure, the conductive material preferably comprises 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, even more preferably 95% by mass or more, still more preferably 98% by mass or more, still more preferably substantially 100% by mass, and still more preferably 100% by mass. Examples of conductive materials other than CNT contained in the conductive material slurry of the present disclosure include carbon material-based conductive materials such as acetylene black, ketjen black, and graphite, and these can be used alone or in combination of two or more.

本開示において、CNTとは、複数のCNTを含む総体を意味する。本開示の導電材スラリーの調製に用いられるCNTの形態は、特に限定されず、例えば、複数のCNTがそれぞれ独立していてもよいし、複数のCNTが束状あるいは絡まり合うなどの形態でもよいし、これらの形態が混合した形態でもよい。CNTは、種々の層数または直径のCNTであってもよい。CNTは、CNTの製造におけるプロセス由来の不純物(例えば、触媒やアモルファスカーボン)を含み得る。 In this disclosure, CNT refers to an entity that includes multiple CNTs. The form of the CNTs used in preparing the conductive material slurry of this disclosure is not particularly limited; for example, multiple CNTs may be independent, multiple CNTs may be in a bundled or entangled form, or a mixture of these forms. CNTs may have various numbers of walls or diameters. CNTs may contain impurities (e.g., catalysts and amorphous carbon) derived from the CNT manufacturing process.

CNTは、一又は複数の実施形態において、グラファイトの1枚面を巻いて筒状にした形状を有するものであり、1層に巻いたものを単層CNT(SWCNT)、2層に巻いたものを2層CNT(DWCNT)、3層以上に巻いたものを多層CNT(MWCNT)ともいう。本開示の導電材スラリーを含む蓄電デバイス用正極ペースト(以下「正極ペースト」と略称する場合もある。)を用いて形成される正極合材層に求められる特性に応じて、単層、2層、多層のいずれのCNT及びそれらの混合物を用いることができる。CNTの分散が良好で低抵抗の正極合材層を得るには、多層CNTを用いることが好ましい。 In one or more embodiments, the CNTs have a cylindrical shape formed by rolling one surface of graphite. Those rolled into one layer are called single-walled CNTs (SWCNTs), those rolled into two layers are called double-walled CNTs (DWCNTs), and those rolled into three or more layers are called multi-walled CNTs (MWCNTs). Depending on the properties required for the positive electrode composite layer formed using a positive electrode paste for an electricity storage device (hereinafter sometimes abbreviated as "positive electrode paste") containing the conductive material slurry of the present disclosure, single-walled, double-walled, or multi-walled CNTs, or mixtures thereof, can be used. Multi-walled CNTs are preferred for obtaining a positive electrode composite layer with good CNT dispersion and low resistance.

CNTの平均直径は、走査型電子顕微鏡(SEM)や原子間力顕微鏡(AFM)により測定される。本開示では、その平均直径は特に限定されないが、CNTの分散性向上の観点から、3nm以上が好ましく、より好ましくは5nm以上、さらに好ましくは8nm以上であり、そして、導電性向上の観点から、100nm以下が好ましく、より好ましくは50nm以下、さらに好ましくは30nm以下、よりさらに好ましくは20nm以下、よりさらに好ましくは15nm以下である。CNTの平均直径は、具体的には、好ましくは3~100nm、より好ましくは3~50nm、さらに好ましくは3~30nm、よりさらに好ましくは5~20nm、よりさらに好ましくは8~20nm、よりさらに好ましくは8~15nmである。 The average diameter of CNTs is measured using a scanning electron microscope (SEM) or an atomic force microscope (AFM). In the present disclosure, the average diameter is not particularly limited, but from the viewpoint of improving CNT dispersibility, it is preferably 3 nm or more, more preferably 5 nm or more, and even more preferably 8 nm or more. From the viewpoint of improving conductivity, it is preferably 100 nm or less, more preferably 50 nm or less, even more preferably 30 nm or less, even more preferably 20 nm or less, and even more preferably 15 nm or less. Specifically, the average diameter of CNTs is preferably 3 to 100 nm, more preferably 3 to 50 nm, even more preferably 3 to 30 nm, even more preferably 5 to 20 nm, even more preferably 8 to 20 nm, and even more preferably 8 to 15 nm.

CNTの平均長さは、走査型電子顕微鏡(SEM)や原子間力顕微鏡(AFM)により測定される。本開示では、その平均長さは特に限定されないが、導電性向上の観点から、2μm以上が好ましく、より好ましくは5μm以上、さらに好ましくは10μm以上、よりさらに好ましくは30μm以上であり、そして、分散性向上の観点から、500μm以下が好ましく、より好ましくは300μm以下、さらに好ましくは200μm以下、よりさらに好ましくは120μm以下である。CNTの平均長さは、具体的には、好ましくは2~500μm、より好ましくは5~300μm、さらに好ましくは10~200μm、よりさらに好ましくは30~120μmである。 The average length of CNTs is measured using a scanning electron microscope (SEM) or an atomic force microscope (AFM). In the present disclosure, the average length is not particularly limited, but from the viewpoint of improving conductivity, it is preferably 2 μm or more, more preferably 5 μm or more, even more preferably 10 μm or more, and even more preferably 30 μm or more. From the viewpoint of improving dispersibility, it is preferably 500 μm or less, more preferably 300 μm or less, even more preferably 200 μm or less, and even more preferably 120 μm or less. Specifically, the average length of CNTs is preferably 2 to 500 μm, more preferably 5 to 300 μm, even more preferably 10 to 200 μm, and even more preferably 30 to 120 μm.

CNTにおける不純物の含有量は、熱重量分析等の方法により測定されるが、本開示ではなるべく少ない方が良い。CNTにおける不純物の含有量は、CNTの有効分を高濃度とする観点から、好ましくは40質量%以下、より好ましくは30質量%以下、さらに好ましくは20質量%以下、よりさらに好ましくは10質量%以下、よりさらに好ましくは実質的に0質量%である。 The impurity content in CNT is measured by methods such as thermogravimetric analysis, and in this disclosure, the lower the content, the better. From the perspective of achieving a high concentration of useful CNT components, the impurity content in CNT is preferably 40% by mass or less, more preferably 30% by mass or less, even more preferably 20% by mass or less, even more preferably 10% by mass or less, and even more preferably substantially 0% by mass.

本開示の導電材スラリー中の導電材の含有量は、正極ペーストの濃度調整の利便性向上の観点から、好ましくは0.5質量%以上、より好ましくは1.0質量%以上、さらに好ましくは1.5質量%以上であり、そして、導電材スラリーを取り扱いやすい粘度とする観点から、好ましくは10質量%以下、より好ましくは5質量%以下、さらに好ましくは3質量%以下である。本開示の導電材スラリー中の導電材の含有量は、具体的には、好ましくは0.5~10質量%、より好ましくは1.0~5質量%、さらに好ましくは1.5~3質量%である。 The content of the conductive material in the conductive material slurry of the present disclosure is preferably 0.5% by mass or more, more preferably 1.0% by mass or more, and even more preferably 1.5% by mass or more, from the viewpoint of improving the convenience of adjusting the concentration of the positive electrode paste. Furthermore, from the viewpoint of providing the conductive material slurry with a viscosity that is easy to handle, the content is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, and even more preferably 3% by mass or less. Specifically, the content of the conductive material in the conductive material slurry of the present disclosure is preferably 0.5 to 10% by mass, more preferably 1.0 to 5% by mass, and even more preferably 1.5 to 3% by mass.

[分散剤]
本開示の導電材スラリーに含まれる分散剤(以下、「本開示の分散剤」または「本開示の重合体」と呼ぶ場合もある。)は、1分子中にビニルアルコール単位と、酢酸ビニル単位と、下記一般式(1)で表される構成単位と、を含む重合体である。ビニルアルコール単位は、-CH2-CH(OH)-により表される。酢酸ビニル単位は、例えば、-(CH3COO)CH-CH2-により表される。ビニルアルコール単位は、CNTに対する吸着に寄与する成分であり、酢酸ビニル単位は、NMP等の有機溶媒への溶解に寄与する成分である。下記一般式(1)で表される構成単位は、有機溶媒に対する溶解および高温サイクル特性の改善に寄与する成分である。
ただし、上記一般式(1)中、R1は、水素またはメチル基であり、pは1~2の整数、qは2~3の整数である。
[Dispersant]
The dispersant contained in the conductive material slurry of the present disclosure (hereinafter, sometimes referred to as the "dispersant of the present disclosure" or the "polymer of the present disclosure") is a polymer containing, in one molecule, a vinyl alcohol unit, a vinyl acetate unit, and a constitutional unit represented by the following general formula (1). The vinyl alcohol unit is represented by -CH2 -CH(OH)-. The vinyl acetate unit is represented, for example, by -( CH3COO )CH- CH2- . The vinyl alcohol unit is a component that contributes to adsorption to CNTs, and the vinyl acetate unit is a component that contributes to dissolution in organic solvents such as NMP. The constitutional unit represented by the following general formula (1) is a component that contributes to solubility in organic solvents and improvement of high-temperature cycle characteristics.
In the above general formula (1), R 1 is hydrogen or a methyl group, p is an integer of 1 or 2, and q is an integer of 2 or 3.

[ビニルアルコール単位、酢酸ビニル単位]
本開示の重合体の1分子中のビニルアルコール単位の含有量は、CNTの分散性向上の観点から、62質量%以上である。1分子中のビニルアルコール単位の含有量が62質量%以上であると、ビニルアルコール単位がCNTに吸着しCNTを保持した状態で、上記重合体の主鎖であるポリビニル構造がCNT面上に広がり、当該重合体の立体反発によって、CNT間に強い立体的斥力が作用し、CNTが溶媒中で高度に分散可能となるものと推察される。本開示の重合体の1分子中のビニルアルコール単位の含有量は、CNTの分散性向上の観点から、好ましくは69質量%以上、より好ましくは75質量%以上である。一方、生産性および導電材スラリーの安定性の観点から、好ましくは98質量%以下、より好ましくは95質量%以下である。
[Vinyl alcohol unit, vinyl acetate unit]
The content of vinyl alcohol units per molecule of the polymer of the present disclosure is 62% by mass or more from the viewpoint of improving CNT dispersibility. It is presumed that when the content of vinyl alcohol units per molecule is 62% by mass or more, the vinyl alcohol units adsorb to the CNTs and hold the CNTs, and the polyvinyl structure that is the main chain of the polymer spreads over the CNT surfaces. The steric repulsion of the polymer creates a strong steric repulsion between the CNTs, making the CNTs highly dispersible in the solvent. The content of vinyl alcohol units per molecule of the polymer of the present disclosure is preferably 69% by mass or more, more preferably 75% by mass or more, from the viewpoint of improving CNT dispersibility. On the other hand, from the viewpoints of productivity and the stability of the conductive material slurry, it is preferably 98% by mass or less, more preferably 95% by mass or less.

本開示の重合体の1分子中のビニルアルコール単位の質量aと酢酸ビニル単位の質量bの合計に対するビニルアルコール単位の質量aの割合100×a/(a+b)は83~99質量%である。上記割合100×a/(a+b)が83質量%以上であると、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)等の有機溶媒に対する重合体の過度な溶解が抑制されつつ、重合体のCNTに対する十分な吸着力が確保されて、分散性向上に寄与すると考えられる。上記割合100×a/(a+b)が99質量%以下であると、上記一般式(1)で表される構成単位による作用と相まって有機溶媒に対して重合体が適度に溶解し、故に、導電材スラリーの調製に過大な時間がかかることもなく、導電材スラリーの安定性も良好となる。
ビニルアルコール単位の質量aと酢酸ビニル単位の質量bは、各々、本開示の重合体の合成に使用した酢酸ビニルと、ケン化反応に使用した水酸化ナトリウムの量から算出できる。
In the polymer of the present disclosure, the ratio (100×a/(a+b)) of the mass (a) of vinyl alcohol units to the sum of the mass (a) of vinyl alcohol units and the mass (b) of vinyl acetate units in one molecule is 83 to 99% by mass. When the ratio (100×a/(a+b)) is 83% by mass or more, excessive dissolution of the polymer in organic solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) is suppressed, while sufficient adsorption of the polymer to CNTs is ensured, which is thought to contribute to improved dispersibility. When the ratio (100×a/(a+b)) is 99% by mass or less, the polymer is moderately soluble in organic solvents, in combination with the effect of the structural unit represented by general formula (1). Therefore, preparation of the conductive material slurry does not take an excessively long time, and the conductive material slurry is also stable.
The mass a of the vinyl alcohol unit and the mass b of the vinyl acetate unit can be calculated from the amount of vinyl acetate used in the synthesis of the polymer of the present disclosure and the amount of sodium hydroxide used in the saponification reaction, respectively.

本開示の重合体の1分子内の上記割合100×a/(a+b)は、CNTの分散性向上の観点から、83質量%以上であり、好ましくは90質量%以上、より好ましくは94質量%以上であり、生産性および導電材スラリーの安定性の観点から、99質量%以下であり、好ましくは98質量%以下、より好ましくは95質量%以下である。 The above-mentioned ratio 100×a/(a+b) within one molecule of the polymer of the present disclosure is 83% by mass or more, preferably 90% by mass or more, and more preferably 94% by mass or more, from the viewpoint of improving the dispersibility of CNTs, and is 99% by mass or less, preferably 98% by mass or less, and more preferably 95% by mass or less, from the viewpoint of productivity and the stability of the conductive material slurry.

[一般式(1)で表される構成単位]
上記一般式(1)で表される構成単位は、上記の通りであるが、高温サイクル特性の観点から、上記一般式(1)中、R1は、好ましくはメチル基であり、pは好ましくは2、qは好ましくは2である。上記一般式(1)で表される構成単位を与えるモノマーとしては、例えば、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート等が挙げられるが、なかでも、好ましくは2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートであり、より好ましくは2-ヒドロキシエチルメタクリレートである。
[Constituent unit represented by general formula (1)]
The structural unit represented by the general formula (1) is as described above, but from the viewpoint of high-temperature cycle properties, in the general formula (1), R1 is preferably a methyl group, p is preferably 2, and q is preferably 2. Examples of monomers that provide the structural unit represented by the general formula (1) include 2-hydroxyethyl (meth)acrylate and 2-hydroxypropyl (meth)acrylate, and of these, 2-hydroxyethyl (meth)acrylate is preferred, and 2-hydroxyethyl methacrylate is more preferred.

本開示の重合体の1分子中の、一般式(1)で表される構成単位の含有量は、重合体の溶解性の向上による生産性の改善、高温サイクル特性の改善の観点から、1質量%以上であり、好ましくは3質量%以上、より好ましくは5質量%以上である。一方、重合体の過剰溶解による重合体のCNTへの吸着力の低下の抑制、合材層の強度低下の抑制の観点から、25質量%以下であり、好ましくは15質量%以下、より好ましくは10質量%以下である。本開示において、本開示の重合体の1分子中の一般式(1)で表される構成単位の含有量は、具体的には、1~25質量%、好ましくは3~15質量%、より好ましくは5~10質量%である。
本開示の重合体の1分子中の一般式(1)で表される構成単位の含有量(質量%)は、本開示の重合体の合成に使用した全反応性モノマーに対する一般式(1)で表される構成単位を与えるモノマーの質量割合とみなすことができる。
The content of the structural unit represented by general formula (1) in one molecule of the polymer of the present disclosure is 1% by mass or more, preferably 3% by mass or more, and more preferably 5% by mass or more, from the viewpoints of improving productivity by improving the solubility of the polymer and improving high-temperature cycle characteristics. On the other hand, from the viewpoints of suppressing a decrease in the adsorption force of the polymer to CNTs due to excessive dissolution of the polymer and suppressing a decrease in the strength of the composite layer, the content is 25% by mass or less, preferably 15% by mass or less, and more preferably 10% by mass or less. In the present disclosure, the content of the structural unit represented by general formula (1) in one molecule of the polymer of the present disclosure is specifically 1 to 25% by mass, preferably 3 to 15% by mass, and more preferably 5 to 10% by mass.
The content (mass %) of the constitutional unit represented by general formula (1) in one molecule of the polymer of the present disclosure can be considered to be the mass ratio of the monomer that provides the constitutional unit represented by general formula (1) relative to all reactive monomers used in the synthesis of the polymer of the present disclosure.

[その他の構成単位]
本開示の重合体には、ビニルアルコール単位、酢酸ビニル単位、上記一般式(1)で表される構成単位以外のその他の構成単位が含まれていてもよい。その他の構成単位としては、酢酸ビニル以外のビニルエステル単位、ビニルブチラール単位、スチレン単位、エチレン単位、ブタジエン単位から選ばれる1種又は2種以上の構成単位が挙げられる。酢酸ビニル以外のビニルエステル単位は、重合体の原料モノマーとして用いられるビニルエステルモノマーに由来する。ビニルエステルモノマーとしては、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、ラウリン酸ビニル等が挙げられる。
[Other building blocks]
The polymer of the present disclosure may contain other structural units in addition to vinyl alcohol units, vinyl acetate units, and the structural units represented by the general formula (1). Examples of the other structural units include one or more structural units selected from vinyl ester units other than vinyl acetate, vinyl butyral units, styrene units, ethylene units, and butadiene units. The vinyl ester units other than vinyl acetate are derived from vinyl ester monomers used as raw material monomers for the polymer. Examples of vinyl ester monomers include vinyl propionate, vinyl butyrate, and vinyl laurate.

本開示の重合体の重合度は、ポリビニル構造によるCNTの好適な被覆によりCNTの分散性を向上させる観点から、好ましくは20以上、より好ましくは50以上、さらに好ましくは200以上、よりさらに好ましくは300以上であり、重合体自体の分散性向上によりCNTの分散性を向上させる観点から、好ましくは5000以下、より好ましくは3000以下、さらに好ましくは2000以下、よりさらに好ましくは1000以下である。本開示において、前記重合体の重合度は、具体的には、好ましくは20~5000、より好ましくは50~3000、さらに好ましくは200~2000、よりさらに好ましくは300~1000である。 The degree of polymerization of the polymer disclosed herein is preferably 20 or more, more preferably 50 or more, even more preferably 200 or more, and even more preferably 300 or more, from the viewpoint of improving the dispersibility of CNTs by favorably coating the CNTs with a polyvinyl structure; and from the viewpoint of improving the dispersibility of CNTs by improving the dispersibility of the polymer itself, it is preferably 5000 or less, more preferably 3000 or less, even more preferably 2000 or less, and even more preferably 1000 or less. In this disclosure, the degree of polymerization of the polymer is specifically preferably 20 to 5000, more preferably 50 to 3000, even more preferably 200 to 2000, and even more preferably 300 to 1000.

本開示の導電材スラリー中の前記ビニルアルコール単位の含有量は、少なすぎるとCNTが凝集するため、導電材スラリーの安定性が保てない。多すぎると、溶媒乾燥時のビニルアルコール単位同士の凝集効果により、CNT間の接触が阻害される結果、正極塗膜の塗膜抵抗が高くなる。ここで、「前記導電材スラリー中の前記ビニルアルコール単位の含有量」とは、導電材スラリーに含まれるビニルアルコール単位の全量を意味する。 If the content of the vinyl alcohol units in the conductive material slurry of the present disclosure is too low, the CNTs will aggregate, and the stability of the conductive material slurry will not be maintained. If the content is too high, the aggregation effect of the vinyl alcohol units during solvent drying will hinder contact between the CNTs, resulting in high coating resistance of the positive electrode coating film. Here, "the content of the vinyl alcohol units in the conductive material slurry" means the total amount of vinyl alcohol units contained in the conductive material slurry.

本開示の導電材スラリー中のビニルアルコール単位の含有量は、CNTの高分散性及び導電材スラリーの安定性の観点から、CNT100質量部に対して、20質量部以上であり、好ましくは23質量部以上であり、塗膜抵抗の観点から、CNT100質量部に対して、100質量部以下、好ましくは30質量部以下である。本開示の導電材スラリーにおける、ビニルアルコール単位の含有量は、具体的には、CNTの含有量100質量部に対して、20~100質量部、好ましくは23~30質量部である。導電材スラリーにおける分散剤の含有量は、CNT100質量部に対してビニルアルコール単位が、20~100質量部となる量であり、好ましくは23~30質量部となる量である。 The content of vinyl alcohol units in the conductive material slurry of the present disclosure is 20 parts by mass or more, preferably 23 parts by mass or more, per 100 parts by mass of CNT, from the viewpoint of high CNT dispersibility and conductive material slurry stability; and 100 parts by mass or less, preferably 30 parts by mass or less, per 100 parts by mass of CNT, from the viewpoint of coating film resistance. Specifically, the content of vinyl alcohol units in the conductive material slurry of the present disclosure is 20 to 100 parts by mass, preferably 23 to 30 parts by mass, per 100 parts by mass of CNT. The content of dispersant in the conductive material slurry is an amount such that the amount of vinyl alcohol units is 20 to 100 parts by mass, preferably 23 to 30 parts by mass, per 100 parts by mass of CNT.

[重合体の製造方法]
本開示の重合体の合成方法は、特に限定されず、前記重合体は、公知の方法で得ることができる。例えば、酢酸ビニルと一般式(1)で表される構成単位を与えるモノマーとを重合させて得られた共重合体をケン化することにより得ることができる。
[Method of producing polymer]
The method for synthesizing the polymer of the present disclosure is not particularly limited, and the polymer can be obtained by a known method, for example, by polymerizing vinyl acetate and a monomer that provides a structural unit represented by general formula (1) to obtain a copolymer, and then saponifying the copolymer.

[有機溶媒]
本開示の導電材スラリーに含まれる溶媒は、有機溶媒であり、正極ペーストに含まれる結着剤を溶解できるものであることが好ましい。有機溶媒としては、例えば、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジエチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド(DMAc)、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)などのアミド系極性有機溶媒;メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール(イソプロピルアルコール)、1-ブタノール(n-ブタノール)、2-メチル-1-プロパノール(イソブタノール)、2-ブタノール(sec-ブタノール)、1-メチル-2-プロパノール(tert-ブタノール)、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、またはオクタノールなどのアルコール類;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、プロピレングリコール、1,3-プロパンジオール、1,3-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、またはヘキシレングリコールなどのグリコール類;グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、またはソルビトールなどの多価アルコール類;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メチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、テトラ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、ジ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エチルエーテル、テトラ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ブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、またはテトラエチレングリコールモノブチルエーテルなどのグリコールエーテル類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルプロピルケトン、またはシクロペンタノンなどのケトン類;酢酸エチル、γ-ブチルラクトン、およびε-プロピオラクトンなどのエステル類等が挙げられる。導電材スラリーに含まれる有機溶媒は、1種でもよいし、2種以上の組合せでもよい。結着剤が、従来の電池用正極ペーストに含まれるPVDF(ポリフッ化ビニリデン樹脂)である場合、前記有機溶媒は、一般的にN-メチル-2-ピロリドン(NMP)が使用される。前記有機溶媒は、CNTの分散性向上の観点から、NMPであることが特に好ましい。
[Organic solvent]
The solvent contained in the conductive material slurry of the present disclosure is preferably an organic solvent capable of dissolving the binder contained in the positive electrode paste. Examples of the organic solvent include amide polar organic solvents such as dimethylformamide (DMF), diethylformamide, dimethylacetamide (DMAc), and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP); alcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol (isopropyl alcohol), 1-butanol (n-butanol), 2-methyl-1-propanol (isobutanol), 2-butanol (sec-butanol), 1-methyl-2-propanol (tert-butanol), pentanol, hexanol, heptanol, and octanol; glycols such as ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol, 1,3-propanediol, 1,3-butanediol, 1,5-pentanediol, and hexylene glycol; glycerin, trimethylolpropane, pentanediol, and the like. Examples of suitable organic solvents include polyhydric alcohols such as diethyl ether, pentane, sorbitol, and sorbitol; glycol ethers such as ethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, tetraethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol monoethyl ether, tetraethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, triethylene glycol monobutyl ether, and tetraethylene glycol monobutyl ether; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl propyl ketone, and cyclopentanone; and esters such as ethyl acetate, γ-butyl lactone, and ε-propiolactone. The organic solvent contained in the conductive material slurry may be a single type or a combination of two or more types. When the binder is PVDF (polyvinylidene fluoride resin), which is contained in conventional battery positive electrode pastes, the organic solvent is generally N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). NMP is particularly preferred as the organic solvent from the viewpoint of improving the dispersibility of CNTs.

(結着剤)
後述する本開示の正極ペーストに含まれる結着剤は、正極ペーストを調製する際に、本開示の導電材スラリーや正極活物質に対して添加されてもよいが、一態様において、結着剤は、本開示の導電材スラリーにあらかじめ含まれていてもよい。
(Binder)
The binder contained in the positive electrode paste of the present disclosure, which will be described later, may be added to the conductive material slurry or the positive electrode active material of the present disclosure when preparing the positive electrode paste. In one embodiment, the binder may be contained in the conductive material slurry of the present disclosure in advance.

結着剤としては、特に制限はなく、電池用電極の作製に使用される公知の結着剤を用いることができ、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ヘキサフルオロプロピレンやモノクロロトリフルオロエチレンなどとのフッ化ビニリデン共重合体、フッ化ビニリデンをカルボン酸変性した変性体等のフッ化ビニリデン系重合体を用いることができる。これらのフッ化ビニリデン系重合体の重量平均分子量について、特に制限はないが、10万~150万のフッ化ビニリデン系重合体が一般的に用いられる。フッ化ビニリデン系重合体に、スチレン-ブタジエンゴム、ポリアクリロニトリル等を混合して用いてもよい。 There are no particular restrictions on the binder, and any known binder used in the production of battery electrodes can be used. Examples include vinylidene fluoride polymers such as polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride copolymers with hexafluoropropylene or monochlorotrifluoroethylene, and carboxylic acid-modified vinylidene fluoride. There are no particular restrictions on the weight-average molecular weight of these vinylidene fluoride polymers, but vinylidene fluoride polymers with a molecular weight of 100,000 to 1,500,000 are commonly used. Styrene-butadiene rubber, polyacrylonitrile, etc. may also be mixed with vinylidene fluoride polymers.

本開示の導電材スラリー、正極ペースト、または蓄電デバイス用正極の正極合材層中に含まれる結着剤の量は、正極合材層の一体性の担保および正極合材層と集電体との接着性の観点から、導電材スラリー、正極ペースト、または蓄電デバイス用正極の正極合材層中のビニルアルコール単位100質量部に対して、好ましくは150質量部以上、より好ましくは300質量部以上、さらに好ましくは500質量部以上であり、CNTの分散性、および結着剤の添加に伴う導電材スラリーまたは正極ペーストの粘度上昇により導電材スラリーまたは正極ペーストの分散安定性が損なわれることを抑制する観点から、導電材スラリー、正極ペースト、または蓄電デバイス用正極の正極合材層中のビニルアルコール単位100質量部に対して、好ましくは800質量部以下、より好ましくは700質量部以下、さらに好ましくは660質量部以下である。導電材スラリー、正極ペースト、または蓄電デバイス用正極の正極合材層中に含まれる結着剤の量は、具体的には、導電材スラリー、正極ペースト、または蓄電デバイス用正極の正極合材層中のビニルアルコール単位100部に対して、好ましくは150~800質量部、より好ましくは300~700質量部、さらに好ましくは500~660質量部である。 The amount of binder contained in the conductive material slurry, positive electrode paste, or positive electrode composite layer of a positive electrode for an electrical storage device according to the present disclosure is preferably 150 parts by mass or more, more preferably 300 parts by mass or more, and even more preferably 500 parts by mass or more, per 100 parts by mass of vinyl alcohol units in the conductive material slurry, positive electrode paste, or positive electrode composite layer of a positive electrode for an electrical storage device, from the viewpoints of ensuring the integrity of the positive electrode composite layer and the adhesion between the positive electrode composite layer and the current collector. From the viewpoints of dispersibility of CNTs and preventing a loss of dispersion stability of the conductive material slurry or positive electrode paste due to an increase in the viscosity of the conductive material slurry or positive electrode paste resulting from the addition of the binder, the amount of binder is preferably 800 parts by mass or less, more preferably 700 parts by mass or less, and even more preferably 660 parts by mass or less, per 100 parts by mass of vinyl alcohol units in the conductive material slurry, positive electrode paste, or positive electrode composite layer of a positive electrode for an electrical storage device. Specifically, the amount of binder contained in the conductive material slurry, positive electrode paste, or positive electrode mixture layer of the positive electrode for an electrical storage device is preferably 150 to 800 parts by mass, more preferably 300 to 700 parts by mass, and even more preferably 500 to 660 parts by mass per 100 parts of vinyl alcohol units in the conductive material slurry, positive electrode paste, or positive electrode mixture layer of the positive electrode for an electrical storage device.

[含窒素有機化合物]
後述する本開示の正極ペーストおよび蓄電デバイス正極の正極合材層は、一態様として、含窒素有機化合物をさらに含んでいてもよい。含窒素有機化合物は、正極ペーストを調製する際に、本開示の導電材スラリーや他の成分に対して添加されてもよいが、一態様において、含窒素有機化合物は、本開示の導電材スラリーにあらかじめ含まれていてもよい。含窒素有機化合物の添加により、低粘度でハンドリング性が良好な導電材スラリーおよび正極ペーストの調製できる。
[Nitrogen-containing organic compound]
In one embodiment, the positive electrode paste and the positive electrode composite layer of the positive electrode of the present disclosure, which will be described later, may further contain a nitrogen-containing organic compound. The nitrogen-containing organic compound may be added to the conductive material slurry and other components of the present disclosure when preparing the positive electrode paste. In one embodiment, the nitrogen-containing organic compound may be pre-contained in the conductive material slurry of the present disclosure. The addition of the nitrogen-containing organic compound allows the preparation of a conductive material slurry and a positive electrode paste that have low viscosity and good handleability.

含窒素有機化合物の添加による低粘度化のメカニズムの詳細については明らかではないが、本開示の重合体は、炭素材料系導電材の表面全体を覆っておらず、炭素材料系導電材の表面には露出した部位が存在する。そのため、隣接する炭素材料系導電材は、π-π相互作用および炭素材料系導電材表面に一部存在する極性基同士の水素結合により、有機溶媒中において凝集する。しかし、含窒素有機化合物が含まれていると、含窒素有機化合物が、前記極性基と相互作用(中和反応や双極子相互作用)することによって炭素材料系導電材間の水素結合を抑制する。さらに、アミン(カチオン)が炭素材料系導電材上のπ電子とカチオン-π相互作用することにより炭素材料系導電材間のπ-π相互作用を抑制する。前記水素結合の抑制と前記π-π相互作用の抑制によって、炭素材料系導電材の分散性が向上し、結果、含窒素有機化合物を添加しない場合と比較して、粘度が低下するものと推察される。ただし、本開示はこれらのメカニズムに限定して解釈されない。 While the details of the mechanism by which viscosity is reduced by adding a nitrogen-containing organic compound are unclear, the polymer disclosed herein does not cover the entire surface of the carbonaceous conductive material; instead, exposed portions exist on the surface of the carbonaceous conductive material. Therefore, adjacent carbonaceous conductive materials aggregate in organic solvents due to π-π interactions and hydrogen bonding between polar groups present on the surface of the carbonaceous conductive material. However, when a nitrogen-containing organic compound is included, the nitrogen-containing organic compound interacts with the polar groups (neutralization reaction or dipole-dipole interaction) to suppress hydrogen bonding between the carbonaceous conductive materials. Furthermore, the amine (cation) interacts with the π electrons on the carbonaceous conductive material to suppress π-π interactions between the carbonaceous conductive materials. It is believed that the suppression of hydrogen bonding and π-π interactions improves the dispersibility of the carbonaceous conductive material, resulting in a lower viscosity compared to when the nitrogen-containing organic compound is not added. However, the present disclosure should not be interpreted as being limited to these mechanisms.

含窒素有機化合物としては、分子内に少なくとも1つの1~3級アミノ基を有する化合物(以下、1~3級アミンという)が好ましい。本出願において、1~3級アミノ基は中心チッ素原子に対する3つの結合がすべて単結合である構造を意味する。含窒素有機化合物は、このような1~3級アミノ基を1つ有していれば、分子内にその他のチッ素原子を有していてもよく、その他のチッ素原子は1~3級アミノ基であっても、2重結合を有するイミノ基を構成してもよい。分子内にその他のチッ素原子を有する場合、前記アミノ基のチッ素原子と隣接しないことが好ましい。 Preferred nitrogen-containing organic compounds are compounds having at least one primary, secondary, or tertiary amino group in the molecule (hereinafter referred to as a primary, secondary, or tertiary amine). In this application, a primary, secondary, or tertiary amino group refers to a structure in which all three bonds to the central nitrogen atom are single bonds. As long as a nitrogen-containing organic compound has one such primary, secondary, or tertiary amino group, it may also have other nitrogen atoms in the molecule, and these other nitrogen atoms may be primary, secondary, or tertiary amino groups, or may form imino groups with double bonds. If other nitrogen atoms are present in the molecule, it is preferable that they are not adjacent to the nitrogen atom of the amino group.

前記1~3級アミンとしては、脂肪族アミンが好ましく、鎖状(分岐、直鎖)であっても環状であってもよい。環状アミンの場合、飽和環が好ましい。環状アミンでない場合、アミノ基と共にイミノ基等の不飽和基を有していてもよい。また、脂肪族アミンの炭化水素基部分は、OH、アミノ基、COOH等で置換されていてもよい。また、脂肪族基の中の-CH2-が、O(酸素原子)で置き換えられていてもよく、このとき、O(酸素原子)は、アミノ基のチッ素原子と隣接しない方が好ましい。前記1~3級アミンとしては、例えば、アルキルアミン類、アミノ基含有アルコール類、カルボキシル置換アルキルアミン類、イミダゾール類、ピペラジン類、グアニジン類、ピペリジン類およびピロリジン類を挙げる事ができる。 The primary, secondary, and tertiary amines are preferably aliphatic amines, and may be linear (branched or linear) or cyclic. In the case of cyclic amines, saturated rings are preferred. Non-cyclic amines may have an unsaturated group such as an imino group along with the amino group. The hydrocarbon group portion of the aliphatic amine may be substituted with OH, an amino group, COOH, or the like. In addition, —CH 2 — in the aliphatic group may be replaced with O (oxygen atom), and in this case, it is preferable that the O (oxygen atom) is not adjacent to the nitrogen atom of the amino group. Examples of the primary, secondary, and tertiary amines include alkylamines, amino group-containing alcohols, carboxyl-substituted alkylamines, imidazoles, piperazines, guanidines, piperidines, and pyrrolidines.

アルキルアミン類としては、存在するアルキル基が互いに独立して、分岐または直鎖アルキル基である1~3級アミンが好ましく、より好ましくは分子中の炭素数の合計が15以下となるようにアルキル基を有する。具体的には、ヘキシルアミン、オクチルアミン、ジエチルアミン、ジブチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、N-プロピルエチルアミン、N-ブチルエチルアミン、N,N-ジメチルシクロヘキシルアミン等を挙げることができる。また、アルキル基はアミノ基で置換されていてもよく、その場合2以上の1~3級アミノ基を含有することになり、例えば、エチレンジアミン、ジエチレンジアミントリアミン等のジまたはトリアミンを挙げることができる。 Preferred alkylamines are primary, secondary, or tertiary amines in which the alkyl groups present are, independently of one another, branched or linear alkyl groups, and more preferably have alkyl groups such that the total number of carbon atoms in the molecule is 15 or less. Specific examples include hexylamine, octylamine, diethylamine, dibutylamine, trimethylamine, triethylamine, tributylamine, N-propylethylamine, N-butylethylamine, and N,N-dimethylcyclohexylamine. The alkyl group may also be substituted with an amino group, in which case the amine will contain two or more primary, secondary, or tertiary amino groups. Examples include di- or triamines such as ethylenediamine and diethylenediaminetriamine.

アミノ基含有アルコール類としては、上記のアルキルアミンにおいて、アルキル基の水素がOHで置換された化合物が好ましく、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、N-ブチルジエタノールアミン、N,N-ジメチルアミノエタノール、N-n-ブチルエタノールアミン、2-(メチルアミノ)エタノール、N-メチルエタノールアミン、N-エチルエタノールアミン、2-アミノ-1-プロパノール、2-アミノ-2-メチル-1-プロパノール、1-アミノ-2ープロパノール、2-アミノ-1,3-プロパンジオール等を挙げることができる。中でも、2-アミノ-1,3-プロパンジオールが好ましい。 Preferred amino group-containing alcohols are the above-mentioned alkylamines in which the hydrogen atom of the alkyl group has been replaced with OH. Examples include monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, N-butyldiethanolamine, N,N-dimethylaminoethanol, N-n-butylethanolamine, 2-(methylamino)ethanol, N-methylethanolamine, N-ethylethanolamine, 2-amino-1-propanol, 2-amino-2-methyl-1-propanol, 1-amino-2-propanol, and 2-amino-1,3-propanediol. Of these, 2-amino-1,3-propanediol is preferred.

カルボキシル置換アルキルアミン類としては、上記のアルキルアミンにおいて、アルキル基の水素がCOOHで置換された化合物が挙げられ、エチレンジアミン四酢酸、1,3-プロパンジアミン四酢酸、1,2-プロパンジアミン四酢酸、1,3-ジアミノ-2-ヒドロキシプロパン四酢酸、グリコールエーテルジアミン四酢酸、トランス1,2-シクロヘキサンジアミン四酢酸、ヘキサメチレンジアミン四酢酸、ジカルボキシメチルグルタミン酸、ジカルボキシメチルアスパラギン酸、S,S-エチレンジアミン二コハク酸、エチレンジアミン二(o-ヒドキシフェニル)酢酸、ヒドロキシエチルイミノ二酢酸、エチレンジアミン二酢酸、イミノ二酢酸、エチレンジアミン二プロピオン酸、ニトリロ三酢酸、ヒドロキシエチレンジアミン三酢酸、ニトリロ三プロピオン酸、メチルグリシン二酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、トリエチレンテトラミン六酢酸等が挙げられる。また、カルボキシル基の一部または全部が、Na等のアルカリ金属と塩を形成していてもよい。 Carboxyl-substituted alkylamines include the above-mentioned alkylamines in which the hydrogen atom of the alkyl group is substituted with COOH, such as ethylenediaminetetraacetic acid, 1,3-propanediaminetetraacetic acid, 1,2-propanediaminetetraacetic acid, 1,3-diamino-2-hydroxypropanetetraacetic acid, glycol ether diaminetetraacetic acid, trans-1,2-cyclohexanediaminetetraacetic acid, hexamethylenediaminetetraacetic acid, dicarboxymethylglutamic acid, dicarboxymethylaspartic acid, S,S-ethylenediaminedisuccinic acid, ethylenediaminedi(o-hydroxyphenyl)acetic acid, hydroxyethyliminodiacetic acid, ethylenediaminediacetic acid, iminodiacetic acid, ethylenediaminedipropionic acid, nitrilotriacetic acid, hydroxyethylenediaminetriacetic acid, nitrilotripropionic acid, methylglycinediacetic acid, diethylenetriaminepentaacetic acid, and triethylenetetraminehexaacetic acid. In addition, some or all of the carboxyl groups may form a salt with an alkali metal such as sodium.

イミダゾール類としては、具体的には1,2-ジメチルイミダゾール、2-メチルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール、4-エチル-2-メチルイミダゾール、1-メチル-4-エチルイミダゾール等が挙げられる。 Specific examples of imidazoles include 1,2-dimethylimidazole, 2-methylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 4-ethyl-2-methylimidazole, and 1-methyl-4-ethylimidazole.

ピペラジン類としては、無置換、またはアルキル基で置換されたピペラジンが好ましく、ここでアルキル基は、さらにアミノ基を有していてもよい。アルキル基の置換位置は、ピペラジン環中の任意の位置でよく、チッ素原子上であっても、炭素原子上であってもよい。具体的には、ピペラジン、1-メチルピペラジン、1-エチルピペラジン、1-プロピルピペラジン、1,4-ジメチルピペラジン、1,4-ジエチルピペラジン、1,4-ジプロピルピペラジン、2-メチルピペラジン、2-エチルピペラジン、3-プロピルピペラジン、2,6-ジメチルピペラジン、2,6-ジエチルピペラジン、2,6-ジプロピルピペラジン、2,5-ジメチルピペラジン、2,5-ジエチルピペラジン、2,5-ジプロピルピペラジン等を挙げることができる。また、1-アミノエチルピペラジンのような、アミノアルキル基で置換されたピペラジンも好ましい。 Preferred piperazines are unsubstituted or alkyl-substituted piperazines, where the alkyl group may further contain an amino group. The alkyl group may be substituted at any position on the piperazine ring, either on a nitrogen atom or a carbon atom. Specific examples include piperazine, 1-methylpiperazine, 1-ethylpiperazine, 1-propylpiperazine, 1,4-dimethylpiperazine, 1,4-diethylpiperazine, 1,4-dipropylpiperazine, 2-methylpiperazine, 2-ethylpiperazine, 3-propylpiperazine, 2,6-dimethylpiperazine, 2,6-diethylpiperazine, 2,6-dipropylpiperazine, 2,5-dimethylpiperazine, 2,5-diethylpiperazine, and 2,5-dipropylpiperazine. Also preferred are piperazines substituted with an aminoalkyl group, such as 1-aminoethylpiperazine.

その他、含窒素有機化合物としてグアニジン類、ピペリジン類、ピロリジン類が挙げられ、具体的には、グアニジンおよびグアニジン塩類、ピペリジン、1-メチルピペリジン、1-エチルピペリジン、1-プロピルピペリジン、2、3または4-メチルピペリジン、2、3または4-エチルピペリジン、2,6-ジメチルピペリジン、2,6-ジエチルピペリジン、2,6-ジプロピルピペリジン、2,4-ジメチルピペリジン、2,4-ジエチルピペリジン、1-アミノエチルピペリジン、モルホリン、ピロリジン、1-メチルピロリジン、1-エチルピロリジン、1-プロピルピロリジン、2または3-メチルピロリジン、2または3-エチルピロリジン、2,5-ジメチルピロリジン、2,5-ジエチルピロリジン、2,5-ジプロピルピロリジン、2,4-ジメチルピペリジン、2,4-ジエチルピペリジン、1-アミノエチルピロリジン等を挙げることができる。 Other examples of the nitrogen-containing organic compound include guanidines, piperidines, and pyrrolidines. Specific examples include guanidine and guanidine salts, piperidine, 1-methylpiperidine, 1-ethylpiperidine, 1-propylpiperidine, 2,3, or 4-methylpiperidine, 2,3, or 4-ethylpiperidine, 2,6-dimethylpiperidine, 2,6-diethylpiperidine, 2,6-dipropylpiperidine, 2,4-dimethylpiperidine, 2,4-diethylpiperidine, 1-aminoethylpiperidine, morpholine, pyrrolidine, 1-methylpyrrolidine, 1-ethylpyrrolidine, 1-propylpyrrolidine, 2 or 3-methylpyrrolidine, 2 or 3-ethylpyrrolidine, 2,5-dimethylpyrrolidine, 2,5-diethylpyrrolidine, 2,5-dipropylpyrrolidine, 2,4-dimethylpiperidine, 2,4-diethylpiperidine, and 1-aminoethylpyrrolidine.

導電材スラリー、正極ペースト、または蓄電デバイス用正極の正極合材層中に含まれる含窒素有機化合物の含有量は、導電材の分散性向上の観点から、導電材100質量部に対して、好ましくは0.5質量部以上、より好ましくは1質量部以上、さらにより好ましくは5質量部以上であり、そして、高導電性の観点から、好ましくは2000質量部以下、より好ましくは1000質量部以下、さらに好ましくは500質量部以下である。導電材スラリー、正極ペースト、または蓄電デバイス用正極の正極合材層中に含まれる含窒素有機化合物の含有量は、具体的には、導電材100質量部に対して、好ましくは0.5~2000質量部、より好ましくは1~1000質量部、さらに好ましくは5~500質量部である。 The content of the nitrogen-containing organic compound contained in the conductive material slurry, positive electrode paste, or positive electrode composite layer of a positive electrode for an electrical storage device is preferably 0.5 parts by mass or more, more preferably 1 part by mass or more, and even more preferably 5 parts by mass or more, per 100 parts by mass of the conductive material, from the viewpoint of improving the dispersibility of the conductive material. From the viewpoint of high conductivity, it is preferably 2000 parts by mass or less, more preferably 1000 parts by mass or less, and even more preferably 500 parts by mass or less. Specifically, the content of the nitrogen-containing organic compound contained in the conductive material slurry, positive electrode paste, or positive electrode composite layer of a positive electrode for an electrical storage device is preferably 0.5 to 2000 parts by mass, more preferably 1 to 1000 parts by mass, and even more preferably 5 to 500 parts by mass, per 100 parts by mass of the conductive material.

尚、本開示の導電材スラリーは、各々、本開示の効果が妨げられない範囲で、その他の成分を更に含んでもよい。その他の成分としては、例えば、酸化防止剤、中和剤、消泡剤、防腐剤、脱水剤、防錆剤、可塑剤等(以下、添加剤とも言う。)が挙げられる。 The conductive material slurries of the present disclosure may further contain other components, provided that the effects of the present disclosure are not impaired. Examples of other components include antioxidants, neutralizing agents, antifoaming agents, preservatives, dehydrating agents, rust inhibitors, plasticizers, etc. (hereinafter also referred to as additives).

[導電材スラリーの製造方法]
本開示の導電材スラリーは、一又は複数の実施形態において、導電材と、本開示の分散剤と、有機溶媒と、必要に応じて、結着剤、含窒素有機化合物、または添加剤等の各成分を、混合分散機を用いて、混合し、組成が均一になるまで分散処理をすることにより調製できる。本開示の導電材スラリーの製造方法は、一態様において、本開示の分散剤を有機溶媒に溶解させて分散剤溶液を得た後、当該分散剤溶液に導電材を加える工程と、導電材が添加された分散剤溶液に対し混合分散機を用いて分散処理をする工程とを含む。
[Method for producing conductive material slurry]
In one or more embodiments, the conductive material slurry of the present disclosure can be prepared by mixing a conductive material, a dispersant of the present disclosure, an organic solvent, and, as necessary, components such as a binder, a nitrogen-containing organic compound, or an additive using a mixer/disperser, and performing a dispersion treatment until a uniform composition is achieved. In one aspect, a method for producing a conductive material slurry of the present disclosure includes the steps of: dissolving a dispersant of the present disclosure in an organic solvent to obtain a dispersant solution; adding a conductive material to the dispersant solution; and performing a dispersion treatment using a mixer/disperser on the dispersant solution to which the conductive material has been added.

前記混合分散機としては、例えば、超音波ホモジナイザー、振動ミル、ジェットミル、ボールミル、ビーズミル、サンドミル、ロールミル、ホモジナイザー、高圧ホモジナイザー、超音波装置、アトライター、デゾルバー、及びペイントシェーカー等から選ばれる少なくとも1種が挙げられる。 The mixing and dispersing machine may be at least one selected from the group consisting of an ultrasonic homogenizer, a vibration mill, a jet mill, a ball mill, a bead mill, a sand mill, a roll mill, a homogenizer, a high-pressure homogenizer, an ultrasonic device, an attritor, a dissolver, and a paint shaker.

前記分散処理は、例えば、粗分散液を混合分散機から排出させた後、再び混合分散機に注入するという循環をさせながら行うと好ましく、当該循環は、好ましくは2~40回であり、分散液の排出及び注入速度は、好ましくは10~60g/分である。 The dispersion treatment is preferably carried out while circulating the crude dispersion by, for example, discharging it from the mixer-disperser and then injecting it back into the mixer-disperser. This circulation is preferably carried out 2 to 40 times, and the rate of discharging and injecting the dispersion is preferably 10 to 60 g/min.

本開示の導電材スラリーの製造方法において、導電材スラリーの構成成分のうちの一部成分を混合してから、それを残余と混合してもよいし、各成分は、全量を一度に投入せずに、各々、複数回に分けて投入してもよい。導電材は乾燥状態で他の成分と混合してもよいし、溶媒と混合してから、他の成分と混合してもよい。当該溶媒は、上述した有機溶媒と同じものが挙げられる。結着剤は、溶媒に溶解された状態、すなわち、結着剤溶液を、他の成分と混合するのが好ましい。当該溶媒は、上述した有機溶媒と同じものが挙げられる。 In the method for producing a conductive material slurry disclosed herein, some of the components constituting the conductive material slurry may be mixed first and then mixed with the remainder, or each component may be added in multiple batches rather than all at once. The conductive material may be mixed with the other components in a dry state, or may be mixed with a solvent and then mixed with the other components. Examples of such solvents include the same organic solvents as described above. It is preferable that the binder is dissolved in a solvent, i.e., the binder solution is mixed with the other components. Examples of such solvents include the same organic solvents as described above.

結着剤を含む本開示の導電材スラリーを調製する場合は、導電材と、本開示の分散剤と、有機溶媒と、必要に応じて、含窒素有機化合物または添加剤等を含む粗分散液に対して、結着剤溶液を混合するのが好ましく、前記粗分散液と結着剤溶液とを含む混合物は、ミキサー等により攪拌してから、混合分散機へ供給するのが好ましい。 When preparing a conductive material slurry of the present disclosure containing a binder, it is preferable to mix a binder solution with a crude dispersion containing a conductive material, a dispersant of the present disclosure, an organic solvent, and, as necessary, a nitrogen-containing organic compound or additives, etc., and it is preferable to agitate the mixture containing the crude dispersion and binder solution using a mixer or the like before supplying it to a mixer/disperser.

本開示の導電材スラリーの25℃における粘度は、低い方が好ましく、正極ペースト調製時のハンドリング性向上の観点から、好ましくは90Pa・s以下、より好ましくは70Pa・s以下、さらに好ましくは60Pa・s以下である。 The viscosity of the conductive material slurry of the present disclosure at 25°C is preferably low, and from the viewpoint of improving handleability during preparation of the positive electrode paste, it is preferably 90 Pa·s or less, more preferably 70 Pa·s or less, and even more preferably 60 Pa·s or less.

<蓄電デバイス用正極ペースト>
本開示は、一態様において、本開示の導電材スラリーと、正極活物質とを含む、蓄電デバイス用正極ペーストに関する。本開示の導電材スラリーを用いて調製された本開示の正極ペーストは、CNTの分散性が良好であるので正極合材層の塗膜抵抗を低減でき、高温サイクル特性も改善される。
<Positive electrode paste for energy storage devices>
In one aspect, the present disclosure relates to a positive electrode paste for an electrical storage device, comprising a conductive material slurry of the present disclosure and a positive electrode active material. The positive electrode paste of the present disclosure prepared using the conductive material slurry of the present disclosure has good dispersibility of CNTs, thereby reducing the coating resistance of the positive electrode mixture layer and improving high-temperature cycle characteristics.

また、本開示は、一態様において、正極活物質と結着剤と導電材と本開示の分散剤と有機溶媒とを含む蓄電デバイス用正極ペーストであって、前記炭素材料系導電材はCNTを含み、本開示の正極ペースト中の前記ビニルアルコール単位の含有量が、CNT100質量部に対して20~100質量部となる量である、蓄電デバイス用正極ペーストに関する。「前記正極ペースト中の前記ビニルアルコール単位の含有量」とは、本開示の正極ペーストに含まれるビニルアルコール単位の全量を意味する。 In one aspect, the present disclosure relates to a positive electrode paste for an electricity storage device, comprising a positive electrode active material, a binder, a conductive material, the dispersant of the present disclosure, and an organic solvent, wherein the carbonaceous conductive material contains CNTs, and the content of the vinyl alcohol units in the positive electrode paste of the present disclosure is 20 to 100 parts by mass per 100 parts by mass of CNTs. "The content of the vinyl alcohol units in the positive electrode paste" refers to the total amount of vinyl alcohol units contained in the positive electrode paste of the present disclosure.

本開示の正極ペーストは、本開示の分散剤を、本開示の正極ペースト中の前記ビニルアルコール単位の含有量がCNT100質量部に対して20~200質量部となる量含むので、正極ペースト中のCNTの分散が良好であり、正極合材層の塗膜抵抗の低減でき、高温サイクル特性を改善できる。 The positive electrode paste of the present disclosure contains the dispersant of the present disclosure in an amount such that the content of the vinyl alcohol units in the positive electrode paste of the present disclosure is 20 to 200 parts by mass per 100 parts by mass of CNT. This results in good dispersion of CNT in the positive electrode paste, reduced coating resistance of the positive electrode composite layer, and improved high-temperature cycle characteristics.

[正極活物質]
正極活物質としては、リチウムを吸蔵、放出可能であって、充放電反応が可能である活物質であればよく、例えば、LiCoO2、LiNiO2、LiMn24、三元系(NMC系)LiNixMnyCoz2、Liリッチ形(Li(LixMe1-x)O2(Me=Co,Ni,Mnなど)、Niリッチ形(LiNixCoyAlz2)等のリチウム金属複合酸化物が挙げられる。正極活物質は粒状物として用いられる。その平均粒径としては、例えば、1μm以上40μm以下とすることができる。
[Cathode active material]
The positive electrode active material may be any active material capable of absorbing and releasing lithium and capable of undergoing a charge-discharge reaction, and examples thereof include lithium metal composite oxides such as LiCoO2 , LiNiO2 , LiMn2O4 , ternary (NMC) LiNi x Mn y Co z O2 , Li-rich (Li(Li x Me 1-x ) O2 (Me = Co, Ni, Mn, etc.) and Ni-rich (LiNi x Co y Al z O2 ). The positive electrode active material is used as a granular material. The average particle size thereof may be, for example, 1 μm or more and 40 μm or less.

(正極ペースト中の正極活物質の含有量)
本開示の正極ペーストにおける正極活物質の含有量は、固形分換算で、エネルギー密度、高容量化の観点から、好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上であり、そして、正極合剤層の集電体への結着力向上の観点から、好ましくは99.5質量%以下、より好ましくは99質量%以下である。
(Content of positive electrode active material in positive electrode paste)
The content of the positive electrode active material in the positive electrode paste of the present disclosure is, in terms of solid content, preferably 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, from the viewpoint of increasing the energy density and capacity, and is preferably 99.5% by mass or less, more preferably 99% by mass or less, from the viewpoint of improving the binding strength of the positive electrode mixture layer to the current collector.

正極ペーストまたは後述する蓄電デバイス用正極の正極合材層中の正極活物質の含有量は、正極活物質同士の凝集抑制および正極ペーストの安定性の観点から、正極ペーストまたは前記正極合材層中のビニルアルコール単位の全質量に対する正極活物質の質量の比(正極活物質/ビニルアルコール単位)で表すと、好ましくは150以上、より好ましくは300以上、さらに好ましくは500以上であり、そして、過剰量の分散剤により正極活物質が覆われることによる溶媒除去後の正極合剤層内での正極活物質同士の凝集を抑制して、正極合剤層の塗膜抵抗の上昇を抑制する観点から、正極ペーストまたは前記正極合材層中の正極活物質の含有量は、前記質量比(正極活物質/ビニルアルコール単位)で表すと、好ましくは800以下、より好ましくは750以下、さらに好ましくは700以下である。正極ペースト中の正極活物質の含有量は、前記質量比(正極活物質/ビニルアルコール単位)で表すと、具体的には、好ましくは150~800、より好ましくは300~750、さらに好ましくは500~700である。 From the viewpoints of preventing aggregation of the positive electrode active material particles and maintaining the stability of the positive electrode paste, the content of the positive electrode active material in the positive electrode paste or the positive electrode composite layer of the energy storage device described below, expressed as the ratio of the mass of the positive electrode active material to the total mass of the vinyl alcohol units in the positive electrode paste or the positive electrode composite layer (positive electrode active material/vinyl alcohol units), is preferably 150 or more, more preferably 300 or more, and even more preferably 500 or more. Furthermore, from the viewpoints of preventing aggregation of the positive electrode active material particles in the positive electrode composite layer after solvent removal due to the positive electrode active material being covered with an excess amount of dispersant and preventing an increase in the coating resistance of the positive electrode composite layer, the content of the positive electrode active material in the positive electrode paste or the positive electrode composite layer, expressed as the mass ratio (positive electrode active material/vinyl alcohol units), is preferably 800 or less, more preferably 750 or less, and even more preferably 700 or less. The content of the positive electrode active material in the positive electrode paste, expressed as the mass ratio (positive electrode active material/vinyl alcohol unit), is preferably 150 to 800, more preferably 300 to 750, and even more preferably 500 to 700.

(正極ペースト中の分散剤の含有量)
本開示の正極ペースト中の分散剤(重合体)の含有量は、固形分換算で、正極合材層の低抵抗化の観点から、好ましくは0.05質量%以上、より好ましくは0.10質量%以上であり、そして、蓄電デバイスのエネルギー密度を高度に保つ観点から、好ましくは1質量%以下、より好ましくは0.5質量%以下である。本開示の正極ペースト中の分散剤(重合体)の含有量は、具体的には、好ましくは0.05~1質量%、より好ましくは0.10~0.5質量%である。
(Dispersant content in positive electrode paste)
The content of the dispersant (polymer) in the positive electrode paste of the present disclosure is, in terms of solid content, preferably 0.05% by mass or more, more preferably 0.10% by mass or more, from the viewpoint of reducing the resistance of the positive electrode mixture layer, and is preferably 1% by mass or less, more preferably 0.5% by mass or less, from the viewpoint of maintaining a high energy density of the power storage device. Specifically, the content of the dispersant (polymer) in the positive electrode paste of the present disclosure is preferably 0.05 to 1% by mass, more preferably 0.10 to 0.5% by mass.

(正極ペースト中の導電材の含有量)
本開示の正極ペーストの導電材の含有量は、正極合材層の導電性の観点から、固形分換算で、好ましくは0.3質量%以上、より好ましくは0.5質量%以上であり、そして、蓄電デバイスのエネルギー密度を高度に保つ観点から、好ましくは2質量%以下、より好ましくは1質量%以下である。本開示の正極ペーストの導電材の含有量は、具体的には、好ましくは0.3~2質量%、より好ましくは0.5~1質量%である。
(Conductive material content in positive electrode paste)
The content of the conductive material in the positive electrode paste of the present disclosure is preferably 0.3 mass % or more, more preferably 0.5 mass % or more, calculated as solid content, from the viewpoint of the conductivity of the positive electrode mixture layer, and is preferably 2 mass % or less, more preferably 1 mass % or less, from the viewpoint of maintaining a high energy density of the power storage device. Specifically, the content of the conductive material in the positive electrode paste of the present disclosure is preferably 0.3 to 2 mass %, more preferably 0.5 to 1 mass %.

(正極ペースト中の結着剤の含有量)
本開示の正極ペーストの結着剤の含有量は、正極合材層の塗膜性や集電体との結着性の観点から、固形分換算で、好ましくは0.5質量%以上、より好ましくは0.8質量%以上であり、そして、蓄電デバイスのエネルギー密度を高度に保つ観点から、好ましくは1.5質量%以下、より好ましくは1.2質量%以下である。本開示の正極ペースト中の結着剤の含有量は、具体的には、好ましくは0.5~1.5質量%、より好ましくは0.8~1.2質量%である。
(Binder content in positive electrode paste)
The content of the binder in the positive electrode paste of the present disclosure is preferably 0.5 mass% or more, more preferably 0.8 mass% or more, calculated as solids, from the viewpoints of the coating properties of the positive electrode mixture layer and the binding property with the current collector, and is preferably 1.5 mass% or less, more preferably 1.2 mass% or less, from the viewpoint of maintaining a high energy density of the electricity storage device. Specifically, the content of the binder in the positive electrode paste of the present disclosure is preferably 0.5 to 1.5 mass%, more preferably 0.8 to 1.2 mass%.

尚、本開示の正極ペーストは、各々、本開示の効果が妨げられない範囲で、その他の成分を更に含んでもよい。その他の成分としては、例えば、酸化防止剤、中和剤、消泡剤、防腐剤、脱水剤、防錆剤、可塑剤等が挙げられる。 The positive electrode pastes of the present disclosure may further contain other components, as long as the effects of the present disclosure are not impaired. Examples of other components include antioxidants, neutralizing agents, antifoaming agents, preservatives, dehydrating agents, rust inhibitors, and plasticizers.

(正極ペーストの製造方法)
本開示の正極ペーストは、一又は複数の実施形態において、正極活物質、本開示の導電材スラリー、固形分調整等のための溶媒(追加溶媒)、必要に応じて結着剤等を、混合及び攪拌して、製造することができる。各成分は任意の順に混合してもよい。上記溶媒(追加溶媒)としては、上述した有機溶媒と同じものが挙げられるが、なかでも、NMPが好ましい。混合や攪拌にはプラネタリミキサー、ビーズミル、ジェットミル等を用いることができ、また、これらを併用することもできる。
(Method for manufacturing positive electrode paste)
In one or more embodiments, the positive electrode paste of the present disclosure can be produced by mixing and stirring a positive electrode active material, a conductive material slurry of the present disclosure, a solvent (additional solvent) for adjusting the solid content, and, if necessary, a binder. The components may be mixed in any order. Examples of the solvent (additional solvent) include the same organic solvents as those described above, with NMP being preferred. A planetary mixer, a bead mill, a jet mill, or the like can be used for mixing and stirring, or these can be used in combination.

本開示の正極ペーストは、正極ペーストの製造に用いる全成分のうちの一部成分をプレミックスしてから、それを残余と混合することもできる。また、各成分は、全量を一度に投入せずに、複数回に分けて投入しても良い。これにより、攪拌装置の機械的な負荷を抑えることができる。本開示の正極ペーストの固形分濃度は、正極ペーストを集電体に塗布するのに適した粘度に応じて調整することができる。また、正極活物質以外の成分を混合し、これらが均質になるまで分散したのち、正極活物質を加え、さらに均質になるまでこれらを攪拌してもよい。本開示の正極ペーストの製造方法は、一態様において、本開示の導電性スラリーに、正極活物質を添加および分散させる工程を含む。また、本開示の正極ペーストの製造方法は、一態様において、前記工程において、本開示の導電性スラリーに、結着剤を有機溶媒に溶解させた結着剤溶液を添加しこれらを混合してから、前記正極活物質の添加および分散を行う。 The positive electrode paste of the present disclosure can be prepared by premixing some of the components used in producing the positive electrode paste and then mixing the premixed components with the remainder. Alternatively, each component may be added in multiple batches rather than all at once. This reduces the mechanical load on the stirring device. The solids concentration of the positive electrode paste of the present disclosure can be adjusted according to the viscosity suitable for applying the positive electrode paste to the current collector. Alternatively, components other than the positive electrode active material may be mixed and dispersed until homogeneous, after which the positive electrode active material is added and stirred until further homogeneous. In one embodiment, the method for producing a positive electrode paste of the present disclosure includes a step of adding and dispersing a positive electrode active material in the conductive slurry of the present disclosure. In another embodiment, the method for producing a positive electrode paste of the present disclosure includes a step of adding a binder solution, in which a binder is dissolved in an organic solvent, to the conductive slurry of the present disclosure, mixing the two, and then adding and dispersing the positive electrode active material.

<蓄電デバイス用正極>
本開示は、一態様において、集電体と集電体に接合された正極合材層とを含み、正極合材層が、本開示の正極ペーストを用いて形成された蓄電デバイス用正極に関する。また、本開示は、一態様において、正極合材層を含む蓄電デバイス用正極であって、前記正極合材層は、正極活物質と、炭素材料導電材と、本開示の分散剤と、結着剤とを含み、前記炭素材料系導電材はCNTを含み、前記正極合材層中の前記ビニルアルコール単位の含有量が、CNT100質量部に対して20~100質量部である、蓄電デバイス用正極に関する。「前記正極合材層中の前記ビニルアルコール単位の含有量」とは、正極合材層に含まれるビニルアルコール単位の全量を意味し、前記正極合材層の形成に使用した正極ペーストに含まれるビニルアルコール単位の全量とみなすことができる。
<Positive electrode for electricity storage device>
In one aspect, the present disclosure relates to a positive electrode for an electricity storage device, including a current collector and a positive electrode composite layer bonded to the current collector, the positive electrode composite layer being formed using the positive electrode paste of the present disclosure. Also, in one aspect, the present disclosure relates to a positive electrode for an electricity storage device, including a positive electrode composite layer, the positive electrode composite layer including a positive electrode active material, a carbon material conductive material, a dispersant of the present disclosure, and a binder, the carbon material conductive material including CNTs, and the content of the vinyl alcohol units in the positive electrode composite layer is 20 to 100 parts by mass per 100 parts by mass of CNTs. The "content of the vinyl alcohol units in the positive electrode composite layer" refers to the total amount of vinyl alcohol units contained in the positive electrode composite layer, and can be considered as the total amount of vinyl alcohol units contained in the positive electrode paste used to form the positive electrode composite layer.

本開示の蓄電デバイス用正極は、本開示の分散剤を、正極合材層中の前記ビニルアルコール単位の含有量がCNT100質量部に対して20~100質量部となる量含むので、正極合材層におけるCNTの分散性が良好であり、正極合材層の塗膜抵抗の低減でき、高温サイクル特性を改善できる。 The positive electrode for an electricity storage device of the present disclosure contains the dispersant of the present disclosure in an amount such that the content of the vinyl alcohol units in the positive electrode mixture layer is 20 to 100 parts by mass per 100 parts by mass of CNT. This results in good dispersibility of CNT in the positive electrode mixture layer, reduced coating resistance of the positive electrode mixture layer, and improved high-temperature cycle characteristics.

本開示の蓄電デバイス用正極の製造方法においては、本開示の正極ペーストを、例えば、アルミニウム箔等の集電体に塗工し、これを乾燥して正極合材層を形成する。正極の密度を上げるために、プレス機により圧密化を行うこともできる。正極ペーストの塗工には、ダイヘッド、コンマリバース ロール、ダイレクトロール、グラビアロール等を用いることができる。塗工後の乾燥は、加温、エアフロー、赤外線照射等を単独あるいは組み合わせて行うことができる。正極のプレスは、ロールプレス機等により、行うことができる。 In the manufacturing method of the positive electrode for an electricity storage device disclosed herein, the positive electrode paste disclosed herein is applied to a current collector, such as aluminum foil, and then dried to form a positive electrode composite layer. To increase the density of the positive electrode, compaction can be performed using a press. A die head, cone reverse roll, direct roll, gravure roll, etc. can be used to apply the positive electrode paste. Drying after application can be performed using heating, air flow, infrared irradiation, etc., alone or in combination. The positive electrode can be pressed using a roll press, etc.

以下、製造例、実施例及び比較例により、本発明をさらに詳細に説明する。 The present invention will be explained in more detail below through manufacturing examples, working examples, and comparative examples.

<分散剤の製造>
(分散剤a1)
温度計、環流冷却管、窒素ガス導入管および撹拌機を備えた反応容器に、重合性モノマーとして酢酸ビニル95質量部及び2-ヒドロキシエチルメタクリレート(モノマー(C))5質量部、溶媒としてメタノール、重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルを用いて60℃で共重合反応を行い、樹脂溶液を得た。次いで、樹脂溶液に、水酸化ナトリウムのメタノール溶液を添加してケン化反応を行い、よく洗浄した後、熱風乾燥機で乾燥して、重合度が300であり、表1に示した組成の分散剤a1を得た。
得られた分散剤a1 6部(固形分6部)を80℃に加温したN-メチル-2-ピロリドン(NMP)962部(溶剤)に加えて混合し、分散剤a1を完全に溶解させた。このとき完全溶解までに要した時間は、4時間であった。
なお、完全溶解までに要した時間とは、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)962部に分散剤a1 6部を混合し、80℃に加温した状態で、目視にて未溶解物である凝集体の存在がなくなるまでの時間とした。
<Production of Dispersant>
(Dispersant a1)
A copolymerization reaction was carried out at 60°C in a reaction vessel equipped with a thermometer, a reflux condenser, a nitrogen gas inlet tube, and a stirrer using 95 parts by mass of vinyl acetate and 5 parts by mass of 2-hydroxyethyl methacrylate (monomer (C)) as polymerizable monomers, methanol as a solvent, and azobisisobutyronitrile as a polymerization initiator, to obtain a resin solution. Next, a methanol solution of sodium hydroxide was added to the resin solution to carry out a saponification reaction, and after thorough washing, the solution was dried in a hot air dryer to obtain a dispersant a1 having a degree of polymerization of 300 and the composition shown in Table 1.
6 parts of the obtained dispersant a1 (6 parts solid content) were added to 962 parts of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) (solvent) heated to 80°C and mixed to completely dissolve the dispersant a1. The time required for complete dissolution was 4 hours.
The time required for complete dissolution was measured by mixing 6 parts of dispersant a1 with 962 parts of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), heating the mixture to 80°C, and measuring the time required for the presence of aggregates, which are undissolved matter, to disappear when visually observed.

上記(分散剤a1)に記載の酢酸ビニルとモノマー(C)の使用量(質量部)、及びケン化反応を制御することにより、表1に記載の分散剤a2~a9を作製した。得られた分散剤のNMPへの完全溶解に要した時間は、表2に示した。 Dispersants a2 to a9 listed in Table 1 were prepared by controlling the amounts (parts by mass) of vinyl acetate and monomer (C) used and the saponification reaction described above (Dispersant a1). The time required for complete dissolution of the resulting dispersants in NMP is shown in Table 2.

<CNTスラリーの調製>
導電材スラリーの一例として、表2中のCNTスラリーA1~A12を、下記方法により調製した。
<Preparation of CNT Slurry>
As examples of conductive material slurries, CNT slurries A1 to A12 in Table 2 were prepared by the following method.

(CNTスラリーA1)
分散剤a1のNMP溶液100g(固形分0.624g)に、繊維状炭素ナノ構造体としての多層カーボンナノチューブ(MWCNT、平均直径12nm、平均長さ40μm)を2g加え、粗分散液を得た。そして、MWCNTおよび分散剤a1を含む粗分散液を、分散時に背圧を負荷する多段圧力制御装置(多段降圧器)を有する高圧ホモジナイザー(株式会社美粒製、製品名「BERYU MINI」)に充填し、100MPaの圧力で粗分散液の分散処理を行った。具体的には、背圧を負荷しつつ、粗分散液にせん断力を与えてMWCNTを分散させ、繊維状炭素ナノ構造体分散液としてのCNTスラリーA1を得た。なお、分散処理は、分散液を高圧ホモジナイザーから排出させて再び高圧ホモジナイザーに注入するという循環をさせながら行い、当該循環は20回行い、分散液の排出及び注入速度は30g/分とした。CNTスラリーA1中のビニルアルコール単位の含有量(全量)は、CNTの含有量100質量部に対して28.1質量部であった。
(CNT Slurry A1)
To 100 g of an NMP solution of dispersant a1 (solid content 0.624 g), 2 g of multi-walled carbon nanotubes (MWCNT, average diameter 12 nm, average length 40 μm) as fibrous carbon nanostructures were added to obtain a crude dispersion. The crude dispersion containing MWCNT and dispersant a1 was then filled into a high-pressure homogenizer (manufactured by Biryu Co., Ltd., product name "BERYU MINI") equipped with a multistage pressure control device (multistage step-down device) that applies back pressure during dispersion, and the crude dispersion was subjected to a dispersion treatment at a pressure of 100 MPa. Specifically, while applying back pressure, shear force was applied to the crude dispersion to disperse the MWCNT, and CNT slurry A1 was obtained as a fibrous carbon nanostructure dispersion. The dispersion treatment was performed while circulating the dispersion by discharging it from the high-pressure homogenizer and injecting it back into the high-pressure homogenizer. This circulation was performed 20 times, and the discharge and injection rate of the dispersion was 30 g/min. The content (total amount) of vinyl alcohol units in the CNT slurry A1 was 28.1 parts by mass relative to 100 parts by mass of the CNT content.

(CNTスラリーA2~A12)
表2に記載の組成となるように、CNTスラリーA1の調製と同様の操作にて、CNTスラリーA2~A12を、各々、調製した。尚、CNTスラリーA7の調整に用いた含窒素有機化合物は2-アミノ-1,3プロパンジオールである。
(CNT Slurries A2 to A12)
CNT slurries A2 to A12 were each prepared using the same procedure as for preparing CNT slurry A1, so as to have the composition shown in Table 2. The nitrogen-containing organic compound used to prepare CNT slurry A7 was 2-amino-1,3-propanediol.

[粘度測定]
導電材スラリーの粘度(25℃)は次のようにして測定した。Anton Paar社のMCR302レオメーターに、パラレルプレートPP50を装着し、せん断速度を0.1s-1から1000s-1まで上げた後(往路)、せん断速度を1000s-1から0.1s-1まで戻し(復路)、復路のせん断速度1s-1における粘度を測定し、それを表2に示した。
[Viscosity measurement]
The viscosity (25°C) of the conductive material slurry was measured as follows: An Anton Paar MCR302 rheometer equipped with a parallel plate PP50 was used, and the shear rate was increased from 0.1 s to 1000 s (forward run), and then the shear rate was decreased from 1000 s to 0.1 s (return run). The viscosity at a shear rate of 1 s on the return run was measured, and the results are shown in Table 2.

[粒径測定]
上記のようにして作製されたCNTスラリーA1~A12を、各々、NMPで500倍に希釈した。それらを測定対象として各々ガラスセルに入れ、そのセルをMalvern Panalytical社のZETASIZER Nano-Sに装着し、測定対象の温度が20℃のときのCNTの粒径を測定した。
[Particle size measurement]
The CNT slurries A1 to A12 prepared as described above were each diluted 500 times with NMP. These were then placed in glass cells as measurement targets, and the cells were attached to a Malvern Panalytical Zetasizer Nano-S to measure the particle size of the CNTs at a temperature of 20°C.

[正極ペーストの調製]
(正極ペーストB1~B12の調製)
CNTスラリーA1~A12を7.5g、NMP4.3g、およびPVDF(8%)NMP溶液(KFポリマーL#7208、株式会社クレハ製)3.0gを、50mlのサンプルビンに秤取り、スパーテルで均一にかき混ぜた。その後、正極活物質としてLCO(コバルト酸リチウム、日本化学工業株式会社製、セルシード C-8hV)24.0gを添加し、再度スパーテルで均一になるまでかき混ぜた。さらに自転公転ミキサー(AR-100 (株)シンキー製)にて5分間撹拌し、正極ペーストB1~B12を、各々得た。
[Preparation of positive electrode paste]
(Preparation of Positive Electrode Pastes B1 to B12)
7.5 g of CNT slurries A1 to A12, 4.3 g of NMP, and 3.0 g of PVDF (8%) NMP solution (KF Polymer L#7208, manufactured by Kureha Corporation) were weighed into a 50 ml sample bottle and uniformly stirred with a spatula. Then, 24.0 g of LCO (lithium cobalt oxide, manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd., CellSeed C-8hV) was added as the positive electrode active material, and the mixture was again stirred with a spatula until uniform. Further stirring was performed for 5 minutes using a planetary centrifugal mixer (AR-100, manufactured by Thinky Corporation), and positive electrode pastes B1 to B12 were obtained, respectively.

正極ペーストB1~B12における、正極活物質、結着剤(PVDF)、分散剤(重合体)及び導電材(CNT)の含有量(質量%)は、固形分換算で下記の通りである。 The contents (mass %) of the positive electrode active material, binder (PVDF), dispersant (polymer), and conductive material (CNT) in positive electrode pastes B1 to B12, converted to solid content, are as follows:

(質量比率)
正極ペーストB1~B4、B7、B8、B10~B12(固形分濃度:62質量%)
正極活物質:結着剤:分散剤:導電材=98.23:0.98:0.19:0.60
正極ペーストB5、B6、B9(固形分濃度:62質量%)
正極活物質:結着剤:分散剤:導電材=97.82:0.98:0.60:0.60
(mass ratio)
Positive electrode paste B1 to B4, B7, B8, B10 to B12 (solid content concentration: 62% by mass)
Positive electrode active material: binder: dispersant: conductive material=98.23:0.98:0.19:0.60
Positive electrode pastes B5, B6, and B9 (solid content: 62% by mass)
Positive electrode active material: binder: dispersant: conductive material=97.82:0.98:0.60:0.60

[正極合材層の塗膜抵抗値の測定]
上記[正極ペーストの調製]に従って調製した正極ペーストを、ポリエステルフィルムに垂らし、100μmのアプリケータで均一に塗工した。この塗工したポリエステルフィルムを100℃で1時間乾燥し、厚み40μmの正極合材層を得た。PSPプローブを装着したLoresta-GP(株式会社三菱ケミカルアナリテック製)にて限界電圧10vにて塗膜抵抗値を測定した。その結果を表2に示している。
[Measurement of Coating Resistance Value of Positive Electrode Composite Layer]
The positive electrode paste prepared according to the above [Preparation of Positive Electrode Paste] was dropped onto a polyester film and uniformly coated with a 100 μm applicator. The coated polyester film was dried at 100 ° C for 1 hour to obtain a positive electrode composite layer with a thickness of 40 μm. The coating resistance was measured at a limit voltage of 10 V using a Loresta-GP (manufactured by Mitsubishi Chemical Analytical Co., Ltd.) equipped with a PSP probe. The results are shown in Table 2.

[電極(正極)及び電池の作製]
上記[正極ペーストの調製]に従って調製した正極ペーストを、厚さ20μmのAl箔上に、正極容量が3mAh/cm2となるように塗工し、真空乾燥器を用いて100℃で12時間真空乾燥し、集電体上に合材層が形成された電極材料(正極材料)を作製した。この正極材料を直径13mmに打ち抜きプレスして電極(正極)を得た。当該正極上に、直径19mmのセパレータ、直径15mm厚さ0.5のコイン状金属リチウムを配置して、2032型コインセル(試験用ハーフセル)を作製した。電解液には、1M LiPF6 EC/DEC(体積比)=3/7を用いた。
[Preparation of electrode (positive electrode) and battery]
The positive electrode paste prepared according to the above [Preparation of Positive Electrode Paste] was applied to a 20 μm thick Al foil to a positive electrode capacity of 3 mAh/ cm² and then vacuum dried at 100°C for 12 hours using a vacuum dryer to produce an electrode material (positive electrode material) with a composite layer formed on a current collector. This positive electrode material was punched and pressed to obtain an electrode (positive electrode). A 19 mm diameter separator and a 15 mm diameter 0.5 mm thick coin-shaped lithium metal were placed on the positive electrode to produce a 2032-type coin cell (test half cell). The electrolyte used was 1M LiPF6 EC/DEC (volume ratio) = 3/7.

[高温サイクル特性測定]
25℃環境下で、0.2Cで4.2Vまで充電し、3.0Vまで放電する操作を3回繰り返した。その後、60℃環境下で、1Cで電池電圧が4.2Vになるまで充電し、1Cで電池電圧が3.0Vになるまで放電する操作を200回繰り返した。そして、一回目の放電容量(C0)と200回目の放電容量(C1)から、容量維持率ΔC=(C1/C0)×100(%)を算出し、下記の基準で、高温サイクル特性を評価した。この容量維持率の値が高いほど、放電容量の低下が少なく、高温サイクル特性に優れていることを示す。
A:ΔCが90%以上
B:ΔCが80%以上90%未満
C:ΔCが60%以上80%未満
D:ΔCが60%未満
(充放電条件)
30℃、0.2C、充電4.45V CC/CV 1/10Cカットオフ
放電CC3.0Vカットオフ
[High-temperature cycle characteristic measurement]
The battery was charged to 4.2 V at 0.2 C in a 25°C environment and discharged to 3.0 V, a cycle of which was repeated three times. Then, in a 60°C environment, the battery was charged to 4.2 V at 1 C and discharged to 3.0 V at 1 C, a cycle of which was repeated 200 times. The capacity retention rate ΔC = (C1/C0) × 100 (%) was calculated from the first discharge capacity (C0) and the 200th discharge capacity (C1), and the high-temperature cycle characteristics were evaluated according to the following criteria. A higher capacity retention rate indicates less discharge capacity loss and better high-temperature cycle characteristics.
A: ΔC is 90% or more B: ΔC is 80% or more but less than 90% C: ΔC is 60% or more but less than 80% D: ΔC is less than 60% (Charge/discharge conditions)
30℃, 0.2C, charge 4.45V CC/CV 1/10C cutoff, discharge CC 3.0V cutoff

表2に示すように、分散剤の1分子中の、ビニルアルコール単位の含有量が62~98質量%、HEMAに由来の構成単位の含有量が1~25質量%であり、100×a/(a+b)が83~99質量%であり、CNT100質量部に対してビニルアルコール単位が20~100質量部含まれる、実施例では、比較例よりも、生産性、CNTの分散性、塗膜抵抗、および高温サイクル特性の観点から、総合的にみて好適である。 As shown in Table 2, the Examples, in which the content of vinyl alcohol units per molecule of the dispersant is 62-98% by mass, the content of structural units derived from HEMA is 1-25% by mass, 100 x a/(a + b) is 83-99% by mass, and 20-100 parts by mass of vinyl alcohol units are contained per 100 parts by mass of CNT, are generally more preferable than the Comparative Examples in terms of productivity, CNT dispersibility, coating film resistance, and high-temperature cycle properties.

本開示の導電材スラリーは、CNTの分散性が良好であり、結果、導電材スラリーの低粘度化が可能である。そして、本開示の導電材スラリーを正極ペーストの調製に用いれば、正極ペーストの粘度も低く、正極塗膜の低抵抗化に寄与しうる。また、高温サイクル特性の向上にも寄与しうる。 The conductive material slurry of the present disclosure has good CNT dispersibility, which allows for a low viscosity of the conductive material slurry. Furthermore, when the conductive material slurry of the present disclosure is used to prepare a positive electrode paste, the viscosity of the positive electrode paste is also low, which can contribute to lowering the resistance of the positive electrode coating film. It can also contribute to improving high-temperature cycle characteristics.

Claims (11)

炭素材料系導電材と分散剤と有機溶媒とを含む蓄電デバイス用導電材スラリーであって、
前記炭素材料系導電材はカーボンナノチューブを含み、
前記分散剤は、ビニルアルコール単位と、酢酸ビニル単位と、下記一般式(1)で表される構成単位とを含む重合体であり、
前記重合体は1分子中に、前記ビニルアルコール単位を62~98質量%、前記一般式(1)で表される構成単位を1~25質量%含み、
前記重合体の1分子中の前記ビニルアルコール単位と前記酢酸ビニル単位の合計質量に対する前記ビニルアルコール単位の質量の割合が83~99%であり、
前記導電材スラリー中の前記ビニルアルコール単位の含有量が、前記カーボンナノチューブ100質量部に対して20~100質量部である、蓄電デバイス用導電材スラリー。
ただし、上記一般式(1)中、R1は、水素またはメチル基であり、pは1~2の整数、qは2~3の整数である。
A conductive material slurry for an electricity storage device, comprising a carbon material-based conductive material, a dispersant, and an organic solvent,
the carbonaceous conductive material includes carbon nanotubes,
The dispersant is a polymer containing a vinyl alcohol unit, a vinyl acetate unit, and a structural unit represented by the following general formula (1):
The polymer contains, in one molecule, 62 to 98% by mass of the vinyl alcohol unit and 1 to 25% by mass of the constitutional unit represented by general formula (1),
a ratio of the mass of the vinyl alcohol unit to the total mass of the vinyl alcohol unit and the vinyl acetate unit in one molecule of the polymer is 83 to 99%;
The conductive material slurry for an electricity storage device has a content of the vinyl alcohol unit in the conductive material slurry of 20 to 100 parts by mass per 100 parts by mass of the carbon nanotubes.
In the above general formula (1), R 1 is hydrogen or a methyl group, p is an integer of 1 or 2, and q is an integer of 2 or 3.
さらに結着剤を含み、
前記導電材スラリー中の前記結着剤の含有量が、前記導電材スラリー中の前記ビニルアルコール単位100質量部に対して150~800質量部である、請求項1に記載の蓄電デバイス用導電材スラリー。
Further containing a binder,
2. The conductive material slurry for a power storage device according to claim 1, wherein a content of the binder in the conductive material slurry is 150 to 800 parts by mass per 100 parts by mass of the vinyl alcohol unit in the conductive material slurry.
さらに含窒素有機化合物を含む、請求項1または2に記載の蓄電デバイス用導電材スラリー。 The conductive material slurry for an electrical storage device according to claim 1 or 2, further comprising a nitrogen-containing organic compound. 正極活物質と結着剤と炭素材料系導電材と分散剤と有機溶媒とを含む蓄電デバイス用正極ペーストであって、
前記炭素材料系導電材はカーボンナノチューブを含み、
前記分散剤は、ビニルアルコール単位と、酢酸ビニル単位と、下記一般式(1)で表される構成単位とを含む重合体であり、
前記重合体は1分子中に、前記ビニルアルコール単位を62~98質量%、前記一般式(1)で表される構成単位を1~25質量%含み、
前記重合体の1分子中の前記ビニルアルコール単位と前記酢酸ビニル単位の合計質量に対する前記ビニルアルコール単位の質量の割合が83~99%であり、
前記正極ペースト中の前記ビニルアルコール単位の含有量が、前記カーボンナノチューブ100質量部に対して20~100質量部である、蓄電デバイス用正極ペースト。
ただし、上記一般式(1)中、R1は、水素またはメチル基であり、pは1~2の整数、qは2~3の整数である。
A positive electrode paste for an electricity storage device, comprising a positive electrode active material, a binder, a carbon material-based conductive material, a dispersant, and an organic solvent,
the carbonaceous conductive material includes carbon nanotubes,
The dispersant is a polymer containing a vinyl alcohol unit, a vinyl acetate unit, and a structural unit represented by the following general formula (1):
The polymer contains, in one molecule, 62 to 98% by mass of the vinyl alcohol unit and 1 to 25% by mass of the constitutional unit represented by general formula (1),
a ratio of the mass of the vinyl alcohol unit to the total mass of the vinyl alcohol unit and the vinyl acetate unit in one molecule of the polymer is 83 to 99%;
The positive electrode paste for an electricity storage device has a content of the vinyl alcohol unit in the positive electrode paste of 20 to 100 parts by mass per 100 parts by mass of the carbon nanotubes.
In the above general formula (1), R 1 is hydrogen or a methyl group, p is an integer of 1 or 2, and q is an integer of 2 or 3.
前記正極ペースト中の前記結着剤の含有量が、前記正極ペースト中の前記ビニルアルコール単位100質量部に対して150~800質量部である、請求項4に記載の蓄電デバイス用正極ペースト。 The positive electrode paste for an electricity storage device according to claim 4, wherein the content of the binder in the positive electrode paste is 150 to 800 parts by mass per 100 parts by mass of the vinyl alcohol units in the positive electrode paste. 前記正極ペースト中の前記ビニルアルコール単位の全質量に対する前記正極活物質の質量の比(前記正極活物質/ビニルアルコール単位)が150~800である、請求項4又は5に記載の蓄電デバイス用正極ペースト。 The positive electrode paste for an electricity storage device according to claim 4 or 5, wherein the ratio of the mass of the positive electrode active material to the total mass of the vinyl alcohol units in the positive electrode paste (positive electrode active material/vinyl alcohol units) is 150 to 800. さらに含窒素有機化合物を含む、請求項4~6のいずれかの項に記載の蓄電デバイス用正極ペースト。 The positive electrode paste for an electricity storage device according to any one of claims 4 to 6, further comprising a nitrogen-containing organic compound. 正極合材層を含む蓄電デバイス用正極であって、
前記正極合材層は、正極活物質と、炭素材料系導電材と、重合体と、結着剤とを含み、
前記炭素材料系導電材はカーボンナノチューブを含み、
前記分散剤は、ビニルアルコール単位と、酢酸ビニル単位と、下記一般式(1)で表される構成単位とを含む重合体であり、
前記重合体は1分子中に、前記ビニルアルコール単位を62~98質量%、前記一般式(1)で表される構成単位を1~25質量%含み、
前記重合体の1分子中の前記ビニルアルコール単位と前記酢酸ビニル単位の合計質量に対する前記ビニルアルコール単位の質量の割合が83~99%であり、
前記正極合材層中の前記ビニルアルコール単位の含有量が、前記カーボンナノチューブ100質量部に対して20~100質量部である、蓄電デバイス用正極。
ただし、上記一般式(1)中、R1は、水素またはメチル基であり、pは1~2の整数、qは2~3の整数である。
A positive electrode for an electricity storage device including a positive electrode mixture layer,
the positive electrode mixture layer includes a positive electrode active material, a carbon material-based conductive material, a polymer, and a binder,
the carbonaceous conductive material includes carbon nanotubes,
The dispersant is a polymer containing a vinyl alcohol unit, a vinyl acetate unit, and a structural unit represented by the following general formula (1):
The polymer contains, in one molecule, 62 to 98% by mass of the vinyl alcohol unit and 1 to 25% by mass of the constitutional unit represented by general formula (1),
a ratio of the mass of the vinyl alcohol unit to the total mass of the vinyl alcohol unit and the vinyl acetate unit in one molecule of the polymer is 83 to 99%;
The positive electrode for an electricity storage device, wherein the content of the vinyl alcohol unit in the positive electrode mixture layer is 20 to 100 parts by mass per 100 parts by mass of the carbon nanotubes.
In the above general formula (1), R 1 is hydrogen or a methyl group, p is an integer of 1 or 2, and q is an integer of 2 or 3.
前記正極合材層中の前記結着剤の含有量が、前記正極合材層中の前記ビニルアルコール単位100質量部に対して150~800質量部である、請求項8に記載の蓄電デバイス用正極。 The positive electrode for an electricity storage device according to claim 8, wherein the content of the binder in the positive electrode mixture layer is 150 to 800 parts by mass per 100 parts by mass of the vinyl alcohol units in the positive electrode mixture layer. 前記正極合材層中の前記ビニルアルコール単位の全質量に対する前記正極活物質の質量の比(前記正極活物質/ビニルアルコール単位)が150~800である、請求項8または9に記載の蓄電デバイス用正極。 The positive electrode for an electricity storage device according to claim 8 or 9, wherein the ratio of the mass of the positive electrode active material to the total mass of the vinyl alcohol units in the positive electrode mixture layer (positive electrode active material/vinyl alcohol units) is 150 to 800. 前記正極合材層が、さらに含窒素有機化合物を含む、請求項8~10のいずれかの項に記載の蓄電デバイス用正極。 The positive electrode for an electricity storage device according to any one of claims 8 to 10, wherein the positive electrode mixture layer further contains a nitrogen-containing organic compound.
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