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JP7790132B2 - Carbon nanotube dispersion liquid, carbon nanotube dispersion composition, slurry for electrode film, electrode film, and secondary battery - Google Patents
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Carbon nanotube dispersion liquid, carbon nanotube dispersion composition, slurry for electrode film, electrode film, and secondary battery

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Description

本発明の実施形態は、カーボンナノチューブ分散液、カーボンナノチューブ分散組成物、電極膜用スラリー、電極膜、及び、二次電池に関する。 Embodiments of the present invention relate to a carbon nanotube dispersion liquid, a carbon nanotube dispersion composition, a slurry for an electrode film, an electrode film, and a secondary battery.

リチウムイオン二次電池は、電気自動車及び携帯機器等のバッテリーとして広く用いられている。電気自動車及び携帯機器等の高性能化に伴い、リチウムイオン二次電池には、高容量、高出力、及び小型軽量化といった要求が年々高まっている。 Lithium-ion secondary batteries are widely used as batteries for electric vehicles, portable devices, and other devices. As the performance of electric vehicles and portable devices improves, demand for lithium-ion secondary batteries with higher capacity, higher output, and smaller size and lighter weight is increasing year by year.

リチウムイオン二次電池の容量は、主材料である正極活物質及び負極活物質に大きく依存することから、これらの電極活物質に用いるための各種材料が盛んに研究されている。しかし、実用化されている電極活物質を使用した場合の充電容量は、いずれも理論値に近いところまで到達しており、改良は限界に近い。そこで、電極膜内の電極活物質の充填量が増加すれば、単純に充電容量を増加させることができるため、充電容量には直接寄与しない導電材及びバインダー樹脂の添加量を削減することが試みられている。 Since the capacity of a lithium-ion secondary battery depends heavily on the main materials used, the positive and negative electrode active materials, various materials for use in these electrode active materials are being actively researched. However, the charge capacity achieved using commercially available electrode active materials is close to the theoretical value, and improvement is close to its limit. Therefore, since the charge capacity can simply be increased by increasing the amount of electrode active material filled in the electrode film, attempts are being made to reduce the amount of conductive material and binder resin added, which do not directly contribute to charge capacity.

導電材は、電極膜内部で導電パスを形成したり、電極活物質の粒子間を繋いだりする役割を担っており、導電パス及び粒子間の繋がりは、電極膜の膨張収縮によって切断が生じにくいことが求められる。少ない添加量で導電パス及び粒子間の繋がりを維持するためには、導電材として比表面積が大きいナノカーボン、特にカーボンナノチューブ(CNT)を使用することで、効率的な導電ネットワークを形成することが有効である。しかし、比表面積が大きいナノカーボンは凝集力が強いため、ナノカーボンを電極膜用スラリー中及び/又は電極膜中に良好に分散させることが難しいという問題があった。 The conductive material plays a role in forming conductive paths within the electrode film and connecting particles of the electrode active material. It is necessary for the conductive paths and connections between particles to be resistant to disconnection due to the expansion and contraction of the electrode film. To maintain the conductive paths and connections between particles with a small amount of additive, it is effective to use nanocarbons with a large specific surface area, particularly carbon nanotubes (CNTs), as the conductive material to form an efficient conductive network. However, nanocarbons with a large specific surface area have strong cohesive forces, making it difficult to disperse the nanocarbons well in the electrode film slurry and/or the electrode film.

こうした背景から、各種分散剤を用いて導電材分散体を作製し、導電材分散体を経由して電極膜用スラリーを製造する方法、或いは、カーボンナノチューブそのものの物性を工夫する方法が提案されている(特許文献1~5参照)。 In light of this background, methods have been proposed in which a conductive material dispersion is prepared using various dispersants, and then a slurry for electrode films is produced via the conductive material dispersion, or methods in which the physical properties of the carbon nanotubes themselves are devised (see Patent Documents 1 to 5).

特開2011-070908号公報JP 2011-070908 A 特表2018-534731号公報Special table 2018-534731 publication 国際公開第2019/054173号International Publication No. 2019/054173 特開2010-238575号公報JP 2010-238575 A 特開2016-025077号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-025077

特許文献1では、ポリビニルピロリドン及びポリビニルアルコール等の非イオン性分散剤を分散剤として用いることで、導電材を溶媒に良好に分散させ、電池出力を向上させることが提案されている。しかし、ポリビニルピロリドン及びポリビニルアルコールは、導電材分散体を製造することができるものの、電極膜形成の過程において分散状態が不良となり、導電性が悪化することが課題であった。 Patent Document 1 proposes using non-ionic dispersants such as polyvinylpyrrolidone and polyvinyl alcohol as dispersants to effectively disperse conductive materials in solvents and improve battery output. However, while polyvinylpyrrolidone and polyvinyl alcohol can be used to produce conductive material dispersions, the dispersion state becomes poor during the electrode film formation process, resulting in a deterioration in conductivity, which is an issue.

特許文献2では、水素化ニトリルゴムを分散剤として用いた導電材分散体が提案されている。しかし、これらの水素化ニトリルゴムは分散性に乏しいため、良好な導電ネットワークを形成するには不十分であった。また、得られる導電材分散体は高粘度、且つ、固体様特性が強く、導電材分散体の製造に長時間を要する、又は、流動性が乏しく塗工性が低下したり、ゲル化を生じやすくなるといった問題もあった。 Patent Document 2 proposes a conductive material dispersion using hydrogenated nitrile rubber as a dispersant. However, these hydrogenated nitrile rubbers have poor dispersibility and are insufficient for forming a good conductive network. Furthermore, the resulting conductive material dispersions have high viscosity and strong solid-like properties, which means that production of the conductive material dispersions takes a long time, and they also have poor fluidity, which reduces coatability and makes them prone to gelation.

特許文献3では、水素化ニトリルゴムとポリビニルピロリドンを併用することで導電材の分散性を向上させ、得られる電極合材層中での導電材の偏在を抑制することが提案されている。しかし、外径が小さく比表面積が高いカーボンナノチューブはアセチレンブラックのように高濃度で分散することができず、得られる分散液は良好な導電ネットワークを形成することができなかった。更に、高濃度のカーボンナノチューブ分散液は、保管中に凝集物及び沈殿物を生じやすいため、貯蔵安定性も課題であった。 Patent Document 3 proposes using hydrogenated nitrile rubber and polyvinylpyrrolidone in combination to improve the dispersibility of the conductive material and prevent uneven distribution of the conductive material in the resulting electrode mixture layer. However, carbon nanotubes, which have a small outer diameter and a large specific surface area, cannot be dispersed at high concentrations like acetylene black, and the resulting dispersion fails to form a good conductive network. Furthermore, high-concentration carbon nanotube dispersions are prone to forming aggregates and precipitates during storage, posing a challenge in terms of storage stability.

一方で、特許文献4では、外径100nm未満のカーボンナノチューブと、外径100nm以上のカーボンナノチューブを併用することで、分散時及び乾燥時の導電材の凝集を抑制することが提案されている。しかし、少ない導電材の添加量で良好な導電ネットワークを形成するにはまだ不十分であった。さらに、特許文献5でも、外径の異なるカーボンナノチューブを併用することで、導電材及びバインダー樹脂の添加量を少なくした、リチウムイオン電池用電極の調製が提案されている。一般に、カーボンナノチューブの外径が小さくなるほど比表面積が大きくなることから、溶媒への濡れ性が悪くなり、高濃度かつ良好な分散液を得るのが難しくなる。しかしながら、外径が小さく、比表面積が高いカーボンナノチューブほど理想的には効率的な導電ネットワークを形成させることができることから、外径が小さく、比表面積が高いカーボンナノチューブを、カーボンナノチューブ特有の導電性を担持しつつ、より具体的にはその繊維長を折ることなく活かして、良好に分散した分散液を得ることは急務であった。特許文献5で得られる分散液中のカーボンナノチューブは繊維長が短く、導電性を維持しつつ高濃度且つ安定にカーボンナノチューブを分散させることができなかった。更に、カーボンナノチューブの濃度が低い分散液では、活物質及びバインダー等の材料を配合した際の設計自由度が低くなるといった問題、及びカーボンナノチューブ固形分あたりの輸送コストが高くなるといった問題が生じる。したがって、外径が小さく、比表面積が高いカーボンナノチューブを高濃度に分散させることも求められた。 On the other hand, Patent Document 4 proposes suppressing the aggregation of conductive materials during dispersion and drying by combining carbon nanotubes with outer diameters less than 100 nm with carbon nanotubes with outer diameters of 100 nm or greater. However, this is still insufficient to form a good conductive network with a small amount of conductive material added. Furthermore, Patent Document 5 also proposes the preparation of electrodes for lithium-ion batteries by combining carbon nanotubes with different outer diameters, thereby reducing the amount of conductive material and binder resin added. Generally, the smaller the outer diameter of carbon nanotubes, the larger their specific surface area, which results in poorer wettability to solvents and makes it difficult to obtain a high-concentration, good-quality dispersion. However, carbon nanotubes with smaller outer diameters and higher specific surface areas ideally form an efficient conductive network. Therefore, there was an urgent need to obtain a well-dispersed dispersion of carbon nanotubes with small outer diameters and high specific surface areas, while retaining the inherent conductivity of carbon nanotubes and, more specifically, utilizing their fiber length without breaking them. The carbon nanotubes in the dispersion obtained in Patent Document 5 have short fiber lengths, making it impossible to stably disperse the carbon nanotubes at a high concentration while maintaining electrical conductivity. Furthermore, dispersions with low carbon nanotube concentrations present problems such as reduced design freedom when blending materials such as active materials and binders, and high transportation costs per unit of carbon nanotube solid content. Therefore, there was a need for a high-concentration dispersion of carbon nanotubes with small outer diameters and large specific surface areas.

本発明が解決しようとする課題は、導電性の高い電極膜を得るために、高濃度かつ高い分散性を有するカーボンナノチューブ分散液、及びカーボンナノチューブ分散組成物を提供することである。更に詳しくは、優れたレート特性及びサイクル特性を有する非水電解質二次電池を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a carbon nanotube dispersion liquid and a carbon nanotube dispersion composition that have a high concentration and high dispersibility in order to obtain a highly conductive electrode film. More specifically, the problem to be solved by the present invention is to provide a nonaqueous electrolyte secondary battery that has excellent rate characteristics and cycle characteristics.

そこで、本発明の実施形態は、高濃度かつ高い分散性を有するカーボンナノチューブ分散液を提供することを課題とする。また、本発明の実施形態は、カーボンナノチューブ分散組成物を提供することを課題とする。更に、本発明の実施形態は、電極膜用スラリーを提供することを課題とする。更に、本発明の実施形態は、二次電池の出力及びサイクル寿命を向上できる電極膜、及び高い出力かつ良好なサイクル寿命を有する二次電池を提供することを課題とする。 An object of an embodiment of the present invention is to provide a carbon nanotube dispersion liquid having a high concentration and high dispersibility. Another object of an embodiment of the present invention is to provide a carbon nanotube dispersion composition. A further object of an embodiment of the present invention is to provide a slurry for an electrode film. A further object of an embodiment of the present invention is to provide an electrode film that can improve the output and cycle life of a secondary battery, and a secondary battery that has high output and good cycle life.

本発明者らが鋭意検討したところによると、カーボンナノチューブ分散液が、特定の構造単位を含有する重合体と、ニトリル基含有単量体単位を含有する重合体と、を含有し、更にカーボンナノチューブ分散液中に異なる繊維径のカーボンナノチューブを存在させることで、高濃度のカーボンナノチューブを溶媒中に良好に分散させることができ、かつ、電極膜用スラリーを調製する際及び電極膜を製造する際にもその良好な分散状態を維持して、電極中で良好な導電ネットワークを形成することが可能となった。 The inventors' intensive research has revealed that by including a carbon nanotube dispersion containing a polymer containing specific structural units and a polymer containing nitrile group-containing monomer units, and by including carbon nanotubes of different fiber diameters in the carbon nanotube dispersion, it is possible to disperse a high concentration of carbon nanotubes well in the solvent, and to maintain this good dispersion state during the preparation of the electrode film slurry and during the production of the electrode film, making it possible to form a good conductive network in the electrode.

すなわち、本発明は、以下の実施形態を含む。 That is, the present invention includes the following embodiments:

〔1〕カーボンナノチューブと、ヒドロキシル基含有構造単位及び複素環含有構造単位からなる群から選択される少なくとも1種以上を含み、かつ、ニトリル基含有構造単位を含まない重合体(A)と、ニトリル基含有構造単位を含む重合体(B)と、溶媒と、を含むカーボンナノチューブ分散液であって、カーボンナノチューブが、走査型電子顕微鏡で測定した繊維径分布において100nm以下の範囲に繊維径分布の異なる少なくとも二種類のカーボンナノチューブを含み、二種類のカーボンナノチューブは、第一の繊維径分布を示す成分(I)と、第二の繊維径分布を示す成分(II)と、を含む、カーボンナノチューブ分散液。 [1] A carbon nanotube dispersion comprising carbon nanotubes, a polymer (A) containing at least one selected from the group consisting of hydroxyl group-containing structural units and heterocycle-containing structural units and not containing a nitrile group-containing structural unit, a polymer (B) containing a nitrile group-containing structural unit, and a solvent, wherein the carbon nanotubes contain at least two types of carbon nanotubes that differ in fiber diameter distribution within a range of 100 nm or less in a fiber diameter distribution measured with a scanning electron microscope, and the two types of carbon nanotubes contain a component (I) exhibiting a first fiber diameter distribution and a component (II) exhibiting a second fiber diameter distribution.

〔2〕第一の繊維径分布の範囲が、2nm以上30nm未満であり、第二の繊維径分布の範囲が、30nm以上100nm以下である、〔1〕に記載のカーボンナノチューブ分散液。 [2] The carbon nanotube dispersion liquid described in [1], wherein the first fiber diameter distribution range is 2 nm or more and less than 30 nm, and the second fiber diameter distribution range is 30 nm or more and 100 nm or less.

〔3〕第一の繊維径分布を有する成分(I)の含有量が、カーボンナノチューブの全量に対して個数基準で40%以上99%以下である、〔1〕又〔2〕に記載のカーボンナノチューブ分散液。 [3] The carbon nanotube dispersion liquid according to [1] or [2], wherein the content of component (I) having the first fiber diameter distribution is 40% or more and 99% or less on a number basis based on the total amount of carbon nanotubes.

〔4〕繊維長0.3μm以下のカーボンナノチューブの含有量が、カーボンナノチューブの全量に対して個数基準で75%以下であり、前記カーボンナノチューブ分散液中の前記カーボンナノチューブの平均繊維長が0.1μm以上1.0μm以下である、〔1〕~〔3〕のいずれかに記載のカーボンナノチューブ分散液。 [4] The carbon nanotube dispersion liquid described in any one of [1] to [3], wherein the content of carbon nanotubes having a fiber length of 0.3 μm or less is 75% or less by number based on the total amount of carbon nanotubes, and the average fiber length of the carbon nanotubes in the carbon nanotube dispersion liquid is 0.1 μm or more and 1.0 μm or less.

〔5〕重合体(A)の含有量が、重合体(A)及び重合体(B)の合計質量に対して30質量%以上70質量%以下である、〔1〕~〔4〕のいずれかに記載のカーボンナノチューブ分散液。 [5] The carbon nanotube dispersion liquid according to any one of [1] to [4], wherein the content of polymer (A) is 30% by mass or more and 70% by mass or less, based on the total mass of polymer (A) and polymer (B).

〔6〕レーザー回折/散乱式粒度分布測定法においてレーザー光の透過率が50%の条件で測定した粒度分布が、少なくとも2つ以上のピークを有し、2つ以上のピークのうち粒子径が最も小さい第一のピークのモード径が0.2μm以下である、〔1〕~〔5〕いずれかに記載のカーボンナノチューブ分散液。 [6] A carbon nanotube dispersion liquid according to any one of [1] to [5], wherein the particle size distribution measured by a laser diffraction/scattering particle size distribution measurement method under conditions of a laser light transmittance of 50% has at least two peaks, and the mode diameter of the first peak, which has the smallest particle diameter among the two or more peaks, is 0.2 μm or less.

〔7〕溶媒が実質的に水を含まず、かつ、pHが9.0以上12.0以下である、〔1〕~〔6〕のいずれかに記載のカーボンナノチューブ分散液。 [7] A carbon nanotube dispersion liquid according to any one of [1] to [6], wherein the solvent is substantially free of water and has a pH of 9.0 or more and 12.0 or less.

〔8〕重合体(B)は、脂肪族炭化水素構造単位をさらに含む、〔1〕~〔7〕のいずれかに記載のカーボンナノチューブ分散液。 [8] The carbon nanotube dispersion liquid according to any one of [1] to [7], wherein the polymer (B) further contains an aliphatic hydrocarbon structural unit.

〔9〕〔1〕~〔8〕のいずれかに記載のカーボンナノチューブ分散液と、フッ素系樹脂と、を含むカーボンナノチューブ分散組成物。 [9] A carbon nanotube dispersion composition comprising the carbon nanotube dispersion liquid described in any one of [1] to [8] and a fluorine-based resin.

〔10〕〔1〕~〔8〕のいずれかに記載のカーボンナノチューブ分散液、または〔9〕記載のカーボンナノチューブ分散組成物と、電極活物質と、を含む電極膜用スラリー。 [10] A slurry for an electrode film comprising the carbon nanotube dispersion liquid described in any one of [1] to [8] or the carbon nanotube dispersion composition described in [9], and an electrode active material.

〔11〕〔1〕~〔8〕のいずれかに記載のカーボンナノチューブ分散液、または〔9〕記載のカーボンナノチューブ分散組成物、または〔10〕記載の電極膜用スラリーの塗工膜を含む電極膜。 [11] An electrode film comprising a coating film of the carbon nanotube dispersion liquid described in any one of [1] to [8], the carbon nanotube dispersion composition described in [9], or the electrode film slurry described in [10].

〔12〕正極と、負極と、電解質と、を具備してなる二次電池であって、〔11〕記載の電極膜を正極または負極の少なくとも一方に用いた二次電池。 [12] A secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, in which the electrode film described in [11] is used in at least one of the positive electrode or negative electrode.

本発明の実施形態によれば、高濃度かつ高い分散性を有するカーボンナノチューブ分散液、カーボンナノチューブ分散組成物、及び電極膜用スラリーを提供することが可能である。また、本発明の実施形態によれば、二次電池の出力及びサイクル寿命を向上できる電極膜、及び高い出力かつ良好なサイクル寿命を有する二次電池を提供することができる。 Embodiments of the present invention make it possible to provide a carbon nanotube dispersion liquid, a carbon nanotube dispersion composition, and a slurry for an electrode film that have a high concentration and high dispersibility. Furthermore, embodiments of the present invention make it possible to provide an electrode film that can improve the output and cycle life of a secondary battery, and a secondary battery that has high output and a good cycle life.

図1は、カーボンナノチューブ分散液(分散液1)の、走査型電子顕微鏡で測定した繊維径の分布図を表すグラフである。FIG. 1 is a graph showing a distribution of fiber diameters of a carbon nanotube dispersion (dispersion 1) measured with a scanning electron microscope. 図2は、カーボンナノチューブ分散液(分散液1)の、レーザー回折/散乱式粒度分布測定法における、レーザー光透過率50%での粒度分布を表すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the particle size distribution of the carbon nanotube dispersion (dispersion 1) at a laser light transmittance of 50% in a laser diffraction/scattering particle size distribution measurement method.

以下、本発明の実施形態であるカーボンナノチューブ、重合体、カーボンナノチューブ分散液、カーボンナノチューブ分散組成物、電極膜用スラリー、電極膜、及び二次電池等について詳しく説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明には要旨を変更しない範囲において実施される実施形態も含まれる。 The following provides a detailed description of embodiments of the present invention, including carbon nanotubes, polymers, carbon nanotube dispersions, carbon nanotube dispersion compositions, slurries for electrode films, electrode films, and secondary batteries. The present invention is not limited to the following embodiments, and includes embodiments that are implemented within the scope of the present invention.

本明細書において、カーボンナノチューブ、及びカーボンブラック等の導電材を包含して「導電材」と表記することがある。カーボンナノチューブの繊維径を「外径」と表記することがある。なお、本明細書では、カーボンナノチューブ分散液を「カーボンナノチューブ分散体」、単に「分散体」または、「分散液」という場合がある。また、重合体(A)、重合体(B)、「重合体(A)及び重合体(B)」を「分散剤」と称することがある。 In this specification, conductive materials such as carbon nanotubes and carbon black may be referred to as "conductive materials." The fiber diameter of carbon nanotubes may be referred to as "outer diameter." In this specification, carbon nanotube dispersions may be referred to as "carbon nanotube dispersions," or simply as "dispersions," or "dispersions." Furthermore, polymer (A), polymer (B), and "polymer (A) and polymer (B)" may be referred to as "dispersants."

本明細書において、「~」を用いて示された数値範囲は、「~」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。本明細書に段階的に記載されている数値範囲において、ある段階の数値範囲の上限値又は下限値は、他の段階の数値範囲の上限値又は下限値と任意に組み合わせることができる。 In this specification, numerical ranges indicated using "to" indicate ranges that include the numerical values before and after "to" as the minimum and maximum values, respectively. In numerical ranges described in stages in this specification, the upper or lower limit of a numerical range in one stage can be arbitrarily combined with the upper or lower limit of a numerical range in another stage.

本発明の実施形態のカーボンナノチューブ分散液は、少なくとも、カーボンナノチューブと、分散剤(重合体(A)及び重合体(B))と、溶媒と、を含む。以下、カーボンナノチューブ、分散剤、及び溶媒について詳しく説明する。 The carbon nanotube dispersion liquid of an embodiment of the present invention contains at least carbon nanotubes, a dispersant (polymer (A) and polymer (B)), and a solvent. The carbon nanotubes, dispersant, and solvent are described in detail below.

<カーボンナノチューブ>
カーボンナノチューブは、平面的なグラファイトを円筒状に巻いた形状であり、単層カーボンナノチューブ、又は多層カーボンナノチューブを含み、これらが混在してもよい。単層カーボンナノチューブは一層のグラファイトが巻かれた構造を有する。多層カーボンナノチューブは、二又は三以上の層のグラファイトが巻かれた構造を有する。また、カーボンナノチューブの側壁はグラファイト構造でなくともよい。また、例えば、アモルファス構造を有する側壁を備えるカーボンナノチューブも本明細書ではカーボンナノチューブとする。
<Carbon nanotubes>
Carbon nanotubes have a cylindrical shape formed by rolling up planar graphite, and include single-walled carbon nanotubes and multi-walled carbon nanotubes, or a mixture of these. Single-walled carbon nanotubes have a structure in which one layer of graphite is rolled up. Multi-walled carbon nanotubes have a structure in which two or more layers of graphite are rolled up. Furthermore, the sidewalls of carbon nanotubes do not have to have a graphite structure. Furthermore, for example, carbon nanotubes having sidewalls with an amorphous structure are also considered to be carbon nanotubes in this specification.

カーボンナノチューブの形状は限定されない。かかる形状としては、針状、円筒チューブ状、魚骨状(フィッシュボーン又はカップ積層型)、トランプ状(プレートレット)及びコイル状等を含む様々な形状が挙げられる。本実施形態においてカーボンナノチューブの形状は、中でも、針状、又は、円筒チューブ状であることが好ましい。カーボンナノチューブは、単独の形状、または2種以上の形状の組合せであってもよい。 The shape of the carbon nanotubes is not limited. Examples of such shapes include needles, cylindrical tubes, fishbone shapes (fishbone or cup stacked shapes), playing cards (platelets), and coil shapes. In this embodiment, the shape of the carbon nanotubes is preferably needles or cylindrical tubes. The carbon nanotubes may have a single shape or a combination of two or more shapes.

カーボンナノチューブの形態は、例えば、グラファイトウィスカー、フィラメンタスカーボン、グラファイトファイバー、極細炭素チューブ、カーボンチューブ、カーボンフィブリル、カーボンマイクロチューブ及びカーボンナノファイバー等が挙げられる。カーボンナノチューブは、これらの単独の形態又は二種以上を組み合わせられた形態を有していてもよい。 Examples of carbon nanotube forms include graphite whiskers, filamentous carbon, graphite fibers, ultrafine carbon tubes, carbon tubes, carbon fibrils, carbon microtubes, and carbon nanofibers. Carbon nanotubes may have any of these forms alone or a combination of two or more of them.

カーボンナノチューブの平均繊維径は100nm以下であり、80nm以下がより好ましく、60nm以下が更に好ましい。また、2nm以上が好ましく、5nm以上がより好ましい。平均繊維径は、実施例に記載の方法で、走査型電子顕微鏡によって確認することができる。なお、平均繊維径は、次のようにして確認することができる。まず、走査型電子顕微鏡によって、カーボンナノチューブを観測するとともに撮像する。次に観測写真において、無作為に300本のカーボンナノチューブを選び、それぞれの外径を計測し、その平均値を平均繊維径とする。 The average fiber diameter of carbon nanotubes is 100 nm or less, more preferably 80 nm or less, and even more preferably 60 nm or less. It is preferably 2 nm or more, and more preferably 5 nm or more. The average fiber diameter can be confirmed using a scanning electron microscope, as described in the Examples. The average fiber diameter can be confirmed as follows: First, carbon nanotubes are observed and photographed using a scanning electron microscope. Next, 300 carbon nanotubes are randomly selected from the photograph, and the outer diameter of each is measured. The average value is taken as the average fiber diameter.

カーボンナノチューブは、走査型電子顕微鏡で測定した繊維径分布において、100nm以下の範囲に繊維径分布の異なる二種類のカーボンナノチューブを含む。二種類のカーボンナノチューブは、第一の繊維径分布を示す成分(I)と第二の繊維径分布を示す成分(II)とを含む。ここで、繊維径は成分(I)が成分(II)より小さいことが好ましい。本明細書において、繊維径分布が異なるとは、繊維径分布において少なくとも2つのピークがあることを意味する。2つのピークは重ならないことが好ましい。2つのピークの一部が重なる場合は、ピークの重なり部分の頻度(%)曲線の変曲点が極小となる繊維径を境に、前記繊維径未満の領域を成分(I)の繊維径分布とし、前記繊維径以上の領域を成分(II)の繊維径分布とする。 The carbon nanotubes include two types of carbon nanotubes that differ in fiber diameter distribution within a range of 100 nm or less in fiber diameter distributions measured with a scanning electron microscope. The two types of carbon nanotubes include a component (I) that exhibits a first fiber diameter distribution and a component (II) that exhibits a second fiber diameter distribution. Here, the fiber diameter of component (I) is preferably smaller than that of component (II). In this specification, "different fiber diameter distributions" means that there are at least two peaks in the fiber diameter distribution. It is preferable that the two peaks do not overlap. When the two peaks partially overlap, the region below the fiber diameter at which the inflection point of the frequency (%) curve of the overlapping portion of the peaks becomes the smallest is defined as the fiber diameter distribution of component (I), and the region above that fiber diameter is defined as the fiber diameter distribution of component (II).

成分(I)の第一の繊維径分布の範囲は、2nm以上が好ましく、5nm以上がより好ましい。また、30nm未満が好ましく、20nm以下がより好ましい。成分(II)の第二の繊維径分布の範囲は、30nm以上が好ましく、40nm以上がより好ましい。また、100nm以下であり、80nm以下が好ましく、60nm以下がより好ましい。上記範囲に繊維径分布を有する成分(I)、及び、成分(II)を含むことで、カーボンナノチューブが絡み合った凝集体を形成することなく、均一に分散した分散液が得られる。また、塗膜作成等の乾燥によっても凝集することなく、乾燥後の電極中でも均一に分散した状態を保持することができ、二次電池の出力及びサイクル寿命が向上する。 The first fiber diameter distribution range of component (I) is preferably 2 nm or more, more preferably 5 nm or more. It is also preferably less than 30 nm, more preferably 20 nm or less. The second fiber diameter distribution range of component (II) is preferably 30 nm or more, more preferably 40 nm or more. It is also 100 nm or less, preferably 80 nm or less, more preferably 60 nm or less. By including component (I) and component (II) having fiber diameter distributions within the above ranges, a dispersion liquid in which the carbon nanotubes are uniformly dispersed without forming entangled aggregates is obtained. Furthermore, they do not aggregate even during drying, such as in the formation of a coating film, and can remain uniformly dispersed even in the dried electrode, improving the output and cycle life of the secondary battery.

第一の繊維径分布を有する成分(I)の含有量は、カーボンナノチューブの全量を基準として、個数基準で40%以上が好ましく、50%以上がより好ましく、60%以上が更に好ましい。また、99%以下が好ましく、98.5%以下がより好ましい。また、第二の繊維径分布を有する成分(II)の含有量は、カーボンナノチューブの全量を基準として、個数基準で1%以上が好ましく、1.5%以上がより好ましい。また、60%以下が好ましく、50%以下がより好ましく、40%以下が更に好ましい。成分(I)及び成分(II)を上記下限以上含むことで、良好な分散性と、導電パス形成とを両立し得るカーボンナノチューブ分散液を調整することができる。 The content of component (I) having the first fiber diameter distribution is preferably 40% or more, more preferably 50% or more, and even more preferably 60% or more, based on the total amount of carbon nanotubes, on a number basis. It is also preferably 99% or less, and more preferably 98.5% or less. The content of component (II) having the second fiber diameter distribution is preferably 1% or more, more preferably 1.5% or more, based on the total amount of carbon nanotubes, on a number basis. It is also preferably 60% or less, more preferably 50% or less, and even more preferably 40% or less. By containing component (I) and component (II) in amounts equal to or greater than the above lower limits, a carbon nanotube dispersion liquid can be prepared that exhibits both good dispersibility and conductive path formation.

カーボンナノチューブの比表面積は100m/g以上が好ましく、150m/g以上がより好ましく、200m/g以上が更に好ましい。また、1200m/g以下が好ましく、1000m/g以下がより好ましく、800m/g以下が特に好ましい。カーボンナノチューブの比表面積は窒素吸着測定によるBET法で算出する。 The specific surface area of the carbon nanotubes is preferably 100 m 2 /g or more, more preferably 150 m 2 /g or more, and even more preferably 200 m 2 /g or more. It is also preferably 1200 m 2 /g or less, more preferably 1000 m 2 /g or less, and particularly preferably 800 m 2 /g or less. The specific surface area of the carbon nanotubes is calculated by the BET method using nitrogen adsorption measurement.

カーボンナノチューブ分散液中のカーボンナノチューブの平均繊維長は0.05μm以上が好ましく、0.1μm以上がより好ましく、0.2μm以上が更に好ましい。また、1.0μm以下が好ましく、0.8μm以下がより好ましく、0.5μm以下が更に好ましい。カーボンナノチューブ分散液中のカーボンナノチューブの繊維長が大きいほど、少量で効率的に導電ネットワークを形成することができ、電池電極中に必要な導電材量を低減することができる。しかしながら、繊維長の大きいカーボンナノチューブは凝集力が強く分散が困難であり、更に、分散工程でカーボンナノチューブが折れやすく、カーボンナノチューブの繊維長制御もまた困難である。本発明の実施形態では、カーボンナノチューブ分散液中のカーボンナノチューブの平均繊維長を上記範囲内にすることで、繊維径分布の異なるカーボンナノチューブを凝集させることなく高濃度で分散できる。これにより、少量で効率的に導電ネットワークを形成することができ、電池電極中に必要な導電材量を低減することができる。また、分散性と安定性を両立でき、また、電極膜用スラリー中及び/又は電極膜中においても良好な分散を保持することができる。 The average fiber length of the carbon nanotubes in the carbon nanotube dispersion is preferably 0.05 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, and even more preferably 0.2 μm or more. It is also preferably 1.0 μm or less, more preferably 0.8 μm or less, and even more preferably 0.5 μm or less. The longer the fiber length of the carbon nanotubes in the carbon nanotube dispersion, the more efficiently a conductive network can be formed with a small amount, thereby reducing the amount of conductive material required in the battery electrode. However, carbon nanotubes with long fiber lengths have strong cohesion and are difficult to disperse. Furthermore, the carbon nanotubes are prone to breakage during the dispersion process, making it difficult to control the fiber length of the carbon nanotubes. In an embodiment of the present invention, by setting the average fiber length of the carbon nanotubes in the carbon nanotube dispersion within the above range, carbon nanotubes with different fiber diameter distributions can be dispersed at a high concentration without agglomeration. This allows for the efficient formation of a conductive network with a small amount, thereby reducing the amount of conductive material required in the battery electrode. Furthermore, both dispersibility and stability can be achieved, and good dispersion can be maintained in the electrode film slurry and/or electrode film.

本発明の実施形態のカーボンナノチューブ分散液において、繊維長0.3μm以下のカーボンナノチューブの含有量が、カーボンナノチューブの全量に対して個数基準で75%以下であることが好ましく、70%以下であることがより好ましい。また、本発明の実施形態のカーボンナノチューブ分散液は、繊維長0.3μmより大きいカーボンナノチューブの含有量が、カーボンナノチューブの全量に対して個数基準で10%以上であることが好ましく、25%以上であることがより好ましい。繊維長が上記条件を満たすとき、繊維径分布の異なるカーボンナノチューブを凝集させることなく高濃度で分散させることができ、電極膜用スラリー中及び/又は電極膜中においても良好な分散を保持することができる。カーボンナノチューブ分散液におけるカーボンナノチューブの繊維長、及び平均繊維長は実施例記載の方法で測定することができる。なお、繊維長は、次のようにして確認することができる。まず、走査型電子顕微鏡によって、カーボンナノチューブを観測するとともに撮像する。次に観測写真において、カーボンナノチューブの繊維長を計測することで確認できる。また、平均繊維長は、上記観測写真において、無作為に300本のカーボンナノチューブを選び、それぞれの繊維長を計測し、その平均値を平均繊維長とする。尚、本発明の実施形態におけるカーボンナノチューブの繊維長は、カーボンナノチューブ分散液中の繊維長、すなわちカーボンナノチューブ分散液を調製した後の繊維長である。 In the carbon nanotube dispersion of an embodiment of the present invention, the content of carbon nanotubes with a fiber length of 0.3 μm or less is preferably 75% or less, and more preferably 70% or less, by number, of the total amount of carbon nanotubes. Furthermore, in the carbon nanotube dispersion of an embodiment of the present invention, the content of carbon nanotubes with a fiber length greater than 0.3 μm is preferably 10% or more, and more preferably 25% or more, by number, of the total amount of carbon nanotubes. When the fiber length satisfies the above conditions, carbon nanotubes with different fiber diameter distributions can be dispersed at high concentrations without aggregation, and good dispersion can be maintained in the electrode film slurry and/or electrode film. The fiber length and average fiber length of carbon nanotubes in the carbon nanotube dispersion can be measured using the methods described in the Examples. The fiber length can be confirmed as follows: First, the carbon nanotubes are observed and photographed using a scanning electron microscope. Next, the fiber length of the carbon nanotubes can be confirmed by measuring the observed photograph. The average fiber length was determined by randomly selecting 300 carbon nanotubes from the observation photograph, measuring the fiber length of each, and averaging the measured values. Note that the fiber length of carbon nanotubes in this embodiment of the present invention refers to the fiber length in the carbon nanotube dispersion, i.e., the fiber length after the carbon nanotube dispersion has been prepared.

カーボンナノチューブの炭素純度はカーボンナノチューブ中の炭素原子の含有率(質量%)で表される。炭素純度はカーボンナノチューブ100質量%に対して、80質量%が好ましく、90質量%以上がより好ましく、95質量%以上が更に好ましく、98質量%以上が特に好ましい。炭素純度を上記範囲にすることにより、不純物によってデンドライトが形成されショートが起こる等の不具合を防ぐことができる。 The carbon purity of carbon nanotubes is expressed as the carbon atom content (mass%) in the carbon nanotubes. The carbon purity is preferably 80 mass% relative to 100 mass% of the carbon nanotubes, more preferably 90 mass% or more, even more preferably 95 mass% or more, and particularly preferably 98 mass% or more. By keeping the carbon purity within the above range, problems such as short circuits caused by the formation of dendrites due to impurities can be prevented.

カーボンナノチューブの炭素純度は純化処理によって調整することができる。カーボンナノチューブの純化処理方法としては、従来公知の様々な方法を用いることができる。例えば、酸処理、黒鉛化処理、及び塩素化処理が挙げられる。 The carbon purity of carbon nanotubes can be adjusted by purification treatment. Various conventionally known methods can be used to purify carbon nanotubes. Examples include acid treatment, graphitization treatment, and chlorination treatment.

カーボンナノチューブを酸処理する際に使用する酸としては、カーボンナノチューブに含まれる金属及び金属酸化物を溶解できるものであればよく、例えば、無機酸及びカルボン酸が好ましく、無機酸の中でも、塩酸、硫酸、及び硝酸が特に好ましい。カーボンナノチューブの酸処理は液相中で行われることが好ましく、液相中でカーボンナノチューブを分散及び/または混合することが更に好ましい。酸処理後のカーボンナノチューブは水洗し、乾燥することが好ましい。 The acid used to treat carbon nanotubes with acid may be any acid capable of dissolving the metals and metal oxides contained in the carbon nanotubes. For example, inorganic acids and carboxylic acids are preferred, and among inorganic acids, hydrochloric acid, sulfuric acid, and nitric acid are particularly preferred. The acid treatment of carbon nanotubes is preferably carried out in a liquid phase, and it is more preferred to disperse and/or mix the carbon nanotubes in the liquid phase. After acid treatment, the carbon nanotubes are preferably washed with water and dried.

カーボンナノチューブの黒鉛化処理は、特に限定されないが、酸素濃度0.1%以下の不活性雰囲気下、カーボンナノチューブを1500℃~3500℃で加熱することにより行うことができる。 The graphitization process for carbon nanotubes is not particularly limited, but can be carried out by heating the carbon nanotubes at 1500°C to 3500°C in an inert atmosphere with an oxygen concentration of 0.1% or less.

カーボンナノチューブの塩素化処理は、特に限定されないが、例えば、酸素濃度0.1%以下の不活性雰囲気下において、塩素ガスを導入し、カーボンナノチューブを800℃~2000℃で加熱することにより行うことができる。 The chlorination treatment of carbon nanotubes is not particularly limited, but can be carried out, for example, by introducing chlorine gas into an inert atmosphere with an oxygen concentration of 0.1% or less and heating the carbon nanotubes at 800°C to 2000°C.

カーボンナノチューブは表面又は末端が官能基又はアルキル基で修飾されていてもよく、またアルカリ金属又はハロゲンでドーピングされていてもよい。例えば、酸中で加熱することにより、カルボキシル基、スルホ基、水酸基で官能基化させてもよい。重合体(A)及び重合体(B)によって、得られるカーボンナノチューブ分散液の良好な安定性と流動性を両立できることから、カルボキシル基及びスルホ基等の酸性官能基を有さないカーボンナノチューブを使用することが好ましい。 The carbon nanotubes may be surface or terminally modified with functional groups or alkyl groups, or may be doped with alkali metals or halogens. For example, they may be functionalized with carboxyl groups, sulfo groups, or hydroxyl groups by heating in acid. Because polymer (A) and polymer (B) allow the resulting carbon nanotube dispersion to have both good stability and fluidity, it is preferable to use carbon nanotubes that do not have acidic functional groups such as carboxyl groups or sulfo groups.

導電材として、更にカーボンブラック、グラファイト等の炭素材料を1種または2種以上併用して用いてもよい。これらの導電材の中でも、分散剤の吸着性能の観点からカーボンブラックが好ましい。カーボンブラックは、例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、中空カーボンブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック、ケッチェンブラック等が挙げられる。また、カーボンブラックは、中性、酸性、塩基性のいずれでもよく、酸化処理されたカーボンブラック、及び黒鉛化処理されたカーボンブラックを使用してもよい。 As the conductive material, carbon materials such as carbon black and graphite may be used alone or in combination. Of these conductive materials, carbon black is preferred from the perspective of dispersant adsorption performance. Examples of carbon black include acetylene black, furnace black, hollow carbon black, channel black, thermal black, and ketjen black. Furthermore, carbon black may be neutral, acidic, or basic, and oxidation-treated carbon black and graphitization-treated carbon black may also be used.

導電材中に含まれる金属量は、導電材100質量%に対して、10質量%未満が好ましく、5質量%未満がより好ましく、2質量%未満が更に好ましい。特に、カーボンナノチューブに含まれる金属としては、カーボンナノチューブを合成する際に触媒として使用される金属、金属酸化物、及び金属水酸化物等が挙げられる。具体的には、銅、鉄、コバルト、ニッケル、アルミニウム、マグネシウム、シリカ、マンガンやモリブデン等の金属、金属酸化物、金属水酸化物、及びこれらの複合酸化物が挙げられる。特に、カーボンナノチューブに含まれる金属水酸化物が上記範囲より多く含まれると、カーボンナノチューブの濡れ性が低下する恐れがあり、また、カーボンナノチューブ分散液のpHが高くなり、重合体(A)及び重合体(B)の分散性を損なう恐れがある。 The amount of metal contained in the conductive material is preferably less than 10% by mass, more preferably less than 5% by mass, and even more preferably less than 2% by mass, based on 100% by mass of the conductive material. In particular, metals contained in carbon nanotubes include metals, metal oxides, and metal hydroxides used as catalysts in synthesizing carbon nanotubes. Specific examples include metals such as copper, iron, cobalt, nickel, aluminum, magnesium, silica, manganese, and molybdenum, as well as metal oxides, metal hydroxides, and composite oxides thereof. In particular, if the amount of metal hydroxide contained in the carbon nanotubes exceeds the above range, the wettability of the carbon nanotubes may decrease. Furthermore, the pH of the carbon nanotube dispersion may increase, potentially impairing the dispersibility of polymer (A) and polymer (B).

また、導電材は、製造過程で使用される触媒のうち鉄金属元素を導電材100質量%に対して50ppm以下、より具体的には、20ppm以下の含有量で含んでもよい。このように、導電材内に残留する不純物としての鉄含有量を著しく減少させることで、電極内の副反応の恐れなしに、より優れた伝導性を示すことができる。導電材内に残留する金属不純物の含有量は、高周波誘導結合プラズマ(inductively coupled plasma、ICP)を用いて分析することができる。また、導電材は、鉄金属元素を含まなくてもよい。 The conductive material may also contain 50 ppm or less, more specifically, 20 ppm or less, of iron metal element in the catalyst used in the manufacturing process, based on 100% by mass of the conductive material. By significantly reducing the iron content as an impurity remaining in the conductive material in this way, superior conductivity can be achieved without the risk of side reactions in the electrode. The content of metal impurities remaining in the conductive material can be analyzed using inductively coupled plasma (ICP). The conductive material does not necessarily need to contain iron metal element.

カーボンナノチューブの含有量は、カーボンナノチューブ分散液の不揮発分中、0.2質量%以上が好ましく、0.4質量%以上がより好ましく、1質量%以上が更に好ましい。また、30質量%以下が好ましく、20質量%以下がより好ましく、10質量%以下が更に好ましい。上記範囲にすることで、沈降及びゲル化を起こすことなく、カーボンナノチューブを良好に、かつ安定に存在させることができる。また、カーボンナノチューブの含有量は、カーボンナノチューブの比表面積、分散媒への親和性、分散剤の分散能等によって、適当な流動性または粘度のカーボンナノチューブ分散液が得られるように、適宜調整することが好ましい。例えば、良好な安定性と流動性の両立の観点から、導電材の含有量は、カーボンナノチューブ分散液100質量%に対して、10質量%以下であってもよく、好ましくは8質量%以下である。本発明の実施形態では、導電材として高比表面積であるカーボンナノチューブを使用するため、前記範囲であることが好ましい。又は、例えば、導電材の濃度が高い場合であっても重合体(A)及び重合体(B)によって良好な分散性と安定性とを両立できることから、導電材の含有量は、カーボンナノチューブ分散液100質量%に対して、5質量%以上であってもよく、10質量%超であってもよい。 The carbon nanotube content is preferably 0.2% by mass or more, more preferably 0.4% by mass or more, and even more preferably 1% by mass or more, based on the non-volatile content of the carbon nanotube dispersion. It is also preferably 30% by mass or less, more preferably 20% by mass or less, and even more preferably 10% by mass or less. By maintaining the carbon nanotube content within the above range, the carbon nanotubes can be maintained in a stable state without sedimentation or gelation. The carbon nanotube content is preferably adjusted appropriately to obtain a carbon nanotube dispersion with appropriate fluidity or viscosity, taking into account the specific surface area of the carbon nanotubes, their affinity for the dispersion medium, the dispersibility of the dispersant, and other factors. For example, from the perspective of achieving both good stability and fluidity, the conductive material content may be 10% by mass or less, and preferably 8% by mass or less, based on 100% by mass of the carbon nanotube dispersion. In embodiments of the present invention, the conductive material is preferably in the above range, since carbon nanotubes have a high specific surface area. Alternatively, for example, even when the concentration of the conductive material is high, good dispersibility and stability can be achieved by polymer (A) and polymer (B), and therefore the content of the conductive material may be 5% by mass or more, or may be greater than 10% by mass, relative to 100% by mass of the carbon nanotube dispersion liquid.

<重合体(A)>
重合体(A)は、ヒドロキシル基含有構造単位及び複素環含有構造単位の少なくとも1種以上を含む。重合体(A)を後述する重合体(B)とともに用いることで、カーボンナノチューブの分散性を向上させ、得られる電極合材層中でのカーボンナノチューブ含む導電材の偏在を抑制することができる。また、理由は定かではないが、重合体(A)が存在することで、後述する重合体(B)の、被分散物への吸着性及び分散媒への親和性をコントロールし、被分散物を分散媒中に安定に存在させることができる。
<Polymer (A)>
The polymer (A) contains at least one of a hydroxyl group-containing structural unit and a heterocycle-containing structural unit. The use of the polymer (A) together with the polymer (B) described below improves the dispersibility of carbon nanotubes, thereby suppressing uneven distribution of the conductive material containing carbon nanotubes in the resulting electrode mixture layer. Furthermore, although the reason is unclear, the presence of the polymer (A) controls the adsorption of the polymer (B) described below to the dispersed material and the affinity for the dispersion medium, allowing the dispersed material to be stably present in the dispersion medium.

(ヒドロキシル基含有構造単位)
重合体(A)がヒドロキシル基含有構造単位を含む場合、任意に、ヒドロキシル基含有構造単位以外の構造単位(その他の構造単位)を含む。ヒドロキシル基含有構造単位は、ヒドロキシル基を含む構造単位であり、好ましくは、ヒドロキシル基を含む置換基により置換させたアルキレン構造を含有する構造単位を含む。アルキレン構造は、直鎖状又は分岐状のアルキレン構造であることが好ましい。ヒドロキシル基含有構造単位に含まれるヒドロキシル基の数は、1つまたは2つであることが好ましく、1つであることがより好ましい。
重合体(A)へのヒドロキシル基含有構造単位の導入方法は、特に限定はされないが、例えば、ヒドロキシル基を含むモノマーの重合反応により重合体を調製する方法、または、ヒドロキシル基以外の官能基を含むモノマーの重合反応により重合体を調製し、ヒドロキシル基に変性させる方法等が挙げられる。反応性、原料価格の観点から合理的な方法を選択することができる。
(Hydroxyl Group-Containing Structural Unit)
When the polymer (A) contains a hydroxyl group-containing structural unit, it may optionally contain a structural unit other than the hydroxyl group-containing structural unit (other structural unit). The hydroxyl group-containing structural unit is a structural unit containing a hydroxyl group, and preferably contains a structural unit containing an alkylene structure substituted with a substituent containing a hydroxyl group. The alkylene structure is preferably a linear or branched alkylene structure. The number of hydroxyl groups contained in the hydroxyl group-containing structural unit is preferably one or two, more preferably one.
The method for introducing a hydroxyl group-containing structural unit into polymer (A) is not particularly limited, and examples thereof include a method of preparing a polymer by polymerization of a monomer containing a hydroxyl group, or a method of preparing a polymer by polymerization of a monomer containing a functional group other than a hydroxyl group and then modifying the polymer to have a hydroxyl group, etc. A reasonable method can be selected from the viewpoints of reactivity and raw material cost.

ヒドロキシル基を含むモノマーとしては、例えば、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、3-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、グリセロールモノ(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシビニルベンゼン、2-ヒドロキシ-3-フェノキシプロピルアクリレートまたはこれらモノマーのカプロラクトン付加物(付加モル数は1~5)等が挙げられる。ヒドロキシル基を含むモノマーは、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートが好ましく、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートがより好ましく、2-ヒドロキシエチルアクリレートが更に好ましい。 Examples of monomers containing a hydroxyl group include 2-hydroxyethyl (meth)acrylate, 3-hydroxypropyl (meth)acrylate, 4-hydroxybutyl (meth)acrylate, glycerol mono(meth)acrylate, 4-hydroxyvinylbenzene, 2-hydroxy-3-phenoxypropyl acrylate, and caprolactone adducts of these monomers (number of moles added: 1 to 5). The hydroxyl group-containing monomer is preferably a hydroxyalkyl (meth)acrylate, more preferably 2-hydroxyethyl (meth)acrylate, and even more preferably 2-hydroxyethyl acrylate.

ヒドロキシル基以外の官能基を含むモノマーの重合反応により重合体を調製し、ヒドロキシル基に変性させる方法としては、例えば、酢酸ビニルを重合して得られたポリ酢酸ビニルのアセチル基を、水酸化ナトリウム等のアルカリによりけん化し、ヒドロキシル基とする方法が挙げられる(けん化反応)。水酸化ナトリウムの濃度と処理時間を変えることで、けん化の反応率(けん化度)を任意にコントロールすることができる。 One method for preparing a polymer by polymerization of monomers containing functional groups other than hydroxyl groups and then modifying them to hydroxyl groups is to saponify the acetyl groups of polyvinyl acetate obtained by polymerizing vinyl acetate with an alkali such as sodium hydroxide to convert them to hydroxyl groups (saponification reaction). The saponification reaction rate (degree of saponification) can be controlled as desired by varying the sodium hydroxide concentration and treatment time.

また、炭素系導電材と媒体との親和性を高める目的で、重合体中のヒドロキシル基をアルデヒド化合物と反応させ、アセタール基に変性させて用いてもよい(アセタール化)。アセタール化反応に用いるアルデヒド化合物は、例えば、炭素数1~15の直鎖状、分枝状、環状飽和、不飽和、又は芳香族のアルデヒド等化合物等を用いることができるが、これらに限定されない。具体的には、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオニルアルデヒド、n-ブチルアルデヒド、イソブチルアルデヒド、tert-ブチルアルデヒド、ベンズアルデヒド、シクロヘキシルアルデヒド等が挙げられる。これらのアルデヒド化合物は単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。また、これらのアルデヒド化合物はホルムアルデヒドを除き、1以上の水素原子がハロゲン原子等により置換されたものであってもよい。汎用性の観点で、炭素数1~10の直鎖状、分枝状、環状飽和、不飽和、又は芳香族のアルデヒド等化合物が好ましく、炭素数1~4の直鎖状のアルデヒド化合物がより好ましい。アルデヒド化合物と処理時間を変えることで、アセタール化の反応率(アセタール化度)を任意にコントロールすることができる。 In addition, to increase the affinity between the carbon-based conductive material and the medium, the hydroxyl groups in the polymer may be reacted with an aldehyde compound to modify them into acetal groups (acetalization). Aldehyde compounds used in the acetalization reaction may include, but are not limited to, linear, branched, cyclic, saturated, unsaturated, or aromatic aldehydes and other compounds having 1 to 15 carbon atoms. Specific examples include formaldehyde, acetaldehyde, propionyl aldehyde, n-butyraldehyde, isobutyraldehyde, tert-butyraldehyde, benzaldehyde, and cyclohexyl aldehyde. These aldehyde compounds may be used alone or in combination. With the exception of formaldehyde, these aldehyde compounds may have one or more hydrogen atoms substituted with a halogen atom or the like. From the perspective of versatility, linear, branched, cyclic saturated, unsaturated, or aromatic aldehyde compounds having 1 to 10 carbon atoms are preferred, with linear aldehyde compounds having 1 to 4 carbon atoms being more preferred. By changing the aldehyde compound and treatment time, the acetalization reaction rate (degree of acetalization) can be controlled as desired.

ヒドロキシル基含有構造単位の含有量は、重合体の質量を基準として(すなわち、重合体の質量を100質量%とした場合に)、80質量%以上であることが好ましく、85質量%以上であることがより好ましく、また、99.8質量%以下であることが好ましい。上記範囲とすることで、分極を強め、炭素系導電材および媒体への親和性を高めることができる。また、電解液耐性の観点からも好ましい。アセタール基の含有量は、ヒドロキシル基含有構造単位の含有量と同様の理由から、ヒドロキシル基含有構造単位の含有量の好ましい範囲内とするのが好ましい。 The content of the hydroxyl group-containing structural unit is preferably 80% by mass or more, more preferably 85% by mass or more, and preferably 99.8% by mass or less, based on the mass of the polymer (i.e., when the mass of the polymer is 100% by mass). Setting it within the above range strengthens polarization and increases affinity with the carbon-based conductive material and medium. It is also preferable from the standpoint of electrolyte resistance. For the same reasons as for the content of the hydroxyl group-containing structural unit, the content of the acetal group is preferably within the preferred range of the content of the hydroxyl group-containing structural unit.

例えば、ポリビニルアルコール樹脂及びポリビニルアセタール樹脂は、その分子中にビニルアルコール等に基づくヒドロキシル基含有構造単位を含むため、これらを重合体(A)として用いることができる。重合体(A)の一態様としては、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルブチラールやポリビニルホルマール等を含むポリビニルアセタール樹脂、からなる群より選ばれる1種以上のポリマーが用いられる。 For example, polyvinyl alcohol resins and polyvinyl acetal resins contain hydroxyl group-containing structural units based on vinyl alcohol or the like in their molecules, and therefore can be used as polymer (A). One embodiment of polymer (A) is one or more polymers selected from the group consisting of polyvinyl alcohol resins and polyvinyl acetal resins including polyvinyl butyral and polyvinyl formal.

(複素環含有構造単位)
重合体(A)が複素環含有構造単位を含む場合、任意に、複素環含有構造単位以外の構造単位(その他の構造単位)を含む。複素環含有構造単位の複素環は、例えば、単環構造であっても縮合環構造であってもよいが、単環構造であることが好ましい。複素環は環を構成する原子に炭素以外の原子を含んでおり、そのほとんどは、一つまたはそれ以上の窒素、酸素、硫黄原子を含む。重合体(A)として複素環含有構造単位を含むことで、複素環内部で分極が生じ、被分散物に強く作用して吸着性と分散媒への親和性を更に高めることができると思われる。
(Heterocycle-containing structural unit)
When the polymer (A) contains a heterocyclic ring-containing structural unit, it may optionally contain a structural unit other than the heterocyclic ring-containing structural unit (other structural unit). The heterocyclic ring of the heterocyclic ring-containing structural unit may be, for example, a monocyclic structure or a condensed ring structure, but is preferably a monocyclic structure. The heterocyclic ring contains atoms other than carbon in the ring-constituting atoms, and most of them contain one or more nitrogen, oxygen, and sulfur atoms. It is believed that by including a heterocyclic ring-containing structural unit as the polymer (A), polarization occurs within the heterocyclic ring, which acts strongly on the dispersed material and further enhances the adsorptivity and affinity for the dispersion medium.

複素環含有構造単位としては特に限定されないが、例えば、ピロール、ピロリジン、ピペリジン、イミダゾール、α-ピロン、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、2-ピロリドン、5-メチル-2-ピロリドン、N-ビニル-2-ピロリドン、N-ビニル-ε-カプロラクタム、N-ビニル-2-ピペリドン、N-ビニル-3-モルホリノン、N-ビニル-1,3-オキサジン-2-オン、N-ビニル-3,5-モルホリンジオン、フラン、テトラヒドロフラン、ピラン等の複素環含有単量体に基づく構造が挙げられる。中でも、N-ビニル-2-ピロリドン、N-ビニル-ε-カプロラクタム、N-ビニル-2-ピペリドン、N-ビニル-3-モルホリノン、N-ビニル-1,3-オキサジン-2-オン、N-ビニル-3,5-モルホリンジオン等のN-ビニル環状アミド構造に基づく構造単位が好ましく、電池特性向上の観点から、N-ビニル-2-ピロリドンが特に好ましい。なお、これらは、単独で、または、2種以上を組み合わせて用いることができる。 Heterocycle-containing structural units are not particularly limited, but examples include structures based on heterocycle-containing monomers such as pyrrole, pyrrolidine, piperidine, imidazole, α-pyrone, N-methyl-2-pyrrolidone, N-ethyl-2-pyrrolidone, 2-pyrrolidone, 5-methyl-2-pyrrolidone, N-vinyl-2-pyrrolidone, N-vinyl-ε-caprolactam, N-vinyl-2-piperidone, N-vinyl-3-morpholinone, N-vinyl-1,3-oxazin-2-one, N-vinyl-3,5-morpholinedione, furan, tetrahydrofuran, and pyran. Among these, structural units based on an N-vinyl cyclic amide structure, such as N-vinyl-2-pyrrolidone, N-vinyl-ε-caprolactam, N-vinyl-2-piperidone, N-vinyl-3-morpholinone, N-vinyl-1,3-oxazin-2-one, and N-vinyl-3,5-morpholinedione, are preferred, with N-vinyl-2-pyrrolidone being particularly preferred from the perspective of improving battery characteristics. These can be used alone or in combination of two or more types.

そして、重合体(A)が含有する複素環含有構造単位の含有量は、重合体(A)の全質量を100質量%とした場合、70質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることが更に好ましく、95質量%以上であることが特に好ましい。重合体(A)中の複素環含有構造単位が70質量%以上であれば、電池性能、特に低温特性を更に向上させることができる。なお、重合体(A)中の複素環含有構造単位の含有量は特に限定されず、100質量%以下とすることができる。 The content of heterocycle-containing structural units in polymer (A) is preferably 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, even more preferably 90% by mass or more, and particularly preferably 95% by mass or more, when the total mass of polymer (A) is 100% by mass. If the heterocycle-containing structural units in polymer (A) are 70% by mass or more, battery performance, particularly low-temperature characteristics, can be further improved. The content of heterocycle-containing structural units in polymer (A) is not particularly limited, and can be 100% by mass or less.

また、重合体(A)の含有量が、重合体(A)及び後述する重合体(B)の合計質量に対して30質量%以上70質量%以下であると好ましい。重合体(A)の重量平均分子量は、ポリスチレン換算の重量平均分子量で、5,000以上が好ましく、6,000以上がより好ましく、8,000以上が更に好ましい。また、450,000以下が好ましく、300,000以下がより好ましく、150,000以下が更に好ましい。適度な重量平均分子量に調整することで被分散物への吸着性を向上させ、分散液の安定性をより向上させることができる。 The content of polymer (A) is preferably 30% by mass or more and 70% by mass or less, based on the total mass of polymer (A) and polymer (B), which will be described later. The weight-average molecular weight of polymer (A), calculated as polystyrene, is preferably 5,000 or more, more preferably 6,000 or more, and even more preferably 8,000 or more. It is also preferably 450,000 or less, more preferably 300,000 or less, and even more preferably 150,000 or less. By adjusting the weight-average molecular weight to an appropriate level, it is possible to improve the adsorption to the dispersed material and further improve the stability of the dispersion.

<重合体(B)>
重合体(B)は、ニトリル基含有構造単位を含む。重合体(B)は、ニトリル基含有構造単位を含有しているため、優れた柔軟性及び結着力による安定性を発揮することができる。この効果により、カーボンナノチューブ分散液を電極活物質と混合して電極膜用スラリーを膜状に形成する電極膜中でも良好な導電ネットワークを維持させることができるものと思われる。重合体(B)を前述の重合体(A)とともに用いることで、カーボンナノチューブ同士、カーボンナノチューブと活物質及び集電体との密着性(剥離強度)を飛躍的に高めることが出来る。重合体(A)がヒドロキシル基含有構造単位を含む場合、重合体(A)と重合体(B)の間に水素結合などの強い分子間力が作用することで、重合体(A)と重合体(B)との間に架橋構造が形成され、被分散物に三次元的に吸着することができ、分散性だけでなく安定性にも優れる分散液を得ることができるものと思われる。重合体(A)が複素環含有構造単位を含む場合、重合体(A)の複素環内部での分極に加え、重合体(B)のニトリル基含有構造単位に含まれるニトリル基でも分極が生じ、これらが相乗効果を発揮することで被分散物に強く作用することにより、良好な分散状態を維持したまま高い結着力を発揮することができるものと思われる。
<Polymer (B)>
The polymer (B) contains a nitrile group-containing structural unit. Because the polymer (B) contains the nitrile group-containing structural unit, it can exhibit excellent flexibility and stability due to its binding strength. This effect is believed to maintain a good conductive network even in the electrode film formed by mixing the carbon nanotube dispersion with an electrode active material to form a film of electrode film slurry. By using the polymer (B) together with the aforementioned polymer (A), it is possible to dramatically improve the adhesion (peel strength) between carbon nanotubes and between the carbon nanotubes and the active material and current collector. When the polymer (A) contains a hydroxyl group-containing structural unit, strong intermolecular forces such as hydrogen bonds act between the polymer (A) and the polymer (B), forming a crosslinked structure between the polymer (A) and the polymer (B), allowing three-dimensional adsorption to the dispersed material. This is believed to result in a dispersion that is not only highly dispersible but also highly stable. When polymer (A) contains a heterocycle-containing structural unit, polarization occurs not only within the heterocycle of polymer (A) but also in the nitrile group contained in the nitrile group-containing structural unit of polymer (B), and these exert a synergistic effect, acting strongly on the dispersed material, and it is believed that high binding strength can be exerted while maintaining a good dispersion state.

ニトリル基含有構造単位は、ニトリル基を含む構造単位であり、好ましくはニトリル基により置換されたアルキレン構造を含む構造単位を含み、より好ましくはニトリル基により置換されたアルキレン構造のみからなる構造単位を含む。アルキレン構造は、直鎖状又は分岐状のアルキレン構造であることが好ましい。ニトリル基含有構造単位は、ニトリル基により置換されたアルキル構造を含む(又はのみからなる)構造単位を更に含んでもよい。ニトリル基含有構造単位に含まれるニトリル基の数は、1つであることが好ましい。
重合体(B)へのニトリル基含有構造単位の導入方法は、特に限定されないが、例えば、ニトリル基を含むモノマーの重合反応により重合体を調製する方法を好ましく用いることができる。
The nitrile group-containing structural unit is a structural unit containing a nitrile group, preferably a structural unit containing an alkylene structure substituted with a nitrile group, more preferably a structural unit consisting of only an alkylene structure substituted with a nitrile group. The alkylene structure is preferably a linear or branched alkylene structure. The nitrile group-containing structural unit may further contain a structural unit containing (or consisting of) an alkyl structure substituted with a nitrile group. The number of nitrile groups contained in the nitrile group-containing structural unit is preferably one.
The method for introducing the nitrile group-containing structural unit into the polymer (B) is not particularly limited, but for example, a method for preparing a polymer by polymerization reaction of a monomer containing a nitrile group can be preferably used.

ニトリル基を含むモノマーとしては、例えば、アクリロニトリル、メタアクリロニトリル、フマロニトリル等が挙げられ、1種を単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。ニトリル基を含むモノマーがアクリロニトリルであると、重合体の屈曲が少なくなり、隣接するシアノ基が配向して分極の強い部分構造を形成することから、重合体同士、重合体と炭素系導電材との分子間力が高くなると思われる。分子間力を高める観点、原料の入手しやすさの観点、及び反応性の観点から、ニトリル基を含むモノマーはアクリロニトリルであることが好ましい。 Examples of monomers containing a nitrile group include acrylonitrile, methacrylonitrile, and fumaronitrile, and these can be used alone or in combination of two or more. When the monomer containing a nitrile group is acrylonitrile, the polymer is less likely to bend, and adjacent cyano groups are oriented to form a partial structure with strong polarization, which is thought to increase the intermolecular forces between polymers and between the polymer and the carbon-based conductive material. From the perspectives of increasing intermolecular forces, ease of raw material availability, and reactivity, it is preferable that the monomer containing a nitrile group be acrylonitrile.

ニトリル基含有構造単位の含有量は、分子間力を高める観点から、重合体(B)の質量を基準として(すなわち、重合体(B)の質量を100質量%とした場合に)、15質量%以上であることが好ましく、20質量%以上であることがより好ましく、30質量%以上であることが更に好ましい。また、ニトリル基含有構造単位の含有量は、重合体(B)の質量を基準として、90質量%以下であることが好ましく、70質量%以下であることがより好ましく、50質量%以下であることが更に好ましく、40質量%以下であることが特に好ましい。ニトリル基含有構造単位の含有量を上記範囲にすることで、被分散物への吸着性及び分散媒への親和性をコントロールすることができ、被分散物を分散媒中に安定に存在させることができる。また、重合体(B)の電解液への親和性もコントロールでき、電池内で重合体(B)が電解液に溶解して電解液の抵抗を増大させるなどの不具合を防ぐことができる。また、分極の大きなニトリル基が配列することで、誘電率が高くなり、電解液抵抗を低減することができるため、レート特性及びサイクル特性も向上させることができる。 From the viewpoint of enhancing intermolecular forces, the content of the nitrile group-containing structural unit is preferably 15% by mass or more, more preferably 20% by mass or more, and even more preferably 30% by mass or more, based on the mass of polymer (B) (i.e., when the mass of polymer (B) is 100% by mass). Furthermore, the content of the nitrile group-containing structural unit is preferably 90% by mass or less, more preferably 70% by mass or less, even more preferably 50% by mass or less, and particularly preferably 40% by mass or less, based on the mass of polymer (B). By setting the content of the nitrile group-containing structural unit within the above range, it is possible to control the adsorption to the dispersed substance and the affinity to the dispersion medium, thereby enabling the dispersed substance to be stably present in the dispersion medium. Furthermore, it is possible to control the affinity of polymer (B) to the electrolyte solution, preventing problems such as dissolution of polymer (B) in the electrolyte solution within the battery and an increase in the resistance of the electrolyte solution. Furthermore, the arrangement of nitrile groups, which have high polarization, increases the dielectric constant and reduces the resistance of the electrolyte solution, thereby improving rate characteristics and cycle characteristics.

また、重合体(B)は脂肪族炭化水素構造単位を含むことが好ましい。脂肪族炭化水素構造単位は、脂肪族炭化水素構造を含む構造単位であり、好ましくは脂肪族炭化水素構造のみからなる構造単位である。脂肪族炭化水素構造は、飽和脂肪族炭化水素構造を少なくとも含み、不飽和脂肪族炭化水素構造を更に含んでもよい。脂肪族炭化水素構造は、直鎖状脂肪族炭化水素構造を少なくとも含むことが好ましく、分岐状脂肪族炭化水素構造を更に含んでもよい。 Furthermore, polymer (B) preferably contains an aliphatic hydrocarbon structural unit. The aliphatic hydrocarbon structural unit is a structural unit containing an aliphatic hydrocarbon structure, and preferably a structural unit consisting solely of an aliphatic hydrocarbon structure. The aliphatic hydrocarbon structure contains at least a saturated aliphatic hydrocarbon structure and may further contain an unsaturated aliphatic hydrocarbon structure. The aliphatic hydrocarbon structure preferably contains at least a linear aliphatic hydrocarbon structure and may further contain a branched aliphatic hydrocarbon structure.

脂肪族炭化水素構造単位の例として、アルキレン構造単位、アルケニレン構造単位、アルキル構造単位、アルカントリイル構造単位、アルカンテトライル構造単位等が挙げられる。脂肪族炭化水素構造単位は、少なくともアルキレン構造単位を含むことが好ましい。アルキレン構造単位は、アルキレン構造を含む構造単位であり、好ましくはアルキレン構造のみからなる構造単位である。アルキレン構造は、直鎖状アルキレン構造又は分岐状アルキレン構造であることが好ましい。 Examples of aliphatic hydrocarbon structural units include alkylene structural units, alkenylene structural units, alkyl structural units, alkanetriyl structural units, and alkanetetrayl structural units. The aliphatic hydrocarbon structural units preferably contain at least an alkylene structural unit. The alkylene structural unit is a structural unit containing an alkylene structure, and is preferably a structural unit consisting solely of an alkylene structure. The alkylene structure is preferably a linear alkylene structure or a branched alkylene structure.

脂肪族炭化水素構造単位において、アルキレン構造単位の含有量は、脂肪族炭化水素構造単位の合計の質量を基準として(すなわち、脂肪族炭化水素構造単位の質量を100質量%とした場合に)、60質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましく、80質量%以上であることが更に好ましく、90質量%以上であることが特に好ましい。アルキレン構造単位の含有量は、脂肪族炭化水素構造単位の合計の質量を基準として、例えば、100質量%未満であり、99.5質量%以下、99質量%以下、又は98質量%以下であってもよい。アルキレン構造単位の含有量は、100質量%であってもよい。 In the aliphatic hydrocarbon structural units, the content of alkylene structural units is preferably 60% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, even more preferably 80% by mass or more, and particularly preferably 90% by mass or more, based on the total mass of the aliphatic hydrocarbon structural units (i.e., when the mass of the aliphatic hydrocarbon structural units is 100% by mass). The content of alkylene structural units may be, for example, less than 100% by mass, 99.5% by mass or less, 99% by mass or less, or 98% by mass or less, based on the total mass of the aliphatic hydrocarbon structural units. The content of alkylene structural units may be 100% by mass.

重合体(B)への脂肪族炭化水素構造単位の導入方法は、特に限定はされないが、例えば、共役ジエン単量体を含有する単量体組成物を用いて重合反応により重合体を調製し共役ジエン単量体に由来する単量体単位を含有させ、次いで、共役ジエン単量体単位に水素添加(水素化)することで、共役ジエン単量体単位の少なくとも一部をアルキレン構造単位に変換する方法、または、α-オレフィン単量体を含む単量体組成物を用いて重合反応により重合体を調製する方法が挙げられる。特に、共役ジエン単量体を含有する単量体組成物を用いて重合反応により重合体を調製した後、水素化する方法を好ましく用いることができる。 The method for introducing aliphatic hydrocarbon structural units into polymer (B) is not particularly limited, but examples include a method in which a polymer is prepared by polymerization using a monomer composition containing a conjugated diene monomer to contain monomer units derived from the conjugated diene monomer, and then the conjugated diene monomer units are hydrogenated (hydrogenated) to convert at least a portion of the conjugated diene monomer units into alkylene structural units, or a method in which a polymer is prepared by polymerization using a monomer composition containing an α-olefin monomer. In particular, a method in which a polymer is prepared by polymerization using a monomer composition containing a conjugated diene monomer, and then hydrogenated, is preferably used.

共役ジエン単量体の炭素数は、4以上であり、好ましくは4以上6以下である。共役ジエン単量体としては、例えば、1,3-ブタジエン、イソプレン、2,3-ジメチル-1,3-ブタジエン、1,3-ペンタジエンなどの共役ジエン化合物が挙げられる。中でも、1,3-ブタジエンが好ましい。アルキレン構造単位は、共役ジエン単量体単位を水素化して得られる構造単位(水素化共役ジエン単量体単位)を含むことが好ましく、1,3-ブタジエン単量体単位を水素化して得られる構造単位(水素化1,3-ブタジエン単量体単位)を含むことがより好ましい。共役ジエン単量体は、1種を単独で、又は、2種以上を組み合わせて用いることができる。 The conjugated diene monomer has four or more carbon atoms, preferably four to six. Examples of conjugated diene monomers include conjugated diene compounds such as 1,3-butadiene, isoprene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, and 1,3-pentadiene. Of these, 1,3-butadiene is preferred. The alkylene structural unit preferably contains a structural unit (hydrogenated conjugated diene monomer unit) obtained by hydrogenating a conjugated diene monomer unit, and more preferably contains a structural unit (hydrogenated 1,3-butadiene monomer unit) obtained by hydrogenating a 1,3-butadiene monomer unit. One type of conjugated diene monomer can be used alone, or two or more types can be used in combination.

水素化は、共役ジエン単量体単位を選択的に水素化できる方法であることが好ましい。水素化の方法として、例えば、油層水素添加法又は水層水素添加法などの公知の方法が挙げられる。水素化は、通常の方法により行うことができる。水素化は、例えば、共役ジエン単量体単位を有する共重合体を、適切な溶媒に溶解させた状態において、水素化触媒の存在下で水素ガス処理することにより行うことができる。水素化触媒としては、鉄、ニッケル、パラジウム、白金、銅等が挙げられる。 Preferably, the hydrogenation is carried out by a method that can selectively hydrogenate the conjugated diene monomer units. Examples of hydrogenation methods include well-known methods such as oil phase hydrogenation and aqueous phase hydrogenation. Hydrogenation can be carried out by a conventional method. For example, hydrogenation can be carried out by treating a copolymer having conjugated diene monomer units dissolved in a suitable solvent with hydrogen gas in the presence of a hydrogenation catalyst. Examples of hydrogenation catalysts include iron, nickel, palladium, platinum, and copper.

α-オレフィン単量体の炭素数は、2以上であり、好ましくは3以上であり、より好ましくは4以上である。α-オレフィン単量体の炭素数は、6以下であることが好ましく、5以下であることがより好ましい。α-オレフィン単量体としては、例えば、エチレン、プロピレン、1-ブテン、1-ヘキセンなどのα-オレフィン化合物が挙げられる。α-オレフィン単量体は、1種を単独で、又は、2種以上を組み合わせて用いることができる。 The carbon number of the α-olefin monomer is 2 or more, preferably 3 or more, and more preferably 4 or more. The carbon number of the α-olefin monomer is preferably 6 or less, and more preferably 5 or less. Examples of α-olefin monomers include α-olefin compounds such as ethylene, propylene, 1-butene, and 1-hexene. α-olefin monomers can be used alone or in combination of two or more.

脂肪族炭化水素構造単位の含有量は、重合体(B)の質量を基準として(すなわち、重合体(B)の質量を100質量%とした場合に)、40質量%以上であることが好ましく、50質量%以上であることがより好ましく、60質量%以上であることが更に好ましい。脂肪族炭化水素構造単位の含有量は、重合体(B)の質量を基準として、85質量%未満であることが好ましく、75質量%以下であることがより好ましく、70質量%以下であることが更に好ましい。 The content of aliphatic hydrocarbon structural units is preferably 40% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, and even more preferably 60% by mass or more, based on the mass of polymer (B) (i.e., when the mass of polymer (B) is 100% by mass). The content of aliphatic hydrocarbon structural units is preferably less than 85% by mass, more preferably 75% by mass or less, and even more preferably 70% by mass or less, based on the mass of polymer (B).

更に、重合体(B)は、任意の構造単位を含んでもよい。任意の構造単位として、例えば、アミド基含有構造単位;カルボキシル基含有構造単位;アルケニレン構造単位;アルキル構造単位;アルカントリイル構造単位;アルカンテトライル構造単位等の分岐点を含む構造単位などが挙げられる。分岐点を含む構造単位は、分岐状アルキレン構造を含む構造単位及び分岐状アルキル構造を含む構造単位とは異なる構造単位である。 Furthermore, polymer (B) may contain any structural unit. Examples of the optional structural unit include structural units containing a branch point, such as an amide group-containing structural unit; a carboxyl group-containing structural unit; an alkenylene structural unit; an alkyl structural unit; an alkanetriyl structural unit; and an alkanetetrayl structural unit. A structural unit containing a branch point is a structural unit different from a structural unit containing a branched alkylene structure and a structural unit containing a branched alkyl structure.

アミド基含有構造単位は、アミド基を含む構造単位であり、好ましくはアミド基により置換されたアルキレン構造を含む構造単位を含み、より好ましくはアミド基により置換されたアルキレン構造のみからなる構造単位を含む。アルキレン構造は、直鎖状又は分岐状のアルキレン構造であることが好ましい。アミド基含有構造単位は、アミド基により置換されたアルキル構造を含む(又は、のみからなる)構造単位を更に含んでもよい。アミド基含有構造単位に含まれるアミド基の数は、1つであることが好ましい。 The amide group-containing structural unit is a structural unit containing an amide group, preferably a structural unit containing an alkylene structure substituted with an amide group, and more preferably a structural unit consisting solely of an alkylene structure substituted with an amide group. The alkylene structure is preferably a linear or branched alkylene structure. The amide group-containing structural unit may further contain a structural unit containing (or consisting solely of) an alkyl structure substituted with an amide group. The number of amide groups contained in the amide group-containing structural unit is preferably one.

重合体(B)へのアミド基含有構造単位の導入方法は、特に限定はされないが、例えば、アミド基含有単量体を含有する単量体組成物を用いて重合反応により重合体を調製することができる。調製した共重合体は、アミド基含有単量体単位を含む。最終的に得られる重合体(B)は、アミド基含有単量体単位をアミド基含有構造単位として含む。 The method for introducing amide group-containing structural units into polymer (B) is not particularly limited. For example, a polymer can be prepared by polymerization using a monomer composition containing an amide group-containing monomer. The prepared copolymer contains amide group-containing monomer units. The final polymer (B) contains the amide group-containing monomer units as amide group-containing structural units.

アミド基含有単量体としては、例えば、(メタ)アクリルアミド、N-メチル(メタ)アクリルアミド、N-エチル(メタ)アクリルアミド、N-プロピル(メタ)アクリルアミド、N-イソプロピル(メタ)アクリルアミドなどのモノアルキル(メタ)アクリルアミド類;N,N-ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジエチル(メタ)アクリルアミド等などのジアルキル(メタ)アクリルアミド類;N-(2-ヒドロキシエチル)(メタ)アクリルアミド、N-(2-ヒドロキシプロピル)(メタ)アクリルアミド、N-(2-ヒドロキシブチル)(メタ)アクリルアミドなどのN-(ヒドロキシアルキル)(メタ)アクリルアミド;ダイアセトン(メタ)アクリルアミド;アクリロイルモルホリン等が挙げられる。本明細書において、「(メタ)アクリル」とは、アクリル又はメタクリルを表す。特に、アミド基含有単量体は、アクリルアミド、メタクリルアミド、及びN,N-ジメチルアクリルアミドからなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。アミド基含有単量体は、1種を単独で、又は、2種以上を組み合わせて用いることができる。 Examples of amide group-containing monomers include monoalkyl(meth)acrylamides such as (meth)acrylamide, N-methyl(meth)acrylamide, N-ethyl(meth)acrylamide, N-propyl(meth)acrylamide, and N-isopropyl(meth)acrylamide; dialkyl(meth)acrylamides such as N,N-dimethyl(meth)acrylamide and N,N-diethyl(meth)acrylamide; N-(hydroxyalkyl)(meth)acrylamides such as N-(2-hydroxyethyl)(meth)acrylamide, N-(2-hydroxypropyl)(meth)acrylamide, and N-(2-hydroxybutyl)(meth)acrylamide; diacetone(meth)acrylamide; and acryloylmorpholine. In this specification, "(meth)acryl" refers to acrylic or methacrylic. The amide group-containing monomer preferably includes at least one selected from the group consisting of acrylamide, methacrylamide, and N,N-dimethylacrylamide. Amide group-containing monomers can be used singly or in combination.

アミド基含有構造単位の含有量は、重合体(B)の質量を基準として(すなわち、共重合体(B)の質量を100質量%とした場合に)、5質量%以下が好ましく、3質量%以下がより好ましく、1質量%以下が更に好ましく、0.5質量%以下が特に好ましい。アミド基含有構造単位の含有量が上記範囲以下であると、重合体(B)同士の水素結合が強くなりすぎることによって起こり得る、カーボンナノチューブ分散液が貯蔵中にゲル化するという問題を防ぐことができる。 The content of the amide group-containing structural units is preferably 5% by mass or less, more preferably 3% by mass or less, even more preferably 1% by mass or less, and particularly preferably 0.5% by mass or less, based on the mass of polymer (B) (i.e., when the mass of copolymer (B) is 100% by mass). When the content of the amide group-containing structural units is within the above range, it is possible to prevent the problem of gelation of the carbon nanotube dispersion during storage, which can occur when the hydrogen bonds between polymers (B) become too strong.

カルボキシル基含有構造単位は、カルボキシル基を含む構造単位であり、好ましくはカルボキシル基を含む置換基により置換されたアルキレン構造を含有する構造単位を含み、より好ましくはカルボキシル基により置換されたアルキレン構造のみからなる構造単位を含む。アルキレン構造は、直鎖状又は分岐状のアルキレン構造であることが好ましい。カルボキシル基含有構造単位は、カルボキシル基により置換されたアルキル構造を含む(又は、のみからなる)構造単位を更に含んでもよい。カルボキシル基含有構造単位に含まれるカルボキシル基の数は、1つ又は2つであることが好ましい。重合体(B)にカルボキシル基含有構造単位を含ませることで、被分散物への吸着力を向上させるとともに、カーボンナノチューブ分散液の粘性を低下させ、分散効率を向上させることができる。 The carboxyl group-containing structural unit is a structural unit containing a carboxyl group, preferably a structural unit containing an alkylene structure substituted with a substituent containing a carboxyl group, and more preferably a structural unit consisting solely of an alkylene structure substituted with a carboxyl group. The alkylene structure is preferably a linear or branched alkylene structure. The carboxyl group-containing structural unit may further contain a structural unit containing (or consisting solely of) an alkyl structure substituted with a carboxyl group. The number of carboxyl groups contained in the carboxyl group-containing structural unit is preferably one or two. By including a carboxyl group-containing structural unit in polymer (B), the adsorption force to the dispersed material can be improved, the viscosity of the carbon nanotube dispersion can be reduced, and dispersion efficiency can be improved.

カルボキシル基含有構造単位の導入方法は、特に限定はされないが、例えば、カルボキシル基を含むモノマーの重合反応により重合体を調製する方法、または、カルボキシル基以外の官能基を含むモノマーの重合反応により重合体を調製し、カルボキシル基に変性させる方法が挙げられる。特に、カルボキシル基を含むモノマーの重合反応により重合体を調製する方法を好ましく用いることができる。 The method for introducing the carboxyl group-containing structural unit is not particularly limited, but examples include a method of preparing a polymer by the polymerization reaction of a monomer containing a carboxyl group, or a method of preparing a polymer by the polymerization reaction of a monomer containing a functional group other than a carboxyl group and then modifying it to a carboxyl group. In particular, a method of preparing a polymer by the polymerization reaction of a monomer containing a carboxyl group is preferably used.

カルボキシル基を含むモノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸等の不飽和脂肪酸;2-(メタ)アクリロイルオキシエチルフタレート、2-(メタ)アクリロイルオキシプロピルフタレート、2-(メタ)アクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタレート、2-(メタ)アクリロイルオキシプロピルヘキサヒドロフタレート、エチレンオキサイド変性コハク酸(メタ)アクリレート、β-カルボキシエチル(メタ)アクリレート等のカルボキシル基含有(メタ)アクリレート等が挙げられる。また、上記カルボキシル基含有モノマーの多量体である無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸等の酸無水物基含有モノマーおよびその単官能アルコール付加体等が挙げられる。カルボキシル基二つが脱水縮合した構造を有する酸無水物基も、加水分解によりカルボキシル基を形成するため、本明細書では、カルボキシル基に含める。また、(メタ)アクリルアミド等のカルバモイル基を含有するモノマーの重合反応により得られた重合体の、カルバモイル基を加水分解することで、カルボキシル基含有モノマーを得てもよい。カルボキシル基含有モノマーは、不飽和脂肪酸が好ましく、(メタ)アクリル酸がより好ましく、アクリル酸が更に好ましい。 Examples of monomers containing a carboxyl group include unsaturated fatty acids such as (meth)acrylic acid, crotonic acid, itaconic acid, maleic acid, fumaric acid, and citraconic acid; and carboxyl group-containing (meth)acrylates such as 2-(meth)acryloyloxyethyl phthalate, 2-(meth)acryloyloxypropyl phthalate, 2-(meth)acryloyloxyethyl hexahydrophthalate, 2-(meth)acryloyloxypropyl hexahydrophthalate, ethylene oxide-modified succinic acid (meth)acrylate, and β-carboxyethyl (meth)acrylate. Also included are acid anhydride group-containing monomers such as maleic anhydride, itaconic anhydride, and citraconic anhydride, which are polymers of the above carboxyl group-containing monomers, and monofunctional alcohol adducts thereof. Acid anhydride groups, which have a structure in which two carboxyl groups are dehydrated and condensed, also form carboxyl groups upon hydrolysis, and are therefore included in the term "carboxyl group" in this specification. Alternatively, a carboxyl group-containing monomer may be obtained by hydrolyzing the carbamoyl group of a polymer obtained by polymerization of a carbamoyl group-containing monomer such as (meth)acrylamide. The carboxyl group-containing monomer is preferably an unsaturated fatty acid, more preferably (meth)acrylic acid, and even more preferably acrylic acid.

カルボキシル基含有構造単位の含有量は、重合体(B)の質量を基準として(すなわち、重合体(B)の質量を100質量%とした場合に)、1質量%未満が好ましく、0.5質量%以下がより好ましく、0.3質量%以下が更に好ましい。カルボキシル基含有構造単位の含有量が上記範囲未満(又は以下)であると、重合体(B)同士の水素結合が強くなりすぎることによって起こり得る、後述するカーボンナノチューブ分散液が貯蔵中にゲル化するという問題を防ぐことができる。 The content of the carboxyl group-containing structural unit is preferably less than 1% by mass, more preferably 0.5% by mass or less, and even more preferably 0.3% by mass or less, based on the mass of polymer (B) (i.e., when the mass of polymer (B) is 100% by mass). If the content of the carboxyl group-containing structural unit is less than (or less than) the above range, it is possible to prevent the problem of gelation of the carbon nanotube dispersion liquid during storage, which can occur when the hydrogen bonds between polymers (B) become too strong, as described below.

アルケニレン構造単位は、アルケニレン構造を含む構造単位であり、好ましくはアルケニレン構造のみからなる構造単位である。アルケニレン構造は、直鎖状アルケニレン構造又は分岐状アルケニレン構造であることが好ましく、直鎖状アルケニレン構造を含む構造単位、及び、分岐状アルケニレン構造を含む構造単位からなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましく、直鎖状アルケニレン構造のみからなる構造単位、及び、分岐状アルケニレン構造のみからなる構造単位からなる群から選択される少なくとも1種を含むことがより好ましい。 An alkenylene structural unit is a structural unit containing an alkenylene structure, and preferably a structural unit consisting solely of an alkenylene structure. The alkenylene structure is preferably a linear alkenylene structure or a branched alkenylene structure, and preferably contains at least one type selected from the group consisting of structural units containing a linear alkenylene structure and structural units containing a branched alkenylene structure, and more preferably contains at least one type selected from the group consisting of structural units consisting solely of a linear alkenylene structure and structural units consisting solely of a branched alkenylene structure.

アルキル構造単位は、アルキル構造を含む構造単位(但し、分岐状アルキレン構造単位等の他の脂肪族炭化水素構造単位、ニトリル基含有構造単位、アミド基含有構造単位、及びカルボキシル基含有構造単位には該当しない構造単位である。)であり、好ましくはアルキル構造のみからなる構造単位である。アルキル構造は、直鎖状アルキル構造又は分岐状アルキル構造であることが好ましい。アルキル構造単位は、直鎖状アルキル構造を含む構造単位、及び、分岐状アルキル構造を含む構造単位からなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。 The alkyl structural unit is a structural unit containing an alkyl structure (however, it is a structural unit that does not fall under other aliphatic hydrocarbon structural units such as branched alkylene structural units, nitrile group-containing structural units, amide group-containing structural units, or carboxyl group-containing structural units), and is preferably a structural unit consisting solely of an alkyl structure. The alkyl structure is preferably a linear alkyl structure or a branched alkyl structure. The alkyl structural unit preferably includes at least one type selected from the group consisting of structural units containing a linear alkyl structure and structural units containing a branched alkyl structure.

アルカントリイル構造単位は、アルカントリイル構造を含む構造単位であり、好ましくはアルカントリイル構造のみからなる構造単位である。アルカンテトライル構造単位は、アルカンテトライル構造を含む構造単位であり、好ましくはアルカンテトライル構造のみからなる構造単位である。 An alkanetriyl structural unit is a structural unit containing an alkanetriyl structure, and preferably a structural unit consisting solely of an alkanetriyl structure. An alkanetetrayl structural unit is a structural unit containing an alkanetetrayl structure, and preferably a structural unit consisting solely of an alkanetetrayl structure.

重合体(B)の好ましい態様として、以下が挙げられる。
・脂肪族炭化水素構造単位及びニトリル基含有構造単位の合計の含有量が、重合体(B)の質量を基準として80質量%以上100質量%以下である重合体(B)。合計の含有量は、好ましくは90質量%以上、より好ましくは95質量%以上、更に好ましくは98質量%以上である。
・脂肪族炭化水素構造単位、ニトリル基含有構造単位、及びアミド基含有構造単位の合計の含有量が、重合体(B)の質量を基準として80質量%以上100質量%以下である重合体(B)。合計の含有量は、好ましくは90質量%以上、より好ましくは95質量%以上、更に好ましくは98質量%以上である。
・脂肪族炭化水素構造単位、ニトリル基含有構造単位、アミド基含有構造単位、及びカルボキシル基含有構造単位の合計の含有量が、重合体(B)の質量を基準として80質量%以上100質量%以下である重合体(B)。合計の含有量は、好ましくは90質量%以上、より好ましくは95質量%以上、更に好ましくは98質量%以上である。
Preferred embodiments of the polymer (B) include the following.
Polymer (B) in which the total content of aliphatic hydrocarbon structural units and nitrile group-containing structural units is 80% by mass or more and 100% by mass or less, based on the mass of polymer (B). The total content is preferably 90% by mass or more, more preferably 95% by mass or more, and even more preferably 98% by mass or more.
Polymer (B) in which the total content of aliphatic hydrocarbon structural units, nitrile group-containing structural units, and amide group-containing structural units is 80% by mass or more and 100% by mass or less, based on the mass of polymer (B). The total content is preferably 90% by mass or more, more preferably 95% by mass or more, and even more preferably 98% by mass or more.
Polymer (B) in which the total content of aliphatic hydrocarbon structural units, nitrile group-containing structural units, amide group-containing structural units, and carboxyl group-containing structural units is 80% by mass or more and 100% by mass or less, based on the mass of polymer (B). The total content is preferably 90% by mass or more, more preferably 95% by mass or more, and even more preferably 98% by mass or more.

本明細書において、構造単位の含有量は、単量体の使用量、NMR(核磁気共鳴)及び/又はIR(赤外分光法)測定を利用して求めることができる。 In this specification, the content of structural units can be determined using the amount of monomer used, NMR (nuclear magnetic resonance) and/or IR (infrared spectroscopy) measurements.

重合体(B)の調製に用いられる重合反応は、特に限定されず、溶液重合法、懸濁重合法、乳化重合法等、いずれの方法を用いることもできる。中でも、乳化重合法であることが好ましく、通常の乳化重合の方法を用いることができる。乳化重合に使用する乳化剤(界面活性剤)、重合開始剤、キレート剤、酸素捕捉剤、分子量調整剤等の重合薬剤は、従来公知のそれぞれの薬剤が使用でき、特に限定されない。例えば、乳化剤としては、通常、アニオン系又はアニオン系とノニオン(非イオン)系の乳化剤が使用される。 The polymerization reaction used to prepare polymer (B) is not particularly limited, and any method such as solution polymerization, suspension polymerization, or emulsion polymerization can be used. Among these, emulsion polymerization is preferred, and conventional emulsion polymerization methods can be used. The polymerization agents used in emulsion polymerization, such as emulsifiers (surfactants), polymerization initiators, chelating agents, oxygen scavengers, and molecular weight modifiers, are not particularly limited and may be any conventionally known agent. For example, anionic emulsifiers or anionic and nonionic emulsifiers are typically used.

アニオン系乳化剤としては、例えば、牛脂脂肪酸カリウム、部分水添牛脂脂肪酸カリウム、オレイン酸カリウム、オレイン酸ナトリウム等の脂肪酸塩;ロジン酸カリウム、ロジン酸ナトリウム、水添ロジン酸カリウム、水添ロジン酸ナトリウム等の樹脂酸塩;ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等のアルキルベンゼンスルホン酸塩等が挙げられる。ノニオン系乳化剤としては、例えば、ポリエチレングリコールエステル型、ポリプロピレングリコールエステル型、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドのブロック共重合体等のプルロニック(登録商標)型等の乳化剤が挙げられる。 Examples of anionic emulsifiers include fatty acid salts such as potassium tallow fatty acid, partially hydrogenated potassium tallow fatty acid, potassium oleate, and sodium oleate; resin acid salts such as potassium rosinate, sodium rosinate, hydrogenated potassium rosinate, and hydrogenated sodium rosinate; and alkylbenzene sulfonates such as sodium dodecylbenzene sulfonate. Examples of nonionic emulsifiers include emulsifiers such as polyethylene glycol ester type, polypropylene glycol ester type, and Pluronic (registered trademark) type emulsifiers such as block copolymers of ethylene oxide and propylene oxide.

重合開始剤としては、例えば、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩等の熱分解型開始剤;t-ブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、3,5,5-トリメチルヘキサノイルパーオキサイド等の有機過酸化物;アゾビスイソブチロニトリル等のアゾ化合物;これらと二価の鉄イオン等の還元剤とからなるレドックス系開始剤等が挙げられる。これらの中でもレドックス系開始剤が好ましい。開始剤の使用量は、例えば、単量体の全量に対して0.01~10質量%の範囲である。 Examples of polymerization initiators include thermal decomposition initiators such as persulfates, including potassium persulfate and ammonium persulfate; organic peroxides, including t-butyl hydroperoxide, cumene hydroperoxide, diisopropylbenzene hydroperoxide, octanoyl peroxide, and 3,5,5-trimethylhexanoyl peroxide; azo compounds, including azobisisobutyronitrile; and redox initiators formed from these and a reducing agent, such as divalent iron ions. Among these, redox initiators are preferred. The amount of initiator used is, for example, in the range of 0.01 to 10% by mass based on the total amount of monomers.

乳化重合反応は、連続式又は回分式のいずれでもよい。重合温度は、低温~高温重合のいずれでもよいが、好ましくは0~50℃、更に好ましくは0~35℃である。また、単量体の添加方法(一括添加、分割添加等)、重合時間、重合転化率等も特に限定されない。転化率は85質量%以上が好ましく、90質量%以上であることがより好ましい。 The emulsion polymerization reaction may be either continuous or batchwise. The polymerization temperature may be either low-temperature or high-temperature, but is preferably 0 to 50°C, and more preferably 0 to 35°C. There are also no particular limitations on the method of monomer addition (lump addition, divided addition, etc.), polymerization time, or polymerization conversion rate. A conversion rate of 85% by mass or higher is preferred, and 90% by mass or higher is even more preferred.

重合体(B)の重量平均分子量は、5,000以上が好ましく、10,000以上がより好ましく、50,000以上が更に好ましい。重合体(B)の重量平均分子量は、400,000以下が好ましく、350,000以下がより好ましく、300,000以下が更に好ましい。重合体(B)の重量平均分子量が、5,000以上、かつ、400,000以下である場合、被分散物への吸着性及び分散媒への親和性が良好となり、分散液の安定性が向上する傾向がある。重量平均分子量は、ポリスチレン換算の重量平均分子量であり、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により測定できる。 The weight-average molecular weight of polymer (B) is preferably 5,000 or more, more preferably 10,000 or more, and even more preferably 50,000 or more. The weight-average molecular weight of polymer (B) is preferably 400,000 or less, more preferably 350,000 or less, and even more preferably 300,000 or less. When the weight-average molecular weight of polymer (B) is 5,000 or more and 400,000 or less, the adsorption to the dispersed substance and affinity to the dispersion medium are improved, and the stability of the dispersion tends to be improved. The weight-average molecular weight is the weight-average molecular weight in terms of polystyrene and can be measured by gel permeation chromatography (GPC).

カーボンナノチューブ分散液に含まれる分散溶媒は、実質的にアミド系有機溶媒からなることが好ましい。溶媒はアミド系有機溶媒であれば特に限定されないが、重合体(B)を溶解できる溶媒であることが好ましく、アミド系有機溶媒のいずれか1種からなる溶媒、又は、アミド系有機溶媒のいずれか2種以上からなる混合溶媒であることが好ましい。 The dispersion solvent contained in the carbon nanotube dispersion liquid preferably consists essentially of an amide-based organic solvent. There are no particular restrictions on the solvent as long as it is an amide-based organic solvent, but it is preferably a solvent that can dissolve polymer (B), and is preferably a solvent consisting of one type of amide-based organic solvent or a mixed solvent consisting of two or more types of amide-based organic solvents.

アミド系有機溶媒としては、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、N-エチル-2-ピロリドン(NEP)、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジエチルアセトアミド、N-メチルカプロラクタムなどが挙げられる。特に、N-メチル-2-ピロリドン及びN-エチル-2-ピロリドンからなる群から選択される少なくとも1種を含むことがより好ましい。 Examples of amide-based organic solvents include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), N-ethyl-2-pyrrolidone (NEP), N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N,N-diethylacetamide, and N-methylcaprolactam. It is particularly preferable to use at least one solvent selected from the group consisting of N-methyl-2-pyrrolidone and N-ethyl-2-pyrrolidone.

カーボンナノチューブ分散液は、実質的に水を含まないことが好ましい。本発明の実施形態において、実質的に水を含まない、とは意図して水を添加しないことを意味する。重合体(B)の質量を基準として、水の含有量が5質量%未満であることが好ましく、1質量%未満がより好ましく、0.5質量%未満が更に好ましい。水が大量に含まれると重合体(B)の被分散物への吸着性が低下し、被分散物を分散溶媒中に安定に存在させることができない恐れがある。水の含有量を上記範囲とすることで、カーボンナノチューブ分散液が貯蔵中にゲル化するという問題を減少させることができる。 It is preferable that the carbon nanotube dispersion liquid is substantially free of water. In the embodiments of the present invention, "substantially free of water" means that water is not intentionally added. Based on the mass of polymer (B), the water content is preferably less than 5 mass%, more preferably less than 1 mass%, and even more preferably less than 0.5 mass%. If a large amount of water is contained, the adsorption of polymer (B) to the dispersed material may decrease, and the dispersed material may not be able to exist stably in the dispersion solvent. By keeping the water content within the above range, the problem of gelling of the carbon nanotube dispersion liquid during storage can be reduced.

本発明の実施形態のカーボンナノチューブ分散液は前述のとおり、実質的に水を含んでいない。本発明の実施形態のカーボンナノチューブ分散液の「pH」とは、カーボンナノチューブ分散液に水を添加することで、水を添加する前の固形分濃度を100%としたとき、水を添加した後の固形分濃度が50%となるように調製し、一般的なpHメーターを用いて測定した値を指し、例えば、以下の方法で測定することができる。
固形分濃度5%のカーボンナノチューブ分散液を、ディスパーなどで撹拌しながら、カーボンナノチューブ分散液の固形分濃度が2.5%になるように水を添加する。均一に撹拌した後、25℃にて、卓上型pHメーター(セブンコンパクトS220Expert Pro、メトラー・トレド製)を用いることで、カーボンナノチューブ分散液のpHを測定することができる。
本発明の実施形態のカーボンナノチューブ分散液のpHは、9.0以上が好ましい。また、12.0以下が好ましく、11.0以下がより好ましい。pHを上記範囲内に調整することで、カーボンナノチューブの濡れ性を向上させ、更に、重合体(A)及び重合体(B)の分散剤としての作用を高めることができる。pHが上記範囲を上回ると、電池内での各種原料及び外装材等の腐食、またはバインダーのゲル化といった問題が生じやすくなる。
As described above, the carbon nanotube dispersion according to the embodiment of the present invention is substantially free of water. The "pH" of the carbon nanotube dispersion according to the embodiment of the present invention refers to a value measured using a general pH meter after adding water to the carbon nanotube dispersion so that the solids concentration after adding water is 50%, relative to the solids concentration before adding water, which is taken as 100%. For example, the pH can be measured by the following method.
While stirring a carbon nanotube dispersion liquid with a solids concentration of 5% using a disper or the like, water is added so that the solids concentration of the carbon nanotube dispersion liquid becomes 2.5%. After stirring uniformly, the pH of the carbon nanotube dispersion liquid can be measured at 25°C using a benchtop pH meter (Seven Compact S220 Expert Pro, manufactured by Mettler Toledo).
The pH of the carbon nanotube dispersion according to the embodiment of the present invention is preferably 9.0 or higher. It is also preferably 12.0 or lower, more preferably 11.0 or lower. By adjusting the pH within the above range, the wettability of the carbon nanotubes can be improved, and the function as a dispersant for the polymer (A) and the polymer (B) can be enhanced. If the pH exceeds the above range, problems such as corrosion of various raw materials and exterior materials in the battery, or gelation of the binder, are likely to occur.

カーボンナノチューブ分散液のpHは、(1)カーボンナノチューブ中に含まれる金属水酸化物量、(2)カーボンナノチューブ表面の官能基種及び量、(3)添加する塩基種及び量、によって調整することができる。上記(1)~(3)の全ての因子を総合してpHを調整することで、カーボンナノチューブの濡れ性を向上するだけでなく、重合体(A)及び重合体(B)の併用効果を高めることができ、分散性だけでなく安定性にも優れるカーボンナノチューブ分散液を得ることができる。 The pH of the carbon nanotube dispersion can be adjusted by (1) the amount of metal hydroxide contained in the carbon nanotubes, (2) the type and amount of functional groups on the carbon nanotube surface, and (3) the type and amount of base added. By adjusting the pH by taking all of the above factors (1) to (3) into consideration, not only can the wettability of the carbon nanotubes be improved, but the combined effect of polymer (A) and polymer (B) can also be enhanced, resulting in a carbon nanotube dispersion that is excellent not only in dispersibility but also in stability.

上述の通り、カーボンナノチューブには、その製造工程において、触媒として使用される金属、金属酸化物、及び金属水酸化物が系中に残存している。カーボンナノチューブ中に残存する金属量のうち、特に上記(1)の、金属水酸化物の含有量を調整することでpHを調整することができる。また、カーボンナノチューブは従来公知の純化処理方法により、残存金属、炭素純度、およびカーボンナノチューブ分散液のpHを調整することができる。 As mentioned above, the metals, metal oxides, and metal hydroxides used as catalysts in the carbon nanotube production process remain in the system. The pH can be adjusted by adjusting the amount of metals remaining in the carbon nanotubes, particularly the content of metal hydroxides (see (1) above). Furthermore, the remaining metals, carbon purity, and pH of the carbon nanotube dispersion can be adjusted using conventional purification methods.

上記(2)の、カーボンナノチューブ表面の官能基は特に限定されないが、カルボキシル基スルホ基、及び水酸基等が挙げられる。カーボンナノチューブへの官能基の導入方法については特に限定されない。例えば、カーボンナノチューブにカルボキシル基を導入するには、酸化作用を有する酸とともに加熱すればよい。この操作は比較的容易であり、しかも反応性に富むカルボキシル基を付加することができるため、好ましい。酸化作用を有する酸としては、濃硝酸、過酸化水素水、硫酸と硝酸の混合液、王水等が挙げられる。特に濃硝酸を用いる場合には、その濃度としては、5質量%以上が好ましく、60質量%以上がより好ましい。加熱は、常法にて行えばよいが、その温度としては、使用する酸の沸点以下が好ましい。例えば、濃硝酸では50~130℃の範囲が好ましい。また、加熱の時間としては、30分~20時間の範囲が好ましく、1時間~8時間の範囲がより好ましい。本発明の実施形態では、重合体(A)及び重合体(B)によって良好な分散性と安定性とを両立することができることから、カーボンナノチューブはカルボキシル基及びスルホ基等の酸性官能基を有さないことが好ましい。酸性官能基を多く含むと、カーボンナノチューブ分散液が貯蔵中にゲル化する恐れがある。 The functional groups on the carbon nanotube surface described in (2) above are not particularly limited, but examples include carboxyl groups, sulfo groups, and hydroxyl groups. The method for introducing functional groups into carbon nanotubes is also not particularly limited. For example, carboxyl groups can be introduced into carbon nanotubes by heating them with an oxidizing acid. This procedure is relatively easy and is preferable because it allows the addition of highly reactive carboxyl groups. Examples of oxidizing acids include concentrated nitric acid, hydrogen peroxide, a mixture of sulfuric acid and nitric acid, and aqua regia. When using concentrated nitric acid, its concentration is preferably 5% by mass or more, and more preferably 60% by mass or more. Heating can be performed using conventional methods, but the temperature should preferably be below the boiling point of the acid used. For example, a range of 50 to 130°C is preferred for concentrated nitric acid. The heating time is preferably between 30 minutes and 20 hours, and more preferably between 1 and 8 hours. In an embodiment of the present invention, since polymer (A) and polymer (B) can achieve both good dispersibility and stability, it is preferable that the carbon nanotubes do not have acidic functional groups such as carboxyl groups and sulfo groups. If the carbon nanotube dispersion contains a large number of acidic functional groups, there is a risk that the carbon nanotube dispersion will gel during storage.

上記(3)の、pH調整のために添加する塩基としては、特に限定されず、具体的には、例えば、無機塩基、無機金属塩、有機水酸化物、その他有機塩基、からなる群から選ばれる少なくとも一種の塩基を用いることができる。 The base added to adjust the pH in (3) above is not particularly limited, and specifically, for example, at least one base selected from the group consisting of inorganic bases, inorganic metal salts, organic hydroxides, and other organic bases can be used.

無機塩基及び無機金属塩としては、例えば、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の、塩化物、水酸化物、炭酸塩、アルコキシド、硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩、タングステン酸塩、バナジウム酸塩、モリブデン酸塩、ニオブ酸塩、又はホウ酸塩;及び水酸化アンモニウム等が挙げられる。これらの中でも容易にカチオンを供給できる観点から、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩化物、水酸化物、炭酸塩、アルコキシドが好ましい。アルカリ金属の水酸化物としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられる。アルカリ土類金属の水酸化物としては、例えば、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等が挙げられる。アルカリ金属の炭酸塩は、例えば、炭酸リチウム、炭酸水素リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム等が挙げられる。アルカリ金属のアルコキシドは、例えば、リチウムメトキシド、リチウムエトキシド、リチウム-n-ブトキシド、リチウム-t-ブトキシド、カリウムメトキシド、カリウムエトキシド、カリウム-n-ブトキシド、カリウム-t-ブトキシド、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、ナトリウム-n-ブトキシド、ナトリウム-t-ブトキシド等が挙げられる。アルコキシドの炭素数は5以上であってもよい。アルカリ土類金属のアルコキシドは、例えば、マグネシウムメトキシド、マグネシウムエトキシド、マグネシウム-n-ブトキシド、マグネシウム-t-ブトキシド等が挙げられる。アルコキシドの炭素数は5以上であってもよい。
これらの中でも、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、リチウム-t-ブトキシド、カリウム-t-ブトキシド、及びナトリウム-t-ブトキシドがより好ましい。なお、本発明の実施形態の無機塩基が有する金属は、遷移金属であってもよい。
Examples of inorganic bases and inorganic metal salts include chlorides, hydroxides, carbonates, alkoxides, nitrates, sulfates, phosphates, tungstates, vanadates, molybdates, niobates, or borates of alkali metals or alkaline earth metals; and ammonium hydroxide. Among these, chlorides, hydroxides, carbonates, and alkoxides of alkali metals or alkaline earth metals are preferred from the viewpoint of easily supplying cations. Examples of alkali metal hydroxides include lithium hydroxide, sodium hydroxide, and potassium hydroxide. Examples of alkaline earth metal hydroxides include calcium hydroxide and magnesium hydroxide. Examples of alkali metal carbonates include lithium carbonate, lithium bicarbonate, sodium carbonate, sodium bicarbonate, potassium carbonate, and potassium bicarbonate. Examples of alkali metal alkoxides include lithium methoxide, lithium ethoxide, lithium n-butoxide, lithium t-butoxide, potassium methoxide, potassium ethoxide, potassium n-butoxide, potassium t-butoxide, sodium methoxide, sodium ethoxide, sodium n-butoxide, and sodium t-butoxide. The alkoxide may have 5 or more carbon atoms. Examples of alkaline earth metal alkoxides include magnesium methoxide, magnesium ethoxide, magnesium n-butoxide, and magnesium t-butoxide. The alkoxide may have 5 or more carbon atoms.
Among these, lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium carbonate, sodium carbonate, lithium t-butoxide, potassium t-butoxide, and sodium t-butoxide are more preferable. Note that the metal contained in the inorganic base according to the embodiment of the present invention may be a transition metal.

有機水酸化物は、有機カチオンと水酸化物イオンとを含む塩である。有機水酸化物としては、例えば、トリメチル-2-ヒドロキシエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、セチルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、トリメチルフェニルアンモニウムヒドロキシド、3-トリフルオロメチル-フェニルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、ベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキシド等が挙げられる。これらの中でも、トリメチル-2-ヒドロキシエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドが特に好ましい。 Organic hydroxides are salts containing an organic cation and hydroxide ions. Examples of organic hydroxides include trimethyl-2-hydroxyethylammonium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide, cetyltrimethylammonium hydroxide, hexadecyltrimethylammonium hydroxide, trimethylphenylammonium hydroxide, 3-trifluoromethyl-phenyltrimethylammonium hydroxide, and benzyltrimethylammonium hydroxide. Of these, trimethyl-2-hydroxyethylammonium hydroxide and tetramethylammonium hydroxide are particularly preferred.

その他有機塩基としては、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ヘキシルアミン、オクチルアミン、ジオクチルアミン、トリオクチルアミン、アミノエタノール、アミノプロパノール、アミノブタノール、2-メトキシエチルアミン等が挙げられる。これら有機機塩基は電解液への溶解度が高いため、使用量が多すぎると電池性能を低下させる恐れがある。また、これらの化合物は分解しやすいことから、分解物が塗膜中に残留する可能性があり、電池中に存在すると初期容量が低下する恐れがある。 Other organic bases include methylamine, ethylamine, propylamine, butylamine, hexylamine, octylamine, dioctylamine, trioctylamine, aminoethanol, aminopropanol, aminobutanol, and 2-methoxyethylamine. These organic bases have high solubility in the electrolyte, so using too much can reduce battery performance. Furthermore, because these compounds decompose easily, the decomposed products may remain in the coating film, and their presence in the battery can reduce the initial capacity.

塩基の使用量は、重合体(A)及び重合体(B)の合計質量を基準として1質量%以上であることが好ましく、2質量%以上であることがより好ましく、3質量%以上であることが更に好ましい。塩基の使用量は、重合体(A)及び重合体(B)の合計質量を基準として20質量%以下であることが好ましく、15質量%以下であることがより好ましく、10質量%以下であることが更に好ましい。使用量が多すぎると、得られるカーボンナノチューブ分散液の安定性が不良となるおそれがある。更に、分散装置及び/又は電池内部の腐食の原因となり得る。 The amount of base used is preferably 1% by mass or more, more preferably 2% by mass or more, and even more preferably 3% by mass or more, based on the total mass of polymer (A) and polymer (B). The amount of base used is preferably 20% by mass or less, more preferably 15% by mass or less, and even more preferably 10% by mass or less, based on the total mass of polymer (A) and polymer (B). If the amount used is too large, the stability of the resulting carbon nanotube dispersion may be poor. Furthermore, it may cause corrosion of the dispersion device and/or the inside of the battery.

pHを所定の値に調整することで分散性が向上する理由としては、以下の要因が考えられる。尚、分散性が向上する理由は、下記(1)~(4)に挙げた要因に限定されない。
(1)重合体(B)の分散性を高める
pHを所定の値に調整することで、重合体(B)のニトリル基含有構造単位に含まれるニトリル基を加水分解しアミド基が形成される。重合体(B)にアミド基含有構造単位を含ませることで、被分散物への吸着力を高めることができる。更に、アミド基は強い水素結合を形成し得ることから、重合体(B)にアミド基含有構造単位を含ませることで、重合体(B)の分子内に水素結合による架橋構造が導入され、被分散物に三次元的に吸着することができ、分散性だけでなく安定性にも優れる分散液を得ることができると思われる。
(2)重合体(A)と重合体(B)の併用効果を高める
pHを所定の値に調整することで、上述のように重合体(B)にアミド基含有構造単位を含ませることができ、このとき重合体(A)と併用することで、カーボンナノチューブ同士、カーボンナノチューブと活物質及び集電体との密着性(剥離強度)を特異的に高めることが出来る。特に、重合体(A)がヒドロキシル基含有構造単位を含む場合、重合体(A)と重合体(B)の間に水素結合などの強い分子間力が作用することで、重合体(A)と重合体(B)との間に架橋構造が形成され、被分散物に三次元的に吸着することができ、分散性だけでなく安定性にも優れる分散液を得ることができると思われる。
(3)重合体(B)の溶液粘度を低下させる
重合体(B)を溶媒に溶解させて使用する際に、重合体(B)溶液の粘度が低いと、凝集力の強いカーボンナノチューブの内部に分散剤が入り込みやすくなり、均一な分散液を得ることができると思われる。
(4)カーボンナノチューブの濡れ性を向上させる
カーボンナノチューブを分散する場合、カーボンナノチューブを溶媒で濡らすことでカーボンナノチューブ同士の凝集力を低下させ、その後解砕し、それを安定化させることで分散液として存在することができる。カーボンナノチューブは、カーボンブラック等の他の導電材と比して濡れ性が顕著に低いため、カーボンナノチューブを化学処理、あるいは機械的に破砕する等の前処理による濡れ性改善の所作が必要となるが、これら処理によって導電性が低下する恐れがある。pHを所定の値に調整することでカーボンナノチューブの有する導電性を損なうことなく、濡れ性を飛躍的に向上させることができると思われる。
The reasons why dispersibility is improved by adjusting the pH to a predetermined value are thought to be as follows: Note that the reasons why dispersibility is improved are not limited to the factors (1) to (4) listed below.
(1) Improving the dispersibility of polymer (B) By adjusting the pH to a predetermined value, the nitrile group contained in the nitrile group-containing structural unit of polymer (B) is hydrolyzed to form an amide group. By incorporating an amide group-containing structural unit into polymer (B), the adsorption force to the dispersed material can be increased. Furthermore, since amide groups can form strong hydrogen bonds, by incorporating an amide group-containing structural unit into polymer (B), a crosslinked structure due to hydrogen bonds is introduced into the molecule of polymer (B), allowing the polymer to be three-dimensionally adsorbed to the dispersed material, and it is believed that a dispersion liquid excellent not only in dispersibility but also in stability can be obtained.
(2) Enhancing the combined effect of polymer (A) and polymer (B) By adjusting the pH to a predetermined value, polymer (B) can contain an amide group-containing structural unit as described above, and by using polymer (A) in combination with polymer (B), it is possible to specifically increase the adhesion (peel strength) between carbon nanotubes and between carbon nanotubes and active material and current collector. In particular, when polymer (A) contains a hydroxyl group-containing structural unit, strong intermolecular forces such as hydrogen bonds act between polymer (A) and polymer (B), forming a crosslinked structure between polymer (A) and polymer (B), which allows three-dimensional adsorption to the dispersed material, and it is thought that a dispersion liquid excellent not only in dispersibility but also in stability can be obtained.
(3) Decreasing the Solution Viscosity of Polymer (B) When polymer (B) is dissolved in a solvent and used, if the viscosity of the polymer (B) solution is low, it is believed that the dispersant can easily penetrate into the interior of the carbon nanotubes, which have strong cohesive forces, and a uniform dispersion can be obtained.
(4) Improving the wettability of carbon nanotubes. When dispersing carbon nanotubes, the carbon nanotubes are wetted with a solvent to reduce their cohesive force, and then crushed and stabilized to form a dispersion. Carbon nanotubes have significantly lower wettability than other conductive materials such as carbon black. Therefore, pretreatments such as chemical or mechanical crushing of carbon nanotubes are required to improve their wettability. However, these treatments may result in a decrease in conductivity. It appears that adjusting the pH to a predetermined value can dramatically improve the wettability of carbon nanotubes without impairing their conductivity.

カーボンナノチューブ分散液の流度は、30cm/min以下であることが好ましく、20cm/min以下がより好ましい。また、1cm/min以上が好ましく、5cm/min以上が好ましい。カーボンナノチューブ分散液の流度を上記範囲内に調整することで、カーボンナノチューブ分散液の分散性を良好にし、電極膜用スラリーの調製を容易にすることができる。また、電極膜用スラリーを調製する際、及び電極膜を製造する際にもその良好な分散状態を維持して、活物質及び導電材を偏りなく均一な状態に保持することができ、電極中で良好な導電ネットワークを形成することができる。
本明細書における「流度」とは、カーボンナノチューブ分散液の流動性を示す指標の一つであり、カーボンナノチューブ分散液はせん断応力によって分散系における微細構造が崩れレオロジーが変化する場合があるため、後述の方法により分散液にせん断応力をかけることなく測定した流動性を本明細書における「流度」とした。
The flow rate of the carbon nanotube dispersion is preferably 30 cm/min or less, more preferably 20 cm/min or less. Also, it is preferably 1 cm/min or more, more preferably 5 cm/min or more. By adjusting the flow rate of the carbon nanotube dispersion within the above range, the dispersibility of the carbon nanotube dispersion can be improved, and the preparation of the electrode film slurry can be facilitated. Furthermore, the good dispersion state can be maintained during the preparation of the electrode film slurry and during the production of the electrode film, and the active material and the conductive material can be kept in a uniform state without bias, allowing the formation of a good conductive network in the electrode.
In this specification, "flow rate" is one of the indicators that indicates the fluidity of a carbon nanotube dispersion. Since shear stress can cause the microstructure of the dispersed system of a carbon nanotube dispersion to collapse, resulting in a change in rheology, the "flow rate" in this specification is defined as the fluidity measured without applying shear stress to the dispersion using the method described below.

カーボンナノチューブ分散液は、レーザー回折/散乱式粒度分布測定法において、レーザー光の透過率が50%の条件で測定した粒度分布が、図2で示すように、少なくとも2つ以上のピークを有し、これらのピークのうち粒子径が最も小さい第一のピークのモード径が0.2μm以下であることが好ましい。
レーザー回折/散乱式粒度分布測定法は、分散粒子径及び分散状態を示す一つの指標として用いることができ、粒子(本明細書においては、カーボンナノチューブ)にレーザー光を照射した際の粒子からの散乱(回折)光の情報から粒子径分布を算出する測定方法である。一般的に、粒子の散乱光強度は、粒子の直径(周長)に比例し、入射レーザー光の波長に反比例する。また、粒子固有の屈折率に依存して変化する。粒子径が大きい場合は、散乱光は前方に集中し、粒子径がレーザー光の入射波長より小さくなると、散乱光は側方、後方を含めた全方向に散乱するようになる。なお、これらの散乱光をディテクターで検出し、フーリエ変換により、横軸を粒子径、縦軸を体積基準の頻度とする連続した粒度分布曲線が測定できる。
本明細書におけるレーザーの光透過率は、測定時の試料濃度に相関し、試料が希薄なほど透過率は増加する。
本明細書において、モード径とは、体積基準にて得られた粒度分布において、ピーク内の最も高い頻度の粒子径を指す。
It is preferable that the particle size distribution of the carbon nanotube dispersion liquid measured by a laser diffraction/scattering particle size distribution measurement method under the condition of a laser light transmittance of 50% has at least two peaks as shown in Figure 2, and that the mode diameter of the first peak, which has the smallest particle diameter among these peaks, is 0.2 μm or less.
The laser diffraction/scattering particle size distribution measurement method can be used as an index of dispersed particle size and dispersion state, and is a measurement method that calculates particle size distribution from information on scattered (diffracted) light from particles (here, carbon nanotubes) when they are irradiated with laser light. Generally, the scattered light intensity of a particle is proportional to the particle diameter (perimeter) and inversely proportional to the wavelength of the incident laser light. It also varies depending on the particle's inherent refractive index. When the particle diameter is large, the scattered light is concentrated forward, but when the particle diameter is smaller than the incident wavelength of the laser light, the scattered light is scattered in all directions, including sideways and backward. This scattered light is detected with a detector, and a continuous particle size distribution curve can be measured by Fourier transform, with the horizontal axis representing particle diameter and the vertical axis representing volume-based frequency.
The laser light transmittance in this specification correlates with the concentration of the sample at the time of measurement, and the more dilute the sample, the higher the transmittance.
In this specification, the mode diameter refers to the particle diameter with the highest frequency within the peak in the particle size distribution obtained on a volume basis.

通常、レーザー回折/散乱式粒度分布計にて、粒度分布を測定する際には、レーザー光透過率が80%以上となるように測定試料の濃度を調整することで、粒子からの散乱光が多重散乱しない条件を設定し、測定する必要がある。ここで、多重散乱とは、試料中の粒子からの散乱光がディテクターでの検知の前に、別の粒子により更に散乱される現象であり、レーザー光透過率の低下(測定時の試料濃度の高濃度化)と共に顕著に表れる。多重散乱が起きるとより側方や後方への散乱光強度が増すため、粒子本来の粒度分布よりも小さな粒度分布領域にピークが検出される。
しかしながら、本発明の実施形態では、あえてレーザー光の透過率が50%の条件における多重散乱に由来するピーク(すなわち、粒子径が小さい第一のピーク)のモード径を測定し、繊維径分布の異なる二種類のカーボンナノチューブを含む分散液の分散状態の指標とするものである。分散液中にカーボンナノチューブが二種以上含まれている場合は、それぞれのカーボンナノチューブの分散粒子径分布の違いによって多重散乱によるピークの出方に違いが生じるものと思われる。2種類のカーボンナノチューブの粒子径分布の違いが大きく、且つ、それぞれのカーボンナノチューブの分散状態が良好であるほど、多重散乱に由来するピークが検出されやすく、また粒子径がより小さい領域に検出される傾向にあり、本発明の実施形態においては、モード径は0.2μm以下であることが好ましい。また、分散液中のカーボンナノチューブが1種のみの場合は、多重散乱に由来するピークが観測されない、あるいは、多重散乱に由来するピークが検出されても、上述のモード径が0.2μmより大きくなる傾向にある。これは、粒子径分布が比較的に揃っていることに加えて、分散液中のカーボンナノチューブの屈折率が同程度(1種類のため)であり、多重散乱による干渉が小さいためであると推測される。
Typically, when measuring particle size distribution using a laser diffraction/scattering particle size analyzer, it is necessary to set conditions under which light scattered from particles does not undergo multiple scattering by adjusting the concentration of the measurement sample so that the laser light transmittance is 80% or more. Here, multiple scattering is a phenomenon in which light scattered from particles in a sample is further scattered by other particles before being detected by a detector, and becomes more pronounced as the laser light transmittance decreases (the sample concentration increases during measurement). When multiple scattering occurs, the intensity of scattered light to the side and back increases, and peaks are detected in a particle size distribution region smaller than the original particle size distribution of the particles.
However, in an embodiment of the present invention, the mode diameter of the peak due to multiple scattering (i.e., the first peak with a small particle diameter) measured under a condition of 50% laser light transmittance is used as an indicator of the dispersion state of a dispersion containing two types of carbon nanotubes with different fiber diameter distributions. When two or more types of carbon nanotubes are contained in a dispersion, it is believed that the appearance of the peak due to multiple scattering varies depending on the difference in the dispersed particle diameter distribution of each carbon nanotube. The greater the difference in particle diameter distribution between the two types of carbon nanotubes and the better the dispersion state of each carbon nanotube, the more easily the peak due to multiple scattering is detected and tends to be detected in a smaller particle diameter range. In an embodiment of the present invention, the mode diameter is preferably 0.2 μm or less. Furthermore, when only one type of carbon nanotube is contained in a dispersion, the peak due to multiple scattering is not observed, or even if a peak due to multiple scattering is detected, the mode diameter tends to be larger than 0.2 μm. This is presumably because the particle size distribution is relatively uniform and the refractive index of the carbon nanotubes in the dispersion is similar (due to the single type), resulting in little interference due to multiple scattering.

本発明の実施形態において、導電材としてカーボンナノチューブを含むが、それを構成する単位層の構造、結晶性、形態、前記単位層からなるカーボンナノチューブの構造及び形状、含まれる金属元素の含有量などに応じて物性が異なり得る。しかし、走査型電子顕微鏡で観察したカーボンナノチューブの繊維径において、100nm以下の範囲に繊維径分布の異なる二種類のカーボンナノチューブを含み、更に重合体(A)及び重合体(B)を用いることで求められる物性を有することができる。 In an embodiment of the present invention, carbon nanotubes are used as conductive materials, and their physical properties may vary depending on the structure, crystallinity, and morphology of the unit layers that make them up, the structure and shape of the carbon nanotubes made up of the unit layers, and the content of metal elements contained therein. However, by including two types of carbon nanotubes with different fiber diameter distributions in the range of 100 nm or less in terms of fiber diameters observed with a scanning electron microscope, and further using polymer (A) and polymer (B), the desired physical properties can be achieved.

カーボンナノチューブ分散液の製造方法は特に限定されない。カーボンナノチューブ分散液は、例えば、重合体(A)と重合体(B)と、溶媒と、カーボンナノチューブと、を混合し、カーボンナノチューブを溶媒中に分散させることにより得ることができる。重合体(A)、重合体(B)、溶媒、及びカーボンナノチューブに加え、任意の成分を混合してもよい。又は、カーボンナノチューブ分散液は、例えば、重合体(A)及び重合体(B)を溶媒に溶解させた後、カーボンナノチューブを混合し、カーボンナノチューブを溶媒中に分散させることにより得ることができる。重合体(A)、重合体(B)、溶媒、及びカーボンナノチューブに加え、追加溶媒等の任意の成分を混合してもよい。溶媒を混合する場合は、重合体(A)と重合体(B)を溶解させる溶媒と同じ溶媒であることが好ましい。容器に重合体(A)、重合体(B)、カーボンナノチューブと、を加える順序は、特に限定されない。カーボンナノチューブを分散する過程のいずれかの時点で、カーボンナノチューブと共に重合体(A)及び重合体(B)が存在していることが好ましい。なお、分散処理は、使用する材料の添加タイミングを任意に調整し、2回以上の多段階処理をしてもよい。 The method for producing the carbon nanotube dispersion is not particularly limited. The carbon nanotube dispersion can be obtained, for example, by mixing polymer (A) and polymer (B), a solvent, and carbon nanotubes, and dispersing the carbon nanotubes in the solvent. In addition to polymer (A), polymer (B), solvent, and carbon nanotubes, optional components may be mixed. Alternatively, the carbon nanotube dispersion can be obtained, for example, by dissolving polymer (A) and polymer (B) in a solvent, mixing the polymer with carbon nanotubes, and dispersing the carbon nanotubes in the solvent. In addition to polymer (A), polymer (B), solvent, and carbon nanotubes, optional components such as an additional solvent may be mixed. If a solvent is mixed, it is preferable that the solvent used to dissolve polymer (A) and polymer (B) is the same as the solvent used to dissolve polymer (A) and polymer (B). The order in which polymer (A), polymer (B), and carbon nanotubes are added to a container is not particularly limited. It is preferable that polymer (A) and polymer (B) are present together with the carbon nanotubes at some point during the carbon nanotube dispersion process. The dispersion process may be carried out in two or more stages by adjusting the timing of addition of the materials used as desired.

また、カーボンナノチューブ分散液は、繊維径分布の異なる二種類のカーボンナノチューブ、すなわち、第一の繊維径分布を有する成分(I)と第二の繊維径分布を有する成分(II)とを含むが、製造方法は特に限定されない。成分(I)の繊維径が成分(II)の繊維径より小さい場合、カーボンナノチューブ分散液は、例えば、重合体(A)及び重合体(B)を溶媒に溶解させた後、第一の繊維径分布を有する成分(I)を混合し、その後、第二の繊維径分布を有する成分(II)を溶媒中に混合し、分散させることにより得ることができる。また、重合体(A)及び重合体(B)を溶媒に溶解させた後、第一の繊維径分布を有する成分(I)を混合し分散させた後、第二の繊維径分布を有する成分(II)を添加し、更に分散させることによっても得ることができる。第一の繊維径分布を有する成分(I)と第二の繊維径分布を有する成分(II)の添加する順序は特に限定されない。カーボンナノチューブを分散する過程のいずれかの時点で、繊維径分布の異なる二種類のカーボンナノチューブと共に重合体(A)及び重合体(B)が存在していることが好ましい。 The carbon nanotube dispersion contains two types of carbon nanotubes with different fiber diameter distributions, i.e., component (I) having a first fiber diameter distribution and component (II) having a second fiber diameter distribution, but the production method is not particularly limited. When the fiber diameter of component (I) is smaller than the fiber diameter of component (II), the carbon nanotube dispersion can be obtained, for example, by dissolving polymer (A) and polymer (B) in a solvent, mixing component (I) having the first fiber diameter distribution, and then mixing and dispersing component (II) having the second fiber diameter distribution in the solvent. Alternatively, the carbon nanotube dispersion can be obtained by dissolving polymer (A) and polymer (B) in a solvent, mixing and dispersing component (I) having the first fiber diameter distribution, adding component (II) having the second fiber diameter distribution, and further dispersing. The order of addition of component (I) having the first fiber diameter distribution and component (II) having the second fiber diameter distribution is not particularly limited. It is preferable that at some point during the carbon nanotube dispersion process, polymer (A) and polymer (B) are present together with two types of carbon nanotubes having different fiber diameter distributions.

分散方法としては、例えば、ディスパー(分散機)、ホモジナイザー、シルバーソンミキサー、ニーダー、2本ロールミル、3本ロールミル、ボールミル、横型サンドミル、縦型サンドミル、アニュラー型ビーズミル、アトライター、プラネタリーミキサー、又は高圧ホモジナイザー等の各種の分散手段を用いる方法が挙げられる。分散手段は特に制限はないが、カーボンナノチューブ分散液中のカーボンナノチューブの繊維長が好ましい範囲になるように調整する観点で、高圧ホモジナイザーを使用することが好ましい。また、上記分散手段を複数選択し組み合わせて分散することがより好ましい。例えば、カーボンナノチューブの濡れを促進し、粗い粒子及び凝集を解す観点から、分散の初期工程ではハイシアミキサーを用い、続いて、カーボンナノチューブの繊維長を保ったまま分散させる観点から、高圧ホモジナイザーを用いるのが最も好ましい。また、高圧ホモジナイザーで分散させたあと、更にビーズミルにて分散させることで、繊維長を保ちつつ、分散状態を均一化させることができる。高圧ホモジナイザーを使用する際の圧力は特に限定されず、例えば、60~150MPaが好ましく、60~120MPaであることがより好ましい。 Dispersion methods include, for example, methods using various dispersing means such as a disperser (disperser), homogenizer, Silverson mixer, kneader, two-roll mill, three-roll mill, ball mill, horizontal sand mill, vertical sand mill, annular bead mill, attritor, planetary mixer, or high-pressure homogenizer. While there are no particular limitations on the dispersing means, it is preferable to use a high-pressure homogenizer to adjust the fiber length of the carbon nanotubes in the carbon nanotube dispersion to a desired range. It is also more preferable to select and combine multiple dispersing means. For example, it is most preferable to use a high-shear mixer in the initial dispersion step to promote wetting of the carbon nanotubes and break down coarse particles and agglomerates, followed by a high-pressure homogenizer to maintain the fiber length of the carbon nanotubes. Furthermore, by further dispersing using a bead mill after dispersing using a high-pressure homogenizer, it is possible to achieve a uniform dispersion state while maintaining the fiber length. There are no particular restrictions on the pressure when using a high-pressure homogenizer, but a pressure of 60 to 150 MPa is preferred, and 60 to 120 MPa is more preferred.

カーボンナノチューブ分散液の製造時に金属異物等のコンタミを除く工程を入れることが好ましい。カーボンナノチューブを含む導電材、重合体(A)及び重合体(B)には、それらの製造工程由来(ラインコンタミ又は触媒として)の金属異物が含まれている場合が多く、これら金属異物を除去することは、電池の短絡を防ぐために非常に重要となる。金属異物とは、カーボンナノチューブ分散液中に粒子状で存在している鉄及びクロム等であり、溶解し金属イオン状態で存在しているものは含まない。本発明の実施形態では、重合体(A)及び重合体(B)の併用効果により、カーボンナノチューブの凝集が解されるため、重合体(A)及び重合体(B)を併用しない場合に比して、カーボンナノチューブ分散液中のカーボンナノチューブ含有濃度が高い場合でも、効率良く金属異物を取り除くことができる。金属異物除去工程における、カーボンナノチューブ分散液から粒子状の金属異物を除去する方法は特に限定されず、例えば、フィルターを用いた濾過により除去する方法、振動ふるいにより除去する方法、遠心分離により除去する方法、磁力により除去する方法等が挙げられる。中でも、鉄及びクロム等の金属異物は磁性を有するため、磁力により除去する方法が好ましく、磁力により除去する工程とフィルターを用いた濾過により除去する工程を組み合わせる方法がより好ましい。 It is preferable to include a process for removing metal contaminants and other contaminants during the production of carbon nanotube dispersions. Conductive materials containing carbon nanotubes, polymer (A), and polymer (B) often contain metal contaminants derived from their production processes (as line contamination or catalysts). Removing these metal contaminants is extremely important for preventing battery short circuits. Metal contaminants refer to iron, chromium, and other particles present in the carbon nanotube dispersion, but do not include dissolved metal ions. In an embodiment of the present invention, the combined use of polymer (A) and polymer (B) breaks down carbon nanotube aggregates, allowing for more efficient removal of metal contaminants, even when the carbon nanotube concentration in the carbon nanotube dispersion is high, compared to when polymer (A) and polymer (B) are not used in combination. The method for removing particulate metal contaminants from the carbon nanotube dispersion in the metal contaminant removal process is not particularly limited, and examples include filtration using a filter, vibrating sieve removal, centrifugation, and magnetic removal. Among these, metal foreign matter such as iron and chromium is magnetic, so a method of removing it using magnetic force is preferred, and a method of combining a step of removing it using magnetic force with a step of removing it by filtration using a filter is even more preferred.

カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属異物の種類は特に限定されないが、具体的には、銅、鉄、コバルト、ニッケル、クロム、アルミニウム、マグネシウム、シリカ、マンガン、及びモリブデン等の金属、金属酸化物、並びにこれらの複合酸化物等が挙げられる。 The type of metallic foreign matter contained in the carbon nanotube dispersion is not particularly limited, but specific examples include metals such as copper, iron, cobalt, nickel, chromium, aluminum, magnesium, silica, manganese, and molybdenum, metal oxides, and composite oxides of these metals.

磁力により除去する方法としては、金属異物が除去できる方法であれば特に限定はされないが、生産性及び除去効率を考慮すると、カーボンナノチューブ分散液の製造ライン中に、磁気フィルターを配置して、カーボンナノチューブ分散液を通過させることにより除去する方法が好ましい。
磁気フィルターによってカーボンナノチューブ分散液中から金属異物を除去する工程は、1,000ガウス以上の磁束密度以上の磁場を形成する磁気フィルターを通過させることにより行われることが好ましい。磁束密度が低いと金属成分の除去効率が低下するため、好ましくは5,000ガウス以上、磁性の弱いステンレスを除去することを考慮すると更に好ましくは10,000ガウス以上、最も好ましくは12,000ガウス以上である。
製造ライン中に磁気フィルターを配置する際には、磁気フィルターの上流側に、カートリッジフィルターなどのフィルターにより粗大な異物、あるいは金属粒子を除く工程を含ませることが好ましい。粗大な金属粒子は、濾過する流速によっては、磁気フィルターを通過してしまう恐れがあるためである。また、磁気フィルターは、一回ろ過するのみでも効果はあるが、循環式であることがより好ましい。循環式とすることで、金属粒子の除去効率が向上するためである。
カーボンナノチューブ分散液の製造ライン中に、磁気フィルターを配置する場合は、磁気フィルターの配置場所は特に制限されないが、好ましくはカーボンナノチューブ分散液を容器に充填する直前、容器への充填前に濾過フィルターによる濾過工程が存在する場合には、濾過フィルターの前に配置することが好ましい。これは、磁気フィルターから金属成分が脱離した場合に、製品への混入を防止するためである。
The method of removal by magnetic force is not particularly limited as long as it can remove metal foreign matter, but considering productivity and removal efficiency, a method of removing the metal foreign matter by passing the carbon nanotube dispersion through a magnetic filter placed in the carbon nanotube dispersion production line is preferred.
The step of removing metallic foreign matter from a carbon nanotube dispersion using a magnetic filter is preferably carried out by passing the dispersion through a magnetic filter that forms a magnetic field with a magnetic flux density of 1,000 gauss or more. Since a low magnetic flux density reduces the efficiency of removing metal components, the magnetic flux density is preferably 5,000 gauss or more, more preferably 10,000 gauss or more in consideration of removing stainless steel, which has low magnetic properties, and most preferably 12,000 gauss or more.
When a magnetic filter is installed in a production line, it is preferable to include a process upstream of the magnetic filter that uses a filter such as a cartridge filter to remove coarse foreign matter or metal particles. This is because coarse metal particles may pass through the magnetic filter depending on the filtration flow rate. Furthermore, although a magnetic filter is effective even when used for a single filtration, a circulating type is more preferable. This is because a circulating type improves the efficiency of metal particle removal.
When a magnetic filter is placed in a production line for a carbon nanotube dispersion, the location of the magnetic filter is not particularly limited, but it is preferably placed immediately before filling a container with the carbon nanotube dispersion, or before the filter if a filtration step using a filtration filter is performed before filling the container, in order to prevent metal components from being mixed into the product if they are detached from the magnetic filter.

金属含有量は、カーボンナノチューブ分散液中の金属異物量はカーボンナノチューブ分散液を乾燥した後、高周波誘導結合プラズマ(inductively coupled plasma、ICP)を用いて分析することができる。ICP分析によって検出される銅、鉄、クロム等の金属含有量は、粒子状で存在している金属異物、及び、溶解し金属イオン状態で存在しているものを含む。すなわち、金属異物の除去工程を経たカーボンナノチューブ分散液の金属異物量は、除去しきれなかった金属異物、及び、溶解し金属イオン状態で存在しているものを含む。 The amount of metal contaminants in a carbon nanotube dispersion can be analyzed using inductively coupled plasma (ICP) after drying the carbon nanotube dispersion. The content of metals such as copper, iron, and chromium detected by ICP analysis includes metal contaminants present in particulate form and those present in dissolved metal ion form. In other words, the amount of metal contaminants in a carbon nanotube dispersion that has undergone the metal contaminant removal process includes metal contaminants that were not completely removed and those present in dissolved metal ion form.

カーボンナノチューブ分散液に含まれる鉄及びクロムの金属含有量は、カーボンナノチューブ分散液100質量%に対して、50ppm以下であることが好ましく、20ppm以下であることが更に好ましい。金属含有量を上記範囲にすることで、電極内の副反応の恐れなしに、より優れた伝導性を示すことができる。金属量は、例えば、ICP発光分光分析法で測定することができる。 The metal content of iron and chromium contained in the carbon nanotube dispersion is preferably 50 ppm or less, and more preferably 20 ppm or less, based on 100% by mass of the carbon nanotube dispersion. By keeping the metal content within the above range, better conductivity can be achieved without the risk of side reactions within the electrode. The metal content can be measured, for example, by ICP atomic emission spectroscopy.

[カーボンナノチューブ分散組成物]
カーボンナノチューブ分散組成物は、カーボンナノチューブ分散液と、フッ素系樹脂と、を含有する。すなわち、カーボンナノチューブ分散液にはフッ素系樹脂は含有されず、カーボンナノチューブ分散組成物は、重合体(A)と、重合体(B)と、溶媒と、カーボンナノチューブと、フッ素系樹脂と、を少なくとも含む。更に換言すると、カーボンナノチューブ分散組成物は、重合体(A)と、重合体(B)と、溶媒と、走査型電子顕微鏡で観察したカーボンナノチューブの繊維径において、100nm以下の範囲に繊維径分布の異なる二種類のカーボンナノチューブと、フッ素系樹脂と、を少なくとも含有し、塩基、酸等の任意の成分を更に含有してもよい。カーボンナノチューブ分散組成物は、フッ素系樹脂とカーボンナノチューブ分散液とを混合することにより製造することができる。フッ素系樹脂とカーボンナノチューブ分散液と共に、任意の成分を更に混合してもよい。カーボンナノチューブ分散組成物の製造時に、前述のカーボンナノチューブ分散液で説明した金属異物等のコンタミを除く工程を入れてもよい。
本明細書において、前記の「カーボンナノチューブ分散液」と「カーボンナノチューブ分散組成物」とを総称して「カーボンナノチューブ分散組成物」という場合がある。
[Carbon nanotube dispersion composition]
The carbon nanotube dispersion composition contains a carbon nanotube dispersion liquid and a fluorine-based resin. That is, the carbon nanotube dispersion liquid does not contain a fluorine-based resin, and the carbon nanotube dispersion composition contains at least a polymer (A), a polymer (B), a solvent, carbon nanotubes, and a fluorine-based resin. In other words, the carbon nanotube dispersion composition contains at least a polymer (A), a polymer (B), a solvent, two types of carbon nanotubes having different fiber diameter distributions in the range of 100 nm or less in the fiber diameter of the carbon nanotubes observed with a scanning electron microscope, and a fluorine-based resin, and may further contain optional components such as a base or an acid. The carbon nanotube dispersion composition can be produced by mixing a fluorine-based resin and a carbon nanotube dispersion liquid. Optional components may be further mixed with the fluorine-based resin and the carbon nanotube dispersion liquid. When producing the carbon nanotube dispersion composition, a process of removing contaminants such as metal foreign matter described above for the carbon nanotube dispersion liquid may be included.
In this specification, the above-mentioned "carbon nanotube dispersion liquid" and "carbon nanotube dispersion composition" may be collectively referred to as "carbon nanotube dispersion composition".

フッ素系樹脂は、電極活物質、導電材等の物質間を結合することができるバインダー樹脂である。フッ素系樹脂は分子内にフッ素原子を有する重合体又は共重合体であり、耐性面で特に正極で用いるバインダー樹脂として好ましい。フッ素系樹脂としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、テトラフルオロエチレン等が挙げられる。 Fluorine-based resins are binder resins that can bond materials such as electrode active materials and conductive materials. Fluorine-based resins are polymers or copolymers that contain fluorine atoms in their molecules, and are particularly preferred as binder resins for use in positive electrodes due to their durability. Examples of fluorine-based resins include polyvinylidene fluoride, polyvinyl fluoride, and tetrafluoroethylene.

フッ素系樹脂の重量平均分子量は、ポリスチレン換算の重量平均分子量で10,000以上が好ましく、100,000以上がより好ましく、200,000以上が更に好ましい。また、2,000,000以下が好ましく、1,000,000以下がより好ましい。 The weight-average molecular weight of the fluororesin, calculated as polystyrene, is preferably 10,000 or more, more preferably 100,000 or more, and even more preferably 200,000 or more. It is also preferably 2,000,000 or less, and more preferably 1,000,000 or less.

カーボンナノチューブ分散組成物に含まれる重合体(A)と重合体(B)の合計含有量は、カーボンナノチューブ分散液の質量を基準として(カーボンナノチューブ分散液を100質量%として)、0.1質量%以上が好ましく、0.5質量%以上がより好ましく、1質量%以上が更に好ましい。また、50質量%以下が好ましく、40質量%以下がより好ましく、25質量%以下が更に好ましい。 The total content of polymer (A) and polymer (B) contained in the carbon nanotube dispersion composition is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.5% by mass or more, and even more preferably 1% by mass or more, based on the mass of the carbon nanotube dispersion (taking the carbon nanotube dispersion as 100% by mass). It is also preferably 50% by mass or less, more preferably 40% by mass or less, and even more preferably 25% by mass or less.

カーボンナノチューブ分散組成物に含まれるカーボンナノチューブの含有量は、カーボンナノチューブ分散液の質量を基準として(カーボンナノチューブ分散液の質量を100質量%として)、0.05質量%以上が好ましく、0.1質量%以上がより好ましい。また、30質量%以下が好ましく、20質量%以下がより好ましい。 The content of carbon nanotubes in the carbon nanotube dispersion composition is preferably 0.05% by mass or more, and more preferably 0.1% by mass or more, based on the mass of the carbon nanotube dispersion liquid (the mass of the carbon nanotube dispersion liquid being 100% by mass). It is also preferably 30% by mass or less, and more preferably 20% by mass or less.

カーボンナノチューブ分散組成物に含まれるフッ素系樹脂の含有量は、カーボンナノチューブ分散液の質量を基準として(カーボンナノチューブ分散液の質量を100質量%として)、0.05質量%以上が好ましく、0.1質量%以上がより好ましい。また、25質量%以下が好ましく、15質量%以下がより好ましい。 The content of the fluororesin contained in the carbon nanotube dispersion composition is preferably 0.05% by mass or more, and more preferably 0.1% by mass or more, based on the mass of the carbon nanotube dispersion liquid (the mass of the carbon nanotube dispersion liquid being 100% by mass). It is also preferably 25% by mass or less, and more preferably 15% by mass or less.

カーボンナノチューブ分散組成物は、溶媒を含む。溶媒は特に限定されないが、例えば、カーボンナノチューブ分散液の説明において例示した溶媒を用いることができる。また、カーボンナノチューブ分散組成物は、実質的に水を含まないことが好ましい。水を含む場合、カーボンナノチューブ分散液が貯蔵中にゲル化する恐れがある。 The carbon nanotube dispersion composition contains a solvent. The solvent is not particularly limited, but for example, the solvents exemplified in the description of the carbon nanotube dispersion liquid can be used. Furthermore, it is preferable that the carbon nanotube dispersion composition does not substantially contain water. If water is contained, there is a risk that the carbon nanotube dispersion liquid will gel during storage.

[電極膜用スラリー]
電極膜用スラリーは、カーボンナノチューブ分散液又はフッ素系樹脂を含むカーボンナノチューブ分散組成物と、電極活物質とを含有する。すなわち、電極膜用スラリーは、カーボンナノチューブ分散液と電極活物質とを少なくとも含有するか、又は、カーボンナノチューブ分散組成物と電極活物質とを少なくとも含有する。更に換言すると、電極膜用スラリーは、重合体(A)と、重合体(B)と、走査型電子顕微鏡で観察したカーボンナノチューブの繊維径において、100nm以下の範囲に繊維径分布の異なる二種類のカーボンナノチューブと、溶媒と、電極活物質と、を少なくとも含有し、フッ素系樹脂、その他バインダー樹脂、塩基、酸等の任意の成分を更に含有してもよい。本明細書において、「スラリー」を「合材スラリー」という場合がある。
[Slurry for electrode membrane]
The electrode film slurry contains a carbon nanotube dispersion liquid or a carbon nanotube dispersion composition containing a fluorine-based resin, and an electrode active material. That is, the electrode film slurry contains at least a carbon nanotube dispersion liquid and an electrode active material, or at least a carbon nanotube dispersion composition and an electrode active material. In other words, the electrode film slurry contains at least a polymer (A), a polymer (B), two types of carbon nanotubes having different fiber diameter distributions in the range of 100 nm or less in terms of the fiber diameter of the carbon nanotubes observed with a scanning electron microscope, a solvent, and an electrode active material, and may further contain optional components such as a fluorine-based resin, other binder resins, bases, and acids. In this specification, "slurry" may also be referred to as "composite slurry."

電極活物質とは、電池反応の基となる材料のことである。電極活物質は、起電力から正極活物質と負極活物質に分けられる。 Electrode active materials are materials that form the basis of battery reactions. Electrode active materials are divided into positive electrode active materials and negative electrode active materials based on their electromotive force.

正極活物質としては、特に限定はされないが、リチウムイオンを可逆的にドーピング又はインターカレーション可能な材料を用いることができる。例えば、金属酸化物、金属硫化物等の金属化合物等が挙げられる。具体的には、Fe、Co、Ni、Mn等の遷移金属の酸化物;リチウムとの複合酸化物;遷移金属硫化物等の無機化合物等が挙げられる。具体的には、MnO、V、V13、TiO2等の遷移金属酸化物粉末;層状構造のニッケル酸リチウム、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、スピネル構造のマンガン酸リチウムなどのリチウムと遷移金属との複合酸化物粉末;オリビン構造のリン酸化合物であるリン酸鉄リチウム系材料;TiS、FeSなどの遷移金属硫化物粉末等が挙げられる。本発明の実施形態で用いる正極活物質は、Al、Fe、Co、Ni、Mn等の遷移金属を含むリチウムとの複合酸化物であることが好ましく、Al、Co、Ni、Mnのうちいずれかを含むリチウムとの複合酸化物であることがより好ましく、Ni、及び/または、Mnを含むリチウムとの複合酸化物であることが特に好ましい。これらの正極活物質を用いたとき、特に良好な効果を得ることができる。正極活物質は、1種又は複数を組み合わせて使用することもできる。 The positive electrode active material is not particularly limited, but may be a material capable of reversibly doping or intercalating lithium ions. Examples include metal compounds such as metal oxides and metal sulfides. Specific examples include oxides of transition metals such as Fe, Co, Ni, and Mn; composite oxides with lithium; and inorganic compounds such as transition metal sulfides. Specific examples include transition metal oxide powders such as MnO, V 2 O 5 , V 6 O 13 , and TiO 2 ; composite oxide powders of lithium and transition metals such as layered lithium nickel oxide, lithium cobalt oxide, lithium manganate, and spinel lithium manganate; lithium iron phosphate-based materials, which are phosphate compounds with an olivine structure; and transition metal sulfide powders such as TiS 2 and FeS. The positive electrode active material used in the embodiment of the present invention is preferably a composite oxide of lithium containing a transition metal such as Al, Fe, Co, Ni, or Mn, more preferably a composite oxide of lithium containing any of Al, Co, Ni, or Mn, and particularly preferably a composite oxide of lithium containing Ni and/or Mn. When these positive electrode active materials are used, particularly good effects can be obtained. The positive electrode active materials can be used alone or in combination.

負極活物質としては、リチウムイオンを可逆的にドーピング又はインターカレーション可能な材料を用いることができる。例えば、金属Li、その合金であるスズ合金、シリコン合金、鉛合金等の合金系;LiFe、LiFe、LiWO(xは0<x<1の数である。)、チタン酸リチウム、バナジウム酸リチウム、ケイ素酸リチウム等の金属酸化物系;ポリアセチレン、ポリ-p-フェニレン等の導電性高分子系;高黒鉛化炭素材料等の人造黒鉛、天然黒鉛等の炭素質粉末;樹脂焼成炭素材料などの炭素系材料が挙げられる。負極活物質は、1種又は複数を組み合わせて使用することもできる。 The negative electrode active material may be a material capable of reversibly doping or intercalating lithium ions. Examples include alloys such as metal Li and its alloys, such as tin alloys, silicon alloys, and lead alloys; metal oxides such as LiXFe2O3 , LiXFe3O4 , and LiXWO2 (where x is a number in the range of 0<x< 1 ), lithium titanate, lithium vanadate, and lithium silicate; conductive polymers such as polyacetylene and poly-p-phenylene; carbonaceous powders such as artificial graphite and natural graphite, including highly graphitized carbon materials; and carbon materials such as resin-baked carbon materials. The negative electrode active material may be used alone or in combination.

電極膜用スラリー中の重合体(A)と重合体(B)の合計含有量は、電極活物質の質量を基準として(電極活物質の質量を100質量%として)、0.01~10質量%であることが好ましく、0.05~5質量%であることがより好ましい。 The total content of polymer (A) and polymer (B) in the electrode membrane slurry is preferably 0.01 to 10 mass%, and more preferably 0.05 to 5 mass%, based on the mass of the electrode active material (the mass of the electrode active material being 100 mass%).

電極膜用スラリー中のカーボンナノチューブの含有量は、電極活物質の質量を基準として(電極活物質の質量を100質量%として)、0.01~10質量%であることが好ましく、0.02~5質量%であることがより好ましく0.03~3質量%であることが更に好ましい。 The content of carbon nanotubes in the electrode film slurry is preferably 0.01 to 10 mass%, more preferably 0.02 to 5 mass%, and even more preferably 0.03 to 3 mass%, based on the mass of the electrode active material (the mass of the electrode active material being 100 mass%).

電極膜用スラリーがバインダー樹脂としてフッ素系樹脂を更に含有する場合、電極膜用スラリー中のフッ素系樹脂の含有量は、電極活物質の質量を基準として(電極活物質の質量を100質量%として)、0.1~30質量%であることが好ましく、0.5~20質量%であることがより好ましく、1~10質量%であることが更に好ましい。 When the electrode film slurry further contains a fluororesin as a binder resin, the content of the fluororesin in the electrode film slurry is preferably 0.1 to 30 mass%, more preferably 0.5 to 20 mass%, and even more preferably 1 to 10 mass%, based on the mass of the electrode active material (the mass of the electrode active material being 100 mass%).

電極膜用スラリー中の固形分量は、電極膜用スラリーの質量を基準として(電極膜用スラリーの質量を100質量%として)、30~90質量%であることが好ましく、30~80質量%であることがより好ましく、40~75質量%であることが更に好ましい。 The solid content in the electrode membrane slurry is preferably 30 to 90 mass%, more preferably 30 to 80 mass%, and even more preferably 40 to 75 mass%, based on the mass of the electrode membrane slurry (the mass of the electrode membrane slurry being 100 mass%).

電極膜用スラリーは、従来公知の様々な方法で作製することができる。例えば、カーボンナノチューブ分散液に電極活物質を添加して作製する方法;カーボンナノチューブ分散液にバインダー樹脂を添加した後、電極活物質を添加して作製する方法;カーボンナノチューブ分散液に電極活物質を添加した後、バインダー樹脂を添加して作製する方法;カーボンナノチューブ分散組成物に電極活物質を添加して作製する方法などが挙げられる。 Slurry for electrode films can be prepared by a variety of conventional methods. Examples include a method of adding an electrode active material to a carbon nanotube dispersion; a method of adding a binder resin to a carbon nanotube dispersion and then adding an electrode active material; a method of adding an electrode active material to a carbon nanotube dispersion and then adding a binder resin; and a method of adding an electrode active material to a carbon nanotube dispersion composition.

電極膜用スラリーを作製する方法としては、カーボンナノチューブ分散液にバインダー樹脂としてフッ素系樹脂を添加した後、電極活物質を更に加えて分散させる処理を行う方法が好ましい。分散に使用される分散装置は特に限定されない。カーボンナノチューブ分散液の説明において挙げた分散手段を用いて、電極膜用スラリーを得ることができる。重合体(B)はバインダーとしての機能も有するため、他のバインダー樹脂を加えなくとも電極膜用スラリーを得ることができる。したがって、電極膜用スラリーを作製する方法としては、カーボンナノチューブ分散液にバインダー樹脂としてフッ素系樹脂を添加することなく、電極活物質を加えて分散させる処理を行う方法も好ましい。 A preferred method for preparing a slurry for an electrode film is to add a fluororesin as a binder resin to a carbon nanotube dispersion, and then add and disperse the electrode active material. The dispersing device used for dispersion is not particularly limited. The dispersion means described in the description of the carbon nanotube dispersion can be used to obtain a slurry for an electrode film. Because polymer (B) also functions as a binder, a slurry for an electrode film can be obtained without adding another binder resin. Therefore, a preferred method for preparing a slurry for an electrode film is to add and disperse an electrode active material to a carbon nanotube dispersion without adding a fluororesin as a binder resin.

[電極膜]
電極膜は、カーボンナノチューブ分散液を用いて形成した膜、カーボンナノチューブ分散組成物を用いて形成した膜、及び、電極膜用スラリーを用いて形成した膜からなる群から選択される少なくとも1種を含む。電極膜は、更に、集電体を含んでもよい。例えば、電極膜は、集電体上に電極膜用スラリーを塗工し、乾燥させることで得ることができ、集電体と膜とを含む。本明細書において、「電極膜用スラリーを用いて形成した膜」を「電極合材層」という場合がある。
[Electrode film]
The electrode film includes at least one selected from the group consisting of a film formed using a carbon nanotube dispersion liquid, a film formed using a carbon nanotube dispersion composition, and a film formed using a slurry for an electrode film. The electrode film may further include a current collector. For example, the electrode film can be obtained by applying the slurry for an electrode film onto a current collector and drying it, and includes the current collector and the film. In this specification, the "film formed using the slurry for an electrode film" may be referred to as an "electrode mixture layer."

電極膜の形成に用いられる集電体の材質及び形状は特に限定されず、各種二次電池にあったものを適宜選択することができる。例えば、集電体の材質としては、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、又はステンレス等の金属又は合金が挙げられる。また、形状としては、一般的には平板上の箔が用いられるが、表面を粗面化した集電体、穴あき箔状の集電体、又はメッシュ状の集電体も使用できる。 The material and shape of the current collector used to form the electrode film are not particularly limited, and can be selected appropriately to suit various types of secondary batteries. Examples of current collector materials include metals or alloys such as aluminum, copper, nickel, titanium, and stainless steel. Furthermore, while flat foil is generally used as the shape, current collectors with a roughened surface, perforated foil current collectors, and mesh-shaped current collectors can also be used.

集電体上にカーボンナノチューブ分散液、カーボンナノチューブ分散組成物、又はスラリーを塗工する方法としては、特に制限はなく公知の方法を用いることができる。具体的には、ダイコーティング法、ディップコーティング法、ロールコーティング法、ドクターコーティング法、ナイフコーティング法、スプレーコティング法、グラビアコーティング法、スクリーン印刷法又は静電塗装法等を挙げることができる。乾燥方法としては、放置乾燥、又は、送風乾燥機、温風乾燥機、赤外線加熱機、若しくは遠赤外線加熱機等を用いる乾燥を挙げることができるが、特にこれらに限定されるものではない。 The method for applying the carbon nanotube dispersion liquid, carbon nanotube dispersion composition, or slurry to the current collector is not particularly limited, and any known method can be used. Specific examples include die coating, dip coating, roll coating, doctor coating, knife coating, spray coating, gravure coating, screen printing, and electrostatic painting. Drying methods include, but are not limited to, leaving the coating to dry, or drying using a blower dryer, warm air dryer, infrared heater, or far-infrared heater.

塗工後に、平版プレス、カレンダーロール等による圧延処理を行ってもよい。形成された膜の厚みは、例えば、1μm以上500μm以下であり、好ましくは10μm以上300μm以下である。 After coating, a rolling process using a lithographic press, calendar roll, or the like may be performed. The thickness of the formed film is, for example, from 1 μm to 500 μm, and preferably from 10 μm to 300 μm.

カーボンナノチューブ分散液又はカーボンナノチューブ分散組成物を用いて形成された膜は、電極合材層と集電体との密着性向上、又は、電極膜の導電性を向上させるために、電極合材層の下地層として用いることも可能である。 Films formed using carbon nanotube dispersion liquid or carbon nanotube dispersion composition can also be used as underlayers for electrode mixture layers to improve adhesion between the electrode mixture layer and the current collector, or to improve the conductivity of the electrode film.

〔二次電池〕
二次電池は、正極と、負極と、電解質とを含み、正極及び負極からなる群から選択される少なくとも1つが、電極膜を含む。
[Secondary battery]
The secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, and at least one selected from the group consisting of the positive electrode and the negative electrode includes an electrode film.

正極としては、例えば、集電体上に正極活物質を含む電極膜用スラリーを塗工し、乾燥させて膜を作製した電極膜を使用することができる。 For example, an electrode film can be used as the positive electrode, which is made by applying an electrode film slurry containing a positive electrode active material onto a current collector and then drying it to form a film.

負極としては、例えば、集電体上に負極活物質を含む電極膜用スラリーを塗工し、乾燥させて膜を作製した電極膜を使用することができる。 For example, an electrode film can be used as the negative electrode, which is made by applying an electrode film slurry containing a negative electrode active material onto a current collector and then drying it to form a film.

電解質としては、イオンが移動可能な従来公知の様々なものを使用することができる。例えば、LiBF、LiClO、LiPF、LiAsF、LiSbF、LiCFSO、Li(CFSON、LiCSO、Li(CFSOC、LiI、LiBr、LiCl、LiAlCl、LiHF、LiSCN、又はLiBPh(Phはフェニル基である)等リチウム塩を含むものが挙げられるが、これらに限定されない。電解質は非水系の溶媒に溶解して、非水電解液として使用することが好ましい。また、非水電解液を用いる二次電池を非水電解質二次電池ともいう。 As the electrolyte, various conventionally known materials capable of ion mobility can be used. For example, lithium salts such as LiBF 4 , LiClO 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiCF 3 SO 3 , Li(CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , Li(CF 3 SO 2 ) 3 C, LiI, LiBr, LiCl, LiAlCl, LiHF 2 , LiSCN, or LiBPh 4 (Ph is a phenyl group) can be included, but are not limited to these. The electrolyte is preferably dissolved in a non-aqueous solvent and used as a non-aqueous electrolyte solution. A secondary battery using a non-aqueous electrolyte solution is also called a non-aqueous electrolyte secondary battery.

非水系の溶媒としては、特に限定はされないが、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、及びジエチルカーボネート等のカーボネート類;γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、及びγ-オクタノイックラクトン等のラクトン類;テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、1,3-ジオキソラン、4-メチル-1,3-ジオキソラン、1,2-メトキシエタン、1,2-エトキシエタン、及び1,2-ジブトキシエタン等のグライム類;メチルフォルメート、メチルアセテート、及びメチルプロピオネート等のエステル類;ジメチルスルホキシド、及びスルホラン等のスルホキシド類;並びに、アセトニトリル等のニトリル類等が挙げられる。これらの溶媒は、それぞれ単独で使用してもよいが、2種以上を混合して使用してもよい。 Non-aqueous solvents include, but are not limited to, carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and diethyl carbonate; lactones such as gamma-butyrolactone, gamma-valerolactone, and gamma-octanoic lactone; glymes such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, 1,2-methoxyethane, 1,2-ethoxyethane, and 1,2-dibutoxyethane; esters such as methyl formate, methyl acetate, and methyl propionate; sulfoxides such as dimethyl sulfoxide and sulfolane; and nitriles such as acetonitrile. These solvents may be used alone or in combination.

二次電池は、セパレーターを含むことが好ましい。セパレーターとしては、例えば、ポリエチレン不織布、ポリプロピレン不織布、ポリアミド不織布及びこれらに親水性処理を施した不織布が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。 The secondary battery preferably includes a separator. Examples of separators include, but are not limited to, polyethylene nonwoven fabric, polypropylene nonwoven fabric, polyamide nonwoven fabric, and nonwoven fabrics that have been hydrophilically treated.

本実施形態の二次電池の構造は特に限定されないが、通常、正極及び負極と、必要に応じて設けられるセパレーターと、を備え、ペーパー型、円筒型、ボタン型、積層型等、使用する目的に応じた種々の形状とすることができる。 The structure of the secondary battery of this embodiment is not particularly limited, but typically comprises a positive electrode, a negative electrode, and a separator, if necessary, and can be in a variety of shapes depending on the intended use, such as paper, cylindrical, button, or laminated.

以下に実施例を挙げて、本発明を更に具体的に説明する。本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、特に断らない限り、「部」は「質量部」、「%」は「質量%」を表す。また、実施例中、「重合体(A)」、「重合体(B)」、「重合体(A)及び重合体(B)」を、「重合体」または「分散剤」と称する場合がある。また、カーボンナノチューブを「CNT」と称する場合がある。 The present invention will be explained in more detail below with reference to the following examples. The present invention is not limited to the following examples, provided it does not depart from the gist of the invention. Unless otherwise specified, "parts" means "parts by mass" and "%" means "% by mass." Furthermore, in the examples, "polymer (A)," "polymer (B)," and "polymer (A) and polymer (B)" may be referred to as "polymer" or "dispersant." Furthermore, carbon nanotubes may be referred to as "CNT."

<カーボンナノチューブの繊維径分布、繊維長>
マイカ基板上にカーボンナノチューブ分散液を数μL滴下した後、120℃の電気オーブン中で乾燥して、カーボンナノチューブ観察用基板を作製した。その後、作製した基板表面を白金でスパッタリングした。更にその後、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、観察した。観察はカーボンナノチューブに合わせて5000倍または2万倍の倍率で、視野内に10本以上のカーボンナノチューブが含まれる写真を複数撮り、無作為に抽出した300本のカーボンナノチューブの繊維径、繊維長を測定した。
無作為に抽出した300本のカーボンナノチューブの繊維径を、縦軸に個数基準の頻度(%)、横軸に繊維径(nm)をとってプロットし、繊維径分布を確認した。図1は、分散液1の繊維径の分布図を表すグラフであり、縦軸の頻度(%)が「カーボンナノチューブの全量に対して個数基準での含有率」に相当する。また、計測した300個のカーボンナノチューブの繊維長の平均値をカーボンナノチューブの平均繊維長(μm)とし、また、繊維長0.3μm未満のカーボンナノチューブと繊維長0.3μm以上のカーボンナノチューブの個数の比率を算出した。
<Carbon nanotube fiber diameter distribution and fiber length>
A few μL of carbon nanotube dispersion was dropped onto a mica substrate and then dried in an electric oven at 120°C to prepare a substrate for carbon nanotube observation. The surface of the prepared substrate was then sputtered with platinum. The substrate was then observed using a scanning electron microscope (SEM). Observations were performed at a magnification of 5,000x or 20,000x, depending on the carbon nanotubes, and multiple photographs were taken containing 10 or more carbon nanotubes within the field of view. The fiber diameter and fiber length of 300 randomly selected carbon nanotubes were measured.
The fiber diameters of 300 randomly extracted carbon nanotubes were plotted with the frequency (%) based on the number on the vertical axis and the fiber diameter (nm) on the horizontal axis to confirm the fiber diameter distribution. Figure 1 is a graph showing the distribution of fiber diameters in dispersion 1, where the frequency (%) on the vertical axis corresponds to the "content based on the number of carbon nanotubes relative to the total amount of carbon nanotubes." The average fiber length of the measured 300 carbon nanotubes was taken as the average fiber length (μm) of the carbon nanotubes, and the ratio of the number of carbon nanotubes with a fiber length of less than 0.3 μm to the number of carbon nanotubes with a fiber length of 0.3 μm or more was calculated.

<共重合体の水素添加率の測定>
水素添加率は、全反射測定法による赤外分光分析と同様の方法でIR測定を行い求めた。共役ジエン単量体単位に由来する二重結合は970cm-1にピークが表れ、水素添加された単結合は723cm-1にピークが表れることから、この二つのピークの高さの比率から水素添加率を計算した。
<Measurement of Hydrogenation Ratio of Copolymer>
The hydrogenation rate was determined by IR measurement using a method similar to that used for infrared spectroscopy by total reflection measurement. The double bond derived from the conjugated diene monomer unit exhibits a peak at 970 cm -1 , and the hydrogenated single bond exhibits a peak at 723 cm -1 . The hydrogenation rate was calculated from the ratio of the heights of these two peaks.

<カーボンナノチューブ分散液のpH>
カーボンナノチューブ分散液を25℃の恒温槽に1時間以上静置した後、カーボンナノチューブ分散液を十分に撹拌し、カーボンナノチューブ分散液の固形分濃度を100%とし、その固形分濃度が50%となるように、ディスパーで撹拌しながらカーボンナノチューブ分散液に水を添加した。均一に撹拌した後、25℃にて、卓上型pHメーター(セブンコンパクトS220Expert Pro、メトラー・トレド製)を用いて測定した。
<pH of carbon nanotube dispersion>
The carbon nanotube dispersion was left to stand in a thermostatic bath at 25°C for at least 1 hour, and then thoroughly stirred to adjust the solids concentration of the carbon nanotube dispersion to 100%, and water was added to the carbon nanotube dispersion while stirring with a disper so that the solids concentration became 50%. After stirring uniformly, the pH was measured at 25°C using a benchtop pH meter (Seven Compact S220 Expert Pro, manufactured by Mettler Toledo).

<カーボンナノチューブ分散液のレーザー回折/散乱式粒度分布測定>
粒度分布の測定は、レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置(堀場製作所社製;Partical LA-960V2)を用いた。本測定装置のレーザー光波長は650nmであり、検出器として、リング状64分割シリコンフォトダイオードを1点、4chアレイディテクタを5点、シリコンフォトディテクタを3点備えている。また、測定部は合成石英によるフロー式セル(試料セル)を使用している。
まず、試料セルを含む試料バス中に分散液と同溶媒であるNMPを投入し、循環/超音波洗浄を実施した。動作モードとして、循環速度:3、超音波強度:7、超音波時間1分、撹拌速度:7、撹拌モード:連続とした。続いて、空気抜きのため、超音波強度:7、超音波時間5秒にて超音波作動を行った後、ブランク(バックグラウンド)測定を実施した。粒子径基準は体積とし、粒子屈折率は1.920-0.522i(カーボン材料)、溶媒屈折率は1.468(NMP)を設定した。測定時のレーザー光透過率が50%±1%となるように分散液を滴下し、試料調整を実施した。測定中の動作モードは、循環速度:3、撹拌速度:7、撹拌モード:連続として測定を実施した。
判定基準
A:少なくとも2つ以上の粒度分布ピークが検出され、粒度分布ピークのうち粒子径が最も小さい第一のピークのモード径が0.2μm以下
C:2つ以上の粒度分布ピークが検出されない、もしくは、2つ以上の粒度分布ピークが検出されるが、粒度分布ピークのうち粒子径が最も小さい第一のピークのモード径が0.2μmより大きい
<Laser diffraction/scattering particle size distribution measurement of carbon nanotube dispersion liquid>
Particle size distribution was measured using a laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer (Horiba, Ltd.; Partical LA-960V2). The laser wavelength of this analyzer is 650 nm, and the detectors are one ring-shaped 64-segment silicon photodiode, five 4-channel array detectors, and three silicon photodetectors. The measurement section uses a flow-type cell (sample cell) made of synthetic quartz.
First, NMP, the same solvent as the dispersion, was introduced into a sample bath containing a sample cell, and circulation/ultrasonic cleaning was performed. The operating modes were: circulation speed: 3, ultrasonic intensity: 7, ultrasonic time: 1 minute, stirring speed: 7, and stirring mode: continuous. Next, to remove air, ultrasonic operation was performed at ultrasonic intensity: 7 and ultrasonic time: 5 seconds, and then a blank (background) measurement was performed. The particle size was based on volume, and the particle refractive index was set to 1.920-0.522i (carbon material), and the solvent refractive index was set to 1.468 (NMP). The dispersion was added dropwise so that the laser light transmittance during measurement was 50% ± 1%, and sample preparation was performed. The operating modes during measurement were: circulation speed: 3, stirring speed: 7, and stirring mode: continuous.
Criterion A: At least two or more particle size distribution peaks are detected, and the mode diameter of the first peak, which has the smallest particle diameter among the particle size distribution peaks, is 0.2 μm or less. C: Two or more particle size distribution peaks are not detected, or two or more particle size distribution peaks are detected, but the mode diameter of the first peak, which has the smallest particle diameter among the particle size distribution peaks, is greater than 0.2 μm.

<カーボンナノチューブ分散液の初期粘度の測定>
粘度値の測定は、B型粘度計(東機産業株式会社製「BL」)を用いて、カーボンナノチューブ分散液を25℃の恒温槽に1時間以上静置した後、カーボンナノチューブ分散液を十分に撹拌した後、B型粘度計ローター回転速度60rpmにて直ちに行った。測定に使用したローターの種類は、粘度値が100mPa・s未満の場合はNo.1を、100以上500mPa・s未満の場合はNo.2を、500以上2,000mPa・s未満の場合はNo.3を、2,000以上10,000mPa・s未満の場合はNo.4のローターをそれぞれ用いた。低粘度であるほど分散性が良好であり、高粘度であるほど分散性が不良である。得られたカーボンナノチューブ分散液が明らかに分離又は沈降しているものは分散性不良とした。
判定基準
AA:2,000mPa・s未満(優良)
A:2,000mPa・s以上6,000mPa・s未満(良)
B:6,000mPa・s以上10,000mPa・s未満(可)
C:10,000mPa・s以上、沈降又は分離(不良)
<Measurement of Initial Viscosity of Carbon Nanotube Dispersion>
The viscosity value was measured using a Brookfield viscometer ("BL" manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.) by leaving the carbon nanotube dispersion in a thermostatic chamber at 25°C for at least one hour, thoroughly stirring the carbon nanotube dispersion, and then immediately measuring the viscosity at a Brookfield viscometer rotor rotation speed of 60 rpm. The types of rotors used for the measurements were: No. 1 for viscosity values less than 100 mPa·s, No. 2 for viscosity values between 100 and 500 mPa·s, No. 3 for viscosity values between 500 and 2,000 mPa·s, and No. 4 for viscosity values between 2,000 and 10,000 mPa·s. The lower the viscosity, the better the dispersibility, and the higher the viscosity, the worse the dispersibility. The carbon nanotube dispersion obtained was judged to have poor dispersibility when it clearly separated or precipitated.
Judgment criteria AA: Less than 2,000 mPa·s (excellent)
A: 2,000 mPa·s or more and less than 6,000 mPa·s (good)
B: 6,000 mPa·s or more and less than 10,000 mPa·s (acceptable)
C: 10,000 mPa·s or more, settling or separation (poor)

<カーボンナノチューブ分散液の安定性評価>
貯蔵安定性の評価は、カーボンナノチューブ分散液を50℃にて7日間静置して保存した後の、液性状の変化から評価した。液性状の変化は、ヘラで撹拌した際の撹拌しやすさから判断した。
判定基準
A:問題なし(良好)
B:粘度は上昇しているがゲル化はしていない(可)
C:ゲル化している(攪拌跡が消失しない)(極めて不良)
<Evaluation of the stability of carbon nanotube dispersion liquid>
The storage stability was evaluated based on the change in the liquid properties after storing the carbon nanotube dispersion at 50° C. for 7 days. The change in the liquid properties was judged based on the ease of stirring when stirred with a spatula.
Criterion A: No problem (good)
B: Viscosity has increased but gelation has not occurred (acceptable)
C: Gelled (stirring marks do not disappear) (very poor)

<カーボンナノチューブ分散液の流度>
カーボンナノチューブ分散液を25℃の恒温槽に1時間以上静置した後、カーボンナノチューブ分散液を十分に撹拌してから、水平な金属板(黄銅製)の半球状の指定位置に10mL入れ、その直後にその金属板を垂直に立て、その時点から分散液が1分間で流下した垂直距離を測定した。
判定基準
A:5cm/min以上20cm/min未満(良好)
B:20cm/min以上30cm/min未満(可)
C:5cm/min未満、30cm/min以上(不良)
<Flow Rate of Carbon Nanotube Dispersion Liquid>
The carbon nanotube dispersion was left standing in a thermostatic bath at 25°C for at least 1 hour, and then thoroughly stirred. 10 mL of the carbon nanotube dispersion was then poured onto a horizontal metal plate (made of brass) at a designated hemispherical position. Immediately afterwards, the metal plate was turned upright, and the vertical distance that the dispersion flowed down from that point in 1 minute was measured.
Criterion A: 5 cm/min or more and less than 20 cm/min (good)
B: 20cm/min or more and less than 30cm/min (acceptable)
C: Less than 5 cm/min, 30 cm/min or more (poor)

<正極合材層の導電性評価>
正極用合材スラリーを、ギャップ175μmのアプリケーターを用いてPETフィルム(厚さ100μm)に塗工し、70℃の熱風オーブンで10分、120℃の熱風オーブンで15分乾燥させて、導電性評価用の正極膜を得た。正極合材層の表面抵抗率(Ω/□)は、株式会社三菱化学アナリテック製:ロレスターGP、MCP-T610を用いて測定した。測定後、PETフィルム上に形成した正極合材層の厚みを乗じて、体積抵抗率(Ω・cm)とした。正極合材層の厚みは、膜厚計(株式会社NIKON製、DIGIMICRO MH-15M)を用いて、正極膜中の3点を測定して正極膜の平均値を求め、正極膜の平均値とPETフィルムの膜厚との差として求めた。
判定基準
AA:正極合材層の体積抵抗率(Ω・cm)が10未満(優良)
A:正極合材層の体積抵抗率(Ω・cm)が10以上20未満(良)
C:正極合材層の体積抵抗率(Ω・cm)が20以上(不良)
<Evaluation of the conductivity of the positive electrode mixture layer>
The positive electrode composite slurry was applied to a PET film (100 μm thick) using an applicator with a gap of 175 μm, and then dried for 10 minutes in a hot air oven at 70 °C and 15 minutes in a hot air oven at 120 °C to obtain a positive electrode film for conductivity evaluation. The surface resistivity (Ω/□) of the positive electrode composite layer was measured using a Loresta GP, MCP-T610 manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd. After measurement, the volume resistivity (Ω cm) was calculated by multiplying the thickness of the positive electrode composite layer formed on the PET film. The thickness of the positive electrode composite layer was measured using a film thickness meter (DIGIMICRO MH-15M manufactured by NIKON Corporation) at three points in the positive electrode film to determine the average value of the positive electrode film, and the difference between the average value of the positive electrode film and the film thickness of the PET film was calculated.
Criterion AA: The volume resistivity (Ω cm) of the positive electrode mixture layer is less than 10 (excellent)
A: The volume resistivity (Ω cm) of the positive electrode mixture layer is 10 or more and less than 20 (good)
C: The volume resistivity (Ω cm) of the positive electrode mixture layer is 20 or more (poor)

<非水電解質二次電池のレート特性評価>
非水電解質二次電池を25℃の恒温室内に設置し、充放電装置(北斗電工株式会社製、SM-8)を用いて充放電測定を行った。充電電流10mA(0.2C)にて充電終止電圧4.3Vで定電流定電圧充電(カットオフ電流1mA(0.02C))を行った後、放電電流10mA(0.2C)にて、放電終止電圧3Vで定電流放電を行った。この操作を3回繰り返した後、充電電流10mA(0.2C)にて充電終止電圧4.3Vで定電流定電圧充電(カットオフ電流(1mA(0.02C))を行い、放電電流0.2C及び3Cで放電終止電圧3.0Vに達するまで定電流放電を行って、それぞれ放電容量を求めた。レート特性は0.2C放電容量と3C放電容量の比、以下の式1で表すことができる。

(式1)
レート特性 = 3C放電容量/3回目の0.2C放電容量 ×100 (%)

判定基準
AA:レート特性が80%以上(優良)
A:レート特性が60%以上80%未満(良)
C:レート特性が60%未満(不良)
<Evaluation of rate characteristics of non-aqueous electrolyte secondary batteries>
The nonaqueous electrolyte secondary battery was placed in a thermostatic chamber at 25°C and subjected to charge/discharge measurements using a charge/discharge device (SM-8, manufactured by Hokuto Denko Corporation). A constant-current, constant-voltage charge (cutoff current 1 mA (0.02 C)) was performed at a charge current of 10 mA (0.2 C) with a charge cutoff voltage of 4.3 V, followed by a constant-current discharge at a discharge current of 10 mA (0.2 C) with a discharge cutoff voltage of 3 V. This operation was repeated three times, followed by a constant-current, constant-voltage charge (cutoff current 1 mA (0.02 C)) at a charge current of 10 mA (0.2 C) with a charge cutoff voltage of 4.3 V, followed by constant-current discharge at discharge currents of 0.2 C and 3 C until the discharge cutoff voltage reached 3.0 V, and the discharge capacity was calculated for each. The rate characteristic can be expressed as the ratio of the 0.2 C discharge capacity to the 3 C discharge capacity, using the following equation:

(Formula 1)
Rate characteristic = 3C discharge capacity / third 0.2C discharge capacity × 100 (%)

Criteria AA: Rate characteristics are 80% or more (excellent)
A: Rate characteristics are 60% or more and less than 80% (good)
C: Rate characteristics are less than 60% (poor)

<非水電解質二次電池のサイクル特性評価方法>
非水電解質二次電池を25℃の恒温室内に設置し、充放電装置(北斗電工株式会社製、SM-8)を用いて充放電測定を行った。充電電流25mA(0.5C)にて充電終止電圧4.3Vで定電流定電圧充電(カットオフ電流2.5mA(0.05C))を行った後、放電電流25mA(0.5C)にて、放電終止電圧3Vで定電流放電を行った。この操作を200回繰り返した。サイクル特性は25℃における3回目の0.5C放電容量と200回目の0.5C放電容量の比、以下の式2で表すことができる。

(式2)
サイクル特性 = 3回目の0.5C放電容量/200回目の0.5C放電容量 ×100(%)

判定基準
AA:サイクル特性が85%以上(優良)
A:サイクル特性が80%以上85%未満(良)
C:サイクル特性が80%未満(不良)
<Method for Evaluating Cycle Characteristics of Non-Aqueous Electrolyte Secondary Batteries>
The nonaqueous electrolyte secondary battery was placed in a thermostatic chamber at 25°C, and charge/discharge measurements were performed using a charge/discharge device (SM-8, manufactured by Hokuto Denko Corporation). Constant-current, constant-voltage charging (cutoff current 2.5 mA (0.05 C)) was performed at a charge current of 25 mA (0.5 C) with a charge cut-off voltage of 4.3 V, followed by constant-current discharging at a discharge current of 25 mA (0.5 C) with a discharge cut-off voltage of 3 V. This operation was repeated 200 times. The cycle characteristics can be expressed as the ratio of the third 0.5 C discharge capacity to the 200th 0.5 C discharge capacity at 25°C, using the following equation:

(Formula 2)
Cycle characteristics = 3rd 0.5C discharge capacity / 200th 0.5C discharge capacity × 100 (%)

Criterion AA: Cycle characteristics are 85% or more (excellent)
A: Cycle characteristics are 80% or more and less than 85% (good)
C: Cycle characteristics are less than 80% (poor)

本実施例において使用した材料の詳細は、以下のとおりである。
<重合体(A)>
・PVA-1:クラレポバール PVA-403(クラレ社製):ポリビニルアルコール(平均重合度300、ケン化度87.0~89.0モル%)
・PVA-2:業界公知の方法により、ポリ酢酸ビニルを水酸化ナトリウムでケン化することで得た、ポリビニルアルコール(平均重合度500、ケン化度90mol%)
・PVB-1:ポリビニルアセタール(アセタール化度15mol%)
ポリビニルアルコール(重合度300、ケン化度98~99mol%)の10%水溶液を調製し、水溶液100質量部に対し、塩酸0.2質量部、ブチルアルデヒド2質量部を撹拌しながら滴下した。続いて80℃に昇温して1時間保持した後放冷した。これを乾燥、粉砕して得たポリビニルアセタール。
・PVP-1:ポリビニルピロリドンK-30(日本触媒社製)
Details of the materials used in this example are as follows:
<Polymer (A)>
PVA-1: Kuraray Poval PVA-403 (manufactured by Kuraray Co., Ltd.): polyvinyl alcohol (average polymerization degree 300, saponification degree 87.0 to 89.0 mol%)
PVA-2: Polyvinyl alcohol (average polymerization degree 500, saponification degree 90 mol%) obtained by saponifying polyvinyl acetate with sodium hydroxide using a method known in the art
PVB-1: Polyvinyl acetal (acetalization degree 15 mol%)
A 10% aqueous solution of polyvinyl alcohol (degree of polymerization 300, degree of saponification 98 to 99 mol%) was prepared, and 0.2 parts by mass of hydrochloric acid and 2 parts by mass of butylaldehyde were added dropwise to 100 parts by mass of the aqueous solution while stirring. The temperature was then raised to 80°C and maintained for 1 hour, after which the solution was allowed to cool. The resulting solution was dried and pulverized to obtain polyvinyl acetal.
PVP-1: Polyvinylpyrrolidone K-30 (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.)

<重合体(B)>
<合成例1 重合体(B-1)の作製>
ステンレス製重合反応器に、アクリロニトリル40部、1,3-ブタジエン60部、オレイン酸カリ石ケン3部、アゾビスイソブチロニトリル0.3部、t-ドデシルメルカプタン0.6部、及びイオン交換水200部を加えた。窒素雰囲気下において、撹拌しながら、45℃で20時間の重合を行い、転化率90%で重合を終了した。未反応のモノマーを減圧ストリッピングにより除き、固形分濃度約30%のアクリロニトリル-共役ジエン系ゴムラテックスを得た。続いて、ラテックスにイオン交換水を追加して全固形分濃度を12%に調整し、容積1Lの撹拌機付きオートクレーブに投入して、窒素ガスを10分間にわたり流して内容物中の溶存酸素を除去した。水素化触媒としての酢酸パラジウム75mgを、パラジウムに対して4倍モルの硝酸を添加したイオン交換水180mLに溶解して調製した触媒液を、オートクレーブに添加した。オートクレーブ内を水素ガスで2回置換した後、3MPaまで水素ガスで加圧した状態でオートクレーブの内容物を50℃に加温し、6時間の水素化反応を行った。その後、内容物を常温に戻し、オートクレーブ内を窒素雰囲気とした後、固形分を乾燥させて重合体(B-1)を回収した。重合体(B-1)の水素添加率は99.5%であり、重量平均分子量(Mw)は190,000であった。アクリロニトリル-共役ジエン系ゴムにおいて、アクリロニトリル-共役ジエン系ゴムの質量を基準として、共役ジエン単量体単位の含有量は60%であり、ニトリル基含有単量体単位の含有量は40%であった。また、重合体(B-1)において、重合体(B-1)の質量を基準として、アルキレン構造単位を含む脂肪族炭化水素構造単位の含有量は60%であり、ニトリル基含有単量体単位の含有量は40%であった。これらの単量体単位の含有量及び構造単位の含有量は、単量体の使用量から求めた(以下、同様である。)。
<Polymer (B)>
Synthesis Example 1: Preparation of Polymer (B-1)
A stainless steel polymerization reactor was charged with 40 parts of acrylonitrile, 60 parts of 1,3-butadiene, 3 parts of potassium soap oleate, 0.3 parts of azobisisobutyronitrile, 0.6 parts of t-dodecyl mercaptan, and 200 parts of ion-exchanged water. Under a nitrogen atmosphere, polymerization was carried out at 45°C for 20 hours with stirring, and the polymerization was terminated at a conversion rate of 90%. Unreacted monomers were removed by vacuum stripping to obtain an acrylonitrile-conjugated diene rubber latex with a solids concentration of approximately 30%. Subsequently, ion-exchanged water was added to the latex to adjust the total solids concentration to 12%, and the latex was placed in a 1 L autoclave equipped with a stirrer. Nitrogen gas was passed through the autoclave for 10 minutes to remove dissolved oxygen from the contents. A catalyst solution prepared by dissolving 75 mg of palladium acetate as a hydrogenation catalyst in 180 mL of ion-exchanged water containing 4 times the molar amount of nitric acid relative to the palladium was added to the autoclave. The autoclave was purged twice with hydrogen gas, and then the contents of the autoclave were heated to 50°C under a pressure of 3 MPa with hydrogen gas, and a hydrogenation reaction was carried out for 6 hours. The contents were then returned to room temperature, a nitrogen atmosphere was created inside the autoclave, and the solids were dried to recover polymer (B-1). The hydrogenation rate of polymer (B-1) was 99.5%, and the weight average molecular weight (Mw) was 190,000. In the acrylonitrile-conjugated diene rubber, the content of conjugated diene monomer units was 60%, and the content of nitrile group-containing monomer units was 40%, based on the mass of the acrylonitrile-conjugated diene rubber. Furthermore, in polymer (B-1), the content of aliphatic hydrocarbon structural units including alkylene structural units was 60%, and the content of nitrile group-containing monomer units was 40%, based on the mass of polymer (B-1). The content of these monomer units and the content of the structural units were determined from the amounts of the monomers used (the same applies hereinafter).

<合成例2~4 重合体(B-2)~重合体(B-4)の作製>
使用するモノマー組成を、表1に従って変更し、重合体(B-2)~重合体(B-4)を作製した。
<Synthesis Examples 2 to 4: Preparation of Polymers (B-2) to (B-4)>
The monomer compositions used were changed according to Table 1 to prepare polymers (B-2) to (B-4).

なお、表1のモノマーの欄に記した略号は、以下を意味する。
BD:1,3-ブタジエン
AN:アクリロニトリル
MAN:メタクリロニトリル
AAm:アクリルアミド
BA:ブチルアクリレート
The abbreviations shown in the monomer column in Table 1 have the following meanings.
BD: 1,3-butadiene AN: acrylonitrile MAN: methacrylonitrile AAm: acrylamide BA: butyl acrylate

上記以外に重合体(B)として以下の製品を使用した。
・H-NBR1: Therban(R)4307(ARLANXEO株式会社製、アクリロニトリル含有量43.0%)
・H-NBR2:Zetpole(R)3300(日本ゼオン株式会社製、アクリロニトリル含有量23.6%)
In addition to the above, the following products were used as polymer (B).
H-NBR1: Therban® 4307 (manufactured by ARLANXEO Co., Ltd., acrylonitrile content 43.0%)
H-NBR2: Zetpole® 3300 (manufactured by Zeon Corporation, acrylonitrile content 23.6%)

<製造例1 CNT合成用触媒の製造>
各実施例及び比較例において使用するカーボンナノチューブの製造に用いる、CNT合成用触媒は以下の方法により作製した。
<Production Example 1: Production of a catalyst for CNT synthesis>
The CNT synthesis catalyst used in the production of carbon nanotubes in each of the examples and comparative examples was prepared by the following method.

(製造例1-1)
[CNT合成用触媒(A)]
水酸化コバルト60部、酢酸マグネシウム・四水和物138部、酢酸マンガン16.2部をそれぞれ耐熱性容器に秤取り、電気オーブンを用いて、170±5℃の温度で1時間乾燥させて水分を蒸発させた後、粉砕機(ワンダークラッシャーWC-3、大阪ケミカル株式会社製)を用いて粉砕した。その後、粉砕したそれぞれの粉末を粉砕機で混合してCNT合成用触媒前駆体(A)を作製した。そして、CNT合成用触媒前駆体(A)を耐熱性容器に移し替え、マッフル炉(FO510、ヤマト科学株式会社製)を使用し、空気雰囲気、空気雰囲気、450±5℃の条件で30分間焼成した後、乳鉢で粉砕してCNT合成用触媒(A)を得た。
(Production Example 1-1)
[CNT synthesis catalyst (A)]
60 parts of cobalt hydroxide, 138 parts of magnesium acetate tetrahydrate, and 16.2 parts of manganese acetate were weighed into heat-resistant containers and dried in an electric oven at 170±5°C for 1 hour to evaporate the water, and then pulverized using a pulverizer (Wonder Crusher WC-3, manufactured by Osaka Chemical Co., Ltd.). The pulverized powders were then mixed in the pulverizer to produce a CNT synthesis catalyst precursor (A). The CNT synthesis catalyst precursor (A) was then transferred to a heat-resistant container and calcined in a muffle furnace (FO510, manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd.) under conditions of an air atmosphere and 450±5°C for 30 minutes, and then pulverized in a mortar to obtain a CNT synthesis catalyst (A).

(製造例1-2)
[CNT合成用触媒(B)]
水酸化コバルト60部、酢酸マグネシウム・四水和物138部、炭酸マンガン16.2部、ゼオライト(HSZ-940HOA、東ソー株式会社製)4.0部をそれぞれ耐熱性容器に秤取り、電気オーブンを用いて、170±5℃の温度で1時間乾燥させて水分を蒸発させた後、粉砕機を用いて粉砕した。その後、粉砕したそれぞれの粉末を粉砕機で混合してCNT合成用触媒前駆体(B)を作製した。そして、CNT合成用触媒前駆体(B)を耐熱性容器に移し替え、マッフル炉にて、空気雰囲気、450±5℃の条件で30分間焼成した後、乳鉢で粉砕してCNT合成用触媒(B)を得た。
(Production Example 1-2)
[CNT synthesis catalyst (B)]
60 parts of cobalt hydroxide, 138 parts of magnesium acetate tetrahydrate, 16.2 parts of manganese carbonate, and 4.0 parts of zeolite (HSZ-940HOA, manufactured by Tosoh Corporation) were weighed into heat-resistant containers, dried in an electric oven at 170±5°C for 1 hour to evaporate the water, and then pulverized using a pulverizer. The pulverized powders were then mixed in a pulverizer to produce a CNT synthesis catalyst precursor (B). The CNT synthesis catalyst precursor (B) was then transferred to a heat-resistant container and calcined in a muffle furnace in an air atmosphere at 450±5°C for 30 minutes, after which it was pulverized in a mortar to obtain a CNT synthesis catalyst (B).

(製造例1-3)
[CNT合成用触媒(C)]
酢酸コバルト・四水和物200部、酢酸水酸化アルミニウム水和物(アルミナ含量13質量%)78部をビーカーに量り取り、乳鉢を使って均一になるように混合し、CNT合成用触媒前駆体(C)を得た。得られたCNT合成用触媒前駆体(C)300部を耐熱容器に量り取り、マッフル炉にて、空気雰囲気、470℃±5℃の条件で60分間焼成した後、乳鉢で粉砕してCNT合成用触媒(C)を得た。
(Production Example 1-3)
[CNT synthesis catalyst (C)]
200 parts of cobalt acetate tetrahydrate and 78 parts of aluminum hydroxide acetate hydrate (alumina content 13% by mass) were weighed into a beaker and mixed uniformly using a mortar to obtain a CNT synthesis catalyst precursor (C). 300 parts of the obtained CNT synthesis catalyst precursor (C) were weighed into a heat-resistant container and baked in a muffle furnace in an air atmosphere at 470°C ± 5°C for 60 minutes, and then pulverized in a mortar to obtain a CNT synthesis catalyst (C).

(製造例1-4)
[CNT合成用触媒(D)]
酢酸鉄(II)200部、酢酸水酸化アルミニウム水和物(アルミナ含量13質量%)107部をビーカーに量り取り、乳鉢を使って均一になるように混合し、CNT合成用触媒前駆体(D)を得た。得られたCNT合成用触媒前駆体(D)300部を耐熱容器に量り取り、マッフル炉にて、空気雰囲気、470℃±5℃の条件で60分間焼成した後、乳鉢で粉砕してCNT合成用触媒(D)を得た。
(Production Example 1-4)
[CNT synthesis catalyst (D)]
200 parts of iron (II) acetate and 107 parts of aluminum hydroxide acetate hydrate (alumina content 13% by mass) were weighed into a beaker and mixed uniformly using a mortar to obtain CNT synthesis catalyst precursor (D). 300 parts of the obtained CNT synthesis catalyst precursor (D) were weighed into a heat-resistant container and baked in a muffle furnace in an air atmosphere at 470°C ± 5°C for 60 minutes, and then pulverized in a mortar to obtain CNT synthesis catalyst (D).

<製造例2 カーボンナノチューブの製造>
各実施例及び比較例において使用するカーボンナノチューブは、以下の方法により作製した。
<Production Example 2: Production of carbon nanotubes>
The carbon nanotubes used in each of the examples and comparative examples were produced by the following method.

(製造例2-1)
[CNT(A)]
製造例1-1で作製したCNT合成用触媒(A)と、製造例1-3で作製したCNT合成用触媒(C)を重量比9.5:0.5になるように粉砕機で混合しCNT合成用触媒(AC)を得た。加圧可能で、外部ヒーターで加熱可能な、内容積が10Lの横型反応管の中央部に、CNT合成用触媒(AC)1.0gを散布した石英ガラス製耐熱皿を設置した。窒素ガスを注入しながら排気を行い、反応管内の空気を窒素ガスで置換し、横型反応管中の雰囲気温度が600℃になるまで加熱した。600℃に到達した後、炭化水素としてプロパンガスを毎分2Lの流速で反応管内に導入し、60分間接触反応させた。反応終了後、反応管内のガスを窒素ガスで置換し、反応管の温度を100℃以下になるまで冷却し取り出すことでCNT(A)を得た。
(Production Example 2-1)
[CNT(A)]
The CNT synthesis catalyst (A) prepared in Production Example 1-1 and the CNT synthesis catalyst (C) prepared in Production Example 1-3 were mixed in a pulverizer at a weight ratio of 9.5:0.5 to obtain a CNT synthesis catalyst (AC). A quartz glass heat-resistant dish onto which 1.0 g of the CNT synthesis catalyst (AC) was dispersed was placed in the center of a horizontal reactor tube with an internal volume of 10 L, which could be pressurized and heated with an external heater. The reactor was evacuated while nitrogen gas was injected, and the air inside the reactor tube was replaced with nitrogen gas. The horizontal reactor tube was heated until the ambient temperature reached 600°C. After reaching 600°C, propane gas was introduced into the reactor tube as a hydrocarbon at a flow rate of 2 L per minute, and a catalytic reaction was carried out for 60 minutes. After the reaction was completed, the gas inside the reactor tube was replaced with nitrogen gas, and the reactor tube was cooled to below 100°C and removed, yielding CNT (A).

(製造例2-2)
[CNT(B)]
製造例1-2で作製したCNT合成用触媒(B)と、製造例1-3で作製したCNT合成用触媒(C)を重量比9.2:0.8になるように粉砕機で混合しCNT合成用触媒(BC)を得た。CNT合成用触媒としてCNT合成用触媒(BC)1.0gを使用した以外は製造例2-1と同様の方法にて、CNT(B)を作製した。
(Production Example 2-2)
[CNT(B)]
The CNT synthesis catalyst (B) produced in Production Example 1-2 and the CNT synthesis catalyst (C) produced in Production Example 1-3 were mixed in a pulverizer at a weight ratio of 9.2:0.8 to obtain a CNT synthesis catalyst (BC). CNT (B) was produced in the same manner as in Production Example 2-1, except that 1.0 g of the CNT synthesis catalyst (BC) was used as the CNT synthesis catalyst.

(製造例2-3)
[CNT(C)]
加圧可能で、外部ヒーターで加熱可能な、内容積が10Lの横型反応管の中央部に、製造例1-3で作製したCNT合成用触媒(C)1.0gを散布した石英ガラス製耐熱皿を設置した。窒素ガスを注入しながら排気を行い、反応管内の空気を窒素ガスで置換し、横型反応管中の雰囲気温度が750℃になるまで加熱した。750℃に到達した後、炭化水素としてメタンガスを毎分2Lの流速で反応管内に導入し、60分間接触反応させた。反応終了後、反応管内のガスを窒素ガスで置換し、反応管の温度を100℃以下になるまで冷却し取り出すことでCNT(C)を得た。
(Production Example 2-3)
[CNT(C)]
A quartz glass heat-resistant dish on which 1.0 g of the CNT synthesis catalyst (C) prepared in Production Example 1-3 was dispersed was placed in the center of a horizontal reaction tube with an internal volume of 10 L, which could be pressurized and heated with an external heater. The reaction tube was evacuated while nitrogen gas was injected, and the air inside the reaction tube was replaced with nitrogen gas. The horizontal reaction tube was heated until the ambient temperature reached 750°C. After reaching 750°C, methane gas was introduced into the reaction tube as a hydrocarbon at a flow rate of 2 L per minute, and a catalytic reaction was carried out for 60 minutes. After the reaction was completed, the gas inside the reaction tube was replaced with nitrogen gas, and the reaction tube was cooled to below 100°C and removed, yielding CNTs (C).

(製造例2-4)
[CNT(D)]
製造例1-1で作製したCNT合成用触媒(A)と、製造例1-4で作製したCNT合成用触媒(D)を重量比8.7:1.3になるように粉砕機で混合しCNT合成用触媒(AD)を得た。CNT合成用触媒としてCNT合成用触媒(AD)1.0gを使用した以外は製造例2-1と同様の方法にて、CNT(D)を作製した。
(Production Example 2-4)
[CNT(D)]
The CNT synthesis catalyst (A) produced in Production Example 1-1 and the CNT synthesis catalyst (D) produced in Production Example 1-4 were mixed in a pulverizer at a weight ratio of 8.7:1.3 to obtain a CNT synthesis catalyst (AD). CNT (D) was produced in the same manner as in Production Example 2-1, except that 1.0 g of the CNT synthesis catalyst (AD) was used as the CNT synthesis catalyst.

(製造例2-5)
[CNT(E)]
製造例1-1で作製したCNT合成用触媒(A)と、製造例1-3で作製したCNT合成用触媒(C)を重量比5.5:4.5になるように粉砕機で混合しCNT合成用触媒(AC2)を得た。CNT合成用触媒としてCNT合成用触媒(AC2)1.0gを使用した以外は製造例2-1と同様の方法にて、CNT(E)を作製した。
(Production Example 2-5)
[CNT(E)]
The CNT synthesis catalyst (A) produced in Production Example 1-1 and the CNT synthesis catalyst (C) produced in Production Example 1-3 were mixed in a pulverizer at a weight ratio of 5.5:4.5 to obtain a CNT synthesis catalyst (AC2). CNT (E) was produced in the same manner as in Production Example 2-1, except that 1.0 g of the CNT synthesis catalyst (AC2) was used as the CNT synthesis catalyst.

上記以外にカーボンナノチューブとして以下の製品を使用した。
・100T:K-Nanos 100T(Kumho Petrochemical株式会社製、多層CNT、繊維径10~15nm)
・BT1003M:LUCAN BT1003M(LG Chem Ltd.製、多層CNT、繊維径10~15nm)
・8S:JENOTUBE8S(株式会社JEIO製、多層CNT、繊維径6~9nm)
・VGCF:VGCF(昭和電工株式会社製、カーボンナノファイバー、繊維径150nm、繊維長8μm)
・TUBALL(80%):OCSiAl製、単層カーボンナノチューブ、平均外径:1.5nm、炭素成分80%、比表面積490m/g
In addition to the above, the following carbon nanotubes were used:
・ 100T: K-Nanos 100T (manufactured by Kumho Petrochemical Co., Ltd., multi-walled CNT, fiber diameter 10 to 15 nm)
BT1003M: LUCAN BT1003M (LG Chem Ltd., multi-walled CNT, fiber diameter 10 to 15 nm)
・8S: JENOTUBE8S (manufactured by JEIO Corporation, multi-walled CNT, fiber diameter 6 to 9 nm)
VGCF: VGCF (Showa Denko K.K., carbon nanofiber, fiber diameter 150 nm, fiber length 8 μm)
TUBALL (80%): made of OCSiAl, single-walled carbon nanotubes, average outer diameter: 1.5 nm, carbon content: 80%, specific surface area: 490 m 2 /g

<カーボンナノチューブ分散液の作製>
(実施例1-1)
表2-1に示す組成に従い、ステンレス容器にPVA-1、重合体(B-1)、NMPを加え、ディスパーで均一になるまで撹拌した。その後、CNT(A)をディスパーで撹拌しながら添加し、ハイシアミキサー(L5M-A、SILVERSON製)に角穴ハイシアスクリーンを装着し、8,500rpmの速度で全体が均一になるまでバッチ式分散を行った。続いて、ステンレス容器から、配管を介して高圧ホモジナイザー(スターバーストラボHJP-17007、スギノマシン製)に被分散液を供給し、5回パス式分散処理を行った。分散処理はシングルノズルチャンバーを使用し、ノズル径0.25mm、圧力100MPaにて行った。更に、目開き48μmのナイロンメッシュに3度通過させた後、磁気フィルター(トックエンジニアリング製)を介し、室温、磁束密度12,000ガウスの条件で濾過し、カーボンナノチューブ分散液(分散液1)を得た。濾過後の磁気フィルターには磁性を有する粒状の金属片の付着が見られた。また、表3に示す通り、分散液1は安定性が良好であった。また、分散液1のpHを前述の方法により測定した結果、8.9であった。
<Preparation of carbon nanotube dispersion liquid>
(Example 1-1)
According to the composition shown in Table 2-1, PVA-1, polymer (B-1), and NMP were added to a stainless steel container and stirred with a disperser until uniform. Subsequently, CNT (A) was added while stirring with a disperser, and a square-hole high-shear screen was attached to a high-shear mixer (L5M-A, manufactured by SILVERSON). A batch dispersion was carried out at a speed of 8,500 rpm until the entire mixture was uniform. Subsequently, the dispersion liquid was supplied from the stainless steel container to a high-pressure homogenizer (Starburst Lab HJP-17007, manufactured by Sugino Machine) via piping, and a five-pass dispersion process was carried out. The dispersion process was carried out using a single nozzle chamber with a nozzle diameter of 0.25 mm and a pressure of 100 MPa. The mixture was then passed through a nylon mesh with 48 μm openings three times, and then filtered through a magnetic filter (manufactured by TOK Engineering) at room temperature and a magnetic flux density of 12,000 gauss to obtain a carbon nanotube dispersion (Dispersion 1). After filtration, magnetic granular metal particles were found to be attached to the magnetic filter. As shown in Table 3, Dispersion 1 had good stability. The pH of Dispersion 1 was measured by the above-mentioned method and was found to be 8.9.

(実施例1-2~1-26、比較例1-1~1-7)
表2-1に示す組成に従い、実施例1-1と同様にして、各分散液(分散液2~26、比較分散液1~7)を得た。尚、実施例1-11~1~26では、添加剤として表2-1に示す塩基を重合体(B)と同時に加えてpHを表2-2に示す値になるよう調整し、それ以外は実施例1-1と同様にして、分散液を作製した。
(Examples 1-2 to 1-26, Comparative Examples 1-1 to 1-7)
Each dispersion (Dispersions 2 to 26, Comparative Dispersions 1 to 7) was prepared in the same manner as in Example 1-1 according to the composition shown in Table 2-1. In Examples 1-11 to 1-26, the base shown in Table 2-1 was added as an additive simultaneously with the polymer (B) to adjust the pH to the value shown in Table 2-2, and the other procedures were the same as in Example 1-1 to prepare the dispersion.

表3に示す通り、実施例のカーボンナノチューブ分散液(分散液1~26)はいずれも貯蔵安定性が良好であった。また、流動性が非常に優れることが確認できた。一方、比較分散液1~6は高粘度、もしくは貯蔵安定性が不良であり、特に比較分散液4~6は初期粘度、貯蔵安定性ともに極めて不良であった。また、どの比較分散液も実施例のカーボンナノチューブ分散液に比して、流動性が劣る結果となった。 As shown in Table 3, all of the carbon nanotube dispersions of the examples (Dispersions 1 to 26) had good storage stability. They were also confirmed to have very excellent fluidity. On the other hand, comparative dispersions 1 to 6 had high viscosity or poor storage stability, and comparative dispersions 4 to 6 in particular had extremely poor initial viscosity and storage stability. Furthermore, all of the comparative dispersions had inferior fluidity compared to the carbon nanotube dispersions of the examples.

比較例1-4のように重合体(B)のみで分散液を調製した場合、重合体(B)溶液の粘度が高く、そして得られるカーボンナノチューブ分散液粘度もまた非常に高い結果となった。また、100nm以下の範囲に繊維径分布の異なる二種類のカーボンナノチューブを含まない比較例1-1~1-2では、重合体(A)と重合体(B)を併用して分散液を調製することはできたものの、得られる分散液の流動性が低い結果となった。 When a dispersion was prepared using only polymer (B), as in Comparative Example 1-4, the viscosity of the polymer (B) solution was high, and the viscosity of the resulting carbon nanotube dispersion was also very high. Furthermore, in Comparative Examples 1-1 and 1-2, which did not contain two types of carbon nanotubes with different fiber diameter distributions in the 100 nm or less range, a dispersion could be prepared using both polymer (A) and polymer (B), but the fluidity of the resulting dispersion was low.

実施例1-7と実施例1-11~13とを比較すると、pHを9.0以上に調整した分散液はより低粘度で得られた。カーボンナノチューブ分散液のpHが9.0以上に調整することで、重合体(B)の溶液粘度が低下するだけでなく、重合体(A)及び重合体(B)のカーボンナノチューブへの吸着力が向上し、分散性が良好な分散液が容易に得られるようになったと思われる。実施例1-19~21でも同様に低粘度の分散液が得られたことから、塩基の添加だけでなく、分散液のpHを調整することで効果が得られることが確認された。 Comparing Example 1-7 with Examples 1-11 to 13, dispersions with a pH adjusted to 9.0 or higher were obtained with lower viscosity. By adjusting the pH of the carbon nanotube dispersion to 9.0 or higher, not only was the solution viscosity of polymer (B) reduced, but the adsorption of polymer (A) and polymer (B) to the carbon nanotubes was improved, making it easier to obtain dispersions with good dispersibility. Similar low-viscosity dispersions were obtained in Examples 1-19 to 21, confirming that effects could be obtained not only by adding a base, but also by adjusting the pH of the dispersion.

<正極用合材スラリー及び正極膜の作製>
<実施例2-1>
表4に示す組成に従い、容量150mLのプラスチック容器にカーボンナノチューブ分散液(分散液1)と、8質量%PVDFを溶解したNMPとを加えた後、自転及び公転ミキサー(株式会社シンキー製あわとり練太郎、ARE-310)を用いて、2,000rpmで30秒間撹拌し、カーボンナノチューブ分散組成物を得た。その後、電極活物質としてNMCを添加し、自転及び公転ミキサーを用いて、2,000rpmで20分間にわたり撹拌した。更にその後、NMPを添加し、自転及び公転ミキサーを用いて、2,000rpmで30秒間撹拌して、正極用合材スラリーを得た。正極用合材スラリーの固形分は70質量%とした。
<Preparation of Positive Electrode Composite Slurry and Positive Electrode Film>
<Example 2-1>
According to the composition shown in Table 4, a carbon nanotube dispersion (Dispersion 1) and 8% by mass PVDF dissolved in NMP were added to a 150 mL plastic container, and then the mixture was stirred at 2,000 rpm for 30 seconds using a rotation and revolution mixer (Thinky Corporation, Awatori Rentaro, ARE-310) to obtain a carbon nanotube dispersion composition. Thereafter, NMC was added as an electrode active material, and the mixture was stirred at 2,000 rpm for 20 minutes using a rotation and revolution mixer. Further, NMP was added, and the mixture was stirred at 2,000 rpm for 30 seconds using a rotation and revolution mixer to obtain a positive electrode composite slurry. The solids content of the positive electrode composite slurry was 70% by mass.

正極用合材スラリーを集電体となる厚さ20μmのアルミ箔上にアプリケーターを用いて塗工した後、電気オーブン中で120℃±5℃で25分間にわたり乾燥させて電極の単位面積当たりの目付量が20mg/cmとなるように調整した。更にロールプレス(株式会社サンクメタル製、3t油圧式ロールプレス)による圧延処理を行い、正極合材層の密度が3.0g/cmとなる正極膜1aを作製した。 The positive electrode composite slurry was applied to a 20 μm thick aluminum foil current collector using an applicator, and then dried in an electric oven at 120°C ± 5°C for 25 minutes to adjust the electrode weight per unit area to 20 mg/ cm2 . Further, a rolling process was performed using a roll press (Thank Metal Co., Ltd., 3 ton hydraulic roll press) to produce a positive electrode film 1a with a positive electrode composite layer density of 3.0 g/ cm3 .

<実施例2-2~2-26、比較例2-1~2-7>
表4に示す通り、カーボンナノチューブ分散液の種類を変更した以外は実施例2-1と同様の方法により、正極膜2a~26a、比較正極膜1a~7aを作製した。
<Examples 2-2 to 2-26, Comparative Examples 2-1 to 2-7>
As shown in Table 4, positive electrode films 2a to 26a and comparative positive electrode films 1a to 7a were produced in the same manner as in Example 2-1, except that the type of carbon nanotube dispersion liquid was changed.

<実施例3-1~3-3、比較例3-1~3-3>
表4に示す通り、電極活物質をNCAに変更した以外は実施例2-1と同様の方法により、正極膜1b~3b、及び比較正極膜1b~3bを作製した。
<Examples 3-1 to 3-3, Comparative Examples 3-1 to 3-3>
As shown in Table 4, positive electrode membranes 1b to 3b and comparative positive electrode membranes 1b to 3b were prepared in the same manner as in Example 2-1, except that the electrode active material was changed to NCA.

なお、表4に記した略号は、以下を意味する。
・NMC:NCM523(日本化学工業株式会社製、組成:LiNi0.5Co0.2Mn0.3、固形分100%)
・NCA:HED(登録商標)NAT-7050(BASF戸田バッテリーマテリアルズ合同会社製、組成:LiNi0.8Co0.15Al0.05)、固形分100%
・PVDF:ポリフッ化ビニリデン(Solef#5130(Solvey株式会社製)、固形分100%)
The abbreviations in Table 4 have the following meanings:
・NMC: NCM523 (manufactured by Nihon Kagaku Kogyo Co., Ltd., composition: LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 , solid content 100%)
NCA: HED (registered trademark) NAT-7050 (manufactured by BASF Toda Battery Materials LLC, composition: LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 ), solid content 100%
PVDF: Polyvinylidene fluoride (Solef #5130 (manufactured by Solvey Co., Ltd.), solid content 100%)

表5に、電極の評価結果を示す。安定性良好であるカーボンナノチューブ分散液を用いて作成した電極膜は、どれも抵抗が良い値を示した。比較例と比較して、カーボンナノチューブが効率的に導電ネットワークを形成することができていると考えられる。 Table 5 shows the electrode evaluation results. All of the electrode films created using the carbon nanotube dispersion, which has good stability, showed good resistance values. Compared to the comparative example, it is believed that the carbon nanotubes were able to efficiently form a conductive network.


<非水電解質二次電池の作製>
<実施例4-1~4-26、比較例4-1~4-7>
<実施例5-1~5-3、比較例5-1~5-3>
下記の標準負極と表5に示す正極膜とを各々50mm×45mm、45mm×40mmに打ち抜き、その間に挿入されるセパレーター(多孔質ポリプロプレンフィルム)とをアルミ製ラミネート袋に挿入し、電気オーブン中、70℃で1時間乾燥させた。続いて、アルゴンガスで満たされたグローブボックス内で、電解液を2mL注入し、アルミ製ラミネート袋を封口して電池1a~26a、電池1b~3b、比較電池1a~7a、及び比較電池1b~3bを作製した。電解液は、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとジエチルカーボネートを1:1:1(体積比)の割合で混合した混合溶媒を作製し、更に添加剤として、VC(ビニレンカーボネート)を電解液100部に対して1部加えた後、LiPFを1Mの濃度で溶解させた非水電解液である。
<Fabrication of Non-Aqueous Electrolyte Secondary Battery>
<Examples 4-1 to 4-26, Comparative Examples 4-1 to 4-7>
<Examples 5-1 to 5-3, Comparative Examples 5-1 to 5-3>
The standard negative electrode and the positive electrode film shown in Table 5 were punched out to 50 mm x 45 mm and 45 mm x 40 mm, respectively. The separator (porous polypropylene film) inserted between them was inserted into an aluminum laminate bag and dried in an electric oven at 70 °C for 1 hour. Subsequently, 2 mL of electrolyte was poured into a glove box filled with argon gas, and the aluminum laminate bag was sealed to produce Batteries 1a to 26a, Batteries 1b to 3b, Comparative Batteries 1a to 7a, and Comparative Batteries 1b to 3b. The electrolyte was a nonaqueous electrolyte prepared by mixing ethylene carbonate, dimethyl carbonate, and diethyl carbonate in a 1:1:1 (volume ratio) mixed solvent. Furthermore, 1 part of VC (vinylene carbonate) was added as an additive to 100 parts of the electrolyte solution, and then LiPF6 was dissolved in the nonaqueous electrolyte to a concentration of 1 M.

<製造例1 標準負極用合材スラリーの作製>
容量150mLのプラスチック容器にアセチレンブラック(デンカ株式会社製、デンカブラック(登録商標)HS-100)と、CMCと、水と、を加えた後、自転及び公転ミキサー(株式会社シンキー製あわとり練太郎、ARE-310)を用いて、2,000rpmで30秒間撹拌した。更に負極活物質として人造黒鉛を添加し、自転及び公転ミキサー(株式会社シンキー製あわとり練太郎、ARE-310)を用いて、2,000rpmで150秒間撹拌した。続いてSBRを加えて、自転及び公転ミキサー(株式会社シンキー製あわとり練太郎、ARE-310)を用いて、2,000rpmで30秒間撹拌し、標準負極用合材スラリーを得た。標準負極用合材スラリーの固形分は48質量%とした。標準負極用合材スラリー中の負極活物質:導電材:CMC:SBRの固形分比率は97:0.5:1:1.5とした。
<Production Example 1: Preparation of standard negative electrode composite slurry>
Acetylene black (Denka Black (registered trademark) HS-100, manufactured by Denka Co., Ltd.), CMC, and water were added to a 150 mL plastic container, and the mixture was stirred at 2,000 rpm for 30 seconds using a centrifugal mixer (Thinky Corporation, ARE-310, Awatori Rentaro). Furthermore, artificial graphite was added as a negative electrode active material, and the mixture was stirred at 2,000 rpm for 150 seconds using a centrifugal mixer (Thinky Corporation, ARE-310, Awatori Rentaro). Subsequently, SBR was added, and the mixture was stirred at 2,000 rpm for 30 seconds using a centrifugal mixer (Thinky Corporation, ARE-310, Awatori Rentaro). A standard negative electrode composite slurry was obtained. The solids content of the standard negative electrode composite slurry was 48% by mass. The solid content ratio of the negative electrode active material:conductive material:CMC:SBR in the standard negative electrode mixture slurry was 97:0.5:1:1.5.

なお、上記に記した略号は、以下を意味する。
・HS-100:デンカブラックHS-100(デンカ株式会社製、アセチレンブラック、平均一次粒子径48nm、比表面積39m/g)
・人造黒鉛:CGB-20(日本黒鉛工業株式会社製)、固形分100%
・CMC:#1190(ダイセルファインケム株式会社製)、固形分100%
・SBR:TRD2001(JSR株式会社製)、固形分48%
The abbreviations listed above have the following meanings:
HS-100: Denka Black HS-100 (manufactured by Denka Company Ltd., acetylene black, average primary particle diameter 48 nm, specific surface area 39 m 2 /g)
Artificial graphite: CGB-20 (manufactured by Nippon Graphite Industries Co., Ltd.), solid content 100%
CMC: #1190 (manufactured by Daicel FineChem Co., Ltd.), solid content 100%
SBR: TRD2001 (manufactured by JSR Corporation), solid content 48%

<製造例2 標準負極の作製>
負極用合材スラリーを集電体となる厚さ20μmの銅箔上にアプリケーターを用いて塗工した後、電気オーブン中で80℃±5℃で25分間にわたり乾燥させて電極の単位面積当たりの目付量が10mg/cmとなるように調整した。更にロールプレス(株式会社サンクメタル製、3t油圧式ロールプレス)による圧延処理を行い、負極合材層の密度が1.6g/cmとなる負極を作製した。
<Production Example 2: Preparation of standard negative electrode>
The negative electrode composite slurry was applied to a 20 μm thick copper foil current collector using an applicator, and then dried in an electric oven at 80°C ± 5°C for 25 minutes to adjust the electrode weight per unit area to 10 mg/ cm2 . The resultant was then rolled using a roll press (Thank Metal Co., Ltd., 3 ton hydraulic roll press) to produce a negative electrode with a negative electrode composite layer density of 1.6 g/ cm3 .

<レート試験及びサイクル試験の結果>
表5に示す通り、安定性、流動性が良好なカーボンナノチューブ分散液を正極膜に備えた電池はレート特性及びサイクル特性が良好であり、流動性不良であるカーボンナノチューブ分散液を正極膜に備えた電池はいずれの特性も悪かった。低抵抗な正極膜は、電池としても抵抗が低く、レート特性が良化するものと思われる。また、比較的に低抵抗である電極活物質粒子にサイクルの負荷が集中するため、劣化が促進されてしまうのに対し、全体に良好な導電ネットワークが形成されている場合、負荷が分散されるため劣化しにくくなると思われる。
<Rate test and cycle test results>
As shown in Table 5, batteries with a carbon nanotube dispersion liquid with good stability and fluidity in the positive electrode film had good rate and cycle characteristics, while batteries with a carbon nanotube dispersion liquid with poor fluidity in the positive electrode film had poor characteristics in both cases. A low-resistance positive electrode film is thought to have low resistance as a battery and improve rate characteristics. Furthermore, since the cycle load is concentrated on the electrode active material particles, which have relatively low resistance, deterioration is accelerated, whereas if a good conductive network is formed throughout, the load is distributed and deterioration is less likely to occur.

以上のように、分散性と安定性、更に流動性とを共立することで、電極膜中で良好な分散状態を維持して効率的な導電ネットワークを形成することができ、レート特性及びサイクル特性が良好な電池を製造することができた。 As described above, by achieving both dispersibility, stability, and fluidity, it was possible to maintain a good dispersion state in the electrode film and form an efficient conductive network, enabling the production of a battery with good rate and cycle characteristics.

上記実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記によって限定されるものではない。本発明の構成及び詳細は、本発明の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。 The present invention has been described with reference to the above embodiments, but the present invention is not limited to the above. The configuration and details of the present invention may be modified in various ways that are understandable to those skilled in the art and are within the scope of the present invention.

1:第一のピーク
2:第一のピークのモード径
1: First peak 2: Mode diameter of first peak

Claims (11)

カーボンナノチューブと、ヒドロキシル基含有構造単位及び複素環含有構造単位からなる群から選択される少なくとも1種以上を含み、かつ、ニトリル基含有構造単位を含まない第一の重合体と、ニトリル基含有構造単位を含む第二の重合体と、溶媒と、を含むカーボンナノチューブ分散液であって、
前記第一の重合体は、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、及びポリビニルピロリドンの少なくともいずれかであり、
前記第二の重合体は、ニトリル基含有構造単位及び脂肪族炭化水素構造単位を含み、
前記第二の重合体の質量を基準として、前記ニトリル基含有構造単位の含有量が15質量%以上、かつ前記脂肪族炭化水素構造単位の含有量が40質量%以上であり、
さらに、前記ニトリル基含有構造単位及び前記脂肪族炭化水素構造単位の合計の含有量が80質量%以上100質量%以下であり、
前記溶媒は、アミド系有機溶媒であり、
前記カーボンナノチューブが、走査型電子顕微鏡で測定した繊維径分布において100nm以下の範囲に繊維径分布の異なる少なくとも二種類のカーボンナノチューブを含み、
前記二種類のカーボンナノチューブは、第一の繊維径分布を示す成分と、第二の繊維径分布を示す成分と、を含む、カーボンナノチューブ分散液。
A carbon nanotube dispersion liquid containing carbon nanotubes, a first polymer containing at least one selected from the group consisting of a hydroxyl group-containing structural unit and a heterocycle-containing structural unit and not containing a nitrile group-containing structural unit, a second polymer containing a nitrile group-containing structural unit, and a solvent,
the first polymer is at least one of polyvinyl alcohol, polyvinyl acetal, and polyvinylpyrrolidone;
the second polymer comprises a nitrile group-containing structural unit and an aliphatic hydrocarbon structural unit,
the content of the nitrile group-containing structural unit is 15% by mass or more and the content of the aliphatic hydrocarbon structural unit is 40% by mass or more, based on the mass of the second polymer;
Furthermore, the total content of the nitrile group-containing structural unit and the aliphatic hydrocarbon structural unit is 80% by mass or more and 100% by mass or less,
the solvent is an amide-based organic solvent,
the carbon nanotubes include at least two types of carbon nanotubes having different fiber diameter distributions in a range of 100 nm or less as measured by a scanning electron microscope;
The two types of carbon nanotubes include a component exhibiting a first fiber diameter distribution and a component exhibiting a second fiber diameter distribution.
前記第一の繊維径分布の範囲が、2nm以上30nm未満であり、前記第二の繊維径分布の範囲が、30nm以上100nm以下である、請求項1に記載のカーボンナノチューブ分散液。 The carbon nanotube dispersion liquid according to claim 1, wherein the first fiber diameter distribution range is 2 nm or more and less than 30 nm, and the second fiber diameter distribution range is 30 nm or more and 100 nm or less. 前記第一の繊維径分布を有する成分の含有量が、前記カーボンナノチューブの全量に対して個数基準で40%以上99%以下である、請求項1又は2に記載のカーボンナノチューブ分散液。 The carbon nanotube dispersion liquid according to claim 1 or 2, wherein the content of the component having the first fiber diameter distribution is 40% or more and 99% or less on a number basis relative to the total amount of the carbon nanotubes. 繊維長0.3μm以下のカーボンナノチューブの含有量が、前記カーボンナノチューブの全量に対して個数基準で75%以下であり、前記カーボンナノチューブ分散液中の前記カーボンナノチューブの平均繊維長が0.1μm以上1.0μm以下である、請求項1~3のいずれか1項に記載のカーボンナノチューブ分散液。 The carbon nanotube dispersion liquid according to any one of claims 1 to 3, wherein the content of carbon nanotubes having a fiber length of 0.3 μm or less is 75% or less by number based on the total amount of the carbon nanotubes, and the average fiber length of the carbon nanotubes in the carbon nanotube dispersion liquid is 0.1 μm or more and 1.0 μm or less. 前記第一の重合体の含有量が、前記第一の重合体及び前記第二の重合体の合計質量に対して30質量%以上70質量%以下である、請求項1~4のいずれか1項に記載のカーボンナノチューブ分散液。 The carbon nanotube dispersion liquid according to any one of claims 1 to 4, wherein the content of the first polymer is 30% by mass or more and 70% by mass or less relative to the total mass of the first polymer and the second polymer. レーザー回折/散乱式粒度分布測定法においてレーザー光の透過率が50%の条件で測定した粒度分布が、少なくとも2つ以上のピークを有し、
前記2つ以上のピークのうち粒子径が最も小さい第一のピークのモード径が0.2μm以下である、請求項1~5いずれか1項に記載のカーボンナノチューブ分散液。
The particle size distribution measured by a laser diffraction/scattering particle size distribution measurement method under the condition of a laser light transmittance of 50% has at least two peaks,
6. The carbon nanotube dispersion liquid according to claim 1, wherein a mode diameter of a first peak having the smallest particle diameter among the two or more peaks is 0.2 μm or less.
前記溶媒が実質的に水を含まず、かつ、pHが9.0以上12.0以下である、請求項1~6のいずれか1項に記載のカーボンナノチューブ分散液。 The carbon nanotube dispersion liquid described in any one of claims 1 to 6, wherein the solvent is substantially free of water and has a pH of 9.0 or more and 12.0 or less. 請求項1~のいずれか1項に記載のカーボンナノチューブ分散液と、フッ素系樹脂と、を含むカーボンナノチューブ分散組成物。 A carbon nanotube dispersion composition comprising the carbon nanotube dispersion liquid according to any one of claims 1 to 7 and a fluorine-based resin. 請求項1~のいずれか1項に記載のカーボンナノチューブ分散液、または請求項記載のカーボンナノチューブ分散組成物と、電極活物質と、を含む電極膜用スラリー。 A slurry for an electrode film, comprising the carbon nanotube dispersion liquid according to any one of claims 1 to 7 or the carbon nanotube dispersion composition according to claim 8 , and an electrode active material. 請求項1~のいずれか1項に記載のカーボンナノチューブ分散液、または請求項記載のカーボンナノチューブ分散組成物、または請求項記載の電極膜用スラリーの塗工膜を含む電極膜。 10. An electrode film comprising a coating film of the carbon nanotube dispersion liquid according to any one of claims 1 to 7 , the carbon nanotube dispersion composition according to claim 8 , or the slurry for an electrode film according to claim 9 . 正極と、負極と、電解質と、を具備してなる二次電池であって、請求項10記載の電極膜を正極または負極の少なくとも一方に用いた二次電池。 11. A secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, wherein the electrode film according to claim 10 is used in at least one of the positive electrode and the negative electrode.
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