JP7194860B1 - カーボンナノチューブ分散液、及びそれを用いた電極用塗料、電極、非水電解質二次電池 - Google Patents
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Abstract
Description
[1] 単層カーボンナノチューブ、カルボキシメチルセルロース及び/又はその塩、及び、水、を含むカーボンナノチューブ分散液であって、前記単層カーボンナノチューブの含有量が0.47~1.00質量%であり、前記カルボキシメチルセルロース及び/又はその塩は、エーテル化度が0.65~0.85でありかつ重量平均分子量が12万~25万であるものを少なくとも一種含み、前記カルボキシメチルセルロース及び/又はその塩の含有量が、前記単層カーボンナノチューブ100質量部に対して120~220質量部である、カーボンナノチューブ分散液。
[2] [1]に記載のカーボンナノチューブ分散液、及び、シリコン系活物質、を含む非水電解質二次電池の電極用塗料。
[3] [2]に記載の電極用塗料を用いて作製された非水電解質二次電池用電極。
[4] [3]に記載の非水電解質二次電池用電極を備える、非水電解質二次電池。
単層カーボンナノチューブは、炭素によって構成される六員環ネットワーク(グラフェンシート)を円筒状に巻いた形状を持つ物質であるカーボンナノチューブ(以下、CNTということがある。)のうち、単層の構造を持つものであり、シングルウォールカーボンナノチューブ(以下、SWCNTということがある。)とも称される。
カルボキシメチルセルロース及び/又はその塩(以下、CMCということがある。)は、セルロースを構成するグルコース残基中の水酸基がカルボキシメチルエーテル基に置換された構造を持つものである。CMCは、カルボキシ基(-COOH)を有するものでもよく、カルボン酸塩の形態を持つでもよく、両者を併用してもよい。
CMC0.6gを105℃で4時間乾燥する。乾燥物の質量を精秤した後、ろ紙に包んで磁製ルツボ中で灰化する。灰化物を500mLビーカーに移し、水250mL及び0.05mol/Lの硫酸水溶液35mLを加えて30分間煮沸する。冷却後、過剰の酸を0.1mol/Lの水酸化カリウム水溶液で逆滴定する(指示薬としてフェノールフタレイン使用)。下記式よりエーテル化度を算出する。
式: (エーテル化度)=162×A/(10000-80A)
A=(af-bf1)/乾燥物の質量(g)
A:試料1g中の結合アルカリに消費された0.05mol/Lの硫酸水溶液の量(mL)
a:0.05mol/Lの硫酸水溶液の使用量(mL)
f:0.05mol/Lの硫酸水溶液の力価
b:0.1mol/Lの水酸化カリウム水溶液の滴定量(mL)
f1:0.1mol/Lの水酸化カリウム水溶液の力価
・装置
高速HPLC:Prominence-i LC-2030、島津製作所製
検出器:示差屈折率検出器RID-20A、島津製作所製
カラム:TSKgel G3000SW+G4000SW+ガードカラム、東ソー製
・測定方法
0.08mol/L酢酸ソーダ水溶液を移動相溶媒として、有効成分約66mgを移動相溶媒10mLで溶解し、フィルター濾過後、10μL注入した。分析条件は、流速[mL/min]=0.70、カラム温度=40℃、測定圧力[kg/cm2]=1~15、測定時間[min]=60として、標準物質は分子量既知のポリエチレンオキシドを用いた。
・CMC(B2-2):エーテル化度が0.65~0.85(好ましくは0.70~0.80)かつ重量平均分子量が25万超(好ましくは30万~100万、より好ましくは40万~90万)であるカルボキシメチルセルロース及び/又はその塩
本実施形態に係るカーボンナノチューブ分散液は、上記(A)成分及び(B)成分とともに、(C)成分として水を含むものであり、水中にカーボンナノチューブが分散した分散液である。
上記カーボンナノチューブ分散液は、非水電解質二次電池の電極用塗料として用いることができる。一実施形態に係る電極用塗料は、上記カーボンナノチューブ分散液、及び、シリコン系活物質、を含む。
一実施形態に係る非水電解質二次電池は、上記電極用塗料を用いて作製された電極を備えるものである。かかる非水電解質二次電池用電極は、正極でも負極でもよいが、好ましくは負極である。非水電解質二次電池としては、リチウムイオン二次電池であることが好ましい。
・CNT-1:シングルウォールカーボンナノチューブ(SWCNT)。純度=96.5質量%、平均直径=1.6nm、平均繊維長=5μm。OCSiAl社製「TUBALL BATT」
・CNT-2:マルチウォールカーボンナノチューブ(MWCNT)。純度=98質量%、平均直径=10nm、平均繊維長=10μm。Cnano社製「FT9000」
・CMC-1:カルボキシメチルセルロースナトリウム塩。エーテル化度=0.75、重量平均分子量=150,000。下記合成例1により合成したもの。
(合成例1)
溶媒(イソプロピルアルコール/水=80/20(質量比))2020g、50質量%水酸化ナトリウム水溶液579g及びチップ状セルロース(針葉樹N-DSP165g、広葉樹L-DSP385g)計550gを、2軸ニーダー型反応機に投入し、25℃で90分間アルカリセルロース化反応を行った。続いて、得られた反応液に25℃に調整したモノクロロ酢酸330gと溶媒(イソプロピルアルコール/水=80/20(質量比))152gとの混合物を60分間かけて滴下した後、25分かけて78℃まで昇温し、さらに70分間エーテル化反応を行った。次いで、得られた反応液を60℃まで冷却し、50質量%酢酸水溶液を用いてpHを8.5に調整した後、減圧濾過器を用いて反応溶媒を気化回収して粗カルボキシメチルセルロースナトリウム塩を得た。得られた粗カルボキシメチルセルロースナトリウム塩の質量に対して10倍量のメタノールを用いて洗浄し、105℃で45分間乾燥させた。得られた乾燥物を衝撃式ミル(ホソカワミクロン株式会社製のパルペライザー)を用いて粉砕し、カルボキシメチルセルロースナトリウム塩(CMC-1)を得た。
(合成例2)
溶媒(イソプロピルアルコール/水=80/20(質量比))2020g、50質量%水酸化ナトリウム水溶液579g及びチップ状セルロース(針葉樹N-DSP)550gを、2軸ニーダー型反応機に投入し、25℃で120分間アルカリセルロース化反応を行った。続いて、得られた反応液に25℃に調整したモノクロロ酢酸334gと溶媒(イソプロピルアルコール/水=80/20(質量比))152gとの混合物を60分間かけて滴下した後、25分かけて78℃まで昇温し、さらに70分間エーテル化反応を行った。次いで、得られた反応液を60℃まで冷却し、50質量%酢酸水溶液を用いてpHを8.5に調整した後、減圧濾過器を用いて反応溶媒を気化回収して粗カルボキシメチルセルロースナトリウム塩を得た。得られた粗カルボキシメチルセルロースナトリウム塩の質量に対して10倍量のメタノールを用いて洗浄し、105℃で45分間乾燥させた。得られた乾燥物を衝撃式ミル(ホソカワミクロン株式会社製のパルペライザー)を用いて粉砕し、カルボキシメチルセルロースナトリウム塩(CMC-2)を得た。
(合成例3)
溶媒(イソプロピルアルコール/水=80/20(質量比))2020g、50質量%水酸化ナトリウム水溶液579g及びチップ状セルロース(広葉樹L-DSP)550gを、2軸ニーダー型反応機に投入し、25℃で90分間アルカリセルロース化反応を行った。続いて、得られた反応液に25℃に調整したモノクロロ酢酸325gと溶媒(イソプロピルアルコール/水=80/20(質量比))152gとの混合物を60分間かけて滴下した後、25分かけて78℃まで昇温し、さらに70分間エーテル化反応を行った。次いで、得られた反応液を60℃まで冷却し、50質量%酢酸水溶液を用いてpHを8.5に調整した後、減圧濾過器を用いて反応溶媒を気化回収して粗カルボキシメチルセルロースナトリウム塩を得た。得られた粗カルボキシメチルセルロースナトリウム塩の質量に対して10倍量のメタノールを用いて洗浄し、105℃で45分間乾燥させた。得られた乾燥物を衝撃式ミル(ホソカワミクロン株式会社製のパルペライザー)を用いて粉砕し、カルボキシメチルセルロースナトリウム塩(CMC-3)を得た。
(合成例4)
溶媒(イソプロピルアルコール/水=80/20(質量比))2020g、50質量%水酸化ナトリウム水溶液579g及びチップ状セルロース(針葉樹N-DSP)550gを、2軸ニーダー型反応機に投入し、25℃で90分間アルカリセルロース化反応を行った。続いて、得られた反応液に25℃に調整したモノクロロ酢酸334gと溶媒(イソプロピルアルコール/水=80/20(質量比))152gとの混合物を60分間かけて滴下した後、25分かけて78℃まで昇温し、さらに70分間エーテル化反応を行った。次いで、得られた反応液を60℃まで冷却し、50質量%酢酸水溶液を用いてpHを8.5に調整した後、減圧濾過器を用いて反応溶媒を気化回収して粗カルボキシメチルセルロースナトリウム塩を得た。得られた粗カルボキシメチルセルロースナトリウム塩の質量に対して10倍量のメタノールを用いて洗浄し、105℃で45分間乾燥させた。得られた乾燥物を衝撃式ミル(ホソカワミクロン株式会社製のパルペライザー)を用いて粉砕し、カルボキシメチルセルロースナトリウム塩(CMC-4)を得た。
(合成例5)
溶媒(イソプロピルアルコール/水=80/20(質量比))2020g、50質量%水酸化ナトリウム水溶液579g及びチップ状セルロース(針葉樹N-DSP165g、広葉樹L-DSP385g)計550gを、2軸ニーダー型反応機に投入し、25℃で90分間アルカリセルロース化反応を行った。続いて、得られた反応液に25℃に調整したモノクロロ酢酸290gと溶媒(イソプロピルアルコール/水=80/20(質量比))152gとの混合物を60分間かけて滴下した後、25分かけて78℃まで昇温し、さらに70分間エーテル化反応を行った。次いで、得られた反応液を60℃まで冷却し、50質量%酢酸水溶液を用いてpHを8.5に調整した後、減圧濾過器を用いて反応溶媒を気化回収して粗カルボキシメチルセルロースナトリウム塩を得た。得られた粗カルボキシメチルセルロースナトリウム塩の質量に対して10倍量のメタノールを用いて洗浄し、105℃で45分間乾燥させた。得られた乾燥物を衝撃式ミル(ホソカワミクロン株式会社製のパルペライザー)を用いて粉砕し、カルボキシメチルセルロースナトリウム塩(CMC-5)を得た。
(合成例6)
溶媒(イソプロピルアルコール/水=80/20(質量比))2020g、50質量%水酸化ナトリウム水溶液579g及びチップ状セルロース(針葉樹N-DSP165g、広葉樹L-DSP385g)計550gを、2軸ニーダー型反応機に投入し、25℃で90分間アルカリセルロース化反応を行った。続いて、得られた反応液に25℃に調整したモノクロロ酢酸374gと溶媒(イソプロピルアルコール/水=80/20(質量比))152gとの混合物を60分間かけて滴下した後、25分かけて78℃まで昇温し、さらに70分間エーテル化反応を行った。次いで、得られた反応液を60℃まで冷却し、50質量%酢酸水溶液を用いてpHを8.5に調整した後、減圧濾過器を用いて反応溶媒を気化回収して粗カルボキシメチルセルロースナトリウム塩を得た。得られた粗カルボキシメチルセルロースナトリウム塩の質量に対して10倍量のメタノールを用いて洗浄し、105℃で45分間乾燥させた。得られた乾燥物を衝撃式ミル(ホソカワミクロン株式会社製のパルペライザー)を用いて粉砕し、カルボキシメチルセルロースナトリウム塩(CMC-6)を得た。
(合成例7)
溶媒(イソプロピルアルコール/水=80/20(質量比))2020g、50質量%水酸化ナトリウム水溶液579g及びチップ状セルロース(広葉樹L-DSP)550gを、2軸ニーダー型反応機に投入し、25℃で120分間アルカリセルロース化反応を行った。続いて、得られた反応液に25℃に調整したモノクロロ酢酸321gと溶媒(イソプロピルアルコール/水=80/20(質量比))152gとの混合物を60分間かけて滴下した後、25分かけて78℃まで昇温し、さらに70分間エーテル化反応を行った。次いで、得られた反応液を60℃まで冷却し、50質量%酢酸水溶液を用いてpHを8.5に調整した後、減圧濾過器を用いて反応溶媒を気化回収して粗カルボキシメチルセルロースナトリウム塩を得た。得られた粗カルボキシメチルセルロースナトリウム塩の質量に対して10倍量のメタノールを用いて洗浄し、105℃で45分間乾燥させた。得られた乾燥物を衝撃式ミル(ホソカワミクロン株式会社製のパルペライザー)を用いて粉砕し、カルボキシメチルセルロースナトリウム塩(CMC-7)を得た。
(合成例8)
溶媒(イソプロピルアルコール/水=80/20(質量比))2020g、50質量%水酸化ナトリウム水溶液579g及びチップ状セルロース(リンターパルプ165g、針葉樹N-DSP385g)計550gを、2軸ニーダー型反応機に投入し、25℃で90分間アルカリセルロース化反応を行った。続いて、得られた反応液に25℃に調整したモノクロロ酢酸303gと溶媒(イソプロピルアルコール/水=80/20(質量比))152gとの混合物を60分間かけて滴下した後、25分かけて78℃まで昇温し、さらに70分間エーテル化反応を行った。次いで、得られた反応液を60℃まで冷却し、50質量%酢酸水溶液を用いてpHを8.5に調整した後、減圧濾過器を用いて反応溶媒を気化回収して粗カルボキシメチルセルロースナトリウム塩を得た。得られた粗カルボキシメチルセルロースナトリウム塩の質量に対して10倍量のメタノールを用いて洗浄し、105℃で45分間乾燥させた。得られた乾燥物を衝撃式ミル(ホソカワミクロン株式会社製のパルペライザー)を用いて粉砕し、カルボキシメチルセルロースナトリウム塩(CMC-8)を得た。
(合成例9)
溶媒(イソプロピルアルコール/水=80/20(質量比))2020g、50質量%水酸化ナトリウム水溶液579g及びチップ状セルロース(リンターパルプ385g、針葉樹N-DSP165g)計550gを、2軸ニーダー型反応機に投入し、25℃で90分間アルカリセルロース化反応を行った。続いて、得られた反応液に25℃に調整したモノクロロ酢酸303gと溶媒(イソプロピルアルコール/水=80/20(質量比))152gとの混合物を60分間かけて滴下した後、25分かけて78℃まで昇温し、さらに70分間エーテル化反応を行った。次いで、得られた反応液を60℃まで冷却し、50質量%酢酸水溶液を用いてpHを8.5に調整した後、減圧濾過器を用いて反応溶媒を気化回収して粗カルボキシメチルセルロースナトリウム塩を得た。得られた粗カルボキシメチルセルロースナトリウム塩の質量に対して10倍量のメタノールを用いて洗浄し、105℃で45分間乾燥させた。得られた乾燥物を衝撃式ミル(ホソカワミクロン株式会社製のパルペライザー)を用いて粉砕し、カルボキシメチルセルロースナトリウム塩(CMC-9)を得た。
(合成例10)
溶媒(イソプロピルアルコール/水=80/20(質量比))2020g、50質量%水酸化ナトリウム水溶液579g及びチップ状セルロース(リンターパルプ)550gを、2軸ニーダー型反応機に投入し、25℃で90分間アルカリセルロース化反応を行った。続いて、得られた反応液に25℃に調整したモノクロロ酢酸303gと溶媒(イソプロピルアルコール/水=80/20(質量比))152gとの混合物を60分間かけて滴下した後、25分かけて78℃まで昇温し、さらに70分間エーテル化反応を行った。次いで、得られた反応液を60℃まで冷却し、50質量%酢酸水溶液を用いてpHを8.5に調整した後、減圧濾過器を用いて反応溶媒を気化回収して粗カルボキシメチルセルロースナトリウム塩を得た。得られた粗カルボキシメチルセルロースナトリウム塩の質量に対して10倍量のメタノールを用いて洗浄し、105℃で45分間乾燥させた。得られた乾燥物を衝撃式ミル(ホソカワミクロン株式会社製のパルペライザー)を用いて粉砕し、カルボキシメチルセルロースナトリウム塩(CMC-10)を得た。
(合成例11)
溶媒(イソプロピルアルコール/水=80/20(質量比))2020g、50質量%水酸化ナトリウム水溶液579g及びチップ状セルロース(針葉樹N-DSP165g、広葉樹L-DSP385g)計550gを、2軸ニーダー型反応機に投入し、25℃で90分間アルカリセルロース化反応を行った。続いて、得られた反応液に25℃に調整したモノクロロ酢酸400gと溶媒(イソプロピルアルコール/水=80/20(質量比))152gとの混合物を60分間かけて滴下した後、25分かけて78℃まで昇温し、さらに70分間エーテル化反応を行った。次いで、得られた反応液を60℃まで冷却し、50質量%酢酸水溶液を用いてpHを8.5に調整した後、減圧濾過器を用いて反応溶媒を気化回収して粗カルボキシメチルセルロースナトリウム塩を得た。得られた粗カルボキシメチルセルロースナトリウム塩の質量に対して10倍量のメタノールを用いて洗浄し、105℃で45分間乾燥させた。得られた乾燥物を衝撃式ミル(ホソカワミクロン株式会社製のパルペライザー)を用いて粉砕し、カルボキシメチルセルロースナトリウム塩(CMC-11)を得た。
(合成例12)
溶媒(イソプロピルアルコール/水=80/20(質量比))2020g、50質量%水酸化ナトリウム水溶液579g及びチップ状セルロース(針葉樹N-DSP165g、広葉樹L-DSP385g)計550gを、2軸ニーダー型反応機に投入し、25℃で90分間アルカリセルロース化反応を行った。続いて、得られた反応液に25℃に調整したモノクロロ酢酸268gと溶媒(イソプロピルアルコール/水=80/20(質量比))152gとの混合物を60分間かけて滴下した後、25分かけて78℃まで昇温し、さらに70分間エーテル化反応を行った。次いで、得られた反応液を60℃まで冷却し、50質量%酢酸水溶液を用いてpHを8.5に調整した後、減圧濾過器を用いて反応溶媒を気化回収して粗カルボキシメチルセルロースナトリウム塩を得た。得られた粗カルボキシメチルセルロースナトリウム塩の質量に対して10倍量のメタノールを用いて洗浄し、105℃で45分間乾燥させた。得られた乾燥物を衝撃式ミル(ホソカワミクロン株式会社製のパルペライザー)を用いて粉砕し、カルボキシメチルセルロースナトリウム塩(CMC-12)を得た。
実施例1では、200mLのビーカーに、CNT-1を0.80g、CMC-1を1.20g計量し、水98.0gを加え、スターラー(1000rpm)で12時間攪拌混合した。その後、超音波ホモジナイザー(株式会社日本精機製作所製「US-600T」、循環ユニット付き)にチューブポンプを接続した装置を用いて、混合液を循環させながら100μAの出力で90分間分散させてカーボンナノチューブ分散液を得た。
カーボンナノチューブ分散液を水にてCNT含有量が0.1質量%になるよう希釈後、プレパラートを作製し、光学顕微鏡(倍率35倍)で残存粗大粒子を観察した。観察面積5mm2に存在する凝集物の大きさを計測し、カーボンナノチューブの分散性を以下の5段階で評価し、3以上を合格とした。
5:0.6mm未満の凝集物が2個以下、0.6mm以上1mm未満の凝集物が1個以下であり、1mm以上の凝集物がない。
4:0.6mm未満の凝集物が3個以上、0.6mm以上1mm未満の凝集物が1個以下であり、1mm以上の凝集物がない。
3:0.6mm以上1mm未満の凝集物が2個以上であり、1mm以上の凝集物がない。
2:1mm以上2mm未満の凝集物があり、2mm以上の凝集物がない。
1:2mm以上の凝集物がある。
カーボンナノチューブ分散液を1か月静置し、CNT含有量が0.001質量%になるよう水を添加し、カーボンナノチューブに特有な波長における吸光度(A1)を紫外可視分光光度計(日立製作所社製、型番:U-3900H)にて測定した。その後、遠心分離機(himac社製、型番:CF16RN)にて5000×g(MWCNTは500×g)、25℃の条件下で80分間遠心分離処理を行い。遠心分離処理後の上澄み液の吸光度(A2)を同様に測定した。遠心前後の吸光度変化率を以下の式により求めた。カーボンナノチューブに特有な波長としては、金属型カーボンナノチューブに特有な503nmとした。吸光度変化率の値が大きいほど、経時により凝集したカーボンナノチューブの遠心分離による沈降が少なく、分散安定性に優れることを意味する。分散安定性は以下の5段階で評価し、3以上を合格とした。
遠心前後の吸光度変化率(%)=(A2/A1)×100
5:吸光度変化率の値が82%以上である。
4:吸光度変化率の値が78%以上82%未満である。
3:吸光度変化率の値が74%以上78%未満である。
2:吸光度変化率の値が70%以上74%未満である。
1:吸光度変化率の値が70%未満である。
カーボンナノチューブ分散液について、B型粘度計(東機産業株式会社製「TVB-10」)にて粘度を測定した。測定時の条件は25℃、6rpm(3分)とした。各粘度評価結果は以下の5段階で表記した。
5:4Pa・s未満
4:4Pa・s以上6Pa・s未満
3:6Pa・s以上8Pa・s未満
2:8Pa・s以上10Pa・s未満
1:10Pa・s以上
負極活物質としてSiO(平均粒径4.5μm、比表面積5.5m2/g)とグラファイト(平均粒径18μm、比表面積3.2m2/g)を100質量部(含有比率20/80)、導電剤としてカーボンナノチューブ分散液をカーボンナノチューブ量として0.2質量部とアセチレンブラック1.0質量部、増粘剤としてカルボキシメチルセルロースナトリウム塩(第一工業製薬社製「セロゲン(登録商標)BSH-6」)の1.5質量%水溶液を固形分として0.65質量部、結着剤として下記合成例P1により得られたポリウレタンのナトリウム塩の水分散体を固形分として3.5質量部、及び、イオン交換水を用い、これらを遊星型ミキサーで混合して、固形分49質量%(比較例2のみ固形分39質量%)の負極スラリーを調製した。集電体として厚み10μmの電解銅箔を用いて、電解銅箔上に上記負極スラリーからなる負極合材層を形成した。詳細には、上記負極スラリーを塗工機で電解銅箔上にコーティングを行い、ロールプレス処理後、130℃で減圧乾燥することにより、負極活物質が5.8~6.6mg/cm2である負極を得た。この時の表面状態を観察し、以下の5段階で評価し、3以上を合格とした。
5:電極表面の色目は均一であり、凝集物による凹凸、電極が削れた筋引きは見られない
4:電極表面に塗料物性由来の波縞模様は見られるが、凝集物による凹凸、電極が削れた筋引きは見られない
3:電極表面に凝集物による凹凸は見られるが、電極が削れた筋引きが見られない
2:電極表面に凝集物による凹凸が見られ、電極が削れた筋引きも見られる
1:塗工が困難
攪拌機、還流冷却管、温度計及び窒素吹き込み管を備えた4つ口フラスコにポリブタジエンポリオール(出光興産株式会社製「PolybdR-45HT」、平均水酸基価46.5mgKOH/g、活性水素基数2.32)71.3質量部、ジメチロールプロピオン酸(活性水素基数2)4.2質量部、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート24.5質量部、メチルエチルケトン100質量部を加え、75℃で4時間反応させ、不揮発分に対する遊離のイソシアネート基含有量2.5質量%であるウレタンプレポリマーのメチルエチルケトン溶液を得た。この溶液を45℃まで冷却し、水酸化ナトリウムを1.25質量部加えて中和後、水300質量部を徐々に加えてホモジナイザーを使用して乳化分散させた。続いて、エチレンジアミン(活性水素基数2)1.6質量部を水100質量部で希釈した水溶液を加え、1時間鎖伸長反応を行った。これを減圧、50℃での加熱下、脱溶剤を行い、不揮発分約30質量%のポリウレタンのナトリウム塩の水分散体を得た。
評価用正極の作製:
正極活物質であるLiNiCoAl(NCA)を92質量部、導電助剤としてアセチレンブラック(デンカ(株)製「Li-400」)を4質量部、結着剤としてポリフッ化ビニリデン4質量部、分散媒としてN-メチル-2-ピロリドン49質量部を遊星型ミキサーで混合し、固形分69質量%になるように正極スラリーを調製した。この正極スラリーを塗工機で厚み15μmのアルミニウム箔上にコーティングを行い、130℃で乾燥後、ロールプレス処理を行い、正極活物質が16.6mg/cm2である正極を得た。
上記で得られた正極と電極塗工性評価で作製した負極とを組み合わせて、電極間にセパレータとしてポリオレフィン系(PE/PP/PE)セパレータを挟んで積層し、各正負極に正極端子と負極端子を超音波溶接した。この積層体をアルミラミネート包材に入れ、注液用の開口部を残しヒートシールした。正極面積18cm2、負極面積19.8cm2とした注液前電池を作製した。次にエチレンカーボネートとジエチルカーボネート(30/70vol比)とを混合した溶媒にLiPF6(1.0mol/L)を溶解させた電解液を注液し、開口部をヒートシールし、評価用電池を得た。
作製したリチウムイオン二次電池について、20℃における充放電サイクル特性の性能試験を行った。充放電サイクル特性は、以下の条件で測定した。0.5C相当の電流密度で4.2VまでCC(定電流)充電を行い、続いて4.2VでCV(定電圧)充電に切り替え、1.5時間充電したのち、0.5C相当の電流密度で2.7VまでCC放電するサイクルを20℃で300サイクル行い、このときの初回1C放電容量に対する300サイクル後1C放電容量比を1C充放電サイクル保持率とした。この時のサイクル保持率を以下の5段階で評価し、3以上を合格とした。
5:1C充放電サイクル保持率が95%以上である
4:1C充放電サイクル保持率が90%以上、95%未満である
3:1C充放電サイクル保持率が80%以上、90%未満である
2:1C充放電サイクル保持率が70%以上、80%未満である
1:1C充放電サイクル保持率が70%未満である
Claims (4)
- 単層カーボンナノチューブ、
カルボキシメチルセルロース及び/又はその塩、及び、
水、を含むカーボンナノチューブ分散液であって、
前記単層カーボンナノチューブの含有量が0.47~1.00質量%であり、
前記カルボキシメチルセルロース及び/又はその塩は、エーテル化度が0.65~0.85でありかつ重量平均分子量が12万~25万であるものを少なくとも一種含み、
前記カルボキシメチルセルロース及び/又はその塩の含有量が、前記単層カーボンナノチューブ100質量部に対して120~220質量部である、
カーボンナノチューブ分散液。 - 請求項1に記載のカーボンナノチューブ分散液、及び、シリコン系活物質、を含む非水電解質二次電池の電極用塗料。
- 請求項2に記載の電極用塗料を用いて作製された非水電解質二次電池用電極。
- 請求項3に記載の非水電解質二次電池用電極を備える、非水電解質二次電池。
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