JP7196597B2 - Carbon nanotube dispersion and its use - Google Patents
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Description
本発明は、カーボンナノチューブの分散液に関する。さらに詳しくは、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液とバインダー樹脂とを含む樹脂組成物、カーボンナノチューブ分散液と樹脂と活物質とを含む合材スラリー、それを膜状に形成してなる電極膜、電極膜と電解質とを具備してなるリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to dispersions of carbon nanotubes. More specifically, a carbon nanotube dispersion, a resin composition containing a carbon nanotube dispersion and a binder resin, a mixture slurry containing a carbon nanotube dispersion, a resin and an active material, and an electrode film formed by forming it into a film. , to a lithium ion secondary battery comprising an electrode film and an electrolyte.
電気自動車の普及や携帯機器の小型軽量化及び高性能化に伴い、高いエネルギー密度を有する二次電池、さらに、その二次電池の高容量化が求められている。このような背景の下で高エネルギー密度、高電圧という特徴から非水系電解液を用いるリチウムイオン二次電池が多くの機器に使われるようになっている。
これらリチウムイオン二次電池に用いられる負極材料としては、リチウム(Li)に近い卑な電位で単位質量あたりの充放電容量の大きい黒鉛に代表される炭素材料が用いられている。しかしながらこれらの電極材料は質量当たりの充放電容量が理論値に近いところまで使われており、電池としての質量当たりのエネルギー密度は限界に近づいている。従って、電極としての利用率を上げるため、放電容量には寄与しない導電助剤やバインダーを減らす試みが行われている。
With the spread of electric vehicles and the miniaturization, weight reduction and performance enhancement of mobile devices, there is a demand for secondary batteries with high energy density and higher capacity secondary batteries. Under such circumstances, lithium-ion secondary batteries using non-aqueous electrolytes have come to be used in many devices due to their characteristics of high energy density and high voltage.
As a negative electrode material used in these lithium ion secondary batteries, a carbon material typified by graphite, which has a base potential close to that of lithium (Li) and a large charge/discharge capacity per unit mass, is used. However, these electrode materials are used until the charge/discharge capacity per mass is close to the theoretical value, and the energy density per mass as a battery is approaching its limit. Therefore, in order to increase the utilization rate as an electrode, attempts have been made to reduce the amount of conductive aids and binders that do not contribute to the discharge capacity.
導電助剤としては、カーボンブラック、ケッチェンブラック、フラーレン、グラフェン、微細炭素材料等が使用されている。特に微細炭素繊維の一種であるカーボンナノチューブが多く使用されている。例えば、黒鉛やシリコン負極にカーボンナノチューブを添加することにより、電極抵抗を低減したり、電池の負荷抵抗を改善したり、電極の強度を上げたり、電極の膨張収縮性を上げることで、リチウム二次電池のサイクル寿命を向上させている。(例えば、特許文献1、2および3参照)また、正極にカーボンナノチューブを添加することにより、電極抵抗を低減する検討も行われている。(例えば、特許文献4および5参照)中でも、外径10nm~数10nmの多層カーボンナノチューブは比較的安価であり、実用化が期待されている。 Carbon black, ketjen black, fullerene, graphene, fine carbon materials, and the like are used as conductive aids. In particular, carbon nanotubes, which are a kind of fine carbon fibers, are often used. For example, by adding carbon nanotubes to the graphite or silicon negative electrode, the electrode resistance can be reduced, the load resistance of the battery can be improved, the strength of the electrode can be increased, and the expansion/contraction property of the electrode can be increased. It improves the cycle life of secondary batteries. (See, for example, Patent Documents 1, 2, and 3.) Further, studies are being conducted to reduce the electrode resistance by adding carbon nanotubes to the positive electrode. (See, for example, Patent Documents 4 and 5) Among them, multi-walled carbon nanotubes with an outer diameter of 10 nm to several tens of nm are relatively inexpensive and are expected to be put to practical use.
平均外径が小さいカーボンナノチューブを用いると、少量で効率的に導電ネットワークを形成することができ、リチウムイオン二次電池用の正極および負極中に含まれる導電助剤量を低減することができる。しかしながら、平均外径が小さいカーボンナノチューブは凝集力が強く分散が困難であるため、十分な分散性を有するカーボンナノチューブ分散液を得ることができなかった。 When carbon nanotubes with a small average outer diameter are used, a small amount of carbon nanotubes can efficiently form a conductive network, and the amount of the conductive aid contained in the positive electrode and negative electrode for a lithium ion secondary battery can be reduced. However, since carbon nanotubes with a small average outer diameter have a strong cohesive force and are difficult to disperse, a carbon nanotube dispersion with sufficient dispersibility could not be obtained.
そこで、様々な分散剤を用いてカーボンナノチューブを分散安定化する方法が提案されている。例えば、水溶性高分子ポリビニルピロリドン等のポリマー系分散剤を用いた水及びNMP(N-メチル-2-ピロリドン)への分散が提案されている(特許文献4、5および6参照)。しかしながら、特許文献4では、外径10~150nmのカーボンナノチューブを用いて作製した電極の評価を行っているが、電極抵抗が高い問題があった。また、特許文献5では、DBP吸油量の小さなカーボンナノチューブを用いた分散液が提案されているが、分散性は向上するものの、高い導電性を得ることが難しい問題があった。特許文献6では、単層カーボンナノチューブを用いた分散の検討が行われているが、溶媒中にカーボンナノチューブを高濃度分散することが困難であった。特許文献7では、二層カーボンナノチューブを用いた分散の検討が行われているが、カーボンナノチューブの酸化処理や超音波ホモジナイザーでの分散が必要であり、溶媒中にカーボンナノチューブを高濃度分散することが困難であった。したがって、外径が小さいカーボンナノチューブを分散媒に高濃度かつ均一に分散したカーボンナノチューブ分散液を得ることは、用途拡大に向けた重要な課題であった。 Therefore, methods for stabilizing the dispersion of carbon nanotubes using various dispersants have been proposed. For example, dispersion in water and NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) using a polymer-based dispersant such as water-soluble polymer polyvinylpyrrolidone has been proposed (see Patent Documents 4, 5 and 6). However, in Patent Document 4, electrodes fabricated using carbon nanotubes with an outer diameter of 10 to 150 nm are evaluated, but there is a problem of high electrode resistance. Further, Patent Document 5 proposes a dispersion liquid using carbon nanotubes with a small DBP oil absorption, but although the dispersibility is improved, there is a problem that it is difficult to obtain high conductivity. Patent Document 6 discusses dispersion using single-walled carbon nanotubes, but it was difficult to disperse carbon nanotubes in a solvent at a high concentration. In Patent Document 7, dispersion using double-walled carbon nanotubes is studied, but it is necessary to oxidize the carbon nanotubes and disperse them with an ultrasonic homogenizer, and it is necessary to disperse the carbon nanotubes in a solvent at a high concentration. was difficult. Therefore, obtaining a carbon nanotube dispersion in which carbon nanotubes having a small outer diameter are uniformly dispersed in a dispersion medium at a high concentration has been an important issue for expanding applications.
本発明が解決しようとする課題は、密着性および導電性の高い電極膜を得るために、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樹脂組成物および合材スラリーを提供することである。さらに詳しくは、優れたレート特性およびサイクル特性を有するリチウムイオン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, a carbon nanotube resin composition, and a mixture slurry having high dispersibility in order to obtain an electrode film with high adhesion and conductivity. More specifically, the object is to provide a lithium ion secondary battery with excellent rate characteristics and cycle characteristics.
本発明の発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討し、比表面積が500~800m2/gのカーボンナノチューブと、分散剤と、溶媒とを含み、動的光散乱法によって測定した累積粒径D50が200~1000nmであるカーボンナノチューブ分散液を使用することにより、導電性および密着性に優れた電極膜が得られることを見出し、本発明に至った。 The inventors of the present invention have made intensive studies to solve the above problems, and have found that the accumulated The inventors have found that an electrode film having excellent conductivity and adhesion can be obtained by using a carbon nanotube dispersion having a particle size D50 of 200 to 1000 nm, and have completed the present invention.
すなわち、本発明は、カーボンナノチューブ(A)と、分散剤(B)と、水及びまたは水溶性有機溶媒を含む溶媒(C)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(A)の比表面積が500~800m2/gであり、動的光散乱法によって測定した累積粒径D50が200~1000nmであることを特徴とするカーボンナノチューブ分散液に関する。 That is, the present invention provides a carbon nanotube dispersion containing carbon nanotubes (A), a dispersant (B), and a solvent (C) containing water and/or a water-soluble organic solvent, wherein the carbon nanotubes (A) has a specific surface area of 500 to 800 m 2 /g, and a cumulative particle diameter D50 of 200 to 1000 nm as measured by a dynamic light scattering method.
また、本発明は、分散液のpHが、6~11であることを特徴とする上記カーボンナノチューブ分散液に関する。 The present invention also relates to the carbon nanotube dispersion having a pH of 6 to 11.
また、本発明は、カーボンナノチューブ(A)の平均外径が、1nm以上10nm未満であることを特徴とする上記カーボンナノチューブ分散液に関する。 The present invention also relates to the above carbon nanotube dispersion, wherein the carbon nanotubes (A) have an average outer diameter of 1 nm or more and less than 10 nm.
また、本発明は、カーボンナノチューブ(A)の体積抵抗率が、1.0×10-3~1.5×10-2Ω・cmであることを特徴とする上記カーボンナノチューブ分散液に関する。 The present invention also relates to the above carbon nanotube dispersion, wherein the carbon nanotubes (A) have a volume resistivity of 1.0×10 −3 to 1.5×10 −2 Ω·cm.
また、本発明は、カーボンナノチューブ分散液100質量部に対してカーボンナノチューブ(A)が0.2~2.0質量部含まれる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分散液の粘度をB型粘度計を用いて、6rpmで測定した粘度をX、60rpmで測定した粘度をYとした際に、X/Yが、1.5≦X/Y≦5.5を満たすことを特徴とする、上記カーボンナノチューブ分散液に関する。 Further, the present invention provides a carbon nanotube dispersion containing 0.2 to 2.0 parts by mass of carbon nanotubes (A) with respect to 100 parts by mass of the carbon nanotube dispersion, wherein the viscosity of the carbon nanotube dispersion is type B. Using a viscometer, when the viscosity measured at 6 rpm is X and the viscosity measured at 60 rpm is Y, X / Y satisfies 1.5 ≤ X / Y ≤ 5.5, It relates to the above carbon nanotube dispersion.
また、本発明は、分散剤(B)が、カーボンナノチューブ(A)100質量部に対して、30~200質量部含まれることを特徴とする上記カーボンナノチューブ分散液に関する。 The present invention also relates to the above carbon nanotube dispersion, characterized in that the dispersant (B) is contained in an amount of 30 to 200 parts by mass based on 100 parts by mass of the carbon nanotubes (A).
また、本発明は、溶媒(C)が、水であることを特徴とする上記カーボンナノチューブ分散液に関する。 The present invention also relates to the above carbon nanotube dispersion, wherein the solvent (C) is water.
また、本発明は、上記カーボンナノチューブ分散液と、バインダー樹脂(D)とを含むことを特徴とするカーボンナノチューブ樹脂組成物に関する。 The present invention also relates to a carbon nanotube resin composition comprising the carbon nanotube dispersion and a binder resin (D).
また、本発明は、バインダー樹脂(D)が、カルボキシメチルセルロース、スチレンブタエンゴムおよびポリアクリル酸より選ばれる1種以上であることを特徴とする上記カーボンナノチューブ樹脂組成物に関する。 The present invention also relates to the above carbon nanotube resin composition, wherein the binder resin (D) is one or more selected from carboxymethylcellulose, styrene-butene rubber and polyacrylic acid.
また、本発明は、上記カーボンナノチューブ樹脂組成物と活物質(E)とを含むことを特徴とする合材スラリーに関する。 The present invention also relates to a mixture slurry characterized by containing the carbon nanotube resin composition and the active material (E).
また、本発明は、上記合材スラリーを膜状に形成してなる電極膜(F)に関する。 The present invention also relates to an electrode film (F) formed by forming the above mixture slurry into a film.
また、本発明は、正極と、負極と、リチウムイオンが移動可能な電解質とを具備してなるリチウムイオン二次電池であって、正極または負極の少なくとも一方が、上記電極膜を含むことを特徴とするリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention also provides a lithium ion secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte in which lithium ions can migrate, wherein at least one of the positive electrode and the negative electrode includes the above electrode film. It relates to a lithium ion secondary battery.
本発明のカーボンナノチューブ分散液を使用することにより、導電性および密着性に優れた樹脂組成物、合材スラリー、電極膜が得られる。また、レート特性およびサイクル特性に優れたリチウムイオン二次電池が得られる。よって高い導電性、密着性、耐久性が求められる様々な用途分野において、本発明のカーボンナノチューブ分散液を使用することが可能である。 By using the carbon nanotube dispersion of the present invention, it is possible to obtain a resin composition, a mixture slurry, and an electrode film having excellent conductivity and adhesion. Also, a lithium ion secondary battery having excellent rate characteristics and cycle characteristics can be obtained. Therefore, the carbon nanotube dispersion of the present invention can be used in various fields of application where high conductivity, adhesion and durability are required.
以下、本発明のカーボンナノチューブ分散液、樹脂組成物、合材スラリーおよびそれを膜状に形成してなる電極膜、リチウムイオン二次電池について詳しく説明する。 Hereinafter, the carbon nanotube dispersion, the resin composition, the mixture slurry, the electrode film formed by forming it into a film, and the lithium ion secondary battery of the present invention will be described in detail.
(1)カーボンナノチューブ(A)
本実施形態のカーボンナノチューブ(A)は、平面的なグラファイトを円筒状に巻いた形状を有している。カーボンナノチューブ(A)は単層カーボンナノチューブが混在するものであってもよい。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(A)の側壁はグラファイト構造でなくともよい。例えば、アモルファス構造を有する側壁を備えるカーボンナノチューブをカーボンナノチューブ(A)として用いることもできる。
(1) Carbon nanotube (A)
The carbon nanotube (A) of this embodiment has a shape in which planar graphite is rolled into a cylindrical shape. Carbon nanotubes (A) may be mixed with single-walled carbon nanotubes. A single-walled carbon nanotube has a structure in which a single layer of graphite is wound. Multi-walled carbon nanotubes have a structure in which two or more layers of graphite are wound. Also, the side wall of the carbon nanotube (A) may not have a graphite structure. For example, carbon nanotubes with sidewalls having an amorphous structure can also be used as the carbon nanotubes (A).
本実施形態のカーボンナノチューブ(A)の形状は限定されない。かかる形状としては、針状、円筒チューブ状、魚骨状(フィッシュボーン又はカップ積層型)、トランプ状(プレートレット)及びコイル状を含む様々な形状が挙げられる。本実施形態においてカーボンナノチューブ(A)の形状は、中でも、針状、又は、円筒チューブ状であることが好ましい。カーボンナノチューブ(A)は、単独の形状、または2種以上の形状の組合せであってもよい。 The shape of the carbon nanotube (A) of this embodiment is not limited. Such shapes include a variety of shapes including needles, cylindrical tubes, fish bones (fish bones or cup stacks), tramp (platelets) and coils. In the present embodiment, the shape of the carbon nanotube (A) is preferably needle-like or cylindrical tube-like. Carbon nanotubes (A) may be of a single shape or a combination of two or more shapes.
本実施形態のカーボンナノチューブ(A)の形態は、例えば、グラファイトウィスカー、フィラメンタスカーボン、グラファイトファイバー、極細炭素チューブ、カーボンチューブ、カーボンフィブリル、カーボンマイクロチューブ及びカーボンナノファイバーを挙げることができるが、これらに限定されない。カーボンナノチューブ(A)は、これらの単独の形態又は二種以上を組み合わせられた形態を有していてもよい。 Examples of the form of the carbon nanotube (A) of the present embodiment include graphite whisker, filamentous carbon, graphite fiber, ultrafine carbon tube, carbon tube, carbon fibril, carbon microtube and carbon nanofiber. is not limited to The carbon nanotube (A) may have a single form or a form in which two or more of these forms are combined.
本実施形態のカーボンナノチューブ(A)のBET比表面積は500~800m2/gであり、500~750m2/gのものがより好ましい。 The BET specific surface area of the carbon nanotube (A) of the present embodiment is 500-800 m 2 /g, more preferably 500-750 m 2 /g.
本実施形態のカーボンナノチューブ(A)の平均外径は1nm以上10nm未満であることが好ましく、3nm以上10nm未満であることがより好ましく、3nm以上8nm未満であることがさらに好ましい。 The average outer diameter of the carbon nanotubes (A) of the present embodiment is preferably 1 nm or more and less than 10 nm, more preferably 3 nm or more and less than 10 nm, and even more preferably 3 nm or more and less than 8 nm.
本実施形態のカーボンナノチューブ(A)の外径の標準偏差は0.4~5nmであることが好ましく、0.4~4nmであることがより好ましい。 The standard deviation of the outer diameter of the carbon nanotubes (A) of the present embodiment is preferably 0.4 to 5 nm, more preferably 0.4 to 4 nm.
本実施形態のカーボンナノチューブ(A)の外径および平均外径は次のように求められる。まず透過型電子顕微鏡によって、カーボンナノチューブ(A)を観測するとともに撮像する。次に観測写真において、任意の300本のカーボンナノチューブ(A)を選び、それぞれの外径を計測する。次に外径の数平均としてカーボンナノチューブ(A)の平均外径(nm)を算出する。 The outer diameter and average outer diameter of the carbon nanotube (A) of this embodiment are obtained as follows. First, the carbon nanotube (A) is observed and imaged by a transmission electron microscope. Next, in the observation photograph, 300 arbitrary carbon nanotubes (A) are selected and the outer diameter of each is measured. Next, the average outer diameter (nm) of the carbon nanotube (A) is calculated as the number average of outer diameters.
本実施形態のカーボンナノチューブ(A)の分散前の繊維長は、0.1~150μmが好ましく、1~10μmがより好ましい。 The fiber length of the carbon nanotube (A) of the present embodiment before dispersion is preferably 0.1 to 150 μm, more preferably 1 to 10 μm.
本実施形態のカーボンナノチューブ(A)の炭素純度はカーボンナノチューブ(A)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(A)100質量%に対して、90質量%以上が好ましく、95質量%以上がより好ましく、98質量%以上がさらに好ましい。 The carbon purity of the carbon nanotube (A) of the present embodiment is represented by the carbon atom content (% by mass) in the carbon nanotube (A). The carbon purity is preferably 90% by mass or more, more preferably 95% by mass or more, and even more preferably 98% by mass or more with respect to 100% by mass of the carbon nanotubes (A).
本実施形態のカーボンナノチューブ(A)中に含まれる金属量はカーボンナノチューブ(A)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%未満がさらに好ましい。カーボンナノチューブ(A)に含まれる金属としては、カーボンナノチューブ(A)を合成する際に触媒として使用される金属や金属酸化物が挙げられる。具体的には、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、金属酸化物やこれらの複合酸化物が挙げられる。 The amount of metal contained in the carbon nanotube (A) of the present embodiment is preferably less than 10% by mass, more preferably less than 5% by mass, and even more preferably less than 2% by mass with respect to 100% by mass of the carbon nanotube (A). . Examples of the metal contained in the carbon nanotube (A) include metals and metal oxides used as catalysts when synthesizing the carbon nanotube (A). Specific examples include metals such as cobalt, nickel, aluminum, magnesium, silica, manganese and molybdenum, metal oxides, and composite oxides thereof.
本実施形態のカーボンナノチューブ(A)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、黒鉛化処理や塩素化処理が挙げられる。 Various conventionally known methods can be used as a purification treatment method for the carbon nanotubes (A) of the present embodiment. Examples thereof include acid treatment, graphitization treatment and chlorination treatment.
本実施形態のカーボンナノチューブ(A)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(A)に含まれる金属および金属酸化物を溶解できるものであればよいが、無機酸やカルボン酸が好ましく、無機酸の中でも、塩酸、硫酸や硝酸が特に好ましい。 The acid used for the acid treatment of the carbon nanotubes (A) of the present embodiment may be any acid as long as it can dissolve the metal and metal oxide contained in the carbon nanotubes (A). Among inorganic acids, hydrochloric acid, sulfuric acid and nitric acid are particularly preferred.
本実施形態のカーボンナノチューブ(A)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および/または混合することがさらに好ましい。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 treatment of the carbon nanotubes (A) of the present embodiment is preferably carried out in a liquid phase, and more preferably the carbon nanotubes are dispersed and/or mixed in the liquid phase. The carbon nanotubes after acid treatment are preferably washed with water and dried.
本実施形態のカーボンナノチューブ(A)の黒鉛化処理は、酸素濃度0.1体積%以下の不活性雰囲気下、カーボンナノチューブ(A)を1500℃~3500℃で加熱することにより行うことができる。 The carbon nanotube (A) of this embodiment can be graphitized by heating the carbon nanotube (A) at 1500° C. to 3500° C. in an inert atmosphere with an oxygen concentration of 0.1% by volume or less.
本実施形態のカーボンナノチューブ(A)の塩素化処理は、酸素濃度0.1体積%以下の不活性雰囲気下、塩素ガスを導入し、カーボンナノチューブ(A)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 the carbon nanotubes (A) of the present embodiment is carried out by introducing chlorine gas in an inert atmosphere with an oxygen concentration of 0.1% by volume or less and heating the carbon nanotubes (A) at 800° C. to 2000° C. It can be done by
本実施形態のカーボンナノチューブ(A)は、通常二次粒子として存在している。この二次粒子の形状は、例えば一般的な一次粒子であるカーボンナノチューブ(A)が複雑に絡み合っている状態でもよい。カーボンナノチューブ(A)を直線状にしたものの集合体であってもよい。直線状のカーボンナノチューブ(A)の集合体である二次粒子は、絡み合っているものと比べるとほぐれ易い。また直線状のものは、絡み合っているものに比べると分散性が良いのでカーボンナノチューブ(A)として好適に利用できる。 The carbon nanotubes (A) of this embodiment usually exist as secondary particles. The shape of the secondary particles may be, for example, a state in which carbon nanotubes (A), which are general primary particles, are intricately entangled. It may be an aggregate of linear carbon nanotubes (A). Secondary particles, which are aggregates of straight carbon nanotubes (A), are easier to loosen than tangled particles. In addition, linear ones are better in dispersibility than entangled ones, so they can be suitably used as the carbon nanotube (A).
本実施形態のカーボンナノチューブ(A)は、表面処理を行ったカーボンナノチューブでもよい。またカーボンナノチューブ(A)は、カルボキシル基に代表される官能基を付与させたカーボンナノチューブ誘導体であってもよい。また、有機化合物、金属原子、又はフラーレンに代表される物質を内包させたカーボンナノナノチューブ(A)も用いることができる。 The carbon nanotube (A) of the present embodiment may be a surface-treated carbon nanotube. The carbon nanotube (A) may also be a carbon nanotube derivative to which a functional group typified by a carboxyl group is added. In addition, carbon nanotubes (A) containing substances represented by organic compounds, metal atoms, or fullerenes can also be used.
カーボンナノチューブは、G/D比(G-bandとD-bandのピーク比)で評価される。本実施形態のカーボンナノチューブ(A)のG/D比はラマン分光分析法により求められる。本実施形態のカーボンナノチューブ(A)は、ラマンスペクトルにおいて1560~1600cm-1の範囲内での最大ピーク強度をG、1310~1350cm-1の範囲内での最大ピーク強度をDとした際に、G/D比が、0.5~50であることが好ましく、10~50であることがより好ましく、30~50であることがさらに好ましい。 Carbon nanotubes are evaluated by the G/D ratio (peak ratio of G-band and D-band). The G/D ratio of the carbon nanotube (A) of this embodiment is determined by Raman spectroscopy. In the carbon nanotube (A) of the present embodiment, when the maximum peak intensity in the range of 1560 to 1600 cm -1 in the Raman spectrum is G and the maximum peak intensity in the range of 1310 to 1350 cm -1 is D, The G/D ratio is preferably 0.5-50, more preferably 10-50, even more preferably 30-50.
ラマン分光分析法で使用するレーザー波長は種々あるが、ここでは532nmおよび632nmを利用する。ラマンスペクトルにおいて1590cm-1付近に見られるラマンシフトは、グラファイト由来のGバンドと呼ばれ、1350cm-1付近に見られるラマンシフトはアモルファスカーボンやグラファイトの欠陥に由来のDバンドと呼ばれる。このG/D比が高いカーボンナノチューブほど、グラファイト化度が高い。 There are various laser wavelengths used in Raman spectroscopy, but 532 nm and 632 nm are used here. The Raman shift seen around 1590 cm −1 in the Raman spectrum is called the G band derived from graphite, and the Raman shift seen around 1350 cm −1 is called the D band derived from defects in amorphous carbon and graphite. A carbon nanotube with a higher G/D ratio has a higher degree of graphitization.
本実施形態のカーボンナノチューブ(A)の体積抵抗率は1.0×10-3~1.5×10-2Ω・cmであることが好ましく、1.0×10-3~1.0×10-2Ω・cmであることがより好ましい。カーボンナノチューブ(A)の体積抵抗率は粉体抵抗率測定装置((株)三菱化学アナリテック社製:ロレスターGP粉体抵抗率測定システムMCP-PD-51))を用いて測定することができる。 The carbon nanotube (A) of the present embodiment preferably has a volume resistivity of 1.0×10 −3 to 1.5×10 −2 Ω·cm, and preferably 1.0×10 −3 to 1.0×10 −3 Ω·cm. More preferably, it is 10 -2 Ω·cm. The volume resistivity of the carbon nanotube (A) can be measured using a powder resistivity measuring device (manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd.: Lorestar GP powder resistivity measuring system MCP-PD-51)). .
本実施形態のカーボンナノチューブ(A)はどのような方法で製造したカーボンナノチューブでも構わない。カーボンナノチューブ(A)は一般にレーザーアブレーション法、アーク放電法、熱CVD法、プラズマCVD法及び燃焼法で製造できるが、これらに限定されない。例えば、酸素濃度が1体積%以下の雰囲気中、500~1000℃にて、炭素源を触媒と接触反応させることでカーボンナノチューブ(A)を製造することができる。炭素源は炭化水素及びアルコールの少なくともいずれか一方でもよい。 The carbon nanotube (A) of this embodiment may be a carbon nanotube produced by any method. Carbon nanotubes (A) can generally be produced by a laser ablation method, an arc discharge method, a thermal CVD method, a plasma CVD method, and a combustion method, but are not limited to these. For example, carbon nanotubes (A) can be produced by contact-reacting a carbon source with a catalyst at 500 to 1000° C. in an atmosphere with an oxygen concentration of 1% by volume or less. The carbon source may be at least one of hydrocarbons and alcohols.
カーボンナノチューブ(A)の炭素源となる原料ガスは、従来公知の任意のものを使用できる。例えば、炭素を含む原料ガスとしてメタン、エチレン、プロパン、ブタン及びアセチレンに代表される炭化水素、一酸化炭素、並びにアルコールを用いることができるが、これらに限定されない。特に使いやすさの観点から、炭化水素及びアルコールの少なくともいずれか一方を原料ガスとして用いることが望ましい。 Any conventionally known raw material gas can be used as the carbon source of the carbon nanotubes (A). For example, as a raw material gas containing carbon, hydrocarbons represented by methane, ethylene, propane, butane and acetylene, carbon monoxide, and alcohols can be used, but not limited thereto. Especially from the viewpoint of ease of use, it is desirable to use at least one of hydrocarbon and alcohol as source gas.
(2)分散剤(B)
本実施形態の分散剤(B)は、カーボンナノチューブ(A)を分散安定化できる範囲で特に限定されず、界面活性剤、樹脂型分散剤を使用することができる。界面活性剤は主にアニオン性、カチオン性、ノニオン性及び両性に分類される。カーボンナノチューブ(A)の分散に要求される特性に応じて適宜好適な種類の分散剤を、好適な配合量で使用することができる。
(2) Dispersant (B)
The dispersant (B) of the present embodiment is not particularly limited as long as it can stabilize the dispersion of the carbon nanotubes (A), and surfactants and resin-type dispersants can be used. Surfactants are mainly classified as anionic, cationic, nonionic and amphoteric. A suitable type of dispersant can be used in a suitable blending amount depending on the properties required for dispersing the carbon nanotubes (A).
アニオン性界面活性剤を選択する場合、その種類は特に限定されない。具体的には脂肪酸塩、ポリスルホン酸塩、ポリカルボン酸塩、アルキル硫酸エステル塩、アルキルアリールスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、ジアルキルスルホン酸塩、ジアルキルスルホコハク酸塩、アルキルリン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩、ポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル硫酸塩、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、ポリオキシエチレンアルキルリン酸スルホン酸塩、グリセロールボレイト脂肪酸エステル及びポリオキシエチレングリセロール脂肪酸エステルが挙げられるが、これらに限定されない。さらに、具体的にはドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ラウリル酸硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル硫酸エステル塩及びβ-ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物のナトリウム塩が挙げられるが、これらに限定されない。 When an anionic surfactant is selected, the type is not particularly limited. Specifically, fatty acid salts, polysulfonates, polycarboxylates, alkyl sulfates, alkylarylsulfonates, alkylnaphthalenesulfonates, dialkylsulfonates, dialkylsulfosuccinates, alkyl phosphates, polyoxy ethylene alkyl ether sulfates, polyoxyethylene alkyl aryl ether sulfates, naphthalene sulfonic acid formalin condensates, polyoxyethylene alkyl phosphate sulfonates, glycerol borate fatty acid esters and polyoxyethylene glycerol fatty acid esters. is not limited to More specific examples include sodium dodecylbenzenesulfonate, sodium lauryl sulfate, sodium polyoxyethylene lauryl ether sulfate, polyoxyethylene nonylphenyl ether sulfate, and sodium salt of β-naphthalenesulfonic acid formalin condensate. , but not limited to.
またカチオン性界面活性剤としては、アルキルアミン塩類及び第四級アンモニウム塩類がある。具体的にはステアリルアミンアセテート、トリメチルヤシアンモニウムクロリド、トリメチル牛脂アンモニウムクロリド、ジメチルジオレイルアンモニウムクロリド、メチルオレイルジエタノールクロリド、テトラメチルアンモニウムクロリド、ラウリルピリジニウムクロリド、ラウリルピリジニウムブロマイド、ラウリルピリジニウムジサルフェート、セチルピリジニウムブロマイド、4-アルキルメルカプトピリジン、ポリ(ビニルピリジン)-ドデシルブロマイド及びドデシルベンジルトリエチルアンモニウムクロリドが挙げられるが、これらに限定されない。また両性界面活性剤としては、アミノカルボン酸塩が挙げられるが、これらに限定されない。 Cationic surfactants also include alkylamine salts and quaternary ammonium salts. Specifically, stearylamine acetate, trimethylyac ammonium chloride, trimethyl tallow ammonium chloride, dimethyldioleyl ammonium chloride, methyloleyl diethanol chloride, tetramethylammonium chloride, laurylpyridinium chloride, laurylpyridinium bromide, laurylpyridinium disulfate, cetylpyridinium bromide. , 4-alkylmercaptopyridine, poly(vinylpyridine)-dodecyl bromide and dodecylbenzyltriethylammonium chloride. Amphoteric surfactants also include, but are not limited to, aminocarboxylates.
またノニオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシアルキレン誘導体、ポリオキシエチレンフェニルエーテル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル及びアルキルアリルエーテルが挙げられるが、これらに限定されない。具体的にはポリオキシエチレンラウリルエーテル、ソルビタン脂肪酸エステル及びポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテルが挙げられるが、これらに限定されない。 Nonionic surfactants include, but are not limited to, polyoxyethylene alkyl ethers, polyoxyalkylene derivatives, polyoxyethylene phenyl ethers, sorbitan fatty acid esters, polyoxyethylene sorbitan fatty acid esters and alkylallyl ethers. Specific examples include, but are not limited to, polyoxyethylene lauryl ether, sorbitan fatty acid ester, and polyoxyethylene octylphenyl ether.
選択される界面活性剤は単独の界面活性剤に限定されない。このため二種以上の界面活性剤を組み合わせて使用することも可能である。例えばアニオン性界面活性剤及びノニオン性界面活性剤の組み合わせ、又はカチオン性界面活性剤及びノニオン性界面活性剤の組み合わせが利用できる。その際の配合量は、それぞれの界面活性剤成分に対して好適な配合量とすることが好ましい。組み合わせとしてはアニオン性界面活性剤及びノニオン性界面活性剤の組み合わせが好ましい。アニオン性界面活性剤はポリカルボン酸塩であることが好ましい。ノニオン性界面活性剤はポリオキシエチレンフェニルエーテルであることが好ましい。 The selected surfactant is not limited to a single surfactant. Therefore, it is also possible to use a combination of two or more surfactants. For example, a combination of anionic and nonionic surfactants or a combination of cationic and nonionic surfactants can be used. The blending amount at that time is preferably a blending amount suitable for each surfactant component. As a combination, a combination of an anionic surfactant and a nonionic surfactant is preferred. Preferably, the anionic surfactant is a polycarboxylate. Preferably, the nonionic surfactant is polyoxyethylene phenyl ether.
また樹脂型分散剤として具体的には、セルロース誘導体(セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースブチレート、シアノエチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、ニトロセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロースなど)、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリビニルピロリドンが挙げられる。特にメチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリビニルピロリドンが好ましい。 Specific examples of resin type dispersants include cellulose derivatives (cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose butyrate, cyanoethyl cellulose, ethyl hydroxyethyl cellulose, nitrocellulose, methyl cellulose, ethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose , carboxymethylcellulose, etc.), polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, and polyvinylpyrrolidone. Especially preferred are methyl cellulose, ethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral and polyvinylpyrrolidone.
(3)溶媒(C)
本実施形態の溶媒(C)は、カーボンナノチューブ(A)が分散可能な範囲であれば特に限定されないが、水、及び水溶性有機溶媒のいずれか一種、若しくは二種以上からなる混合溶媒であり、水を含むことがより好ましい。水を含む場合は、溶媒(C)全体に対して95質量%以上であることが好ましく、98質量%以上であることがさらに好ましい。
(3) Solvent (C)
The solvent (C) of the present embodiment is not particularly limited as long as the carbon nanotubes (A) can be dispersed. , more preferably water. When water is included, it is preferably at least 95% by mass, more preferably at least 98% by mass, relative to the entire solvent (C).
水溶性有機溶媒としては、アルコール系(メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール、セカンダリーブタノール、ターシャリーブタノール、ベンジルアルコールなど)、多価アルコール系(エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、ブチレングリコール、ヘキサンジオール、ペンタンジオール、グリセリン、ヘキサントリオール、チオジグリコールなど)、多価アルコールエーテル系(エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、プロピレングリコールモノフェニルエーテルなど)、アミン系(エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、N-メチルジエタノールアミン、N-エチルジエタノールアミン、モルホリン、N-エチルモルホリン、エチレンジアミン、ジエチレンジアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ポリエチレンイミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、テトラメチルプロピレンジアミンなど)、アミド系(N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、N-エチル-2-ピロリドン(NEP)、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジエチルアセトアミド、N-メチルカプロラクタムなど)、複素環系(シクロヘキシルピロリドン、2-オキサゾリドン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、γ-ブチロラクトンなど)、スルホキシド系(ジメチルスルホキシドなど)、スルホン系(ヘキサメチルホスホロトリアミド、スルホランなど)、低級ケトン系(アセトン、メチルエチルケトンなど)、その他、テトラヒドロフラン、尿素、アセトニトリルなどを使用することができる。 Water-soluble organic solvents include alcohols (methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, isobutanol, secondary butanol, tertiary butanol, benzyl alcohol, etc.), polyhydric alcohols (ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, polyethylene glycol, etc.). glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, polypropylene glycol, butylene glycol, hexanediol, pentanediol, glycerin, hexanetriol, thiodiglycol, etc.), polyhydric alcohol ethers (ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene Glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monomethyl ether acetate, triethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monophenyl ether, propylene glycol monophenyl ether, etc.), amines (ethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, N-methyldiethanolamine, N-ethyldiethanolamine, morpholine, N-ethylmorpholine , ethylenediamine, diethylenediamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, polyethyleneimine, pentamethyldiethylenetriamine, tetramethylpropylenediamine, etc.), amides (N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), N-ethyl-2-pyrrolidone (NEP), N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N,N-diethylacetamide, N-methylcaprolactam, etc.), heterocyclic ring systems (cyclohexylpyrrolidone, 2-oxazolidone, 1,3-dimethyl-2 -imidazolidinone, γ-butyrolactone, etc.), sulfoxides (dimethylsulfoxide, etc.), sulfones (hexamethylphosphorotriamide, sulfolane, etc.), lower ketones (acetone, methyl ethyl ketone, etc.), others, tetrahydrofuran, urea, aceto Nitrile or the like can be used.
(4)カーボンナノチューブ分散液
本実施形態のカーボンナノチューブ分散液は、カーボンナノチューブ(A)と分散剤(B)と溶媒(C)を含むものである。
(4) Carbon nanotube dispersion The carbon nanotube dispersion of the present embodiment contains carbon nanotubes (A), a dispersant (B) and a solvent (C).
本実施形態のカーボンナノチューブ分散液の累積粒径D50は、200~1000nmであり、200~800nmであることが好ましい。カーボンナノチューブ分散液の累積粒径D50は粒度分布計(マイクロトラック・ベル株式会社製、Nanotrac UPA、model UPA-EX)を用いて測定することができる。 The cumulative particle diameter D50 of the carbon nanotube dispersion liquid of the present embodiment is 200 to 1000 nm, preferably 200 to 800 nm. The cumulative particle diameter D50 of the carbon nanotube dispersion can be measured using a particle size distribution meter (Nanotrac UPA, model UPA-EX, manufactured by Microtrack Bell Co., Ltd.).
本実施形態のカーボンナノチューブ分散液を得るには、カーボンナノチューブ(A)を溶媒(C)中に分散させる処理を行うことが好ましい。かかる処理を行うために使用される分散装置は特に限定されない。 In order to obtain the carbon nanotube dispersion liquid of the present embodiment, it is preferable to perform a treatment of dispersing the carbon nanotubes (A) in the solvent (C). The dispersing device used for performing such treatment is not particularly limited.
分散装置としては、顔料分散等に通常用いられている分散機を使用することができる。例えば、ディスパー、ホモミキサー、プラネタリーミキサー等のミキサー類、ホモジナイザー(BRANSON社製Advanced Digital Sonifer(登録商標)、MODEL 450DA、エム・テクニック社製「クレアミックス」、PRIMIX社「フィルミックス」等、シルバーソン社製「アブラミックス」等)類、ペイントコンディショナー(レッドデビル社製)、コロイドミル(PUC社製「PUCコロイドミル」、IKA社製「コロイドミルMK」)類、コーンミル(IKA社製「コーンミルMKO」等)、ボールミル、サンドミル(シンマルエンタープライゼス社製「ダイノミル」等)、アトライター、パールミル(アイリッヒ社製「DCPミル」等)、コボールミル等のメディア型分散機、湿式ジェットミル(ジーナス社製「ジーナスPY」、スギノマシン社製「スターバースト」、ナノマイザー社製「ナノマイザー」等)、エム・テクニック社製「クレアSS-5」、奈良機械社製「MICROS」等のメディアレス分散機、その他ロールミル等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。 As a dispersing device, a dispersing machine commonly used for dispersing pigments and the like can be used. For example, mixers such as disper, homomixer, and planetary mixer, homogenizers (Advanced Digital Sonifer (registered trademark) manufactured by BRANSON, MODEL 450DA, "Clearmix" manufactured by M Technic, "Filmix" manufactured by PRIMIX, etc., silver Son's "Abramix", etc.), paint conditioner (Red Devil), colloid mills (PUC's "PUC Colloid Mill", IKA's "Colloid Mill MK"), cone mills (IKA's "Cone Mill MKO", etc.), ball mill, sand mill ("Dyno Mill" manufactured by Shinmaru Enterprises, etc.), attritor, pearl mill ("DCP Mill" manufactured by Eirich, etc.), media-type dispersing machines such as coball mills, wet jet mills (Jenus Co., Ltd. "Genus PY" manufactured by Sugino Machine, "Starburst" manufactured by Sugino Machine, "Nanomizer" manufactured by Nanomizer, etc.), "Crea SS-5" manufactured by M Technic, "MICROS" manufactured by Nara Machinery, etc. Other examples include a roll mill and the like, but are not limited to these.
本実施形態のカーボンナノチューブ(A)の量は、カーボンナノチューブ分散液100質量部に対して、0.2~20質量部が好ましく、0.2~10質量部が好ましく、0.5~5質量%がより好ましい。 The amount of carbon nanotubes (A) in the present embodiment is preferably 0.2 to 20 parts by mass, preferably 0.2 to 10 parts by mass, and 0.5 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the carbon nanotube dispersion. % is more preferred.
本実施形態のカーボンナノチューブ分散液中の分散剤(B)の量は、カーボンナノチューブ(A)100質量部に対して、30~200質量部使用することが好ましく、30~100質量部使用することがより好ましく、30~80質量部使用することがさらに好ましい。 The amount of the dispersant (B) in the carbon nanotube dispersion liquid of the present embodiment is preferably 30 to 200 parts by mass, preferably 30 to 100 parts by mass, with respect to 100 parts by mass of the carbon nanotubes (A). is more preferable, and it is even more preferable to use 30 to 80 parts by mass.
本実施形態の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(A)の繊維長は、0.1~10μmが好ましく、0.2~5μmが好ましく、0.3~2μmが特に好ましい。 The fiber length of the carbon nanotubes (A) in the carbon nanotube dispersion of this embodiment is preferably 0.1 to 10 μm, preferably 0.2 to 5 μm, particularly preferably 0.3 to 2 μm.
本実施形態のカーボンナノチューブ分散液のpHは6~11であることが好ましく、7~11であることがより好ましく、7~10であることがさらに好ましく、7.5~10であることが特に好ましい。カーボンナノチューブ分散液のpHはpH計(株式会社堀場製作所社製、pH METER F-52)を用いて測定することができる。 The pH of the carbon nanotube dispersion of the present embodiment is preferably 6 to 11, more preferably 7 to 11, even more preferably 7 to 10, particularly 7.5 to 10. preferable. The pH of the carbon nanotube dispersion can be measured using a pH meter (pH METER F-52, manufactured by Horiba, Ltd.).
本実施形態のカーボンナノチューブ分散液の粘度は、B型粘度計を用いて、25℃6rpmで測定した粘度をX、60rpmで測定した粘度をYとした際に、X/Yが、1.5≦X/Y≦5.5であることが好ましく、1.5≦X/Y≦4.0であることがさらに好ましい。 The viscosity of the carbon nanotube dispersion liquid of the present embodiment is determined using a Brookfield viscometer, where X is the viscosity measured at 25° C. at 6 rpm, and Y is the viscosity measured at 60 rpm, where X/Y is 1.5. ≤X/Y≤5.5, and more preferably 1.5≤X/Y≤4.0.
(5)バインダー樹脂(D)
バインダー樹脂(D)とは、カーボンナノチューブなどの物質を結着する樹脂である。
(5) Binder resin (D)
The binder resin (D) is a resin that binds substances such as carbon nanotubes.
本実施形態のバインダー樹脂(D)としては、例えば、エチレン、プロピレン、塩化ビニル、酢酸ビニル、ビニルアルコール、マレイン酸、アクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸、メタクリル酸エステル、アクリロニトリル、スチレン、ビニルブチラール、ビニルアセタール、ビニルピロリドン等を構成単位として含む重合体または共重合体;ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂、アクリル樹脂、ホルムアルデヒド樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂;カルボキシメチルセルロースのようなセルロース樹脂;スチレンブタジエンゴム、フッ素ゴムのようなゴム類;ポリアニリン、ポリアセチレンのような導電性樹脂等が挙げられる。また、これらの樹脂の変性体や混合物、および共重合体でも良い。この中でも、カルボキシメチルセルロース、スチレンブタジエンゴム、ポリアクリル酸が好ましい。 Examples of the binder resin (D) of the present embodiment include ethylene, propylene, vinyl chloride, vinyl acetate, vinyl alcohol, maleic acid, acrylic acid, acrylic acid ester, methacrylic acid, methacrylic acid ester, acrylonitrile, styrene, and vinyl butyral. , vinyl acetal, vinyl pyrrolidone, etc. as structural units; polyurethane resin, polyester resin, phenol resin, epoxy resin, phenoxy resin, urea resin, melamine resin, alkyd resin, acrylic resin, formaldehyde resin, silicon resins, fluororesins; cellulose resins such as carboxymethyl cellulose; rubbers such as styrene-butadiene rubbers and fluororubbers; conductive resins such as polyaniline and polyacetylene; Modified products, mixtures, and copolymers of these resins may also be used. Among these, carboxymethyl cellulose, styrene-butadiene rubber, and polyacrylic acid are preferred.
バインダーの種類や量比は、カーボンナノチューブ、活物質など共存する物質の性状に合わせて、適宜選択される。例えば、カルボキシメチルセルロースを負極で使用する量については、負極活物質の質量を100質量%とした場合、カルボキシメチルセルロースの割合が0.5~3.0質量%が好ましく、1.0~2.0質量%がさらに好ましい。 The type and amount ratio of the binder are appropriately selected according to the properties of coexisting substances such as carbon nanotubes and active materials. For example, regarding the amount of carboxymethylcellulose used in the negative electrode, when the mass of the negative electrode active material is 100% by mass, the ratio of carboxymethylcellulose is preferably 0.5 to 3.0% by mass, and 1.0 to 2.0% by mass. % by mass is more preferred.
スチレンブタジエンゴムは、水中油滴エマルションであれば、一般に黒鉛系負極の結着材として用いられているものを使用することができる。スチレンブタジエンゴムを負極で使用する量については、負極活物質の質量を100質量%とした場合、スチレンブタジエンゴムの割合が0.5~3.0質量%が好ましく、1.0~2.0質量%がさらに好ましい。 Styrene-butadiene rubber that is generally used as a binder for graphite-based negative electrodes can be used as long as it is an oil-in-water emulsion. Regarding the amount of styrene-butadiene rubber used in the negative electrode, the ratio of styrene-butadiene rubber is preferably 0.5 to 3.0% by mass, preferably 1.0 to 2.0%, when the mass of the negative electrode active material is 100% by mass. % by mass is more preferred.
ポリアクリル酸を負極で使用する量については、負極活物質の質量を100質量%とした場合、ポリアクリル酸の割合が1~20質量%が好ましく、5~15質量%がさらに好ましい。 Regarding the amount of polyacrylic acid used in the negative electrode, the proportion of polyacrylic acid is preferably 1 to 20% by mass, more preferably 5 to 15% by mass, when the mass of the negative electrode active material is 100% by mass.
(5)カーボンナノチューブ樹脂組成物
本実施形態のカーボンナノチューブ樹脂組成物は、カーボンナノチューブ(A)と分散剤(B)と溶媒(C)とバインダー樹脂(D)とを含むものである。
(5) Carbon nanotube resin composition The carbon nanotube resin composition of the present embodiment contains carbon nanotubes (A), dispersant (B), solvent (C) and binder resin (D).
本実施形態のカーボンナノチューブ樹脂組成物を得るには、カーボンナノチューブ分散液(C)とバインダー樹脂(D)を混合し、均一化することが好ましい。混合方法としては、従来公知の様々な方法を行うことができる。カーボンナノチューブ樹脂組成物は前記カーボンナノチューブ分散液で説明した分散装置を用いて作製することができる。 In order to obtain the carbon nanotube resin composition of the present embodiment, it is preferable to mix the carbon nanotube dispersion (C) and the binder resin (D) and homogenize them. As a mixing method, conventionally known various methods can be used. The carbon nanotube resin composition can be prepared using the dispersing apparatus described for the carbon nanotube dispersion.
(6)合材スラリー
本実施形態の合材スラリーとは、カーボンナノチューブ(A)と分散剤(B)と溶媒(C)とバインダー樹脂(D)と活物質(E)を含むものである。
<活物質(E)>
本実施形態の活物質(E)とは、電池反応の基となる材料のことである。活物質は起電力から正極活物質と負極活物質に分けられる。
(6) Compound Slurry The compound slurry of the present embodiment contains carbon nanotubes (A), dispersant (B), solvent (C), binder resin (D), and active material (E).
<Active material (E)>
The active material (E) of the present embodiment is a material that serves as a basis for battery reaction. Active materials are classified into positive electrode active materials and negative electrode active materials according to the electromotive force.
正極活物質としては、特に限定はされないが、リチウムイオンをドーピングまたはインターカレーション可能な金属酸化物、金属硫化物等の金属化合物、および導電性高分子等を使用することができる。例えば、Fe、Co、Ni、Mn等の遷移金属の酸化物、リチウムとの複合酸化物、遷移金属硫化物等の無機化合物等が挙げられる。具体的には、MnO、V2O5、V6O13、TiO2等の遷移金属酸化物粉末、層状構造のニッケル酸リチウム、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、スピネル構造のマンガン酸リチウムなどのリチウムと遷移金属との複合酸化物粉末、オリビン構造のリン酸化合物であるリン酸鉄リチウム系材料、TiS2、FeSなどの遷移金属硫化物粉末等が挙げられる。また、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン等の導電性高分子を使用することもできる。また、上記の無機化合物や有機化合物を混合して用いてもよい。 The positive electrode active material is not particularly limited, but metal oxides capable of doping or intercalating lithium ions, metal compounds such as metal sulfides, conductive polymers, and the like can be used. Examples thereof include transition metal oxides such as Fe, Co, Ni and Mn, composite oxides with lithium, and inorganic compounds such as transition metal sulfides. Specifically, transition metal oxide powders such as MnO, V 2 O 5 , V 6 O 13 , and TiO 2 , layered structure lithium nickel oxide, lithium cobalt oxide, lithium manganate, spinel structure lithium manganate, and the like. Composite oxide powders of lithium and transition metals, lithium iron phosphate-based materials that are phosphoric acid compounds having an olivine structure, transition metal sulfide powders such as TiS 2 and FeS, and the like. Conductive polymers such as polyaniline, polyacetylene, polypyrrole and polythiophene can also be used. Further, the above inorganic compounds and organic compounds may be mixed and used.
負極活物質としては、リチウムイオンをドーピングまたはインターカレーション可能なものであれば特に限定されない。例えば、金属Li、その合金であるスズ合金、シリコン合金、鉛合金等の合金系、LiXFe2O3、LiXFe3O4、LiXWO2(xは0<x<1の数である。)、チタン酸リチウム、バナジウム酸リチウム、ケイ素酸リチウム等の金属酸化物系、ポリアセチレン、ポリ-p-フェニレン等の導電性高分子系、ソフトカーボンやハードカーボンといった、アモルファス系炭素質材料や、高黒鉛化炭素材料等の人造黒鉛、あるいは天然黒鉛等の炭素質粉末、カーボンブラック、メソフェーズカーボンブラック、樹脂焼成炭素材料、気層成長炭素繊維、炭素繊維などの炭素系材料が挙げられる。これら負極活物質は、1種または複数を組み合わせて使用することもできる。 The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can dope or intercalate lithium ions. For example, metal Li, tin alloys thereof, silicon alloys, alloys such as lead alloys, Li x Fe 2 O 3 , Li x Fe 3 O 4 , Li x WO 2 (where x is a number of 0<x<1 ), metal oxides such as lithium titanate, lithium vanadate, and lithium silicate, conductive polymers such as polyacetylene and poly-p-phenylene, and amorphous carbonaceous materials such as soft carbon and hard carbon. , carbonaceous materials such as artificial graphite such as highly graphitized carbon materials, carbonaceous powders such as natural graphite, carbon black, mesophase carbon black, resin-baked carbon materials, vapor-grown carbon fibers, and carbon fibers. These negative electrode active materials can also be used singly or in combination.
本実施形態の負極活物質としては、上記シリコン系負極活物質に加えて、黒鉛系負極活物質を併用することが好ましい。 As the negative electrode active material of the present embodiment, it is preferable to use a graphite-based negative electrode active material in addition to the silicon-based negative electrode active material.
シリコン系負極活物質としては、例えば、二酸化珪素を炭素で還元して作製される所謂冶金グレードシリコンや、冶金グレードシリコンを酸処理や一方向凝固などで不純物を低減した工業グレードシリコン、そしてシリコンを反応させて得られたシランから作製される高純度の単結晶、多結晶、アモルファスなど結晶状態の異なる高純度シリコンや、工業グレードシリコンをスパッタ法やEB蒸着(電子ビーム蒸着)法などで高純度にすると同時に、結晶状態や析出状態を調整したシリコンなどが挙げられる。 Examples of silicon-based negative electrode active materials include so-called metallurgical grade silicon produced by reducing silicon dioxide with carbon, industrial grade silicon obtained by reducing impurities by acid treatment or unidirectional solidification of metallurgical grade silicon, and silicon. High-purity silicon with different crystal states such as high-purity single crystal, polycrystal, and amorphous made from silane obtained by reaction, and industrial-grade silicon with high purity by sputtering method or EB vapor deposition (electron beam vapor deposition) method. At the same time, silicon whose crystalline state and precipitation state are adjusted can be mentioned.
また、シリコンと酸素の化合物である酸化珪素や、シリコンと各種合金及びそれらの結晶状態を急冷法などで調整したシリコン化合物も挙げられる。中でも、外側がカーボン皮膜で被覆された、珪素ナノ粒子が酸化珪素中に分散した構造を有するシリコン系負極活物質が好ましい。 Silicon oxide, which is a compound of silicon and oxygen, silicon and various alloys, and silicon compounds obtained by adjusting the crystalline state thereof by a quenching method, etc., can also be used. Among them, a silicon-based negative electrode active material having a structure in which silicon nanoparticles are dispersed in silicon oxide and whose outer surface is coated with a carbon film is preferable.
シリコン系負極活物質の量は、黒鉛系負極活物質100質量%とした場合、3~50質量%であることが好ましく、5~25質量%であることがより好ましい。 The amount of the silicon-based negative electrode active material is preferably 3 to 50% by mass, more preferably 5 to 25% by mass, based on 100% by mass of the graphite-based negative electrode active material.
本実施形態の活物質のBET比表面積は0.1~10m2/gのものが好ましく、0.2~5m2/gのものがより好ましく、0.3~3m2/gのものがさらに好ましい。 The BET specific surface area of the active material of the present embodiment is preferably 0.1 to 10 m 2 /g, more preferably 0.2 to 5 m 2 /g, and further preferably 0.3 to 3 m 2 /g. preferable.
本実施形態の活物質の平均粒子径は0.05~100μmの範囲内であることが好ましく、さらに好ましくは、0.1~50μmの範囲内である。本明細書でいう活物質の平均粒子径とは、活物質を電子顕微鏡で測定した粒子径の平均値である。 The average particle size of the active material of this embodiment is preferably in the range of 0.05 to 100 μm, more preferably in the range of 0.1 to 50 μm. The average particle size of the active material referred to in this specification is the average value of the particle sizes of the active material measured with an electron microscope.
(7)合材スラリーの製造方法 (7) Method for producing composite material slurry
本実施形態の合材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樹脂組成物に活物質(E)を添加して作製する方法や、カーボンナノチューブ分散液に活物質(E)を添加した後、バインダー樹脂(D)を添加して作製する方法が挙げられる。 The mixture slurry of the present embodiment can be produced by various conventionally known methods. For example, there is a method of adding the active material (E) to the carbon nanotube resin composition, and a method of adding the binder resin (D) after adding the active material (E) to the carbon nanotube dispersion. mentioned.
本実施形態の合材スラリーを得るには、カーボンナノチューブ樹脂組成物に活物質を加えた後、分散させる処理を行うことが好ましい。かかる処理を行うために使用される分散装置は特に限定されない。合材スラリーは前記カーボンナノチューブ分散液で説明した分散装置を用いて、合材スラリーを得ることができる。 In order to obtain the mixture slurry of the present embodiment, it is preferable to perform a dispersing treatment after adding the active material to the carbon nanotube resin composition. The dispersing device used for performing such treatment is not particularly limited. The mixture slurry can be obtained by using the dispersing device described in the carbon nanotube dispersion.
本実施形態の合材スラリー中の活物質(E)の量は合材スラリー100質量%に対して、20~85質量%であることが好ましく、30~75質量%であることがより好ましく、40~70質量%であることがさらに好ましい。 The amount of the active material (E) in the mixture slurry of the present embodiment is preferably 20 to 85% by mass, more preferably 30 to 75% by mass, with respect to 100% by mass of the mixture slurry. It is more preferably 40 to 70% by mass.
本実施形態の合材スラリー中のカーボンナノチューブ(A)の量は活物質100質量%に対して、0.01~10質量%であることが好ましく、0.02~2質量%であることが好ましく0.03~1質量%であることが好ましい。 The amount of carbon nanotubes (A) in the mixture slurry of the present embodiment is preferably 0.01 to 10% by mass, preferably 0.02 to 2% by mass, with respect to 100% by mass of the active material. It is preferably 0.03 to 1% by mass.
本実施形態の合材スラリー中のバインダー樹脂(D)の量は活物質100質量%に対して、0.5~30質量%であることが好ましく、1~25質量%であることがさらに好ましく、2~20質量%であることが特に好ましい。 The amount of the binder resin (D) in the mixture slurry of the present embodiment is preferably 0.5 to 30% by mass, more preferably 1 to 25% by mass, with respect to 100% by mass of the active material. , 2 to 20% by weight.
本実施形態の合材スラリーの固形分の量は、合材スラリー100質量%に対して、30~90質量%であることが好ましく、30~80質量%であることがより好ましく、40~75質量%であることが好ましい。 The solid content of the composite material slurry of the present embodiment is preferably 30 to 90% by mass, more preferably 30 to 80% by mass, relative to 100% by mass of the composite material slurry, and 40 to 75% by mass. % by mass is preferred.
(8)電極膜
本実施形態の電極膜とは、合材スラリーを膜状に形成してなるものである。例えば、集電体上に合材スラリーを塗工乾燥することで、電極合材層を形成した塗膜である。
(8) Electrode film The electrode film of the present embodiment is formed by forming a mixture slurry into a film. For example, it is a coating film in which an electrode mixture layer is formed by coating and drying a mixture slurry on a current collector.
本実施形態の電極膜に使用する集電体の材質や形状は特に限定されず、各種二次電池にあったものを適宜選択することができる。例えば、集電体の材質としては、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、又はステンレス等の金属や合金が挙げられる。また、形状としては、一般的には平板上の箔が用いられるが、表面を粗面化したものや、穴あき箔状のもの、及びメッシュ状の集電体も使用できる。 The material and shape of the current collector used in the electrode film of the present embodiment are not particularly limited, and those suitable for various secondary batteries can be appropriately selected. For example, the material of the current collector includes metals and alloys such as aluminum, copper, nickel, titanium, and stainless steel. As for the shape, a flat foil is generally used, but a roughened surface, a perforated foil, and a mesh current collector can also be used.
集電体上に合材スラリーを塗工する方法としては、特に制限はなく公知の方法を用いることができる。具体的には、ダイコーティング法、ディップコーティング法、ロールコーティング法、ドクターコーティング法、ナイフコーティング法、スプレーコティング法、グラビアコーティング法、スクリーン印刷法または静電塗装法等が挙げる事ができ、乾燥方法としては放置乾燥、送風乾燥機、温風乾燥機、赤外線加熱機、遠赤外線加熱機などが使用できるが、特にこれらに限定されるものではない。 There are no particular restrictions on the method of applying the mixture slurry onto the current collector, and known methods can be used. Specific examples include a die coating method, a dip coating method, a roll coating method, a doctor coating method, a knife coating method, a spray coating method, a gravure coating method, a screen printing method or an electrostatic coating method. As a method, drying by standing, a blow dryer, a hot air dryer, an infrared heater, a far-infrared heater, etc. can be used, but the method is not particularly limited to these.
また、塗布後に平版プレスやカレンダーロール等による圧延処理を行っても良い。電極合材層の厚みは、一般的には1μm以上、500μm以下であり、好ましくは10μm以上、300μm以下である。 Further, after application, a rolling treatment using a lithographic press, calendar rolls, or the like may be performed. The thickness of the electrode mixture layer is generally 1 μm or more and 500 μm or less, preferably 10 μm or more and 300 μm or less.
(8)リチウムイオン二次電池
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、正極と、負極と、電解質とを具備してなり、正極または負極の少なくとも一方が、本発明の電極膜を含むものである。
(8) Lithium Ion Secondary Battery The lithium ion secondary battery of the present embodiment comprises a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, and at least one of the positive electrode and the negative electrode contains the electrode film of the present invention.
正極としては、集電体上に正極活物質を含む合材スラリーを塗工乾燥して電極膜を作製したものを使用することができる。 As the positive electrode, an electrode film can be prepared by coating slurry containing a positive electrode active material on a current collector and drying it.
負極としては、集電体上に負極活物質を含む合材スラリーを塗工乾燥して電極膜を作製したものを使用することができる。 As the negative electrode, an electrode film can be prepared by coating slurry containing a negative electrode active material on a current collector and drying it.
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、LiBF4、LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、LiC4F9SO3、Li(CF3SO2)3C、LiI、LiBr、LiCl、LiAlCl、LiHF2、LiSCN、又はLiBPh4(ただし、Phはフェニル基である)等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、電解液として使用することが好ましい。 As the electrolyte, various conventionally known substances in which ions can move can be used. For example, LiBF4 , LiClO4, LiPF6 , LiAsF6 , LiSbF6 , LiCF3SO3 , Li ( CF3SO2 ) 2N , LiC4F9SO3 , Li ( CF3SO2 ) 3C , LiI , LiBr, LiCl, LiAlCl, LiHF 2 , LiSCN, or LiBPh 4 (where Ph is a phenyl group) containing lithium salts. The electrolyte is preferably dissolved in a non-aqueous solvent and used as an electrolytic solution.
非水系の溶媒としては、特に限定はされないが、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、及びジエチルカーボネート等のカーボネート類;γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、及びγ-オクタノイックラクトン等のラクトン類;テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、1,3-ジオキソラン、4-メチル-1,3-ジオキソラン、1,2-メトキシエタン、1,2-エトキシエタン、及び1,2-ジブトキシエタン等のグライム類;メチルフォルメート、メチルアセテート、及びメチルプロピオネート等のエステル類;ジメチルスルホキシド、及びスルホラン等のスルホキシド類;並びに、アセトニトリル等のニトリル類等が挙げられる。これらの溶媒は、それぞれ単独で使用しても良いが、2種以上を混合して使用しても良い。 Examples of non-aqueous solvents include, but are not limited to, carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, and diethyl carbonate; γ-butyrolactone, γ-valerolactone, and γ - lactones such as octanoic lactone; tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, 1,2-methoxyethane, 1,2-ethoxyethane, and 1, glymes such as 2-dibutoxyethane; esters such as methylformate, methylacetate and methylpropionate; sulfoxides such as dimethylsulfoxide and sulfolane; and nitriles such as acetonitrile. Each of these solvents may be used alone, or two or more of them may be mixed and used.
本実施形態のリチウムイオン二次電池には、セパレーターを含むことが好ましい。セパレーターとしては、例えば、ポリエチレン不織布、ポリプロピレン不織布、ポリアミド不織布及びこれらに親水性処理を施したものが挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。 It is preferable that the lithium ion secondary battery of the present embodiment contain a separator. Examples of separators include polyethylene nonwoven fabrics, polypropylene nonwoven fabrics, polyamide nonwoven fabrics, and those subjected to hydrophilic treatment, but are not particularly limited to these.
本実施形態のリチウムイオン二次電池の構造は特に限定されないが、通常、正極及び負極と、必要に応じて設けられるセパレーターとから構成され、ペーパー型、円筒型、ボタン型、積層型等、使用する目的に応じた種々の形状とすることができる。 Although the structure of the lithium ion secondary battery of the present embodiment is not particularly limited, it usually consists of a positive electrode and a negative electrode and a separator provided as necessary, and can be used in a paper type, cylindrical type, button type, laminated type, etc. It can have various shapes depending on the purpose of use.
以下に実施例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明する。本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。実施例中、「カーボンナノチューブ」を「CNT」を略記することがある。なお、特に断らない限り、「部」は「質量部」、「%」は「質量%」を表す。 EXAMPLES The present invention will be described more specifically with reference to examples below. The present invention is not limited to the following examples as long as the gist thereof is not exceeded. In the examples, "carbon nanotube" may be abbreviated as "CNT". In addition, unless otherwise indicated, "part" represents "mass part" and "%" represents "mass%."
<物性の測定方法>
後述の各実施例及び比較例において使用されたCNTの物性は以下の方法により測定した。
<Method for measuring physical properties>
The physical properties of CNTs used in Examples and Comparative Examples described later were measured by the following methods.
<CNTのラマン分光分析>
ラマン顕微鏡(XploRA、株式会社堀場製作所社製)にCNTを設置し、532nmのレーザー波長を用いて測定を行った。測定条件は取り込み時間60秒、積算回数2回、減光フィルタ10%、対物レンズの倍率20倍、コンフォーカスホール500、スリット幅100μm、測定波長は100~3000cm-1とした。測定用のCNTはスライドガラス上に分取し、スパチュラを用いて平坦化した。得られたピークの内、スペクトルで1560~1600cm-1の範囲内で最大ピーク強度をG、1310~1350cm-1の範囲内で最大ピーク強度をDとし、G/Dの比をCNTのG/D比とした。
<Raman spectroscopic analysis of CNT>
The CNTs were placed in a Raman microscope (XploRA, manufactured by Horiba, Ltd.) and measured using a laser wavelength of 532 nm. Measurement conditions were as follows: acquisition time 60 seconds, integration times 2, neutral density filter 10%, objective lens magnification 20, confocus hole 500, slit width 100 μm, measurement wavelength 100 to 3000 cm −1 . CNTs for measurement were dispensed onto a slide glass and flattened using a spatula. Among the obtained peaks, the maximum peak intensity in the range of 1560 to 1600 cm -1 in the spectrum is G, the maximum peak intensity in the range of 1310 to 1350 cm -1 is D, and the ratio of G / D is G of CNT. D ratio.
<CNTの体積抵抗率>
粉体抵抗率測定装置((株)三菱化学アナリテック社製:ロレスターGP粉体抵抗率測定システムMCP-PD-51)を用い、試料質量1.2gとし、粉体用プローブユニット(四探針・リング電極、電極間隔5.0mm、電極半径1.0mm、試料半径12.5mm)により、印加電圧リミッタを90Vとして、種々加圧下の導電性粉体の体積抵抗率[Ω・cm]を測定した。1g/cm3の密度におけるCNTの体積抵抗率の値について評価した。
<Volume resistivity of CNT>
Using a powder resistivity measuring device (manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd.: Lorestar GP powder resistivity measuring system MCP-PD-51), the sample mass was 1.2 g, and a powder probe unit (four probes Using a ring electrode, electrode spacing of 5.0 mm, electrode radius of 1.0 mm, sample radius of 12.5 mm), the applied voltage limiter is set to 90 V, and the volume resistivity [Ω cm] of the conductive powder under various pressures is measured. did. The value of volume resistivity of CNT at a density of 1 g/cm 3 was evaluated.
<CNT純度の測定>
CNTをマイクロ波試料前処理装置(マイルストーンゼネラル社製、ETHOS1)を使用し、酸分解し、CNTに含まれる金属を抽出した。その後、マルチ型ICP発光分光分析装置(Agilent社製、720-ES)を用いて分析を行い、抽出液に含まれる金属量を算出した。CNTの純度は次のようにして計算した。
(式1)CNT純度(%)=((CNT質量-CNT中の金属質量)÷CNT質量)×100
<CNTの比表面積>
CNTを電子天秤(sartorius社製、MSA225S100DI)を用いて、0.03g計量した後、110℃で15分間、脱気しながら乾燥させた。その後、全自動比表面積測定装置(MOUNTECH社製、HM-model1208)を用いて、CNTの比表面積を測定した。
<Measurement of CNT purity>
CNTs were acid-decomposed using a microwave sample pretreatment device (ETHOS1, manufactured by Milestone General Co.) to extract metals contained in the CNTs. After that, analysis was performed using a multi-type ICP emission spectrometer (manufactured by Agilent, 720-ES) to calculate the amount of metal contained in the extract. The CNT purity was calculated as follows.
(Formula 1) CNT purity (%) = ((CNT mass - metal mass in CNT) / CNT mass) x 100
<Specific surface area of CNT>
After weighing 0.03 g of CNT using an electronic balance (manufactured by Sartorius, MSA225S100DI), the CNT was dried at 110° C. for 15 minutes while degassing. After that, the specific surface area of CNT was measured using a fully automatic specific surface area measuring device (HM-model 1208 manufactured by MOUNTECH).
<CNT分散液の粘度測定>
CNT分散液を25℃の恒温槽に1時間以上静置した後、CNT分散液を十分に撹拌してから、粘度計(TOKISANGYO CO.LTD、VISCOMETER、MODEL BL)を用いて、撹拌速度6rpmと60rpm時の粘度を測定した。
<Measurement of viscosity of CNT dispersion>
After allowing the CNT dispersion to stand in a constant temperature bath at 25° C. for 1 hour or longer, the CNT dispersion was sufficiently stirred, and then stirred at a stirring speed of 6 rpm using a viscometer (TOKISANGYO CO. LTD, VISCOMETER, MODEL BL). Viscosity was measured at 60 rpm.
<CNT分散液の粒度分布測定>
CNT分散液を25℃の恒温槽に1時間以上静置した後、CNT分散液を十分に撹拌および希釈してから、粒度分布計(マイクロトラック・ベル株式会社製、Nanotrac UPA、model UPA-EX)を用いて、CNT分散液の累積粒径D50を測定した。CNTの粒子屈折率は1.8、形状は非球形とした。溶媒の屈折率は1.333とした。測定の際は、ローディングインデックスの数値が0.8~1.2の範囲になるようにCNT分散液の濃度を希釈して行った。
<Particle size distribution measurement of CNT dispersion>
After allowing the CNT dispersion to stand in a constant temperature bath at 25° C. for 1 hour or more, the CNT dispersion was sufficiently stirred and diluted, and then measured with a particle size distribution meter (manufactured by Microtrack Bell Co., Ltd., Nanotrac UPA, model UPA-EX ) was used to measure the cumulative particle size D50 of the CNT dispersion. The CNT particles had a refractive index of 1.8 and were aspherical in shape. The refractive index of the solvent was 1.333. The measurement was performed by diluting the concentration of the CNT dispersion so that the numerical value of the loading index was in the range of 0.8 to 1.2.
<CNT分散液のpH測定>
CNT分散液を25℃の恒温槽に1時間以上静置した後、CNT分散液を十分に撹拌してから、pH計(株式会社堀場製作所社製、pH METER F-52)を用いて測定した。
<pH measurement of CNT dispersion>
After allowing the CNT dispersion to stand in a constant temperature bath at 25°C for 1 hour or longer, the CNT dispersion was sufficiently stirred and then measured using a pH meter (pH METER F-52, manufactured by Horiba, Ltd.). .
<負極用の電極膜の体積抵抗率>
負極用合材スラリーを、アプリケーターを用いて、電極の単位当たりの目付量が8mg/cm2となるように銅箔上に塗工した後、電気オーブン中で120℃±5℃で25分間、塗膜を乾燥させた。その後、(株)三菱化学アナリテック社製:ロレスターGP、MCP-T610を用いて乾燥後の塗膜の表面抵抗率(Ω/□)を測定した。測定後、銅箔上に形成した電極合材層の厚みを掛けて、負極用の電極膜の体積抵抗率(Ω・cm)とした。電極合材層の厚みは、膜厚計(NIKON社製、DIGIMICRO MH-15M)を用いて、電極膜中の3点を測定した平均値から、銅箔の膜厚を引き算し、電極膜の体積抵抗率(Ω・cm)とした。
<Volume resistivity of electrode film for negative electrode>
After coating the negative electrode mixture slurry on a copper foil using an applicator so that the weight per unit of the electrode is 8 mg/cm 2 , it is placed in an electric oven at 120°C ± 5°C for 25 minutes. The coating was allowed to dry. Thereafter, the surface resistivity (Ω/□) of the dried coating film was measured using Loresta GP, MCP-T610 manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd. After the measurement, the volume resistivity (Ω·cm) of the electrode film for the negative electrode was obtained by multiplying the thickness of the electrode mixture layer formed on the copper foil. The thickness of the electrode mixture layer is obtained by subtracting the thickness of the copper foil from the average value obtained by measuring three points in the electrode film using a film thickness gauge (DIGIMICRO MH-15M manufactured by NIKON). It was taken as volume resistivity (Ω·cm).
<負極用の電極膜の剥離強度>
合材スラリーを、アプリケーターを用いて、電極の単位当たりの目付量が8mg/cm2となるように銅箔上に塗工した後、電気オーブン中で120℃±5℃で25分間、塗膜を乾燥させた。その後、塗工方向を長軸として90mm×20mmの長方形に2本カットした。剥離強度の測定には卓上型引張試験機(東洋精機製作所社製、ストログラフE3)を用い、180度剥離試験法により評価した。具体的には、100mm×30mmサイズの両面テープ(No.5000NS、ニトムズ(株)製)をステンレス板上に貼り付け、作製した電池電極合材層を両面テープのもう一方の面に密着させ、一定速度(50mm/分)で下方から上方に引っ張りながら剥がし、このときの応力の平均値を剥離強度とした。
<Peel strength of electrode film for negative electrode>
Using an applicator, the mixture slurry was applied onto a copper foil so that the unit weight of the electrode was 8 mg/cm 2 , and then the coating was applied in an electric oven at 120°C ± 5°C for 25 minutes. was dried. After that, two rectangular pieces of 90 mm×20 mm were cut with the major axis in the coating direction. A desktop tensile tester (Strograph E3, manufactured by Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd.) was used to measure the peel strength, and the peel strength was evaluated by the 180 degree peel test method. Specifically, a 100 mm × 30 mm double-sided tape (No. 5000NS, manufactured by Nitoms Co., Ltd.) is pasted on a stainless steel plate, and the prepared battery electrode mixture layer is adhered to the other side of the double-sided tape. The film was peeled off while being pulled upward at a constant speed (50 mm/min), and the average value of the stress at this time was taken as the peel strength.
<リチウムイオン二次電池のレート特性評価>
ラミネート型リチウムイオン二次電池を25℃の恒温室内に設置し、充放電装置(北斗電工社製、SM-8)を用いて充放電測定を行った。充電電流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(1mA0.02C))を行い、放電電流0.2Cおよび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 (%)
<Evaluation of rate characteristics of lithium ion secondary battery>
The laminated lithium ion secondary battery was placed in a constant temperature room at 25° C., and charge/discharge measurements were performed using a charge/discharge device (SM-8, manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.). After performing constant current constant voltage charging (cutoff current 1 mA (0.02 C)) at a charging current of 10 mA (0.2 C) and a charging end voltage of 4.3 V, discharge at a discharging current of 10 mA (0.2 C). Constant current discharge was performed at a final voltage of 3V. After repeating this operation three times, constant current constant voltage charge (cutoff current (1 mA 0.02 C)) was performed at a charge current of 10 mA (0.2 C) and a charge cut-off voltage of 4.3 V, and a discharge current of 0.2 C and Constant current discharge was carried out at 3 C until the final discharge voltage of 3.0 V was reached, and the discharge capacity was determined for each. The rate characteristic can be expressed by the ratio of the 0.2C discharge capacity and the 3C discharge capacity, which is the following formula 1.
(Formula 1) Rate characteristics = 3C discharge capacity/3rd 0.2C discharge capacity x 100 (%)
<リチウムイオン二次電池のサイクル特性評価>
ラミネート型リチウムイオン二次電池を25℃の恒温室内に設置し、充放電装置(北斗電工社製、SM-8)を用いて充放電測定を行った。充電電流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50回繰り返した。1Cは正極の理論容量を1時間で放電する電流値とした。サイクル特性は25℃における3回目の0.5C放電容量と50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/50回目の0.5C放電容量×100(%)
<Evaluation of cycle characteristics of lithium ion secondary battery>
The laminated lithium ion secondary battery was placed in a constant temperature room at 25° C., and charge/discharge measurements were performed using a charge/discharge device (SM-8, manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.). After performing constant current constant voltage charging (cutoff current 2.5 mA (0.05 C)) at a charging current of 25 mA (0.5 C) and a charging end voltage of 4.3 V, discharge current is 25 mA (0.5 C) , constant-current discharge was performed at a discharge final voltage of 3V. This operation was repeated 50 times. 1C was the current value for discharging the theoretical capacity of the positive electrode in 1 hour. Cycle characteristics can be expressed by the following formula 2, which is the ratio of the 3rd 0.5C discharge capacity to the 50th 0.5C discharge capacity at 25°C.
(Formula 2) Cycle characteristics = 3rd 0.5C discharge capacity/50th 0.5C discharge capacity x 100 (%)
<正極用合材スラリー及び正極の作製>
後述の各実施例及び比較例において使用された正極用合材スラリーおよび正極は以下の方法により作製した。
<Preparation of positive electrode mixture slurry and positive electrode>
A positive electrode mixture slurry and a positive electrode used in Examples and Comparative Examples described later were prepared by the following method.
<正極用合材スラリーの作製>
正極活物質(BASF戸田バッテリーマテリアルズ合同会社製、HED(登録商標)NCM-111 1100)93質量部、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)HS100)4質量部、PVDF(株式会社社クレハ・バッテリー・マテイラルズ・ジャパン社製、クレハKFポリマー W#1300)3質量部を容量150cm3のプラスチック容器に加えた後、ヘラを用いて粉末が均一になるまで混合した。その後、NMPを20.5質量部添加し、自転・公転ミキサー(シンキー社製あわとり練太郎、ARE-310)を用いて、2000rpmで30秒間撹拌した。その後、プラスチック容器内の混合物をヘラを用いて、均一になるまで混合し、前記自転・公転ミキサーを用いて、2000rpmで30秒間撹拌した。さらにその後、NMPを14.6質量部添加し、前記自転・公転ミキサーを用いて、2000rpmで30秒間撹拌した。最後に、高速攪拌機を用いて、3000rpmで10分間撹拌し、正極用合材スラリーを得た。
<Preparation of positive electrode mixture slurry>
Positive electrode active material (manufactured by BASF Toda Battery Materials LLC, HED (registered trademark) NCM-111 1100) 93 parts by mass, acetylene black (manufactured by Denka Co., Ltd., Denka Black (registered trademark) HS100) 4 parts by mass, PVDF (stock After adding 3 parts by mass of Kureha KF Polymer W#1300 (manufactured by Kureha Battery Materials Japan Co., Ltd.) to a plastic container with a capacity of 150 cm 3 , the mixture was mixed with a spatula until the powder was uniform. After that, 20.5 parts by mass of NMP was added, and the mixture was stirred at 2000 rpm for 30 seconds using a rotation/revolution mixer (Awatori Mixer, ARE-310, manufactured by THINKY Co., Ltd.). Thereafter, the mixture in the plastic container was mixed with a spatula until uniform, and stirred at 2000 rpm for 30 seconds using the rotation/revolution mixer. After that, 14.6 parts by mass of NMP was added, and the mixture was stirred at 2000 rpm for 30 seconds using the rotation/revolution mixer. Finally, using a high-speed stirrer, the mixture was stirred at 3000 rpm for 10 minutes to obtain a positive electrode mixture slurry.
<正極の作製>
上述の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分間乾燥して電極の単位面積当たりの目付量が20mg/cm2となるように調整した。さらにロールプレス(株式会社サンクメタル社製、3t油圧式ロールプレス)による圧延処理を行い、合材層の密度が3.1g/cm3となる正極を作製した。
<Preparation of positive electrode>
After applying the above-described positive electrode mixture slurry on an aluminum foil having a thickness of 20 μm as a current collector using an applicator, it is dried in an electric oven at 120 ° C. ± 5 ° C. for 25 minutes. was adjusted to have a basis weight of 20 mg/cm 2 . Further, a rolling process was performed by a roll press (manufactured by Thank Metal Co., Ltd., 3t hydraulic roll press) to produce a positive electrode having a composite material layer with a density of 3.1 g/cm 3 .
表1に実施例および比較例で使用したCNT、CNTの平均外径、CNTの比表面積、G/D比、体積抵抗率、炭素純度、CB、CBの粒径を示す。
なお、市販品のCNTの平均外径は、カタログ値を記載した。
Table 1 shows the CNTs used in the examples and comparative examples, the average outer diameter of the CNTs, the specific surface area of the CNTs, the G/D ratio, the volume resistivity, the carbon purity, the CB, and the particle size of the CB.
The average outer diameter of commercially available CNTs is the catalog value.
表2に実施例、比較例および参考例で使用した分散剤を示す。 Table 2 shows dispersants used in Examples, Comparative Examples and Reference Examples.
(実施例1)
ガラス瓶(M-140、柏洋硝子株式会社製)に、CNT(JEIO社製 JENOTUBE 8S)を0.8部、分散剤(A)0.32部、消泡剤(サンノプコ株式会社製 SNデフォーマー1312)0.03部、イオン交換水を78.85部およびジルコニアビーズ(ビーズ径0.5mmφ)140部を仕込み、レッドデビル社製ペイントコンディショナーを用いて10時間分散処理を行った後、ジルコニアビーズを分離して、CNT分散液(A1)を得た。
(Example 1)
Glass bottle (M-140, manufactured by Kashiwayo Glass Co., Ltd.), 0.8 parts of CNT (JENOTUBE 8S manufactured by JEIO), 0.32 parts of dispersant (A), antifoaming agent (SN Deformer 1312 manufactured by San Nopco Co., Ltd.) ), 78.85 parts of ion-exchanged water, and 140 parts of zirconia beads (bead diameter 0.5 mmφ) were charged, and dispersed for 10 hours using a paint conditioner manufactured by Red Devil. After separation, a CNT dispersion (A1) was obtained.
(実施例2~18)、(比較例1~9)
表3に掲載したCNT、CB、CNT濃度、分散剤、分散剤添加量、消泡剤添加量、分散処理時間に変更した以外は実施例1と同様の方法により、CNT分散液(A2)~(H3)を得た。
(Examples 2 to 18), (Comparative Examples 1 to 9)
CNT dispersion liquid (A2) to (H3) was obtained.
表4に実施例1~18、比較例1~9で作製したCNT分散液の評価結果を示す。6rpmにおけるCNT分散液の粘度を60rpmにおけるCNT分散液の粘度で除したものをTI値とした。 Table 4 shows the evaluation results of the CNT dispersions prepared in Examples 1-18 and Comparative Examples 1-9. The TI value was obtained by dividing the viscosity of the CNT dispersion at 6 rpm by the viscosity of the CNT dispersion at 60 rpm.
(実施例19)
容量150cm3のプラスチック容器にCNT分散液(A1)2.5質量部、CMC(カルボキシメチルセルロース、ダイセルファインケム株式会社製、#1190)を2質量%溶解した水溶液を12.5質量部、イオン交換水9.9質量部を計量した。その後、自転・公転ミキサー(シンキー社製あわとり練太郎、ARE-310)を用いて、2000rpmで30秒間撹拌し、CNT樹脂組成物(A1)を得た。その後、一酸化珪素(株式会社大阪チタニウムテクノロジー社製、SILICON MONOOXIDE、SiO 1.3C 5μm)を1.2質量部添加し、前記自転・公転ミキサーを用いて、2000rpmで30秒間撹拌した。さらに、人造黒鉛(日本黒鉛工業株式会社製、CGB-20)を23.1質量部添加し、前記自転・公転ミキサーを用いて、2000rpmで30秒間撹拌した。さらにその後、スチレンブタジエンエマルション(JSR株式会社製、TRD2001)0.78質量部を加えて、前記自転・公転ミキサーを用いて、2000rpmで30秒間撹拌し、合材スラリー(A1)を得た。
(Example 19)
2.5 parts by mass of CNT dispersion (A1), 12.5 parts by mass of an aqueous solution of 2% by mass of CMC (carboxymethyl cellulose, #1190, manufactured by Daicel Finechem Co., Ltd.) dissolved in a plastic container with a capacity of 150 cm 3 , ion-exchanged water. 9.9 parts by weight were weighed. Thereafter, the mixture was stirred at 2000 rpm for 30 seconds using a rotation/revolution mixer (Awatori Mixer, ARE-310, manufactured by THINKY CORPORATION) to obtain a CNT resin composition (A1). After that, 1.2 parts by mass of silicon monoxide (SILICON MONOOXIDE, SiO 1.3C 5 μm, manufactured by Osaka Titanium Technology Co., Ltd.) was added and stirred at 2000 rpm for 30 seconds using the rotation/revolution mixer. Further, 23.1 parts by mass of artificial graphite (CGB-20, manufactured by Nippon Graphite Industry Co., Ltd.) was added, and the mixture was stirred at 2000 rpm for 30 seconds using the rotation/revolution mixer. After that, 0.78 part by mass of a styrene-butadiene emulsion (TRD2001, manufactured by JSR Corporation) was added, and the mixture was stirred at 2000 rpm for 30 seconds using the rotation/revolution mixer to obtain a mixture slurry (A1).
(実施例20~36)、(比較例10~18)
表5に掲載したCNT分散液に変更した。使用するCNT分散液のCNT濃度が1.5%の時は、CNT分散液の添加量を1.7質量部、CNT分散液の濃度が2%の時は、CNT分散液の添加量を0.8質量部、CNT分散液の濃度が3%の時は、CNT分散液の添加量を0.8質量部とした以外は実施例19と同様の方法により、合材スラリー(A2)~(H3)を得た。
(Examples 20-36), (Comparative Examples 10-18)
It was changed to the CNT dispersion listed in Table 5. When the CNT concentration of the CNT dispersion used is 1.5%, the amount of the CNT dispersion added is 1.7 parts by mass, and when the concentration of the CNT dispersion is 2%, the amount of the CNT dispersion added is 0. When the concentration of the CNT dispersion was 0.8 parts by mass and the concentration of the CNT dispersion was 3%, the mixture slurry (A2) to ( H3) was obtained.
(比較例19)
CNT分散液(A1)2.5質量部の代わりに、CB(ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社製、ケッチェンブラック EC300J)を0.025質量部とイオン交換水2.475質量部加えた以外は実施例19と同様の方法により、CB樹脂組成物(I1)、合材スラリー(I1)を得た。
(Comparative Example 19)
Instead of 2.5 parts by mass of the CNT dispersion (A1), 0.025 parts by mass of CB (Ketjenblack EC300J, manufactured by Lion Specialty Chemicals Co., Ltd.) and 2.475 parts by mass of ion-exchanged water were added. A CB resin composition (I1) and a mixture slurry (I1) were obtained in the same manner as in Example 19.
(実施例37)
イオン交換水9.9質量部の代わりに、ポリアクリル酸(和光純薬工業株式会社製、重量平均分子量25万)を30%溶解した水溶液を0.8質量部と、イオン交換水9.1質量部を加えた以外は実施例19と同様の方法により、CNT樹脂組成物(AP1)、合材スラリー(AP1)を得た。
(Example 37)
Instead of 9.9 parts by mass of ion-exchanged water, 0.8 parts by mass of an aqueous solution in which 30% of polyacrylic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., weight average molecular weight 250,000) is dissolved, and 9.1 parts by mass of ion-exchanged water. A CNT resin composition (AP1) and a mixture slurry (AP1) were obtained in the same manner as in Example 19, except that parts by mass were added.
(実施例38)
イオン交換水9.9質量部の代わりに、ポリアクリル酸(和光純薬工業株式会社製、重量平均分子量25万)を30%溶解した水溶液を4.2質量部と、イオン交換水5.7質量部加えた以外は実施例19と同様の方法により、CNT樹脂組成物(AP5)、合材スラリー(AP5)を得た。
(Example 38)
Instead of 9.9 parts by mass of ion-exchanged water, 4.2 parts by mass of an aqueous solution in which 30% polyacrylic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., weight average molecular weight 250,000) is dissolved, and 5.7 parts by mass of ion-exchanged water. A CNT resin composition (AP5) and a mixture slurry (AP5) were obtained in the same manner as in Example 19, except that parts by mass were added.
(実施例39)
合材スラリー(A1)を、アプリケーターを用いて、電極の単位当たりの目付量が8mg/cm2となるように銅箔上に塗工した後、電気オーブン中で120℃±5℃で25分間、塗膜を乾燥させ電極膜(A1)を得た。
(Example 39)
After applying the mixture slurry (A1) on the copper foil using an applicator so that the basis weight per unit of the electrode is 8 mg / cm 2 , in an electric oven at 120 ° C. ± 5 ° C. for 25 minutes. , the coating film was dried to obtain an electrode film (A1).
(実施例40~58)、(比較例19~28)
表6に掲載した合材スラリーに変更した以外は実施例39と同様の方法により、電極膜(A2)~(I1)を得た。
(Examples 40-58), (Comparative Examples 19-28)
Electrode films (A2) to (I1) were obtained in the same manner as in Example 39, except that the mixture slurry listed in Table 6 was used.
表7に実施例39~58、比較例19~28で作製した電極膜の評価結果を示す。導電性の評価は電極膜の体積抵抗率(Ω・cm)が0.30未満を+++(優良)、0.30以上0.40未満を++(良)、0.40以上0.70未満を+(可)、0.70以上を-(不可)とした。密着性(N/cm)の評価は1.00以上を++++(最良)、0.50以上1.00未満を+++(優良)、0.30以上0.50未満を++(良)、0.20以上0.30未満を+(可)、0.20未満を-(不可)とした。 Table 7 shows the evaluation results of the electrode films produced in Examples 39-58 and Comparative Examples 19-28. Conductivity evaluation is +++ (excellent) when the volume resistivity (Ω cm) of the electrode film is less than 0.30, ++ (good) when 0.30 or more and less than 0.40, and 0.40 or more and less than 0.70. + (acceptable), 0.70 or more was indicated as - (impossible). Evaluation of adhesion (N/cm) is ++++ (best) when 1.00 or more, ++ (excellent) when 0.50 or more and less than 1.00, ++ (good) when 0.30 or more and less than 0.50, 0.50 or more and less than 1.00. A score of 20 or more and less than 0.30 was rated as + (acceptable), and a score of less than 0.20 was scored as - (impossible).
(実施例59)
電極膜(A1)をロールプレス(株式会社サンクメタル社製、3t油圧式ロールプレス)による圧延処理を行い、合材層の密度が1.6g/cm3となる負極を作製した。
(Example 59)
The electrode film (A1) was rolled by a roll press (manufactured by Thank Metal Co., Ltd., 3t hydraulic roll press) to prepare a negative electrode having a composite material layer with a density of 1.6 g/cm 3 .
(実施例60~78)、(比較例29~38)
表8に掲載した電極膜に変更した以外は実施例59と同様の方法にて、負極を作製した。
(Examples 60-78), (Comparative Examples 29-38)
A negative electrode was produced in the same manner as in Example 59, except that the electrode film shown in Table 8 was used.
(実施例79)
負極(A1)と正極を各々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)と共にアルミ製ラミネート袋に挿入し、電気オーブン中、70℃で1時間乾燥した。その後、アルゴンガスで満たされたグローブボックス内で、電解液(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、さらに前記電解液100質量部に対して、添加剤として、VC(ビニレンカーボネート)とFEC(フルオロエチレンカーボネート)を各1質量部加えた後、LiPF6を1Mの濃度となるよう溶解させた非水電解液)を2mL注入した後、アルミ製ラミネートを封口してラミネート型リチウムイオン二次電池(A1)を作製した。
(Example 79)
The negative electrode (A1) and the positive electrode were punched into 50 mm × 45 mm and 45 mm × 40 mm pieces, respectively. . After that, in a glove box filled with argon gas, an electrolytic solution (ethylene carbonate, dimethyl carbonate, and diethyl carbonate were mixed at a ratio of 1:1:1 (volume ratio) to prepare a mixed solvent, and the electrolytic solution 100 VC (vinylene carbonate) and FEC (fluoroethylene carbonate) were added as additives to each part by mass, and then LiPF 6 was dissolved to a concentration of 1M. After the injection, the aluminum laminate was sealed to produce a laminate type lithium ion secondary battery (A1).
(実施例80~98)、(比較例39~48)
表9に掲載された負極に変更した以外は同様の方法により、ラミネート型リチウムイオン二次電池(A2)~(I1)を作製した。
(Examples 80-98), (Comparative Examples 39-48)
Laminated lithium ion secondary batteries (A2) to (I1) were produced in the same manner except that the negative electrodes listed in Table 9 were used.
表10に実施例79~98、比較例39~48で作製したラミネート型リチウムイオン二次電池の評価結果を示す。レート特性は、レート特性が80%以上のものを+++(優良)、70%以上80%未満のものを++(良)、60%以上70%未満のものを+(可)、60%未満のものを-(不可)とした。サイクル特性は、サイクル特性が96%以上を+++(優良)、95%以上96%未満を++(良)、93%以上95%未満を+(可)、93%未満を-(不可)とした。 Table 10 shows the evaluation results of the laminated lithium ion secondary batteries produced in Examples 79-98 and Comparative Examples 39-48. Rate characteristics are +++ (excellent) when rate characteristics are 80% or more, ++ (good) when 70% or more and less than 80%, + (acceptable) when 60% or more and less than 70%, and less than 60%. - (impossible). Cycle characteristics were evaluated as +++ (excellent) when 96% or more, ++ (good) when 95% or more and less than 96%, + (acceptable) when 93% or more and less than 95%, and - (improper) when less than 93%. .
表11に、本発明の効果を明確にすべく、まとめなおした。実施例1、6、12、13、比較例1~4、7で用いたCNTおよびCNT分散液を使用して作製したラミネートリチウムイオン二次電池の評価結果を示す。 Table 11 summarizes again in order to clarify the effect of the present invention. Evaluation results of laminated lithium ion secondary batteries produced using CNTs and CNT dispersions used in Examples 1, 6, 12 and 13 and Comparative Examples 1 to 4 and 7 are shown.
上記実施例では、比表面積が500~800m2/gのカーボンナノチューブであり、動的光散乱法によって測定した累積粒径D50が200~1000nmであるカーボンナノチューブ分散液を用いた。実施例では、比較例に比べてサイクル特性に優れたリチウム二次電池が得られた。よって、本発明は従来のカーボンナノチューブ分散液では実現しがたい導電性を有するリチウム二次電池を提供できることが明らかとなった。 In the above examples, a carbon nanotube dispersion containing carbon nanotubes having a specific surface area of 500 to 800 m 2 /g and a cumulative particle diameter D50 of 200 to 1000 nm as measured by the dynamic light scattering method was used. In the example, a lithium secondary battery having better cycle characteristics than in the comparative example was obtained. Therefore, it has been clarified that the present invention can provide a lithium secondary battery having electrical conductivity that is difficult to achieve with conventional carbon nanotube dispersions.
以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the above. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the invention.
Claims (11)
動的光散乱法によって測定した累積粒径D50が200~1000nmであり、
カーボンナノチューブ(A)は、比表面積が500~800m2/g、かつ平均外径が、1nm以上10nm未満であることを特徴とする、
リチウムイオン二次電池用カーボンナノチューブ分散液。 A carbon nanotube dispersion containing carbon nanotubes (A), a dispersant (B), and a solvent (C) containing water and/or a water-soluble organic solvent,
The cumulative particle diameter D50 measured by the dynamic light scattering method is 200 to 1000 nm ,
The carbon nanotube (A) has a specific surface area of 500 to 800 m 2 /g and an average outer diameter of 1 nm or more and less than 10 nm .
Carbon nanotube dispersion for lithium ion secondary batteries .
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