IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ 東洋インキSCホールディングス株式会社の特許一覧

特許7586070電極膜用スラリー組成物の製造方法、電極膜の製造方法、電池用電極の製造方法、及び非水電解質二次電池の製造方法
<>
  • 特許-電極膜用スラリー組成物の製造方法、電極膜の製造方法、電池用電極の製造方法、及び非水電解質二次電池の製造方法 図1
< >
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-11
(45)【発行日】2024-11-19
(54)【発明の名称】電極膜用スラリー組成物の製造方法、電極膜の製造方法、電池用電極の製造方法、及び非水電解質二次電池の製造方法
(51)【国際特許分類】
   H01M 4/139 20100101AFI20241112BHJP
   H01M 4/62 20060101ALI20241112BHJP
   H01M 4/13 20100101ALI20241112BHJP
【FI】
H01M4/139
H01M4/62 Z
H01M4/13
【請求項の数】 7
(21)【出願番号】P 2021212913
(22)【出願日】2021-12-27
(65)【公開番号】P2023096879
(43)【公開日】2023-07-07
【審査請求日】2024-07-16
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000222118
【氏名又は名称】artience株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100083806
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和
(74)【代理人】
【識別番号】100101247
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 俊一
(74)【代理人】
【識別番号】100095500
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 正和
(72)【発明者】
【氏名】出口 直幹
(72)【発明者】
【氏名】青谷 優
【審査官】岡田 隆介
(56)【参考文献】
【文献】特開2021-050106(JP,A)
【文献】特許第6870772(JP,B1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01M 4/139
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
カーボンナノチューブ(A)、ニトリル基含有構造単位を含む重合体(B)、及びアミド系有機溶媒(C)を含むカーボンナノチューブ分散液と、
活物質(D)、分子量10,000未満である低分子酸性化合物(E)、フッ素系重合体(F)、及びアミド系有機溶媒(C’)を含む電極膜用スラリー前駆体とをそれぞれ用意すること、及び
前記カーボンナノチューブ分散液と前記電極膜用スラリー前駆体とを混合することを含む、電極膜用スラリー組成物の製造方法。
【請求項2】
前記ニトリル基含有構造単位を含む重合体(B)において、ニトリル基含有構造単位の含有量が、重合体(B)の質量を基準として15質量%以上50質量%以下である、請求項1に記載の電極膜用スラリー組成物の製造方法。
【請求項3】
前記ニトリル基含有構造単位を含む重合体(B)は、重量平均分子量が5,000以上500,000以下である、請求項1又は2に記載の電極膜用スラリー組成物の製造方法。
【請求項4】
前記カーボンナノチューブ分散液において、カーボンナノチューブ濃度x(質量%)と、動的粘弾性測定によるカーボンナノチューブ分散液の25℃及び周波数1Hzでの複素弾性率y(Pa)とが、下記式(1)、式(2)、及び式(3)の関係を満足する、請求項1から3のいずれか1項に記載の電極膜用スラリー組成物の製造方法。
y<17x (1)
y<120 (2)
0.1≦x≦10 (3)
【請求項5】
請求項1から4のいずれか1項に記載の製造方法によって電極膜用スラリー組成物を作製すること、及び前記電極膜用スラリー組成物を用いて電極膜を作製することを含む、電極膜の製造方法。
【請求項6】
請求項1から4のいずれか1項に記載の製造方法によって電極膜用スラリー組成物を作製すること、及び前記電極膜用スラリー組成物を用いて集電体に電極膜を作製することを含む、電池用電極の製造方法。
【請求項7】
負極、正極及び電解質を含む非水電解質二次電池を製造する方法であって、前記負極及び前記正極のいずれか一方の電極を作製する工程は、請求項1から4のいずれか1項に記載の製造方法によって電極膜用スラリー組成物を作製すること、前記電極膜用スラリー組成物を用いて集電体に電極膜を作製することを含む、非水電解質二次電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の一実施形態は、電極膜用スラリー組成物の製造方法、電極膜の製造方法、電池用電極の製造方法、及び非水電解質二次電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
代表的な非水電解質二次電池である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。
【0003】
非水電解質二次電池の容量は、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。
【0004】
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、比表面積が大きいカーボンナノチューブは凝集力が強いため、カーボンナノチューブ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。
【0005】
こうした背景から、各種分散剤を用いて導電材分散液を作製し、導電材分散液を経由して電極膜用スラリー組成物を製造する方法が多く提案されている(例えば、特許文献1~5参照)。また、特許文献6には、特定のバインダーを使用した特定の製造工程により二次電池正極用スラリーを製造することで、導電材間での良好な導電ネットワークの形成を可能にすることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開2005-162877号公報
【文献】特開2014-193986号公報
【文献】特表2018-522803号公報
【文献】特開2015-128012号公報
【文献】韓国登録特許第10-1831562号公報
【文献】特許第6413242号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献1及び特許文献2では、ポリビニルピロリドン又はポリビニルアルコールといった重合体を分散剤として用い、カーボンナノチューブを予め溶媒に分散することで電池の初期特性及びサイクル寿命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又はポリビニルアルコールは、良好な分散状態のカーボンナノチューブ分散液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、導電性が低下する場合がある。
【0008】
特許文献3及び特許文献4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液が提案されている。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十分に形成することができない場合がある。また、水素化ニトリルゴムの溶液は粘度が高いため、導電材分散液の製造に長時間を要する場合があり、又は、流動性が乏しくハンドリングが悪い導電材分散液になる場合があり、工業的に実用化が難しい問題がある。
【0009】
特許文献5では、水素化ニトリルゴムにアミノエタノール等を添加することで分散性を改善したカーボンナノチューブ分散液が提案されている。このCNT分散液では、溶媒の極性を変化させることにより分散剤の作用が改善したものと思われる。しかし、得られる分散液は高粘度であり、また、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る。
特許文献1~5では、分散剤の種類を特定することで導電材分散液の初期の分散性を改善することが検討されているが、導電材分散液に活物質及びバインダー樹脂を添加して合材スラリーを作製する段階にいおいて、カーボンナノチューブの分散性及び安定性が低下する現象まで十分に検討されていない。
【0010】
特許文献6の具体例では、共役ジエン単量体単位、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位、及びニトリル基含有単量体単位を含む重合体の水素添加物と、アセチレンブラックとN-メチルー2-ピロリドンとを含む導電材ペースト1に、ポリフッ化ビニリデンを添加し導電材ペースト2を得て、さらに正極活物質を添加して正極用スラリーを製造している。この具体例で用いられるアセチレンブラックに対して、高アスペクト比のカーボンナノチューブは電極膜において微分散されると優れた導電性を発揮するが、カーボンナノチューブは凝集しやすいことから正極用スラリーにおいて分散性が低下しやすい問題がある。
【0011】
本発明の一実施形態は、良好な分散性と良好な安定性を備える電極膜用スラリー組成物を提供することを一つの課題とする。さらに、本発明の一実施形態は、非水電解質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電池用電極、並びに高い出力かつ良好なサイクル寿命を有する非水電解質二次電池を提供することを一つの課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明者らが鋭意検討したところ、電極膜用スラリー組成物においてニトリル基含有構造単位を含む重合体(B)及びフッ素系重合体(F)の存在下でカーボンナノチューブ(A)及び活物質(C)が含まれると、電極膜用スラリー組成物の経時安定性が低下し、電極抵抗の増加を引き起こすことがわかった。この経時安定性の低下の要因の一つは、電極膜用スラリー組成物に含まれるフッ素系重合体(F)が塩基性によりゲル化することにある。このフッ素系重合体(F)のゲル化を抑制するために電極膜用スラリー組成物に低分子酸性化合物を添加する方法がある。本発明者らは、電極膜用スラリー組成物の製造方法において低分子酸性化合物を添加するタイミングが電極膜用スラリー組成物におけるカーボンナノチューブの分散性及び安定性に影響を及ぼすことに着目し、カーボンナノチューブ(A)及びニトリル基含有構造単位を含む重合体(B)を含むカーボンナノチューブ分散液と、活物質(D)、低分子酸性化合物(E)及びフッ素系重合体(F)を含む電極膜用スラリー前駆体とをそれぞれ用意しておき、カーボンナノチューブ分散液と電極膜用スラリー前駆体とを混合することで、電極膜用スラリー組成物においてフッ素系重合体(F)のゲル化を抑制するとともに、カーボンナノチューブの良好な分散性及び安定性を得ることが可能となった。電極膜用スラリー組成物の製造方法において低分子酸性化合物を添加するタイミングとして、溶媒にカーボンナノチューブ(A)、ニトリル基含有構造単位を含む重合体(B)、活物質(D)、低分子酸性化合物(E)及びフッ素系重合体(F)を順序を定めず連続的に混合する方法では、カーボンナノチューブ(A)と低分子酸性化合物(E)とが混合されるタイミングで混合組成物の粘度が上昇することがあり、さらにはカーボンナノチューブ(A)の凝集が発生することがある。これは、混合組成物において、カーボンナノチューブ(A)とニトリル基含有構造単位を含む重合体(B)とを含む組成物に低分子酸性化合物(E)が直接添加されると、ニトリル基含有構造単位を含む重合体(B)が凝集し、カーボンナノチューブ(A)の分散性及び安定性の低下を引き起こすためと考えられる。さらに、本実施形態の製造方法にしたがって得られる電極膜用スラリー組成物を用いて得られる電極膜及び電池用電極は良好な導電性を備え電極抵抗が低く、この電極膜及び電池用電極を用いて得られる非水電解質二次電池は電池のレート特性及びサイクル特性を向上させることが可能となった。
【0013】
本発明のいくつかの側面は以下の通りである。
<1>カーボンナノチューブ(A)、ニトリル基含有構造単位を含む重合体(B)、及びアミド系有機溶媒(C)を含むカーボンナノチューブ分散液と、活物質(D)、分子量10,000未満である低分子酸性化合物(E)、フッ素系重合体(F)、及びアミド系有機溶媒(C’)を含む電極膜用スラリー前駆体とをそれぞれ用意すること、及び前記カーボンナノチューブ分散液と前記電極膜用スラリー前駆体とを混合することを含む、電極膜用スラリー組成物の製造方法。
【0014】
<2>前記ニトリル基含有構造単位を含む重合体(B)において、ニトリル基含有構造単位の含有量が、重合体(B)の質量を基準として15質量%以上50質量%以下である、上記<1>に記載の電極膜用スラリー組成物の製造方法。
<3>前記ニトリル基含有構造単位を含む重合体(B)は、重量平均分子量が5,000以上500,000以下である、上記<1>又は<2>に記載の電極膜用スラリー組成物の製造方法。
<4>前記カーボンナノチューブ分散液において、カーボンナノチューブ濃度x(質量%)と、動的粘弾性測定によるカーボンナノチューブ分散液の25℃及び周波数1Hzでの複素弾性率y(Pa)とが、下記式(1)、式(2)、及び式(3)の関係を満足する、上記<1>から<3>のいずれか1項に記載の電極膜用スラリー組成物の製造方法。
y<17x (1)
y<120 (2)
0.1≦x≦10 (3)
【0015】
<5>上記<1>から<4>のいずれか1項に記載の製造方法によって電極膜用スラリー組成物を作製すること、及び前記電極膜用スラリー組成物を用いて電極膜を作製することを含む、電極膜の製造方法。
<6>上記<1>から<4>のいずれか1項に記載の製造方法によって電極膜用スラリー組成物を作製すること、及び前記電極膜用スラリー組成物を用いて集電体に電極膜を作製することを含む、電池用電極の製造方法。
<7>負極、正極及び電解質を含む非水電解質二次電池を製造する方法であって、前記負極及び前記正極のいずれか一方の電極を作製する工程は、上記<1>から<4>のいずれか1項に記載の製造方法によって電極膜用スラリー組成物を作製すること、前記電極膜用スラリー組成物を用いて集電体に電極膜を作製することを含む、非水電解質二次電池の製造方法。
【発明の効果】
【0016】
本発明の一実施形態によれば、良好な分散性と良好な安定性を備える電極膜用スラリー組成物を提供することができる。さらに、本発明の一実施形態によれば、非水電解質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電池用電極、並びに高い出力かつ良好なサイクル寿命を有する非水電解質二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
図1図1は、CNT分散液のCNT濃度(質量%)と動的粘弾性測定による複素弾性率[G](Pa)との関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、本発明の一実施形態である電極膜用スラリー組成物、電極膜、電池用電極、及び非水電解質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。
【0019】
<電極膜用スラリー組成物の製造方法>
本実施形態の電極膜用スラリー組成物の製造方法は、カーボンナノチューブ(A)、ニトリル基含有構造単位を含む重合体(B)、及びアミド系有機溶媒(C)を含むカーボンナノチューブ分散液と、電極活物質(D)、分子量が10,000未満である低分子酸性化合物(E)、フッ素系重合体(F)、及びアミド系有機溶媒(C’)を含む電極膜用スラリー前駆体とをそれぞれ用意すること、及びカーボンナノチューブ分散液と電極膜用スラリー前駆体とを混合することを含むことを特徴とする。
【0020】
本明細書において、カーボンナノチューブを「CNT」と表記することがある。また、本明細書では、カーボンナノチューブ分散液を単に「分散液」という場合がある。また、N-メチル-2-ピロリドンを「NMP」と表記することがある。本明細書において、ニトリル基含有構造単位を含む重合体(B)を単に「重合体(B)」という場合がある。
【0021】
<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は、カーボンナノチューブ(A)、ニトリル基含有構造単位を含む重合体(B)、及びアミド系有機溶媒(C)を含むものである。
【0022】
カーボンナノチューブ(A)は、カーボンナノチューブ分散液において導電材として含まれる。カーボンナノチューブ分散液には、カーボンナノチューブに加え、任意でその他の導電材が含まれてもよい。その他の導電材としては、例えば金、銀、銅、銀メッキ銅粉、銀-銅複合粉、銀-銅合金、アモルファス銅、ニッケル、クロム、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、インジウム、ケイ素、アルミニウム、タングステン、モルブテン、白金等の金属粉、これらの金属で被覆した無機物粉体、酸化銀、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化ルテニウム等の金属酸化物の粉末、これらの金属酸化物で被覆した無機物粉末、及びカーボンブラック、グラファイト等の炭素材料等が挙げられる。その他の導電材は、1種または2種以上組み合わせて用いてもよい。その他の導電材を用いる場合、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。
【0023】
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及び多層カーボンナノチューブのいずれであってもよく、これらの組み合わせであってもよい。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である。また、カーボンナノチューブは、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。
【0024】
カーボンナノチューブの形状は限定されない。カーボンナノチューブの形状としては、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。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。
【0025】
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。
【0026】
カーボンナノチューブのBET比表面積は、20~1,000m/gであることが好ましく、30~800m/gであることがより好ましい。
【0027】
カーボンナノチューブの繊維長は50nm以上5000nm以下であることが好ましく、80nm以上2000nm以下でもあってもよく、100nm以上1000nm以下であってもよい。カーボンナノチューブは繊維長が100nm以上で導電性及び靭性をより高めることができる。また、カーボンナノチューブは繊維長が1000nm以下であることで分散処理において解繊が進んでも凝集の発生を抑制して分散液の粘度上昇をより防止することができる。
【0028】
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。カーボンナノチューブのG/D比はラマン分光分析法により求められる。カーボンナノチューブは、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、0.5~10であることが好ましく、0.5~4.5であることがより好ましく、0.5~2.0であることがさらに好ましい。
【0029】
カーボンナノチューブは、平均外径が2~25nmであることが好ましく、5~20nmであることがより好ましく、5~15nmであることがさらに好ましい。上記範囲で、カーボンナノチューブの導電性及び靭性をより高めることができる。
【0030】
カーボンナノチューブ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の平均外径(nm)を算出する。
【0031】
カーボンナノチューブの体積抵抗率は、1.0×10-2~3.0×10-2Ω・cmであることが好ましく、1.0×10-2~2.0×10-2Ω・cmであることがより好ましい。カーボンナノチューブの体積抵抗率は粉体抵抗率測定装置(日東精工アナリテック株式会社製: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。
【0032】
カーボンナノチューブの炭素純度は一般的なCHN元素分析により求めることができ、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の質量を基準として(カーボンナノチューブの質量を100質量%として)、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。炭素純度を上記範囲にすることにより、二次電池に用いる際に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。
【0033】
カーボンナノチューブ中に含まれる金属量はカーボンナノチューブ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。
【0034】
ニトリル基含有構造単位を含む重合体(B)は、分散剤としてカーボンナノチューブ分散液に含まれる。分散剤は、ニトリル基含有構造単位を含む重合体(B)を主成分として含むことが好ましい。例えば、ニトリル基含有構造単位を含む重合体(B)は、分散剤全量に対し、50質量%以上、80質量%以上、90質量%以上、又は95質量%以上であってよく、分散剤が全てニトリル基含有構造単位を含む重合体(B)であってもよい。
重合体(B)は、ニトリル基含有構造単位を含むため、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。従って、カーボンナノチューブ分散液と電極膜用スラリー前駆体とを混合し、得られた電極膜用スラリー組成物を用いて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することができる。
【0035】
重合体(B)において、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)構造単位をさらに含んでもよい。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。
【0036】
ニトリル基含有構造単位は、下記一般式(1A)で表される構造単位を含むことが好ましい。
【0037】
一般式(1A)
【化1】
【0038】
一般式(1A)中、nは、2以上の整数を表す。nは、6以下の整数であることが好ましく、4以下の整数であることがより好ましく、3以下の整数であることがさらに好ましい。特に、nは、2であることが好ましい。本明細書において「*」は、他の構造との結合部を表す。
【0039】
ニトリル基含有構造単位は、下記一般式(1B)で表される構造単位を含むことが好ましい。
【0040】
一般式(1B)
【化2】
【0041】
一般式(2B)中、Rは、水素原子又はメチル基を表す。Rは、水素原子であることが好ましい。
【0042】
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、ニトリル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方法が好ましい。最終的に得られる重合体(B)は、ニトリル基含有単量体単位をニトリル基含有構造単位として含む。ニトリル基含有構造単位を形成し得るニトリル基含有単量体としては、重合性炭素-炭素二重結合とニトリル基とを含む単量体が挙げられる。例えば、ニトリル基を有するα,β-エチレン性不飽和基含有化合物が挙げられ、具体的には、アクリロニトリル、メタクリロニトリルなどが挙げられる。特に、重合体(B)同士及び/又は重合体(B)と被分散物(被吸着物)との分子間力を高める観点から、ニトリル基含有単量体は、アクリロニトリルを含むことが好ましい。ニトリル基含有単量体は、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。
【0043】
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(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%以上であることがさらに好ましい。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(すなわち、重合体(B)の質量を100質量%とした場合に)、50質量%以下であることが好ましく、46質量%以下であることがより好ましく、40質量%以下であることがさらに好ましい。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。
【0044】
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さらに含んでもよい。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さらに含んでもよい。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
アルキレン構造単位は、下記一般式(2A)で表される構造単位を含むことが好ましい。
【0048】
一般式(2A)
【化3】
【0049】
一般式(2A)中、nは、1以上の整数を表す。nは、2以上の整数であることが好ましく、3以上の整数であることがより好ましく、4以上の整数であることが特に好ましい。nは、6以下の整数であることが好ましく、5以下の整数であることがより好ましい。特に、nは、4であることが好ましい。
【0050】
アルキレン構造単位は、下記一般式(2B)で表される構造単位を含むことが好ましい。
【0051】
一般式(2B)
【化4】
【0052】
一般式(2B)中、nは、1以上の整数を表す。nは、2以上の整数であることが好ましく、3以上の整数であることがより好ましい。nは、5以下の整数であることが好ましく、4以下の整数であることがより好ましい。特に、nは、3であることが好ましい。
【0053】
アルキレン構造単位は、下記一般式(2C)で表される構造単位を含むことが好ましい。
【0054】
一般式(2C)
【化5】
【0055】
一般式(2C)中、nは、1以上の整数を表す。nは、4以下の整数であることが好ましく、3以下の整数であることがより好ましく、2以下の整数であることがさらに好ましい。特に、nは、2であることが好ましい。
【0056】
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、例えば以下の(2a)又は(2b)の方法が挙げられる。
【0057】
(2a)の方法では、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する。調製した重合体は、共役ジエン単量体に由来する単量体単位を含む。本発明において、「共役ジエン単量体に由来する単量体単位」を「共役ジエン単量体単位」という場合があり、他の単量体に由来する単量体単位についても同様に省略する場合がある。次いで、共役ジエン単量体単位に水素添加することで、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。以下、「水素添加」を「水素化」という場合がある。最終的に得られる重合体(B)は、共役ジエン単量体単位を水素化した単位をアルキレン構造単位として含む。
【0058】
なお、共役ジエン単量体単位は、炭素-炭素二重結合を1つ持つ単量体単位を少なくとも含む。例えば、共役ジエン単量体単位である1,3-ブタジエン単量体単位は、cis-1,4構造を持つ単量体単位、trans-1,4構造を持つ単量体単位、及び1,2構造を持つ単量体単位からなる群から選択される少なくとも1種の単量体単位を含み、2種以上の単量体単位を含んでいてもよい。また、共役ジエン単量体単位は、炭素-炭素二重結合を持たない単量体単位であって、分岐点を含む単量体単位をさらに含んでいてもよい。本明細書において、「分岐点」とは分岐ポリマーにおける分岐点をいい、共役ジエン単量体単位が分岐点を含む単量体単位を含む場合、上記の調製した重合体及び重合体(B)は分岐ポリマーである。
【0059】
(2b)の方法では、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。調製した重合体は、α-オレフィン単量体単位を含む。最終的に得られる重合体(B)は、α-オレフィン単量体単位をアルキレン構造単位として含む。
【0060】
これらの中でも、重合体の製造が容易であることから(2a)の方法が好ましい。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。
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
(2b)の方法において、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。
【0064】
アルキレン構造単位は、直鎖状アルキレン構造を含む構造単位、及び、分岐状アルキ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、直鎖状アルキレン構造のみからなる構造単位、及び、分岐状アルキ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く、上記式(2B)で表される構造単位、及び、上記式(2C)で表される構造単位からなる群から選択される少なくとも1種を含むことがさらに好ましい。
【0065】
アルキレン構造単位は、直鎖状アルキレン構造を含む構造単位と、分岐状アルキレン構造を含む構造単位とを含んでもよい。アルキレン構造単位が、直鎖状アルキレン構造を含む構造単位と、分岐状アルキレン構造を含む構造単位とを含む場合、分岐状アルキレン構造の含有量は、アルキレン構造単位の質量を基準として(すなわち、アルキレン構造単位の質量を100質量%とした場合に)、70質量%以下であることが好ましく、65質量%以下であることがより好ましい。特に、20質量%以下であることが好ましく、18質量%以下であることがより好ましく、15質量%以下であることがさらに好ましい。重合体(B)が、直鎖状アルキレン構造を含む構造単位と、分岐状アルキレン構造を含む構造単位とを含む場合、分岐状アルキレン構造の含有量は、アルキレン構造単位の質量を基準として(すなわち、アルキレン構造単位の質量を100質量%とした場合に)、例えば、1質量%以上であり、5質量%以上あってもよく、さらに10質量%以上であってもよい。
【0066】
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%以上であることがさらに好ましく、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(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)、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。
【0067】
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%以上であることがさらに好ましい。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(すなわち、重合体(B)の質量を100質量%とした場合に)、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%以下であることがさらに好ましい。
【0068】
さらに、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、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。
【0069】
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)構造単位をさらに含んでもよい。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。
【0070】
アミド基含有構造単位は、下記一般式(3A)で表される構造単位を含むことが好ましい。
【0071】
一般式(3A)
【化6】
【0072】
一般式(3A)中、nは、2以上の整数を表す。nは、6以下の整数であることが好ましく、4以下の整数であることがより好ましく、3以下の整数であることがさらに好ましい。特に、nは、2であることが好ましい。R’は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。置換基は、アルキル基又はヒドロキシアルキル基であることが好ましい。R’は、少なくとも1つが水素原子であることが好ましく、2つが水素原子であることがより好ましい。
【0073】
アミド基含有構造単位は、下記一般式(3B)で表される構造単位を含むことが好ましい。
【0074】
一般式(3B)
【化7】
【0075】
一般式(3B)中、Rは、水素原子又はメチル基を表す。Rは、水素原子であることが好ましい。R’は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。置換基は、アルキル基又はヒドロキシアルキル基であることが好ましい。R’は、少なくとも1つが水素原子であることが好ましく、2つが水素原子であることがより好ましい。
【0076】
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。
【0077】
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。
【0078】
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、重合体(B)の質量を100質量%とした場合に)、10質量%以下が好ましく、5質量%以下がより好ましく、3質量%以下がさらに好ましく、2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、導電材分散体が貯蔵中にゲル化するという問題を防ぐことができる。
【0079】
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)構造単位をさらに含んでもよい。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、導電材分散体の粘性を低下させ、分散効率を向上させることができる。
【0080】
カルボキシル基含有構造単位は、下記一般式(4A)で表される構造単位を含むことが好ましい。
【0081】
一般式(4A)
【化8】
【0082】
一般式(4A)中、nは、2以上の整数を表す。nは、6以下の整数であることが好ましく、4以下の整数であることがより好ましく、3以下の整数であることがさらに好ましい。特に、nは、2であることが好ましい。
【0083】
カルボキシル基含有構造単位は、下記一般式(4B)で表される構造単位を含むことが好ましい。
【0084】
一般式(4B)
【化9】
【0085】
一般式(4B)中、Rは、水素原子又はメチル基を表す。Rは、水素原子であることが好ましい。
【0086】
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、以下の(4a)又は(4b)の方法が挙げられる。
【0087】
(4a)の方法では、カルボキシル基含有単量体を含有する組成物を用いて重合反応により重合体を調製する。調製した重合体は、カルボキシル基含有単量体単位を含む。最終的に得られる重合体(B)は、カルボキシル基含有単量体単位をカルボキシル基含有構造単位として含む。
【0088】
(4b)の方法では、まず(3a)の方法などによりアミド基含有構造単位を含む重合体を調製する。次いで、アミド基含有構造単位に含まれるアミド基を、酸性雰囲気下で加水分解することで、アミド基含有構造単位をカルボキシル基含有構造単位に変換する。最終的に得られる重合体(B)は、アミド基含有構造単位に含まれるアミド基を加水分解により変性した単位をカルボキシル基含有構造単位として含む。
【0089】
(4a)の方法において、カルボキシル基含有単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、イソクロトン酸などの不飽和モノカルボン酸;マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、メサコン酸、グルタコン酸、イタコン酸などの不飽和ジカルボン酸等が挙げられる。特に、カルボキシル基含有単量体は、アクリル酸及びマレイン酸からなる群から選択される少なくとも1種を含むこと好ましい。カルボキシル基含有単量体は、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。
【0090】
(4b)の方法において、酸性雰囲気下にするために、無機酸及び有機酸からなる群から選ばれる少なくとも1種の酸を用いることができる。
【0091】
(4b)の方法において、無機酸としては、塩酸、硝酸、リン酸、硫酸、ホウ酸、フッ化水素酸等が挙げられる。有機酸としては、ギ酸、酢酸、クエン酸、シュウ酸、コハク酸、リンゴ酸、安息香酸、ベンゼンスルホン酸等が挙げられる。これらの中でも、コハク酸及びクエン酸が好ましい。
【0092】
(4b)の方法において、酸の使用量は、重合体(B)の質量を基準として0.1質量%以上であることが好ましく、0.5質量%以上であることがより好ましく、1質量%以上であることがさらに好ましい。酸の使用量は、重合体(B)の質量を基準として10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましく、3質量%以下であることがさらに好ましい。使用量が少なすぎると、加水分解によるアミド基の変性が起こりにくい傾向がある。使用量が多すぎると、分散装置及び/又は電池内部の腐食の原因となり得る。
【0093】
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%以下がさらに好ましい。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、後述する導電材分散体が貯蔵中にゲル化するという問題を防ぐことができる。
【0094】
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い。
【0095】
アルケニレン構造単位は、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。
【0096】
例えば、上記(2a)の方法を経て重合体(B)を得る場合、重合体(B)には、単位内に炭素-炭素二重結合を持つ共役ジエン単量体単位が、水素添加されることなく分子内に残ることがある。最終的に得られる重合体(B)は、単位内に炭素-炭素二重結合を持つ共役ジエン単量体単位をアルケニレン構造単位として含んでもよい。
【0097】
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。
【0098】
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く、直鎖状アルキル構造のみからなる構造単位、及び、分岐状アルキル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。
【0099】
例えば、上記(2a)又は(2b)の方法を経て重合体(B)を得る場合、重合体(B)には、重合体(B)の末端基として、好ましくは、水素化共役ジエン単量体単位又はα-オレフィン単量体単位が少なくとも導入されることが好ましい。最終的に得られる重合体(B)は、これらの単量体単位をアルキル構造単位として含んでもよい。
【0100】
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。
【0101】
例えば、上記(2a)の方法を経て重合体(B)を得る場合、重合体(B)には、共役ジエン単量体単位が、単位内に炭素-炭素二重結合を持たない単量体単位であって、分岐点を含む単量体単位として分子内に導入されることがある。この場合、最終的に得られる重合体(B)は分岐ポリマーであり、共役ジエン単量体単位を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脂肪族炭化水素構造単位として含んでもよい。脂肪族炭化水素構造単位が分岐点を含む構造単位を含む場合、重合体(B)は分岐ポリマーである。分岐ポリマーは、網目ポリマーであってもよい。分岐点を含む構造単位を含む重合体(B)は、被分散物に三次元的に吸着することができるため、分散性と安定性をより向上させることができる。
【0102】
重合体(B)の好ましい態様として、以下が挙げられる。
・重合体(B)に含ま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、さらに好ましくは98質量%以上である。
・重合体(B)に含まれ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、さらに好ましくは98質量%以上である。
・重合体(B)に含まれ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、さらに好ましくは98質量%以上である。
【0103】
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。
【0104】
重合体(B)の調製に用いられる重合反応は、乳化重合反応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。
【0105】
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。
【0106】
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。
【0107】
分子量調整剤は、例えば、オクチルメルカプタン、ノニルメルカプタン、デシルメルカプタン、t-ドデシルメルカプタン、3-メルカプト-1,2-プロパンジオール等のアルキルメルカプタン類、チオグリコール酸オクチル、チオグリコール酸ノニル、チオグリコール酸-2-エチルヘキシル等のチオグリコール酸エステル類、2,4-ジフェニル-4-メチル-1-ペンテン、1-メチル-4-イソプロピリデン-1-シクロヘキセン、α-ピネン、β-ピネン等が挙げられる。
【0108】
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0~60℃、さらに好ましくは20~50℃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。
【0109】
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以上がさらに好ましい。重合体(B)の重量平均分子量は、500,000以下が好ましく、400,000以下がより好ましく、300,000以下がさらに好ましい。重合体(B)の重量平均分子量が、5,000以上、かつ、500,000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、分散体の安定性が向上する傾向がある。本明細書において、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。具体的には実施例に記載の方法により測定すればよい。
【0110】
重合体(B)は、ムーニー粘度(ML1+4,100℃)が100以下であることが好ましい。ムーニー粘度(ML1+4,100℃)が100以下である重合体(B)は、カーボンナノチューブ分散液の分散性、安定性、及びハンドリング性、をより向上させることができる。本明細書において、「ムーニー粘度(ML1+4,100℃)」は、JIS K6300-1に準拠して温度100℃で測定することができる。具体的には実施例に記載の方法により測定すればよい。
【0111】
重合体(B)のムーニー粘度は、100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く、65以下であることがさらに好ましく、60以下であることが一層好ましく、50以下であることがさらに一層好ましい。重合体(B)のムーニー粘度が高すぎる場合、重合体(B)の炭素繊維表面への吸着力が低く、凝集力の強い炭素繊維を分散させることができず、均一な導電材分散体を調製することが困難となる恐れがある。また、得られる導電材分散体は高粘度となるため、原料由来で混入する金属異物を磁石による除鉄や、ろ過、遠心分離等の方法で効率よく除去できず、残存金属異物による電池性能が低下する恐れがある。
【0112】
重合体(B)のムーニー粘度は以下の方法によって調製することができるが、特に限定はされない。例えば重合体(B)の組成(例えば、構造単位種や含有量、水素化率)、構造(例えば直鎖率)、分子量、調製条件(例えば、重合温度、分子量調整剤量)などを変更することでムーニー粘度を調整することができる。
【0113】
重合体(B)の好ましい態様として、以下が挙げられる。
・ニトリル基含有構造単位の含有量が、重合体(B)の質量を基準として15質量%以上50質量%以下であり、重合体の重量平均分子量が、5,000以上500,000以下であり、より好ましくは10,000以上400,000以下である。
・ニトリル基含有構造単位の含有量が、重合体(B)の質量を基準として15質量%以上50質量%以下であり、重合体の重量平均分子量が、5,000以上500,000以下であり、より好ましくは10,000以上400,000以下であり、ムーニー粘度(ML1+4,100℃)が70以下である。
【0114】
重合体(B)は、ニトリル基含有構造単位を含む重合体であればよく、合成品及び市販品のいずれであってもよい。重合体(B)の市販品としては、例えば、Therban(登録商法)4307(ARLANXEO株式会社製、ムーニー粘度(ML1+4、100℃)70、アクリロニトリル含有量43.0%)、Zetpol(登録商法)2000L(日本ゼオン株式会社製、ムーニー粘度(ML1+4、100℃)65、アクリロニトリル含有量36.2%未満)等が挙げられる。
【0115】
カーボンナノチューブ分散液は、重合体(B)に加えその他の分散剤を含んでもよい。その他の分散剤は、カーボンナノチューブを分散安定化できる範囲で特に限定されず、界面活性剤、樹脂型分散剤等を使用することができるが、樹脂型分散剤が好ましい。
【0116】
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、又はこれらの塩)、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、ポリアクリルニトリル、ポリ(メタ)アクリル酸又はこれらの塩、ポリ(メタ)アクリレート等が挙げられる。これらのポリマーの一部に他の置換基を導入したポリマー、変性させたポリマー等を用いてもよい。樹脂型分散剤は1種単独で、又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。樹脂型分散剤の分子量は1万~15万であることが好ましく、1万~10万であることがより好ましい。
【0117】
カーボンナノチューブ分散液の溶媒は、アミド系有機溶媒であることが好ましい。溶媒は、アミド系有機溶媒を主成分として含むことが好ましい。例えば、アミド系有機溶媒は、分散媒溶媒全量に対し50質量%、80質量%以上、90質量%以上、又は95質量%以上であってよく、溶媒が全てアミド系有機溶媒であってよい。アミド系有機溶媒は、ニトリル基含有構造単位を含む重合体(B)を溶解できる溶媒であることが好ましく、カーボンナノチューブ分散液に各成分が所定量で含まれる場合にニトリル基含有構造単位を含む重合体(B)を溶解できる溶媒であることが好ましい。
【0118】
アミド系有機溶媒としては、例えば、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等が挙げられる。アミド系有機溶媒は1種単独で、又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。特に、アミド系有機溶媒は、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種を含むことが好ましく、N-メチル-2-ピロリドンを含むことがより好ましい。
【0119】
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。本明細書において、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。カーボンナノチューブ分散液において、水含有量は、ニトリル基含有構造単位を含む重合体(B)の質量を基準として、5質量%未満であることが好ましく、1質量%未満であることがより好ましい。許容量を超過する水は重合体(B)の被分散物への吸着性の低下を引き起こし、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現象をより防ぐことができる。
【0120】
カーボンナノチューブ分散液の溶媒はアミド系有機溶媒であり、実質的に水を含まないものであることが好ましいが、実質的に水を含まないカーボンナノチューブ分散液の「pH」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質量%としたとき、水を添加した後の固形分濃度が50質量%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。
【0121】
固形分濃度5質量%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質量%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。
カーボンナノチューブ分散液は上述のpHが9.0以上であることが好ましい。カーボンナノチューブ分散液のpHは、9.0以上14.0以下が好ましく、9.0以上13.0以下がより好ましい。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現象が生じやすくなる。
【0122】
カーボンナノチューブ分散液のpHは、塩基を添加することで、又は塩基性を示すカーボンナノチューブを使用することで調整することができる。塩基を添加して調整する場合、添加する塩基としては、無機塩基及び有機塩基からなる群から選ばれる少なくとも1種の塩基を用いることができる。
【0123】
無機塩基としては、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、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水酸化物が好ましい。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。これらの中でも、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、及び水酸化カリウムからなる群から選択される少なくとも1種を用いることがより好ましい。なお、無機塩基が有する金属は、遷移金属であってもよい。
【0124】
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のアミン化合物が挙げられる。また、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の有機水酸化物が挙げられる。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。これらの中でも、アミノエタノール、アミノプロパノール、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及びテトラメチルアンモニウムヒドロキシドからなる群から選択される少なくとも1種を用いることが特に好ましい。
【0125】
塩基の含有量は、重合体(B)の質量を基準として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%以上であることがさらに好ましい。塩基の含有量は、共重合体の質量を基準として30質量%以下であることが好ましく、20質量%以下であることがより好ましく、10質量%以下であることがさらに好ましい。使用量が少なすぎると、得られるカーボンナノチューブ分散液が高粘度化する傾向がある。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り、さらに、分散装置及び/又は電池内部の腐食の原因となり得る。
【0126】
カーボンナノチューブ分散液において、カーボンナノチューブ(A)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)、0.1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%以上であってもよい。カーボンナノチューブ(A)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)、30質量%以下が好ましく、20質量%以下がより好ましく、15質量%以下又は10質量%以下であってもよい。カーボンナノチューブ分散液に含まれるカーボンナノチューブの含有量を上記範囲にすることで、沈降や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や分散媒への親和性等を考慮して、適当な粘性を示すカーボンナノチューブ分散液が得られるよう適宜調整することが好ましい。
【0127】
例えば、良好な分散性と安定性との両立の観点から、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)、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。一方で、共重合体(B)によってカーボンナノチューブの分散性及び安定性をともにより改善することができることから、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)、2質量%以上であってもよく、5質量%以上であってもよい。
【0128】
カーボンナノチューブ分散液において、重合体(B)の含有量は、カーボンナノチューブ(A)100質量部に対し、0.1~200質量部が好ましく、0.5~100質量部がより好ましく、1.0~80質量部がさらに好ましい。良好な分散性及び安定性の観点から、重合体(B)の含有量はカーボンナノチューブ(A)100質量部に対し2質量部以上であることが好ましい。また、分散液の導電性の観点から、重合体(B)の含有量はカーボンナノチューブ(A)100質量部に対し50質量部以下であることが好ましい。
カーボンナノチューブ分散液において、重合体(B)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)、特に限定されないが、0.01~20質量%が好ましく、0.05~10質量%がより好ましく、0.1~8質量%がさらに好ましい。
カーボンナノチューブ分散液に重合体(B)に加えてその他の分散剤が含まれる場合は、カーボンナノチューブ分散液において、重合体(B)及びその他の分散剤の含有量の合計は、カーボンナノチューブ(A)100質量部に対し、0.1~200質量部が好ましく、0.5~100質量部がより好ましく、1.0~80質量部がさらに好ましい。
カーボンナノチューブ分散液に重合体(B)に加えてその他の分散剤及びその他の高分子化合物が含まれる場合は、カーボンナノチューブ分散液において、高分子化合物の含有量の合計は、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)、30質量%以下が好ましく、20質量%以下がより好ましく、15質量%以下がさらに好ましい。さらに、カーボンナノチューブ分散液には重合体(B)及びその他の分散剤以外のその他の高分子化合物は実質的に含まれなくてもよい。
カーボンナノチューブ分散液の固形分量は、0.5~30質量%であることが好ましく、1.0~25質量%であることがより好ましく、2.0~20質量%であることがさらに好ましい。
【0129】
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、分散剤と、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。分散剤、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、分散剤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。分散剤、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、分散剤を溶解させる溶媒と同じ溶媒であることが好ましい。容器に分散剤又は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分散剤が存在していることが好ましい。
【0130】
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、高圧ホモジナイザー(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。
【0131】
例えば、カーボンナノチューブの濡れを促進し、粗い粒子を解す観点から、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好ましい。また、高圧ホモジナイザーで分散させたあと、さら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60~150MPaが好ましく、60~120MPaであることがより好ましい。
【0132】
分散装置を用いる分散方式には、バッチ式分散、パス式分散、循環分散等があるが、いずれの方式でもよく、2つ以上の方式を組み合わせてもよい。バッチ式分散とは、配管などを用いずに、分散装置本体のみで分散を行う方法である。取扱いが簡易であるため、少量製造する場合に好ましい。パス式分散とは、分散装置本体に、配管を介して被分散液を供給するタンクと、被分散液を受けるタンクとを備え、分散装置本体を通過させる分散方式である。また、循環式分散とは、分散装置本体を通過した被分散液を、被分散液を供給するタンクに戻して、循環させながら分散を行う方式である。いずれも処理時間を長くするほど分散が進むため、目的の分散状態になるまでパス、あるいは循環を繰り返せばよく、タンクの大きさや処理時間を変更すれば処理量を増やすことができる。パス式分散は循環式分散と比較して分散状態を均一化させやすい点で好ましい。循環式分散はパス式分散と比較して作業や製造設備が簡易である点で好ましい。分散工程は、凝集粒子の解砕、カーボンナノチューブの解れ、濡れ、安定化等が順次、あるいは同時に進行し、進行の仕方によって仕上がりの分散状態が異なることから、各分散工程における分散状態を各種評価方法を用いることにより管理することが好ましい。例えば、実施例に記載の方法で管理することができる。
【0133】
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分散性は、動的粘弾性測定による位相角及び複素弾性率で示すことができる。位相角は、カーボンナノチューブ分散液に与えるひずみを正弦波とした場合の応力波の位相ズレを意味している。純弾性体であれば、与えたひずみと同位相の正弦波となるため、位相角0°となる。一方で、純粘性体であれば90°進んだ応力波となる。一般的な粘弾性測定用試料では、位相角が0°より大きく90°より小さい正弦波となり、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分散性が良好であれば、位相角は純粘性体である90°に近づく。また、カーボンナノチューブ分散液の複素弾性率は、カーボンナノチューブの分散性が良好で、カーボンナノチューブ分散液が低粘度であるほど小さくなる。
【0134】
動的粘弾性測定による位相角及び複素弾性率は、一般に、分散液中のカーボンナノチューブの濃度に依存する。カーボンナノチューブは高比表面積であるため、カーボンナノチューブの含有量が少ないほど、得られる分散液は純粘性体に近づくため位相角は90°に近づく。逆に、カーボンナノチューブを高濃度で含む分散液は均一に分散することが難しく、得られる分散液の位相角は2°未満となり得る。本発明では、共重合体(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、カーボンナノチューブの濃度が高い場合であっても25℃及び周波数1Hzでの位相角が2°以上であるカーボンナノチューブ分散液を得ることができる。
【0135】
カーボンナノチューブ分散液の、動的粘弾性測定による25℃及び周波数1Hzでの複素弾性率は、120Pa未満であってよく、60Pa以下がより好ましく、20Pa以下がさらに好ましい。カーボンナノチューブ分散液の25℃及び周波数1Hzでの複素弾性率は、0.01Pa以上が好ましく、0.05Pa以上がより好ましく、0.1Pa以上がさらに好ましい。また、カーボンナノチューブ分散液の25℃及び周波数1Hzでの位相角は、2°以上であってよく、5°以上がより好ましく、10°以上がさらに好ましく、45°以上が一層好ましい。25℃及び周波数1Hzでの位相角は、90°以下が好ましく、85°以下がより好ましく、80°以下がさらに好ましい。カーボンナノチューブの複素弾性率と位相角は動的粘弾性測定により評価することができる。具体的には、複素弾性率と位相角は、実施例に記載の方法により測定することができる。
【0136】
カーボンナノチューブ分散液は、重合体(B)を含む分散剤の効果によりカーボンナノチューブの凝集がほぐされることから、複素弾性率は小さくなる。カーボンナノチューブ分散液においては、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濃度x(質量%)と、動的粘弾性測定によるカーボンナノチューブ分散液の25℃及び周波数1Hzでの複素弾性率y(Pa)とが、下記式(1)、式(2)、及び式(3)の関係を満足することが好ましい。
y<17x (1)
y<120 (2)
0.1≦x≦10 (3)
【0137】
すなわち、上記式(1)及び式(2)より、動的粘弾性測定によるカーボンナノチューブ分散液の複素弾性率yは120Pa未満であり、かつ、y<17xを満たすことが好ましい。また、上記式(3)より、カーボンナノチューブ濃度x(質量%)は0.1≦x≦10の範囲であることが好ましい。式(2)において、複素弾性率yは120Pa未満であってよいが、100Pa以下、又は50Pa以下が好ましい。複素弾性率yは特に限定されないが、0.1Pa、0.5Pa、1Pa以上であってよい。式(3)において、カーボンナノチューブ濃度xは0.1質量%以上であってよいが、0.5質量%以上、又は1質量%以上が好ましい。カーボンナノチューブ濃度xは10質量%以下であってよいが、8質量%以下、又は5質量%以下が好ましい。
【0138】
カーボンナノチューブ分散液は、分散処理直後において、カーボンナノチューブの沈降又は分離が観察されない状態であることが好ましい。また、カーボンナノチューブ分散液は、分散処理直後から長期に渡り分散状態を維持することが好ましい。さらに、カーボンナノチューブ分散液は、貯蔵中にゲル化が発生すると再分散させることが難しくなるため、長期に渡りゲル化が発生しないことが好ましい。カーボンナノチューブ分散液の分散性は、粘度によっても評価することができ、粘度が低いほど分散性が良好である。この観点から、カーボンナノチューブ分散液の粘度は、25℃において、B型粘度計を用いて、60rpmで測定した粘度が10,000mPa・s未満であることが好ましく、5,000mPa・s未満であることがより好ましく、2,000mPa・s未満であることがさらに好ましく、500mPa・s未満であることが一層好ましい。この初期粘度は、1mPa・s以上、10mPa・s以上、又は100mPa・s以上であってよい。具体的な粘度の測定方法は実施例に記載の通りである。
【0139】
<電極膜用スラリー前駆体>
電極膜用スラリー前駆体は、電極活物質(D)、低分子酸性化合物(E)、フッ素系重合体(F)、及びアミド系有機溶媒(C’)を含むものである。
【0140】
活物質(D)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。
【0141】
正極活物質としては、特に限定されないが、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。正極活物質は、少なくともNiを含有する物質であることが好ましい。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。
【0142】
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。
【0143】
低分子酸性化合物(E)は、使用する活物質に対して相対的に酸として振る舞う低分子化合物であるとよい。低分子化合物は、分子量が10,000未満の化合物であり、好ましくは分子量が5,000以下、1,000以下、500以下、又は350以下の化合物である。より詳しくは、低分子酸性化合物(E)の分子量は、10~1,000のものが好ましく、30~350のものがより好ましく、40~250のものがさらに好ましく、50~200のものが一層好ましい。低分子酸性化合物(E)は、合成品及び市販品のいずれであってもよく、1種単独、又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0144】
電極膜用スラリー前駆体において、活物質(D)とフッ素系重合体(F)とが含まれる場合、活物質(D)に起因する塩基性の不純物がフッ素系重合体(F)に作用し、フッ素系重合体(F)のゲル化を引き起こすことがある。塩基性の不純物としては、活物質(D)の合成過程で残留する水酸化リチウム等が挙げられる。電極膜用スラリー前駆体に低分子酸性化合物(E)を添加することで、塩基性の不純物を中和し、フッ素系重合体(F)のゲル化を抑制することができる。また、低分子酸性化合物(E)は、カーボンブラックが添加された組成物に直接添加するとカーボンブラックの分散性を低下させることがあるが、カーボンブラック分散液に添加する前に活物質(D)及びフッ素系重合体(F)と混合しておき、電極膜用スラリー前駆体としてカーボンブラック分散液と混合することでカーボンブラックの分散性の低下を防止することができる。
【0145】
低分子酸性化合物(E)の酸解離定数(pKa)は、-5以上10以下のものが好ましく、-3以上9以下のものがより好ましく、-1以上7以下のものがさらに好ましく、1以上6以下のものが特に好ましい。酸解離定数の値は、25℃の水溶液中での値等として、化学便覧等から得られる。酸解離定数の値が大きすぎる場合は期待する効果が得られない場合があり、一方、小さすぎる場合は生産ラインの腐食や取り扱い上の注意が必要になる場合がある。
【0146】
低分子酸性化合物(E)は無機酸及び有機酸のいずれであってもよく、これらの組み合わせであってもよい。低分子酸性化合物(E)は、カルボン酸化合物、オキソ酸化合物、ヒドロキシ酸化合物、カルボキシ基、スルホ基又はリン酸基を有する化合物等が挙げられる。低分子酸性化合物(E)は、1分子中に有する酸性基の数は、1~3が好ましく、1~2がより好ましい。
低分子酸性化合物(E)としては、具体的には、酢酸、プロピオン酸、カプリル酸、ステアリン酸等の飽和脂肪酸;オレイン酸、ソルビン酸等の不飽和カルボン酸;安息香酸、サリチル酸、フタル酸等の芳香族カルボン酸;シュウ酸、コハク酸、アジピン酸、マレイン酸等のジカルボン酸;無水酢酸、無水安息香酸、無水フタル酸、無水マレイン酸等のカルボン酸無水物;酒石酸、クエン酸、グリセリン酸等のヒドロキシ酸;ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸等の芳香族スルホン酸;塩酸、硫酸、硝酸、リン酸等の無機酸等が挙げられる。これらの無機酸及び有機酸は対イオンを有していてもよい。
【0147】
低分子酸性化合物(E)としては、有機酸が好ましく、カルボン酸、オキソ酸、及びヒドロキシ酸がより好ましく、より具体的には飽和又は不飽和のモノカルボン酸、飽和又は不飽和のジカルボン酸、芳香族カルボン酸、ヒドロキシ酸、及び芳香族スルホン酸が好ましい。低分子酸性化合物(E)は、カルボキシ基を有することが好ましく、飽和又は不飽和のモノカルボン酸、及び飽和又は不飽和のジカルボン酸がより好ましく、飽和モノカルボン酸及び飽和ジカルボン酸がさらに好ましい。
【0148】
低分子酸性化合物(E)は、電極膜用スラリー前駆体中に可溶であることが好ましく、大気圧下、0℃~40℃において、N-メチル-2-ピロリドン100質量部に対して0.1質量部以上溶解することがより好ましい。
【0149】
フッ素系重合体(F)は、バインダー樹脂として電極膜用スラリー前駆体に含まれる。バインダー樹脂は、活物質、カーボンナノチューブ等の物質間を結合するために用いられる樹脂である。本明細書において、バインダー樹脂は重合体(B)とは異なる。つまり、バインダー樹脂は、重合体(B)を除く樹脂から選択される。バインダー樹脂は、フッ素系重合体(F)を主成分として含むことが好ましい。例えば、フッ素系重合体(F)は、バインダー樹脂全量に対し、50質量%以上、80質量%以上、90質量%以上、又は95質量%以上であってよく、バインダー樹脂が全てフッ素系重合体(F)であってもよい。
【0150】
フッ素系重合体(F)は、フッ素原子を有する高分子化合物であり、フッ化炭化水素の重合体であることが好ましい。フッ素系重合体(F)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、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、フッ化エチレン-プロピレン共重合体等が挙げられ、これらの変性体、共重合体等であってもよい。フッ素系重合体(F)は1種単独で、又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。好ましくは、フッ素系重合体(F)はポリフッ化ビニリデンを含むとよい。
【0151】
フッ素系重合体(F)の重量平均分子量(Mw)は、10,000~2,000,000が好ましく、100,000~1,000,000がより好ましく、200,000~1,000,000がさらに好ましい。
【0152】
バインダー樹脂として、フッ素系重合体(F)に加えその他のバインダー樹脂を含んでもよい。その他のバインダー樹脂としては、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造単位として含む単独重合体又は共重合体;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、シリコン樹脂の樹脂;カルボキシメチルセルロース又はその塩等のセルロース樹脂;水素添加又は水素非添加のスチレンブタジエンゴム、フッ素ゴム等のゴム類;ポリアニリン、ポリアセチレン等の導電性樹脂等が挙げられる。これらの変性体、共重合体等であってもよい。これらは1種単独で、又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。正極膜用スラリー組成物のバインダー樹脂として使用する場合は、耐性面からフッ素系重合体(F)を単独で用いることが好ましく、フッ素系重合体(F)としてポリフッ化ビニリデンを用いることが好ましい。負極膜用スラリー組成物のバインダー樹脂として使用する場合は、フッ素系重合体(F)に加え、密着性が良好なカルボキシメチルセルロース又はその塩、スチレンブタジエンゴム又はその水素添加物、ポリアクリル酸等を用いることが好ましい。
【0153】
バインダー樹脂の重量平均分子量は、10,000~2,000,000が好ましく、100,000~1,000,000がより好ましく、200,000~1,000,000がさらに好ましい。
【0154】
電極膜用スラリー前駆体の溶媒は、アミド系有機溶媒であることが好ましい。溶媒は、アミド系有機溶媒を主成分として含むことが好ましい。例えば、アミド系有機溶媒は、溶媒全量に対し50質量%、80質量%以上、90質量%以上、又は95質量%以上であってよく、溶媒が全てアミド系有機溶媒であってよい。アミド系有機溶媒の詳細については上記した通りである。電極膜用スラリー前駆体は、実質的に水を含まないことが好ましい。カーボンナノチューブ分散液に含まれるアミド系有機溶媒(C)と電極膜用スラリー前駆体に含まれるアミド系有機溶媒(C’)とは互いに同一でも異なってもよく、複数種類が含まれる場合は全ての成分が同一でも一部又は全部の成分が異なってもよい。好ましくは、カーボンナノチューブ分散液に含まれるアミド系有機溶媒(C)と電極膜用スラリー前駆体に含まれるアミド系有機溶媒(C’)とは互いに同一である溶媒を含むとよく、複数種類が含まれる場合は全ての成分が同一であり同一の割合であるとよい。
【0155】
電極膜用スラリー前駆体において、活物質(D)は、電極膜用スラリー前駆体の質量を基準として(電極膜用スラリー前駆体の質量を100質量%として)、40~90質量%であることが好ましく、50~85質量%であることがより好ましく、60~80質量%であることがさらに好ましい。
電極膜用スラリー前駆体において、低分子酸性化合物(E)は、電極膜用スラリー前駆体の質量を基準として(電極膜用スラリー前駆体の質量を100質量%として)、0.005~2.0質量%であることが好ましく、0.01~1.0質量%であることがより好ましく、0.02~0.5質量%であることがさらに好ましい。
電極膜用スラリー前駆体において、フッ素系重合体(F)は、電極膜用スラリー前駆体の質量を基準として(電極膜用スラリー前駆体の質量を100質量%として)、0.1~10質量%であることが好ましく、0.3~8質量%であることがより好ましく、0.5~5質量%であることがさらに好ましい。
低分子酸性化合物(E)は、活物質(D)に由来する塩基性の不純物を中和する観点から、活物質(D)100質量部に対し0.01~10質量部であることが好ましく、0.02~5質量部であることがより好ましく、0.03~1質量部であることがさらに好ましく、0.05~0.5質量部であることが一層好ましい。また、これらの範囲で、電極膜用スラリー前駆体をカーボンナノチューブ分散液と混合する際に、低分子酸性化合物(E)の作用によるカーボンナノチューブの分散性の低下を防止することができる。
低分子酸性化合物(E)は、フッ素系重合体(F)100質量部に対し1.0~30質量部であることが好ましく、2.0~20質量部であることがより好ましく、3.0~10質量部であることがさらに好ましい。
フッ素系重合体(F)は、電極膜用スラリー組成物の構成に応じて調節すればよいが、活物質(D)100質量部に対し0.1~30質量部であることが好ましく、0.5~20質量部であることがより好ましく、1~10質量部であることがさらに好ましい。
電極膜用スラリー前駆体の固形分量は、60~95質量%であることが好ましく、65~93質量%であることがより好ましく、70~90質量%であることがさらに好ましい。
なお、電極膜用スラリー前駆体の各成分の含有量及び固形分量は、所望の電極膜用スラリー組成物の各成分の含有量に合わせて適宜調節するとよい。
【0156】
電極膜用スラリー前駆体の製造方法は特に限定されない。電極膜用スラリー前駆体は、例えば、活物質と、バインダー樹脂と、低分子酸性化合物と、溶媒とを混合し、適宜均質化することで得ることができる。活物質、バインダー樹脂、低分子酸性化合物、及び溶媒に加え、任意の成分を混合してもよい。容器に活物質、バインダー樹脂、及び低分子酸性化合物を加える順序は、特に限定されない。
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。電極膜用スラリー前駆体の混合では、活物質(D)とフッ素系重合体(F)との固形分を均一に混合するために、例えば、プラネタリーミキサー、自転公転式ミキサー等を用いることができる。プラネタリーミキサーは、自転しながら公転するブレードによって原料が撹拌されることで大きな剪断力によって混合効率を高めることができる。自転公転式ミキサーは、原料が投入される容器を自転しながら公転することで、原料に剪断力及び遠心力を与えて、混合効率を高めることができる。自転公転式ミキサーとしては、例えば、株式会社シンキー製「あわとり練太郎」(商品名)シリーズ等が挙げられる。また、電極膜用スラリー前駆体は上記した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混合してもよい。
【0157】
<スラリー組成物>
電極膜用スラリー組成物は、カーボンナノチューブ分散液と電極膜用スラリー前駆体とを混合して得られるものである。具体的には、電極膜用スラリー組成物は、カーボンナノチューブ(A)、ニトリル基含有構造単位を含む重合体(B)、及びアミド系有機溶媒(C)、並びに、活物質(D)、低分子酸性化合物(E)、フッ素系重合体(F)、及びアミド系有機溶媒(C’)を含むことができる。
電極膜用スラリー組成物において、低分子酸性化合物が後添加されると分散系の安定性が崩れ組成物の増粘又はカーボンナノチューブの凝集を引き起こすことがある。カーボンナノチューブ分散液及び電極膜用スラリー前駆体を予め用意することで、カーボンナノチューブ分散液において重合体(B)によってカーボンナノチューブの分散性を維持しておき、電極膜用スラリー前駆体において低分子酸性化合物とフッ素系重合体と活物質とを混合しておくことで、特に低分子酸性化合物と活物質とを相互作用させておくことで、カーボンナノチューブ分散液と電極膜用スラリー前駆体とを混合した後もカーボンナノチューブの良好な分散性及び安定性を維持することができる。
【0158】
電極膜用スラリー組成物において、カーボンナノチューブ(A)の含有量は、活物質100質量部に対し、0.01~10質量部であることが好ましく、0.02~5質量部であることがより好ましく0.03~3質量部であることがさらに好ましい。
電極膜用スラリー組成物において、フッ素系重合体(F)の含有量は、活物質100質量部に対し、0.1~30質量部であることが好ましく、0.5~20質量部であることがより好ましく、1~10質量部であることがさらに好ましい。
【0159】
電極膜用スラリー組成物において、重合体(B)の含有量は、カーボンナノチューブ(A)の含有量に応じて適宜調節すればよいが、活物質100質量部に対し、0.01~10質量部であることが好ましく、0.05~5質量部であることがより好ましい。
電極膜用スラリー組成物において、低分子酸性化合物(E)の含有量は、活物質の含有量に応じて適宜調節すればよいが、活物質100質量部に対し、0.01~10質量部であることが好ましく、0.02~5質量部であることがより好ましく、0.03~1質量部であることがさらに好ましく、0.05~0.5質量部であることが一層好ましい。
電極膜用スラリー組成物の固形分量は、電極膜用スラリー組成物の質量を基準として(電極膜用スラリー組成物の質量を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%であることがさらに好ましい。
【0160】
電極膜用スラリー組成物の作製方法において、カーボンナノチューブ分散液と電極膜用スラリー前駆体とを混合する割合は、特に限定されず、電極膜用スラリー組成物において各成分及び固形分量が上記含有割合となるように適宜調節すればよい。また、固形分量を調節するために、アミド系有機溶媒等の溶媒をさらに添加してもよい。
電極膜用スラリー組成物は、本発明の目的を阻害しない範囲で、湿潤剤、消泡剤、界面活性剤、pH調整剤、濡れ浸透剤、酸化防止剤、防腐剤、防カビ剤、レベリング剤等のその他の任意成分をさらに含んでもよい。また、電極膜用スラリー組成物は、本発明の目的を阻害しない範囲で、カーボンナノチューブ以外の導電材、重合体(B)及びフッ素系重合体(F)以外の高分子化合物をさらに含んでもよい。これらの任意成分は、カーボンナノチューブ分散液と電極膜用スラリー前駆体との混合の前にそれぞれの組成物に添加されてもよく、混合処理の間又は混合処理の後等に任意のタイミングで添加されてもよい。なお、カーボンナノチューブ分散液には、電極膜用スラリー前駆体との混合の前において、活物質(D)、低分子酸性化合物(E)、及びフッ素系重合体(F)は添加されないことが好ましい。また、電極膜用スラリー前駆体には、カーボンナノチューブ分散液との混合の前において、カーボンナノチューブ(A)、及びニトリル基含有構造単位を含む重合体(B)は添加されないことが好ましい。
【0161】
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膜用スラリー前駆体とを混合することで作製することができる。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。電極膜用スラリーの混合では、スラリーに剪断力を与えて各成分をより均一に混合するために、例えば、プラネタリーミキサー、自転公転式ミキサー等を用いることができる。自転公転式ミキサーとしては、例えば、株式会社シンキー製「あわとり練太郎」(商品名)シリーズ等が挙げられる。また、電極膜用スラリーは上記した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混合してもよい。また、カーボンナノチューブ分散液に電極膜用スラリー前駆体を一括又は分割して添加してもよく、あるいは、電極膜用スラリー前駆体にカーボンナノチューブ分散液を一括又は分割して添加してもよい。
【0162】
<電極膜の製造方法>
電極膜の製造方法は、例えば、電極膜用スラリー組成物を作製すること、及び電極膜用スラリー組成物を用いて電極膜を作製することを含むことができる。電極膜用スラリー組成物を作製する方法は上記した通りである。
【0163】
電極膜は、電極膜用スラリー組成物を基材に塗工し、乾燥することで得ることができる。基材としては集電体を用いることができる。集電体の材質及び形状は特に限定されず、各種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等が挙げられる。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。
【0164】
電極膜用スラリー組成物を集電体に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。
【0165】
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。形成された電極膜の厚みは、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。
【0166】
<電池用電極の製造方法>
電池用電極の製造方法は、例えば、電極膜用スラリー組成物を作製すること、及び電極膜用スラリー組成物を用いて集電体に電極膜を作製することを含むことができる。電極膜用スラリー組成物を作製する方法は上記した通りである。集電体及び電極膜の詳細については上記した通りである。
【0167】
<非水電解質二次電池の製造方法>
非水電解質二次電池の製造方法は、例えば、負極、正極及び電解質を含む非水電解質二次電池を製造する方法であって、負極及び正極のいずれか一方の電極を作製する工程は、電極膜用スラリー組成物を作製すること、及び電極膜用スラリー組成物を用いて電極基材上に電極膜を作製することを含むことができる。電極膜用スラリー組成物を作製する方法は上記した通りである。集電体及び電極膜の詳細については上記した通りである。
【0168】
非水電解質二次電池は、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、一実施形態の製造方法によって得られる電極膜用スラリー組成物を用いて形成される電極膜を含むものである。
【0169】
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組成物を塗工し、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。
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組成物を塗工し、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。
【0170】
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(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。
【0171】
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。
【0172】
非水電解質二次電池は、セパレーターを含んでもよい。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、多孔質ポリエチレン、多孔質ポリプロピレン、多孔質ポリアミド及びこれらに親水性処理を施したもの等が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。
【0173】
非水電解質二次電池の構造は特に限定されないが、通常、正極及び負極と、必要に応じて設けられるセパレーターとを備え、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。
【実施例
【0174】
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。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(B)」を「共重合体」又は「分散剤」という場合があり、「カーボンナノチューブ」を「CNT」と表記することがあり、「N-メチル-2-ピロリドン」を「NMP」と表記することがある。
【0175】
表1に、重合体(B)の合成処方を示し、表2にCNT分散液の処方及びその評価結果を示し、表3にCNT分散液のCNT濃度と複素弾性率の関係を示し、表4に電極膜用スラリー前駆体の処方を示し、表5及び表6に電極膜用スラリーの処方を示し、表7に正極及び電池の評価結果を示す。
【0176】
<共重合体の重量平均分子量(Mw)の測定>
共重合体の重量平均分子量(Mw)は、RI検出器を装備したゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定した。装置としてHLC-8320GPC(東ソー株式会社製)を用い、分離カラムを3本直列に繋ぎ、充填剤には順に東ソー株式会社製「TSK-GEL SUPER AW-4000」、「AW-3000」、及び「AW-2500」を用い、オーブン温度40℃、溶離液として30mMトリエチルアミン及び10mM LiBrのN,N-ジメチルホルムアミド溶液を用い、流速0.6mL/minで測定した。測定サンプルは前記溶離液からなる溶剤を用いて1%の濃度となるように濃度を調整し、20マイクロリットル注入した。重量平均分子量はポリスチレン換算値である。
【0177】
<共重合体のムーニー粘度(ML1+4、100℃)の測定>
共重合体のムーニー粘度は、それを溶解することができる溶媒を含む共重合体溶液より測定試料を調製して測定する。NMPに溶解している場合、共重合体のNMP溶液を水で凝固させた後メタノールで洗浄し、温度60℃で12時間真空乾燥し、測定試料とした。測定試料40gを使用し、日本工業規格JIS K6300-1に準拠して温度100℃でL形ローターを使用してムーニー粘度(ML1+4、100℃)を測定した。
【0178】
<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の温度25℃にて、カーボンナノチューブ分散液をヘラで十分に撹拌した後、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
◎:500mPa・s未満(優良)
○:500mPa・s以上2,000mPa・s未満(良)
△:2,000mPa・s以上10,000mPa・s未満(可)
×:10,000mPa・s以上、沈降又は分離(不良)
【0179】
<カーボンナノチューブ分散液の複素弾性率及び位相角の測定>
カーボンナノチューブ分散液の複素弾性率及び位相角は、直径60mm、2°のコーンにてレオメーター(Thermo Fisher Scientific株式会社製RheoStress1回転式レオメーター)を用い、25℃、周波数1Hzにて、ひずみ率0.01%から5%の範囲で動的粘弾性測定を実施することで評価した。得られた複素弾性率が小さいほど分散性が良好であり、大きいほど分散性が不良である。また、得られた位相角が大きいほど分散性が良好であり、小さいほど分散性が不良である。
複素弾性率 判定基準
◎:20Pa未満(優良)
○:20Pa以上60Pa未満(良)
△:60Pa以上120Pa未満(可)
×:120Pa以上(不良)
位相角 判定基準
◎:45°以上(優良)
○:10°以上45°未満(良)
△:2°以上5°未満(可)
×:2°未満(不良)
【0180】
<正極の抵抗評価>
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
◎:正極合材層の体積抵抗率(Ω・cm)が10未満(優良)
〇:正極合材層の体積抵抗率(Ω・cm)が10以上20未満(良)
×:正極合材層の体積抵抗率(Ω・cm)が20以上(不良)
【0181】
<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
◎:レート特性が80%以上(優良)
〇:レート特性が60%以上80%未満(良)
×:レート特性が60%未満(不良)
【0182】
<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
◎:サイクル特性が85%以上(優良)
〇:サイクル特性が80%以上85%未満(良)
×:サイクル特性が80%未満(不良)
【0183】
<重合体(B)の調製>
(重合体1の調製)
表1に示す組成に従い、ステンレス製重合反応器に、アクリロニトリル(AN)30部、1,3-ブタジエン(BD)70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(TDM)0.55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1を回収した。重合体1の水素添加率は99.6%であり、重量平均分子量(Mw)は150,000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70%であり、ニトリル基含有単量体単位の含有量は30%であった。また、重合体1において、重合体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70%であり、ニトリル基含有単量体単位の含有量は30%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質量割合である(以下、同様である。)。重合体1のムーニー粘度(ML1+4、100℃)を測定したところ、50であった。
【0184】
(重合体2~5の調製)
使用するモノマー組成を、表1に従って変更し、使用する分子量調整剤であるt-ドデシルメルカプタンの含有量を、目標とする重合体のムーニー粘度になるように、適宜変更し、重合体2~5を作製した。重合体5ではモノマー組成にアクリルアミド(AAm)がさらに含まれる。その他の手順は上記重合体1の作製と同様である。得られた重合体2~5の重量平均分子量及びムーニー粘度の測定結果は表1に示す通りであった。
【0185】
<CNT分散液の調製>
(CNT分散液1)
表2に示す組成に従い、ステンレス容器に、アミド系有機溶媒(C)としてNMP94部、ニトリル基含有構造単位を含む重合体(B)として重合体1を1部を加え、ステンレス容器を40℃で加温しながらディスパーで均一に攪拌し、重合体1を溶解させた。続いて、ステンレス容器の加温を停止し、25℃で冷却しつつ、該溶液にカーボンナノチューブ(A)として100T5部をディスパー撹拌しながらゆっくりと添加した後、角穴ハイシアスクリーンを装着したハイシアミキサー(SILVERSON製)にてグラインドゲージでの粒度が250μm以下になるまでバッチ式分散処理を行った。次に、ステンレスタンクから、配管を介して高圧ホモジナイザー(スターバースト10、スギノマシン製)に被分散液を供給し、追加分散処理を行った。追加分散処理は、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25回パス式分散処理を行い、CNT分散液1を得た。
【0186】
(CNT分散液2~5及びCNT分散液10~15)
表2に示す組成に従い、カーボンナノチューブ(A)、ニトリル基含有構造単位を含む重合体(B)及びアミド系有機溶媒(C)の種類と添加量を変更した以外はCNT分散液1と同様にしてCNT分散液2~5及び10~15を得た。
【0187】
(CNT分散液6)
表2に示す組成に従い、ステンレス容器に、アミド系有機溶媒(C)としてNMP93.8部を、ニトリル基含有構造単位を含む重合体(B)として重合体1を1部加え、ステンレス容器を40℃で加温しながらディスパーで均一に攪拌し、重合体1を溶解させた。続いて、ステンレス容器の加温を停止し、25℃で冷却しつつ、該溶液にその他の添加剤として、エタノールアミン0.2部を加え、カーボンナノチューブ(A)として100T5部をディスパー撹拌しながらゆっくりと添加していき、角穴ハイシアスクリーンを装着したハイシアミキサー(SILVERSON製)にてグラインドゲージでの粒度が250μm以下になるまでバッチ式分散処理を行った。次に、ステンレスタンクから、配管を介して高圧ホモジナイザー(スターバースト10、スギノマシン製)に被分散液を供給し、追加分散処理を行った。追加分散処理は、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25回パス式分散処理を行い、CNT分散液6を得た。
【0188】
(CNT分散液7及び9)
表2に示す組成に従い、カーボンナノチューブ(A)、ニトリル基含有構造単位を含む重合体(B)、その他の添加剤、アミド系有機溶媒(C)の種類と添加量を変更した以外はCNT分散液6と同様にしてCNT分散液7及び9を得た。
【0189】
(CNT分散液8)
表2に示す組成に従い、ステンレス容器に、アミド系有機溶媒(C)としてNMP94部を、ニトリル基含有構造単位を含む重合体(B)として重合体1を0.6部とその他の添加剤としてPVPを0.4部加え、ステンレス容器を40℃で加温しながらディスパーで均一に攪拌し、重合体1を溶解させた。続いて、ステンレス容器の加温を停止し、25℃で冷却しつつ、該溶液を加え、カーボンナノチューブ(A)として100T5部をディスパー撹拌しながらゆっくりと添加していき、角穴ハイシアスクリーンを装着したハイシアミキサー(SILVERSON製)にてグラインドゲージでの粒度が250μm以下になるまでバッチ式分散処理を行った。次に、ステンレスタンクから、配管を介して高圧ホモジナイザー(スターバースト10、スギノマシン製)に被分散液を供給し、追加分散処理を行った。追加分散処理は、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25回パス式分散処理を行い、CNT分散液8を得た。
【0190】
(比較用CNT分散液1)
表2に示す組成に従い、ステンレス容器に、アミド系有機溶媒(C)としてNMP94部を、その他の添加剤としてPVPを1部加え、ステンレス容器を40℃で加温しながらディスパーで均一に攪拌し、PVPを溶解させた。続いて、ステンレス容器の加温を停止し、25℃で冷却しつつ、該溶液を加え、カーボンナノチューブ(A)として100T5部をディスパー撹拌しながらゆっくりと添加していき、角穴ハイシアスクリーンを装着したハイシアミキサー(SILVERSON製)にてグラインドゲージでの粒度が250μm以下になるまでバッチ式分散処理を行った。次に、ステンレスタンクから、配管を介して高圧ホモジナイザー(スターバースト10、スギノマシン製)に被分散液を供給し、追加分散処理を行った。追加分散処理は、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25回パス式分散処理を行い、比較用CNT分散液1を得た。
【0191】
(比較用CNT分散液2)
表2に示す組成に従い、カーボンナノチューブ(A)の種類及び添加量、及びアミド系有機溶媒(C)の添加量を変更した以外は比較用CNT分散液1と同様にして比較用CNT分散液2を得た。
【0192】
その他の用いた成分は以下の通りである。
カーボンナノチューブ「100T」:K-Nanos 100T(Kumho Petrochemical株式会社製、多層CNT、外径10~15nm)
カーボンナノチューブ「Flotube9110」:Cnano FT9110CNT(Cnano Technology Ltd製、多層CNT、平均外径11nm)
カーボンナノチューブ「BT1003M」:LUCAN BT1003M(LG Chem Ltd製、多層CNT、平均外径13nm)
カーボンナノチューブ「8A」:JENOTUBE8A(株式会社JEIO製、多層CNT、外径6~9nm)
分散剤「HNBR」:Zetpol(登録商標) 2000L(日本ゼオン株式会社製、ムーニー粘度(ML1+4、100℃)65、アクリロニトリル含有量36.2%)
エタノールアミン:2-アミノエタノール(富士フイルム和光純薬株式会社製)
NaOH:水酸化ナトリウム、顆粒状(富士フイルム和光純薬株式会社製)
PVP:ポリビニルピロリドン(株式会社日本触媒製「ポリビニルピロリドン K-30」)
【0193】
得られたCNT分散液について初期粘度、複素弾性率及び位相角を評価し、評価結果を表中に示す。
【0194】
CNT分散液12~15は、全て同じカーボンナノチューブ(8A)を使用し、CNT濃度がそれぞれ2.5、2.0、1.5、1.0(質量%)である分散液である。それぞれの分散液につき、動的粘弾性測定による複素弾性率[G](Pa)を表3に示す。また、分散液中CNT濃度(質量%)をx軸、動的粘弾性測定による複素弾性率[G](Pa)をy軸として、その関係を図1のグラフに示す。
【0195】
図1に示す通り、CNT分散液12~15は、y<17xを満たすことが確認できる。すなわち、実施例のCNT分散液は、下記式(1)、式(2)及び式(3)の関係を満足するものである。
y<17x (1)
y<120 (2)
0.1≦x≦10 (3)
【0196】
<電極膜用スラリー前駆体の調製>
(スラリー前駆体1)
表4に示す組成に従い、容量150mLのプラスチック容器に、活物質(D)としてNMC87.03部と、フッ素系重合体(F)としてPVDF-1の10質量%NMP溶液12.43部(PVDF-1を固形分として1.243部含む)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。続いて、低分子酸性化合物(E)として、安息香酸の10%NMP溶液を0.533部(安息香酸を固形分として0.053部含む)を加え、自転及び公転ミキサーを用いて、2,000rpmで20分間撹拌し、スラリー前駆体1を得た。スラリー前駆体の固形分は88.33質量%であり、活物質(D)及びフッ素系重合体(F)の比率は電極膜用スラリー組成物の比率(活物質(D):フッ素系重合体(F):CNT(A)=98:1.4:0.6)を踏まえて調製した。また、低分子酸性化合物(E)は、活物質(D):低分子酸性化合物(E)の比率が100:0.061となるように添加した。
【0197】
(スラリー前駆体2~9)
表4に示す組成に従い、活物質(D)、フッ素系重合体(F)及び低分子酸性化合物(E)の種類を変更した以外はスラリー前駆体1と同様にしてスラリー前駆体2~9を得た。
【0198】
(比較用スラリー前駆体1)
表4に示す組成に従い、容量150mLのプラスチック容器に、活物質(D)としてNMC87.03部と、フッ素系重合体(F)としてPVDF-1の10質量%NMP溶液12.43部(PVDF-1を固形分として1.243部含む)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。続いて、その他の酸性化合物として、イソバン-10の10%NMP溶液を0.533部(イソバン―10を固形分として0.053部含む)を加え、自転及び公転ミキサーを用いて、2,000rpmで20分間撹拌し、比較用スラリー前駆体1を得た。
【0199】
(比較用スラリー前駆体2)
表4に示す組成に従い、その他の酸性化合物の種類を変更した以外は比較用スラリー前駆体1と同様にして比較用スラリー前駆体2を得た。
【0200】
用いた成分は以下の通りである。
活物質「NMC」:NCM811(Ningbo Ronbay New Energy Technology社製、組成:LiNi0.8Co0.1Mn0.1、固形分100%)
活物質「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%)
比較添加剤「イソバン-10」:クラレ社製、重量平均分子量160,000~170,000、揮発分≦4%
比較添加剤「ポリアクリル酸」:富士フイルム和光純薬株式会社製、ポリアクリル酸25,000、分子量25,000
フッ素系重合体「PVDF-1」:ポリフッ化ビニリデン クレハKFポリマー W#7300(クレハ社製)、固形分100%
フッ素系重合体「PVDF-2」:極性官能基を有するポリフッ化ビニリデン Solef#5130(Solvey株式会社製)、固形分100%
低分子酸性化合物には、安息香酸、アジピン酸、コハク酸、o-フタル酸、ベンゼンスルホン酸、クエン酸、酢酸を用いおり、これらは富士フイルム和光純薬株式会社製より入手可能である。
【0201】
<電極膜用スラリー組成物及び電極膜の作製>
(実施例1-1)
表5に示す処方に従い、活物質(D):フッ素系重合体(F):CNT(A)が質量比で98:1.4:0.6となるように、CNT分散液と電極膜用スラリー前駆体とを秤量して、容量150mLのプラスチック容器に添加し、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30秒間撹拌し、電極膜用スラリー組成物を得た。電極膜用スラリー組成物の固形分は72質量%とした。
得られた電極膜用スラリー組成物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。さらにロールプレス(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、電極層の密度が3.1g/cmとなる正極1aを作製した。
【0202】
(実施例1-2~1-21、比較例1-1~1-5)
CNT分散液及び電極膜用スラリー前駆体の種類を変更した以外は実施例1-1と同様の方法により、正極2a~21a、比較用正極1a~5aを作製した。
【0203】
<低分子酸性化合物(E)を含有しない電極膜用スラリー組成物及び電極膜の作製>
(比較例1-6)
表6に示す処方に従い、活物質(D):フッ素系重合体(F):CNT(A)が質量比で98:1.4:0.6となるように電極膜用スラリー組成物を調製した。まず、容量150mLのプラスチック容器にCNT分散液1と、フッ素系重合体(F)としてPVDF-1の10質量%NMP溶液とを加えた後、固形分調整用のNMPを予め添加した(NMP添加量は最終の電極膜用スラリー組成物として、固形分が72%となるように調製した)。その後、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、バインダー樹脂含有CNT分散液を得た。続いて、活物質(D)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分間撹拌して、電極膜用スラリー組成物を得た。この添加順序を比較手順1とする。
得られた電極膜用スラリー組成物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。さらにロールプレス(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、電極層の密度が3.1g/cmとなる比較正極6aを作製した。
【0204】
<添加手順を変更した電極膜用スラリー組成物及び電極膜の作製>
(比較例1-7)
表6に示す処方に従い、活物質(D):フッ素系重合体(F):CNT(A)が質量比で98:1.4:0.6となるように電極膜用スラリー組成物を調製した。まず、容量150mLのプラスチック容器にCNT分散液1と、フッ素系重合体(F)としてPVDF-1の10質量%NMP溶液とを加えた後、固形分調整用のNMPを予め添加した(添加量は最終の電極膜用スラリー組成物として、固形分が72%となるように調製した)。その後、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、バインダー樹脂含有CNT分散液を得た。続いて、活物質(D)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30秒間撹拌した後、低分子酸性化合物(E)として、安息香酸の10質量%NMP溶液を添加し、自転及び公転ミキサーを用いて、2,000rpmで20分間撹拌して、電極膜用スラリー組成物を得た。また、低分子酸性化合物(E)は、活物質(D):低分子酸性化合物(E)の比率が100:0.061となるように添加した。この添加順序を比較手順2とする。
得られた電極膜用スラリー組成物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。さらにロールプレス(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、電極層の密度が3.1g/cmとなる比較正極7aを作製した。
【0205】
(比較例1-8~1-13)
表6に示す処方に従い、CNT分散液及び電極膜用スラリー前駆体の種類を変更した以外は比較例1-7と同様の方法により、比較正極8a~13aを作製した。
得られた正極の抵抗を評価し、結果を表7に示す。
【0206】
<電池の作製>
(実施例1-1~1-21、比較例1-1~1-13)
下記の標準負極と表5及び表6に示す正極とをそれぞれ50mm×45mm、及び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~21a、比較電池1a~13aを作製した。用いた電解液は、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、さらに添加剤として、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。
【0207】
(標準負極の作製)
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。さら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。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%
【0208】
得られた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。さらにロールプレス(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。
【0209】
得られた電池のレート特性及びサイクル特性を評価し結果を表7に示す。
以上のように、電極膜用スラリー組成物においてカーボンナノチューブの分散性と安定性とを両立することで、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。
【0210】
【表1】
【0211】
【表2】
【0212】
【表3】
【0213】
【表4】
【0214】
【表5】
【0215】
【表6】
【0216】
【表7】
【0217】
上記実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態によって限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、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。
図1