碳纳米管分散液、碳纳米管分散组合物、电极膜用浆料、电极膜、及二次电池制造技术

本发明专利技术为一种碳纳米管分散液，包含：碳纳米管、第一聚合物、第二聚合物、以及溶媒，所述第一聚合物包含选自由含羟基的结构单元及含杂环的结构单元所组成的群组中的至少一种以上且不包含含腈基的结构单元，所述第二聚合物包含含腈基的结构单元，所述碳纳米管分散液中，所述碳纳米管包含在利用扫描型电子显微镜测定的纤维直径分布中，在100nm以下的范围内纤维直径分布不同的至少两种碳纳米管，所述两种碳纳米管包含显示第一纤维直径分布的成分、以及显示第二纤维直径分布的成分。以及显示第二纤维直径分布的成分。以及显示第二纤维直径分布的成分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碳纳米管分散液、碳纳米管分散组合物、电极膜用浆料、电极膜、及二次电池


[0001]本专利技术的实施方式涉及一种碳纳米管分散液、碳纳米管分散组合物、电极膜用浆料、电极膜、及二次电池。

技术介绍

[0002]锂离子二次电池广泛用作电动汽车及便携设备等的电池。随着电动汽车及便携设备等的高性能化，对锂离子二次电池的高容量、高输出及小型轻量化等要求逐年提高。
[0003]锂离子二次电池的容量很大程度上依赖于作为主要材料的正极活性物质及负极活性物质，因此用于这些电极活性物质的各种材料正在被积极地研究。但是，使用被实用化的电极活性物质时的充电容量均达到了接近理论值的程度，改良接近极限。因此，如果电极膜内的电极活性物质的填充量增加，则可简单地增加充电容量，因此，正在尝试削减对充电容量无直接贡献的导电材及粘合剂树脂的添加量。
[0004]导电材承担着在电极膜内部形成导电路径、或将电极活性物质的粒子之间加以连接的作用，要求导电路径及粒子间的连接不易因电极膜的膨胀收缩而产生切断。为了以少的添加量来维持导电路径及粒子间的连接，通过使用比表面积大的纳米碳、特别是碳纳米管(carbon nanotube，CNT)作为导电材，有效地形成有效率的导电网络。但是，比表面积大的纳米碳的凝聚力强，因此存在不易使纳米碳良好地分散在电极膜用浆料中和/或电极膜中的问题。
[0005]在此种背景下，提出了使用各种分散剂制作导电材分散体并经由导电材分散体来制造电极膜用浆料的方法、或者对碳纳米管本身的物性进行研究的方法(参照专利文献1～专利文献5)。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1：日本专利特开2011
‑
070908号公报
[0009]专利文献2：日本专利特表2018
‑
534731号公报
[0010]专利文献3：国际公开第2019/054173号
[0011]专利文献4：日本专利特开2010
‑
238575号公报
[0012]专利文献5：日本专利特开2016
‑
025077号公报

技术实现思路

[0013]专利技术所要解决的问题
[0014]在专利文献1中，提出了通过使用聚乙烯吡咯烷酮及聚乙烯醇等非离子性分散剂作为分散剂，并将导电材良好地分散在溶媒中来提高电池输出。但是，聚乙烯吡咯烷酮及聚乙烯醇虽然可制造导电材分散体，但在电极膜形成过程中分散状态不良、导电性恶化成为课题。
[0015]在专利文献2中，提出了使用氢化丁腈橡胶作为分散剂的导电材分散体。但是，由于这些氢化丁腈橡胶缺乏分散性，因此不足以形成良好的导电网络。另外，所获得的导电材分散体也存在粘度高、且固体样特性强、导电材分散体的制造需要长时间、或缺乏流动性而涂敷性降低，或者容易产生凝胶化等问题。
[0016]在专利文献3中，提出了通过并用氢化丁腈橡胶与聚乙烯吡咯烷酮来提高导电材的分散性、抑制导电材在所获得的电极复合材层中的偏置存在。但是，外径小且比表面积高的碳纳米管无法像乙炔黑那样以高浓度进行分散，所获得的分散液无法形成良好的导电网络。进而，高浓度的碳纳米管分散液在保管中容易产生凝聚物及沉淀物，因此贮存稳定性也成为问题。
[0017]另一方面，在专利文献4中，提出了通过并用外径小于100nm的碳纳米管与外径为100nm以上的碳纳米管，来抑制分散时及干燥时的导电材的凝聚。但是，以少的导电材的添加量仍然不足以形成良好的导电网络。进而，在专利文献5中也提出了通过并用外径不同的碳纳米管来减少导电材及粘合剂树脂的添加量的、锂离子电池用电极的制备。通常，碳纳米管的外径越小，比表面积越大，因此在溶媒中的润湿性变差，难以获得高浓度且良好的分散液。然而，由于越是外径小、比表面积高的碳纳米管，越可理想地形成有效率的导电网络，因此当务之急是将外径小、比表面积高的碳纳米管在担载碳纳米管特有的导电性的同时，更具体而言不折断其纤维长度地有效利用，而获得良好地分散的分散液。专利文献5中获得的分散液中的碳纳米管的纤维长度短，无法在维持导电性的同时高浓度且稳定地分散碳纳米管。进而，在碳纳米管的浓度低的分散液中，会产生调配活性物质及粘合剂等材料时的设计自由度变低等问题、以及每碳纳米管固体成分的输送成本变高等问题。因此，也要求使外径小、比表面积高的碳纳米管高浓度地分散。
[0018]本专利技术所要解决的问题是提供一种高浓度且具有高分散性的碳纳米管分散液、及碳纳米管分散组合物，以获得导电性高的电极膜。更详细而言，提供一种具有优异的速率特性及循环特性的非水电解质二次电池。
[0019]因此，本专利技术的实施方式的课题在于提供一种高浓度且具有高分散性的碳纳米管分散液。另外，本专利技术的实施方式的课题在于提供一种碳纳米管分散组合物。进而，本专利技术的实施方式的课题在于提供一种电极膜用浆料。进而，本专利技术的实施方式的课题在于提供一种可提高二次电池的输出及循环寿命的电极膜、及高输出且具有良好的循环寿命的二次电池。
[0020]解决问题的技术手段
[0021]本专利技术人等进行了深入研究，结果发现，通过碳纳米管分散液含有包含特定结构单元的聚合物以及包含含腈基的单量体单元的聚合物，进而使碳纳米管分散液中存在不同纤维直径的碳纳米管，可使高浓度的碳纳米管良好地分散于溶媒中，并且，在制备电极膜用浆料时及制造电极膜时，也能够维持所述良好的分散状态，而在电极中形成良好的导电网络。
[0022]即，本专利技术包括以下的实施方式。
[0023]〔1〕一种碳纳米管分散液，包含：碳纳米管、聚合物(A)、聚合物(B)、以及溶媒，所述聚合物(A)包含选自由含羟基的结构单元及含杂环的结构单元所组成的群组中的至少一种以上且不包含含腈基的结构单元，所述聚合物(B)包含含腈基的结构单元，所述碳纳米管分
散液中，碳纳米管包含在利用扫描型电子显微镜测定的纤维直径分布中，在100nm以下的范围内纤维直径分布不同的至少两种碳纳米管，两种碳纳米管包含显示第一纤维直径分布的成分(I)、以及显示第二纤维直径分布的成分(II)。
[0024]〔2〕根据〔1〕所述的碳纳米管分散液，其中，第一纤维直径分布的范围为2nm以上且小于30nm，第二纤维直径分布的范围为30nm以上且100nm以下。
[0025]〔3〕根据〔1〕或〔2〕所述的碳纳米管分散液，其中，相对于碳纳米管的总量，具有第一纤维直径分布的成分(I)的含量以个数基准计为40％以上且99％以下。
[0026]〔4〕根据〔1〕至〔3〕中任一项所述的碳纳米管分散液，其中，相对于碳纳米管的总量，纤维长度为0.3μm以下的碳纳米管的含量以个数基准计为75％以下，所述碳纳米管分散液中的所述碳纳米管的平均纤维长度为0.1μm以上且1.0μm以下。
[0027]〔5〕根据〔1〕至〔4〕中任一项所述的碳纳米管分散液，其中，相对于聚合物(A)与聚合物(B)的合计质量，聚合物(A)的含量为30质量％以上且70质量％本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种碳纳米管分散液，包含：碳纳米管、第一聚合物、第二聚合物、以及溶媒，所述第一聚合物包含选自由含羟基的结构单元及含杂环的结构单元所组成的群组中的至少一种以上且不包含含腈基的结构单元，所述第二聚合物包含含腈基的结构单元，所述碳纳米管分散液中，所述碳纳米管包括在利用扫描型电子显微镜测定的纤维直径分布中，在100nm以下的范围内纤维直径分布不同的至少两种碳纳米管，所述两种碳纳米管包含显示第一纤维直径分布的成分、以及显示第二纤维直径分布的成分。2.根据权利要求1所述的碳纳米管分散液，其中，所述第一纤维直径分布的范围为2nm以上且小于30nm，所述第二纤维直径分布的范围为30nm以上且100nm以下。3.根据权利要求1或2所述的碳纳米管分散液，其中，相对于所述碳纳米管的总量，具有所述第一纤维直径分布的成分的含量以个数基准计为40％以上且99％以下。4.根据权利要求1至3中任一项所述的碳纳米管分散液，其中，相对于所述碳纳米管的总量，纤维长度为0.3μm以下的碳纳米管的含量以个数基准计为75％以下，所述碳纳米管分散液中的所述碳纳米管的平均纤维长度为0.1μm以上且1.0μm以下。5.根据权利要求1至4中任一项所述的碳纳米管分散液，其中，相对于...

【专利技术属性】
技术研发人员：平林穂波，
申请(专利权)人：东洋色材株式会社，
类型：发明
国别省市：