CN108028091B - 炭黑分散液及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及炭黑分散液，其包含炭黑、分散介质和具有根据以下数学式1计算出的0.5重量％至40重量％的残余双键(RDB)值的部分氢化的丁腈橡胶，其中所述炭黑的分散粒径具有0.1μm至2μm的粒度分布D50；所述炭黑分散液的制备方法；以及使用所述炭黑分散液制备电极浆料和电极的方法。

Description

炭黑分散液及其制造方法
技术领域
本说明书要求2015年9月25日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请10-2015-0137076号的优先权和权益，并通过引用的方式将其全部内容并入本文中。
本公开涉及炭黑均匀地分散到分散介质中的炭黑分散液，其制备方法以及使用所述炭黑分散液制备电极浆料和电极的方法。
背景技术
炭黑已在各种技术领域中作为用于着色、遮蔽、导电的材料而被使用，并且为了满足各种应用所需的条件，将炭黑微细地分散在溶剂中变得重要。
同时，近来对于在电子装置中装载小而轻但具有高容量的电池的需求增加。此外，对于用于汽车应用的大型二次电池，一直在不断要求提高诸如高输出和高容量的性能。为了满足这些要求，已经积极进行了二次电池的开发。二次电池的电极通常通过将包含电极活性材料、粘结剂树脂和导体的浆料涂布在集电器的表面上而形成。导体能够通过在电极中形成导电通路来提高整个电极的导电性，并且能够增加充放电速率。在此，炭黑可以作为导体而添加。
炭黑具有大的比表面积，因此具有强的内聚力，并且难以均匀地分散在用于形成电极的浆料中。当炭黑的分散性不足时，不形成均匀的导电网络，因此无法充分地实现电极内阻的减小，并且由于部分聚集而在电极内部产生电阻分布，从而在使用电池时导致电流集中，结果可能发生局部加热或劣化。此外，当反复进行充放电时，集电器与电极层之间或活性材料与炭黑之间的界面粘合性变差，导致电池性能下降，并且当炭黑分散性不足时，这样的界面粘合性劣化可能变得更严重。与现有的炭黑相比，具有提高的导电性的炭黑的结构高度发达，因此具有小的一次粒径和大的表面积，从而易于形成聚集体，并且由于高吸油量而不易于分散。
为了炭黑的分散，已经尝试了使用各种添加剂的方法，所述添加剂例如为分散剂，例如表面活性剂或颜料分散树脂。然而，使用表面活性剂的方法对于在水基体系中的分散是有利的，但并不适合在有机溶剂中分散。当使用颜料分散树脂时，存在炭黑易于再聚集或稳定性随时间而降低的问题。此外，在制备电池电极时，当添加的表面活性剂或颜料分散树脂的量少时，可能无法获得足够的分散性，并且当为了获得足够的分散性而增加表面活性剂或颜料分散树脂的添加量时，电极活性材料的含量降低，导致电池容量降低。
已经尝试了在气相或液相中氧化处理炭黑以在粒子表面上引入酸性官能团的方法，然而，在诸如等离子体或臭氧处理的气相氧化中存在处理效率低或处理设备价格昂贵的问题，且在液相处理中存在由于使用诸如乙酸或过氧化氢的强酸而造成的工作安全性方面的问题。
此外，已尝试添加乙烯基吡咯烷酮类树脂来提高炭黑的分散性。然而，由于乙烯基吡咯烷酮类树脂的吸湿性，水分易于包含在电极浆料或电极膜内，并且活性材料可能劣化。
发明内容
【技术问题】
本公开涉及提供炭黑均匀地分散到分散介质中的炭黑分散液，其制备方法以及使用所述炭黑分散液制备电极浆料和电极的方法。
【技术方案】
本申请的一个实施方式提供包含炭黑、分散介质和具有根据以下数学式1计算出的0.5重量％至40重量％的残余双键(RDB)值的部分氢化的丁腈橡胶的炭黑分散液，其中炭黑的分散粒径具有0.1μm至2μm的粒度分布D50。
[数学式1]
RDB(重量％)＝BD重量/(BD重量+HBD重量)×100
在数学式1中，BD是指共轭二烯衍生的结构单元，且HBD是指氢化共轭二烯衍生的结构单元。
本说明书中记载的实施方式的炭黑分散液为分散有炭黑的溶液，并且除分散介质和炭黑外还包含具有在特定范围内的残余双键值的部分氢化的丁腈橡胶作为主要成分以分散炭黑。在包含电极活性材料的电极浆料阶段中，炭黑可能无法被有效地分散。本实施方式涉及在将炭黑混合到电极浆料中之前单独地分散炭黑的分散液，并且包含在该分散液中的成分、特别是部分氢化的丁腈橡胶与包含在电极浆料中的成分不同。
根据本申请的另一实施方式，部分氢化的丁腈橡胶包含α,β-不饱和腈衍生的结构单元、共轭二烯衍生的结构单元和氢化共轭二烯衍生的结构单元。在此，相对于橡胶的总重量，可以含有20重量％至50重量％的α,β-不饱和腈衍生的结构单元。
根据本申请的另一实施方式，炭黑分散液包含炭黑复合物，其中部分氢化的丁腈橡胶被引入到炭黑的表面。在该复合物中，部分氢化的丁腈橡胶可以以涂布形式存在于炭黑表面的至少一部分上。
根据本申请的另一实施方式，炭黑的分散粒径具有D50为0.1μm至2μm且D90为10μm以下的粒度分布。根据一个实施例，D50可以为0.5μm至2μm，具体地，D50可以为0.5μm至1.5μm。根据一个实施例，D10为0.1μm至0.4μm，具体地为0.2μm至0.4μm。根据一个实施例，D90为1μm至0.4μm。
本申请的另一实施方式提供用于制备炭黑分散液的方法，其包括将炭黑、分散介质和具有根据数学式1计算出的0.5重量％至40重量％的残余双键(RDB)值的部分氢化的丁腈橡胶进行混合的步骤。
本申请的另一实施方式提供用于制备电极浆料的方法，其包括将炭黑分散液、电极活性材料和粘结剂树脂进行混合的步骤。
本申请的另一实施方式提供用于制备电极的方法，其包括通过将炭黑分散液、电极活性材料和粘结剂树脂进行混合来制备电极浆料的步骤；和使用所述电极浆料形成电极的步骤。
【有益效果】
在本申请的实施方式的炭黑分散液中，通过使用对能够与形成分散剂的炭黑相互作用的结构单元区域的含量和能够与分散介质相互作用的结构单元区域的含量进行了控制的部分氢化的腈类橡胶，可以将炭黑均匀地分散到分散介质中；并且除此之外，可以分散并高浓度地包含炭黑而不用担忧分散液粘度的增加。
【具体实施方式】
下文中，为了说明本公开，将更详细地描述本公开。
此处和权利要求书中使用的术语和词汇不应该被解释为限于常规的或字面上的含义，而应基于发明人可以适当地定义术语的概念从而以最佳方式解释本发明人的发明这一原则，解释为与本发明的主旨相一致的意思和概念。
本申请的一个实施方式的炭黑分散液包含炭黑、分散介质和具有根据以下数学式1计算出的0.5重量％至40重量％的残余双键(RDB)值的部分氢化的丁腈橡胶：
[数学式1]
RDB(重量％)＝BD重量/(BD重量+HBD重量)×100
在数学式1中，BD是指共轭二烯衍生的结构单元，且HBD是指氢化共轭二烯衍生的结构单元。
具有根据以下数学式1计算出的0.5重量％至40重量％的残余双键(RDB)值的部分氢化的丁腈橡胶具有包含能够与炭黑相互作用的结构单元区域(A)和能够与分散介质相互作用的结构单元区域(B)的结构。因此，当使用分散剂制备炭黑分散液时，炭黑以物理或化学地与丁腈橡胶的能够与炭黑相互作用的结构单元区域(A)结合的复合物的形式分散到分散介质中。当丁腈橡胶具有根据以下数学式1计算出的0.5重量％至40重量％的残余双键(RDB)值时，与分散介质的混溶性增加，引起炭黑的分散性增加。特别地，当根据数学式1计算出的残余双键(RDB)值为0.5重量％以上时，通过炭黑与部分氢化的丁腈橡胶之间的π-π键而使得与炭黑表面的结合变得有利，并且由于炭黑被顺利地润湿而使得在制备分散液时可以减少分散时间。此外，与具有大于0重量％且小于0.5重量％的残余双键(RDB)值的部分氢化的丁腈橡胶相比，具有0.5重量％以上的残余双键(RDB)值的部分氢化的丁腈橡胶容易制备。此外，就部分氢化的丁腈橡胶在分散介质中的溶解性而言，残余双键(RDB)值为40重量％以下是有利的。残余双键(RDB)值可以通过在分散液中离心后用NMR测量上清液来进行确定。根据一个实施方式，由数学式1表示的丁腈橡胶的RDB值为0.5重量％至35重量％。根据一个优选的实施方式，由数学式1表示的丁腈橡胶的RDB值为0.5重量％至20重量％。
根据本申请的另一实施方式，可以使用诸如市售的炉黑、槽法炭黑、热裂法炭黑、乙炔黑和科琴黑的各种材料作为炭黑。此外，也可以使用多孔炭黑等。
碳黑的一次粒径可以为1nm至50nm，例如15nm至25nm。在此，一次粒径是指未聚集的炭黑粒子的粒径，并且可以使用诸如SEM或TEM等的电子显微镜进行测量。
根据一个实例，炭黑可以具有30m2/g至1500m2/g，例如30m2/g至380m2/g，并且具体地为130m2/g至380m2/g的比表面积。炭黑的比表面积可以使用Brunauer-Emmett-Tellery(BET)来进行测量，具体地，比表面积可以通过在粉末表面上吸附氮气(N2)、测量吸附的氮气的量并且使用BET方程计算而获得。
如果需要，可以使用本领域已知的方法对炭黑进行表面处理。例如，可以通过用乙炔气体进行表面处理来除去杂质。作为炭黑，可以使用纯度为99.5％以上的炭黑。
炭黑的分散粒径具有D50为0.1μm至2μm，优选D50为0.5μm至2μm，并且D90为10μm以下的粒度分布。根据一个实施例，D50可以为0.5μm至2μm，具体地，D50可以为0.5μm至1.5μm。根据一个实施例，D10为0.1μm至0.4μm，具体地为0.2μm至0.4μm。根据一个实施例，D90为1μm至0.4μm。在此，粒度分布D50可以被定义为粒度分布的50％基准的粒度。此外，炭黑的分散粒径可以使用例如激光衍射法来测量。更具体地，将分散有炭黑的分散液引入市售的激光衍射粒度测量装置(例如，Malvern MS300)中，以计算粒度分布的50％基准的平均粒径(D50)。D10和D90分别是指粒度分布中10％和90％处的粒度。
根据本申请的另一实施方式，炭黑分散液可以具有1Pa·s至100Pa·s、具体地为5Pa·s至40Pa·s、且更具体地为5Pa·s至15Pa·s的粘度。分散液的浓度可以使用Haake流变仪进行测量，具体地，所述粘度可以在1.2/s的剪切下测量。
根据一个实施方式，在分散液中，基于全部分散液(100重量％)，可以包含10重量％至30重量％、且更具体地为10重量％至20重量％的炭黑，并且相对于100重量份的炭黑，可以包含5重量份至50重量份、具体地为5重量份至30重量份、且更具体地为5重量份至10重量份的部分氢化的丁腈橡胶。当炭黑含量为10重量％以上时，在制备电极浆料时浆料固体占一定的水平以上，这对于电极涂布是有利的。增加炭黑含量在加工性方面是有利的，然而，30重量％以下的炭黑含量防止分散液粘度升得太高，从而容易使用分散器制备。
根据本申请的另一实施方式，部分氢化的丁腈橡胶包含α,β-不饱和腈衍生的结构单元、共轭二烯衍生的结构单元和氢化共轭二烯衍生的结构单元。丁腈橡胶包含α,β-不饱和腈衍生的结构单元作为能够与炭黑相互作用的结构单元区域(A)；共轭二烯衍生的结构单元和氢化共轭二烯衍生的结构单元作为能够与分散介质相互作用的结构单元区域(B)。在此，部分氢化的丁腈橡胶在炭黑具有上述粒度分布的条件下可以选择性地还包含可共聚的另外的共聚单体。
部分氢化的丁腈橡胶可以通过将α,β-不饱和腈、共轭二烯和选择性的其他可共聚的共聚单体共聚，然后氢化共聚物中的C＝C双键来制备。在此，可以使用常规方法进行聚合反应工序和氢化工序。
在制备部分氢化的丁腈橡胶时能够使用的α,β-不饱和腈的具体实例可以包括丙烯腈、甲基丙烯腈等，其中，可以单独使用一种或者使用两种以上的混合物。
在制备部分氢化的丁腈橡胶时能够使用的共轭二烯的具体实例可以包括具有4至6个碳原子的共轭二烯，例如1,3-丁二烯、异戊二烯或2,3-甲基丁二烯，并且可以使用其中的任一种或者两种以上的混合物。
此外，能够选择性地使用的其他可共聚的共聚单体的具体实例可以包括芳族乙烯基单体(例如，苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基吡啶、氟乙基乙烯基醚等)、α,β-不饱和羧酸(例如，丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、富马酸等)、α,β-不饱和羧酸的酯或酰胺(例如，(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸正十二烷基酯、(甲基)丙烯酸甲氧基甲酯、(甲基)丙烯酸羟乙酯、聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯等)、α,β-不饱和二羧酸的酸酐(例如，马来酸酐、衣康酸酐、柠康酸酐等)，但不限于此。
根据一个实施方式，部分氢化的丁腈橡胶还包含(甲基)丙烯酸酯类单体作为共聚单体。(甲基)丙烯酸酯类单体的实例包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸正戊酯、丙烯酸异戊酯、丙烯酸正乙基己酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸2-羟基乙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸正戊酯、甲基丙烯酸异戊酯、甲基丙烯酸正己酯、甲基丙烯酸正乙基己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸2-羟基乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯等。
在使用诸如上述方法制备的部分氢化的丁腈橡胶中，α,β-不饱和腈衍生的结构单元、共轭二烯衍生的结构单元、氢化共轭二烯衍生的结构单元和选择性的其他可共聚的共聚单体衍生的结构单元的含量比可以在宽范围内变化，并且在各情况下，结构单元的总和为100重量％。
具体地，当考虑提高炭黑的分散性和与分散介质的混溶性时，相对于部分氢化的丁腈橡胶的总重量，部分氢化的丁腈橡胶中的α,β-不饱和腈衍生的结构单元的含量可以为20重量％至50重量％，且具体地为25重量％至50重量％。当在上述含量范围内包含含有α,β-不饱和腈结构的重复单元时，即使在炭黑的添加量小时，也可以增加炭黑的分散性并且可以提供高导电性。
在本公开中，部分氢化的丁腈橡胶中的含有腈结构的重复单元的含量为衍生自α,β-不饱和腈的结构单元相对于全部橡胶的重量比，并且相应的含量是通过根据JIS K 6364的研磨烘箱法(mill oven method)测量产生的氮量，由丙烯腈分子量换算其结合量的量并进行量化而获得的中值。
此外，当还包含其他可共聚的共聚单体时，含量比可以根据共聚单体的类型和特性而变化，具体地，相对于部分氢化的腈类橡胶的总重量，所述共聚单体衍生的结构单元的含量可以为40重量％以下，且更具体地为20重量％至40重量％。在这种情况下，相应比率的共轭二烯和/或α,β-不饱和腈可以被具有这种比率的另外的单体取代，在此，在各情况下，全部单体的比率为100重量％。
根据一个实施方式，部分氢化的丁腈橡胶包含以下化学式1的单元、以下化学式2的单元和以下化学式3的单元。
[化学式1]
[化学式2]
[化学式3]
在此，相对于橡胶的总重量，由化学式1表示的丙烯腈衍生的结构单元的含量例如可以为20重量％至50重量％，且具体地为20重量％至40重量％。
相对于橡胶的总重量，由化学式2表示的单元的含量可以为0.1重量％至40重量％，且具体地为0.1重量％至25重量％。
相对于橡胶的总重量，由化学式3表示的单元的含量可以为20重量％至70重量％，且具体地为40重量％至70重量％。
根据一个实施方式，部分氢化的丁腈橡胶可以具有10000g/mol至700000g/mol，且更具体地为10000g/mol至300000g/mol的重均分子量。此外，部分氢化的丁腈橡胶可以具有在2至6范围内且优选在2至4范围内的多分散指数PDI(Mw/Mn的比率，Mw是重均分子量且Mn是数均分子量)。当丁腈橡胶具有在上述范围内的重均分子量和多分散指数时，炭黑可以均匀地分散到分散介质中。在本公开中，重均分子量和数均分子量是通过凝胶渗透色谱法(GPC)分析的聚苯乙烯换算的分子量。分子量低于一定水平会防止分散液粘度升得太高，这在使用分散器制备分散液时的加工性方面是有利的。
此外，部分氢化的丁腈橡胶可以具有10至120且更具体地为10至100的门尼粘度(在100℃下，ML 1+4)。在本公开中，部分氢化的丁腈橡胶的门尼粘度可以根据ASTM标准D1646进行测量。高门尼粘度被认为是具有高分子量。
根据本申请的一个实施方式，分散介质可以为包含选自由具有未共享电子对的氮原子(N)和氧原子(O)构成的组中的任一种或两种以上的杂原子的有机溶剂。
分散介质的具体实例可以包括酰胺类极性有机溶剂，例如二甲基甲酰胺(DMF)、二乙基甲酰胺、二甲基乙酰胺(DMAc)或N-甲基吡咯烷酮(NMP)；醇类，例如甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇(异丙醇)、1-丁醇(正丁醇)、2-甲基-1-丙醇(异丁醇)、2-丁醇(仲丁醇)、1-甲基-2-丙醇(叔丁醇)、戊醇、己醇、庚醇或辛醇；二醇类，例如乙二醇、二甘醇、三甘醇、丙二醇、1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、1,5-戊二醇或己二醇；多元醇类，例如甘油、三羟甲基丙烷、季戊四醇或山梨醇；二醇醚类，例如，乙二醇单甲醚、二甘醇单甲醚、三甘醇单甲醚、四甘醇单甲醚、乙二醇单乙醚、二甘醇单乙醚、三甘醇单乙醚、四甘醇单乙醚、乙二醇单丁醚、二甘醇单丁醚、三甘醇单丁醚或四甘醇单丁醚；酮类，例如丙酮、甲基乙基酮、甲基丙基酮或环戊酮；酯类，例如乙酸乙酯、γ-丁内酯或ε-丙内酯，并且可以使用它们中的任一种或其两种以上的混合物。
炭黑、分散介质和部分氢化的丁腈橡胶的含量可以根据分散液的用途而适当确定。
根据一个实施方式，为了将炭黑均匀地分散到分散液中，相对于100重量份的炭黑，可以包含5重量份至50重量份的部分氢化的丁腈橡胶。5重量份以上的部分氢化的丁腈橡胶含量有利于均匀地分散炭黑，并且50重量份以下的含量通过防止分散液粘度过度增加而在加工性方面是有利的。
根据一个实施方式，包含炭黑和分散剂的全体溶质的含量为1重量％至50重量％，且优选为10重量％至45重量％，并且分散介质的含量可以为50重量％至99重量％，且优选为55重量％至90重量％。此外，在所述全体溶质中，炭黑的含量为50重量％至90重量％，并且部分氢化的丁腈橡胶的含量可以为10重量％至50重量％。在上述范围内，炭黑可以被均匀地分散到溶剂中。
根据上述实施方式的炭黑分散液可以使用包括将炭黑、分散介质和上述部分氢化的丁腈橡胶进行混合的制备方法来制备。例如，炭黑分散液可以如下进行制备：向其中溶解有部分氢化的丁腈橡胶的分散介质中添加炭黑，向分散介质中添加炭黑，然后在其中溶解部分氢化的丁腈橡胶，或者向分散介质中添加并混合炭黑和部分氢化的丁腈橡胶。
根据一个实施方式，炭黑分散液可以使用如下方法进行制备，所述方法包括：通过将炭黑和分散介质进行混合来制备炭黑浆料(步骤1)；和将具有根据数学式1计算出的0.5重量％至40重量％的残余双键(RDB)值的部分氢化的丁腈橡胶混合到炭黑浆料中(步骤2)。
在下文中，将详细地描述各个步骤。
制备炭黑分散液的步骤1是通过将炭黑和分散介质进行混合制备炭黑浆料的步骤。在此，炭黑和分散介质的类型和用量与上述相同。
将炭黑和分散介质进行混合可以使用通常的混合方法来进行，具体地，使用诸如均化器、珠磨机、球磨机、篮式砂磨机、磨碎机、万能搅拌机、透明混合器或TK混合器的混合设备。
此外，在将炭黑和分散介质进行混合时，为了提高炭黑和分散介质的混溶性、或者提高炭黑在分散介质中的分散性，可以进行空化分散处理。空化分散处理是使用在将高能量施加到液体时由水中产生的真空气泡的破裂而产生的冲击波的分散处理方法，并且可以使用该方法分散炭黑而不损害其特性。具体地，空化分散处理可以通过超声波、喷射式研磨机或剪切分散处理来进行。
可以根据炭黑的量和分散剂的类型而适当地进行分散处理工序。
具体地，当进行超声波处理时，频率可以在10kHz至150kHz的范围内，振幅可以在5μm至100μm的范围内，并且照射时间可以为1分钟至300分钟。作为用于进行超声波处理的超声波发生器，例如可以使用超声波均化器等。此外，在进行喷射式研磨机处理时，压力可以为20MPa至250MPa，且可以进行1次以上的处理，具体地，可以进行2次以上的多次处理。此外，作为喷射式研磨机分散设备，可以使用高压湿式喷射式研磨机等。
进行空化分散处理工序时的温度不受特别限制，然而，可以在无需担忧因分散介质的蒸发而引起分散液粘度变化的温度下进行该处理。具体地，所述处理可以在50℃以下的温度下进行，更具体地，可以在15℃至50℃的温度下进行。
此外，本公开的一个实施方式的用于制备炭黑分散液的步骤2是将部分氢化的丁腈橡胶混合到步骤1中制备的炭黑浆料中的步骤。在此，部分氢化的丁腈橡胶的类型和用量与上述相同。
混合工序可以使用通常的混合或分散方法来进行，具体地，可以使用诸如球磨、珠磨、篮式砂磨的研磨方法进行混合工序，或者使用均化器、珠磨机、球磨机、篮式砂磨机、磨碎机、万能搅拌机、透明混合器或TK混合器进行混合工序。更具体地，可以使用使用珠磨机的研磨方法。在此，珠磨机的尺寸可以根据炭黑的类型和量以及部分氢化的丁腈橡胶的类型而适当地确定，具体地，所述磨珠的直径可以为0.5mm至2mm。
使用上述制备方法，可以制备炭黑均匀地分散到分散介质中的分散液。
具体地，在本公开的实施方式的炭黑分散液中，通过使部分氢化的丁腈橡胶经由物理或化学地结合在炭黑表面上而被引入到炭黑表面从而以炭黑-分散剂复合物的形式分散和包含炭黑和部分氢化的丁腈橡胶。具体地，炭黑的分散粒径具有D50为0.1μm至2μm且D90为10μm以下的粒度分布。
因此，本公开的炭黑分散液由于炭黑的均匀分散而可以显示更优异的电、热和机械特性，并且通过维持低粘度也提高作业性，结果，可以实现在各种领域中的应用和商业化。
本申请的另一实施方式提供用于制备电极浆料的方法，其包括将炭黑分散液、电极活性材料和粘结剂树脂进行混合的步骤。
本申请的另一实施方式提供用于制备电极的方法，其包括通过将炭黑分散液、电极活性材料和粘结剂树脂进行混合来制备电极浆料的步骤；和使用电极浆料形成电极的步骤。
作为电极浆料和电极的制备方法和诸如电极活性材料和粘结剂树脂的材料，可以使用本领域已知的那些。例如，可以使用PVDF等作为粘结剂树脂。虽然在电极浆料中使用诸如PVDF的粘结剂树脂来粘合金属薄膜和电极活性材料，但上述炭黑分散液中的部分氢化的丁腈橡胶用于在与电极活性材料混合之前分散炭黑。已经加入电极活性材料的电极浆料中的粘结剂树脂不能起到分散炭黑的作用，因此，电极浆料中的粘结剂树脂和炭黑分散液中的部分氢化的丁腈树脂是不同的。
可以通过将浆料涂布在集电器上并根据需要干燥或固化所得物来进行电极的形成。
本申请的另一实施方式提供包含炭黑分散液、电极活性材料和粘结剂树脂的电极浆料。
本申请的另一实施方式提供使用包含炭黑分散液、电极活性材料和粘结剂树脂的电极浆料制备的电极；和包含该电极的二次电池。使用电极浆料制备电极意味着电极包含所述电极浆料、其干燥物或其固化物。
二次电池包含正极、负极和电解质，并且正极和负极中的至少一者可以使用包含炭黑分散液的电极浆料来制备。根据需要，电池还可以包含设置在正极与负极之间的隔膜。
二次电池可以为锂离子二次电池。
在下文中，将详细描述本公开的实施例，使得具有本公开所属技术领域的普通知识的人员可以容易地实现本公开。然而，本公开可以以各种不同的形式来体现并且不限于在此描述的实施例。
实施例1至8和比较例1至5
在湿式工艺中使用均质混合器以下表2中所示的含量将炭黑(电化株式会社(Denka Company Limited)制造的FX-35，一次粒径为23nm，且比表面积BET为135m2/g)和下表1的部分氢化的丁腈橡胶在N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中混合1小时，以制备炭黑分散液。表1中的重量％是基于100重量％的部分氢化的丁腈橡胶，并且表2中的重量％是基于100重量％的炭黑分散液。在此，使用珠磨机。测量所制备的分散液的分散粒径和粘度并将其示于下表3中。
部分氢化的丁腈橡胶的重均分子量使用凝胶渗透色谱法(GPC)在以下条件下进行测量。在测量分子量时，使用DMF作为溶剂。在分散液状态下，可以在离心后测量上清液的分子量，并且在电极和电池状态下，刮擦电极并且使用THF提取部分氢化的丁腈橡胶以测量分子量。
-设备：由沃特世(Waters)制造的Alliance 2695
-检测器：由马尔文(Malvern)制造的Viscotek TDA 302RID
-柱子：使用安捷伦(Agilent)制造的两个PLgel Olexis和一个PLgel混合C(PLgelmixed C)
-溶剂：THF
-柱温：40℃
-流速：1ml/分钟
-样品浓度：1mg/mL，100μL注射液
-标准样品：聚苯乙烯(Mp：3900000、723000、316500、70950、31400、8450、3940、485)
作为分析程序，使用马尔文的OmmiSEC，且在使用GPC获得重均分子量(Mw)和数均分子量(Mn)后，由重均分子量/数均分子量(Mw/Mn)计算出分子量分布(PDI)。
为了制备电极浆料(固体100重量份)，将上述制备的炭黑分散液与97.35重量份的三元正极活性材料和1重量份的PVdF类粘结剂混合。在此，炭黑和部分氢化的丁腈橡胶分别以1.5重量份和0.15重量份存在。随后，将电极浆料涂布在铝集电器上，并且使用辊压机将所得物辊压以制备正极极板(混合密度3.3g/cc)。
同时，将包含97.3重量份的负极活性材料、0.7重量份的导电材料、1重量份的增稠剂(CMC)和1重量份的粘结剂(SBR)的负极浆料涂布在铜集电器上，并将所得物辊压以制备混合密度为1.6g/cc的负极极板。
使用采用了上述制备的分散液的正极和负极来制造单电池。具体地，在负极极板与正极极板之间设置聚乙烯隔膜，将所得物引入电池壳体内，然后向其中注入液体电解质，以制造电池。在此，作为液体电解质，使用在碳酸亚乙酯、碳酸乙甲酯和碳酸二乙酯(体积比1/2/1)中溶解了1.0M的LiPF6的混合溶液。
粘合强度测量
为了测量粘合强度，将如上制备的正极极板(在制造电池之前)切割成具有相同尺寸15mm×150mm的片，将片固定在载玻片上，并从集电器上剥离以测量180度剥离强度。对于评价，测量5次以上的剥离强度，求出平均值。将测量粘合强度的结果示于下表3中。
单电池评价
将以上制造的电池在室温下进行1.0C/1.0C的充放电3次，并且基于最后的放电容量确定SOC。通过在SOC 50下施加6.5C的放电脉冲来测量10秒电阻。
【表1】
【表2】
【表3】
表3中的分散效率是表示分散液的粒度分布D50达到1μm所需的珠磨机的能量的值，并且值越小意味着分散效率越好。
在本文中，已经描述了本公开的优选实施例，然而，本公开的权利的范围不限于此，并且本领域的技术人员使用在随附权利要求书中定义的本公开的基本概念得到的各种修改和改进形式也属于本公开的权利范围。

Claims (11)

1.一种炭黑分散液，其包含：
炭黑；
分散介质；和
部分氢化的丁腈橡胶，其具有根据以下数学式1计算出的0.5重量％至40重量％的残余双键(RDB)值，
其中所述炭黑的分散粒径具有0.1μm至2μm的粒度分布D50，
[数学式1]
RDB(重量％)＝BD重量/(BD重量+HBD重量)×100
在数学式1中，BD是指共轭二烯衍生的结构单元，且HBD是指氢化共轭二烯衍生的结构单元，
其中基于全部分散液，所述炭黑的含量为10重量％至30重量％，
其中相对于100重量份的所述炭黑，所述部分氢化的丁腈橡胶的含量为5重量份至50重量份。
2.根据权利要求1所述的炭黑分散液，其中，
所述部分氢化的丁腈橡胶包含α,β-不饱和腈衍生的结构单元、共轭二烯衍生的结构单元和氢化共轭二烯衍生的结构单元。
3.根据权利要求2所述的炭黑分散液，其中，相对于所述橡胶的总重量，包含20重量％至50重量％的所述α,β-不饱和腈衍生的结构单元。
4.根据权利要求1所述的炭黑分散液，其包含炭黑复合物，其中，所述部分氢化的丁腈橡胶被引入到所述炭黑的表面。
5.根据权利要求1所述的炭黑分散液，其中所述炭黑的分散粒径具有D90为10μm以下且D10为0.1μm至0.4μm的粒度分布。
6.根据权利要求1所述的炭黑分散液，其中所述部分氢化的丁腈橡胶包含以下化学式1的单元、以下化学式2的单元和以下化学式3的单元：
[化学式1]
[化学式2]
[化学式3]
7.根据权利要求1所述的炭黑分散液，其中，所述部分氢化的丁腈橡胶具有10000g/mol至700000g/mol的重均分子量。
8.根据权利要求1所述的炭黑分散液，其中，所述部分氢化的丁腈橡胶具有2至6的多分散指数PDI(Mw/Mn比)。
9.一种用于制备权利要求1至8中任一项所述的炭黑分散液的方法，其包括将炭黑、分散介质和具有根据数学式1计算出的0.5重量％至40重量％的残余双键(RDB)值的部分氢化的丁腈橡胶进行混合的步骤。
10.一种用于制备电极浆料的方法，其包括将权利要求1至8中任一项所述的炭黑分散液、电极活性材料和粘结剂树脂进行混合的步骤。
11.一种用于制备电极的方法，其包括：
通过将权利要求1至8中任一项所述的炭黑分散液、电极活性材料和粘结剂树脂进行混合来制备电极浆料的步骤；和
使用所述电极浆料形成电极的步骤。
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