CN110998750B - 柔软电极用浆料以及使用了其的柔软电极 - Google Patents

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Abstract

本发明通过使用特定的乳液、炭黑来制作浆料并涂覆，能够制作兼具导电性和柔软性的柔软电极。本发明的一个方面中，通过使用如下的浆料，可得到兼具导电性和柔软性的柔软电极，所述浆料使用了包含选自由丙烯酸类聚合物、氨基甲酸酯系聚合物、氟系聚合物、脲系聚合物、氯丁二烯系聚合物以及丁二烯系聚合物组成的组中的1种以上聚合物成分、且pH为6.5～8.0的乳液，以及非压缩下DBP吸收量为150～300mL/100g、且BET比表面积处于35～140m2/g的范围的炭黑。

Description

柔软电极用浆料以及使用了其的柔软电极
技术领域
本发明涉及柔软电极用浆料、以及使用了其的柔软电极。
背景技术
近年来，提出了利用碳纳米管、离子导电性高分子、介电弹性体等高分子材料的致动器。其中，利用介电弹性体等高分子材料的致动器(以下称为介电致动器)由于输出大，因此期待在人工肌肉、医疗用器具、护理辅助器具、工业机器人等各种各样的领域中的使用。
如图1所例示的那样，介电致动器1为利用一对电极层3夹持介电层2的结构。若增大在电极间施加的电压，则正电荷蓄积于一个电极层3中，负电荷蓄积于另一个电极层3中。由此在电极间作用的静电引力增大。因此，夹持在电极间的介电层2沿着膜厚方向被压缩，介电层2的厚度变薄。若膜厚变薄，则与其相应地，介电层2沿着电极层3的面方向伸长。另一方面，若减小在电极间施加的电压，则电极间的静电引力变小。因此，沿着膜厚方向压缩介电层2的力变小，膜厚因介电膜的弹性复原力而变厚。若膜厚变厚，则介电膜沿着电极层3的面方向收缩。这样，介电致动器1通过使介电层2伸长、收缩而产生驱动力。
此处，电极缺乏柔软性的情况下，因电极而使介电层的伸长/收缩受到阻碍、或电极断裂等而难以得到期望的位移量。因此，理想的是电极不会妨碍介电层的变形、不会断裂、且柔软。柔软的电极例如可以通过涂覆包含橡胶、弹性体等母材和导电剂的浆料而制作。该情况下，为了确保电极的导电性，需要使导电剂分散于母材整体。因此，导电剂的填充量变多。若导电剂的填充量变多，则电极的自然长度下的导电性提高，但伸长时电极会破裂、失去导电性。进而，浆料的粘度上升、涂覆变得困难。另一方面，若为了确保柔软性、涂覆性而减少导电剂的填充量，则会导电性降低而无法对介电层供给充足的电荷。另外，在电极与介电层一同大幅伸长时，由于导电剂彼此的距离增大，因此导电路径被切断，电阻增加。因此，尚未实现同时满足期望的导电性、柔软性和涂覆性的电极浆料。
作为其改善对策，有利用使碳纳米管分散在基体中而成的浆料的方法。
(专利文献1)
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第4771971号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，专利文献1必须使用属于纳米材料的CNT，因此需要考虑对健康造成影响的可能性。另外，伸长150％时的体积电阻值为80Ωcm以上。另外，制作电极时使用有机溶剂和超声波均化器，因此存在有机溶剂被加热而着火的担心。
本发明要解决的课题在于，提供能够制作电极伸长时的电阻值变化受到抑制、且具有伸长时不会断裂的柔软性的电极的浆料。
用于解决问题的方案
本发明的特征在于，在特定的乳液中包含下述特定的成分(i)、或成分(i)和成分(ii)。
成分(i)：炭黑，其非压缩下DBP吸收量为150～300mL/100g，BET比表面积处于35～140m2/g的范围。
成分(ii)：选自由下述α、β、γ、δ组成的组中的1种以上的碳。
α：纤维直径为1～20nm的碳纳米管
β：直径0.5～10μm的石墨烯
γ：直径0.5～10μm的石墨
δ：非压缩下DBP吸收量为350～500(mL/100g)且比表面积为800～1300(m2/g)的炭黑
需要说明的是，本发明中的炭黑的非压缩下DBP吸收量为依照JIS K6217-4而测定的值。
前述乳液包含选自由氯丁二烯系聚合物、氨基甲酸酯系聚合物、氟系聚合物、脲系聚合物、丙烯酸类聚合物以及丁二烯系聚合物组成的组中的1种以上聚合物成分，且前述乳液的pH为6.5～8.0时，浆料中的特定的成分的分散性提高。
发明的效果
本发明最主要的特征在于，能够抑制电极伸长时的电阻值上升。具体而言，本发明的浆料在特定的乳液中均匀地分散有上述特定的成分，因此在所制作的电极整体中形成均匀的导电路径，能够制作例如在150％变形下的电阻低于80Ω·cm、200％变形下的电阻低于500Ω·cm、且伸长时电极不会断裂的柔软电极。
附图说明
图1为示出介电致动器的实施方法的说明图。
图2为示出柔软电极的评价方法的说明图。
具体实施方式
接着，对本发明的实施方式进行详细说明。
本发明是在pH为6.5～8.0的水系的乳液中使前述成分(i)分散而成的柔软电极用浆料。
本发明中使用的乳液所含的聚合物成分理想的是使用下述列举的物质。
包含聚合物成分：选自由氯丁二烯系聚合物、氨基甲酸酯系聚合物、氟系聚合物、脲系聚合物、丙烯酸类聚合物以及丁二烯系聚合物组成的组中的至少一种聚合物的乳液。这些之中，从柔软性、导电性、分散性的方面出发，特别优选氨基甲酸酯系聚合物、氯丁二烯系聚合物。
本发明中使用的乳液的pH优选为6.5～8.0。乳液的pH低于6.5时，成分(i)的分散性恶化。另外，乳液的pH高于8.0时，成分(i)的分散性恶化。
本发明的柔软电极用浆料中，聚合物成分与成分(i)的合计优选为20～30质量％。聚合物成分与成分(i)的合计低于20质量％时，要干燥的水的量变多，无法制作均匀的电极。另外，高于30质量％时，柔软电极用浆料的粘度增大，涂覆性恶化。
本发明的柔软电极用浆料中，聚合物成分与成分(i)的合计中，优选聚合物成分所占的比率为60～85质量％、成分(i)所占的比率为15～40质量％的范围。成分(i)少于15质量％时，不易显现导电性，反之成分(i)多于40质量％时，所制作的电极变硬而断裂、或分散性恶化。
成分(i)理想的是非压缩下DBP吸收量为150～300(mL/100g)且BET比表面积为35～140(m2/g)的炭黑。即，这是因为，如果非压缩下DBP吸收量和BET比表面积小，则在制作柔软电极时赋予导电性的效果降低，反之如果非压缩下DBP吸收量和BET比表面积过大，则浆料变得不均匀。
需要说明的是，本发明中的炭黑的非压缩下DBP吸收量为依照JIS K6217-4而测定的值。
另外，本发明中，也可以组合使用成分(i)与下述成分(ii)。
成分(ii)：选自由下述α、β、γ、δ组成的组中的1种以上的碳
α：纤维直径为1～20nm的碳纳米管
β：直径0.5～10μm的石墨烯
γ：直径0.5～10μm的石墨
δ：非压缩下DBP吸收量为350～500(mL/100g)且比表面积为800～1300(m2/g)的炭黑
本发明中使用的乳液所含的聚合物成分理想的是使用下述列举的物质。
包含聚合物成分：选自由氯丁二烯系聚合物、氨基甲酸酯系聚合物、氟系聚合物、脲系聚合物、丙烯酸类聚合物以及丁二烯系聚合物组成的组中的至少一种聚合物的乳液。这些之中，从柔软性、导电性、分散性的方面出发，特别优选氨基甲酸酯系聚合物、氯丁二烯系聚合物。
本发明中使用的乳液的pH优选为6.5～8.0。乳液的pH低于6.5时，成分(i)和成分(ii)的分散性恶化。另外，乳液的pH高于8.0时，成分(i)和成分(ii)的分散性恶化。
本发明的柔软电极用浆料中，聚合物成分与成分(i)与成分(ii)的合计优选为20～30质量％。聚合物成分与成分(i)与成分(ii)的合计低于20质量％时，要干燥的水的量变多，无法制作均匀的电极。另外，高于30质量％时，柔软电极用浆料的粘度增大，涂覆性恶化。
本发明的柔软电极用浆料中，聚合物成分与成分(i)与成分(ii)的合计中，优选聚合物成分所占的比率为60～85质量％、成分(i)与成分(ii)的合计所占的比率为15～40质量％的范围。成分(i)与成分(ii)的合计少于15质量％时，不易显现导电性，反之成分(i)与成分(ii)的合计多于40质量％时，所制作的电极变硬而断裂、或分散性恶化。
本发明的柔软电极用浆料中，成分(i)与成分(ii)中，优选成分(i)为50～90质量％、成分(ii)为10～50质量％。成分(ii)低于10质量％时，得不到柔软性电极的导电性提高效果。高于50质量％时，所制作的电极变硬，伸长时断裂。
成分(ii)的碳纳米管理想的是纤维直径1～20nm。即，这是因为，纤维直径过小时，可见分散性恶化、物性降低的倾向，反之纤维直径过大时，可见在柔软电极制作时导电性降低的倾向。
成分(ii)的石墨烯理想的是直径0.5～10μm。即，这是因为，直径过小时，在柔软电极制作时导电性降低，反之直径过大时，可见在伸长时柔软电极断裂的倾向。
成分(ii)的石墨理想的是直径0.5～10μm。即，直径过小时，在柔软电极制作时导电性降低，反之直径过大时，可见在伸长时柔软电极断裂的倾向。
成分(ii)的炭黑理想的是非压缩下DBP吸收量为350～500(mL/100g)且BET比表面积为800～1300(m2/g)。即，这是因为，如果非压缩下DBP吸收量和BET比表面积小，则在制作柔软电极时赋予导电性的效果降低，反之如果非压缩下DBP吸收量和BET比表面积过大，则浆料变得不均匀。
需要说明的是，本发明中的炭黑的非压缩下DBP吸收量为依照JIS K6217-4而测定的值。另外，炭黑优选为乙炔黑。
需要说明的是，本发明的柔软电极中，除了上述成分以外，还可以适当使用例如离子导电剂(表面活性剂、离子液体、铵盐、无机盐)、金属颗粒、导电性高分子、增塑剂、油、交联剂、交联促进剂、抗老化剂、阻燃剂、着色剂等。
本发明的柔软电极用浆料例如可以如下所述地制作。即，将乳液与成分(i)以及成分(ii)配混，使用自转/公转式混合器、介质研磨机、三辊磨、搅拌机、超声装置等分散装置进行分散并制备浆料。然后，将该浆料以成为规定的厚度(优选为1～100μm)的方式涂布在氯丁二烯制片材上，以规定的条件(例如100℃下30分钟)进行干燥、交联，由此可以制作柔软电极。
本发明的柔软电极用浆料优选具备下述特性。
(1)剪切速度为1.0s-1时的粘度为0.7Pa·s～50Pa·s
(2)浆料中的颗粒的中值粒径D50为0.1～10μm
使用了本发明的浆料的柔软电极可以用于例如致动器、传感器、转换器等电子设备等。因此，作为本发明的另一方面，为使用了本发明的浆料的柔软电极，作为再一方面，为使用了本发明的柔软电极的致动器、传感器或转换器。能够实现制作兼具导电性和柔软性的电极这一目的而不使用强力的分散装置。
实施例
接着，对实施例和比较例进行说明。但是，本发明不受这些实施例的限定。
首先，在实施例和比较例之前，制备、准备如下所示的材料。
〔氨基甲酸酯乳液1〕
第一工业制药株式会社制、SUPERFLEX 300〔pH：7.4、固体成分：30.2(质量％)〕
〔氯丁二烯乳液1〕
电化株式会社制、LC-21、〔pH：7.0、固体成分：30.2(质量％)〕
〔氯丁二烯乳液2〕
电化株式会社制、LV-60A、〔pH：12.0、固体成分：60.0(质量％)〕
〔炭黑A(成分(i))〕
电化株式会社制、DENKA BLACK FX-35〔非压缩下DBP吸收量：267(mL/100g)、BET比表面积：133(m2/g)〕
〔炭黑B(成分(i))〕
电化株式会社制、DENKA BLACK HS-100〔非压缩下DBP吸收量：177(mL/100g)、BET比表面积：39(m2/g)〕
〔炭黑C(成分(i))〕
电化株式会社制、DENKA BLACK AB粉状品〔非压缩下DBP吸收量：228(mL/100g)、BET比表面积：68(m2/g)〕
〔炭黑D(成分(i))〕
Imerys Graphite&Carbon制、SuperP〔非压缩下DBP吸收量：233(mL/100g)、BET比表面积：62(m2/g)〕
〔炭黑E(成分(ii))〕
Lion Specialty Chemicals Co.,Ltd.制、科琴黑ECP300〔非压缩下DBP吸收量：365(mL/100g)、BET比表面积：800(m2/g)〕
〔炭黑F(成分(ii))〕
Lion Specialty Chemicals Co.,Ltd.制、科琴黑ECP600JD〔非压缩下DBP吸收量：495(mL/100g)、BET比表面积：1270(m2/g)〕
〔碳纳米管(成分(ii))〕
CNano公司制、Flotube9000〔纤维直径：10(nm)〕
〔石墨烯(成分(ii))〕
Aldrich公司制、石墨烯粉末〔直径：5(μm)〕
〔石墨(成分(ii))〕
日本石墨工业株式会社制、石墨J-SP〔直径：7(μm)〕
接着，使用上述各材料，如下所述地制作柔软电极。
〔实施例1〕
量取60.0质量份氯丁二烯乳液1，与40.0质量份炭黑B混合。相对于炭黑B，添加0.05质量份炭黑用分散剂。添加水使得浆料中的聚合物成分+成分(i)的质量％为20质量％后，使用自转/公转混合器(THINKY CORPORATION制、あわとり練太郎ARV-310)进行分散，制备柔软电极用浆料。然后，将该柔软电极用浆料以厚度成为30μm的方式涂覆在厚度0.3mm的氯丁二烯片材上，以100℃干燥30分钟，由此制作柔软电极。
〔实施例2～24、比较例1～10〕
如表1～表8所示地变更各成分的种类、配混比率等，除此以外，与实施例1同样地制备柔软电极用浆料。并且，使用该柔软电极用浆料，与实施例1同样地制作柔软电极。
使用如此得到的柔软电极用浆料和柔软电极，按照下述基准进行各特性的评价。将它们的结果一并示于上述表1～8中。
〔浆料粘度〕
各柔软电极用浆料的粘度使用锥板型粘度计(Anton Paar制、MCR-300)来测定。测定条件设为：测定模式：剪切模式，剪切速度：在100s-1～0.01s-1变化，测定夹具：锥板(CP-50-2；直径50mm，角度2°，间隙0.045mm)，测定温度：25℃。
〔浆料中聚集粒径(中值粒径D50)〕
[测定用试样制作]
在管形瓶中称量柔软电极用浆料0.5g并添加蒸馏水25.0g。测定前处理使用浴型超声波清洗器，利用超声波照射使其均匀化而制作测定用试样。
[中值粒径D50测定]
使用通过前述方法制备的测定用试样，按照以下方法实施柔软电极用浆料中聚集粒径的中值粒径D50值的测定。将LS 13 320通用液体模块(Universal liquid module)的光学模型设定为碳1.520、水1.333各自的折射率，进行模块清洗。在泵速50％的条件下进行偏移测定、光轴调整、背景测定后，在粒度分布计中，以表示因颗粒而散射至光束外侧的光的百分比的相对浓度为8～12％、或PIDS为40％～55％的方式加入所制备的测定用试样，利用粒度分布计的附带装置进行78W、2分钟的超声波照射(测定前处理)，循环30秒并去除气泡后进行粒度分布测定。得到相对于粒度(粒径)的体积％的曲线图，求出中值粒径D50值。
测定中，针对柔软电极用浆料的1个试样，变换采取位置，并且采取3个测定用样品进行粒度分布测定，以其平均值求出中值粒径D50值。
〔体积电阻值〕
各柔软电极的0％变形下的体积电阻值、100％变形下的体积电阻值、150％变形下的体积电阻值、200％变形下的体积电阻值如下所述地进行评价。将柔软电极切取成纵2cm、横6.5cm的条状，如图2那样地通过拉伸用夹具固定两端。使用前述拉伸用夹具对柔软电极施加0、100、150、200％的变形(单轴方向：图中箭头的方向)，此时的体积电阻值使用Mitsubishi Chemical Analytech制LORESTA GP进行测定。此时，探针使用PSP探针，施加电压设定为90V，在23℃、相对湿度50％的条件下进行体积电阻值的测定。
[表1]
Figure BDA0002380126090000101
[表2]
Figure BDA0002380126090000111
[表3]
Figure BDA0002380126090000121
[表4]
Figure BDA0002380126090000131
[表5]
Figure BDA0002380126090000141
[表6]
Figure BDA0002380126090000151
[表7]
Figure BDA0002380126090000161
[表8]
Figure BDA0002380126090000171
针对实施例和比较例中制作的浆料和电极，以目视评价浆料混合状态和电极的平滑性。根据上述表1～8的结果，实施例与比较例相比，浆料混合状态均匀、电极的平滑性良好。导电性优异并且伸长后的导电性优异。这是因为，实施例中，在电极中均匀地分散有充足的碳材料，在伸长时也形成了导电路径。
附图标记说明
1 介电致动器
2 介电层
3 电极层
4 电源
5 电阻值评价系统
6 固定夹具
7 柔软电极
8 测定位置

Claims (9)

1.一种柔软电极用浆料，其特征在于，包含分散在水系的乳液中的下述成分(i)，其中，所述柔软电极用浆料不包含水溶性树脂粘合剂，
所述乳液包含选自由丙烯酸类聚合物、氨基甲酸酯系聚合物、氟系聚合物、脲系聚合物、氯丁二烯系聚合物以及丁二烯系聚合物组成的组中的1种以上聚合物成分，
所述乳液的pH为6.5～8.0，
所述柔软电极用浆料中，聚合物成分与成分(i)的合计为20～30质量％，
所述柔软电极用浆料中的聚合物成分与成分(i)的合计中，所述聚合物成分为60～85质量％，所述成分(i)为15～40质量％，
成分(i)：炭黑，其非压缩下DBP吸收量为150～300mL/100g，BET比表面积处于35～140m2/g的范围。
2.一种柔软电极用浆料，其特征在于，包含分散在水系的乳液中的下述成分(i)和下述成分(ii)，其中，所述柔软电极用浆料不包含水溶性树脂粘合剂，
所述乳液包含选自由丙烯酸类聚合物、氨基甲酸酯系聚合物、氟系聚合物、脲系聚合物、氯丁二烯系聚合物以及丁二烯系聚合物组成的组中的1种以上聚合物成分，
所述乳液的pH为6.5～8.0，
所述柔软电极用浆料中，聚合物成分与成分(i)与成分(ii)的合计为20～30质量％，
所述柔软电极用浆料中的聚合物成分与成分(i)与成分(ii)的合计中，所述聚合物成分为60～85质量％，
所述成分(i)与成分(ii)的合计为15～40质量％，
所述成分(i)与成分(ii)中，成分(i)为50～90质量％，成分(ii)为10～50质量％，
成分(i)：炭黑，其非压缩下DBP吸收量为150～300mL/100g，BET比表面积处于35～140m2/g的范围，
成分(ii)：选自由下述α、β、γ、δ组成的组中的1种以上的碳，
α：纤维直径为1～20nm的碳纳米管，
β：直径0.5～10μm的石墨烯，
γ：直径0.5～10μm的石墨，
δ：非压缩下DBP吸收量为350～500(mL/100g)、比表面积为800～1300(m2/g)的炭黑。
3.根据权利要求1或2所述的柔软电极用浆料，其在剪切速度为1.0s-1时的剪切粘度为0.7Pa·s～50Pa·s。
4.根据权利要求1或2所述的柔软电极用浆料，其特征在于，浆料中的颗粒的中值粒径D50为0.1～10μm。
5.根据权利要求1或2所述的柔软电极用浆料，其特征在于，所述成分(i)和/或成分(ii)的炭黑为乙炔黑。
6.根据权利要求1或2所述的柔软电极用浆料，其特征在于，聚合物成分为氯丁二烯系聚合物。
7.根据权利要求1或2所述的柔软电极用浆料，其特征在于，聚合物成分为氨基甲酸酯系聚合物。
8.一种柔软电极，其使用了权利要求1～7中任一项所述的柔软电极用浆料。
9.使用了权利要求8所述的柔软电极的致动器、传感器或转换器。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114479178A (zh) 2016-02-01 2022-05-13 卡博特公司 包含炭黑的导热性聚合物组合物
WO2020197672A1 (en) * 2019-03-22 2020-10-01 Cabot Corporation Anode electrode compositions and aqueous dispersions for battery applications
CN110734639B (zh) * 2019-10-18 2021-06-01 电子科技大学 一种介电常数可调控的复合电阻膜及制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103918111A (zh) * 2011-11-07 2014-07-09 电气化学工业株式会社 电极用粘结剂组合物
CN104053709A (zh) * 2011-11-18 2014-09-17 阿克马法国公司 包括碳基导电填料的膏状组合物的制备方法
CN105144435A (zh) * 2013-04-19 2015-12-09 东洋油墨Sc控股株式会社 导电性组合物、基底层形成用导电性组合物、蓄电装置用带有基底层的集电体、蓄电装置用电极以及蓄电装置
JP2016134217A (ja) * 2015-01-16 2016-07-25 東洋インキＳｃホールディングス株式会社 導電性組成物、蓄電デバイス用下地層付き集電体、蓄電デバイス用電極、及び蓄電デバイス
CN106947280A (zh) * 2013-08-27 2017-07-14 日产化学工业株式会社 导电性碳材料分散剂以及导电性碳材料分散液

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4247940B2 (ja) * 1999-07-01 2009-04-02 古河電気工業株式会社 フィルム状感圧センサー及びそれに用いる半導電性感圧インク
JP4771971B2 (ja) 2007-02-09 2011-09-14 東海ゴム工業株式会社 柔軟電極およびそれを用いた電子機器
WO2009157491A1 (ja) 2008-06-25 2009-12-30 独立行政法人産業技術総合研究所 導電補助剤を添加したカーボンナノチューブ電極を用いたアクチュエータ素子
CN102414282B (zh) * 2009-04-24 2014-03-12 狮王株式会社 炭黑极性分散液组合物
JP5384204B2 (ja) 2009-06-02 2014-01-08 株式会社クラレ 高分子トランスデューサ
JP2010283928A (ja) * 2009-06-02 2010-12-16 Kuraray Co Ltd 高分子トランスデューサ
JP2012009169A (ja) * 2010-06-22 2012-01-12 Aisin Chem Co Ltd ガス拡散層用撥水ペースト及びその製造方法
JPWO2012050128A1 (ja) 2010-10-13 2014-02-24 東海ゴム工業株式会社 柔軟導電材料、およびそれを用いたトランスデューサ、フレキシブル配線板、電磁波シールド
US9780374B2 (en) * 2012-02-02 2017-10-03 Dai-Ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd. Binder for electrodes of lithium secondary batteries, and lithium secondary battery which uses electrode produced using binder for electrodes of lithium secondary batteries
CN104412433A (zh) 2012-07-06 2015-03-11 大金工业株式会社 片材、电极和燃料电池
CN102757700B (zh) * 2012-07-25 2014-12-03 山东精工电子科技有限公司 一种锂离子电池正极功能涂层及其制备方法
KR101476782B1 (ko) * 2013-08-29 2014-12-26 대구대학교 산학협력단 내구성이 개선된 외부전극용 전극 소재 및 그 전극 소재 제조방법
JP2015079724A (ja) 2013-09-12 2015-04-23 東洋紡株式会社 導電性ペースト
KR101968221B1 (ko) * 2015-09-25 2019-04-11 주식회사 엘지화학 카본블랙 분산액 및 이의 제조방법
CN105552367B (zh) * 2015-12-21 2018-04-17 中盐安徽红四方锂电有限公司 一种含cnt的锂离子电池水性正极浆料及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103918111A (zh) * 2011-11-07 2014-07-09 电气化学工业株式会社 电极用粘结剂组合物
CN104053709A (zh) * 2011-11-18 2014-09-17 阿克马法国公司 包括碳基导电填料的膏状组合物的制备方法
CN105144435A (zh) * 2013-04-19 2015-12-09 东洋油墨Sc控股株式会社 导电性组合物、基底层形成用导电性组合物、蓄电装置用带有基底层的集电体、蓄电装置用电极以及蓄电装置
CN106947280A (zh) * 2013-08-27 2017-07-14 日产化学工业株式会社 导电性碳材料分散剂以及导电性碳材料分散液
JP2016134217A (ja) * 2015-01-16 2016-07-25 東洋インキＳｃホールディングス株式会社 導電性組成物、蓄電デバイス用下地層付き集電体、蓄電デバイス用電極、及び蓄電デバイス

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