CN116171307A - 碳纳米管分散液及其利用 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种碳纳米管分散液，包含碳纳米管、分散剂、以及溶媒，所述碳纳米管分散液满足下述(1)～(4)。(1)当在碳纳米管的拉曼光谱中将1560cm‑1～1600cm‑1的范围内的最大峰强度设为G、将1310cm‑1～1350cm‑1的范围内的最大峰强度设为D时，碳纳米管的G/D比为5～100(2)相对于碳纳米管100质量份，含有30质量份以上且未满250质量份的分散剂(3)碳纳米管分散液在25℃、频率1Hz下的复弹性模量为5Pa以上且未满650Pa，相位角为5°以上且未满50°(4)碳纳米管的BET比表面积为550m2/g～1200m2/g。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳纳米管的分散液。更详细而言，涉及一种碳纳米管分散液、包含碳纳米管分散液以及粘合剂的树脂组合物、包含碳纳米管分散液、粘合剂以及活性物质的复合材浆料、将所述复合材浆料形成膜状而成的电极膜、以及包含电极膜以及电解质的非水电解质二次电池。
背景技术
随着电动汽车的普及或便携式设备的小型轻量化及高性能化，寻求一种具有高能量密度的二次电池，进而要求所述二次电池的高容量化。在此种背景下，由于高能量密度、高电压的特征，使用非水系电解液的非水电解质二次电池、特别是锂离子二次电池被用于大量的设备中。
作为这些锂离子二次电池中使用的负极材料，使用了为接近锂(Li)的低电位且每单位质量的充放电容量大的石墨所代表的碳材料。然而，这些电极材料已被使用到每质量的充放电容量接近理论值之时，作为电池的每质量的能量密度接近极限。因此，为了提高作为电极的利用率，正在尝试减少无助于放电容量的导电助剂或粘合剂。
作为导电助剂，使用碳黑、科琴黑、富勒烯、石墨烯、微细碳材料等。特别是大量使用作为微细碳纤维的一种的碳纳米管。例如，已知通过向石墨或硅负极中添加碳纳米管，电极的导电性、密接性或膨胀收缩性等电极强度、锂离子二次电池的速率特性及循环特性提高(例如，参照专利文献1)。另外，也进行了通过在正极中添加碳纳米管来减少电极电阻的研究(例如，参照专利文献2及专利文献3)。其中，外径为十纳米～数十纳米的多层碳纳米管比较便宜，可期待实用化。
若使用平均外径小的碳纳米管，则可少量有效率地形成导电网络，可减少锂离子二次电池用的正极及负极中包含的导电助材的量。另外，已知在使用纤维长度大的碳纳米管的情况下也具有相同的效果(例如，参照专利文献4)。
另外，提出了使用各种分散剂使碳纳米管分散稳定化的方法。例如，提出了使用水溶性高分子等聚合物系分散剂进行的在水及N-甲基-2-吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone，NMP)中的分散(参照专利文献1、专利文献5及专利文献6)。另外，提出了使用腈系橡胶作为分散剂使多层碳纳米管分散稳定化的方法(参照专利文献7)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2020-105316号公报
专利文献2：日本专利特开2011-70908号公报
专利文献3：日本专利特开2014-19619号公报
专利文献4：日本专利特开2012-221672号公报
专利文献5：日本专利特开2010-254546号公报
专利文献6：日本专利特开2005-162877号公报
专利文献7：日本专利特表2018-533175号公报
发明内容
发明所要解决的问题
然而，具有平均外径小、纤维长度大的特征的碳纳米管由于凝聚力强、分散困难，因此无法获得具有充分的分散性的碳纳米管分散液。在专利文献1中，针对单层碳纳米管，使用氧化锆珠粒在含聚乙烯基吡咯烷酮的NMP溶媒中进行分散，但存在分散时间长、碳纳米管的分散粒径变小的问题，虽然电极的导电性提高，但无法更充分地提高电极强度。在专利文献5中，针对经氧化处理的双层碳纳米管，使用超声波均质机在羧甲基纤维素水溶液中进行分散，但难以在溶媒中对碳纳米管进行高浓度分散。另外，在专利文献6中，针对单层碳纳米管，使用超声波在含聚乙烯基吡咯烷酮的NMP溶媒中进行分散，但难以在溶媒中对碳纳米管进行高浓度分散。在专利文献7中，提出了通过制作具有特定的复弹性模量的多层碳纳米管分散液，电极的输出特性提高。然而，在外径为10nm以上的多层碳纳米管中，电极强度的提高并不充分，难以改善锂离子二次电池的循环特性。因此，获得将作为微细碳纤维的碳纳米管、特别是单层碳纳米管以高浓度且均匀地分散于分散介质中的碳纳米管分散液是扩大用途所面临的重要课题。
本发明所要解决的课题是提供一种具有高分散性及弹性模量的碳纳米管分散液、碳纳米管树脂组合物及复合材浆料，以获得电极强度及导电性优异的电极膜。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。
解决问题的技术手段
即，本发明涉及一种碳纳米管分散液，包含碳纳米管、分散剂、以及溶媒，所述碳纳米管分散液满足下述(1)～(4)。
(1)当在碳纳米管的拉曼光谱中将1560cm-1～1600cm-1的范围内的最大峰强度设为G、将1310cm-1～1350cm-1的范围内的最大峰强度设为D时，碳纳米管的G/D比为5～100
(2)相对于碳纳米管100质量份，含有30质量份以上且未满250质量份的分散剂
(3)碳纳米管分散液在25℃、频率1Hz下的复弹性模量为5Pa以上且未满650Pa，相位角为5°以上且未满50°
(4)碳纳米管的布厄特(Brunauer-Emmett-Teller，BET)比表面积为550m2/g～1200m2/g
另外，本发明涉及所述碳纳米管分散液，其中，当在碳纳米管的拉曼光谱中将1560cm-1～1600cm-1的范围内的最大峰强度设为G、将1310cm-1～1350cm-1的范围内的最大峰强度设为D时，碳纳米管的G/D比为10～50。
另外，本发明涉及所述碳纳米管分散液，其中，当使用流变仪以剪切速度1(s-1)对25℃的碳纳米管分散液进行测定时，为5Pa·s以上且未满40Pa·s。
另外，本发明涉及所述碳纳米管分散液，其中，通过动态光散射法测定的累积粒径D10为200nm以上且未满500nm。
另外，本发明涉及所述碳纳米管分散液，其中，碳纳米管的体积电阻率为1.0×10-3Ω·cm～1.0×10-2Ω·cm。
另外，本发明涉及所述碳纳米管分散液，其中，通过动态光散射法测定的累积粒径D50为500nm以上且未满3000nm。
另外，本发明涉及所述碳纳米管分散液，其中，分散剂的重量平均分子量为1万～10万。
另外，本发明涉及所述碳纳米管分散液，其中，溶媒包含水。
另外，本发明涉及一种碳纳米管树脂组合物，包含所述碳纳米管分散液、以及粘合剂。
另外，本发明涉及一种复合材浆料，包含所述碳纳米管树脂组合物、以及活性物质。
另外，本发明涉及一种电极膜，是所述复合材浆料的涂敷膜。
另外，本发明涉及一种非水电解质二次电池，包括正极、负极、以及电解质，所述非水电解质二次电池中，正极及负极中的至少一者包含所述电极膜。
发明的效果
通过使用本发明的碳纳米管分散液，可获得电极强度及密接性优异的树脂组合物、复合材浆料、电极膜。另外，可获得速率特性及循环特性优异的非水电解质二次电池。因此，在要求高导电性、耐久性的各种用途领域中，能够使用本发明的碳纳米管分散液。
附图说明
图1是表示本发明的实施例及比较例中使用的碳纳米管的拉曼光谱的图表。
具体实施方式
以下，对本发明的碳纳米管分散液、树脂组合物、复合材浆料、作为所述复合材浆料的涂敷膜的电极膜、及非水电解质二次电池进行详细说明。
(1)碳纳米管
本实施方式的碳纳米管优选为单层碳纳米管。单层碳纳米管与多层碳纳米管也可混合存在。单层碳纳米管具有一层石墨卷绕而成的结构，多层碳纳米管具有两层或三层以上的石墨卷绕而成的结构。
本实施方式的碳纳米管的平均外径为0.5nm～5nm，优选为1nm～3nm，更优选为1nm～2nm。关于碳纳米管的平均外径，可利用穿透式电子显微镜(日本电子公司制造)进行碳纳米管的形态观察，测量100根短轴的长度，并根据其数量平均值来算出。
本实施方式的碳纳米管的BET比表面积为550m2/g～1200m2/g，优选为600m2/g～1200m2/g，更优选为800m2/g～1200m2/g，进而优选为800m2/g～1000m2/g。
关于本实施方式的碳纳米管，当在拉曼光谱中将1560cm-1～1600cm-1的范围内的最大峰强度设为G、将1310cm-1～1350cm-1的范围内的最大峰强度设为D时，G/D比为5～100，更优选为10～50，进而优选为20～50。拉曼光谱可依照拉曼分光法并使用波长532nm的激光光进行测定。
本实施方式的碳纳米管的体积电阻率优选为1.0×10-3Ω·cm～3.0×10-2Ω·cm，更优选为1.0×10-3Ω·cm～1.0×10-2Ω·cm。碳纳米管的体积电阻率可使用粉体电阻率测定装置(三菱化学分析技术(Mitsubishi Chemical Analytech)(股)公司制造：劳莱斯塔(Loresta)GP粉体电阻率测定系统MCP-PD-51)进行测定。
本实施方式的碳纳米管的碳纯度由碳纳米管中的碳原子的含有率(％)表示。相对于碳纳米管100质量％，碳纯度优选为80质量％以上，更优选为90质量％以上，进而优选为95质量％以上。
本实施方式的碳纳米管中包含的金属量相对于碳纳米管100质量％而优选为未满20质量％，更优选为未满10质量％，进而优选为未满5质量％。作为碳纳米管中包含的金属，可列举在合成碳纳米管时作为催化剂使用的金属、金属氧化物等。具体而言，可列举：钴、镍、铝、镁、二氧化硅、锰、钼等金属、这些金属的合金、这些金属的金属氧化物、这些金属的复合氧化物等。
本实施方式的碳纳米管可为进行了表面处理的碳纳米管。另外碳纳米管也可为赋予有羧基所代表的官能基的碳纳米管衍生物。另外，也可使用内包有机化合物、金属原子、或富勒烯所代表的物质的碳纳米管。
本实施方式的碳纳米管也可为经粉碎处理的碳纳米管。所谓粉碎处理，是使用内置有珠粒、钢球等粉碎介质的粉碎机，在实质上不介入液状物质的情况下对碳纳米管进行粉碎，也称为干式粉碎。粉碎是利用粉碎介质彼此的碰撞所产生的粉碎力或破坏力来进行。粉碎主要有使碳纳米管的二次粒子变小的效果，可提高碳纳米管的分散性。作为干式粉碎装置，可使用干式的磨碎机、球磨机、振动磨机、珠磨机等已知的方法，粉碎时间可根据所述装置任意地设定。
本实施方式的碳纳米管也可为利用任何方法制造的碳纳米管。碳纳米管一般可通过激光烧蚀法、电弧放电法、热化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)法、等离子体CVD法及燃烧法来制造，但并不限定于这些。
(2)分散剂
本实施方式的分散剂在可使碳纳米管分散稳定化的范围内并无特别限定，可使用表面活性剂、树脂型分散剂。表面活性剂主要分类为阴离子性、阳离子性、非离子性及两性。可根据碳纳米管的分散所要求的特性，适宜地以优选的调配量使用优选的种类的分散剂。
在选择阴离子性表面活性剂的情况下，其种类并无特别限定。具体而言，可列举：脂肪酸盐、聚磺酸盐、聚羧酸盐、烷基硫酸酯盐、烷基芳基磺酸盐、烷基萘磺酸盐、二烷基磺酸盐、二烷基磺基琥珀酸盐、烷基磷酸盐、聚氧乙烯烷基醚硫酸盐、聚氧乙烯烷基芳基醚硫酸盐、萘磺酸福尔马林缩合物、聚氧乙烯烷基磷酸磺酸盐、甘油硼酸酯脂肪酸酯及聚氧乙烯甘油脂肪酸酯，但并不限定于这些。进而，具体而言可列举：十二烷基苯磺酸钠、月桂酸硫酸钠、聚氧乙烯月桂基醚硫酸钠、聚氧乙烯壬基苯基醚硫酸酯盐及β-萘磺酸福尔马林缩合物的钠盐，但并不限定于这些。
另外，作为阳离子性表面活性剂，有烷基胺盐类及四级铵盐类。具体而言，可列举：硬脂胺乙酸酯、三甲基椰油基氯化铵、三甲基牛脂基氯化铵、二甲基二油烯基氯化铵、甲基油烯基二乙醇氯化物、四甲基氯化铵、月桂基氯化吡啶鎓、月桂基溴化吡啶鎓、月桂基吡啶鎓二硫酸盐(lauryl pyridinium disulfate)、鲸蜡基溴化吡啶鎓、4-烷基巯基吡啶、聚(乙烯基吡啶)-十二烷基溴及十二烷基苄基三乙基氯化铵，但并不限定于这些。另外，作为两性表面活性剂，可列举氨基羧酸盐，但并不限定于这些。
另外，作为非离子性表面活性剂，可列举：聚氧乙烯烷基醚、聚氧亚烷基衍生物、聚氧乙烯苯基醚、脱水山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧乙烯脱水山梨糖醇脂肪酸酯及烷基烯丙基醚，但并不限定于这些。具体而言，可列举：聚氧乙烯月桂基醚、脱水山梨糖醇脂肪酸酯及聚氧乙烯辛基苯基醚，但并不限定于这些。
所选择的表面活性剂并不限定于单独的表面活性剂。因此，也能够将两种以上的表面活性剂组合而使用。例如，可利用阴离子性表面活性剂及非离子性表面活性剂的组合、或阳离子性表面活性剂及非离子性表面活性剂的组合。此时的调配量优选为设为相对于各表面活性剂成分而言优选的调配量。作为组合，优选为阴离子性表面活性剂及非离子性表面活性剂的组合。阴离子性表面活性剂优选为聚羧酸盐。非离子性表面活性剂优选为聚氧乙烯苯基醚。
另外，作为树脂型分散剂，具体而言，可列举：纤维素衍生物(纤维素乙酸酯、纤维素乙酸丁酸酯、纤维素丁酸酯、氰基乙基纤维素、乙基羟基乙基纤维素、硝基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟基乙基纤维素、羟基丙基纤维素、羟基丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素等)、聚乙烯基醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯腈系聚合物等。特别优选为甲基纤维素、乙基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯基醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯腈系聚合物。
作为树脂型分散剂的羧甲基纤维素可以羧甲基纤维素的钠盐等盐的形态来使用，所述羧甲基纤维素的钠盐是由羧甲基钠基对羧甲基纤维素的羟基进行取代而成。作为树脂型分散剂的羧甲基纤维素的醚化度优选为0.5～1.5，更优选为0.6～1.0。羧甲基纤维素的醚化度可依照常规方法进行测定，详细而言可依照实施例中记载的方法进行测定。
本实施方式的分散剂以普鲁兰(pullulan)换算的重量平均分子量计，优选为5,000以上且300,000以下，更优选为10,000以上且100,000以下，进而优选为10，000以上且50,000以下。若使用具有适度的重量平均分子量的分散剂，则对碳纳米管的吸附性提高，碳纳米管分散液的稳定性进一步提高。另外，在使用超过所述范围的分散剂的情况下，碳纳米管分散液的粘度变高，当使用喷嘴式的高压均质机等在狭窄的流路中通过被分散液的分散机时，有分散效率降低的情况。此外，树脂型分散剂除了具有分散能力之外，有时还具有粘结能力，也可将如上所述的树脂型分散剂用作粘合剂，作为粘合剂，也可使用与树脂型分散剂相同种类的树脂。在使用与树脂型分散剂相同种类的树脂作为粘合剂的情况下，优选为使用重量平均分子量比树脂型分散剂的重量平均分子量大的树脂。
此处，分散剂的重量平均分子量(Mw)可使用配备有示差折射率(refractiveindex，RI)检测器的凝胶渗透色谱(gel permeation chromatography，GPC)进行测定，且为普鲁兰换算值。
另外，除了本实施方式的分散剂之外，还可包含无机碱和/或无机金属盐。作为无机碱及无机金属盐，优选为具有碱金属及碱土金属中的至少一者的化合物，详细而言，可列举：碱金属、及碱土金属的氯化物、氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐、磷酸盐、钨酸盐、钒酸盐、钼酸盐、铌酸盐、以及硼酸盐等。另外，这些中，就可容易地供给阳离子的方面而言，优选为碱金属、及碱土金属的氯化物、氢氧化物、碳酸盐。碱金属的氢氧化物例如可列举：氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾等。碱土金属的氢氧化物例如可列举氢氧化钙、氢氧化镁等。碱金属的碳酸盐例如可列举：碳酸锂、碳酸氢锂、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾等。碱土金属的碳酸盐例如可列举碳酸钙、碳酸镁等。这些中，更优选为氢氧化锂、氢氧化钠、碳酸锂、碳酸钠。
另外，除了本实施方式的分散剂之外，还可包含酸。通过添加酸，分散体系中的电荷状态或亲水部/疏水部的平衡发生变化，有时分散性会提高。酸的种类并无特别限定，可使用一种，也可将多种组合而使用。例如可列举：草酸、乳酸、柠檬酸、聚丙烯酸、聚苯乙烯磺酸、乙酸、丙二酸、盐酸、硝酸、硫酸、硼酸、磷酸等。
另外，除了本实施方式的分散剂之外，还可包含消泡剂。消泡剂只要为市售的消泡剂、湿润剂、亲水性有机溶剂、水溶性有机溶剂等具有消泡效果的物质，则可任意地使用，可使用一种，也可将多种组合而使用。
例如可列举：醇系；乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、辛基醇、十六烷基醇、乙炔醇、乙二醇单丁醚、甲基溶纤剂、丁基溶纤剂、丙二醇单甲醚、乙炔乙二醇、聚氧烷二醇、丙二醇、其他二醇类等，
脂肪酸酯系；二乙二醇月桂酸酯、甘油单蓖麻油酸酯、烯基琥珀酸衍生物、山梨糖醇单月桂酸酯、山梨糖醇三油酸酯、聚氧乙烯单月桂酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇单月桂酸酯、天然蜡等，
酰胺系；聚氧亚烷基酰胺、丙烯酸酯多胺等，
磷酸酯系；磷酸三丁酯、磷酸辛基钠等，
金属皂系；硬脂酸铝、油酸钙等，
油脂系；动植物油、芝麻油、蓖麻油等，
矿物油系：煤油、石蜡等，
硅酮系；二甲基硅酮油、硅酮膏、硅酮乳液、有机改性聚硅氧烷、氟硅酮油等。
(3)溶媒
本实施方式的溶媒只要为碳纳米管能够分散的范围，则并无特别限定，优选为选自由水、及水溶性有机溶媒所组成的群组中的任一种，或者包含选自这些的群组中的两种以上的混合溶媒，更优选为包含水。在包含水的情况下，相对于溶媒100质量％而优选为95质量％以上，进而优选为98质量％以上，也可为水的单一溶媒。
作为水溶性有机溶媒，可使用：醇系(甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇、苄醇等)，多元醇系(乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、聚乙二醇、丙二醇、二丙二醇、聚丙二醇、丁二醇、己二醇、戊二醇、甘油、己三醇、硫二甘醇等)，多元醇醚系(乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、二乙二醇单甲醚、二乙二醇单乙醚、二乙二醇单丁醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单乙醚、丙二醇单丁醚、乙二醇单甲醚乙酸酯、三乙二醇单甲醚、三乙二醇单乙醚、三乙二醇单丁醚、乙二醇单苯基醚、丙二醇单苯基醚等)，胺系(乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、N-甲基二乙醇胺、N-乙基二乙醇胺、吗啉、N-乙基吗啉、乙二胺、二乙二胺、三乙四胺、四乙五胺、聚乙烯亚胺、五甲基二乙三胺、四甲基丙二胺等)，酰胺系(N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、N-乙基-2-吡咯烷酮(N-ethyl-2-pyrrolidone，NEP)、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二乙基乙酰胺、N-甲基己内酰胺等)，杂环系(环己基吡咯烷酮、2-噁唑烷酮、1，3-二甲基-2-咪唑烷酮、γ-丁内酯等)，亚砜系(二甲基亚砜等)，砜系(六甲基磷酸三酰胺、环丁砜等)，低级酮系(丙酮、甲基乙基酮等)，以及四氢呋喃、脲、乙腈等。其中，优选为酰胺系水溶性有机溶媒，更优选为N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)。
(4)碳纳米管分散液
本实施方式的碳纳米管分散液包含碳纳米管、分散剂及溶媒。
本实施方式的碳纳米管分散液在25℃、频率1Hz下的复弹性模量为5Pa以上且未满650Pa，优选为5Pa以上且未满400Pa，进而优选为10Pa以上且未满400Pa。碳纳米管分散液的复弹性模量示出碳纳米管分散液的硬度，有碳纳米管的分散性越良好、且碳纳米管分散液的粘度越低则复弹性模量越小的倾向。另一方面，在碳纳米管的纤维长度大的情况下，即使分散良好，但由于具有碳纳米管自身的结构粘性，因此有时复弹性模量也会成为高的数值。
本实施方式的碳纳米管分散液在25℃、频率1Hz下的相位角为5°以上且未满50°，更优选为10°以上且未满50°。相位角是指将赋予至碳纳米管分散液的应变设为正弦波的情况下应力波的相位偏移。若为纯弹性体，则成为与所赋予的应变为相同相位的正弦波，因此相位角为0°。另一方面，若为纯粘性体，则成为前进了90°的应力波。复弹性模量与相位角的值处于所述范围的碳纳米管分散体中，碳纳米管的分散粒径及分散状态良好，适合作为用于提高电极强度及导电性的碳纳米管分散液。
碳纳米管分散液的复弹性模量及相位角可如下方式求出：利用直径35mm、2°的锥体，使用流变仪，在25℃、频率1Hz下，以应变率为0.01％至5％的范围实施动态粘弹性测定。在测定值包含小数点之后的情况下，依照日本工业标准(Japanese IndustrialStandards，JIS)Z8401：1999的规则B舍入为整数位。此外，在测定值具有小数点之后一位的情况下，碳纳米管分散液在25℃、频率1Hz下的复弹性模量优选为4.5Pa以上且未满650.4Pa，碳纳米管分散液在25℃、频率1Hz下的相位角优选为4.5°以上且未满50.4°。
以碳纳米管的纤维长度不会因断裂而变短的方式，在保持一定以上的长度的状态下使其均匀且良好地分散，由此可形成发达的导电网络。因此，并非仅导电材分散体的粘度低而(表观上的)分散性良好即可，特别有效的是将复弹性模量和/或相位角与粘度等以前的指标加以组合来对分散状态进行判断。通过将复弹性模量和/或相位角设为所述范围，可获得导电性及电极强度良好的导电材分散体。
关于本实施方式的碳纳米管分散液的粘度，在25℃下使用流变仪以剪切速度1(s-1)进行测定时，优选为5Pa·s以上且未满60Pa·s，更优选为10Pa·s以上且未满40Pa·s，进而优选为20Pa·s以上且未满40Pa·s。另外，当在25℃下使用流变仪以剪切速度10(s-1)进行测定时，优选为1Pa·s以上且未满10Pa·s。通过测定剪切速度1(s-1)下的剪切粘度，可对碳纳米管分散液的分散性进行判断，为所述范围的碳纳米管分散液中，碳纳米管的分散粒径及分散状态良好，适合作为用于提高电极强度及导电性的碳纳米管分散液。
碳纳米管分散液的粘度可以如下方式求出：将碳纳米管分散液在25℃的恒温槽中静置1小时以上之后，对碳纳米管分散液进行充分搅拌，然后利用直径35mm、2°的锥体，使用流变仪，测定在25℃、剪切速度1s-1及剪切速度10s-1下的剪切粘度。在测定值包含小数点之后的情况下，依照JISZ8401：1999的规则B舍入为整数位。
本实施方式的碳纳米管分散液的通过动态光散射法测定的累积粒径D10优选为200nm以上且未满500nm，更优选为200nm以上且未满400nm，进而优选为300nm以上且未满400nm。另外，碳纳米管分散液的通过动态光散射法测定的累积粒径D50优选为500nm以上且未满3000nm，更优选为500nm以上且未满2000nm，进而优选为500nm以上且未满1500nm。碳纳米管分散液的累积粒径D10及累积粒径D50可使用粒度分布计(麦奇克拜尔(Microtrac-BEL)股份有限公司制造，纳诺奇克(Nanotrac)UPA，型号(model)UPA-EX)进行测定。通过动态光散射法测定的粒径与碳纳米管的纤维长度相关，累积粒径D10处于所述范围的碳纳米管分散液中，碳纳米管在分散液中的分散状态良好。
为了获得本实施方式的碳纳米管分散液，优选为进行使碳纳米管分散在溶媒中的处理。用于进行所述处理的分散装置并无特别限定。
作为分散装置，可使用颜料分散等中通常使用的分散机。例如可列举：分散机、均质混合机、行星式混合机等混合机类，均质机(必能信(BRANSON)公司制造的高级数字索尼菲(Advanced Digital Sonifer)(注册商标)、型号(MODEL)450DA、爱慕科技(M-technique)公司制造的“可丽密克斯(clearmix)”、谱莱密克斯(PRIMIX)公司的“菲鲁密克斯(filmix)”等、西尔巴森(Silverson)公司制造的“阿布拉密克斯(abramix)”等)类、涂料调节器(红魔鬼(Red Devil)公司制造)、胶体磨机(colloid mill)(PUC公司制造的“PUC胶体磨机”、IKA公司制造的“胶体磨机MK”)类、锥形磨机(cone mill)(IKA公司制造的“锥形磨机MKO”等)、球磨机、砂磨机(新丸企业(SHINMARU ENTERPRISES)公司制造的“戴诺磨机(Dyno-mill)”等)、磨碎机、珍珠磨机(pearl mill)(爱立许(Eirich)公司制造的“DCP磨机(DCP mill)”等)、共球磨机等介质型分散机，湿式喷射磨机(吉纳苏(Jenius)公司制造的“吉纳苏(Jenius)PY”、速技能机械(SUGINO Machine)制造的“斯塔帕斯特(Starburst)”、纳诺米泽(Nanomizer)公司制造的“纳诺米泽(nanomizer)”等)、爱慕科技(M-technique)公司制造的“库莱尔(clear)SS-5”、奈良机械公司制造的“麦克洛斯(MICROS)”等无介质分散机，其他辊磨机等，但并不限定于这些。
本实施方式的碳纳米管分散液的碳纳米管的量相对于碳纳米管分散液100质量份而优选为0.2质量份～1.5质量份，且优选为0.4质量份～1.2质量份，更优选为0.4质量份～1.0质量份。
本实施方式的碳纳米管分散液中的分散剂的量相对于碳纳米管100质量份而优选为使用30质量份～250质量份，更优选为使用50质量份～150质量份，进而优选为使用50质量份～100质量份。
本实施方式的碳纳米管分散液的pH优选为6～11，更优选为7～11，进而优选为8～11，特别优选为9～11。碳纳米管分散液的pH可使用pH计(堀场制作所股份有限公司制造，pH计(pH METER)F-52)进行测定。
(5)粘合剂
所谓粘合剂，是用于将碳纳米管等物质间粘结的树脂。
作为本实施方式的粘合剂，例如可列举：包含乙烯、丙烯、氯乙烯、乙酸乙烯基酯、乙烯基醇、马来酸、丙烯酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸酯、丙烯腈、苯乙烯、乙烯醇缩丁醛、乙烯基缩醛、乙烯基吡咯烷酮等作为构成单元的聚合物或共聚物；聚氨基甲酸酯树脂、聚酯树脂、酚树脂、环氧树脂、苯氧基树脂、脲树脂、三聚氰胺树脂、醇酸树脂、丙烯酸树脂、甲醛树脂、硅树脂、氟树脂；如羧甲基纤维素那样的纤维素树脂；如苯乙烯丁二烯橡胶、氟橡胶那样的橡胶类；如聚苯胺、聚乙炔那样的导电性树脂等。另外，也可为这些树脂的改性物或混合物、及共聚物。其中，优选为聚偏二氟乙烯、聚氟乙烯、四氟乙烯、羧甲基纤维素、苯乙烯丁二烯橡胶、聚丙烯酸。
作为粘合剂树脂的羧甲基纤维素优选为高粘度，例如，制作1％水溶液时的粘度优选为500mPa·s～6000mPa·s，进而优选为1000mPa·s～3000mPa·s。羧甲基纤维素1％水溶液的粘度可在25℃的条件下以B型粘度计转子旋转速度60rpm进行测定。
作为粘合剂树脂的羧甲基纤维素优选为醚化度高。例如，醚化度优选为0.6～1.5，更优选为0.6～1.2，进而优选为0.8～1.2。
关于本实施方式的复合材浆料中的粘合剂的量，在将活性物质的质量设为100质量％的情况下，优选为0.5质量％～30质量％，进而优选为1质量％～25质量％，特别优选为2质量％～20质量％。另外，粘合剂的种类或量比可配合碳纳米管、活性物质等共存的物质的性状来适宜选择。例如，在复合材浆料中，关于使用羧甲基纤维素作为粘合剂的量，在将活性物质的质量设为100质量％的情况下，羧甲基纤维素的比例优选为0.5质量％～3.0质量％，进而优选为1.0质量％～2.0质量％。
苯乙烯丁二烯橡胶若为水包油滴乳液，则可使用一般用作电极的粘结材的物质。在复合材浆料中，关于使用苯乙烯丁二烯橡胶作为粘合剂的量，在将活性物质的质量设为100质量％的情况下，苯乙烯丁二烯橡胶的比例优选为0.5质量％～3.0质量％，进而优选为1.0质量％～2.0质量％。
在复合材浆料中，关于使用聚丙烯酸作为粘合剂的量，在将活性物质的质量设为100质量％的情况下，聚丙烯酸的比例优选为1质量％～25质量％，进而优选为5质量％～20质量％。
在复合材浆料中，关于使用聚偏二氟乙烯作为粘合剂的量，在将活性物质的质量设为100质量％的情况下，聚丙烯酸的比例优选为1质量％～10质量％，进而优选为1质量％～5质量％。
(6)碳纳米管树脂组合物
本实施方式的碳纳米管树脂组合物包含碳纳米管、分散剂、溶媒以及粘合剂。
为了获得本实施方式的碳纳米管树脂组合物，优选为将碳纳米管分散液与粘合剂混合并均匀化。作为混合方法，可进行现有已知的各种方法。碳纳米管树脂组合物可使用在所述碳纳米管分散液中说明的分散装置来制作。
(7)复合材浆料
所谓本实施方式的复合材浆料，是包含碳纳米管、分散剂、溶媒、粘合剂以及活性物质的物质。
<活性物质>
所谓本实施方式的活性物质，是成为电池反应的基础的材料。就电动势而言，活性物质分为正极活性物质与负极活性物质。
作为正极活性物质，并无特别限定，可使用能够掺杂或嵌入锂离子的金属氧化物、金属硫化物等金属化合物、及导电性高分子等。例如可列举：Fe、Co、Ni、Mn等过渡金属的氧化物、与锂的复合氧化物、过渡金属硫化物等无机化合物等。具体而言，可列举：MnO、V2O5、V6O13、TiO2等过渡金属氧化物粉末、层状结构的镍酸锂、钴酸锂、锰酸锂、尖晶石结构的锰酸锂等的锂与过渡金属的复合氧化物粉末、作为橄榄石结构的磷酸化合物的磷酸铁锂系材料、TiS2、FeS等的过渡金属硫化物粉末等。另外，也可使用聚苯胺、聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩等导电性高分子。另外，也可将所述无机化合物或有机化合物混合而使用。
作为负极活性物质，只要能够掺杂或嵌入锂离子，则并无特别限定。例如，可列举：金属Li、作为其合金的锡合金、硅合金、铅合金等合金系、LixFe2O3、LixFe3O4、LixWO2(x是0＜x＜1的数)、钛酸锂、钒酸锂、硅酸锂等金属氧化物系、聚乙炔、聚对苯等导电性高分子系、软碳或硬碳等非晶系碳质材料、或高石墨化碳材料等人造石墨、或者天然石墨等碳质粉末、碳黑、中间相碳黑(mesophase carbon black)、树脂烧制碳材料、气层生长碳纤维、碳纤维等碳系材料。这些负极活性物质也可使用一种或将多种组合而使用。
作为本实施方式的负极活性物质，优选为硅系负极活性物质，具体而言，优选为硅合金、硅酸锂等包含硅的负极活性物质。
作为硅系负极活性物质，例如可列举：利用碳还原二氧化硅而制作的所谓冶金级硅；或将冶金级硅通过酸处理或单向凝固等减少了杂质的工业级硅；以及由使硅反应而获得的硅烷制作的高纯度的单晶、多晶、非晶等结晶状态不同的高纯度硅；或通过溅镀法或电子束蒸镀(EB(electron beam)蒸镀)法等使工业级硅成为高纯度的同时，调整了结晶状态或析出状态的硅等。
另外，也可列举作为硅与氧的化合物的氧化硅、或硅以及各种合金及通过骤冷法等调整这些的结晶状态的硅化合物。其中，优选为外侧被碳皮膜被覆的、具有硅纳米粒子分散在氧化硅中的结构的硅系负极活性物质。
本实施方式的负极活性物质除了使用硅系负极活性物质之外，优选为使用软碳或硬碳等非晶系碳质材料、高石墨化碳材料等人造石墨、或者天然石墨等碳质粉末。其中，优选为使用人造石墨或天然石墨等碳质粉末。
在将人造石墨、或天然石墨等碳质粉末设为100质量％的情况下，硅系负极活性物质的量优选为3质量％～50质量％，更优选为5质量％～25质量％。
本实施方式的活性物质的BET比表面积优选为0.1m2/g～10m2/g，更优选为0.2m2/g～5m2/g，进而优选为0.3m2/g～3m2/g。
本实施方式的活性物质的平均粒径优选为0.5μm～50μm的范围内，更优选为2μm～20μm。所谓本说明书中提及的活性物质的平均粒径是利用电子显微镜对活性物质进行测定而得的粒径的平均值。
(8)复合材浆料的制造方法
本实施方式的复合材浆料可通过现有已知的各种方法来制作。例如可列举：向碳纳米管树脂组合物中添加活性物质来制作的方法、或向碳纳米管分散液中添加活性物质后，添加粘合剂来制作的方法。
为了获得本实施方式的复合材浆料，优选为进行向碳纳米管树脂组合物中加入活性物质后使其分散的处理。用于进行所述处理的分散装置并无特别限定。关于复合材浆料，可使用在所述碳纳米管分散液中说明的分散装置来获得复合材浆料。
本实施方式的复合材浆料中的活性物质的量相对于复合材浆料100质量份而优选为20质量份～85质量份，更优选为30质量份～75质量份，进而优选为40质量份～70质量份。
本实施方式的复合材浆料中的碳纳米管的量相对于活性物质100质量份而优选为0.01质量份～10质量份，优选为0.02质量份～5质量份优选为0.03质量份～1质量份。
本实施方式的复合材浆料的固体成分的量相对于复合材浆料100质量％而优选为30质量％～90质量％，更优选为30质量％～80质量％，且优选为40质量％～75质量％。
(9)电极膜
所谓本实施方式的电极膜，是形成复合材浆料而成。例如，是通过在集电体上涂敷复合材浆料并进行干燥而形成电极复合材层的涂敷膜。
本实施方式的电极膜中使用的集电体的材质或形状并无特别限定，可适宜选择适合各种二次电池的材质及形状。例如，作为集电体的材质，可列举：铝、铜、镍、钛、或不锈钢等金属、这些金属的合金等。另外，作为形状，一般可使用平板上的箔，但也可使用将表面粗糙面化后的集电体、或开孔箔状的集电体、及网眼形状的集电体。
作为在集电体上涂敷复合材浆料的方法，并无特别限制，可使用已知的方法。具体而言，可列举：模压涂布法、浸渍涂布法、辊涂法、刮涂法、刀片涂布法、喷雾涂布法、凹版涂布法、网版印刷法或静电涂装法等，作为干燥方法，可使用放置干燥、送风干燥机、暖风干燥机、红外线加热机、远红外线加热机等，但并不特别限定于这些。
另外，也可在涂布后进行利用平版压制机或压光辊等的轧制处理。电极复合材层的厚度一般为1μm以上且500μtm以下，优选为10μtm以上且300μm以下。
(10)非水电解质二次电池
所谓本实施方式的非水电解质二次电池，包括正极、负极、以及电解质。优选为正极及负极中的至少一者包含本实施方式的电极膜。
作为正极，可使用在集电体上涂敷包含正极活性物质的复合材浆料，使其干燥并制作电极膜而成的物质。
作为负极，可使用在集电体上涂敷包含负极活性物质的复合材浆料，使其干燥并制作电极膜而成的物质。
作为电解质，可使用离子能够移动的以往已知的各种电解质。例如可列举LiBF4、LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、LiC4F9SO3、Li(CF3SO2)3C、LiI、LiBr、LiCl、LiAlCl、LiHF2、LiSCN、或LiBPh4(其中，Ph为苯基)等包含锂盐的电解质，但并不限定于这些，也可使用包含钠盐或钙盐的电解质。电解质优选为溶解在非水系的溶媒中后用作电解液。
作为非水系的溶媒，并无特别限定，例如可列举：碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯、碳酸二甲酯、碳酸乙基甲酯、及碳酸二乙酯等碳酸酯类；γ-丁内酯、γ-戊内酯、及γ-辛内酯等内酯类；四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1，3-二氧杂环戊烷、4-甲基-1，3-二氧杂环戊烷、1，2-甲氧基乙烷、1，2-乙氧基乙烷、及1，2-二丁氧基乙烷等乙二醇二甲醚(glyme)类；甲酸甲酯(methyl formate)、乙酸甲酯、及丙酸甲酯等酯类；二甲基亚砜、及环丁砜等亚砜类；以及乙腈等腈类等。这些溶媒可分别单独使用，也可将两种以上混合而使用。
本实施方式的非水电解质二次电池中优选为包含隔膜。作为隔膜，例如可列举：聚乙烯无纺布、聚丙烯无纺布、聚酰胺无纺布及对这些实施了亲水性处理的无纺布，但并不特别限定于这些。
本实施方式的非水电解质二次电池的结构并无特别限定，通常包括正极及负极、以及视需要设置的隔膜，可制成纸型、圆筒型、纽扣型、层叠型等与使用目的相应的各种形状。
实施例
以下，列举实施例更具体地说明本发明。本发明只要不超过其主旨，则并不限定于以下的实施例。实施例中，有时将“碳纳米管”简称为“CNT”。此外，只要无特别说明，则“份”表示“质量份”，“％”表示“质量％”。
<物性的测定方法>
后述的各实施例及比较例中所使用的CNT的物性是利用以下的方法进行测定。
<CNT的G/D比>
在拉曼显微镜(西坡罗拉(XploRA)，堀场制作所股份有限公司制造)上设置CNT，使用532nm的激光波长进行测定。测定条件设为取入时间60秒、累计次数2次、减光滤波器10％、物镜的倍率20倍、共焦孔500、狭缝宽度100μm，测定波长设为100cm-1～3000cm-1。将测定用的CNT分离取出至载玻片上，使用抹刀使其平坦化。所获得的峰内，在光谱中在1560cm-1～1600cm-1的范围内将最大峰强度设为G，在1310cm-1～1350cm-1的范围内将最大峰强度设为D，将G/D的比作为CNT的G/D比。
<CNT的BET比表面积>
使用电子天平(赛多利斯(sartorius)公司制造，MSA225S100DI)秤量0.03g的CNT后，在110℃下一边脱气一边干燥15分钟。然后，使用全自动比表面积测定装置(贸科技(MOUNTECH)公司制造，HM-型号(model)1208)测定CNT的BET比表面积。
<CNT的平均外径>
使用电子天平(赛多利斯(sartorius)公司制造，MSA225S100DI)，在450mL的SM样品瓶(三商股份有限公司制造)中秤量0.2g的CNT，加入甲苯200mL，使用超声波均质机(高级数字索尼菲(Advanced Digital Sonifer)(注册商标)，型号(MODEL)450DA，必能信(BRANSON)公司制造)，以振幅50％在冰浴冷却下进行5分钟分散处理，从而制备CNT分散液。然后，适宜稀释CNT分散液，以火棉胶膜状滴加数μL，在室温下干燥后，使用穿透式电子显微镜(H-7650，日立制作所股份有限公司制造)直接观察。观察是以5万倍的倍率，拍摄多张在视野内包含10根以上的CNT的照片，测定在照片中任意提取的300根CNT的外径，将其平均值作为CNT的平均外径(nm)。
<CNT的体积电阻率>
使用粉体电阻率测定装置(三菱化学分析技术(Mitsubishi ChemicalAnalytech)(股)公司制造：劳莱斯塔(Loresta)GP粉体电阻率测定系统MCP-PD-51)，将试样质量设为1.2g，利用粉体用探针单元(四探针-环形电极，电极间隔5.0mm，电极半径1.0mm，试样半径12.5mm)，将施加电压限制器设为90V，测定各种加压下的导电性粉体的体积电阻率[Ω·cm]。对1g/cm3的密度下的CNT的体积电阻率的值进行评价。
<CNT分散液的粒度分布>
将CNT分散液在25℃的恒温槽中静置1小时以上后，对CNT分散液进行充分搅拌及稀释，然后使用粒度分布计(麦奇克拜尔(Microtrac-BEL)股份有限公司制造，纳诺奇克(Nanotrac)UPA，型号(model)UPA-EX)测定CNT分散液的累计粒径D10及累计粒径D50。透过性设为吸收，CNT的密度设为1.8，形状设为非球形。溶媒的折射率设为1.333。测定时，以荷载指数的数值成为0.8～1.2的范围的方式将CNT分散液的浓度加以稀释来进行。
<CNT分散液的复弹性模量及相位角>
CNT分散液的复弹性模量及相位角是通过以下方式来评价：利用直径35mm、2°的锥体，使用流变仪(赛默飞世尔科技(Thermo Fisher Scientific)股份有限公司制造的流变应力(RheoStress)1旋转式流变仪)，在25℃、频率1Hz下，以应变率为0.01％至5％的范围实施动态粘弹性测定。
<CNT分散液的粘度>
将CNT分散液在25℃的恒温槽中静置1小时以上后，充分地搅拌CNT分散液，然后利用直径35mm、2°的锥体，使用流变仪(赛默飞世尔科技(Thermo Fisher Scientific)股份有限公司制造的流变应力(RheoStress)1旋转式流变仪)，测定在25℃、剪切速度1s-1及剪切速度10s-1下的剪切粘度，由此进行评价。
<负极用电极膜的剥离强度>
使用敷料器，以电极的每单位的单位面积重量为8mg/cm2的方式，将负极用复合材浆料涂敷至铜箔上后，在电烘箱中在120℃±5℃下使涂膜干燥25分钟。然后，将涂敷方向作为长轴，切割成两条90mm×20mm的长方形。在剥离强度的测定中使用台式拉伸试验机(东洋精机制作所公司制造，斯特格拉夫(strograph)E3)，利用180度剥离试验法进行评价。具体而言，将100mm×30mm大小的双面胶带(No.5000NS，尼托母斯(Nitoms)(股)制造)贴附于不锈钢板上，使所制作的电池电极复合材层密接于双面胶带的另一面上，以一定速度(50mm/分钟)一边自下方朝上方拉伸一边剥离，将此时的应力的平均值作为剥离强度。
<正极用电极膜的剥离强度>
使用敷料器，以电极的每单位的单位面积重量为20mg/cm2的方式，将正极用复合材浆料涂敷至铝箔上后，在电烘箱中在120℃±5℃下使涂膜干燥25分钟。然后，将涂敷方向作为长轴，切割成两条90mm×20mm的长方形。在剥离强度的测定中使用台式拉伸试验机(东洋精机制作所公司制造，斯特格拉夫(strograph)E3)，利用180度剥离试验法进行评价。具体而言，将100mm×30mm大小的双面胶带(No.5000NS，尼托母斯(Nitoms)(股)制造)贴附于不锈钢板上，使所制作的电池电极复合材层密接于双面胶带的另一面上，以一定速度(50mm/分钟)一边自下方朝上方拉伸一边剥离，将此时的应力的平均值作为剥离强度。
<标准正极的制作>
首先，将正极活性物质(巴斯夫户田电池材料(BASF TODA Battery Materials)合同公司制造，HED(注册商标)NCM-111 1100)93质量份、乙炔黑(日本电化(DENKA)股份有限公司制造，丹卡黑(DENKA BLACK)(注册商标)HS100)4质量份、聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride，PVDF)(日本吴羽电池材料(Kureha Battery MaterialJapan)股份有限公司制造，吴羽(Kureha)KF聚合物W#1300)3质量份加入至容量为150cm3的塑料容器后，使用刮刀混合至粉末均匀为止。然后，添加20.5质量份的NMP，使用自转公转混合机(新基(Thinky)公司制造的脱泡练太郎，ARE-310)，以2000rpm搅拌30秒钟。然后，使用刮刀将塑料容器内的混合物混合至均匀，使用所述自转公转混合机，以2000rpm搅拌30秒钟。再然后，添加14.6质量份的NMP，使用所述自转公转混合机，以2000rpm搅拌30秒钟。最后，使用高速搅拌机，以3000rpm搅拌10分钟，从而获得正极用复合材浆料。然后，使用敷料器将正极用复合材浆料涂敷至作为集电体的厚度20μm的铝箔上后，在电烘箱中在120℃±5℃下干燥25分钟，调整为电极的每单位面积的单位面积重量为20mg/cm2。进而利用辊压机(塞克金属(Thank-Metal)股份有限公司制造，3t油压式辊压机)进行压延处理，制作复合材层的密度为3.1g/cm3的标准正极。
<标准负极的制作>
在容量为150ml的塑料容器中加入乙炔黑(丹卡黑(DENKA BLACK)(注册商标)HS-100，日本电化(DENKA)制造)0.5质量份、MAC500LC(羧甲基纤维素钠盐桑诺斯(Sunrose)特殊型MAC500L，日本制纸公司制造，不挥发成分100％)1质量份、以及水98.4质量份后，使用自转公转混合机(新基(Thinky)公司制造脱泡练太郎，ARE-310)，以2000rpm搅拌30秒钟。进而，添加作为活性物质的人造石墨(CGB-20，日本石墨工业制造)87质量份、硅10质量份，使用高速搅拌机以3000rpm搅拌10分钟。继而，加入SBR(TRD2001，JSR公司制造)3.1质量份，使用所述自转公转混合机以2000rpm搅拌30秒钟，获得负极用复合材浆料。然后，使用敷料器以电极的每单位的单位面积重量为8mg/cm2的方式，将负极用复合材浆料涂敷至铜箔上后，在电烘箱中在120℃±5℃下使涂膜干燥25分钟。进而，利用辊压机(塞克金属(Thank-Metal)股份有限公司制造，3t油压式辊压机)进行压延处理，制作复合材层的密度为1.7g/cm3的标准负极。
<锂离子二次电池的速率特性评价>
将层压型锂离子二次电池设置在25℃的恒温室内，使用充放电装置(北斗电工公司制造，SM-8)进行充放电测定。在充电电流11mA(0.2C)下以充电终止电压4.2V进行恒电流恒电压充电(截止电流1.1mA(0.02C))后，在放电电流11mA(0.2C)下以放电终止电压2.5V进行恒电流放电。将所述操作重复进行三次后，在充电电流11mA(0.2C)下以充电终止电压4.2V进行恒电流恒电压充电(截止电流(1.1mA且0.02C))，在放电电流0.2C及放电电流3C下进行恒电流放电直至达到放电终止电压2.5V，分别求出放电容量。速率特性为0.2C放电容量与3C放电容量的比，可由以下的式1来表示。
(式1)速率特性＝3C放电容量/第三次的0.2C放电容量×100(％)
<锂离子二次电池的循环特性评价>
将层压型锂离子二次电池设置在25℃的恒温室内，使用充放电装置(北斗电工公司制造，SM-8)进行充放电测定。在充电电流55mA(1C)下以充电终止电压4.2V进行恒电流恒电压充电(截止电流1.38mA(0.025C))后，在放电电流55mA(1C)下以放电终止电压2.5V进行恒电流放电。将所述操作重复进行200次。1C设为以1小时将正极的理论容量放电的电流值。循环特性为25℃下的第三次的1C放电容量与第二百次的1C放电容量的比，可由以下的式2来表示。
(式2)循环特性＝第三次的1C放电容量/第200次的1C放电容量×100(％)
<分散剂(A)的合成>
向包括气体导入管、温度计、冷凝器、搅拌机的反应容器中装入乙腈100份，利用氮气进行置换。将反应容器内加热至70℃，历时2小时滴加丙烯腈85.0份、丙烯酸15.0份、及2，2′-偶氮双(2，4-二甲基戊腈)(日油公司制造；V-65)5.0份的混合物，进行聚合反应。滴加结束后，进而在70℃下反应1小时后，添加0.5份的帕布奇鲁(perbutyl)O，进而在70℃下持续反应1小时。然后，通过不挥发成分测定确认转化率超过98％，进行减压浓缩并完全地去除分散介质，从而获得分散剂(A)。分散剂(A)的重量平均分子量(Mw)为38,000。
(重量平均分子量(Mw)的测定方法)
所制造的分散剂(A)的重量平均分子量(Mw)是在以下的条件下，利用配备有RI检测器的凝胶渗透色谱(GPC)进行测定。分子量为普鲁兰换算值。
测定样品：0.1质量％水溶液
装置：HLC-8320GPC(东曹(Tosoh)制造)
洗脱液：0.1MNaCl水溶液
管柱：TSKgel SuperMultiporePW-M(东曹(Tosoh)制造)
流速：1.0mL/min
温度：25℃
注入量：100μl
(醚化度的测定方法)
在300mL共栓三角烧瓶中加入羧甲基纤维素钠盐2.0g、硝酸甲醇100mL，振荡2小时，从而将羧甲基纤维素钠置换为羧甲基纤维素。然后，利用玻璃过滤器对羧甲基纤维素进行抽吸过滤，利用80％甲醇200mL进行洗涤。然后，利用无水甲醇50mL进行置换，进行抽吸过滤后，在105℃下干燥2小时。称量1.0g～1.5g干燥的羧甲基纤维素并放入300mL共栓三角烧瓶中，加入80％甲醇15mL使其湿润，并加入1/10N氢氧化钠50mL，振荡2小时。然后，使用酚酞作为指示剂，利用1/10N硫酸对过剩的氢氧化钠进行逆滴定，依照(式3)、(式4)算出醚化度。
(式3)A＝(50×F1-X×F2)/(Y×10)
X：硫酸滴加量，Y：干燥羧甲基纤维素的重量
F1：硫酸的因数，F2：氢氧化钠的因数
(式4)醚化度＝0.162A/(1-0.058A)
在表1中示出实施例及比较例中使用的CNT、CNT的外径、CNT的比表面积、G/D比、体积电阻率。
[表1]
表1
在表2中示出实施例、比较例及参考例中使用的分散剂。
[表2]
表2
(实施例1)
在不锈钢容器中加入离子交换水98.25份，一边利用分散机搅拌一边加入分散剂(A)0.75份，利用分散机搅拌至变得均匀为止。然后，称量出1份CNT(A)，一边利用分散机搅拌一边进行添加，在高剪切混合机(L5M-A，西尔弗森(SILVERSON)制造)上安装方孔高剪切筛网，以8,600rpm的速度进行分批式分散直至整体变得均匀为止。继而，从不锈钢容器经由配管向高压均质机(星爆实验室(Star Burst Labo)HJP-17007，速技能机械(SUGINOMACHINE)制造)供给被分散液，进行5次分批式分散处理，获得CNT分散液(WA1)。分散处理是使用单喷嘴腔室并在喷嘴直径0.25mm、压力100MPa下进行。
(实施例2～15)、(实施例19～20)、(比较例1～2)
变更为表3中记载的CNT种类、CNT添加量、分散剂种类、分散剂添加量、离子交换水添加量、通过次数，除此以外，通过与实施例1相同的方法获得CNT分散液(WA2～WF4)。
(实施例16)
称量出4质量份实施例1中制作的CNT分散液(WA1)、6质量份离子交换水至容量为150cm3的塑料容器中。然后，使用自转/公转混合机(新基(Thinky)公司制造的脱泡练太郎，ARE-310)，以2000rpm搅拌30秒钟，获得CNT分散液(WA13)。
(实施例17)
使用实施例3中制作的CNT分散液(WA3)，除此以外，通过与实施例16相同的方法获得CNT分散液(WA14)。
(实施例18)
使用实施例11中制作的CNT分散液(WA11)，除此以外，通过与实施例16相同的方法获得CNT分散液(WA15)。
(实施例21)
在聚丙烯制的瓶容器中，装入CNT(C)20份、作为粉碎介质的直径为8mm的氧化锆珠粒480份，利用红魔鬼(Red Devil)公司制造的涂料调节器进行40分钟粉碎处理。然后，分离氧化锆珠粒以回收CNT(C)。继而，在不锈钢容器中加入离子交换水98.38份，一边利用分散机搅拌一边加入分散剂(C)1.13份，利用分散机搅拌至变得均匀为止。然后，称量出
1.5份所回收的CNT(C)，一边利用分散机搅拌一边进行添加，在高剪切混合机(L5M-A，西尔弗森(SILVERSON)制造)上安装方孔高剪切筛网，以8,600rpm的速度进行分批式分散直至整体变得均匀为止。继而，从不锈钢容器经由配管向高压均质机(星爆实验室(StarBurst Labo)HJP-17007，速技能机械(SUGINO MACHINE)制造)供给被分散液，进行20次分批式分散处理，获得CNT分散液(WC27)。分散处理是使用单喷嘴腔室并在喷嘴直径0.25mm、压力100MPa下进行。
(实施例22)
在不锈钢容器中加入离子交换水98.40份，一边利用分散机搅拌一边加入分散剂(C)0.50份、聚丙烯酸(富士胶片和光纯药公司制造，分子量25000)0.10份，利用分散机搅拌至变得均匀为止。然后，称量出1.0份CNT(A)，一边利用分散机搅拌一边进行添加，在高剪切混合机(L5M-A，西尔弗森(SILVERSON)制造)上安装方孔高剪切筛网，以8,600rpm的速度进行分批式分散直至整体变得均匀为止。继而，从不锈钢容器经由配管向高压均质机(星爆实验室(Star Burst Labo)HJP-17007，速技能机械(SUGINO MACHINE)制造)供给被分散液，进行20次分批式分散处理，获得CNT分散液(WA28)。分散处理是使用单喷嘴腔室并在喷嘴直径0.25mm、压力100MPa下进行。
(比较例3)
在玻璃瓶(M-140，柏洋硝子股份有限公司制造)中装入CNT(A)1份、分散剂(A)0.75份、离子交换水98.25份及氧化锆珠粒(珠粒径1.25mmφ)120份，使用红魔鬼(Red Devil)公司制造的涂料调节器进行8小时分散处理，然后尝试进行了氧化锆珠粒的分离，但粘度高，无法获得CNT分散液。
(比较例4～6)
变更为表3中记载的CNT添加量、分散时间、珠粒径，除此以外，通过与比较例3相同的方法进行分散处理后，分离氧化锆珠粒而获得CNT分散液(WA17～WA19)。
[表3]
(实施例23)
在不锈钢容器中加入99.3份NMP，一边利用分散机搅拌一边加入分散剂(E)0.3份，利用分散机搅拌至分散剂(E)溶解为止。然后，称量出0.4份CNT(A)，一边利用分散机搅拌一边进行添加，在高剪切混合机(L5M-A，西尔弗森(SILVERSON)制造)上安装方孔高剪切筛网，以8,600rpm的速度进行分批式分散直至整体变得均匀为止。继而，从不锈钢容器经由配管向高压均质机(星爆实验室(Star Burst Labo)HJP-17007，速技能机械(SUGINO MACHINE)制造)供给被分散液，进行20次分批式分散处理，获得CNT分散液(A20)。分散处理是使用单喷嘴腔室并在喷嘴直径0.25mm、压力100MPa下进行。
(实施例24～26)
变更为表4中记载的通过次数，除此以外，通过与实施例23相同的方法获得CNT分散液(A21～A23)。
(比较例7)
在玻璃瓶(M-140，柏洋硝子股份有限公司制造)中装入CNT(A)0.4份、分散剂(E)0.3份、NMP 99.3份及氧化锆珠粒(珠粒径1.25mmφ)120份，使用红魔鬼(Red Devil)公司制造的涂料调节器进行8小时分散处理，然后进行氧化锆珠粒的分离，获得CNT分散液(A24)。
[表4]
表4
在表5中示出实施例1～26、比较例1～7中制作的CNT分散液的评价结果。关于CNT分散液在25℃、频率1Hz下的相位角的评价，将为10以上且未满50设为○(良)，将为5以上且未满10设为△(可)，将未满5或为50以上设为×(不可)。关于CNT分散液在25℃、频率1Hz下的复弹性模量的评价，将为5以上且未满400设为○(良)，将为400以上且未满650设为△(可)，将未满5设为×(不可)。关于CNT分散液的粘度评价，将剪切速度为1时的剪切粘度为20以上且未满40设为◎(优良)，将为10以上且未满20、或者为40以上且未满60设为○(良)，将为5以上且未满10设为△(可)，将未满5设为×(不可)。关于CNT分散液的粒度评价，将粒度分布D10时的粒度分布为200以上且未满300设为◎(优良)，将为300以上且未满500设为○(良)，将未满200设为×(不可)。
[表5]
(实施例28)
称量出0.63质量份CNT分散液(WA1)、12.5质量份溶解有2质量％的羧甲基纤维素(carboxymethyl cellulose，CMC)(大赛璐精细化学(Daicel Finechem)股份有限公司制造，#1190)的水溶液、13.8质量份离子交换水至容量为150cm3的塑料容器中。然后，使用自转/公转混合机(新基(Thinky)公司制造的脱泡练太郎，ARE-310)，以2000rpm搅拌30秒钟，获得CNT树脂组合物(WA1)。然后，添加2.92质量份的一氧化硅(大阪钛科技(OsakaTitanium Technologies)公司制造，硅纳诺氧化物(SILICON MONOOXIDE)，SiO 1.3C5μm)，使用所述自转/公转混合机，以2000rpm搅拌30秒钟。进而，添加21.44质量份的人造石墨(日本石墨工业股份有限公司制造，CGB-20)，使用所述自转/公转混合机，以2000rpm搅拌30秒钟。再然后，加入苯乙烯丁二烯乳胶(JSR股份有限公司制造，TRD2001)0.78质量份，使用所述自转/公转混合机，以2000rpm搅拌30秒钟，获得负极用复合材浆料(WA1)。
(实施例29～49)、(比较例8～12)
变更为表6中记载的CNT分散液，并对CNT分散液与离子交换水的添加量进行调节以使复合材浆料100质量份中的CNT成为0.025质量份，除此以外，通过与实施例28相同的方法获得CNT树脂组合物(WA2～WA19)、负极用复合材浆料(WA2～WA19)。负极用复合材浆料的不挥发成分设为48质量％。
(实施例50)
秤量7.0质量份的溶解有8质量％的PVDF(Solvey公司制造，苏弗(Solef)#5130)的NMP至容量为150cm3的塑料容器中。然后，添加CNT分散液(A20)0.19质量份，使用自转/公转混合机(脱泡练太郎，ARE-310)，以2000rpm搅拌30秒钟，从而获得CNT树脂组合物(A20)。再然后，加入36.9份的正极活性物质(巴斯夫户田电池材料(BASF TODA BatteryMaterials)合同公司制造，HED(注册商标)NCM-111 1100)，使用所述自转/公转混合机，以2000rpm搅拌2.5分钟，获得正极用复合材浆料(A20)。
(实施例51～53)、(比较例13)
变更为表6中记载的CNT分散液，除此以外，通过与实施例50相同的方法获得CNT树脂组合物(A21～A24)、正极用复合材浆料(A21～A24)。
[表6]
表6
| 负极用复合材浆料 | CNT树脂组合物 | CNT分散液 | |
| 实施例28 | WA1 | WA1 | WA1 |
| 实施例29 | WA2 | WA2 | WA2 |
| 实施例30 | WA3 | WA3 | WA3 |
| 实施例31 | WA4 | WA4 | WA4 |
| 实施例32 | WA5 | WA5 | WA5 |
| 实施例33 | WA6 | WA6 | WA6 |
| 实施例34 | WA7 | WA7 | WA7 |
| 实施例35 | WA8 | WA8 | WA8 |
| 实施例36 | WA9 | WA9 | WA9 |
| 实施例37 | WA10 | WA10 | WA10 |
| 实施例38 | WA11 | WA11 | WA11 |
| 实施例39 | WA12 | WA12 | WA12 |
| 实施例40 | WB4 | WB4 | WB4 |
| 实施例41 | WC4 | WC4 | WC4 |
| 实施例42 | WD4 | WD4 | WD4 |
| 实施例43 | WA13 | WA13 | WA13 |
| 实施例44 | WA14 | WA14 | WA14 |
| 实施例45 | WA15 | WA15 | WA15 |
| 实施例46 | WA25 | WA25 | WA25 |
| 实施例47 | WA26 | WA26 | WA26 |
| 实施例48 | WC27 | WC27 | WC27 |
| 实施例49 | WA28 | WA28 | WA28 |
| 比较例8 | WE4 | WE4 | WE4 |
| 比较例9 | WF4 | WF4 | WF4 |
| 比较例10 | WA17 | WA17 | WA17 |
| 比较例11 | WA18 | WA18 | WA18 |
| 比较例12 | WA19 | WA19 | WA19 |
| 正极用复合材浆料 | CNT树脂组合物 | CNT分散液 | |
| 实施例50 | A20 | A20 | A20 |
| 实施例51 | A21 | A21 | A21 |
| 实施例52 | A22 | A22 | A22 |
| 实施例53 | A23 | A23 | A23 |
| 比较例13 | A24 | A24 | A24 |
(实施例54)
使用敷料器，以电极的每单位的单位面积重量为8mg/cm2的方式将负极用复合材浆料(WA1)涂敷至铜箔上后，在电烘箱中在120℃±5℃下使涂膜干燥25分钟，获得电极膜(WA1)。
(实施例55～75)、(比较例14～18)
变更为表7中记载的负极用复合材浆料，除此以外，通过与实施例54相同的方法获得电极膜(WA2)～电极膜(WA19)。
(实施例76)
使用敷料器，以电极的每单位的单位面积重量为20mg/cm2的方式将正极用复合材浆料(A20)涂敷至铜箔上后，在电烘箱中在120℃±5℃下使涂膜干燥25分钟，获得电极膜(A20)。
(实施例77～79)、(比较例19)
变更为表7中记载的正极用复合材浆料，除此以外，通过与实施例76相同的方法获得电极膜(A21)～电极膜(A24)。
在表7中示出实施例54～79、比较例14～19中制作的电极膜的评价结果。关于密接性评价，将剥离强度(Ω·cm)为0.5以上设为◎(优良)，将为0.3以上且未满0.5设为○(良)，将为0.1以上且未满0.3设为△(可)，将未满0.1设为×(不可)。
[表7]
表7
| 电极膜 | 密接性评价 | |
| 实施例54 | WA1 | ○ |
| 实施例55 | WA2 | ◎ |
| 实施例56 | WA3 | ◎ |
| 实施例57 | WA4 | ◎ |
| 实施例58 | WA5 | ○ |
| 实施例59 | WA6 | △ |
| 实施例60 | WA7 | ◎ |
| 实施例61 | WA8 | ◎ |
| 实施例62 | WA9 | ○ |
| 实施例63 | WA10 | ◎ |
| 实施例64 | WA11 | ◎ |
| 实施例65 | WA12 | ○ |
| 实施例66 | WB4 | ◎ |
| 实施例67 | WC4 | ○ |
| 实施例68 | WD4 | ○ |
| 实施例69 | WA13 | ◎ |
| 实施例70 | WA14 | ◎ |
| 实施例71 | WA15 | ◎ |
| 实施例72 | WA25 | ◎ |
| 实施例73 | WA26 | ◎ |
| 实施例74 | WC27 | ○ |
| 实施例75 | WA28 | ○ |
| 比较例14 | WE4 | △ |
| 比较例15 | WF4 | △ |
| 比较例16 | WA17 | ○ |
| 比较例17 | WA18 | △ |
| 比较例18 | WA19 | △ |
| 实施例76 | A20 | ◎ |
| 实施例77 | A21 | ◎ |
| 实施例78 | A22 | ○ |
| 实施例79 | A23 | ○ |
| 比较例19 | A24 | △ |
(实施例80～101)、(比较例20～24)
对电极膜(WA1～WA19)利用辊压机(塞克金属(Thank-Metal)制造，3t油压式辊压机)进行轧制处理，制作复合材层的密度为1.7g/cm3的负极。
(实施例102～105)、(比较例25)
对电极膜(A20～A24)利用辊压机(塞克金属(Thank-Metal)制造，3t油压式辊压机)进行轧制处理，制作复合材层的密度为3.2g/cm3的正极。
在表8中示出实施例80～105、比较例20～25中制作的负极及正极。
[表8]
表8
(实施例106)
将负极(WA1)与标准正极分别冲裁成50mm×45mm、45mm×40mm，与插入其间的隔膜(多孔质聚丙烯膜)一起插入至铝制层压袋，在电烘箱中，在60℃下干燥1小时。然后，在充满氩气的手套箱内注入2mL的电解液(制作将碳酸亚乙酯与碳酸乙基甲酯与碳酸二甲酯以3：5：2(体积比)的比例混合而成的混合溶媒，进而作为添加剂，相对于混合溶媒100质量份而分别加入1质量份的碳酸亚乙烯酯(vinylene carbonate，VC)与碳酸氟乙烯酯(fiuoroethylene carbonate，FEC)后，以1M的浓度溶解LiPF6而成的非水电解液)后，将铝制层压封口而制作层压型锂离子二次电池(WA1)。
(实施例107～127)、(比较例26～30)
变更为表9中记载的负极，除此以外，通过相同的方法制作层压型锂离子二次电池(WA2～WA19)。
(实施例128)
将标准负极与正极(A20)分别冲裁成50mm×45mm、45mm×40mm，与插入其间的隔膜(多孔质聚丙烯膜)一起插入至铝制层压袋，在电烘箱中，在60℃下干燥1小时。然后，在充满氩气的手套箱内注入2mL的电解液(制作将碳酸亚乙酯与碳酸乙基甲酯与碳酸二甲酯以3：5：2(体积比)的比例混合而成的混合溶媒，进而作为添加剂，相对于混合溶媒100质量份而分别加入1质量份的碳酸亚乙烯酯(VC)与碳酸氟乙烯酯(FEC)后，以1M的浓度溶解LiPF6而成的非水电解液)后，将铝制层压封口而制作层压型锂离子二次电池(A20)。
(实施例129～131)、(比较例31)
变更为表9中记载的正极，除此以外，通过相同的方法制作层压型锂离子二次电池(A21～A24)。
【表9]
表9
在表10中示出实施例106～131、比较例26～31中制作的层压型锂离子二次电池的评价结果。关于速率特性，将速率特性为80％以上设为◎(优良)，将为70％以上且未满80％设为○(良)、将为60％以上且未满70％设为△(可)，将未满60％设为×(不可)。关于循环特性，将循环特性为90％以上设为◎(优良)，将为85％以上且未满90％设为○(良)，将为80％以上且未满85％设为△(可)，将未满80％设为-(不可)。
[表10]
表10
在上述实施例中，使用的是如下碳纳米管分散液：所述碳纳米管分散液包含碳纳米管、分散剂、以及溶媒，且碳纳米管的G/D比为5～100，相对于碳纳米管100质量份而含有30质量份以上且未满250质量份的分散剂，碳纳米管分散液在25℃、频率1 Hz下的复弹性模量为5Pa以上且未满650Pa，并且相位角为5°以上且未满50°。在实施例中，与比较例相比，电极的密接性有提高的倾向。除此之外，导电性及电极强度提高，由此可获得速率特性及循环特性优异的锂离子二次电池。由此明确，本发明可提供一种利用现有的碳纳米管分散液所难以实现的高容量、高输出功率且具有高耐久性的锂离子二次电池。
以上，参照实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限定于以上所述。对于本发明的结构或详细内容，可在发明的范围内进行本领域技术人员能够理解的各种变更。
本案的公开内容与2020年10月9日提出申请的日本专利特愿2020-171017号及2021年9月30日提出申请的日本专利特愿2021-160281号中记载的主题相关联，其全部公开内容通过饮用而援用到本文中。
Claims (12)
1.一种碳纳米管分散液，包含碳纳米管、分散剂、以及溶媒，所述碳纳米管分散液满足下述(1)～(4)。
(1)当在碳纳米管的拉曼光谱中将1560cm-1～1600cm-1的范围内的最大峰强度设为G、将1310cm-1～1350cm-1的范围内的最大峰强度设为D时，碳纳米管的G/D比为5～100
(2)相对于碳纳米管100质量份，含有30质量份以上且未满250质量份的分散剂
(3)碳纳米管分散液在25℃、频率1Hz下的复弹性模量为5Pa以上且未满650Pa，相位角为5°以上且未满50°
(4)碳纳米管的布厄特比表面积为550m2/g～1200m2/g
2.根据权利要求1所述的碳纳米管分散液，其中，当在碳纳米管的拉曼光谱中将1560cm-1～1600cm-1的范围内的最大峰强度设为G、将1310cm-1～1350cm-1的范围内的最大峰强度设为D时，碳纳米管的G/D比为10～50。
3.根据权利要求1或2所述的碳纳米管分散液，其中，当使用流变仪以剪切速度1(s-1)对25℃的碳纳米管分散液进行测定时，为5Pa·s以上且未满40Pa·s。
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，通过动态光散射法测定的累积粒径D10为200nm以上且未满500nm。
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，碳纳米管的体积电阻率为1.0×10-3Ω·cm～1.0×10-2Ω·cm。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的碳纳米管分散液，其中，通过动态光散射法测定的累积粒径D50为500nm以上且未满3000nm。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的碳纳米管分散液，其中，分散剂的重量平均分子量为1万～10万。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的碳纳米管分散液，其中，溶媒包含水。
9.一种碳纳米管树脂组合物，包含如权利要求1至8中任一项所述的碳纳米管分散液、以及粘合剂。
10.一种复合材浆料，包含如权利要求9所述的碳纳米管树脂组合物、以及活性物质。
11.一种电极膜，是如权利要求10所述的复合材浆料的涂敷膜。
12.一种非水电解质二次电池，包括正极、负极、以及电解质，所述非水电解质二次电池中，正极及负极中的至少一者包含如权利要求11所述的电极膜。
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