ES3059144T3

ES3059144T3 - Conductive material dispersion

Info

Publication number: ES3059144T3
Application number: ES22811652T
Authority: ES
Inventors: Hyo Sook Joo; Houng Sik Yoo; Dong Hyun Kim; Il Jae Moon; Hyeon Choi; Woo Ha Kim; Sung Soo Yoon
Original assignee: LG Energy Solution Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2021-05-28
Filing date: 2022-05-25
Publication date: 2026-03-19
Anticipated expiration: 2042-05-25
Also published as: KR20220161195A; CN116171261B; US20230348734A1; EP4199155A1; CN116171261A; EP4199155A4; EP4199155B1; WO2022250461A1; KR102824106B1; US12203005B2

Abstract

La presente invención se refiere a una dispersión de material conductor que comprende nanotubos de carbono de pared simple, un agente dispersante, un auxiliar dispersante y un medio de dispersión, donde el agente dispersante incluye polivinil butiral y caucho de nitrilo butadieno hidrogenado, y el auxiliar dispersante incluye un compuesto de fórmula química 1 a continuación. [Fórmula química 1] A-(R)n donde, en la fórmula química 1, A es una estructura C16-C50 que contiene nitrógeno e incluye cuatro o más anillos aromáticos, R es una estructura que contiene un grupo funcional aniónico y n es un número entero de 1 a 5. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Dispersión de material conductor

[0003] Campo técnico

[0004] La presente invención se refiere a una dispersión de material conductor que incluye nanotubos de carbono de pared simple, a un dispersante, a un adyuvante de dispersión, y a un medio de dispersión, en donde el dispersante incluye polivinilbutiral y caucho de nitrilo-butadieno hidrogenado, y el adyuvante de dispersión incluye un compuesto específico.

[0005] Antecedentes de la técnica

[0006] Debido al rápido aumento en el uso de combustibles fósiles, el requisito sobre el uso de energía alternativa o energía limpia está aumentando, y como parte del requisito, el campo más estudiado activamente incluye la generación de energía y los campos de almacenamiento de energía que usan reacción electroquímica.

[0007] Recientemente, como ejemplos típicos de dispositivos electroquímicos que usan tal energía electroquímica, pueden incluirse baterías secundarias, y el área de uso de las mismas está expandiéndose gradualmente. Recientemente, según el aumento del desarrollo y demanda tecnológicos en ordenadores portátiles, teléfonos móviles, cámaras, o similares, la demanda de baterías secundarias como fuentes de energía está aumentando rápidamente, y entre tales baterías secundarias, se han realizado muchos estudios sobre baterías secundarias de litio que tienen alta densidad de energía, es decir, alta capacidad, y se usan ampliamente productos comercializados de las mismas.

[0008] El electrodo positivo de una batería secundaria incluye un material activo de electrodo positivo, un material conductor, y un aglutinante. Para mejorar la conductividad del electrodo positivo, podrían usarse nanotubos de carbono como material conductor. Si no se usan nanotubos de carbono de pared múltiple sino nanotubos de carbono de pared simple como nanotubos de carbono, hay efectos de reducir adicionalmente la resistencia de un electrodo. Para distribuir uniformemente nanotubos de carbono de pared simple en un electrodo positivo, se forma en primer lugar una dispersión de material conductor en la que se dispersan nanotubos de carbono de pared simple, y se prepara una suspensión de electrodo positivo usando la dispersión de material conductor durante la fabricación de un electrodo positivo.

[0009] Para preparar la dispersión de material conductor, se usa un homogeneizador de alta presión. Específicamente, en el homogeneizador de alta presión, una disolución premezclada que incluye nanotubos de carbono de pared simple de tipo haz, un dispersante, y un medio de dispersión, pasa a través de una boquilla con un diámetro de 150m por una alta presión de 1.500 bar, y por esto, se aplica fuerza de cizallamiento a los nanotubos de carbono de pared simple de tipo haz para dispersar los nanotubos de carbono de pared simple de tipo haz.

[0010] Mientras tanto, en el estado premezclado de la disolución que incluye los nanotubos de carbono de pared simple de tipo haz, el dispersante, y el medio de dispersión, los nanotubos de carbono de tipo haz en la disolución requieren una desagrupación de haz eficaz por el dispersante de modo que es posible un procedimiento de dispersión a través del homogeneizador de alta presión para preparar finalmente una dispersión de material conductor en la que los nanotubos de carbono de pared simple se dispersan uniformemente. Por el contrario, si la desagrupación de haz no es suave durante el premezclado, la separación de fases entre los nanotubos de carbono de tipo haz y el medio de dispersión se produce en la disolución, y la boquilla del homogeneizador de alta presión puede bloquearse por los nanotubos de carbono de tipo haz, y el procedimiento de dispersión a través del homogeneizador de alta presión puede ser imposible. Además, para mejorar el rendimiento de fabricación del electrodo positivo, es favorable aumentar el contenido de sólidos de la dispersión de material conductor, pero los problemas de uso imposible del homogeneizador de alta presión pueden volverse más graves con el aumento del contenido de sólidos de la dispersión de material conductor.

[0011] Además, aunque el uso del homogeneizador de alta presión está disponible, si la viscosidad de la dispersión de material conductor que tiene el mismo contenido de sólidos es demasiado alta, la transferencia de la dispersión de material conductor puede no ser suave, la fluidez de una suspensión de electrodo positivo preparada a partir de la dispersión de material conductor puede reducirse, y la procesabilidad de fabricación de un electrodo positivo puede degradarse.

[0012] Para resolver tales problemas, convencionalmente, se ha usado un método que incluye un dispersante tal como caucho de nitrilo-butadieno hidrogenado y poli(fluoruro de vinilideno) en una dispersión de material conductor. Sin embargo, con el uso del dispersante general convencional, los efectos de mejora de la desagrupación de haz fueron insignificantes, y específicamente, si el contenido de sólidos de la dispersión de material conductor fue alto, no fue muy útil.

[0013] El documento WO 2020/235849 A1 divulga una dispersión de material conductor que contiene un material conductor a base de carbono, un dispersante y un medio de dispersión. El dispersante comprende un dispersante principal y un dispersante adyuvante. El dispersante principal es un copolímero a base de nitrilo (HBR). El dispersante adyuvante es un copolímero que incluye una unidad oxialquileno y al menos una de una unidad estireno y una unidad alquileno.

[0014] Divulgación de la invención

[0015] Problema técnico

[0016] Una tarea que resolver en la presente invención es proporcionar una dispersión de material conductor que podría aplicarse a un procedimiento de dispersión a través de un homogeneizador de alta presión y que tiene el bajo nivel de viscosidad, entre las dispersiones de material conductor que tienen el mismo contenido de sólidos.

[0017] Solución técnica

[0018] Según una realización de la presente invención, se proporciona en la presente invención, una dispersión de material conductor que comprende nanotubos de carbono de pared simple, un dispersante, un adyuvante de dispersión, y un medio de dispersión, en donde el dispersante comprende polivinilbutiral y caucho de nitrilo-butadieno hidrogenado, y el adyuvante de dispersión comprende un compuesto representado por la fórmula 1.

[0019] [Fórmula 1]

[0021]

[0024] En la fórmula 1, A es una estructura que tiene un número de carbonos de 16 a 50 y que comprende cuatro o más anillos aromáticos y nitrógeno, R es una estructura que comprende un grupo funcional aniónico, y n es un número entero de 1 a 5.

[0025] Efectos ventajosos

[0026] Según la presente invención, los nanotubos de carbono de pared simple de tipo haz pueden experimentar desagrupación de haz de después del premezclado durante la preparación de una dispersión de material conductor, y una dispersión de material conductor puede prepararse a través de un homogeneizador de alta presión y, por consiguiente, los nanotubos de carbono de pared simple pueden dispersarse eficazmente en la dispersión de material conductor entre dispersiones de material conductor que tienen el mismo contenido de sólidos. Además, la dispersión puede ser posible, aunque el contenido de sólidos de la dispersión de material conductor sea un alto nivel, y el rendimiento de fabricación de electrodos puede mejorarse mediante el alto contenido de sólidos de la dispersión de material conductor. Además, la viscosidad de la dispersión de material conductor puede ser un nivel bajo, y la transferencia de la dispersión de material conductor puede hacerse suave, y la procesabilidad de fabricación de un electrodo positivo puede mejorarse en gran medida.

[0027] Modo para llevar a cabo la invención

[0028] A continuación en el presente documento, la presente invención se explicará con más detalle para ayudar a la comprensión de la presente invención.

[0029] Se entenderá que las expresiones o términos usados en la memoria descriptiva y las reivindicaciones no se interpretarán como el significado definido en los diccionarios de uso común. Se entenderá además que las expresiones o términos deben interpretarse como que tienen un significado que es coherente con su significado en el contexto de la técnica relevante y la idea técnica de la invención, basándose en el principio de que un inventor puede definir adecuadamente el significado de las expresiones o términos para explicar mejor la invención.

[0030] Los términos usados en la memoria descriptiva se usan para explicar únicamente la realización de ejemplo y no pretenden limitar la presente invención. Las formas singulares también pretenden incluir las formas plurales, a menos que el contexto indique claramente lo contrario.

[0031] Se entenderá además que los términos “comprende”, “que comprende”, “que tiene”, o similares, usados en esta memoria descriptiva, especifican la presencia de características, números, etapas, elementos declarados, o la combinación de los mismos, pero no excluyen la presencia o adición de una o más características, números, etapas, elementos distintos, o la combinación de los mismos.

[0032] En la presente memoria descriptiva, D<50>puede definirse como un diámetro de partícula correspondiente al 50 % de una cantidad de acumulación de volumen en una curva de distribución de diámetro de partículas. El D<50>puede medirse usando, por ejemplo, un método de difracción láser. Mediante el método de difracción láser, el diámetro desde una región submicrométrica hasta un nivel de varios mm puede medirse generalmente, y pueden obtenerse resultados con alta reproducción y alta resolución. Un aparato usado para la medición fue Mastersizer 3000 de Malvern Co., el D<50>se midió tres veces, y el valor medio se consideró como D<50>final.

[0033] En la presente memoria descriptiva, la viscosidad se midió usando un viscosímetro TV-22 de TOKI Co., en condiciones de 25 ºC y 1 rpm.

[0034] <Dispersión de material conductor>

[0035] La dispersión de material conductor según una realización de la presente invención comprende nanotubos de carbono de pared simple, un dispersante, un adyuvante de dispersión, y un medio de dispersión, en donde el dispersante comprende polivinilbutiral y caucho de nitrilo-butadieno hidrogenado, y el adyuvante de dispersión comprende un compuesto representado por la fórmula 1.

[0036] [Fórmula 1]

[0038]

[0040] En la fórmula 1, A es una estructura que tiene un número de carbonos de 16 a 50 y que comprende cuatro o más anillos aromáticos y nitrógeno, R es una estructura que comprende un grupo funcional aniónico, y n es un número entero de 1 a 5. La dispersión de material conductor puede corresponder a una dispersión de material conductor usada para fabricar el electrodo de una batería secundaria.

[0041] Los nanotubos de carbono de pared simple tienen una estructura de serie de fullereno cilíndrica y significan una estructura de carbono que tiene una película compuesta por una capa de átomos de carbono como pared y una forma de tubo largo y hueco.

[0042] El D<50>de los nanotubos de carbono de pared simple puede ser de 0,4m a 100m, particularmente, de 1m a 50m, más particularmente, de 1m a 30m, por ejemplo, de 1m a 10m. El hecho de que D<50>de los nanotubos de carbono de pared simple es de 1m a 100m en comparación con D<50>de los nanotubos de carbono de pared simple de tipo haz que son materias primas usadas para preparar una dispersión de material conductor que está a un nivel de 200m, significa que los nanotubos de carbono de tipo haz experimentan algo de desagrupación de haz, y los nanotubos de carbono de pared simple de tipo haz se dispersan y están presentes en la dispersión de material conductor después de aplicar un homogeneizador de alta presión. Además, si el D<50>se reduce, los nanotubos de carbono de pared simple se dispersan uniformemente entre las dispersiones de material conductor que tienen el mismo contenido de sólidos.

[0043] Los nanotubos de carbono de pared simple pueden incluirse en la dispersión de material conductor en del 0,01 % en peso al 5 % en peso, particularmente, del 0,01 % en peso al 1 % en peso, más particularmente, del 0,05 % en peso al 0,8% en peso, por ejemplo, del 0,1 % en peso al 0,6 % en peso.

[0044] El dispersante desempeña el papel de dispersar los nanotubos de carbono de pared simple suavemente en la dispersión de material conductor para tener un tamaño de partícula preferido, de modo que los nanotubos de carbono de pared simple se dispersan y están presentes uniformemente en la dispersión de material conductor. El dispersante puede incluirse en de 10 partes en peso a 2.000 partes en peso, particularmente, de 10 partes en peso a 1.000 partes en peso, más particularmente, de 30 partes en peso a 500 partes en peso basándose en 100 partes en peso de los nanotubos de carbono de pared simple. Si se satisface el intervalo descrito anteriormente, los nanotubos de carbono de pared simple pueden dispersarse suavemente, los nanotubos de carbono de pared simple pueden tener un valor de un tamaño de partícula pequeño, y la viscosidad de la dispersión de material conductor puede controlarse a un nivel adecuado.

[0045] El dispersante puede incluir polivinilbutiral y caucho de nitrilo-butadieno hidrogenado.

[0046] El polivinilbutiral puede desempeñar el papel de realizar desagrupación de haz de los nanotubos de carbono de pared simple de tipo haz y controlar la viscosidad de la dispersión de material conductor a un nivel adecuado.

[0047] El polivinilbutiral puede ser un polímero que incluye una unidad de vinilbutiral, una unidad de alcohol de vinilo, y una unidad de acetato de vinilo. Particularmente, el polivinilbutiral puede incluir una unidad de fórmula 2-1, una unidad de fórmula 2-2, y una unidad de fórmula 2-3, y la unidad de vinilbutiral puede corresponder a la unidad de fórmula 2-1, la unidad de alcohol vinílico puede corresponder a la unidad de fórmula 2-2, y la unidad de acetato de vinilo puede corresponder a la unidad de fórmula 2-3.

[0048] [Fórmula 2-1]

[0050]

[0052] [Fórmula 2-2]

[0054]

[0056] [Fórmula 2-3]

[0058]

[0060] En el polivinilbutiral, la unidad de alcohol vinílico puede incluirse en el polivinilbutiral en del 22 % en peso al 50 % en peso, particularmente, del 23 % en peso al 45 % en peso, más particularmente, del 24 % en peso al 40 % en peso. Si se satisface el intervalo descrito anteriormente, el polivinilbutiral puede adsorberse fácilmente sobre los nanotubos de carbono de pared simple incluidos en los nanotubos de carbono de pared simple de tipo haz durante la preparación de la dispersión de material conductor, y la aplicación de un homogeneizador de alta presión es favorable, y puede prepararse una dispersión de material conductor que tiene una viscosidad más baja que una dispersión de material conductor que tiene el mismo contenido de sólidos. Además, dado que el polivinilbutiral puede disolverse fácilmente en el medio de dispersión, el polivinilbutiral puede adsorberse homogéneamente sobre los nanotubos de carbono de pared simple de tipo haz. Por consiguiente, la desagrupación de haz de los nanotubos de carbono de pared simple de tipo haz puede lograrse de manera efectiva.

[0061] El polivinilbutiral puede incluirse en el dispersante en del 50 % en peso al 85 % en peso, particularmente, del 55 % en peso al 80 % en peso, más particularmente, del 65 % en peso al 80 % en peso. Si se satisface el intervalo descrito anteriormente, la desagrupación de haz de los nanotubos de carbono de pared simple de tipo haz puede lograrse de manera efectiva, y la viscosidad de la dispersión de material conductor así preparada puede ser un nivel bajo.

[0062] El peso molecular promedio en peso del polivinilbutiral puede ser de 10.000 g/mol a 150.000 g/mol, particularmente, de 10.000 g/mol a 30.000 g/mol, por ejemplo, de 15.000 g/mol a 30.000 g/mol. Si se satisface el intervalo descrito anteriormente, el polivinilbutiral puede disolverse fácilmente en el medio de dispersión, la desagrupación de haz de los nanotubos de carbono de tipo haz puede ser fácil, la preparación de la dispersión de material conductor a través de un homogeneizador de alta presión puede ser más favorable, y la viscosidad de la dispersión de material conductor así preparada puede ser un nivel bajo.

[0063] El caucho de nitrilo-butadieno hidrogenado desempeña el papel de reducir la viscosidad de la dispersión de material conductor, y puede disolverse de manera relativamente fácil en el medio de dispersión para dispersar los nanotubos de carbono en la dispersión de material conductor de manera uniforme.

[0064] La unidad de acrilonitrilo puede incluirse en el caucho de nitrilo-butadieno hidrogenado en del 5 % en peso al 50 % en peso, particularmente, del 10 % en peso al 50 % en peso, más particularmente, del 20 % en peso al 45 % en peso. Si se satisface el intervalo descrito anteriormente, los nanotubos de carbono de pared simple pueden dispersarse favorablemente en la dispersión de material conductor, y la viscosidad de la dispersión de material conductor así preparada puede ser un nivel bajo.

[0065] El caucho de nitrilo-butadieno hidrogenado puede incluirse en el dispersante en del 15 % en peso al 50 % en peso, particularmente, del 20 % en peso al 45 % en peso, más particularmente, del 20 % en peso al 35 % en peso. Si se satisface el intervalo descrito anteriormente, el tamaño de partícula de los nanotubos de carbono de pared simple puede controlarse a un nivel bajo, y la compatibilidad con el medio de dispersión puede ser excelente para reducir la viscosidad de la dispersión de material conductor.

[0066] El peso molecular promedio en peso del caucho de nitrilo-butadieno hidrogenado puede ser de 10.000 g/mol a 700.000 g/mol, particularmente, de 50.000 g/mol a 600.000 g/mol, más particularmente, de 200.000 g/mol a 500.000 g/mol. Si se satisface el intervalo descrito anteriormente, la viscosidad de la dispersión de material conductor puede reducirse, el caucho de nitrilo-butadieno hidrogenado puede disolverse fácilmente en el medio de dispersión, y los nanotubos de carbono de pared simple de tipo haz pueden dispersarse de manera eficaz para dispersar los nanotubos de carbono de pared simple en la dispersión de material conductor de manera uniforme. La razón en peso del polivinilbutiral con respecto al caucho de nitrilo-butadieno hidrogenado puede ser de 5:5 a 9,8:0,2, particularmente, de 5,5:4,5 a 9,5:0,5, más particularmente, de 6:4 a 9:1. Si se satisface el intervalo descrito anteriormente, los nanotubos de carbono de pared simple pueden dispersarse en la dispersión de material conductor de manera más uniforme, y la viscosidad de la dispersión de material conductor puede ser un nivel incluso más bajo. Por consiguiente, la resistencia de una batería fabricada puede reducirse, y puede mejorarse la procesabilidad. El adyuvante de dispersión se dispone sobre la superficie de los nanotubos de carbono de pared simple en los nanotubos de carbono de pared simple de tipo haz durante la preparación de la dispersión de material conductor para ayudar a la adsorción del polivinilbutiral y el caucho de nitrilo-butadieno hidrogenado sobre los nanotubos de carbono de pared simple. Por consiguiente, es significativo que el adyuvante de dispersión cree un entorno suave para dispersar los nanotubos de carbono de pared simple por el polivinilbutiral y el caucho de nitrilo-butadieno hidrogenado.

[0067] El adyuvante de dispersión puede incluir un compuesto representado por la fórmula 1.

[0068] [Fórmula 1]

[0070]

[0072] En la fórmula 1, A es una estructura que tiene un número de carbonos de 16 a 50 y que incluye cuatro o más anillos aromáticos y nitrógeno, R es una estructura que incluye un grupo funcional aniónico, y n es un número entero de 1 a 5.

[0073] En la fórmula 1, dado que A incluye cuatro o más anillos aromáticos, el adyuvante de dispersión puede colocarse favorablemente sobre los nanotubos de carbono de tipo haz mediante los enlaces n-n entre el adyuvante de dispersión y los nanotubos de carbono de tipo haz. Además, dado que A incluye nitrógeno, la compatibilidad entre el adyuvante de dispersión y el medio de dispersión puede ser excelente, y el nitrilo butadieno hidrogenado puede unirse fácilmente a los nanotubos de carbono de tipo haz.

[0074] El anillo aromático puede ser un anillo de benceno. De lo contrario, los anillos aromáticos pueden acercarse entre sí para formar un anillo policíclico. Particularmente, A puede incluir uno cualquiera seleccionado del grupo que consiste en un grupo pireno, un grupo criseno, un grupo perileno, y un grupo ftalocianina. El grupo ftalocianina puede incluir o excluir un metal. El metal puede ser al menos uno seleccionado del grupo que consiste en cobre, aluminio, y zinc. Mientras tanto, el polivinilbutiral y el caucho de nitrilo-butadieno hidrogenado pueden adsorberse eficazmente sobre los nanotubos de carbono de tipo haz mediante R que es una estructura que incluye un grupo funcional aniónico.

[0075] Por consiguiente, durante la preparación de la dispersión de material conductor, los nanotubos de carbono de pared simple de tipo haz pueden experimentar desagrupación de haz después del premezclado, y la dispersión de material conductor puede prepararse a través de un homogeneizador de alta presión. Por consiguiente, cuando se comparan dispersiones de material conductor que tienen el mismo contenido de sólidos, los nanotubos de carbono de pared simple en la dispersión de material conductor pueden dispersarse de manera eficaz. Además, estos efectos pueden lograrse incluso aunque el contenido de sólidos de la dispersión de material conductor sea un alto nivel, y el rendimiento de fabricación de un electrodo puede mejorarse mediante el alto contenido de sólidos de la dispersión de material conductor. Además, la viscosidad de la dispersión de material conductor puede ser un nivel bajo, la transferencia de la dispersión de material conductor puede ser suave, y la procesabilidad de fabricación de un electrodo positivo puede mejorarse en gran medida.

[0076] R puede ser una estructura que incluye un grupo funcional aniónico, y el grupo funcional aniónico puede ser particularmente al menos uno seleccionado del grupo que consiste en -SO<3>-, - COO-, y -PO<4>-. Si n es un número entero de 2 o más, múltiples R pueden ser iguales o diferentes entre sí.

[0077] n puede ser un número entero de 1 a 5, y puede ser particularmente un número entero de 1 a 3.

[0078] Particularmente, el compuesto de fórmula 1 puede ser al menos uno cualquiera seleccionado entre un compuesto de fórmula 1-1 y un compuesto de fórmula 1-2.

[0079] [Fórmula 1-1]

[0081]

[0083] En la fórmula 1-1, R<a>y R<b>puede ser cada uno independientemente una estructura que incluye un grupo funcional aniónico. Particularmente, el grupo funcional aniónico puede incluir al menos cualquier estructura de grupo funcional seleccionada del grupo que consiste en -SO<3>-, -COO-, y -PO<4>-

en el grupo funcional. Si el adyuvante de dispersión satisface la estructura de fórmula 1-1, la estructura de benceno conectada entre sí es similar a la superficie de los nanotubos de carbono de pared simple, y pueden adsorberse entre sí bien y, por consiguiente, la dispersión de material conductor puede mostrar un nivel de viscosidad incluso más bajo.

[0084] [Fórmula 1-2]

[0086]

[0088] En la fórmula 1-2,

[0089] M puede ser al menos uno seleccionado del grupo que consiste en cobre, aluminio, y zinc.

[0090] R<1>, R<2>, R<3>, y R<4>puede ser cada uno independientemente un grupo funcional aniónico, particularmente, -SO<3>-. a, b, c, y d pueden ser cada uno independientemente uno cualquiera de entre números enteros de 0 a 4, y al menos uno de entre a, b, c, y d puede ser un número entero de 1 a 4.

[0091] Si el adyuvante de dispersión satisface la estructura de fórmula 1-2, la viscosidad de la dispersión de material conductor puede ser un nivel incluso más bajo debido a la adsorción efectiva de la estructura de ftalocianina y los nanotubos de carbono de pared simple.

[0092] El compuesto de fórmula 1-1 puede incluir al menos uno cualquiera de entre un compuesto de fórmula 1-1A y un compuesto de fórmula 1-1B.

[0093] [Fórmula 1-1A]

[0095]

[0097] El compuesto de fórmula 1-2 puede incluir particularmente al menos uno cualquiera de entre un compuesto de fórmula 1-2A y un compuesto de fórmula 1-2B.

[0098] [Fórmula 1-2A]

[0100]

[0101] [Fórmula 1-2B]

[0103]

[0105] El adyuvante de dispersión puede incluirse en de 1 parte en peso a 50 partes en peso, particularmente, de 5 partes en peso a 35 partes en peso, más particularmente, de 5 partes en peso a 30 partes en peso, basándose en 100 partes en peso de los nanotubos de carbono de pared simple. Si se satisface el intervalo descrito anteriormente, el polivinilbutiral y el caucho de nitrilo-butadieno hidrogenado pueden unirse fácilmente a los nanotubos de carbono de pared simple, incluso con una cantidad adecuada del adyuvante de dispersión, y los nanotubos de carbono de pared simple pueden dispersarse de manera eficaz, y el control del tamaño de partícula de los nanotubos de carbono de pared simple y la viscosidad de la dispersión de material conductor puede ser fácil.

[0106] La razón en peso del dispersante con respecto al adyuvante de dispersión puede ser 1:0,03 a 1:0,18, particularmente, 1:0,045 a 1:0,150. Si se satisface el intervalo descrito anteriormente, el tamaño de partícula de los nanotubos de carbono de pared simple puede ser un nivel bajo, y la viscosidad de la dispersión de agente conductor puede ser baja. Al mismo tiempo, el dispersante puede adsorberse bien sobre la superficie de los nanotubos de carbono de pared simple, y el rendimiento de un procedimiento homogeneizador de alta presión puede ser suave. Particularmente, si la razón en peso es de 1:0,045 a 1:0,150, la viscosidad de la dispersión de material conductor puede llegar a ser un nivel incluso más bajo.

[0107] El medio de dispersión puede ser N-metil-2-pirrolidona (NMP).

[0108] El contenido de sólidos de la dispersión de material conductor puede ser del 0,01 % en peso al 5 % en peso, particularmente, del 0,05 % en peso al 4 % en peso, más particularmente, del 0,1 % en peso al 3 % en peso. Generalmente, para derivar el intervalo de contenido de sólidos, existen problemas del aumento excesivo de la viscosidad de la dispersión de material conductor. En la presente invención, aunque se usan los nanotubos de carbono de pared simple, la viscosidad de la dispersión de material conductor puede controlarse a un nivel bajo usando el dispersante de la presente invención, y no hay problemas en la preparación y uso de la dispersión de material conductor que tiene el contenido de sólidos.

[0109] La viscosidad de la dispersión de material conductor sin separación de fases puede ser de 50 Pa·s o menos, particularmente, de 0,1 Pa·s a 40 Pa·s. Dado que se satisface el intervalo de viscosidad, la transferencia de la dispersión de material conductor puede ser suave, y la procesabilidad de fabricación de un electrodo positivo puede mejorarse en gran medida.

[0110] A continuación en el presente documento, se sugerirán realizaciones preferidas para ayudar a la comprensión de la presente invención. Sin embargo, las realizaciones son sólo para ilustrar la presente invención, y pueden ser posibles diversos cambios y modificaciones dentro del alcance y el alcance técnico de la presente descripción. Tales cambios y modificaciones son, por supuesto, posibles dentro de las reivindicaciones adjuntas a la presente.

[0111] Ejemplos y ejemplos comparativos

[0112] Nanotubos de carbono de tipo haz, un dispersante, y un adyuvante de dispersión se prepararon tal como sigue. ① Nanotubos de carbono de pared simple de tipo haz que tienen un área de superficie específica de 1.160 m<2>/g ② Polivinilbutiral (A-1 a A-3)

[0113] [Tabla 1]

[0116]

[0118] ③ Caucho de nitrilo-butadieno hidrogenado que tiene un peso molecular promedio en peso de 30.000 g/mol y que incluye el 34 % en peso de una unidad de acrilonitrilo.

[0119] ④ Un adyuvante de dispersión (B-1 a B-5)

[0120] [Tabla 2]

[0123]

[0124]

[0126] Ejemplos 1 a 8 y ejemplos comparativos 1 a 8: Preparación de dispersión de material conductor

[0127] (1) Premezclado

[0128] Según tabla 3 a continuación, se inyectan nanotubos de carbono de pared simple de tipo haz, un dispersante, y un adyuvante de dispersión en N-metil-2-pirrolidona (NMP), y se mezcló 1 kg de la disolución durante 30 minutos usando una mezcladora mecánica en condiciones de 2.000 rpm.

[0129] (2) Procedimiento de dispersión

[0130] Después de eso, se realizó un procedimiento de dispersión seis veces usando un aparato PICOMAX (homogeneizador de alta presión) de Micronox Co., en condiciones de presión de 1.500 bar. Sin embargo, en los ejemplos comparativos 4 a 6, la separación de fases se produjo en la disolución después del premezclado, y el fenómeno de bloqueo de la boquilla del homogeneizador de alta presión se produjo por los nanotubos de carbono de pared simple de tipo haz. Por consiguiente, el procedimiento del homogeneizador de alta presión fue imposible. [Tabla 3]

[0133]

[0134]

[0136] El contenido de los nanotubos de carbono de tipo haz, polivinilbutiral, caucho de nitrilo-butadieno hidrogenado, y adyuvante de dispersión se basó en el peso total de la dispersión de material conductor, y la suma de los mismos se corresponde con el contenido de sólidos.

[0137] Ejemplos 9 a 14 y ejemplos comparativos 9 y 10: Preparación de dispersión de material conductor

[0138] (1) Premezclado

[0139] Según la tabla 4 a continuación, se inyectaron los nanotubos de carbono de pared simple de tipo haz, un dispersante, y un adyuvante de dispersión a N-metil-2-pirrolidona (NMP), y se mezcló 1 kg de la disolución durante 30 minutos usando una mezcladora mecánica en condiciones de 2.000 rpm.

[0140] (2) Procedimiento de dispersión

[0141] Después de eso, se realizó un procedimiento de dispersión seis veces usando un aparato PICOMAX (homogeneizador de alta presión) de Micronox Co., en condiciones de presión de 1.500 bar.

[0142] [Tabla 4]

[0144]

[0145]

[0147] El contenido de los nanotubos de carbono de tipo haz, polivinilbutiral, caucho de nitrilo-butadieno hidrogenado, y adyuvante de dispersión se basó en el peso total de la dispersión de material conductor, y la suma de los mismos se corresponde con el contenido de sólidos.

[0148] Ejemplo experimental 1: Evaluación del tamaño de partícula de nanotubos de carbono de pared simple

[0149] Con respecto a las dispersiones de material conductor de los ejemplos y los ejemplos comparativos, se midió D<50>tres veces usando un analizador de tamaño de partícula (Mastersizer 3000 de Malvern Co.), se obtuvo un valor promedio, y los resultados se muestran en la tabla 5 y la tabla 6.

[0150] Cuando se preparan dispersiones de material conductor usando los mismos nanotubos de carbono de pared simple de tipo haz, el bajo valor de D<50>de los nanotubos de carbono de pared simple en la dispersión de material conductor preparada, significa que los nanotubos de carbono de pared simple de tipo experimentan fácilmente desagrupación de haz y se dispersan en la dispersión de material conductor de manera uniforme.

[0151] En referencia a la tabla 5, en los casos de preparar dispersiones de material conductor usando la misma cantidad de los nanotubos de carbono de tipo haz, el D<50>de los ejemplos 1 a 7 se encontró que era más pequeño que el D<50>de los ejemplos comparativos 1 a 3, 7 y 8 y, por consiguiente, los nanotubos de carbono de pared simple de tipo haz se dispersaron de manera eficaz.

[0152] Además, en referencia a la tabla 6, en los casos de preparar dispersiones de material conductor usando la misma cantidad de los nanotubos de carbono de tipo haz, el D<50>de los ejemplos 9 a 14 se encontró que era más pequeño que el D<50>de los ejemplos comparativos 9 y 10 y, por consiguiente, los nanotubos de carbono de pared simple de tipo haz se dispersaron de manera eficaz.

[0153] Ejemplo experimental 2: Evaluación de la viscosidad de la dispersión de material conductor

[0154] Con respecto a las dispersiones de material conductor de los ejemplos y los ejemplos comparativos, se midió la viscosidad usando un viscosímetro TV-22 de TOKI Co. en condiciones de 25 ºC y 1 rpm, y los resultados se muestran en las tablas 5 y 6.

[0155] Cuando se comparan las dispersiones de material conductor que tienen el mismo contenido de sólidos, se confirmó que la viscosidad de las dispersiones de material conductor de los ejemplos 1 a 7 fue menor que la viscosidad de las dispersiones de material conductor de los ejemplos comparativos 1 a 3, 7, y 8. Es decir, pudo encontrarse que la dispersión de material conductor según la presente invención podía tener una baja viscosidad incluso aun teniendo el contenido de sólidos alto.

[0156] Además, en referencia a la tabla 6, pudo confirmarse que los casos de los ejemplos 9 a 12, que satisfacen la razón en peso del dispersante y el adyuvante de dispersión de 1:0,045 a 1:0,150, tenían baja viscosidad de las dispersiones de material conductor en comparación con los ejemplos 13 y 14, que se desviaron de la razón en peso.

[0157] [Tabla 5]

[0160]

[0161]

[0163] [Tabla 6]

[0165]

Claims

1. REIVINDICACIONES

1. Dispersión de material conductor que comprende nanotubos de carbono de pared simple, un dispersante, un adyuvante de dispersión, y un medio de dispersión,

en donde el dispersante comprende polivinilbutiral y caucho de nitrilo-butadieno hidrogenado, y en donde el adyuvante de dispersión comprende un compuesto representado por la siguiente fórmula 1: [Fórmula 1]

en donde, en la fórmula 1, A es una estructura que tiene un número de carbonos de 16 a 50 y que comprende cuatro o más anillos aromáticos y nitrógeno,

R es una estructura que comprende un grupo funcional aniónico, y

n es un número entero de 1 a 5.

2. Dispersión de material conductor según la reivindicación 1, en donde una unidad de alcohol vinílico está comprendida en una cantidad del 22 % en peso al 50 % en peso en el polivinilbutiral.

3. Dispersión de material conductor según la reivindicación 1, en donde los nanotubos de carbono de pared simple están comprendidos en una cantidad del 0,01 % en peso al 5 % en peso en la dispersión de material conductor.

4. Dispersión de material conductor según la reivindicación 1, en donde el dispersante está comprendido en una cantidad de 10 partes en peso a 2.000 partes en peso basándose en 100 partes en peso de los nanotubos de carbono de pared simple.

5. Dispersión de material conductor según la reivindicación 1, en donde el peso molecular promedio en peso del polivinilbutiral es de 10.000 g/mol a 150.000 g/mol.

6. Dispersión de material conductor según la reivindicación 1, en donde el polivinilbutiral está comprendido en el dispersante en una cantidad del 50 % en peso al 85 % en peso.

7. Dispersión de material conductor según la reivindicación 1, en donde el peso molecular promedio en peso del caucho de nitrilo-butadieno hidrogenado es de 10.000 g/mol a 700.000 g/mol.

8. Dispersión de material conductor según la reivindicación 1, en donde el caucho de nitrilo-butadieno hidrogenado está comprendido en el dispersante en una cantidad del 15 % en peso al 50 % en peso.

9. Dispersión de material conductor según la reivindicación 1, en donde la razón en peso del polivinilbutiral con respecto al caucho de nitrilo-butadieno hidrogenado es de 5:5 a 9,8:0,2.

10. Dispersión de material conductor según la reivindicación 1, en donde, en la fórmula 1, A es uno cualquiera seleccionado del grupo que consiste en un grupo pireno, un grupo criseno, un grupo perileno y un grupo ftalocianina, y en donde R es al menos uno cualquiera seleccionado del grupo que consiste en -SO<3-,>-COO-, y -PO<4>-.

11. Dispersión de material conductor según la reivindicación 1, en donde el compuesto de fórmula 1 es al menos uno seleccionado del grupo que consiste en un compuesto de la siguiente fórmula 1-1 y un compuesto de la siguiente fórmula 1-2:

[Fórmula 1-1]

[Fórmula 1-2]

en donde, en la fórmula 1-1, R<a>y R<b>son cada uno independientemente una estructura que comprende un grupo funcional aniónico, y

en donde, en la fórmula 1-2, M es al menos uno seleccionado del grupo que consiste en cobre, aluminio, y zinc, R<1>, R<2>, R<3>y R<4>son cada uno independientemente un grupo funcional aniónico, y a, b, c, y d son cada uno independientemente uno cualquiera de entre números enteros de 0 a 4.

12. Dispersión de material conductor según la reivindicación 11, en donde el compuesto de fórmula 1-1 comprende al menos uno de entre un compuesto de la siguiente fórmula 1-1A y un compuesto de la siguiente fórmula 1-1B:

[Fórmula 1-1A]

13. Dispersión de material conductor según la reivindicación 11, en donde el compuesto de fórmula 1-2 comprende al menos uno de entre un compuesto de la siguiente fórmula 1-2A y un compuesto de la siguiente fórmula 1-2B:

[Fórmula 1-2A]

14. Dispersión de material conductor según la reivindicación 1, en donde el adyuvante de dispersión está comprendido en una cantidad de 1 parte en peso a 50 partes en peso basándose en 100 partes en peso de los nanotubos de carbono de pared simple.

15. Dispersión de material conductor según la reivindicación 1, en donde la razón en peso del dispersante con respecto al adyuvante de dispersión es de 1:0,03 a 1:0,18.