JP2010086955A - Composite material for battery electrode - Google Patents

Composite material for battery electrode Download PDF

Info

Publication number
JP2010086955A
JP2010086955A JP2009202590A JP2009202590A JP2010086955A JP 2010086955 A JP2010086955 A JP 2010086955A JP 2009202590 A JP2009202590 A JP 2009202590A JP 2009202590 A JP2009202590 A JP 2009202590A JP 2010086955 A JP2010086955 A JP 2010086955A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carbon
active material
group
dispersion
battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2009202590A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiyuki Ouchi
良行 尾内
Naohisa Hirota
尚久 廣田
Masashi Itabashi
正志 板橋
Shinichiro Maki
伸一郎 真木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyo Ink Mfg Co Ltd
Original Assignee
Toyo Ink Mfg Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyo Ink Mfg Co Ltd filed Critical Toyo Ink Mfg Co Ltd
Priority to JP2009202590A priority Critical patent/JP2010086955A/en
Publication of JP2010086955A publication Critical patent/JP2010086955A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve performance of a battery produced in such a way that in an active material for a battery electrode, by covering the surface of the active material for the battery electrode using a carbon material dispersed without inhibiting conductibility, reduction of a conductive auxiliary agent is achieved with contact conservation between the active material in the electrode and the conductive auxiliary agent, and between the conductive auxiliary agents. <P>SOLUTION: A dispersion element in which one or more derivatives selected from the group consisting of an organic dye derivative having an acidic function, a triazine derivative having an acidic function, an organic dye derivative having a basic function and a triazine derivative having a basic function are dispersed in a dispersant conductive carbon material, and an active material particle are mixed, and then a solvent is removed by drying the mixtures, so that a composite material in which the surface of the active material for the battery electrode is covered with the carbon material is produced. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、電池電極用活物質表面を、導電性を阻害することなく分散させた炭素材料で被覆した複合材料に関する。特に、本発明の活物質複合材料は、リチウムイオン二次電池の作製に好適に用いられる。また、本発明は、充放電サイクル運転における電池容量の低下を抑制し、容量の向上したリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a composite material in which the surface of a battery electrode active material is coated with a carbon material dispersed without inhibiting conductivity. In particular, the active material composite material of the present invention is suitably used for producing a lithium ion secondary battery. The present invention also relates to a lithium ion secondary battery that suppresses a decrease in battery capacity during charge / discharge cycle operation and has an improved capacity.

近年、デジタルカメラや携帯電話のような小型携帯型電子機器が広く用いられるようになってきた。これらの電子機器には、容積を最小限にし、かつ重量を軽くすることが常に求められてきており、搭載される電池においても、小型、軽量かつ大容量の電池の実現が求められている。また、自動車搭載用などの大型二次電池においても、従来の鉛蓄電池に代えて、大型の非水電解質二次電池の実現が望まれている。   In recent years, small portable electronic devices such as digital cameras and mobile phones have been widely used. These electronic devices have always been required to minimize the volume and reduce the weight, and the batteries to be mounted are also required to be small, light, and have a large capacity. Also, in large-sized secondary batteries for automobiles and the like, it is desired to realize a large non-aqueous electrolyte secondary battery instead of a conventional lead-acid battery.

そのような要求に応えるため、リチウムイオン二次電池の開発が活発に行われている。リチウムイオン二次電池の電極としては、リチウムイオンを含む正極活物質と導電助剤と有機バインダー等からなる電極合材を金属箔の集電体の表面に固着させた正極、及び、リチウムイオンの脱挿入可能な負極活物質と導電助剤と有機バインダー等からなる電極合材を金属箔の集電体の表面に固着させた負極が使用されている。   In order to meet such demands, lithium ion secondary batteries are being actively developed. As an electrode of a lithium ion secondary battery, a positive electrode in which an electrode mixture composed of a positive electrode active material containing lithium ions, a conductive additive, an organic binder, and the like is fixed to the surface of a metal foil current collector, and a lithium ion A negative electrode is used in which an electrode mixture made of a removable negative electrode active material, a conductive additive, an organic binder, and the like is fixed to the surface of a current collector of a metal foil.

電池の充電時には正極活物質から、電子とリチウムイオンが、非水系有機溶媒にリチウム電解質を溶解した電解液を介して負極活物質へ移動して捕捉され、負極集電体から導電した電子との作用によって充電が進行する。一方、放電時には、リチウムイオンが正極活物質内に吸蔵されるが、その際、正極側へ拡散するリチウムイオンと正極集電体から導電した電子との作用によって放電が進行する。このため、電池の特性、特に高速放電性能(高出力化)に影響を与える因子として、導電性の高い導電材料を選択することや、活物質と導電性物質の微細複合構造が非常に重要となる。   When the battery is charged, electrons and lithium ions are transferred from the positive electrode active material to the negative electrode active material through an electrolyte solution in which a lithium electrolyte is dissolved in a non-aqueous organic solvent, and are captured. Charging proceeds by the action. On the other hand, during discharge, lithium ions are occluded in the positive electrode active material. At that time, discharge proceeds by the action of lithium ions diffusing to the positive electrode side and electrons conducted from the positive electrode current collector. For this reason, it is very important to select a conductive material with high conductivity and a fine composite structure of an active material and a conductive material as factors affecting battery characteristics, particularly high-speed discharge performance (high output). Become.

活物質としては特に限定はされないが、リチウムイオン二次電池の正極の場合、リチウムイオンをドーピングまたはインターカレーション可能な金属酸化物、金属硫化物等の金属化合物、および導電性高分子等を使用することができる。例えば、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物などが挙げられる。   The active material is not particularly limited, but in the case of a positive electrode of a lithium ion secondary battery, a metal oxide that can be doped or intercalated with lithium ions, a metal compound such as a metal sulfide, and a conductive polymer are used. can do. Examples thereof include lithium manganese composite oxide, lithium nickel composite oxide, lithium cobalt composite oxide, and lithium phosphorus oxide having an olivine structure.

リチウムイオン二次電池の負極の場合、気相成長炭素繊維、メソフェーズピッチ系炭素繊維、球状炭素などの炭素質物、チタン酸リチウム、タングステン酸化物、アモルファススズ酸化物、スズ珪素酸化物、酸化珪素などの金属酸化物などが挙げられる。   For negative electrodes of lithium ion secondary batteries, vapor-grown carbon fibers, mesophase pitch carbon fibers, carbonaceous materials such as spherical carbon, lithium titanate, tungsten oxide, amorphous tin oxide, tin silicon oxide, silicon oxide, etc. And metal oxides.

これら電極活物質の中で炭素質系活物質を除く、酸化物系等の正・負極活物質は、それ自身の電子伝導性が低く、単独での使用では十分な電池性能が得られないため、これらの活物質を炭素材料(例えば、アセチレンブラック)やグラファイト(黒鉛)等の導電助剤と結着剤であるバインダーとを混合し、ペースト化したもの(電極合材ペースト)を集電体たる金属箔の表面に塗布乾燥することで、金属箔表面に活物質層を形成することによりその導電性を確保し、電極の内部抵抗を低減することが試みられている。   Among these electrode active materials, positive and negative electrode active materials such as oxides, excluding carbonaceous active materials, have low electronic conductivity by themselves, and sufficient battery performance cannot be obtained when used alone. The active material is mixed with a conductive material such as a carbon material (for example, acetylene black) or graphite (graphite) and a binder, which is a binder, into a paste (electrode mixture paste). An attempt has been made to secure the conductivity and reduce the internal resistance of the electrode by forming an active material layer on the surface of the metal foil by coating and drying on the surface of the metal foil.

一方、黒鉛等の炭素質系負極用活物質はそれ自身が導電性を有しているものの、黒鉛とともに導電助剤としてカーボンブラックを添加すると充放電特性が改善されることが知られている。これは、一般に用いられる黒鉛粒子は大きいために、黒鉛単独で使用すると電極層に充填された時の隙間が多くなってしまうが、導電助剤としてカーボンブラックを併用した場合は、微細なカーボンブラック粒子が黒鉛粒子間の隙間を埋めることで接触面積が増え、抵抗が下がるためではないかと思われる。   On the other hand, although the carbonaceous negative electrode active material such as graphite itself has conductivity, it is known that charging and discharging characteristics are improved by adding carbon black as a conductive additive together with graphite. This is because the graphite particles generally used are large, so if graphite alone is used, the gap when filled in the electrode layer will increase. However, when carbon black is used as a conductive additive, fine carbon black is used. It seems that the contact area increases by filling the gaps between the graphite particles and the resistance decreases.

ところで、電極の内部抵抗を低減することは、大電流での放電を可能とすることや、充放電の効率を向上させる上で非常に重要な要素の一つとなっている。しかしながら、一般に導電助剤として使用されているカーボンブラックなどの炭素材料は、ストラクチャーや比表面積が大きいため凝集力が強く、リチウムイオン二次電池の電極合材形成用ペースト中に均一混合・分散することが困難である。そして、導電助剤である炭素粒子の分散性や粒度の制御が不十分な場合、均一な導電ネットワークが形成さないために電極の内部抵抗の低減が図れず、その結果、活物質であるリチウム遷移金属複合酸化物やグラファイトなどの性能を十分に引き出せないという問題が生じている。また、電極合材中の導電助剤の分散が不十分であると、部分的凝集に起因して電極板上に抵抗分布が生じ、電池として使用した際に電流が集中し、部分的な発熱および劣化が促進される等の不具合が生ずることがある。   By the way, reducing the internal resistance of the electrode is one of the very important factors for enabling discharge with a large current and improving the efficiency of charge and discharge. However, carbon materials such as carbon black, which are generally used as conductive aids, have a large structure and specific surface area, and thus have a strong cohesive force and are uniformly mixed and dispersed in the paste for forming an electrode mixture of a lithium ion secondary battery. Is difficult. If the control of the dispersibility and particle size of the carbon particles as the conductive auxiliary agent is insufficient, the internal resistance of the electrode cannot be reduced because a uniform conductive network is not formed. As a result, lithium as the active material There has been a problem that the performance of transition metal composite oxides and graphite cannot be sufficiently extracted. In addition, if the dispersion of the conductive additive in the electrode mixture is insufficient, resistance distribution occurs on the electrode plate due to partial aggregation, current concentrates when used as a battery, and partial heat generation occurs. In addition, problems such as accelerated deterioration may occur.

このため、従来の電極用合材ペーストの調製方法では、十分な電極導電性を得るためには、多量の導電助剤を電極合材中に添加する必要があった。その結果として、電極体積当たり、あるいは電極重量当たりの充放電容量が低下するという問題があった。   For this reason, in the conventional method for preparing an electrode mixture paste, in order to obtain sufficient electrode conductivity, it is necessary to add a large amount of a conductive additive to the electrode mixture. As a result, there has been a problem that the charge / discharge capacity per electrode volume or electrode weight decreases.

また、リチウムイオン二次電池は使用を重ねるごとに容量が減っていく劣化が起こる。この電池の劣化原因の一つに、電極中の活物質と導電助剤との接触性が悪くなり、外部に電気が取り出せなくなるということが考えられる。このような観点から、導電助剤をできるだけ少なくしつつ、且つ電極中の活物質と導電助剤との接触性を良好に維持することが望ましい。   In addition, as the lithium ion secondary battery is used repeatedly, the capacity decreases and the deterioration occurs. One of the causes of the deterioration of the battery may be that the contact between the active material in the electrode and the conductive auxiliary agent is deteriorated, and electricity cannot be taken out to the outside. From this point of view, it is desirable to maintain good contact between the active material in the electrode and the conductive assistant while reducing the conductive assistant as much as possible.

一般に、使用する活物質粒子は、ミクロンオ−ダー又は、サブミクロンオ−ダー以下の一次粒子、またはこれら一次粒子が複数凝集又は固結した二次粒子からなるものであるが、通常単一粒子では存在せず、二次粒子を形成していることが多い。例えば、正極活物質であるリチウム遷移金属複合酸化物は、通常、遷移金属酸化物をリチウム炭酸塩と共に溶融してリチウム化する固相合成法か、遷移金属酸塩の水溶液に水酸化リチウムを滴下中和してリチウム化する溶液合成法によって製造されるが、何れの場合においても二次粒子化することが避けられない。二次粒子の導電性は粒子界面の存在により、一次粒子よりも低いものとなる。また、電極用合材ペースト中に導電助剤を添加した場合に、活物質が二次粒子化しているため導電助剤粒子のなかには一次粒子と直接接触していない粒子が存在することになり、導電助剤の添加効果を十分に発揮することができない。従って、前記の合材ペースト調製においては、導電助剤が活物質粒子と十分接触するよう、特殊な混合機を用いてペーストを長時間混合している。   In general, the active material particles used are composed of micron-order, primary particles of sub-micron order or less, or secondary particles obtained by agglomerating or consolidating a plurality of these primary particles. In many cases, secondary particles are formed. For example, lithium transition metal composite oxides, which are positive electrode active materials, are usually prepared by a solid phase synthesis method in which a transition metal oxide is melted and lithiated with lithium carbonate, or lithium hydroxide is dropped into an aqueous solution of a transition metal salt. Although it is produced by a solution synthesis method in which it is neutralized and lithiated, in any case, secondary particles are inevitable. The electrical conductivity of the secondary particles is lower than that of the primary particles due to the presence of the particle interface. In addition, when a conductive additive is added to the electrode mixture paste, there are particles that are not in direct contact with the primary particles in the conductive auxiliary particles because the active material is secondary particles. The effect of adding a conductive additive cannot be fully exhibited. Therefore, in the preparation of the composite paste, the paste is mixed for a long time using a special mixer so that the conductive auxiliary agent is in sufficient contact with the active material particles.

さらに、調製されたスラリーは、集電体への塗布やその後の乾燥においても、分離することなく、均一組成が安定して保持されなければならない。また、塗布に適した性状が長時間安定して保持されなければならない。しかし、活物質粒子と導電助剤粒子とは、比重が大きく異なるために、ペースト中で相互に分離し易く、このような安定したペーストを得ることは非常に困難である。このため、導電助剤及びバインダーの選定、或いは配合量の決定には、高度な知識と経験が必要である。   Further, the prepared slurry must be stably maintained in a uniform composition without separation even when applied to a current collector or after drying. In addition, properties suitable for application must be stably maintained for a long time. However, since the specific gravity of the active material particles and the conductive aid particles are greatly different, they are easily separated from each other in the paste, and it is very difficult to obtain such a stable paste. For this reason, advanced knowledge and experience are required for the selection of the conductive assistant and the binder, or the determination of the blending amount.

このような理由から、リチウムイオン二次電池正極に関する微細複合構造の改良が幾つか試みられている。例えば特許文献1には、正極活物質と炭素材料としてケッチェンブラックとを混合して、乾式で圧縮せん断応力を加える方法により、正極活物質表面に炭素材料を被覆した正極材料が提案されている。   For these reasons, several attempts have been made to improve the fine composite structure relating to the positive electrode of the lithium ion secondary battery. For example, Patent Document 1 proposes a positive electrode material in which a positive electrode active material surface is coated with a carbon material by a method of mixing a positive electrode active material and ketjen black as a carbon material and applying a compressive shear stress in a dry manner. .

しかしながら、本方法では、被覆率の制御が困難であり、炭素材料が正極活物質の表面に緻密に被覆され易いため、リチウムイオンの経路が遮断され、その結果、高速放電性能が向上しにくくなる。また、被覆により正極活物質の導電性は向上するものの、活物質二次粒子の外周部にのみ炭素材料を付着させるため、二次粒子内部の一次粒子間における導電性は、活物質自体の導電率に依存するため、充分なものとはいえない。また、充放電サイクルによる活物質の膨張・収縮により、二次粒子にストレスが生じ、二次粒子内部に間隙ができる場合がある。この場合、二次粒子内部にできた間隙により電子伝導が絶たれ、導電性が低下することとなり、導電性の改善効果はさほど大きくないことが判明した。   However, in this method, it is difficult to control the coverage, and the carbon material is likely to be densely coated on the surface of the positive electrode active material, so that the lithium ion path is blocked, and as a result, high-speed discharge performance is difficult to improve. . In addition, although the conductivity of the positive electrode active material is improved by the coating, the carbon material is attached only to the outer peripheral portion of the active material secondary particles, so the conductivity between the primary particles inside the secondary particles is the conductivity of the active material itself. Because it depends on the rate, it is not enough. Further, due to expansion / contraction of the active material due to the charge / discharge cycle, stress may be generated in the secondary particles, and a gap may be formed inside the secondary particles. In this case, it was found that the electron conduction is interrupted by the gap formed in the secondary particles, the conductivity is lowered, and the effect of improving the conductivity is not so great.

特許文献2では、LiMn2 4、Li4 Ti5 12等の活物質とポリビニルアルコール等の加熱によって炭化する有機物とを湿式混合したのちに乾燥・解砕して均一組成の混合粉とし、この混合粉を大気中1,000℃以下の温度で焼成し、炭素材料によって表面が覆われた活物質を調製しているが、焼成の際、生成する炭素材料が酸化され、高い導電性を得られない問題や、活物質上で有機物を均一に炭素化し、被覆量を一定にコントロールすることが難しいという問題があった。 In Patent Document 2, an active material such as LiMn 2 O 4 and Li 4 Ti 5 O 12 and an organic material that is carbonized by heating such as polyvinyl alcohol are wet mixed, and then dried and crushed to form a mixed powder of uniform composition, This mixed powder is fired in the atmosphere at a temperature of 1,000 ° C. or less to prepare an active material whose surface is covered with a carbon material. During firing, the generated carbon material is oxidized and has high conductivity. There are problems that cannot be obtained, and that it is difficult to uniformly carbonize the organic substance on the active material and to control the coating amount to be constant.

また、特許文献3では、一次粒子径にまで粉砕した正極活物質二次粒子をアセチレンブラック分散体に添加して作製されたスラリー、もしくは、溶媒に正極活物質およびアセチレンブラックを添加して、正極活物質一次粒子径までの粉砕およびアセチレンブラックの分散を同時に行うことにより作製されたスラリーを、乾燥してアセチレンブラックにより表面が覆われた正極活物質一次粒子からなる二次粒子が開示されている。   Further, in Patent Document 3, a positive electrode active material secondary particle pulverized to a primary particle diameter is added to an acetylene black dispersion, or a positive electrode active material and acetylene black are added to a solvent to form a positive electrode Disclosed are secondary particles composed of primary particles of positive electrode active material whose surface is covered with acetylene black by drying a slurry prepared by simultaneously grinding to active material primary particle size and dispersing acetylene black. .

同文献では、アセチレンブラックを分散させる際に、バインダーと界面活性剤を使用している。しかしながら、この方法では、界面活性剤はカーボンブラックへの吸着力が一般的に弱いため、界面活性剤のカーボンブラックへの吸着が不十分であると、カーボンブラック粒子のストラクチャーの凝集物を解くことは難しく、また、活物質とアセチレンブラックがバインダーと界面活性剤で被覆されてしまうため、活物質上にアセチレンブラックによる有効な導電性被覆を形成することは困難なものであり、十分な導電性改善効果は得られていなかった。   In this document, a binder and a surfactant are used when acetylene black is dispersed. However, in this method, since the surfactant generally has a weak adsorption force to carbon black, if the surfactant is not sufficiently adsorbed to carbon black, the aggregate of the structure of the carbon black particles is solved. In addition, since the active material and acetylene black are coated with a binder and a surfactant, it is difficult to form an effective conductive coating with acetylene black on the active material. The improvement effect was not acquired.

また、特許文献4では、正極活物質粒子と、導電助剤としてカーボンブラックとをアルコール中でホモジナイザーにより分散させた後、アルコールを蒸発させ、焼成することにより、正極活物質粒子とカーボンブラックが複合化された正極活物質二次粒子を製造しているが、ホモジナイザーによる分散だけではカーボンブラックの分散が不十分であるために、活物質上で炭素材料が凝集しており、活物質上に有効な導電性被覆を形成することは困難と思われ、十分な導電性改善効果は得られていなかった。   In Patent Document 4, positive electrode active material particles and carbon black as a conductive auxiliary agent are dispersed in an alcohol by a homogenizer, and then the alcohol is evaporated and baked to combine the positive electrode active material particles and the carbon black. Positive electrode active material secondary particles are produced, but carbon black is not sufficiently dispersed by homogenizer alone, so the carbon material is agglomerated on the active material and effective on the active material. It was considered difficult to form a conductive coating, and a sufficient conductivity improving effect was not obtained.

特許文献5では、溶媒中で、正極活物質とカーボンブラックとが、強制分散した状態まで分散して得られるスラリーから溶媒を除去して、正極活物質とカーボンブラックとを含有する複合粒子を得る方法が開示されている。   In Patent Document 5, the solvent is removed from a slurry obtained by dispersing the positive electrode active material and carbon black in a solvent until the state where the positive electrode active material and carbon black are forcibly dispersed, thereby obtaining composite particles containing the positive electrode active material and carbon black. A method is disclosed.

同文献では、カーボンブラックおよび正極活物質を強制分散させる方法として、カーボンブラックを好適に分散させるために分散剤として高分子分散剤の使用が好ましいとしている。しかしながら、この方法では、カーボンブラックの分散性は向上するものの、比表面積が大きく、微細なカーボンブラックの分散を行う場合には、大量の分散樹脂が必要となること、および分子量の大きな分散樹脂がカーボンブラック表面を被覆してしまうことなどから、導電ネットワークが阻害され電極の抵抗が増大し、結果的にカーボンブラックの分散向上による効果を相殺してしまう場合がある。   In this document, as a method for forcibly dispersing carbon black and a positive electrode active material, it is preferable to use a polymer dispersant as a dispersant in order to disperse carbon black appropriately. However, this method improves the dispersibility of carbon black, but has a large specific surface area. When fine carbon black is dispersed, a large amount of dispersed resin is required, and a dispersed resin having a large molecular weight is required. Since the surface of the carbon black is covered, the conductive network is hindered and the resistance of the electrode is increased. As a result, the effect of improving the dispersion of the carbon black may be offset.

特許文献6では、炭素材料を分散させた水溶液中でリチウムマンガン複合酸化物前駆体を析出させ、その前駆体を熟成することにより、リチウムマンガン複合酸化物表面に導電性粒子が付着した一次粒子が凝集して二次粒子を形成することが開示されている。   In Patent Document 6, primary particles in which conductive particles are attached to the surface of a lithium manganese composite oxide are obtained by precipitating a lithium manganese composite oxide precursor in an aqueous solution in which a carbon material is dispersed and aging the precursor. Aggregating to form secondary particles is disclosed.

同文献では、炭素材料の水溶液への分散は超音波分散やホモジナイザーなどを使用した剪断力による通常の方法に従うとのみ記載されている。しかしながら、カーボンブラックはいずれも疎水的であるため、このような方法では、水分散体中でカーボンブラックが凝集体を形成してしまうため、活物質粒子表面への均一で薄膜のカーボンブラックの付着は困難なものであり、活物質自身に十分な導電性改善効果得るためには、カーボンブラックの付着量を増やす必要があり、この結果、活物質の単位重量当たりの充放電容量を低下させる結果となっていた。   In this document, it is described that the dispersion of the carbon material in the aqueous solution follows only a normal method by shearing force using ultrasonic dispersion or a homogenizer. However, since both carbon blacks are hydrophobic, carbon black forms aggregates in the aqueous dispersion in such a method, so that uniform and thin carbon black adheres to the surface of the active material particles. In order to obtain a sufficient conductivity improvement effect for the active material itself, it is necessary to increase the amount of carbon black attached, resulting in a decrease in charge / discharge capacity per unit weight of the active material. It was.

一方、負極に関しても、同様な取り組みが試みられており、例えば、特許文献7では、リチウム吸蔵可能な合金を負極活物質とする二次電池において、負極活物質の表面を炭素からなる層で被覆することにより充放電時における充電ロスを減らし、充放電効率を向上させている。   On the other hand, a similar approach has been attempted for the negative electrode. For example, in Patent Document 7, in a secondary battery using a lithium occluding alloy as a negative electrode active material, the surface of the negative electrode active material is covered with a layer made of carbon. By doing so, the charge loss at the time of charge / discharge is reduced, and the charge / discharge efficiency is improved.

同文献では、炭素からなる層を被覆する際にCVD処理を用いる方法、または、基材となる合金粒子表面を有機物で被覆した後に焼成する方法を使用しているが、いずれの方法も、活物質上で有機物を均一に炭素化し、被覆量を一定にコントロールすることが難しいという問題があった。   In this document, a method of using a CVD process when coating a layer made of carbon, or a method of firing after coating the surface of an alloy particle serving as a substrate with an organic substance is used. There was a problem that it was difficult to uniformly carbonize organic matter on the material and to control the coating amount to be constant.

特許文献8では、一次粒子の平均粒子径が1μm以下であるリチウムチタン酸化合物を用いることにより、リチウムイオンの拡散時間が短くでき、かつ比表面積を広くすることができるため、急速充電あるいは高出力放電を行った際にも、高い活物質利用率を得ることができるとされている。この場合も、集電体との接触抵抗を抑えるための導電剤として、アセチレンブラック、カーボンブラック、コークス、炭素繊維、黒鉛等の炭素材料を用いている。   In Patent Document 8, since a lithium titanate compound having an average primary particle diameter of 1 μm or less can be used, the lithium ion diffusion time can be shortened and the specific surface area can be widened. It is said that a high active material utilization rate can be obtained even when discharging is performed. Also in this case, carbon materials such as acetylene black, carbon black, coke, carbon fiber, and graphite are used as a conductive agent for suppressing contact resistance with the current collector.

同文献では、導電剤として平均粒子径0.4μmの炭素材料を配合、ボールミルにより活物質分散スラリーを調製しているが、チタン酸リチウムの一次粒子の凝集が少なく、均一に分散していることを確認しているものの、炭素材料の分散については何ら言及されておらず、また、活物質と炭素材料の粒子径が同程度であるために、有効な炭素材料による導電パスが形成されず、活物質の能力を十分引き出していないと思われる。   In this document, a carbon material having an average particle size of 0.4 μm is blended as a conductive agent, and an active material dispersion slurry is prepared by a ball mill, but the primary particles of lithium titanate are less aggregated and uniformly dispersed. However, there is no mention of the dispersion of the carbon material, and since the particle diameters of the active material and the carbon material are approximately the same, a conductive path by an effective carbon material is not formed, It seems that the ability of the active material is not fully drawn out.

更に、十分な電極導電性の向上と併せて、充放電の効率を向上させる上で重要な要素としては、電極の電解液に対する濡れ性の向上が挙げられる。電極反応は、電極材料表面と電解液との接触界面で起こるため、電解液が電極内部まで浸透し電極材料が良く濡れることが重要となる。電極反応を促進させる方法としては、微細な活物質や導電助剤を用いて電極の表面積を増大させる方法が検討されているが、特に炭素材料を用いる場合は、電解液に対する濡れが悪く、実際の接触面積が大きくならないため、電池性能の向上が難しいといった問題がある。   Furthermore, an improvement in the wettability of the electrode with respect to the electrolytic solution is an important factor for improving the efficiency of charging and discharging together with the sufficient improvement in electrode conductivity. Since the electrode reaction occurs at the contact interface between the electrode material surface and the electrolytic solution, it is important that the electrolytic solution penetrates into the electrode and the electrode material is well wetted. As a method of promoting the electrode reaction, a method of increasing the surface area of the electrode by using a fine active material or a conductive auxiliary agent has been studied. There is a problem that it is difficult to improve battery performance because the contact area of the battery does not increase.

電極の濡れ性を改善する方法として、特許文献9には、電極中に繊維径1〜1000nmの炭素繊維を含有させることで、活物質粒子間に微細な空隙を持たせる方法が開示されている。しかしながら、通常、炭素繊維は複雑に絡み合っているため、均一な分散が難しく、炭素繊維を混ぜるだけでは、均一な電極を作製することができない。また、同文献では、分散制御のために炭素繊維の表面を酸化処理した炭素繊維を使用する方法も挙げられているが、炭素繊維を直接、酸化処理すると、炭素繊維の導電性や強度が低下してしまうという問題がある。
特開平09−092265号公報(特許第3601124号公報) 特開2000−251888号公報 特開平11−329504号公報 特開2004−134255号公報 特開2008−034378号公報(特許第4102848号公報) 特開2001−328813号公報 特開平10−321226号公報(特許第386525号公報) 特開2005−317512号公報(特許第3769291号公報) 特開2005−063955号公報
As a method for improving the wettability of an electrode, Patent Document 9 discloses a method of providing fine voids between active material particles by including carbon fibers having a fiber diameter of 1 to 1000 nm in the electrode. . However, since carbon fibers are usually intertwined in a complicated manner, uniform dispersion is difficult, and a uniform electrode cannot be produced simply by mixing carbon fibers. In addition, the same document also mentions a method of using carbon fiber whose surface is oxidized for dispersion control. However, when carbon fiber is directly oxidized, the conductivity and strength of the carbon fiber decrease. There is a problem of end up.
JP 09-092265 A (Patent No. 3601124) JP 2000-251888 A JP 11-329504 A JP 2004-134255 A JP 2008-034378 A (Patent No. 4102848) JP 2001-328813 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-32226 (Patent No. 386525) JP 2005-317512 A (Patent No. 3769291) Japanese Patent Laying-Open No. 2005-063955

本発明は、上記の問題を鑑み、導電性を阻害することなく分散させた炭素材料で電池電極用活物質の表面を被覆することで、導電助剤の低減と、電極中の活物質と導電助剤および導電助剤同士の接触性維持とを両立させ、さらに電解液に対する濡れ性を改善した電池電極用複合材料を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention covers the surface of an active material for a battery electrode with a carbon material dispersed without impeding conductivity, thereby reducing the conductive aid and reducing the conductivity of the active material in the electrode. It is an object to provide a battery electrode composite material that is compatible with maintaining the contact property between an auxiliary agent and a conductive auxiliary agent and further has improved wettability with respect to an electrolytic solution.

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、「酸性官能基を有する有機色素誘導体、酸性官能基を有するトリアジン誘導体、塩基性官能基を有する有機色素誘導体、および、塩基性官能基を有するトリアジン誘導体からなる群から選ばれる1種以上の誘導体」を分散剤として導電性炭素材料を分散させた分散体と、活物質粒子とを混合した後、該混合物を乾燥することによって溶剤を除去して得られる、炭素材料で電池電極用活物質の表面を被覆した複合材料を用いて作成された電池において、電池の高出力化、及び、導電助剤添加量低減による電池の高容量化の効果を見出し、本発明をなすに至ったものである。   As a result of diligent studies to achieve the above object, the present inventors have found that "an organic dye derivative having an acidic functional group, a triazine derivative having an acidic functional group, an organic dye derivative having a basic functional group, and a base Mixing a dispersion in which a conductive carbon material is dispersed using as an dispersing agent one or more derivatives selected from the group consisting of triazine derivatives having a functional functional group, and then drying the mixture. In a battery made by using a composite material obtained by removing the solvent by coating the surface of the active material for the battery electrode with a carbon material, the battery output is increased and the amount of the conductive auxiliary agent is reduced. The inventors have found the effect of increasing the capacity and have made the present invention.

本発明の電池電極用複合材料は、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、ニッケルカドニウム二次電池、アルカリマンガン電池、鉛電池、燃料電池、キャパシタなどに用いることができるが、特にリチウムイオン二次電池に用いると好適である。   The battery electrode composite material of the present invention can be used for lithium ion secondary batteries, nickel metal hydride secondary batteries, nickel cadmium secondary batteries, alkaline manganese batteries, lead batteries, fuel cells, capacitors, etc. It is suitable for use in a secondary battery.

すなわち本発明は、少なくとも一種の炭素材料と、前記炭素材料の分散剤としての、酸性官能基を有する有機色素誘導体、酸性官能基を有するトリアジン誘導体、塩基性官能基を有する有機色素誘導体、および、塩基性官能基を有するトリアジン誘導体からなる群から選ばれる一種以上の誘導体とによって、電極用活物質表面を被覆することを特徴とする電池電極用複合材料の製造方法に関する。   That is, the present invention includes at least one carbon material, an organic dye derivative having an acidic functional group, a triazine derivative having an acidic functional group, an organic dye derivative having a basic functional group, as a dispersant for the carbon material, and The present invention relates to a method for producing a composite material for battery electrodes, wherein the surface of the electrode active material is coated with one or more derivatives selected from the group consisting of triazine derivatives having a basic functional group.

また、本発明は、少なくとも一種の炭素材料を分散剤を用いて溶剤中に分散させた分散体と、電極用活物質とを混合した後、溶剤を除去することを特徴とする上記の電池電極用複合材料の製造方法に関する。
また、本発明は、分散体が、酸性官能基を有する誘導体と、分散助剤としての分子量500以下の塩基とを含むことを特徴とする上記の電池電極用複合材料の製造方法に関する。
また、本発明は、分散体が、塩基性官能基を有する誘導体と、分散助剤としての分子量300以下の酸を含むことを特徴とする上記の電池電極用複合材料の製造方法に関する。
また、本発明は、溶剤と一緒に分散助剤を除去することを特徴とする請求項3または4記載の電池電極用複合材料の製造方法に関する。
The present invention also provides a battery electrode comprising: a dispersion in which at least one carbon material is dispersed in a solvent using a dispersant; and an electrode active material, and then the solvent is removed. The present invention relates to a method for manufacturing a composite material.
The present invention also relates to the above method for producing a composite material for battery electrodes, wherein the dispersion contains a derivative having an acidic functional group and a base having a molecular weight of 500 or less as a dispersion aid.
The present invention also relates to the above method for producing a composite material for battery electrodes, wherein the dispersion contains a derivative having a basic functional group and an acid having a molecular weight of 300 or less as a dispersion aid.
The present invention also relates to a method for producing a battery electrode composite material according to claim 3 or 4, wherein the dispersion aid is removed together with the solvent.

また、本発明は、分散体中の炭素材料の分散粒径(D50)が、2μm以下であることを特徴とする、上記の電池電極用複合材料の製造方法に関する。
また、本発明は、上記の製造方法で製造されてなる電池電極用複合材料に関する。
また、本発明は、炭素材料の一次粒子径が、10〜100nmであることを特徴とする、上記の電池電極用複合材料
また、本発明は、上記の電池電極用複合材料と、溶剤と、バインダー成分とを含んでなる電極用合材ペーストに関する。
また、本発明は、更に導電助剤成分を含んでなる、上記の電極用合材ペーストに関する。
In addition, the present invention relates to the above-described method for producing a battery electrode composite material, wherein the dispersed particle diameter (D50) of the carbon material in the dispersion is 2 μm or less.
Moreover, this invention relates to the composite material for battery electrodes manufactured by said manufacturing method.
Further, the present invention is characterized in that the primary particle diameter of the carbon material is 10 to 100 nm, the above composite material for battery electrodes, the present invention also includes the above composite material for battery electrodes, a solvent, The present invention relates to an electrode mixture paste comprising a binder component.
The present invention also relates to the above-mentioned electrode mixture paste further comprising a conductive additive component.

また、本発明は、集電体上に、上記の電池電極用複合材料、または、上記の電極用合材ペーストを使用して電極合材層が形成されてなることを特徴とする電池用電極に関する。
また、本発明は、集電体上に正極合材層を有する正極と、集電体上に負極合材層を有する負極と、リチウムを含む電解質とを具備するリチウムイオン二次電池であって、正極および負極の少なくとも一方が、上記の電池用電極であることを特徴とするリチウムイオン二次電池に関する。
In addition, the present invention provides a battery electrode, wherein an electrode mixture layer is formed on the current collector using the battery electrode composite material or the electrode mixture paste described above. About.
The present invention is a lithium ion secondary battery comprising a positive electrode having a positive electrode mixture layer on a current collector, a negative electrode having a negative electrode mixture layer on the current collector, and an electrolyte containing lithium. In addition, the present invention relates to a lithium ion secondary battery, wherein at least one of a positive electrode and a negative electrode is the battery electrode.

本発明の好ましい実施態様によれば、本電極用活物質複合材料による電池電極では、少ない導電助剤の添加で高い導電性を得ることができるため、例えばリチウムイオン二次電池などの電池性能を総合的に向上させることができる。   According to a preferred embodiment of the present invention, since the battery electrode made of the active material composite material for the electrode can obtain high conductivity with a small amount of conductive auxiliary agent, the battery performance of, for example, a lithium ion secondary battery can be obtained. Overall improvement can be achieved.

本発明における電池電極用複合材料は、電極用活物質と、分散剤として「酸性官能基を有する有機色素誘導体、酸性官能基を有するトリアジン誘導体、塩基性官能基を有する有機色素誘導体、および、塩基性官能基を有するトリアジン誘導体からなる群から選ばれる1種以上の誘導体」を用いた導電性炭素材料の分散体とを混合した後、該混合物を乾燥することによって溶剤を除去して活物質表面を炭素材料で被覆することを特徴とするが、以下にその詳細について説明する。
<炭素材料>
本発明における炭素材料としては、導電性を有する炭素材料であれば特に限定されるものではないが、グラファイト、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、炭素材料ナノファイバー、炭素材料ファイバー、フラーレン等を単独で、もしくは2種類以上併せて使用することができる。導電性、入手の容易さ、およびコスト面から、カーボンブラックの使用が好ましい。
The composite material for battery electrodes in the present invention includes an active material for electrodes, an organic dye derivative having an acidic functional group, a triazine derivative having an acidic functional group, an organic dye derivative having a basic functional group, and a base as a dispersant. After mixing with a conductive carbon material dispersion using one or more derivatives selected from the group consisting of triazine derivatives having a functional functional group, the mixture is dried to remove the solvent and thereby remove the surface of the active material Is covered with a carbon material, which will be described in detail below.
<Carbon material>
The carbon material in the present invention is not particularly limited as long as it is a conductive carbon material. Two or more types can be used in combination. From the viewpoint of conductivity, availability, and cost, it is preferable to use carbon black.

カーボンブラックとしては、気体もしくは液体の原料を反応炉中で連続的に熱分解し製造するファーネスブラック、特にエチレン重油を原料としたケッチェンブラック、原料ガスを燃焼させて、その炎をチャンネル鋼底面にあて急冷し析出させたチャンネルブラック、ガスを原料とし燃焼と熱分解を周期的に繰り返すことにより得られるサーマルブラック、特にアセチレンガスを原料とするアセチレンブラック等の各種のものを単独で、もしくは2種類以上併せて使用することができる。また、通常行われている酸化処理されたカーボンブラックや、中空カーボン等も使用できる。   Carbon black is a furnace black produced by continuously pyrolyzing a gas or liquid raw material in a reactor, especially ketjen black using ethylene heavy oil as a raw material. Channel black that has been rapidly cooled and precipitated, thermal black obtained by periodically repeating combustion and thermal decomposition using a gas as a raw material, and particularly various types such as acetylene black using an acetylene gas as a raw material alone or 2 More than one type can be used in combination. Ordinarily oxidized carbon black, hollow carbon and the like can also be used.

導電助剤として用いるカーボンブラックは、酸化処理したカーボンを用いることも可能ではある。カーボンの酸化処理は、カーボンを空気中で高温処理したり、硝酸や二酸化窒素、オゾン等で二次的に処理したりすることより、例えばフェノール基、キノン基、カルボキシル基、カルボニル基の様な酸素含有極性官能基をカーボン表面に直接導入(共有結合)する処理であり、カーボンの分散性を向上させるために一般的に行われている。しかしながら、官能基の導入量が多くなる程カーボンの導電性が低下することが一般的であるため、酸化処理をしていないカーボンの使用が好ましい。   Carbon black used as a conductive aid can also be oxidized carbon. The oxidation treatment of carbon is performed by treating carbon at a high temperature in the air or by secondary treatment with nitric acid, nitrogen dioxide, ozone, etc., for example, such as phenol group, quinone group, carboxyl group, carbonyl group. This is a treatment for directly introducing (covalently bonding) an oxygen-containing polar functional group to the carbon surface, and is generally performed to improve the dispersibility of carbon. However, since it is common for the conductivity of carbon to fall, so that the introduction amount of a functional group increases, it is preferable to use the carbon which has not been oxidized.

用いるカーボンブラックの比表面積は、値が大きいほど、カーボンブラックどうしの接触点が増えるため、電極の内部抵抗を下げるのに有利となる。具体的には、窒素の吸着量から求められる比表面積(BET)で、20m/g以上、1500m/g以下、好ましくは50m/g以上、1500m/g以下、更に好ましくは100m/g以上、1500m/g以下のものを使用することが望ましい。比表面積が20m/gを下回るカーボンブラックを用いると、十分な導電性を得ることが難しくなる場合があり、1500m/gを超えるカーボンブラックは、市販材料での入手が困難となる場合がある。 As the specific surface area of the carbon black used increases, the number of contact points between the carbon blacks increases, which is advantageous in reducing the internal resistance of the electrode. Specifically, the specific surface area (BET) determined from the adsorption amount of nitrogen is 20 m 2 / g or more and 1500 m 2 / g or less, preferably 50 m 2 / g or more and 1500 m 2 / g or less, more preferably 100 m 2. / G or more and 1500 m 2 / g or less are desirable. When carbon black having a specific surface area of less than 20 m 2 / g is used, it may be difficult to obtain sufficient conductivity, and carbon black of more than 1500 m 2 / g may be difficult to obtain from commercially available materials. is there.

また、用いるカーボンブラックの粒径は、一次粒子径で0.005〜1μmが好ましく、特に、0.01〜0.1μmが好ましい。ただし、ここでいう一次粒子径とは、電子顕微鏡などで測定された粒子径を平均したものである。   The particle size of the carbon black to be used is preferably 0.005 to 1 [mu] m, and particularly preferably 0.01 to 0.1 [mu] m in terms of primary particle size. However, the primary particle diameter here is an average of the particle diameters measured with an electron microscope or the like.

市販のカーボンブラックとしては、例えば、トーカブラック#4300、#4400、#4500、及び#5500等の東海カーボン社製ファーネスブラック、プリンテックスL等のデグサ社製ファーネスブラック、Raven7000、5750、5250、5000ULTRAIII、及び5000ULTRA等、Conductex SC ULTRA、Conductex 975 ULTRA等、PUER BLACK100、115、及び205等のコロンビヤン社製ファーネスブラック、#2350、#2400B、#2600B、#30050B、#3030B、#3230B、#3350B、#3400B、及び#5400B等の三菱化学社製ファーネスブラック、MONARCH1400、1300、900、VulcanXC−72R、及びBlackPearls2000等のキャボット社製ファーネスブラック、Ensaco250G、Ensaco260G、Ensaco350G、及びSuperP−Li等のTIMCAL社製ファーネスブラック、ケッチェンブラックEC−300J、及びEC−600JD等のアクゾ社製ケッチェンブラック、並びに、デンカブラック、デンカブラックHS−100、FX−35等の電気化学工業社製アセチレンブラック等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
<分散剤>
本発明における炭素材料の分散剤としては、「酸性官能基を有する有機色素誘導体および、酸性官能基を有するトリアジン誘導体、塩基性官能基を有する有機色素誘導体、および、塩基性官能基を有するトリアジン誘導体からなる群から選ばれる1種以上の誘導体」を使用する。
Examples of commercially available carbon black include furnace black manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd. such as Toka Black # 4300, # 4400, # 4500, and # 5500; , And 5000 ULTRA, etc., Conductex SC ULTRA, Conductex 975 ULTRA, etc., Colombian Furnace Black, such as PUER BLACK100, 115, and 205, # 2350, # 2400B, # 2600B, # 30050B, # 3030B, # 3230B, # 3350B # 3400B, # 5400B and other furnace black manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, MONARCH1400, 1300, 900, VulcanXC- Furnace Black from Cabot, such as 2R and BlackPearls2000, Furnace Black from TIMCAL, such as Ensaco 250G, Ensaco 260G, Ensaco 350G, and SuperP-Li, Ketjen Black from Akzo, such as Ketjen Black EC-300J, and EC-600JD, And acetylene black by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd., such as Denka Black, Denka Black HS-100, FX-35, etc. are mentioned, However, It is not limited to these.
<Dispersant>
Examples of the carbon material dispersant in the present invention include “an organic dye derivative having an acidic functional group, a triazine derivative having an acidic functional group, an organic dye derivative having a basic functional group, and a triazine derivative having a basic functional group. One or more derivatives selected from the group consisting of:

[酸性官能基を有する各種誘導体]
本発明における酸性官能基を有する誘導体としては、酸性官能基を有する有機色素誘導体、または酸性官能基を有するトリアジン誘導体から選ばれる1種類以上のものを使用する。とりわけ、下記一般式(1)で示されるトリアジン誘導体または、一般式(4)で示される有機色素誘導体の使用が好ましい。
[Various derivatives with acidic functional groups]
As the derivative having an acidic functional group in the present invention, one or more kinds selected from organic dye derivatives having an acidic functional group or triazine derivatives having an acidic functional group are used. In particular, use of a triazine derivative represented by the following general formula (1) or an organic dye derivative represented by the general formula (4) is preferable.

一般式(1):   General formula (1):

Figure 2010086955
Figure 2010086955

一般式(1)中、
101は、−NH−、−O−、−CONH−、−SONH−、−CHNH−、−CHNHCOCHNH−、又は−X103−Y101−X104−であり、
102、及びX104は、それぞれ独立に、−NH−、又は−O−であり、
103は、−CONH−、−SONH−、−CHNH−、−NHCO−、又は−NHSO−であり、
101は、炭素数1〜20で構成された、置換基を有してもよいアルキレン基、置換基を有してもよいアルケニレン基、又は置換基を有してもよいアリーレン基であり、
101は、−SOM、−COOM、又は−P(O)(−OM)であり、
101は、1〜3価のカチオンの一当量であり、
101は、−O−R102、−NH−R102、ハロゲン基、−X101−R101、又は−X102−Y101−Z101であり、
102は、水素原子、置換基を有してもよいアルキル基、又は置換基を有してもよいアルケニル基であり、
101は、1〜4の整数であり、
101は、有機色素残基、置換基を有していてもよい複素環残基、置換基を有していてもよい芳香族環残基、又は下記一般式(2)で表される基である。
一般式(2):
In general formula (1),
X 101 is, -NH -, - O -, - CONH -, - SO 2 NH -, - CH 2 NH -, - CH 2 NHCOCH 2 NH-, or -X 103 -Y 101 -X 104 - a and,
X 102 and X 104 are each independently —NH— or —O—;
X 103 is, -CONH -, - SO 2 NH -, - CH 2 NH -, - NHCO-, or -NHSO 2 - and is,
Y 101 is an alkylene group which may have a substituent, an alkenylene group which may have a substituent, or an arylene group which may have a substituent.
Z 101 is —SO 3 M, —COOM, or —P (O) (— OM) 2 ;
M 101 is one equivalent of a monovalent to trivalent cation,
Q 101 is, -O-R 102, -NH- R 102, halogen group, -X 101 -R 101, or a -X 102 -Y 101 -Z 101,
R 102 is a hydrogen atom, an alkyl group that may have a substituent, or an alkenyl group that may have a substituent,
n 101 is an integer of 1 to 4,
R 101 represents an organic dye residue, a heterocyclic residue which may have a substituent, an aromatic ring residue which may have a substituent, or a group represented by the following general formula (2) It is.
General formula (2):

Figure 2010086955
Figure 2010086955

一般式(2)中、
201は、−NH−、又は−O−であり、
202、及びX203は、それぞれ独立に、−NH−、−O−、−CONH−、−SONH−、−CHNH−、又は−CHNHCOCHNH−であり、
201、及びR202は、それぞれ独立に、有機色素残基、置換基を有していてもよい複素環残基、置換基を有していてもよい芳香族環残基、又は−Y201−Z201であり、
201は、炭素数1〜20で構成された、置換基を有してもよいアルキレン基、置換基を有してもよいアルケニレン基、又は置換基を有してもよいアリーレン基であり、
201は、−SO201、−COOM201、又は−P(O)(−OM201であり、
201は、1〜3価のカチオンの一当量である。
In general formula (2),
X 201 is —NH— or —O—;
X 202, and X 203 each independently, -NH -, - O -, - CONH -, - SO 2 NH -, - CH 2 NH-, or a -CH 2 NHCOCH 2 NH-,
R 201 and R 202 are each independently an organic dye residue, an optionally substituted heterocyclic residue, an optionally substituted aromatic ring residue, or —Y 201. -Z 201 ,
Y 201 is an alkylene group which may have a substituent, an alkenylene group which may have a substituent, or an arylene group which may have a substituent, which has 1 to 20 carbon atoms,
Z 201 is —SO 3 M 201 , —COOM 201 , or —P (O) (— OM 201 ) 2 ;
M201 is one equivalent of a trivalent cation.

一般式(1)のR101及び一般式(2)のR201、及びR202で表される有機色素残基としては、例えばジケトピロロピロール系色素、アゾ、ジスアゾ、ポリアゾ等のアゾ系色素、フタロシアニン系色素、ジアミノジアントラキノン、アントラピリミジン、フラバントロン、アントアントロン、インダントロン、ピラントロン、ビオラントロン等のアントラキノン系色素、キナクリドン系色素、ジオキサジン系色素、ぺリノン系色素、ぺリレン系色素、チオインジゴ系色素、イソインドリン系色素、イソインドリノン系色素、キノフタロン系色素、スレン系色素、又金属錯体系色素等が挙げられる。とりわけ、金属による電池の短絡を抑制する効果を高めるためには、金属錯体系色素ではない有機色素残基の使用が好ましく、中でもアゾ系色素、ジケトピロロピロール系色素、無金属フタロシアニン系色素、キナクリドン系色素、又はジオキサジン系色素の使用が分散性に優れるため好ましい。 Examples of the organic dye residue represented by R 101 in the general formula (1) and R 201 and R 202 in the general formula (2) include azo dyes such as diketopyrrolopyrrole dyes, azo, disazo, and polyazo. Anthraquinone dyes such as phthalocyanine dyes, diaminodianthraquinones, anthrapyrimidines, flavantrons, anthanthrones, indantrons, pyrantrons, violanthrones, quinacridone dyes, dioxazine dyes, perinone dyes, perylene dyes, thioindigo dyes Examples thereof include dyes, isoindoline dyes, isoindolinone dyes, quinophthalone dyes, selenium dyes, and metal complex dyes. In particular, in order to increase the effect of suppressing the short circuit of the battery due to metal, it is preferable to use an organic dye residue that is not a metal complex dye, among which an azo dye, a diketopyrrolopyrrole dye, a metal-free phthalocyanine dye, The use of a quinacridone dye or a dioxazine dye is preferable because of excellent dispersibility.

一般式(1)のR101及び一般式(2)のR201、及びR202で表される複素環残基および芳香族環残基としては、例えば、チオフェン、フラン、ピリジン、ピラゾール、ピロール、イミダゾール、イソインドリン、イソインドリノン、ベンズイミダゾロン、ベンズチアゾール、ベンズトリアゾール、インドール、キノリン、カルバゾール、アクリジン、ベンゼン、ナフタリン、アントラセン、フルオレン、フェナントレン、又はアントラキノン等が挙げられる。とりわけ、少なくともS、N、Oのヘテロ原子のいずれかを含む複素環残基の使用が分散性に優れるため好ましい。 Examples of the heterocyclic residue and the aromatic ring residue represented by R 101 in the general formula (1), R 201 in the general formula (2), and R 202 include, for example, thiophene, furan, pyridine, pyrazole, pyrrole, Examples include imidazole, isoindoline, isoindolinone, benzimidazolone, benzthiazole, benztriazole, indole, quinoline, carbazole, acridine, benzene, naphthalene, anthracene, fluorene, phenanthrene, or anthraquinone. In particular, the use of a heterocyclic residue containing at least one of S, N, and O heteroatoms is preferable because of excellent dispersibility.

一般式(1)のY101及び一般式(2)の及びY201は、炭素数20以下の置換基を有していてもよいアルキレン基、アルケニレン基またはアリーレン基を表すが、好ましくは置換されていてもよいフェニレン基、ビフェニレン基、ナフチレン基、又は炭素数が10以下の側鎖を有していてもよいアルキレン基が挙げられる。 Y 101 in the general formula (1) and Y 201 in the general formula (2) represent an alkylene group, an alkenylene group or an arylene group which may have a substituent having 20 or less carbon atoms, but are preferably substituted. Examples thereof include a phenylene group, a biphenylene group, a naphthylene group, and an alkylene group which may have a side chain having 10 or less carbon atoms.

一般式(1)のQ101中に含まれるR102で表される置換基を有してもよいアルキル基、アルケニル基は、好ましくは炭素数20以下のものであり、更に好ましくは炭素数が10以下の側鎖を有していてもよいアルキル基が挙げられる。置換基を有しているアルキル基又はアルケニル基とは、アルキル基又はアルケニル基の水素原子が、フッ素原子、塩素原子、若しくは臭素原子等のハロゲン基、水酸基、又はメルカプト基等に置換されたものである。 The alkyl group or alkenyl group which may have a substituent represented by R 102 contained in Q 101 of the general formula (1) is preferably one having 20 or less carbon atoms, and more preferably having a carbon number. The alkyl group which may have 10 or less side chains is mentioned. An alkyl group or alkenyl group having a substituent is a group in which a hydrogen atom of an alkyl group or an alkenyl group is substituted with a halogen group such as a fluorine atom, a chlorine atom, or a bromine atom, a hydroxyl group, or a mercapto group It is.

一般式(1)のM101及び一般式(2)のM201は、1〜3価のカチオンの一当量を表し、例えば、水素原子(プロトン)、金属カチオン、又は4級アンモニウムカチオンのいずれかを表す。また、分散剤構造中にMを2つ以上有する場合、Mはプロトン、金属カチオン、又は4級アンモニウムカチオンのいずれかひとつのみでも良いし、これらの組み合わせでも良い。 M 101 in the general formula (1) and M 201 in the general formula (2) represent one equivalent of a valence of 1 to 3, and are, for example, any one of a hydrogen atom (proton), a metal cation, or a quaternary ammonium cation. Represents. Moreover, when it has two or more M in a dispersing agent structure, M may be only any one of a proton, a metal cation, or a quaternary ammonium cation, and these may be combined.

金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、バリウム、マグネシウム、アルミニウム、ニッケル、又はコバルト等が挙げられる。   Examples of the metal include lithium, sodium, potassium, calcium, barium, magnesium, aluminum, nickel, and cobalt.

4級アンモニウムカチオンとしては、一般式(3)で示される構造を有する単一化合物または、混合物である。   The quaternary ammonium cation is a single compound having a structure represented by the general formula (3) or a mixture.

一般式(3):   General formula (3):

Figure 2010086955
Figure 2010086955

一般式(3)中、R301、R302、R303、及びR304は、水素、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアルケニル基、又は置換基を有してもよいアリール基のいずれかである。 In General Formula (3), R 301 , R 302 , R 303 , and R 304 have hydrogen, an alkyl group that may have a substituent, an alkenyl group that may have a substituent, or a substituent. Any of the aryl groups that may be present.

一般式(3)のR301、R302、R303、及びR304は、それぞれ同一でもよいし、異なっていてもよい。また、R301、R302、R303、及びR304が、炭素原子を有する場合、炭素数は1〜40、好ましくは1〜30、更に好ましくは1〜20である。炭素数が40を超えると電極の導電性が低下する場合がある。 R 301 , R 302 , R 303 , and R 304 in the general formula (3) may be the same or different. Moreover, when R 301 , R 302 , R 303 , and R 304 have a carbon atom, the number of carbon atoms is 1 to 40, preferably 1 to 30, and more preferably 1 to 20. If the carbon number exceeds 40, the conductivity of the electrode may be reduced.

4級アンモニウムの具体例としては、ジメチルアンモニウム、トリメチルアンモニウム、ジエチルアンモニウム、トリエチルアンモニウム、ヒドロキシエチルアンモニウム、ジヒドロキシエチルアンモニウム、2−エチルヘキシルアンモニウム、ジメチルアミノプロピルアンモニウム、ラウリルアンモニウム、又はステアリルアンモニウム等が挙げられるが、これらに限定されない。   Specific examples of the quaternary ammonium include dimethylammonium, trimethylammonium, diethylammonium, triethylammonium, hydroxyethylammonium, dihydroxyethylammonium, 2-ethylhexylammonium, dimethylaminopropylammonium, laurylammonium, and stearylammonium. However, it is not limited to these.

一般式(4):   General formula (4):

Figure 2010086955
Figure 2010086955

一般式(4)中、
401、直接結合、−NH−、−O−、−CONH−、−SONH−、−CHNH−、−CHNHCOCHNH−、−X402−Y−、又は−X402−Y−X403−であり、
402は、−CONH−、−SONH−、−CHNH−、−NHCO−、又は−NHSO−であり、
403は、−NH−、又は−O−であり、
401は、炭素数1〜20で構成された、置換基を有してもよいアルキレン基、置換基を有してもよいアルケニレン基、又は置換基を有してもよいアリーレン基であり、
401は、−SO401、−COOM401、又は−P(O)(−OM401であり、
401は、1〜3価のカチオンの一当量であり、
401は、有機色素残基であり、
401は、1〜4の整数である。
In general formula (4),
X 401, a direct bond, -NH -, - O -, - CONH -, - SO 2 NH -, - CH 2 NH -, - CH 2 NHCOCH 2 NH -, - X 402 -Y-, or -X 402 - YX 403- ,
X 402 is, -CONH -, - SO 2 NH -, - CH 2 NH -, - NHCO-, or -NHSO 2 - and is,
X 403 is —NH— or —O—;
Y 401 is an alkylene group which may have a substituent, an alkenylene group which may have a substituent, or an arylene group which may have a substituent, having 1 to 20 carbon atoms,
Z 401 is —SO 3 M 401 , —COOM 401 , or —P (O) (— OM 401 ) 2 ;
M 401 is one equivalent of a monovalent to trivalent cation,
R 401 is an organic dye residue,
n 401 is an integer of 1 to 4.

一般式(4)のR401で表させる有機色素残基としては、例えばジケトピロロピロール系色素、アゾ、ジスアゾ、ポリアゾ等のアゾ系色素、フタロシアニン系色素、ジアミノジアントラキノン、アントラピリミジン、フラバントロン、アントアントロン、インダントロン、ピラントロン、ビオラントロン等のアントラキノン系色素、キナクリドン系色素、ジオキサジン系色素、ぺリノン系色素、ぺリレン系色素、チオインジゴ系色素、イソインドリン系色素、イソインドリノン系色素、キノフタロン系色素、スレン系色素、又は金属錯体系色素等が挙げられる。Rで表させる有機色素残基には、一般的には色素と呼ばれていない淡黄色のアントラキノン残基を含む。とりわけ、金属による電池の短絡を抑制する効果を高めるためには、金属錯体系色素ではない有機色素残基の使用が好ましく、中でもアゾ系色素、ジケトピロロピロール系色素、無金属フタロシアニン系色素、キナクリドン系色素、又はジオキサジン系色素の使用が分散性に優れるため好ましい。 Examples of the organic dye residue represented by R 401 in the general formula (4) include diketopyrrolopyrrole dyes, azo dyes such as azo, disazo, polyazo, phthalocyanine dyes, diaminodianthraquinone, anthrapyrimidine, and flavantrons. , Antanthrone, Indanthrone, Pyrantron, Biolantron, etc. Anthraquinone dyes, quinacridone dyes, dioxazine dyes, perinone dyes, perylene dyes, thioindigo dyes, isoindoline dyes, isoindolinone dyes, quinophthalone And dyes based on selenium, selenium, and metal complexes. The organic dye residue represented by R 9 includes a light yellow anthraquinone residue that is not generally called a dye. In particular, in order to increase the effect of suppressing the short circuit of the battery due to metal, it is preferable to use an organic dye residue that is not a metal complex dye, among which an azo dye, a diketopyrrolopyrrole dye, a metal-free phthalocyanine dye, The use of a quinacridone dye or a dioxazine dye is preferable because of excellent dispersibility.

一般式(4)の式中のM401は、1〜3価のカチオンの一当量を表し、例えば、水素原子(プロトン)、金属カチオン、又は4級アンモニウムカチオンのいずれかを表す。また、分散剤構造中にMを2つ以上有する場合、M401はプロトン、金属カチオン、又は4級アンモニウムカチオンのいずれかひとつのみでも良いし、これらの組み合わせでも良い。 M 401 in the formula of the general formula (4) represents one equivalent of a monovalent to trivalent cation, for example, a hydrogen atom (proton), a metal cation, or a quaternary ammonium cation. When Ar has two or more M dispersant structure, M 401 is a proton, metal cation or quaternary ammonium may be only one of a cation, or a combination thereof.

金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、バリウム、マグネシウム、アルミニウム、ニッケル、又はコバルト等が挙げられる。   Examples of the metal include lithium, sodium, potassium, calcium, barium, magnesium, aluminum, nickel, and cobalt.

4級アンモニウムカチオンとしては、一般式(3)で示される構造を有する単一化合物または、混合物である。   The quaternary ammonium cation is a single compound having a structure represented by the general formula (3) or a mixture.

一般式(3):   General formula (3):

Figure 2010086955
Figure 2010086955

一般式(3)中、R301、R302、R303、及びR304は、水素、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアルケニル基、又は置換基を有してもよいアリール基のいずれかである。 In General Formula (3), R 301 , R 302 , R 303 , and R 304 have hydrogen, an alkyl group that may have a substituent, an alkenyl group that may have a substituent, or a substituent. Any of the aryl groups that may be present.

一般式(3)のR301、R302、R303、及びR304は、それぞれ同一でもよいし、異なっていてもよい。また、R301、R302、R303、及びR304が、炭素原子を有する場合、炭素数は1〜40、好ましくは1〜30、更に好ましくは1〜20である。炭素数が40を超えると電極の導電性が低下する場合がある。 R 301 , R 302 , R 303 , and R 304 in the general formula (3) may be the same or different. Moreover, when R 301 , R 302 , R 303 , and R 304 have a carbon atom, the number of carbon atoms is 1 to 40, preferably 1 to 30, and more preferably 1 to 20. If the carbon number exceeds 40, the conductivity of the electrode may be reduced.

4級アンモニウムの具体例としては、ジメチルアンモニウム、トリメチルアンモニウム、ジエチルアンモニウム、トリエチルアンモニウム、ヒドロキシエチルアンモニウム、ジヒドロキシエチルアンモニウム、2−エチルヘキシルアンモニウム、ジメチルアミノプロピルアンモニウム、ラウリルアンモニウム、又はステアリルアンモニウム等が挙げられるが、これらに限定されない。
上記分散剤の合成方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、特公昭39−28884号公報、特公昭45−11026号公報、特公昭45−29755号公報、特公昭64−5070号公報、又は特開2004−217842号公報等に記載されている方法で合成することができる。
Specific examples of the quaternary ammonium include dimethylammonium, trimethylammonium, diethylammonium, triethylammonium, hydroxyethylammonium, dihydroxyethylammonium, 2-ethylhexylammonium, dimethylaminopropylammonium, laurylammonium, and stearylammonium. However, it is not limited to these.
The method for synthesizing the dispersing agent is not particularly limited. For example, JP-B-39-28884, JP-B-45-11026, JP-B-45-29755, JP-B-64-5070 are disclosed. It can synthesize | combine by the method described in gazette or Unexamined-Japanese-Patent No. 2004-217842.

本発明の分散剤のうち、例えば酸性官能基としてスルホン酸もしくはその塩を有するものについては、発煙硫酸、濃硫酸および、クロロスルホン酸などのスルホン化剤を用いてスルホン化するのが一般的である。この場合、酸性官能基の数は分布を有し、例えば、無置換体、一置換体、ニ置換体等の混合物となり得る。スルホン酸およびその塩に限らず、カルボン酸、リン酸についても合成方法により酸性官能基の数が異なるものの混合物となる可能性がある。本発明の分散剤としては、この様な酸性官能基数の異なるものの混合物を用いることも可能である。   Among the dispersants of the present invention, for example, those having a sulfonic acid or a salt thereof as an acidic functional group are generally sulfonated using a sulfonating agent such as fuming sulfuric acid, concentrated sulfuric acid, and chlorosulfonic acid. is there. In this case, the number of acidic functional groups has a distribution and can be, for example, a mixture of unsubstituted, monosubstituted, disubstituted, and the like. Not only sulfonic acid and its salts, but also carboxylic acid and phosphoric acid may be a mixture of those having different numbers of acidic functional groups depending on the synthesis method. As the dispersant of the present invention, it is also possible to use a mixture of those having different numbers of acidic functional groups.

[塩基性官能基を有する各種誘導体]
本発明における塩基性官能基を有する誘導体としては、塩基性官能基を有する有機色素誘導体、および、塩基性官能基を有するトリアジン誘導体からなる群から選ばれる1種類以上のものを使用する。とりわけ、下記一般式(5)で示されるトリアジン誘導体、または一般式(10)で示される有機色素誘導体の使用が好ましい。
[Various derivatives with basic functional groups]
As the derivative having a basic functional group in the present invention, one or more kinds selected from the group consisting of an organic dye derivative having a basic functional group and a triazine derivative having a basic functional group are used. In particular, use of a triazine derivative represented by the following general formula (5) or an organic dye derivative represented by the general formula (10) is preferable.

一般式(5):   General formula (5):

Figure 2010086955
Figure 2010086955

一般式(5)中、
501は、−NH−、−O−、−CONH−、−SO2NH−、−CH2NH−、−CH2NHCOCH2NH−、又は−X502−Y501−X503−であり、
502は、−NH−、−O−、−CONH−、−SO2NH−、−CH2NH−、−NHCO−または、−NHSO2−であり、
503は、それぞれ独立に−NH−、又は−O−であり、
501は、炭素数1〜20で構成された、置換基を有してもよいアルキレン基、置換基を有してもよいアルケニレン基、又は置換基を有してもよいアリーレン基であり、
501は、下記一般式(6)、(7)または、(8)のいずれかで示される置換基であり、
501は、−O−R502、−NH−R502、ハロゲン基、−X501−R501または、下記一般式一般式(6)、(7)または、(8)のいずれかで示される置換基であり、
502は、水素原子、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアルケニル基または、置換基を有してもよいアリール基であり、
501は、有機色素残基、置換基を有していてもよい複素環残基、置換基を有していてもよい芳香族環残基または、下記一般式(9)で示される基であり、
501は、1〜4の整数である。
In general formula (5),
X 501 is, -NH -, - O -, - CONH -, - SO 2 NH -, - CH 2 NH -, - CH 2 NHCOCH 2 NH-, or -X 502 -Y 501 -X 503 - a and,
X 502 is, -NH -, - O -, - CONH -, - SO 2 NH -, - CH 2 NH -, - NHCO- or, -NHSO 2 - and is,
X 503 is independently —NH— or —O—,
Y 501 is an alkylene group which has 1 to 20 carbon atoms and may have a substituent, an alkenylene group which may have a substituent, or an arylene group which may have a substituent,
P 501 is a substituent represented by any of the following general formulas (6), (7) or (8),
Q 501 is represented by —O—R 502 , —NH—R 502 , a halogen group, —X 501 —R 501 or any one of the following general formulas (6), (7), or (8). A substituent,
R 502 is a hydrogen atom, a substituent alkyl group which may have a substituted or be an alkenyl group, an aryl group which may have a substituent,
R 501 is an organic dye residue, a heterocyclic residue which may have a substituent, an aromatic ring residue which may have a substituent, or a group represented by the following general formula (9) Yes,
n 501 is an integer of 1 to 4.

一般式(6):   General formula (6):

Figure 2010086955
Figure 2010086955

一般式(6)中、
601は、直接結合、−SO2−、−CO−、−CH2NHCOCH2−、−CH2NHCONHCH2−、−CH2−または、−X602−Y601−X603−であり、
602は、−NH−、又は−O−であり、
603は、直接結合、−SO2−、−CO−、−CH2NHCOCH2−、−CH2NHCONHCH2−または、−CH2−であり、
601は、炭素数1〜20で構成された、置換基を有してもよいアルキレン基、置換基を有してもよいアルケニレン基、又は置換基を有してもよいアリーレン基であり、
vは、1〜10の整数であり、R601 およびR602は、それぞれ独立に、水素原子、置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいアルケニル基、置換されていてもよいアリール基または、R601 とR602とで一体となって更なる窒素、酸素、若しくは硫黄原子を含む置換されていてもよい複素環残基である。
In general formula (6),
X 601 represents a direct bond, -SO 2 -, - CO - , - CH 2 NHCOCH 2 -, - CH 2 NHCONHCH 2 -, - CH 2 - or, -X 602 -Y 601 -X 603 - a and,
X 602 is —NH— or —O—;
X 603 represents a direct bond, -SO 2 -, - CO - , - CH 2 NHCOCH 2 -, - CH 2 NHCONHCH 2 - or, -CH 2 - is,
Y 601 is an alkylene group which may have a substituent, an alkenylene group which may have a substituent, or an arylene group which may have a substituent, having 1 to 20 carbon atoms.
v is an integer of 1 to 10, and R 601 And R 602 each independently represents a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group, an optionally substituted alkenyl group, an optionally substituted aryl group, or R 601 And R 602 together with an optionally substituted heterocyclic residue containing a nitrogen, oxygen or sulfur atom.

一般式(7):   General formula (7):

Figure 2010086955
Figure 2010086955

一般式(7)中、
701は、直接結合、−SO2−、−CO−、−CH2NHCOCH2−、−CH2NHCONHCH2−、−CH2−または、−X702−Y701−X703−であり、
702は、−NH−、又は−O−であり、
703は、直接結合、−SO2−、−CO−、−CH2NHCOCH2−、−CH2NHCONHCH2−または、−CH2−であり、
701は、炭素数1〜20で構成された、置換基を有してもよいアルキレン基、置換基を有してもよいアルケニレン基または、置換基を有してもよいアリーレン基であり、
701 およびR702は、それぞれ独立に、水素原子、置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいアルケニル基、置換されていてもよいアリール基または、R701 とR702とで一体となって更なる窒素、酸素、若しくは硫黄原子を含む置換されていてもよい複素環残基である。
In general formula (7),
X 701 represents a direct bond, -SO 2 -, - CO - , - CH 2 NHCOCH 2 -, - CH 2 NHCONHCH 2 -, - CH 2 - or, -X 702 -Y 701 -X 703 - a and,
X 702 is —NH— or —O—;
X 703 represents a direct bond, -SO 2 -, - CO - , - CH 2 NHCOCH 2 -, - CH 2 NHCONHCH 2 - or, -CH 2 - is,
Y 701 is an alkylene group which has 1 to 20 carbon atoms and may have a substituent, an alkenylene group which may have a substituent, or an arylene group which may have a substituent,
R 701 And R 702 each independently represent a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group, an optionally substituted alkenyl group, an optionally substituted aryl group, or, R 701 And R 702 together may be an optionally substituted heterocyclic residue containing an additional nitrogen, oxygen or sulfur atom.

一般式(8):   General formula (8):

Figure 2010086955
Figure 2010086955

一般式(8)中、
801は、直接結合、−SO2−、−CO−、−CH2NHCOCH2−、−CH2NHCONHCH2−、−CH2−または、−X802−Y801−X803−であり、
802は、−NH−、又は−O−であり、
803は、直接結合、−SO2−、−CO−、−CH2NHCOCH2−、−CH2NHCONHCH2−または、−CH2−であり、
801は、炭素数1〜20で構成された、置換基を有してもよいアルキレン基、置換基を有してもよいアルケニレン基、又は置換基を有してもよいアリーレン基であり、
801 、R802 、R803 および、R804は、それぞれ独立に、水素原子、置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいアルケニル基、又は置換されていてもよいアリール基であり、
805は、置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいアルケニル基、又は置換されていてもよいアリール基である。
In general formula (8),
X 801 represents a direct bond, -SO 2 -, - CO - , - CH 2 NHCOCH 2 -, - CH 2 NHCONHCH 2 -, - CH 2 - or, -X 802 -Y 801 -X 803 - a and,
X 802 is —NH— or —O—;
X 803 represents a direct bond, -SO 2 -, - CO - , - CH 2 NHCOCH 2 -, - CH 2 NHCONHCH 2 - or, -CH 2 - is,
Y 801 is an alkylene group which has 1 to 20 carbon atoms and may have a substituent, an alkenylene group which may have a substituent, or an arylene group which may have a substituent,
R 801 , R 802 , R 803 Each of R 804 is independently a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group, an optionally substituted alkenyl group, or an optionally substituted aryl group;
R 805 is an optionally substituted alkyl group, an optionally substituted alkenyl group, or an optionally substituted aryl group.

一般式(9):   General formula (9):

Figure 2010086955
Figure 2010086955

一般式(9)中、
901は、−X902−R901または、W901であり、
901は、−X903−R902または、W902であり、
901および、W902は、それぞれ独立に、−O−R903、−NH−R903、ハロゲン基または、前記一般式(6)、(7)もしくは、一般式(8)のいずれかで示される置換基であり、
903は、水素原子、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアルケニル基または、置換基を有してもよいアリール基であり、
901は、−NH−または、−O−であり、
902、及びX903は、それぞれ独立に、−NH−、−O−、−CONH−、−SO2NH−、−CH2NH−または−CH2NHCOCH2NH−であり、
901は、炭素数1〜20で構成された、置換基を有してもよいアルキレン基、置換基を有してもよいアルケニレン基、又は置換基を有してもよいアリーレン基であり、
901および、R902は、それぞれ独立に、有機色素残基、置換基を有していてもよい複素環残基または、置換基を有していてもよい芳香族環残基である。
In general formula (9),
T 901 is -X 902 -R 901 or W 901 ,
U 901 is -X 903 -R 902 or W 902 ;
W 901 and W 902 are each independently represented by —O—R 903 , —NH—R 903 , a halogen group, or any one of General Formula (6), (7), or General Formula (8). A substituent,
R 903 is a hydrogen atom, an alkyl group that may have a substituent, an alkenyl group that may have a substituent, or an aryl group that may have a substituent,
X 901 is —NH— or —O—;
X 902, and X 903 each independently, -NH -, - O -, - CONH -, - SO 2 NH -, - CH 2 NH- or a -CH 2 NHCOCH 2 NH-,
Y 901 is an alkylene group which has 1 to 20 carbon atoms and may have a substituent, an alkenylene group which may have a substituent, or an arylene group which may have a substituent,
R 901 and R 902 are each independently an organic dye residue, a heterocyclic residue which may have a substituent, or an aromatic ring residue which may have a substituent.

一般式(5)のR501、並びに、一般式(9)のR901および、R902で表される有機色素残基としては、例えばジケトピロロピロール系色素、アゾ、ジスアゾ、ポリアゾ等のアゾ系色素、フタロシアニン系色素、ジアミノジアントラキノン、アントラピリミジン、フラバントロン、アントアントロン、インダントロン、ピラントロン、ビオラントロン等のアントラキノン系色素、キナクリドン系色素、ジオキサジン系色素、ぺリノン系色素、ぺリレン系色素、チオインジゴ系色素、イソインドリン系色素、イソインドリノン系色素、キノフタロン系色素、スレン系色素、及び金属錯体系色素等が挙げられる。とりわけ、金属による電池の短絡を抑制する効果を高めるためには、金属錯体系色素ではない有機色素残基の使用が好ましい。 Examples of the organic dye residue represented by R 501 of the general formula (5) and R 901 and R 902 of the general formula (9) include azo such as diketopyrrolopyrrole dye, azo, disazo, polyazo and the like. Dyes, phthalocyanine dyes, diaminodianthraquinones, anthrapyrimidines, flavantrons, anthanthrones, indantrons, pyrantrons, violanthrones, anthraquinone dyes, quinacridone dyes, dioxazine dyes, perinone dyes, perylene dyes, Examples thereof include thioindigo dyes, isoindoline dyes, isoindolinone dyes, quinophthalone dyes, selenium dyes, and metal complex dyes. In particular, in order to enhance the effect of suppressing the short circuit of the battery due to metal, it is preferable to use an organic dye residue that is not a metal complex dye.

一般式(5)のR501、並びに、一般式(9)のR901および、R902で表される複素環残基および芳香族環残基としては、例えば、チオフェン、フラン、ピリジン、ピラジン、トリアジン、ピラゾール、ピロール、イミダゾール、イソインドリン、イソインドリノン、ベンズイミダゾロン、ベンズチアゾール、ベンズトリアゾール、インドール、キノリン、カルバゾール、アクリジン、ベンゼン、ナフタリン、アントラセン、フルオレン、フェナントレン、アントラキノン、及びアクリドン等が挙げられる。これらの複素環残基、及び芳香族環残基は、アルキル基(メチル基、エチル基、ブチル基等)、アミノ基、アルキルアミノ基(ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、及びジブチルアミノ基等)、ニトロ基、水酸基、アルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、及びブトキシ基等)、ハロゲン(塩素、臭素、及びフッ素等)、フェニル基(アルキル基、アミノ基、アルキルアミノ基、ニトロ基、水酸基、アルコキシ基、又はハロゲン等で置換されていてもよい)、並びに、フェニルアミノ基(アルキル基、アミノ基、アルキルアミノ基、ニトロ基、水酸基、アルコキシ基、又はハロゲン等で置換されていてもよい)等の置換基を有していてもよい。 Examples of R 501 in the general formula (5) and R 901 and R 902 in the general formula (9) include heterocyclic residues and aromatic ring residues, such as thiophene, furan, pyridine, pyrazine, Examples include triazine, pyrazole, pyrrole, imidazole, isoindoline, isoindolinone, benzimidazolone, benzthiazole, benztriazole, indole, quinoline, carbazole, acridine, benzene, naphthalene, anthracene, fluorene, phenanthrene, anthraquinone, and acridone. It is done. These heterocyclic residues and aromatic ring residues are alkyl groups (methyl group, ethyl group, butyl group, etc.), amino groups, alkylamino groups (dimethylamino group, diethylamino group, dibutylamino group, etc.), Nitro group, hydroxyl group, alkoxy group (methoxy group, ethoxy group, butoxy group, etc.), halogen (chlorine, bromine, fluorine, etc.), phenyl group (alkyl group, amino group, alkylamino group, nitro group, hydroxyl group, alkoxy) Group, or may be substituted with a halogen, etc.), and a phenylamino group (which may be substituted with an alkyl group, an amino group, an alkylamino group, a nitro group, a hydroxyl group, an alkoxy group, or a halogen), etc. You may have the substituent of.

一般式(6)及び(7)中のR601、R602、R701および、R702は、それぞれ独立に、水素原子、置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいアルケニル基、置換されていてもよいアリール基もしくは、R601とR602または、R701とR702とで一体となって更なる窒素、酸素、若しくは硫黄原子を含む、置換されていてもよい複素環残基である。 R 601 , R 602 , R 701 and R 702 in the general formulas (6) and (7) are each independently a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group, an optionally substituted alkenyl group, An optionally substituted aryl group, or an optionally substituted heterocyclic residue comprising R 601 and R 602 or R 701 and R 702 together with an additional nitrogen, oxygen or sulfur atom It is.

一般式(5)〜(9)のY501、Y601、Y701、Y801および、Y901は、それぞれ独立に、炭素数20以下の置換基を有していてもよいアルキレン基、アルケニレン基または、アリーレン基を表すが、好ましくは置換されていてもよいフェニレン基、ビフェニレン基、ナフチレン基または、炭素数が10以下の側鎖を有していてもよいアルキレン基が挙げられる。 Y 501 , Y 601 , Y 701 , Y 801 and Y 901 in the general formulas (5) to (9) are each independently an alkylene group or an alkenylene group which may have a substituent having 20 or less carbon atoms. Alternatively, an arylene group, which may be substituted, may preferably be a phenylene group, a biphenylene group, a naphthylene group, or an alkylene group that may have a side chain having 10 or less carbon atoms.

一般式(10):   General formula (10):

Figure 2010086955
Figure 2010086955

一般式(10)中、
1001は、下記一般式(6)、(7)および、(8)で示される群から選ばれる少なくとも1つのものであり、
1001は、1〜4の整数であり、
1001は、有機色素残基、置換基を有していてもよい複素環残基、又は置換基を有していてもよい芳香族残基である。
In general formula (10),
Z 1001 is at least one selected from the group represented by the following general formulas (6), (7) and (8),
n 1001 is an integer of 1 to 4,
R 1001 is an organic dye residue, a heterocyclic residue which may have a substituent, or an aromatic residue which may have a substituent.

一般式(6):   General formula (6):

Figure 2010086955
Figure 2010086955

一般式(6)中、
601は、直接結合、−SO2−、−CO−、−CH2NHCOCH2−、−CH2NHCONHCH2−、−CH2−または、−X602−Y601−X603−であり、
602は、−NH−、又は−O−であり、
603は、直接結合、−SO2−、−CO−、−CH2NHCOCH2−、−CH2NHCONHCH2−または、−CH2−であり、
601は、炭素数1〜20で構成された、置換基を有してもよいアルキレン基、置換基を有してもよいアルケニレン基、又は置換基を有してもよいアリーレン基であり、
vは、1〜10の整数であり、R601 およびR602は、それぞれ独立に、水素原子、置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいアルケニル基、置換されていてもよいアリール基または、R601 とR602とで一体となって更なる窒素、酸素、若しくは硫黄原子を含む置換されていてもよい複素環残基である。
In general formula (6),
X 601 represents a direct bond, -SO 2 -, - CO - , - CH 2 NHCOCH 2 -, - CH 2 NHCONHCH 2 -, - CH 2 - or, -X 602 -Y 601 -X 603 - a and,
X 602 is —NH— or —O—;
X 603 represents a direct bond, -SO 2 -, - CO - , - CH 2 NHCOCH 2 -, - CH 2 NHCONHCH 2 - or, -CH 2 - is,
Y 601 is an alkylene group which may have a substituent, an alkenylene group which may have a substituent, or an arylene group which may have a substituent, having 1 to 20 carbon atoms.
v is an integer of 1 to 10, and R 601 And R 602 each independently represents a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group, an optionally substituted alkenyl group, an optionally substituted aryl group, or R 601 And R 602 together with an optionally substituted heterocyclic residue containing a nitrogen, oxygen or sulfur atom.

一般式(7):   General formula (7):

Figure 2010086955
Figure 2010086955

一般式(7)中、
701は、直接結合、−SO2−、−CO−、−CH2NHCOCH2−、−CH2NHCONHCH2−、−CH2−または、−X702−Y701−X703−であり、
702は、−NH−、又は−O−であり、
703は、直接結合、−SO2−、−CO−、−CH2NHCOCH2−、−CH2NHCONHCH2−または、−CH2−であり、
701は、炭素数1〜20で構成された、置換基を有してもよいアルキレン基、置換基を有してもよいアルケニレン基または、置換基を有してもよいアリーレン基であり、
701 およびR702は、それぞれ独立に、水素原子、置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいアルケニル基、置換されていてもよいアリール基または、R701 とR702とで一体となって更なる窒素、酸素、若しくは硫黄原子を含む置換されていてもよい複素環残基である。
In general formula (7),
X 701 represents a direct bond, -SO 2 -, - CO - , - CH 2 NHCOCH 2 -, - CH 2 NHCONHCH 2 -, - CH 2 - or, -X 702 -Y 701 -X 703 - a and,
X 702 is —NH— or —O—;
X 703 represents a direct bond, -SO 2 -, - CO - , - CH 2 NHCOCH 2 -, - CH 2 NHCONHCH 2 - or, -CH 2 - is,
Y 701 is an alkylene group which has 1 to 20 carbon atoms and may have a substituent, an alkenylene group which may have a substituent, or an arylene group which may have a substituent,
R 701 And R 702 each independently represent a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group, an optionally substituted alkenyl group, an optionally substituted aryl group, or, R 701 And R 702 together may be an optionally substituted heterocyclic residue containing an additional nitrogen, oxygen or sulfur atom.

一般式(8):   General formula (8):

Figure 2010086955
Figure 2010086955

一般式(8)中、
801は、直接結合、−SO2−、−CO−、−CH2NHCOCH2−、−CH2NHCONHCH2−、−CH2−または、−X802−Y801−X803−であり、
802は、−NH−、又は−O−であり、
803は、直接結合、−SO2−、−CO−、−CH2NHCOCH2−、−CH2NHCONHCH2−または、−CH2−であり、
801は、炭素数1〜20で構成された、置換基を有してもよいアルキレン基、置換基を有してもよいアルケニレン基、又は置換基を有してもよいアリーレン基であり、
801 、R802 、R803 および、R804は、それぞれ独立に、水素原子、置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいアルケニル基、又は置換されていてもよいアリール基であり、
805は、置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいアルケニル基、又は置換されていてもよいアリール基である。
In general formula (8),
X 801 represents a direct bond, -SO 2 -, - CO - , - CH 2 NHCOCH 2 -, - CH 2 NHCONHCH 2 -, - CH 2 - or, -X 802 -Y 801 -X 803 - a and,
X 802 is —NH— or —O—;
X 803 represents a direct bond, -SO 2 -, - CO - , - CH 2 NHCOCH 2 -, - CH 2 NHCONHCH 2 - or, -CH 2 - is,
Y 801 is an alkylene group which has 1 to 20 carbon atoms and may have a substituent, an alkenylene group which may have a substituent, or an arylene group which may have a substituent,
R 801 , R 802 , R 803 Each of R 804 is independently a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group, an optionally substituted alkenyl group, or an optionally substituted aryl group;
R 805 is an optionally substituted alkyl group, an optionally substituted alkenyl group, or an optionally substituted aryl group.

一般式(10)のR1001で表される有機色素残基としては、例えばジケトピロロピロール系色素、アゾ、ジスアゾ、ポリアゾ等のアゾ系色素、フタロシアニン系色素、ジアミノジアントラキノン、アントラピリミジン、フラバントロン、アントアントロン、インダントロン、ピラントロン、ビオラントロン等のアントラキノン系色素、キナクリドン系色素、ジオキサジン系色素、ぺリノン系色素、ぺリレン系色素、チオインジゴ系色素、イソインドリン系色素、イソインドリノン系色素、キノフタロン系色素、スレン系色素、及び金属錯体系色素等が挙げられる。とりわけ、金属による電池の短絡を抑制する効果を高めるためには、金属錯体系色素ではない有機色素残基の使用が好ましい。 Examples of the organic dye residue represented by R 1001 in formula (10) include diketopyrrolopyrrole dyes, azo dyes such as azo, disazo, and polyazo, phthalocyanine dyes, diaminodianthraquinone, anthrapyrimidine, and flavan. Anthraquinone dyes such as Throne, Antanthrone, Indanthrone, Pyrantron, Biolantron, Quinacridone dyes, Dioxazine dyes, Perinone dyes, Perylene dyes, Thioindigo dyes, Isoindoline dyes, Isoindolinone dyes, Examples thereof include quinophthalone dyes, selenium dyes, and metal complex dyes. In particular, in order to enhance the effect of suppressing the short circuit of the battery due to metal, it is preferable to use an organic dye residue that is not a metal complex dye.

また、一般式(10)のR1001で表される複素環残基及び芳香族環残基としては、例えば、チオフェン、フラン、ピリジン、ピラゾール、ピロール、イミダゾール、イソインドリン、イソインドリノン、ベンズイミダゾロン、ベンズチアゾール、ベンズトリアゾール、インドール、キノリン、カルバゾール、アクリジン、ベンゼン、ナフタリン、アントラセン、フルオレン、フェナントレン、アントラキノン、及びアクリドン等が挙げられる。これらの複素環残基及び芳香族環残基は、アルキル基(メチル基、エチル基、及びブチル基等)、アミノ基、アルキルアミノ基(ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、及びジブチルアミノ基等)、ニトロ基、水酸基、アルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、及びブトキシ基等)、ハロゲン(塩素、臭素、及びフッ素等)、フェニル基(アルキル基、アミノ基、アルキルアミノ基、ニトロ基、水酸基、アルコキシ基、及びハロゲン等で置換されていてもよい)、並びに、フェニルアミノ基(アルキル基、アミノ基、アルキルアミノ基、ニトロ基、水酸基、アルコキシ基、及びハロゲン等で置換されていてもよい)等の置換基を有していてもよい。 Examples of the heterocyclic residue and aromatic ring residue represented by R 1001 in the general formula (10) include thiophene, furan, pyridine, pyrazole, pyrrole, imidazole, isoindoline, isoindolinone, and benzimidazo. Examples include Ron, benzthiazole, benztriazole, indole, quinoline, carbazole, acridine, benzene, naphthalene, anthracene, fluorene, phenanthrene, anthraquinone, and acridone. These heterocyclic residues and aromatic ring residues are alkyl groups (such as methyl, ethyl, and butyl groups), amino groups, alkylamino groups (such as dimethylamino groups, diethylamino groups, and dibutylamino groups), Nitro group, hydroxyl group, alkoxy group (methoxy group, ethoxy group, butoxy group, etc.), halogen (chlorine, bromine, fluorine, etc.), phenyl group (alkyl group, amino group, alkylamino group, nitro group, hydroxyl group, alkoxy) Group, and optionally substituted with halogen, etc.), phenylamino group (which may be substituted with alkyl group, amino group, alkylamino group, nitro group, hydroxyl group, alkoxy group, halogen, etc.), etc. You may have the substituent of.

一般式(6)及び(7)中のR601、R602、R701および、R702は、それぞれ独立に、水素原子、置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいアルケニル基、置換されていてもよいアリール基もしくは、R601とR602または、R701とR702とで一体となって更なる窒素、酸素、若しくは硫黄原子を含む、置換されていてもよい複素環残基である。 R 601 , R 602 , R 701 and R 702 in the general formulas (6) and (7) are each independently a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group, an optionally substituted alkenyl group, An optionally substituted aryl group, or an optionally substituted heterocyclic residue comprising R 601 and R 602 or R 701 and R 702 together with an additional nitrogen, oxygen or sulfur atom It is.

一般式(6)〜(8)で示される置換基を形成するために使用されるアミン成分としては、例えば、
ジメチルアミン、ジエチルアミン、メチルエチルアミン、N,N−エチルイソプロピルアミン、N,N−エチルプロピルアミン、N,N−メチルブチルアミン、N,N−メチルイソブチルアミン、N,N−ブチルエチルアミン、N,N−tert−ブチルエチルアミン、ジイソプロピルアミン、ジプロピルアミン、N,N−sec−ブチルプロピルアミン、ジブチルアミン、ジ−sec−ブチルアミン、ジイソブチルアミン、N,N−イソブチル−sec−ブチルアミン、ジアミルアミン、ジイソアミルアミン、ジヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン、ジ(2−エチルへキシル)アミン、ジオクチルアミン、N,N−メチルオクタデシルアミン、ジデシルアミン、ジアリルアミン、N,N−エチル−1,2−ジメチルプロピルアミン、N,N−メチルヘキシルアミン、ジオレイルアミン、ジステアリルアミン、N,N−ジメチルアミノメチルアミン、N,N−ジメチルアミノエチルアミン、N,N−ジメチルアミノアミルアミン、N,N−ジメチルアミノブチルアミン、N,N−ジエチルアミノエチルアミン、N,N−ジエチルアミノプロピルアミン、N,N−ジエチルアミノヘキシルアミン、N,N−ジエチルアミノブチルアミン、N,N−ジエチルアミノペンチルアミン、N,N−ジプロピルアミノブチルアミン、N,N−ジブチルアミノプロピルアミン、N,N−ジブチルアミノエチルアミン、N,N−ジブチルアミノブチルアミン、N,N−ジイソブチルアミノペンチルアミン、N,N−メチルーラウリルアミノプロピルアミン、N,N−エチルーヘキシルアミノエチルアミン、N,N−ジステアリルアミノエチルアミン、N,N−ジオレイルアミノエチルアミン、N,N−ジステアリルアミノブチルアミン、ピペリジン、2−ピペコリン、3−ピペコリン、4−ピペコリン、2,4−ルペチジ ン、2,6−ルペチジン、3,5−ルペチジン、3−ピペリジンメタノール、ピペコリン酸、イソニペコチン酸、イソニコペチン酸メチル、イソニコペチン酸エチル、2−ピペリジンエタノール、ピロリジン、3−ヒドロキシピロリジン、N−アミノエチルピペリジン、N−アミノエチル−4−ピペコリン、N−アミノエチルモルホリン、N−アミノプロピルピペリジン、N−アミノプロピル−2−ピペコリン、N−アミノプロピル−4−ピペコリン、N−アミノプロピルモルホリン、N−メチルピペラジン、N−ブチルピペラジン、N−メチルホモピペラジン、1−シクロペンチルピペラジン、1−アミノ−4−メチルピペラジン、及び1−シクロペンチルピペラジン等が挙げられる。
Examples of the amine component used for forming the substituents represented by the general formulas (6) to (8) include:
Dimethylamine, diethylamine, methylethylamine, N, N-ethylisopropylamine, N, N-ethylpropylamine, N, N-methylbutylamine, N, N-methylisobutylamine, N, N-butylethylamine, N, N- tert-butylethylamine, diisopropylamine, dipropylamine, N, N-sec-butylpropylamine, dibutylamine, di-sec-butylamine, diisobutylamine, N, N-isobutyl-sec-butylamine, diamylamine, diisoamylamine, Dihexylamine, dicyclohexylamine, di (2-ethylhexyl) amine, dioctylamine, N, N-methyloctadecylamine, didecylamine, diallylamine, N, N-ethyl-1,2-dimethylpropylamine, , N-methylhexylamine, dioleylamine, distearylamine, N, N-dimethylaminomethylamine, N, N-dimethylaminoethylamine, N, N-dimethylaminoamylamine, N, N-dimethylaminobutylamine, N, N-diethylaminoethylamine, N, N-diethylaminopropylamine, N, N-diethylaminohexylamine, N, N-diethylaminobutylamine, N, N-diethylaminopentylamine, N, N-dipropylaminobutylamine, N, N-dibutyl Aminopropylamine, N, N-dibutylaminoethylamine, N, N-dibutylaminobutylamine, N, N-diisobutylaminopentylamine, N, N-methyl-laurylaminopropylamine, N, N-ethyl-hexylaminoe Ruamine, N, N-distearylaminoethylamine, N, N-dioleylaminoethylamine, N, N-distearylaminobutylamine, piperidine, 2-pipecoline, 3-pipecoline, 4-pipecoline, 2,4-rupetidin, 2,6-lupetidine, 3,5-lupetidine, 3-piperidinemethanol, pipecolic acid, isonipecotic acid, methyl isonicopetinate, ethyl isonicopetinate, 2-piperidineethanol, pyrrolidine, 3-hydroxypyrrolidine, N-aminoethylpiperidine, N -Aminoethyl-4-pipecholine, N-aminoethylmorpholine, N-aminopropylpiperidine, N-aminopropyl-2-pipecoline, N-aminopropyl-4-pipecoline, N-aminopropylmorpholine, N-methylpiperazine, N Butyl piperazine, N- methyl homopiperazine, 1-cyclopentylpiperazine, 1-amino-4-methylpiperazine, and 1-cyclopentyl piperazine and the like.

本発明の塩基性官能基を有する有機色素誘導体、または、塩基性官能基を有するトリアジン誘導体の合成方法としては、特に限定されるものではないが、特開昭54−62227号公報、特開昭56−118462号公報、特開昭56−166266号公報、特開昭60−88185号公報、特開昭63−305173号公報、特開平3−2676号公報、又は特開平11−199796号公報等に記載されている方法で合成することができる。   The method for synthesizing the organic dye derivative having a basic functional group or the triazine derivative having a basic functional group according to the present invention is not particularly limited, but is described in JP-A No. 54-62227 and JP-A No. Sho. JP 56-118462, JP 56-166266, JP 60-88185, JP 63-305173, JP 3-2676, or JP 11-199796, etc. It can be synthesized by the method described in 1.

例えば、有機色素に、一般式(11)〜一般式(14)で示される置換基を導入した後、これら置換機とアミン成分(例えば、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、N−メチルピペラジン、ジエチルアミン、若しくは4−[4−ヒドロキシ−6−[3−(ジブチルアミノ)プロピルアミノ]−1,3,5−トリアジン−2−イルアミノ]アニリン等)を反応させることによって、合成することができる。
一般式(11):−SO2Cl
一般式(12):−COCl
一般式(13):−CH2NHCOCH2Cl
一般式(14):−CH2Cl
また、例えば、一般式(11)で示される置換基を導入する場合には、有機色素をクロロスルホン酸に溶解して、塩化チオニル等の塩素化剤を反応させるが、このときの反応温度、反応時間等の条件により、有機色素に導入する一般式(11)で示される置換基数をコントロールすることができる。
For example, after introducing a substituent represented by the general formula (11) to the general formula (14) into an organic dye, these substituent and an amine component (for example, N, N-dimethylaminopropylamine, N-methylpiperazine, It can be synthesized by reacting diethylamine, 4- [4-hydroxy-6- [3- (dibutylamino) propylamino] -1,3,5-triazin-2-ylamino] aniline, etc.).
Formula (11): —SO 2 Cl
Formula (12): -COCl
Formula (13): —CH 2 NHCOCH 2 Cl
Formula (14): —CH 2 Cl
For example, when introducing the substituent represented by the general formula (11), the organic dye is dissolved in chlorosulfonic acid and reacted with a chlorinating agent such as thionyl chloride. The number of substituents represented by the general formula (11) introduced into the organic dye can be controlled by conditions such as reaction time.

また、一般式(12)で示される置換基を導入する場合には、まずカルボキシル基を有する有機色素を公知の方法で合成した後、ベンゼン等の芳香族溶媒中で塩化チオニル等の塩素化剤を反応させる方法等が挙げられる。   In addition, when introducing the substituent represented by the general formula (12), first, an organic dye having a carboxyl group is synthesized by a known method, and then a chlorinating agent such as thionyl chloride in an aromatic solvent such as benzene. And the like.

一般式(11)〜一般式(14)で示される置換基とアミン成分との反応時には、一般式(11)〜一般式(14)で示される置換基の一部が加水分解して、塩素が水酸基に置換することがある。その場合、一般式(11)で示される置換基はスルホン酸基となり、一般式(12)で示される置換基はカルボン酸基となるが、いずれも遊離酸のままでもよく、また、1〜3価の金属若しくは、上記のアミンと塩を形成していてもよい。   During the reaction of the substituent represented by the general formula (11) to the general formula (14) with the amine component, a part of the substituent represented by the general formula (11) to the general formula (14) is hydrolyzed to produce chlorine. May be substituted with a hydroxyl group. In that case, the substituent represented by the general formula (11) is a sulfonic acid group, and the substituent represented by the general formula (12) is a carboxylic acid group. A salt with a trivalent metal or the above amine may be formed.

また、有機色素がアゾ系色素である場合は、一般式(6)〜(8)または、下記一般式(15)で示される置換基をあらかじめジアゾ成分又はカップリング成分に導入し、その後カップリング反応を行うことによってアゾ系有機色素誘導体を製造することもできる。   When the organic dye is an azo dye, a substituent represented by the general formulas (6) to (8) or the following general formula (15) is previously introduced into the diazo component or the coupling component, and then coupled. An azo organic dye derivative can also be produced by carrying out the reaction.

一般式(15):   Formula (15):

Figure 2010086955
Figure 2010086955

一般式(15)中、
1501は、−NH−、−O−、−CONH−、−SO2NH−、−CH2NH−、−CH2NHCOCH2NH−、又は−X1502−Y1501−X1503−であり、
1502は、−NH−、−O−、−CONH−、−SO2NH−、−CH2NH−、−NHCO−、又は−NHSO2−であり、
1503は、それぞれ独立に、−NH−、又は−O−であり、
1501は、炭素数1〜20で構成された、置換基を有してもよいアルキレン基、置換基を有してもよいアルケニレン基、又は置換基を有してもよいアリーレン基であり、
1501は、上記一般式(6)、(7)または、(8)のいずれかで示される置換基であり、
1501は、−O−R1501、−NH−R1501、ハロゲン基、−X1501−R1502もしくは、上記一般式(6)、(7)または、(8)のいずれかで示される置換基であり、
1501は、水素原子、置換基を有してもよいアルキル基又は、置換基を有してもよいアルケニル基または、置換基を有してもよいアリール基であり、
1502は、有機色素残基、置換基を有していてもよい複素環残基、置換基を有していてもよい芳香族環残基または、上記一般式(9)で示される基である。
In general formula (15),
X 1501 is, -NH -, - O -, - CONH -, - SO 2 NH -, - CH 2 NH -, - CH 2 NHCOCH 2 NH-, or -X 1502 -Y 1501 -X 1503 - a and,
X 1502 is, -NH -, - O -, - CONH -, - SO 2 NH -, - CH 2 NH -, - NHCO-, or -NHSO 2 - and is,
Each X 1503 is independently —NH— or —O—;
Y 1501 is an alkylene group which has 1 to 20 carbon atoms and may have a substituent, an alkenylene group which may have a substituent, or an arylene group which may have a substituent,
P 1501 is a substituent represented by any of the above general formulas (6), (7) or (8),
Q 1501 represents —O—R 1501 , —NH—R 1501 , a halogen group, —X 1501 —R 1502, or a substituent represented by any of the above general formulas (6), (7), or (8) And
R 1501 is a hydrogen atom, an alkyl group that may have a substituent, an alkenyl group that may have a substituent, or an aryl group that may have a substituent,
R 1502 represents an organic dye residue, a heterocyclic residue which may have a substituent, an aromatic ring residue which may have a substituent, or a group represented by the general formula (9). is there.

また、本発明の塩基性官能基を有するトリアジン誘導体は、例えば、塩化シアヌルを出発原料とし、塩化シアヌルの少なくとも1つの塩素に上記一般式(6)〜(8)、又は一般式(15)で示される置換基を形成するアミン成分(例えば、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、若しくはN−メチルピペラジン等)を反応させ、次いで塩化シアヌルの残りの塩素と種々のアミン又はアルコール等を反応させることによって得られる。   In addition, the triazine derivative having a basic functional group of the present invention uses, for example, cyanuric chloride as a starting material, and at least one chlorine of cyanuric chloride is represented by the above general formulas (6) to (8) or general formula (15). Reacting the amine component (eg, N, N-dimethylaminopropylamine, N-methylpiperazine, etc.) that forms the indicated substituents, and then reacting the remaining chlorine of cyanuric chloride with various amines, alcohols, etc. Obtained by.

本発明の分散剤は、添加した分散剤が炭素材料表面に作用(例えば吸着)することにより、分散効果を発揮するものと思われる。酸性官能基を有する有機色素誘導体、酸性官能基を有するトリアジン誘導体、塩基性官能基を有する有機色素誘導体、および、塩基性官能基を有するトリアジン誘導体から選ばれる1種以上を、溶剤中に完全ないしは一部溶解させ、その溶液中に炭素材料を添加、混合することで、これら分散剤の炭素材料への作用が進むものと思われる。そして、炭素材料表面に作用した分散剤が有する酸性官能基もしくは、塩基性官能基が分極ないしは解離することにより、電気的な相互作用(反発作用)が誘起され、炭素材料の解凝集が起こるものと思われる。   The dispersant of the present invention is considered to exhibit a dispersion effect by the action of the added dispersant on the surface of the carbon material (for example, adsorption). One or more selected from an organic dye derivative having an acidic functional group, a triazine derivative having an acidic functional group, an organic dye derivative having a basic functional group, and a triazine derivative having a basic functional group in a solvent. It is considered that the action of these dispersants on the carbon material proceeds by partially dissolving the carbon material and adding and mixing the carbon material in the solution. And, when the acidic functional group or basic functional group of the dispersant acting on the surface of the carbon material is polarized or dissociated, an electrical interaction (repulsive action) is induced, and the carbon material is deagglomerated. I think that the.

よって、本発明の炭素材料分散体では、炭素材料表面に直接官能基を導入(共有結合)せず、さらに分散樹脂を使用することなく、良好な分散状態を得ることができる。これらのことから、炭素材料の導電性を低下させることなく良好な分散状態を得ることができる。炭素材料が良好に分散した本発明の炭素材料分散体を用いることにより、均一性の高い炭素材料と活物質の複合材料を作製することが可能となる。また、炭素材料表面に導入された酸性官能基もしくは塩基性官能基の極性により、上記の分散による均一性の付与とあいまって、炭素材料と活物質の複合材料の電解液に対する濡れ性が向上することが期待できる。   Therefore, in the carbon material dispersion of the present invention, a good dispersion state can be obtained without directly introducing (covalently bonding) a functional group to the surface of the carbon material and without using a dispersion resin. For these reasons, a good dispersion state can be obtained without reducing the conductivity of the carbon material. By using the carbon material dispersion of the present invention in which the carbon material is well dispersed, a highly uniform composite material of the carbon material and the active material can be produced. In addition, the polarity of the acidic functional group or basic functional group introduced on the surface of the carbon material improves the wettability of the composite material of the carbon material and the active material with respect to the electrolyte, combined with the provision of uniformity due to the dispersion described above. I can expect that.

<分散助剤>
本発明の炭素材料分散体には、更に分散助剤として塩基性化合物もしくは、酸性化合物を添加することが好ましい。
<Dispersing aid>
It is preferable to add a basic compound or an acidic compound as a dispersion aid to the carbon material dispersion of the present invention.

分散剤として、酸性官能基を有する酸性官能基を有する有機色素誘導体または酸性官能基を有するトリアジン誘導体を使用する場合は、分散助剤として、塩基性化合物を添加するのが好ましい。   When an organic dye derivative having an acidic functional group having an acidic functional group or a triazine derivative having an acidic functional group is used as a dispersing agent, it is preferable to add a basic compound as a dispersing aid.

このとき用いる塩基性化合物としては、特に限定はされないが、アルカリ金属等の金属水酸化物、弱酸と強塩基との反応によって生ずる塩類、アンモニア、アミノ基含有有機化合物等の塩基が挙げられる。特にアミノ基含有有機化合物が好ましい。その中でも、電池電極用複合材料作製時の乾燥工程で分解又は揮発する塩基性化合物の使用が好ましい。また、本発明は分散樹脂、すなわち高分子量の分散剤を使用することなく良好な分散状態を得ることが特徴であるため、分子量500以下が好ましく、分子量300以下が更に好ましい。   Although it does not specifically limit as a basic compound used at this time, Bases, such as salts produced by reaction of a metal hydroxide, such as an alkali metal, and a weak acid, and a strong base, ammonia, an amino-group containing organic compound, are mentioned. An amino group-containing organic compound is particularly preferable. Among them, it is preferable to use a basic compound that decomposes or volatilizes in the drying step when preparing the battery electrode composite material. In addition, since the present invention is characterized in that a good dispersion state is obtained without using a dispersion resin, that is, a high molecular weight dispersant, the molecular weight is preferably 500 or less, and more preferably 300 or less.

これらの塩基が、酸性官能基を有する有機色素誘導体または酸性官能基を有するトリアジン誘導体から選ばれる1種以上の塩基性官能基と作用(たとえば、中和によるイオン対の形成(造塩)、およびイオン対(塩)の分極ないしは解離等)することにより、これら分散剤の溶解性が上がるとともに、これら分散剤が作用(例えば吸着)した炭素材料表面に電気的な相互作用(例えば、炭素材料表面に吸着した分散剤アニオンどうしの静電反発、また、解離した塩基カチオンによって形成される電気二重層による反発作用等)が誘起され、炭素材料の解凝集が促進されるものと思われる。   These bases act with one or more basic functional groups selected from organic dye derivatives having acidic functional groups or triazine derivatives having acidic functional groups (for example, formation of ion pairs by neutralization (salt formation), and When the ion pair (salt) is polarized or dissociated, the solubility of these dispersants increases, and electrical interaction (eg, the surface of the carbon material) occurs on the surface of the carbon material on which these dispersants act (eg, adsorb). It is considered that the electrostatic repulsion between the dispersant anions adsorbed on the surface and the repulsive action by the electric double layer formed by the dissociated base cation are induced, and the deagglomeration of the carbon material is promoted.

また、分散剤として、塩基性官能基を有する有機色素誘導体、または塩基性官能基を有するトリアジン誘導体を使用する場合は、分散助剤として酸性化合物を添加することが好ましい。
このとき用いる酸性化合物としては、特に限定されないが、塩酸、硫酸、硝酸、燐酸、強酸と弱塩基の反応によって得られる塩類の無機化合物、カルボン酸類、燐酸類、スルホン酸類の様な有機酸等が使用できる。中でも、電池電極用複合材料作製時の乾燥工程で分解または揮発する酸の使用が好ましい。また、本発明は分散樹脂、すなわち高分子量の分散剤を使用することなく良好な分散状態を得ることが特徴であるため、分子量が300以下好ましくは200以下の酸の使用が望ましい。また、後述する電極活物質との反応性が低い酸の使用が好ましく、とりわけ有機酸類、特にカルボン酸類が好ましい。具体的には、例えば、蟻酸、エタン酸(酢酸)、フルオロ酢酸、プロピオン酸、酪酸、シュウ酸、マロン酸、琥珀酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸等が挙げられる。
Moreover, when using the organic pigment derivative which has a basic functional group, or the triazine derivative which has a basic functional group as a dispersing agent, it is preferable to add an acidic compound as a dispersing aid.
The acidic compound used at this time is not particularly limited, but includes hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, salts of inorganic compounds obtained by the reaction of strong acids and weak bases, organic acids such as carboxylic acids, phosphoric acids, and sulfonic acids. Can be used. Among them, it is preferable to use an acid that decomposes or volatilizes in the drying step when preparing the battery electrode composite material. Further, since the present invention is characterized by obtaining a good dispersion state without using a dispersion resin, that is, a high molecular weight dispersant, it is desirable to use an acid having a molecular weight of 300 or less, preferably 200 or less. Further, it is preferable to use an acid having low reactivity with the electrode active material described later, and organic acids, particularly carboxylic acids are particularly preferable. Specifically, for example, formic acid, ethanoic acid (acetic acid), fluoroacetic acid, propionic acid, butyric acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, acrylic acid, methacrylic acid, Examples include crotonic acid, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, citraconic acid and the like.

これらの酸が、塩基性官能基を有する有機色素誘導体、または塩基性官能基を有するトリアジン誘導体から選ばれる1種以上の塩基性官能基と作用(たとえば、中和によるイオン対の形成(造塩)、およびイオン対(塩)の分極ないしは解離等)することにより、これら分散剤の溶解性が上がるとともに、これら分散剤が作用(例えば吸着)した炭素材料表面に電気的な相互作用(例えば、炭素材料表面に吸着した分散剤カチオンどうしの静電反発、また、解離した酸アニオンによって形成される電気二重層による反発作用等)が誘起され、炭素材料の解凝集が促進されるものと思われる。   These acids react with one or more basic functional groups selected from organic dye derivatives having basic functional groups or triazine derivatives having basic functional groups (for example, formation of ion pairs by neutralization (salt formation) ), And ion pair (salt) polarization or dissociation, etc., the solubility of these dispersants increases, and electrical interaction (for example, on the surface of the carbon material on which these dispersants act (for example, adsorption)) Electrostatic repulsion between dispersant cations adsorbed on the surface of the carbon material, and repulsion by the electric double layer formed by dissociated acid anions) are induced, which seems to promote deagglomeration of the carbon material. .

<溶剤>
本発明に使用される溶剤としては、例えば、アルコール類、グリコール類、セロソルブ類、アミノアルコール類、アミン類、ケトン類、カルボン酸アミド類、リン酸アミド類、スルホキシド類、カルボン酸エステル類、リン酸エステル類、エーテル類、ニトリル類、水等が挙げられるが、これらに限定されない。また、本発明における溶剤は、電池電極用複合材料を作製するために使用されるものと、電極用合材ペーストを作製するために使用されるものとがあるが、両者が同じ溶剤であってもかまわないし、異なる溶剤であってもよい。また、二種類以上の溶剤の混合物であってもよい。
<Solvent>
Examples of the solvent used in the present invention include alcohols, glycols, cellosolves, amino alcohols, amines, ketones, carboxylic acid amides, phosphoric acid amides, sulfoxides, carboxylic acid esters, phosphorus Examples include, but are not limited to, acid esters, ethers, nitriles, and water. In addition, the solvent in the present invention includes a solvent used for preparing a composite material for battery electrodes and a solvent used for preparing a composite paste for electrodes. It may be a different solvent. Moreover, the mixture of two or more types of solvents may be sufficient.

電池電極用複合材料を作製するために使用される溶剤としては、比誘電率が15以上の極性溶剤を使用することが好ましい。比誘電率は、溶剤の極性の強さを表す指標のひとつであり、浅原ほか編「溶剤ハンドブック」((株)講談社サイエンティフィク、1990年)等に記載されている。   As a solvent used for producing the battery electrode composite material, it is preferable to use a polar solvent having a relative dielectric constant of 15 or more. The relative dielectric constant is one of the indices indicating the strength of the polarity of the solvent, and is described in Asahara et al., “Solvent Handbook” (Kodansha Scientific Co., Ltd., 1990).

例えば、メチルアルコール(比誘電率:33.1)、エチルアルコール(23.8)、2−プロパノール(18.3)、1−ブタノール(17.1)、1,2−エタンジオール(38.66)、1,2−プロパンジオール(32.0)、1,3−プロパンジオール(35.0)、1,4−ブタンジオール(31.1)、ジエチレングリコール(31.69)、2−メトキシエタノール(16.93)、2−エトキシエタノール(29.6)、2−アミノエタノール(37.7)、アセトン(20.7)、メチルエチルケトン(18.51)、ホルムアミド(111.0)、N−メチルホルムアミド(182.4)、N,N−ジメチルホルムアミド(36.71)、N−メチルアセトアミド(191.3)、N,N−ジメチルアセトアミド(37.78)、N−メチルプロピオンアミド(172.2)、N−メチルピロリドン(32.0)、ヘキサメチル燐酸トリアミド(29.6)、ジメチルスルホキシド(48.9)、スルホラン(43.3)、アセトニトリル(37.5)、プロピオニトリル(29.7)、水(80.1)等が挙げられるが、これらに限定されない。   For example, methyl alcohol (dielectric constant: 33.1), ethyl alcohol (23.8), 2-propanol (18.3), 1-butanol (17.1), 1,2-ethanediol (38.66) ), 1,2-propanediol (32.0), 1,3-propanediol (35.0), 1,4-butanediol (31.1), diethylene glycol (31.69), 2-methoxyethanol ( 16.93), 2-ethoxyethanol (29.6), 2-aminoethanol (37.7), acetone (20.7), methyl ethyl ketone (18.51), formamide (111.0), N-methylformamide (182.4), N, N-dimethylformamide (36.71), N-methylacetamide (191.3), N, N-dimethylacetamide (3 .78), N-methylpropionamide (172.2), N-methylpyrrolidone (32.0), hexamethylphosphoric triamide (29.6), dimethyl sulfoxide (48.9), sulfolane (43.3), acetonitrile (37.5), propionitrile (29.7), water (80.1), and the like, but are not limited thereto.

とりわけ、比誘電率が15以上、200以下、好ましくは15以上、100以下、更に好ましくは、20以上、100以下の極性溶剤を使用することが、炭素材料の良好な分散安定性を得るのに好ましい。比誘電率が15を下回る溶剤では分散剤の溶解性が著しく低下し良好な分散が得られないことが多く、また、比誘電率が200を超える溶剤を使用しても、顕著な分散向上効果が得られないことが多い。
また、電池電極用複合材料を作製するために使用される溶剤は、活物質との反応性を鑑みつつ選定する必要がある。例えば、正極活物質として一般的に使用されるコバルト酸リチウムは、溶剤として水を使用すると、活物質中のリチウムイオンと水とが反応して、表面に水酸化リチウムなどが発生し、バインダーとして一般的に使用されるポリフッ化ビニリデンを劣化させてしまう問題や、集電体のアルミを腐食させてしまう問題などがあるが、負極活物質として一般的に使用される炭素材料は水を使用しても問題ない。使用する活物質に合わせて、反応性が低い溶剤を選択することが好ましい。
電極用合材ペーストを作製するための溶剤としては特に限定はされないが、後述するバインダー成分に対する溶解性が高いものを使用することができる。やはり、電極活物質との反応性も鑑みつつ選択することが好ましい。
<炭素材料分散体およびその製造方法>
本発明で使用する炭素材料分散体の製造方法について説明する。
In particular, the use of a polar solvent having a relative dielectric constant of 15 or more and 200 or less, preferably 15 or more and 100 or less, and more preferably 20 or more and 100 or less can provide good dispersion stability of the carbon material. preferable. Solvents with a relative dielectric constant of less than 15 often have a significant decrease in the solubility of the dispersant, and good dispersion cannot be obtained. Is often not obtained.
Moreover, it is necessary to select the solvent used in order to produce the battery electrode composite material in view of the reactivity with the active material. For example, lithium cobaltate, which is generally used as a positive electrode active material, reacts with lithium ions in the active material and water when water is used as a solvent, generating lithium hydroxide and the like on the surface, and as a binder Although there are problems such as deterioration of commonly used polyvinylidene fluoride and corrosion of current collector aluminum, carbon is generally used as the negative electrode active material. There is no problem. It is preferable to select a solvent having low reactivity in accordance with the active material to be used.
Although it does not specifically limit as a solvent for producing the composite paste for electrodes, The thing with high solubility with respect to the binder component mentioned later can be used. Again, it is preferable to select in consideration of the reactivity with the electrode active material.
<Carbon material dispersion and production method thereof>
A method for producing the carbon material dispersion used in the present invention will be described.

炭素材料の分散体は、例えば、酸性官能基を有する有機色素誘導体、酸性官能基を有するトリアジン誘導体、塩基性官能基を有する有機色素誘導体、および、塩基性官能基を有するトリアジン誘導体からなる群から選ばれる1種以上の分散剤の存在下、導電助剤としての炭素材料を溶剤に分散することにより、製造することができる。   The carbon material dispersion includes, for example, an organic dye derivative having an acidic functional group, a triazine derivative having an acidic functional group, an organic dye derivative having a basic functional group, and a triazine derivative having a basic functional group. It can manufacture by disperse | distributing the carbon material as a conductive support agent to a solvent in presence of 1 or more types of dispersing agents chosen.

上記製造方法は、本発明で使用する分散剤を、溶剤中に完全ないしは一部溶解させ、その溶液中に導電助剤としての炭素材料を添加、混合することで、これら分散剤を炭素材料に作用(例えば吸着)させつつ、溶剤に分散するのが好ましい。このときの分散体中における炭素材料の濃度は、使用する炭素材料の比表面積や表面官能基量などの炭素材料固有の特性値等にもよるが、1重量%以上、50重量%以下が好ましく、更に好ましくは5重量%以上、35重量%以下である。炭素材料の濃度が低すぎると生産効率が悪くなり、炭素材料の濃度が高すぎると分散体の粘度が著しく高くなり、分散効率や、分散体のハンドリング性が低下する場合がある。   In the above production method, the dispersant used in the present invention is completely or partially dissolved in a solvent, and a carbon material as a conductive additive is added and mixed in the solution, whereby the dispersant is converted into a carbon material. It is preferable to disperse in a solvent while acting (for example, adsorption). The concentration of the carbon material in the dispersion at this time is preferably 1% by weight or more and 50% by weight or less, although it depends on the characteristic values of the carbon material such as the specific surface area and surface functional group amount of the carbon material used. More preferably, it is 5% by weight or more and 35% by weight or less. When the concentration of the carbon material is too low, the production efficiency is deteriorated, and when the concentration of the carbon material is too high, the viscosity of the dispersion is remarkably increased, and the dispersion efficiency and the handling property of the dispersion may be lowered.

酸性官能基を有する有機色素誘導体、または酸性官能基を有するトリアジン誘導体から選ばれる1種以上の分散剤の添加量は、用いる導電助剤としての炭素材料の比表面積等により決定される。一般には、炭素材料100重量部に対して、分散剤を0.5重量部以上、40重量部以下、好ましくは1重量部以上、35重量部以下、更に好ましくは、2重量部以上、30重量部以下で添加する。分散剤の量が少ないと十分な分散効果が得られないとともに、電解液への濡れ性向上効果が十分に得られない。また、過剰に添加しても顕著な分散向上効果は得られない。   The addition amount of at least one dispersant selected from an organic dye derivative having an acidic functional group or a triazine derivative having an acidic functional group is determined by the specific surface area of the carbon material as the conductive auxiliary agent used. Generally, the dispersant is 0.5 to 40 parts by weight, preferably 1 to 35 parts by weight, more preferably 2 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon material. Add less than parts. If the amount of the dispersant is small, a sufficient dispersing effect cannot be obtained, and a sufficient wettability improving effect to the electrolytic solution cannot be obtained. Moreover, even if it adds excessively, the remarkable dispersion | distribution improvement effect is not acquired.

塩基性官能基を有する有機色素誘導体、および、塩基性官能基を有するトリアジン誘導体からなる群から選ばれる1種以上の誘導体の添加量は、用いる導電助剤としての炭素材料の比表面積等により決定される。一般には、塩基性官能基を有する有機色素誘導体、塩基性官能基を有するアントラキノン誘導体、塩基性官能基を有するアクリドン誘導体、及び塩基性官能基を有するトリアジン誘導体からなる群から選ばれる1種以上の誘導体を、炭素材料100重量部に対して、0.5重量部以上、40重量部以下、好ましくは1重量部以上、35重量部以下、さらに好ましくは、2重量部以上、30重量部以下で添加する。添加量が少ないと十分な分散効果が得られないとともに、電解液への濡れ性向上効果が十分に得られない。また、過剰に添加しても顕著な分散向上効果は得られないことがある。   The addition amount of one or more derivatives selected from the group consisting of an organic dye derivative having a basic functional group and a triazine derivative having a basic functional group is determined by the specific surface area of the carbon material as the conductive aid used Is done. Generally, at least one selected from the group consisting of organic dye derivatives having basic functional groups, anthraquinone derivatives having basic functional groups, acridone derivatives having basic functional groups, and triazine derivatives having basic functional groups The derivative is 0.5 parts by weight or more and 40 parts by weight or less, preferably 1 part by weight or more and 35 parts by weight or less, more preferably 2 parts by weight or more and 30 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the carbon material. Added. If the addition amount is small, a sufficient dispersion effect cannot be obtained, and a wettability improvement effect to the electrolytic solution cannot be obtained sufficiently. Moreover, even if it adds excessively, the remarkable dispersion | distribution improvement effect may not be acquired.

導電助剤としての炭素材料の分散粒径は、0.03μm以上、2μm以下、好ましくは、0.05μm以上、1μm以下、更に好ましくは0.05μm以上、0.5μm以下に微細化することが望ましい。炭素材料の分散粒径が0.03μm未満の分散体は、その作製が難しい場合がある。また、炭素材料の分散粒径が2μmを超える分散体を用いて、活物質複合材料を製造した場合には、活物質粒子の抵抗分布のバラつきや、低抵抗化のために、合材ペースト作成時に添加する導電助剤量を増やさなければならなくなるなどの不具合が生じる場合がある。ここでいう分散粒径とは、体積粒度分布において、粒子径の細かいものからその粒子の体積割合を積算していったときに、50%となるところの粒子径(D50)であり、一般的な粒度分布計、例えば、動的光散乱方式の粒度分布計(日機装社製「マイクロトラックUPA」)等で測定される。   The dispersed particle size of the carbon material as the conductive assistant may be reduced to 0.03 μm or more and 2 μm or less, preferably 0.05 μm or more and 1 μm or less, more preferably 0.05 μm or more and 0.5 μm or less. desirable. It may be difficult to produce a dispersion in which the carbon material has a dispersed particle size of less than 0.03 μm. In addition, when an active material composite material is manufactured using a dispersion in which the dispersed particle size of the carbon material exceeds 2 μm, a composite paste is prepared to reduce the resistance distribution of the active material particles and to reduce the resistance. Occasionally, problems such as having to increase the amount of conductive additive added may occur. The dispersed particle size referred to here is a particle size (D50) that is 50% when the volume ratio of the particles is integrated from the fine particle size distribution in the volume particle size distribution. A particle size distribution meter such as a dynamic light scattering type particle size distribution meter ("Microtrack UPA" manufactured by Nikkiso Co., Ltd.).

また、上記分散剤を炭素材料に作用(例えば吸着)させつつ、炭素材料粒子を溶剤に分散するための装置としては、顔料分散等に通常用いられている分散機が使用できる。例えば、ディスパー、ホモミキサー、プラネタリーミキサー等のミキサー類、ホモジナイザー(エム・テクニック社製「クレアミックス」、PRIMIX社「フィルミックス」等)類、ペイントコンディショナー(レッドデビル社製)、ボールミル、サンドミル(シンマルエンタープライゼス社製「ダイノミル」等)、アトライター、パールミル(アイリッヒ社製「DCPミル」等)、コボールミル等のメディア型分散機、湿式ジェットミル(ジーナス社製「ジーナスPY」、スギノマシン社製「スターバースト」、ナノマイザー社製「ナノマイザー」等)、エム・テクニック社製「クレアSS−5」、奈良機械社製「MICROS」等のメディアレス分散機、その他ロールミル等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、分散機としては、分散機からの金属混入防止処理を施したものを用いることが好ましい。   Moreover, as a device for dispersing the carbon material particles in the solvent while allowing the dispersing agent to act on the carbon material (for example, adsorption), a disperser usually used for pigment dispersion or the like can be used. For example, mixers such as dispersers, homomixers, planetary mixers, homogenizers ("Clearmix" manufactured by M Technique, PRIMIX "Fillmix", etc.), paint conditioners (manufactured by Red Devil), ball mills, sand mills ( Media type dispersers such as “Dynomill” manufactured by Shinmaru Enterprises, Inc.), Attritor, Pearl Mill (“DCP Mill” manufactured by Eirich), Coball Mill, etc., Wet Jet Mill (“Genus PY” manufactured by Genus, Sugino Machine Co., Ltd.) Media-less dispersers such as “Starburst” manufactured by Nanomizer, “Nanomizer” manufactured by Nanomizer, etc., “Claire SS-5” manufactured by M Technique, and “MICROS” manufactured by Nara Machinery Co., other roll mills, etc. It is not limited to. Moreover, as the disperser, it is preferable to use a disperser that has been subjected to a metal contamination prevention treatment from the disperser.

例えば、メディア型分散機を使用する場合は、アジテーターおよびベッセルがセラミック製または樹脂製の分散機を使用する方法や、金属製アジテーターおよびベッセル表面をタングステンカーバイド溶射や樹脂コーティング等の処理をした分散機を用いることが好ましい。そして、メディアとしては、ガラスビーズや、ジルコニアビーズ、アルミナビーズ等のセラミックビーズを用いることが好ましく、中でもジルコニアビーズの使用が好ましい。また、ロールミルを使用する場合についても、セラミック製ロールを用いることが好ましい。分散装置は、1種のみを使用しても良いし、複数種の装置を組み合わせて使用しても良い。   For example, when using a media type disperser, a disperser in which the agitator and vessel are made of a ceramic or resin disperser, or the metal agitator and vessel surface are treated with tungsten carbide spraying or resin coating. Is preferably used. And as a media, it is preferable to use ceramic beads, such as glass beads, zirconia beads, and alumina beads, and among them, the use of zirconia beads is preferable. Moreover, also when using a roll mill, it is preferable to use a ceramic roll. Only one type of dispersion device may be used, or a plurality of types of devices may be used in combination.

また、炭素材料粒子分散時に金属異物等のコンタミを除く工程を入れることが好ましい。カーボンブラック、グラファイトおよび、炭素繊維等の炭素材料には、それらの製造工程由来(ラインコンタミや触媒として)の金属異物が含まれている場合が多く、これら金属異物を除去することは、電池の短絡を防ぐために非常に重要となる。本発明では、極性官能基を有する分散剤の効果により、炭素材料粒子の凝集がよくほぐれること、および分散体の粘度が低くなるため、分散剤が未添加の場合に比して、分散体中の炭素材料粒子濃度が高い場合でも、効率良く金属異物を取り除くことができる。金属異物を除く方法としては、磁石による除鉄や、ろ過、遠心分離等の方法が挙げられる。   In addition, it is preferable to include a step of removing contaminants such as metal foreign matters when dispersing the carbon material particles. Carbon materials such as carbon black, graphite, and carbon fiber often contain metallic foreign matters derived from their manufacturing processes (as line contamination and catalysts). This is very important to prevent short circuit. In the present invention, due to the effect of the dispersant having a polar functional group, the aggregation of the carbon material particles is well loosened, and the viscosity of the dispersion is lowered. Therefore, in the dispersion, compared with the case where no dispersant is added. Even when the carbon material particle concentration is high, metallic foreign matters can be efficiently removed. Examples of methods for removing metallic foreign substances include iron removal with a magnet, filtration, and centrifugation.

<電極用活物質>
本発明で使用する正極活物質としては特に限定はされないが、リチウムイオンをドーピングまたはインターカレーション可能な金属酸化物、金属硫化物等の金属化合物、および導電性高分子等を使用することができる。
<Active material for electrodes>
The positive electrode active material used in the present invention is not particularly limited, and metal oxides that can be doped or intercalated with lithium ions, metal compounds such as metal sulfides, and conductive polymers can be used. .

例えば、リチウムマンガン複合酸化物(例えばLiMnまたはLiMnO)、リチウムニッケル複合酸化物(例えばLiNiO)、リチウムコバルト複合酸化物(LiCo)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(例えばLiNi1−yCo)、リチウムマンガンコバルト複合酸化物(例えばLiMnCo1−y)、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物(例えばLiNi1/3Co1/3Mn1/3)、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物(例えばLiMn2−yNi)などのリチウムと遷移金属との複合酸化物粉末、オリピン構造を有するリチウムリン酸化物粉末(例えばLiFePO、LiFe1−yMnPO、LiCoPOなど)、酸化マンガン、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、バナジウム酸化物(例えばV、V13)、酸化チタン等の遷移金属酸化物粉末、硫酸鉄(Fe(SO))、TiS、及びFeS等の遷移金属硫化物粉末等などが挙げられる。 For example, lithium manganese composite oxide (for example, Li x Mn 2 O 4 or Li x MnO 2 ), lithium nickel composite oxide (for example, Li x NiO 2 ), lithium cobalt composite oxide (Li x Co 2 ), lithium nickel cobalt composite oxides (e.g., Li x Ni 1-y Co y O 2), lithium manganese cobalt composite oxides (e.g., Li x Mn y Co 1-y O 2), lithium nickel manganese cobalt composite oxide (e.g., Li x Ni 1 / 3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ), composite oxide powder of lithium and transition metal such as spinel type lithium manganese nickel composite oxide (for example, Li x Mn 2-y Ni y O 4 ), oripin structure lithium phosphorus oxide powder (e.g. Li x FePO 4 having, Li x Fe 1-y Mn y PO 4, Li x CoPO 4 etc.), manganese oxide, iron oxide, copper oxide, nickel oxide, vanadium oxide (for example, V 2 O 5 , V 6 O 13 ), transition metal oxide powder such as titanium oxide, iron sulfate (Fe 2 ( Examples thereof include transition metal sulfide powders such as SO 4 ) 3 ), TiS 2 , and FeS.

これら正極活物質は、1種または複数を組み合わせて使用することも出来る。   These positive electrode active materials can be used alone or in combination.

本発明で使用する負極活物質としては特に限定はされないが、リチウムイオンをドーピングまたはインターカレーション可能な材料であり、例えば、金属リチウム、その合金であるスズ合金、シリコン合金、鉛合金等の合金系、チタン酸リチウム(Li4+xTi12)、酸化鉄系(LiFe、LiFe)、タングステン酸化物(LiWO、LiWO)、酸化モリブデン(LiMoO)、アモルファススズ酸化物、スズ珪素酸化物(SnSiO)、酸化珪素(SiO)等の金属酸化物系、硫化チタン(TiS、LiTiS)、硫化モリブデン(LiMoS)、硫化鉄(LiFeS)等の金属硫化物系。リチウムコバルト窒化物(LiCoN、0<x<4、0<y<0.5)などの金属窒化物系、ポリアセチレン、ポリ−p−フェニレン等の導電性高分子系、ソフトカーボンやハードカーボンといった、アモルファス系炭素質材料や、高黒鉛化炭素材料等の人造黒鉛、あるいは天然黒鉛等の炭素質粉末、カーボンブラック、メソフェーズカーボンブラック、樹脂焼成炭素材料、気層成長炭素繊維、炭素繊維などの炭素系材料が挙げられる。
これら負極活物質は、1種または複数を組み合わせて使用することも出来る。
Although it does not specifically limit as a negative electrode active material used by this invention, It is a material which can dope or intercalate lithium ion, for example, alloys, such as metallic lithium, its alloy tin alloy, silicon alloy, lead alloy Type, lithium titanate (Li 4 + x Ti 5 O 12 ), iron oxide type (Li x Fe 2 O 3 , Li x Fe 3 O 4 ), tungsten oxide (Li x WO 2 , Li x WO 3 ), Metal oxides such as molybdenum oxide (Li x MoO 2 ), amorphous tin oxide, tin silicon oxide (SnSiO 3 ), silicon oxide (SiO), titanium sulfide (TiS 2 , LiTiS 2 ), molybdenum sulfide (Li x Metal sulfide systems such as MoS 2 ) and iron sulfide (Li x FeS 2 ). Metal nitrides such as lithium cobalt nitride (Li x Co y N, 0 <x <4, 0 <y <0.5), conductive polymers such as polyacetylene and poly-p-phenylene, soft carbon, Amorphous carbonaceous material such as hard carbon, artificial graphite such as highly graphitized carbon material, carbonaceous powder such as natural graphite, carbon black, mesophase carbon black, resin-fired carbon material, gas-phase-grown carbon fiber, carbon fiber And carbon-based materials.
These negative electrode active materials can be used alone or in combination.

<電池電極用複合材料およびその製造方法>
本発明における電池電極用複合材料の製造方法について説明する。
電池電極用複合材料は、例えば、酸性官能基を有する有機色素誘導体、酸性官能基を有するトリアジン誘導体、塩基性官能基を有する有機色素誘導体、および、塩基性官能基を有するトリアジン誘導体からなる群から選ばれる1種以上の分散剤の存在下、導電助剤としての炭素材料と、電極用活物質とを溶剤中で混合し、その後、処理物を乾燥して溶剤を除去することにより製造することができる。
各種材料の添加順序に特に制限はなく、例えば、前述の方法によって作製した炭素材料分散体を攪拌しつつ、活物質を添加し、混合する方法。また、上記分散剤の存在下、炭素材料を溶剤中に分散させるときに、活物質の一部ないしは全量を、炭素材料と同時に添加して分散および混合を行う方法。更に、上記分散剤の存在下で炭素材料を溶剤中に分散させた分散体と、活物質を溶剤中に分散させた分散体とを混合する方法等が挙げられる。とりわけ、炭素材料分散体に活物質を添加する方法が、炭素材料の良好な分散安定性を得られるため好ましい。
<Battery electrode composite material and method for producing the same>
The manufacturing method of the composite material for battery electrodes in this invention is demonstrated.
The battery electrode composite material is, for example, from the group consisting of an organic dye derivative having an acidic functional group, a triazine derivative having an acidic functional group, an organic dye derivative having a basic functional group, and a triazine derivative having a basic functional group. In the presence of one or more selected dispersants, a carbon material as a conductive aid and an electrode active material are mixed in a solvent, and then the processed product is dried to remove the solvent. Can do.
There is no restriction | limiting in particular in the addition order of various materials, For example, adding and mixing an active material, stirring the carbon material dispersion produced by the above-mentioned method. Also, a method of dispersing and mixing by adding a part or all of the active material simultaneously with the carbon material when the carbon material is dispersed in the solvent in the presence of the dispersant. Furthermore, a method of mixing a dispersion in which a carbon material is dispersed in a solvent in the presence of the dispersant and a dispersion in which an active material is dispersed in a solvent may be used. In particular, a method of adding an active material to a carbon material dispersion is preferable because good dispersion stability of the carbon material can be obtained.

本発明において、電極用活物質は、予め一次粒子径にまで解砕、粉砕させておくことが望ましいが、ここで、解砕、粉砕の手段に特に限定はなく、例えば、前述した顔料分散等に通常用いられている分散機が使用でき、湿式あるいは乾式のいずれの条件で行ってもよい。活物質を解砕、粉砕するために湿式処理する場合は、解砕した活物質を分散安定化させるために本発明の炭素材料の分散で使用した分散剤を添加しても良い。   In the present invention, the electrode active material is desirably pulverized and pulverized to the primary particle size in advance, but there is no particular limitation on the means for pulverization and pulverization, for example, the pigment dispersion described above, etc. In general, a disperser generally used can be used, and it may be carried out under either wet or dry conditions. When wet processing is performed to pulverize and pulverize the active material, a dispersant used in the dispersion of the carbon material of the present invention may be added to stabilize the pulverized active material.

炭素材料と電極用活物質とを混合処理するための装置としては、顔料の混合、分散等に通常用いられている混合、分散機が使用できる。例えば、タンブラー、シェーカー、ミキサー、V型混合機等の、混合機類;ディスパー、ホモミキサー、ヘェンシェルミキサー、若しくはプラネタリーミキサー等のミキサー類;エム・テクニック社製「クレアミックス」、若しくはPRIMIX社「フィルミックス」等のホモジナイザー類;ペイントコンディショナー(レッドデビル社製)、ボールミル、サンドミル(シンマルエンタープライゼス社製「ダイノミル」等)、アトライター、パールミル(アイリッヒ社製「DCPミル」等)、若しくはコボールミル等のメディア型分散機;湿式ジェットミル(ジーナス社製「ジーナスPY」、スギノマシン社製「スターバースト」、ナノマイザー社製「ナノマイザー」等)、エム・テクニック社製「クレアSS−5」、ハイブリダイザー((株)奈良機械製作所)、メカノマイクロス((株)奈良機械製作所)、メカノフュージョンシステムAMS(ホソカワミクロン(株))、若しくは奈良機械社製「MICROS」等のメディアレス分散機;ロールミル、ニーダー、石臼式ミル等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。強い衝撃で粒子が割れたり、潰れたりしやすい活物質の場合は、メディア型分散機よりは、ミキサー類やホモジナイザー類なども含めたメディアレス分散機が好ましい。   As a device for mixing the carbon material and the electrode active material, a mixing / dispersing device usually used for mixing and dispersing pigments can be used. For example, mixers such as tumblers, shakers, mixers, V-type mixers; mixers such as dispersers, homomixers, Henschel mixers, or planetary mixers; “Clairemix” manufactured by M Technique, or PRIMIX Homogenizers such as “Filmix”; paint conditioner (manufactured by Red Devil), ball mill, sand mill (such as “Dynomill” manufactured by Shinmaru Enterprises), attritor, pearl mill (such as “DCP mill” manufactured by Eirich) Or media type dispersers such as coball mills; wet jet mills (“Genus PY” manufactured by Genus, “Starburst” manufactured by Sugino Machine, “Nanomizer” manufactured by Nanomizer, etc.), “Claire SS-5” manufactured by M Technique , Hybridizer (( ) Nara Machinery Co., Ltd.), Mechano Micros Co., Ltd. (Nara Machinery Co., Ltd.), Mechano Fusion System AMS (Hosokawa Micron Co., Ltd.), or “MICROS” manufactured by Nara Machinery Co., Ltd .; roll mill, kneader, stone mill type Although a mill etc. are mentioned, it is not limited to these. In the case of an active material in which particles are easily broken or crushed by a strong impact, a medialess disperser including a mixer or a homogenizer is preferable to a media disperser.

本発明の電池電極用複合材料の製造方法において、処理物を乾燥、解砕する方法としては、熱風乾燥後に得られた乾燥物を解砕する方法、もしくは真空乾燥後に得られた乾燥物を解砕する方法、もしくは凍結乾燥後に得られた乾燥物を解砕する方法、あるいはスプレードライによる乾燥方法などが挙げられる。ここで、これら種々の乾燥方法のうち、スプレードライによる乾燥方法が、乾燥物を解砕する手段が不要であり、また、二次粒子の大きさを調節することができ、造粒が容易である点で最も好ましい。また、スラリーを乾燥する前に、濾過もしくはフィルタープレス処理して溶剤分を減量しておくことが望ましい。   In the method for producing a composite material for battery electrodes of the present invention, the method for drying and pulverizing the treated product includes the method of pulverizing the dried product obtained after hot air drying, or the method of pulverizing the dried product obtained after vacuum drying. Examples thereof include a method for crushing, a method for crushing a dried product obtained after freeze-drying, and a method for drying by spray drying. Of these various drying methods, the spray drying method does not require a means for crushing the dried product, and the size of the secondary particles can be adjusted, making granulation easy. Most preferred in some respects. Further, it is desirable to reduce the solvent content by filtration or filter press treatment before drying the slurry.

乾燥処理の時間は用いる装置によって任意に設定できるが、炭素材料分散体作製の際、分散助剤を添加した場合は、溶剤とともに分散助剤も除去できるよう、乾燥条件を設定するのが好ましい。これは、電池に本来不要な酸成分、塩基成分が電極用活物質やバインダー成分などへ悪影響(例えば、活物質成分の金属イオンとしての溶出や、バインダーの耐性低下など)を与えないようにするためである。   Although the time for the drying treatment can be arbitrarily set depending on the apparatus to be used, it is preferable to set the drying conditions so that the dispersion aid can be removed together with the solvent when a dispersion aid is added in the preparation of the carbon material dispersion. This is to prevent the acid component and base component that are originally unnecessary for the battery from adversely affecting the active material for the electrode and the binder component (for example, elution of the active material component as a metal ion or a decrease in the resistance of the binder). Because.

本発明の電池電極用複合材料の製造方法では、とりわけ、上記分散剤により炭素材料が均一に細かく分散されていること、また、上記分散剤が有する極性官能基(酸性官能基もしくは塩基性官能基など)により、活物質表面(とりわけ無機材料である活物質は、極性表面を有することが多い)と炭素材料との親和性が向上することが期待されることなどから、電極用活物質表面を被覆することにより、少ない炭素材料で活物質の導電性を飛躍的に改善させることができるものと思われる。   In the method for producing a composite material for battery electrodes of the present invention, in particular, the carbon material is uniformly and finely dispersed by the dispersant, and the polar functional group (acidic functional group or basic functional group) of the dispersant is included. Etc.), the affinity between the active material surface (especially active materials that are inorganic materials often have a polar surface) and the carbon material is expected to improve the surface of the active material for electrodes. It seems that the conductivity of the active material can be drastically improved by coating with a small amount of carbon material.

本発明において、電極用活物質表面の被覆とは、活物質粒子表面に炭素材料が均一に薄膜で付着することを言う。したがって、炭素材料の分散が不十分な場合の、活物質粒子表面に凝集した炭素材料の二次粒子が付着した部分と、付着せず表面が露わになっている部分とが存在する不均一な形態を被覆とはみなさない。活物質を炭素材料で良好に被覆することで、部分的凝集に起因する電極の抵抗分布も防ぐことができると思われる。   In the present invention, the coating of the electrode active material surface means that the carbon material uniformly adheres to the surface of the active material particles as a thin film. Therefore, when the dispersion of the carbon material is insufficient, there is a non-uniformity in which there are portions where the secondary particles of the carbon material aggregated on the surface of the active material particles are attached, and portions where the surface is not attached and the surface is exposed This form is not considered a coating. It seems that electrode resistance distribution due to partial aggregation can be prevented by coating the active material with a carbon material.

また、上記分散剤の極性官能基の効果により、電池電極用複合材料の電解液に対する濡れ性が向上し、複合材料表面と電解液との間でリチウムイオンの出入りが促進され、電池の内部抵抗が低減することが期待される。   Also, the effect of the polar functional group of the dispersant improves the wettability of the battery electrode composite material with respect to the electrolyte solution, promotes the entry and exit of lithium ions between the composite material surface and the electrolyte solution, and increases the internal resistance of the battery. Is expected to be reduced.

さらに、炭素材料で表面を被覆された活物質の一次粒子が凝集、もしくは固結して活物質の二次粒子が形成される場合、活物質二次粒子の内部にも少ない炭素材料による有効な導電パスを形成させることができるため、活物質の導電性改良とエネルギー密度向上が期待される。   Furthermore, when the primary particles of the active material whose surface is coated with the carbon material are aggregated or consolidated to form secondary particles of the active material, the active material secondary particles are also effective due to the less carbon material. Since a conductive path can be formed, improvement in the conductivity and energy density of the active material is expected.

<電極用合材ペーストおよびその製造方法>
本発明の電池電極用複合材料は、正極合材または負極合材に用いることができる。正極合材または負極合材に用いる場合は、電池電極用複合材料に、バインダー成分および溶剤と、任意で導電助剤を添加して、電極合材ペーストとして使用することが好ましい。電極合材ペーストの各成分の添加順序等については、これに限定されるわけではない。
<Electrode paste for electrode and method for producing the same>
The composite material for battery electrodes of the present invention can be used for a positive electrode mixture or a negative electrode mixture. When used for a positive electrode mixture or a negative electrode mixture, it is preferable to add a binder component and a solvent and optionally a conductive additive to the battery electrode composite material and use it as an electrode mixture paste. The order of adding each component of the electrode mixture paste is not limited to this.

電極合材ペースト中の総固形分に占める活物質の割合は、80重量%以上、98.5重量%以下が好ましい。そして、電極合材ペースト中の総固形分に占める、バインダー成分の割合は、0.5重量%以上、10重量%以下が好ましい。また、電極合材ペーストの適正粘度は、電極合材ペーストの塗工方法によるが、一般には、100mPa・s以上、30,000mPa・s以下とするのが好ましい。
本発明における正極合材ペーストでは、正極活物質が導電性を阻害することなく分散させた炭素材料で被覆されているため、正極合材層に優れた導電性および密着性を付与できる。また、導電性が向上することにより、導電助剤の添加量を減らすことができるため、正極活物質の添加量を相対的に増やすことができ、電池の重要な特性である容量を大きくすることができる。
本発明における負極合材ペーストでは、負極活物質として炭素材料系の活物質を使用した場合、導電助剤の分散のために添加される分散剤の効果により、炭素材料系活物質の凝集も緩和される。負極活物質が炭素材料系以外の場合も、負極活物質の周りに炭素材料粒子(導電助剤)を均一に配位、付着させることができ、負極合材層に優れた導電性および密着性を付与できる。
The ratio of the active material to the total solid content in the electrode mixture paste is preferably 80% by weight or more and 98.5% by weight or less. And the ratio of the binder component in the total solid content in the electrode mixture paste is preferably 0.5% by weight or more and 10% by weight or less. The proper viscosity of the electrode mixture paste depends on the method of applying the electrode mixture paste, but generally it is preferably 100 mPa · s or more and 30,000 mPa · s or less.
In the positive electrode mixture paste of the present invention, since the positive electrode active material is coated with a carbon material dispersed without impeding conductivity, excellent conductivity and adhesion can be imparted to the positive electrode mixture layer. In addition, since the amount of conductive additive added can be reduced by improving conductivity, the amount of positive electrode active material added can be relatively increased, and the capacity, which is an important characteristic of the battery, is increased. Can do.
In the negative electrode mixture paste according to the present invention, when a carbon material-based active material is used as the negative electrode active material, aggregation of the carbon material-based active material is also mitigated by the effect of the dispersant added for dispersing the conductive additive. Is done. Even when the negative electrode active material is not a carbon material, the carbon material particles (conducting aid) can be uniformly coordinated and adhered around the negative electrode active material, and the negative electrode mixture layer has excellent conductivity and adhesion. Can be granted.

<バインダー>
電極合材ペーストの製造に使用するバインダーとしては、エチレン、プロピレン、塩化ビニル、酢酸ビニル、ビニルアルコール、マレイン酸、アクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸、メタクリル酸エステル、アクリロニトリル、スチレン、ビニルブチラール、ビニルアセタール、ビニルピロリドン等を構成単位として含む重合体または共重合体;ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂、アクリル樹脂、ホルムアルデヒド樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂;カルボキシメチルセルロースのようなセルロース樹脂;スチレン−ブタジエンゴム、フッ素ゴムのようなゴム類;ポリアニリン、ポリアセチレンのような導電性樹脂等が挙げられる。また、これらの樹脂の変性体や混合物、および共重合体でも良い。特に、耐性面から分子内にフッ素原子を含む高分子化合物、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、テトラフルオロエチレン等の使用が好ましい。
<Binder>
The binder used for the production of the electrode mixture paste includes ethylene, propylene, vinyl chloride, vinyl acetate, vinyl alcohol, maleic acid, acrylic acid, acrylic ester, methacrylic acid, methacrylic ester, acrylonitrile, styrene, vinyl butyral, Polymer or copolymer containing vinyl acetal, vinyl pyrrolidone, etc. as a structural unit; polyurethane resin, polyester resin, phenol resin, epoxy resin, phenoxy resin, urea resin, melamine resin, alkyd resin, acrylic resin, formaldehyde resin, silicon resin , Fluororesins; cellulose resins such as carboxymethyl cellulose; rubbers such as styrene-butadiene rubber and fluororubber; conductive resins such as polyaniline and polyacetylene. Moreover, the modified body and mixture of these resin, and a copolymer may be sufficient. In particular, it is preferable to use a high molecular compound containing a fluorine atom in the molecule, for example, polyvinylidene fluoride, polyvinyl fluoride, tetrafluoroethylene, etc. from the viewpoint of resistance.

また、バインダーとしてのこれらの樹脂類の重量平均分子量は、10,000〜1,000,000が好ましい。分子量が小さいとバインダーの耐性が低下することがある。分子量が大きくなるとバインダーの耐性は向上するものの、バインダー自体の粘度が高くなり作業性が低下するとともに、凝集剤として働き、合材成分が著しく凝集してしまうことがある。
<導電助剤>
本発明の電池電極用複合材料に含まれる炭素材料の量が、電極用合材ペーストの導電助剤成分の量として不十分である場合には、さらに導電助剤を添加することが好ましい。例えば、炭素材料、リチウムと合金化し難い金属、導電性高分子材料等が挙げられるが、本発明に使用される分散剤との相互作用を考慮すると、炭素材料が好ましい。炭素材料としては特に限定されず、本発明の炭素材料分散体に使用した炭素材料と同じであってもよいし、異なるものを使用してもよい。
Moreover, as for the weight average molecular weight of these resin as a binder, 10,000-1,000,000 are preferable. When the molecular weight is small, the resistance of the binder may decrease. When the molecular weight is increased, the resistance of the binder is improved, but the viscosity of the binder itself is increased and the workability is lowered.
<Conductive aid>
When the amount of the carbon material contained in the battery electrode composite material of the present invention is insufficient as the amount of the conductive additive component of the electrode mixture paste, it is preferable to further add a conductive additive. For example, a carbon material, a metal that is difficult to alloy with lithium, a conductive polymer material, and the like can be given. In consideration of the interaction with the dispersant used in the present invention, a carbon material is preferable. It does not specifically limit as a carbon material, The carbon material used for the carbon material dispersion of this invention may be the same, and a different thing may be used.

また、本発明の炭素材料分散体を追加の導電助剤としても使用すると、電極合材層中での炭素材料が均一に分散配位するため、少量の添加で導電性を向上させる効果があり、より好適である。   In addition, when the carbon material dispersion of the present invention is used as an additional conductive auxiliary, the carbon material in the electrode mixture layer is uniformly dispersed and coordinated, so that there is an effect of improving conductivity with a small amount of addition. Is more preferable.

<リチウムイオン二次電池>
次に、本発明の電池電極用複合材料を用いたリチウムイオン二次電池について説明する。
リチウムイオン二次電池は、集電体上に正極合材層を有する正極と、集電体上に負極合材層を有する負極と、リチウムを含む電解質とを具備する。
<Lithium ion secondary battery>
Next, a lithium ion secondary battery using the battery electrode composite material of the present invention will be described.
The lithium ion secondary battery includes a positive electrode having a positive electrode mixture layer on a current collector, a negative electrode having a negative electrode mixture layer on the current collector, and an electrolyte containing lithium.

電極について、使用する集電体の材質や形状は特に限定されず、材質としては、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、ステンレス等の金属や合金が用いられるが、特に正極材料としてはアルミニウムが、負極材料としては銅の使用が好ましい。また、形状としては、一般的には平板上の箔が用いられるが、表面を粗面化したものや、穴あき箔状のもの、およびメッシュ状のものも使用できる。   Regarding the electrode, the material and shape of the current collector to be used are not particularly limited, and as the material, metals and alloys such as aluminum, copper, nickel, titanium, and stainless steel are used. In particular, as the positive electrode material, aluminum is used as the negative electrode. The material is preferably copper. As the shape, a flat plate foil is generally used, but a roughened surface, a perforated foil shape, and a mesh shape can also be used.

集電体上に電極合材層を形成する方法としては、集電体上に上述の電極合材ペーストを直接塗布し乾燥する方法が挙げられる。電極合材層の厚みとしては、一般的には1μm以上、500μm以下であり、好ましくは10μm以上、300μm以下である。   Examples of the method for forming the electrode mixture layer on the current collector include a method in which the electrode mixture paste is directly applied on the current collector and dried. The thickness of the electrode mixture layer is generally 1 μm or more and 500 μm or less, preferably 10 μm or more and 300 μm or less.

塗布方法については、特に制限はなく公知の方法を用いることができる。具体的には、ダイコーティング法、ディップコーティング法、ロールコーティング法、ドクターコーティング法、スプレーコティング法、グラビアコーティング法、スクリーン印刷法、静電塗装法等が挙げられる。また、塗布後に平版プレスやカレンダーロール等による圧延処理を行っても良い。
<電解液>
本発明のリチウムイオン二次電池を構成する電解液としては、リチウムを含んだ電解質を非水系の溶剤に溶解したものを用いる。電解質としては、LiBF、LiClO、LiPF、LiAsF、LiSbF、LiCFSO、Li(CFSON、LiCSO、Li(CFSOC、LiI、LiBr、LiCl、LiAlCl、LiHF、LiSCN、LiBPh等が挙げられるがこれらに限定されない。
There is no restriction | limiting in particular about the coating method, A well-known method can be used. Specific examples include a die coating method, a dip coating method, a roll coating method, a doctor coating method, a spray coating method, a gravure coating method, a screen printing method, and an electrostatic coating method. Moreover, you may perform the rolling process by a lithographic press, a calender roll, etc. after application | coating.
<Electrolyte>
As an electrolytic solution constituting the lithium ion secondary battery of the present invention, a solution in which an electrolyte containing lithium is dissolved in a non-aqueous solvent is used. As the electrolyte, LiBF 4 , LiClO 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiC 4 F 9 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 3 C , LiI, LiBr, LiCl, LiAlCl, LiHF 2 , LiSCN, LiBPh 4 and the like, but are not limited thereto.

非水系の溶剤としては特に限定はされないが、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等のカーボネート類、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、γ−オクタノイックラクトン等のラクトン類、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、1,2−メトキシエタン、1,2−エトキシエタン、1,2−ジブトキシエタン等のグライム類、メチルフォルメート、メチルアセテート、メチルプロピオネート等のエステル類、ジメチルスルホキシド、スルホラン等のスルホキシド類、アセトニトリル等のニトリル類、が挙げられる。またこれらの溶剤は、それぞれ単独で使用しても良いが、2種以上を混合して使用しても良い。   The non-aqueous solvent is not particularly limited, but carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and diethyl carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, and γ-octanoic lactone. Lactones such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, 1,2-methoxyethane, 1,2-ethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane, etc. Glymes, esters such as methyl formate, methyl acetate and methyl propionate, sulfoxides such as dimethyl sulfoxide and sulfolane, and nitriles such as acetonitrile. These solvents may be used alone or in combination of two or more.

更に上記電解液を、ポリマーマトリクスに保持しゲル状とした高分子電解質とすることもできる。ポリマーマトリクスとしては、ポリアルキレンオキシドセグメントを有するアクリレート系樹脂、ポリアルキレンオキシドセグメントを有するポリホスファゼン系樹脂、ポリアルキレンオキシドセグメントを有するポリシロキサン等が挙げられるがこれらに限定されない。   Furthermore, the electrolyte solution may be a gelled polymer electrolyte held in a polymer matrix. Examples of the polymer matrix include, but are not limited to, an acrylate resin having a polyalkylene oxide segment, a polyphosphazene resin having a polyalkylene oxide segment, a polysiloxane having a polyalkylene oxide segment, and the like.

本発明の電池電極用複合材料を用いたリチウムイオン二次電池の構造については特に限定されないが、通常、正極および負極と、必要に応じて設けられるセパレーターとから構成され、ペーパー型、円筒型、ボタン型、積層型など、使用する目的に応じた種々の形状とすることができる。   The structure of the lithium ion secondary battery using the battery electrode composite material of the present invention is not particularly limited, but is usually composed of a positive electrode and a negative electrode, and a separator provided as necessary, a paper type, a cylindrical type, Various shapes can be formed according to the purpose of use, such as a button type and a laminated type.

以下、実施例に基づき本発明を更に詳しく説明するが、本発明は、実施例に限定されるものではない。実施例中、部は重量部を、%は重量%をそれぞれ表す。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in more detail based on an Example, this invention is not limited to an Example. In the examples, “parts” represents “parts by weight” and “%” represents “% by weight”.

実施例及び比較例で使用した炭素材料、分散剤、分散助剤、溶剤、バインダーを以下に示す。   The carbon materials, dispersants, dispersion aids, solvents, and binders used in Examples and Comparative Examples are shown below.

<炭素材料>
・デンカブラックHS−100(電気化学工業社製):アセチレンブラック、一次粒子径48nm、比表面積39m2/g、以下HS−100と略記する。
・デンカブラック粉状品(電気化学工業社製):アセチレンブラック、一次粒子径35nm、比表面積68m/g、以下粉状品と略記する。
・トーカブラック#5500(東海カーボン社製):ファーネスブラック、一次粒子径25nm、比表面積225m/g、以下#5500と略記する。
・Super−P Li(TIMCAL社製):ファーネスブラック、一次粒子径40nm、比表面積62m2/g。
・EC−300J(アクゾ社製):ケッチェンブラック、一次粒子径40nm、比表面積800m2/g。
<Carbon material>
Denka black HS-100 (manufactured by Denki Kagaku Kogyo): acetylene black, primary particle diameter 48 nm, specific surface area 39 m 2 / g, hereinafter abbreviated as HS-100.
Denka black powder product (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.): Acetylene black, primary particle diameter 35 nm, specific surface area 68 m 2 / g, hereinafter abbreviated as powder product.
Talker black # 5500 (manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd.): Furnace black, primary particle diameter 25 nm, specific surface area 225 m 2 / g, hereinafter abbreviated as # 5500.
Super-P Li (manufactured by TIMCAL): furnace black, primary particle size 40 nm, specific surface area 62 m 2 / g.
EC-300J (manufactured by Akzo): Ketjen black, primary particle size 40 nm, specific surface area 800 m 2 / g.

<分散剤>
[酸性官能基を有する誘導体(Aa)〜(As)]
・酸性官能基を有する有機色素誘導体:
Ak、Al、Am、An、Ao、Ap、Aq、Ar、As
・酸性官能基を有するトリアジン誘導体:
Aa、Ab、Ac、Ad、Ae、Af、Ag、Ah、Ai、Aj
表1〜表5に酸性官能基を有する各種誘導体(Aa)〜(As)を示す。
[塩基性官能基を有する誘導体(Ba)〜(Bo)]
・塩基性官能基を有する有機色素誘導体:
Ba、Bb、Bc、Bd、Be、Bf、Bg
・塩基性官能基を有するトリアジン誘導体:
Bh、Bi、Bj、Bk、Bl、Bm、Bn、Bo
表6〜表9に塩基性官能基を有する各種誘導体(Ba)〜(Bo)を示す。
<Dispersant>
[Derivatives having acidic functional group (Aa) to (As)]
-Organic dye derivatives having acidic functional groups:
Ak, Al, Am, An, Ao, Ap, Aq, Ar, As
-Triazine derivatives with acidic functional groups:
Aa, Ab, Ac, Ad, Ae, Af, Ag, Ah, Ai, Aj
Tables 1 to 5 show various derivatives (Aa) to (As) having acidic functional groups.
[Derivatives having basic functional groups (Ba) to (Bo)]
-Organic dye derivatives having basic functional groups:
Ba, Bb, Bc, Bd, Be, Bf, Bg
-Triazine derivatives with basic functional groups:
Bh, Bi, Bj, Bk, Bl, Bm, Bn, Bo
Tables 6 to 9 show various derivatives (Ba) to (Bo) having basic functional groups.

また、以下、酸性官能基を有する有機色素誘導体、および酸性官能基を有するトリアジン誘導体は酸性官能基を有する誘導体と略記し、塩基性官能基を有する有機色素誘導体、および塩基性官能基を有するトリアジン誘導体は、塩基性官能基を有する誘導体と略記する。   Hereinafter, organic dye derivatives having an acidic functional group, and triazine derivatives having an acidic functional group are abbreviated as derivatives having an acidic functional group, and organic dye derivatives having a basic functional group and triazines having a basic functional group. A derivative is abbreviated as a derivative having a basic functional group.

[界面活性剤]
界面活性剤としては、ノニオン性の界面活性剤(エマルゲンA−60、ポリオキシエチレン誘導体、花王社製)または、アニオン性の界面活性剤(デモールN、β−ナフタレンスルホン酸−ホルマリン縮合物のナトリウム塩、花王社製)のいずれかを使用した。
[分散樹脂]
分散樹脂としては、ポリビニルピロリドン(重量平均分子量:約80000、日本触媒社製)を使用した。
[Surfactant]
As the surfactant, a nonionic surfactant (Emulgen A-60, polyoxyethylene derivative, manufactured by Kao Corporation) or an anionic surfactant (Demol N, β-naphthalenesulfonic acid-formalin condensate sodium) Any of salt and Kao) was used.
[Dispersion resin]
As the dispersion resin, polyvinylpyrrolidone (weight average molecular weight: about 80,000, manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.) was used.

Figure 2010086955
Figure 2010086955

Figure 2010086955
Figure 2010086955

Figure 2010086955
Figure 2010086955

Figure 2010086955
Figure 2010086955

Figure 2010086955
Figure 2010086955

Figure 2010086955
Figure 2010086955

Figure 2010086955
Figure 2010086955

Figure 2010086955
Figure 2010086955

Figure 2010086955
Figure 2010086955

<分散助剤>
[塩基]
・トリエチルアミン:分子量101g/mol、沸点90℃、以下TEAと略記する。
・ジメチルアミノエタノール:分子量89g/mol、沸点133℃、以下DMAEと略記する。
[酸]
・酢酸:分子量60g/mol、沸点118℃。
・メタクリル酸:分子量86g/mol、沸点160℃。
<Dispersing aid>
[base]
Triethylamine: molecular weight 101 g / mol, boiling point 90 ° C., hereinafter abbreviated as TEA.
Dimethylaminoethanol: molecular weight 89 g / mol, boiling point 133 ° C., hereinafter abbreviated as DMAE.
[acid]
Acetic acid: molecular weight 60 g / mol, boiling point 118 ° C.
Methacrylic acid: molecular weight 86 g / mol, boiling point 160 ° C.

<溶剤>
・N−メチル−2−ピロリドン:沸点202℃、以下NMPと略記する。
・1,2−エタンジオール:沸点198℃、以下EGと略記する。
・精製水:沸点100℃。
・アセトン:沸点57℃。
・メタノール:沸点65℃。
<Solvent>
N-methyl-2-pyrrolidone: boiling point 202 ° C., hereinafter abbreviated as NMP.
1,2-ethanediol: boiling point 198 ° C., hereinafter abbreviated as EG.
-Purified water: boiling point 100 ° C.
Acetone: boiling point 57 ° C.
Methanol: boiling point 65 ° C.

<バインダー>
・ポリフッ化ビニリデン:KFポリマーW1100(クレハ社製)、以下PVDFと略記する。
・スチレンブタジエンゴム:TRD2001(JSR社製)、以下SBRと略記する。
・カルボキシメチルセルロース:サンローズF300MC(日本製紙ケミカル社製)、以下CMCと略記する。
<Binder>
Polyvinylidene fluoride: KF polymer W1100 (manufactured by Kureha), hereinafter abbreviated as PVDF.
Styrene butadiene rubber: TRD2001 (manufactured by JSR), hereinafter abbreviated as SBR.
Carboxymethylcellulose: Sunrose F300MC (manufactured by Nippon Paper Chemicals), hereinafter abbreviated as CMC.

<導電助剤用カーボン分散体の調製>
[カーボン分散体1〜23、26]
表10、11に示す組成に従い、ガラス瓶に各種溶剤と、分散剤として酸性官能基を有する誘導体(表1〜5に示す分散剤Aa〜Asのいずれか)を仕込み、混合攪拌して、誘導体を完全ないしは一部溶解させた。次に、導電助剤となる炭素材料を加え、さらにメディアとしてジルコニアビーズを添加した後に、ペイントシェーカーで分散した。得られた分散液を磁石つきの攪拌翼でよく攪拌した後、更に20μmのフィルターを通し、各種カーボン分散体を得た。
[カーボン分散体24、25、27〜29]
表10に示す組成に従い、ガラス瓶に各種溶剤と、分散剤として表1に示す酸性官能基を有する誘導体Aaと、各種分散助剤とを仕込み、混合攪拌して、誘導体を完全ないしは一部溶解させた。次に、導電助剤となる炭素材料を加え、さらにメディアとしてジルコニアビーズを添加した後に、ペイントシェーカーで分散した。得られた分散液を磁石つきの攪拌翼でよく攪拌した後、更に20μmのフィルターを通し、各種カーボン分散体を得た。
[カーボン分散体30〜45、48、49]
表11に示す組成に従い、ガラス瓶に各種溶剤と、分散剤として塩基性官能基を有する誘導体(表6〜9に示す分散剤Ba〜Boのいずれか)と、各種分散助剤とを仕込み、混合攪拌して、誘導体を完全ないしは一部溶解させた。次に、導電助剤となる炭素材料を加え、さらにメディアとしてジルコニアビーズを添加した後に、ペイントシェーカーで分散した。得られた分散液を磁石つきの攪拌翼でよく攪拌した後、更に20μmのフィルターを通し、各種カーボン分散体を得た。
<Preparation of carbon dispersion for conductive aid>
[Carbon dispersions 1 to 23, 26]
According to the composition shown in Tables 10 and 11, various solvents and derivatives having an acidic functional group (any of dispersants Aa to As shown in Tables 1 to 5) are charged into a glass bottle, mixed and stirred, and the derivative is prepared. Completely or partially dissolved. Next, after adding the carbon material used as a conductive support agent and further adding zirconia beads as a medium, it was dispersed with a paint shaker. The obtained dispersion was thoroughly stirred with a stirring blade equipped with a magnet, and then passed through a 20 μm filter to obtain various carbon dispersions.
[Carbon dispersions 24, 25, 27 to 29]
In accordance with the composition shown in Table 10, various solvents, a derivative Aa having an acidic functional group shown in Table 1 as a dispersant, and various dispersion aids are added to a glass bottle, and mixed and stirred to completely or partially dissolve the derivative. It was. Next, after adding the carbon material used as a conductive support agent and further adding zirconia beads as a medium, it was dispersed with a paint shaker. The obtained dispersion was thoroughly stirred with a stirring blade equipped with a magnet, and then passed through a 20 μm filter to obtain various carbon dispersions.
[Carbon dispersion 30 to 45, 48, 49]
In accordance with the composition shown in Table 11, various solvents, a derivative having a basic functional group as a dispersing agent (any of dispersing agents Ba to Bo shown in Tables 6 to 9), and various dispersing aids are charged into a glass bottle and mixed. By stirring, the derivative was completely or partially dissolved. Next, after adding the carbon material used as a conductive support agent and further adding zirconia beads as a medium, it was dispersed with a paint shaker. The obtained dispersion was thoroughly stirred with a stirring blade equipped with a magnet, and then passed through a 20 μm filter to obtain various carbon dispersions.

[カーボン分散体46、47、50]
表11に示す組成に従い、ガラス瓶に各種溶剤と、分散剤として表6に示す塩基性官能基を有する誘導体Baとを仕込み、混合攪拌して、誘導体を完全ないしは一部溶解させた。次に、導電助剤となる炭素材料を加え、さらにメディアとしてジルコニアビーズを添加した後に、ペイントシェーカーで分散した。得られた分散液を磁石つきの攪拌翼でよく攪拌した後、更に20μmのフィルターを通し、各種カーボン分散体を得た。
[カーボン分散体51〜53]
表11に示す組成に従い、ガラス瓶に各種溶剤と、導電助剤となる炭素材料を仕込み、さらにメディアとしてジルコニアビーズを添加した後に、ペイントシェーカーで分散した。得られた分散液を磁石つきの攪拌翼でよく攪拌した後、更に20μmのフィルターを通し、各種カーボン分散体を得た。
[カーボン分散体54〜56]
表11に示す組成に従い、ガラス瓶に各種溶剤と、分散剤として界面活性剤、または分散樹脂を仕込み、混合攪拌して、分散剤を完全ないしは一部溶解させた。次に、導電助剤となる炭素材料を加え、さらにメディアとしてジルコニアビーズを添加した後に、ペイントシェーカーで分散した。得られた分散液を磁石つきの攪拌翼でよく攪拌した後、更に20μmのフィルターを通し、各種カーボン分散体を得た。
[Carbon dispersions 46, 47, 50]
According to the composition shown in Table 11, various solvents and a derivative Ba having a basic functional group shown in Table 6 as a dispersant were charged in a glass bottle, mixed and stirred, and the derivative was completely or partially dissolved. Next, after adding the carbon material used as a conductive support agent and further adding zirconia beads as a medium, it was dispersed with a paint shaker. The obtained dispersion was thoroughly stirred with a stirring blade equipped with a magnet, and then passed through a 20 μm filter to obtain various carbon dispersions.
[Carbon dispersions 51 to 53]
According to the composition shown in Table 11, various solvents and a carbon material serving as a conductive additive were charged in a glass bottle, and zirconia beads were added as a medium, and then dispersed with a paint shaker. The obtained dispersion was thoroughly stirred with a stirring blade equipped with a magnet, and then passed through a 20 μm filter to obtain various carbon dispersions.
[Carbon dispersions 54 to 56]
According to the composition shown in Table 11, various solvents and a surfactant or a dispersing resin as a dispersing agent were charged into a glass bottle and mixed and stirred to completely or partially dissolve the dispersing agent. Next, after adding the carbon material used as a conductive support agent and further adding zirconia beads as a medium, it was dispersed with a paint shaker. The obtained dispersion was thoroughly stirred with a stirring blade equipped with a magnet, and then passed through a 20 μm filter to obtain various carbon dispersions.

カーボン分散体の粒度分布測定には、動的光散乱方式の粒度分布計(日機装社製「マイクロトラックUPA」)を用い、体積粒度分布において、粒子径の細かいものからその粒子の体積割合を積算していったときに、50%となるところの粒子径(D50)を求めた。   To measure the particle size distribution of the carbon dispersion, use a dynamic light scattering particle size distribution meter ("MICROTRACK UPA" manufactured by Nikkiso Co., Ltd.). Then, the particle diameter (D50) at 50% was determined.

カーボン分散体1〜6、20〜27、30、31、49〜52について、分散処理後のカーボンの濡れ性評価を行った。各カーボン分散体の溶剤をエバポレーターにて減圧留去した後、得られた残渣を80℃で10時間減圧乾燥した。続いて乾燥物をメノウ製の乳鉢で粉砕した後、更に80℃で12時間減圧乾燥した。得られた乾燥物を再度メノウ製乳鉢で粉砕した後、錠剤成型器(Specac社製)にて500kgf/cmで荷重をかけ、カーボンのペレットを作製(直径10mm、厚0.5mm)した。このペレットにマイクロシリンジにて、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートを1:1混合した液滴を落とし、液滴がペレットに浸透する時間を測定した。この測定を各サンプルとも5回行い、それらの平均浸透時間が1秒未満であったものを「◎」、1秒以上5秒未満であったものを「○」、5秒以上10秒未満であったものを「△」、10秒以上であったものを「×」とした。 The carbon dispersions 1 to 6, 20 to 27, 30, 31, and 49 to 52 were subjected to carbon wettability evaluation after the dispersion treatment. After the solvent of each carbon dispersion was distilled off under reduced pressure using an evaporator, the obtained residue was dried under reduced pressure at 80 ° C. for 10 hours. Subsequently, the dried product was pulverized with an agate mortar and further dried under reduced pressure at 80 ° C. for 12 hours. The obtained dried product was pulverized again with an agate mortar and then loaded with 500 kgf / cm 2 with a tablet molding machine (Specac) to produce carbon pellets (diameter 10 mm, thickness 0.5 mm). A droplet in which ethylene carbonate and diethyl carbonate were mixed 1: 1 was dropped on this pellet with a microsyringe, and the time for the droplet to penetrate the pellet was measured. This measurement was performed 5 times for each sample, and those whose average permeation time was less than 1 second was “◎”, those that were 1 second or more and less than 5 seconds were “◯”, and those that were 5 seconds or more and less than 10 seconds. What was there was “Δ”, and what was 10 seconds or longer was “x”.

Figure 2010086955
Figure 2010086955

Figure 2010086955
Figure 2010086955

分散剤Aa〜As、分散剤Ba〜Boを使用した炭素材料分散体(分散体1〜50、57)は、分散剤を使用しない場合(分散体51〜53)や、一般的な界面活性剤を使用した場合(分散体54、55)に比べて、分散性が良好で、粘度が低く、分散粒度も小さいことがわかる。更に分散体1〜50、57は、経時分散安定性(50℃x3日)も良好で、増粘や凝集の発生は見られなかった。また、本発明の分散剤を使用した分散体では、分散剤未使用の場合に比して、カーボンの電解液に対する濡れ性が向上した。とりわけ、分散剤の官能基が酸性かつアンモニウム塩タイプのものを使用した場合に、濡れ性を向上させる効果が大きかった。
<電池電極用複合材料の調製>
[複合材料A1〜A42]
表12、13に示す組成に従い、NMP48部にカーボン分散体1〜25、30〜46のいずれか2部を添加して、希釈した炭素材料分散体を得た。該分散体に、正極活物質としてスピネルマンガン酸リチウムLiMn(セルシードS−LM、1次粒子径0.6μm、比表面積1.8m/g、日本化学工業社製)50部を添加し、湿式ジェットミル(ジーナスPY、ジーナス社製)を用いて圧力100MPaで3パスの混合処理を行い、複合材料スラリーを得た。該スラリーを、スプレードライヤー(SD−100、東京理化学機械社製)を用いて乾燥、解砕、分級し、複合材料A1〜A42を得た。LiMnと、分散剤の吸着した炭素材料との質量比は100:0.4であった。
[複合材料B1、B2]
表13に示す組成に従い、NMP99部にカーボン分散体5、または30を1部添加して、希釈した炭素材料分散体を得た。該分散体をホモジナイザーにより攪拌しつつ、正極活物質としてコバルト酸リチウムLiCoO(HLC−17、一次粒子径9.3μm、比表面積0.54m/g、本荘ケミカル社製)100部を添加し、混合を行い、複合材料スラリーを得た。該スラリーを、スプレードライヤー(SD−100、東京理化学機械社製)を用いて乾燥、解砕、分級し、複合材料B1、B2を得た。LiCoOと、分散剤の吸着した炭素材料との質量比は100:0.1であった。
[複合材料C1〜C8]
表13に示す組成に従い、各種溶剤45部にカーボン分散体26〜29、47〜50のいずれか5部を添加して、希釈した炭素材料分散体を得た。該分散体をホモジナイザーにより攪拌しつつ、正極活物質としてリン酸鉄リチウムLiFePO4(一次粒子径3.6μm、比表面積15m2/g、Tianjin Stl Energy Technology社製)50部を添加し、混合を行い、複合材料スラリーを得た。該スラリーを、スプレードライヤー(SD−100、東京理化学機械社製)を用いて乾燥、解砕、分級し、複合材料C1〜C8を得た。LiFePO4と、分散剤の吸着した炭素材料との質量比は100:1であった。
[複合材料D1、D2]
まず、水酸化リチウム(LiOH・H2O)1.962モルを451gの水に投入し、撹拌溶解した。溶解液に純度98%のアナターゼ型酸化チタンをTiO2として2.453モル投入し撹拌した。この際のLiとTiの原子比が4:5である。混合スラリーの容積は0.502Lであり、乾燥前のLi原及びTi原のスラリー濃度はそれぞれ3.91モル/L及び4.89モル/Lである。混合物を110℃で噴霧乾燥した後、乾燥物を酸素ガス気流中、780℃で10時間熱処理し、チタン酸リチウムを作製した。
The carbon material dispersions (dispersions 1 to 50, 57) using the dispersants Aa to As and the dispersants Ba to Bo may be used in the case where no dispersant is used (dispersions 51 to 53) or general surfactants. It can be seen that the dispersibility is good, the viscosity is low, and the dispersion particle size is small as compared with the case of using (dispersion 54, 55). Furthermore, dispersions 1 to 50 and 57 also had good temporal dispersion stability (50 ° C. × 3 days), and neither thickening nor aggregation was observed. Moreover, in the dispersion using the dispersant of the present invention, the wettability of the carbon to the electrolytic solution was improved as compared with the case where the dispersant was not used. In particular, when the dispersant has an acidic functional group and an ammonium salt type, the effect of improving wettability is great.
<Preparation of battery electrode composite material>
[Composite materials A1 to A42]
According to the composition shown in Tables 12 and 13, any two parts of carbon dispersions 1 to 25 and 30 to 46 were added to 48 parts of NMP to obtain a diluted carbon material dispersion. 50 parts of spinel lithium manganate LiMn 2 O 4 (cell seed S-LM, primary particle diameter 0.6 μm, specific surface area 1.8 m 2 / g, manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd.) is added to the dispersion as a positive electrode active material. Then, a three-pass mixing process was performed at a pressure of 100 MPa using a wet jet mill (Genus PY, manufactured by Genus) to obtain a composite material slurry. The slurry was dried, crushed and classified using a spray dryer (SD-100, manufactured by Tokyo Riken Kikai Co., Ltd.) to obtain composite materials A1 to A42. The mass ratio of LiMn 2 O 4 and the carbon material adsorbed with the dispersant was 100: 0.4.
[Composite materials B1, B2]
According to the composition shown in Table 13, 1 part of carbon dispersion 5 or 30 was added to 99 parts of NMP to obtain a diluted carbon material dispersion. While stirring the dispersion with a homogenizer, 100 parts of lithium cobalt oxide LiCoO 2 (HLC-17, primary particle size 9.3 μm, specific surface area 0.54 m 2 / g, manufactured by Honjo Chemical Co., Ltd.) was added as a positive electrode active material. And mixing was performed to obtain a composite material slurry. The slurry was dried, crushed and classified using a spray dryer (SD-100, manufactured by Tokyo Riken Kikai Co., Ltd.) to obtain composite materials B1 and B2. The mass ratio of LiCoO 2 to the carbon material adsorbed with the dispersant was 100: 0.1.
[Composite materials C1 to C8]
According to the composition shown in Table 13, 5 parts of carbon dispersions 26 to 29 and 47 to 50 were added to 45 parts of various solvents to obtain diluted carbon material dispersions. While stirring the dispersion with a homogenizer, 50 parts of lithium iron phosphate LiFePO 4 (primary particle size 3.6 μm, specific surface area 15 m 2 / g, manufactured by Tianjin Styl Energy Technology) was added as a positive electrode active material, and mixing was performed. And a composite slurry was obtained. The slurry was dried, crushed and classified using a spray dryer (SD-100, manufactured by Tokyo Riken Kikai Co., Ltd.) to obtain composite materials C1 to C8. The mass ratio between LiFePO 4 and the carbon material adsorbed with the dispersant was 100: 1.
[Composite materials D1, D2]
First, 1.962 mol of lithium hydroxide (LiOH.H 2 O) was added to 451 g of water and dissolved by stirring. 2.453 mol of 98% pure anatase-type titanium oxide as TiO 2 was added to the solution and stirred. At this time, the atomic ratio of Li and Ti is 4: 5. The volume of the mixed slurry is 0.502 L, and the slurry concentrations of the Li raw material and the Ti raw material before drying are 3.91 mol / L and 4.89 mol / L, respectively. After the mixture was spray-dried at 110 ° C., the dried product was heat-treated at 780 ° C. for 10 hours in an oxygen gas stream to produce lithium titanate.

次に、表13に示す組成に従い、NMP45部にカーボン分散体5、または30を5部添加して、希釈した炭素材料分散体を得た。該分散体をホモジナイザーにより攪拌しつつ、負極活物質として上記のチタン酸リチウムLi4Ti512(一次粒子径0.3μm、比表面積15m2/g)50部を添加し、混合を行い、複合材料スラリーを得た。該スラリーを、スプレードライヤー(SD−100、東京理化学機械社製)を用いて乾燥、解砕、分級し、複合材料D1、D2を得た。Li4Ti512と、分散剤の吸着した炭素材料との質量比は100:1であった。 Next, according to the composition shown in Table 13, 5 parts of carbon dispersion 5 or 30 was added to 45 parts of NMP to obtain a diluted carbon material dispersion. While stirring the dispersion with a homogenizer, 50 parts of the above lithium titanate Li 4 Ti 5 O 12 (primary particle diameter 0.3 μm, specific surface area 15 m 2 / g) was added as a negative electrode active material, and mixed. A composite slurry was obtained. The slurry was dried, crushed and classified using a spray dryer (SD-100, manufactured by Tokyo Riken Kikai Co., Ltd.) to obtain composite materials D1 and D2. The mass ratio between Li 4 Ti 5 O 12 and the carbon material adsorbed with the dispersant was 100: 1.

[複合材料E1、E2]
表13に示す組成に従い、精製水99部にカーボン分散体27、または48を1部添加して、希釈した炭素材料分散体を得た。該分散体をホモジナイザーにより攪拌しつつ、負極活物質としてメソフェーズカーボンMFC(MCMB6−28、一次粒子径6μm、比表面積4m2/g、大阪ガスケミカル社製)100部を添加し、混合を行い、複合材料スラリーを得た。該スラリーを、スプレードライヤー(SD−100、東京理化学機械社製)を用いて乾燥、解砕、分級し、複合材料E1、E2を得た。MFCと、分散剤の吸着した炭素材料との質量比は100:1であった。
[複合材料a1〜a5]
表14に示す組成に従い、NMPを48部にカーボン分散体51、または52を2部添加して、希釈した炭素材料分散体を得た。該分散体に、正極活物質としてスピネルマンガン酸リチウムLiMn(セルシードS−LM、1次粒子径0.6μm、比表面積1.8m/g、日本化学工業社製)50部を添加し、湿式ジェットミル(ジーナスPY、ジーナス社製)を用いて圧力100MPaで3パスの混合処理を行い、複合材料スラリーを得た。該スラリーを、スプレードライヤー(SD−100、東京理化学機械社製)を用いて乾燥、解砕、分級し、複合材料a1、a2を得た。LiMnと炭素材料との質量比は100:0.4であった。
[Composite materials E1, E2]
According to the composition shown in Table 13, 1 part of carbon dispersion 27 or 48 was added to 99 parts of purified water to obtain a diluted carbon material dispersion. While stirring the dispersion with a homogenizer, 100 parts of mesophase carbon MFC (MCMB6-28, primary particle size 6 μm, specific surface area 4 m 2 / g, manufactured by Osaka Gas Chemical Co., Ltd.) as a negative electrode active material was added and mixed. A composite slurry was obtained. The slurry was dried, crushed and classified using a spray dryer (SD-100, manufactured by Tokyo Riken Kikai Co., Ltd.) to obtain composite materials E1 and E2. The mass ratio of MFC to the carbon material adsorbed with the dispersant was 100: 1.
[Composite materials a1 to a5]
According to the composition shown in Table 14, 48 parts of NMP was added to 2 parts of carbon dispersion 51 or 52 to obtain a diluted carbon material dispersion. 50 parts of spinel lithium manganate LiMn 2 O 4 (cell seed S-LM, primary particle diameter 0.6 μm, specific surface area 1.8 m 2 / g, manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd.) is added to the dispersion as a positive electrode active material. Then, a three-pass mixing process was performed at a pressure of 100 MPa using a wet jet mill (Genus PY, manufactured by Genus) to obtain a composite material slurry. The slurry was dried, crushed and classified using a spray dryer (SD-100, manufactured by Tokyo Riken Kikai Co., Ltd.) to obtain composite materials a1 and a2. The mass ratio between LiMn 2 O 4 and the carbon material was 100: 0.4.

また、表14に示す組成に従い、NMPを45部にカーボン分散体54〜56のいずれか2部を添加して、希釈した炭素材料分散体を得た。該分散体に、正極活物質としてスピネルマンガン酸リチウムLiMn(セルシードS−LM、1次粒子径0.6μm、比表面積1.8m/g、日本化学工業社製)50部を添加し、湿式ジェットミル(ジーナスPY、ジーナス社製)を用いて圧力100MPaで3パスの混合処理を行い、複合材料スラリーを得た。該スラリーを、スプレードライヤー(SD−100、東京理化学機械社製)を用いて乾燥、解砕、分級し、複合材料a3〜a5を得た。LiMnと、分散剤の吸着した炭素材料との質量比は100:0.4であった。
[複合材料b1〜b4]
表14に示す組成に従い、NMP99部にカーボン分散体52を1部添加して、希釈した炭素材料分散体を得た。該分散体をホモジナイザーにより攪拌しつつ、正極活物質としてコバルト酸リチウムLiCoO(HLC−17、一次粒子径9.3μm、比表面積0.54m/g、本荘ケミカル社製)100部を添加し、混合を行い、複合材料スラリーを得た。該スラリーを、スプレードライヤー(SD−100、東京理化学機械社製)を用いて乾燥、解砕、分級し、複合材料b1を得た。LiCoOと炭素材料との質量比は100:0.1であった。
また、表14に示す組成に従い、NMP99部にカーボン分散体54〜56のいずれか1部を添加して、希釈した炭素材料分散体を得た。該分散体をホモジナイザーにより攪拌しつつ、正極活物質としてコバルト酸リチウムLiCoO(HLC−17、一次粒子径9.3μm、比表面積0.54m/g、本荘ケミカル社製)100部を添加し、混合を行い、複合材料スラリーを得た。該スラリーを、スプレードライヤー(SD−100、東京理化学機械社製)を用いて乾燥、解砕、分級し、複合材料b2〜b4を得た。LiCoOと、分散剤の吸着した炭素材料との質量比は100:0.1であった。
[複合材料c1]
表14に示す組成に従い、精製水を45部にカーボン分散体53を5部添加して、希釈した炭素材料分散体を得た。該分散体をホモジナイザーにより攪拌しつつ、正極活物質としてリン酸鉄リチウムLiFePO4(一次粒子径3.6μm、比表面積15m2/g、Tianjin Stl Energy Technology社製)50部を添加し、混合を行い、複合材料スラリーを得た。該スラリーを、スプレードライヤー(SD−100、東京理化学機械社製)を用いて乾燥、解砕、分級し、複合材料c1を得た。LiFePO4と炭素材料との質量比は100:1であった。
[複合材料d1〜d4]
まず、水酸化リチウム(LiOH・H2O)1.962モルを451gの水に投入し、撹拌溶解した。溶解液に純度98%のアナターゼ型酸化チタンをTiO2として2.453モル投入し撹拌した。この際のLiとTiの原子比が4:5である。混合スラリーの容積は0.502Lであり、乾燥前のLi原及びTi原のスラリー濃度はそれぞれ3.91モル/L及び4.89モル/Lである。混合物を110℃で噴霧乾燥した後、乾燥物を酸素ガス気流中、780℃で10時間熱処理し、チタン酸リチウムを作製した。
Moreover, according to the composition shown in Table 14, NMP was added to 45 parts of any 2 parts of carbon dispersions 54 to 56 to obtain a diluted carbon material dispersion. 50 parts of spinel lithium manganate LiMn 2 O 4 (cell seed S-LM, primary particle diameter 0.6 μm, specific surface area 1.8 m 2 / g, manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd.) is added to the dispersion as a positive electrode active material. Then, a three-pass mixing process was performed at a pressure of 100 MPa using a wet jet mill (Genus PY, manufactured by Genus) to obtain a composite material slurry. The slurry was dried, crushed and classified using a spray dryer (SD-100, manufactured by Tokyo Riken Kikai Co., Ltd.) to obtain composite materials a3 to a5. The mass ratio of LiMn 2 O 4 and the carbon material adsorbed with the dispersant was 100: 0.4.
[Composite materials b1 to b4]
According to the composition shown in Table 14, 1 part of carbon dispersion 52 was added to 99 parts of NMP to obtain a diluted carbon material dispersion. While stirring the dispersion with a homogenizer, 100 parts of lithium cobalt oxide LiCoO 2 (HLC-17, primary particle size 9.3 μm, specific surface area 0.54 m 2 / g, manufactured by Honjo Chemical Co., Ltd.) was added as a positive electrode active material. And mixing was performed to obtain a composite material slurry. The slurry was dried, crushed and classified using a spray dryer (SD-100, manufactured by Tokyo Riken Kikai Co., Ltd.) to obtain a composite material b1. The mass ratio between LiCoO 2 and the carbon material was 100: 0.1.
Further, according to the composition shown in Table 14, one part of carbon dispersions 54 to 56 was added to 99 parts of NMP to obtain a diluted carbon material dispersion. While stirring the dispersion with a homogenizer, 100 parts of lithium cobalt oxide LiCoO 2 (HLC-17, primary particle size 9.3 μm, specific surface area 0.54 m 2 / g, manufactured by Honjo Chemical Co., Ltd.) was added as a positive electrode active material. And mixing was performed to obtain a composite material slurry. The slurry was dried, crushed and classified using a spray dryer (SD-100, manufactured by Tokyo Riken Kikai Co., Ltd.) to obtain composite materials b2 to b4. The mass ratio of LiCoO 2 to the carbon material adsorbed with the dispersant was 100: 0.1.
[Composite material c1]
According to the composition shown in Table 14, 45 parts of purified water and 5 parts of carbon dispersion 53 were added to obtain a diluted carbon material dispersion. While stirring the dispersion with a homogenizer, 50 parts of lithium iron phosphate LiFePO 4 (primary particle size 3.6 μm, specific surface area 15 m 2 / g, manufactured by Tianjin Styl Energy Technology) was added as a positive electrode active material, and mixing was performed. And a composite slurry was obtained. The slurry was dried, crushed and classified using a spray dryer (SD-100, manufactured by Tokyo Riken Kikai Co., Ltd.) to obtain a composite material c1. The mass ratio between LiFePO 4 and the carbon material was 100: 1.
[Composite materials d1 to d4]
First, 1.962 mol of lithium hydroxide (LiOH.H 2 O) was added to 451 g of water and dissolved by stirring. 2.453 mol of 98% pure anatase-type titanium oxide as TiO 2 was added to the solution and stirred. At this time, the atomic ratio of Li and Ti is 4: 5. The volume of the mixed slurry is 0.502 L, and the slurry concentrations of the Li raw material and the Ti raw material before drying are 3.91 mol / L and 4.89 mol / L, respectively. After the mixture was spray-dried at 110 ° C., the dried product was heat-treated at 780 ° C. for 10 hours in an oxygen gas stream to produce lithium titanate.

次に、表14に示す組成に従い、NMP45部にカーボン分散体52を5部添加して、希釈した炭素材料分散体を得た。該分散体をホモジナイザーにより攪拌しつつ、負極活物質として上記のチタン酸リチウムLi4Ti512(一次粒子径0.3μm、比表面積15m2/g)50部を添加し、混合を行い、複合材料スラリーを得た。該スラリーを、スプレードライヤー(SD−100、東京理化学機械社製)を用いて乾燥、解砕、分級し、複合材料d1を得た。Li4Ti512と炭素材料との質量比は100:1であった。 Next, according to the composition shown in Table 14, 5 parts of carbon dispersion 52 was added to 45 parts of NMP to obtain a diluted carbon material dispersion. While stirring the dispersion with a homogenizer, 50 parts of the above lithium titanate Li 4 Ti 5 O 12 (primary particle diameter 0.3 μm, specific surface area 15 m 2 / g) was added as a negative electrode active material, and mixed. A composite slurry was obtained. The slurry was dried, crushed and classified using a spray dryer (SD-100, manufactured by Tokyo Riken Kikai Co., Ltd.) to obtain a composite material d1. The mass ratio between Li 4 Ti 5 O 12 and the carbon material was 100: 1.

また、表14に示す組成に従い、NMP45部にカーボン分散体54〜56のいずれか5部を添加して、希釈した炭素材料分散体を得た。該分散体をホモジナイザーにより攪拌しつつ、負極活物質として上記のチタン酸リチウムLi4Ti512(一次粒子径0.3μm、比表面積15m2/g)50部を添加し、混合を行い、複合材料スラリーを得た。該スラリーを、スプレードライヤー(SD−100、東京理化学機械社製)を用いて乾燥、解砕、分級し、複合材料d2〜d4を得た。Li4Ti512と、分散剤の吸着した炭素材料との質量比は100:1であった。 Moreover, according to the composition shown in Table 14, 5 parts of any of carbon dispersions 54 to 56 were added to 45 parts of NMP to obtain a diluted carbon material dispersion. While stirring the dispersion with a homogenizer, 50 parts of the above lithium titanate Li 4 Ti 5 O 12 (primary particle diameter 0.3 μm, specific surface area 15 m 2 / g) was added as a negative electrode active material, and mixed. A composite slurry was obtained. The slurry was dried, crushed, and classified using a spray dryer (SD-100, manufactured by Tokyo Riken Kikai Co., Ltd.) to obtain composite materials d2 to d4. The mass ratio between Li 4 Ti 5 O 12 and the carbon material adsorbed with the dispersant was 100: 1.

[複合材料e1]
表14に示す組成に従い、精製水99部にカーボン分散体53を1部添加して、希釈した炭素材料分散体を得た。該分散体をホモジナイザーにより攪拌しつつ、負極活物質としてメソフェーズカーボンMFC(MCMB6−28、一次粒子径6μm、比表面積4m2/g、大阪ガスケミカル社製)100部を添加し、混合を行い、複合材料スラリーを得た。該スラリーを、スプレードライヤー(SD−100、東京理化学機械社製)を用いて乾燥、解砕、分級し、複合材料e1を得た。MFCと炭素材料との質量比は100:0.1であった。
[Composite material e1]
According to the composition shown in Table 14, 1 part of carbon dispersion 53 was added to 99 parts of purified water to obtain a diluted carbon material dispersion. While stirring the dispersion with a homogenizer, 100 parts of mesophase carbon MFC (MCMB6-28, primary particle size 6 μm, specific surface area 4 m 2 / g, manufactured by Osaka Gas Chemical Co., Ltd.) as a negative electrode active material was added and mixed. A composite slurry was obtained. The slurry was dried, crushed and classified using a spray dryer (SD-100, manufactured by Tokyo Riken Kikai Co., Ltd.) to obtain a composite material e1. The mass ratio of MFC to carbon material was 100: 0.1.

Figure 2010086955
Figure 2010086955

Figure 2010086955
Figure 2010086955

Figure 2010086955
Figure 2010086955

<リチウムイオン二次電池用正極合材ペーストの調製>
[実施例1〜44、比較例1〜5、9〜12]
バインダーとしてPVDF5部をNMP40部に溶解し、バインダー溶液45部を作製した。各種活物質複合材料を92部、HS−100を3部、およびバインダー溶液を45部プラネタリーミキサーに投入し、1時間混合処理を行った。さらに、N−メチル−2−ピロリドン5部を加えて希釈した後、引き続きプラネタリーミキサーにて30分間混合処理を行い、正極合材ペーストを調整した。各実施例および比較例で使用した活物質複合材料は表15、16に示す。
[比較例6]
バインダーとしてPVDF5部をNMP40部に溶解し、バインダー溶液45部を作製した。活物質複合材料a2を90部、HS−100を5部、およびバインダー溶液を45部プラネタリーミキサーに投入し、1時間混合処理を行った。さらに、N−メチル−2−ピロリドン5部を加えて希釈した後、引き続きプラネタリーミキサーにて30分間混合処理を行い、正極合材ペーストを調整した。
[比較例7]
バインダーとしてPVDF5部をNMP40部に溶解し、バインダー溶液45部を作製した。正極活物質としてスピネルマンガン酸リチウムLiMn(セルシードS−LM、1次粒子径0.6μm、比表面積1.8m/g、日本化学工業社製)を92部、HS−100を3部、およびバインダー溶液を45部プラネタリーミキサーに投入し、1時間混合処理を行った。さらに、N−メチル−2−ピロリドン5部を加えて希釈した後、引き続きプラネタリーミキサーにて30分間混合処理を行い、正極合材ペーストを調整した。
[比較例8]
バインダーとしてPVDF5部をNMP40部に溶解し、バインダー溶液45部を作製した。正極活物質としてスピネルマンガン酸リチウムLiMn(セルシードS−LM、1次粒子径0.6μm、比表面積1.8m/g、日本化学工業社製)を90部、HS−100を5部、およびバインダー溶液を45部プラネタリーミキサーに投入し、1時間混合処理を行った。さらに、N−メチル−2−ピロリドン5部を加えて希釈した後、引き続きプラネタリーミキサーにて30分間混合処理を行い、正極合材ペーストを調整した。
[実施例45〜52、比較例13]
バインダーとしてCMC1部およびSBR4部を精製水40部に溶解し、バインダー溶液45部を作製した。各種活物質複合材料を93部、HS−100を2部、およびバインダー溶液を45部プラネタリーミキサーに投入し、1時間混合処理を行った。さらに、精製水5部を加えて希釈した後、引き続きプラネタリーミキサーにて30分間混合処理を行い、正極合材ペーストを調整した。各実施例および比較例で使用した活物質複合材料は表17に示す。
[比較例14]
バインダーとしてCMC1部およびSBR4部を精製水40部に溶解し、バインダー溶液45部を作製した。正極活物質としてリン酸鉄リチウムLiFePO4(一次粒子径3.6μm、比表面積15m2/g、Tianjin Stl Energy Technology社製)を92部、HS−100を3部、およびバインダー溶液を45部プラネタリーミキサーに投入し、1時間混合処理を行った。さらに、精製水5部を加えて希釈した後、引き続きプラネタリーミキサーにて30分間混合処理を行い、正極合材ペーストを調整した。
[比較例15]
バインダーとしてCMC1部およびSBR4部を精製水40部に溶解し、バインダー溶液45部を作製した。正極活物質としてリン酸鉄リチウムLiFePO4(一次粒子径3.6μm、比表面積15m2/g、Tianjin Stl Energy Technology社製)を90部、HS−100を5部、およびバインダー溶液を45部プラネタリーミキサーに投入し、1時間混合処理を行った。さらに、精製水5部を加えて希釈した後、引き続きプラネタリーミキサーにて30分間混合処理を行い、正極合材ペーストを調整した。
<Preparation of positive electrode mixture paste for lithium ion secondary battery>
[Examples 1-44, Comparative Examples 1-5, 9-12]
As a binder, 5 parts of PVDF was dissolved in 40 parts of NMP to prepare 45 parts of a binder solution. 92 parts of various active material composite materials, 3 parts of HS-100, and 45 parts of the binder solution were charged into a planetary mixer, and mixed for 1 hour. Further, after 5 parts of N-methyl-2-pyrrolidone was added for dilution, the mixture was subsequently mixed in a planetary mixer for 30 minutes to prepare a positive electrode mixture paste. The active material composite materials used in the examples and comparative examples are shown in Tables 15 and 16.
[Comparative Example 6]
As a binder, 5 parts of PVDF was dissolved in 40 parts of NMP to prepare 45 parts of a binder solution. 90 parts of the active material composite material a2, 5 parts of HS-100, and 45 parts of the binder solution were put into a planetary mixer and mixed for 1 hour. Further, after 5 parts of N-methyl-2-pyrrolidone was added for dilution, the mixture was subsequently mixed in a planetary mixer for 30 minutes to prepare a positive electrode mixture paste.
[Comparative Example 7]
As a binder, 5 parts of PVDF was dissolved in 40 parts of NMP to prepare 45 parts of a binder solution. As a positive electrode active material, 92 parts of lithium spinel manganate LiMn 2 O 4 (cell seed S-LM, primary particle diameter 0.6 μm, specific surface area 1.8 m 2 / g, manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd.), 3 HS-100 And 45 parts of the binder solution were charged into a planetary mixer and mixed for 1 hour. Further, after 5 parts of N-methyl-2-pyrrolidone was added for dilution, the mixture was subsequently mixed in a planetary mixer for 30 minutes to prepare a positive electrode mixture paste.
[Comparative Example 8]
As a binder, 5 parts of PVDF was dissolved in 40 parts of NMP to prepare 45 parts of a binder solution. As a positive electrode active material, 90 parts of lithium spinel manganate LiMn 2 O 4 (cell seed S-LM, primary particle size 0.6 μm, specific surface area 1.8 m 2 / g, manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd.), 5 HS-100 And 45 parts of the binder solution were charged into a planetary mixer and mixed for 1 hour. Further, after 5 parts of N-methyl-2-pyrrolidone was added for dilution, the mixture was subsequently mixed in a planetary mixer for 30 minutes to prepare a positive electrode mixture paste.
[Examples 45 to 52, Comparative Example 13]
As a binder, 1 part of CMC and 4 parts of SBR were dissolved in 40 parts of purified water to prepare 45 parts of a binder solution. 93 parts of various active material composite materials, 2 parts of HS-100, and 45 parts of the binder solution were put into a planetary mixer, and mixed for 1 hour. Furthermore, after adding 5 parts of purified water and diluting, the mixture process was continued for 30 minutes with the planetary mixer, and the positive mix paste was prepared. Table 17 shows the active material composite materials used in the examples and comparative examples.
[Comparative Example 14]
As a binder, 1 part of CMC and 4 parts of SBR were dissolved in 40 parts of purified water to prepare 45 parts of a binder solution. As a positive electrode active material, lithium iron phosphate LiFePO 4 (primary particle diameter 3.6 μm, specific surface area 15 m 2 / g, manufactured by Tianjin Stl Energy Technology) 92 parts, HS-100 3 parts, and binder solution 45 parts planetar The mixture was put into a Lee mixer and mixed for 1 hour. Furthermore, after adding 5 parts of purified water and diluting, the mixture process was continued for 30 minutes with the planetary mixer, and the positive mix paste was prepared.
[Comparative Example 15]
As a binder, 1 part of CMC and 4 parts of SBR were dissolved in 40 parts of purified water to prepare 45 parts of a binder solution. As positive electrode active material, lithium iron phosphate LiFePO 4 (primary particle size 3.6 μm, specific surface area 15 m 2 / g, manufactured by Tianjin Stl Energy Technology) 90 parts, HS-100 5 parts, and binder solution 45 parts planetar The mixture was put into a Lee mixer and mixed for 1 hour. Furthermore, after adding 5 parts of purified water and diluting, the mixture process was continued for 30 minutes with the planetary mixer, and the positive mix paste was prepared.

<リチウムイオン二次電池用負極合材ペーストの調製>
[実施例53、54、比較例16〜19]
バインダーとしてPVDF5部をNMP40部に溶解し、バインダー溶液45部を作製した。各種活物質複合材料を93部、HS−100を2部、およびバインダー溶液を45部プラネタリーミキサーに投入し、1時間混合処理を行った。さらに、N−メチル−2−ピロリドン5部を加えて希釈した後、引き続きプラネタリーミキサーにて30分間混合処理を行い、負極合材ペーストを調整した。各実施例および比較例で使用した活物質複合材料は表17に示す。
[比較例20]
バインダーとしてPVDF5部をNMP40部に溶解し、バインダー溶液45部を作製した。負極活物質として、複合材料C1調整のために作製したのと同様の方法で作製したチタン酸リチウムを92部、HS−100を3部、およびバインダー溶液を45部プラネタリーミキサーに投入し、1時間混合処理を行った。さらに、N−メチル−2−ピロリドン5部を加えて希釈した後、引き続きプラネタリーミキサーにて30分間混合処理を行い、負極合材ペーストを調整した。
[実施例55、56、比較例21]
バインダーとしてCMC1部およびSBR4部を精製水40部に溶解し、バインダー溶液45部を作製した。各種活物質複合材料を92部、HS−100を3部、およびバインダー溶液を45部プラネタリーミキサーに投入し、1時間混合処理を行った。さらに、精製水5部を加えて希釈した後、引き続きプラネタリーミキサーにて30分間混合処理を行い、負極合材ペーストを調整した。各実施例および比較例で使用した活物質複合材料は表17に示す。
[比較例22]
バインダーとしてCMC1部およびSBR4部を精製水40部に溶解し、バインダー溶液45部を作製した。負極活物質としてメソフェーズカーボンMFC(MCMB6−28、一次粒子径6μm、比表面積4m2/g、大阪ガスケミカル社製)を92部、HS−100を3部、およびバインダー溶液を45部プラネタリーミキサーに投入し、1時間混合処理を行った。さらに、精製水5部を加えて希釈した後、引き続きプラネタリーミキサーにて30分間混合処理を行い、電極合材ペーストを調整した。
<Preparation of negative electrode mixture paste for lithium ion secondary battery>
[Examples 53 and 54, Comparative Examples 16 to 19]
As a binder, 5 parts of PVDF was dissolved in 40 parts of NMP to prepare 45 parts of a binder solution. 93 parts of various active material composite materials, 2 parts of HS-100, and 45 parts of the binder solution were put into a planetary mixer, and mixed for 1 hour. Furthermore, after diluting by adding 5 parts of N-methyl-2-pyrrolidone, the mixture treatment was continued for 30 minutes with a planetary mixer to prepare a negative electrode mixture paste. Table 17 shows the active material composite materials used in the examples and comparative examples.
[Comparative Example 20]
As a binder, 5 parts of PVDF was dissolved in 40 parts of NMP to prepare 45 parts of a binder solution. As a negative electrode active material, 92 parts of lithium titanate prepared by the same method as that prepared for preparing the composite material C1, 3 parts of HS-100, and 45 parts of a binder solution were charged into a planetary mixer. Time mixing was performed. Furthermore, after diluting by adding 5 parts of N-methyl-2-pyrrolidone, the mixture treatment was continued for 30 minutes with a planetary mixer to prepare a negative electrode mixture paste.
[Examples 55 and 56, Comparative Example 21]
As a binder, 1 part of CMC and 4 parts of SBR were dissolved in 40 parts of purified water to prepare 45 parts of a binder solution. 92 parts of various active material composite materials, 3 parts of HS-100, and 45 parts of the binder solution were charged into a planetary mixer, and mixed for 1 hour. Further, after 5 parts of purified water was added for dilution, the mixture was subsequently mixed for 30 minutes with a planetary mixer to prepare a negative electrode mixture paste. Table 17 shows the active material composite materials used in the examples and comparative examples.
[Comparative Example 22]
As a binder, 1 part of CMC and 4 parts of SBR were dissolved in 40 parts of purified water to prepare 45 parts of a binder solution. 92 parts of mesophase carbon MFC (MCMB6-28, primary particle diameter 6 μm, specific surface area 4 m 2 / g, manufactured by Osaka Gas Chemical Company), 3 parts of HS-100, and 45 parts of a binder solution as a negative electrode active material planetary mixer And mixed for 1 hour. Further, after 5 parts of purified water was added for dilution, the mixture was subsequently mixed in a planetary mixer for 30 minutes to prepare an electrode mixture paste.

Figure 2010086955
Figure 2010086955

Figure 2010086955
Figure 2010086955

Figure 2010086955
Figure 2010086955

<リチウムイオン二次電池用正極の作製>
[実施例1〜52、比較例1〜15]
先に調製した各種正極合材ペーストを、集電体となる厚さ20μmのアルミ箔上にドクターブレードを用いて塗布した後、減圧下120℃で加熱乾燥した後、ローラープレス機にて圧延処理し、厚さ60μmの正極合材層を作製した。
<リチウムイオン二次電池用負極の作製>
[実施例53〜56、比較例16〜22]
先に調製した各種負極合材ペーストを、集電体となる厚さ20μmの銅箔上にドクターブレードを用いて塗布した後、減圧下120℃で加熱乾燥した後、ローラープレス機にて圧延処理し、厚さ60μmの負極合材層を作製した。
<リチウムイオン二次電池正極評価用セルの組み立て>
[実施例1〜52、比較例1〜15]
先に作製した正極を、直径9mmに打ち抜き作用極とし、金属リチウム箔(厚さ0.15mm)を対極として、作用極および対極の間に多孔質ポリプロピレンフィルムからなるセパレーター(セルガード社製 #2400)を挿入積層し、電解液(エチレンカーボネートとジエチルカーボネートを1:1に混合した混合溶媒にLiPFを1Mの濃度で溶解させた非水電解液)を満たして二極密閉式金属セル(宝仙社製 HSフラットセル)を組み立てた。セルの組み立てはアルゴンガス置換したグローブボックス内で行い、セル組み立て後、所定の電池特性評価を行った。
<リチウムイオン二次電池負極評価用セルの組み立て>
[実施例53〜56、比較例16〜22]
先に作製した負極を、直径9mmに打ち抜き作用極とし、金属リチウム箔(厚さ0.15mm)を対極として、作用極および対極の間に多孔質ポリプロピレンフィルムからなるセパレーター(セルガード社製 #2400)を挿入積層し、電解液(エチレンカーボネートとジエチルカーボネートを1:1に混合した混合溶媒にLiPFを1Mの濃度で溶解させた非水電解液)を満たして二極密閉式金属セル(宝仙社製 HSフラットセル)を組み立てた。セルの組み立てはアルゴンガス置換したグローブボックス内で行い、セル組み立て後、所定の電池特性評価を行った。
<リチウムイオン二次電池正極特性評価>
[実施例1〜52、比較例1〜15]
作製した電池評価用セルを室温(25℃)で、充電レート0.2C、1.0Cの定電流定電圧充電(上限電圧4.2V)で満充電とし、充電時と同じレートの定電流で放電下限電圧3.0Vまで放電を行う充放電を1サイクル(充放電間隔休止時間30分)とし、このサイクルを合計20サイクル行い、充放電サイクル特性評価(評価装置:北斗電工社製SM−8)を行った。また、評価後のセルを分解し、電極塗膜の外観を目視にて確認し、部分的に合材が集電体より剥がれているのが確認された場合に×とした。評価結果を表18〜20に示した。
<Preparation of positive electrode for lithium ion secondary battery>
[Examples 1 to 52, Comparative Examples 1 to 15]
The various positive electrode mixture pastes prepared above were applied onto a 20 μm thick aluminum foil serving as a current collector using a doctor blade, then heated and dried at 120 ° C. under reduced pressure, and then rolled with a roller press. Then, a positive electrode mixture layer having a thickness of 60 μm was produced.
<Preparation of negative electrode for lithium ion secondary battery>
[Examples 53 to 56, Comparative Examples 16 to 22]
The various negative electrode mixture pastes prepared above were applied onto a copper foil having a thickness of 20 μm to be a current collector using a doctor blade, dried by heating at 120 ° C. under reduced pressure, and then rolled with a roller press. Then, a negative electrode mixture layer having a thickness of 60 μm was produced.
<Assembly of lithium ion secondary battery positive electrode evaluation cell>
[Examples 1 to 52, Comparative Examples 1 to 15]
A separator made of a porous polypropylene film between the working electrode and the counter electrode (# 2400, manufactured by Celgard Co., Ltd.) with the positive electrode produced previously punched into a diameter of 9 mm and used as a working electrode, and a metallic lithium foil (thickness 0.15 mm) as a counter electrode Is inserted and laminated, filled with an electrolyte (nonaqueous electrolyte in which LiPF 6 is dissolved at a concentration of 1M in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate in a ratio of 1: 1), and a bipolar metal cell (Hosen) (HS flat cell). The cell was assembled in a glove box substituted with argon gas, and a predetermined battery characteristic evaluation was performed after the cell was assembled.
<Assembly of lithium ion secondary battery negative electrode evaluation cell>
[Examples 53 to 56, Comparative Examples 16 to 22]
A separator made of a porous polypropylene film between the working electrode and the counter electrode (# 2400, manufactured by Celgard Co., Ltd.) with the negative electrode prepared previously punched to a diameter of 9 mm and used as a working electrode, and a metallic lithium foil (thickness 0.15 mm) as a counter electrode Is inserted and laminated, filled with an electrolyte (nonaqueous electrolyte in which LiPF 6 is dissolved at a concentration of 1M in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate in a ratio of 1: 1), and a bipolar metal cell (Hosen) (HS flat cell). The cell was assembled in a glove box substituted with argon gas, and a predetermined battery characteristic evaluation was performed after the cell was assembled.
<Characteristic evaluation of lithium ion secondary battery positive electrode>
[Examples 1 to 52, Comparative Examples 1 to 15]
The produced battery evaluation cell was fully charged at a constant current and constant voltage charge (upper limit voltage 4.2 V) at a room temperature (25 ° C.) with a charge rate of 0.2 C and 1.0 C, and at a constant current at the same rate as during charging. Charge / discharge for discharging to a discharge lower limit voltage of 3.0V is defined as one cycle (charge / discharge interval rest time 30 minutes), and this cycle is performed for a total of 20 cycles to evaluate charge / discharge cycle characteristics (Evaluation apparatus: SM-8 manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.) ) Moreover, the cell after evaluation was decomposed | disassembled, the external appearance of the electrode coating film was confirmed visually, and it was set as x when it was confirmed that the composite material has partially peeled from the electrical power collector. The evaluation results are shown in Tables 18-20.

Figure 2010086955
Figure 2010086955

Figure 2010086955
Figure 2010086955

Figure 2010086955
Figure 2010086955

表18〜表20より、本発明における複合材料を使用した実施例1〜42は、分散剤を使用せず複合材料を作製した比較例1および2、界面活性剤を使用した比較例3および4、分散樹脂を使用した比較例5、複合材料を使用せず合材ペーストを作製した比較例7に比して、いずれも電池容量、20サイクル容量維持率において良好な結果が得られた。分散樹脂を使用した比較例5以外の比較例では、評価後、集電体から合材が剥落していた。また、導電助剤の量を増やした比較例7、および9はサイクル特性は若干改善するものの、電池容量が小さくなってしまうのに対し、実施例1〜42は電池容量を損なうことなくサイクル特性を改善しており、本発明の複合材料使用による導電助剤量低減の効果が表れたと言える。   From Table 18 to Table 20, Examples 1-42 using the composite material in the present invention are Comparative Examples 1 and 2 in which a composite material was prepared without using a dispersant, and Comparative Examples 3 and 4 in which a surfactant was used. In comparison with Comparative Example 5 using a dispersion resin and Comparative Example 7 in which a composite paste was prepared without using a composite material, good results were obtained in both battery capacity and 20 cycle capacity retention rate. In Comparative Examples other than Comparative Example 5 using a dispersion resin, the composite material was peeled off from the current collector after evaluation. In addition, Comparative Examples 7 and 9 in which the amount of the conductive auxiliary agent was increased slightly improved the cycle characteristics, but the battery capacity was reduced, whereas Examples 1-42 were cycle characteristics without impairing the battery capacity. It can be said that the effect of reducing the amount of the conductive auxiliary agent by using the composite material of the present invention was exhibited.

同様に、表20より、実施例43、44は比較例9〜12に比していずれも電池容量、20サイクル容量維持率において良好な結果が得られ、本発明の複合材料は、各種正極活物質に適用可能であることが示された。   Similarly, from Table 20, both Examples 43 and 44 have better results in battery capacity and 20 cycle capacity retention ratio than Comparative Examples 9 to 12, and the composite material of the present invention has various positive electrode actives. It was shown to be applicable to the substance.

表20より、水系で合材ペースト化した実施例45〜52は、酸性官能基を有する誘導体および塩基性官能基を有する誘導体を使用していない比較例13〜15に比していずれも電池容量、20サイクル容量維持率において良好な結果が得られた。活物質との反応性に注意すれば、複合材料作製の際に各種溶剤を使用できることが確かめられた。また、正極活物質、溶剤、バインダーに任意の組み合わせを使用できることが確認された。   From Table 20, Examples 45-52 made into a mixture paste in an aqueous system have battery capacities as compared with Comparative Examples 13-15 that do not use a derivative having an acidic functional group and a derivative having a basic functional group. Good results were obtained at a 20 cycle capacity retention rate. If attention was paid to the reactivity with the active material, it was confirmed that various solvents can be used in the production of the composite material. Moreover, it was confirmed that arbitrary combinations can be used for the positive electrode active material, the solvent, and the binder.

また、分散剤として酸性官能基を有する誘導体Aaを使用した実施例5と、分散剤を使用しなかった比較例2について、先に作製した正極の、電池評価に使用しなかった部分を走査型電子顕微鏡(日立製作所社製S−3400S)により表面観察を行ったところ、実施例5は活物質粒子を炭素材料が良好に被覆しているのに対し、比較例2は炭素材料の凝集が顕著で、活物質表面が露わになっている部分も多く観察された。
<リチウムイオン二次電池負極特性評価>
[実施例53〜56、比較例16〜22]
作製した電池評価用セルを室温(25℃)、充電レート0.2C、1.0Cの定電流定電圧充電(上限電圧0.5V)で満充電とし、充電時と同じレートの定電流で電圧が1.5Vになるまで放電を行う充放電を1サイクル(充放電間隔休止時間30分)とし、このサイクルを合計20サイクル行い、充放電サイクル特性評価(評価装置:北斗電工製SM−8)を行った。また、評価後のセルを分解し、電極塗膜不良の有無を目視にて確認し、部分的に合材が集電体より剥がれているのが確認された場合に×とした。評価結果を表21に示した。
Moreover, about Example 5 using the derivative Aa which has an acidic functional group as a dispersing agent, and the comparative example 2 which did not use a dispersing agent, the part which was not used for battery evaluation of the positive electrode produced previously is a scanning type. When the surface was observed with an electron microscope (S-3400S manufactured by Hitachi, Ltd.), in Example 5, the active material particles were satisfactorily coated with the carbon material, whereas in Comparative Example 2, the aggregation of the carbon material was remarkable. Many portions where the active material surface was exposed were also observed.
<Evaluation of lithium ion secondary battery negative electrode characteristics>
[Examples 53 to 56, Comparative Examples 16 to 22]
The battery evaluation cell thus prepared was fully charged at a constant current and constant voltage charge (upper limit voltage 0.5 V) at room temperature (25 ° C.), with a charge rate of 0.2 C and 1.0 C, and a voltage at a constant current at the same rate as during charging. Charging / discharging until 1 V reaches 1.5 V is defined as one cycle (charging / discharging interval pause time 30 minutes), and this cycle is performed for a total of 20 cycles, and charging / discharging cycle characteristics evaluation (evaluation apparatus: SM-8 manufactured by Hokuto Denko) Went. Moreover, the cell after evaluation was decomposed | disassembled, the presence or absence of the electrode coating film defect was confirmed visually, and it was set as x when it was confirmed that the composite material has partially peeled from the electrical power collector. The evaluation results are shown in Table 21.

Figure 2010086955
Figure 2010086955

表21より、実施例53、54は、酸性官能基を有する誘導体および塩基性官能基を有する誘導体を使用していない比較例16〜20に比して、いずれも電池容量、20サイクル容量維持率において良好な結果が得られた。したがって、本発明の複合材料は負極にも適用できることが確認された。   From Table 21, Examples 53 and 54 are both battery capacity and 20 cycle capacity maintenance ratio compared with Comparative Examples 16-20 which does not use the derivative which has an acidic functional group, and the derivative which has a basic functional group. Good results were obtained. Therefore, it was confirmed that the composite material of the present invention can also be applied to the negative electrode.

同様に、実施例55、56は比較例21、22に比して、いずれも電池容量、20サイクル容量維持率において良好な結果が得られた。負極活物質、溶剤、バインダーに任意の組み合わせを使用できることが示された。   Similarly, in Examples 55 and 56, as compared with Comparative Examples 21 and 22, good results were obtained in both battery capacity and 20 cycle capacity maintenance rate. It was shown that any combination of negative electrode active material, solvent, and binder can be used.

また、分散剤として酸性官能基を有する誘導体Aaを使用した実施例55と、分散剤を使用しなかった比較例21について、先に作製した負極の、電池評価に使用しなかった部分を走査型電子顕微鏡(日立製作所社製S−3400S)により表面観察を行ったところ、正極の場合と同様に、実施例55は活物質粒子を炭素材料が良好に被覆しているのに対し、比較例21は被覆が十分でない状態であった。   Moreover, about Example 55 using the derivative Aa which has an acidic functional group as a dispersing agent, and the comparative example 21 which did not use a dispersing agent, the part which was not used for battery evaluation of the negative electrode produced previously is a scanning type. When the surface was observed with an electron microscope (S-3400S, manufactured by Hitachi, Ltd.), as in the case of the positive electrode, in Example 55, the active material particles were satisfactorily covered with the carbon material, whereas Comparative Example 21 was used. Was in a state of insufficient coating.

Claims (12)

少なくとも一種の炭素材料と、前記炭素材料の分散剤としての、酸性官能基を有する有機色素誘導体、酸性官能基を有するトリアジン誘導体、塩基性官能基を有する有機色素誘導体、および、塩基性官能基を有するトリアジン誘導体からなる群から選ばれる一種以上の誘導体とによって、電極用活物質表面を被覆することを特徴とする電池電極用複合材料の製造方法。 At least one carbon material, an organic dye derivative having an acidic functional group, a triazine derivative having an acidic functional group, an organic dye derivative having a basic functional group, and a basic functional group as a dispersant for the carbon material. A method for producing a battery electrode composite material, wherein the surface of an electrode active material is coated with one or more derivatives selected from the group consisting of triazine derivatives. 少なくとも一種の炭素材料を分散剤を用いて溶剤中に分散させた分散体と、電極用活物質とを混合した後、溶剤を除去することを特徴とする請求項1記載の電池電極用複合材料の製造方法。 2. The battery electrode composite material according to claim 1, wherein the solvent is removed after mixing a dispersion in which at least one carbon material is dispersed in a solvent using a dispersant and the electrode active material. Manufacturing method. 分散体が、酸性官能基を有する誘導体と、分散助剤としての分子量500以下の塩基とを含むことを特徴とする請求項2記載の電池電極用複合材料の製造方法。 The method for producing a battery electrode composite material according to claim 2, wherein the dispersion contains a derivative having an acidic functional group and a base having a molecular weight of 500 or less as a dispersion aid. 分散体が、塩基性官能基を有する誘導体と、分散助剤としての分子量300以下の酸を含むことを特徴とする請求項2記載の電池電極用複合材料の製造方法。 The method for producing a composite material for battery electrodes according to claim 2, wherein the dispersion contains a derivative having a basic functional group and an acid having a molecular weight of 300 or less as a dispersion aid. 溶剤と一緒に分散助剤を除去することを特徴とする請求項3または4記載の電池電極用複合材料の製造方法。 5. The method for producing a battery electrode composite material according to claim 3, wherein the dispersion aid is removed together with the solvent. 分散体中の炭素材料の分散粒径(D50)が、2μm以下であることを特徴とする、請求項2〜5いずれか記載の電池電極用複合材料の製造方法。 The method for producing a composite material for a battery electrode according to any one of claims 2 to 5, wherein the dispersed particle diameter (D50) of the carbon material in the dispersion is 2 µm or less. 請求項1〜5いずれかに記載の製造方法で製造されてなる電池電極用複合材料。 The composite material for battery electrodes manufactured with the manufacturing method in any one of Claims 1-5. 炭素材料の一次粒子径が、10〜100nmであることを特徴とする、請求項7記載の電池電極用複合材料。 The composite material for battery electrodes according to claim 7, wherein the primary particle diameter of the carbon material is 10 to 100 nm. 請求項7または8記載の電池電極用複合材料と、溶剤と、バインダー成分とを含んでなる電極用合材ペースト。 An electrode mixture paste comprising the battery electrode composite material according to claim 7 or 8, a solvent, and a binder component. 更に導電助剤成分を含んでなる、請求項9記載の電極用合材ペースト。 The electrode mixture paste according to claim 9, further comprising a conductive auxiliary component. 集電体上に、請求項7または8記載の電池電極用複合材料、または、請求項9または10記載の電極用合材ペーストを使用して電極合材層が形成されてなることを特徴とする電池用電極。 An electrode mixture layer is formed on the current collector using the battery electrode composite material according to claim 7 or 8, or the electrode mixture paste according to claim 9 or 10. Battery electrode. 集電体上に正極合材層を有する正極と、集電体上に負極合材層を有する負極と、リチウムを含む電解質とを具備するリチウムイオン二次電池であって、正極および負極の少なくとも一方が、請求項11記載の電池用電極であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。 A lithium ion secondary battery comprising a positive electrode having a positive electrode mixture layer on a current collector, a negative electrode having a negative electrode mixture layer on the current collector, and an electrolyte containing lithium, wherein the positive electrode and the negative electrode are at least One side is the battery electrode of Claim 11, The lithium ion secondary battery characterized by the above-mentioned.
JP2009202590A 2008-09-04 2009-09-02 Composite material for battery electrode Pending JP2010086955A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009202590A JP2010086955A (en) 2008-09-04 2009-09-02 Composite material for battery electrode

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008227000 2008-09-04
JP2009202590A JP2010086955A (en) 2008-09-04 2009-09-02 Composite material for battery electrode

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010086955A true JP2010086955A (en) 2010-04-15

Family

ID=42250688

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009202590A Pending JP2010086955A (en) 2008-09-04 2009-09-02 Composite material for battery electrode

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010086955A (en)

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012014616A1 (en) * 2010-07-30 2012-02-02 三洋電機株式会社 Non-aqueous electrolyte rechargeable battery
EP2424014A2 (en) 2010-08-26 2012-02-29 Sanyo Electric Co., Ltd. Electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, nonaqueous electrolyte secondary battery, and method for manufacturing electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2012505137A (en) * 2008-10-07 2012-03-01 ジュート−ヒェミー アクチェンゲゼルシャフト Carbon coated spinel type lithium titanate
JP2013069565A (en) * 2011-09-22 2013-04-18 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd Electrode material and method for producing the same
JP2013222584A (en) * 2012-04-16 2013-10-28 Sharp Corp Positive electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery manufactured using the same
JP2013251207A (en) * 2012-06-01 2013-12-12 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Positive electrode material for lithium secondary battery, manufacturing method therefor, and lithium secondary battery using the positive electrode material
JP2014143000A (en) * 2013-01-22 2014-08-07 Toyo Ink Sc Holdings Co Ltd Composition for forming secondary battery electrode, electrode for secondary battery and secondary battery
JP2014157658A (en) * 2012-02-14 2014-08-28 Mitsubishi Chemicals Corp Active material for nonaqueous secondary battery negative electrode, negative electrode using the same, and nonaqueous secondary battery
WO2014156892A1 (en) * 2013-03-25 2014-10-02 Jsr株式会社 Electrode active material, electrode, and electricity-storage device
JP2015030777A (en) * 2013-08-01 2015-02-16 東洋インキScホールディングス株式会社 Carbon black dispersion and application of the same
WO2015029525A1 (en) * 2013-08-28 2015-03-05 住友金属鉱山株式会社 Method for producing positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries, positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries, and nonaqueous electrolyte secondary battery
WO2016135783A1 (en) * 2015-02-27 2016-09-01 旭カーボン株式会社 Electrode active material, electrode for secondary batteries, and secondary battery
JP2016177925A (en) * 2015-03-19 2016-10-06 東洋インキScホールディングス株式会社 Composition for forming secondary battery electrode, secondary battery electrode, and secondary battery
KR20170020284A (en) * 2015-08-14 2017-02-22 주식회사 엘지화학 Lithium air battery and method for manufactureing the same
JP2017174708A (en) * 2016-03-25 2017-09-28 東洋インキScホールディングス株式会社 Dispersion composition, dispersion composition for battery, and battery
JP2019169405A (en) * 2018-03-26 2019-10-03 株式会社東芝 Electrode, secondary battery, battery pack and vehicle
US11075385B2 (en) 2012-02-14 2021-07-27 Mitsubishi Chemical Corporation Negative electrode active material for nonaqueous secondary battery, and negative electrode and nonaqueous secondary battery using the same
WO2022163330A1 (en) * 2021-01-29 2022-08-04 日本ゼオン株式会社 Conductive material paste for electrochemical element electrodes, slurry composition for electrochemical element electrodes, electrode for electrochemical elements, electrochemical element, and method for producing conductive material paste for electrochemical element electrodes

Cited By (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9085491B2 (en) 2008-10-07 2015-07-21 Sued-Chemie Ip Gmbh & Co. Kg Carbon-coated lithium titanium spinel
JP2012505137A (en) * 2008-10-07 2012-03-01 ジュート−ヒェミー アクチェンゲゼルシャフト Carbon coated spinel type lithium titanate
JP2012121803A (en) * 2008-10-07 2012-06-28 Sued-Chemie Ag Carbon-coated spinel type lithium titanate and method for producing the same
WO2012014616A1 (en) * 2010-07-30 2012-02-02 三洋電機株式会社 Non-aqueous electrolyte rechargeable battery
JP5627688B2 (en) * 2010-07-30 2014-11-19 三洋電機株式会社 Nonaqueous electrolyte secondary battery
EP2424014A2 (en) 2010-08-26 2012-02-29 Sanyo Electric Co., Ltd. Electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, nonaqueous electrolyte secondary battery, and method for manufacturing electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2013069565A (en) * 2011-09-22 2013-04-18 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd Electrode material and method for producing the same
JP2014157658A (en) * 2012-02-14 2014-08-28 Mitsubishi Chemicals Corp Active material for nonaqueous secondary battery negative electrode, negative electrode using the same, and nonaqueous secondary battery
US11075385B2 (en) 2012-02-14 2021-07-27 Mitsubishi Chemical Corporation Negative electrode active material for nonaqueous secondary battery, and negative electrode and nonaqueous secondary battery using the same
JP2013222584A (en) * 2012-04-16 2013-10-28 Sharp Corp Positive electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery manufactured using the same
JP2013251207A (en) * 2012-06-01 2013-12-12 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Positive electrode material for lithium secondary battery, manufacturing method therefor, and lithium secondary battery using the positive electrode material
JP2014143000A (en) * 2013-01-22 2014-08-07 Toyo Ink Sc Holdings Co Ltd Composition for forming secondary battery electrode, electrode for secondary battery and secondary battery
CN105190812A (en) * 2013-03-25 2015-12-23 Jsr株式会社 Electrode active material, electrode, and electricity-storage device
JPWO2014156892A1 (en) * 2013-03-25 2017-02-16 Jsr株式会社 Electrode active material, electrode and power storage device
WO2014156892A1 (en) * 2013-03-25 2014-10-02 Jsr株式会社 Electrode active material, electrode, and electricity-storage device
JP2015030777A (en) * 2013-08-01 2015-02-16 東洋インキScホールディングス株式会社 Carbon black dispersion and application of the same
US11069884B2 (en) 2013-08-28 2021-07-20 Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. Method for producing positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries, positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries, and nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2015046306A (en) * 2013-08-28 2015-03-12 住友金属鉱山株式会社 Method for manufacturing positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries, positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries, and nonaqueous electrolyte secondary battery
WO2015029525A1 (en) * 2013-08-28 2015-03-05 住友金属鉱山株式会社 Method for producing positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries, positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries, and nonaqueous electrolyte secondary battery
WO2016135783A1 (en) * 2015-02-27 2016-09-01 旭カーボン株式会社 Electrode active material, electrode for secondary batteries, and secondary battery
JP2016162548A (en) * 2015-02-27 2016-09-05 旭カーボン株式会社 Electrode active material, electrode for secondary battery and secondary battery
JP2016177925A (en) * 2015-03-19 2016-10-06 東洋インキScホールディングス株式会社 Composition for forming secondary battery electrode, secondary battery electrode, and secondary battery
KR20170020284A (en) * 2015-08-14 2017-02-22 주식회사 엘지화학 Lithium air battery and method for manufactureing the same
KR102069834B1 (en) * 2015-08-14 2020-01-23 주식회사 엘지화학 Lithium air battery and method for manufactureing the same
US10770734B2 (en) 2015-08-14 2020-09-08 Lg Chem, Ltd. Lithium air battery and manufacturing method therefor
JP2017174708A (en) * 2016-03-25 2017-09-28 東洋インキScホールディングス株式会社 Dispersion composition, dispersion composition for battery, and battery
JP2019169405A (en) * 2018-03-26 2019-10-03 株式会社東芝 Electrode, secondary battery, battery pack and vehicle
WO2022163330A1 (en) * 2021-01-29 2022-08-04 日本ゼオン株式会社 Conductive material paste for electrochemical element electrodes, slurry composition for electrochemical element electrodes, electrode for electrochemical elements, electrochemical element, and method for producing conductive material paste for electrochemical element electrodes

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2010086955A (en) Composite material for battery electrode
JP4420123B2 (en) Battery composition
JP4240157B2 (en) Battery composition
EP2296208B1 (en) Composition for battery
JP5369550B2 (en) Battery composition
JP5470780B2 (en) Battery composition
JP5446178B2 (en) Positive electrode mixture paste for lithium secondary battery
JP5273274B1 (en) Lithium secondary battery electrode forming composition, secondary battery electrode
JP5374973B2 (en) Negative electrode composite and lithium secondary battery using the same
JP6746875B2 (en) Secondary battery electrode forming composition, secondary battery electrode and secondary battery
JP2014194927A (en) Mixture slurry and production method thereof, and electrode and battery using the mixture slurry
JP6202397B2 (en) Secondary battery electrode forming composition, secondary battery electrode and secondary battery
JP2009283232A (en) Method for manufacturing composition for battery
JP2010049873A (en) Composition for battery
JP5071310B2 (en) Negative electrode composite and lithium secondary battery using the same
JP6274343B1 (en) Dispersant, dispersion composition, battery dispersion composition, electrode, battery
JP2014135198A (en) Composition for forming secondary battery electrode, secondary battery electrode, and secondary battery
JP2015125964A (en) Composition for forming secondary battery electrode, secondary battery electrode and secondary battery
JP5136303B2 (en) Capacitor composition
JP5764804B2 (en) Compound paste for positive electrode of lithium ion secondary battery
JP5736865B2 (en) Method for producing positive electrode active material for lithium secondary battery, and lithium secondary battery using the same
JP2010049872A (en) Composition for battery
JP2010049874A (en) Composition for battery
JP6040783B2 (en) Secondary battery electrode forming composition, secondary battery electrode and secondary battery
JP2012195243A (en) Dispersant for battery, composite for battery comprising the same, and lithium secondary battery