JP2020021629A - Carbon black dispersion composition for battery and use thereof - Google Patents

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穂波 平林
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和彦 坪谷
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Abstract

To provide: a carbon black dispersion composition for batteries, excellent in dispersibility, dispersion stability and coating film uniformity as compared with a carbon black dispersion liquid obtained by using well-known polymer type dispersant and dispersant amount, the carbon black dispersion composition having a high electrode active material content: and a battery electrode mixture layer.SOLUTION: A carbon black dispersion composition for batteries contains carbon black, a dispersant, and N-methyl-2-pyrrolidone, and further contains a binder and a positive electrode active material. The binder contains a polymer compound having at least a fluorine atom. The amount of the positive electrode active material with respect to 100 pts.mass of solid content of the dispersion composition is 97.8 pts.mass or more. The dispersant is at least one selected from the group consisting of methyl cellulose and ethyl cellulose. Further, the amount of the dispersant with respect to 100 pts.mass of the positive electrode active material is 0.05 pt.mass or more and 0.08 pt.mass or less.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、分散性、塗工性に優れた電池用カーボンブラック分散組成物に関する。また、該組成物を使用した電池電極合剤層およびリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a carbon black dispersion composition for batteries having excellent dispersibility and coating properties. The invention also relates to a battery electrode mixture layer and a lithium ion secondary battery using the composition.

電池分野において炭素材料は導電助剤として広く用いられているが、電極を製造する際に生産プロセスを効率化して短縮するためには、炭素材料を溶剤中にいかに高濃度かつ均一に分散して、容易に塗工可能とするかが重要である。   In the field of batteries, carbon materials are widely used as conductive aids.However, in order to make the production process more efficient and shorter when manufacturing electrodes, it is necessary to disperse the carbon material in a solvent at a high concentration and evenly. It is important to be able to apply easily.

近年、特に環境や生産コストへの配慮から、従来よりも、より高濃度かつ均一に分散された炭素材料分散液を作製することによって、溶剤使用量を低減することや乾燥時の使用エネルギーを低減することが求められている。これらの要求は、溶剤のコストや乾燥時の使用エネルギーに大きな影響があることから、使用する溶剤が高価であるほど、または、使用する溶剤が高沸点であるほど重要になる。   In recent years, in order to reduce the amount of solvent used and the energy used for drying by creating a carbon material dispersion liquid with a higher concentration and uniform dispersion than before, especially considering the environment and production costs. Is required. These requirements have a large effect on the cost of the solvent and the energy used during drying, and therefore become more important as the solvent used is more expensive or as the solvent used has a higher boiling point.

リチウムイオン二次電池は、自動車用等での利用が広がっており、高容量化のニーズがますます高まっている。高容量化に向けては、塗膜中の活物質量を増やしバインダー量を削減する等の方法が挙げられる。しかしながら、活物質の含有量の増加は、導電助剤の含有量が相対的に低下することを意味するが、この際導電助剤の分散が均一かつ安定でないと導電助剤および活物質が塗膜上に均一に分布できず、結果として電池特性に悪影響を及ぼす。すなわち、活物質含有量の増加に比例して、電池電極板の状態を均一かつ正常に保つ難易度は上昇する。   Lithium ion secondary batteries are widely used in automobiles and the like, and the need for higher capacity is increasing more and more. Methods for increasing the capacity include increasing the amount of active material in the coating film and reducing the amount of binder. However, an increase in the content of the active material means that the content of the conductive aid relatively decreases. At this time, if the dispersion of the conductive aid is not uniform and stable, the conductive aid and the active material are coated. It cannot be uniformly distributed on the film, which adversely affects battery characteristics. That is, the difficulty of maintaining the state of the battery electrode plate uniform and normal increases in proportion to the increase in the active material content.

一般に、分散剤を使用してカーボンブラックを分散する場合、分散剤の量が極端に少なくなるとカーボンブラックの分散性は悪化し、逆に分散剤の量が非常に多くなると分散性は良好になるものの、電池用途で使用する場合には、抵抗値が高くなり導電性が悪化するといった電池特性への悪影響が予想される。また、分散組成物の安定性および塗膜特性は、使用する分散剤に大きく依存することが知られているが、使用する分散剤を変更することなくこれらの特性を大きく改善することは、一般に困難である。   Generally, when dispersing carbon black using a dispersant, the dispersibility of carbon black deteriorates when the amount of the dispersant becomes extremely small, and conversely, the dispersibility becomes good when the amount of the dispersant becomes extremely large. However, when used in battery applications, adverse effects on battery characteristics such as an increase in resistance and deterioration in conductivity are expected. It is known that the stability and coating properties of a dispersion composition largely depend on the dispersant to be used. Have difficulty.

また、分散剤の効果は、pH、イオン強度、含有される材料等の因子によって大きく変わる場合があることが知られており、酸や塩基、塩等を添加剤として添加するだけで分散剤の機能や安定性、塗膜特性が悪化する場合がある。   Also, it is known that the effect of the dispersant may vary greatly depending on factors such as pH, ionic strength, and materials contained therein. Function, stability, and coating film properties may be deteriorated.

例えば、特許文献1には、アセチレンブラック、および分散媒を用いた分散組成物が記載されている。また、特許文献2には、カーボンブラック、非イオン性分散剤、および分散媒を用いた分散組成物が記載されている。しかしながら、特許文献1、2で開示されている分散組成物を用いて形成される電極合材層では電池性能および塗膜の均一性が不十分で、かつ、電極合剤層中に活物質量の多い高容量電池では電池電極合剤層中に導電助剤が均一に分布されず、望ましい電池特性が得られない。   For example, Patent Literature 1 discloses a dispersion composition using acetylene black and a dispersion medium. Patent Document 2 discloses a dispersion composition using carbon black, a nonionic dispersant, and a dispersion medium. However, in the electrode mixture layer formed using the dispersion composition disclosed in Patent Documents 1 and 2, the battery performance and the uniformity of the coating film are insufficient, and the amount of the active material in the electrode mixture layer is low. In a high-capacity battery with many components, the conductive assistant is not evenly distributed in the battery electrode mixture layer, and desired battery characteristics cannot be obtained.

さらに、特許文献3には、カーボンブラック、分散剤、バインダー、および電極活物質を含む分散組成物にさらに酸性化合物を含むことで、貯蔵安定性および塗膜物性が改善されると開示されている。しかしながら、活物質量の多い分散組成物への酸性化合物添加は、合剤安定性や均一性に影響を及ぼす懸念がある点において望ましくないため、添加剤等なしでの処方設計が求められる。   Further, Patent Document 3 discloses that storage stability and coating film properties are improved by further containing an acidic compound in a dispersion composition containing carbon black, a dispersant, a binder, and an electrode active material. . However, the addition of an acidic compound to a dispersion composition having a large amount of active material is not desirable in that it may affect the stability and uniformity of the mixture, so that a formulation design without additives is required.

さらに、特許文献4には、正極合剤層中に正極活物質を97.6質量%以上含む正極合剤層が形成された正極極板を備える非水電解質二次電池が記載されており、前記正極合剤層中に分散剤を含むことも記されている。しかしながら、カーボンブラック分散組成物については、組成を含めて詳細な記載がなされておらず、カーボンブラック分散組成物の分散性や安定性、均一性等の課題や評価結果についても記載がなく、特に電池特性を満たすために重要となる分散剤量が適切ではないため、開示されている非水電解質二次電池の性能が不十分であるという問題がある。   Further, Patent Document 4 describes a nonaqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode plate in which a positive electrode mixture layer containing 97.6% by mass or more of a positive electrode active material in a positive electrode mixture layer is formed, It also describes that a dispersant is contained in the positive electrode mixture layer. However, the carbon black dispersion composition is not described in detail including the composition, dispersibility and stability of the carbon black dispersion composition, there is no description about the issues and evaluation results such as uniformity, especially Since the amount of the dispersant, which is important for satisfying the battery characteristics, is not appropriate, there is a problem that the performance of the disclosed nonaqueous electrolyte secondary battery is insufficient.

国際公開第2014/042266号WO 2014/042266 特許5628503号Patent No. 5628503 特開2016−046188号公報JP-A-2006-046188 特許6282595号Japanese Patent No. 6282595

以上の状況を鑑み、本発明では、従来公知の高分子型分散剤および分散剤量を用いて得たカーボンブラック分散液と比較して、分散性、分散安定性、および塗膜均一性に優れた、電極活物質含有率の高い電池用カーボンブラック分散組成物および電池電極合剤層を提供すること、さらに、前記電池用カーボンブラック組成物および電池電極合剤層を用いて、電極の密着性および電池特性(サイクル特性)に優れるリチウムイオン二次電池を提供することが課題である。   In view of the above circumstances, in the present invention, compared to the conventionally known polymer type dispersant and carbon black dispersion obtained using the dispersant amount, dispersibility, dispersion stability, and excellent coating film uniformity Further, to provide a battery carbon black dispersion composition and a battery electrode mixture layer having a high electrode active material content, further, using the battery carbon black composition and the battery electrode mixture layer, the electrode adhesion It is an object to provide a lithium ion secondary battery having excellent battery characteristics (cycle characteristics).

本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討を行った結果、メチルセルロースもしくはエチルセルロースを分散剤として使用しさらにその使用量を従来より少量にした分散組成物が、分散性および合剤安定性を向上させ、塗膜均一性の改良に非常に効果があることを見出し、本発明をなすに至ったものである。   The present inventors have conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, a dispersion composition using methylcellulose or ethylcellulose as a dispersant and further using a smaller amount than the conventional dispersant has a dispersibility and stability of the mixture. Has been found to be very effective in improving the uniformity of the coating film, and the present invention has been accomplished.

即ち、本発明の実施態様は、カーボンブラックと、分散剤と、N−メチル−2−ピロリドンとを含み、さらに、バインダーと、正極活物質とを含む電池用カーボンブラック分散組成物であって、バインダーが少なくともフッ素原子を有する高分子化合物を含み、分散組成物の固形分100質量部に対する、前記正極活物質の量が、97.8質量部以上であり、分散剤が、メチルセルロース及びエチルセルロースからなる群より選択された少なくとも1種であり、さらに、正極活物質100質量部に対する、前記分散剤の量が、0.05質量部以上0.08質量部以下であることを特徴とする、電池用カーボンブラック分散組成物に関する。   That is, an embodiment of the present invention is a carbon black dispersion composition for a battery including carbon black, a dispersant, and N-methyl-2-pyrrolidone, and further including a binder and a positive electrode active material, The binder contains a polymer compound having at least a fluorine atom, and the amount of the positive electrode active material is 97.8 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the solid content of the dispersion composition, and the dispersant comprises methyl cellulose and ethyl cellulose. At least one member selected from the group; and further, the amount of the dispersant is from 0.05 parts by mass to 0.08 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material. The present invention relates to a carbon black dispersion composition.

また、本発明の実施態様は、前記分散剤がメチルセルロースであり、かつ、分散剤の重量平均分子量が20,000以上200,000以下の範囲にある、前記電池用カーボンブラック分散組成物に関する。   Further, an embodiment of the present invention relates to the carbon black dispersion composition for a battery, wherein the dispersant is methylcellulose, and the weight average molecular weight of the dispersant is in the range of 20,000 to 200,000.

また、本発明の実施態様は、下記二つの工程により得られる前記電池用カーボンブラック分散組成物の製造方法に関する。
第一の工程;カーボンブラックと、分散剤と、N−メチル−2−ピロリドンとを混合し分散させてカーボンブラック分散スラリーを調製する工程
第二の工程;前工程で得られたカーボンブラック分散スラリーと、正極活物質と、バインダーとを混合し分散させる工程
Further, an embodiment of the present invention relates to a method for producing the carbon black dispersion composition for a battery obtained by the following two steps.
A first step; a step of preparing a carbon black dispersion slurry by mixing and dispersing carbon black, a dispersant, and N-methyl-2-pyrrolidone; a second step; a carbon black dispersion slurry obtained in the previous step And mixing and dispersing the positive electrode active material and the binder

また、本発明の実施態様は、前記電池用カーボンブラック分散組成物を塗布してなる電池電極合剤層に関する。   Further, an embodiment of the present invention relates to a battery electrode mixture layer formed by applying the carbon black dispersion composition for a battery.

また、本発明の実施態様は、集電体上に正極合剤層を有する正極と、集電体上に負極合剤層を有する負極と、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、正極が前記電池電極合剤層を具備してなるリチウムイオン二次電池に関する。   Further, an embodiment of the present invention provides a lithium ion secondary battery including a positive electrode having a positive electrode mixture layer on a current collector, a negative electrode having a negative electrode mixture layer on a current collector, and an electrolyte containing lithium. And a lithium ion secondary battery in which a positive electrode includes the battery electrode mixture layer.

以下、本発明の詳細を説明する。尚、本明細書では、「カーボンブラック分散組成物」、「電池用カーボンブラック分散組成物」を「分散組成物」、「N−メチル−2−ピロリドン」を「NMP」、「正極活物質または負極活物質」を「電極活物質」または「活物質」と略記することがある。   Hereinafter, details of the present invention will be described. In the present specification, "carbon black dispersion composition", "carbon black dispersion composition for batteries" is "dispersion composition", "N-methyl-2-pyrrolidone" is "NMP", "positive electrode active material or “Negative electrode active material” may be abbreviated as “electrode active material” or “active material”.

<カーボンブラック>
本発明に用いるカーボンブラックとしては、市販のアセチレンブラック、ファーネスブラック、中空カーボンブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック、ケッチェンブラックなど各種のものを用いることができる。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、黒鉛化処理されたカーボンブラック、カーボンナノチューブやカーボンナノファイバーなども使用できる。
<Carbon black>
As the carbon black used in the present invention, various types such as commercially available acetylene black, furnace black, hollow carbon black, channel black, thermal black, and Ketjen black can be used. In addition, carbon black subjected to ordinary oxidation treatment, carbon black subjected to graphitization treatment, carbon nanotube, carbon nanofiber, and the like can also be used.

カーボンブラックの酸化処理は、カーボンブラック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によって、例えばフェノール基、キノン基、カルボキシル基、カルボニル基のような酸素含有極性官能基をカーボンブラック表面に直接導入(共有結合)する処理であり、カーボンブラックの分散性を向上させるために一般的に行われている。   The oxidation treatment of carbon black is performed by treating carbon black at a high temperature in the air or by secondary treatment with nitric acid, nitrogen dioxide, ozone, etc., for example, phenol group, quinone group, carboxyl group, carbonyl group. This is a process of directly introducing (covalently bonding) such an oxygen-containing polar functional group to the surface of carbon black, and is generally performed to improve the dispersibility of carbon black.

分散液の製造に用いるカーボンブラックの平均一次粒子径としては、一般的な分散組成物や塗料に用いられるカーボンブラックの平均一次粒子径範囲と同様に0.01〜1μmが好ましく、特に、0.01〜0.2μmが好ましく、0.01〜0.1μmがさらに好ましい。ここでいう平均一次粒子径とは、電子顕微鏡で測定された算術平均粒子径を示し、この物性値は一般にカーボンブラックの物理的特性を表すのに用いられている。   The average primary particle size of the carbon black used in the production of the dispersion is preferably 0.01 to 1 μm, as in the case of the average primary particle size of the carbon black used in general dispersion compositions and coatings. It is preferably from 0.01 to 0.2 μm, more preferably from 0.01 to 0.1 μm. The term “average primary particle size” as used herein refers to an arithmetic average particle size measured by an electron microscope, and the physical property values are generally used to represent physical properties of carbon black.

カーボンブラックの物理的特性を表すその他の物性値としては、BET比表面積やpHが知られている。BET比表面積は、窒素吸着によりBET法で測定された比表面積(以下、単に比表面積と記載)を指し、この比表面積はカーボンブラックの表面積に対応しており、比表面積が大きいほど分散剤を必要とする量も多くなる。pHはカーボンブラック表面の官能基や含有不純物の影響を受けて変化する。   BET specific surface area and pH are known as other physical properties representing the physical properties of carbon black. The BET specific surface area refers to a specific surface area (hereinafter, simply referred to as a specific surface area) measured by a BET method by nitrogen adsorption, and the specific surface area corresponds to a surface area of carbon black. The amount required also increases. The pH changes under the influence of the functional groups and the impurities contained on the surface of the carbon black.

本発明で用いるカーボンブラックは、BET比表面積が20〜1500m2/gのものが好ましく、30〜1000m2/gのものがより好ましく、30〜500m2/gのものが特に好ましい。 Carbon black used in the present invention, BET specific surface area preferably has 20~1500m 2 / g, more preferably a 30~1000m 2 / g, particularly preferably from 30~500m 2 / g.

本発明で用いるカーボンブラックは、特に限定されるものではないが、アセチレンブラックやファーネスブラックなど、高い導電性を有し、かつ工業的に生産されるカーボンブラックが好適に用いられる。   The carbon black used in the present invention is not particularly limited, but carbon black having high conductivity and industrially produced, such as acetylene black and furnace black, is preferably used.

<分散剤>
本発明における分散剤は、メチルセルロース及びエチルセルロースから選択された少なくとも1種以上のポリマーである。
<Dispersant>
The dispersant in the present invention is at least one polymer selected from methylcellulose and ethylcellulose.

分散剤の重量平均分子量は、20,000以上200,000以下の範囲にあることが好ましく、40,000以上150,000以下の範囲にあることがより好ましい。さらに、40,000以上100,000以下の範囲になることが特に好ましい。分子量が大きすぎる分散剤を使用すると、得られる分散組成物の粘度が非常に高くなり、加工性や分散組成物およびそれを用いた分散組成物の均一性が悪化する。一方、分子量が小さすぎる分散剤は分散性が乏しく、分散組成物の製造が難しくなる。限られた分散剤量で分散性と安定性を両立するためにも好ましい範囲の分散剤を使用することが望ましい。   The weight average molecular weight of the dispersant is preferably in the range of 20,000 to 200,000, more preferably in the range of 40,000 to 150,000. Further, it is particularly preferable that the content be in the range of 40,000 or more and 100,000 or less. When a dispersant having a too large molecular weight is used, the viscosity of the obtained dispersion composition becomes extremely high, and the processability and the uniformity of the dispersion composition and the dispersion composition using the same deteriorate. On the other hand, a dispersant having a molecular weight that is too small has poor dispersibility, and makes it difficult to produce a dispersion composition. In order to achieve both dispersibility and stability with a limited amount of dispersant, it is desirable to use a preferred range of dispersant.

<バインダー>
本発明の電池用カーボンブラック分散組成物には、さらに、バインダーを含有させる。本発明の想定する産業上の利用可能性から、バインダーは、フッ素原子を有する高分子化合物を含む。フッ素原子を有する高分子化合物は、フッ化ビニリデン系共重合体であることが好ましく、ポリフッ化ビニリデンであることがさらに好ましい。
産業上は優れた耐性を得るためにこれらのバインダーが主に用いられているが、接着性の弱い樹脂であるために、塗膜にした際の基材に対する密着性が弱く塗工や加工が困難になる場合が多く、さらに、塩基性金属酸化物の存在下で粘性が大きく増大する場合があり、貯蔵安定性に問題が出る場合がある。そのため、フッ化ビニリデン系共重合体やポリフッ化ビニリデンをバインダーとして用いつつも、密着性や貯蔵安定性を良好に維持したカーボンブラック分散組成物が求められている。
<Binder>
The carbon black dispersion composition for batteries of the present invention further contains a binder. From the industrial applicability assumed by the present invention, the binder includes a polymer compound having a fluorine atom. The polymer compound having a fluorine atom is preferably a vinylidene fluoride-based copolymer, and more preferably polyvinylidene fluoride.
In the industry, these binders are mainly used to obtain excellent resistance.However, due to the low adhesiveness of the resin, the adhesion to the base material when forming a coating film is weak and coating and processing are difficult. In many cases, it becomes difficult, and further, the viscosity may greatly increase in the presence of the basic metal oxide, which may cause a problem in storage stability. Therefore, there is a demand for a carbon black dispersion composition that maintains good adhesion and storage stability while using a vinylidene fluoride-based copolymer or polyvinylidene fluoride as a binder.

また、使用するバインダーは、以下に挙げる樹脂を併用しても良い。併用樹脂としては、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の変性体や混合物、および共重合体でも良い。   Further, as the binder to be used, the following resins may be used in combination. As the combined resin, ethylene, propylene, vinyl chloride, vinyl acetate, vinyl alcohol, maleic acid, acrylic acid, acrylic acid ester, methacrylic acid, methacrylic acid ester, acrylonitrile, styrene, vinyl butyral, vinyl acetal, vinyl pyrrolidone, etc. Polymer or copolymer containing as a unit; polyurethane resin, polyester resin, phenol resin, epoxy resin, phenoxy resin, urea resin, melamine resin, alkyd resin, acrylic resin, formaldehyde resin, silicone resin, fluororesin; like carboxymethylcellulose Cellulosic resins; rubbers such as styrene-butadiene rubber and fluororubber; modified products and mixtures of conductive resins such as polyaniline and polyacetylene; and copolymers.

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、10,000〜2,000,000が好ましく、100,000〜1,000,000がより好ましく、200,000〜1,000,000が特に好ましい。分子量が小さいとバインダーの耐性や密着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や密着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、分散された粒子が著しく凝集してしまうことがある。   The weight average molecular weight of these resins as a binder is preferably 10,000 to 2,000,000, more preferably 100,000 to 1,000,000, and 200,000 to 1,000,000. Particularly preferred. If the molecular weight is small, the resistance and adhesion of the binder may be reduced. When the molecular weight is increased, the resistance and adhesion of the binder are improved, but the viscosity of the binder itself is increased and the workability is reduced, and at the same time, it acts as an aggregating agent, and the dispersed particles may aggregate significantly.

<N−メチル−2−ピロリドン>
本発明の電池用カーボンブラック分散組成物は、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)を含む。NMPは、リチウムイオン二次電池の電極製造に用いられている。本発明では、分散剤の効果、電池性能を損なわない範囲で、他の溶剤を1種類以上併用しても良いが、本発明の想定する産業上の利用可能性から、NMPを単独で用いることが好ましい。
<N-methyl-2-pyrrolidone>
The carbon black dispersion composition for a battery of the present invention contains N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). NMP is used for manufacturing electrodes of lithium ion secondary batteries. In the present invention, as long as the effect of the dispersant and the battery performance are not impaired, one or more other solvents may be used in combination, but from the industrial applicability envisioned by the present invention, NMP may be used alone. Is preferred.

<活物質>
活物質は、電池内において、電子を送り出し、または受け取り、酸化または還元反応を行う物質である。正極に用いられる正極活物質と、負極に用いられる負極活物質が挙げられる。
<Active material>
An active material is a substance that sends or receives electrons and performs an oxidation or reduction reaction in a battery. A positive electrode active material used for the positive electrode and a negative electrode active material used for the negative electrode are given.

<正極活物質>
本発明の電池用カーボンブラック分散組成物には、さらに正極活物質を含有させる。
<Positive electrode active material>
The carbon black dispersion composition for a battery of the present invention further contains a positive electrode active material.

リチウムイオン二次電池用の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。例えば、Fe、Co、Ni、Mn等の遷移金属の酸化物、リチウムとの複合酸化物、遷移金属硫化物等の無機化合物等が挙げられる。具体的には、MnO、V25、V613、TiO2等の遷移金属酸化物粉末、層状構造のニッケル酸リチウム、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、スピネル構造のマンガン酸リチウムなどのリチウムと遷移金属との複合酸化物粉末、オリビン構造のリン酸化合物であるリン酸鉄リチウム系材料、TiS2、FeSなどの遷移金属硫化物粉末等が挙げられる。また、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン等の導電性高分子を使用することもできる。また、上記の無機化合物や有機化合物を混合して用いてもよい。 As the positive electrode active material for the lithium ion secondary battery, although not particularly limited, metal oxides capable of doping or intercalating lithium ions, metal compounds such as metal sulfides, and conductive polymers are used. be able to. Examples thereof include oxides of transition metals such as Fe, Co, Ni, and Mn, composite oxides with lithium, and inorganic compounds such as transition metal sulfides. Specifically, transition metal oxide powders such as MnO, V 2 O 5 , V 6 O 13 , and TiO 2 , lithium nickelate having a layered structure, lithium cobaltate, lithium manganate, and lithium manganate having a spinel structure can be used. Examples thereof include a composite oxide powder of lithium and a transition metal, a lithium iron phosphate-based material that is a phosphate compound having an olivine structure, and a transition metal sulfide powder such as TiS 2 and FeS. Further, conductive polymers such as polyaniline, polyacetylene, polypyrrole, and polythiophene can also be used. Further, the above-mentioned inorganic compounds and organic compounds may be used as a mixture.

本発明で用いる正極活物質は、N−メチル−2−ピロリドン中で塩基性を示すことが好ましく、表面が炭素材料で被覆されていないことがより好ましい。   The positive electrode active material used in the present invention preferably shows basicity in N-methyl-2-pyrrolidone, and more preferably the surface is not coated with a carbon material.

本発明で用いる正極活物質は、リチウムおよびリチウム以外の金属元素を主要構成成分として含有することが好ましい。本発明で用いる正極活物質は、Al、Fe、Co、Ni、Mn等の遷移金属を含むリチウムとの複合酸化物であることが好ましく、Al、Co、Ni、Mnのうちいずれかを含むリチウムとの複合酸化物であることがより好ましく、Ni、および/または、Mnを含むリチウムとの複合酸化物であることが特に好ましい。これらの活物質を用いたとき、特に良好な効果を得ることができる。   The positive electrode active material used in the present invention preferably contains lithium and a metal element other than lithium as main components. The positive electrode active material used in the present invention is preferably a composite oxide with lithium containing a transition metal such as Al, Fe, Co, Ni, and Mn, and lithium containing any of Al, Co, Ni, and Mn. And more preferably a composite oxide with lithium containing Ni and / or Mn. Particularly good effects can be obtained when these active materials are used.

より高容量の非水電解質二次電池を得る目的で、本発明における正極活物質の添加量は、電池用カーボンブラック分散組成物の固形分100質量部に対し、97.8質量部以上である。   In order to obtain a higher capacity nonaqueous electrolyte secondary battery, the amount of the positive electrode active material in the present invention is 97.8 parts by mass or more based on 100 parts by mass of the solid content of the carbon black dispersion composition for a battery. .

<負極活物質>
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金属Li、またはその合金、スズ合金、シリコン合金負極、LiXFe23、LiXFe34、LiXWO2等の金属酸化物系、ポリアセチレン、ポリ−p−フェニレン等の導電性高分子、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用いられる。ただし、xは数であり、0<x<1である。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できる。
<Negative electrode active material>
The negative electrode active material to be used is not particularly limited, but a metal Li capable of doping or intercalating lithium ions, or an alloy thereof, a tin alloy, a silicon alloy negative electrode, Li X Fe 2 O 3 , Li X Fe 3 O 4 , Li X WO 2 or the like of the metal oxide-based, polyacetylene conductive polymers poly -p- phenylene, or amorphous-based carbon material such as soft carbon or hard carbon, artificial graphite such as highly graphitized carbon material or, Carbonaceous materials such as carbonaceous powder such as natural graphite, carbon black, mesophase carbon black, resin fired carbon material, gas-grown carbon fiber, and carbon fiber are used. Here, x is a number, and 0 <x <1. These negative electrode active materials can be used alone or in combination of two or more.

これらの活物質は、BET比表面積が0.1〜10m2/gのものが好ましく、0.2〜5m2/gのものがより好ましく、0.3〜3m2/gのものがさらに好ましい。 These active material preferably has a BET specific surface area of 0.1 to 10 m 2 / g, more preferably a 0.2~5m 2 / g, further preferably from 0.3~3m 2 / g .

これらの活物質は、平均粒子径が0.05〜100μmの範囲内であることが好ましく、さらに好ましくは、0.1〜50μmの範囲内である。本明細書でいう活物質の平均粒子径とは、活物質を電子顕微鏡で測定した粒子径の平均値である。   These active materials preferably have an average particle diameter in the range of 0.05 to 100 μm, and more preferably in the range of 0.1 to 50 μm. The average particle diameter of the active material referred to in the present specification is an average value of the particle diameter of the active material measured by an electron microscope.

<カーボンブラック分散組成物の製造方法>
本発明のカーボンブラック分散組成物は、分散剤としてメチルセルロース、およびエチルセルロースから選択された1種以上のポリマーを用いて、カーボンブラック、正極活物質、バインダーをNMP中に分散したものである。本発明の組成であれば以下に説明する製造方法によらず、目標品位以上のカーボンブラック分散組成物が得られる。
<Method for producing carbon black dispersion composition>
The carbon black dispersion composition of the present invention is obtained by dispersing carbon black, a positive electrode active material, and a binder in NMP using one or more polymers selected from methyl cellulose and ethyl cellulose as a dispersant. With the composition of the present invention, a carbon black dispersion composition having a target quality or higher can be obtained regardless of the production method described below.

分散剤とカーボンブラックを同時、または順次添加し、混合することで、分散剤をカーボンブラックに作用(吸着)させつつ分散する。但し、カーボンブラック分散組成物の製造をより容易に行うためには、分散剤をNMP中に溶解、膨潤、または分散させ、その後、液中にカーボンブラックを添加し、混合することで分散剤をカーボンブラックに作用(吸着)させることが、好ましい。   The dispersant and carbon black are added simultaneously or sequentially and mixed, so that the dispersant is dispersed while acting (adsorbing) on the carbon black. However, in order to more easily produce the carbon black dispersion composition, the dispersant is dissolved, swelled, or dispersed in NMP, and then the carbon black is added to the liquid and mixed to disperse the dispersant. It is preferable to cause the carbon black to act (adsorb).

NMP中に分散剤とカーボンブラックと正極活物質とバインダーとを同時に仕込み分散処理を行っても良い。但し、カーボンブラック分散組成物の分散性およびそれを用いた電池特性の更なる向上という観点で、以下のように二つの工程を経て得られることが、より好ましい。二つの工程のうち第一の工程は、カーボンブラックと分散剤とNMPとを混合し分散させる工程(ここで得られる分散液を「カーボンブラック分散スラリー」と称する)であり、第二の工程は、前工程で得られたカーボンブラック分散スラリーと正極活物質とバインダーとを混合し分散させる工程である。   A dispersant, carbon black, a positive electrode active material, and a binder may be simultaneously charged and dispersed in NMP. However, from the viewpoint of further improving the dispersibility of the carbon black dispersion composition and the battery characteristics using the same, it is more preferable that the composition can be obtained through the following two steps. The first step of the two steps is a step of mixing and dispersing carbon black, a dispersant and NMP (the resulting dispersion is referred to as “carbon black dispersion slurry”), and the second step is And mixing and dispersing the carbon black dispersion slurry obtained in the previous step, the positive electrode active material, and the binder.

分散装置としては、顔料分散等に通常用いられている分散機を使用することができる。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、シルバーソン社製「アブラミックス」等)類、ペイントコンディショナー(レッドデビル社製)、コロイドミル(PUC社製「PUCコロイドミル」、IKA社製「コロイドミルMK」)類、コーンミル(IKA社製「コーンミルMKO」等)、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。   As the dispersing device, a dispersing device usually used for pigment dispersion or the like can be used. For example, mixers such as disperser, homomixer, and planetary mixer, homogenizers (such as "Clearmix" manufactured by M Technique, Inc., "Fillmix" manufactured by PRIMIX, and "Abramix" manufactured by Silverson), paint conditioners ( Red Devil Co., Ltd., colloid mills ("PUC colloid mill" manufactured by PUC, "colloid mill MK" manufactured by IKA), cone mills ("corn mill MKO" manufactured by IKA, etc.), ball mills, sand mills (Shinmaru Enterprises Co., Ltd.) "Dino Mill", etc.), Attritor, Pearl Mill (e.g., "DCP Mill", etc.), Media Type Disperser such as Koball Mill, Wet Jet Mill ("Genus PY", manufactured by Genus, "Starburst", manufactured by Sugino Machine) , Nanomizer manufactured by Nanomizer ), M Technique Co., Ltd. "Claire SS-5", Nara Machinery Co., Ltd. "MICROS" media-less dispersing machine such as, but other roll mill, and the like, but is not limited to these.

次に、乾式処理により、カーボンブラックを分散剤で表面処理した後、分散液を製造する場合について説明する。NMP中に、下記乾式処理により得たカーボンブラックと分散剤の混合物を添加、混合する事により、カーボンブラック分散組成物を得ることが出来る。分散剤により表面処理されたカーボンブラックを得る方法としては、乾式処理による方法が挙げられる。   Next, a case in which carbon black is subjected to a surface treatment with a dispersant by a dry treatment and then a dispersion is produced will be described. A carbon black dispersion composition can be obtained by adding and mixing a mixture of carbon black obtained by the following dry treatment and a dispersant into NMP. Examples of a method for obtaining carbon black surface-treated with a dispersant include a dry treatment method.

本発明における乾式処理は、常温もしくは加熱下で乾式処理装置により、カーボンブラックおよび分散剤の混合、粉砕等を行いながら、カーボンブラック表面に分散剤を作用(吸着)させるものである。但し、カーボンブラック表面に分散剤が完全に吸着されている必要はなく、ある程度均質に混合出来ていれば、実用上は問題無い場合もある。使用する装置は、特に限定されるものではく、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、アトライター、振動ミル等のメディア型分散機、ニーダー、ローラーミル、石臼式ミル、プラネタリーミキサー、フェンシェルミキサー、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))等のメディアレス分散・混錬機が使用できるが、コンタミ等を考慮し、メディアレスの分散・混錬機を使用するのがより好ましい。   In the dry treatment in the present invention, the dispersant acts (adsorbs) on the surface of the carbon black while mixing, pulverizing and the like of the carbon black and the dispersant by a dry treatment device at normal temperature or under heating. However, it is not necessary that the dispersant is completely adsorbed on the surface of the carbon black, and there is a case where there is no problem in practical use if the dispersant can be mixed homogeneously to some extent. The apparatus to be used is not particularly limited, and a media type dispersing machine such as a paint conditioner (manufactured by Red Devil), a ball mill, an attritor, a vibration mill, a kneader, a roller mill, a stone mill, a planetary mixer, a fen Medialess dispersing and kneading machines such as Shell Mixer, Hybridizer (Nara Machinery Co., Ltd.), Mechano Micros (Nara Machinery Co., Ltd.), and Mechano Fusion System AMS (Hosokawa Micron Co., Ltd.) can be used. It is more preferable to use a medialess dispersing / kneading machine in consideration of contamination and the like.

また、このとき処理物がゲル状にならない範囲で有機溶剤を添加してもよい。溶剤の添加による分散剤の濡れ、または(一部)溶解、およびカーボンブラックの分散剤に対する濡れが向上することで、カーボンブラックと分散剤間相互作用の促進が期待される。このとき用いる溶剤は特に限定されるものではないが、NMP以外を使用する場合は処理後に乾燥することが望ましい。また、有機溶剤の添加量は用いる材料により異なるが、分散剤の添加量に対して0.5〜100質量%である。さらに、必要に応じて窒素ガスなどを流すことで、乾式処理装置内部を脱酸素雰囲気として処理を行っても良い。   At this time, an organic solvent may be added as long as the processed product does not become a gel. Improving the wetting or (partly) dissolution of the dispersant by the addition of the solvent and the wetting of the carbon black with the dispersant enhances the interaction between the carbon black and the dispersant. The solvent used at this time is not particularly limited, but when using other than NMP, it is desirable to dry after the treatment. The addition amount of the organic solvent varies depending on the material used, but is 0.5 to 100% by mass based on the addition amount of the dispersant. Furthermore, the processing may be performed by setting the inside of the dry processing apparatus to a deoxygenated atmosphere by flowing nitrogen gas or the like as necessary.

乾式処理時間は、用いる装置によって、また希望とする混練度に応じて任意に設定できる。これらの乾式処理を行うことにより、粉状もしくは塊状の処理物を得ることができる。得られた処理物については、その後さらに、乾燥、粉砕しても良い。   The dry processing time can be arbitrarily set depending on the apparatus used and the desired degree of kneading. By performing these dry treatments, a powdery or lumpy processed material can be obtained. The obtained processed product may be further dried and pulverized thereafter.

本発明において、電池用カーボンブラック分散組成物に対する固形分の量は、電池用カーボンブラック分散組成物100質量%に対して、1〜90質量%が好ましく、40〜85質量%がより好ましく、55〜85質量%がさらに好ましく、60〜85質量%が特に好ましい。   In the present invention, the amount of the solid content with respect to the carbon black dispersion composition for a battery is preferably 1 to 90% by mass, more preferably 40 to 85% by mass, and more preferably 40 to 85% by mass, based on 100% by mass of the carbon black dispersion composition for a battery. -85 mass% is more preferable, and 60-85 mass% is particularly preferable.

本発明において、カーボンブラックに対する分散剤としてのメチルセルロース、エチルセルロースの添加量は、カーボンブラック100質量部に対して、1質量部以上、15質量部以下が好ましく、4質量部以上、10質量部以下がさらに好ましく、4質量部以上、8質量部以下が特に好ましい。   In the present invention, the addition amount of methylcellulose and ethylcellulose as a dispersant for carbon black is preferably 1 part by mass or more and 15 parts by mass or less, more preferably 4 parts by mass or more and 10 parts by mass or less based on 100 parts by mass of carbon black. More preferably, it is 4 parts by mass or more and 8 parts by mass or less.

電池用カーボンブラック分散組成物における分散剤の添加量は、添加するカーボンブラックの比表面積やカーボンブラック粒子の分散後の平均粒子径、カーボンブラックへの吸着量等により決定される。   The amount of the dispersant added to the carbon black dispersion composition for a battery is determined by the specific surface area of the carbon black to be added, the average particle size of the carbon black particles after dispersion, the amount of carbon black adsorbed, and the like.

また、本発明において、分散剤としてのメチルセルロース、エチルセルロースの添加量は、電池用カーボンブラック分散組成物に含まれる正極活物質100質量部に対して、0.05質量部以上、0.08質量部以下であり、0.05質量部以上、0.07質量部以下が好ましい。
正極活物質に対する、分散剤の量が多すぎると、活物質や導電剤が占める相対的な固形分比率が減少することになるだけではなく、分散剤が電解液に対して溶出または膨潤し、電池電極合剤層としての化学的安定性や物理的な形状の安定性が悪化する場合がある。
In the present invention, the addition amount of methylcellulose and ethylcellulose as the dispersant is 0.05 parts by mass or more and 0.08 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material contained in the carbon black dispersion composition for a battery. Or less, and preferably 0.05 to 0.07 parts by mass.
For the positive electrode active material, if the amount of the dispersant is too large, not only will the relative solid content ratio occupied by the active material and the conductive agent decrease, but the dispersant elutes or swells in the electrolytic solution, The chemical stability and physical shape stability of the battery electrode mixture layer may be deteriorated.

本発明において、バインダーの添加量は、電池用カーボンブラック分散組成物に含まれる正極活物質100質量部に対して、0.5質量部以上、20質量部未満が好ましく、0.5質量部以上、10質量部以下がより好ましく、0.5質量部以上、5質量部以下がさらに好ましく、0.5質量部以上、2質量部以下が特に好ましい。   In the present invention, the addition amount of the binder is preferably 0.5 parts by mass or more and less than 20 parts by mass, and more preferably 0.5 parts by mass or more, based on 100 parts by mass of the positive electrode active material contained in the carbon black dispersion composition for a battery. 10 parts by mass or less, more preferably 0.5 parts by mass or more and 5 parts by mass or less, particularly preferably 0.5 parts by mass or more and 2 parts by mass or less.

上記のような比率で配合することにより、本発明が解決しようとする課題である電池用カーボンブラック分散組成物の分散性および塗工適性向上が可能となり、分散性、塗工適性、電池特性に優れた分散液を得ることが容易となる。   By blending at the above ratio, the dispersibility and coating suitability of the carbon black dispersion composition for a battery, which is a problem to be solved by the present invention, can be improved, and dispersibility, coating suitability, and battery characteristics can be improved. It becomes easy to obtain an excellent dispersion.

<電池>
次に、本発明の組成物を用いた電池について説明する。本発明の組成物は、特にリチウムイオン二次電池に好適に使用することができる。以下ではリチウムイオン二次電池について説明するが、本発明の組成物を用いた電池はリチウムイオン二次電池に限定されるものではない。
<Battery>
Next, a battery using the composition of the present invention will be described. The composition of the present invention can be particularly suitably used for a lithium ion secondary battery. Hereinafter, a lithium ion secondary battery will be described, but a battery using the composition of the present invention is not limited to a lithium ion secondary battery.

リチウムイオン二次電池は、集電体上に正極合剤層を有する正極と、集電体上に負極合剤層を有する負極と、リチウムを含む電解質とを具備する。   A 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 a 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。また、集電体には、集電体と合剤層との接触抵抗や密着性を向上させる目的で、導電性の下地層を設けても良い。   For the electrode, the material and shape of the current collector used are not particularly limited, and as the material, metals and alloys such as aluminum, copper, nickel, titanium, and stainless steel are used. Copper is preferably used as the material. Further, as the shape, generally, a flat foil is used, but a roughened surface, a perforated foil, or a mesh can also be used. In addition, a conductive base layer may be provided on the current collector for the purpose of improving the contact resistance and adhesion between the current collector and the mixture layer.

電極合剤層は、集電体上に上記の電極合剤ペーストを直接塗布し、乾燥することで形成できる。電極合剤層の厚みとしては、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。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。   The electrode mixture layer can be formed by directly applying the above-mentioned electrode mixture paste on the current collector and drying the paste. The thickness of the electrode mixture layer is generally from 1 μm to 500 μm, preferably from 10 μm to 300 μm. The application method is not particularly limited, and a 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. After the application, a rolling process using a lithographic press or a calender roll may be performed.

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、LiBF4、LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiCF3SO3、Li(CF3SO22N、LiC49SO3、Li(CF3SO2)3C、LiI、LiBr、LiCl、LiAlCl、LiHF2、LiSCN、LiBPh4(ただし、Phはフェニル基である。)等が挙げられるがこれらに限定されない。 As an electrolytic solution constituting the lithium ion secondary battery, a solution obtained by dissolving an electrolyte containing lithium 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, Examples include, but are not limited to, LiI, LiBr, LiCl, LiAlCl, LiHF 2 , LiSCN, LiBPh 4 (where Ph is a phenyl group).

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、1−メチル−2−ピロリドン等が挙げられる。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, diethyl carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, γ-octanoic lactone And the like, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolan, 4-methyl-1,3-dioxolan, 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; nitriles such as acetonitrile; and 1-methyl-2-pyrrolidone. . 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。   Further, 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, and a polysiloxane having a polyalkylene oxide segment.

セパレーターとしては、例えば、ポリエチレン不織布、ポリプロピレン不織布、ポリアミド不織布及びこれらに親水性処理を施したものが挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。   Examples of the separator include a polyethylene nonwoven fabric, a polypropylene nonwoven fabric, a polyamide nonwoven fabric and those obtained by subjecting them to a hydrophilic treatment, but are not particularly limited thereto.

本発明の組成物を用いた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。   Although the structure of the battery using the composition of the present invention is not particularly limited, it is usually composed of a positive electrode and a negative electrode, and a separator provided as necessary, a paper type, a cylindrical type, a button type, a laminated type, and the like. Various shapes can be formed according to the purpose of use.

本発明では、上記課題に支障を及ぼさない範囲で、塗膜物性等の調整等の目的で、従来公知の分散剤や樹脂、添加剤等を併用しても良い。
そのような分散剤としては、例えば、従来公知の色素誘導体や樹脂型分散剤、低分子量の界面活性剤等が挙げられる。また樹脂としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリウレタン、ポリジメチルシロキサン、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、スチレンブタジエンゴムなどの各種ゴム、リグニン、ペクチン、ゼラチン、キサンタンガム、ウェランガム、サクシノグリカン、セルロース系樹脂、ポリアルキレンオキサイド、ポリビニルエーテル、キチン類、キトサン類、デンプン等が挙げられる。また添加剤としては、リン化合物、硫黄化合物、アミン化合物やアミド化合物、有機エステル、各種シラン系やチタン系、アルミニウム系のカップリング剤等が挙げられる。これらの従来公知の分散剤や樹脂、添加剤等は、単独または2種類以上併用して用いることが出来る。
In the present invention, conventionally known dispersants, resins, additives, and the like may be used in combination for the purpose of adjusting the properties of the coating film and the like within a range that does not interfere with the above-described problems.
Examples of such dispersants include conventionally known dye derivatives, resin-type dispersants, and low molecular weight surfactants. As the resin, for example, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyhexafluoropropylene, polyethylene, polypropylene, polymethyl methacrylate, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl acetate, polyacrylic acid, polyacrylamide, polyurethane , Polydimethylsiloxane, epoxy resin, acrylic resin, polyester resin, melamine resin, phenolic resin, various rubbers such as styrene butadiene rubber, lignin, pectin, gelatin, xanthan gum, welan gum, succinoglycan, cellulose resin, polyalkylene oxide, Examples include polyvinyl ether, chitins, chitosans, and starch. Examples of the additives include phosphorus compounds, sulfur compounds, amine compounds and amide compounds, organic esters, various silane-based, titanium-based, and aluminum-based coupling agents. These conventionally known dispersants, resins, additives and the like can be used alone or in combination of two or more.

<電池用カーボンブラック分散組成物の用途>
本発明の電池用カーボンブラック分散組成物の利用分野としては、リチウムイオン二次電池用電極、電気二重層キャパシタ用電極、リチウムイオンキャパシタ用電極などに好適に用いられる。
<Use of carbon black dispersion composition for batteries>
The field of use of the carbon black dispersion composition for batteries of the present invention is suitably used for electrodes for lithium ion secondary batteries, electrodes for electric double layer capacitors, electrodes for lithium ion capacitors, and the like.

以下、実施例に基づき、本発明を詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。本実施例中、部は質量部を、%は質量%を、それぞれ表す。
実施例及び比較例で使用したカーボンブラック(「CB」と略記することがある)、分散剤、バインダー、電極活物質等を以下に示す。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following Examples as long as the gist of the present invention is not exceeded. In this example, “part” represents “part by mass”, and “%” represents “% by mass”.
The carbon black (sometimes abbreviated as “CB”), dispersant, binder, electrode active material, and the like used in Examples and Comparative Examples are shown below.

<カーボンブラック>
・LITX(登録商標)200(CABOT社製):ファーネスブラック、比表面積130m2/g、以下LITX200と略記する。
・LITX(登録商標)HP(CABOT社製):ファーネスブラック、比表面積100m2/g、以下LITXHPと略記する。
・デンカブラックHS−100(デンカ社製):アセチレンブラック、比表面積39m2/g、以下HS−100と略記する。
・デンカブラック粒状品(デンカ社製):アセチレンブラック、比表面積69m2/g、以下粒状品と略記する。
・デンカブラックFX−35(デンカ社製):アセチレンブラック、比表面積133m2/g、以下FX−35と略記する。
<Carbon black>
LITX (registered trademark) 200 (manufactured by CABOT): furnace black, specific surface area 130 m 2 / g, hereinafter abbreviated as LITX 200.
LITX (registered trademark) HP (manufactured by CABOT): furnace black, specific surface area 100 m 2 / g, hereinafter abbreviated as LITXHP.
Denka Black HS-100 (manufactured by Denka Corporation): acetylene black, specific surface area 39 m 2 / g, hereinafter abbreviated as HS-100.
-Denka black granules (manufactured by Denka): acetylene black, specific surface area 69 m 2 / g, hereinafter abbreviated as granules.
Denka Black FX-35 (manufactured by Denka): acetylene black, specific surface area 133 m 2 / g, hereinafter abbreviated as FX-35.

<分散剤>
<メチルセルロース・エチルセルロース>
・メトローズSM−15(信越化学社製):メチルセルロース、置換度1.8、20℃における2%水溶液の粘度約15mPa・s、重量平均分子量7万、以下、MC−1と略記する。
・メトローズSM−4(信越化学社製):メチルセルロース、置換度1.8、20℃における2%水溶液の粘度約4mPa・s、重量平均分子量2.5万、以下MC−2と略記する。
・メトローズSM−25(信越化学社製):メチルセルロース、置換度1.8、20℃における2%水溶液の粘度約25mPa・s、重量平均分子量9万、以下、MC−3と略記する。
・エトセルSTD−4(ダウケミカル社製):エチルセルロース、25℃における5%トルエン/エタノール(8/2)溶液の粘度 3.0〜5.5mPa・s、重量平均分子量4万、以下、EC−1と略記する。
・エトセルSTD−10(ダウケミカル社製):エチルセルロース、25℃における5%トルエン/エタノール(8/2)溶液の粘度 9.0〜11.0mPa・s、重量平均分子量8万、以下、EC−2と略記する。
<Dispersant>
<Methylcellulose / ethylcellulose>
-Metrolose SM-15 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.): methylcellulose, degree of substitution: 1.8, viscosity of a 2% aqueous solution at 20 ° C: about 15 mPa · s, weight average molecular weight: 70,000, abbreviated as MC-1.
Metrolose SM-4 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.): methylcellulose, degree of substitution 1.8, viscosity of 2% aqueous solution at 20 ° C. about 4 mPa · s, weight average molecular weight 25,000, hereinafter abbreviated as MC-2.
Metrolose SM-25 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.): methylcellulose, degree of substitution 1.8, viscosity of a 2% aqueous solution at 20 ° C. about 25 mPa · s, weight average molecular weight 90,000, hereinafter abbreviated as MC-3.
-Ethocel STD-4 (manufactured by Dow Chemical Company): ethyl cellulose, viscosity of 5% toluene / ethanol (8/2) solution at 25 ° C 3.0 to 5.5 mPa · s, weight average molecular weight 40,000, EC- Abbreviated as 1.
Ethocel STD-10 (manufactured by Dow Chemical Company): Ethyl cellulose, viscosity of 5% toluene / ethanol (8/2) solution at 25 ° C 9.0 to 11.0 mPa · s, weight average molecular weight 80,000, EC- Abbreviated as 2.

<その他>
・クラレポバール PVA−405(クラレ社製):ポリビニルアルコール、けん化度82モル%、平均重合度500、以下PVA−1と略記する。
・PVP K30(日本触媒社製):ポリビニルピロリドン、分子量約4万、以下PVP−1と略記する。
<Others>
-Kuraray Povar PVA-405 (manufactured by Kuraray Co., Ltd.): polyvinyl alcohol, saponification degree 82 mol%, average polymerization degree 500, hereinafter abbreviated as PVA-1.
-PVP K30 (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.): polyvinylpyrrolidone, molecular weight of about 40,000, hereinafter abbreviated as PVP-1.

<バインダー>
・KFポリマーW7300(クレハ社製):ポリフッ化ビニリデン、重量平均分子量約1000000。以下、PVDFと略記する。
・KFポリマーW1100(クレハ社製):ポリフッ化ビニリデン、重量平均分子量約280000。以下、#1100と略記する。
<Binder>
-KF polymer W7300 (manufactured by Kureha Corporation): polyvinylidene fluoride, weight average molecular weight about 1,000,000. Hereinafter, it is abbreviated as PVDF.
-KF polymer W1100 (manufactured by Kureha Corporation): polyvinylidene fluoride, weight average molecular weight about 280000. Hereinafter, it is abbreviated as # 1100.

<電極活物質>
・LiNi1/3Mn1/3Co1/32(戸田工業社製):正極活物質、ニッケルマンガンコバルト酸リチウム、電子顕微鏡で観察して求めた平均一次粒子径が5.0μm、窒素吸着量からS−BET式で求めた比表面積が0.62m2/g、以下、NCMと略記する。
・LiNi0.8Co0.15Al0.052(住友金属社製):正極活物質、ニッケルコバルトアルミ酸リチウム、電子顕微鏡で観察して求めた平均一次粒子径が5.8μm、窒素吸着量からS−BET式で求めた比表面積が0.38m2/g、以下、NCAと略記する。
<Electrode active material>
LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 (manufactured by Toda Kogyo KK): positive electrode active material, lithium nickel manganese cobaltate, average primary particle diameter determined by observation with an electron microscope of 5.0 μm, nitrogen The specific surface area determined by the S-BET equation from the amount of adsorption is 0.62 m 2 / g, hereinafter abbreviated as NCM.
LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 (manufactured by Sumitomo Metal Co., Ltd.): positive electrode active material, lithium nickel cobalt aluminate, average primary particle diameter determined by observation with an electron microscope, 5.8 μm, S-BET based on nitrogen adsorption The specific surface area obtained by the formula is 0.38 m 2 / g, and is abbreviated as NCA hereinafter.

<電池用カーボンブラック分散組成物の調製>
[実施例1]
ガラス瓶に、NMPを25部、MC−1を0.05部それぞれ仕込み、充分に混合溶解した。次いで、カーボンブラック粒状品1.0部を仕込み、ホモジナイザーで30分間分散しカーボンブラック分散スラリーを調製した。その後、PVDF1.0部とNCM98部を仕込み、ディスパーにより充分混合、分散することで、電池用カーボンブラック分散組成物BC−1を得た。
<Preparation of carbon black dispersion composition for battery>
[Example 1]
In a glass bottle, 25 parts of NMP and 0.05 parts of MC-1 were charged and mixed and dissolved sufficiently. Next, 1.0 part of carbon black granules was charged and dispersed with a homogenizer for 30 minutes to prepare a carbon black dispersion slurry. Thereafter, 1.0 part of PVDF and 98 parts of NCM were charged, and sufficiently mixed and dispersed by a disper to obtain a carbon black dispersion composition BC-1 for a battery.

[実施例2]
実施例1とは異なり、カーボンブラック、分散剤、溶媒からなるカーボンブラック分散スラリーの作製を経由することなく、電極活物質やバインダーまで全て一度に仕込み分散する方法にて電池用カーボンブラック分散組成物を調製した。
ガラス瓶に、NMPを25部、MC−1を0.05部それぞれ仕込み、充分に混合溶解した。次いで、カーボンブラック粒状品1.0部、PVDF1.0部およびNCM98部を全て仕込み、その後、ディスパーにより充分混合、分散することで、電池用カーボンブラック分散組成物BC−2を得た。
[Example 2]
Unlike Example 1, the carbon black dispersion composition for a battery was prepared by a method of charging and dispersing all of the electrode active material and the binder at once without going through the preparation of a carbon black dispersion slurry composed of carbon black, a dispersant, and a solvent. Was prepared.
In a glass bottle, 25 parts of NMP and 0.05 parts of MC-1 were charged and mixed and dissolved sufficiently. Next, 1.0 part of carbon black granules, 1.0 part of PVDF, and 98 parts of NCM were all charged, and then sufficiently mixed and dispersed by a disper to obtain a carbon black dispersion composition BC-2 for a battery.

[実施例3〜9、11〜16、比較例3、5〜7]
表1に示す組成に従い、実施例1と同様の方法で電池用カーボンブラック分散組成物BC−3〜9、11〜17、19、21〜23をそれぞれ作製した。
[Examples 3 to 9, 11 to 16, Comparative Examples 3, 5 to 7]
According to the composition shown in Table 1, in the same manner as in Example 1, carbon black dispersion compositions BC-3 to 9, 11 to 17, 19, and 21 to 23 for batteries were produced.

[実施例10、比較例2、4]
表1に示す組成に従い、実施例2と同様の方法で電池用カーボンブラック分散組成物BC−10、18、20をそれぞれ作製した。
[Example 10, Comparative Examples 2 and 4]
According to the composition shown in Table 1, in the same manner as in Example 2, carbon black dispersion compositions BC-10, 18, and 20 for batteries were produced.

<電池用カーボンブラック分散組成物の評価>
実施例、比較例で得られた電池用カーボンブラック分散組成物の評価は、(1)粒度測定、(2)粘度安定性評価、および(3)濾過試験により行った。(1)の粒度測定および(2)粘度安定性評価により、本発明の課題であるカーボンブラック分散組成物の分散性および分散安定性を確認することができる。また、(3)濾過試験により、カーボンブラック分散組成物の分散安定性を確認することができる。評価方法は以下の通りである。
<Evaluation of carbon black dispersion composition for battery>
Evaluation of the carbon black dispersion compositions for batteries obtained in Examples and Comparative Examples was performed by (1) particle size measurement, (2) viscosity stability evaluation, and (3) filtration test. By the particle size measurement (1) and the evaluation of viscosity stability (2), the dispersibility and dispersion stability of the carbon black dispersion composition, which is the subject of the present invention, can be confirmed. Further, the dispersion stability of the carbon black dispersion composition can be confirmed by (3) a filtration test. The evaluation method is as follows.

<粒度測定>
実施例、比較例で作製したカーボンブラック分散組成物については、グラインドゲージによる判定(JIS K5600−2−5に準ず)より求めた。
◎:グラインドゲージにて粗粒子が15μm以上20μm未満の位置に確認できる。(優秀)
○:グラインドゲージにて粗粒子が20μm以上50μm未満の位置に確認できる。(良好)
×:グラインドゲージにて粗粒子が50μm以上200μm未満、または200μm以上の位置に確認できる。(不良)
<Particle size measurement>
The carbon black dispersion compositions produced in Examples and Comparative Examples were determined by a grind gauge (according to JIS K5600-2-5).
A: Coarse particles can be confirmed at a position of 15 μm or more and less than 20 μm by a grind gauge. (excellence)
:: Coarse particles can be confirmed by a grind gauge at a position of 20 μm or more and less than 50 μm. (Good)
×: Coarse particles can be confirmed at a position of 50 μm or more and less than 200 μm, or 200 μm or more by a grind gauge. (Bad)

<粘度安定性評価>
粘度変化率は分散後の粘度測定値を基準としたときの50℃3日間静置保存した後の粘度測定値の変化率によって評価した。変化の少ないものほど安定性が良好であることを示す。粘度値の測定は、B型粘度計(東機産業社製「BL」)を用いて、分散液温度25℃、B型粘度計ローター回転速度60rpmにて、分散組成物をヘラで充分に撹拌した後、直ちに行った。測定に使用したローターは、粘度値が100mPa・s未満の場合はNo.1を、100mPa・s以上500mPa・s未満の場合はNo.2を、500mPa・s以上2000mPa・s未満の場合はNo.3を、2000mPa・s以上10000mPa・s未満の場合はNo.4のものをそれぞれ用いた。粘度変化率は下記の3段階で評価した。
○;粘度変化率の絶対値が20%以下(良好)
△;粘度変化率の絶対値が20%を超えて50%以下(やや不良)
×;粘度変化率の絶対値が50%超え、もしくはゲル化(不良)
<Viscosity stability evaluation>
The rate of change in viscosity was evaluated based on the rate of change in the measured viscosity after standing at 50 ° C. for 3 days, based on the measured viscosity after dispersion. The smaller the change, the better the stability. The viscosity value was measured using a B-type viscometer (“BL” manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.) and the dispersion composition was sufficiently stirred with a spatula at a dispersion temperature of 25 ° C. and a B-type viscometer rotor rotation speed of 60 rpm. And then went immediately. The rotor used for the measurement was No. 1 when the viscosity value was less than 100 mPa · s. No. 1 is not less than 100 mPa · s and less than 500 mPa · s. 2 is 500 mPa · s or more and less than 2000 mPa · s. No. 3 is 2000 mPa · s or more and less than 10000 mPa · s. Four samples were used. The viscosity change rate was evaluated on the following three scales.
;: Absolute value of viscosity change rate is 20% or less (good)
△: Absolute value of viscosity change rate exceeds 20% and 50% or less (somewhat poor)
×: Absolute value of viscosity change rate exceeds 50% or gelation (poor)

<濾過試験>
50℃3日間静置保存した後のカーボンブラック分散組成物を目開き100μmのSUSメッシュスクリーンに通過させ、スクリーンを通過せずスクリーン上に残る残渣を回収した後、140℃1時間の条件で乾燥させた。乾燥させた残渣の固形分を測定し、通過させたカーボンブラック分散組成物固形分総量に対する残渣の固形分の割合により、濾過性を下記3段階で評価した。
○;0%以上、10%未満(良好)
△;10%以上、20%未満(やや不良)
×;20%以上(不良)
<Filtration test>
The carbon black dispersion composition after standing and stored at 50 ° C. for 3 days is passed through a SUS mesh screen having an aperture of 100 μm, and the residue remaining on the screen without passing through the screen is collected and then dried at 140 ° C. for 1 hour. I let it. The solid content of the dried residue was measured, and the filterability was evaluated on the following three scales based on the ratio of the solid content of the residue to the total solid content of the carbon black dispersion composition passed through.
;: 0% or more and less than 10% (good)
Δ: 10% or more and less than 20% (somewhat poor)
×: 20% or more (defective)

実施例1〜16で得られたカーボンブラック分散組成物BC−1〜16は全て分散粒度、濾過性良好であった。
実施例1〜2、5と比較例1〜4との比較により、分散組成物の作製方法によらず分散剤を規定量添加し分散することで分散性、安定性ともに良好となることが示された。分散剤量が多すぎると、ある程度の分散性は得られても安定性不良となり、後述する塗膜均一性や電池特性にも悪影響を及ぼす。分散剤量が少なすぎると、分散性不良となる。
実施例1、6〜9と比較例5〜6より、メチルセルロースもしくはエチルセルロースを分散剤として使用することで、活物質含有率の高い合剤組成で限られた分散剤量で分散性および安定性を両立できることを示した。
All of the carbon black dispersion compositions BC-1 to 16 obtained in Examples 1 to 16 had good dispersion particle size and good filterability.
Comparison of Examples 1 to 2 and 5 with Comparative Examples 1 to 4 show that both the dispersibility and stability are improved by adding and dispersing a prescribed amount of a dispersant regardless of the method of preparing the dispersion composition. Was done. If the amount of the dispersant is too large, even if a certain degree of dispersibility is obtained, the stability becomes poor, and the uniformity of the coating film and the battery characteristics described later are adversely affected. If the amount of the dispersant is too small, dispersibility will be poor.
From Examples 1 and 6 to 9 and Comparative Examples 5 and 6, the use of methylcellulose or ethylcellulose as a dispersant allows the dispersibility and stability to be improved with a limited dispersant amount in a mixture composition having a high active material content. It shows that they can be compatible.

<電池電極合剤層の作製>
[実施例17〜32、比較例8〜14]
上記の各実施例、比較例で得られた、正極活物質を含む電池用カーボンブラック分散組成物を電池電極合剤液として、アルミ箔上にドクターブレードを用いて塗工した後、減圧下120℃で30分間乾燥し、乾燥後膜厚100μmの塗膜(電池電極合剤層)L−1〜23を作製した。
得られた電池電極合剤層の評価は、塗膜外観と塗膜均一性評価により行った。
塗膜外観は、目視で、○:問題なし(良好)、△:斑模様あり(可)、×:粗粒の筋引きあり(極めて不良)、とした。塗膜均一性は、分光色差計(日本電色工業社製、SE−6000)を用いて、塗膜の表面および裏面の明度(L値)をそれぞれ測定し、その明度差ΔLを評価した。ΔLが小さいものほど塗膜は均一であることを示す。測定は、C/2光源を用い、測定し、波長範囲を380〜780nmとした。明度差ΔLは下記の3段階で評価した。結果は表2に示した。
○:ΔL≦5(良好)
△:5<ΔL≦10(やや不良)
×:10<ΔL(不良)
<Preparation of battery electrode mixture layer>
[Examples 17 to 32, Comparative Examples 8 to 14]
Each of the above Examples and Comparative Examples, the carbon black dispersion composition for a battery containing a positive electrode active material was applied as a battery electrode mixture liquid on an aluminum foil using a doctor blade, and then applied under reduced pressure to 120. It dried at 30 degreeC for 30 minutes, and produced the coating film (battery electrode mixture layer) L-1-23 of 100-micrometer-thickness after drying.
The evaluation of the obtained battery electrode mixture layer was performed by evaluating the appearance and uniformity of the coating film.
The appearance of the coating film was visually evaluated as ○: no problem (good), Δ: mottled pattern (good), ×: coarse grain streaks (extremely poor). The uniformity of the coating film was determined by measuring the lightness (L value) of the front and back surfaces of the coating film using a spectral colorimeter (SE-6000, manufactured by Nippon Denshoku Industries Co., Ltd.), and evaluating the lightness difference ΔL. A smaller ΔL indicates that the coating film is more uniform. The measurement was performed using a C / 2 light source, and the wavelength range was 380 to 780 nm. The lightness difference ΔL was evaluated on the following three levels. The results are shown in Table 2.
:: ΔL ≦ 5 (good)
Δ: 5 <ΔL ≦ 10 (somewhat defective)
×: 10 <ΔL (bad)

表2より、実施例17〜32の電池電極合剤層(L−1〜16)は、比較例8〜14の電池電極合剤層(L−17〜23)と比較して塗膜外観が良好であり、加えて塗膜均一性も良好であることが明らかとなった。L−17〜23では、使用したカーボンブラック分散組成物の粘度安定性の悪さの影響で塗工性が悪く、塗膜外観において良好な結果を得ることはできなかった。また、分散組成物中の活物質およびカーボンブラックの分散性が悪いため、塗膜均一性が得られなかった。   From Table 2, the battery electrode mixture layers (L-1 to 16) of Examples 17 to 32 have a coating film appearance that is lower than that of the battery electrode mixture layers (L-17 to 23) of Comparative Examples 8 to 14. It became clear that the coating film uniformity was good. With L-17 to 23, the coating properties were poor due to the poor viscosity stability of the carbon black dispersion composition used, and good results could not be obtained in the appearance of the coating film. Further, the uniformity of the coating film could not be obtained due to poor dispersibility of the active material and carbon black in the dispersion composition.

<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33〜48、比較例15〜21]
先に調製した電池用カーボンブラック分散組成物(BC−1〜BC−23)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100μmの正極合剤層を作製した。これを直径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(厚さ20μm、空孔率50%)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容量比1:1で混合した混合溶媒にLiPF6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(宝泉社製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った。
<Assembly of cell for evaluating positive electrode of lithium ion secondary battery>
[Examples 33 to 48, Comparative Examples 15 to 21]
The previously prepared carbon black dispersion composition for a battery (BC-1 to BC-23) is applied on a 20 μm-thick aluminum foil serving as a current collector using a doctor blade, and then heated at 120 ° C. under reduced pressure. After drying, the resultant was subjected to a rolling treatment with a roller press to prepare a positive electrode mixture layer having a thickness of 100 μm. This was punched out to a diameter of 9 mm as a working electrode, a metal lithium foil (thickness 0.15 mm) as a counter electrode, and a separator made of a porous polypropylene film (thickness 20 μm, porosity 50%) between the working electrode and the counter electrode. Insert and stack, fill with an electrolyte (a non-aqueous electrolyte in which LiPF 6 is dissolved at a concentration of 1M in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate at a volume ratio of 1: 1) and fill it with a bipolar closed metal cell (Treasure). Izumisha HS flat cell) was assembled. The cell was assembled in a glove box in which argon gas had been replaced.

<リチウムイオン二次電池正極特性評価>
作製した正極評価用セルを30℃で、充放電装置(北斗電工社製SM−8)を使用して、充電レート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50サイクル行い、充放電を行った。アルゴンガス置換したグローブボックス内で評価後のセルを分解し、電極塗膜の外観(50サイクル後の塗膜外観)を目視にて確認した。電極の密着性に関して、塗膜外観の評価基準は、集電体からの剥がれが認められず外観に全く変化が無い場合を○(極めて良好)、剥がれてはいないが外観に変化が認められる場合を△(良好)、部分的に合剤層が集電体より剥がれが認められる場合を×(不良)とした。
また、容量維持率は、1サイクル目の放電容量に対する50サイクル目の放電容量の百分率であり、数値が100%に近いものほど良好であることを示す。容量維持率が95%以上の場合を◎(極めて良好)、容量維持率が90%以上95%未満の場合を○(良好)、容量維持率が80%以上90%未満の場合を△(可)とし、集電体からの塗膜の剥離やショート等により正常な充放電曲線が得られず、容量が求められなかった場合は数値無し(−)とした。評価結果を表3に示した。
<Evaluation of positive electrode characteristics of lithium ion secondary battery>
The prepared positive electrode evaluation cell was fully charged at 30 ° C. using a charge / discharge device (SM-8 manufactured by Hokuto Denko Corporation) at a constant current and constant voltage charge (upper limit voltage: 4.2 V) at a charge rate of 1.0 C. A charge / discharge cycle of discharging at a constant current of the same rate as that for charging to a discharge lower limit voltage of 3.0 V was defined as one cycle (charge / discharge interval pause time: 30 minutes), and this cycle was performed for a total of 50 cycles to perform charging / discharging. . The cell after the evaluation was disassembled in a glove box purged with argon gas, and the appearance of the electrode coating film (the coating film after 50 cycles) was visually checked. Regarding the adhesion of the electrodes, the evaluation criteria for the appearance of the coating film were as follows: ○ (excellent) when no peeling from the current collector was observed and no change in appearance, and when there was no peeling but no change in appearance △ (good) and × (poor) when the mixture layer was partially peeled off from the current collector.
The capacity retention ratio is a percentage of the discharge capacity at the 50th cycle with respect to the discharge capacity at the first cycle, and the closer the value is to 100%, the better. ◎ (very good) when the capacity retention rate is 95% or more, ((good) when the capacity maintenance rate is 90% or more and less than 95%, and Δ (good) when the capacity maintenance rate is 80% or more and less than 90%. ), When a normal charge / discharge curve was not obtained due to peeling of the coating film from the current collector or a short circuit, and the capacity was not determined, the value was regarded as no value (-). Table 3 shows the evaluation results.

表3より、本発明の電極を使用した実施例33〜48は、比較例15〜21と比較して、50サイクル後の塗膜外観や容量維持率についても、良好な結果であった。一方、比較例15、19〜20は、塗膜を得ることはできたが、サイクル試験の途中で分散剤が電解液へと溶解または大きく膨潤したため、正極特性を評価することが出来なかった。比較例16〜18、21では良好な塗膜を得ることが出来なかったため、正極特性を評価することが出来なかった。



As shown in Table 3, Examples 33 to 48 using the electrode of the present invention showed good results in the appearance of the coating film and the capacity retention after 50 cycles as compared with Comparative Examples 15 to 21. On the other hand, in Comparative Examples 15 and 19 to 20, coating films could be obtained, but the positive electrode characteristics could not be evaluated because the dispersant dissolved or largely swelled in the electrolyte during the cycle test. In Comparative Examples 16 to 18 and 21, a good coating film could not be obtained, and thus the positive electrode characteristics could not be evaluated.



Claims (5)

カーボンブラックと、分散剤と、N−メチル−2−ピロリドンとを含み、さらに、バインダーと、正極活物質とを含む電池用カーボンブラック分散組成物であって、バインダーが少なくともフッ素原子を有する高分子化合物を含み、分散組成物の固形分100質量部に対する、前記正極活物質の量が、97.8質量部以上であり、分散剤が、メチルセルロース及びエチルセルロースからなる群より選択された少なくとも1種であり、さらに、正極活物質100質量部に対する、前記分散剤の量が、0.05質量部以上0.08質量部以下であることを特徴とする、電池用カーボンブラック分散組成物。   A carbon black dispersion composition for a battery, comprising: carbon black, a dispersant, and N-methyl-2-pyrrolidone, and further comprising a binder and a positive electrode active material, wherein the binder has at least a fluorine atom. Including a compound, the amount of the positive electrode active material with respect to 100 parts by mass of the solid content of the dispersion composition is 97.8 parts by mass or more, and the dispersant is at least one selected from the group consisting of methyl cellulose and ethyl cellulose. The carbon black dispersion composition for a battery, wherein the amount of the dispersant is 0.05 to 0.08 parts by mass based on 100 parts by mass of the positive electrode active material. 前記分散剤がメチルセルロースであり、かつ、分散剤の重量平均分子量が20,000以上200,000以下の範囲にある、請求項1に記載の電池用カーボンブラック分散組成物。   The carbon black dispersion composition for a battery according to claim 1, wherein the dispersant is methyl cellulose, and the weight average molecular weight of the dispersant is in the range of 20,000 to 200,000. 下記二つの工程により得られる請求項1または2記載の電池用カーボンブラック分散組成物の製造方法。
第一の工程;カーボンブラックと、分散剤と、N−メチル−2−ピロリドンとを混合し分散させてカーボンブラック分散スラリーを調製する工程
第二の工程;前工程で得られたカーボンブラック分散スラリーと、正極活物質と、バインダーとを混合し分散させる工程
The method for producing a carbon black dispersion composition for a battery according to claim 1 or 2, which is obtained by the following two steps.
A first step; a step of preparing a carbon black dispersion slurry by mixing and dispersing carbon black, a dispersant, and N-methyl-2-pyrrolidone; a second step; a carbon black dispersion slurry obtained in the previous step And mixing and dispersing the positive electrode active material and the binder
請求項1または2に記載の電池用カーボンブラック分散組成物を塗布してなる電池電極合剤層。   A battery electrode mixture layer formed by applying the carbon black dispersion composition for a battery according to claim 1 or 2. 集電体上に正極合剤層を有する正極と、集電体上に負極合剤層を有する負極と、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、正極が請求項4記載の電池電極合剤層を具備してな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 material mixture layer on a current collector, a negative electrode having a negative electrode material mixture layer on a current collector, and an electrolyte containing lithium, wherein the positive electrode is used. A lithium ion secondary battery comprising the battery electrode mixture layer according to any one of the preceding claims.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2023521003A (en) * 2020-04-13 2023-05-23 エルジー エナジー ソリューション リミテッド Electrode quality evaluation method and electrode manufacturing method
EP4300634A1 (en) * 2022-05-30 2024-01-03 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Carbon black dispersion composition for battery, mixture paste for positive electrode, positive electrode for lithium-ion secondary battery, and lithium-ion secondary battery

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