JP2020194625A - Manufacturing method of battery carbon nanotube dispersion composition - Google Patents

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Abstract

To provide a method for producing a carbon nanotube dispersion composition having excellent conductivity and high productivity.SOLUTION: A manufacturing device of battery carbon nanotube dispersion composition including a carbon nanotube, a dispersant, and an aqueous liquid media includes a step of dispersion treatment using a bead mill (step A), the carbon nanotubes are continuously or discontinuously added until the carbon nanotube concentration in the carbon nanotube dispersion composition for a battery reaches a target value, and before or at the same time as the addition of the carbon nanotubes, the dispersant is added, and the diameter of the beads of the bead mill is in the range of 0.01 to 1.25 mm.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、カーボンナノチューブを必要以上に破砕や損傷させることなく分散処理を行うことで、高い導電性を有し、また高い生産性を有する電池用カーボンナノチューブ分散組成物の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a carbon nanotube dispersion composition for a battery, which has high conductivity and high productivity by performing a dispersion treatment without crushing or damaging the carbon nanotubes more than necessary.

電気自動車の普及や携帯機器の小型軽量化及び高性能化に伴い、高いエネルギー密度を有する二次電池、さらに、その二次電池の高容量化が求められている。このような背景の下で高エネルギー密度、高電圧という特徴から非水系電解液を用いる非水電解質二次電池が多くの機器に使われるようになっており、特にリチウムイオン二次電池が注目されている。 With the widespread use of electric vehicles, the reduction in size and weight of mobile devices, and the increase in performance, secondary batteries having a high energy density and the capacity of the secondary batteries are required to be increased. Against this background, non-aqueous electrolyte secondary batteries that use non-aqueous electrolytes have come to be used in many devices due to their characteristics of high energy density and high voltage, and lithium-ion secondary batteries are particularly attracting attention. ing.

リチウムイオン二次電池に用いられる負極材料としては、リチウム(Li)に近い卑な電位で単位質量あたりの充放電容量の大きい黒鉛に代表される炭素材料が用いられている。しかしながら、これらの電極材料は質量当たりの充放電容量が理論値に近いところまで使われており、電池のエネルギー密度は限界に近づいている。そこで、電池内部の放電容量には寄与しない導電材やバインダーを減らす試みが行われている。 As the negative electrode material used for the lithium ion secondary battery, a carbon material typified by graphite having a low potential close to that of lithium (Li) and a large charge / discharge capacity per unit mass is used. However, these electrode materials are used to the point where the charge / discharge capacity per mass is close to the theoretical value, and the energy density of the battery is approaching the limit. Therefore, attempts have been made to reduce conductive materials and binders that do not contribute to the discharge capacity inside the battery.

導電材としては、カーボンブラック、ケッチェンブラック、フラーレン、グラフェン、微細炭素材料等の炭素系フィラーが使用されている。特に微細炭素繊維の一種であるカーボンナノチューブが多く使用されている。例えば、黒鉛やシリコン負極にカーボンナノチューブを添加することにより、電極抵抗を低減したり、電池の負荷抵抗を改善したり、電極の強度を上げたり、電極の膨張収縮性を上げることで、リチウムイオン二次電池のサイクル寿命を向上させている(例えば、特許文献1、2および3参照)。また、正極にカーボンナノチューブを添加することにより、電極抵抗を低減する検討も行われている(例えば、特許文献4および5参照)。中でも、外径10nm〜数10nmの多層カーボンナノチューブは比較的安価であり、実用化が期待されている。 As the conductive material, carbon-based fillers such as carbon black, Ketjen black, fullerene, graphene, and fine carbon materials are used. In particular, carbon nanotubes, which are a type of fine carbon fibers, are often used. For example, by adding carbon nanotubes to graphite or silicon negative electrodes, electrode resistance can be reduced, battery load resistance can be improved, electrode strength can be increased, and electrode expansion / contraction properties can be increased to increase lithium ions. The cycle life of the secondary battery is improved (see, for example, Patent Documents 1, 2 and 3). Further, studies have been conducted to reduce the electrode resistance by adding carbon nanotubes to the positive electrode (see, for example, Patent Documents 4 and 5). Among them, multi-walled carbon nanotubes having an outer diameter of 10 nm to several tens of nm are relatively inexpensive and are expected to be put into practical use.

カーボンナノチューブを用いた場合、少量で効率的に導電ネットワークを形成することができ、リチウムイオン二次電池用の正極および負極中に含まれる導電材量を低減することができる。しかしながら、カーボンナノチューブは凝集力が非常に強く分散が困難であるため、十分な分散性を有するカーボンナノチューブ分散組成物を得ることができなかった。 When carbon nanotubes are used, a conductive network can be efficiently formed with a small amount, and the amount of conductive material contained in the positive electrode and the negative electrode for a lithium ion secondary battery can be reduced. However, since carbon nanotubes have a very strong cohesive force and are difficult to disperse, it has not been possible to obtain a carbon nanotube dispersion composition having sufficient dispersibility.

そこで、様々な製造方法により、カーボンナノチューブ分散組成物を得る方法が提案されている。例えば、特許文献6では、多層カーボンナノチューブを多段階で投入し、ビーズミルを用いて分散処理することで高濃度かつ高導電性を有するカーボンナノチューブ分散液を製造する方法が提案されている。 Therefore, a method for obtaining a carbon nanotube dispersion composition by various production methods has been proposed. For example, Patent Document 6 proposes a method of producing a carbon nanotube dispersion liquid having a high concentration and high conductivity by charging multi-walled carbon nanotubes in multiple stages and performing dispersion treatment using a bead mill.

また、特許文献7では、高圧ホモジナイザーにより、同じく多段階にてカーボンナノチューブを分散処理することで、高濃度かつ低粘度なカーボンナノチューブ分散体を製造する方法が提案されているが、処理量が低く、生産性に難点があった。 Further, Patent Document 7 proposes a method for producing a carbon nanotube dispersion having a high concentration and a low viscosity by dispersing carbon nanotubes in multiple steps using a high-pressure homogenizer, but the treatment amount is low. , There was a problem in productivity.

したがって、高濃度かつ低粘度であり、かつ高導電性、高い生産性を有するカーボンナノチューブ分散組成物の製造方法は、用途拡大に向けた重要な課題であった。 Therefore, a method for producing a carbon nanotube dispersion composition having high concentration, low viscosity, high conductivity, and high productivity has been an important issue for expanding applications.

特開平4−155776号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-155776 特開平4−237971号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-237971 特開2004−178922号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-178922 特開2011−70908号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-070908 特開2005−162877号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-162877 特許第5604609号Patent No. 5604609 特許第6054296号Patent No. 6054296

本発明が解決しようとする課題は、導電性に優れ、かつ高い生産性を有するカーボンナノチューブ分散組成物の製造方法を提供することである。 An object to be solved by the present invention is to provide a method for producing a carbon nanotube dispersion composition having excellent conductivity and high productivity.

本発明者は、上記課題を解決するために、鋭意検討を重ねた結果、カーボンナノチューブと、分散剤と、水性液状媒体とを含む電池用カーボンナノチューブ分散組成物の製造方法に関し、ビーズミルを使用して分散処理をする工程(工程A)を含み、上記電池用カーボンナノチューブ分散組成物の濃度が目標の値になるまで上記カーボンナノチューブを連続的または不連続的に添加し、かつ、上記カーボンナノチューブを添加する前、もしくは該添加と同時に、上記分散剤を添加し、かつ、上記ビーズミルのビーズの直径が0.01〜1.25mmの範囲であって、さらには、工程Aにより得られた電池用カーボンナノチューブ分散組成物(A)を、高圧ホモジナイザーを使用して分散処理する工程(工程B)を含み、上記分散剤として、水素化ニトリルブタジエン系ゴムを使用することで、導電性に優れ、かつ高い生産性を有するカーボンナノチューブ分散組成物の製造方法見出し、本発明に至った。 As a result of diligent studies in order to solve the above problems, the present inventor has used a bead mill for a method for producing a carbon nanotube dispersion composition for a battery containing carbon nanotubes, a dispersant, and an aqueous liquid medium. Including the step (step A) of performing the dispersion treatment, the carbon nanotubes are continuously or discontinuously added until the concentration of the carbon nanotube dispersion composition for batteries reaches a target value, and the carbon nanotubes are added. Before or at the same time as the addition, the dispersant is added, and the diameter of the beads of the bead mill is in the range of 0.01 to 1.25 mm, and further, for the battery obtained in step A. By including a step (step B) of dispersing the carbon nanotube dispersion composition (A) using a high-pressure homogenizer and using a hydride nitrile butadiene rubber as the dispersant, the carbon nanotube dispersion composition is excellent in conductivity and We have found a method for producing a carbon nanotube dispersion composition having high productivity, and have arrived at the present invention.

すなわち、本発明は、カーボンナノチューブと、分散剤と、水性液状媒体とを含む電池用カーボンナノチューブ分散組成物の製造方法であって、ビーズミルを使用して分散処理をする工程(工程A)を含み、前記分散処理をする工程(工程A)が、前記電池用カーボンナノチューブ分散組成物中のカーボンナノチューブ濃度が目標の値になるまで分散液に前記カーボンナノチューブを連続的または不連続的に添加する工程(工程A1)および、前記カーボンナノチューブを添加する前、または工程A1と同時に、分散液に前記分散剤を添加する工程(工程A2)を含み、かつ、前記ビーズミルのビーズの直径が0.01〜1.25mmの範囲であること、を特徴とする電池用カーボンナノチューブ分散組成物の製造方法に関する。 That is, the present invention is a method for producing a carbon nanotube dispersion composition for batteries, which comprises carbon nanotubes, a dispersant, and an aqueous liquid medium, and includes a step (step A) of performing a dispersion treatment using a bead mill. The step of performing the dispersion treatment (step A) is a step of continuously or discontinuously adding the carbon nanotubes to the dispersion until the carbon nanotube concentration in the carbon nanotube dispersion composition for a battery reaches a target value. (Step A1) and a step (step A2) of adding the dispersant to the dispersion before adding the carbon nanotubes or at the same time as the step A1 are included, and the diameter of the beads of the bead mill is 0.01 to 0.01 to The present invention relates to a method for producing a carbon nanotube dispersion composition for a battery, which comprises a range of 1.25 mm.

また本発明は、さらに、工程Aにより得られた電池用カーボンナノチューブ分散組成物(A)を、高圧ホモジナイザーを使用して分散処理する工程(工程B)を含むことを特徴とする前記の電池用カーボンナノチューブ分散組成物の製造方法に関する。 The present invention further comprises a step (step B) of dispersing the carbon nanotube dispersion composition (A) for a battery obtained in the step A using a high-pressure homogenizer (step B). The present invention relates to a method for producing a carbon nanotube dispersion composition.

また本発明は、工程Aにより得られた電池用カーボンナノチューブ分散組成物(A)のB型粘度計における60rpmの粘度が、500〜8000mPa・s範囲であること、を特徴とする前記の電池用カーボンナノチューブ分散組成物の製造方法に関する。 The present invention is also characterized in that the viscosity of the carbon nanotube dispersion composition (A) for a battery obtained in step A at 60 rpm in a B-type viscometer is in the range of 500 to 8000 mPa · s. The present invention relates to a method for producing a carbon nanotube dispersion composition.

また本発明は、分散剤が、水素化ニトリルブタジエン系ゴムを含有することを特徴とする前記の製造方法に関する。 The present invention also relates to the above-mentioned production method, wherein the dispersant contains a hydrogenated nitrile butadiene rubber.

本発明のカーボンナノチューブ分散組成物の製造方法により、カーボンナノチューブを必要以上に破砕や損傷させることなく分散処理を行うことができ、高い導電性を発現させることができる。加えて、該分散組成物の生産性を高めることが可能となる。これにより、例えば、リチウムイオン二次電池における導電材として使用した場合は、カーボンナノチューブの均質な導電ネットワークを形成することができ、高い導電性、密着性を有する電極膜が得られ、ひいては、レート特性およびサイクル特性に優れた非水電解質二次電池の製造が可能となる。 According to the method for producing a carbon nanotube dispersion composition of the present invention, the carbon nanotube can be dispersed without being crushed or damaged more than necessary, and high conductivity can be exhibited. In addition, it is possible to increase the productivity of the dispersion composition. As a result, for example, when used as a conductive material in a lithium ion secondary battery, a homogeneous conductive network of carbon nanotubes can be formed, and an electrode film having high conductivity and adhesion can be obtained, and thus the rate. It is possible to manufacture a non-aqueous electrolyte secondary battery having excellent characteristics and cycle characteristics.

以下、本発明の電池用カーボンナノチューブ分散組成物の製造方法にについて詳しく説明する。 Hereinafter, the method for producing the carbon nanotube dispersion composition for batteries of the present invention will be described in detail.

<電池用カーボンナノチューブ分散組成物>
本実施形態の電池用カーボンナノチューブ分散組成物は、少なくとも、カーボンナノチューブと、分散剤と、水性液状媒体とを含むことを特徴とする。
<Carbon nanotube dispersion composition for batteries>
The carbon nanotube dispersion composition for batteries of the present embodiment is characterized by containing at least carbon nanotubes, a dispersant, and an aqueous liquid medium.

<カーボンナノチューブ>
本実施形態のカーボンナノチューブは、平面的なグラファイトを円筒状に巻いた形状を有している。カーボンナノチューブは単層カーボンナノチューブが混在するものであってもよい。単層カーボンナノチューブは一層のグラファイトが巻かれた構造を有する。多層カーボンナノチューブは、二又は三以上の層のグラファイトが巻かれた構造を有する。また、カーボンナノチューブの側壁はグラファイト構造でなくともよい。例えば、アモルファス構造を有する側壁を備えるカーボンナノチューブをカーボンナノチューブとして用いることもできる。
<Carbon nanotube>
The carbon nanotube of this embodiment has a shape in which flat graphite is wound into a cylindrical shape. The carbon nanotubes may be a mixture of single-walled carbon nanotubes. Single-walled carbon nanotubes have a structure in which one layer of graphite is wound. Multi-walled carbon nanotubes have a structure in which two or three or more layers of graphite are wound. Further, the side wall of the carbon nanotube does not have to have a graphite structure. For example, a carbon nanotube having a side wall having an amorphous structure can be used as the carbon nanotube.

本実施形態のカーボンナノチューブの形状は限定されない。かかる形状としては、針状、円筒チューブ状、魚骨状(フィッシュボーン又はカップ積層型)、トランプ状(プレートレット)及びコイル状を含む様々な形状が挙げられる。本実施形態においてカーボンナノチューブの形状は、中でも、針状、又は、円筒チューブ状であることが好ましい。カーボンナノチューブは、単独の形状、または2種以上の形状の組合せであってもよい。 The shape of the carbon nanotubes of this embodiment is not limited. Such shapes include various shapes including needle shape, cylindrical tube shape, fish bone shape (fishbone or cup laminated type), playing card shape (platelet) and coil shape. In the present embodiment, the shape of the carbon nanotubes is preferably needle-shaped or cylindrical tube-shaped. The carbon nanotubes may have a single shape or a combination of two or more shapes.

本実施形態のカーボンナノチューブの形態は、例えば、グラファイトウィスカー、フィラメンタスカーボン、グラファイトファイバー、極細炭素チューブ、カーボンチューブ、カーボンフィブリル、カーボンマイクロチューブ及びカーボンナノファイバーを挙げることができるが、これらに限定されない。カーボンナノチューブは、これらの単独の形態又は二種以上を組み合わせられた形態を有していてもよい。 The form of the carbon nanotubes of the present embodiment includes, but is not limited to, for example, graphite whisker, firamentas carbon, graphite fiber, ultrafine carbon tube, carbon tube, carbon fibril, carbon microtube and carbon nanofiber. .. The carbon nanotubes may have a single form thereof or a combination of two or more kinds thereof.

本実施形態のカーボンナノチューブのBET比表面積は20〜1000m/gであることが好ましく、150〜800m/gであることがより好ましい。 BET specific surface area of the carbon nanotubes of the present embodiment is preferably from 20~1000m 2 / g, more preferably 150~800m 2 / g.

本実施形態のカーボンナノチューブの外径は1〜30nmであることが好ましく、1〜20nmであることがより好ましい。 The outer diameter of the carbon nanotubes of the present embodiment is preferably 1 to 30 nm, more preferably 1 to 20 nm.

本実施形態のカーボンナノチューブの炭素純度は導電材中の炭素原子の含有率(質量%)で表される。炭素純度は導電材100質量%に対して、90質量%が好ましく、95質量%以上がより好ましく、98質量%以上がさらに好ましい。 The carbon purity of the carbon nanotubes of the present embodiment is represented by the content (mass%) of carbon atoms in the conductive material. The carbon purity is preferably 90% by mass, more preferably 95% by mass or more, still more preferably 98% by mass or more, based on 100% by mass of the conductive material.

本実施形態のカーボンナノチューブの体積抵抗率は1.0×10−3〜1.0×10−1Ω・cmであることが好ましく、1.0×10−3〜1.0×10−2Ω・cmであることがより好ましい。導電材の体積抵抗率は粉体抵抗率測定装置((株)三菱化学アナリテック社製:ロレスターGP粉体抵抗率測定システムMCP−PD−51))を用いて測定することができる。 The volume resistivity of the carbon nanotubes of the present embodiment is preferably 1.0 × 10 -3 to 1.0 × 10 -1 Ω · cm, and 1.0 × 10 -3 to 1.0 × 10 -2. It is more preferably Ω · cm. The volume resistivity of the conductive material can be measured using a powder resistivity measuring device (manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd .: Lorester GP powder resistivity measuring system MCP-PD-51)).

<分散剤>
本実施形態の分散剤について特に制限はなく、市販品、合成品に関わらず、単独もしくは2種類以上併せて使用することができる。分散剤を用いてカーボンナノチューブを分散処理することで、より高濃度かつ貯蔵安定性が良好なカーボンナノチューブ分散組成物を得ることができる。
<Dispersant>
The dispersant of the present embodiment is not particularly limited, and can be used alone or in combination of two or more regardless of whether it is a commercially available product or a synthetic product. By dispersing the carbon nanotubes with a dispersant, a carbon nanotube dispersion composition having a higher concentration and good storage stability can be obtained.

水性液状媒体中で機能する分散剤としては、例えば、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアセタールやポリビニルアルコール等を用いることができる。特に、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶剤中で好適に機能する分散剤として、上記に加えて、部分または全体に水素化したニトリルブタジエン系ゴムや、特開2009−026744公報やWO2008−108360公報に記載の有機色素誘導体やトリアジン誘導体を用いることができる。 As the dispersant that functions in the aqueous liquid medium, for example, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl acetal, polyvinyl alcohol, or the like can be used. In particular, as a dispersant that functions suitably in an N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) solvent, in addition to the above, a partially or entirely hydrogenated nitrile butadiene rubber, JP-A-2009-026744 and WO2008- The organic dye derivative and triazine derivative described in 108360A can be used.

上記の水素化ニトリルブタジエン系ゴムは、具体的には、水素化した共役ジエン由来構造単位、α、β−不飽和ニトリル由来構造単位および共役ジエン由来構造単位を含み、ゴムの全重量に対して、前記水素化した共役ジエン由来構造単位を20重量% 〜 80重量%含んでもよい。上記のような含有量で含まれる時に、NMPに対する混和性が増加し、カーボンナノチューブの分散性を高めることができる。 Specifically, the hydrogenated nitrile butadiene-based rubber contains a hydrogenated conjugated diene-derived structural unit, an α, β-unsaturated nitrile-derived structural unit, and a conjugated diene-derived structural unit, based on the total weight of the rubber. , The hydrogenated conjugated diene-derived structural unit may be contained in an amount of 20% to 80% by weight. When it is contained in the above-mentioned content, the miscibility with NMP is increased, and the dispersibility of carbon nanotubes can be enhanced.

本実施形態において分散剤を使用する場合、充分な量の分散剤を添加することによって、カーボンナノチューブを水性液状媒体中に均質に分散させることが可能となる。カーボンナノチューブ分散組成中に含まれるカーボンナノチューブの量を100質量部としたとき、カーボンナノチューブの分散処理に用いる分散剤の合計量は、1質量部以上40質量部以下であることが好ましい。この量比で分散剤を配合することで、本実施形態の良好な導電性を発現させることが可能となる。分散剤は、非導電性成分であり、リチウムイオン二次電池での使用を考えた場合、電気化学的な安定性や非水電解液に対する耐性が低いことが一般的である。そのため、分散剤の配合比が40質量部以上の場合、初期の特性は良好だったとしても、経時で特性が劣化する場合がある。分散剤の配合比は、カーボンナノチューブを好適に分散することができる範囲内で、できるだけ少量であることが望ましい。 When the dispersant is used in the present embodiment, the carbon nanotubes can be uniformly dispersed in the aqueous liquid medium by adding a sufficient amount of the dispersant. When the amount of carbon nanotubes contained in the carbon nanotube dispersion composition is 100 parts by mass, the total amount of the dispersant used for the dispersion treatment of carbon nanotubes is preferably 1 part by mass or more and 40 parts by mass or less. By blending the dispersant in this amount ratio, it is possible to exhibit the good conductivity of the present embodiment. The dispersant is a non-conductive component, and when considered for use in a lithium ion secondary battery, it generally has low electrochemical stability and resistance to a non-aqueous electrolyte solution. Therefore, when the compounding ratio of the dispersant is 40 parts by mass or more, even if the initial characteristics are good, the characteristics may deteriorate over time. The compounding ratio of the dispersant is preferably as small as possible within the range in which the carbon nanotubes can be preferably dispersed.

<水性液状媒体>
本実施形態の水性液状媒体は、カーボンナノチューブが分散可能な範囲であれば特に限定されないが、水、及びまたは、水溶性有機溶媒のいずれか一種、若しくは二種以上からなる混合溶媒であることが好ましい。
<Aqueous liquid medium>
The aqueous liquid medium of the present embodiment is not particularly limited as long as the carbon nanotubes can be dispersed, but may be a mixed solvent composed of water and / or a water-soluble organic solvent. preferable.

水性液状媒体としては、アルコール系(メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール、セカンダリーブタノール、ターシャリーブタノール、ベンジルアルコールなど)、多価アルコール系(エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、ブチレングリコール、ヘキサンジオール、ペンタンジオール、グリセリン、ヘキサントリオール、チオジグリコールなど)、多価アルコールエーテル系(エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、プロピレングリコールモノフェニルエーテルなど)、アミン系(エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン、N−エチルジエタノールアミン、モルホリン、N−エチルモルホリン、エチレンジアミン、ジエチレンジアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ポリエチレンイミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、テトラメチルプロピレンジアミンなど)、アミド系(N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、N−エチル−2−ピロリドン(NEP)、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、N−メチルカプロラクタムなど)、複素環系(シクロヘキシルピロリドン、2−オキサゾリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、γ−ブチロラクトンなど)、スルホキシド系(ジメチルスルホキシドなど)、スルホン系(ヘキサメチルホスホロトリアミド、スルホランなど)、低級ケトン系(アセトン、メチルエチルケトンなど)、その他、テトラヒドロフラン、尿素、アセトニトリルなどを使用することができる。この中でも、水またはアミド系有機溶媒であることがより好ましく、アミド系有機溶媒の中でもN−メチル−2−ピロリドン、N−エチル−2−ピロリドンが特に好ましい。 As the aqueous liquid medium, alcohol-based (methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, isobutanol, secondary butanol, tertiary butanol, benzyl alcohol, etc.) and polyhydric alcohol-based (ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, polyethylene glycol, etc.) , Propylene glycol, dipropylene glycol, polypropylene glycol, butylene glycol, hexanediol, pentanediol, glycerin, hexanetriol, thiodiglycol, etc., polyhydric alcohol ethers (ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol) Monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monomethyl ether acetate, triethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol monoethyl ether , Triethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monophenyl ether, propylene glycol monophenyl ether, etc.), amine-based (ethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, N-methyldiethanolamine, N-ethyldiethanolamine, morpholine, N-ethylmorpholine, Ethylenediamine, diethylenediamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, polyethyleneimine, pentamethyldiethylenetriamine, tetramethylpropylenediamine, etc.), amides (N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), N-ethyl-2-pyrrolidone (N-ethyl-2-pyrrolidone) NEP), N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N, N-diethylacetamide, N-methylcaprolactam, etc.), heterocyclic system (cyclohexylpyrrolidone, 2-oxazolidone, 1,3-dimethyl-2- Imidazolidinone, γ-butyrolactone, etc.), sulfoxides (dimethylsulfoxide, etc.), sulfones (hexamethylphosphorotriamide, sulfolane, etc.), lower ketones (acetone, methylethylketone, etc.), and others, tetrahydrofuran, urea, acetoni, etc. Trills and the like can be used. Of these, water or an amide-based organic solvent is more preferable, and N-methyl-2-pyrrolidone and N-ethyl-2-pyrrolidone are particularly preferable among the amide-based organic solvents.

本実施形態のカーボンナノチューブの固形分の量(濃度)は、カーボンナノチューブ分散組成物100質量%に対して、0.05〜20質量%が好ましく、0.1〜10質量%がより好ましい。 The solid content (concentration) of the carbon nanotubes of the present embodiment is preferably 0.05 to 20% by mass, more preferably 0.1 to 10% by mass, based on 100% by mass of the carbon nanotube dispersion composition.

<ビーズミル>
本実施形態のビーズミルとしては、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「ダイノーミル」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を使用することができるが、これらに限定されるものではない。又、装置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く、アジテーター及びベッセルがセラミック製又は樹脂製のビーズミルを使用する方法や、金属製アジテーター及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ビーズミル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、又は、ジルコニアビーズ、若しくは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い。ビーズミルは、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。
<Bead mill>
The bead mill of this embodiment includes a paint conditioner (manufactured by Red Devil), a ball mill, a sand mill ("Dyno Mill" manufactured by Simmal Enterprises, etc.), an attritor, a pearl mill ("DCP mill" manufactured by Eirich, etc.), or a coball mill. However, the media type disperser such as the above can be used, but the present invention is not limited thereto. Further, it is preferable to use a device that has been subjected to metal contamination prevention treatment from the apparatus, such as a method in which the agitator and the vessel use a bead mill made of ceramic or resin, or the surface of the metal agitator and vessel is sprayed with tungsten carbide or resin coated. It is preferable to use a bead mill subjected to the above treatment. As the medium, it is preferable to use glass beads, zirconia beads, or ceramic beads such as alumina beads. Only one type of bead mill may be used, or a plurality of types of devices may be used in combination.

<ビーズの直径(サイズ)>
ビーズミルでの分散処理において、ビーズの直径(サイズ)の影響は大きい。ビーズ直径が大きくなると、ビーズの質量もその3乗に比例して大きくなるため、ビーズがカーボンナノチューブに与える粉砕力は大きくなる。
一般的に、初期のカーボンナノチューブの凝集物は、ビーズミルによる分散処理により、ほぐれと同時に、破砕や損傷も進行するため、適切なビーズサイズ(直径)を選択しなかった場合、ビーズミルによる分散処理の後、得られたカーボンナノチューブ分散組成物の粘度は同等でも、カーボンナノチューブの破砕や損傷がより進行しており、その後のリチウムイオン二次電池における導電性の悪化等の影響が表れる。
本実施形態において、ビーズの直径(サイズ)は0.01〜1.25mmの範囲であることがこのましく、よりこの好ましくは0.01〜1.0mmの範囲である。ビーズの直径(サイズ)をこの範囲にすることで、カーボンナノチューブがほぐれ、また、破砕や損傷も小さくなり、効果的に分散処理が進行する。
<Bead diameter (size)>
In the dispersion treatment with the bead mill, the influence of the bead diameter (size) is large. As the bead diameter increases, the mass of the beads also increases in proportion to the cube root, so that the crushing force exerted by the beads on the carbon nanotubes increases.
In general, the initial carbon nanotube agglomerates are loosened and crushed and damaged at the same time by the dispersion treatment with the bead mill. Therefore, if the appropriate bead size (diameter) is not selected, the dispersion treatment with the bead mill is performed. Later, even if the viscosity of the obtained carbon nanotube dispersion composition is the same, the carbon nanotubes are more crushed and damaged, and the subsequent effects such as deterioration of conductivity in the lithium ion secondary battery appear.
In the present embodiment, the diameter (size) of the beads is preferably in the range of 0.01 to 1.25 mm, more preferably in the range of 0.01 to 1.0 mm. By setting the diameter (size) of the beads within this range, the carbon nanotubes are loosened, crushing and damage are reduced, and the dispersion treatment proceeds effectively.

<分散組成物の製造方法>
本実施形態によれば、所定のカーボンナノチューブ目標濃度に対し、数段階に分割して、カーボンナノチューブ及び分散剤を同時かつ連続的にビーズミルに投入し、分散処理を行う。そして、各段階で得られるカーボンナノチューブ分散組成物が、十分に低粘度となり、良好な流動性が得られるまでビーズミルによる分散処理を続ける。各段階で得られるカーボンナノチューブ分散組成物が上記のような状態になったところで、再びカーボンナノチューブ及び分散剤を同時かつ連続的にビーズミルに投入し、所定のカーボンナノチューブ目標濃度に達するまで繰り返す。
<Manufacturing method of dispersion composition>
According to the present embodiment, the carbon nanotubes and the dispersant are simultaneously and continuously charged into the bead mill in several stages with respect to the predetermined carbon nanotube target concentration, and the dispersion treatment is performed. Then, the dispersion treatment by the bead mill is continued until the carbon nanotube dispersion composition obtained at each step has a sufficiently low viscosity and good fluidity is obtained. When the carbon nanotube dispersion composition obtained in each step is in the above-mentioned state, the carbon nanotubes and the dispersant are again simultaneously and continuously charged into the bead mill, and the process is repeated until a predetermined carbon nanotube target concentration is reached.

分散剤とカーボンナノチューブの比率は、予め設定した割合に投入することが好ましい。これによって、カーボンナノチューブへの分散剤の吸着が不均一となり、分散処理が困難になることを防止できる。カーボンナノチューブへの分散剤の吸着が不均一となると、分散処理中の該分散組成物の粘度が急激に上昇し、分散処理を進行させるためのエネルギー投入量が大きくなる。その結果、カーボンナノチューブの破砕や損傷も必然的に大きくなり、導電性の悪化等を招く要因となる。加えて、カーボンナノチューブへの分散剤吸着の不均一化は、該分散組成物の貯蔵安定性も悪化させる。 The ratio of the dispersant to the carbon nanotubes is preferably set to a preset ratio. As a result, it is possible to prevent the dispersant from being non-uniformly adsorbed on the carbon nanotubes, which makes the dispersion treatment difficult. When the adsorption of the dispersant on the carbon nanotubes becomes non-uniform, the viscosity of the dispersion composition during the dispersion treatment rapidly increases, and the amount of energy input for advancing the dispersion treatment increases. As a result, the crushing and damage of the carbon nanotubes inevitably become large, which causes deterioration of conductivity and the like. In addition, the non-uniformity of the dispersant adsorption on the carbon nanotubes also deteriorates the storage stability of the dispersion composition.

本実施形態によれば、カーボンナノチューブへの分散剤吸着がより均一となり、分散処理中の該分散組成物の粘度の急激な上昇を防止でき、分散処理におけるエネルギー投入量を小さくできる。また、カーボンナノチューブを必要以上に破砕や損傷させることなく分散処理が可能となるため、電池用のカーボンナノチューブ分散組成物として、良好な導電性と貯蔵安定性を備え、かつ生産性の面でも優位な製造方法である。 According to the present embodiment, the adsorption of the dispersant on the carbon nanotubes becomes more uniform, the viscosity of the dispersion composition can be prevented from rapidly increasing during the dispersion treatment, and the amount of energy input in the dispersion treatment can be reduced. In addition, since the carbon nanotubes can be dispersed without being crushed or damaged more than necessary, the carbon nanotube dispersion composition for batteries has good conductivity and storage stability, and is also superior in terms of productivity. It is a manufacturing method.

<高圧ホモジナイザー>
本実施形態における高圧ホモジナイザーとしては、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」等の湿式ジェットミルを使用することができるが、これらに限定されるものではない。高圧ホモジナイザーはポンプ及び1つ以上のノズルを含んでなり、分散処理をするためのノズル形状は様々なものがある。
例えば、原料同士を高圧衝突させるタイプ、高圧原料をセラミックボールへ衝突させたり、スリットを通過させ、そのせん断力で処理するタイプ、高圧原料の噴流によるキャビテーションを利用するタイプなどがあるが、これらに限定されるものではない。
<High pressure homogenizer>
As the high-pressure homogenizer in the present embodiment, wet jet mills such as "Genus PY" manufactured by Genus, "Starburst" manufactured by Sugino Machine, and "Nammizer" manufactured by Nanomizer can be used, but are limited thereto. It's not a thing. The high pressure homogenizer includes a pump and one or more nozzles, and there are various nozzle shapes for performing dispersion processing.
For example, there are a type in which raw materials collide with each other at high pressure, a type in which high pressure raw materials collide with a ceramic ball, a type in which a high pressure raw material is passed through a slit and processed by the shearing force, and a type in which cavitation by a jet of high pressure raw materials is used. It is not limited.

ノズルの直径は分散処理段階に応じて、変更することができる。分散処理がまだ進行していない初期段階では、その閉塞を防ぐため、最大凝集カーボンナノチューブよりも大きい直径サイズのノズルを使用することが好ましい。一方で、ノズル直径が大きいと、エネルギー投入量が低下するため、生産性が悪化する場合がある。 The diameter of the nozzle can be changed according to the dispersion processing step. In the initial stage where the dispersion treatment has not yet progressed, it is preferable to use a nozzle having a diameter larger than that of the maximally aggregated carbon nanotubes in order to prevent its blockage. On the other hand, if the nozzle diameter is large, the amount of energy input is reduced, so that the productivity may be deteriorated.

高圧ホモジナイザーで使用される圧力は、一般的には70〜250MPaである。 The pressure used in the high pressure homogenizer is generally 70-250 MPa.

本実施形態によれば、カーボンナノチューブと、分散剤と、水性液状媒体とを含む電池用カーボンナノチューブ分散組成物を、ビーズミルにより分散処理工程(工程A)を経て、さらに高圧ホモジナイザーにより分散処理(工程B)を行う。これにより、必要以上にカーボンナノチューブを破砕、損傷することなく分散処理を進めることが可能となる。したがって、工程Aによる分散処理の後、得られたカーボンナノチューブ分散組成物(A)中における、残されたバンドル状のカーボンナノチューブやその凝集体が、工程Bを経て、必要以上に短尺になることなく、ほぐされ、長尺のカーボンナノチューブの割合が増加する。その結果、導電性が良好なカーボンナノチューブ分散組成物を得ることができる。 According to the present embodiment, the carbon nanotube dispersion composition for batteries containing carbon nanotubes, a dispersant, and an aqueous liquid medium is subjected to a dispersion treatment step (step A) by a bead mill, and further dispersed by a high-pressure homogenizer (step). Perform B). This makes it possible to proceed with the dispersion treatment without crushing and damaging the carbon nanotubes more than necessary. Therefore, after the dispersion treatment in step A, the remaining bundled carbon nanotubes and their aggregates in the obtained carbon nanotube dispersion composition (A) become shorter than necessary through step B. It is loosened and the proportion of long carbon nanotubes increases. As a result, a carbon nanotube dispersion composition having good conductivity can be obtained.

工程Aにより得られたカーボンナノチューブ分散組成物(A)を高圧ホモジナイザーにより分散処理を行う場合、使用するノズルの閉塞を防ぐため、該分散組成物(A)はより低粘度かつ凝集物が少ないほうが好ましい。具体的には、該分散組成物(A)のB型粘度計における60rpm時の粘度が500〜8000mPa・sの範囲であることが好ましい。粘度が8000mPa・s以上では、該分散組成物(A)のカーボンナノチューブの分散処理が不十分であり、ノズルが閉塞する場合がある。 When the carbon nanotube dispersion composition (A) obtained in step A is subjected to dispersion treatment with a high-pressure homogenizer, the dispersion composition (A) should have a lower viscosity and less agglomerates in order to prevent clogging of the nozzles used. preferable. Specifically, the viscosity of the dispersion composition (A) at 60 rpm in the B-type viscometer is preferably in the range of 500 to 8000 mPa · s. If the viscosity is 8000 mPa · s or more, the dispersion treatment of the carbon nanotubes of the dispersion composition (A) is insufficient, and the nozzle may be clogged.

本実施形態によれば、工程Aを経て得られるカーボンナノチューブ分散組成物(A)を、工程Bにより追加で分散処理することにより、カーボンナノチューブ分散組成物の導電性を容易に向上させることができる。すなわち、高圧ホモジナイザーのみでカーボンナノチューブの分散処理し、該分散組成物を製造する場合は、ノズルを閉塞させないため、低粘度かつ凝集物が少ない状態で分散処理を実施する必要があり、必然的にカーボンナノチューブや分散剤の投入量は制限される。従って、所定の目標カーボンナノチューブ濃度に到達させるまでに多大な生産時間を要する。
工程Aを経て得られるカーボンナノチューブ分散組成物(A)は、十分に低粘度かつ凝集物も少ないため、ノズルを閉塞させることなく、続く工程Bによる追加分散処理を実施することが可能となる。また、工程Bにおいても、より効率的に分散処理が進めることが可能となり、カーボンナノチューブ分散組成物の導電性を向上させることができる。
According to the present embodiment, the conductivity of the carbon nanotube dispersion composition can be easily improved by additionally dispersing the carbon nanotube dispersion composition (A) obtained through the step A in the step B. .. That is, when the dispersion treatment of carbon nanotubes is performed only with a high-pressure homogenizer to produce the dispersion composition, it is necessary to carry out the dispersion treatment in a state of low viscosity and less agglomerates in order not to block the nozzles, which is inevitable. The amount of carbon nanotubes and dispersants used is limited. Therefore, it takes a large amount of production time to reach a predetermined target carbon nanotube concentration.
Since the carbon nanotube dispersion composition (A) obtained through the step A has a sufficiently low viscosity and a small amount of agglomerates, it is possible to carry out the additional dispersion treatment according to the subsequent step B without blocking the nozzles. Further, also in the step B, the dispersion treatment can proceed more efficiently, and the conductivity of the carbon nanotube dispersion composition can be improved.

本実施形態により得られるカーボンナノチューブ分散組成物は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。 The carbon nanotube dispersion composition obtained by the present embodiment can be suitably used for a lithium ion secondary battery.

<カーボンナノチューブ含有樹脂組成物>
本実施形態におけるカーボンナノチューブ含有樹脂組成物とは、上記カーボンナノチューブ分散組成物にさらに、少なくともバインダー樹脂を含むものである。
<Carbon nanotube-containing resin composition>
The carbon nanotube-containing resin composition in the present embodiment further contains at least a binder resin in the carbon nanotube dispersion composition.

<バインダー樹脂>
本実施形態におけるバインダー樹脂は物質間を結合するための樹脂である。
<Binder resin>
The binder resin in this embodiment is a resin for binding substances.

本実施形態のバインダー樹脂としては、例えば、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。中でも、正極のバインダー樹脂として使用する場合は耐性面から分子内にフッ素原子を有する高分子化合物、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。また、負極のバインダー樹脂として使用する場合は密着性の良好なカルボキシメチルセルロース、スチレンブタジエンゴム、ポリアクリル酸が好ましい。 Examples of the binder resin of the present embodiment include ethylene, propylene, vinyl chloride, vinyl acetate, vinyl alcohol, maleic acid, acrylic acid, acrylic acid ester, methacrylic acid, methacrylic acid ester, acrylonitrile, styrene, vinyl butyral, and vinyl acetal. , Vinyl pyroridone, etc. as a constituent unit; polyurethane resin, polyester resin, phenol resin, epoxy resin, phenoxy resin, urea resin, melamine resin, alkyd resin, acrylic resin, formaldehyde resin, silicon resin, fluorine Resins; cellulose resins such as carboxymethyl cellulose; rubbers such as styrene butadiene rubber and fluororubber; conductive resins such as polyaniline and polyacetylene. Further, modified products and mixtures of these resins and copolymers may be used. Among them, when used as a binder resin for a positive electrode, it is preferable to use a polymer compound having a fluorine atom in the molecule from the viewpoint of resistance, for example, polyvinylidene fluoride, polyvinyl fluoride, tetrafluoroethylene and the like. When used as a binder resin for the negative electrode, carboxymethyl cellulose, styrene butadiene rubber, and polyacrylic acid having good adhesion are preferable.

本実施形態のバインダー樹脂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。 The weight average molecular weight of these resins as the binder resin of the present embodiment is preferably 10,000 to 2,000,000, more preferably 100,000 to 1,000,000, and 200,000 to 1,000. 000 is particularly preferred.

<合材スラリー>
本実施形態の合材スラリーとは、上記カーボンナノチューブ含有樹脂組成物にさらに、少なくとも活物質を含むものである。
<Mixed material slurry>
The mixture slurry of the present embodiment further contains at least an active material in the carbon nanotube-containing resin composition.

<活物質>
本実施形態の活物質とは、電池反応の基となる材料のことである。活物質は起電力から正極活物質と負極活物質に分けられる。
<Active material>
The active material of the present embodiment is a material that is the basis of a battery reaction. The active material is divided into a positive electrode active material and a negative electrode active material according to the electromotive force.

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。 The positive electrode active material is not particularly limited, but a metal oxide capable of doping or intercalating lithium ions, a metal compound such as a metal sulfide, a conductive polymer, or the like can be used. 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 , TiO 2 , layered lithium nickelate, lithium cobaltate, lithium manganate, lithium manganate with spinel structure, etc. Examples thereof include a composite oxide powder of lithium and a transition metal, a lithium iron phosphate-based material which is a phosphoric acid compound having an olivine structure, and a transition metal sulfide powder such as TiS 2 and FeS. Further, a conductive polymer such as polyaniline, polyacetylene, polypyrrole, or polythiophene can also be used. Further, the above-mentioned inorganic compounds and organic compounds may be mixed and used.

負極活物質としては、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ものであれば特に限定されない。例えば、金属Li、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、LiXFe23、LiXFe34、LiXWO2(xは0<x<1の数である。)、チタン酸リチウム、バナジウム酸リチウム、ケイ素酸リチウム等の金属酸化物系、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できる。 The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can be doped with or intercalated with lithium ions. For example, metal Li, alloys such as tin alloys, silicon alloys, and lead alloys, Li X Fe 2 O 3 , Li X Fe 3 O 4 , and Li X WO 2 (x is a number of 0 <x <1). ), Metal oxides such as lithium titanate, lithium vanadium, lithium siliconate, conductive polymer such as polyacetylene and poly-p-phenylene, amorphous carbonaceous materials such as soft carbon and hard carbon. Examples thereof include artificial graphite such as highly graphitized carbon material, carbonaceous powder such as natural graphite, carbon black, mesophase carbon black, resin-fired carbon material, vapor-grown carbon fiber, and carbon-based material such as carbon fiber. These negative electrode active materials may be used alone or in combination of two or more.

本実施形態の合材スラリーは従来公知の様々な方法で作製することができる。例えば、カーボンナノチューブ分散組成物に活物質を添加した後、バインダー樹脂を添加して作製する方法や、カーボンナノチューブ分散組成物とバインダー樹脂を混合した後、活物質を添加する方法が挙げられる。 The mixture slurry of the present embodiment can be produced by various conventionally known methods. For example, a method of adding an active material to the carbon nanotube dispersion composition and then adding a binder resin to prepare the carbon nanotube dispersion composition, or a method of mixing the carbon nanotube dispersion composition and the binder resin and then adding the active material can be mentioned.

本実施形態の合材スラリーを得るには、カーボンナノチューブ分散組成物に活物質を加えた後、分散処理を行うことが好ましい。かかる処理を行うために使用される分散装置は特に限定されない。 In order to obtain the mixture slurry of the present embodiment, it is preferable to add an active material to the carbon nanotube dispersion composition and then carry out a dispersion treatment. The disperser used to perform such processing is not particularly limited.

<電極膜>
本実施形態の電極膜とは、合材スラリーを膜状に形成してなるものである。例えば、集電体上に合材スラリーを塗工乾燥することで、電極合材層を形成した塗膜である。
<Electrode film>
The electrode film of the present embodiment is formed by forming a mixture slurry in the form of a film. For example, it is a coating film in which an electrode mixture layer is formed by applying and drying a mixture slurry on a current collector.

本実施形態の電極膜に使用する集電体の材質や形状は特に限定されず、各種二次電池にあったものを適宜選択することができる。例えば、集電体の材質としては、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、又はステンレス等の金属や合金が挙げられる。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、及びメッシュ状の集電体も使用できる。 The material and shape of the current collector used for the electrode film of the present embodiment are not particularly limited, and those suitable for various secondary batteries can be appropriately selected. For example, examples of the material of the current collector include metals and alloys such as aluminum, copper, nickel, titanium, and stainless steel. As the shape, a foil on a flat plate is generally used, but a roughened surface, a perforated foil, or a mesh-shaped current collector can also be used.

集電体上に合材スラリーを塗工する方法としては、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、ナイフコーティング法、スプレーコティング法、グラビアコーティング法、スクリーン印刷法または静電塗装法等が挙げる事ができ、乾燥方法としては放置乾燥、送風乾燥機、温風乾燥機、赤外線加熱機、遠赤外線加熱機などが使用できるが、特にこれらに限定されるものではない。 The method of applying the mixture slurry on the current collector 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 knife coating method, a spray coating method, a gravure coating method, a screen printing method or an electrostatic coating method, and drying. As the method, a neglected drying, a blower dryer, a warm air dryer, an infrared heater, a far infrared heater and the like can be used, but the method is not particularly limited thereto.

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。電極合材層の厚みは、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。 Further, after coating, a rolling process such as a lithographic press or a calendar roll may be performed. 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.

<非水電解質二次電池>
本実施形態の非水電解質二次電池とは正極と、負極と、電解質とを含むものである。
<Non-aqueous electrolyte secondary battery>
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte.

正極としては、集電体上に正極活物質を含む合材スラリーを塗工乾燥して電極膜を作製したものを使用することができる。 As the positive electrode, a current collector obtained by applying and drying a mixture slurry containing a positive electrode active material to prepare an electrode film can be used.

負極としては、集電体上負極活物質を含む合材スラリーを塗工乾燥して電極膜を作製したものを使用することができる。 As the negative electrode, a mixture slurry containing the negative electrode active material on the current collector is coated and dried to prepare an electrode film.

電解質としては、イオンが移動可能な従来公知の様々なものを使用することができる。例えば、LiBF、LiClO、LiPF、LiAsF、LiSbF、LiCFSO、Li(CFSON、LiCSO、Li(CFSOC、LiI、LiBr、LiCl、LiAlCl、LiHF、LiSCN、又はLiBPh(ただし、Phはフェニル基である)等リチウム塩を含むものが挙げられるが、これらに限定されない。電解質は非水系の溶媒に溶解して、電解液として使用することが好ましい。 As the electrolyte, various conventionally known electrolytes in which ions can move can be used. For example, 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, or LiBPh 4 (where Ph is a phenyl group) and the like, but are not limited thereto. The electrolyte is preferably dissolved in a non-aqueous solvent and used as an electrolytic solution.

非水系の溶媒としては、特に限定はされないが、例えば、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、及び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、及び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、及び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、及び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、及びスルホラン等のスルホキシド類;並びに、アセトニトリル等のニトリル類等が挙げられる。これらの溶媒は、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, and is, for example, carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, and diethyl carbonate; γ-butylolactone, γ-valerolactone, and γ. -Lactones such as octanoic lactones; tetrahydrofuran, 2-methyltetraethane, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, 1,2-methoxyethane, 1,2-ethoxyethane, and 1, Glymes such as 2-dibutoxyethane; esters such as methylformates, methylacetates, and methylpropionates; sulfoxides such as dimethylsulfoxide and sulfolanes; and nitriles such as acetonitrile. Each of these solvents may be used alone, or two or more kinds may be mixed and used.

本実施形態の非水電解質二次電池には、セパレーターを含むことが好ましい。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。 The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment preferably contains a separator. Examples of the separator include polyethylene non-woven fabric, polypropylene non-woven fabric, polyamide non-woven fabric, and those obtained by subjecting them to a hydrophilic treatment, but the separator is not particularly limited thereto.

本実施形態の非水電解質二次電池の構造は特に限定されないが、通常、正極及び負極と、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、積層型等、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 non-aqueous electrolyte secondary battery of the present embodiment is not particularly limited, but is usually composed of a positive electrode and a negative electrode, and a separator provided as needed, such as a paper type, a cylindrical type, a button type, and a laminated type. It can have various shapes according to the purpose of use.

以下に実施例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明する。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。実施例中、「カーボンナノチューブ」を「CNT」と略記することがある。なお、特に断らない限り、「部」は「質量部」、「%」は「質量%」を表す。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. The present invention is not limited to the following examples as long as the gist of the present invention is not exceeded. In the examples, "carbon nanotubes" may be abbreviated as "CNT". Unless otherwise specified, "parts" represents "parts by mass" and "%" represents "% by mass".

<カーボンナノチューブ分散組成物の粘度測定>
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℃にて、分散液をヘラで充分に撹拌した後、B型粘度計ローター回転速度60rpmにて直ちに行った。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、100以上500mPa・s未満の場合はNo.2を、500以上2000mPa・s未満の場合はNo.3を、2000以上10000mPa・s未満の場合はNo.4のものをそれぞれ用いた。通常、低粘度であるほど分散性が良好であり、高粘度であるほど分散性が不良である。
<Viscosity measurement of carbon nanotube dispersion composition>
To measure the viscosity value, use a B-type viscometer (“BL” manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.), stir the dispersion with a spatula at a dispersion temperature of 25 ° C, and then rotate the rotor of the B-type viscometer. Immediately at 60 rpm. When the viscosity value of the rotor used for the measurement was less than 100 mPa · s, No. If 1 is 100 or more and less than 500 mPa · s, No. If 2 is 500 or more and less than 2000 mPa · s, No. If 3 is 2000 or more and less than 10000 mPa · s, No. Each of 4 was used. Generally, the lower the viscosity, the better the dispersibility, and the higher the viscosity, the poorer the dispersibility.

<カーボンナノチューブ分散組成物の作製>
(実施例1−A)
CNTの最終目標濃度6%、分散剤量を対CNT比25%と設定し、CNTを5段階で分割添加することで、カーボンナノチューブ分散組成物を作製した。手順は下記の通りである。

まず、ステンレス容器にNMPを64部投入し、ディスパーで攪拌しながら、分散剤として、予め調製した水素化ブタジエン系ゴムTherban(商標登録)4367(LANXESS社製、固形分100%、アクリロニトリル含有量43%)の5%NMP溶液を6部(分散剤である水素化ブタジエン系ゴムを0.3部含む;全分散剤量の5分の1)と、カーボンナノチューブとして、JENOTUBE8S(JEIO社製、多層CNT、外径6〜9nm)1.2部(全CNT量の5分の1)を、同時かつ連続的に投入した。上記CNT及び分散剤溶液の投入は、これらの比率がなるべく一定となるように調整した。
次に、チューブポンプにより、上記ステンレス容器内の内容物を送液し、直径1.00mmのジルコニアビーズを充填したビーズミル(ダイノーミルMULTI LAB、シンマルエンタープライゼス社製)により分散処理を行った。分散処理により得られた上記内容物は、チューブポンプにより再び上記ステンレス容器内に排出され、連続的に分散処理がなされることで粘度が低下する。
上記ステンレス容器内の内容物の粘度が低下し、十分な流動性を有することを確認した後、2段階目となるCNT(JENOTUBE8S)1.2部、分散剤溶液(水素化ブタジエン系ゴムの5%NMP溶液)6部を、上記同様に投入した。
上記のCNT及び分散剤の分割投入を、5段階目まで繰り返し、連続的に分散処理を行うことで、低粘度かつ流動性を十分に有するカーボンナノチューブ分散組成物を得た。得られたカーボンナノチューブ分散組成物の粘度はB型粘度計の60rpmにおいて、2500mPa・sであった。
<Preparation of carbon nanotube dispersion composition>
(Example 1-A)
A carbon nanotube dispersion composition was prepared by setting the final target concentration of CNT to 6% and the amount of dispersant to 25% with respect to CNT, and adding CNT in 5 steps. The procedure is as follows.

First, 64 parts of NMP was put into a stainless steel container, and while stirring with a disper, a pre-prepared hydrogenated butadiene rubber Therban (registered trademark) 4637 (manufactured by LANXESS, solid content 100%, acrylonitrile content 43) was prepared as a dispersant. %) 5% NMP solution (containing 0.3 parts of hydrogenated butadiene rubber as a dispersant; 1/5 of the total amount of dispersant) and JENOTUBE8S (manufactured by JEIO, multilayer) as carbon nanotubes. 1.2 parts (1/5 of the total amount of CNT) of CNT (outer diameter 6 to 9 nm) were charged simultaneously and continuously. The addition of the CNT and the dispersant solution was adjusted so that these ratios were as constant as possible.
Next, the contents in the stainless steel container were sent by a tube pump, and dispersion treatment was performed by a bead mill (Dynomill MULTI LAB, manufactured by Simmal Enterprises) filled with zirconia beads having a diameter of 1.00 mm. The contents obtained by the dispersion treatment are discharged into the stainless steel container again by the tube pump, and the viscosity is lowered by the continuous dispersion treatment.
After confirming that the viscosity of the contents in the stainless steel container has decreased and that the contents have sufficient fluidity, 1.2 parts of CNT (JENOTUBE8S), which is the second stage, and a dispersant solution (5 of hydrogenated butadiene rubber) % NMP solution) 6 parts were added in the same manner as above.
The above-mentioned divided addition of the CNT and the dispersant was repeated up to the fifth step, and the dispersion treatment was continuously carried out to obtain a carbon nanotube dispersion composition having a low viscosity and sufficient fluidity. The viscosity of the obtained carbon nanotube dispersion composition was 2500 mPa · s at 60 rpm of the B-type viscometer.

(実施例1−A;合材スラリーの作製)
正極活物質(BASF戸田バッテリーマテリアルズ合同会社製、NCA NAT−7150)98.4質量部、上記カーボンナノチューブ分散組成物11.7質量部、PVDF(ソルベイ社製、Solef(商標登録)#5130)8%NMP溶液12.5質量部を容量150cmのプラスチック容器に加えた後、ヘラを用いて粉末が均一になるまで混合した。その後、自転・公転ミキサー(シンキー社製あわとり練太郎、ARE−310)を用いて、2000rpmで30秒間撹拌した。その後、プラスチック容器内の混合物をヘラを用いて、均一になるまで混合し、再度自転・公転ミキサーを用いて、2000rpmで2分間撹拌した。次に、NMPを5.6質量部添加し、自転・公転ミキサーを用いて、2000rpmで30秒間撹拌し、合材スラリーを得た。
(Example 1-A; Preparation of mixture slurry)
Positive electrode active material (BASF Toda Battery Materials GK, NCA NAT-7150) 98.4 parts by mass, 11.7 parts by mass of the carbon nanotube dispersion composition, PVDF (Solvay, Solef (registered trademark) # 5130) It was added to a plastic container having a capacity of 150 cm 3 of 8% NMP solution 12.5 parts by mass and mixed until the powder is homogeneous with a spatula. Then, using a rotation / revolution mixer (Awatori Rentaro manufactured by Shinky Co., Ltd., ARE-310), the mixture was stirred at 2000 rpm for 30 seconds. Then, the mixture in the plastic container was mixed using a spatula until uniform, and the mixture was stirred again at 2000 rpm for 2 minutes using a rotation / revolution mixer. Next, 5.6 parts by mass of NMP was added, and the mixture was stirred at 2000 rpm for 30 seconds using a rotation / revolution mixer to obtain a mixture slurry.

(実施例1−A;合材塗膜の体積抵抗率測定)
上記合材スラリーを、アプリケーターを用いて、電極の単位当たりの目付量が20mg/cmとなるようにPET箔上に塗工した後、電気オーブン中で120℃±5℃で25分間、塗膜を乾燥させた。その後、(株)三菱化学アナリテック社製:ロレスターGP、MCP−T610を用いて乾燥後の塗膜の表面抵抗率(Ω/□)を測定した。測定後、PET箔上に形成した電極合材層の厚みを掛けて、正極用の電極膜の体積抵抗率(Ω・cm)とした。電極合材層の厚みは、膜厚計(NIKON社製、DIGIMICRO MH−15M)を用いて、電極膜中の3点を測定した平均値から、PET箔の膜厚を引き算し、算出した。
結果を表1に示す。
なお、合材塗膜の体積抵抗率は、好ましくは15Ω・cm以下であり、より好ましくは10Ω・cm以下である。
(Example 1-A; Measurement of volume resistivity of composite coating film)
The above-mentioned mixture slurry is applied onto PET foil using an applicator so that the basis weight per unit of the electrodes is 20 mg / cm 2, and then applied in an electric oven at 120 ° C. ± 5 ° C. for 25 minutes. The membrane was dried. Then, the surface resistivity (Ω / □) of the coating film after drying was measured using Lorester GP and MCP-T610 manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd. After the measurement, the thickness of the electrode mixture layer formed on the PET foil was multiplied to obtain the volume resistivity (Ω · cm) of the electrode film for the positive electrode. The thickness of the electrode mixture layer was calculated by subtracting the film thickness of the PET foil from the average value measured at three points in the electrode film using a film thickness meter (DIGIMICRO MH-15M manufactured by NIKON).
The results are shown in Table 1.
The volume resistivity of the mixture coating film is preferably 15 Ω · cm or less, and more preferably 10 Ω · cm or less.

・8S:JENOTUBE8S(JEIO社製、多層CNT、外径6〜9nm)
・HNBR:Therban(商標登録)4367(LANXESS社製、固形分100%、アクリロニトリル含有量43%)
・NMP:N−メチル−2−ピロリドン
・ 8S: JENOTUBE8S (manufactured by JEIO, multi-walled CNT, outer diameter 6-9 nm)
HNBR: Therban (registered trademark) 4637 (manufactured by LANXESS, solid content 100%, acrylonitrile content 43%)
・ NMP: N-methyl-2-pyrrolidone

(比較例1−A)
CNTの最終目標濃度6%、分散剤量を対CNT比25%と設定し、CNTを1段階で全量添加したカーボンナノチューブ分散組成物を作製した。手順は下記の通りである。
まず、ステンレス容器にNMPを64部投入と、分散剤として、予め調製した水素化ブタジエン系ゴムTherban(商標登録)4367の5%NMP溶液を30部(分散剤である水素化ブタジエン系ゴムを1.5部含む)を投入した後、ディスパーで攪拌しながら、カーボンナノチューブとして、JENOTUBE8Sを6部、連続的に投入した。
次に、チューブポンプにより、上記ステンレス容器内の内容物を送液し、直径1.00mmのジルコニアビーズを充填したビーズミル(ダイノーミルMULTI LAB、シンマルエンタープライゼス社製)により分散処理を行った。分散処理により得られた上記内容物は、チューブポンプにより再び上記ステンレス容器内に排出され、連続的に分散処理がなされることで粘度が低下する。
上記ステンレス容器内の内容物の粘度がB型粘度計の60rpmにおいて、2500mPa・sとなるまでビーズミルにより連続的に分散処理を続け、カーボンナノチューブ分散組成物を得た。得られたカーボンナノチューブ分散組成物を用いて、上記同様に合材塗膜の体積抵抗率を測定したところ、38Ω・cmであった。
(Comparative Example 1-A)
The final target concentration of CNT was set to 6%, the amount of dispersant was set to 25% with respect to CNT, and a carbon nanotube dispersion composition was prepared by adding the entire amount of CNT in one step. The procedure is as follows.
First, 64 parts of NMP was put into a stainless steel container, and 30 parts of a 5% NMP solution of a pre-prepared hydrogenated butadiene rubber Therban (registered trademark) 4637 (1 hydrogenated butadiene rubber as a dispersant) was put into a stainless steel container. After adding 5 parts), 6 parts of JENOTUBE8S were continuously added as carbon nanotubes while stirring with a disperser.
Next, the contents in the stainless steel container were sent by a tube pump, and dispersion treatment was performed by a bead mill (Dynomill MULTI LAB, manufactured by Simmal Enterprises) filled with zirconia beads having a diameter of 1.00 mm. The contents obtained by the dispersion treatment are discharged into the stainless steel container again by the tube pump, and the viscosity is lowered by the continuous dispersion treatment.
The dispersion treatment was continuously continued with a bead mill until the viscosity of the contents in the stainless steel container reached 2500 mPa · s at 60 rpm of the B-type viscometer to obtain a carbon nanotube dispersion composition. When the volume resistivity of the mixture coating film was measured using the obtained carbon nanotube dispersion composition in the same manner as described above, it was 38Ω · cm.

(比較例2−A)
ビーズミルによる分散工程におけるビーズの直径を1.5mmとした以外は実施例1−Aと同様にして分散処理を行い、得られるカーボンナノチューブ分散組成物の粘度がB型粘度計の60rpmにおいて、2500mPa・sとなるまで続けた。得られたカーボンナノチューブ分散組成物を用いて、上記同様に合材塗膜の体積抵抗率を測定したところ、23Ω・cmであった。
(Comparative Example 2-A)
The dispersion treatment was carried out in the same manner as in Example 1-A except that the diameter of the beads in the dispersion step using the bead mill was 1.5 mm, and the viscosity of the obtained carbon nanotube dispersion composition was 2500 mPa · at 60 rpm of the B-type viscometer. Continued until s. When the volume resistivity of the mixture coating film was measured using the obtained carbon nanotube dispersion composition in the same manner as described above, it was 23 Ω · cm.

(比較例3−A)
ビーズミルによる分散工程におけるビーズの直径を1.5mmとした以外は実施例1−Aと同様にして分散処理を行い、得られるカーボンナノチューブ分散組成物の粘度がB型粘度計の60rpmにおいて、9000mPa・sとなるまで続けた。得られたカーボンナノチューブ分散組成物を用いて、上記同様に合材塗膜の体積抵抗率を測定したところ、530Ω・cmであった。
(Comparative Example 3-A)
The dispersion treatment was carried out in the same manner as in Example 1-A except that the diameter of the beads in the dispersion step using the bead mill was 1.5 mm, and the viscosity of the obtained carbon nanotube dispersion composition was 9000 mPa · at 60 rpm of the B-type viscometer. Continued until s. Using the obtained carbon nanotube dispersion composition, the volume resistivity of the mixture coating film was measured in the same manner as above and found to be 530 Ω · cm.

上記結果から、ビーズミルによる分散処理(工程A)の条件により、得られるカーボンナノチューブ分散組成物の導電性が変化した。一方で、比較例1―Aで確認されるように、ビーズミルによる分散処理(工程A)を多段階で行わなかった場合は、導電性が大きく悪化した。これは、CNTに対する分散剤の吸着が不均一となり、ビーズミル内での処理粘度が高くなったことで、過剰なエネルギーがCNTに与えられ、結果としてCNTの破砕や損傷が進行したためと考えられる。また、比較例2−Aで確認されるように、ビーズ径を1.5mmとした場合も、ビーズによる衝撃力が増したことにより、上記同様にCNTの破砕や損傷が進行したものと考えられる。また、比較例3−Aで確認されるように、CNTの破砕や損傷を抑制するため、カーボンナノチューブ分散組成物の粘度が十分に低下していないところで分散処理を終了した場合でも、その導電性は大きく悪化した。これは、そもそもCNTが凝集物のまま残留しているためと考えられる。
以上より、本発明では従来の電池用カーボンナノチューブ分散組成物の製造方法では実現しがたい、高い導電性を有する電池用カーボンナノチューブ分散組成物を提供できることが明らかとなった。
From the above results, the conductivity of the obtained carbon nanotube dispersion composition was changed depending on the conditions of the dispersion treatment (step A) by the bead mill. On the other hand, as confirmed in Comparative Example 1-A, when the dispersion treatment (step A) by the bead mill was not performed in multiple steps, the conductivity was significantly deteriorated. It is considered that this is because the adsorption of the dispersant to the CNTs became non-uniform and the processing viscosity in the bead mill became high, so that excess energy was given to the CNTs, and as a result, the CNTs were crushed or damaged. Further, as confirmed in Comparative Example 2-A, even when the bead diameter is 1.5 mm, it is considered that the CNT is crushed or damaged in the same manner as described above due to the increase in the impact force of the beads. .. Further, as confirmed in Comparative Example 3-A, in order to suppress crushing and damage of CNTs, the conductivity of the carbon nanotube dispersion composition even when the dispersion treatment is terminated when the viscosity is not sufficiently lowered. Has deteriorated significantly. It is considered that this is because CNTs remain as agglomerates in the first place.
From the above, it has been clarified that the present invention can provide a carbon nanotube dispersion composition for a battery having high conductivity, which is difficult to realize by a conventional method for producing a carbon nanotube dispersion composition for a battery.

(実施例1−B)
実施例1−Aにて得られたカーボンナノチューブ分散組成物を高圧ホモジナイザー(スターバースト10、スギノマシン社製)により追加分散処理を行った。シングルノズルチャンバーを使用し、ノズル径0.12mm、圧力150MPaにて、2パス処理を行った。得られたカーボンナノチューブ分散組成物の粘度はB型粘度計の60rpmにおいて、900mPa・sであった。また、上記同様に合材塗膜の体積抵抗率を測定したところ、6Ω・cmであった。
(Example 1-B)
The carbon nanotube dispersion composition obtained in Example 1-A was subjected to additional dispersion treatment with a high-pressure homogenizer (Starburst 10, manufactured by Sugino Machine Limited). A two-pass treatment was performed using a single nozzle chamber with a nozzle diameter of 0.12 mm and a pressure of 150 MPa. The viscosity of the obtained carbon nanotube dispersion composition was 900 mPa · s at 60 rpm of the B-type viscometer. Further, when the volume resistivity of the mixture coating film was measured in the same manner as described above, it was 6Ω · cm.

(比較例1−B及び2−B)
高圧ホモジナイザー(スターバースト10、スギノマシン社製)による追加分散処理を、比較例1−A及び2−Aそれぞれで得られたカーボンナノチューブ分散組成物で行った以外は実施例1−Bと同様にしてカーボンナノチューブ分散組成物を得た。結果を表2に示す。
(Comparative Examples 1-B and 2-B)
The additional dispersion treatment with a high-pressure homogenizer (Starburst 10, manufactured by Sugino Machine Limited) was carried out in the same manner as in Example 1-B except that the carbon nanotube dispersion compositions obtained in Comparative Examples 1-A and 2-A were used. A carbon nanotube dispersion composition was obtained. The results are shown in Table 2.

(比較例3−B)
高圧ホモジナイザー(スターバースト10、スギノマシン社製)による追加分散処理を、3−Aで得られたカーボンナノチューブ分散組成物で行った以外は実施例1−Bと同様にして実施したが、該分散組成物を投入直後にノズルが閉塞し、その後の分散処理は困難であった。
(Comparative Example 3-B)
The additional dispersion treatment with a high-pressure homogenizer (Starburst 10, manufactured by Sugino Machine Limited) was carried out in the same manner as in Example 1-B except that the carbon nanotube dispersion composition obtained in 3-A was used. Immediately after the composition was charged, the nozzle was blocked, and subsequent dispersion treatment was difficult.

(比較例4)
CNTの最終目標濃度6部、分散剤1.5部(対CNT比25%)、NMP92.5部と設定し、高圧ホモジナイザー(スターバースト10、スギノマシン社製)のみでカーボンナノチューブ分散組成物を作製した。手順は下記の通りである。
まず、ステンレス容器にNMPを64部投入し、ディスパーで攪拌しながら、分散剤として、予め調製した水素化ブタジエン系ゴムTherban(商標登録)4367(LANXESS社製、固形分100%、アクリロニトリル含有量43%)の5%NMP溶液を6部(分散剤である水素化ブタジエン系ゴムを0.3部含む;全分散剤量の5分の1)と、カーボンナノチューブとして、JENOTUBE8S(JEIO社製、多層CNT、外径6〜9nm)1.2部(最終目標CNT濃度の5分の1)を、同時かつ連続的に投入した。上記CNT及び分散剤溶液の投入は、これらの比率がなるべく一定となるように調整した。
次に、ダイアフラムポンプにより、上記ステンレス容器内の内容物を送液し、高圧ホモジナイザー(スターバースト10、スギノマシン社製)により分散処理を行った。高圧ホモジナイザーによる分散処理は、シングルノズルチャンバーを使用し、ノズル径0.15mm、圧力150MPaにて行った。分散処理により得られた上記内容物は、ダイアフラムポンプにより再び上記ステンレス容器内に排出され、連続的に分散処理がなされることで粘度が低下する。
上記ステンレス容器内の内容物の粘度が低下し、十分な流動性を有することを確認した後、2段階目となるCNT(JENOTUBE8S)1.2部、分散剤溶液(水素化ブタジエン系ゴム
の5%NMP溶液)6部を、上記同様に投入した。
上記のCNT及び分散剤の分割投入を、5段階目まで繰り返し、CNT濃度が所定の目標値に到達した時点で、パス分散処理へ変更し、分散処理続けた。すなわち、ステンレス容器内の内容物をダイアフラムポンプにて送液し、高圧ホモジナイザーによる分散処理を経て、別の容器に排出させた。ステンレス容器内の内容物すべてが高圧ホモジナイザーによる分散処理を経たところで、1パスとカウントし、得られるカーボンナノチューブ分散組成物の粘度がB型粘度計の60rpmにおいて、900mPa・sとなるまでパス分散処理を行った。最終的に、目標粘度到達まで140回のパス分散処理が必要であった。得られたカーボンナノチューブ分散組成物を上記同様に合材塗膜の体積抵抗率を測定したところ、6Ω・cmであった。
(Comparative Example 4)
The final target concentration of CNT is set to 6 parts, the dispersant is set to 1.5 parts (25% of CNT ratio), and NMP is set to 92.5 parts, and the carbon nanotube dispersion composition is prepared only with a high-pressure homogenizer (Starburst 10, manufactured by Sugino Machine Limited). Made. The procedure is as follows.
First, 64 parts of NMP was put into a stainless steel container, and while stirring with a disper, a pre-prepared hydride-based rubber, Theban (trademark registration) 4637 (manufactured by LANXESS, solid content 100%, acrylonitrile content 43) was prepared as a dispersant. %) Of 5% NMP solution (containing 0.3 parts of butadiene rubber hydride as a dispersant; 1/5 of the total amount of dispersant) and JENOTUBE8S (manufactured by JEIO) 1.2 parts of CNT (outer diameter 6 to 9 nm) (1/5 of the final target CNT concentration) were added simultaneously and continuously. The addition of the CNT and the dispersant solution was adjusted so that these ratios were as constant as possible.
Next, the contents in the stainless steel container were sent by a diaphragm pump, and dispersion treatment was performed by a high-pressure homogenizer (Starburst 10, manufactured by Sugino Machine Limited). The dispersion treatment with a high-pressure homogenizer was performed using a single nozzle chamber with a nozzle diameter of 0.15 mm and a pressure of 150 MPa. The contents obtained by the dispersion treatment are discharged into the stainless steel container again by the diaphragm pump, and the viscosity is lowered by the continuous dispersion treatment.
After confirming that the viscosity of the contents in the stainless steel container has decreased and that the contents have sufficient fluidity, 1.2 parts of CNT (JENOTUBE8S), which is the second step, and a dispersant solution (5 of hydrogenated butadiene rubber) % NMP solution) 6 parts were added in the same manner as above.
The above-mentioned divided addition of the CNT and the dispersant was repeated up to the fifth step, and when the CNT concentration reached a predetermined target value, the process was changed to the path dispersion treatment and the dispersion treatment was continued. That is, the contents in the stainless steel container were sent by a diaphragm pump, dispersed by a high-pressure homogenizer, and then discharged to another container. When all the contents in the stainless steel container have undergone dispersion treatment with a high-pressure homogenizer, they are counted as 1 pass, and the pass dispersion treatment is performed until the viscosity of the obtained carbon nanotube dispersion composition reaches 900 mPa · s at 60 rpm of a B-type viscometer. Was done. Finally, 140 pass dispersion treatments were required to reach the target viscosity. When the volume resistivity of the mixed material coating film of the obtained carbon nanotube dispersion composition was measured in the same manner as described above, it was 6Ω · cm.

上記結果から、ビーズミルによる分散処理(工程A)の後、高圧ホモジナイザーによる分散処理を行うことで得られるカーボンナノチューブ分散組成物の導電性が向上した。一方で、比較例1―B〜3−Bで確認されるように、ビーズミルによる分散処理(工程A)を適切な条件で実施しなかった場合は、高圧ホモジナイザーによる分散処理を行ったとしてもその効果は小さい。また、比較例4では、すべての分散処理工程を高圧ホモジナイザーにより行ったものであり、得られるカーボンナノチューブ分散組成物の特性も良好であったが、その作製には140パスもの分散処理を必要とし、工業的な生産性という点では意味をなさない。
以上より、本発明では従来の電池用カーボンナノチューブ分散組成物の製造方法では実現しがたい、高い導電性と生産性を有する電池用カーボンナノチューブ分散組成物を提供できることが明らかとなった。
From the above results, the conductivity of the carbon nanotube dispersion composition obtained by performing the dispersion treatment with a high-pressure homogenizer after the dispersion treatment with a bead mill (step A) was improved. On the other hand, as confirmed in Comparative Examples 1-B to 3-B, when the dispersion treatment (step A) by the bead mill was not performed under appropriate conditions, even if the dispersion treatment by the high-pressure homogenizer was performed, the dispersion treatment was performed. The effect is small. Further, in Comparative Example 4, all the dispersion treatment steps were carried out by a high-pressure homogenizer, and the characteristics of the obtained carbon nanotube dispersion composition were also good, but the preparation required 140 passes of dispersion treatment. It doesn't make sense in terms of industrial productivity.
From the above, it has been clarified that the present invention can provide a carbon nanotube dispersion composition for a battery having high conductivity and productivity, which cannot be realized by a conventional method for producing a carbon nanotube dispersion composition for a battery.

以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。 Although the present invention has been described above with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the above. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made within the scope of the invention in the configuration and details of the invention of the present application.

Claims (4)

カーボンナノチューブと、分散剤と、水性液状媒体とを含む電池用カーボンナノチューブ分散組成物の製造方法であって、
ビーズミルを使用して分散処理をする工程(工程A)を含み、
前記分散処理をする工程(工程A)が、
前記電池用カーボンナノチューブ分散組成物中のカーボンナノチューブ濃度が目標の値になるまで分散液に前記カーボンナノチューブを連続的または不連続的に添加する工程(工程A1)
および、前記カーボンナノチューブを添加する前、または工程A1と同時に、分散液に前記分散剤を添加する工程(工程A2)を含み、
かつ、前記ビーズミルのビーズの直径が0.01〜1.25mmの範囲内であることを特徴とする電池用カーボンナノチューブ分散組成物の製造方法。
A method for producing a carbon nanotube dispersion composition for a battery, which comprises a carbon nanotube, a dispersant, and an aqueous liquid medium.
Including the step (step A) of performing the dispersion treatment using a bead mill,
The step (step A) of performing the dispersion treatment is
A step of continuously or discontinuously adding the carbon nanotubes to the dispersion until the carbon nanotube concentration in the carbon nanotube dispersion composition for a battery reaches a target value (step A1).
And, before adding the carbon nanotube, or at the same time as step A1, the step (step A2) of adding the dispersant to the dispersion liquid is included.
Moreover, a method for producing a carbon nanotube dispersion composition for a battery, wherein the diameter of the beads of the bead mill is in the range of 0.01 to 1.25 mm.
さらに、工程Aにより得られた電池用カーボンナノチューブ分散組成物(A)を、高圧ホモジナイザーを使用して分散処理する工程(工程B)を含むことを特徴とする請求項1に記載の電池用カーボンナノチューブ分散組成物の製造方法。 The carbon for batteries according to claim 1, further comprising a step (step B) of dispersing the carbon nanotube dispersion composition (A) for batteries obtained in step A using a high-pressure homogenizer. A method for producing a nanotube dispersion composition. 工程Aにより得られた電池用カーボンナノチューブ分散組成物(A)のB型粘度計における60rpmの粘度が、500〜8000mPa・sの範囲内であることを特徴とする請求項2に記載の電池用カーボンナノチューブ分散組成物の製造方法。 The battery according to claim 2, wherein the viscosity of the carbon nanotube dispersion composition for batteries (A) obtained in step A at 60 rpm in a B-type viscometer is in the range of 500 to 8000 mPa · s. A method for producing a carbon nanotube dispersion composition. 分散剤が、水素化ニトリルブタジエン系ゴムを含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の電池用カーボンナノチューブ分散組成物の製造方法。 The method for producing a carbon nanotube dispersion composition for a battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the dispersant contains a hydrogenated nitrile butadiene rubber.
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