JPWO2019107463A1 - 電気化学素子用導電材ペースト、電気化学素子正極用スラリー組成物及びその製造方法、電気化学素子用正極、並びに電気化学素子 - Google Patents
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Abstract
導電材、下式（Ｉ）で表されるイミダゾール化合物、バインダー、及び有機溶媒を含む電気化学素子用導電材ペーストである。なお、下式（Ｉ）中、Ｘ1及びＸ2は、それぞれ、水素又は環構造を形成していても良い一価の有機基であり、Ｘ3及びＸ4は、それぞれ、水素又は独立した一価の有機基である。［化１］
Description
本発明は、電気化学素子用導電材ペースト、電気化学素子正極用スラリー組成物及びその製造方法、電気化学素子用正極、並びに電気化学素子に関するものである。
リチウムイオン二次電池などの電気化学素子は、小型で軽量、且つエネルギー密度が高く、さらに繰り返し充放電が可能という特性があり、幅広い用途に使用されている。特に近年、リチウムイオン二次電池は、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）のエネルギー源として注目されており、一層の高性能化が求められている。そのため、近年では、リチウムイオン二次電池などの電気化学素子の更なる高性能化を目的として、電極などの電池部材の改良が検討されている。
ここで、例えばリチウムイオン二次電池用の電極は、通常、集電体と、集電体上に形成された電極合材層とを備えている。そして、電極合材層、例えば正極合材層は、通常、正極活物質、導電材、バインダーなどを分散媒に分散また溶解させてなる正極用スラリー組成物を集電体上に塗布し、乾燥させて正極活物質および導電材などをバインダーで結着することにより形成されている。
そこで、電気化学素子の更なる性能向上を達成すべく、従来から、電極用スラリー組成物を改良する試みがなされている。具体的には、電極用スラリー組成物に配合するためのバインダーに対して、ベンズイミダゾール系老化防止剤を配合することが提案されてきた（例えば、特許文献１参照）。
そこで、電気化学素子の更なる性能向上を達成すべく、従来から、電極用スラリー組成物を改良する試みがなされている。具体的には、電極用スラリー組成物に配合するためのバインダーに対して、ベンズイミダゾール系老化防止剤を配合することが提案されてきた（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１では、所定の組成の重合体であるバインダーを含む組成物に、ベンズイミダゾール系老化防止剤をバインダー１００質量部に対して、０．０５〜５重量部含有させることが提案されている。このような配合とすることにより、二次電池の内部での劣化が少なく、寿命の長い二次電池を得ることができる。
近年、電気化学素子には、低温出力特性及びサイクル特性などの電気的特性を一層向上させることが求められている。そのための方途としては、固形分濃度の高い電極用スラリー組成物を用いて電極を形成することが挙げられる。ここで、概して、固形分濃度の高い電極用スラリー組成物は高粘度となる傾向がある。従って、従来、電極を製造する際の塗工性を確保する観点から、電極用スラリー組成物の固形分濃度を高めることは難しかった。また、従来から提案されてきたように、電極用スラリー組成物に対してベンズイミダゾール系老化防止剤を配合することによっても、電極用スラリー組成物の固形分濃度を充分に高めることができず、結果的に、電気的特性に優れる電気化学素子を製造することができなかった。
このように、上記従来の技術には、電極用スラリー組成物の固形分濃度を高めるとともに、得られる電気化学素子の電気的特性を一層向上させるという点で未だ改善の余地があった。
このように、上記従来の技術には、電極用スラリー組成物の固形分濃度を高めるとともに、得られる電気化学素子の電気的特性を一層向上させるという点で未だ改善の余地があった。
そこで、本発明は、固形分濃度が高く、得られる電気化学素子の低温出力特性及びサイクル特性を高めることができる、電気化学素子用導電材ペーストを提供することを目的とする。
また、本発明は、固形分濃度が高く、得られる電気化学素子の低温出力特性及びサイクル特性を高めることができる、電気化学素子正極用スラリー組成物、及びかかるスラリー組成物の製造方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、電気化学素子の低温出力特性及びサイクル特性を高めることができる電気化学素子用正極を提供することを目的とする。
さらにまた、本発明は、低温出力特性及びサイクル特性に優れる電気化学素子を提供することを目的とする。
また、本発明は、固形分濃度が高く、得られる電気化学素子の低温出力特性及びサイクル特性を高めることができる、電気化学素子正極用スラリー組成物、及びかかるスラリー組成物の製造方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、電気化学素子の低温出力特性及びサイクル特性を高めることができる電気化学素子用正極を提供することを目的とする。
さらにまた、本発明は、低温出力特性及びサイクル特性に優れる電気化学素子を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決することを目的として鋭意検討を行った。そして、本発明者らは、特定の構造を有するイミダゾール化合物を配合することで、固形分濃度の高い導電材ペースト及び正極用スラリー組成物が得られることを新たに見出し、本発明を完成させた。
即ち、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の電気化学素子用導電材ペーストは、導電材、イミダゾール化合物、バインダー、及び有機溶媒を含む電気化学素子用導電材ペーストであり、前記イミダゾール化合物が下式（Ｉ）：
［式（Ｉ）中、Ｘ1及びＸ2は、それぞれ、水素又は環構造を形成していても良い一価の有機基であり、Ｘ3及びＸ4は、それぞれ、水素又は独立した一価の有機基である。］で表されるイミダゾール化合物であることを特徴とする。上記特定の構造を有するイミダゾール化合物を配合することで、導電材ペーストの固形分濃度を高めることができ、これにより、得られる電気化学素子の低温出力特性及びサイクル特性を高めることができる。
ここで、本発明の電気化学素子用導電材ペーストは、前記式（Ｉ）中、Ｘ1〜Ｘ4が、複素環構造を非含有であることが好ましい。上記イミダゾール化合物の置換基が、複素環構造を非含有であれば、導電材ペーストの粘度が高くなることを一層良好に抑制しつつ、固形分濃度を一層高めることができる。
そして、本発明の電気化学素子用導電材ペーストは、前記式（Ｉ）中、Ｘ1〜Ｘ4が、それぞれ、水素、カルボキシル基、シアノ基、アルデヒド基、ニトロ基、カルボキシアルキル基、シアノアルキル基、アルキル基、及びアリール基から選択される少なくとも一種の有機基であることが好ましい。上記イミダゾール化合物の置換基が、上記特定の基のうちの何れかを含んでいれば、導電材ペーストの固形分濃度を一層高めることができ、これにより、得られる電気化学素子の低温出力特性及びサイクル特性を一層高めることができる。
また、本発明の電気化学素子用導電材ペーストは、前記式（Ｉ）で表されるイミダゾール化合物の含有量が、導電材１．００質量部に対して、０．０３質量部以上１．５０質量部以下であることが好ましい。上記イミダゾール化合物の含有量が導電材１質量部に対して、０．０３質量部以上１．５０質量部以下であれば、導電材ペースト中にて導電材を良好に分散させることができ、かかる導電材ペーストを用いて得られる電気化学素子の低温出力特性及びサイクル特性を高めることができる。
ここで、本発明の電気化学素子用導電材ペーストは、前記導電材が炭素材料であっても良い。上記イミダゾール化合物によれば、炭素材料である導電材を良好に分散させることができるため、導電材が炭素材料である導電材ペーストの固形分濃度を一層高めることができる。
また、本発明の電気化学素子用導電材ペーストは、前記導電材の比表面積が、８０ｍ2／ｇ以上２０００ｍ2／ｇ以下であることが好ましい。比表面積が上記範囲内である導電材は、導電材ペースト中にて良好に分散することができるため、かかる導電材ペーストを用いて得られる電気化学素子のサイクル特性及び低温出力特性を一層向上させることができる。
なお、本明細書において「導電材の比表面積」とは、窒素吸着法によるＢＥＴ比表面積のことであり、例えば、Ｂｅｌｓｏｒｐ−ｍｉｎｉ（マイクロトラック・ベル社製、ＡＳＴＭ Ｄ３０３７−８１に準拠）を用いて測定することができる。
なお、本明細書において「導電材の比表面積」とは、窒素吸着法によるＢＥＴ比表面積のことであり、例えば、Ｂｅｌｓｏｒｐ−ｍｉｎｉ（マイクロトラック・ベル社製、ＡＳＴＭ Ｄ３０３７−８１に準拠）を用いて測定することができる。
また、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の電気化学素子正極用スラリー組成物は、正極活物質と、上述の何れかの電気化学素子用導電材ペーストを含むことを特徴とする。上述の何れかの電気化学素子用導電材ペーストを含む電気化学素子正極用スラリー組成物は、固形分濃度が高く、且つ、当該スラリー組成物を用いることで、電気化学素子に優れた低温出力特性及びサイクル特性を発揮させ得る正極を製造することができる。
更に、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の電気化学素子用正極は、上述した何れかの電気化学素子正極用スラリー組成物を用いて形成された正極合材層を含むことを特徴とする。かかる正極合材層を含む正極は、電気化学素子の低温出力特性及びサイクル特性を向上させることができる。
更にまた、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の電気化学素子は、正極、負極、セパレータ及び電解液を備える電気化学素子であって、前記正極が、上述した正極であることを特徴とする。上述の正極を備える電気化学素子は、低温出力特性及びサイクル特性に優れる。
そして、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の電気化学素子正極用スラリー組成物の製造方法は、前記導電材、前記式（Ｉ）で表されるイミダゾール化合物、バインダー、及び有機溶媒を混合して、前記導電材ペーストを得る導電材ペースト調製工程と、得られた前記導電材ペーストに対して、正極活物質を添加し混合してスラリー組成物を得るスラリー組成物調製工程と、を含むことを特徴とする。かかる製造方法によれば、本発明の電気化学素子正極用スラリー組成物を良好に製造することができる。
本発明によれば、固形分濃度が高く、得られる電気化学素子の低温出力特性及びサイクル特性を高めることができる、電気化学素子用導電材ペーストを提供することができる。
また、本発明によれば、固形分濃度が高く、得られる電気化学素子の低温出力特性及びサイクル特性を高めることができる、電気化学素子正極用スラリー組成物、及びかかるスラリー組成物の製造方法を提供することができる。
さらに、本発明によれば、電気化学素子の低温出力特性及びサイクル特性を高めることができる電気化学素子用正極を提供することができる。
さらにまた、本発明によれば、低温出力特性及びサイクル特性に優れる電気化学素子を提供することができる。
また、本発明によれば、固形分濃度が高く、得られる電気化学素子の低温出力特性及びサイクル特性を高めることができる、電気化学素子正極用スラリー組成物、及びかかるスラリー組成物の製造方法を提供することができる。
さらに、本発明によれば、電気化学素子の低温出力特性及びサイクル特性を高めることができる電気化学素子用正極を提供することができる。
さらにまた、本発明によれば、低温出力特性及びサイクル特性に優れる電気化学素子を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
ここで、本発明の電気化学素子用導電材ペーストは、電気化学素子正極用スラリー組成物を製造する際の材料として用いられる。そして、本発明の電気化学素子正極用スラリー組成物は、本発明の電気化学素子用導電材ペーストを用いて形成される。加えて、本発明の電気化学素子正極用スラリー組成物は、本発明の電気化学素子正極用スラリー組成物の製造方法を通じて好適に製造することができる。また、本発明の電気化学素子用正極は、本発明の電気化学素子正極用スラリー組成物を用いて好適に製造することができる。そして、本発明の電気化学素子は、本発明の電気化学素子用正極を備えて成ることを特徴とする。
ここで、本発明の電気化学素子用導電材ペーストは、電気化学素子正極用スラリー組成物を製造する際の材料として用いられる。そして、本発明の電気化学素子正極用スラリー組成物は、本発明の電気化学素子用導電材ペーストを用いて形成される。加えて、本発明の電気化学素子正極用スラリー組成物は、本発明の電気化学素子正極用スラリー組成物の製造方法を通じて好適に製造することができる。また、本発明の電気化学素子用正極は、本発明の電気化学素子正極用スラリー組成物を用いて好適に製造することができる。そして、本発明の電気化学素子は、本発明の電気化学素子用正極を備えて成ることを特徴とする。
（電気化学素子用導電材ペースト）
本発明の導電材ペーストは、導電材、イミダゾール化合物、バインダー、及び有機溶媒を含むものである。そして、本発明の導電材ペーストに含まれるイミダゾール化合物は、下式（Ｉ）で表されるイミダゾール化合物（以下、「イミダゾール化合物（Ｉ）」とも称する）であることを特徴とする。
ここで、式（Ｉ）中、Ｘ1及びＸ2は、それぞれ、水素又は環構造を形成していても良い一価の有機基であり、Ｘ3及びＸ4は、それぞれ、水素又は独立した一価の有機基である。
本発明の導電材ペーストは、導電材、イミダゾール化合物、バインダー、及び有機溶媒を含むものである。そして、本発明の導電材ペーストに含まれるイミダゾール化合物は、下式（Ｉ）で表されるイミダゾール化合物（以下、「イミダゾール化合物（Ｉ）」とも称する）であることを特徴とする。
ここで、「環構造」とは、脂環、芳香環、複素環、及び縮合環等の環構造を意味する。また、Ｘ3及びＸ4が、「独立した一価の有機基である」とは、Ｘ3及びＸ4が相互に結合して環構造を形成していないことを意味する。Ｘ3及びＸ4が、水素又は独立した一価の有機基であれば、イミダゾール化合物（Ｉ）は、導電材に対する吸着能に優れ、導電材ペースト等の中における導電材の分散性を高めることができる。
反対に、Ｘ1及びＸ2については、これらが相互に結合して環構造を形成していても良い。しかしながら、Ｘ1及びＸ2についても、相互に独立している、即ち、Ｘ1及びＸ2が相互に結合して環構造を形成していないことが好ましい。
反対に、Ｘ1及びＸ2については、これらが相互に結合して環構造を形成していても良い。しかしながら、Ｘ1及びＸ2についても、相互に独立している、即ち、Ｘ1及びＸ2が相互に結合して環構造を形成していないことが好ましい。
さらに、上記Ｘ1〜Ｘ4が、複素環構造を非含有であることが好ましい。Ｘ1〜Ｘ4が、複素環を非含有であれば、導電材ペーストの粘度が高くなることを一層良好に抑制しつつ、固形分濃度を一層高めることができる。また、Ｘ1〜Ｘ4が、複素環構造以外の環構造を有する場合であっても、環構造の数は２個以下であることが好ましく、１個であることがより好ましい。特に、上記Ｘ3及びＸ4が、環構造を有さないことが好ましい。上記Ｘ3及びＸ4が環構造を有さないことで、導電材との相互作用を阻害し得る立体障害が生じにくくなる。
上記Ｘ1〜Ｘ4が、それぞれ、水素、カルボキシル基、シアノ基、アルデヒド基、ニトロ基、カルボキシアルキル基、シアノアルキル基、アルキル基、及びアリール基から選択される少なくとも一種の有機基であることが好ましい。中でも、上記カルボキシアルキル基、アルキル基、及びシアノアルキル基は、それぞれ、炭素数が１〜１２であることがより好ましく；上記アリール基は炭素数が６〜１２であることがより好ましい。
上記Ｘ1〜Ｘ4が、上記列挙した特定の基のうちの何れかを含んでいれば、固形分濃度を一層高めることができ、これにより、得られる電気化学素子の低温出力特性及びサイクル特性を一層高めることができる。
上記Ｘ1〜Ｘ4が、上記列挙した特定の基のうちの何れかを含んでいれば、固形分濃度を一層高めることができ、これにより、得られる電気化学素子の低温出力特性及びサイクル特性を一層高めることができる。
中でも、Ｘ１が、水素、炭素数１〜１２のアルキル基、炭素数６〜１２のアリール基、又はアルデヒド基であることが好ましく；Ｘ２が、水素、炭素数１〜６のシアノアルキル基、又は炭素数１〜１２のアルキル基であることが好ましく；Ｘ３が水素、又は炭素数１〜１２のアルキル基であることが好ましく；Ｘ４が水素、炭素数１〜６のアルキル基、カルボキシル基、シアノ基、又はニトロ基であることが好ましい。
上記特定の構造を有するイミダゾール化合物（Ｉ）の好適な具体例としては、例えは、以下に示す一般式（１）〜（９）で表される各種イミダゾール化合物（１）〜（９）が挙げられる。下記イミダゾール化合物（１）は１−シアノエチル−２−エチル−４−メチルイミダゾールであり；下記イミダゾール化合物（２）は１，２−ジメチルイミダゾールであり；下記イミダゾール化合物（３）は４−エチルイミダゾールであり；下記イミダゾール化合物（４）は２−フェニルイミダゾールであり；下記イミダゾール化合物（５）は１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾールであり；下記イミダゾール化合物（６）は４−イミダゾールカルボン酸であり、下記イミダゾール化合物（７）は１Ｈ−イミダゾール−４−カルボニトリルであり、下記イミダゾール化合物（８）は４−ニトロイミダゾールであり；下記イミダゾール化合物（９）はイミダゾール−２−カルボキシアルデヒドである。その中でも、導電材との相互作用が強くなって、導電材の分散性が顕著に高くなるという観点から、シアノ基を有する、１−シアノエチル−２−エチル−４−メチルイミダゾール（イミダゾール化合物（１））、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾール（イミダゾール化合物（５））、及び１Ｈ−イミダゾール−４−カルボニトリル（イミダゾール化合物（７））がより好ましい。
上記特定の構造を有するイミダゾール化合物（Ｉ）を導電材ペーストに配合することで、導電材に対してイミダゾール化合物（Ｉ）を吸着させることができ、導電材ペースト及びかかる導電材ペーストを含むスラリー組成物中における導電材の分散性を向上させることができる。このため、導電材ペースト又はスラリー組成物の粘度が過剰に上昇することを抑制しつつ、導電材を含む固形分の濃度を高めることができる。従って、かかるスラリー組成物を集電体上に塗布し、乾燥して正極を形成する際には、固形分濃度が高く、且つ導電材が均一に分散してなる塗膜を乾燥することとなる。このため、得られた正極が、導電材よりなる、密度及び均一性が高い導電パスを有することとなる。このような正極は、内部抵抗が低く、且つ、繰り返し使用した場合であっても導電パスが切れにくい。従って、かかる正極を備える電気化学素子は、低温出力特性及びサイクル特性に優れる。
イミダゾール化合物（Ｉ）の分子量は、５０００以下であることが好ましく、２０００以下であることがより好ましく、１０００以下であることが更に好ましく、５００以下であることが特に好ましい。イミダゾール化合物の分子量が上記上限値以下であれば、導電材との間で良好に相互作用して、導電材ペースト及びかかる導電材ペーストを含むスラリー組成物中における導電材の分散性を向上させることができる。
導電材ペーストにおけるイミダゾール化合物（Ｉ）の配合量は、後述の導電材を１．００質量部に対して、０．０３質量部以上であることが好ましく、０．０５質量部以上であることがより好ましく、０．２０質量部以上であることが更に好ましく、０．２５質量部以上であることが最も好ましく、１．５０質量部以下であることが好ましく、１．００質量部以下であることがより好ましく、０．５０質量部以下であることがさらに好ましい。イミダゾール化合物（Ｉ）の配合量が上記下限値以上であれば、上述したような固形分濃度向上効果を高いレベルで発揮することができ、固形分濃度の高い導電材ペーストを得ることができ、結果的に得られる電気化学素子の低温出力特性及びサイクル特性を高めることができる。また、イミダゾール化合物（Ｉ）の配合量が上記上限値以下であれば、導電材に対して適度な量のイミダゾール化合物（Ｉ）を吸着させることができ、結果的に、導電材ペースト等の中で導電材が過分散することを抑制して、固形分濃度向上効果を効率的に発揮することができる。さらに、これにより、得られた正極中にて導電パスが切断され易くなることを良好に抑制して、かかる正極を含む電気化学素子のサイクル特性及び低温出力特性を高めることができる。
＜導電材＞
導電材は、正極活物質同士の電気的接触を確保し、正極合材層内に導電パスを良好に形成するためのものである。そして、導電材としては、カーボンブラック（例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック（登録商標）、ファーネスブラックなど）、単層または多層のカーボンナノチューブ（多層カーボンナノチューブにはカップスタック型が含まれる）、カーボンナノホーン、グラファイト、炭素繊維、カーボンフレーク、炭素超短繊維（例えば、カーボンナノチューブや気相成長炭素繊維など）、ポリマー繊維を焼成後に破砕して得られるミルドカーボン繊維、単層または多層グラフェン、ポリマー繊維からなる不織布を焼成して得られるカーボン不織布シートなどの炭素材料；各種金属のファイバーまたは箔などを用いることができる。これらは一種単独で、または、２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、電気化学素子の低温出力特性を一層向上させる観点から、導電材としては炭素材料が好ましく、カーボンナノチューブ及びケッチェンブラック（登録商標）がより好ましい。
導電材は、正極活物質同士の電気的接触を確保し、正極合材層内に導電パスを良好に形成するためのものである。そして、導電材としては、カーボンブラック（例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック（登録商標）、ファーネスブラックなど）、単層または多層のカーボンナノチューブ（多層カーボンナノチューブにはカップスタック型が含まれる）、カーボンナノホーン、グラファイト、炭素繊維、カーボンフレーク、炭素超短繊維（例えば、カーボンナノチューブや気相成長炭素繊維など）、ポリマー繊維を焼成後に破砕して得られるミルドカーボン繊維、単層または多層グラフェン、ポリマー繊維からなる不織布を焼成して得られるカーボン不織布シートなどの炭素材料；各種金属のファイバーまたは箔などを用いることができる。これらは一種単独で、または、２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、電気化学素子の低温出力特性を一層向上させる観点から、導電材としては炭素材料が好ましく、カーボンナノチューブ及びケッチェンブラック（登録商標）がより好ましい。
導電材の比表面積は、好ましくは８０ｍ２／ｇ以上、より好ましくは９０ｍ２／ｇ以上、さらに好ましくは１００ｍ２／ｇ以上であり、好ましくは２０００ｍ２／ｇ以下、より好ましくは１５００ｍ２／ｇ以下、さらに好ましくは１０００ｍ２／ｇ以下である。導電材の比表面積が上記下限値以上であれば、良好な導電パスが形成されることを促進して、得られる電気化学素子の初期抵抗を低減することができる。また、導電材の比表面積が上記上限値以下であれば、過度にバインダーに対して吸着することを抑制して、導電材ペーストの粘度を上昇しにくくすることで、導電材ペーストの固形分濃度を一層高めることができる。
＜バインダー＞
バインダーは、本発明の導電材ペーストを含む正極用スラリーにより集電体上に正極合材層を形成して製造した電極において、正極合材層に含まれる成分が正極合材層から脱離しないように保持しうる成分である。一般的に、正極合材層におけるバインダーは、電解液に浸漬された際に、電解液を吸収して膨潤しながらも正極活物質同士、正極活物質と導電材、或いは、導電材同士を結着させ、正極活物質等が集電体から脱落するのを防ぐ。
バインダーは、本発明の導電材ペーストを含む正極用スラリーにより集電体上に正極合材層を形成して製造した電極において、正極合材層に含まれる成分が正極合材層から脱離しないように保持しうる成分である。一般的に、正極合材層におけるバインダーは、電解液に浸漬された際に、電解液を吸収して膨潤しながらも正極活物質同士、正極活物質と導電材、或いは、導電材同士を結着させ、正極活物質等が集電体から脱落するのを防ぐ。
バインダーとしては、特に限定されることなく、正極合材層中にて結着能を発揮し得るあらゆる重合体が挙げられる。そのような重合体としては、例えば、アクリルゴム（ＡＣＭ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、及び水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）等を好適に使用することができる。これらは一種単独で、或いは複数種を混合して用いることができる。
バインダーの配合量は、導電材１質量部に対して、０．５質量部以上が好ましく、１．０質量部以上がより好ましく、３．０質量部以上が更に好ましく、１０．０質量部以下が好ましく、６．０質量部以下がより好ましく、５．０質量部以下が更に好ましい。バインダーの配合量を上記範囲内とすることで、導電材ペーストを用いて形成されうる電気化学素子の低温出力特性及びサイクル特性を高めることができる。
＜有機溶媒＞
導電材ペーストに配合する有機溶媒としては、特に限定されることなく、上述したバインダーを溶解可能な極性を有する有機溶媒を用いることができる。
具体的には、有機溶媒としては、アセトニトリル、Ｎ−メチルピロリドン、アセチルピリジン、シクロペンタノン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、メチルホルムアミド、メチルエチルケトン、フルフラール、エチレンジアミンなどを用いることができる。これらの中でも、取扱い易さ、安全性、合成の容易さなどの観点から、有機溶媒としてはＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）が最も好ましい。なお、これらの有機溶媒は、単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。
導電材ペーストに配合する有機溶媒としては、特に限定されることなく、上述したバインダーを溶解可能な極性を有する有機溶媒を用いることができる。
具体的には、有機溶媒としては、アセトニトリル、Ｎ−メチルピロリドン、アセチルピリジン、シクロペンタノン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、メチルホルムアミド、メチルエチルケトン、フルフラール、エチレンジアミンなどを用いることができる。これらの中でも、取扱い易さ、安全性、合成の容易さなどの観点から、有機溶媒としてはＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）が最も好ましい。なお、これらの有機溶媒は、単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。
＜その他の成分＞
導電材ペーストには、上記成分の他に、例えば、粘度調整剤、補強材、酸化防止剤、及び電解液の分解を抑制する機能を有する電解液添加剤などの成分を混合してもよい。これらの他の成分は、公知のものを使用することができる。
導電材ペーストには、上記成分の他に、例えば、粘度調整剤、補強材、酸化防止剤、及び電解液の分解を抑制する機能を有する電解液添加剤などの成分を混合してもよい。これらの他の成分は、公知のものを使用することができる。
＜導電材ペーストの調製方法＞
上述の導電材、イミダゾール化合物（Ｉ）、バインダー、有機溶媒および任意のその他の成分を混合して導電材ペーストを調製する方法は特に限定されない。導電材ペーストの調製に際し、これらの成分を一括混合してもよく、また、逐次混合してもよいが、各種材料の混合物を撹拌等により粗分散して粗分散液を調製してから、かかる粗分散液を、ディスパー、ミル、ニーダーなどの一般的な混合装置を用いて撹拌混合することが好ましい。なお、複数種の混合装置を順次用いることで段階的に撹拌混合処理を実施してもよい。例えば、粗分散液をディスパーにより撹拌して分散液を得た後に、かかる分散液を、ビーズミルを用いて混合しても良い。
上述の導電材、イミダゾール化合物（Ｉ）、バインダー、有機溶媒および任意のその他の成分を混合して導電材ペーストを調製する方法は特に限定されない。導電材ペーストの調製に際し、これらの成分を一括混合してもよく、また、逐次混合してもよいが、各種材料の混合物を撹拌等により粗分散して粗分散液を調製してから、かかる粗分散液を、ディスパー、ミル、ニーダーなどの一般的な混合装置を用いて撹拌混合することが好ましい。なお、複数種の混合装置を順次用いることで段階的に撹拌混合処理を実施してもよい。例えば、粗分散液をディスパーにより撹拌して分散液を得た後に、かかる分散液を、ビーズミルを用いて混合しても良い。
＜導電材ペーストの粘度＞
導電材ペーストは、温度２５℃、せん断速度０．１Ｓ-1で測定した粘度が３００００ｍＰａ・ｓ以上であることが好ましく、４００００ｍＰａ・ｓ以上であることがより好ましく、１０００００ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましく、８００００ｍＰａ・ｓ以下であることがより好ましい。導電材ペーストの粘度が上記範囲内であれば、導電材ペーストの取り扱い性が良好となる。
なお、導電材ペーストの粘度は、実施例に記載した方法により測定することができる。
ここで、導電材ペーストの粘度は、混合時に添加する溶剤の量、導電材ペーストの固形分濃度、及びバインダーの種類によって調整可能である。
導電材ペーストは、温度２５℃、せん断速度０．１Ｓ-1で測定した粘度が３００００ｍＰａ・ｓ以上であることが好ましく、４００００ｍＰａ・ｓ以上であることがより好ましく、１０００００ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましく、８００００ｍＰａ・ｓ以下であることがより好ましい。導電材ペーストの粘度が上記範囲内であれば、導電材ペーストの取り扱い性が良好となる。
なお、導電材ペーストの粘度は、実施例に記載した方法により測定することができる。
ここで、導電材ペーストの粘度は、混合時に添加する溶剤の量、導電材ペーストの固形分濃度、及びバインダーの種類によって調整可能である。
＜導電材ペーストの固形分濃度＞
導電材ペーストは、固形分濃度が５．５質量％以上であることが好ましく、６．５質量％以上であることがより好ましく、７．５質量％以上であることがさらに好ましい。なお、導電材ペーストの固形分濃度は、通常、５０．０質量％以下である。
導電材ペーストの固形分濃度を上記下限値以上とすることで、高濃度のスラリー組成物を調製することが可能となり、結果的に、正極合材層中において導電材を高密度に分散させることができる。また、導電材ペーストの固形分濃度を上記上限値以下とすることで、正極合材層中において導電材を均一に分散させることができる。
導電材ペーストは、固形分濃度が５．５質量％以上であることが好ましく、６．５質量％以上であることがより好ましく、７．５質量％以上であることがさらに好ましい。なお、導電材ペーストの固形分濃度は、通常、５０．０質量％以下である。
導電材ペーストの固形分濃度を上記下限値以上とすることで、高濃度のスラリー組成物を調製することが可能となり、結果的に、正極合材層中において導電材を高密度に分散させることができる。また、導電材ペーストの固形分濃度を上記上限値以下とすることで、正極合材層中において導電材を均一に分散させることができる。
（電気化学素子正極用スラリー組成物）
本発明の電気化学素子正極用スラリー組成物は、上述した電気化学素子用導電材ペーストおよび正極活物質を含む。
このように、上述した導電材ペーストを含む電気化学素子正極用スラリー組成物は、固形分濃度が高く、且つ、当該スラリー組成物を用いることで、電気化学素子に優れた低温出力特性及びサイクル特性を発揮させ得る正極を製造することができる。
本発明の電気化学素子正極用スラリー組成物は、上述した電気化学素子用導電材ペーストおよび正極活物質を含む。
このように、上述した導電材ペーストを含む電気化学素子正極用スラリー組成物は、固形分濃度が高く、且つ、当該スラリー組成物を用いることで、電気化学素子に優れた低温出力特性及びサイクル特性を発揮させ得る正極を製造することができる。
＜正極活物質＞
ここで、正極活物質は、電気化学素子の正極において電子の受け渡しをする物質である。そして、例えば電気化学素子がリチウムイオン二次電池の場合には、正極活物質としては、通常は、リチウムを吸蔵および放出し得る物質を用いる。
なお、以下では、一例として電気化学素子正極用スラリー組成物がリチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物である場合について説明するが、本発明は下記の一例に限定されるものではない。
ここで、正極活物質は、電気化学素子の正極において電子の受け渡しをする物質である。そして、例えば電気化学素子がリチウムイオン二次電池の場合には、正極活物質としては、通常は、リチウムを吸蔵および放出し得る物質を用いる。
なお、以下では、一例として電気化学素子正極用スラリー組成物がリチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物である場合について説明するが、本発明は下記の一例に限定されるものではない。
そして、リチウムイオン二次電池用の正極活物質としては、特に限定されることなく、リチウム含有コバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ2）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ2Ｏ4）、リチウム含有ニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ2）、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｍｎのリチウム含有複合酸化物（例えば、Ｌｉ［ＣｏαＭｎβＮｉγ］Ｏ2、α＋β＋γ＝１）、Ｎｉ−Ｍｎ−Ａｌのリチウム含有複合酸化物、Ｎｉ−Ｃｏ−Ａｌのリチウム含有複合酸化物、オリビン型リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ4）、オリビン型リン酸マンガンリチウム（ＬｉＭｎＰＯ4）、Ｌｉ2ＭｎＯ3−ＬｉＮｉＯ2系固溶体、Ｌｉ1+ＸＭｎ2-ＸＯ4（０＜Ｘ＜２）で表されるリチウム過剰のスピネル化合物、Ｌｉ［Ｎｉ0.17Ｌｉ0.2Ｃｏ0.07Ｍｎ0.56］Ｏ2、ＬｉＮｉ0.5Ｍｎ1.5Ｏ4等の既知の正極活物質が挙げられる。中でも、エネルギー密度が高いことから、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｍｎのリチウム含有複合酸化物（ＬｉＮｉ0.5Ｃｏ0.2Ｍｎ0.3Ｏ2）及びリチウム含有コバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ2）が好ましい。
なお、正極活物質の配合量や粒子径は、特に限定されることなく、従来使用されている正極活物質と同様とすることができる。
なお、正極活物質の配合量や粒子径は、特に限定されることなく、従来使用されている正極活物質と同様とすることができる。
＜その他の成分＞
電気化学素子正極用スラリー組成物は、上記成分の他に、「電気化学素子用導電材ペースト」の項でその他の成分として挙げたものを含んでいてもよい。
また、電気化学素子正極用スラリー組成物は、上記成分の他に、当該スラリーの調製時に任意に追加された溶剤を含んでいてもよい。なお、追加する溶剤としては、導電材ペーストの調製に使用し得る溶剤と同様のものを使用することができる。
電気化学素子正極用スラリー組成物は、上記成分の他に、「電気化学素子用導電材ペースト」の項でその他の成分として挙げたものを含んでいてもよい。
また、電気化学素子正極用スラリー組成物は、上記成分の他に、当該スラリーの調製時に任意に追加された溶剤を含んでいてもよい。なお、追加する溶剤としては、導電材ペーストの調製に使用し得る溶剤と同様のものを使用することができる。
＜電気化学素子正極用スラリー組成物の製造方法＞
本発明の電気化学素子正極用スラリー組成物の製造方法（以下、単に「スラリー組成物の製造方法」とも称する）は、導電材、式（Ｉ）で表されるイミダゾール化合物、及び有機溶媒を混合して、導電材ペーストを得る導電材ペースト調製工程と、得られた導電材ペーストに対して、正極活物質を添加し混合してスラリー組成物を得るスラリー組成物調製工程とを含む。かかる製造方法によれば、本発明のスラリー組成物を良好に製造することができる。
本発明の電気化学素子正極用スラリー組成物の製造方法（以下、単に「スラリー組成物の製造方法」とも称する）は、導電材、式（Ｉ）で表されるイミダゾール化合物、及び有機溶媒を混合して、導電材ペーストを得る導電材ペースト調製工程と、得られた導電材ペーストに対して、正極活物質を添加し混合してスラリー組成物を得るスラリー組成物調製工程とを含む。かかる製造方法によれば、本発明のスラリー組成物を良好に製造することができる。
導電材ペースト調製工程は、「導電材ペーストの調製方法」の項目にて詳述した調製方法に従う。そして、かかる工程を経て得られた導電材ペーストに対して、上述の正極活物質と、任意に、その他の成分および追加の溶剤とを混合して電気化学素子正極用スラリー組成物を得る。この際の混合方法には特に制限は無く、例えば、ディスパー、ミル、ニーダーなどの一般的な混合装置を用いることができる。例えば、ディスパーを使用する場合には、２０００ｒｐｍ以上５０００ｒｐｍ以下で、２０分以上６０分以下撹拌することが好ましい。
正極活物質を、導電材やバインダーと同時に一括混合するのではなく、導電材ペーストを調製した後で、電気化学素子正極用スラリー組成物の調製の際に導電材ペーストに添加して混合することで、電気化学素子正極用スラリー組成物中における固形分の分散性を一層向上させることができる。また、導電材の分散状態が一括混合で調製した際よりも均一化され、製造バッチ間の粘度や濃度の違いを小さく抑えることができる。そのため、工業的に同程度の粘度・固形分の正極用スラリー組成物を作製し易くなる。
また、集電体上への塗工性を確保する観点から、電気化学素子正極用スラリー組成物の６０ｒｐｍでの粘度は、１５００ｍＰａ・ｓ以上１００００ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましい。また、固形分濃度は、６５質量％以上であることが好ましく、６９質量％以上であることがより好ましく、７３質量％以上であることがさらに好ましい。なお、通常、スラリー組成物の固形分濃度は、９０質量％以下である。スラリー組成物の固形分濃度が上記下限値以上であれば、正極合材層を形成する際の乾燥時の固形分濃度を高めることができるため、得られる正極合材層中において導電材を高密度且つ均一に分散させることができる。また、スラリー組成物の固形分濃度が上記上限値以下であれば、集電体上への塗工性に優れる。
なお、「電気化学素子正極用スラリー組成物の６０ｒｐｍでの粘度」は、ＪＩＳ Ｚ８８０３：１９９１に従って測定することができる。
また、導電材ペーストの量（固形分相当量）と正極活物質の量との比率は、適宜に調整し得る。例えば、正極活物質１００質量部に対して、導電材が、好ましくは０．５０質量部以上、より好ましくは０．６５質量部以上、さらに好ましくは０．８０質量部以上、好ましくは２．００質量部以下、より好ましくは１．５０質量部以下、より好ましくは１．２０質量部以下配合されるような比率で、導電材ペーストと正極活物質との混合比率を調節することができる。
正極活物質を、導電材やバインダーと同時に一括混合するのではなく、導電材ペーストを調製した後で、電気化学素子正極用スラリー組成物の調製の際に導電材ペーストに添加して混合することで、電気化学素子正極用スラリー組成物中における固形分の分散性を一層向上させることができる。また、導電材の分散状態が一括混合で調製した際よりも均一化され、製造バッチ間の粘度や濃度の違いを小さく抑えることができる。そのため、工業的に同程度の粘度・固形分の正極用スラリー組成物を作製し易くなる。
また、集電体上への塗工性を確保する観点から、電気化学素子正極用スラリー組成物の６０ｒｐｍでの粘度は、１５００ｍＰａ・ｓ以上１００００ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましい。また、固形分濃度は、６５質量％以上であることが好ましく、６９質量％以上であることがより好ましく、７３質量％以上であることがさらに好ましい。なお、通常、スラリー組成物の固形分濃度は、９０質量％以下である。スラリー組成物の固形分濃度が上記下限値以上であれば、正極合材層を形成する際の乾燥時の固形分濃度を高めることができるため、得られる正極合材層中において導電材を高密度且つ均一に分散させることができる。また、スラリー組成物の固形分濃度が上記上限値以下であれば、集電体上への塗工性に優れる。
なお、「電気化学素子正極用スラリー組成物の６０ｒｐｍでの粘度」は、ＪＩＳ Ｚ８８０３：１９９１に従って測定することができる。
また、導電材ペーストの量（固形分相当量）と正極活物質の量との比率は、適宜に調整し得る。例えば、正極活物質１００質量部に対して、導電材が、好ましくは０．５０質量部以上、より好ましくは０．６５質量部以上、さらに好ましくは０．８０質量部以上、好ましくは２．００質量部以下、より好ましくは１．５０質量部以下、より好ましくは１．２０質量部以下配合されるような比率で、導電材ペーストと正極活物質との混合比率を調節することができる。
（電気化学素子用正極）
本発明の電気化学素子用正極は、本発明のスラリー組成物を用いて形成された正極合材層を含んでなる。従って、正極合材層には、少なくとも、正極活物質と、導電材と、イミダゾール化合物（Ｉ）と、バインダーと、任意のその他の成分とが含有されている。
なお、正極合材層中に含まれている各成分は、上記電気化学素子正極用スラリー組成物中に含まれていたものであり、それら各成分の好適な存在比は、スラリー組成物中の各成分の好適な存在比と同じである。
そして、本発明の電気化学素子用正極では、上記電気化学素子正極用スラリー組成物を使用して正極合材層を形成しているので、導電材が高密度且つ良好に分散された正極合材層を集電体上に設けることができる。従って、本発明の電気化学素子用正極は、かかる正極を備える電気化学素子の低温出力特性及びサイクル特性を向上させることができる。
本発明の電気化学素子用正極は、本発明のスラリー組成物を用いて形成された正極合材層を含んでなる。従って、正極合材層には、少なくとも、正極活物質と、導電材と、イミダゾール化合物（Ｉ）と、バインダーと、任意のその他の成分とが含有されている。
なお、正極合材層中に含まれている各成分は、上記電気化学素子正極用スラリー組成物中に含まれていたものであり、それら各成分の好適な存在比は、スラリー組成物中の各成分の好適な存在比と同じである。
そして、本発明の電気化学素子用正極では、上記電気化学素子正極用スラリー組成物を使用して正極合材層を形成しているので、導電材が高密度且つ良好に分散された正極合材層を集電体上に設けることができる。従って、本発明の電気化学素子用正極は、かかる正極を備える電気化学素子の低温出力特性及びサイクル特性を向上させることができる。
＜電気化学素子用正極の製造＞
ここで、本発明の電気化学素子用正極の正極合材層は、例えば、上述したスラリー組成物を集電体上に塗布する工程（塗布工程）と、集電体上に塗布されたスラリー組成物を乾燥して集電体上に正極合材層を形成する工程（乾燥工程）とを経て集電体上に形成することができる。
ここで、本発明の電気化学素子用正極の正極合材層は、例えば、上述したスラリー組成物を集電体上に塗布する工程（塗布工程）と、集電体上に塗布されたスラリー組成物を乾燥して集電体上に正極合材層を形成する工程（乾燥工程）とを経て集電体上に形成することができる。
［塗布工程］
そして、上記スラリー組成物を集電体上に塗布する方法としては、特に限定されず公知の方法を用いることができる。具体的には、塗布方法としては、ドクターブレード法、ディップ法、リバースロール法、ダイレクトロール法、グラビア法、エクストルージョン法、ハケ塗り法などを用いることができる。この際、スラリー組成物を集電体の片面だけに塗布してもよいし、両面に塗布してもよい。塗布後乾燥前の集電体上のスラリー膜の厚みは、乾燥して得られる正極合材層の厚みに応じて適宜に設定しうる。
そして、上記スラリー組成物を集電体上に塗布する方法としては、特に限定されず公知の方法を用いることができる。具体的には、塗布方法としては、ドクターブレード法、ディップ法、リバースロール法、ダイレクトロール法、グラビア法、エクストルージョン法、ハケ塗り法などを用いることができる。この際、スラリー組成物を集電体の片面だけに塗布してもよいし、両面に塗布してもよい。塗布後乾燥前の集電体上のスラリー膜の厚みは、乾燥して得られる正極合材層の厚みに応じて適宜に設定しうる。
ここで、スラリー組成物を塗布する集電体としては、電気導電性を有し、かつ、電気化学的に耐久性のある材料が用いられる。具体的には、集電体としては、例えば、鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼、チタン、タンタル、金、白金などからなる集電体を用い得る。なお、前記の材料は、１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
［乾燥工程］
集電体上のスラリー組成物を乾燥する方法としては、特に限定されず公知の方法を用いることができ、例えば温風、熱風、低湿風による乾燥法、真空乾燥法、赤外線や電子線などの照射による乾燥法が挙げられる。このように集電体上のスラリー組成物を乾燥することで、集電体上に正極合材層を形成し、集電体と正極合材層とを備える電気化学素子用正極を得ることができる。
集電体上のスラリー組成物を乾燥する方法としては、特に限定されず公知の方法を用いることができ、例えば温風、熱風、低湿風による乾燥法、真空乾燥法、赤外線や電子線などの照射による乾燥法が挙げられる。このように集電体上のスラリー組成物を乾燥することで、集電体上に正極合材層を形成し、集電体と正極合材層とを備える電気化学素子用正極を得ることができる。
なお、乾燥工程の後、金型プレスまたはロールプレスなどを用い、正極合材層に加圧処理を施してもよい。加圧処理により、正極合材層と集電体との密着性を向上させることができる。また、正極合材層が硬化性の重合体を含む場合は、正極合材層の形成後に前記重合体を硬化させることが好ましい。
（電気化学素子）
本発明の電気化学素子は、上述した電気化学素子用正極と、負極と、電解液と、セパレータとを備えている。そして、本発明の電気化学素子は、上述した電気化学素子用正極を用いているので、優れたレート特性およびサイクル特性を発揮することができる。
なお、以下では、一例として電気化学素子がリチウムイオン二次電池である場合について説明するが、本発明は下記の一例に限定されるものではない。
本発明の電気化学素子は、上述した電気化学素子用正極と、負極と、電解液と、セパレータとを備えている。そして、本発明の電気化学素子は、上述した電気化学素子用正極を用いているので、優れたレート特性およびサイクル特性を発揮することができる。
なお、以下では、一例として電気化学素子がリチウムイオン二次電池である場合について説明するが、本発明は下記の一例に限定されるものではない。
＜負極＞
ここで、本発明の電気化学素子で使用し得る、電気化学素子用負極としては、特に限定されることなく、二次電池の製造に用いられている既知の負極を用いることができる。例えば、かかる負極は、既知の製造方法を用いて集電体上に負極合材層を形成してなる負極などを用いることができる。
ここで、本発明の電気化学素子で使用し得る、電気化学素子用負極としては、特に限定されることなく、二次電池の製造に用いられている既知の負極を用いることができる。例えば、かかる負極は、既知の製造方法を用いて集電体上に負極合材層を形成してなる負極などを用いることができる。
＜電解液＞
電解液としては、通常、有機溶媒に支持電解質を溶解した有機電解液が用いられる。リチウムイオン二次電池の支持電解質としては、例えば、リチウム塩が用いられる。リチウム塩としては、例えば、ＬｉＰＦ6、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＳｂＦ6、ＬｉＡｌＣｌ4、ＬｉＣｌＯ4、ＣＦ3ＳＯ3Ｌｉ、Ｃ4Ｆ9ＳＯ3Ｌｉ、ＣＦ3ＣＯＯＬｉ、（ＣＦ3ＣＯ）2ＮＬｉ、（ＣＦ3ＳＯ2）2ＮＬｉ、（Ｃ2Ｆ5ＳＯ2）ＮＬｉなどが挙げられる。なかでも、溶媒に溶けやすく高い解離度を示すので、ＬｉＰＦ6、ＬｉＣｌＯ4、ＣＦ3ＳＯ3Ｌｉが好ましく、ＬｉＰＦ6が特に好ましい。なお、電解質は１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。通常は、解離度の高い支持電解質を用いるほどリチウムイオン伝導度が高くなる傾向があるので、支持電解質の種類によりリチウムイオン伝導度を調節することができる。
電解液としては、通常、有機溶媒に支持電解質を溶解した有機電解液が用いられる。リチウムイオン二次電池の支持電解質としては、例えば、リチウム塩が用いられる。リチウム塩としては、例えば、ＬｉＰＦ6、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＳｂＦ6、ＬｉＡｌＣｌ4、ＬｉＣｌＯ4、ＣＦ3ＳＯ3Ｌｉ、Ｃ4Ｆ9ＳＯ3Ｌｉ、ＣＦ3ＣＯＯＬｉ、（ＣＦ3ＣＯ）2ＮＬｉ、（ＣＦ3ＳＯ2）2ＮＬｉ、（Ｃ2Ｆ5ＳＯ2）ＮＬｉなどが挙げられる。なかでも、溶媒に溶けやすく高い解離度を示すので、ＬｉＰＦ6、ＬｉＣｌＯ4、ＣＦ3ＳＯ3Ｌｉが好ましく、ＬｉＰＦ6が特に好ましい。なお、電解質は１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。通常は、解離度の高い支持電解質を用いるほどリチウムイオン伝導度が高くなる傾向があるので、支持電解質の種類によりリチウムイオン伝導度を調節することができる。
電解液に使用する有機溶媒としては、支持電解質を溶解できるものであれば特に限定されないが、例えば、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）等のカーボネート類；γ−ブチロラクトン、ギ酸メチル等のエステル類；１，２−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン等のエーテル類；スルホラン、ジメチルスルホキシド等の含硫黄化合物類；などが好適に用いられる。またこれらの溶媒の混合液を用いてもよい。中でも、誘電率が高く、安定な電位領域が広いので、カーボネート類を用いることが好ましい。
なお、電解液中の電解質の濃度は適宜調整することができる。また、電解液には、既知の添加剤を添加することができる。
なお、電解液中の電解質の濃度は適宜調整することができる。また、電解液には、既知の添加剤を添加することができる。
＜セパレータ＞
セパレータとしては、特に限定されることなく、例えば特開２０１２−２０４３０３号公報に記載のものを用いることができる。これらの中でも、セパレータ全体の膜厚を薄くすることができ、これにより、二次電池内の電極活物質の比率を高くして体積あたりの容量を高くすることができるという点より、ポリオレフィン系（ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリ塩化ビニル）の樹脂からなる微多孔膜が好ましい。
セパレータとしては、特に限定されることなく、例えば特開２０１２−２０４３０３号公報に記載のものを用いることができる。これらの中でも、セパレータ全体の膜厚を薄くすることができ、これにより、二次電池内の電極活物質の比率を高くして体積あたりの容量を高くすることができるという点より、ポリオレフィン系（ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリ塩化ビニル）の樹脂からなる微多孔膜が好ましい。
そして、二次電池は、例えば、正極と、負極とを、セパレータを介して重ね合わせ、これを必要に応じて電池形状に応じて巻く、折るなどして電池容器に入れ、電池容器に電解液を注入して封口することにより製造することができる。ここで、本発明の電気化学素子では、上述した電気化学素子用正極を使用する。なお、本発明の電気化学素子には、二次電池の内部の圧力上昇、過充放電等の発生を防止するために、必要に応じて、ヒューズ、ＰＴＣ素子等の過電流防止素子、エキスパンドメタル、リード板などを設けてもよい。二次電池の形状は、例えば、コイン型、ボタン型、シート型、円筒型、角形、扁平型など、何れであってもよい。
以下、本発明について実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、以下の説明において、量を表す「％」及び「部」は、特に断らない限り、質量基準である。
実施例および比較例において、導電材のＢＥＴ比表面積、導電材ペーストの固形分濃度、正極用スラリー組成物の固形分濃度、低温出力特性、及びサイクル特性は、それぞれ以下の方法を使用して評価した。
実施例および比較例において、導電材のＢＥＴ比表面積、導電材ペーストの固形分濃度、正極用スラリー組成物の固形分濃度、低温出力特性、及びサイクル特性は、それぞれ以下の方法を使用して評価した。
＜導電材のＢＥＴ比表面積＞
実施例、比較例で用いた導電材のＢＥＴ比表面積は、Ｂｅｌｓｏｒｐ−ｍｉｎｉ（マイクロトラック・ベル社製、ＡＳＴＭ Ｄ３０３７−８１に準拠）を用いて測定した。
＜導電材ペーストの固形分濃度＞
各実施例、比較例にて得られた導電材ペーストについて、レオメーター（Ａｎｔｏｎ Ｐａａｒ社製、「ＭＣＲ３０２」）を使用し、温度２５℃、せん断速度０．１ｓ−１にて測定した粘度が、４８０００〜５２０００ｍＰａ・ｓである時の、導電材ペーストの固形分濃度を評価した。なお、全ての実施例、及び比較例にて測定した導電材ペーストの粘度は、４８０００〜５２０００ｍＰａ・ｓの範囲内であった。
Ａ：固形分濃度が７．５質量％以上
Ｂ：固形分濃度が６．５質量％以上７．５質量％未満
Ｃ：固形分濃度が５．５質量％以上６．５質量％未満
Ｄ：固形分濃度が４．５質量％以上５．５質量％未満
Ｅ：固形分濃度が４．５質量％未満
実施例、比較例で用いた導電材のＢＥＴ比表面積は、Ｂｅｌｓｏｒｐ−ｍｉｎｉ（マイクロトラック・ベル社製、ＡＳＴＭ Ｄ３０３７−８１に準拠）を用いて測定した。
＜導電材ペーストの固形分濃度＞
各実施例、比較例にて得られた導電材ペーストについて、レオメーター（Ａｎｔｏｎ Ｐａａｒ社製、「ＭＣＲ３０２」）を使用し、温度２５℃、せん断速度０．１ｓ−１にて測定した粘度が、４８０００〜５２０００ｍＰａ・ｓである時の、導電材ペーストの固形分濃度を評価した。なお、全ての実施例、及び比較例にて測定した導電材ペーストの粘度は、４８０００〜５２０００ｍＰａ・ｓの範囲内であった。
Ａ：固形分濃度が７．５質量％以上
Ｂ：固形分濃度が６．５質量％以上７．５質量％未満
Ｃ：固形分濃度が５．５質量％以上６．５質量％未満
Ｄ：固形分濃度が４．５質量％以上５．５質量％未満
Ｅ：固形分濃度が４．５質量％未満
＜正極用スラリー組成物の粘度＞
各実施例、比較例にて得られた正極用スラリー組成物の、２５℃環境下、６０ｒｐｍでの粘度（ＪＩＳ Ｚ８８０３：１９９１）が３０００〜４０００ｍＰａ・sとなる範囲での固形分濃度を評価した。
Ａ：固形分濃度が７３質量％以上
Ｂ：固形分濃度が６９質量％以上７３質量％未満
Ｃ：固形分濃度が６５質量％以上６９質量％未満
Ｄ：固形分濃度が６１質量％以上６５質量％未満
Ｅ：固形分濃度が６１質量％未満
各実施例、比較例にて得られた正極用スラリー組成物の、２５℃環境下、６０ｒｐｍでの粘度（ＪＩＳ Ｚ８８０３：１９９１）が３０００〜４０００ｍＰａ・sとなる範囲での固形分濃度を評価した。
Ａ：固形分濃度が７３質量％以上
Ｂ：固形分濃度が６９質量％以上７３質量％未満
Ｃ：固形分濃度が６５質量％以上６９質量％未満
Ｄ：固形分濃度が６１質量％以上６５質量％未満
Ｅ：固形分濃度が６１質量％未満
＜低温出力特性＞
実施例、比較例で作製した二次電池について、２５℃環境下、１ＣでＳＯＣ（State Of Charge：充電深度）の５０％まで充電した後、−１０℃環境下において、ＳＯＣの５０％を中心として０．５Ｃ、１．０Ｃ、１．５Ｃ、２．０Ｃで１５秒間充電と１５秒間放電とをそれぞれ行い、それぞれの場合（充電側および放電側）における１５秒後の電池電圧を電流値に対してプロットし、その傾きをＩＶ抵抗（Ω）（充電時ＩＶ抵抗および放電時ＩＶ抵抗）として求めた。得られたＩＶ抵抗の値（Ω）について、比較例１の値を基準（１００）として評価した。ＩＶ抵抗の値が小さいほど、内部抵抗が少なく、低温出力特性に優れていることを示す。
Ａ：ＩＶ抵抗が４％未満
Ｂ：ＩＶ抵抗が４％以上４．３％未満
Ｃ：ＩＶ抵抗が４．３％以上４．６％未満
Ｄ：ＩＶ抵抗が４．６％以上４．９％未満
Ｅ：ＩＶ抵抗が４．９％以上
＜サイクル特性＞
実施例、比較例で作製した二次電池について、２５℃環境下で、０．２Ｃ（Ｃは定格容量（ｍＡ）／１時間（ｈ）で表される数値）で４．２Ｖまで充電し、３．０Ｖまで放電する操作を３回繰り返した。その後、４５℃環境下で、１Ｃで電池電圧が４．２Ｖになるまで充電し、１Ｃで電池電圧が３．０Ｖになるまで放電する操作を２００回繰り返した。そして、一回目の放電容量（Ｃ０）と２００回目の放電容量（Ｃ１）から、容量維持率ΔＣ＝（Ｃ１／Ｃ０）×１００（％）を算出し、下記の基準で評価した。この容量維持率の値が高いほど、放電容量の低下が少なく、サイクル特性に優れていることを示す。
Ａ：容量維持率ΔＣが９０％以上
Ｂ：容量維持率ΔＣが８８．５％以上９０％未満
Ｃ：容量維持率ΔＣが８７％以上８８．５％未満
Ｄ：容量維持率ΔＣが８７％未満
実施例、比較例で作製した二次電池について、２５℃環境下、１ＣでＳＯＣ（State Of Charge：充電深度）の５０％まで充電した後、−１０℃環境下において、ＳＯＣの５０％を中心として０．５Ｃ、１．０Ｃ、１．５Ｃ、２．０Ｃで１５秒間充電と１５秒間放電とをそれぞれ行い、それぞれの場合（充電側および放電側）における１５秒後の電池電圧を電流値に対してプロットし、その傾きをＩＶ抵抗（Ω）（充電時ＩＶ抵抗および放電時ＩＶ抵抗）として求めた。得られたＩＶ抵抗の値（Ω）について、比較例１の値を基準（１００）として評価した。ＩＶ抵抗の値が小さいほど、内部抵抗が少なく、低温出力特性に優れていることを示す。
Ａ：ＩＶ抵抗が４％未満
Ｂ：ＩＶ抵抗が４％以上４．３％未満
Ｃ：ＩＶ抵抗が４．３％以上４．６％未満
Ｄ：ＩＶ抵抗が４．６％以上４．９％未満
Ｅ：ＩＶ抵抗が４．９％以上
＜サイクル特性＞
実施例、比較例で作製した二次電池について、２５℃環境下で、０．２Ｃ（Ｃは定格容量（ｍＡ）／１時間（ｈ）で表される数値）で４．２Ｖまで充電し、３．０Ｖまで放電する操作を３回繰り返した。その後、４５℃環境下で、１Ｃで電池電圧が４．２Ｖになるまで充電し、１Ｃで電池電圧が３．０Ｖになるまで放電する操作を２００回繰り返した。そして、一回目の放電容量（Ｃ０）と２００回目の放電容量（Ｃ１）から、容量維持率ΔＣ＝（Ｃ１／Ｃ０）×１００（％）を算出し、下記の基準で評価した。この容量維持率の値が高いほど、放電容量の低下が少なく、サイクル特性に優れていることを示す。
Ａ：容量維持率ΔＣが９０％以上
Ｂ：容量維持率ΔＣが８８．５％以上９０％未満
Ｃ：容量維持率ΔＣが８７％以上８８．５％未満
Ｄ：容量維持率ΔＣが８７％未満
（実施例１）
本発明の電気化学素子の一例として、本発明の電気化学素子用正極を備える、リチウムイオン二次電池を製造した。以下に、各工程について詳述する。
＜正極用バインダーの調製＞
内容積１０リットルの反応器中に、イオン交換水１００部、並びに単量体としてのアクリロニトリル３５質量部及び１，３−ブタジエン６５質量部を仕込み、乳化剤としてオレイン酸カリウム２部、安定剤としてリン酸カリウム０．１部、さらに、分子量調整剤として２，２′，４，６，６′−ペンタメチルヘプタン−４−チオール（ＴＩＢＭ）０．５部を加えて、重合開始剤として過硫酸カリウム０．３５部の存在下に３０℃で乳化重合を行い、ブタジエンとアクリロニトリルとを共重合した。
重合転化率が９０％に達した時点で、単量体１００部あたり０．２部のヒドロキシルアミン硫酸塩を添加して重合を停止させた。続いて、加温し、減圧下で約７０℃にて水蒸気蒸留して、残留単量体を回収した後、老化防止剤としてアルキル化フェノールを２部添加して、重合体の水分散液を得た。
次に、得られた重合体の水分散液４００ｍＬ（全固形分：４８ｇ）を、撹拌機付きの１リットルオートクレーブに投入し、窒素ガスを１０分間流して共重合体溶液中の溶存酸素を除去した。その後、水素化反応触媒として、酢酸パラジウム５０ｍｇを、Ｐｄに対して４倍モル当量の硝酸を添加した水１８０ｍＬに溶解して、添加した。系内を水素ガスで２回置換した後、３ＭＰａ（ゲージ圧）まで水素ガスで加圧した状態でオートクレーブの内容物を５０℃に加温し、６時間水素化反応させた。
その後、内容物を常温に戻し、系内を窒素雰囲気とした後、エバポレータを用いて、固形分濃度が４０％となるまで濃縮して、正極用バインダーとしての水素化ニトリルゴムを得た。
そして、正極用バインダーとしての水素化ニトリルゴムの固形分濃度４０％の水溶液に対して、ＮＭＰを添加した後に、減圧蒸留を実施して水および過剰なＮＭＰを除去し、固形分濃度８％の水素化ニトリルゴムのＮＭＰ溶液を得た。
＜導電材ペーストの調製＞
導電材としての多層カーボンナノチューブ（ＢＥＴ比表面積：１５０ｍ２／ｇ）１部と、上記に従って得られた、正極用バインダーとしての水素化ニトリルゴムを４部（固形分相当）、イミダゾール化合物（Ｉ）としての１-シアノエチル-２-エチル-４-メチルイミダゾール（下式（１））を０．３０部と、有機溶媒として適量のＮＭＰとを添加し、ディスパーにて撹拌（３０００ｒｐｍ、６０分）し、その後、直径１ｍｍのジルコニアビーズを用いたビーズミルを使用し、周速８ｍ／ｓにて１時間混合することにより、導電材ペーストを製造した。なお、導電材ペーストは、レオメーター（Ａｎｔｏｎ Ｐａａｒ社製、「ＭＣＲ３０２」）を使用した計測の結果、温度２５℃、せん断速度０．１ｓ−１における粘度が４９０００ｍＰａ・ｓであるとともに、固形分濃度の値が７．９質量％であった。
本発明の電気化学素子の一例として、本発明の電気化学素子用正極を備える、リチウムイオン二次電池を製造した。以下に、各工程について詳述する。
＜正極用バインダーの調製＞
内容積１０リットルの反応器中に、イオン交換水１００部、並びに単量体としてのアクリロニトリル３５質量部及び１，３−ブタジエン６５質量部を仕込み、乳化剤としてオレイン酸カリウム２部、安定剤としてリン酸カリウム０．１部、さらに、分子量調整剤として２，２′，４，６，６′−ペンタメチルヘプタン−４−チオール（ＴＩＢＭ）０．５部を加えて、重合開始剤として過硫酸カリウム０．３５部の存在下に３０℃で乳化重合を行い、ブタジエンとアクリロニトリルとを共重合した。
重合転化率が９０％に達した時点で、単量体１００部あたり０．２部のヒドロキシルアミン硫酸塩を添加して重合を停止させた。続いて、加温し、減圧下で約７０℃にて水蒸気蒸留して、残留単量体を回収した後、老化防止剤としてアルキル化フェノールを２部添加して、重合体の水分散液を得た。
次に、得られた重合体の水分散液４００ｍＬ（全固形分：４８ｇ）を、撹拌機付きの１リットルオートクレーブに投入し、窒素ガスを１０分間流して共重合体溶液中の溶存酸素を除去した。その後、水素化反応触媒として、酢酸パラジウム５０ｍｇを、Ｐｄに対して４倍モル当量の硝酸を添加した水１８０ｍＬに溶解して、添加した。系内を水素ガスで２回置換した後、３ＭＰａ（ゲージ圧）まで水素ガスで加圧した状態でオートクレーブの内容物を５０℃に加温し、６時間水素化反応させた。
その後、内容物を常温に戻し、系内を窒素雰囲気とした後、エバポレータを用いて、固形分濃度が４０％となるまで濃縮して、正極用バインダーとしての水素化ニトリルゴムを得た。
そして、正極用バインダーとしての水素化ニトリルゴムの固形分濃度４０％の水溶液に対して、ＮＭＰを添加した後に、減圧蒸留を実施して水および過剰なＮＭＰを除去し、固形分濃度８％の水素化ニトリルゴムのＮＭＰ溶液を得た。
＜導電材ペーストの調製＞
導電材としての多層カーボンナノチューブ（ＢＥＴ比表面積：１５０ｍ２／ｇ）１部と、上記に従って得られた、正極用バインダーとしての水素化ニトリルゴムを４部（固形分相当）、イミダゾール化合物（Ｉ）としての１-シアノエチル-２-エチル-４-メチルイミダゾール（下式（１））を０．３０部と、有機溶媒として適量のＮＭＰとを添加し、ディスパーにて撹拌（３０００ｒｐｍ、６０分）し、その後、直径１ｍｍのジルコニアビーズを用いたビーズミルを使用し、周速８ｍ／ｓにて１時間混合することにより、導電材ペーストを製造した。なお、導電材ペーストは、レオメーター（Ａｎｔｏｎ Ｐａａｒ社製、「ＭＣＲ３０２」）を使用した計測の結果、温度２５℃、せん断速度０．１ｓ−１における粘度が４９０００ｍＰａ・ｓであるとともに、固形分濃度の値が７．９質量％であった。
＜二次電池正極用スラリー組成物の調製および正極の製造＞
上述の導電材ペースト中に、正極活物質として層状構造を有する三元系活物質（ＬｉＮｉ0.5Ｃｏ0.2Ｍｎ0.3Ｏ2）（平均粒子径：１０μｍ）１００部と、有機溶媒として適量のＮＭＰとを添加し、ディスパーにて撹拌し（３０００ｒｐｍ、２０分）、本発明の電気化学素子正極用スラリー組成物であるリチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物を調製した。ＮＭＰの添加量は、得られる正極用スラリーの６０ｒｐｍでの粘度が３０００〜４０００ｍＰａ・sの範囲内となるように調整した。そして、上記に従って固形分濃度を測定した。結果を表１に示す。
集電体として、厚さ２０μｍのアルミ箔を準備した。上述のようにして得た正極用スラリーをコンマコーターでアルミ箔の片面に乾燥後の目付量が２０ｍｇ／ｃｍ2になるように塗布し、９０℃で２０分、１２０℃で２０分間乾燥後、６０℃で１０時間加熱処理して正極原反を得た。この正極原反をロールプレスで圧延し、密度が３．２ｇ／ｃｍ3の正極合材層とアルミ箔とからなるシート状正極を作製した。そして、シート状正極を幅４８．０ｍｍ、長さ４７ｃｍに切断して、リチウムイオン二次電池用正極とした。
上述の導電材ペースト中に、正極活物質として層状構造を有する三元系活物質（ＬｉＮｉ0.5Ｃｏ0.2Ｍｎ0.3Ｏ2）（平均粒子径：１０μｍ）１００部と、有機溶媒として適量のＮＭＰとを添加し、ディスパーにて撹拌し（３０００ｒｐｍ、２０分）、本発明の電気化学素子正極用スラリー組成物であるリチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物を調製した。ＮＭＰの添加量は、得られる正極用スラリーの６０ｒｐｍでの粘度が３０００〜４０００ｍＰａ・sの範囲内となるように調整した。そして、上記に従って固形分濃度を測定した。結果を表１に示す。
集電体として、厚さ２０μｍのアルミ箔を準備した。上述のようにして得た正極用スラリーをコンマコーターでアルミ箔の片面に乾燥後の目付量が２０ｍｇ／ｃｍ2になるように塗布し、９０℃で２０分、１２０℃で２０分間乾燥後、６０℃で１０時間加熱処理して正極原反を得た。この正極原反をロールプレスで圧延し、密度が３．２ｇ／ｃｍ3の正極合材層とアルミ箔とからなるシート状正極を作製した。そして、シート状正極を幅４８．０ｍｍ、長さ４７ｃｍに切断して、リチウムイオン二次電池用正極とした。
＜リチウムイオン二次電池用負極の作製＞
負極活物質としての球状人造黒鉛（体積平均粒子径：１２μｍ）９０部とＳｉＯＸ（体積平均粒子径：１０μｍ）１０部との混合物と、負極用バインダーとしてのスチレンブタジエン重合体１部と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース１部と、分散媒としての適量の水とをプラネタリーミキサーにて撹拌し、二次電池負極用スラリー組成物を調製した。
次に、集電体として、厚さ１５μｍの銅箔を準備した。そして、二次電池負極用スラリー組成物を銅箔の片面に乾燥後の塗布量が１０ｍｇ／ｃｍ2になるように塗布し、６０℃で２０分、１２０℃で２０分間乾燥した。その後、１５０℃で２時間加熱処理して、負極原反を得た。この負極原反をロールプレスで圧延し、密度が１．６ｇ／ｃｍ3の負極合材層と、銅箔とからなるシート状負極を作製した。そして、シート状負極を幅５０．０ｍｍ、長さ５２ｃｍに切断して、リチウムイオン二次電池用負極とした。
負極活物質としての球状人造黒鉛（体積平均粒子径：１２μｍ）９０部とＳｉＯＸ（体積平均粒子径：１０μｍ）１０部との混合物と、負極用バインダーとしてのスチレンブタジエン重合体１部と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース１部と、分散媒としての適量の水とをプラネタリーミキサーにて撹拌し、二次電池負極用スラリー組成物を調製した。
次に、集電体として、厚さ１５μｍの銅箔を準備した。そして、二次電池負極用スラリー組成物を銅箔の片面に乾燥後の塗布量が１０ｍｇ／ｃｍ2になるように塗布し、６０℃で２０分、１２０℃で２０分間乾燥した。その後、１５０℃で２時間加熱処理して、負極原反を得た。この負極原反をロールプレスで圧延し、密度が１．６ｇ／ｃｍ3の負極合材層と、銅箔とからなるシート状負極を作製した。そして、シート状負極を幅５０．０ｍｍ、長さ５２ｃｍに切断して、リチウムイオン二次電池用負極とした。
＜リチウムイオン二次電池の作製＞
作製したリチウムイオン二次電池用正極とリチウムイオン二次電池用負極とを電極合剤層同士が向かい合うようにし、厚さ１５μｍのセパレータ（ポリプロピレン製の微多孔膜）を介在させて、直径２０ｍｍの芯を用いて捲回し、捲回体を得た。そして、得られた捲回体を、１０ｍｍ／秒の速度で厚さ４．５ｍｍになるまで一方向から圧縮した。なお、圧縮後の捲回体は平面視楕円形をしており、その長径と短径との比（長径／短径）は７．７であった。
また、電解液（濃度１．０ＭのＬｉＰＦ6溶液（溶媒は、エチレンカーボネート／エチルメチルカーボネート＝３／７（質量比）の混合溶媒にフルオロエチレンカーボネート５質量％を添加した混合溶液であり、添加剤としてビニレンカーボネート２体積％を添加））を準備した。
その後、圧縮後の捲回体をアルミ製ラミネートケース内に３．２ｇの電解液とともに収容した。そして、二次電池用負極の所定の箇所にニッケルリード線を接続し、二次電池用正極の所定の箇所にアルミニウムリード線を接続したのち、ケースの開口部を熱で封口し、本発明の電気化学素子としてのリチウムイオン二次電池を得た。このリチウムイオン二次電池は、幅３５ｍｍ、高さ６０ｍｍ、厚さ５ｍｍのパウチ形であり、電池の公称容量は７００ｍＡｈであった。
得られたリチウムイオン二次電池について、低温出力特性及びサイクル特性を評価した。結果を表１に示す。
作製したリチウムイオン二次電池用正極とリチウムイオン二次電池用負極とを電極合剤層同士が向かい合うようにし、厚さ１５μｍのセパレータ（ポリプロピレン製の微多孔膜）を介在させて、直径２０ｍｍの芯を用いて捲回し、捲回体を得た。そして、得られた捲回体を、１０ｍｍ／秒の速度で厚さ４．５ｍｍになるまで一方向から圧縮した。なお、圧縮後の捲回体は平面視楕円形をしており、その長径と短径との比（長径／短径）は７．７であった。
また、電解液（濃度１．０ＭのＬｉＰＦ6溶液（溶媒は、エチレンカーボネート／エチルメチルカーボネート＝３／７（質量比）の混合溶媒にフルオロエチレンカーボネート５質量％を添加した混合溶液であり、添加剤としてビニレンカーボネート２体積％を添加））を準備した。
その後、圧縮後の捲回体をアルミ製ラミネートケース内に３．２ｇの電解液とともに収容した。そして、二次電池用負極の所定の箇所にニッケルリード線を接続し、二次電池用正極の所定の箇所にアルミニウムリード線を接続したのち、ケースの開口部を熱で封口し、本発明の電気化学素子としてのリチウムイオン二次電池を得た。このリチウムイオン二次電池は、幅３５ｍｍ、高さ６０ｍｍ、厚さ５ｍｍのパウチ形であり、電池の公称容量は７００ｍＡｈであった。
得られたリチウムイオン二次電池について、低温出力特性及びサイクル特性を評価した。結果を表１に示す。
（実施例２〜９）
イミダゾール化合物（Ｉ）として、表１に示す各置換基を有する、下記に示す一般式（２）〜（９）に従うイミダゾール化合物（２）〜（９）をそれぞれ用いた以外は、実施例１と同様にして各種操作及び評価を実施した。結果を表１に示す。
イミダゾール化合物（Ｉ）として、表１に示す各置換基を有する、下記に示す一般式（２）〜（９）に従うイミダゾール化合物（２）〜（９）をそれぞれ用いた以外は、実施例１と同様にして各種操作及び評価を実施した。結果を表１に示す。
（実施例１０〜１５、２２）
＜導電材ペーストの調製＞工程で添加するイミダゾール化合物（Ｉ）としての１−シアノエチル−２−エチル−４−メチルイミダゾールの添加量を表１又は表２に示す通りに変更した以外は、実施例１と同様にして各種評価及び測定を行った。結果を表１又は表２に示す。
＜導電材ペーストの調製＞工程で添加するイミダゾール化合物（Ｉ）としての１−シアノエチル−２−エチル−４−メチルイミダゾールの添加量を表１又は表２に示す通りに変更した以外は、実施例１と同様にして各種評価及び測定を行った。結果を表１又は表２に示す。
（実施例１６）
正極活物質をリチウム含有コバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ2、平均粒子径：１０μｍ）に変更した以外は、実施例１と同様にして各種評価及び測定を行った。結果を表２に示す。
正極活物質をリチウム含有コバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ2、平均粒子径：１０μｍ）に変更した以外は、実施例１と同様にして各種評価及び測定を行った。結果を表２に示す。
（実施例１７）
＜導電材ペーストの調製＞工程で用いる正極用バインダーを下記のようにして調製した正極用バインダーに変更した以外は、実施例１と同様にして各種評価及び測定を行った。結果を表２に示す。
＜正極用バインダーの調製＞
内容積１０リットルの反応器中に、イオン交換水３７４．５質量部、ジエタノールアミン０．５質量部、次亜リン酸ナトリウム２５質量部を仕込み、９０℃に昇温した。単量体としてのＮ−ビニルピロリドン５００質量部を１８０分かけて、重合開始剤としての２，２’−アゾビス−２−アミジノプロパン二塩酸塩１０質量部とイオン交換水９０質量部からなる開始剤水溶液を２１０分かけて、反応容器に添加した。さらに２，２’−アゾビス−２−アミジノプロパン二塩酸塩０．５質量部とイオン交換水４．５質量部からなる水溶液を、それぞれ、重合開始剤の添加開始時点から２１０分後、２４０分後に一括で添加した。さらにｐＨ調整剤として、１０質量％マロン酸水溶液８．０質量部を、重合開始剤の添加開始時点から２７０分後に添加した。そして、重合開始剤の添加開始時点から２７０分後以降であって、且つ単量体消費量が９９％となった時点で反応を終了して、ポリビニルピロリドン水溶液を得た。
そして、ポリビニルピロリドン水溶液に対して、ＮＭＰを添加した後に、減圧蒸留を実施して水および過剰なＮＭＰを除去し、固形分濃度８％のポリビニルピロリドンのＮＭＰ溶液を得た。
そして、上記に従って得られたポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）のＮＭＰ溶液と、別途調製したポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）のＮＭＰ溶液とを、ＰＶＰとＰＶＤＦとが質量比で５０：５０となるように混合し、正極用バインダーのＮＭＰ溶液を得た。
＜導電材ペーストの調製＞工程で用いる正極用バインダーを下記のようにして調製した正極用バインダーに変更した以外は、実施例１と同様にして各種評価及び測定を行った。結果を表２に示す。
＜正極用バインダーの調製＞
内容積１０リットルの反応器中に、イオン交換水３７４．５質量部、ジエタノールアミン０．５質量部、次亜リン酸ナトリウム２５質量部を仕込み、９０℃に昇温した。単量体としてのＮ−ビニルピロリドン５００質量部を１８０分かけて、重合開始剤としての２，２’−アゾビス−２−アミジノプロパン二塩酸塩１０質量部とイオン交換水９０質量部からなる開始剤水溶液を２１０分かけて、反応容器に添加した。さらに２，２’−アゾビス−２−アミジノプロパン二塩酸塩０．５質量部とイオン交換水４．５質量部からなる水溶液を、それぞれ、重合開始剤の添加開始時点から２１０分後、２４０分後に一括で添加した。さらにｐＨ調整剤として、１０質量％マロン酸水溶液８．０質量部を、重合開始剤の添加開始時点から２７０分後に添加した。そして、重合開始剤の添加開始時点から２７０分後以降であって、且つ単量体消費量が９９％となった時点で反応を終了して、ポリビニルピロリドン水溶液を得た。
そして、ポリビニルピロリドン水溶液に対して、ＮＭＰを添加した後に、減圧蒸留を実施して水および過剰なＮＭＰを除去し、固形分濃度８％のポリビニルピロリドンのＮＭＰ溶液を得た。
そして、上記に従って得られたポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）のＮＭＰ溶液と、別途調製したポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）のＮＭＰ溶液とを、ＰＶＰとＰＶＤＦとが質量比で５０：５０となるように混合し、正極用バインダーのＮＭＰ溶液を得た。
（実施例１８）
＜導電材ペーストの調製＞工程で用いる正極用バインダーを下記のようにして調製した正極用バインダーに変更した以外は、実施例１と同様にして各種評価及び測定を行った。結果を表２に示す。
＜正極用バインダーの調製＞
重合缶Ａに、単量体としての２−エチルヘキシルアクリレート１０．７５部及びアクリロニトリル１．２５部、ラウリル硫酸ナトリウム０．１２部、イオン交換水７９部を加え、重合開始剤としての過硫酸アンモニウム０．２部、イオン交換水１０部を加え６０℃に加温し９０分撹拌した。その後、別の重合缶Ｂに単量体としての２−エチルヘキシルアクリレート６６．８部、アクリロニトリル１９．０部、メタクリル酸２．０部、及びアリルメタクリレート０．２部、ラウリル硫酸ナトリウム０．７部、イオン交換水４６部を加えて撹拌して作製したエマルジョンを約１８０分かけて重合缶Ｂから重合缶Ａに逐次添加した後、約１２０分撹拌してモノマー消費量が９５％になったところで冷却して反応を終了し、その後４％ＮａＯＨ水溶液でｐＨ調整し、正極用バインダーとしてのアクリルゴムの水分散液を得た。
そして、上記に従って得られたアクリルゴムの水分散液に対して、ＮＭＰを添加した後に、減圧蒸留を実施して水および過剰なＮＭＰを除去し、固形分濃度８％のアクリルゴムのＮＭＰ溶液を得た。
＜導電材ペーストの調製＞工程で用いる正極用バインダーを下記のようにして調製した正極用バインダーに変更した以外は、実施例１と同様にして各種評価及び測定を行った。結果を表２に示す。
＜正極用バインダーの調製＞
重合缶Ａに、単量体としての２−エチルヘキシルアクリレート１０．７５部及びアクリロニトリル１．２５部、ラウリル硫酸ナトリウム０．１２部、イオン交換水７９部を加え、重合開始剤としての過硫酸アンモニウム０．２部、イオン交換水１０部を加え６０℃に加温し９０分撹拌した。その後、別の重合缶Ｂに単量体としての２−エチルヘキシルアクリレート６６．８部、アクリロニトリル１９．０部、メタクリル酸２．０部、及びアリルメタクリレート０．２部、ラウリル硫酸ナトリウム０．７部、イオン交換水４６部を加えて撹拌して作製したエマルジョンを約１８０分かけて重合缶Ｂから重合缶Ａに逐次添加した後、約１２０分撹拌してモノマー消費量が９５％になったところで冷却して反応を終了し、その後４％ＮａＯＨ水溶液でｐＨ調整し、正極用バインダーとしてのアクリルゴムの水分散液を得た。
そして、上記に従って得られたアクリルゴムの水分散液に対して、ＮＭＰを添加した後に、減圧蒸留を実施して水および過剰なＮＭＰを除去し、固形分濃度８％のアクリルゴムのＮＭＰ溶液を得た。
（実施例１９）
＜導電材ペーストの調製＞工程で用いる正極用バインダーを下記のようにして調製した正極用バインダーに変更した以外は、実施例１と同様にして各種評価及び測定を行った。結果を表２に示す。
＜正極用バインダーの調製＞
メカニカルスターラーおよびコンデンサを装着した反応器Ａに、窒素雰囲気下、イオン交換水８５部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム０．２部を入れた後、撹拌しながら５５℃に加熱し、過硫酸カリウム０．３部を５．０％水溶液として反応器Ａに添加した。次いで、メカニカルスターラーを装着した上記とは別の反応器Ｂに、窒素雰囲気下、単量体であるアクリロニトリル９４．０部、アクリルアミド１．０部、アクリル酸２．０部、及びｎ−ブチルアクリレート３．０部、並びに、ドデシルベンゼンンスルホン酸ナトリウム０．６部、ターシャリードデシルメルカプタン０．０３５部、ポリオキシエチレンラウリルエーテル０．４部、およびイオン交換水８０部を添加し、これを撹拌乳化させて単量体混合液を調製した。そして、この単量体混合液を撹拌乳化させた状態にて、５時間かけて一定の速度で反応器Ａに添加し、重合転化率が９５％になるまで反応させ、正極用バインダーとしてのポリアクリロニトリル系共重合体の水分散液を得た。
そして、上記に従って得られたポリアクリロニトリル系共重合体の水分散液に対して、ＮＭＰを添加した後に、減圧蒸留を実施して水および過剰なＮＭＰを除去し、固形分濃度６％のポリアクリロニトリル系共重合体のＮＭＰ溶液を得た。
＜導電材ペーストの調製＞工程で用いる正極用バインダーを下記のようにして調製した正極用バインダーに変更した以外は、実施例１と同様にして各種評価及び測定を行った。結果を表２に示す。
＜正極用バインダーの調製＞
メカニカルスターラーおよびコンデンサを装着した反応器Ａに、窒素雰囲気下、イオン交換水８５部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム０．２部を入れた後、撹拌しながら５５℃に加熱し、過硫酸カリウム０．３部を５．０％水溶液として反応器Ａに添加した。次いで、メカニカルスターラーを装着した上記とは別の反応器Ｂに、窒素雰囲気下、単量体であるアクリロニトリル９４．０部、アクリルアミド１．０部、アクリル酸２．０部、及びｎ−ブチルアクリレート３．０部、並びに、ドデシルベンゼンンスルホン酸ナトリウム０．６部、ターシャリードデシルメルカプタン０．０３５部、ポリオキシエチレンラウリルエーテル０．４部、およびイオン交換水８０部を添加し、これを撹拌乳化させて単量体混合液を調製した。そして、この単量体混合液を撹拌乳化させた状態にて、５時間かけて一定の速度で反応器Ａに添加し、重合転化率が９５％になるまで反応させ、正極用バインダーとしてのポリアクリロニトリル系共重合体の水分散液を得た。
そして、上記に従って得られたポリアクリロニトリル系共重合体の水分散液に対して、ＮＭＰを添加した後に、減圧蒸留を実施して水および過剰なＮＭＰを除去し、固形分濃度６％のポリアクリロニトリル系共重合体のＮＭＰ溶液を得た。
（実施例２０）
＜導電材ペーストの調製＞工程で用いる正極用バインダーをポリフッ化ビニリデンに変更した以外は、実施例１と同様にして各種評価及び測定を行った。結果を表２に示す。
＜導電材ペーストの調製＞工程で用いる正極用バインダーをポリフッ化ビニリデンに変更した以外は、実施例１と同様にして各種評価及び測定を行った。結果を表２に示す。
（実施例２１）
＜導電材ペーストの調製＞工程で用いる導電材をケッチェンブラック（ＢＥＴ比表面積：８００ｍ２／ｇ）に変更した以外は、実施例１と同様にして各種評価及び測定を行った。結果を表２に示す。
＜導電材ペーストの調製＞工程で用いる導電材をケッチェンブラック（ＢＥＴ比表面積：８００ｍ２／ｇ）に変更した以外は、実施例１と同様にして各種評価及び測定を行った。結果を表２に示す。
（比較例１）
＜導電材ペーストの調製＞工程で添加するイミダゾール化合物（Ｉ）に代えて、所定の構造を含まないイミダゾリウム塩である、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムクロライド（下式（１０））を配合した以外は、実施例１と同様にして各種評価及び測定を行った。結果を表２に示す。
＜導電材ペーストの調製＞工程で添加するイミダゾール化合物（Ｉ）に代えて、所定の構造を含まないイミダゾリウム塩である、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムクロライド（下式（１０））を配合した以外は、実施例１と同様にして各種評価及び測定を行った。結果を表２に示す。
（比較例２）
＜導電材ペーストの調製＞工程でイミダゾール化合物（Ｉ）を添加しなかった以外は、実施例１と同様にして各種評価及び測定を行った。結果を表２に示す。
＜導電材ペーストの調製＞工程でイミダゾール化合物（Ｉ）を添加しなかった以外は、実施例１と同様にして各種評価及び測定を行った。結果を表２に示す。
（比較例３）
＜導電材ペーストの調製＞工程で添加するイミダゾール化合物（Ｉ）に代えて、所定の構造を有さないイミダゾール化合物であるベンゾイミダゾール（下式（１１））を配合した以外は、実施例１と同様にして各種評価及び測定を行った。結果を表２に示す。
＜導電材ペーストの調製＞工程で添加するイミダゾール化合物（Ｉ）に代えて、所定の構造を有さないイミダゾール化合物であるベンゾイミダゾール（下式（１１））を配合した以外は、実施例１と同様にして各種評価及び測定を行った。結果を表２に示す。
表１、２中、イミダゾール化合物の各置換基については、下記一般式（α）に記載のＸ0〜Ｘ4に対応して示す。
また、表１及び表２中、
「ＮＭＣ５３２」は、ＬｉＮｉ0.5Ｃｏ0.2Ｍｎ0.3Ｏ2を、
「ＭＷＣＮＴ」は、多層カーボンナノチューブを、
「ＨＮＢＲ」は、水素化ニトリルゴムを、
「ＮＭＰ」は、Ｎ−メチルピロリドンを、
「ＬＣＯ」は、ＬｉＣｏＯ2を、
「ＰＶＰ」は、ポリビニルピロリドンを、
「ＰＶＤＦ」は、ポリフッ化ビニリデンを、
「ＡＣＭ」は、アクリルゴムを、
「ＰＡＮ」は、ポリアクリロニトリル系共重合体を、
「ＫＢ」は、ケッチェンブラックを、
「ＣＥＥＭＩ」は、１−シアノエチル−２−エチル−４−メチルイミダゾールを、
「ＤＭＥ」は、１，２−ジメチルイミダゾールを、
「ＥＩ」は、４−エチルイミダゾールを、
「ＰＩ」は、２−フェニルイミダゾールを、
「ＣＥＵＩ」は、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾールを、
「ＩＣ」は、４−イミダゾールカルボン酸を、
「ＩＣＮ」は、１Ｈ−イミダゾール−４−カルボニトリルを、
「ＮＩ」は、４−ニトロイミダゾールを、
「ＩＣＡ」は、イミダゾール−２−カルボキシアルデヒドを、
「ＥＭＩＣｌ」は、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムクロライドを、
「ＢＩ」は、ベンゾイミダゾールを、
それぞれ示す。
「ＮＭＣ５３２」は、ＬｉＮｉ0.5Ｃｏ0.2Ｍｎ0.3Ｏ2を、
「ＭＷＣＮＴ」は、多層カーボンナノチューブを、
「ＨＮＢＲ」は、水素化ニトリルゴムを、
「ＮＭＰ」は、Ｎ−メチルピロリドンを、
「ＬＣＯ」は、ＬｉＣｏＯ2を、
「ＰＶＰ」は、ポリビニルピロリドンを、
「ＰＶＤＦ」は、ポリフッ化ビニリデンを、
「ＡＣＭ」は、アクリルゴムを、
「ＰＡＮ」は、ポリアクリロニトリル系共重合体を、
「ＫＢ」は、ケッチェンブラックを、
「ＣＥＥＭＩ」は、１−シアノエチル−２−エチル−４−メチルイミダゾールを、
「ＤＭＥ」は、１，２−ジメチルイミダゾールを、
「ＥＩ」は、４−エチルイミダゾールを、
「ＰＩ」は、２−フェニルイミダゾールを、
「ＣＥＵＩ」は、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾールを、
「ＩＣ」は、４−イミダゾールカルボン酸を、
「ＩＣＮ」は、１Ｈ−イミダゾール−４−カルボニトリルを、
「ＮＩ」は、４−ニトロイミダゾールを、
「ＩＣＡ」は、イミダゾール−２−カルボキシアルデヒドを、
「ＥＭＩＣｌ」は、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムクロライドを、
「ＢＩ」は、ベンゾイミダゾールを、
それぞれ示す。
表１、２の実施例１〜２２より、特定の構造を有するイミダゾール化合物を配合することで、固形分濃度の高い導電材ペースト及びスラリー組成物を得ることができ、結果的に、低温出力特性及びサイクル特性の高い二次電池が得られることが分かる。
また、上記一般式（α）におけるＸ0の位置にメチル基が結合してなる１−エチル−３−メチルイミダゾリウムクロライドを用いた比較例１、及び上記一般式（α）におけるＸ3及びＸ4が相互に独立しておらず、共に環構造を形成しているベンゾイミダゾールを用いた比較例３では、固形分濃度の高い導電材ペースト及びスラリー組成物を得ることができず、結果的に、低温出力特性及びサイクル特性の高い二次電池が得られなかったことが分かる。さらにまた、イミダゾール化合物を配合しなかった比較例２でも、固形分濃度の高い導電材ペースト及びスラリー組成物を得ることができず、結果的に、低温出力特性及びサイクル特性の高い二次電池が得られなかったことが分かる。
また、上記一般式（α）におけるＸ0の位置にメチル基が結合してなる１−エチル−３−メチルイミダゾリウムクロライドを用いた比較例１、及び上記一般式（α）におけるＸ3及びＸ4が相互に独立しておらず、共に環構造を形成しているベンゾイミダゾールを用いた比較例３では、固形分濃度の高い導電材ペースト及びスラリー組成物を得ることができず、結果的に、低温出力特性及びサイクル特性の高い二次電池が得られなかったことが分かる。さらにまた、イミダゾール化合物を配合しなかった比較例２でも、固形分濃度の高い導電材ペースト及びスラリー組成物を得ることができず、結果的に、低温出力特性及びサイクル特性の高い二次電池が得られなかったことが分かる。
本発明によれば、固形分濃度が高く、得られる電気化学素子の低温出力特性及びサイクル特性を高めることができる、電気化学素子用導電材ペーストを提供することができる。
また、本発明によれば、固形分濃度が高く、得られる電気化学素子の低温出力特性及びサイクル特性を高めることができる、電気化学素子正極用スラリー組成物、及びかかるスラリー組成物の製造方法を提供することができる。
さらに、本発明によれば、電気化学素子の低温出力特性及びサイクル特性を高めることができる電気化学素子用正極を提供することができる。
さらにまた、本発明によれば、低温出力特性及びサイクル特性に優れる電気化学素子を提供することができる。
また、本発明によれば、固形分濃度が高く、得られる電気化学素子の低温出力特性及びサイクル特性を高めることができる、電気化学素子正極用スラリー組成物、及びかかるスラリー組成物の製造方法を提供することができる。
さらに、本発明によれば、電気化学素子の低温出力特性及びサイクル特性を高めることができる電気化学素子用正極を提供することができる。
さらにまた、本発明によれば、低温出力特性及びサイクル特性に優れる電気化学素子を提供することができる。
Claims (10)
- 導電材、イミダゾール化合物、バインダー、及び有機溶媒を含む電気化学素子用導電材ペーストであり、
前記イミダゾール化合物が下式（Ｉ）：
- 前記式（Ｉ）中、Ｘ1〜Ｘ4が、複素環構造を非含有である、請求項１に記載の電気化学素子用導電材ペースト。
- 前記式（Ｉ）中、Ｘ1〜Ｘ4が、それぞれ、水素、カルボキシル基、シアノ基、アルデヒド基、ニトロ基、カルボキシアルキル基、シアノアルキル基、アルキル基、及びアリール基から選択される少なくとも一種の有機基である、請求項１又は２に記載の電気化学素子用導電材ペースト。
- 前記式（Ｉ）で表されるイミダゾール化合物の含有量が、前記導電材１．００質量部に対して、０．０３質量部以上１．５０質量部以下である、請求項１〜３の何れかに記載の電気化学素子用導電材ペースト。
- 前記導電材が炭素材料である、請求項１〜４の何れかに記載の電気化学素子用導電材ペースト。
- 前記導電材の比表面積が、８０ｍ2／ｇ以上２０００ｍ2／ｇ以下である、請求項１〜５の何れかに記載の電気化学素子用導電材ペースト。
- 正極活物質と、請求項１〜６の何れかに記載の電気化学素子用導電材ペーストとを含む、電気化学素子正極用スラリー組成物。
- 請求項７に記載の電気化学素子正極用スラリー組成物を用いて形成された正極合材層を含む、電気化学素子用正極。
- 正極、負極、セパレータ及び電解液を備える電気化学素子であって、前記正極が、請求項８に記載の電気化学素子用正極である、電気化学素子。
- 請求項７に記載の電気化学素子正極用スラリー組成物の製造方法であって、
前記導電材、前記式（Ｉ）で表されるイミダゾール化合物、前記バインダー、及び前記有機溶媒を混合して、前記導電材ペーストを得る導電材ペースト調製工程と、
得られた前記導電材ペーストに対して、前記正極活物質を添加し混合してスラリー組成物を得るスラリー組成物調製工程と、
を含む、電気化学素子正極用スラリー組成物の製造方法。
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