WO2018101306A1 - 薄膜およびエネルギー貯蔵デバイス電極用アンダーコート箔 - Google Patents

薄膜およびエネルギー貯蔵デバイス電極用アンダーコート箔 Download PDF

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WO2018101306A1
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storage device
undercoat
thin film
undercoat layer
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佑紀 柴野
辰也 畑中
卓司 吉本
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日産化学工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an undercoat foil for a thin film and an energy storage device electrode.
  • metal tabs are welded to the positive electrode and the negative electrode, respectively, as terminals for taking out current from the positive electrode and the negative electrode.
  • the metal tab is usually welded to the current collector substrate, and even with the electrode having the undercoat layer formed, the metal tab is welded at the site where the undercoat layer and the active material layer are not formed on the current collector substrate. (For example, refer to Patent Document 1).
  • the basis weight is measured by cutting a test piece of an appropriate size from the undercoat foil, measuring its mass W0, and then peeling the undercoat layer from the undercoat foil as described in Patent Document 2. Measure the mass W1 after peeling the undercoat layer and calculate from the difference (W0-W1), or measure the mass W2 of the current collector substrate in advance, and then form the undercoat layer. The mass W3 of the coated foil is measured and calculated from the difference (W3-W2). The film thickness is measured with a scanning electron microscope or the like after cutting out a test piece of an appropriate size from the undercoat foil.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an energy storage device capable of ultrasonic welding and having a low resistance, and can easily manage the finish of the undercoat foil during production.
  • An object of the present invention is to provide a thin film providing an undercoat foil for use, an undercoat foil for an energy storage device electrode provided with the thin film on a current collecting substrate, an energy storage device electrode and an energy storage device provided with the undercoat foil .
  • the L * a * b * color specification has been obtained.
  • a thin film having a lightness L * in a specific range is suitable as an undercoat layer for an undercoat foil for an energy storage device electrode, and by adjusting the lightness L * of the undercoat layer to a predetermined range,
  • the present invention 1.
  • 1 to 12 thin film containing a conductive material 14 13 thin films in which the conductive material includes carbon black, ketjen black, acetylene black, carbon whisker, carbon nanotube, carbon fiber, natural graphite, artificial graphite, titanium oxide, ITO, ruthenium oxide, aluminum, or nickel, 15. 14 thin films in which the conductive material contains carbon nanotubes, 16. 15 thin films further containing a dispersant, 17.
  • An energy storage device electrode undercoat foil having a current collector substrate and an undercoat layer formed on at least one surface of the current collector substrate;
  • An undercoat foil for an energy storage device electrode comprising any one of 1 to 16 as the undercoat layer; 18.
  • An undercoat foil for an energy storage device electrode comprising the thin film according to any one of 1 to 16, wherein the current collecting substrate is an aluminum foil or a copper foil; 19.
  • An energy storage device electrode comprising 17 or 18 undercoat foil for an energy storage device electrode and an active material layer formed on a part or all of the surface of the undercoat layer; 20. 19 energy storage device electrodes formed such that the active material layer leaves the periphery of the undercoat layer and covers all other portions; 21.
  • An energy storage device comprising 19 or 20 energy storage device electrodes; 22.
  • At least one electrode structure comprising one or a plurality of 20 electrodes and a metal tab;
  • An energy storage device in which at least one of the electrodes is ultrasonically welded to the metal tab at a portion where the undercoat layer is formed and the active material layer is not formed; 23.
  • a method of manufacturing an energy storage device using one or a plurality of 20 electrodes A method for producing an energy storage device, comprising: ultrasonically welding at least one of the electrodes to a metal tab at a portion where the undercoat layer is formed and the active material layer is not formed, 24.
  • a method for producing an energy storage device electrode wherein the lightness L * of the L * a * b * color system is measured by the SCI method, and an active material layer is formed on at least a part of the surface of the undercoat layer , 25.
  • an undercoat layer thickness evaluation method for measuring the L * a * b * color system brightness L * of the undercoat layer by the SCI method.
  • an undercoat foil for an energy storage device electrode that can be efficiently ultrasonically welded and can be easily managed during the production.
  • an electrode having this undercoat foil By using an electrode having this undercoat foil, a low-resistance energy storage device and a simple and efficient manufacturing method thereof can be provided.
  • the thin film according to the present invention has a lightness L * in a specific range measured under a predetermined condition.
  • An undercoat foil for an energy storage device electrode according to the present invention (hereinafter referred to as an undercoat foil) is a current collector. It has a substrate and an undercoat layer formed on at least one surface of the current collecting substrate, and the thin film is provided as the undercoat layer.
  • Examples of the energy storage device in the present invention include various energy storage devices such as an electric double layer capacitor, a lithium secondary battery, a lithium ion secondary battery, a proton polymer battery, a nickel hydrogen battery, an aluminum solid capacitor, an electrolytic capacitor, and a lead storage battery.
  • the undercoat foil of the present invention can be suitably used for electric double layer capacitors and lithium ion secondary batteries.
  • Examples of the conductive material used in the present invention include carbon black, ketjen black, acetylene black, carbon whisker, carbon nanotube (CNT), carbon fiber, natural graphite, artificial graphite, titanium oxide, ITO, ruthenium oxide, aluminum, nickel From the viewpoint of forming a uniform thin film, it is preferable to use CNT.
  • CNTs are generally produced by arc discharge, chemical vapor deposition (CVD), laser ablation, etc., but the CNTs used in the present invention may be obtained by any method. .
  • a single-layer CNT (hereinafter also abbreviated as SWCNT) in which a single carbon film (graphene sheet) is wound in a cylindrical shape and two layers in which two graphene sheets are wound in a concentric shape.
  • CNT hereinafter abbreviated as DWCNT
  • MWCNT multi-layer CNT in which a plurality of graphene sheets are concentrically wound.
  • SWCNT, DWCNT, and MWCNT are respectively Can be used alone or in combination.
  • the undercoat layer of the present invention is preferably prepared using a CNT-containing composition (dispersion) containing CNT, a solvent, and, if necessary, a matrix polymer and / or a CNT dispersant.
  • the solvent is not particularly limited as long as it is conventionally used for the preparation of a CNT-containing composition.
  • a CNT-containing composition For example, water; tetrahydrofuran (THF), diethyl ether, 1,2-dimethoxyethane (DME), etc.
  • Ethers halogenated hydrocarbons such as methylene chloride, chloroform, 1,2-dichloroethane; N, N-dimethylformamide (DMF), N, N-dimethylacetamide (DMAc), N-methyl-2-pyrrolidone ( Amides such as NMP); ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, and cyclohexanone; alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, and n-propanol; aliphatic hydrocarbons such as n-heptane, n-hexane, and cyclohexane Class: Benzene, Torue Aromatic solvents such as xylene and ethylbenzene; glycol ethers such as ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether and propylene glycol monomethyl ether; and organic solvents such as glyco
  • water, NMP, DMF, THF, methanol, and isopropanol are preferable from the viewpoint that the ratio of isolated dispersion of CNT can be improved, and these solvents can be used alone or in combination of two or more. .
  • the matrix polymer examples include polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer [P (VDF-HFP)], Fluorine resin such as vinylidene fluoride-trichloroethylene copolymer [P (VDF-CTFE)], polyvinyl pyrrolidone, ethylene-propylene-diene terpolymer, PE (polyethylene), PP (polypropylene), Polyolefin resins such as EVA (ethylene-vinyl acetate copolymer), EEA (ethylene-ethyl acrylate copolymer); PS (polystyrene), HIPS (high impact polystyrene), AS (acrylonitrile-styrene copolymer), ABS Polystyrene resins such as nit
  • water As a solvent, Preferred are, for example, polyacrylic acid, ammonium polyacrylate, sodium polyacrylate, sodium carboxymethylcellulose, water-soluble cellulose ether, sodium alginate, polyvinyl alcohol, polystyrene sulfonic acid, polyethylene glycol, etc. , Ammonium polyacrylate, sodium polyacrylate, sodium carboxymethyl cellulose and the like are suitable.
  • the matrix polymer can also be obtained as a commercial product, and as such a commercial product, for example, Aron A-10H (polyacrylic acid, manufactured by Toagosei Co., Ltd., solid content concentration 26 mass%, aqueous solution), Aron A-30 (polyammonium acrylate, manufactured by Toagosei Co., Ltd., solid concentration 32% by mass, aqueous solution), sodium polyacrylate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., polymerization degree 2,700-7,500) ), Sodium carboxymethylcellulose (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), sodium alginate (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd., deer grade 1), Metroles SH series (hydroxypropylmethylcellulose, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), Metrows SE Series (hydroxyethylmethylcellulose, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), JC-25 (fully saponified polyvinyl
  • the CNT dispersant is not particularly limited, and can be appropriately selected from those conventionally used as CNT dispersants.
  • CMC carboxymethyl cellulose
  • PVP polyvinyl pyrrolidone
  • acrylic resin emulsion Water-soluble acrylic polymers, styrene emulsions, silicone emulsions, acrylic silicone emulsions, fluororesin emulsions, EVA emulsions, vinyl acetate emulsions, vinyl chloride emulsions, urethane resin emulsions, triarylamine-based polymers described in International Publication No. 2014/04280
  • Examples of the branched polymer include vinyl polymers having an oxazoline group in the side chain described in International Publication No. 2015/029949. In the present invention, International Publication No. 2014/04. 80 No. triarylamine hyperbranched polymer according vinyl polymer having an oxazoline group in a side chain of WO 2015/029949 Patent describes are suitable.
  • a highly branched polymer obtained by condensation polymerization of triarylamines and aldehydes and / or ketones represented by the following formulas (1) and (2) under acidic conditions is preferably used. It is done.
  • Ar 1 to Ar 3 each independently represent any divalent organic group represented by the formulas (3) to (7).
  • the substituted or unsubstituted phenylene group represented by (3) is preferred.
  • R 5 to R 38 each independently represents a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group which may have a branched structure having 1 to 5 carbon atoms, or a branched structure having 1 to 5 carbon atoms).
  • Z 1 and Z 2 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group which may have a branched structure having 1 to 5 carbon atoms, or the formula (8) Represents any monovalent organic group represented by (11) above (provided that Z 1 and Z 2 do not simultaneously become the above alkyl group), but Z 1 and Z 2 are each independently A hydrogen atom, a 2- or 3-thienyl group, or a group represented by the formula (8) is preferable, and in particular, one of Z 1 and Z 2 is a hydrogen atom, and the other is a hydrogen atom, 2- or More preferred is a 3-thienyl group, a group represented by the formula (8), particularly one in which R 41 is a phenyl group, or R 41 is a methoxy group.
  • R 41 is a phenyl group
  • an acidic group may be introduced onto the phenyl group when a method for introducing an acidic group after polymer production is used in the acidic group introduction method described later.
  • R 39 to R 62 each independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group which may have a branched structure having 1 to 5 carbon atoms, or a branched structure having 1 to 5 carbon atoms.
  • R 1 to R 38 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group which may have a branched structure having 1 to 5 carbon atoms, or a carbon number It represents an alkoxy group, a carboxyl group, a sulfo group, a phosphoric acid group, a phosphonic acid group, or a salt thereof, which may have 1 to 5 branched structures.
  • examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom.
  • examples of the alkyl group which may have a branched structure having 1 to 5 carbon atoms include methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, n -Pentyl group and the like.
  • alkoxy group which may have a branched structure having 1 to 5 carbon atoms include methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, isopropoxy group, n-butoxy group, sec-butoxy group, tert-butoxy group, Examples thereof include an n-pentoxy group.
  • Salts of carboxyl group, sulfo group, phosphoric acid group and phosphonic acid group include alkali metal salts such as sodium and potassium; group 2 metal salts such as magnesium and calcium; ammonium salts; propylamine, dimethylamine, triethylamine, ethylenediamine, etc. Aliphatic amine salts; alicyclic amine salts such as imidazoline, piperazine and morpholine; aromatic amine salts such as aniline and diphenylamine; pyridinium salts and the like.
  • R 39 to R 62 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group which may have a branched structure having 1 to 5 carbon atoms, or a carbon number of 1 Haloalkyl group, phenyl group, OR 63 , COR 63 , NR 63 R 64 , COOR 65 , which may have a branched structure of ⁇ 5 (in these formulas, R 63 and R 64 are each independently hydrogen Represents an atom, an alkyl group which may have a branched structure having 1 to 5 carbon atoms, a haloalkyl group which may have a branched structure having 1 to 5 carbon atoms, or a phenyl group, and R 65 represents the number of carbon atoms Represents an alkyl group which may have a branched structure of 1 to 5, a haloalkyl group which may have a branched structure of 1 to 5 carbon atoms,
  • the haloalkyl group which may have a branched structure having 1 to 5 carbon atoms includes difluoromethyl group, trifluoromethyl group, bromodifluoromethyl group, 2-chloroethyl group, 2-bromoethyl group, 1,1 -Difluoroethyl group, 2,2,2-trifluoroethyl group, 1,1,2,2-tetrafluoroethyl group, 2-chloro-1,1,2-trifluoroethyl group, pentafluoroethyl group, 3 -Bromopropyl group, 2,2,3,3-tetrafluoropropyl group, 1,1,2,3,3,3-hexafluoropropyl group, 1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane Examples include -2-yl group, 3-bromo-2-methylpropyl group, 4-bromobutyl group, perfluoropentyl group and the like. Examples of the halogen
  • the hyperbranched polymer has a carboxyl group in at least one aromatic ring of the repeating unit represented by the formula (1) or (2), Those having at least one acidic group selected from a sulfo group, a phosphoric acid group, a phosphonic acid group, and salts thereof are preferable, and those having a sulfo group or a salt thereof are more preferable.
  • aldehyde compound used for the production of the hyperbranched polymer examples include formaldehyde, paraformaldehyde, acetaldehyde, propylaldehyde, butyraldehyde, isobutyraldehyde, valeraldehyde, capronaldehyde, 2-methylbutyraldehyde, hexylaldehyde, undecylaldehyde, 7 -Saturated aliphatic aldehydes such as methoxy-3,7-dimethyloctylaldehyde, cyclohexanecarboxaldehyde, 3-methyl-2-butyraldehyde, glyoxal, malonaldehyde, succinaldehyde, glutaraldehyde, adipine aldehyde; acrolein, methacrolein Unsaturated aldehydes such as: furfural, pyridine aldehy
  • Examples of the ketone compound used in the production of the hyperbranched polymer include alkyl aryl ketones and diaryl ketones, such as acetophenone, propiophenone, diphenyl ketone, phenyl naphthyl ketone, dinaphthyl ketone, phenyl tolyl ketone, and ditolyl ketone. Etc.
  • the hyperbranched polymer used in the present invention includes, for example, a triarylamine compound that can give the above-described triarylamine skeleton as represented by the following formula (A), and the following formula, for example: It can be obtained by condensation polymerization of an aldehyde compound and / or a ketone compound as shown in (B) in the presence of an acid catalyst.
  • a bifunctional compound (C) such as phthalaldehyde such as terephthalaldehyde is used as the aldehyde compound, not only the reaction shown in Scheme 1 but also the reaction shown in Scheme 2 below occurs.
  • a hyperbranched polymer having a crosslinked structure in which two functional groups contribute to the condensation reaction may be obtained.
  • an aldehyde compound and / or a ketone compound can be used at a ratio of 0.1 to 10 equivalents with respect to 1 equivalent of the aryl group of the triarylamine compound.
  • the acid catalyst include mineral acids such as sulfuric acid, phosphoric acid and perchloric acid; organic sulfonic acids such as p-toluenesulfonic acid and p-toluenesulfonic acid monohydrate; carboxylic acids such as formic acid and oxalic acid. Etc. can be used.
  • the amount of the acid catalyst to be used is variously selected depending on the kind thereof, but is usually 0.001 to 10,000 parts by mass, preferably 0.01 to 1,000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the triarylamines. Part, more preferably 0.1 to 100 parts by weight.
  • the above condensation reaction can be carried out without a solvent, it is usually carried out using a solvent.
  • Any solvent that does not inhibit the reaction can be used.
  • cyclic ethers such as tetrahydrofuran and 1,4-dioxane; N, N-dimethylformamide (DMF), N, N-dimethylacetamide ( DMAc), amides such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP); ketones such as methyl isobutyl ketone and cyclohexanone; halogenated hydrocarbons such as methylene chloride, chloroform, 1,2-dichloroethane and chlorobenzene; benzene, And aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene.
  • solvents can be used alone or in admixture of two or more.
  • cyclic ethers are preferred.
  • the acid catalyst used is a liquid such as formic acid, the acid catalyst can also serve as a solvent.
  • the reaction temperature during the condensation is usually 40 to 200 ° C.
  • the reaction time is variously selected depending on the reaction temperature, but is usually about 30 minutes to 50 hours.
  • the weight average molecular weight Mw of the polymer obtained as described above is usually 1,000 to 2,000,000, preferably 2,000 to 1,000,000.
  • the obtained hyperbranched polymer may be introduced by a method of treating with a reagent capable of introducing an acidic group on the aromatic ring, but the latter method may be used in consideration of the ease of production. preferable.
  • the method for introducing the acidic group onto the aromatic ring is not particularly limited, and may be appropriately selected from conventionally known various methods according to the type of the acidic group. For example, when a sulfo group is introduced, a technique of sulfonation using an excessive amount of sulfuric acid can be used.
  • the average molecular weight of the hyperbranched polymer is not particularly limited, but the weight average molecular weight is preferably 1,000 to 2,000,000, and more preferably 2,000 to 1,000,000.
  • the weight average molecular weight in this invention is a measured value (polystyrene conversion) by gel permeation chromatography.
  • Specific examples of the hyperbranched polymer include, but are not limited to, those represented by the following formula.
  • oxazoline polymer an oxazoline monomer having a polymerizable carbon-carbon double bond-containing group at the 2-position as shown in formula (12) is used as a radical.
  • a polymer obtained by polymerization and having a repeating unit bonded to the polymer main chain or a spacer group at the 2-position of the oxazoline ring is preferred.
  • X represents a polymerizable carbon-carbon double bond-containing group
  • R 100 to R 103 may each independently have a hydrogen atom, a halogen atom, or a branched structure having 1 to 5 carbon atoms.
  • An alkyl group, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, or an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms is represented.
  • the polymerizable carbon-carbon double bond-containing group of the oxazoline monomer is not particularly limited as long as it contains a polymerizable carbon-carbon double bond, but a chain containing a polymerizable carbon-carbon double bond.
  • a hydrocarbon group having 2 to 8 carbon atoms such as vinyl group, allyl group and isopropenyl group is preferable.
  • the halogen atom and the alkyl group which may have a branched structure having 1 to 5 carbon atoms include the same ones as described above.
  • Specific examples of the aryl group having 6 to 20 carbon atoms include phenyl group, xylyl group, tolyl group, biphenyl group, naphthyl group and the like.
  • Specific examples of the aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms include benzyl group, phenylethyl group, phenylcyclohexyl group and the like.
  • oxazoline monomer having a polymerizable carbon-carbon double bond-containing group at the 2-position represented by the formula (12) include 2-vinyl-2-oxazoline, 2-vinyl-4-methyl-2-oxazoline, 2-vinyl-4-ethyl-2-oxazoline, 2-vinyl-4-propyl-2-oxazoline, 2-vinyl-4-butyl-2-oxazoline, 2-vinyl-5-methyl-2-oxazoline, 2- Vinyl-5-ethyl-2-oxazoline, 2-vinyl-5-propyl-2-oxazoline, 2-vinyl-5-butyl-2-oxazoline, 2-isopropenyl-2-oxazoline, 2-isopropenyl-4- Methyl-2-oxazoline, 2-isopropenyl-4-ethyl-2-oxazoline, 2-isopropenyl-4-propyl-2-oxazoline, 2 Isopropenyl-4-
  • the oxazoline polymer is preferably water-soluble.
  • a water-soluble oxazoline polymer may be a homopolymer of the oxazoline monomer represented by the above formula (12).
  • the water-soluble oxazoline polymer has a hydrophilic functional group (meta) ) It is preferable to be obtained by radical polymerization of at least two monomers with an acrylate monomer.
  • (meth) acrylic monomer having a hydrophilic functional group examples include (meth) acrylic acid, 2-hydroxyethyl acrylate, methoxypolyethylene glycol acrylate, monoesterified product of acrylic acid and polyethylene glycol, acrylic acid 2-aminoethyl and its salt, 2-hydroxyethyl methacrylate, methoxypolyethylene glycol methacrylate, monoesterified product of methacrylic acid and polyethylene glycol, 2-aminoethyl methacrylate and its salt, sodium (meth) acrylate, ( Ammonium methacrylate, (meth) acrylonitrile, (meth) acrylamide, N-methylol (meth) acrylamide, N- (2-hydroxyethyl) (meth) acrylamide, sodium styrenesulfonate, etc. The like, which may be used singly or may be used in combination of two or more. Among these, (meth) acrylic acid methoxypolyethylene glycol and mono
  • (Meth) acrylic acid ester monomers such as perfluoroethyl acid and phenyl (meth) acrylate; ⁇ -olefin monomers such as ethylene, propylene, butene and pentene; haloolefins such as vinyl chloride, vinylidene chloride and vinyl fluoride Monomers: Styrene monomers such as styrene and ⁇ -methyl styrene; Vinyl ester monomers such as vinyl acetate and vinyl propionate; Vinyl ether monomers such as methyl vinyl ether and ethyl vinyl ether, and the like. But two or more A combination of the above may also be used.
  • the content of the oxazoline monomer is preferably 10% by mass or more, more preferably 20% by mass or more from the viewpoint of further improving the CNT dispersibility of the obtained oxazoline polymer. 30% by mass or more is even more preferable.
  • the upper limit of the content rate of the oxazoline monomer in a monomer component is 100 mass%, and the homopolymer of an oxazoline monomer is obtained in this case.
  • the content of the (meth) acrylic monomer having a hydrophilic functional group in the monomer component is preferably 10% by mass or more, more preferably 20% by mass or more from the viewpoint of further increasing the water solubility of the obtained oxazoline polymer. 30% by mass or more is even more preferable.
  • the content of other monomers in the monomer component is a range that does not affect the CNT dispersibility of the obtained oxazoline polymer, and since it varies depending on the type, it cannot be determined unconditionally. What is necessary is just to set suitably in the range of 5-95 mass%, Preferably it is 10-90 mass%.
  • the average molecular weight of the oxazoline polymer is not particularly limited, but the weight average molecular weight is preferably 1,000 to 2,000,000, and more preferably 2,000 to 1,000,000.
  • the oxazoline polymer that can be used in the present invention can be synthesized by a conventional radical polymerization of the above-mentioned monomers, but can also be obtained as a commercial product, and as such a commercial product, for example, Epocross WS-300 (Manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd., solid content concentration 10% by mass, aqueous solution), Epocross WS-700 (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd., solid content concentration 25% by mass, aqueous solution), Epocross WS-500 (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.) Manufactured, solid content concentration 39% by mass, water / 1-methoxy-2-propanol solution), Poly (2-ethyl-2-oxazoline) (Aldrich), Poly (2-ethyl-2-oxazoline) (AlfaAesar), Poly (2-ethyl-2-oxazole) (
  • the mixing ratio of CNT and dispersant can be about 1,000: 1 to 1: 100 by mass ratio.
  • the concentration of the dispersant in the composition is not particularly limited as long as it is a concentration capable of dispersing CNTs in a solvent, but is preferably about 0.001 to 30% by mass in the composition, More preferably, it is about 0.002 to 20% by mass.
  • the concentration of CNT in the composition varies in the amount of the target undercoat layer and the required mechanical, electrical, and thermal characteristics, and at least a part of the CNT is present.
  • an undercoat layer can be produced with the basis weight specified in the present invention, it is preferably about 0.0001 to 50% by mass, preferably 0.001 to 20% by mass in the composition More preferably, it is more preferably about 0.001 to 10% by mass.
  • the CNT-containing composition used in the present invention may contain a crosslinking agent that causes a crosslinking reaction with the dispersant to be used or a crosslinking agent that self-crosslinks. These crosslinking agents are preferably dissolved in the solvent used.
  • the crosslinking agent for the triarylamine-based hyperbranched polymer include melamine-based, substituted urea-based, or their polymer-based crosslinking agents. These crosslinking agents may be used alone or in combination of two or more. Can be used.
  • the cross-linking agent has at least two cross-linking substituents, such as CYMEL (registered trademark), methoxymethylated glycoluril, butoxymethylated glycoluril, methylolated glycoluril, methoxymethylated melamine, butoxymethyl.
  • Melamine methylolated melamine, methoxymethylated benzoguanamine, butoxymethylated benzoguanamine, methylolated benzoguanamine, methoxymethylated urea, butoxymethylated urea, methylolated urea, methoxymethylated thiourea, methoxymethylated thiourea, methylolated thio
  • Examples include compounds such as urea, and condensates of these compounds.
  • the crosslinking agent for the oxazoline polymer is particularly limited as long as it is a compound having two or more functional groups having reactivity with an oxazoline group such as a carboxyl group, a hydroxyl group, a thiol group, an amino group, a sulfinic acid group, and an epoxy group. Although not intended, compounds having two or more carboxyl groups are preferred.
  • a compound having a functional group that causes a crosslinking reaction by heating during thin film formation or in the presence of an acid catalyst, such as a sodium salt, potassium salt, lithium salt, or ammonium salt of a carboxylic acid is also crosslinked. It can be used as an agent.
  • Specific examples of compounds that undergo a crosslinking reaction with an oxazoline group include metal salts of synthetic polymers such as polyacrylic acid and copolymers thereof and natural polymers such as carboxymethylcellulose and alginic acid that exhibit crosslinking reactivity in the presence of an acid catalyst.
  • ammonium salts of the above synthetic polymers and natural polymers that exhibit crosslinking reactivity by heating, especially sodium polyacrylate that exhibits crosslinking reactivity in the presence of an acid catalyst or under heating conditions Preference is given to lithium polyacrylate, ammonium polyacrylate, sodium carboxymethylcellulose, lithium carboxymethylcellulose, carboxymethylcellulose ammonium and the like.
  • Such a compound that causes a crosslinking reaction with an oxazoline group can also be obtained as a commercial product.
  • a commercial product examples include sodium polyacrylate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., degree of polymerization of 2, 700-7,500), sodium carboxymethylcellulose (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), sodium alginate (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd., deer grade 1), Aron A-30 (ammonium polyacrylate, Toagosei Co., Ltd.) ), Solid concentration 32% by mass, aqueous solution), DN-800H (carboxymethylcellulose ammonium, manufactured by Daicel Finechem Co., Ltd.), ammonium alginate (produced by Kimika Co., Ltd.), and the like.
  • crosslinking agent examples include, for example, an aldehyde group, an epoxy group, a vinyl group, an isocyanate group, an alkoxy group, a carboxyl group, an aldehyde group, an amino group, an isocyanate group, an epoxy group, and an amino group.
  • crosslinkable functional groups that react with each other in the same molecule, such as isocyanate groups and aldehyde groups, hydroxyl groups that react with the same crosslinkable functional groups (dehydration condensation), mercapto groups (disulfide bonds), Examples thereof include compounds having an ester group (Claisen condensation), a silanol group (dehydration condensation), a vinyl group, an acrylic group, and the like.
  • Specific examples of the crosslinking agent that self-crosslinks include polyfunctional acrylate, tetraalkoxysilane, a monomer having a blocked isocyanate group, a hydroxyl group, a carboxylic acid, and an amino group that exhibit crosslinking reactivity in the presence of an acid catalyst.
  • the block copolymer of the monomer which has is mentioned.
  • Such a self-crosslinking crosslinking agent can also be obtained as a commercial product.
  • a commercial product examples include A-9300 (ethoxylated isocyanuric acid triacrylate, Shin-Nakamura Chemical ( ), A-GLY-9E (Ethoxylatedinglycerine triacrylate (EO9 mol), Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.), A-TMMT (pentaerythritol tetraacrylate, Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.), tetraalkoxysilane In the case of tetramethoxysilane (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), tetraethoxysilane (manufactured by Toyoko Chemical Co., Ltd.), and polymers having a blocked isocyanate group, Elastron series E-37, H-3, H38, BAP, NEW BAP-15, C-52, F-2 9, W-11P, MF-9, MF-25K (D
  • the amount of these crosslinking agents to be added varies depending on the solvent used, the substrate used, the required viscosity, the required film shape, etc., but is 0.001 to 80% by mass, preferably 0.8%, based on the dispersant. The amount is from 01 to 50% by mass, more preferably from 0.05 to 40% by mass.
  • These cross-linking agents may cause a cross-linking reaction by self-condensation, but they cause a cross-linking reaction with the dispersant. If a cross-linkable substituent is present in the dispersant, the cross-linking reaction is caused by those cross-linkable substituents. Promoted.
  • a catalyst for accelerating the crosslinking reaction p-toluenesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, pyridinium p-toluenesulfonic acid, salicylic acid, sulfosalicylic acid, citric acid, benzoic acid, hydroxybenzoic acid, naphthalenecarboxylic acid And / or a thermal acid generator such as 2,4,4,6-tetrabromocyclohexadienone, benzoin tosylate, 2-nitrobenzyl tosylate, and organic sulfonic acid alkyl ester can be added.
  • the addition amount of the catalyst is 0.0001 to 20% by mass, preferably 0.0005 to 10% by mass, and more preferably 0.001 to 3% by mass with respect to the CNT dispersant.
  • the method for preparing the CNT-containing composition for forming the undercoat layer is not particularly limited, and CNT and a solvent, and a dispersant, a matrix polymer, and a crosslinking agent used as necessary are mixed in any order.
  • a dispersion may be prepared.
  • this treatment can further improve the CNT dispersion ratio.
  • the dispersion treatment include mechanical treatment, wet treatment using a ball mill, bead mill, jet mill, and the like, and ultrasonic treatment using a bath-type or probe-type sonicator. In particular, wet treatment using a jet mill. Or sonication is preferred.
  • the time for the dispersion treatment is arbitrary, but is preferably about 1 minute to 10 hours, and more preferably about 5 minutes to 5 hours. At this time, heat treatment may be performed as necessary.
  • a crosslinking agent and / or matrix polymer you may add these, after preparing the mixture which consists of a dispersing agent, CNT, and a solvent.
  • the undercoat foil of the present invention can be produced by applying the CNT-containing composition described above to at least one surface of a current collecting substrate, and naturally or heat-drying it to form an undercoat layer. At this time, it is preferable to apply the CNT-containing composition to the entire surface of the current collecting substrate and form an undercoat layer on the entire surface of the current collecting substrate.
  • the thickness of the undercoat layer is 200 nm or less, preferably 140 nm or less, More preferably, it is 80 nm or less.
  • the thickness of the undercoat layer is preferably 1 nm or more, more preferably 30 nm or more.
  • the thickness of the undercoat layer in the present invention is determined by, for example, extracting a test piece of an appropriate size from the undercoat foil, exposing the cross section by a technique such as tearing it by hand, and using a microscope such as a scanning electron microscope (SEM). By observation, it can be determined from the portion where the undercoat layer is exposed in the cross-sectional portion.
  • SEM scanning electron microscope
  • the basis weight of the undercoat layer per surface of the current collector substrate is not particularly limited as long as the above film thickness is satisfied, but preferably 0.1 g / m in view of weldability such as ultrasonic welding. 2 or less, more preferably 0.09 g / m 2 or less, even more preferably less than 0.05 g / m 2, given that obtained with good reproducibility batteries having excellent characteristics by ensuring the function of the undercoat layer , preferably 0.001 g / m 2 or more, more preferably 0.005 g / m 2 or more, even more preferably 0.01 g / m 2 or more, further preferably 0.015 g / m 2 or more.
  • the basis weight of the undercoat layer in the present invention is the ratio of the mass (g) of the undercoat layer to the area (m 2 ) of the undercoat layer.
  • the area is The area is only the undercoat layer and does not include the area of the current collector substrate exposed between the undercoat layers formed in a pattern.
  • the mass of the undercoat layer is obtained by, for example, cutting a test piece of an appropriate size from the undercoat foil, measuring its mass W0, and then peeling off the undercoat layer from the undercoat foil and peeling off the undercoat layer.
  • the mass W1 is measured and calculated from the difference (W0-W1), or the mass W2 of the current collecting substrate is measured in advance, and then the mass W3 of the undercoat foil on which the undercoat layer is formed is measured.
  • the difference (W3 ⁇ W2) can be calculated.
  • Examples of the method for removing the undercoat layer include a method of immersing the undercoat layer in a solvent in which the undercoat layer dissolves or swells, and wiping the undercoat layer with a cloth or the like.
  • the basis weight and the film thickness can be adjusted by a known method.
  • the solid content concentration of the coating liquid (CNT-containing composition) for forming the undercoat layer the number of coatings, the clearance of the coating liquid inlet of the coating machine, etc. It can be adjusted by changing.
  • the solid content concentration is increased, the number of coatings is increased, or the clearance is increased.
  • the solid content concentration is decreased, the number of coatings is decreased, or the clearance is decreased.
  • the lightness L * of the L * a * b * color system measured for a thin film (undercoat layer) formed on an aluminum foil or a copper foil is measured by the SCI method. .
  • the SCI method is a method of measuring with an illumination light receiving optical system (di: 8 °) corresponding to the absence of an optical trap of the geometric condition c in the method for measuring a reflecting object described in JIS Z 8722. Further, the lightness L * of the L * a * b * color system conforms to JIS Z 8781-4.
  • the lightness L * is 53 or more and less than 100 on the aluminum foil, preferably 54 or more and 93 or less, more preferably 54 or more and 88 or less, and 36 or more and less than 100 on the copper foil. Preferably, it is 40 or more and 80 or less, More preferably, it is 45 or more and 80 or less. If the lightness L * is too low, the welding efficiency may decrease and the internal resistance of the device may increase.
  • the lightness L * in the L * a * b * color system can be measured with a color difference meter.
  • a color difference meter for example, CM-2500d manufactured by Konica Minolta Co., Ltd. can be used.
  • the undercoat foil can be more efficiently manufactured by measuring the lightness L * and managing the finish of the undercoat foil. Is not hindered from being directly calculated, and the finish may be managed by combining both as required.
  • the current collecting substrate may be appropriately selected from those conventionally used as a current collecting substrate for energy storage device electrodes.
  • a current collecting substrate for energy storage device electrodes For example, copper, aluminum, nickel, gold, silver and alloys thereof, carbon materials, metals
  • a thin film such as an oxide or a conductive polymer can be used, but when an electrode structure is produced by applying welding such as ultrasonic welding, it is made of copper, aluminum, nickel, gold, silver and alloys thereof. It is preferable to use a metal foil.
  • the thickness of the current collector substrate is not particularly limited, but is preferably 1 to 100 ⁇ m in the present invention.
  • Examples of the method for applying the CNT-containing composition include spin coating, dip coating, flow coating, ink jet, spray coating, bar coating, gravure coating, slit coating, roll coating, and flexographic printing. , Transfer printing method, brush coating, blade coating method, air knife coating method, etc., but from the viewpoint of work efficiency etc., inkjet method, casting method, dip coating method, bar coating method, blade coating method, roll coating method The gravure coating method, flexographic printing method and spray coating method are preferred.
  • the temperature for drying by heating is also arbitrary, but is preferably about 50 to 200 ° C, more preferably about 80 to 150 ° C.
  • the energy storage device electrode of the present invention can be produced by forming an active material layer on the undercoat layer of the undercoat foil.
  • an active material the various active materials conventionally used for the energy storage device electrode can be used.
  • a chalcogen compound capable of adsorbing / leaving lithium ions or a lithium ion-containing chalcogen compound, a polyanion compound, a simple substance of sulfur and a compound thereof may be used as a positive electrode active material. it can.
  • Examples of the chalcogen compound that can adsorb and desorb lithium ions include FeS 2 , TiS 2 , MoS 2 , V 2 O 6 , V 6 O 13 , and MnO 2 .
  • Examples of the lithium ion-containing chalcogen compound include LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , LiMo 2 O 4 , LiV 3 O 8 , LiNiO 2 , Li x Ni y M 1-y O 2 (where M is Co Represents at least one metal element selected from Mn, Ti, Cr, V, Al, Sn, Pb, and Zn, 0.05 ⁇ x ⁇ 1.10, 0.5 ⁇ y ⁇ 1.0) Etc.
  • Examples of the polyanionic compound include LiFePO 4 .
  • Examples of the sulfur compound include Li 2 S and rubeanic acid.
  • the negative electrode active material constituting the negative electrode at least one element selected from alkali metals, alkali alloys, and elements of Groups 4 to 15 of the periodic table that occlude / release lithium ions, oxides, sulfides, nitrides Or a carbon material capable of reversibly occluding and releasing lithium ions can be used.
  • the alkali metal include Li, Na, and K.
  • the alkali metal alloy include Li—Al, Li—Mg, Li—Al—Ni, Na—Hg, and Na—Zn.
  • Examples of the simple substance of at least one element selected from Group 4 to 15 elements of the periodic table that store and release lithium ions include silicon, tin, aluminum, zinc, and arsenic.
  • examples of the oxide include tin silicon oxide (SnSiO 3 ), lithium bismuth oxide (Li 3 BiO 4 ), lithium zinc oxide (Li 2 ZnO 2 ), and lithium titanium oxide (Li 4 Ti 5 O 12 ).
  • examples of the sulfide include lithium iron sulfide (Li x FeS 2 (0 ⁇ x ⁇ 3)) and lithium copper sulfide (Li x CuS (0 ⁇ x ⁇ 3)).
  • the carbon material capable of reversibly occluding and releasing lithium ions include graphite, carbon black, coke, glassy carbon, carbon fiber, carbon nanotube, and a sintered body thereof.
  • a carbonaceous material can be used as an active material.
  • the carbonaceous material include activated carbon and the like, for example, activated carbon obtained by carbonizing a phenol resin and then activating treatment.
  • the active material layer can be formed by applying the active material, binder polymer, and, if necessary, an electrode slurry containing the solvent as described above onto the undercoat layer, and naturally or by heating and drying.
  • the formation part of the active material layer may be appropriately set according to the cell form of the device to be used, and may be all or part of the surface of the undercoat layer. Is used as an electrode structure joined by welding such as ultrasonic welding, it is preferable to form an active material layer by applying electrode slurry to a part of the surface of the undercoat layer in order to leave a weld. In particular, in a laminate cell application, it is preferable to form an active material layer by applying an electrode slurry to the remaining part of the undercoat layer other than the periphery.
  • the binder polymer can be appropriately selected from known materials and used, for example, polyvinylidene fluoride (PVdF), polyvinylpyrrolidone, polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride- Hexafluoropropylene copolymer [P (VDF-HFP)], vinylidene fluoride-trichloroethylene copolymer [P (VDF-CTFE)], polyvinyl alcohol, polyimide, ethylene-propylene-diene ternary copolymer Examples thereof include conductive polymers such as coalescence, styrene-butadiene rubber, carboxymethyl cellulose (CMC), polyacrylic acid (PAA), and polyaniline.
  • PVdF polyvinylidene fluoride
  • PVdF polyvinylidene fluoride
  • PVDF-HFP vinylidene fluoride- Hexafluor
  • the added amount of the binder polymer is preferably 0.1 to 20 parts by mass, particularly 1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the active material.
  • the solvent include the solvents exemplified in the above CNT-containing composition, and it may be appropriately selected according to the type of the binder, but NMP is suitable in the case of a water-insoluble binder such as PVdF. In the case of a water-soluble binder such as PAA, water is preferred.
  • the electrode slurry may contain a conductive additive.
  • the conductive assistant include carbon black, ketjen black, acetylene black, carbon whisker, carbon fiber, natural graphite, artificial graphite, titanium oxide, ruthenium oxide, aluminum, nickel and the like.
  • Examples of the method for applying the electrode slurry include the same method as that for the CNT-containing composition described above.
  • the temperature for drying by heating is arbitrary, but is preferably about 50 to 400 ° C, more preferably about 80 to 150 ° C.
  • the electrode can be pressed as necessary.
  • a generally adopted method can be used, but a die pressing method and a roll pressing method are particularly preferable.
  • the press pressure in the roll press method is not particularly limited, but is preferably 0.2 to 3 ton / cm.
  • An energy storage device includes the above-described energy storage device electrode, and more specifically includes at least a pair of positive and negative electrodes, a separator interposed between these electrodes, and an electrolyte. And at least one of the positive and negative electrodes is composed of the energy storage device electrode described above. Since this energy storage device is characterized by using the above-described energy storage device electrode as an electrode, other device constituent members such as a separator and an electrolyte can be appropriately selected from known materials and used. . Examples of the separator include a cellulose separator and a polyolefin separator.
  • the electrolyte may be either liquid or solid, and may be either aqueous or non-aqueous, but the energy storage device electrode of the present invention has practically sufficient performance even when applied to a device using a non-aqueous electrolyte. Can be demonstrated.
  • non-aqueous electrolyte examples include a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving an electrolyte salt in a non-aqueous organic solvent.
  • electrolyte salts include lithium salts such as lithium tetrafluoroborate, lithium hexafluorophosphate, lithium perchlorate, and lithium trifluoromethanesulfonate; tetramethylammonium hexafluorophosphate, tetraethylammonium hexafluorophosphate, tetrapropylammonium hexa Quaternary ammonium salts such as fluorophosphate, methyltriethylammonium hexafluorophosphate, tetraethylammonium tetrafluoroborate, tetraethylammonium perchlorate, lithium imides such as lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, lithium bis (fluo
  • non-aqueous organic solvent examples include alkylene carbonates such as propylene carbonate, ethylene carbonate, and butylene carbonate; dialkyl carbonates such as dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, and diethyl carbonate; nitriles such as acetonitrile; and amides such as dimethylformamide. .
  • the form of the energy storage device is not particularly limited, and conventionally known various types of cells such as a cylindrical type, a flat wound square type, a laminated square type, a coin type, a flat wound laminated type, and a laminated laminate type are adopted. can do.
  • the above-described energy storage device electrode of the present invention may be used by punching it into a predetermined disk shape. For example, in a lithium ion secondary battery, a predetermined number of lithium foils punched into a predetermined shape are placed on a lid to which a coin cell washer and spacer are welded, and a separator of the same shape impregnated with an electrolyte is stacked thereon. Further, from above, the energy storage device electrode of the present invention can be overlaid with the active material layer down, a case and a gasket can be placed, and sealed with a coin cell caulking machine.
  • the electrode in which the active material layer is formed on a part of the surface of the undercoat layer has a metal in the portion (welded part) where the undercoat layer is formed and the active material layer is not formed.
  • An electrode structure obtained by welding with a tab may be used.
  • one or a plurality of electrodes constituting the electrode structure may be used, but generally a plurality of positive and negative electrodes are used.
  • the plurality of electrodes for forming the positive electrode are preferably alternately stacked one by one with the plurality of electrode plates for forming the negative electrode, and the separator described above is interposed between the positive electrode and the negative electrode. It is preferable to make it. Even if the metal tab is welded at the welded portion of the outermost electrode of the plurality of electrodes, the metal tab is welded with the metal tab sandwiched between the welded portions of any two adjacent electrodes among the plurality of electrodes. Also good.
  • the material of the metal tab is not particularly limited as long as it is generally used for energy storage devices.
  • metal such as nickel, aluminum, titanium, copper; stainless steel, nickel alloy, aluminum alloy, An alloy such as a titanium alloy or a copper alloy can be used.
  • an alloy including at least one metal selected from aluminum, copper, and nickel is preferable.
  • the shape of the metal tab is preferably a foil shape, and the thickness is preferably about 0.05 to 1 mm.
  • a known method used for metal-to-metal welding can be used. Specific examples thereof include TIG welding, spot welding, laser welding, and ultrasonic welding. Since the undercoat layer of the invention has a basis weight particularly suitable for ultrasonic welding, it is preferable to join the electrode and the metal tab by ultrasonic welding.
  • a technique of ultrasonic welding for example, a plurality of electrodes are arranged between an anvil and a horn, a metal tab is arranged in a welded portion, and ultrasonic welding is applied to collect a plurality of electrodes. The technique of welding first and then welding a metal tab is mentioned.
  • the metal tab and the electrode are welded at the above-mentioned welded portion, but also the plurality of electrodes are formed with an undercoat layer and no active material layer is formed.
  • the parts will be ultrasonically welded together.
  • the pressure, frequency, output, processing time, and the like during welding are not particularly limited, and may be set as appropriate in consideration of the material to be used and the basis weight of the undercoat layer.
  • the electrode structure produced as described above is housed in a laminate pack, and after injecting the above-described electrolyte, heat sealing is performed to obtain a laminate cell.
  • the energy storage device thus obtained has at least one electrode structure including a metal tab and one or a plurality of electrodes.
  • the electrode includes a current collector substrate and the current collector.
  • the undercoat layer is formed and ultrasonically welded to each other at the portion where the active material layer is not formed, at least one of the electrodes is formed with the undercoat layer, and the active material layer is It has a configuration in which a metal tab is ultrasonically welded at a portion that is not formed.
  • Ultrasonic welding machine (ultrasonic welding test) Apparatus: Nippon Emerson Co., Ltd., 2000Xea 40: 0.8 / 40MA-XaeStand (4) Charge / discharge measuring device (rechargeable battery evaluation) Equipment: HJ1001SM8A manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd. (5) Micrometer (Binder and active layer thickness measurement) Equipment: IR54 manufactured by Mitutoyo Corporation (6) Homodisper (mixing of electrode slurry) Apparatus: T.W. K.
  • Color difference meter Device Comica Minolta, CM-2500d Measurement conditions: Measurement diameter ⁇ 8 mm, SCI method, standard illuminant D65 containing 100% UV was used as the light source, and the observation field of view was 10 ° field of view.
  • the undercoat foil was cut into a size of 8 ⁇ 10 cm, and the average value measured five times was defined as the lightness L * .
  • This mixture was subjected to ultrasonic treatment at room temperature (approximately 25 ° C.) for 30 minutes using a probe-type ultrasonic irradiation device to obtain a black MWCNT-containing dispersion liquid in which MWCNT was uniformly dispersed without a precipitate.
  • a probe-type ultrasonic irradiation device To 50 g of the obtained MWCNT-containing dispersion, 3.88 g of Aron A-10H (Toagosei Co., Ltd., solid concentration 25.8 mass%), which is an aqueous solution containing polyacrylic acid (PAA), and 2-propanol 46. 12 g was added and stirred to obtain an undercoat liquid A1. Diluted 2-fold with 2-propanol to obtain an undercoat solution A2.
  • PAA polyacrylic acid
  • the obtained undercoat liquid A2 was uniformly spread on an aluminum foil (thickness 15 ⁇ m) as a current collecting substrate with a wire bar coater (OSP2, wet film thickness 2 ⁇ m), and then dried at 120 ° C. for 10 minutes to form an undercoat layer.
  • the undercoat foil B1 was formed.
  • the film thickness was measured as follows.
  • the undercoat foil produced above was cut into 1 cm x 1 cm, and was manually split at the center, and the portion where the undercoat layer was exposed at the cross section was observed with a SEM at a magnification of 10,000 to 60,000, and photographed The film thickness was measured from the obtained image. As a result, the thickness of the undercoat layer of the undercoat foil B1 was about 16 nm.
  • undercoat liquid A2 was similarly applied to the surface opposite to the obtained undercoat foil B1 and dried to prepare undercoat foil C1 having an undercoat layer formed on both sides of the aluminum foil.
  • Example 1-2 Undercoat foils B2 and C2 were prepared in the same manner as in Example 1-1 except that the undercoat liquid A1 prepared in Example 1-1 was used, and the thickness of the undercoat layer of the undercoat foil B2 was measured. As a result, it was 23 nm. Further, the lightness L * of the undercoat layer was measured with a color difference meter and found to be 88.4.
  • Example 1-3 Except for using a wire bar coater (OSP3, wet film thickness 3 ⁇ m), undercoat foils B3 and C3 were produced in the same manner as in Example 1-2, and the thickness of the undercoat layer of the undercoat foil B3 was measured. However, it was 31 nm. Further, the lightness L * of the undercoat layer was measured with a color difference meter and found to be 79.8.
  • OSP3 wire bar coater
  • Example 1-4 Except for using a wire bar coater (OSP4, wet film thickness 4 ⁇ m), undercoat foils B4 and C4 were prepared in the same manner as in Example 1-2, and the thickness of the undercoat layer of the undercoat foil B4 was measured. However, it was 41 nm. Further, the lightness L * of the undercoat layer was measured with a color difference meter and found to be 75.5.
  • OSP4 wire bar coater
  • Undercoat foils B5 and C5 were prepared in the same manner as in Example 1-2 except that a wire bar coater (OSP6, wet film thickness 6 ⁇ m) was used, and the thickness of the undercoat layer of the undercoat foil B5 was measured. However, it was 60 nm. Further, when the lightness L * of the undercoat layer was measured with a color difference meter, it was 60.6.
  • OSP6 wet film thickness 6 ⁇ m
  • Undercoat foils B6 and C6 were prepared in the same manner as in Example 1-2 except that a wire bar coater (OSP8, wet film thickness 8 ⁇ m) was used, and the thickness of the undercoat layer of the undercoat foil B6 was measured. However, it was 80 nm. In addition, the lightness L * of the undercoat layer was measured with a color difference meter and found to be 54.2.
  • OSP8 wet film thickness 8 ⁇ m
  • Undercoat foils B7 and C7 were prepared in the same manner as in Example 1-2 except that a wire bar coater (OSP22, wet film thickness 22 ⁇ m) was used, and the thickness of the undercoat layer of the undercoat foil B7 was measured. However, it was 210 nm. Further, the lightness L * of the undercoat layer was measured by a color difference meter and found to be 52.2.
  • OSP22 wet film thickness 22 ⁇ m
  • Undercoat foils B8 and C8 were prepared in the same manner as in Example 1-2 except that a wire bar coater (OSP30, wet film thickness 30 ⁇ m) was used, and the thickness of the undercoat layer of the undercoat foil B8 was measured. However, it was 250 nm. In addition, measurement of the lightness L * of the undercoat layer by the color difference meter, was 34.9.
  • OSP30 wet film thickness 30 ⁇ m
  • FIG. 1 shows the lightness L * of the undercoat layer when the horizontal axis is the film thickness for each of the undercoat foils produced in Examples 1-1 to 1-6 and Comparative Examples 1-1 to 1-2. Showing change. As shown in FIG. 1, it can be seen that the brightness decreases linearly with respect to the film thickness of the undercoat foil up to about brightness 53, whereas it does not ride on the straight line when the brightness is less than 53. That is, in the case where an aluminum foil is used as the current collecting substrate and an undercoat foil having a brightness of 53 or more is manufactured, the film thickness of the undercoat layer can be easily calculated by measuring the brightness L *. Is shown.
  • undercoat foils B9 and C9 were produced in the same manner as in Example 1-1 except that a rolled copper foil (thickness: 15 ⁇ m) was used as the current collecting substrate, and the film thickness was measured. When the lightness L * of the undercoat layer was measured with a color difference meter, it was 77.0.
  • Undercoat foils B10 and C10 were prepared in the same manner as in Example 1-2, except that a rolled copper foil (thickness: 15 ⁇ m) was used as the current collecting substrate, and the film thickness was measured. When the lightness L * of the undercoat layer was measured with a color difference meter, it was 73.2.
  • Undercoat foils B11 and C11 were prepared in the same manner as in Example 1-3, except that a rolled copper foil (thickness: 15 ⁇ m) was used as the current collecting substrate, and the film thickness was measured. When the lightness L * of the undercoat layer was measured with a color difference meter, it was 62.0.
  • Undercoat foils B12 and C12 were produced in the same manner as in Example 1-4, except that a rolled copper foil (thickness: 15 ⁇ m) was used as the current collecting substrate, and the film thickness was measured. When the lightness L * of the undercoat layer was measured with a color difference meter, it was 58.9.
  • Undercoat foils B13 and C13 were prepared in the same manner as in Example 1-6 except that a rolled copper foil (thickness: 15 ⁇ m) was used as the current collecting substrate, and the film thickness was measured. When the lightness L * of the undercoat layer was measured with a color difference meter, it was 46.8.
  • Undercoat foils B14 and C14 were produced in the same manner as in Comparative Example 1-2 except that a rolled copper foil (thickness: 15 ⁇ m) was used as the current collecting substrate, and the film thickness was measured. When the lightness L * of the undercoat layer was measured with a color difference meter, it was 35.5.
  • FIG. 2 shows the change in the lightness L * of the undercoat layer when the horizontal axis represents the film thickness for each of the undercoat foils produced in Examples 1-7 to 1-11 and Comparative Example 1-3.
  • the brightness decreases linearly with respect to the film thickness of the undercoat foil up to about the brightness of 36, whereas it does not ride on the straight line when the brightness is less than 36.
  • the thickness of the undercoat layer can be readily calculated by measuring the brightness L * Is shown.
  • the welding strength between the tab and the undercoat foil is about 100 nm or when the lightness L * is less than 36. Although it is not sufficient, it peels off between the tab and the undercoat foil, but when the film thickness is 100 nm or less or the lightness L * is 36 or more, the welding strength between the tab and the undercoat foil is sufficient. Even if it was made to peel between undercoat foil, the undercoat foil was torn. From the above, when copper foil is used as the current collector substrate, in order to weld the undercoat foil and the metal tab with sufficient strength, the thickness of the undercoat layer is 100 nm or less, or the brightness L * is It was confirmed that it was necessary to make it 36 or more.
  • the obtained electrode slurry was spread evenly (wet film thickness 200 ⁇ m) on the undercoat foil B1 produced in Example 1-1, and then dried at 80 ° C. for 30 minutes and then at 120 ° C. for 30 minutes, and then on the undercoat layer.
  • An active material layer was formed on the substrate, and further crimped by a roll press to produce an electrode having an active material layer thickness of 50 ⁇ m.
  • the obtained electrode was punched into a disk shape having a diameter of 10 mm, and the mass was measured. Then, the electrode was vacuum-dried at 100 ° C. for 15 hours and transferred to a glove box filled with argon. A stack of 2032-type coin cell (made by Hosen Co., Ltd.) washer and spacer welded with 6 sheets of lithium foil (Honjo Chemical Co., Ltd., thickness 0.17 mm) punched out to a diameter of 14 mm.
  • One separator (Celgard Co., Ltd., 2400) punched to a diameter of 16 mm was stacked. Further, the electrodes were stacked from the top with the surface coated with the active material facing down. After dropping one drop of the electrolyte, a case and a gasket were placed and sealed with a coin cell caulking machine. Then, it was left to stand for 24 hours to obtain a secondary battery for testing.
  • Example 2-2 A test secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 2-1, except that the undercoat foil B2 obtained in Example 1-2 was used.
  • Example 2-3 A test secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 2-1, except that the undercoat foil B3 obtained in Example 1-3 was used.
  • Example 2-4 A test secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 2-1, except that the undercoat foil B4 obtained in Example 1-4 was used.
  • Example 2-5 A test secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 2-1, except that the undercoat foil B5 obtained in Example 1-5 was used.
  • Example 2-6 A test secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 2-1, except that the undercoat foil B6 obtained in Example 1-6 was used.
  • Example 2-1 A test secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 2-1, except that the undercoat foil B7 obtained in Comparative Example 1-1 was used.
  • Example 2-2 A test secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 2-1, except that the undercoat foil B8 obtained in Comparative Example 1-2 was used.
  • Example 2-3 A test secondary battery was produced in the same manner as in Example 2-1, except that solid aluminum foil was used.

Abstract

SCI(正反射光込み)方式で測定される、アルミニウム箔上に形成された薄膜におけるL***表色系の明度L*が53以上100未満である薄膜を提供する。

Description

薄膜およびエネルギー貯蔵デバイス電極用アンダーコート箔
 本発明は、薄膜およびエネルギー貯蔵デバイス電極用アンダーコート箔に関する。
 近年、リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタをはじめとしたエネルギー貯蔵デバイスは、電気自動車や電動機器などの用途に対応するために高容量化と充放電の高速化が求められている。
 この要求に応えるための一つの方策として、活物質層と集電基板との間にアンダーコート層を配置して、活物質層および集電基板の接着性を強固にするとともに、それらの接触界面の抵抗を下げることが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
 一般的に、エネルギー貯蔵デバイスでは、正極および負極から電流を取り出す端子として、正極および負極に金属タブがそれぞれ溶接される。
 金属タブは、通常、集電基板に溶接され、アンダーコート層が形成された電極でも、集電基板上のアンダーコート層および活物質層が形成されていない部位で金属タブとの溶接が行われる(例えば、特許文献1参照)。
 アンダーコート層が形成された集電基板上に金属タブ接合部位を形成する方法としては、集電基板上の金属タブ接合部位にアンダーコート層および活物質層を形成しない、集電基板上に形成したアンダーコート層および活物質層を部分的に剥離する等の方法がある。
 しかし、アンダーコート層を一部分形成しない場合、集電基板の汎用性が低下し、各種電極ごとに異なる集電基板を用意する必要が生じる。一方、一旦形成したアンダーコート層等を剥離する方法では、一工程増加するため、デバイスの生産性が低下する。
 特に、デバイスの高容量化を図るため、電極板が複数枚重ね合わせて用いられる場合には、上記のような集電基板露出部分の形成に関する問題がより大きくなる。
 このような観点から、集電基板と金属タブとを溶接する際に、集電基板上において、アンダーコート層が形成され、かつ、活物質層が形成されていない部分で溶接する技術が報告されている(例えば、特許文献2参照)。
 ところで、昨今、電気自動車、電動機器等の製品に対する安全性、生産性等についての要求がさらに高まってきていることに伴い、蓄電デバイスに関する技術のより一層の深化が図られている。
 とりわけ、より高い生産性でより高い安全性の蓄電デバイスを製造できる方法は、低価格かつ高安全性という近年の市場ニーズを満たす製品製造に直接的に貢献し得ることから、当該技術分野において強く求められている。
 しかし、本発明者らの検討によれば、特許文献2に係る製造方法では、その条件を満たす場合であっても炭素材料の種類によっては再現性よく超音波溶接ができないことがあった。
 さらに、上述したアンダーコート層が形成されたアンダーコート箔を製造する際には、作製するアンダーコート層の仕上がりを管理するために、目付量や膜厚を測定する必要がある。
 目付量の測定は、一般に、特許文献2に記載のように、アンダーコート箔から適当な大きさの試験片を切り出し、その質量W0を測定し、その後、アンダーコート箔からアンダーコート層を剥離し、アンダーコート層を剥離した後の質量W1を測定し、その差(W0-W1)から算出する、あるいは、予め集電基板の質量W2を測定しておき、その後、アンダーコート層を形成したアンダーコート箔の質量W3を測定し、その差(W3-W2)から算出する。
 また、膜厚は、アンダーコート箔から適当な大きさの試験片を切り出し、走査電子顕微鏡等で測定する。
 しかし、上述した目付量や膜厚の算出方法では、アンダーコート箔を切り出す必要があり、その都度、製造を止める必要があるため、非効率であった。そのため、より効率的な製造を可能とするための新たな方策が求められている。
特開2010-170965号公報 国際公開第2014/034113号
 本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、超音波溶接が可能かつ、低抵抗なエネルギー貯蔵デバイスを与えるとともに、製造時にアンダーコート箔の仕上がりを管理することが容易なエネルギー貯蔵デバイス電極用アンダーコート箔を与える薄膜、集電基板に該薄膜を備えたエネルギー貯蔵デバイス電極用アンダーコート箔、並びに該アンダーコート箔を備えたエネルギー貯蔵デバイス電極およびエネルギー貯蔵デバイスを提供することを目的とする。
 本発明者らは、アンダーコート層の溶接性およびそれを備えたデバイスの低抵抗化、さらに製造時の管理方法の簡便さという観点から鋭意検討を重ねた結果、L***表色系において、特定範囲の明度L*を有する薄膜が、エネルギー貯蔵デバイス電極用アンダーコート箔のアンダーコート層として好適であること、該アンダーコート層の明度L*を所定範囲とすることで、製造時の仕上がりの管理が簡便になること、さらに、集電基板上において、アンダーコート層が形成されている部分で効率的に超音波溶接が可能となることを見出すとともに、特定範囲の明度L*のアンダーコート箔を備えた電極を用いた場合に、低抵抗のエネルギー貯蔵デバイスが得られることを見出し、本発明を完成させた。
 すなわち、本発明は、
1. アルミニウム箔上に形成した場合に、SCI方式で測定される、L***表色系の明度L*が53以上100未満を示すことを特徴とする薄膜、
2. 厚さが1~200nmである1の薄膜、
3. 上記明度L*が54以上93以下である1の薄膜、
4. 厚さが1~140nmである3の薄膜、
5. 上記明度L*が54以上88以下である1の薄膜、
6. 厚さが30~80nmである5の薄膜、
7. 銅箔上に形成した場合に、SCI方式で測定される、L***表色系の明度L*が36以上100未満を示すことを特徴とする薄膜、
8. 厚さが1~200nmである7の薄膜、
9. 上記明度L*が40以上80以下である7の薄膜、
10. 厚さが1~140nmである9の薄膜、
11. 上記明度L*が45以上80以下である7の薄膜、
12. 厚さが30~80nmである11の薄膜、
13. 導電材を含む1~12のいずれかの薄膜、
14. 上記導電材が、カーボンブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、カーボンウイスカー、カーボンナノチューブ、炭素繊維、天然黒鉛、人造黒鉛、酸化チタン、ITO、酸化ルテニウム、アルミニウム、もしくはニッケルを含む13の薄膜、
15. 上記導電材が、カーボンナノチューブを含む14の薄膜、
16. さらに分散剤を含む15の薄膜、
17. 集電基板と、この集電基板の少なくとも一方の面に形成されたアンダーコート層とを有するエネルギー貯蔵デバイス電極用アンダーコート箔であり、
 上記アンダーコート層として、1~16のいずれかの薄膜を備えるエネルギー貯蔵デバイス電極用アンダーコート箔、
18. 上記集電基板がアルミニウム箔もしくは銅箔である、1~16のいずれかの薄膜を備えるエネルギー貯蔵デバイス電極用アンダーコート箔、
19. 17または18のエネルギー貯蔵デバイス電極用アンダーコート箔と、そのアンダーコート層の表面の一部または全部に形成された活物質層とを有するエネルギー貯蔵デバイス電極、
20. 上記活物質層が、上記アンダーコート層の周縁を残し、それ以外の部分全体を覆う態様で形成された19のエネルギー貯蔵デバイス電極、
21. 19または20のエネルギー貯蔵デバイス電極を備えるエネルギー貯蔵デバイス、
22. 一枚または複数枚の20の電極と、金属タブとを備えて構成される電極構造体を少なくとも一つ有し、
 上記電極の少なくとも一枚が、上記アンダーコート層が形成され、かつ、上記活物質層が形成されていない部分で上記金属タブと超音波溶接されているエネルギー貯蔵デバイス、
23. 一枚または複数枚の20の電極を用いたエネルギー貯蔵デバイスの製造方法であって、
 上記電極の少なくとも一枚を、上記アンダーコート層が形成され、かつ、上記活物質層が形成されていない部分で金属タブと超音波溶接する工程を有するエネルギー貯蔵デバイスの製造方法、
24. 集電基板上にアンダーコート層形成用組成物を塗布し、これを乾燥してアンダーコート層を形成した後、
 SCI方式で、上記アンダーコート層のL***表色系の明度L*を測定し、さらに
 上記アンダーコート層表面の少なくとも一部に活物質層を形成するエネルギー貯蔵デバイス電極の製造方法、
25. 上記集電基板がアルミニウム箔である24のエネルギー貯蔵デバイス電極の製造方法、
26. 上記集電基板がアルミニウム箔であり、上記明度L*を53以上100未満とする25のエネルギー貯蔵デバイス電極の製造方法、
27. 上記明度L*を54以上93以下とする26のエネルギー貯蔵デバイス電極の製造方法、
28. 上記明度L*を54以上88以下とする26のエネルギー貯蔵デバイス電極の製造方法、
29. 上記集電基板が銅箔である24のエネルギー貯蔵デバイス電極の製造方法、
30. 上記集電基板が銅箔であり、上記明度L*を36以上100未満とする29のエネルギー貯蔵デバイス電極の製造方法、
31. 上記明度L*を40以上80以下とする30のエネルギー貯蔵デバイス電極の製造方法、
32. 上記明度L*を45以上80以下とする30のエネルギー貯蔵デバイス電極の製造方法、
33. 集電基板上にアンダーコート層形成用組成物を塗布し、これを乾燥してアンダーコート層を形成した後、
 SCI方式で、上記アンダーコート層のL***表色系の明度L*を測定するアンダーコート層の膜厚評価方法
を提供する。
 本発明によれば、効率的に超音波溶接が可能で、製造時の仕上がりの管理が容易な、エネルギー貯蔵デバイス電極用のアンダーコート箔を提供できる。このアンダーコート箔を有する電極を用いることで、低抵抗なエネルギー貯蔵デバイスおよびその簡便かつ効率的な製造方法を提供できる。
集電基板としてアルミ箔を用いたアンダーコート箔におけるアンダーコート層の膜厚と明度L*との関係を示したグラフである。 集電基板として銅箔を用いたアンダーコート箔におけるアンダーコート層の膜厚と明度L*との関係を示したグラフである。
 以下、本発明についてさらに詳しく説明する。
 本発明に係る薄膜は、所定の条件で測定される特定範囲の明度L*を有するものであり、本発明に係るエネルギー貯蔵デバイス電極用アンダーコート箔(以下、アンダーコート箔という)は、集電基板と、この集電基板の少なくとも一方の面に形成されたアンダーコート層とを有し、アンダーコート層として、上記薄膜を備えるものである。
 本発明におけるエネルギー貯蔵デバイスとしては、例えば、電気二重層キャパシタ、リチウム二次電池、リチウムイオン二次電池、プロトンポリマー電池、ニッケル水素電池、アルミ固体コンデンサ、電解コンデンサ、鉛蓄電池等の各種エネルギー貯蔵デバイスが挙げられるが、本発明のアンダーコート箔は、特に、電気二重層キャパシタ、リチウムイオン二次電池に好適に用いることができる。
 本発明で用いる導電材としては、例えば、カーボンブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、カーボンウイスカー、カーボンナノチューブ(CNT)、炭素繊維、天然黒鉛、人造黒鉛、酸化チタン、ITO、酸化ルテニウム、アルミニウム、ニッケルなどが挙げられるが、均一な薄膜を形成するという観点から、CNTを用いることが好ましい。
 CNTは、一般的に、アーク放電法、化学気相成長法(CVD法)、レーザー・アブレーション法等によって作製されるが、本発明に使用されるCNTはいずれの方法で得られたものでもよい。また、CNTには1枚の炭素膜(グラフェン・シート)が円筒状に巻かれた単層CNT(以下、SWCNTとも略記する)と、2枚のグラフェン・シートが同心円状に巻かれた2層CNT(以下、DWCNTとも略記する)と、複数のグラフェン・シートが同心円状に巻かれた多層CNT(以下、MWCNTとも略記する)とがあるが、本発明においては、SWCNT、DWCNT、MWCNTをそれぞれ単体で、または複数を組み合わせて使用できる。
 なお、上記の方法でSWCNT、DWCNTまたはMWCNTを作製する際には、ニッケル、鉄、コバルト、イットリウムなどの触媒金属が残存することがあるため、この不純物を除去するための精製を必要とする場合がある。不純物の除去には、硝酸、硫酸などによる酸処理とともに超音波処理が有効である。しかし、硝酸、硫酸などによる酸処理ではCNTを構成するπ共役系が破壊され、CNT本来の特性が損なわれてしまう可能性があるため、適切な条件で精製して使用することが望ましい。
 本発明で使用可能なCNTの具体例としては、スパーグロス法CNT〔国立研究開発法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構製〕、eDIPS-CNT〔国立研究開発法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構製〕、SWNTシリーズ〔(株)名城ナノカーボン製:商品名〕、VGCFシリーズ〔昭和電工(株)製:商品名〕、FloTubeシリーズ〔CNano Technology社製:商品名〕、AMC〔宇部興産(株)製:商品名〕、NANOCYL NC7000シリーズ〔Nanocyl S.A. 社製:商品名〕、Baytubes〔Bayer社製:商品名〕、GRAPHISTRENGTH〔アルケマ社製:商品名〕、MWNT7〔保土谷化学工業(株)製:商品名〕、ハイペリオンCNT〔Hypeprion Catalysis International社製:商品名〕等が挙げられる。
 本発明のアンダーコート層は、CNTと溶媒と、必要に応じてマトリックス高分子および/またはCNT分散剤とを含むCNT含有組成物(分散液)を用いて作製することが好ましい。
 溶媒としては、従来、CNT含有組成物の調製に用いられるものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、水;テトラヒドロフラン(THF)、ジエチルエーテル、1,2-ジメトキシエタン(DME)などのエーテル類;塩化メチレン、クロロホルム、1,2-ジクロロエタンなどのハロゲン化炭化水素類;N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)などのアミド類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類;メタノール、エタノール、イソプロパノール、n-プロパノールなどのアルコール類;n-ヘプタン、n-ヘキサン、シクロヘキサンなどの脂肪族炭化水素類;ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼンなどの芳香族炭化水素類;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、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどのグリコールエーテル類;エチレングリコール、プロピレングリコールなどのグリコール類等の有機溶媒が挙げられ、これらの溶媒は、それぞれ単独で、または2種以上混合して用いることができる。
 特に、CNTの孤立分散の割合を向上させ得るという点から、水、NMP、DMF、THF、メタノール、イソプロパノールが好ましく、これらの溶媒は、それぞれ単独で、または2種以上混合して用いることができる。
 マトリックス高分子としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体〔P(VDF-HFP)〕、フッ化ビニリデン-塩化3フッ化エチレン共重合体〔P(VDF-CTFE)〕などのフッ素系樹脂、ポリビニルピロリドン、エチレン-プロピレン-ジエン三元共重合体、PE(ポリエチレン)、PP(ポリプロピレン)、EVA(エチレン-酢酸ビニル共重合体)、EEA(エチレン-アクリル酸エチル共重合体)などのポリオレフィン系樹脂;PS(ポリスチレン)、HIPS(ハイインパクトポリスチレン)、AS(アクリロニトリル-スチレン共重合体)、ABS(アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体)、MS(メタクリル酸メチル-スチレン共重合体)、スチレン-ブタジエンゴムなどのポリスチレン系樹脂;ポリカーボネート樹脂;塩化ビニル樹脂;ポリアミド樹脂;ポリイミド樹脂;ポリアクリル酸、ポリアクリル酸アンモニウム、ポリアクリル酸ナトリウム、PMMA(ポリメチルメタクリレート)などの(メタ)アクリル樹脂;PET(ポリエチレンテレフタレート)、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、PLA(ポリ乳酸)、ポリ-3-ヒドロキシ酪酸、ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネート/アジペートなどのポリエステル樹脂;ポリフェニレンエーテル樹脂;変性ポリフェニレンエーテル樹脂;ポリアセタール樹脂;ポリスルホン樹脂;ポリフェニレンサルファイド樹脂;ポリビニルアルコール樹脂;ポリグルコール酸;変性でんぷん;酢酸セルロース、カルボキシメチルセルロース、三酢酸セルロース;キチン、キトサン;リグニン等の熱可塑性樹脂や、ポリアニリンおよびその半酸化体であるエメラルジンベース;ポリチオフェン;ポリピロール;ポリフェニレンビニレン;ポリフェニレン;ポリアセチレン等の導電性高分子、さらにはエポキシ樹脂;ウレタンアクリレート;フェノール樹脂;メラミン樹脂;尿素樹脂;アルキド樹脂等の熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂などが挙げられるが、本発明の導電性炭素材料分散液においては、溶媒として水を用いることが好適であることから、マトリックス高分子としても水溶性のもの、例えば、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸アンモニウム、ポリアクリル酸ナトリウム、カルボキシメチルセルロースナトリウム、水溶性セルロースエーテル、アルギン酸ナトリウム、ポリビニルアルコール、ポリスチレンスルホン酸、ポリエチレングリコール等が好ましいが、特に、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸アンモニウム、ポリアクリル酸ナトリウム、カルボキシメチルセルロースナトリウム等が好適である。
 マトリックス高分子は、市販品として入手することもでき、そのような市販品としては、例えば、アロンA-10H(ポリアクリル酸、東亞合成(株)製、固形分濃度26質量%、水溶液)、アロンA-30(ポリアクリル酸アンモニウム、東亞合成(株)製、固形分濃度32質量%、水溶液)、ポリアクリル酸ナトリウム(和光純薬工業(株)製、重合度2,700~7,500)、カルボキシメチルセルロースナトリウム(和光純薬工業(株)製)、アルギン酸ナトリウム(関東化学(株)製、鹿1級)、メトローズSHシリーズ(ヒドロキシプロピルメチルセルロース、信越化学工業(株)製)、メトローズSEシリーズ(ヒドロキシエチルメチルセルロース、信越化学工業(株)製)、JC-25(完全ケン化型ポリビニルアルコール、日本酢ビ・ポバール(株)製)、JM-17(中間ケン化型ポリビニルアルコール、日本酢ビ・ポバール(株)製)、JP-03(部分ケン化型ポリビニルアルコール、日本酢ビ・ポバール(株)製)、ポリスチレンスルホン酸(Aldrich社製、固形分濃度18質量%、水溶液)等が挙げられる。
 マトリックス高分子の含有量は、特に限定されるものではないが、組成物中に、0.0001~99質量%程度とすることが好ましく、0.001~90質量%程度とすることがより好ましい。
 CNT分散剤としては、特に限定されるものではなく、従来、CNT分散剤として用いられているものから適宜選択することができ、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリビニルピロリドン(PVP)、アクリル樹脂エマルジョン、水溶性アクリル系ポリマー、スチレンエマルジョン、シリコーンエマルジョン、アクリルシリコーンエマルジョン、フッ素樹脂エマルジョン、EVAエマルジョン、酢酸ビニルエマルジョン、塩化ビニルエマルジョン、ウレタン樹脂エマルジョン、国際公開第2014/04280号記載のトリアリールアミン系高分岐ポリマー、国際公開第2015/029949号記載の側鎖にオキサゾリン基を有するビニル系ポリマー等が挙げられるが、本発明においては、国際公開第2014/04280号記載のトリアリールアミン系高分岐ポリマー、国際公開第2015/029949号記載の側鎖にオキサゾリン基を有するビニル系ポリマーが好適である。
 具体的には、下記式(1)および(2)で示される、トリアリールアミン類とアルデヒド類および/またはケトン類とを酸性条件下で縮合重合することで得られる高分岐ポリマーが好適に用いられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
 上記式(1)および(2)において、Ar1~Ar3は、それぞれ独立して、式(3)~(7)で表されるいずれかの二価の有機基を表すが、特に、式(3)で示される置換または非置換のフェニレン基が好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
(式中、R5~R38は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1~5の分岐構造を有していてもよいアルキル基、炭素数1~5の分岐構造を有していてもよいアルコキシ基、カルボキシル基、スルホ基、リン酸基、ホスホン酸基、またはそれらの塩を表す。)
 また、式(1)および(2)において、Z1およびZ2は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1~5の分岐構造を有していてもよいアルキル基、または式(8)~(11)で表されるいずれかの一価の有機基を表す(ただし、Z1およびZ2が同時に上記アルキル基となることはない。)が、Z1およびZ2としては、それぞれ独立して、水素原子、2-または3-チエニル基、式(8)で示される基が好ましく、特に、Z1およびZ2のいずれか一方が水素原子で、他方が、水素原子、2-または3-チエニル基、式(8)で示される基、特にR41がフェニル基のもの、またはR41がメトキシ基のものがより好ましい。
 なお、R41がフェニル基の場合、後述する酸性基導入法において、ポリマー製造後に酸性基を導入する手法を用いた場合、このフェニル基上に酸性基が導入される場合もある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
{式中、R39~R62は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1~5の分岐構造を有していてもよいアルキル基、炭素数1~5の分岐構造を有していてもよいハロアルキル基、フェニル基、OR63、COR63、NR6364、COOR65(これらの式中、R63およびR64は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1~5の分岐構造を有していてもよいアルキル基、炭素数1~5の分岐構造を有していてもよいハロアルキル基、またはフェニル基を表し、R65は、炭素数1~5の分岐構造を有していてもよいアルキル基、炭素数1~5の分岐構造を有していてもよいハロアルキル基、またはフェニル基を表す。)、カルボキシル基、スルホ基、リン酸基、ホスホン酸基、またはそれらの塩を表す。}。
 上記式(2)~(7)において、R1~R38は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1~5の分岐構造を有していてもよいアルキル基、または炭素数1~5の分岐構造を有していてもよいアルコキシ基、カルボキシル基、スルホ基、リン酸基、ホスホン酸基、またはそれらの塩を表す。
 ここで、ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
 炭素数1~5の分岐構造を有していてもよいアルキル基としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基等が挙げられる。
 炭素数1~5の分岐構造を有していてもよいアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基、イソプロポキシ基、n-ブトキシ基、sec-ブトキシ基、tert-ブトキシ基、n-ペントキシ基等が挙げられる。
 カルボキシル基、スルホ基、リン酸基およびホスホン酸基の塩としては、ナトリウム,カリウムなどのアルカリ金属塩;マグネシウム,カルシウム等の2族金属塩;アンモニウム塩;プロピルアミン、ジメチルアミン、トリエチルアミン、エチレンジアミンなどの脂肪族アミン塩;イミダゾリン、ピペラジン、モルホリンなどの脂環式アミン塩;アニリン、ジフェニルアミンなどの芳香族アミン塩;ピリジニウム塩等が挙げられる。
 上記式(8)~(11)において、R39~R62は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1~5の分岐構造を有していてもよいアルキル基、炭素数1~5の分岐構造を有していてもよいハロアルキル基、フェニル基、OR63、COR63、NR6364、COOR65(これらの式中、R63およびR64は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1~5の分岐構造を有していてもよいアルキル基、炭素数1~5の分岐構造を有していてもよいハロアルキル基、またはフェニル基を表し、R65は、炭素数1~5の分岐構造を有していてもよいアルキル基、炭素数1~5の分岐構造を有していてもよいハロアルキル基、またはフェニル基を表す。)、カルボキシル基、スルホ基、リン酸基、ホスホン酸基、またはそれらの塩を表す。
 ここで、炭素数1~5の分岐構造を有していてもよいハロアルキル基としては、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、ブロモジフルオロメチル基、2-クロロエチル基、2-ブロモエチル基、1,1-ジフルオロエチル基、2,2,2-トリフルオロエチル基、1,1,2,2-テトラフルオロエチル基、2-クロロ-1,1,2-トリフルオロエチル基、ペンタフルオロエチル基、3-ブロモプロピル基、2,2,3,3-テトラフルオロプロピル基、1,1,2,3,3,3-ヘキサフルオロプロピル基、1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパン-2-イル基、3-ブロモ-2-メチルプロピル基、4-ブロモブチル基、パーフルオロペンチル基等が挙げられる。
 なお、ハロゲン原子、炭素数1~5の分岐構造を有していてもよいアルキル基としては、上記式(2)~(7)で例示した基と同様のものが挙げられる。
 特に、集電基板との密着性をより向上させることを考慮すると、上記高分岐ポリマーは、式(1)または(2)で表される繰り返し単位の少なくとも1つの芳香環中に、カルボキシル基、スルホ基、リン酸基、ホスホン酸基、およびそれらの塩から選ばれる少なくとも1種の酸性基を有するものが好ましく、スルホ基またはその塩を有するものがより好ましい。
 上記高分岐ポリマーの製造に用いられるアルデヒド化合物としては、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピルアルデヒド、ブチルアルデヒド、イソブチルアルデヒド、バレルアルデヒド、カプロンアルデヒド、2-メチルブチルアルデヒド、ヘキシルアルデヒド、ウンデシルアルデヒド、7-メトキシ-3,7-ジメチルオクチルアルデヒド、シクロヘキサンカルボキシアルデヒド、3-メチル-2-ブチルアルデヒド、グリオキザール、マロンアルデヒド、スクシンアルデヒド、グルタルアルデヒド、アジピンアルデヒド等の飽和脂肪族アルデヒド類;アクロレイン、メタクロレイン等の不飽和脂肪族アルデヒド類;フルフラール、ピリジンアルデヒド、チオフェンアルデヒド等のヘテロ環式アルデヒド類;ベンズアルデヒド、トリルアルデヒド、トリフルオロメチルベンズアルデヒド、フェニルベンズアルデヒド、サリチルアルデヒド、アニスアルデヒド、アセトキシベンズアルデヒド、テレフタルアルデヒド、アセチルベンズアルデヒド、ホルミル安息香酸、ホルミル安息香酸メチル、アミノベンズアルデヒド、N,N-ジメチルアミノベンズアルデヒド、N,N-ジフェニルアミノベンズアルデヒド、ナフチルアルデヒド、アントリルアルデヒド、フェナントリルアルデヒド等の芳香族アルデヒド類、フェニルアセトアルデヒド、3-フェニルプロピオンアルデヒド等のアラルキルアルデヒド類などが挙げられるが、中でも、芳香族アルデヒド類を用いることが好ましい。
 また、上記高分岐ポリマーの製造に用いられるケトン化合物としては、アルキルアリールケトン、ジアリールケトン類であり、例えば、アセトフェノン、プロピオフェノン、ジフェニルケトン、フェニルナフチルケトン、ジナフチルケトン、フェニルトリルケトン、ジトリルケトン等が挙げられる。
 本発明に用いられる高分岐ポリマーは、下記スキーム1に示されるように、例えば、下記式(A)で示されるような、上述したトリアリールアミン骨格を与え得るトリアリールアミン化合物と、例えば下記式(B)で示されるようなアルデヒド化合物および/またはケトン化合物とを、酸触媒の存在下で縮合重合して得られる。
 なお、アルデヒド化合物として、例えば、テレフタルアルデヒド等のフタルアルデヒド類のような、二官能化合物(C)を用いる場合、スキーム1で示される反応が生じるだけではなく、下記スキーム2で示される反応が生じ、2つの官能基が共に縮合反応に寄与した、架橋構造を有する高分岐ポリマーが得られる場合もある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
(式中、Ar1~Ar3、およびZ1~Z2は、上記と同じ意味を表す。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
(式中、Ar1~Ar3、およびR1~R4は、上記と同じ意味を表す。)
 上記縮合重合反応では、トリアリールアミン化合物のアリール基1当量に対して、アルデヒド化合物および/またはケトン化合物を0.1~10当量の割合で用いることができる。
 上記酸触媒としては、例えば、硫酸、リン酸、過塩素酸などの鉱酸類;p-トルエンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸一水和物などの有機スルホン酸類;ギ酸、シュウ酸などのカルボン酸類等を用いることができる。
 酸触媒の使用量は、その種類によって種々選択されるが、通常、トリアリールアミン類100質量部に対して、0.001~10,000質量部、好ましくは、0.01~1,000質量部、より好ましくは0.1~100質量部である。
 上記の縮合反応は無溶媒でも行えるが、通常溶媒を用いて行われる。溶媒としては反応を阻害しないものであれば全て使用することができ、例えば、テトラヒドロフラン、1,4-ジオキサンなどの環状エーテル類;N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)などのアミド類;メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類;塩化メチレン、クロロホルム、1,2-ジクロロエタン、クロロベンゼンなどのハロゲン化炭化水素類;ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類等が挙げられる。これら溶媒は、それぞれ単独で、または2種以上混合して用いることができる。特に、環状エーテル類が好ましい。
 また、使用する酸触媒が、例えばギ酸のような液状のものであるならば、酸触媒に溶媒としての役割を兼ねさせることもできる。
 縮合時の反応温度は、通常40~200℃である。反応時間は反応温度によって種々選択されるが、通常30分間から50時間程度である。
 以上のようにして得られる重合体の重量平均分子量Mwは、通常1,000~2,000,000、好ましくは、2,000~1,000,000である。
 高分岐ポリマーに酸性基を導入する場合、ポリマー原料である、上記トリアリールアミン化合物、アルデヒド化合物、ケトン化合物の芳香環上に予め導入し、これを用いて高分岐ポリマーを製造する方法で導入しても、得られた高分岐ポリマーを、その芳香環上に酸性基を導入可能な試薬で処理する方法で導入してもよいが、製造の簡便さを考慮すると、後者の手法を用いることが好ましい。
 後者の手法において、酸性基を芳香環上に導入する手法としては、特に制限はなく、酸性基の種類に応じて従来公知の各種方法から適宜選択すればよい。
 例えば、スルホ基を導入する場合、過剰量の硫酸を用いてスルホン化する手法などを用いることができる。
 上記高分岐ポリマーの平均分子量は特に限定されるものではないが、重量平均分子量が1,000~2,000,000が好ましく、2,000~1,000,000がより好ましい。
 なお、本発明における重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィーによる測定値(ポリスチレン換算)である。
 具体的な高分岐ポリマーとしては、下記式で示されるものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
 一方、側鎖にオキサゾリン基を有するビニル系ポリマー(以下、オキサゾリンポリマーという)としては、式(12)に示されるような2位に重合性炭素-炭素二重結合含有基を有するオキサゾリンモノマーをラジカル重合して得られる、オキサゾリン環の2位でポリマー主鎖またはスペーサー基に結合した繰り返し単位を有するポリマーであることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
 上記Xは、重合性炭素-炭素二重結合含有基を表し、R100~R103は、互いに独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1~5の分岐構造を有していてもよいアルキル基、炭素数6~20のアリール基、または炭素数7~20のアラルキル基を表す。
 オキサゾリンモノマーが有する重合性炭素-炭素二重結合含有基としては、重合性炭素-炭素二重結合を含んでいれば特に限定されるものではないが、重合性炭素-炭素二重結合を含む鎖状炭化水素基が好ましく、例えば、ビニル基、アリル基、イソプロペニル基などの炭素数2~8のアルケニル基等が好ましい。
 ハロゲン原子、炭素数1~5の分岐構造を有していてもよいアルキル基としては、上記と同様のものが挙げられる。
 炭素数6~20のアリール基の具体例としては、フェニル基、キシリル基、トリル基、ビフェニル基、ナフチル基等が挙げられる。
 炭素数7~20のアラルキル基の具体例としては、ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルシクロヘキシル基等が挙げられる。
 式(12)で示される2位に重合性炭素-炭素二重結合含有基を有するオキサゾリンモノマーの具体例としては、2-ビニル-2-オキサゾリン、2-ビニル-4-メチル-2-オキサゾリン、2-ビニル-4-エチル-2-オキサゾリン、2-ビニル-4-プロピル-2-オキサゾリン、2-ビニル-4-ブチル-2-オキサゾリン、2-ビニル-5-メチル-2-オキサゾリン、2-ビニル-5-エチル-2-オキサゾリン、2-ビニル-5-プロピル-2-オキサゾリン、2-ビニル-5-ブチル-2-オキサゾリン、2-イソプロペニル-2-オキサゾリン、2-イソプロペニル-4-メチル-2-オキサゾリン、2-イソプロペニル-4-エチル-2-オキサゾリン、2-イソプロペニル-4-プロピル-2-オキサゾリン、2-イソプロペニル-4-ブチル-2-オキサゾリン、2-イソプロペニル-5-メチル-2-オキサゾリン、2-イソプロペニル-5-エチル-2-オキサゾリン、2-イソプロペニル-5-プロピル-2-オキサゾリン、2-イソプロペニル-5-ブチル-2-オキサゾリン等が挙げられるが、入手容易性などの点から、2-イソプロペニル-2-オキサゾリンが好ましい。
 また、水系溶媒を用いてCNT含有組成物を調製することを考慮すると、オキサゾリンポリマーは水溶性であることが好ましい。
 このような水溶性のオキサゾリンポリマーは、上記式(12)で表されるオキサゾリンモノマーのホモポリマーでもよいが、水への溶解性をより高めるため、上記オキサゾリンモノマーと親水性官能基を有する(メタ)アクリル酸エステル系モノマーとの少なくとも2種のモノマーをラジカル重合させて得られたものであることが好ましい。
 親水性官能基を有する(メタ)アクリル系モノマーの具体例としては、(メタ)アクリル酸、アクリル酸2-ヒドロキシエチル、アクリル酸メトキシポリエチレングリコール、アクリル酸とポリエチレングリコールとのモノエステル化物、アクリル酸2-アミノエチルおよびその塩、メタクリル酸2-ヒドロキシエチル、メタクリル酸メトキシポリエチレングリコール、メタクリル酸とポリエチレングリコールとのモノエステル化物、メタクリル酸2-アミノエチルおよびその塩、(メタ)アクリル酸ナトリウム、(メタ)アクリル酸アンモニウム、(メタ)アクリルニトリル、(メタ)アクリルアミド、N-メチロール(メタ)アクリルアミド、N-(2-ヒドロキシエチル)(メタ)アクリルアミド、スチレンスルホン酸ナトリウム等が挙げられ、これらは、単独で用いても、2種以上組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、(メタ)アクリル酸メトキシポリエチレングリコール、(メタ)アクリル酸とポリエチレングリコールとのモノエステル化物が好適である。
 また、オキサゾリンポリマーのCNT分散能に悪影響を及ぼさない範囲で、上記オキサゾリンモノマーおよび親水性官能基を有する(メタ)アクリル系モノマー以外のその他のモノマーを併用することができる。
 その他のモノマーの具体例としては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸2-エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸パーフルオロエチル、(メタ)アクリル酸フェニル等の(メタ)アクリル酸エステルモノマー;エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン等のα-オレフィン系モノマー;塩化ビニル、塩化ビニリデン、フッ化ビニル等のハロオレフィン系モノマー;スチレン、α-メチルスチレン等のスチレン系モノマー;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のカルボン酸ビニルエステル系モノマー;メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル等のビニルエーテル系モノマーなどが挙げられ、これらはそれぞれ単独で用いても、2種以上組み合わせて用いてもよい。
 本発明で用いるオキサゾリンポリマー製造に用いられるモノマー成分において、オキサゾリンモノマーの含有率は、得られるオキサゾリンポリマーのCNT分散能をより高めるという点から、10質量%以上が好ましく、20質量%以上がより好ましく、30質量%以上がより一層好ましい。なお、モノマー成分におけるオキサゾリンモノマーの含有率の上限値は100質量%であり、この場合は、オキサゾリンモノマーのホモポリマーが得られる。
 一方、得られるオキサゾリンポリマーの水溶性をより高めるという点から、モノマー成分における親水性官能基を有する(メタ)アクリル系モノマーの含有率は、10質量%以上が好ましく、20質量%以上がより好ましく、30質量%以上がより一層好ましい。
 また、モノマー成分におけるその他の単量体の含有率は、上述のとおり、得られるオキサゾリンポリマーのCNT分散能に影響を与えない範囲であり、また、その種類によって異なるため一概には決定できないが、5~95質量%、好ましくは10~90質量%の範囲で適宜設定すればよい。
 オキサゾリンポリマーの平均分子量は特に限定されるものではないが、重量平均分子量が1,000~2,000,000が好ましく、2,000~1,000,000がより好ましい。
 本発明で使用可能なオキサゾリンポリマーは、上記モノマーを従来公知のラジカル重合にて合成することができるが、市販品として入手することもでき、そのような市販品としては、例えば、エポクロスWS-300((株)日本触媒製、固形分濃度10質量%、水溶液)、エポクロスWS-700((株)日本触媒製、固形分濃度25質量%、水溶液)、エポクロスWS-500((株)日本触媒製、固形分濃度39質量%、水/1-メトキシ-2-プロパノール溶液)、Poly(2-ethyl-2-oxazoline)(Aldrich)、Poly(2-ethyl-2-oxazoline)(AlfaAesar)、Poly(2-ethyl-2-oxazoline)(VWR International,LLC)等が挙げられる。
 なお、溶液として市販されている場合、そのまま使用しても、目的とする溶媒に置換してから使用してもよい。
 本発明で用いるCNT含有組成物における、CNTと分散剤との混合比率は、質量比で1,000:1~1:100程度とすることができる。
 また、組成物中における分散剤の濃度は、CNTを溶媒に分散させ得る濃度であれば特に限定されるものではないが、組成物中に0.001~30質量%程度とすることが好ましく、0.002~20質量%程度とすることがより好ましい。
 さらに、組成物中におけるCNTの濃度は、目的とするアンダーコート層の目付量や、要求される機械的、電気的、熱的特性などにおいて変化するものであり、また、少なくともCNTの一部が孤立分散し、本発明で規定される目付量でアンダーコート層を作製できる限り任意であるが、組成物中に0.0001~50質量%程度とすることが好ましく、0.001~20質量%程度とすることがより好ましく、0.001~10質量%程度とすることがより一層好ましい。
 なお、本発明で用いるCNT含有組成物には、用いる分散剤と架橋反応を起こす架橋剤や、自己架橋する架橋剤を含んでいてもよい。これらの架橋剤は、使用する溶媒に溶解することが好ましい。
 トリアリールアミン系高分岐ポリマーの架橋剤としては、例えば、メラミン系、置換尿素系、またはそれらのポリマー系架橋剤等が挙げられ、これら架橋剤は、それぞれ単独で、または2種以上混合して用いることができる。なお、好ましくは、少なくとも2個の架橋形成置換基を有する架橋剤であり、CYMEL(登録商標)、メトキシメチル化グリコールウリル、ブトキシメチル化グリコールウリル、メチロール化グリコールウリル、メトキシメチル化メラミン、ブトキシメチル化メラミン、メチロール化メラミン、メトキシメチル化ベンゾグアナミン、ブトキシメチル化ベンゾグアナミン、メチロール化ベンゾグアナミン、メトキシメチル化尿素、ブトキシメチル化尿素、メチロール化尿素、メトキシメチル化チオ尿素、メトキシメチル化チオ尿素、メチロール化チオ尿素等の化合物、およびこれらの化合物の縮合体が例として挙げられる。
 オキサゾリンポリマーの架橋剤としては、例えば、カルボキシル基、水酸基、チオール基、アミノ基、スルフィン酸基、エポキシ基等のオキサゾリン基との反応性を有する官能基を2個以上有する化合物であれば特に限定されるものではないが、カルボキシル基を2個以上有する化合物が好ましい。なお、薄膜形成時の加熱や、酸触媒の存在下で上記官能基が生じて架橋反応を起こす官能基、例えば、カルボン酸のナトリウム塩、カリウム塩、リチウム塩、アンモニウム塩等を有する化合物も架橋剤として用いることができる。
 オキサゾリン基と架橋反応を起こす化合物の具体例としては、酸触媒の存在下で架橋反応性を発揮する、ポリアクリル酸やそのコポリマー等の合成高分子およびカルボキシメチルセルロースやアルギン酸といった天然高分子の金属塩、加熱により架橋反応性を発揮する、上記合成高分子および天然高分子のアンモニウム塩等が挙げられるが、特に、酸触媒の存在下や加熱条件下で架橋反応性を発揮するポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸リチウム、ポリアクリル酸アンモニウム、カルボキシメチルセルロースナトリウム、カルボキシメチルセルロースリチウム、カルボキシメチルセルロースアンモニウム等が好ましい。
 このようなオキサゾリン基と架橋反応を起こす化合物は、市販品として入手することもでき、そのような市販品としては、例えば、ポリアクリル酸ナトリウム(和光純薬工業(株)製、重合度2,700~7,500)、カルボキシメチルセルロースナトリウム(和光純薬工業(株)製)、アルギン酸ナトリウム(関東化学(株)製、鹿1級)、アロンA-30(ポリアクリル酸アンモニウム、東亞合成(株)製、固形分濃度32質量%、水溶液)、DN-800H(カルボキシメチルセルロースアンモニウム、ダイセルファインケム(株)製)、アルギン酸アンモニウム((株)キミカ製)等が挙げられる。
 自己架橋する架橋剤としては、例えば、水酸基に対してアルデヒド基、エポキシ基、ビニル基、イソシアネート基、アルコキシ基、カルボキシル基に対してアルデヒド基、アミノ基、イソシアネート基、エポキシ基、アミノ基に対してイソシアネート基、アルデヒド基などの、互いに反応する架橋性官能基を同一分子内に有している化合物や、同じ架橋性官能基同士で反応する水酸基(脱水縮合)、メルカプト基(ジスルフィド結合)、エステル基(クライゼン縮合)、シラノール基(脱水縮合)、ビニル基、アクリル基などを有している化合物などが挙げられる。
 自己架橋する架橋剤の具体例としては、酸触媒の存在下で架橋反応性を発揮する多官能アクリレート、テトラアルコキシシラン、ブロックイソシアネート基を有するモノマーおよび水酸基、カルボン酸、アミノ基の少なくとも1つを有するモノマーのブロックコポリマーなどが挙げられる。
 このような自己架橋する架橋剤は、市販品として入手することもでき、そのような市販品としては、例えば、多官能アクリレートでは、A-9300(エトキシ化イソシアヌル酸トリアクリレート、新中村化学工業(株)製)、A-GLY-9E(Ethoxylated glycerine triacrylate(EO9mol)、新中村化学工業(株)製)、A-TMMT(ペンタエリスリトールテトラアクリレート、新中村化学工業(株)製)、テトラアルコキシシランでは、テトラメトキシシラン(東京化成工業(株)製)、テトラエトキシシラン(東横化学(株)製)、ブロックイソシアネート基を有するポリマーでは、エラストロンシリーズE-37、H-3、H38、BAP、NEW BAP-15、C-52、F-29、W-11P、MF-9、MF-25K(第一工業製薬(株)製)等が挙げられる。
 これら架橋剤の添加量は、使用する溶媒、使用する基材、要求される粘度、要求される膜形状などにより変動するが、分散剤に対して0.001~80質量%、好ましくは0.01~50質量%、より好ましくは0.05~40質量%である。これら架橋剤は自己縮合による架橋反応を起こすこともあるが、分散剤と架橋反応を起こすものであり、分散剤中に架橋性置換基が存在する場合はそれらの架橋性置換基により架橋反応が促進される。
 本発明では、架橋反応を促進するための触媒として、p-トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ピリジニウムp-トルエンスルホン酸、サリチル酸、スルホサリチル酸、クエン酸、安息香酸、ヒドロキシ安息香酸、ナフタレンカルボン酸等の酸性化合物、および/または2,4,4,6-テトラブロモシクロヘキサジエノン、ベンゾイントシレート、2-ニトロベンジルトシレート、有機スルホン酸アルキルエステル等の熱酸発生剤を添加することができる。
 触媒の添加量はCNT分散剤に対して、0.0001~20質量%、好ましくは0.0005~10質量%、より好ましくは0.001~3質量%である。
 アンダーコート層を形成するためのCNT含有組成物の調製法は、特に限定されるものではなく、CNTおよび溶媒、並びに必要に応じて用いられる分散剤、マトリックスポリマーおよび架橋剤を任意の順序で混合して分散液を調製すればよい。
 この際、混合物を分散処理することが好ましく、この処理により、CNTの分散割合をより向上させることができる。分散処理としては、機械的処理である、ボールミル、ビーズミル、ジェットミル等を用いる湿式処理や、バス型やプローブ型のソニケータを用いる超音波処理が挙げられるが、特に、ジェットミルを用いた湿式処理や超音波処理が好適である。
 分散処理の時間は任意であるが、1分間から10時間程度が好ましく、5分間から5時間程度がより好ましい。この際、必要に応じて加熱処理を施しても構わない。
 なお、架橋剤および/またはマトリックス高分子を用いる場合、これらは、分散剤、CNTおよび溶媒からなる混合物を調製した後から加えてもよい。
 以上で説明したCNT含有組成物を集電基板の少なくとも一方の面に塗布し、これを自然または加熱乾燥し、アンダーコート層を形成して本発明のアンダーコート箔を作製することができる。
 この際、CNT含有組成物を集電基板の面全体に塗布し、アンダーコート層を集電基板面全面に形成することが好ましい。
 本発明では、アンダーコート箔と後述する金属タブとを、箔のアンダーコート層部分で超音波溶接等の溶接によって効率よく接合させるため、アンダーコート層の膜厚を200nm以下、好ましくは140nm以下、より好ましくは80nm以下とする。
 一方、アンダーコート層の機能を担保して優れた特性の電池を再現性よく得るため、アンダーコート層の膜厚を好ましくは1nm以上、より好ましくは30nm以上とする。
 本発明におけるアンダーコート層の膜厚は、例えば、アンダーコート箔から適当な大きさの試験片を切り出し、それを手で裂く等の手法により断面を露出させ、走査電子顕微鏡(SEM)等の顕微鏡観察により、断面部分でアンダーコート層が露出した部分から求めることができる。
 一方、集電基板の一面あたりのアンダーコート層の目付量は、上記膜厚を満たす限り特に限定されるものではないが、超音波溶接等の溶接性を考慮すると、好ましくは0.1g/m2以下、より好ましくは0.09g/m2以下、より一層好ましくは0.05g/m2未満とし、アンダーコート層の機能を担保して優れた特性の電池を再現性よく得ることを考慮すると、好ましくは0.001g/m2以上、より好ましくは0.005g/m2以上、より一層好ましくは0.01g/m2以上、さらに好ましくは0.015g/m2以上とする。
 本発明におけるアンダーコート層の目付量は、アンダーコート層の面積(m2)に対するアンダーコート層の質量(g)の割合であり、アンダーコート層がパターン状に形成されている場合、当該面積はアンダーコート層のみの面積であり、パターン状に形成されたアンダーコート層の間に露出する集電基板の面積を含まない。
 アンダーコート層の質量は、例えば、アンダーコート箔から適当な大きさの試験片を切り出し、その質量W0を測定し、その後、アンダーコート箔からアンダーコート層を剥離し、アンダーコート層を剥離した後の質量W1を測定し、その差(W0-W1)から算出する、あるいは、予め集電基板の質量W2を測定しておき、その後、アンダーコート層を形成したアンダーコート箔の質量W3を測定し、その差(W3-W2)から算出することができる。
 アンダーコート層を剥離する方法としては、例えばアンダーコート層が溶解、もしくは膨潤する溶剤に、アンダーコート層を浸漬させ、布等でアンダーコート層をふき取るなどの方法が挙げられる。
 目付量や膜厚は、公知の方法で調整することができる。例えば、塗布によりアンダーコート層を形成する場合、アンダーコート層を形成するための塗工液(CNT含有組成物)の固形分濃度、塗布回数、塗工機の塗工液投入口のクリアランスなどを変えることで調整できる。
 目付量や膜厚を大きくしたい場合は、固形分濃度を高くしたり、塗布回数を増やしたり、クリアランスを大きくしたりする。目付量や膜厚を小さくしたい場合は、固形分濃度を低くしたり、塗布回数を減らしたり、クリアランスを小さくしたりする。
 本発明では、アルミニウム箔上もしくは銅箔上に形成した場合の薄膜(アンダーコート層)について測定されるL***表色系の明度L*を指標とすることによって、アンダーコート箔の製造を止めることなく薄膜の膜厚や目付量を容易に把握することができるようになる。その結果、得られたアンダーコート箔の仕上がりを容易に管理することができる。
 より具体的には、SCI方式で測定される、アルミニウム箔上もしくは銅箔上に形成された薄膜(アンダーコート層)におけるL***表色系の明度L*を測定するものである。上記SCI方式は、JIS Z 8722に記載の反射物体の測定方法における幾何条件cの光トラップなしに相当する照明受光光学系(di:8°)で測定する方式である。また、L***表色系の明度L*は、JIS Z 8781-4に準拠する。
 本発明において、上記明度L*は、アルミニウム箔上においては53以上100未満であり、好ましくは54以上93以下であり、より好ましくは54以上88以下であり、銅箔上においては36以上100未満であり、好ましくは40以上80以下であり、より好ましくは45以上80以下である。明度L*が低すぎる場合、溶接効率の低下やデバイスの内部抵抗の増加を招くおそれがある。
 上記L***表色系における明度L*は、色彩色差計で測定することができる。色彩色差計としては、例えば、コニカミノルタ(株)製のCM-2500d等を用いることができる。
 なお、本発明は、明度L*を測定してアンダーコート箔の仕上がりを管理することによって、より効率的にアンダーコート箔を製造し得るものであるが、上述した方法でアンダーコート層の目付量を直接的に算出することを妨げるものではなく、必要に応じて、両者を組み合わせてその仕上がりを管理してもよい。
 集電基板としては、従来、エネルギー貯蔵デバイス電極の集電基板として用いられているものから適宜選択すればよく、例えば、銅、アルミニウム、ニッケル、金、銀およびそれらの合金や、カーボン材料、金属酸化物、導電性高分子等の薄膜を用いることができるが、超音波溶接等の溶接を適用して電極構造体を作製する場合、銅、アルミニウム、ニッケル、金、銀およびそれらの合金からなる金属箔を用いることが好ましい。
 集電基板の厚みは特に限定されるものではないが、本発明においては、1~100μmが好ましい。
 CNT含有組成物の塗布方法としては、例えば、スピンコート法、ディップコート法、フローコート法、インクジェット法、スプレーコート法、バーコート法、グラビアコート法、スリットコート法、ロールコート法、フレキソ印刷法、転写印刷法、刷毛塗り、ブレードコート法、エアーナイフコート法などが挙げられるが、作業効率等の点から、インクジェット法、キャスティング法、ディップコート法、バーコート法、ブレードコート法、ロールコート法、グラビアコート法、フレキソ印刷法、スプレーコート法が好適である。
 加熱乾燥する場合の温度も任意であるが、50~200℃程度が好ましく、80~150℃程度がより好ましい。
 本発明のエネルギー貯蔵デバイス電極は、上記アンダーコート箔のアンダーコート層上に、活物質層を形成して作製することができる。
 ここで、活物質としては、従来、エネルギー貯蔵デバイス電極に用いられている各種活物質を用いることができる。
 例えば、リチウム二次電池やリチウムイオン二次電池の場合、正極活物質としてリチウムイオンを吸着・離脱可能なカルコゲン化合物またはリチウムイオン含有カルコゲン化合物、ポリアニオン系化合物、硫黄単体およびその化合物等を用いることができる。
 このようなリチウムイオンを吸着離脱可能なカルコゲン化合物としては、例えばFeS2、TiS2、MoS2、V26、V613、MnO2等が挙げられる。
 リチウムイオン含有カルコゲン化合物としては、例えばLiCoO2、LiMnO2、LiMn24、LiMo24、LiV38、LiNiO2、LixNiy1-y2(但し、Mは、Co、Mn、Ti、Cr,V、Al、Sn、Pb、およびZnから選ばれる少なくとも1種以上の金属元素を表し、0.05≦x≦1.10、0.5≦y≦1.0)などが挙げられる。
 ポリアニオン系化合物としては、例えばLiFePO4等が挙げられる。
 硫黄化合物としては、例えばLi2S、ルベアン酸等が挙げられる。
 一方、上記負極を構成する負極活物質としては、アルカリ金属、アルカリ合金、リチウムイオンを吸蔵・放出する周期表4~15族の元素から選ばれる少なくとも1種の単体、酸化物、硫化物、窒化物、またはリチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出可能な炭素材料を使用することができる。
 アルカリ金属としては、Li、Na、K等が挙げられ、アルカリ金属合金としては、例えば、Li-Al、Li-Mg、Li-Al-Ni、Na-Hg、Na-Zn等が挙げられる。
 リチウムイオンを吸蔵放出する周期表4~15族の元素から選ばれる少なくとも1種の元素の単体としては、例えば、ケイ素やスズ、アルミニウム、亜鉛、砒素等が挙げられる。
 同じく酸化物としては、例えば、スズケイ素酸化物(SnSiO3)、リチウム酸化ビスマス(Li3BiO4)、リチウム酸化亜鉛(Li2ZnO2)、リチウム酸化チタン(Li4Ti512)等が挙げられる。
 同じく硫化物としては、リチウム硫化鉄(LixFeS2(0≦x≦3))、リチウム硫化銅(LixCuS(0≦x≦3))等が挙げられる。
 同じく窒化物としては、リチウム含有遷移金属窒化物が挙げられ、具体的には、LixyN(M=Co、Ni、Cu、0≦x≦3、0≦y≦0.5)、リチウム鉄窒化物(Li3FeN4)等が挙げられる。
 リチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出可能な炭素材料としては、グラファイト、カーボンブラック、コークス、ガラス状炭素、炭素繊維、カーボンナノチューブ、またはこれらの焼結体等が挙げられる。
 また、電気二重層キャパシタの場合、活物質として炭素質材料を用いることができる。
 この炭素質材料としては、活性炭等が挙げられ、例えば、フェノール樹脂を炭化後、賦活処理して得られた活性炭が挙げられる。
 活物質層は、以上で説明した活物質、バインダーポリマーおよび必要に応じて溶媒を含む電極スラリーを、アンダーコート層上に塗布し、自然または加熱乾燥して形成することができる。
 活物質層の形成部位は、用いるデバイスのセル形態等に応じて適宜設定すればよく、アンダーコート層の表面全部でもその一部でもよいが、ラミネートセル等に使用する目的で、金属タブと電極とを超音波溶接等の溶接により接合した電極構造体として用いる場合には、溶接部を残すためアンダーコート層の表面の一部に電極スラリーを塗布して活物質層を形成することが好ましい。特に、ラミネートセル用途では、アンダーコート層の周縁を残したそれ以外の部分に電極スラリーを塗布して活物質層を形成することが好適である。
 バインダーポリマーとしては、公知の材料から適宜選択して用いることができ、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリビニルピロリドン、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体〔P(VDF-HFP)〕、フッ化ビニリデン-塩化3フッ化エチレン共重合体〔P(VDF-CTFE)〕、ポリビニルアルコール、ポリイミド、エチレン-プロピレン-ジエン三元共重合体、スチレン-ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリアクリル酸(PAA)、ポリアニリン等の導電性高分子などが挙げられる。
 なお、バインダーポリマーの添加量は、活物質100質量部に対して、0.1~20質量部、特に、1~10質量部が好ましい。
 溶媒としては、上記CNT含有組成物で例示した溶媒が挙げられ、それらの中からバインダーの種類に応じて適宜選択すればよいが、PVdF等の非水溶性のバインダーの場合はNMPが好適であり、PAA等の水溶性のバインダーの場合は水が好適である。
 なお、上記電極スラリーは、導電助剤を含んでいてもよい。導電助剤としては、例えば、カーボンブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、カーボンウイスカー、炭素繊維、天然黒鉛、人造黒鉛、酸化チタン、酸化ルテニウム、アルミニウム、ニッケルなどが挙げられる。
 電極スラリーの塗布方法としては、上述したCNT含有組成物と同様の手法が挙げられる。
 また、加熱乾燥する場合の温度も任意であるが、50~400℃程度が好ましく、80~150℃程度がより好ましい。
 また電極は、必要に応じてプレスすることができる。プレス法は、一般に採用されている方法を用いることができるが、特に金型プレス法やロールプレス法が好ましい。ロールプレス法でのプレス圧は、特に限定されないが、0.2~3ton/cmが好ましい。
 本発明に係るエネルギー貯蔵デバイスは、上述したエネルギー貯蔵デバイス電極を備えたものであり、より具体的には、少なくとも一対の正負極と、これら各極間に介在するセパレータと、電解質とを備えて構成され、正負極の少なくとも一方が、上述したエネルギー貯蔵デバイス電極から構成される。
 このエネルギー貯蔵デバイスは、電極として上述したエネルギー貯蔵デバイス電極を用いることにその特徴があるため、その他のデバイス構成部材であるセパレータや、電解質などは、公知の材料から適宜選択して用いることができる。
 セパレータとしては、例えば、セルロース系セパレータ、ポリオレフィン系セパレータなどが挙げられる。
 電解質としては、液体、固体のいずれでもよく、また水系、非水系のいずれでもよいが、本発明のエネルギー貯蔵デバイス電極は、非水系電解質を用いたデバイスに適用した場合にも実用上十分な性能を発揮させ得る。
 非水系電解質としては、電解質塩を非水系有機溶媒に溶かしてなる非水系電解液が挙げられる。
 電解質塩としては、4フッ化硼酸リチウム、6フッ化リン酸リチウム、過塩素酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム等のリチウム塩;テトラメチルアンモニウムヘキサフルオロホスフェート、テトラエチルアンモニウムヘキサフルオロホスフェート、テトラプロピルアンモニウムヘキサフルオロホスフェート、メチルトリエチルアンモニウムヘキサフルオロホスフェート、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラエチルアンモニウムパークロレート等の4級アンモニウム塩、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド等のリチウムイミドなどが挙げられる。
 非水系有機溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート等のアルキレンカーボネート;ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート等のジアルキルカーボネート;アセトニトリル等のニトリル類、ジメチルホルムアミド等のアミド類などが挙げられる。
 エネルギー貯蔵デバイスの形態は特に限定されるものではなく、円筒型、扁平巻回角型、積層角型、コイン型、扁平巻回ラミネート型、積層ラミネート型等の従来公知の各種形態のセルを採用することができる。
 コイン型に適用する場合、上述した本発明のエネルギー貯蔵デバイス電極を、所定の円盤状に打ち抜いて用いればよい。
 例えば、リチウムイオン二次電池は、コインセルのワッシャーとスペーサーが溶接されたフタに、所定形状に打ち抜いたリチウム箔を所定枚数設置し、その上に、電解液を含浸させた同形状のセパレータを重ね、さらに上から、活物質層を下にして本発明のエネルギー貯蔵デバイス電極を重ね、ケースとガスケットを載せて、コインセルかしめ機で密封して作製することができる。
 積層ラミネート型に適用する場合、活物質層がアンダーコート層表面の一部に形成された電極における、アンダーコート層が形成され、かつ、活物質層が形成されていない部分(溶接部)で金属タブと溶接して得られた電極構造体を用いればよい。
 この場合、電極構造体を構成する電極は一枚でも複数枚でもよいが、一般的には、正負極とも複数枚が用いられる。
 正極を形成するための複数枚の電極は、負極を形成するための複数枚の電極板と、一枚ずつ交互に重ねることが好ましく、その際、正極と負極の間には上述したセパレータを介在させることが好ましい。
 金属タブは、複数枚の電極の最も外側の電極の溶接部で溶接しても、複数枚の電極のうち、任意の隣接する2枚の電極の溶接部間に金属タブを挟んで溶接してもよい。
 金属タブの材質は、一般的にエネルギー貯蔵デバイスに使用されるものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、ニッケル、アルミニウム、チタン、銅などの金属;ステンレス、ニッケル合金、アルミニウム合金、チタン合金、銅合金などの合金などが挙げられるが、溶接効率を考慮すると、アルミニウム、銅およびニッケルから選ばれる少なくとも1種の金属を含んで構成されるものが好ましい。
 金属タブの形状は、箔状が好ましく、その厚さは0.05~1mm程度が好ましい。
 溶接方法は、金属同士の溶接に用いられる公知の方法を用いることができ、その具体例としては、TIG溶接、スポット溶接、レーザー溶接、超音波溶接などが挙げられるが、上述したように、本発明のアンダーコート層は、超音波溶接に特に適した目付量とされているため、超音波溶接にて電極と金属タブとを接合することが好ましい。
 超音波溶接の手法としては、例えば、複数枚の電極をアンビルとホーンとの間に配置し、溶接部に金属タブを配置して超音波をかけて一括して溶接する手法や、電極同士を先に溶接し、その後、金属タブを溶接する手法などが挙げられる。
 本発明では、いずれの手法でも、金属タブと電極とが上記溶接部で溶接されるだけでなく、複数枚の電極同士も、アンダーコート層が形成され、かつ、活物質層が形成されていない部分で互いに超音波溶接されることになる。
 溶接時の圧力、周波数、出力、処理時間等は、特に限定されるものではなく、用いる材料やアンダーコート層の目付量などを考慮して適宜設定すればよい。
 以上のようにして作製した電極構造体を、ラミネートパックに収納し、上述した電解液を注入した後、ヒートシールすることでラミネートセルが得られる。
 このようにして得られたエネルギー貯蔵デバイスは、金属タブと、一枚または複数枚の電極とを備えて構成される電極構造体を少なくとも一つ有し、電極が、集電基板と、この集電基板の少なくとも一方の面に形成されたアンダーコート層と、このアンダーコート層の表面の一部に形成された活物質層とを有し、電極が複数枚用いられている場合、それらが、アンダーコート層が形成され、かつ、活物質層が形成されていない部分で互いに超音波溶接されているとともに、電極のうちの少なくとも一枚が、アンダーコート層が形成され、かつ、活物質層が形成されていない部分で金属タブと超音波溶接されているという構成を備えたものである。
 以下、実施例および比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。なお、使用した測定装置は以下のとおりである。
(1)プローブ型超音波照射装置(分散処理)
 装置:Hielscher Ultrasonics社製 UIP1000
(2)ワイヤーバーコーター(薄膜作製)
 装置:(株)エスエムテー製 PM-9050MC
(3)超音波溶接機(超音波溶接試験)
 装置:日本エマソン(株)製、2000Xea 40:0.8/40MA-XaeStand
(4)充放電測定装置(二次電池評価)
 装置:北斗電工(株)製 HJ1001SM8A
(5)マイクロメーター(バインダー、活性層の膜厚測定)
 装置:(株)ミツトヨ製 IR54
(6)ホモディスパー(電極スラリーの混合)
 装置:T.K.ロボミックス(ホモディスパー2.5型(φ32)付き)(プライミクス(株)製) 
(7)薄膜旋回型高速ミキサー(電極スラリーの混合)
 装置:フィルミクス40型(プライミクス(株)製)
(8)自転・公転ミキサー(電極スラリーの脱泡)
 装置:あわとり錬太郎(ARE-310)((株)シンキー製)
(9)ロールプレス装置(電極の圧縮)
 装置:超小型卓上熱ロールプレス機 HSR-60150H(宝泉(株)製)
(10)走査電子顕微鏡(SEM)
 装置:日本電子(株)製、JSM-7400F
(11)色彩色差計
 装置:コミカミノルタ(株)製、CM-2500d
 測定条件:測定径φ8mm、SCI方式、UV100%含む標準イルミナントD65を光源とし、観察視野は10°視野とした。
 アンダーコート箔を8×10cmの大きさに切り出し、5回測定した平均値を明度L*とした。
[1]集電基板としてアルミ箔を用いたアンダーコート箔の製造
[実施例1-1]
 分散剤として国際公開第2014/042080号の合成例2と同様の手法で合成した、下記式で示されるPTPA-PBA-SO3H0.50gを、分散媒である2-プロパノール43gおよび水6.0gに溶解させ、この溶液へMWCNT(Nanocyl社製“NC7000”外径10nm)0.50gを添加した。この混合物に、プローブ型超音波照射装置を用いて室温(およそ25℃)で30分間超音波処理を行い、沈降物がなくMWCNTが均一に分散した黒色のMWCNT含有分散液を得た。
 得られたMWCNT含有分散液50gに、ポリアクリル酸(PAA)を含む水溶液であるアロンA-10H(東亞合成(株)、固形分濃度25.8質量%)3.88gと2-プロパノール46.12gとを加えて撹拌し、アンダーコート液A1を得た。2-プロパノールで2倍に希釈して、アンダーコート液A2を得た。
 得られたアンダーコート液A2を、集電基板であるアルミニウム箔(厚み15μm)にワイヤーバーコーター(OSP2、ウェット膜厚2μm)で均一に展開後、120℃で10分乾燥してアンダーコート層を形成し、アンダーコート箔B1を作製した。
 膜厚の測定は、以下のようにして行った。上記で作製したアンダーコート箔を1cm×1cmに切り出し、その中央部分で手で裂き、断面部分でアンダーコート層が露出した部分をSEMにて10,000~60,000倍で観察し、撮影された像から膜厚を計測した。その結果、アンダーコート箔B1のアンダーコート層の厚みは約16nmであった。
 また、色差計にてアンダーコート層の明度L*を測定したところ、92.3であった。
 さらに得られたアンダーコート箔B1の反対側の面にも、同様にアンダーコート液A2を塗布、乾燥することで、アルミニウム箔の両面にアンダーコート層が形成されたアンダーコート箔C1を作製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
[実施例1-2]
 実施例1-1で作製したアンダーコート液A1を用いた以外は、実施例1-1と同様にして、アンダーコート箔B2およびC2を作製し、アンダーコート箔B2のアンダーコート層の厚みを測定したところ、23nmであった。また、色差計にてアンダーコート層の明度L*を測定したところ、88.4であった。
[実施例1-3]
 ワイヤーバーコーター(OSP3、ウェット膜厚3μm)を用いた以外は、実施例1-2と同様にして、アンダーコート箔B3およびC3を作製し、アンダーコート箔B3のアンダーコート層の厚みを測定したところ、31nmであった。また、色差計にてアンダーコート層の明度L*を測定したところ、79.8であった。
[実施例1-4]
 ワイヤーバーコーター(OSP4、ウェット膜厚4μm)を用いた以外は、実施例1-2と同様にして、アンダーコート箔B4およびC4を作製し、アンダーコート箔B4のアンダーコート層の厚みを測定したところ、41nmであった。また、色差計にてアンダーコート層の明度L*を測定したところ、75.5であった。
[実施例1-5]
 ワイヤーバーコーター(OSP6、ウェット膜厚6μm)を用いた以外は、実施例1-2と同様にして、アンダーコート箔B5およびC5を作製し、アンダーコート箔B5のアンダーコート層の厚みを測定したところ、60nmであった。また、色差計にてアンダーコート層の明度L*を測定したところ、60.6であった。
[実施例1-6]
 ワイヤーバーコーター(OSP8、ウェット膜厚8μm)を用いた以外は、実施例1-2と同様にして、アンダーコート箔B6およびC6を作製し、アンダーコート箔B6のアンダーコート層の厚みを測定したところ、80nmであった。また、色差計にてアンダーコート層の明度L*を測定したところ、54.2であった。
[比較例1-1]
 ワイヤーバーコーター(OSP22、ウェット膜厚22μm)を用いた以外は、実施例1-2と同様にして、アンダーコート箔B7およびC7を作製し、アンダーコート箔B7のアンダーコート層の厚みを測定したところ、210nmであった。また、色差計にてアンダーコート層の明度L*を測定したところ、52.2であった。
[比較例1-2]
 ワイヤーバーコーター(OSP30、ウェット膜厚30μm)を用いた以外は、実施例1-2と同様にして、アンダーコート箔B8およびC8を作製し、アンダーコート箔B8のアンダーコート層の厚みを測定したところ、250nmであった。また、色差計にてアンダーコート層の明度L*を測定したところ、34.9であった。
 図1に、実施例1-1~1-6および比較例1-1~1-2で作製した各アンダーコート箔について、横軸を膜厚とした場合における、アンダーコート層の明度L*の変化を示す。図1に示したように、明度53程度までは、アンダーコート箔の膜厚に対し、明度は直線的に減少するのに対し、明度53未満では、直線に乗らないことが分かる。これはすなわち、集電基板としてアルミ箔を用いた場合において、明度53以上のアンダーコート箔を製造する場合には、アンダーコート層の膜厚を、明度L*を測定することによって容易に計算できることを示している。
〔超音波溶接試験〕
 実施例1-1~1-6および比較例1-1~1-2で作製した各アンダーコート箔について、下記手法により、超音波溶接試験を行った。
 日本エマソン(株)の超音波溶接機(2000Xea,40:0.8/40MA-XaeStand)を用い、アンビル上のアルミタブ(宝泉(株)製、厚み0.1mm、幅5mm)の上に、両面にアンダーコート層が形成されたアンダーコート箔5枚を積層し、上からホーンを当てて超音波振動を与えて溶接した。溶接面積は3×12mmとし、溶接後、ホーンに接触したアンダーコート箔が破れることなく、タブとアンダーコート箔を剥離させようとした場合に箔が破れる場合に○、タブと箔間で剥離する場合に×とした。結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
 表1に示されるように、集電基板としてアルミ箔を用いた場合において、膜厚が100nmを超える、もしくは明度L*が53未満のものに関しては、タブ-アンダーコート箔間での溶接強度が十分ではなく、タブ-アンダーコート箔間で剥離してしまうが、膜厚が100nm以下、もしくは明度L*が53以上のものは、タブ-アンダーコート箔間での溶接強度が十分で、タブ-アンダーコート箔間で剥離させようとしても、アンダーコート箔が破れた。以上のことから、集電基板としてアルミ箔を用いた場合において、アンダーコート箔と金属タブとを十分な強度で溶接するためには、アンダーコート層の膜厚を100nm以下、もしくは明度L*を53以上とする必要があることが確認された。
[2]集電基板として銅箔を用いたアンダーコート箔の製造
[実施例1-7]
 集電基板として圧延銅箔(厚み15μm)を用いた以外は、実施例1-1と同様にしてアンダーコート箔B9およびC9を作製し、膜厚を測定した。色差計にてアンダーコート層の明度L*を測定したところ、77.0であった。
[実施例1-8]
 集電基板として圧延銅箔(厚み15μm)を用いた以外は、実施例1-2と同様にしてアンダーコート箔B10およびC10を作製し、膜厚を測定した。色差計にてアンダーコート層の明度L*を測定したところ、73.2であった。
[実施例1-9]
 集電基板として圧延銅箔(厚み15μm)を用いた以外は、実施例1-3と同様にしてアンダーコート箔B11およびC11を作製し、膜厚を測定した。色差計にてアンダーコート層の明度L*を測定したところ、62.0であった。
[実施例1-10]
 集電基板として圧延銅箔(厚み15μm)を用いた以外は、実施例1-4と同様にしてアンダーコート箔B12およびC12を作製し、膜厚を測定した。色差計にてアンダーコート層の明度L*を測定したところ、58.9であった。
[実施例1-11]
 集電基板として圧延銅箔(厚み15μm)を用いた以外は、実施例1-6と同様にしてアンダーコート箔B13およびC13を作製し、膜厚を測定した。色差計にてアンダーコート層の明度L*を測定したところ、46.8であった。
[比較例1-3]
 集電基板として圧延銅箔(厚み15μm)を用いた以外は、比較例1-2と同様にしてアンダーコート箔B14およびC14を作製し、膜厚を測定した。色差計にてアンダーコート層の明度L*を測定したところ、35.5であった。
 図2に、実施例1-7~1-11および比較例1-3で作製した各アンダーコート箔について、横軸を膜厚とした場合における、アンダーコート層の明度L*の変化を示す。図2に示したように、明度36程度までは、アンダーコート箔の膜厚に対し、明度は直線的に減少するのに対し、明度36未満では、直線に乗らないことが分かる。これはすなわち、集電基板として銅箔を用いた場合において、明度36以上のアンダーコート箔を製造する場合には、アンダーコート層の膜厚を、明度L*を測定することによって容易に計算できることを示している。
〔超音波溶接試験〕
 実施例1-7~1-11および比較例1-3で作製した各アンダーコート箔について、下記手法により、超音波溶接試験を行った。
 日本エマソン(株)の超音波溶接機(2000Xea,40:0.8/40MA-XaeStand)を用い、アンビル上のニッケルメッキ銅タブ(宝泉(株)製、厚み0.1mm、幅5mm)の上に、両面にアンダーコート層が形成されたアンダーコート箔5枚を積層し、上からホーンを当てて超音波振動を与えて溶接した。溶接面積は3×12mmとし、溶接後、ホーンに接触したアンダーコート箔が破れることなく、タブとアンダーコート箔を剥離させようとした場合に箔が破れる場合に○、タブと箔間で剥離する場合に×とした。結果を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
 表2に示されるように、集電基板として銅箔を用いた場合において、膜厚が100nmを超える、もしくは明度L*が36未満のものに関しては、タブ-アンダーコート箔間での溶接強度が十分ではなく、タブ-アンダーコート箔間で剥離してしまうが、膜厚が100nm以下、もしくは明度L*が36以上のものは、タブ-アンダーコート箔間での溶接強度が十分で、タブ-アンダーコート箔間で剥離させようとしても、アンダーコート箔が破れた。以上のことから、集電基板として銅箔を用いた場合において、アンダーコート箔と金属タブとを十分な強度で溶接するためには、アンダーコート層の膜厚を100nm以下、もしくは明度L*を36以上とする必要があることが確認された。
[3]LFPを活物質に用いた電極およびリチウムイオン電池の製造
[実施例2-1]
 活物質としてリン酸鉄リチウム(LFP、TATUNG FINE CHEMICALS CO.)17.3g、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)のNMP溶液(12質量%、(株)クレハ、KFポリマー L#1120)12.8g、導電助剤としてアセチレンブラック0.384gおよびN-メチルピロリドン(NMP)9.54gを、ホモディスパーにて3,500rpmで5分間混合した。次いで、薄膜旋回型高速ミキサーを用いて周速20m/秒で60秒の混合処理をし、さらに自転・公転ミキサーにて2,200rpmで30秒脱泡することで、電極スラリー(固形分濃度48質量%、LFP:PVdF:AB=90:8:2(質量比))を作製した。
 得られた電極スラリーを、実施例1-1で作製したアンダーコート箔B1に均一(ウェット膜厚200μm)に展開後、80℃で30分、次いで120℃で30分乾燥してアンダーコート層上に活物質層を形成し、さらにロールプレス機で圧着することで、活物質層の厚み50μmの電極を作製した。
 得られた電極を、直径10mmの円盤状に打ち抜き、質量を測定した後、100℃で15時間真空乾燥し、アルゴンで満たされたグローブボックスに移した。
 2032型のコインセル(宝泉(株)製)のワッシャーとスペーサーが溶接されたフタに、直径14mmに打ち抜いたリチウム箔(本荘ケミカル(株)製、厚み0.17mm)を6枚重ねたものを設置し、その上に、電解液(キシダ化学(株)製、エチレンカーボネート:ジエチルカーボネート=1:1(体積比)、電解質であるリチウムヘキサフルオロホスフェートを1mol/L含む。)を24時間以上染み込ませた、直径16mmに打ち抜いたセパレータ(セルガード(株)製、2400)を一枚重ねた。さらに上から、活物質を塗布した面を下にして電極を重ねた。電解液を1滴滴下したのち、ケースとガスケットを載せて、コインセルかしめ機で密封した。その後24時間静置し、試験用の二次電池とした。
[実施例2-2]
 実施例1-2で得られたアンダーコート箔B2を用いた以外には実施例2-1と同様にして、試験用の二次電池を作製した。
[実施例2-3]
 実施例1-3で得られたアンダーコート箔B3を用いた以外には実施例2-1と同様にして、試験用の二次電池を作製した。
[実施例2-4]
 実施例1-4で得られたアンダーコート箔B4を用いた以外には実施例2-1と同様にして、試験用の二次電池を作製した。
[実施例2-5]
 実施例1-5で得られたアンダーコート箔B5を用いた以外には実施例2-1と同様にして、試験用の二次電池を作製した。
[実施例2-6]
 実施例1-6で得られたアンダーコート箔B6を用いた以外には実施例2-1と同様にして、試験用の二次電池を作製した。
[比較例2-1]
 比較例1-1で得られたアンダーコート箔B7を用いた以外には実施例2-1と同様にして、試験用の二次電池を作製した。
[比較例2-2]
 比較例1-2で得られたアンダーコート箔B8を用いた以外には実施例2-1と同様にして、試験用の二次電池を作製した。
[比較例2-3]
 無垢のアルミニウム箔を用いた以外には実施例2-1と同様にして、試験用の二次電池を作製した。
 上記実施例2-1~2-6および比較例2-1~2-3で作製したリチウムイオン二次電池について、充放電測定装置を用いて電極の物性を下記の条件で評価した。5C放電時の平均電圧を表2に示す。
・電流:0.5C定電流充電、5C定電流放電(LFPの容量を170mAh/gとした)
・カットオフ電圧:4.50V-2.00V
・温度:室温
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
 比較例2-3に示した、アンダーコート層を形成していない無垢のアルミニウム箔を用いた電池では、電池の抵抗が高いために、5C放電時における平均電圧が低いことが確認された。これに対し、実施例2-1~2-6および比較例2-1~2-2に示したように、アンダーコート箔を用いれば、電池の抵抗が低下するために、5C放電時における平均電圧が高くなることが確認された。
 以上の結果より、アンダーコート層の明度L*を53以上とすることによって、溶接が可能で、かつ低抵抗なエネルギー貯蔵デバイスが得られるアンダーコート箔を簡便に製造できることが確認された。

Claims (33)

  1.  アルミニウム箔上に形成した場合に、SCI方式で測定される、L***表色系の明度L*が53以上100未満を示すことを特徴とする薄膜。
  2.  厚さが1~200nmである請求項1記載の薄膜。
  3.  上記明度L*が54以上93以下である請求項1記載の薄膜。
  4.  厚さが1~140nmである請求項3記載の薄膜。
  5.  上記明度L*が54以上88以下である請求項1記載の薄膜。
  6.  厚さが30~80nmである請求項5記載の薄膜。
  7.  銅箔上に形成した場合に、SCI方式で測定される、L***表色系の明度L*が36以上100未満を示すことを特徴とする薄膜。
  8.  厚さが1~200nmである請求項7記載の薄膜。
  9.  上記明度L*が40以上80以下である請求項7記載の薄膜。
  10.  厚さが1~140nmである請求項9記載の薄膜。
  11.  上記明度L*が45以上80以下である請求項7記載の薄膜。
  12.  厚さが30~80nmである請求項11記載の薄膜。
  13.  導電材を含む請求項1~12のいずれか1項記載の薄膜。
  14.  上記導電材が、カーボンブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、カーボンウイスカー、カーボンナノチューブ、炭素繊維、天然黒鉛、人造黒鉛、酸化チタン、ITO、酸化ルテニウム、アルミニウム、もしくはニッケルを含む請求項13記載の薄膜。
  15.  上記導電材が、カーボンナノチューブを含む請求項14記載の薄膜。
  16.  さらに分散剤を含む請求項15記載の薄膜。
  17.  集電基板と、この集電基板の少なくとも一方の面に形成されたアンダーコート層とを有するエネルギー貯蔵デバイス電極用アンダーコート箔であり、
     上記アンダーコート層として、請求項1~16のいずれか1項記載の薄膜を備えるエネルギー貯蔵デバイス電極用アンダーコート箔。
  18.  上記集電基板がアルミニウム箔もしくは銅箔である、請求項1~16のいずれか1項記載の薄膜を備えるエネルギー貯蔵デバイス電極用アンダーコート箔。
  19.  請求項17または18記載のエネルギー貯蔵デバイス電極用アンダーコート箔と、そのアンダーコート層の表面の一部または全部に形成された活物質層とを有するエネルギー貯蔵デバイス電極。
  20.  上記活物質層が、上記アンダーコート層の周縁を残し、それ以外の部分全体を覆う態様で形成された請求項19記載のエネルギー貯蔵デバイス電極。
  21.  請求項19または20記載のエネルギー貯蔵デバイス電極を備えるエネルギー貯蔵デバイス。
  22.  一枚または複数枚の請求項20記載の電極と、金属タブとを備えて構成される電極構造体を少なくとも一つ有し、
     上記電極の少なくとも一枚が、上記アンダーコート層が形成され、かつ、上記活物質層が形成されていない部分で上記金属タブと超音波溶接されているエネルギー貯蔵デバイス。
  23.  一枚または複数枚の請求項20記載の電極を用いたエネルギー貯蔵デバイスの製造方法であって、
     上記電極の少なくとも一枚を、上記アンダーコート層が形成され、かつ、上記活物質層が形成されていない部分で金属タブと超音波溶接する工程を有するエネルギー貯蔵デバイスの製造方法。
  24.  集電基板上にアンダーコート層形成用組成物を塗布し、これを乾燥してアンダーコート層を形成した後、
     SCI方式で、上記アンダーコート層のL***表色系の明度L*を測定し、さらに
     上記アンダーコート層表面の少なくとも一部に活物質層を形成するエネルギー貯蔵デバイス電極の製造方法。
  25.  上記集電基板がアルミニウム箔である請求項24記載のエネルギー貯蔵デバイス電極の製造方法。
  26.  上記集電基板がアルミニウム箔であり、上記明度L*を53以上100未満とする請求項25記載のエネルギー貯蔵デバイス電極の製造方法。
  27.  上記明度L*を54以上93以下とする請求項26記載のエネルギー貯蔵デバイス電極の製造方法。
  28.  上記明度L*を54以上88以下とする請求項26記載のエネルギー貯蔵デバイス電極の製造方法。
  29.  上記集電基板が銅箔である請求項24記載のエネルギー貯蔵デバイス電極の製造方法。
  30.  上記集電基板が銅箔であり、上記明度L*を36以上100未満とする請求項29記載のエネルギー貯蔵デバイス電極の製造方法。
  31.  上記明度L*を40以上80以下とする請求項30記載のエネルギー貯蔵デバイス電極の製造方法。
  32.  上記明度L*を45以上80以下とする請求項30記載のエネルギー貯蔵デバイス電極の製造方法。
  33.  集電基板上にアンダーコート層形成用組成物を塗布し、これを乾燥してアンダーコート層を形成した後、
     SCI方式で、上記アンダーコート層のL***表色系の明度L*を測定するアンダーコート層の膜厚評価方法。
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